JP4850336B2 - 溶銑脱燐方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高い脱燐反応効率を可能とする溶銑脱燐方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶銑予備処理による脱燐処理では、脱燐効率の良い低温で脱燐反応を進行させた後に排滓を行うため、次工程の脱炭処理時の復燐を防止することができる等生石灰などの副原料の削減が可能となる。近年、溶銑脱燐処理を高速で実施すること等を目的に、フリーボードの大きい転炉型精錬炉が溶銑脱燐処理に用いられるようになってきた。
【0003】
転炉型精錬炉による溶銑脱燐処理には、特開昭63-195209に示されるような脱燐処理終了後に溶銑を一旦排出して脱炭専用炉にて脱炭処理する方法や、特開平7-242922に示されるような、脱燐処理後に一旦炉傾動によって排滓した後に同一転炉で脱炭処理を行う方法などがある。
【0004】
これらの脱燐処理を高速で進めるためには、添加した生石灰や脱炭滓などの脱燐用フラックスを速やかに溶融させ、滓化率を高位に維持して、スラグメタル反応を促進することが重要となる。滓化促進のためには、フラックスを上吹きランスから吹き込む方法や、蛍石やフッ化ナトリウム等のフッ化物系の滓化剤を大量に炉内に添加する方法などがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フラックスの上吹きを実施するためには、専用のホッパーや搬送系、専用の上吹きランスなど大がかりな設備が必要となるし、また、フッ化物系の滓化剤は高価であることからコスト的にも不利になる。本発明では、大がかりな設備改造や、フッ化物系の滓化剤の大量使用を必要とせず、効率的に脱燐用フラックスの滓化を促進して脱燐反応を促進する手段を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の方法である。
(1) 転炉型精錬炉を用いる溶銑脱燐処理において、脱燐処理中の溶銑温度を1150〜1450℃の範囲とし、処理後のスラグ組成を塩基度1.0〜3.5、t.Fe5〜35質量%の範囲として、吹錬開始から7分までの間の少なくとも合計2.5分間以上の二次燃焼率を12〜50%の範囲に維持するとともに、排ガススーパーヒートを100℃以上にし、脱燐処理終了時のスラグ中フッ素濃度を0〜2質量%とすることを特徴とする溶銑脱燐方法。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1に従って説明する。この図は、上底吹き転炉による溶銑脱燐処理を模式的に示したものである。
【0008】
転炉1内に溶銑2が挿入され、上吹きランス3より酸素ガス4が吹き込まれている。炉内には、脱燐フラックスがホッパー10より炉内に装入され、炉内の酸化生成物や炉壁からの混入物などと共にスラグ7が形成される。炉内の二次燃焼率は、排ガスフード8に設置した排ガス分析計9を用いて行われ、二次燃焼率は以下の(1)式で表される。
二次燃焼率(%)=
炉内発生CO2(%)/(炉内生成CO(%)+炉内発生CO2(%))×100………(1)
【0009】
特殊な密閉型転炉などの場合を除いて、排ガス分析計の位置には、排ガスフード8と転炉1の隙間から空気浸入が発生するため、炉内の二次燃焼の推定には、浸入空気中の酸素が炉口COガスと反応して生成するCO2を窒素バランスで算定して炉内で発生ガス濃度を評価する必要がある。また、底吹き羽口5より攪拌ガス6が炉内に供給される場合には、攪拌ガスに起因する生成CO,CO2も(1)式の炉内発生ガスとして算定する。
【0010】
脱燐処理中の炉内ガス温度は、出鋼孔11に出し入れ可能な二色温度計12を挿入して適宜測定した。この、脱燐処理中に、二次燃焼を一定以上に高めることによって、排ガスからの輻射熱が多くなり、スラグ表面からの伝熱が促進されて、スラグ滓化が促進される。また、本発明では滓化促進による脱燐反応の促進以外にも、滓化促進の効果によるダスト発生量の抑制効果、二次燃焼熱の利用によるスクラップ配合比のアップ等の等熱裕度向上、炉口などへの地金成長の抑制についてもメリットを享受することができる。図1では、上底吹き転炉を例にしているが、本発明は、底吹き機能のない上吹き転炉や、上吹き機能を持つAODにも適用できる他、底吹き転炉や電気炉等の精錬炉においても二次燃焼機能付与のための上吹き酸素機能を設けることで実施可能である。
【0011】
図2には、100t規模の転炉で測定した二次燃焼率と排ガススーパーヒート(排ガス温度とサブランスで測定した溶銑温度の差)の関係を示す。このとき、二次燃焼は排ガス分析からの測定値をモニターしつつ、目標の二次燃焼率になるようにランス高さをコントロールして行ったが、その他の手段でも良い。二次燃焼が12%以上の領域で約100℃以上のスーパーヒートが得られ、滓化促進効果が大きく、12%以上を適正な二次燃焼範囲として規定する。但し、二次燃焼率50%を超える領域では、スーパーヒートの増加は小さい。これは、二次燃焼を50%以上まで高めるためにランスハイトを上昇させた場合、二色温度計の測定位置よりも高い位置での燃焼が促進されていると考えられ、このような燃焼はスラグの滓化促進には効果が小さい上に、炉口付近の耐火物ダメージを著しく増加させることから、上限値は特に規定しないが、最も適正な二次燃焼率の範囲としては12〜50%と考えられる。この適正な二次燃焼率、添加フラックスの滓化に効果のある時間維持する必要がある。また、処理中の溶銑温度は1450℃を超えると、排ガススーパーヒートと相まって、耐火物の受けるダメージが顕著になることから適正操業温度範囲は1150〜1450℃を望ましい範囲とした。1150℃の下限値を設けたのは、溶銑の凝固温度近傍であり、実質それ未満では安定操業は困難と考えられるためである。溶銑温度のコントロールは通常の配合計算で評価でき、また、サブランスによる測温値などに基づいて、送酸速度のコントロールや副原料の投入量変更等によっても適宜制御可能である。
【0012】
高い脱燐効率を得るためには、処理終了時のスラグ塩基度(質量%CaO/質量%SiO2)を1.0〜3.5にすること、また、t.Feは5〜35質量%とすることが望ましい。処理後スラグの採取方法としては、吹錬終了後に金属板を設けたプローブでサブランスを用いて付着サンプルを採取する方法や、出銑時や排滓時等の炉傾動中に炉口より金属棒等をスラグに浸漬させて付着採取する方法が簡便であり、採取したスラグを粉砕して磁選したものを蛍光X線分析法で分析する方法が簡便かつ正確な方法として推奨できるが、採取方法や分析方法は特に限定しない。スラグの塩基度が1.0未満では、比較的滓化は容易に進行することから二次燃焼を高めることによる滓化促進の効果は小さく、3.5を超える場合には、スラグの液相線温度が高くなり、二次燃焼を高めた場合にも滓化促進効果が小さくなり塩基度を更に上昇させることによる脱燐効率向上効果が小さくなる。また、t.Feが35質量%を超える場合には、排ガス温度の上昇によって、規定した1450℃以下の場合にも耐火物に溶損傾向が認められ、また、t.Feが5質量%未満では酸素ポテンシャル不足によって脱燐効率が大幅に低下することからt.Feの適正範囲は5〜35質量%と規定した。
【0013】
また、転炉型精錬炉における脱燐処理は、比較的高速で処理されることから、通常15分以内で処理が終了するが、脱燐効率を高めるためには、処理の初期より滓化促進を進めることが重要である。また、発明者等の行った伝熱計算と、試験操業の結果から、排ガス輻射による滓化を十分行うためには2.5分以上必要であることから、吹錬開始から7分以内の間に、二次燃焼を12%以上の範囲に制御した時間を少なくとも合計2.5分以上保持することが重要である。このときの2.5分は7分以内のどこでも良く、必ずしも連続した時間である必要はなく断続的な時間の合計でも良い。
【0014】
また、蛍石やフッ化ナトリウム等の滓化剤であるフッ化物は、耐火物のダメージを大きくするが、本発明では、これらの滓化剤を用いることなく滓化の促進が可能であることから、フッ化物低減条件においても脱燐反応を高位に維持することができることから、添加フラックス配合の調整等により、脱燐処理後のスラグ中フッ素濃度は0質量%以上2質量%以下に抑制することによって、耐火物ダメージを回避しつつ高位の脱燐効率を達成できる。
【0015】
また、二次燃焼率を制御しつつ、直接炉内ガス温度の測定をすることで、スラグへの伝熱量を正確に評価できることから、スーパーヒートを滓化に効果が大きい100℃以上の状態に正確に制御するためには、処理中の炉内温度をバッチまたは連続的に測定し、測定値に基づいてランスハイトの再調整などを行うことが望ましく、測温方法としては、前述の二色温度計による連続測定や、熱電対を利用したガスのバッチ測温などが適用可能である。
【0016】
【実施例】
本発明の効果を検証するために100t規模の上底吹き転炉を用いて10chの溶銑脱燐試験を実施した。
【0017】
初期溶銑成分は[C]4.2〜4.4、[Si]0.3〜0.4、[Mn]0.1〜0.2 [P]0.11〜0.12 [S]<0.02(何れも質量%)とし、処理前の溶銑温度は1200〜1230℃で、処理終了後の温度は1340〜1390℃であった。副材の配合は、目標塩基度溶銑Si濃度に対して塩基度2.0を目標に生石灰のみを添加した結果、処理後のスラグ組成は塩基度1.6〜2.1、t.Feは15〜22質量%の値が得られ、また、フッ素分析値は1質量%未満であった。
【0018】
酸素ランスは6孔のラバールノズルを有したもので、上吹き酸素流量は10000〜12000Nm3/hの範囲で、底吹きガスはCO2 200Nm3/h一定で約10分の吹錬を行った。二次燃焼率は吹錬開始1分後から6分までの間に目標を30%として排ガス連続測定値に基づいてランスハイトをコントロールした結果、二次燃焼12〜50%の範囲を3.5〜5.2分維持できた。10chの試験における処理終了時の[P]は平均0.022質量%、標準偏差として0.004質量%であった。
【0019】
また、試験後の調査では、炉体のダメージに関しては、後述の比較例の操業と差異は認められなかった。
【0020】
(比較例)
比較例として、溶銑条件や配合条件、上底吹き流量は実施例と同様で、二次燃焼制御のみを実施しない試験を10ch行った。処理後のスラグ組成は実施例とほぼ同じ範囲の値が得られ、また、送酸中の二次燃焼率は7〜15%であったが、二次燃焼率が12%以上になる合計時間は最長のチャージでも1.6分であった。
【0021】
10chの比較試験における処理終了時の[P]は平均0.031質量%、標準偏差として0.007質量%であり、到達[P]は実施例よりも高く、ばらつきも大きかった。これは、本発明の実施例と比較してスラグ滓化が不利であったためと考えられる。
【0022】
また、排ガスダクト内から採取したダスト量の比較では、実施例に比較して排ガス中のダスト濃度が5%程度上昇しており、滓化によるカバー効果が低下しているものと考えられる。処理後の溶銑温度は実施例とほぼ同様であったが、二次燃焼が低いことから脱炭に消費される酸素量が増加し、脱燐処理後の溶銑中炭素濃度は平均して0.14質量%低くなり、次工程の脱炭炉におけるスクラップ配合比は低下した。また、実施例と比較すると炉口への地金成長が早く、試験のチャージ間で地金除去作業が必要になるケースがあった。
【0023】
【発明の効果】
本発明により、大幅な設備改造やフッ化物等の滓化促進剤の大量使用を必要とせず、転炉型精錬炉による溶銑脱燐処理での脱りん反応効率を高めることが出来ると共に、滓化促進によるダスト発生抑制や熱裕度の向上、炉口付近の地金成長抑制が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態。
【図2】二次燃焼率と排ガススーパーヒートの関係。
【符号の説明】
1転炉 2溶銑 3上吹きランス 4酸素ガス
5底吹き羽口 6攪拌ガス 7スラグ 8排ガスフード
9排ガス分析計 10ホッパー 11出鋼孔
12二色温度計
Claims (1)
- 転炉型精錬炉を用いる溶銑脱燐処理において、脱燐処理中の溶銑温度を1150〜1450℃の範囲とし、処理後のスラグ組成を塩基度1.0〜3.5、t.Fe5〜35質量%の範囲として、吹錬開始から7分までの間の少なくとも合計2.5分間以上の二次燃焼率を12〜50%の範囲に維持するとともに、排ガススーパーヒートを100℃以上にし、脱燐処理終了時のスラグ中フッ素濃度を0〜2質量%とすることを特徴とする溶銑脱燐方法。
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