JP4025751B2 - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は転炉型容器を用いて溶銑を脱珪及び脱燐精錬し，さらに脱炭処理する精錬方法に関するものである。

溶銑の脱珪，脱燐処理方法としては，従来よりトーピードカーを用いてフラックスをインジェクションする方法（特許文献１）や，２基の転炉を用いて一方で脱燐を行い，他方で脱炭を行う方法（特許文献２）などがある。

しかしながら，これらの方法は，例えば特許文献１の方法では容器の容量制約から脱珪処理後に排滓を行う必要があることや，スロッピング回避のために吹き込む酸素やフラックスの供給速度が制約されるなど処理時間延長の問題があった。さらに，特許文献２に見られる方法においても，脱炭時間などの時間制約から脱珪，脱燐時間が限られるような場合には，極低燐鋼の溶製が困難であるなどの問題があった。

特開平５−５１１４号公報 特開昭６３−１９５２１０号公報

すなわち，特許文献１に示された方法の場合には，安定操業を行おうとする際には処理時間の延長が問題となり，また，特許文献２に示された方法では，極低燐鋼溶製の際には所定の精錬時間内に目的とする燐濃度への到達が困難であるといった問題があった。

従って，本発明の目的とするところは，処理時間の延長を伴うことなく極低燐鋼の安定溶製を可能とすることにある。

前記の従来技術の問題点を解決するために，転炉型容器を用いて溶銑を精錬する方法において，上吹き酸素をスラグにより遮断し，溶銑表面に接触しないように吹付けることにより，スラグ中の酸化鉄濃度を過剰に高めることなくスラグ／メタル界面の酸素ポテンシャル（活量）を高め，脱燐効率を大幅に向上する方法として、特開２００２−３２２５０７号公報が開示されている。

本発明者らはさらに転炉型容器を用いての脱珪，脱燐について鋭意検討を行った結果，今回，脱珪期終了時のスラグの滓化を促進させることにより，スラグ／メタル界面の酸素ポテンシャルをより向上させることが可能であることを知見しえた。本発明はこの知見に基づきなされたものである。

その要旨とするところは，以下の通りである。
（１） 高炉より出銑された溶銑を、転炉型容器を用いて脱珪及び脱燐・脱炭精錬するに際し，脱珪吹錬期間の吹酸条件が，鋼浴深さＬ₀（ｍ）と上吹き酸素ジェットにより形成される鋼浴の凹み深さＬ（ｍ）の比で定義されるＬ／Ｌ₀が０．５〜０．９の範囲であって，次に，脱珪吹錬期間終了後に上吹き酸素がスラグにより遮断されて直接溶銑に接触しないように、上吹き酸素流量，ランスギャップ（ランス先端〜湯面間距離）のいずれか一方または双方を制御して脱燐吹錬を行った後，転炉型容器を傾動して排滓処理を行い，引き続き脱炭吹錬を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。
（２） 脱珪吹錬期間において、式（１）のＲ値を１０以上３０以下の範囲とすることを特徴とする（１）記載の溶銑の精錬方法。
Ｒ＝Ｗ・［％Ｓｉ］／Ｓo₂ ・・・式（１）
Ｓo₂：脱珪吹錬期間に要する酸素量（Ｎｍ³）
Ｗ：装入溶銑量（ｔｏｎ）
［％Ｓｉ］：脱珪処理前溶銑中Ｓｉ濃度（質量％）
（３） 脱珪吹錬期間あるいは脱燐吹錬初期に、固体状の酸素化合物を添加することを特徴とする（１）または（２）記載の溶銑の精錬方法。

本発明により，極低燐溶鋼の溶製に際し，吹止燐濃度のバラツキが少なく安定した極低燐鋼の溶製が可能となる。

本発明は脱珪吹錬期間終了時のスラグ滓化を促進させることで，その後の脱燐吹錬期において上吹き酸素をスラグにより遮断し，溶銑表面に接触しないように吹付けることにより，スラグ中の酸化鉄濃度を過剰に高めることなく、スラグ／メタル界面の酸素ポテンシャルを高めることが可能であることに立脚している。

一般に，高炉より出銑された溶銑を脱珪，脱燐処理を行う際，最初に脱珪反応が進行し，その後に脱燐反応が起こることが知られている。しかしながら，本発明者らは種々の実験を行うことにより，脱珪吹錬期間終了後の脱燐吹錬期において同様な遮断条件を達成しても，スラグの液相化（滓化）が悪い場合には、脱燐吹錬初期においてはスラグ中の酸素の透過が不十分である，すなわち十分な界面酸素ポテンシャル向上効果が得られないことを知見しえた。

そこで，本発明者らは脱燐吹錬期に高められた界面酸素ポテンシャルをより効率的に脱燐反応に寄与させる方法として，脱珪吹錬期間の酸素量を適正化させることにより、スラグの滓化が著しく促進でき、これによりその後の脱燐吹錬期において上吹き酸素をスラグにより遮断し，溶銑表面に接触しないように吹付けることにより，スラグ中の酸化鉄濃度を過剰に高めることなく、スラグ／メタル界面の酸素ポテンシャルを高めることが可能であることを見出した。

ここで、脱珪吹錬期間終了時のスラグ滓化を促進させるための条件としては、鋼浴深さ（Ｌ₀）と上吹き酸素ジェットにより形成される鋼浴の凹み深さ（Ｌ）の比で定義されるＬ／Ｌ₀が０．５〜０．９の範囲とすることが重要である。（図１を参照）

この方法により、脱燐吹錬期での界面酸素ポテンシャルを有効に活用した後に，一旦排滓を行う（以降、中間排滓と記載することがある）ことで、その後に引き続き脱炭吹錬を行う際の、燐のインプット総量を抑制できるため、極低燐鋼の溶製が可能となる。ここで、中間排滓の排滓率（排滓量／炉内発生スラグ量×１００）は高い方が、より燐濃度が低い溶鋼を溶製できるため好ましい。

尚、本発明では、脱珪吹錬期間とは処理前の溶銑中珪素を低下させることを目的として、吹錬開始から１分以上４分以下の時間にわたり、上吹き酸素ジェットが直接鋼浴に衝突するように酸素供給を行う吹錬形態の期間である。また、脱燐吹錬期間とは処理前の溶銑中燐の質量濃度に対して、目標とすべき燐の質量濃度以下にまで低下させるに十分な酸素量を，脱珪処理後の酸素ジェットがスラグにより遮断された吹錬形態にて酸素供給を行う期間である。ここで，溶銑中の珪素，燐の質量濃度は例えばカントバック分析などによる方法が例示できる。

次に、脱珪吹錬期間の吹酸条件である、鋼浴深さＬ₀（ｍ）と、上吹き酸素ジェットにより形成される鋼浴の凹み深さＬ（ｍ）については、公知の方法で求めることができ、特に限定するものではないが、例えば以下の方法が推奨される。

まず、鋼浴深さＬ₀（ｍ）については、以下の式（２）により求めることができる。
Ｌ₀＝Ｗ／ρ_M／（πＤ²／４）×１０００ 式（２）
ここで，
Ｗ：装入溶銑質量（ｋｇ）
ρ_M：溶銑の密度（＝６９００ｋｇ／ｍ³）
Ｄ：精錬容器の直径（ｍ）

また、上吹き酸素ジェットにより形成される鋼浴の凹み深さＬ（ｍ）については、以下の式（３）および式（４）により求めることができる。
Ｌ＝Ｌ_h・ｅｘｐ（−０．７８ｈ／Ｌ_h） 式（３）
Ｌ_h＝６３・（Ｆo₂／ｄ）^2/3 式（４）
ここで，
ｈ：ランス〜湯面間距離（ランスギャップ：ｍ）
Ｌ_h：ｈ＝０の時の凹み深さ（ｍ）
Ｆo₂：ノズル１本当たりの上吹き酸素流量（Ｎｍ³／ｈ）
ｄ：ランスノズルのスロート部直径（ｍｍ）
である。

従って、上記のＬおよびＬ₀により、（Ｌ／Ｌ₀）が計算される。

ここで、Ｌ／Ｌ₀が０．５未満の場合では，脱珪期間中の上吹きによるスラグの攪拌力が不十分となり，それに起因してスラグの滓化遅れが生じてしまい，逆にＬ／Ｌ₀が０．９を超えるようなハードブローを行うと，脱炭反応が促進されてしまいスラグ中の酸化鉄濃度が低下して，結果として例え遮断条件が達成されたとしてもその後の脱燐処理時の酸素ポテンシャルを高めることが困難となってしまうためである。

また、脱燐吹錬期の吹酸条件である、上吹き酸素が直接溶銑に接触しないための具体的な条件としては，公知の方法で求めることができ、特に限定するものではないが、例えば以下の方法が推奨される。

下記式（５）、式（６）式で計算される酸素ジェットによるスラグ凹み深さＬsがスラグ層厚みＬs₀未満となる条件（Ｌs＜Ｌs₀）とする。（図１を参照）
Ｌs＝Ｌ_h’・ｅｘｐ（−０．７８ｈ／Ｌ_h’） 式（５）
Ｌ_h’＝６３・（ρ_S／ρ_M）^-1/3・（Ｆo₂／ｄ）^2/3 式（６）
ここで，
ρ_S：スラグの嵩密度（＝１５００ｋｇ／ｍ³）
であり，スラグ層厚みＬs₀は以下の式（７）により計算される。
Ｌs₀＝Ｗ_s／ρ_S／（πＤ²／４）×１０００ 式（７）
ここで，
Ｗ_s：装入スラグ質量（ｋｇ）
である。

さらに，図２に示す通り、脱珪吹錬期間に要する酸素量Ｓo₂（Ｎｍ³）と装入溶銑量Ｗ（ｔｏｎ），溶銑中Ｓｉ濃度（質量％）（［％Ｓｉ］）との関係において，Ｒ＝Ｗ・［％Ｓｉ］／Ｓo₂のＲ値が１０以上３０以下の範囲とすることが望ましい。これは，Ｒ値が３０を超える条件であると，脱珪吹錬期間に要する酸素量の不足に起因して、脱燐吹錬期においても溶銑中のＳｉが多く残存してしまい，所定の吹錬時間内において目標とする溶銑中燐濃度（質量％）（［％Ｐ］）の確保が困難となってしまうためである。またＲ値が１０未満条件で上記吹錬を行うと，ハードブロー条件にて過剰な吹錬を行うことになり，脱珪吹錬期間末期には、もはや脱珪反応は起こらず脱炭反応が進行してしまうため，スラグ中の酸化鉄濃度が上がらず滓化の進行が遅れ，結果として脱燐吹錬期の酸素ポテンシャルの向上効果が得られないため、低燐鋼の溶製が困難となってしまうばかりか、中間排滓時におけるスラグの流動性の確保も困難となってしまい、中間排滓率の著しい低下を招くためである。

さらに好ましくは，脱珪吹錬期間、あるいは脱燐吹錬の初期（すなわち脱珪吹錬期間終了後）に、固体状の酸素化合物を添加することが望ましい。これは，脱珪吹錬期間が終了し脱燐吹錬期に移行した直後の滓化を早期に達成するとともに，スラグ中酸素ポテンシャルをより効率的に高めることが可能となるためである。固体状の酸素化合物としては、鉄鉱石やミルスケール等が例示できる。

２５０トン転炉を用いて溶銑の脱珪，脱燐，脱炭の連続処理を実施した。処理前の溶銑条件としては炭素濃度４．１〜４．５質量％，珪素濃度：０．１〜０．５質量％，燐濃度：０．０９〜０．１２質量％であり，初期溶銑温度範囲は１２５０〜１３３０℃，脱珪・脱燐処理における上吹き吹酸速度としては、脱珪吹錬期間では３５０００〜４０００Ｎｍ³／ｈｒとした。吹錬際してはいずれもランスノズルスロート直径が５８ｍｍφのランスを用い，ランスギャップは１．５〜１．８ｍとし，この時のＬ／Ｌ₀は０．６〜０．７であり、式（１）で示されるＲの値は１５〜２０の範囲とした。次に、脱珪吹錬期間終了後にランスギャップを３．５ｍに調整し、さらに上吹き吹酸速度を１５０００Ｎｍ³／ｈｒとして脱燐吹錬期間へ移行し、Ｌs／Ｌs₀＝０．７の条件とし、１．５トンの固体状酸素化合物として鉄鉱石を、吹酸速度を１５０００Ｎｍ³／ｈｒに変更すると同時に添加した。

比較例の条件としては，脱珪吹錬期間の吹酸速度を３５０００Ｎｍ³／ｈｒ、ランスギャップを２．４ｍとすることで、Ｌ／Ｌ₀＝０．２とし，Ｒ＝３５の条件とした。また、固体状酸素化合物である鉄鉱石の添加は行わなかった。

脱燐吹錬期間における操業条件は鉄鉱石の添加の有無以外は同一とした。また、中間排滓後の脱炭吹錬における操業条件は、本発明，比較例とも同一であり，脱炭吹錬における上吹き吹酸速度は３８０００Ｎｍ³／ｈ、ランスギャップ１．２ｍにて、Ｌ／Ｌ₀＝０．７の条件とした。

表１に本発明による実施例と比較例それぞれ１００チャージの平均の脱燐精錬後の溶銑中燐の質量濃度 （［％Ｐ］），中間排滓率（排滓量／炉内発生スラグ量×１００）、及び脱炭後の到達燐の質量濃度を比較して示す。

本発明により脱燐精錬後の燐濃度が低下し，中間排滓率も向上するため、脱炭処理後の到達燐濃度も低下していることが明らかである。

溶銑脱燐，脱炭精錬時の転炉型容器内の噴流，スラグ，溶銑の状況を示す模式図。 脱珪吹錬時における指標Ｒ値と脱燐精錬後の到達燐濃度との関係を示す図。

Claims (3)

1. 高炉より出銑された溶銑を、転炉型容器を用いて脱珪及び脱燐・脱炭精錬するに際し，脱珪吹錬期間の吹酸条件が，鋼浴深さＬ₀（ｍ）と上吹き酸素ジェットにより形成される鋼浴の凹み深さＬ（ｍ）の比で定義されるＬ／Ｌ₀が０．５〜０．９の範囲であって，次に，脱珪吹錬期間終了後に上吹き酸素がスラグにより遮断されて直接溶銑に接触しないように、上吹き酸素流量，ランスギャップ（ランス先端〜湯面間距離）のいずれか一方または双方を制御して脱燐吹錬を行った後，転炉型容器を傾動して排滓処理を行い，引き続き脱炭吹錬を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。
2. 脱珪吹錬期間において、式（１）のＲ値を１０以上３０以下の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の溶銑の精錬方法。
   Ｒ＝Ｗ・［％Ｓｉ］／Ｓo₂ ・・・式（１）
   Ｓo₂：脱珪吹錬期間に要する酸素量（Ｎｍ³）
   Ｗ：装入溶銑量（ｔｏｎ）
   ［％Ｓｉ］：脱珪処理前溶銑中Ｓｉ濃度（質量％）
3. 脱珪吹錬期間あるいは脱燐吹錬初期に、固体状の酸素化合物を添加することを特徴とする請求項１または２記載の溶銑の精錬方法。

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