JP4609010B2 - 鋼の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高炉などの竪型炉から出銑された溶銑を転炉で脱燐した後に脱硫し、次いで転炉にて脱炭精錬する鋼の製造方法に関わり、さらに詳しくは、脱硫スラグを脱燐処理で再利用することによりフラックスコストを削減し、また、排出スラグ量を低減できる鋼の製造方法に関する。
従来、高炉などの竪型炉から出銑された溶銑を脱硫処理した後に脱燐処理し、その後に脱炭するという精錬プロセスが採用されてきた。それは、溶銑の段階において上記の順序で処理する方法が熱力学的に合理的だからである。したがって、鋼中炭素含有率の高い溶銑段階で脱硫および脱燐を実施し、かつ、高温ほど反応の進行しやすい脱硫処理を先に実施し、低温ほど反応の進行しやすい脱燐処理をその後に実施するという処理順序の精錬プロセスが採用されている。
しかし、このプロセスでは、脱硫処理時に生成した硫黄含有率の高いスラグを完全に排除することは困難であり、その一部が脱燐処理時に酸化され、スラグから溶銑中へと移動する復硫現象が起きる。この復硫量は、予測することが困難であり、溶鋼中硫黄含有率≦0.003質量%のような低硫鋼を製造する場合には、予め、脱燐処理における復硫分を考慮して脱硫処理にて過剰に脱硫を行うか、または、脱炭精錬後に施す二次精錬において、脱硫処理を実施するといった対策が必要であり、操業全体の生産性低下を招く。
そこで、近年、上記の復硫対策を考慮する必要のない溶銑予備処理方法として、脱燐後に脱硫を実施するプロセスが開発されている。この方法では、脱燐処理時の復硫を考慮する必要がなく、脱硫工程における過剰脱硫や二次精錬における脱硫処理を実施する必要がなくなるので、低硫鋼を製造する際の操業生産性の低下を回避することが可能である。
さらに、脱燐後に脱硫を実施するプロセスの特徴を利用することにより、転炉タイプの脱燐法を採用することで、溶銑以外の鉄源として硫黄含有率の高い鉄源を使用しながら低硫鋼を製造することが可能となる。現在、硫黄含有率の高い鉄源は用途が少なく、安価な価格で取引されており、これを鉄源として無理なく利用できれば、鋼の製造の大幅なコスト削減が実現でき、画期的な方法となる。
しかし、硫黄含有率の高い鉄源を大量に使用して脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率が高くなるほど、脱硫処理工程では溶銑を低硫域まで脱硫するために脱硫剤投入量の増量や処理時間の増加などの対策をとる必要があり、低硫鋼製造時の生産性が低下する。
例えば、特許文献1には、脱燐炉にて溶銑に冷材および炭材の添加を行い、脱燐処理をした後、脱硫設備にて脱硫し、次いで脱炭炉にて脱炭精錬する鋼の精錬法、および、前記の鋼の精錬法において、脱燐炉にて溶銑の塩基度を2.5以上とし、弱い酸素吹錬を行う方法が開示されている。
また、特許文献2には、転炉装入前の溶銑から脱燐および脱硫するに際して、まず脱燐処理を行った後、引き続き溶銑を取鍋に移して機械攪拌をともなう脱硫処理を行い、その後に転炉で脱炭精錬処理を行う鋼の溶製方法、および、前記の鋼の溶製方法において、脱燐処理の反応容器として転炉を用いる方法が開示されている。
前記の特許文献1および2に開示された方法では、脱燐処理時に従来使用されているスクラップに替えて、硫黄含有率の高い鉄源を積極的に使用するわけではないことから、脱燐後に脱硫処理を行う前記の精錬プロセスの特徴が充分に生かされていない。その理由は、脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率が高くなった場合には、投入する脱硫剤の量を従来よりも増加するか、または、処理時間を増加するなどの対策をとらない限り、安定して溶銑を低硫域まで脱硫することができず、したがって、生産性が低下するという問題があるからである。
また、特許文献2では、「機械攪拌を伴う脱硫処理後に除去したスラグは通常塩基度が高く、いまだ高い脱硫能を保持していることが多い。そこで、この除去したスラグを直接もしくは冷却後、他のヒートの溶銑脱硫処理の際に再投入すると共に、新たに脱硫剤を補充して使用すると、脱硫フラックスの有効利用を図り、且つスラグの発生量を低減できる」とされている(同文献の段落[0045])。しかし、脱硫剤の主流であるCaOを主成分とする脱硫剤では、CaOの表層部のみでしか脱硫反応(CaO+S=CaS+O)が進行せず、脱硫処理後のスラグ中には未反応のCaO成分が多量に残留している。したがって、脱硫スラグを再度脱硫剤として使用する場合には、CaO表層部に形成されたCaS層を除去しない限り、スラグ中の未反応CaO成分を他のヒートにおいて脱硫剤として有効に反応させることは困難である。この問題に対しては、融点降下剤である蛍石を使用すれば、CaO成分を容易に融解させてその反応率を向上させることはできる。しかしながら、近年、環境省から環境汚染防止対策の一環としてスラグ中のフッ素含有率を規制する方針が示されており、蛍石の使用は望ましくない。
上述したとおり、脱燐後に脱硫を行う精錬プロセスでは、復硫防止対策を考慮する必要はないものの、そのプロセスの特徴を充分に発揮させるためには、なお解決されなければならない課題が残されている。
特開平7−138628号公報(特許請求の範囲および段落[0009])
特開2002−327208号公報(特許請求の範囲ならびに段落[0014]〜[0016]および[0045])
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その課題は、高炉などから出銑された溶銑を転炉で脱燐した後に脱硫し、次いで転炉にて脱炭精錬するプロセスの脱硫処理工程において、低硫域まで安定して脱硫する脱硫処理方法を提供することにある。また、本発明は、脱燐後に脱硫する上記プロセスの特徴を最大限に発揮させることにより、脱燐時に高硫黄含有率の鉄源や副原料を使用しながらも、生産性の低下を招くことなく低硫鋼を製造可能として、製造コストの大幅な削減、および排出スラグ量の低減による環境負荷軽減の達成をも課題としている。
高炉などから出銑された溶銑を転炉にて脱燐した後に脱硫し、次いで転炉にて脱炭精錬するプロセスにおいては、最初に行う脱燐処理によって溶銑中の酸素ポテンシャルが増加し、脱硫処理時の溶銑温度が低下する。さらに、脱硫処理前には、脱燐処理時に発生した酸化物濃度の高いスラグを除去するが、完全に除去することは困難であり、残留したスラグにより、脱硫処理時に生成するスラグの酸素ポテンシャルが増加する。
上記のように、脱燐後に脱硫を行い、次いで脱炭する精錬プロセスにおいては、熱力学的には、不利な条件のもとで脱硫処理を実施することとなる。したがって、脱燐処理時に硫黄含有率の高い鉄源や副原料を使用して脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率を高めた場合に、低硫域まで安定して脱硫を進行させるためには、脱硫処理時の脱硫フラックスの増加または処理時間の増加などの対応が必要となり、生産性の低下は避けられない。したがって、脱燐処理時に硫黄含有率の高い鉄源などを利用することができなければ、上記の精錬プロセスの利点を充分に生かすことにならない。
本発明者らは、上記の課題を解決するために、溶銑を転炉で脱燐した後に脱硫し、次いで転炉にて脱炭精錬するプロセスを用いて、生産性の低下を招くことなく、硫黄含有率の高い安価な鉄源を使用しながら安定して溶銑を低硫域まで脱硫する方法について研究を重ね、下記の(a)および(b)の知見を得て、本発明を完成させた。
(a)溶銑予備処理の脱硫工程で生成するスラグの性状についての研究結果から、脱硫処理時にアルミニウム系の脱酸剤を含有するフラックスを2回以上に分けて投入することによって、スラグの脱硫能を著しく向上させることができることが判明した。
(b)脱硫処理後に発生する未反応CaO成分を多量に含む脱硫スラグの有効利用方法についての研究結果から、脱燐処理後に脱硫処理を行う精錬プロセスの特徴を生かし、脱硫スラグを脱燐処理用フラックスの一部として利用することにより、脱硫スラグから溶銑への硫黄分の移行(復硫)をともなうことなく、未反応のCaO成分をほぼ全量溶解させて脱燐反応に有効利用できることが判明した。
本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の(1)〜(3)に示す鋼の製造方法にある。
(1)溶銑を転炉にて脱燐処理した後に、機械攪拌式の脱硫処理をし、次いで転炉にて脱炭精錬するに際して、前記脱硫処理時にアルミニウム含有率が30質量%以上の脱酸剤を含むフラックスを、1回目は脱硫処理開始前または脱硫処理開始直後、2回目以降は総攪拌時間の50%以上が経過した後の2回以上に分けて投入する鋼の製造方法。
前記(1)の鋼の製造方法では、前記脱硫処理時に蛍石を使用しない。
(2)前記の脱燐処理時に、CaOを30質量%以上含む生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして溶銑1トン当たり10〜17kg再利用しながら硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造する前記(1)に記載の鋼の製造方法。
(3)前記の脱燐処理時に、含有される総硫黄質量が処理後の溶銑1トン(t)当たりに換算して0.05kg〜1.0kgの範囲にある冷鉄源を使用しつつ硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造する、前記(1)または(2)に記載の鋼の製造方法。
明細書において、アルミニウム含有率が30質量%以上の脱酸剤には、例えば、アルミ灰やアルミニウム粒などが該当し、以下ではこの脱酸剤を「アルミニウム系の脱酸剤」ともいう。
「硫黄含有率の高い冷鉄源」とは、例えば、(a)高炉スラグから磁力選鉱により分離された高炉スラグの付着した銑鉄、(b)溶銑脱硫により生成したスラグから磁力選鉱により分離された脱硫スラグの付着した銑鉄、(c)型銑、(d)廃タイヤ中に含まれるスチールコード、(e)焼却炉などで発生した残存鉄屑、(f)酸化鉄をロータリーキルンにより還元して得られた還元鉄、(g)油脂の付着したスクラップなどがある。これらの鉄源は、現在のところ用途が少なく、安価な価格で取引されている。
本発明の鋼の製造方法よれば、高炉などの竪型炉から出銑された溶銑を転炉にて脱燐処理した後、脱硫処理を施し、次いで転炉で脱炭精錬を行うプロセスにおいて、脱燐処理時に高硫黄含有率の安価な鉄源を使用しながらも、低硫黄含有率の溶鋼を安定して製造することができる。また、脱硫スラグを脱燐処理において再利用することにより、精錬用フラックスのコスト削減および排出スラグ量の低減を達成することができる。
本発明は、前記のとおり、高炉などから出銑された溶銑を転炉で脱燐した後に脱硫し、次いで転炉にて脱炭精錬するに際して、脱硫処理時にアルミニウム含有率が30質量%以上の脱酸剤を含むフラックスを、1回目は脱硫処理開始前または脱硫処理開始直後、2回目以降は総攪拌時間の50%以上が経過した後の2回以上に分けて投入する鋼の製造方法である。望ましくは、脱燐処理時に、CaOを30質量%以上含む生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして溶銑1トン当たり10〜17kg再利用しながら硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造する方法である。以下に、本発明の内容をさらに詳しく説明する。
(A)高硫黄含有率の鉄源
高炉などから出銑された溶銑は転炉にて脱燐処理を施される。この溶銑は、予め脱珪処理を施された溶銑であっても、脱珪処理を施されていない溶銑であってもよい。脱燐後に脱硫処理を施す本発明の特徴を最大限に発揮させるためには、溶銑とともに転炉に装入する鉄源として、一般のスクラップ以外に、硫黄含有率の高い冷鉄源を使用することが望ましい。
上記の冷鉄源としては、例えば、(a)高炉スラグから磁力選鉱により分離された高炉スラグの付着した銑鉄、(b)溶銑脱硫により生成したスラグから磁力選鉱により分離された脱硫スラグの付着した銑鉄、(c)型銑、(d)廃タイヤ中に含まれるスチールコード、(e)焼却炉などで発生した残存鉄屑、(f)酸化鉄をロータリーキルンにより還元して得られた還元鉄、(g)油脂の付着したスクラップなどがある。これらの鉄源は、現在のところ用途が少なく、安価な価格で取引されている。
ここで、脱燐炉に装入される冷鉄源に含有される総硫黄質量(付着物に含まれる硫黄質量を含めて、WS1)は、処理後の溶銑1トン(t)当たりに換算して0.05kg〜1.0kgの範囲とすることが望ましい。脱燐炉に装入される上記の冷鉄源およびそれらの付着物に含有される総硫黄質量(WS1)が溶銑1t当たり0.05kg未満では、硫黄含有率の高い冷鉄源を使うという社会的および経済的なメリットが薄れ、本発明法の特徴を活かしにくくなる。また、溶銑1t当たり1.0kgを超えて多くなると、脱燐処理後の溶銑中のS含有率[S]が0.06%を超える場合も出現するため、本発明法を用いても脱硫処理能力の低下や処理に伴う精錬コストが上昇するようになり、低硫鋼を安定して溶製する上で好ましくない。
(B)脱硫処理
脱燐処理を施された溶銑は、溶銑鍋に装入され、脱硫処理を施される。脱硫処理の方式としては、脱硫反応効率が高く、かつ処理費用の面でも経済的な機械攪拌式脱硫処理が望ましい。
脱硫用フラックスとしては、CaO系のフラックスを使用し、融点降下剤としてソーダ灰などを用いてもよい。本発明の方法では、この脱硫処理において、アルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを2回以上に分けて投入する。1回目の投入時期は、脱硫処理開始前または脱硫処理開始直後が望ましく、2回目以降の投入は、総攪拌時間の50%以上が経過した後に実施するのが望ましい。
その理由は、下記のとおりである。すなわち、溶銑脱燐後のスラグには、FeOなどの酸素ポテンシャルの高い成分が数%〜数十%含まれており、脱硫処理前にはこのスラグ除去を実施するものの、そのスラグが脱硫処理前の溶銑上に少なからず残留してしまう。これを解消して脱硫反応を効率よく進行させるためには、上記のスラグ中の酸素ポテンシャルを低下させる必要があるからである。
機械攪拌式の脱硫処理では、一般に、脱硫処理開始前または脱硫処理開始直後に溶銑上へ脱硫用フラックスを投入する。そのため、脱硫の開始に先立って、または脱硫の開始と同時にアルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを添加すると、それが脱燐スラグおよび脱硫用フラックスと反応して脱燐スラグ中のFeO濃度を低下させ、かつ脱硫用フラックスの滓化を促進させるため、脱硫向上効果がある。
ここで、脱硫用フラックスの滓化は遅く、溶銑脱硫処理中には、フラックスに含有されるCaO粒子の表面が溶融し、浸潤されるのみであって、CaO粒子の全部が溶銑脱硫に寄与するわけではない。フラックスに含有されるCaO粒子の溶融および浸潤の進行は、溶銑脱硫の精錬条件では脱硫処理時間(通常10〜20分間)に比べて遅いからである。
この状況を打開するために種々検討を重ねた結果、反応がある程度進行して溶銑上のスラグの流動性が全体として高まってきた段階で、追加のアルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを添加すると、CaO粒子表面の溶解を促進する効果のあることを究明した。もちろん、アルミニウムを添加すれば溶銑およびスラグが脱酸され、脱硫反応界面の酸素ポテンシャルを下げて、脱硫剤と溶銑との間の硫黄分配比を高める効果もある。
上記の検討から、アルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを2回以上に分けて投入することにより、アルミニウム系の脱酸剤の使用量が同じであったとしても、脱硫剤としてのCaO粒子の反応効率を高めることができることが明らかとなった。さらには、2回目以降の投入は総攪拌時間の50%以上が経過した後に添加することにより、一層、脱硫剤としてのCaO粒子の反応効率を高めることができ、望ましいことも判明した。
具体的には、脱硫処理中に、さらに2回目以降の脱酸剤を投入することにより、脱酸剤中の金属アルミニウムが酸化されて酸化アルミニウムとなり、脱硫剤中のCaO成分とともに低融点のスラグを部分的に形成する。
低融点化の機構としては、下記のものが挙げられる。すなわち、脱酸剤中の金属アルミニウムが脱硫スラグ中の未反応CaOと反応し、CaOよりも融点の低いCaO−Al23系化合物を形成する機構や、それ以外にも、脱硫スラグ中のCaO−SiO2やCaO−SiO2−FeOと金属アルミニウムとが反応し、CaO−SiO2−Al23やCaO−SiO2−FeO−Al23といったさらに融点の低い物質を形成する機構などである。
スラグ中にこれら低融点の物質が形成されることにより、スラグ中の液相部分が増加し、スラグ中における硫黄の移動速度が上昇して脱硫処理能力が向上する。
アルミニウム系脱酸剤の投入量は、1回あたり、溶銑1t当たり0.01〜1kgの範囲が望ましい。投入量が溶銑1t当たり0.01kg未満では、脱酸剤を投入した効果が現れにくく、また、1kgを超えて多く投入すると、脱酸剤の使用量が過多となって、使用コストが上昇するにもかかわらず、添加効果の向上率が低下するからである。
(C)脱硫スラグの再利用
本発明の方法では、脱硫処理時に発生した脱硫スラグには、CaO成分が多く含まれているため、この脱硫スラグを脱燐処理時に、脱燐用精錬フラックスとして再利用し、新規に投入する脱燐用フラックスのCaO成分を削減することができる。
脱硫スラグを脱燐用精錬フラックスとして利用することで、脱硫および脱燐の通算スラグ生成量を削減することができる。
脱硫スラグを脱燐用精錬フラックスとして再利用する場合は、脱燐処理時にスクラップ投入用具を用いて前装入するか、または転炉炉上に設置されたホッパーから投入する方法が望ましい。脱硫スラグは、脱硫処理時にすでにその一部が溶解しているため、脱燐処理時に使用した場合には滓化が速く、したがって、脱燐反応速度を向上させる。
ここで、投入する脱硫スラグに含まれる総硫黄質量(WS2)は、溶銑1t当たり0.05kg〜0.8kgの範囲であることが望ましい。脱硫スラグに含まれる総硫黄質量が溶銑1t当たりに換算して0.05kg未満では、脱硫スラグの使用量(kg/t)が少ないため、脱硫スラグを再利用して脱燐するという社会的および経済的な効果が得られにくい。また、0.8kgを超えて多くなると、脱燐処理後の溶銑中S含有率[S]が0.06%を超える場合も現れるため、低硫鋼を安定溶製する上で望ましくない。
また、生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして再利用する場合には、脱硫スラグ中のCaO含有率は30質量%以上であることが望ましい。CaO含有率が30質量%未満では、もはや生石灰系の脱硫処理により生成したスラグとはいえず、脱燐用として直接有用なCaO以外のSiO2やAl23などの成分が多すぎて、脱燐用フラックスとしての適性に欠ける。
表1に脱燐用フラックスとして用いる脱硫スラグの成分範囲の例を示した。
(D)溶鋼中の硫黄含有率≦0.005質量%
脱燐処理時に、CaO含有率が30質量%以上の生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして再利用する場合には、脱硫処理後に転炉にて脱炭吹錬を行い、硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造することを特徴とする。また、硫黄含有率の高い冷鉄源を使用する場合には、硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造することを特徴とする場合と、硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造することが望ましい場合とがある。溶鋼中の硫黄含有率が0.005質量%を超えて高くなると、脱硫処理が容易となって、本発明のようにアルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを2回以上に分けて投入するとうい本発明の効果が薄れるからである。
本発明に係る鋼の製造方法の効果を確認するため、高炉から出銑された溶銑を用いて以下に述べる試験を行い、その結果を評価した。
(実施例1)
高炉から出銑された溶銑に対して転炉にて脱燐処理を行った後、機械攪拌式脱硫処理を施し、次いで転炉にて脱炭吹錬を行う試験を実施した。
表2に、脱燐処理時に溶銑脱硫スラグから磁力選鉱により得られる脱硫スラグが付着した銑鉄(「荒銑」とも称する)を1ヒート(270トン(t))当たり10t使用した場合の試験条件および試験結果を示す。なお、他の鉄源としては、高炉から出銑された硫黄含有率[S]が約0.03質量%の溶銑260tを使用した。
試験条件としては、脱燐炉使用冷鉄源中の総硫黄質量ならびに脱硫処理におけるアルミニウム系脱酸剤の全使用量(0.51kg/pig−t)および投入回数を、また、試験結果としては、処理後温度ならびに処理前および処理後における溶銑中硫黄含有率を示した。なお、同表において、単位を示す(kg/pig−t)は、脱燐処理後の溶銑1トン当たりに換算した質量を表し、また、含有率[S](質量%)は、溶銑中における硫黄の質量含有率を表す。以下の記載においても同様である。
表3に、使用した脱硫剤の種類、脱硫剤原単位および脱硫処理時間を示した。
試験番号1〜10は、脱硫処理時にアルミニウム系脱酸剤を含むフラックスを2回以上に分けて投入した本発明法についての試験である。試験番号1〜7は投入回数を2回とし、試験番号8〜10は投入回数を3回とした試験である。1回目の投入は脱硫処理開始直前に行い、2回目の投入は脱硫処理開始から8分後に、また、3回目の投入は脱硫処理開始から10分後に行った。各回の投入量は、合計投入量を投入回数で等分した量とした。
これに対して、試験番号11〜20は、脱硫処理時のアルミニウム系脱酸剤の投入回数が1回のみの比較例についての試験である。アルミニウム系脱酸剤の投入時期は脱硫処理開始直前とした。
図1には、脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率と脱硫処理後の溶銑中硫黄含有率との関係を示した。
表2および図1の結果から、本発明例の試験番号1〜10では、脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率[S]が0.040質量%程度まで高くなった場合においても、安定して硫黄含有率[S]が0.0015質量%未満の低硫域まで脱硫されていることがわかる。すなわち、本発明法は脱硫能力がきわめて高く、しかも安定していることが確認された。
これに対して、比較例の試験番号11〜20では、脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率[S]が高くなるにしたがって、脱硫処理後の硫黄含有率[S]も高くなっており、硫黄含有率[S]が0.0015質量%を超えて0.005質量%以上に達している試験結果もある。つまり、前記の本発明例に比較して、脱硫能力が劣っている。
図2は、本発明例および比較例における脱硫処理前後の硫黄含有率の推移を示す図である。同図では、本発明例として試験番号3の試験を、また、比較例として試験番号19の試験を用いて示した。
本発明例の試験番号3では、脱硫処理後においてすでに極低硫域まで達しており、本発明の精錬方法を用いれば、脱炭精錬後の二次精錬において脱硫処理を施すことなく、硫黄含有率[S]が0.005質量%以下の溶鋼を安定して得ることができる。これに対して、比較例の試験番号19では、脱硫処理後においては、硫黄含有率[S]が0.0055質量%までしか脱硫されていないため、[S]が0.005質量%以下の溶鋼を得るためには脱炭精錬後に脱硫処理を施すことが必要となる。したがって、比較例に示したような従来の精錬方法では、脱硫処理をともなう二次精錬を実施することなく、硫黄含有率[S]が0.005質量%以下の溶鋼を安定して得ることは難しい。
(実施例2)
さらに、本発明の鋼の製造方法において、脱燐処理時に、CaO成分を30質量%以上含む生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして再利用する試験を行った。
表4に、試験条件および試験結果を示した。また、表5には、使用した脱硫スラグの代表的な成分組成を示した。
試験番号21〜25の試験では、高炉から出銑された溶銑を転炉にて脱燐処理する際に、副原料として生石灰、蛍石および酸化鉄に加えて、機械攪拌方式の脱硫処理で得られた脱硫スラグを再利用して使用した。試験番号26〜30の試験では、脱燐処理の際に脱硫スラグは使用せず、生石灰、蛍石および酸化鉄のみを使用した。脱燐処理後の脱硫処理では、前記の実施例1にて述べたのと同様に、脱硫処理時にアルミニウム系の脱酸剤を含むフラックスを2回に分けて投入する方法を採用し、脱硫剤、脱硫剤原単位および脱硫処理時間の条件は、前記の表3に示した条件と同一とした。
表4に示した結果から、脱燐処理時に脱硫スラグを再利用した試験番号21〜25の試験と、脱硫スラグを使用しなかった試験番号26〜30の試験とで、脱燐能力に顕著な差はなかった。したがって、脱硫スラグ中のCaO成分が脱燐反応に有効に利用されていることがわかる。脱硫スラグの再利用により、脱硫処理前における溶銑中の硫黄含有率[S]は上昇するものの、脱燐処理後の脱硫処理において、低硫域まで安定して脱硫を進行させることが可能であるため、操業上および成分品質上の問題は皆無である。
図3は、脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率と脱硫処理後の硫黄含有率との関係を、脱硫スラグの再利用を行った場合および行わなかった場合について示した図である。上述のとおり、脱硫スラグの使用により、脱硫処理前における硫黄含有率[S]は上昇するものの、脱硫処理において、低硫域まで安定して脱硫されていることが明らかである。
脱硫スラグを脱燐処理にて再利用することにより、脱硫スラグ中に含まれるCaO成分に相当する量の生石灰(CaO)を脱燐処理工程において削減することが可能である。
試験番号21〜25の試験では、試験番号26〜30の試験に比較して、脱燐処理において、新たに使用する生石灰のうちの3〜4kg/pig−tを削減することができ、脱燐精錬用フラックスのコスト低減を図ることができる。さらに、脱燐処理工程において脱硫スラグを再利用していることから、精錬プロセス全体としてのスラグ発生量が3〜4kg/pig−t低減され、環境に対する負荷の大幅な軽減を達成することができる。
本発明の鋼の製造方法よれば、高炉などの竪型炉から出銑された溶銑を転炉にて脱燐処理した後、脱硫処理を施し、次いで転炉で脱炭精錬を行うプロセスにおいて、脱燐処理時に高硫黄含有率の安価な鉄源を使用しながらも、低硫黄含有率の溶鋼を安定して製造することができる。また、脱硫スラグを脱燐処理において再利用することにより、精錬用フラックスのコスト削減および排出スラグ量の低減を達成することができ、環境負荷の大幅な軽減も実現できる。したがって、本発明の鋼の製造方法は、高硫黄含有率の安価鉄源を用いながらも生産性を低下させることなく、低硫鋼を安定して精錬することを必要とされる技術分野において、広範に適用できる。
脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率と脱硫処理後の溶銑中硫黄含有率との関係を示す図である。 本発明例および比較例における脱硫処理前後の硫黄含有率の推移を示す図である。 脱硫処理前の溶銑中硫黄含有率と脱硫処理後の硫黄含有率との関係を、脱硫スラグの再利用の有無の各場合について示した図である。

Claims (4)

  1. 溶銑を転炉にて脱燐処理した後に、機械攪拌式の脱硫処理をし、次いで転炉にて脱炭精錬するに際して、
    前記脱硫処理時にアルミニウム含有率が30質量%以上の脱酸剤を含むフラックスを、1回目は脱硫処理開始前または脱硫処理開始直後、2回目以降は総攪拌時間の50%以上が経過した後の2回以上に分けて投入することを特徴とする鋼の製造方法。
  2. 前記脱硫処理時に蛍石を使用しないことを特徴とする請求項1に記載の鋼の製造方法。
  3. 前記の脱燐処理時に、CaOを30質量%以上含む生石灰系の脱硫スラグを脱燐用フラックスとして溶銑1トン当たり10〜17kg再利用しながら硫黄含有率が0.005質量%以下の溶鋼を製造することを特徴とする請求項1または2に記載の鋼の製造方法。
  4. 前記の脱燐処理時に、含有される総硫黄質量が処理後の溶銑1トン(t)当たりに換算して0.05kg〜1.0kgの範囲にある冷鉄源を使用しつつ溶鋼を製造することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鋼の製造方法。
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