JP4759832B2

JP4759832B2 - 溶銑の脱燐方法

Info

Publication number: JP4759832B2
Application number: JP2001122352A
Authority: JP
Inventors: 聖司細原; 祐司三木; 雅之橋本; 健朝比奈
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002317218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低燐溶銑の溶製方法に係わり、特に反応容器として転炉を用い、且つホタル石等の媒溶剤を用いない環境規制に適応した溶銑の脱燐処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼板の特性要求の高度化に伴い、鋼板の燐や硫黄の含有量を低減することが要求されている。このため、従来は主に転炉精錬でのみ行っていた溶銑の脱珪、脱燐及び脱硫を、脱炭工程に先だって行う所謂「溶銑予備処理」が普及している。かかる溶銑予備処理を行うと、転炉での脱炭吹錬の負荷が軽減できるばかりでなく、製鋼工程トータルでのコストの低減、発生スラグ量の低減等が図れるからである。また、最近は地球環境問題がクローズアップされ、媒溶剤として使用されるフッ素やナトリウムを含有した物質の使用を極力控えることが望まれている。なお、フッ素を含有しているホタル石やナトリウムを含有するソーダ灰は、製鋼工程ではスラグの融点を下げる添加剤や脱硫剤として有効なので、従来より盛んに利用されてきたものである。
【０００３】
ところで、前記溶銑予備処理のうちの脱燐処理は、転炉、取鍋又はトピード・カーを反応容器とし、該容器内に保持した溶銑に酸素源やＣａＯ源を投入して実施される。なかでも、反応容器として転炉を用いると、炉内のフリーボード（溶銑表面と容器上面の間の空間）が大きいために、酸素源の供給速度を大きくできるという特徴がある。また、脱燐反応は、酸化反応であり、溶融スラグとメタル間の反応により進行する。そのため、特開平１１−２６９５２４号公報は、底吹きガス及び上吹き酸素ガスでスラグとメタルの撹拌を行い、それらの混合状態を良好にして脱燐を行う技術を開示している。しかしながら、この技術では、脱燐効率が不十分で、燐濃度が０．０４０質量％以下という低燐溶銑の溶製を、限られた時間内に行うことは困難であった。また、この技術は、媒溶剤としてのホタル石の使用量を１ｋｇ／ｔ未満が好ましいとしており、ホタル石をまったく使用しない技術ではない。
【０００４】
そこで、特開平１１−２６９５２２号公報は、媒溶剤としてホタル石に代えてＡｌ₂Ｏ₃を利用する技術を開示している。しかしながら、このＡｌ₂Ｏ₃を用いると、転炉の炉体耐火物保護のために実施するスラグ・コーテイング（耐火物表面を前回の吹錬で生じたスラグの一部で覆う技術）で形成した保護層の溶融剥離を促進し、炉寿命の低下をもたらすという問題がある。
【０００５】
さらに、特開平１−１８８６１３号公報は、非脱炭酸素効率の推移から吹錬条件を適正化し、スラグの滓化状態をコントロールする技術を開示している。また、特開昭６０−１６９５０６号公報は、滓化率を向上させるためにＳｉＯ₂源を投入する技術を開示している。しかしながら、これら特開平１−１８８６１３号公報及び特開昭６０−１６９５０６号公報に記載の技術は、脱珪や脱燐処理後に転炉で行う溶銑の脱炭処理に関するものであり、処理時の溶銑の温度、成分（組成）等が溶銑予備処理の時と大きく異なるので、予備処理での溶銑の脱燐には適用できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、溶銑予備処理において、媒溶剤としてホタル石等の環境規制物質を使用することなく燐濃度を低燐あるいは極低燐の領域まで低減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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、反応容器としての転炉に保持した溶銑に、酸素源及びＣａＯ源を供給して該溶銑の燐濃度を０．０４０質量％以下にする溶銑の予備処理脱燐において、スラグの溶融を促進するホタル石等の媒溶剤を投入せずに、処理中に生成するスラグの溶融率が７０％以上となるよう、処理に必要な全ＣａＯ源の量を処理時間の５０％以上で分割して投入し、前記ＣａＯ源を、吹錬開始後、溶銑温度が１３００℃以上に到達してから投入開始すると共に、該ＣａＯ源の投入速度をＣａＯ純分で０．５〜４ｋｇ／ｔ・ｍｉｎとすることを特徴とする溶銑の脱燐方法である。
【００１０】
本発明によれば、溶銑予備処理において、媒溶剤としてホタル石等の環境規制物質を使用することなく、溶銑の燐濃度を低燐あるいは極低燐の領域まで安定して低減できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、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。
【００１２】
発明者は、溶銑の脱燐反応が溶融スラグとメタル間の反応であることから、反応容器を上底吹き転炉とした溶銑予備処理において、処理中に生成するスラグの溶融率（スラグの溶融割合を意味し、滓化率又は液相率ともいう）に着目し、検討を重ねることにした。なお、この脱燐反応は、酸化反応であるが、反応生成物のＰ₂Ｏ₅をトラップするＣａＯが存在しなければ、反応は進行しないので、従来は、吹錬初期にＣａＯ源を一括投入してから酸素吹錬していた。また、処理後の溶銑中燐濃度が０．０４０質量％以下の低燐溶銑あるいは０．０２０質量％以下の極低燐溶銑を溶製するには、スラグを十分に溶融状態にする必要があり、ホタル石等のスラグの融点を低下させる媒溶剤の添加が不可欠であった。
【００１３】
そこで、まずホタル石等の媒溶剤を用いずに脱燐処理を行い、酸素吹錬中に生じたトップスラグ（溶銑上に浮いたスラグ）の液相比率（液相スラグ量／固相スラグ＋液相スラグ×１００）、すなわち溶融率について調査した。その結果、処理後の溶銑中燐濃度は０．０４０質量％であったが、吹錬初期のスラグの溶融率が４０％〜６５％であり、吹錬の進行に伴い溶融率が上昇し、吹錬末期に漸く９０〜１００％に到達することがわかった。一方、ホタル石を使用し、処理後の溶銑中濃度が０．０１３質量％となった場合には、スラグの溶融率は、吹錬初期から７５〜９５％と高く、吹錬末期には、ホタル石を用いない場合と同様に９０〜１００％に達することがわかった。
【００１４】
これらの知見に基づけば、ホタル石使用の有無による溶銑の処理後燐濃度の違いは、吹錬前半におけるスラグ溶融率の違いであると考えられた。そこで、吹錬前半のスラグ溶融率に着目して、このスラグ溶融率を７０％以上に維持することができれば、ホタル石使用の場合と同程度の処理後溶銑燐濃度に達すると結論した。そして、発明者は、引き続き、ホタル石等の融点降下剤を使用しなくても、吹錬前半のスラグの溶融率を７０％以上にする手段の発見に鋭意努力した。その結果、溶銑へのＣａＯ源添加に工夫を凝らすことで、本発明を完成させたのである。
【００１５】
つまり、酸素吹錬前に一括して溶銑へ投入していたＣａＯ源（例えば、生石灰、脱炭炉スラグ等）の投入に代え、処理期間中、スラグの溶融率が７０％以上となるように、処理に必要な全ＣａＯ源の良を分割して投入する。これは、ＣａＯ源を早期に投入すれば、スラグ量を吹錬初期から大きくし、脱燐能の高いスラグを生成させるので望ましいという従来の考えを大きく改めるものである。
【００１６】
この分割投入を行う期間は、処理期間中の５０％以上にわたる期間として、スラグ溶融率７０％以上をこの期間で維持するものである。分割して投入することにより投入したＣａＯ源のスラグ溶融率７０％以上の維持は、媒溶剤を用いずとも容易となる。なお、吹錬末期に至るまでの分割投入は不要であり、好ましくは処理期間の７０％以上９０％未満で終了させる分割投入形態にするのが良い。具体的な分割投入量としては、０．５ｋｇ／ｔ・ｍｉｎ〜４ｋｇ／ｔ・ｍｉｎの範囲の投入速度で、全処理期間中の分割投入期間にわたって連続的又は間欠的に投入すれば、吹錬前半のスラグの溶融率が７０％以上になるばかりでなく、短時間で処理後の溶銑中燐濃度が０．０４０質量％以下になる。なお、一括投入する場合のＣａＯ源の投入量は、１チャージ分の溶銑においてはＣａＯ純分で３〜２０ｋｇ／ｔであり、この量を２〜５分で投入していた。
【００１７】
ここで、ＣａＯ源の投入速度を０．５ｋｇ／ｔ・ｍｉｎ〜４ｋｇ／ｔ・ｍｉｎの範囲が好ましいとしたのは、４ｋｇ／ｔ・ｍｉｎよりも大きくなると、吹錬前半ではＣａＯ量が過剰になり、ホタル石等の媒溶剤（融点降下剤）なしではスラグの溶融率が７０％より小さくなるし、一方、０．５ｋｇ／ｔ・ｍｉｎ未満では、脱燐反応に必要なＣａＯ量が不足し、脱燐反応速度が遅くなり、吹錬時間の延長、酸素原単位の増加を招くばかりでなく、耐火物の溶損も大きくなるからである。
【００１８】
さらに、溶銑を脱燐処理に先だって脱硫処理した場合等のように、脱燐処理前の溶銑温度が１３００℃以下であると、吹錬初期には、ＣａＯ源の添加速度を小さくしても、スラグの溶融率の上昇が見られない。そこで、本発明では、吹錬初期は、ＣａＯ源添加による顕熱の損失を防ぐため、１３００℃への昇温吹錬を行った後、ＣａＯ源を添加するのが望ましい。なお、媒溶剤としてホタル石を示したが、他にＡｌ₂Ｏ₃，ひる石、かすみ石があり、本発明では、これらを用いずとも溶製が可能となるため、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
【実施例】
転炉での脱炭吹錬前に、反応容器として図３に示すような上底吹き転炉１（容量２８０トン）を用いて、本発明を採用して極低燐濃度領域の溶銑を多数チャージ溶製した。酸素源は、上吹きランス２を介しての酸素ガス３と炉上部よりスラグ４又は溶銑５上へ投入する酸化鉄６であり、脱燐剤７（ＣａＯ源）としては、焼石灰を用いた。また、炉底羽口８より不活性ガス９を底吹きし、溶銑５の攪拌を促進させた。なお、本発明の効果と比較するため、従来通りに必要なＣａＯ源を処理前に一括投入する処理（比較例）も数チャージ実施した。表１に操業条件を一括して示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
処理中におけるスラグ液相率の経時変化例を図１に示す。なお、図１の横軸は、全処理時間を１００とした相対時間である。図１より、本発明の適用で、スラグの溶融率は、処理開始直後から大きくなっていることが明らかである。そして、かかる処理による溶銑の脱燐程度を、酸素投入原単位（横軸）と処理前後の溶銑中燐濃度比の自然対数（縦軸）との関係で、図２に示す。図２には、比較例として、吹錬初期にＣａＯ源を一括して投入した場合の結果も示したが、本発明によれば、溶銑の脱燐が飛躍的に促進されることが確認できた。ちなみに、本実施例では、０．０２０質量％の極低燐溶銑が溶製できた。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、ホタル石などの融点降下剤を使用せずに高効率で０．０４０質量％以下の低燐溶銑が安定して溶製できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶銑の脱燐処理中におけるスラグ溶融率の経緯時変化を示す図である。
【図２】溶銑への酸素投入原単位と処理前後の溶銑燐濃度比の自然対数との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る溶銑予備処理の実施状況を示す図である。
【符号の説明】
１上底吹き転炉
２上吹きランス
３酸素ガス
４スラグ
５溶銑
６酸化鉄
７脱燐剤
８炉底羽口
９不活性ガス

Claims

反応容器としての転炉に保持した溶銑に、酸素源及びＣａＯ源を供給して該溶銑の燐濃度を０．０４０質最％以下にする溶銑の予備処理脱燐において、
スラグの溶融を促進する媒溶剤を投入せずに、処理中に生成するスラグの溶融率が７０％以上となるよう、処理に必要な全ＣａＯ源の量を処理時間の５０％以上で分割して投入し、前記ＣａＯ源を、吹錬開始後、溶銑温度が１３００℃以上に到達してから投入開始すると共に、該ＣａＯ源の投入速度をＣａＯ純分で０．５〜４ｋｇ／ｔ・ｍｉｎとすることを特徴とする溶銑の脱燐方法。