JP4863334B2

JP4863334B2 - 溶銑の予備処理方法

Info

Publication number: JP4863334B2
Application number: JP35388099A
Authority: JP
Inventors: 規泰加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001172708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源としての炭素を十分に含有する予備処理溶銑を製造する溶銑の予備処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、転炉の生産性向上及びスラグ発生量の削減を目的に、高炉から出銑された溶銑に対して脱珪精錬、脱燐精錬、及び脱硫精錬を行う予備処理が、転炉精錬の事前処理として実施されている。これらの予備処理の中で脱珪精錬及び脱燐精錬は、溶銑に酸素ガス等の気体酸素源や鉄鉱石、スケール等の固体酸素源を供給して、溶銑中の珪素及び燐と酸素とを反応させ、珪素及び燐を除去するものである。
【０００３】
その際に、溶銑中の炭素も酸素と反応して脱炭反応が進行してしまう。この結果、次工程の転炉精錬では、炭素の燃焼による発熱量が減少して熱源不足となり、熱源を確保するために溶銑配合比を高めたり、又は、Ｆｅ−Ｓｉ合金や硫黄濃度の少ない黒鉛を発熱剤として添加したりする必要が発生し、転炉精錬に支障を招いていた。この問題点を解決するため、溶銑の予備処理中に微粉炭やコークス等の炭材を添加して炭素を補う方法が多数提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭６２−１７０４０９号公報には、ＣａＯを主成分とするフラックスを溶銑表面に上置きした後、脱珪フラックスを搬送ガスによって溶銑中に吹き込みつつ、溶銑表面に気体酸素源若しくは固体酸素源を供給して、溶銑の脱珪精錬・脱燐精錬を行う際に、脱珪フラックスと共に又は脱珪反応完了後に、炭材を搬送ガスにより溶銑中に吹き込んで溶銑の炭素濃度を高める予備処理方法が開示されている。
【０００５】
特開平１−１４７０１２号公報には、上下吹き機能を有する転炉型精錬炉に溶銑を注入した後、転炉滓を主体とする精錬剤と炭材とを添加し、次いで、底吹きガス攪拌を行いつつ酸素ガスを上吹きして、溶銑の脱燐精錬を行うと共に溶銑の炭素濃度を高める溶銑の予備処理方法が開示されている。
【０００６】
又、特開平２−２２８４１２号公報には、溶銑表面に酸素ガスを吹き込むか又は固体酸素源を添加しつつ、溶銑中に予備精錬用フラックスを吹き込んで精錬反応を行う際に、予備精錬用フラックスの吹き込み完了後、又は完了の直前のフラックス吹き込みが８０％完了した時点で炭材を吹き込み、溶銑の炭素濃度を高める予備処理方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
溶銑中に添加された炭材が溶銑中に溶解して溶銑の炭素濃度が上昇する速度（以下、「加炭速度」と記す）は、炭材の形状や添加方法を同一条件としても、溶銑中の炭素濃度及び溶銑温度によって変化する。具体的には、加炭速度は溶銑の炭素濃度とその時の溶銑の飽和炭素濃度との差に比例する。即ち、炭素濃度が飽和炭素濃度よりも低い時期には加炭速度は速いが、飽和炭素濃度に近づけば加炭速度は遅くなる。又、飽和炭素濃度に近い時期に炭材を添加しても、溶銑の炭素濃度の上昇には寄与することはなく、炭材は酸素源と反応して却って予備処理の精錬反応を阻害するのみで、炭材の歩留り低下を招く。尚、飽和炭素濃度は溶銑温度により決まる値であり、溶銑温度をＴ（℃）とした時、例えば（１）式で与えられる（第３版鉄鋼便覧「Ｉ基礎」丸善、ｐ８２）。
飽和炭素濃度＝1.34＋2.54×10^-3×Ｔ …（１）
【０００８】
従って、炭材の歩留りを高くし、且つ溶銑の炭素濃度を迅速に上昇させるには、炭材の添加時期とその添加量が重要であるが、上記従来技術には予備処理後半の添加が好ましいことが定性的には記載されているが、溶銑の炭素濃度との関係に基づいた定量的な記載はなく、従って、必ずしも歩留り良く且つ迅速な加炭速度で処理しているとは言い難い。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、炭材の歩留りが良く、且つ、溶銑の予備処理時間を延長させず、迅速に溶銑の炭素濃度を上昇させることができる予備処理方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による溶銑の予備処理方法は、気体酸素源若しくは固体酸素源を、精錬前の温度が１３２０〜１３６０℃の溶銑に供給して溶銑の脱珪精錬又は脱燐精錬を行う際に、精錬中に、溶銑中の炭素濃度を随時測定するか又は排ガス中のＣＯ、ＣＯ ₂ のバランスから溶銑中の炭素濃度を随時推定し、精錬が経過して溶銑中の炭素濃度が４．４ｗｔ％以下であることが確認された時点から精錬が終了する時点まで、直径が１ｍｍ以下の微粉状の炭材を、炭素純分で溶銑１トン当り３〜６ｋｇの範囲で溶銑に添加して精錬終了後の溶銑の炭素濃度を４．４６ｗｔ％以上まで高めることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明による溶銑の予備処理方法は、第１の発明において、炭材と同時に石灰源を添加することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明者等は、後述する実施例に示す予備処理設備を用いて脱珪精錬を行い、その脱珪精錬中に、炭材として直径が１ｍｍ以下の微粉炭を使用して、炭材添加時の溶銑の炭素濃度及び炭材添加量を変更した試験操業を実施し、炭材の歩留りを調査した。調査結果を図１に示す。図１は、炭材添加時の溶銑中炭素濃度と炭材歩留りとの関係を示す図であり、図１に示す結果は、処理前の溶銑温度を１３２０〜１３６０℃とし、炭材添加量を炭素純分で溶銑１トン当り３〜６ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）とした試験操業の結果である。図１に示すように、炭材の歩留りは、溶銑中炭素濃度の減少と共に増加し、溶銑の炭素濃度が４．４ｗｔ％以下になると飽和して６５〜９０％程度になることが分かった。尚、炭材添加量が炭素純分で６ｋｇ／ｔを越えた試験操業では、飽和炭素濃度に対して炭材添加量が過剰となり、炭材の歩留りは６５％以上を安定して達成することはできなかった。逆に、炭材添加量が炭素純分で３ｋｇ／ｔ未満の試験操業では、飽和炭素濃度に対して炭材添加量が少なすぎて、炭素濃度を十分に高めることはできなかった。
【００１４】
本発明では、溶銑中炭素濃度が４．４ｗｔ％以下となった時点で炭材の添加を開始し、且つ、炭材添加量を炭素純分で３〜６ｋｇ／ｔとするので、６５％以上の高い炭材歩留りで溶銑の炭素濃度を上昇させることができる。
【００１５】
その際、炭材の溶解速度が速くなり、迅速に溶銑の炭素濃度を上昇させることができ、更には迅速に溶解することで歩留り向上にも寄与するので、直径が１ｍｍ以下の微粉状の炭材を使用することが好ましい。又、石炭やコークス等の安価な炭材には硫黄が１ｗｔ％前後含まれているので、安価な炭材の添加により溶銑の硫黄濃度が上昇する。これを防止するために、炭材と同時に生石灰等の石灰源を添加することが好ましい。生石灰は溶銑の脱硫剤として作用して、炭材による硫黄濃度の上昇を抑えることができるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき説明する。図２は、本発明の実施の形態の１例を示す図であって、本発明を実施した溶銑の予備処理設備の概略図である。
【００１７】
図２において、高炉（図示せず）から出銑された溶銑２を収納した取鍋型の溶銑保持容器８は、台車９に搭載されて予備処理設備１に搬入されている。予備処理設備１には、上吹き酸素ランス１０と炭材吹き込みランス１１とインジェクションランス１２とが設置されており、上吹き酸素ランス１０、炭材吹き込みランス１１、及びインジェクションランス１２は、溶銑保持容器８内を上下移動可能となっている。上吹き酸素ランス１０からは酸素ガス等の気体酸素源を溶銑２に吹き付けることができる。
【００１８】
炭材吹き込みランス１１は、貯蔵タンク１４とリフトタンク１７とディスペンサー２０、及び、貯蔵タンク１５とリフトタンク１８とディスペンサー２０とから構成される２系統の原料供給設備と接続されており、窒素ガスを搬送ガスとして、貯蔵タンク１４に収納された炭材３及び貯蔵タンク１５に収納された生石灰４を溶銑２中に吹き込み添加することができる。又、炭材吹き込みランス１１の先端を溶銑２の直上に配置することで、炭材３及び生石灰４を窒素ガスと共に溶銑２の表面に投射して添加することもできる。炭材３は、石炭やコークス等を用いれば良く、その直径が１ｍｍ以下の微粉状のものとすることが好ましい。尚、貯蔵タンク１４内の炭材３及び貯蔵タンク１５内の生石灰４は、リフトタンク１７、１８にて、それぞれ独立に添加量及び添加時間を制御して吹き込むことができる。
【００１９】
インジェクションランス１２は、貯蔵タンク１３とリフトタンク１６とディスペンサー１９とから構成される原料供給設備と接続されており、窒素ガスを搬送ガスとして、貯蔵タンク１３に収納された精錬用フラックス７を溶銑２中に吹き込み添加することができる。尚、インジェクションランス１２から窒素ガスのみ吹き込み、溶銑２を攪拌することもできる。
【００２０】
更に、予備処理設備１には、ホッパー２１、２２、２３と、切り出し装置２４、２５、２６と、原料搬送装置２７と、シュート２８とからなる原料供給設備が設置されており、この原料供給設備を用いて、ホッパー２１内の生石灰４、ホッパー２２内の蛍石５、及びホッパー２３内の鉄鉱石やミルスケール等の固体酸素源６を、溶銑保持容器８内に上置き添加することができる。
【００２１】
次に、このような構成の予備処理設備１を用いた本発明による溶銑の処理方法を説明する。先ず、予備処理が脱珪精錬の場合について説明する。
【００２２】
脱珪精錬の場合には、固体酸素源６を上置き添加するか、又は上吹き酸素ランス１０から酸素ガス等の気体酸素源を吹き付けるか、若しくは固体酸素源６を上置き添加し且つ上吹き酸素ランス１０から気体酸素源を吹き付けると共に、インジェクションランス１２から窒素ガスを吹き込んで溶銑２を攪拌させ、溶銑中の珪素と固体酸素源６又は気体酸素源とを反応させて脱珪精錬を行う。脱珪精錬の進行に伴い、溶銑中の炭素も固体酸素源６又は気体酸素源と反応して脱炭され、溶銑２の炭素濃度が徐々に低下する。
【００２３】
そして、脱珪精錬中に溶銑２からサンプルを採取して溶銑中の炭素濃度を随時測定し、溶銑２の炭素濃度が４．４ｗｔ％以下であることが確認された時点から、炭材吹き込みランス１１を介して炭材３を溶銑２に添加する。炭材３は、溶銑２の内部に吹き込んで添加しても、又、溶銑２の表面に投射して添加してもどちらでも良い。炭材３の添加量は炭素純分で３〜６ｋｇ／ｔとする。尚、溶銑２中の炭素濃度は排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂ のバランスから推定することもできる。
【００２４】
炭材３が添加されたなら、貯蔵タンク１５内の生石灰４を炭材３と共に炭材吹き込みランス１１を介して溶銑２に添加することが好ましい。そして、所定量の炭材３の添加が完了したならば、脱珪精錬を終了する。但し、所定量の炭材３を添加完了した後も溶銑２の珪素濃度が所定値まで低下していない場合には、珪素濃度が所定値となるまで脱珪精錬を継続する。
【００２５】
尚、脱珪精錬中、粉状の固体酸素源６を精錬用フラックス７としてインジェクションランス１２を介して溶銑２中に吹き込んでも良く、又、生石灰４をシュート２８を介して予め上置き添加しても良い。
【００２６】
次に、予備処理が脱燐精錬の場合について説明する。脱燐精錬の場合も本質的には脱珪精錬と同一であるが、脱燐反応を促進させるために、固体酸素源６に加えて生石灰４及び蛍石５等を上置き添加し、更に、インジェクションランス１２から窒素ガスを搬送ガスとして精錬用フラックス７を吹き込むことが好ましい。精錬用フラックス７としては、それぞれ粉状の生石灰４、蛍石５、固体酸素源６、及びこれらの混合物を用いるものとする。そして、上吹き酸素ランス１０から気体酸素源を吹き付けて脱燐精錬を実施する。溶銑２は窒素ガスにより攪拌し、溶銑中の燐と固体酸素源６又は気体酸素源とが反応して脱燐反応が進行する。又、生石灰４は脱燐剤として有効であり、生石灰４の添加により脱燐反応が促進される。蛍石５は生石灰４の粘性調整剤として必要に応じて添加する。
【００２７】
脱燐精錬の進行に伴い、溶銑中の炭素も酸素源と反応して脱炭され、溶銑２の炭素濃度が徐々に低下するので、上述した脱珪精錬の場合に準じて、炭材３を溶銑２に添加する。但し、脱硫に十分な量の生石灰４が予め添加されている場合には、炭材３と共に生石灰４を添加する必要はない。そして、所定量の炭材３の添加が完了したならば、脱燐精錬を終了する。但し、所定量の炭材３を添加完了した後も溶銑２の燐濃度が所定値まで低下していない場合には、燐濃度が所定値となるまで脱燐精錬を継続する。
【００２８】
このように脱珪精錬と脱燐精錬とは、溶銑中の珪素及び燐を酸化させて除去する点において共通するので、脱燐精錬においても脱珪が進行するし、又、脱珪精錬においてもその精錬末期には一部脱燐が進行する。従って、上記説明では脱珪精錬と脱燐精錬とに分けているが、この区分は精錬の主たる目的を表示するものであり、脱珪が伴う脱燐精錬も、又、脱燐が伴う脱珪精錬も、当然本発明に含まれるものとする。又、脱珪精錬と脱燐精錬とを連続して行う場合にも、上記に準じて溶銑２の炭素濃度が４．４ｗｔ％以下になった時点から炭材３を溶銑２に添加すれば良い。
【００２９】
このようにして、溶銑２の予備処理を行うことで、溶銑２の脱珪精錬又は脱燐精錬を行いつつ、６５％以上の高い炭材３の歩留りを確保して、溶銑２の炭素濃度を迅速に上昇させることが可能となる。その結果、その後の転炉脱炭精錬では熱源が確保され、状況に応じた柔軟な精錬を行うことが可能となる。
【００３０】
尚、上記説明は取鍋型の溶銑保持容器８を用いた予備処理設備１について説明したが、溶銑保持容器８は上記の取鍋型に限るものではなくトーピードカーであっても、本発明は上記に準じて何ら支障なく実施できる。又、図２に示す予備処理設備１の各装置も上記に限るものではなく、例えばインジェクションランス１２が炭材吹き込みランス１１を兼ねても良く、その機能が上記の説明を満足するものであれば、どのような型式としても良い。更に、予備処理設備１は上記の設備に限るものではなく、上下吹き機能を有する転炉型精錬炉としても良い。転炉型精錬炉の場合には、インジェクションランス１２の代りに底吹きガスを用い、炭材３、生石灰４、固体酸素源６等の原料は、全てを上置き添加としても、一部を底吹きインジェクションとしても、どちらでも良い。
【００３１】
【実施例】
図２に示す予備処理設備を用いて、高炉から出銑された２００トンの溶銑を脱燐精錬した実施例を説明する。脱燐精錬は固体酸素源として鉄鉱石を５２００ｋｇ上置きし、気体酸素源として酸素ガスを吹き付け、インジェクションランスから窒素ガスを吹き込んで行った。精錬前の溶銑温度は１３３５℃で、炭素濃度は４．６８ｗｔ％、燐濃度は０．１０５ｗｔ％、硫黄濃度は０．０２４ｗｔ％であった。
【００３２】
脱燐精錬開始後、１２分経過時点で溶銑炭素濃度は０．２８ｗｔ％低下して４．４ｗｔ％となったので、炭材吹き込みランスから溶銑中に４．５ｋｇ／ｔの微粉炭を炭材として溶銑中に吹き込み添加した。その際、微粉炭の吹き込みと同時に１９．０ｋｇ／ｔの生石灰を溶銑中に吹き込み添加した。使用した微粉炭は、炭素純分が８９ｗｔ％で、直径が１ｍｍ以下のものであり、微粉炭の炭素純分当りの添加量は４ｋｇ／ｔとなる。
【００３３】
そして、脱燐精錬開始から２５分経過した時点で微粉炭及び生石灰の吹き込みを完了すると共に、酸素ガスの吹き付けも停止して脱燐精錬を終了した。酸素ガスの使用量は１０４０Ｎｍ³ となった。脱燐精錬終了時の溶銑の炭素濃度は脱燐精錬前よりも０．２２ｗｔ％低下して、４．４６ｗｔ％となり、燐濃度は０．０１５ｗｔ％、硫黄濃度は０．０１５ｗｔ％、溶銑温度は１３１５℃であった。
【００３４】
図３に脱燐精錬中の炭素濃度の推移を示す。図３には、微粉炭を添加せずに、その他の条件を実施例と同一とした従来例における炭素濃度の推移を合せて示す。但し、従来例における脱燐精錬前の溶銑の炭素濃度は４．６５ｗｔ％で、溶銑温度は１３３７℃であった。図３に示すように、微粉炭を添加しない従来例では、脱燐精錬後の炭素濃度は、脱燐精錬前に比べて０．５３ｗｔ％減少して、４．１２ｗｔ％となった。微粉炭を添加しない場合には、同様に炭素濃度が減少するものとして実施例における微粉炭の歩留りを（２）式により算出すると、歩留りは７７％となった。尚、（２）式においてαは微粉炭の歩留りである。
α＝（0.53−0.22）×1000／（4.5×0.89）…（２）
又、微粉炭を４．５ｋｇ／ｔ吹き込んだにもかかわらず、生石灰を吹き込んだことにより、溶銑の硫黄濃度は脱燐精錬前よりも低下していた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、溶銑の脱珪精錬又は脱燐精錬において、６５％以上の高い炭材の歩留りで、溶銑の炭素濃度を迅速に上昇させることが可能となる。その結果、溶銑の熱源が確保され、脱炭吹錬では状況に応じた柔軟な精錬を行うことが可能となり、多大な工業的効果がもたらさせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭材添加時の溶銑中炭素濃度と炭材歩留りとの関係を調査した結果を示す図である。
【図２】本発明を実施した溶銑の予備処理設備の概略図である。
【図３】実施例における溶銑の炭素濃度の推移を、従来例と比較して示す図である。
【符号の説明】
１予備処理設備
２溶銑
３炭材
４生石灰
５蛍石
６固体酸素源
７精錬用フラックス
８溶銑保持容器
９台車
１０上吹き酸素ランス
１１炭材吹き込みランス
１２インジェクションランス

Claims

気体酸素源若しくは固体酸素源を、精錬前の温度が１３２０〜１３６０℃の溶銑に供給して溶銑の脱珪精錬又は脱燐精錬を行う際に、
精錬中に、溶銑中の炭素濃度を随時測定するか又は排ガス中のＣＯ、ＣＯ ₂ のバランスから溶銑中の炭素濃度を随時推定し、精錬が経過して溶銑中の炭素濃度が４．４ｗｔ％以下であることが確認された時点から精錬が終了する時点まで、
直径が１ｍｍ以下の微粉状の炭材を、炭素純分で溶銑１トン当り３〜６ｋｇの範囲で溶銑に添加して精錬終了後の溶銑の炭素濃度を４．４６ｗｔ％以上まで高めることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
前記炭材と同時に石灰源を添加することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。