JP3823877B2 - 低燐溶銑の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶銑予備処理として行われる脱燐処理により低燐溶銑を効率的に製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の転炉法に代わって溶銑段階で脱燐処理を行なう溶銑予備処理法が広く用いられるようになった。これは、脱燐反応が精錬温度が低いほど熱力学的に進行しやすく、より少ない量の精錬剤で脱燐処理を行うことができるためである。
一般に溶銑予備処理では、まず、酸化鉄等の固体酸素源を溶銑に添加して脱珪処理を行ない、この脱珪処理で発生したスラグを除去した後、精錬剤（媒溶剤）を添加して脱燐処理を行う。通常、脱燐処理の精錬剤としては石灰などのＣａＯ系精錬剤を用い、酸素源としては固体酸素源（酸化鉄等）や気体酸素を用いる。また、処理容器としては、トーピードカー、取鍋（装入鍋）、転炉型容器などが用いられる。また、ＣａＯ系精錬剤の滓化促進のためにＣａＦ２（ホタル石）を添加することが広く行われている。
【０００３】
最近の脱燐処理は転炉型容器を用いるのが主流となりつつあるが、転炉型容器による脱燐処理は、転炉を占有するために生産の上方弾力性が小さくなる、ユーティリティなどのランニングコストが増加するなどの問題がある。
従来の溶銑予備処理では、脱燐率などに応じた最適なスラグ塩基度で脱燐処理を行っているが、スラグ塩基度があまり高いとＣａＯの滓化が十分に進行せず、スラグの流動性が悪化するため、脱燐には不利な高温での処理が必要になると考えられてきた。このため従来の溶銑予備処理では、スラグ塩基度２．５以下の領域で脱燐処理が行われている。例えば、特開平７−７０６２６号に開示されている脱燐処理方法では、スラグ塩基度０．６以上２．５以下、処理終了温度１２５０℃以上１４００℃以下、底吹き攪拌動力１．０ｋｇ／ｔ以上、送酸速度２．５Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ以上という条件で脱燐処理が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境保護などの観点から脱燐工程をはじめとする精錬工程において発生するスラグ量を極力低減することが求められている。脱燐処理においてスラグ発生量を低減させようとした場合、脱燐の指標であるＬｐ（＝燐分配mass％（Ｐ）／mass％［Ｐ］。ここで、mass％（Ｐ）はスラグ中のＰ濃度、mass％［Ｐ］は溶銑中のＰ濃度）を上げる必要がある。Ｌｐはスラグ塩基度が高いほど高くなるため、従来技術のようにスラグ塩基度２．５以下の領域で行われる脱燐処理においてＬｐを高くしようとすると、スラグ量をある程度多くして処理を行う必要があり、このためスラグは出銑Ｓｉに応じた量までしか低減できない。
【０００５】
また、近年ではＦが環境に及ぼす影響を考慮し、鋼の精錬においてもＣａＦ２の使用量を極力削減することが求められているが、従来の脱燐処理技術ではＣａＦ２をある程度添加しないと精錬剤（ＣａＯ）の滓化が迅速に進行しないため、効率的な脱燐処理を行うことができなかった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐処理において、効率的な脱燐処理を行うことができるとともに、精錬剤添加量とスラグ発生量を極力削減することができる低燐溶銑の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＣａＦ２の添加量を極力削減し若しくはＣａＦ２を添加することなく、効率的な脱燐処理を行うことができる低燐溶銑の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐において、ＣａＦ２の添加量を極力抑制しつつ、且つ少ない精錬剤添加量とスラグ量で効率的な脱燐処理を行うことができる方法について検討を行い、その結果、上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスなどを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込む方法が非常に有効であることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］溶銑を保持した鍋型又はトーピードカー型の容器内に酸素源とＣａＯ源である精錬剤を添加して、溶銑予備処理である脱燐処理を行うことにより低燐溶銑を製造する方法において、
上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じて、一部又は全部が精錬剤である粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むことを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【０００９】
［ 2 ］上記［ 1 ］の製造方法において、上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面領域に吹き付けられることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 3 ］上記［ 2 ］の製造方法において、上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けられることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 4 ］上記［ 2 ］又は［ 3 ］の製造方法において、精錬剤の少なくとも一部を、気体酸素をキャリアガスとして溶銑浴面に吹き付けることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 5 ］上記［1］〜［ 4 ］のいずれかの製造方法において、上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けられる気体酸素量が０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１０】
［ 6 ］上記［1］〜［ 5 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理で添加される精錬剤量の８０mass％以上を上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹きつけることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 7 ］上記［1］〜［ 6 ］のいずれかの製造方法において、実質的に精錬剤の全量を、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加するとともに、上吹きランスを通じた精錬剤の添加量を、精錬剤の全添加量の２０〜８０mass％とすることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 8 ］上記［1］〜［ 7 ］のいずれかの製造方法において、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）が下記（1）式を満足することを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０ …(1)
［ 9 ］上記［1］〜［ 8 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理後のスラグの塩基度が２．５超となるように脱燐処理を行うことを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１１】
［ 10 ］上記［1］〜［ 9 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理前の溶銑温度が１２８０℃以上であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 11 ］上記［1］〜［ 10 ］のいずれかの製造方法において、Ｓｉ濃度が０．１０mass％以下の溶銑を脱燐処理することを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 12 ］上記［1］〜［ 11 ］のいずれかの製造方法において、精錬剤がＣａＦ２を実質的に含まないか若しくは精錬剤中に含まれるＣａＦ２量が１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、溶銑を保持した鍋型又はトーピードカー型の容器内に酸素源とＣａＯ源である精錬剤を添加して、溶銑予備処理である脱燐処理を行うに際し、上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤の少なくとも一部を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むものである。
【００１３】
上吹きランスを通じて気体酸素を溶銑浴面に吹き付けると、浴面に衝突した気体酸素により大量のＦｅＯが生成するため、精錬剤の滓化促進に非常に有利な条件となり、このＦｅＯが大量に生成した領域に、上吹きランスを通じて精錬剤を直接供給することにより、精錬剤（ＣａＯ）の滓化を効果的に促進することができる。そして、このような溶銑浴面に対する気体酸素と精錬剤の供給に加えて、浸漬ランスや吹き込みノズルを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むと、溶銑が攪拌されることにより反応界面に溶銑が効率的に供給されるため、脱燐反応が効果的に促進され、その結果、極めて高い脱燐効率が得られる。
【００１４】
また、上吹きランスによる気体酸素と精錬剤の溶銑浴面への吹き付けでは、精錬剤を気体酸素以外のキャリアガス（例えば、Ｎ２、Ａｒなどの不活性ガス）を用いて溶銑浴面に吹き付けてもよいが、その場合でも、精錬剤の一部又は全部を気体酸素が供給（吹き付け）されている溶銑浴面領域に吹き付けることが好ましい。これは、気体酸素が供給される溶銑浴面領域は酸素供給によってＦｅＯが生成する場所であり、このような浴面領域に直接ＣａＯを添加することにより、ＣａＯの滓化が効果的に促進されるとともにＣａＯとＦｅＯの接触効率が高まり、これによって脱燐反応効率を顕著に促進できるからである。また、精錬剤は気体酸素が供給された溶銑浴面領域の中でも、特に気体酸素の上吹きにより生じる“火点”と呼ばれる領域に供給することが最も好ましい。この火点は気体酸素ガスジェットが衝突することにより最も高温となる溶銑浴面領域であるが、気体酸素による酸素反応が集中し且つ気体酸素ガスジェットにより強攪拌されている領域であるため、ＣａＯの供給による効果が最も顕著に得られる領域であると言える。また、この意味で精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるためのキャリアガスとしては気体酸素を用いることが好ましく、この場合には、気体酸素が精錬剤とともに溶銑浴面に吹き付けられることにより、精錬剤が火点に直接供給されることになり、この結果、溶銑浴面でのＣａＯとＦｅＯの接触効率が最も高まり、脱燐反応を特に顕著に促進することができる。
【００１５】
上吹きランスから溶銑浴面に吹き付ける気体酸素量（送酸量）は、０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下とすることが好ましい。上吹きランスからの送酸量が過剰であるとスラグフォーミングにより脱燐処理容器からスラグの吹き出しを生じるおそれがある。上吹きランスからの送酸量を０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下とすることによりスラグフォーミングが抑えられ、安定した操業が可能となる。
【００１６】
本発明法において、上吹きランスを用いて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付ける方法に特別な制限はなく、例えば、上吹きランスの複数のランス孔のうち、一部のランス孔から気体酸素のみを、また、他のランス孔から気体酸素又は気体酸素以外のガス（例えば、窒素やＡｒなどの不活性ガス）をキャリアガスとして精錬剤を、それぞれ溶銑浴面に供給することもできる。これにより気体酸素が供給されている溶銑浴面領域に精錬剤を添加することができる。また、この場合には、ランス先端の中央に主ランス孔を、その周囲に複数の副ランス孔を有する上吹きランスを用い、副ランス孔から気体酸素を、主ランス孔から気体酸素又は上述した気体酸素以外のガスをキャリアガスとして精錬剤を、それぞれ溶銑浴面に供給することが特に好ましい。また、気体酸素の吹き付けと、気体酸素又は上述した気体酸素以外のガスをキャリアガスとする精錬剤の吹き付けを、異なる上吹きランスを用いて行ってもよい。但し、いずれの場合にも、上述したように精錬剤を最も効率的に滓化させるには、精錬剤のキャリアガスは気体酸素であることが特に望ましい。
【００１７】
本発明において使用する気体酸素は、純酸素ガス、酸素含有ガスのいずれでもよい。また、溶銑保持容器内に添加される酸素源としては、気体酸素以外に酸化鉄（例えば、焼結粉、ミルスケール）等の固体酸素源を用いることができ、これらを上置き装入や浴中へのインジェクション等の任意の方法で添加することができる。但し、上述したような溶銑浴面への気体酸素の供給（吹き付け）による効率的な溶銑脱燐を行うためには、溶銑保持容器内に添加される酸素源の５０％以上、好ましくは７０％以上（気体酸素換算量）が上吹きランスを通じて溶銑浴面に供給される気体酸素であることが望ましい。
【００１８】
精錬剤としては、通常、石灰などのＣａＯ系精錬剤（ＣａＯを主体とした精錬剤）を用いる。また、上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付ける精錬剤は粉体を用いる。
また、精錬剤は、上吹きランスによる溶銑浴面への吹き付け以外に、一部を上置き装入や浴中へのインジョクションにより添加してもよいが、その場合でも、上吹きランスにより溶銑浴面に吹き付ける精錬剤の量は精錬剤全体の８０mass％以上とすることが望ましい。上吹きランスによる溶銑浴面への吹き付けによって添加される精錬剤の割合が全体の８０mass％を下回ると、精錬剤を気体酸素とともに溶銑浴面に吹き付けることによる脱燐反応促進の効果が低下する傾向がある。
【００１９】
図１は、本発明者らが行った試験結果に基づく、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と必要石灰量との関係を示したもので、この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０．１０〜０．１１mass％、Ｓｉ濃度：０．０２〜０．０９mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、酸素ガス（４．５〜５．０Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして精錬剤である石灰粉（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて粉体を吹き込むことにより脱燐処理（処理時間：１５分間）を行ったものである。上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂは０．５とし、浸漬ランスを通じた粉体の吹き込み量は９０ｋｇ／ｍｉｎで一定とした。この粉体の一部又は全部には必要石灰分の残りを用い、不足する分はダスト（Ｆｅ含有量４０mass％）又はコークス粉を用いた。この脱燐処理ではＣａＦ２は添加しなかった。図１には、処理後のＰ濃度が０．０２mass％以下となるのに必要な石灰量を示してある。
図１によれば、上吹きランスを通じて供給される精錬剤の全精錬剤量に対する割合が増加するにしたがって必要石灰量が低減し、特にその割合が８０mass％以上において必要石灰量が最も低減されている。
【００２０】
気体とともに溶銑中に吹き込まれる粉体の種類に特別な制限はなく、例えば、石灰粉などの精錬剤の一部、転炉ダストなどのような製鉄所で発生するダスト類、コークス粉などの炭素源を主体とする粉体、焼結粉やミルスケールなどの酸化鉄、ＣａＣＯ３、Ｃａ(ＯＨ)２、ＣａＭｇ(ＣＯ３)２などの粉体の１種又は２種以上を用いることができる。
これらのうち、粉体として石灰粉などの精錬剤を用いた場合には、吹き込まれた精錬剤は溶銑中を浮上していく間に加熱され、溶銑浴面に浮上した際のスラグへの溶融化が促進される。
【００２１】
また、製鉄所で発生するダスト類を用いることは廃棄物の有効利用になる。すなわち、ダスト類は粉状であるため、これを再利用するためには、従来では扱いやすさの点からブリケット化する等の処理が必要であったが、本発明法ではブリケット化のような手間とコストをかけずに粉体のまま再利用することができる。また、炭素源を主体とする粉体は溶銑を加炭することで次工程での有効な熱源となる。また、ＣａＣＯ３、Ｃａ(ＯＨ)２、ＣａＭｇ(ＣＯ３)２などの粉体は、溶銑中で熱分解してガス（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）を発生させ、このガスが浴の攪拌強化に寄与するとともに、熱分解により生成するＣａＯが精錬剤として機能することになる。また、酸化鉄の粉体は、浴中で酸素源の一部となる。
【００２２】
粉体とともに溶銑中に吹き込まれる気体（キャリアガス）の種類にも特別な制限はなく、気体酸素（純酸素ガス又は酸素含有ガス）、Ｎ２やＡｒなどの不活性ガスなどを用いることができる。これらのうち気体酸素により精錬剤を吹き込んだ場合には、溶銑中を浮上する際の所謂トランジトリー反応により反応が促進される効果が期待できる。しかし、浸漬ランスや吹き込みノズルから酸素ガスが供給されるためランスやノズル先端でＦｅＯが生成し、ランスやノズルの寿命が問題となる。これに対して、Ｎ２やＡｒ等の不活性ガスを用いる場合には、反応面での効果は期待できないが、ランスやノズルの寿命は気体酸素を用いる場合よりも長くなる。したがって、使用するガス種はランスやノズルの寿命等を含めたトータルコストを考慮して選択すればよい。
また、精錬剤を溶銑中に吹き込む手段としては、浸漬ランス又は溶銑保持容器に備えられた吹き込みノズル、若しくはその両方を用いることができる。吹き込みノズルとしては、底吹きノズルや横吹きノズルなど、任意の形式のものを用いることができる。
【００２３】
本発明法では、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂ（［ｋｇ／ｍｉｎ］／［Ｎｍ３／ｍｉｎ］）が下記(1)式を満足するように、精錬剤と気体酸素を溶銑浴面に吹き付けることにより、脱燐効率をより向上させることができる。
０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０ … (1)
これは、上記Ａ／Ｂの範囲では、点火領域で生成したＦｅＯとＣａＯ（精錬剤）によって低融点のＣａＯ−ＦｅＯ系スラグが容易に生成するためであると考えられる。これに対して、上記Ａ／Ｂが０．３未満では、ＣａＯ濃度に対してＦｅＯ濃度が過剰となるためＣａＯの活量が低減するため、脱燐効率が低下する傾向があり、一方、上記Ａ／Ｂが１．０を超えると、ＣａＯ濃度に対してＦｅＯ濃度が過少となるため、ＣａＯが溶融しにくくなり、この場合も脱燐効率が低下する傾向がある。
【００２４】
図２に、本発明者らが行った試験結果に基づく上記Ａ／Ｂと脱燐率との関係を示す。この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持された溶銑に対して、酸素ガスをキャリアガスとして精錬剤である石灰粉を上吹きランスから溶銑浴面へ吹き付けるとともに、浸漬ランスを介して石灰粉を溶銑中にインジェクションする脱燐処理を約１５分間行った。また、上吹きランスから溶銑浴面に吹き付ける石灰粉量は、全石灰粉量の５０〜７０mass％とした。表１に各チャージの処理条件を示す。
図２によれば、０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０の範囲において、特に高い脱燐率が得られていることが判る。
【００２５】
【表１】
【００２６】
また、実質的に精錬剤の全量を、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加する場合、上吹きランスを通じた精錬剤の添加量は、精錬剤の全添加量の２０〜８０mass％とすることが好ましい。上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けられる精錬剤の割合が精錬剤の全添加量の８０mass％を超えると、溶銑中への精錬剤の吹き込みによる溶銑の攪拌効果が小さいため脱燐反応に必要な攪拌動力が得られにくくなり、一方、２０mass％未満では、精錬剤を溶銑浴面に吹き付けることによる上述した滓化促進効果が十分に得られない。
【００２７】
図３は、精錬剤の全量を上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加する場合について、本発明者らが行った試験結果に基づく、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と脱燐効率との関係を示したもので、この試験では、 鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０.１０〜０.１１mass％、Ｓｉ濃度：０.０２〜０.０９mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、酸素ガス（４.５〜５.０Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして精錬剤である石灰粉（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて必要石灰分の残り（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を吹き込むことにより脱燐処理（処理時間：１５分間）を行ったものである。なお、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂは０．５とした。
図３によれば、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合が２０mass％未満、８０mass％超の領域では脱燐効率が大きく低下している。
【００２８】
本発明法において、脱燐効率をさらに向上させ且つ発生するスラグ量をより少なくするには、脱燐処理される溶銑中のＳｉ濃度を低減させておくことが好ましい。具体的には、脱燐処理される溶銑のＳｉ濃度は０．１０mass％以下とすることが好ましい。一般に、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度が低いとスラグ中のＳｉＯ２濃度が低下するためＣａＯの溶融性がさらに悪化し、脱燐効率が低下してしまう。しかし、それにも拘らず本発明法の場合には、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度が低い方（０．１０mass％以下）が脱燐効率が向上する。これは、本発明法では気体酸素とＣａＯ源である精錬剤の粉体を浴面に吹き付けるため、ＳｉＯ２が多く存在しなくても（すなわち、高塩基度のスラグであっても）ＦｅＯによってＣａＯの溶融化が促進され、この結果、ＣａＯの脱燐に寄与する効率が向上するためであると考えられる
【００２９】
また、このような低Ｓｉ濃度の溶銑を脱燐処理することにより、スラグ発生量も少なくすることができる。図４に、本発明法による脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度と脱燐処理に必要な精錬剤（石灰）量との関係の一例を示す。また、比較例として、精錬剤を溶銑浴面に上吹きせずに浴中インジェクションのみによって供給した場合（従来法）を併せて示す。
この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０.１０〜０.１１mass％、Ｓｉ濃度：０.０２〜０.２mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、本発明例の場合には、酸素ガス（４.５〜５Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして、溶銑中Ｓｉ濃度に応じた量の精錬剤（石灰粉：４〜１０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けた。この上吹きの石灰割合は０．５とし、浸漬ランスから必要石灰分の残り（２〜５ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を溶銑中にインジェクションした。一方、比較例の場合は、精錬剤（石灰粉）のすべてを浸漬ランスから溶銑中にインジェクションした。本発明例、比較例とともに、処理時間は１５分間とし、ＣａＦ２は添加しなかった。図４には、処理後のＰ濃度が０．０２mass％以下となるのに必要な投入石灰量を示してある。
【００３０】
図４によれば、精錬剤の浴中インジェクションのみを行う比較例の場合、ＣａＦ２無添加ではＣａＯの滓化が悪く、大量の精錬剤を使用する必要がある。特に、溶銑中Ｓｉ濃度が０．１０mass％以下では、スラグ塩基度が上昇するためさらにＣａＯの滓化が困難となり、脱燐効果が悪化する。これに対して本発明例では、ＦｅＯとＣａＯが迅速に反応することにより滓化が促進されるため、溶銑中Ｓｉ濃度が低いほど精錬剤投入量が削減でき、それに伴い発生するスラグ量も低減できる。
【００３１】
溶銑は高炉などの溶銑製造設備から供給されるが、製造される溶銑のＳｉ濃度を低める方法としては、溶銑製造用の原料の予備処理などで珪酸分の全装入量を低減したり、高炉などの炉内での珪酸還元反応を抑制するための低温操業やコークスの偏在装入などの方法が有効である。したがって、高炉などで製造された溶銑のＳｉ濃度が０．１０mass％以下の場合には、これら溶銑に対して下記のような脱珪処理を施すことなく、脱燐処理してもよい。
【００３２】
一方、高炉等で製造された溶銑のＳｉ濃度が上記Ｓｉ濃度のレベルよりも高い場合には、脱燐処理に先立ち高炉鋳床や溶銑鍋などで脱珪処理を実施し、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度を０．１０mass％以下とした上で脱燐処理を行うことが望ましい。
通常、溶銑の脱珪処理は固体酸素源や気体酸素を溶銑に添加することにより行われ、例えば、焼結粉やミルスケールなどの固体酸素源を溶銑浴面への上置き装入や浴中への吹き込みにより添加し、或いは気体酸素を溶銑浴面への吹き付けや浴中への吹き込みにより添加する方法が採られる。
【００３３】
また、溶銑の脱珪処理は高炉鋳床や溶銑鍋以外に、例えば高炉鋳床から溶銑鍋などの搬送容器への溶銑流に対して酸素源を添加することにより行うこともできる。また、脱珪効率を高めるために容器内の溶銑中に撹拌ガスを吹き込んだり、焼石灰などのＣａＯ源を添加してスラグの塩基度を調整することにより脱珪スラグ中の酸化鉄を極力低減させ、還元効率を高めるようにすることもできる。
溶銑の脱珪処理を経て脱燐処理を行う場合には、事前に脱硅スラグなどのスラグを排滓し、珪酸分の混入を極力抑制することが、効率的な脱燐処理を行う上で好ましい。このため脱燐処理前に機械式排滓装置や手作業により、溶銑からスラグを分離した後、脱燐処理を行う。
【００３４】
先に述べたように脱燐処理においてスラグ発生量を低減させようとした場合、脱燐の指標であるＬｐ（燐分配mass％（Ｐ）／mass％［Ｐ］）を上げる必要がある。しかし、Ｌｐはスラグ塩基度が高いほど高くなるため、従来技術のようにスラグ塩基度２．５以下の領域で行われる脱燐処理においてＬｐを高くしようとすると、スラグ量をある程度多くして処理を行う必要があり、このためスラグは出銑Ｓｉに応じた量までしか低減できない。これに対して本発明法では、上述したように上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けることにより、精錬剤（ＣａＯ）の滓化を効果的に促進させることができ、このためスラグ塩基度を例えば２．５超の領域とした処理を行うことができ、Ｌｐを高めて少ないスラグ量で効率的な脱燐処理を行うことができる。
【００３５】
上記のように従来技術に較べて高いスラグ塩基度で脱燐処理を行うとスラグの融点が上がり、精錬剤の初期滓化が不十分になるおそれがある。これを防止するためには、脱燐処理開始時の溶銑温度を高くすることによって初期滓化を促進し、早期に溶融ＦｅＯを生成させることが有効である。このため脱燐処理開始時の溶銑温度を１２８０℃以上とすることが好ましい。また、脱燐処理開始時の溶銑温度を上記のように高目に設定することにより、鉄ロス（スラグ中に懸濁する粒鉄ロス）を低減できる利点でもある。
【００３６】
従来の脱燐処理では、ＣａＯの滓化を促進させるためにＣａＦ２（ホタル石）を添加することが事実上必須であったが、近年Ｆが環境に及ぼす影響を考慮し、鋼の精錬においてもＣａＦ２の使用量を抑えることが要請されつつある。この点、本発明法はＣａＦ２を実質的に添加しない（すなわち、精錬剤中に不可避的不純物として含まれる以外のＣａＦ２を添加しない）若しくは少量のＣａＦ２を添加するだけで高い脱燐効率が得られる。したがって、ＣａＯの滓化を促進するためにＣａＦ２を添加する場合でも、その添加量は１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下とすることが望ましい。
【００３７】
図５に、高炉鍋型脱燐設備において溶銑脱燐処理を行う際に、本発明を適用した例を示す。高炉から出銑された溶銑中のＳｉ濃度に応じて、必要があれば脱燐処理の前に鋳床脱珪などの脱珪処理を行う。脱燐処理は、高炉鍋１に溶銑を入れ、溶銑中に浸漬したランス３から石灰粉（精錬剤）をインジェクションすると同時に、上吹きランス４から気体酸素とともに石灰粉（精錬剤）を溶銑浴面に吹き付ける。この際、インジェクションする石灰粉の供給速度は、溶銑の攪拌が十分に行われるようにする。
【００３８】
【実施例】
高炉から出銑された溶銑を鋳床で脱珪処理した後、これを溶銑鍋に受銑してこの溶銑鍋内で脱珪処理し、排滓した後、同溶銑鍋を脱燐ステーションへ移動して、脱燐処理を行った。
脱燐処理では、上吹きランスを通じて酸素ガスをキャリアガスとして石灰粉（精錬剤）を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて石灰粉を溶銑中に吹き込んだ。また、比較例では、上吹きランスによる石灰粉の吹き付けは行わず、浸漬ランスを通じて石灰粉を溶銑中に吹き込んだ。いずれも、処理時間は２０分とした。
各実施例の結果を、脱燐処理条件とともに表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の低燐溶銑の製造方法によれば、鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐処理において、精錬剤の滓化を効果的に促進して効率的な脱燐処理を行うことができ、しかも従来法に較べて精錬剤添加量とスラグ発生量を大幅に削減することができる。また、ＣａＦ２の添加量を従来に較べて大幅に削減し或いはＣａＦ２を添加することなく効率的な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と必要石灰量との関係を示すグラフ
【図２】精錬剤の添加速度Ａと気体酸素の添加速度の比Ａ／Ｂが脱燐率に及ぼす影響を示すグラフ
【図３】精錬剤の全量を上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹き付けと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹き込みにより添加する場合において、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と脱燐率との関係を示すグラフ
【図４】本発明法と従来法について、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度と必要精錬剤（石灰）量との関係を示すグラフ
【図５】本発明法による脱燐処理の実施状況の一例を示す説明図
【符号の説明】
１…高炉鍋、３…浸漬ランス、４…上吹きランス
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶銑予備処理として行われる脱燐処理により低燐溶銑を効率的に製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の転炉法に代わって溶銑段階で脱燐処理を行なう溶銑予備処理法が広く用いられるようになった。これは、脱燐反応が精錬温度が低いほど熱力学的に進行しやすく、より少ない量の精錬剤で脱燐処理を行うことができるためである。
一般に溶銑予備処理では、まず、酸化鉄等の固体酸素源を溶銑に添加して脱珪処理を行ない、この脱珪処理で発生したスラグを除去した後、精錬剤（媒溶剤）を添加して脱燐処理を行う。通常、脱燐処理の精錬剤としては石灰などのＣａＯ系精錬剤を用い、酸素源としては固体酸素源（酸化鉄等）や気体酸素を用いる。また、処理容器としては、トーピードカー、取鍋（装入鍋）、転炉型容器などが用いられる。また、ＣａＯ系精錬剤の滓化促進のためにＣａＦ２（ホタル石）を添加することが広く行われている。
【０００３】
最近の脱燐処理は転炉型容器を用いるのが主流となりつつあるが、転炉型容器による脱燐処理は、転炉を占有するために生産の上方弾力性が小さくなる、ユーティリティなどのランニングコストが増加するなどの問題がある。
従来の溶銑予備処理では、脱燐率などに応じた最適なスラグ塩基度で脱燐処理を行っているが、スラグ塩基度があまり高いとＣａＯの滓化が十分に進行せず、スラグの流動性が悪化するため、脱燐には不利な高温での処理が必要になると考えられてきた。このため従来の溶銑予備処理では、スラグ塩基度２．５以下の領域で脱燐処理が行われている。例えば、特開平７−７０６２６号に開示されている脱燐処理方法では、スラグ塩基度０．６以上２．５以下、処理終了温度１２５０℃以上１４００℃以下、底吹き攪拌動力１．０ｋｇ／ｔ以上、送酸速度２．５Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ以上という条件で脱燐処理が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境保護などの観点から脱燐工程をはじめとする精錬工程において発生するスラグ量を極力低減することが求められている。脱燐処理においてスラグ発生量を低減させようとした場合、脱燐の指標であるＬｐ（＝燐分配mass％（Ｐ）／mass％［Ｐ］。ここで、mass％（Ｐ）はスラグ中のＰ濃度、mass％［Ｐ］は溶銑中のＰ濃度）を上げる必要がある。Ｌｐはスラグ塩基度が高いほど高くなるため、従来技術のようにスラグ塩基度２．５以下の領域で行われる脱燐処理においてＬｐを高くしようとすると、スラグ量をある程度多くして処理を行う必要があり、このためスラグは出銑Ｓｉに応じた量までしか低減できない。
【０００５】
また、近年ではＦが環境に及ぼす影響を考慮し、鋼の精錬においてもＣａＦ２の使用量を極力削減することが求められているが、従来の脱燐処理技術ではＣａＦ２をある程度添加しないと精錬剤（ＣａＯ）の滓化が迅速に進行しないため、効率的な脱燐処理を行うことができなかった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐処理において、効率的な脱燐処理を行うことができるとともに、精錬剤添加量とスラグ発生量を極力削減することができる低燐溶銑の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＣａＦ２の添加量を極力削減し若しくはＣａＦ２を添加することなく、効率的な脱燐処理を行うことができる低燐溶銑の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐において、ＣａＦ２の添加量を極力抑制しつつ、且つ少ない精錬剤添加量とスラグ量で効率的な脱燐処理を行うことができる方法について検討を行い、その結果、上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスなどを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込む方法が非常に有効であることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］溶銑を保持した鍋型又はトーピードカー型の容器内に酸素源とＣａＯ源である精錬剤を添加して、溶銑予備処理である脱燐処理を行うことにより低燐溶銑を製造する方法において、
上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じて、一部又は全部が精錬剤である粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むことを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【０００９】
［ 2 ］上記［ 1 ］の製造方法において、上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面領域に吹き付けられることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 3 ］上記［ 2 ］の製造方法において、上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けられることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 4 ］上記［ 2 ］又は［ 3 ］の製造方法において、精錬剤の少なくとも一部を、気体酸素をキャリアガスとして溶銑浴面に吹き付けることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 5 ］上記［1］〜［ 4 ］のいずれかの製造方法において、上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けられる気体酸素量が０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１０】
［ 6 ］上記［1］〜［ 5 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理で添加される精錬剤量の８０mass％以上を上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹きつけることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 7 ］上記［1］〜［ 6 ］のいずれかの製造方法において、実質的に精錬剤の全量を、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加するとともに、上吹きランスを通じた精錬剤の添加量を、精錬剤の全添加量の２０〜８０mass％とすることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 8 ］上記［1］〜［ 7 ］のいずれかの製造方法において、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）が下記（1）式を満足することを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０ …(1)
［ 9 ］上記［1］〜［ 8 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理後のスラグの塩基度が２．５超となるように脱燐処理を行うことを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１１】
［ 10 ］上記［1］〜［ 9 ］のいずれかの製造方法において、脱燐処理前の溶銑温度が１２８０℃以上であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 11 ］上記［1］〜［ 10 ］のいずれかの製造方法において、Ｓｉ濃度が０．１０mass％以下の溶銑を脱燐処理することを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
［ 12 ］上記［1］〜［ 11 ］のいずれかの製造方法において、精錬剤がＣａＦ２を実質的に含まないか若しくは精錬剤中に含まれるＣａＦ２量が１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする低燐溶銑の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、溶銑を保持した鍋型又はトーピードカー型の容器内に酸素源とＣａＯ源である精錬剤を添加して、溶銑予備処理である脱燐処理を行うに際し、上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤の少なくとも一部を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むものである。
【００１３】
上吹きランスを通じて気体酸素を溶銑浴面に吹き付けると、浴面に衝突した気体酸素により大量のＦｅＯが生成するため、精錬剤の滓化促進に非常に有利な条件となり、このＦｅＯが大量に生成した領域に、上吹きランスを通じて精錬剤を直接供給することにより、精錬剤（ＣａＯ）の滓化を効果的に促進することができる。そして、このような溶銑浴面に対する気体酸素と精錬剤の供給に加えて、浸漬ランスや吹き込みノズルを通じて粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むと、溶銑が攪拌されることにより反応界面に溶銑が効率的に供給されるため、脱燐反応が効果的に促進され、その結果、極めて高い脱燐効率が得られる。
【００１４】
また、上吹きランスによる気体酸素と精錬剤の溶銑浴面への吹き付けでは、精錬剤を気体酸素以外のキャリアガス（例えば、Ｎ２、Ａｒなどの不活性ガス）を用いて溶銑浴面に吹き付けてもよいが、その場合でも、精錬剤の一部又は全部を気体酸素が供給（吹き付け）されている溶銑浴面領域に吹き付けることが好ましい。これは、気体酸素が供給される溶銑浴面領域は酸素供給によってＦｅＯが生成する場所であり、このような浴面領域に直接ＣａＯを添加することにより、ＣａＯの滓化が効果的に促進されるとともにＣａＯとＦｅＯの接触効率が高まり、これによって脱燐反応効率を顕著に促進できるからである。また、精錬剤は気体酸素が供給された溶銑浴面領域の中でも、特に気体酸素の上吹きにより生じる“火点”と呼ばれる領域に供給することが最も好ましい。この火点は気体酸素ガスジェットが衝突することにより最も高温となる溶銑浴面領域であるが、気体酸素による酸素反応が集中し且つ気体酸素ガスジェットにより強攪拌されている領域であるため、ＣａＯの供給による効果が最も顕著に得られる領域であると言える。また、この意味で精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるためのキャリアガスとしては気体酸素を用いることが好ましく、この場合には、気体酸素が精錬剤とともに溶銑浴面に吹き付けられることにより、精錬剤が火点に直接供給されることになり、この結果、溶銑浴面でのＣａＯとＦｅＯの接触効率が最も高まり、脱燐反応を特に顕著に促進することができる。
【００１５】
上吹きランスから溶銑浴面に吹き付ける気体酸素量（送酸量）は、０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下とすることが好ましい。上吹きランスからの送酸量が過剰であるとスラグフォーミングにより脱燐処理容器からスラグの吹き出しを生じるおそれがある。上吹きランスからの送酸量を０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下とすることによりスラグフォーミングが抑えられ、安定した操業が可能となる。
【００１６】
本発明法において、上吹きランスを用いて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付ける方法に特別な制限はなく、例えば、上吹きランスの複数のランス孔のうち、一部のランス孔から気体酸素のみを、また、他のランス孔から気体酸素又は気体酸素以外のガス（例えば、窒素やＡｒなどの不活性ガス）をキャリアガスとして精錬剤を、それぞれ溶銑浴面に供給することもできる。これにより気体酸素が供給されている溶銑浴面領域に精錬剤を添加することができる。また、この場合には、ランス先端の中央に主ランス孔を、その周囲に複数の副ランス孔を有する上吹きランスを用い、副ランス孔から気体酸素を、主ランス孔から気体酸素又は上述した気体酸素以外のガスをキャリアガスとして精錬剤を、それぞれ溶銑浴面に供給することが特に好ましい。また、気体酸素の吹き付けと、気体酸素又は上述した気体酸素以外のガスをキャリアガスとする精錬剤の吹き付けを、異なる上吹きランスを用いて行ってもよい。但し、いずれの場合にも、上述したように精錬剤を最も効率的に滓化させるには、精錬剤のキャリアガスは気体酸素であることが特に望ましい。
【００１７】
本発明において使用する気体酸素は、純酸素ガス、酸素含有ガスのいずれでもよい。また、溶銑保持容器内に添加される酸素源としては、気体酸素以外に酸化鉄（例えば、焼結粉、ミルスケール）等の固体酸素源を用いることができ、これらを上置き装入や浴中へのインジェクション等の任意の方法で添加することができる。但し、上述したような溶銑浴面への気体酸素の供給（吹き付け）による効率的な溶銑脱燐を行うためには、溶銑保持容器内に添加される酸素源の５０％以上、好ましくは７０％以上（気体酸素換算量）が上吹きランスを通じて溶銑浴面に供給される気体酸素であることが望ましい。
【００１８】
精錬剤としては、通常、石灰などのＣａＯ系精錬剤（ＣａＯを主体とした精錬剤）を用いる。また、上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付ける精錬剤は粉体を用いる。
また、精錬剤は、上吹きランスによる溶銑浴面への吹き付け以外に、一部を上置き装入や浴中へのインジョクションにより添加してもよいが、その場合でも、上吹きランスにより溶銑浴面に吹き付ける精錬剤の量は精錬剤全体の８０mass％以上とすることが望ましい。上吹きランスによる溶銑浴面への吹き付けによって添加される精錬剤の割合が全体の８０mass％を下回ると、精錬剤を気体酸素とともに溶銑浴面に吹き付けることによる脱燐反応促進の効果が低下する傾向がある。
【００１９】
図１は、本発明者らが行った試験結果に基づく、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と必要石灰量との関係を示したもので、この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０．１０〜０．１１mass％、Ｓｉ濃度：０．０２〜０．０９mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、酸素ガス（４．５〜５．０Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして精錬剤である石灰粉（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて粉体を吹き込むことにより脱燐処理（処理時間：１５分間）を行ったものである。上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂは０．５とし、浸漬ランスを通じた粉体の吹き込み量は９０ｋｇ／ｍｉｎで一定とした。この粉体の一部又は全部には必要石灰分の残りを用い、不足する分はダスト（Ｆｅ含有量４０mass％）又はコークス粉を用いた。この脱燐処理ではＣａＦ２は添加しなかった。図１には、処理後のＰ濃度が０．０２mass％以下となるのに必要な石灰量を示してある。
図１によれば、上吹きランスを通じて供給される精錬剤の全精錬剤量に対する割合が増加するにしたがって必要石灰量が低減し、特にその割合が８０mass％以上において必要石灰量が最も低減されている。
【００２０】
気体とともに溶銑中に吹き込まれる粉体の種類に特別な制限はなく、例えば、石灰粉などの精錬剤の一部、転炉ダストなどのような製鉄所で発生するダスト類、コークス粉などの炭素源を主体とする粉体、焼結粉やミルスケールなどの酸化鉄、ＣａＣＯ３、Ｃａ(ＯＨ)２、ＣａＭｇ(ＣＯ３)２などの粉体の１種又は２種以上を用いることができる。
これらのうち、粉体として石灰粉などの精錬剤を用いた場合には、吹き込まれた精錬剤は溶銑中を浮上していく間に加熱され、溶銑浴面に浮上した際のスラグへの溶融化が促進される。
【００２１】
また、製鉄所で発生するダスト類を用いることは廃棄物の有効利用になる。すなわち、ダスト類は粉状であるため、これを再利用するためには、従来では扱いやすさの点からブリケット化する等の処理が必要であったが、本発明法ではブリケット化のような手間とコストをかけずに粉体のまま再利用することができる。また、炭素源を主体とする粉体は溶銑を加炭することで次工程での有効な熱源となる。また、ＣａＣＯ３、Ｃａ(ＯＨ)２、ＣａＭｇ(ＣＯ３)２などの粉体は、溶銑中で熱分解してガス（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）を発生させ、このガスが浴の攪拌強化に寄与するとともに、熱分解により生成するＣａＯが精錬剤として機能することになる。また、酸化鉄の粉体は、浴中で酸素源の一部となる。
【００２２】
粉体とともに溶銑中に吹き込まれる気体（キャリアガス）の種類にも特別な制限はなく、気体酸素（純酸素ガス又は酸素含有ガス）、Ｎ２やＡｒなどの不活性ガスなどを用いることができる。これらのうち気体酸素により精錬剤を吹き込んだ場合には、溶銑中を浮上する際の所謂トランジトリー反応により反応が促進される効果が期待できる。しかし、浸漬ランスや吹き込みノズルから酸素ガスが供給されるためランスやノズル先端でＦｅＯが生成し、ランスやノズルの寿命が問題となる。これに対して、Ｎ２やＡｒ等の不活性ガスを用いる場合には、反応面での効果は期待できないが、ランスやノズルの寿命は気体酸素を用いる場合よりも長くなる。したがって、使用するガス種はランスやノズルの寿命等を含めたトータルコストを考慮して選択すればよい。
また、精錬剤を溶銑中に吹き込む手段としては、浸漬ランス又は溶銑保持容器に備えられた吹き込みノズル、若しくはその両方を用いることができる。吹き込みノズルとしては、底吹きノズルや横吹きノズルなど、任意の形式のものを用いることができる。
【００２３】
本発明法では、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂ（［ｋｇ／ｍｉｎ］／［Ｎｍ３／ｍｉｎ］）が下記(1)式を満足するように、精錬剤と気体酸素を溶銑浴面に吹き付けることにより、脱燐効率をより向上させることができる。
０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０ … (1)
これは、上記Ａ／Ｂの範囲では、点火領域で生成したＦｅＯとＣａＯ（精錬剤）によって低融点のＣａＯ−ＦｅＯ系スラグが容易に生成するためであると考えられる。これに対して、上記Ａ／Ｂが０．３未満では、ＣａＯ濃度に対してＦｅＯ濃度が過剰となるためＣａＯの活量が低減するため、脱燐効率が低下する傾向があり、一方、上記Ａ／Ｂが１．０を超えると、ＣａＯ濃度に対してＦｅＯ濃度が過少となるため、ＣａＯが溶融しにくくなり、この場合も脱燐効率が低下する傾向がある。
【００２４】
図２に、本発明者らが行った試験結果に基づく上記Ａ／Ｂと脱燐率との関係を示す。この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持された溶銑に対して、酸素ガスをキャリアガスとして精錬剤である石灰粉を上吹きランスから溶銑浴面へ吹き付けるとともに、浸漬ランスを介して石灰粉を溶銑中にインジェクションする脱燐処理を約１５分間行った。また、上吹きランスから溶銑浴面に吹き付ける石灰粉量は、全石灰粉量の５０〜７０mass％とした。表１に各チャージの処理条件を示す。
図２によれば、０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０の範囲において、特に高い脱燐率が得られていることが判る。
【００２５】
【表１】
また、実質的に精錬剤の全量を、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加する場合、上吹きランスを通じた精錬剤の添加量は、精錬剤の全添加量の２０〜８０mass％とすることが好ましい。上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けられる精錬剤の割合が精錬剤の全添加量の８０mass％を超えると、溶銑中への精錬剤の吹き込みによる溶銑の攪拌効果が小さいため脱燐反応に必要な攪拌動力が得られにくくなり、一方、２０mass％未満では、精錬剤を溶銑浴面に吹き付けることによる上述した滓化促進効果が十分に得られない。
【００２７】
図３は、精錬剤の全量を上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加する場合について、本発明者らが行った試験結果に基づく、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と脱燐効率との関係を示したもので、この試験では、 鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０.１０〜０.１１mass％、Ｓｉ濃度：０.０２〜０.０９mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、酸素ガス（４.５〜５.０Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして精錬剤である石灰粉（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて必要石灰分の残り（０〜６ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を吹き込むことにより脱燐処理（処理時間：１５分間）を行ったものである。なお、上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）の比Ａ／Ｂは０．５とした。
図３によれば、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合が２０mass％未満、８０mass％超の領域では脱燐効率が大きく低下している。
【００２８】
本発明法において、脱燐効率をさらに向上させ且つ発生するスラグ量をより少なくするには、脱燐処理される溶銑中のＳｉ濃度を低減させておくことが好ましい。具体的には、脱燐処理される溶銑のＳｉ濃度は０．１０mass％以下とすることが好ましい。一般に、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度が低いとスラグ中のＳｉＯ２濃度が低下するためＣａＯの溶融性がさらに悪化し、脱燐効率が低下してしまう。しかし、それにも拘らず本発明法の場合には、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度が低い方（０．１０mass％以下）が脱燐効率が向上する。これは、本発明法では気体酸素とＣａＯ源である精錬剤の粉体を浴面に吹き付けるため、ＳｉＯ２が多く存在しなくても（すなわち、高塩基度のスラグであっても）ＦｅＯによってＣａＯの溶融化が促進され、この結果、ＣａＯの脱燐に寄与する効率が向上するためであると考えられる
【００２９】
また、このような低Ｓｉ濃度の溶銑を脱燐処理することにより、スラグ発生量も少なくすることができる。図４に、本発明法による脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度と脱燐処理に必要な精錬剤（石灰）量との関係の一例を示す。また、比較例として、精錬剤を溶銑浴面に上吹きせずに浴中インジェクションのみによって供給した場合（従来法）を併せて示す。
この試験では鍋型容器（１５０ｔｏｎ）に保持されたＰ濃度：０.１０〜０.１１mass％、Ｓｉ濃度：０.０２〜０.２mass％の溶銑（溶銑温度：１３００〜１３２０℃）に対して、本発明例の場合には、酸素ガス（４.５〜５Ｎｍ３／溶銑ｔｏｎ）をキャリアガスとして、溶銑中Ｓｉ濃度に応じた量の精錬剤（石灰粉：４〜１０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けた。この上吹きの石灰割合は０．５とし、浸漬ランスから必要石灰分の残り（２〜５ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）を溶銑中にインジェクションした。一方、比較例の場合は、精錬剤（石灰粉）のすべてを浸漬ランスから溶銑中にインジェクションした。本発明例、比較例とともに、処理時間は１５分間とし、ＣａＦ２は添加しなかった。図４には、処理後のＰ濃度が０．０２mass％以下となるのに必要な投入石灰量を示してある。
【００３０】
図４によれば、精錬剤の浴中インジェクションのみを行う比較例の場合、ＣａＦ２無添加ではＣａＯの滓化が悪く、大量の精錬剤を使用する必要がある。特に、溶銑中Ｓｉ濃度が０．１０mass％以下では、スラグ塩基度が上昇するためさらにＣａＯの滓化が困難となり、脱燐効果が悪化する。これに対して本発明例では、ＦｅＯとＣａＯが迅速に反応することにより滓化が促進されるため、溶銑中Ｓｉ濃度が低いほど精錬剤投入量が削減でき、それに伴い発生するスラグ量も低減できる。
【００３１】
溶銑は高炉などの溶銑製造設備から供給されるが、製造される溶銑のＳｉ濃度を低める方法としては、溶銑製造用の原料の予備処理などで珪酸分の全装入量を低減したり、高炉などの炉内での珪酸還元反応を抑制するための低温操業やコークスの偏在装入などの方法が有効である。したがって、高炉などで製造された溶銑のＳｉ濃度が０．１０mass％以下の場合には、これら溶銑に対して下記のような脱珪処理を施すことなく、脱燐処理してもよい。
【００３２】
一方、高炉等で製造された溶銑のＳｉ濃度が上記Ｓｉ濃度のレベルよりも高い場合には、脱燐処理に先立ち高炉鋳床や溶銑鍋などで脱珪処理を実施し、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度を０．１０mass％以下とした上で脱燐処理を行うことが望ましい。
通常、溶銑の脱珪処理は固体酸素源や気体酸素を溶銑に添加することにより行われ、例えば、焼結粉やミルスケールなどの固体酸素源を溶銑浴面への上置き装入や浴中への吹き込みにより添加し、或いは気体酸素を溶銑浴面への吹き付けや浴中への吹き込みにより添加する方法が採られる。
【００３３】
また、溶銑の脱珪処理は高炉鋳床や溶銑鍋以外に、例えば高炉鋳床から溶銑鍋などの搬送容器への溶銑流に対して酸素源を添加することにより行うこともできる。また、脱珪効率を高めるために容器内の溶銑中に撹拌ガスを吹き込んだり、焼石灰などのＣａＯ源を添加してスラグの塩基度を調整することにより脱珪スラグ中の酸化鉄を極力低減させ、還元効率を高めるようにすることもできる。
溶銑の脱珪処理を経て脱燐処理を行う場合には、事前に脱硅スラグなどのスラグを排滓し、珪酸分の混入を極力抑制することが、効率的な脱燐処理を行う上で好ましい。このため脱燐処理前に機械式排滓装置や手作業により、溶銑からスラグを分離した後、脱燐処理を行う。
【００３４】
先に述べたように脱燐処理においてスラグ発生量を低減させようとした場合、脱燐の指標であるＬｐ（燐分配mass％（Ｐ）／mass％［Ｐ］）を上げる必要がある。しかし、Ｌｐはスラグ塩基度が高いほど高くなるため、従来技術のようにスラグ塩基度２．５以下の領域で行われる脱燐処理においてＬｐを高くしようとすると、スラグ量をある程度多くして処理を行う必要があり、このためスラグは出銑Ｓｉに応じた量までしか低減できない。これに対して本発明法では、上述したように上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けることにより、精錬剤（ＣａＯ）の滓化を効果的に促進させることができ、このためスラグ塩基度を例えば２．５超の領域とした処理を行うことができ、Ｌｐを高めて少ないスラグ量で効率的な脱燐処理を行うことができる。
【００３５】
上記のように従来技術に較べて高いスラグ塩基度で脱燐処理を行うとスラグの融点が上がり、精錬剤の初期滓化が不十分になるおそれがある。これを防止するためには、脱燐処理開始時の溶銑温度を高くすることによって初期滓化を促進し、早期に溶融ＦｅＯを生成させることが有効である。このため脱燐処理開始時の溶銑温度を１２８０℃以上とすることが好ましい。また、脱燐処理開始時の溶銑温度を上記のように高目に設定することにより、鉄ロス（スラグ中に懸濁する粒鉄ロス）を低減できる利点でもある。
【００３６】
従来の脱燐処理では、ＣａＯの滓化を促進させるためにＣａＦ２（ホタル石）を添加することが事実上必須であったが、近年Ｆが環境に及ぼす影響を考慮し、鋼の精錬においてもＣａＦ２の使用量を抑えることが要請されつつある。この点、本発明法はＣａＦ２を実質的に添加しない（すなわち、精錬剤中に不可避的不純物として含まれる以外のＣａＦ２を添加しない）若しくは少量のＣａＦ２を添加するだけで高い脱燐効率が得られる。したがって、ＣａＯの滓化を促進するためにＣａＦ２を添加する場合でも、その添加量は１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下とすることが望ましい。
【００３７】
図５に、高炉鍋型脱燐設備において溶銑脱燐処理を行う際に、本発明を適用した例を示す。高炉から出銑された溶銑中のＳｉ濃度に応じて、必要があれば脱燐処理の前に鋳床脱珪などの脱珪処理を行う。脱燐処理は、高炉鍋１に溶銑を入れ、溶銑中に浸漬したランス３から石灰粉（精錬剤）をインジェクションすると同時に、上吹きランス４から気体酸素とともに石灰粉（精錬剤）を溶銑浴面に吹き付ける。この際、インジェクションする石灰粉の供給速度は、溶銑の攪拌が十分に行われるようにする。
【００３８】
【実施例】
高炉から出銑された溶銑を鋳床で脱珪処理した後、これを溶銑鍋に受銑してこの溶銑鍋内で脱珪処理し、排滓した後、同溶銑鍋を脱燐ステーションへ移動して、脱燐処理を行った。
脱燐処理では、上吹きランスを通じて酸素ガスをキャリアガスとして石灰粉（精錬剤）を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランスを通じて石灰粉を溶銑中に吹き込んだ。また、比較例では、上吹きランスによる石灰粉の吹き付けは行わず、浸漬ランスを通じて石灰粉を溶銑中に吹き込んだ。いずれも、処理時間は２０分とした。
各実施例の結果を、脱燐処理条件とともに表２に示す。
【００３９】
【表２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の低燐溶銑の製造方法によれば、鍋型又はトーピードカー型容器を用いた溶銑脱燐処理において、精錬剤の滓化を効果的に促進して効率的な脱燐処理を行うことができ、しかも従来法に較べて精錬剤添加量とスラグ発生量を大幅に削減することができる。また、ＣａＦ２の添加量を従来に較べて大幅に削減し或いはＣａＦ２を添加することなく効率的な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と必要石灰量との関係を示すグラフ
【図２】精錬剤の添加速度Ａと気体酸素の添加速度の比Ａ／Ｂが脱燐率に及ぼす影響を示すグラフ
【図３】精錬剤の全量を上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹き付けと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹き込みにより添加する場合において、上吹きランスを通じた精錬剤添加量の精錬剤全添加量に対する割合と脱燐率との関係を示すグラフ
【図４】本発明法と従来法について、脱燐処理前の溶銑中Ｓｉ濃度と必要精錬剤（石灰）量との関係を示すグラフ
【図５】本発明法による脱燐処理の実施状況の一例を示す説明図
【符号の説明】
１…高炉鍋、３…浸漬ランス、４…上吹きランス
Claims (12)
- 溶銑を保持した鍋型又はトーピードカー型の容器内に酸素源とＣａＯ源である精錬剤を添加して、溶銑予備処理である脱燐処理を行うことにより低燐溶銑を製造する方法において、
上吹きランスを通じて気体酸素と精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じて、一部又は全部が精錬剤である粉体を含む気体を溶銑中に吹き込むことを特徴とする低燐溶銑の製造方法。 - 上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面領域に吹き付けられることを特徴とする請求項１に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 上吹きランスから供給される精錬剤の少なくとも一部が、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けられることを特徴とする請求項２に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 精錬剤の少なくとも一部を、気体酸素をキャリアガスとして溶銑浴面に吹き付けることを特徴とする請求項２又は３に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けられる気体酸素量が０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 脱燐処理で添加される精錬剤量の８０mass％以上を上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹きつけることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 実質的に精錬剤の全量を、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹きつけと浸漬ランス又は／及び吹き込みノズルを通じた溶銑中への吹込みにより添加するとともに、上吹きランスを通じた精錬剤の添加量を、精錬剤の全添加量の２０〜８０mass％とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 上吹きランスを通じた精錬剤の添加速度Ａ（ｋｇ／ｍｉｎ）と気体酸素の添加速度Ｂ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）が下記（1）式を満足することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の低燐溶銑の製造方法。
０．３≦Ａ／Ｂ≦１．０ …(1) - 脱燐処理後のスラグの塩基度が２．５超となるように脱燐処理を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 脱燐処理前の溶銑温度が１２８０℃以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の低燐溶銑の製造方法。
- Ｓｉ濃度が０．１０mass％以下の溶銑を脱燐処理することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載の低燐溶銑の製造方法。
- 精錬剤がＣａＦ２を実質的に含まないか若しくは精錬剤中に含まれるＣａＦ２量が１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１に記載の低燐溶銑の製造方法。
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