JP5341735B2 - 脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源の供給方法 - Google Patents
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Description
特許文献1では、ガスの上底吹き機能を備えた転炉に保持した溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガスを上吹きしつつ炉底羽口から吹込むガスで該溶銑を撹拌して脱燐する溶銑の予備処理方法において、精錬剤の一部に粒度が2〜5mmの焼結鉱を20kg/t以上用い、且つ該焼結鉱が溶銑中へ持ち込む酸素量が、30%≦A/(A+B)×100≦60%となるように精錬している。ただし、上記Aは、焼結鉱原単位(kg/t)×0.17)であり、上記Bは酸素ガス原単位(m3標準状態/t)、焼結鉱酸素比率(%)=A/(A+B)×100である。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転炉型精錬容器内の溶銑に、気体酸素及び固体酸素源を供給すると共に脱りん剤を投入して脱りんを行うに際し、前記転炉型精錬容器に供給する気体酸素供給量の全量を比率で100%としたとき、前記気体酸素の供給量が30%となるまでに、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記脱りん剤の投入を完了し、前記気体酸素に関して、第1吹き込み期間と第2吹き込み期間と第3吹き込み期間との順に全量を吹き込むものとし、前記吹錬開始から前記気体酸素の供給量が30%〜40%となる第1吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が30%〜60%となる第2吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.5〜0.8Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が50%〜60%から吹錬終了までの第3吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、前記固体酸素源に関して、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記固体酸素源の球換算直径は、1〜10mmとし、吹錬開始から気体酸素の供給量が50%〜60%となる第1投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を5〜20kg/min/tの範囲とし、第1投入期間を経過してから吹錬が終了する第2投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を0〜0.5kg/min/tの範囲としている点にある。
図1は、本発明の溶銑の脱りん方法を行う転炉型精錬容器の全体側面図を示している。
図1に示すように、転炉型精錬容器1は、上吹き機能を有するものであり、脱りん処理を行うことができるものである。転炉型精錬容器1は、上方に向かって開口する炉口2を備えている。転炉型精錬容器1には、当該転炉型精錬容器1に装入された溶銑3に対して酸素を吹き込む上吹ランス4が炉口2から挿入自在に設けられている。
以下、本発明の脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源の供給方法について詳しく説明する。
[脱りん剤の投入時期について]
本発明では、転炉型精錬容器1の溶銑3に対して、シュート5等を用いて上方からCaOを主成分とする脱りん剤M1を投入しているが、図2(a)に示すように、上吹きランス4から供給している気体酸素の供給量の全量を100%としたとき、その30%になるまでに、脱りん剤M1の投入を完了することにしている。
気体酸素の供給量(%)=[(吹錬開始から供給している気体酸素の積算量)/(脱りん処理に使用する気体酸素の全量)]×100 ・・・(1)
気体酸素の供給量が30%に達するまでの期間は、溶銑の脱珪反応が進行して、スラグ中にSiO2が生成され、投入した脱りん剤M1中のCaOと反応しながら脱りん反応に必要な塩基度を有するスラグを形成していくため、この期間に脱りん剤M1の投入を完了することが必要である。
このように、脱りん剤M1の投入は、処理の前半に完了する必要があり、上述したように、本発明では、気体酸素の供給量が30%に達するまでに、脱りん剤M1の投入を完了している。
[気体酸素について]
上吹ランス4にて気体酸素を吹き付けることにより、脱りん処理を行うが、本発明においては、図3に示すように、この気体酸素の吹きつけを3つの期間に分けて、第1吹き込み期間、第2吹き込み期間、第3吹き込み期間の順に気体酸素を吹き込んでいる。
吹錬開始から気体酸素の供給量が30%〜40%に達する期間(第1吹き込み期間)は、主に、気体酸素や固体酸素によって進行した脱珪反応が進行して溶銑の[Si]が0.10質量%以下になる時期である。そのため、脱珪反応を促進させるために、気体酸素の速度を高めの0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲としたハードブローによる吹錬を行っている。
この第3吹き込み期間では、後述するように、固体酸素源M2の供給量を少なくしている状況下にあり、この固体酸素源M2との関係も考慮して、脱りん反応を促進させるためには、0.9〜1.2Nm3/min/tにする必要がある。つまり、固体酸素源M2の供給量を少なくしている状況下で、スラグと溶銑との界面の酸化鉄の濃度を10〜20質量%に維持するために,気体酸素の供給範囲を上述した範囲にする必要がある。ただし、気体酸素の供給速度を1.2Nm3/min/tよりも大きくしてしまうと、脱りん反応を促進できるものの、急激な脱炭反応が進んでしまうことから、気体酸素の供給速度を1.2Nm3/min/t以下にしている。なお、気体酸素の供給速度を0.9Nm3/min/t未満であれば、ハードブローをしていることにはならず、脱りん反応が進まない。
[固体酸素源について]
脱りん処理において、酸化鉄などの固体酸素源M2を転炉型精錬容器の上方から添加しているが、この固体酸素源M2の球換算直径は、1〜10mmとしている。ここで、球換算直径とは、固体酸素源M2(酸化鉄)を篩にかけることによって設定されるものである。なお、説明の便宜上、固体酸素源M2のことを酸化鉄として説明することがある。
一方で、固体酸素源M2の球換算直径が10mm以下であると、酸化鉄の溶融反応が速やかに進行し、酸化鉄溶融相の生成が進んで多くなることから、上方から添加された脱りん剤M1との反応が進み、スラグの滓化が促進する。
図4に示すように、吹錬開始から気体酸素の供給量が50〜60%となる第1投入期間では、固体酸素源M2の平均供給速度を5〜20kg/min/tの範囲とし、比較的多くの固体酸素源M2を供給している。即ち、気体酸素の供給量を基準として、気体酸素の供給量が50%〜60%に到達するまでの第1投入期間においては、上方から供給する固体酸素の平均供給速度を5〜20kg/min/tの範囲にしている。
第1投入期間での平均供給速度=T(1)時間中に供給した固体酸素源M2の量(kg/t)÷T(1) ・・・(2)
例えば、吹錬開始から気体酸素の供給量が55%となる期間を第1投入期間として設定した場合は、吹錬開始から気体酸素の供給量が55%となるまでの時間がT(1)となる。
なお、固体酸素源M2の投入方法は、平均供給速度を満たしていれば、一括して投入してもよいし(1回のみ)、連続的に投入してもよいし、複数回に分割して所定時間毎に投入してもよい。
第1投入期間では、脱りんスラグの形成を促進させる、即ち、CaOの溶解を促進するためには、スラグ中のFeO濃度を20%以上にする必要があり、これを達成するためには、固体酸素源M2の平均供給速度を高めの5〜20kg/min/tにする必要がある。 固体酸素源M2の平均供給速度が20kg/min/tを超える場合、固体酸素源M2の供給速度が大きすぎてしまい、スラグと溶銑との界面付近の温度を低下させ過ぎてしまう。その結果、スラグ(脱りんスラグ)が固化し、スラグの脱りん能が低下する。
一方、固体酸素源M2の平均供給速度が5kg/min/t未満である場合、固体酸素源M2の供給速度が小さすぎてしまう。固体酸素源M2の供給速度が小さい場合には、酸化鉄の溶融反応で生成したFeOが溶銑中のSi,Cにより直ちに消費され、上部から脱りん用に添加されたCaOを溶解するためのFeO濃度が確保できないため、スラグが形成できない。
表1は、溶銑の脱りん処理を行った実施条件を示している。表2〜表5は、表1の実施条件に基づき、本発明の脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源M2の供給方法によって処理を行った実施例をまとめたものである。また、表6〜表9は、表1の実施条件に基づき、本発明の溶銑の脱りん方法とは異なる方法で処理を行った比較例をまとめたものである。
表1に示すように、脱りん処理は、90tonクラスの転炉型脱りん炉にて行った。上吹きにおいては、孔数が3個である上吹きランスを用いた。転炉型脱りん炉に装入した溶銑3において、[C]=4.5〜4.8質量%、[P]=0.10〜0.12質量%、[Si]=0.2〜0.6質量%とした。溶製鋼種において、[C]の規格上限は、0.45質量%、[P]の規格上限値は、0.020質量%とした。
上方から供給する固体酸素源M2は、酸化鉄を粉砕したり、篩い分け等を行うことによって整粒して所定の球換算直径に分けたものとした。また、脱りん処理において、上吹きランス以外に、耐火物ランス7を用いて粉体を吹き込むことにより溶銑を攪拌した。溶銑3を攪拌するためにガスのみを行った場合、吹き込みガスの圧力・流量変動によりガス吹き込み孔へ溶銑3が差込、閉塞する可能性があるため、酸化鉄を主体とし、若干CaOを含む粉体を吹き込んでいる。なお、この場合、上吹きランス4から溶銑3を攪拌するためのガスと共に、CaOの粉体を添加しない場合と比較しても処理後[P]に影響が無いことを確認しており、ノズル閉塞防止目的で吹込んでいるCaOは本発明の脱りん用に用いるCaO(脱りん剤M1)からは除外している。
この実施例では、気体酸素の供給量が30%となるまでに、転炉型精錬容器の上方から添加する脱りん剤M1の投入を完了し(脱りん剤M1投入完了時期の欄)している。また、第1吹き込み期間を吹錬開始から気体酸素の供給量が30%〜40%となるものとし(第1吹き込み時期の時期の欄)、第1吹き込み時期の気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲としている(第1吹き込み時期の供給速度の欄)。そして、第2吹き込み期間を気体酸素の供給量が30%〜60%となるものとし(第2吹き込み時期の時期の欄)、第2吹き込み時期の気体酸素の供給速度を0.5〜0.8Nm3/min/tの範囲としている(第2吹き込み時期の供給速度の欄)。さらに、第2吹き込み期間を経過してから吹錬が終了する第3吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲としている(第3吹き込み時期の供給速度の欄)。
比較例1〜比較例50について説明する。
比較例1〜比較例6では、気体酸素の供給量が30%となった後に、上方から添加する脱りん剤M1の投入が完了しており、脱りん剤M1の投入完了が遅かった。そのため、脱りん処理においてスラグの滓化が遅くなり、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例19〜比較例24では、固体酸素源M2を多く入れる時期、即ち、第1投入時期が短く、第2投入時期が長い。そのため、処理前半に供給された酸化鉄(溶融した酸化鉄)が溶銑中のSiやCの還元反応で消費され、処理後半でスラグの酸化鉄濃度が低下し、スラグの脱りん能が低下した。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例44〜比較例49では、気体酸素を強く吹く(ハードブロー期間)、即ち、第1吹き込み時期が短い。そのため、気体酸素よるスラグへの熱供給が不足すると共に、スラグ中の酸化鉄濃度が不足し、スラグの形成時期がおくれ、脱りん反応速度が低下することになる。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例60及び比較例61では、第2吹き込み時期における気体酸素の供給速度が0.8Nm3/min/tを超えており、非常に大きい。そのため、急激に脱炭反応が進んでしまい、スラグの滓化が阻害される。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
次に、上述した実施形態とは異なる他の実施形態について説明する。この他の実施形態では、主に固体酸素源について変更を加えたものである。他の構成については、上述した実施形態と同じである。
[固体酸素源について]
脱りん処理において、酸化鉄などの固体酸素源M2を転炉型精錬容器の上方から添加しているが、この固体酸素源M2の球換算直径は、1〜10mmとしている。ここで、球換算直径とは、固体酸素源M2(酸化鉄)を篩にかけることによって設定されるものである。なお、上述した実施形態と同様に、固体酸素源M2のことを酸化鉄として説明することがある。
一方で、固体酸素源M2の球換算直径が10mm以下であると、酸化鉄の溶融反応が速やかに進行し、酸化鉄溶融相の生成が進んで多くなることから、上方から添加された脱りん剤M1との反応が進み、スラグの滓化が促進する。
図5に示すように、吹錬開始から気体酸素の供給量が50〜60%となる第1投入期間(第1投入時期)では、固体酸素源M2の平均供給速度を1.1〜4.5kg−O/min/tの範囲とし、比較的多くの固体酸素源M2を供給している。即ち、気体酸素の供給量を基準として、気体酸素の供給量が50%〜60%に到達するまでの第1投入期間においては、上方から供給する固体酸素の平均供給速度を1.1〜4.5kg−O/min/tの範囲にしている。
また、平均供給速度とは、気体酸素の供給量が50%〜60%に到達するまでの時間に供給した固体酸素源の量(酸素換算)を当該時間で割ることにより求めた値であって、第1投入期間の時間(単位、min)をT(1)とすると、このT(1)中に供給した固体酸素源の量(酸素換算)を第1投入期間の時間T(1)にて割った値である。平均供給速度は、例えば、式(4)により表される。
言い換えるならば、第1投入期間での平均供給速度(kg−O/min/t)=T(1)時間中に供給された溶銑1トン当たりの酸化鉄の量(kg/t)×(酸化鉄中の酸素質量%)÷T(1) ・・・(5)
例えば、吹錬開始から気体酸素の供給量が55%となる期間を第1投入期間として設定した場合は、吹錬開始から気体酸素の供給量が55%となるまでの時間がT(1)となる。
また、第2投入期間での平均供給速度とは、第2投入期間の時間(単位、min)をT(2)とすると、このT(2)中に供給した固体酸素源の量(酸素換算)を第2投入期間の時間T(2)にて割った値である。平均供給速度は、例えば、式(5)により表される。
なお、固体酸素源M2の投入方法は、平均供給速度を満たしていれば、一括して投入してもよいし(1回のみ)、連続的に投入してもよいし、複数回に分割して所定時間毎に投入してもよい。
第1投入期間では、脱りんスラグの形成を促進させる、即ち、CaOの溶解を促進するためには、スラグ中のFeO濃度を20%以上にする必要があり、これを達成するためには、固体酸素源M2の平均供給速度を高めの1.1〜4.5kg−O/min/tにする必要がある。固体酸素源M2の平均供給速度が4.5kg−O/min/tを超える場合、固体酸素源M2の供給速度が大きすぎてしまい、スラグと溶銑との界面付近の温度を低下させ過ぎてしまう。その結果、スラグ(脱りんスラグ)が固化し、スラグの脱りん能が低下する。
一方、固体酸素源M2の平均供給速度が1.1kg−O/min/t未満である場合、固体酸素源M2の供給速度が小さすぎてしまう。固体酸素源M2の供給速度が小さい場合には、酸化鉄の溶融反応で生成したFeOが溶銑中のSi,Cにより直ちに消費され、上部から脱りん用に添加されたCaOを溶解するためのFeO濃度が確保できないため、スラグが形成できない。
表10は、他の実施形態における溶銑の脱りん処理を行った実施条件を示している。表11〜表14は、表10の実施条件に基づき、本発明の脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源M2の供給方法によって処理を行った実施例をまとめたものである。また、表15〜表18は、表10の実施条件に基づき、本発明の溶銑の脱りん方法とは異なる方法で処理を行った比較例をまとめたものである。
表10に示すように、脱りん処理は、90tonクラスの転炉型脱りん炉にて行った。上吹きにおいては、孔数が3個である上吹きランスを用いた。転炉型脱りん炉に装入した溶銑3において、[C]=4.5〜4.8質量%、[P]=0.10〜0.12質量%、[Si]=0.2〜0.6質量%とした。溶製鋼種において、[C]の規格上限は、0.45質量%、[P]の規格上限値は、0.020質量%とした。
上方から供給する固体酸素源M2は、酸化鉄を粉砕したり、篩い分け等を行うことによって整粒して所定の球換算直径に分けたものとした。酸化鉄としては、酸素成分(固体酸素源中の鉄と結合している酸素の質量%)が22質量%を含むミルスケールを用いた。
また、脱りん処理において、上吹きランス以外に、耐火物ランス7を用いて粉体を吹き込むことにより溶銑を攪拌した。溶銑3を攪拌するためにガスのみを行った場合、吹き込みガスの圧力・流量変動によりガス吹き込み孔へ溶銑3が差込、閉塞する可能性があるため、酸化鉄を主体とし、若干CaOを含む粉体を吹き込んでいる。なお、この場合、上吹きランス4から溶銑3を攪拌するためのガスと共に、CaOの粉体を添加しない場合と比較しても処理後[P]に影響が無いことを確認しており、ノズル閉塞防止目的で吹込んでいるCaOは本発明の脱りん用に用いるCaO(脱りん剤M1)からは除外している。
この実施例では、気体酸素の供給量が30%となるまでに、転炉型精錬容器の上方から添加する脱りん剤M1の投入を完了し(脱りん剤投入完了時期の欄)している。また、第1吹き込み期間を吹錬開始から気体酸素の供給量が30%〜40%となるものとし(第1吹き込み時期の時期の欄)、第1吹き込み時期の気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲としている(第1吹き込み時期の供給速度の欄)。そして、第2吹き込み期間を気体酸素の供給量が30%〜60%となるものとし(第2吹き込み時期の時期の欄)、第2吹き込み時期の気体酸素の供給速度を0.5〜0.8Nm3/min/tの範囲としている(第2吹き込み時期の供給速度の欄)。さらに、第2吹き込み期間を経過してから吹錬が終了する第3吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲としている(第3吹き込み時期の供給速度の欄)。
表15〜表18に示す比較例1〜比較例50について説明する。
比較例1〜比較例6では、気体酸素の供給量が30%となった後に、上方から添加する脱りん剤M1の投入が完了しており、脱りん剤M1の投入完了が遅かった。そのため、脱りん処理においてスラグの滓化が遅くなり、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例19〜比較例24では、固体酸素源M2を多く入れる時期、即ち、第1投入時期が短く、第2投入時期が長い。そのため、処理前半に供給された酸化鉄(溶融した酸化鉄)が溶銑中のSiやCの還元反応で消費され、処理後半でスラグの酸化鉄濃度が低下し、スラグの脱りん能が低下した。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例44〜比較例49では、気体酸素を強く吹く(ハードブロー期間)、即ち、第1吹き込み時期が短い。そのため、気体酸素よるスラグへの熱供給が不足すると共に、スラグ中の酸化鉄濃度が不足し、スラグの形成時期がおくれ、脱りん反応速度が低下することになる。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
比較例60及び比較例61では、第2吹き込み時期における気体酸素の供給速度が0.8Nm3/min/tを超えており、非常に大きい。そのため、急激に脱炭反応が進んでしまい、スラグの滓化が阻害される。その結果、脱りん処理後の[P]が規格上限値を超えてしまう結果となった(評価、「×」)。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 炉口
3 溶銑
4 上吹ランス
5 シュート
6 出湯口
7 耐火物ランス
M1 脱りん剤
M2 固体酸素源
Claims (2)
- 転炉型精錬容器内の溶銑に、気体酸素及び固体酸素源を供給すると共に脱りん剤を投入して脱りんを行うに際し、
前記転炉型精錬容器に供給する気体酸素供給量の全量を比率で100%としたとき、 前記気体酸素の供給量が30%となるまでに、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記脱りん剤の投入を完了し、
前記気体酸素に関して、第1吹き込み期間と第2吹き込み期間と第3吹き込み期間との順に全量を吹き込むものとし、前記吹錬開始から前記気体酸素の供給量が30%〜40%となる第1吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が30%〜60%となる第2吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.5〜0.8Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が50%〜60%から吹錬終了までの第3吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、
前記固体酸素源に関して、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記固体酸素源の球換算直径は、1〜10mmとし、吹錬開始から気体酸素の供給量が50%〜60%となる第1投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を5〜20kg/min/tの範囲とし、第1投入期間を経過してから吹錬が終了する第2投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を0〜0.5kg/min/tの範囲としていることを特徴とする脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源の供給方法。 - 転炉型精錬容器内の溶銑に、気体酸素及び固体酸素源を供給すると共に脱りん剤を投入して脱りんを行うに際し、
前記転炉型精錬容器に供給する気体酸素供給量の全量を比率で100%としたとき、 前記気体酸素の供給量が30%となるまでに、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記脱りん剤の投入を完了し、
前記気体酸素に関して、第1吹き込み期間と第2吹き込み期間と第3吹き込み期間との順に全量を吹き込むものとし、前記吹錬開始から前記気体酸素の供給量が30%〜40%となる第1吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が30%〜60%となる第2吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.5〜0.8Nm3/min/tの範囲とし、前記気体酸素の供給量が50%〜60%から吹錬終了までの第3吹き込み期間では、気体酸素の供給速度を0.9〜1.2Nm3/min/tの範囲とし、
前記固体酸素源に関して、前記転炉型精錬容器の上方から添加する前記固体酸素源の球換算直径は、1〜10mmとし、吹錬開始から気体酸素の供給量が50%〜60%となる第1投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を1.1〜4.5kg−O/min/tの範囲とし、第1投入期間を経過してから吹錬が終了する第2投入期間では、固体酸素源の平均供給速度を0〜0.11kg−O/min/tの範囲としていることを特徴とする脱りん処理における気体酸素及び固体酸素源の供給方法。
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JP2011006774A (ja) | 2011-01-13 |
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