JP4370848B2 - 溶銑の脱燐方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鉄の脱燐方法に係わり、転炉での酸素吹錬の前に行う所謂「溶銑予備処理」において、従来より高速、且つ高効率で溶銑から脱燐する技術に関する。

近年、製鋼工程では、転炉吹錬の負荷軽減、製鋼トータルコストのミニマム化を図るため、溶銑が含有する珪素（元素記号：Ｓｉ）、燐（元素記号：Ｐ）を、転炉での酸素吹錬の前に予め脱燐用フラックスを用いて除去するようになった。ここで、脱燐用フラックスとしては、酸化鉄、ミルスケール等の粉粒状の固体酸化剤及びＣａＯ、ドロマイト等が利用される。

ところで、その除去方式は、使用する処理容器（例えば、転炉、溶銑鍋、混銑車等）に応じて様々である。このうち、図５に示すような混銑車１に保持した溶銑２へ、該溶銑２へ浸漬したランス３を介して脱燐用フラックス４をキャリア・ガス５（例えば、酸素ガス、アルゴン・ガス、窒素ガス、それらの混合ガス等）で吹き込む溶銑の脱燐処理は、処理容器に転炉を用いる場合に比べると、脱燐用フラックスの反応効率が高く、また処理コストが安価であるという利点を有するが、その反面、脱燐用フラックスの供給速度が小さいので、脱燐速度が遅いという欠点がある。また、酸化鉄等の固体酸素源を用いるので、酸化鉄の分解及び顕熱に起因して、処理中に溶銑の温度降下量が大きくなるという問題点がある。このため、高速の脱燐処理及び単位脱燐量あたりの溶銑温度降下量の低減を酸素供給速度が低い条件下で達成するには、脱燐酸素効率を向上させることが不可欠となる。

脱燐反応は、スラグ及びメタル両相内の物質移動（燐、酸素等）を律速段階として進行すると考えられているので、該脱燐反応を効率良く進行させる手段としては、（１）スラグ及びメタル両相の撹拌強化、（２）吹込む脱燐用フラックスを分散してスラグ−メタル間反応面積を増加すること等がある。

したがって、今までにも、（１）及び（２）の手段を利用した脱燐技術が多く開示されている、例えば、（１）については、キャリア・ガスで溶銑へ脱燐用フラックスを吹き込むのに加え、該ガスのバブリングを利用してスラグ及びメタルの撹拌を増大し、脱燐反応を促進する技術が提案されいる（例えば、特許文献１及び２参照）。また、（２）に該当する技術としては、ＣａＯ及び固体酸化剤を溶銑中にキャリア・ガスで吹込む際に、溶銑の浴面上へ別途固体酸化剤を上添加する技術がある（例えば、特許文献３及び４参照。）。さらに、吹込んだガスで溶銑中に脱燐用フラックスの旋回流を生じさせるような特殊形状のランスを用い、溶銑中で脱燐用フラックスを広く分散させて、反応界面積を増大させる技術も開示されている（例えば、特許文献５参照）。加えて、（１）及び（２）の両方を利用したものとして、脱燐用フラックスを吹き込む浸漬ランスを２本使用し、スラグ及びメタルの撹拌を強化すると共に、脱燐用フラックスを広範囲に分散させる技術もある（例えば、特許文献６参照）。
特開昭６３−４５３１３号公報 特開平１１−１２６２８号公報 特公平６−１１８８５号公報 特開平４−２１８６０９号公報 日本国特許第２８５６５７６号公報 特開昭５８−２１８３１１号公報

しかしながら、特許文献１及び２で開示されたガス・バブリングによる撹拌力の強化は、内容物の混合に適さない構造の混銑車のような処理容器では、効果が低い。また、特許文献５記載の特殊形状ランスは、その構造が単管ランスに比べて複雑であるため、製造コストが高く、精錬費を増大させるという欠点がある。さらに、特許文献３及び４記載の固体酸化剤を溶銑上に別途添加する技術では、上添加された酸化剤がスラグの表面上に乗ってしまい、脱燐反応に寄与する酸化剤の割合が低下する。つまり、酸化剤の添加効率が低いという問題がある。その結果、スラグの滓化性が悪化する等の問題点もある。加えて、特許文献６に記載された技術は、一方のランスより脱燐用フラックスを、他方のランスより脱硫用フラックスを吹込む方法であり、脱燐に力を入れていないので、スラグの脱燐能の向上に大きく役立つとは考えに難い。

本発明は、かかる事情に鑑み、従来より高速、且つ高効率での処理が可能な溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有する混銑車内に保持された溶銑中に浸漬したランスを介して、該溶銑へ脱燐用フラックスをキャリア・ガスと共に吹き込む溶銑の脱燐方法において、前記ランスを２本使用し、それらランスの先端が下記条件を満足する互いに異なった位置になるように浸漬して、脱燐用フラックスを同時に吹き込むことを特徴とする溶銑の脱燐方法である。
０．１≦（ｈ_１＋ｈ_２）／Ｈ≦０．５及び／又は０．０６≦（ｄ_１＋ｄ_２）／Ｄ≦０．１５
ここで、
ｈ_１，ｈ_２：混銑車の走行方向に沿った長手方向の中点より各ランスの先端までの水平距離（ｍｍ）
Ｈ：混銑車の走行方向に沿った内部長さ（ｍｍ）
ｄ_１，ｄ_２：混銑車の走行方向と直交する幅方向の中点より各ランスの先端までの水平距離（ｍｍ）
Ｄ：前記混銑車長手方向の中点の直径（ｍｍ）

以上述べたように、本発明により、混銑車を用いた溶銑予備処理の脱燐において、従来のランス１本吹込みよりも、高効率、且つ高速の処理が可能となった。その結果、操業費用の低減や処理時間の短縮といった効果を得ることができた。

以下、本発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。

まず、発明者は、透明樹脂で混銑車の容器部分の縮小モデル（以下、モデル容器という）を製作し、溶銑を水に見立ててガス（この場合、空気）を吹き込むモデル実験を行い、水の流動状態及び混合状態を推察した。その結果、図２（ａ）に矢印で水２の流れ方向を示すように、モデル容器１内での水２の混合状態は、１本のランス３からのガス５の吹込み方向と反する側で低下する、つまり未撹拌領域６の出現することが明らかになった。また、ランス３を追加して２本にすると、図２（ｂ）より明らかなように、水２の上記未撹拌領域６が改善できることも明らかになった。

そして、発明者は、このモデル実験結果に基づき、実際の溶銑脱燐においても、未撹拌領域６に存在する燐濃度の高い溶銑を反応に寄与するようにすれば、下記式で定義する脱燐酸素効率が向上すると考えた。また、複数本のランス３からの酸化剤の吹き込みにより反応領域が従来より拡大され、脱燐酸素効率が一層向上すると期待した。

次に、発明者は、前記水モデル実験において水２をＮａＯＨ水溶液とし、その中へガス５としてＣＯ₂ガスを吹込み、ＮａＯＨとＣＯ₂との反応速度を調査することで、ランス３を２本使用した場合（ランス先端の深さは、０．５〜１．２ｍ）のそれらランス３の相対的な位置関係について検討を行った。その結果、反応速度定数は、モデル容器長手方向の中央位置より各ランス３の先端までの水平距離によって、図３及び図４に示すような関係で変化することを知った。つまり、モデル容器長手方向の中央位置より各ランス３の先端までの水平距離（ｈ₁，ｈ₂）３ｍで反応速度が最大になり（図３参照）、その近傍の反応速度も大きい。また、モデル容器幅方向の中央位置より各ランス３の先端までの水平距離（ｄ₁，ｄ₂）２５０ｍｍで反応速度が最大になり（図４参照）、その近傍の反応速度も大きい。なお、長手方向の中央位置より各ランス３の先端までの水平距離及びモデル容器幅方向の中央位置より各ランス３の先端までの水平距離とは、それら数値が、中央位置及び先端を水平面上に投影して測定されることを意味している。従って、本発明では、２本のランス３の先端が必ずしも同一深さにあるとは限らない。

そこで、発明者は、この水モデル実験の結果を実際の混銑車での溶銑の脱燐にも同様に適用できると考え、長さ１０ｍの混銑車でランス先端の浸漬深さを通常行われる程度（１〜１．４ｍ）にして試験操業を多々試みた。その結果、混銑車長手方向の中央位置より各ランスの先端までの水平距離をｈ，混銑車の長さをＨ，混銑車幅方向の中央位置より各ランスの先端までの水平距離をｄ及び混銑車長手方向の中央部の直径をＤとして、ランス先端の浸漬深さの差が０．４ｍ以内とすると、０．１≦（ｈ₁＋ｈ₂）／Ｈ≦０．５及び／又は０．０６≦（ｄ₁＋ｄ₂）／Ｄ≦０．１５の条件で操業すれば、反応速度及び脱燐酸素効率の両面で満足できることを見出し、この条件を採用することで本発明を完成させたのである。

このように（ｈ₁＋ｈ₂）／Ｈ及び（ｄ₁＋ｄ₂）／Ｄを限定した理由は、（ｈ₁＋ｈ₂）／Ｈ及び（ｄ₁＋ｄ₂）／Ｄがそれぞれ０．１及び０．０６未満では溶銑２に未撹拌領域６が形成され、反応速度や脱燐酸素効率の向上程度が小さ過ぎるし、それぞれ０．５及び０．１５を超えると向上程度が飽和し、それ以上の向上は望めないからである。なお、撹拌流の観点からは、２本のランスを同一浸漬深さとして対称させて配置することが最も好ましく、その場合、前記条件は、
０．１≦２ｈ（ｈ：ｈ₁＝ｈ₂）／Ｈ≦０．５及び／又は０．０６≦２ｄ（ｄ：ｄ₁＝ｄ₂）／Ｄ≦０．１５となる。

表１に示す溶銑２を混銑車１に保持して、本発明に係る方法（発明例）及び従来の方法（比較例）の両方で溶銑の脱燐を行った。溶銑２へのランス３の浸漬状況を図１に示す。また、ランス３の送酸速度及び浸漬条件は、表２に示す通りであり、脱燐用フラックス４には、ミルスケールを固体酸化剤、生石灰を脱燐剤に用いた。

図１及び表２より明らかなように、本発明例１は、同一形状のランス３の先端を混銑車１の長手方向で互いに反対向きにした場合、本発明例２は、本発明例１と同じランスの浸漬条件でランス１本あたりの酸素供給速度を０．０８５ｍ³（標準状態）／ｍｉｎ／ｔとした場合である。また、本発明例３〜５は、ランス３の浸漬条件を本発明例２を基準にして種々変化させたものである。さらに、比較例１は、ランス１本のみを従来通りに浸漬させ、酸素供給速度を０．１７ｍ³（標準状態）／／ｍｉｎ／ｔとした場合、比較例２は、比較例１と同じランス３の浸漬条件で酸素供給速度を０．３４ｍ³／（標準状態）／ｍｉｎ／ｔとした場合である。なお、これらの実施に際しては、いずれの場合も脱燐処理前及び処理終了時に溶銑より試料を採取し、その分析結果より前記脱燐酸素効率及び脱燐速度を求めた。その結果を表３に一括して整理した。

表３より、本発明例１では、ランス１本から同様の酸素供給速度で実施した比較例２に対し、脱燐酸素効率が向上し、脱燐速度も増加していることが明白である。また、本発明例２〜５についても、比較例１に対し、脱燐酸素効率が向上し、脱燐速度も増加している。なお、本実施例では、Ｄ＝３．０ｍ、Ｈ＝１０．０ｍである。

混銑車での溶銑脱燐に使用した脱燐用フラックスの吹き込みランスの浸漬状況を示す縦断面図である。 水モデル実験で得たモデル容器内の水の撹拌状態を示す図であり、（ａ）はランスを１本使用した場合、（ｂ）は２本使用した場合である。 ２本のランスのモデル容器長手方向における先端位置がＮａＯＨとＣＯ₂との反応速度に及ぼす影響を水モデル実験で得た結果を示す図である。 ２本のランスのモデル容器幅方向における先端位置がＮａＯＨとＣＯ₂との反応速度に及ぼす影響を水モデル実験で得た結果を示す図である。 混銑車を用いた溶銑脱燐の実施状況を示す図である。

符号の説明

１ 混銑車（モデル容器）
２ 溶銑（水）
３ ランス
４ 脱燐用フラックス
５ キャリア・ガス
６ 未撹拌領域
７ 排ガスのフード

Claims (1)

1. 走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有する混銑車内に保持された溶銑中に浸漬したランスを介して、該溶銑へ脱燐用フラックスをキャリア・ガスと共に吹き込む溶銑の脱燐方法において、
   前記ランスを２本使用し、それらランスの先端が下記条件を満足する互いに異なった位置になるように浸漬して、脱燐用フラックスを同時に吹き込むことを特徴とする溶銑の脱燐方法。
   ０．１≦（ｈ_１＋ｈ_２）／Ｈ≦０．５及び／又は０．０６≦（ｄ_１＋ｄ_２）／Ｄ≦０．１５
   ここで、
   ｈ_１，ｈ_２：混銑車の走行方向に沿った長手方向の中点より各ランスの先端までの水平距離（ｍｍ）
   Ｈ：混銑車の走行方向に沿った内部長さ（ｍｍ）
   ｄ_１，ｄ_２：混銑車の走行方向と直交する幅方向の中点より各ランスの先端までの水平距離（ｍｍ）
   Ｄ：前記混銑車長手方向の中点の直径（ｍｍ）

Images