JP5494170B2 - 溶銑の脱燐方法 - Google Patents

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本発明は、溶銑の脱燐方法に関し、具体的には、上底吹き転炉型の反応容器を用いて高能率で溶銑を脱燐処理する方法に関する。
従来の技術
上底吹き転炉型の反応容器(以下「転炉」と略記する)を用いて溶銑の脱燐処理を行う溶銑の予備処理工程では、従来、転炉にスクラップおよび溶銑を装入するとともに塊状の生石灰や石灰石等を脱燐剤として添加することによって、脱燐吹錬を行っていた。ただし、溶銑の脱燐を促進させるためには脱燐剤の溶融(滓化)が必要であり、脱燐吹錬中の溶銑温度は通常1300〜1400℃と低温であることから、この温度域で脱燐剤を速やかに滓化させるためにホタル石等の滓化促進剤を利用していた。
しかし、近年では蛍石を用いることが実質的にできなくなってきたため、脱燐剤を滓化させる新たな技術が必要になってきた。
その一例として、特許文献1には、ホタル石等の滓化促進剤を使用しないで、粉状の生石灰を上吹き酸素とともに溶銑に吹き付ける脱燐方法が開示されている。また、そのような方法においても、脱燐処理後のスラグ塩基度を高めるほうが低燐溶銑を効率的に製造するためには好適であると考えて、特許文献2に示されるように、脱燐処理後のスラグ塩基度が2.5〜5.0となるように処理する例もある。
ただし、特許文献1により開示された方法の上吹き酸素流量は、溶銑1トン当たり0.7〜2.0Nm/min(以下、「溶銑1トン当たりの流量」の単位を「Nm/min/ton」と記載する)であり、その酸素供給時間は10分間程度である。また、特許文献2には、上吹き酸素流量は、記載されていないものの、その脱燐処理時間は8〜12分間と記載されているので、特許文献1により開示された方法と同程度であると推測される。
この上吹き酸素流量が2.0Nm/min/ton程度以下とされる理由は、特許文献1にはスピッティング増加の回避と記載されているが、特許文献1が出願された当時には、脱燐処理時間が10分間程度でも特に問題なかったことも関係している。
ところが、近年では脱燐処理の高能率化の必要性が高まり、脱燐処理時間を5〜8分間程度に短縮することが要請されるようになってきた。この要請に応えるには、端的には、上吹き酸素の流量を高めた上で脱燐率の低下を防止し、かつ、スピッティングの増加を抑制する必要がある。
例えば、特許文献3には、上吹き酸素の供給開始前にAlを含む取鍋スラグを投入して比較的低塩基度のカバースラグを生成させ、その後からCaO含有脱燐剤を上吹き酸素とともに溶銑へ吹き付けることによって、上吹き酸素流量を0.5〜2.5Nm/min/tonと高めてもスピッティングの増加を抑制できる方法が開示されている。
さらに、特許文献4には、上吹きランスからの気体酸素の供給速度を1.5〜5.0Nm/min/tonと高める方法が開示されている。ただし、スピッティングやダストの発生を抑制するためにスラグ塩基度を1.0〜2.5と低めにする必要があり、その低塩基度での脱燐能力の低下を防ぐためにスラグの酸素ポテンシャルを高めるとしている。
ところが、上吹き酸素の流量を高めると、スピッティングが増加するだけではなく、スラグ中の酸化鉄濃度が予定外に高まって、スロッピングが発生してしまうおそれがある。その上、脱燐処理時間が短くなることから脱燐能力が低下してしまうおそれもある。
これらのおそれに対し、特許文献4には、上吹きランスから粉粒状の固体酸素源を吹付けること以外には具体的な手段が開示されておらず、その上吹きランスからの粉粒状の固体酸素源の吹付けるには特別な設備を要することから、より簡便な方法が望まれる。
一方、特許文献5には、脱燐剤として投入された塊状CaOおよび粉状CaOの滓化を速め、蛍石を使用しないで効率よく脱燐する方法として、カルシウムフェライトを併用する溶銑脱燐方法が開示されている。ただし、上吹き酸素流量は1.8〜2.2Nm/min/tonであって、その精錬時間は10分間程度と記載されているため、そのまま上吹き酸素流量をさらに増やして、精錬処理時間を5〜8分間に短縮した処理に適用することは適当でないと推測される。
特開平8−311523号公報 特開2003−328025号公報 特開2001−64713号公報 特開2008−266666号公報 特開2010−1536号公報
本発明の目的は、上底吹き転炉型の反応容器を用いて、脱燐剤に実質的にフッ素を含む副原料を使わずに溶銑から燐を除去する際に、脱燐処理を高能率かつ高効率で行う方法を提供することであり、より具体的には、上吹き酸素の供給時間が5〜8分間であっても溶銑の脱燐率が80%以上であり、かつ、スピッティングやスロッピングの発生を実際上問題ないレベルに抑制できる溶銑の脱燐方法を提供することである。
上底吹き転炉での酸素供給時間を、従来の8〜12分間から5〜8分間に短縮するためには、上吹き酸素の供給流量を従来の0.7〜2.0Nm/min/tonなどから2.0〜4.0Nm/min/tonに高めても、スピッティングやスロッピングの発生状況を従来並みに抑えることができ、かつ、脱燐処理後[P]濃度を0.020%以下(本明細書では特に断りがない限り「%」は「質量%」を意味する)、すなわち脱燐率80%以上を維持できる吹錬方法を確立する必要がある。
先ず、スピッティングの発生を抑制するためには、大量の上吹き酸素の供給開始前に、とりわけその酸素とともに粉状生石灰等のCaO源の吹付けを開始する前に、溶銑上に早期に溶融スラグを生成させておくことが有効であると分かっている。このため、特許文献3に記載された取鍋スラグや、特許文献5に記載されたカルシウムフェライトを上手に利用することが考えられる。
また、上吹き酸素の供給流量を2.0Nm/min/ton以上とすると、スロッピングが発生し易くなる。この理由は、火点面積当たりの酸素供給量が増加するため、酸化鉄が生成し易くなり、スラグ中の酸化鉄量の指標をT.Fe濃度とした場合に、それが容易に15%以上となるためである。このスラグ中のT.Fe濃度は、底吹きガス流量を高めることによっても低減できるが、脱燐率を高めるにはT.Fe濃度が高いほうがよいという事情もある。
そこで、上吹き酸素の高い供給流量に対して適切な底吹きガス流量で脱燐処理を行い、スラグのT.Fe濃度を高めの適正範囲に調整することにより、吹錬中のスロッピングを抑制しながら脱燐率を高く維持することが可能になる。
本発明者らは、別途行った試験調査によって、脱燐剤として供給する全CaO質量のうちその40%以上の質量を粉状とし、上吹き酸素2.0〜4.0Nm/min/tonとともに溶銑に吹き付ける溶銑脱燐処理において、その適切な底吹きガス流量が0.15〜1.5Nm/min/tonであることを知見した。ただし、この底吹きガス流量の調整によるT.Fe濃度の調整は、その調整幅に難点があり、その調整だけでは上吹き酸素の供給流量が2.0〜4.0Nm/min/tonの条件下においてスロッピングを安定的に抑制し、かつ、脱燐処理後[P]≦0.020%を着実に達成することは難しい。
脱燐処理を短時間で行うためにはCaOを短時間で滓化させる必要があり、そのためにはスラグのAl濃度を高めてスラグの融点を下げることが有効と考えられる。しかし、スラグのAl濃度を高めるとスロッピングが発生し易くなる。一般的に、スロッピングは、スラグが低塩基度であってAl濃度が高い場合に発生し易いことが知られている。
したがって、スラグの塩基度を早期に上昇させれば、スロッピングの発生を抑制できる可能性があるものの、その一方で、スラグの塩基度を上昇させるとスラグの融点が上がってしまうので、Al濃度を高めてスラグの融点を下げる効果と相殺する可能性がある。
ただし、スラグのAl濃度を高めるのは、そもそもCaOを短時間で滓化させてスラグの塩基度を高めるためであって、スラグの塩基度(スラグを分析して得られるCaO%とSiO%との比:CaO%/SiO%)は高いほうが脱燐率の向上に有利なことは、技術常識である。
そこで、本発明者らは、吹錬の初期にはなるべく低融点のAl含有物質とCaO含有物質とを併用しつつ、比較的高Al濃度であって塩基度が1前後のスラグを早期に生成させ、その後CaO含有濃度の高い物質を供給してスラグ塩基度を2.0〜2.9まで高めるとよいと考えた。
そのような目的で用いる低融点のAl含有物質として、前記した取鍋スラグやカルシウムフェライトがある。取鍋スラグは溶鋼鋳造後に発生する副産物なので安価であるが、副産物であるが故に含有成分のバラツキは大きく、その組成範囲を自由に選択することは難しい。
一方、カルシウムフェライトは、合成製造物であるからその組成範囲を自由に選択でき、特にFeOなどの低融点かつ酸化力を有する成分を多く含有させられる点で脱燐剤としての利点が大きい。しかし、カルシウムフェライトには、高価であるという欠点がある。そのため、本発明の目的を達成するためには、取鍋スラグとカルシウムフェライトのそれぞれの特徴を生かして両者を併用しつつ、なるべくカルシウムフェライトの使用量を少なくすることが望ましい。
そこで、本発明を完成させるため、上底吹き転炉を用いて、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/min/tonとしつつ、脱燐剤として供給する全CaO質量のうちその40%以上の質量を粉状として、2.0〜4.0Nm/min/tonの流量の上吹き酸素とともに、溶銑に吹き付ける溶銑脱燐処理を対象として、スピッティングやスロッピングの発生を操業上問題ないレベルに抑え、かつ、従来並みの処理後[P]濃度0.020%以下(脱燐率80%以上)を維持できる吹錬方法に関し、スラグ塩基度を2.0〜2.9に調整することを条件とした上で、取鍋スラグおよびカルシウムフェライトの適切な使用条件を種々調査検討した結果、本発明を完成した。
本発明は、上底吹き転炉型の反応容器を用いて、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/minとしつつ、脱燐剤として供給する全CaO質量のうち40%以上の質量を粉状として上吹き酸素2.0〜4.0Nm/min/tonの供給開始と同時に、またはこの供給開始から1分経過時点までに、その上吹き酸素と共に溶銑への吹き付けを開始して、上吹き酸素の供給開始からその終了までの時間の50%が経過する時までに反応容器内への投入を完了する塊状のCaO含有物質と合わせて、脱燐処理終了時のスラグ塩基度を2.0〜2.9になるように調整する溶銑の脱燐処理方法であって、
上吹き酸素の供給開始の前に、或いはこの供給開始の直後に、取鍋スラグまたはカルシウムフェライトを溶銑ton当たりの合計で5kg以上を反応容器内に投入する第1の条件と、
上吹き酸素の供給開始の前に、或いはこの供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の21%が経過する時の前に、取鍋スラグを、第1の条件での投入量との合計で溶銑ton当たり5〜14kgの範囲で、かつ、上吹き酸素の供給開始前に、或いはその開始から上吹き酸素の供給時間全体の28%が経過する時の前に、カルシウムフェライトを、第1の条件での投入量との合計で溶銑ton当たり5〜10kgの範囲で、脱燐処理終了時のスラグ中Al濃度が6〜12質量%になるように調整して、反応容器内に投入する第2の条件と
を満足することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法である。
本発明により、上底吹き転炉型の反応容器を用いて、脱燐剤に実質的にフッ素を含む副原料を使わずに溶銑から燐を除去する方法において、その脱燐処理を高能率かつ高効率で行うこと、具体的には、上吹き酸素の供給時間が5〜8分間と短い場合であっても、80%以上の脱燐率を得られるとともに、スピッティングやスロッピングの発生も実際上問題ないレベルに抑制することが可能になる。
図1は、脱燐処理終了後のスラグ中Al%と脱燐率との関係を、スピッティング発生の有無で層別して示すグラフである。 図2は、取鍋スラグの投入時期とその投入量がスピッティングの発生に及ぼす影響を示すグラフである。 図3は、カルシウムフェライトの投入時期とその投入量がスピッティングの発生に及ぼす影響を示すグラフである。 図4は、脱燐処理終了後のスラグ中Al%と脱燐率との関係を、スロッピング発生の有無で層別して示すグラフである。
本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。以降の説明では、本発明における「上底吹き転炉型の反応容器」が転炉である場合を例にとる。
本発明は、基本的に、転炉に、通常の化学成分を有する溶銑(C:4.3〜4.5%、Si:0.2〜0.4%、Mn:0.2〜0.4%、P:0.095〜0.120%、S:0.003〜0.03%)を装入し、この溶銑に、0.15〜1.5Nm/min/tonの流量で底吹きガスを吹き込むとともに、脱燐剤として供給する全CaO質量のうちの40%以上の粉状のCaO含有物質を、2.0〜4.0Nm/min/tonの流量で供給する上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けて、溶銑脱燐処理を行う。
脱燐用副原料には、塊状のCaO含有物質(塊状CaO源)、粉状のCaO含有物質(粉状CaO源)、および塊状のカルシウムフェライトの3種類を併用する。CaO源の滓化促進剤としての蛍石など実質的にフッ素を含む原料を用いる必要はない。
塊状のCaO含有物質は、CaOを40%以上含有する物質であって、粒径5〜30mm程度の塊状生石灰(CaO:92〜96%、残COおよび不純物)や、粒径5〜40mmの塊状転炉スラグ、粒径100mm以下の取鍋スラグなどが例示される。表1に、転炉スラグと取鍋スラグの通常の組成範囲(質量%)を例示する。
粉状のCaO含有物質は、CaOを80%以上含有する物質であって、粒径0.15mm以下の粉状生石灰(CaO:92〜96%、残COおよび不純物)や、その粉状生石灰と粒径0.15mm以下の粉状石灰石との混合物等が例示される。
塊状のカルシウムフェライトは、粒径5〜30mm程度の塊状プリメルトフラックスであって、その組成がCaO=30〜50%、FetO(FeO、Fe、Feの総和)=40〜65%、SiO=1〜10%、Al=1〜20%を含有し、かつ、それらの4成分の合計が90%以上のものである。この範囲でカルシウムフェライト化合物を含む合成プリメルトフラックスが、低融点であって脱燐吹錬初期に迅速に溶解可能である上、溶解後に脱燐剤として適していることを別途確認済みだからである。
本発明は、第1の条件を満足する。第1の条件は、2.0Nm/min/ton以上4.0Nm/min/ton以下の流量で上吹き酸素の供給を開始する前に、または開始した直後に(具体的には、全上吹き酸素供給時間の5%が経過する時点より前である、上吹き酸素供給開始時から15〜24秒経過時点よりも前)、取鍋スラグまたはカルシウムフェライトを溶銑1トン当たりの合計で5kg以上、転炉内に投入することである。第1の条件を満足することにより、スピッティング発生を抑制する。
ただし、第1の条件における、転炉内への取鍋スラグおよびカルシウムフェライトの投入量は、スロッピング発生抑制対策および脱燐促進対策である後述の第2の条件により転炉内に投入する取鍋スラグ量およびカルシウムフェライト量を、超えてはならない。
本発明は、第2の条件を満足する。第2の条件は、上吹き酸素の供給開始の前に、または供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の21%が経過する時点の前に、取鍋スラグを、溶銑1トン当たり5〜14kgの範囲で転炉内に投入するとともに、上吹き酸素の供給開始の前に、または供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の28%が経過する時点の前に、カルシウムフェライトを、溶銑1トン当たり5〜10kgの範囲で転炉内に投入することである。第2の条件を満足することにより、スロッピングの発生を抑制し、併せて脱燐を促進する。
ここで、第2の条件での取鍋スラグの投入量は、第1の条件での取鍋スラグの投入量と合計した量であるとともに、第2の条件でのカルシウムフェライトの投入量は、第1の条件でのカルシウムフェライトの投入量と合計した量である。
したがって、取鍋スラグやカルシウムフェライトは、上吹き酸素の供給開始前またはその直後に、少なくとも合計で溶銑1トン当たり5kg以上投入しなければならないが、そのときに取鍋スラグを溶銑1トン当たり14kg以下、かつ、カルシウムフェライトを10kg以下の範囲で、転炉内に投入してもよい。
ただし、上吹き酸素の供給開始後の前記した時間が経過するより前に、取鍋スラグを溶銑1トン当たり5〜14kgの範囲で、カルシウムフェライトを溶銑1トン当たり5〜10kgの範囲で、転炉内の溶銑への投入を完了しなければならない。
この取鍋スラグと塊状カルシウムフェライトの投入量の下限は、それぞれ溶銑1トン当たり5kgであるが、その上限は、脱燐処理後のスラグ中Al濃度が6〜12%になるように,計算により定めればよい。
塊状のカルシウムフェライトと取鍋スラグは、必要に応じて使用されるスクラップとともに、スクラップシュートから投入するようにしてもよい。
本発明では、さらに、上吹き酸素を2.0Nm/min/ton以上4.0Nm/min/ton以下の流量で供給を開始すると同時に、又はその開始から1分間が経過するまでの時点から、粉状CaO源の溶銑への吹付けを開始する。
粉状CaO源の溶銑への吹付けは、溶銑浴面において上吹き酸素が溶銑と反応して高温になっている部分(いわゆる火点)にCaOが供給されればよく、上吹きランス内などの中間経路でのキャリアガスが酸素であっても窒素であってもよい。キャリアガスとしての窒素の流量は、上吹き酸素の流量に比べて少ないので、スピッティングの発生やCaOの滓化に及ぼす影響は実際上殆どないからである。
取鍋スラグを除き、塊状CaO源としての生石灰や転炉スラグは、2.0〜4.0Nm/min/tonの流量での上吹き酸素の供給を開始するのと前後して転炉内に投入してもよく、あるいは、その酸素の供給時間中に適宜断続的に分割投入してもよい。ただし、投入量は脱燐処理後のスラグ塩基度(スラグを分析して得られるCaO%とSiO%の比(CaO%/SiO%))が2.0以上2.9以下になるように調整し、その全投入が上吹き酸素の供給時間の前半に完了するようにしなければならない。塊状CaO源を酸素供給時間の後半に投入すると、本発明における上吹き酸素の供給時間は5〜8分間と短いために、本発明によっても十分に滓化できないからである。
このような本発明の実施要件は、次のようにして確認した。
(試験条件)
上底吹き型の転炉容器に、通常の溶銑(C:4.3〜4.5%、Si:0.18〜0.56%、Mn:0.2〜0.4%、P:0.095〜0.120%、S:0.003〜0.03%)を250〜270トン、スクラップを20〜40トン装入し、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/min/tonとしつつ、脱燐剤として供給する全CaO質量のうちの40%以上の質量を粉状として、2.0〜4.0Nm/min/tonの流量の上吹き酸素とともに、溶銑に吹き付けて溶銑脱燐処理を行った。
脱燐用副原料には、塊状CaO源、粉状CaO源および塊状カルシウムフェライトの3種類を併用した。
塊状CaO源には、粒径5〜30mmの塊状生石灰(CaO:92〜96%、残COおよび不純物)又は、粒径5〜40mmの塊状転炉スラグと、粒径100mm以下の取鍋スラグを用いた。その転炉スラグと取鍋スラグの組成範囲は、上述した表1に示したものである。
粉状CaO源には、粒径0.15mm以下の粉状生石灰(CaO:92〜96%、残COおよび不純物)を用いた。
塊状カルシウムフェライトには、前記した粒径5〜30mmの塊状プリメルトフラックスであって、その組成がCaO=30〜50%、FetO(FeO、Fe、Feの総和)=40〜65%、SiO=1〜10%、Al=1〜20%含有し、かつ、それらの4成分の合計が90%以上のものを用いた。
塊状生石灰および塊状転炉スラグの使用量は、取鍋スラグ、粉状生石灰、塊状カルシウムフェライトの使用量と、処理対象とした溶銑の質量およびSi濃度を考慮して、脱燐処理終了後のスラグ塩基度(スラグを分析して得られるCaO%とSiO%との比(CaO%/SiO%))が2.0以上2.9以下の範囲内になるように調整し、その投入時期は上吹き酸素供給時間が50%経過する時点までに全投入を完了するようにした。
この塊状生石灰および塊状転炉スラグの使用量の調整によって処理終了後のスラグ塩基度を調整する方法により、脱燐処理終了後のスラグ塩基度は全て2.0以上2.9以下の範囲に収めることができた。なお、その塊状生石灰および塊状転炉スラグの投入時期が吹錬特性に及ぼす影響は、今回の試験調査範囲では特に認められなかった。
粉状生石灰の吹付けは、処理対象とした溶銑の質量およびSi濃度と処理終了後のスラグ塩基度の目標値から算出される全必要CaO質量から、取鍋スラグおよび塊状カルシウムフェライトの使用予定量とそれらに含有されるCaOの濃度とから算出されるCaO質量を減算して得られるCaO質量を生石灰質量に換算した量を上限とし、全必要CaO質量の40%を生石灰質量に換算した量を下限として、その範囲内で適宜決定して行った。
粉状生石灰の吹付けは、2.0〜4.0Nm/min/tonの流量での上吹き酸素の供給を開始すると同時に、又はその開始から1分間が経過するまでの時点から開始し、基本的にはその上吹き酸素の供給が終了するまで継続して行った。
脱燐処理終了時の溶銑成分は、C:3.4〜3.9%、Si:0.02%以下、Mn:0.1〜0.3%、P:0.042%以下、S:0.003〜0.03%で、溶銑温度は1350〜1420℃であった。
また、脱燐処理終了時のスラグ成分は、CaO:41〜48%、SiO:15〜22%、Al:0.9〜13.3%、T.Fe:5〜12%、P:5〜9%、MgO:2〜4%、MnO:4〜8%、CaO/SiO:2.1〜2.8であった。
実験調査条件と実験結果を、表2にまとめて示す。
1)スピッティング発生の抑制
本発明の基本的な達成目標は、上吹き酸素の供給時間を5.0〜8.0分間に短縮し、かつ、蛍石を使わずに溶銑脱燐率80%以上を達成することである。そのためには、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/min/tonとしつつ、上吹き酸素流量を2.0〜4.0Nm/min/tonに高め、かつ、脱燐剤として供給する全CaO質量のうちの40%以上の質量を粉状として、上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けて、脱燐処理後のスラグ塩基度を2.0以上2.9以下に調整することを、脱燐吹錬の基本的条件とする。
このような基本的条件下では、先ずスピッティングの発生を抑制しなければならない。そのためには、粉状のCaO含有物質の吹付けを始める前に、或いはその吹き付けを始めたら極力早期に、溶銑上にカバースラグを形成させることが有効である。
本発明では、そのようなカバースラグを生成させるのに好適な副原料として、取鍋スラグとカルシウムフェライトの2種類を使用する。そこで、上記した本発明の基本的条件の下で、その取鍋スラグとカルシウムフェライトの使用条件がスピッティング抑制に役立つ条件を調査した。
図1は、脱燐処理終了後のスラグ中Al%と脱燐率との関係を、スピッティング発生の有無で層別して示すグラフである。図1のグラフ、および後述する図2、3のグラフにおいて、「スピッティング無」とは、スピッティングによる溶銑の飛散により転炉の炉口から火花は目視できるものの、それが連続的では無く操業の支障にならない程度の状態を意味する。
図1のグラフに示すように、本実験の範囲においては、スラグ中Al%が高めのほうが、脱燐率が高まる傾向が認められたが、スラグ中Al%が高くても操業の支障になる程のスピッティッングがあった場合には脱燐率が低かった。
このことから、本発明の目的達成のためには、スラグ中Al濃度が6%以上と高く、かつ、スピッティングが問題にならない条件が必要であることが分かる。そこで、本発明におけるスラグ中へのAl源である取鍋スラグおよびカルシウムフェライトの使い方とスピッティング発生の有無との関係を調査した。
図2は、取鍋スラグの使い方とスピッティングの発生の有無との関係を示すグラフであり、図3は、カルシウムフェライトの使い方とスピッティングの発生の有無との関係を示すグラフである。
図2のグラフは、取鍋スラグの投入時期とその投入量がスピッティングの発生に及ぼす影響を示しており、溶銑1トン当たり5kg以上の取鍋スラグを上吹き酸素の全供給時間の5%が経過する時までに投入すれば、スピッティングの発生を抑えられることが分かる。ここで、5%の条件は、表2の試験No.28のデータに基づいて定めており、その上吹き酸素供給時間が5.4分間ということから、その5%、すなわち16秒という実質的に上吹き酸素の供給開始直後の時点で投入したことを表す。
図3のグラフは、カルシウムフェライトの投入時期とその投入量がスピッティングの発生に及ぼす影響を示しており、図2のグラフと同様に、カルシウムフェライト5kg/ton以上を上吹き酸素の全供給時間の5%が経過する時までに投入すれば、スピッティングが抑えられることが分かる。
ここで、スピッティング発生を抑制するためには、塩基度が1程度のスラグを上吹き酸素の供給開始後極力早期に生成させることが効果的であるという経験に鑑みれば、取鍋スラグの投入とカルシウムフェライトの投入とを区別して考える必要はない。
そこで、本発明では、第1の条件を満足すること、すなわち、上吹き酸素を2.0〜4.0Nm/min/tonの流量で供給を開始する前に、或いはその直後に(具体的には全上吹き酸素供給時間の5%が経過する時点より前である、15〜24秒経過より前に)、取鍋スラグまたはカルシウムフェライトを溶銑1トン当たりの合計で5kg以上を転炉内に投入することによって、スピッティングの発生を抑制する。
2)スロッピング発生の抑制対策および脱燐促進対策
図4には、図1と同様ながら、脱燐処理終了後のスラグ中Al%と脱燐率との関係をスロッピング発生の有無で層別して示す。
スロッピングの発生は、スラグ中Al%との関連性が低かった。ただし、スラグ中Al%が6〜12%の範囲において、脱燐率が80%以上の試験例にはスロッピングが発生しておらず、しかも、それらの好適な試験例は図1においてスピッティングが発生しなかった試験例と同一であることが分かった。スラグ中Al%が6〜12%の範囲において、脱燐率が80%未満でスロッピングが発生しなかった試験例は、表2のNo.5、12であり、いずれも取鍋スラグの投入量が13.8kg/ton、13.2kg/tonと十分に多かったものの、その投入時期が遅かったために、カルシウムフェライトと合わせてもスピッティング発生防止条件を満たしていないものであった。
また、表2のNo.5、12は、脱燐率が低かったが、これにはカルシウムフェライトの投入が適当でなかったと考えられる。そこで、脱燐率が80%以上でスピッティングおよびスロッピングがいずれも発生しなかったNo.24〜28に共通する要件を抽出すると、取鍋スラグ5〜14kg/tonを上吹き酸素供給時間全体の内の21%以内に、かつ、カルシウムフェライト5〜10kg/tonを上吹き酸素供給時間全体の内の28%以内に投入していることが分かる。
このことは、取鍋スラグを多く投入しても、その投入時期が遅いとその滓化促進効果の発揮が遅くなり、上吹き酸素供給終了までの5〜8分間では間に合わないこと、代わりにカルシウムフェライトであればその投入時期がやや遅くてもその滓化促進効果が発揮されることを表していると考えられる。
そこで、本発明では、第1の条件であるスピッティング発生抑制条件に加えて、第2の条件を満足すること、具体的には、上吹き酸素を2.0〜4.0Nm/min/tonで供給を開始する前に、或いはその開始から上吹き酸素の供給時間全体の21%が経過する時点より前に、取鍋スラグを、第1の条件での投入量との合計で溶銑1トン当たり5〜14kgの範囲で転炉内に投入し、かつ、上吹き酸素を2.0〜4.0Nm/min/tonで供給を開始する前に、或いはその開始から上吹き酸素の供給時間全体の28%が経過する時点より前に、カルシウムフェライトを、第2の条件での投入量との合計で溶銑1トン当たり5〜10kgの範囲で転炉内に投入することによって、スピッティングの発生を抑制し、スロッピング発生を抑制し、かつ、脱燐率80%以上を得ることが可能になる。
ただし、本発明では投入するCaO質量の内40%以上を粉状のCaO含有物質として上吹き酸素とともに溶銑へ吹付け、その粉状で供給するCaOに塊状で供給するCaO含有物質を加えて、脱燐処理終了時のスラグ塩基度を2.0〜2.9とすることを基本的な前提としている。塊状で投入するCaO源は、基本的に生石灰または転炉スラグであって、その転炉内への投入は上吹き酸素供給時間が50%経過する前に完了させる必要がある。前記した取鍋スラグやカルシウムフェライトの投入は、粉状および塊状で投入されるCaO含有物質の滓化をコントロールするための要件であって、前記した投入条件に加えて、それらの投入量の上限は脱燐処理終了時のスラグ中Al濃度が6〜12%とすることから定める必要がある。
上底吹き型の転炉容器に、通常の溶銑(C:4.3〜4.5%、Si:0.2〜0.4%、Mn:0.2〜0.4%、P:0.095〜0.120%、S:0.003〜0.03%)を250〜270トン、スクラップを20〜40トン装入し、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/min/tonとしつつ、脱燐剤として供給する全CaO質量の内、その40%以上の質量を粒径0.15mm以下の粉状生石灰として、上吹き酸素2.0〜4.0Nm/min/tonの供給開始と同時にその上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けを開始した。
その後、脱燐処理終了時のスラグ塩基度が2.0〜2.9であって、そのスラグのAl濃度が6〜12%となるように、他の塊状副原料を投入して、上吹き酸素供給時間5〜8分間の溶銑脱燐処理を行った。
上記した他の塊状副原料のうち、粒径100mm以下の取鍋スラグ5kg/溶銑1tonまたは粒径5〜30mmの塊状カルシウムフェライト5kg/溶銑1tonは、溶銑を転炉へ装入する前に転炉内へ投入しておいた。残りの塊状副原料は全て粒径5〜30mmであって、塊状取鍋スラグ2〜9kg/溶銑1tonを上吹き酸素の供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の21%が経過する前に(具体的には上吹き酸素の供給開始後1〜1.5分の期間内に)、塊状カルシウムフェライト2〜6g/溶銑1tonを、上吹き酸素の供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の28%が経過する前に(具体的には上吹き酸素の供給開始後1〜2分の期間内に)、スラグ塩基度調整用に必要とした塊状生石灰量とともに転炉内へ断続的に投入した。
その結果、上吹き酸素の供給終了後の溶銑温度は1350〜1420℃で、転炉内スラグの組成はスラグ塩基度が2.0〜2.9に、スラグ中Al濃度が6〜12%に、スラグ中T.Fe濃度が5〜12%に、それぞれ調整されていた。また、上吹き酸素の供給時間が5.0〜8.0分の高能率処理であっても、スピッティングもスロッピングの発生も問題なく、脱燐率が80〜88%の結果を得ることができた。

Claims (1)

  1. 上底吹き転炉型の反応容器を用いて、底吹きガス流量を0.15〜1.5Nm/minとしつつ、脱燐剤として供給する全CaO質量のうち40%以上の質量を粉状として上吹き酸素2.0〜4.0Nm/min/tonの供給開始と同時に、または該供給開始から1分経過時点までに、その上吹き酸素と共に溶銑への吹き付けを開始して、前記上吹き酸素の供給開始からその終了までの時間の50%が経過する時までに前記反応容器内への投入を完了する塊状のCaO含有物質と合わせて、脱燐処理終了時のスラグ塩基度を2.0〜2.9になるように調整する溶銑の脱燐処理方法であって、
    前記上吹き酸素の供給開始の前に、或いは該供給開始の直後に、取鍋スラグまたはカルシウムフェライトを溶銑ton当たりの合計で5kg以上を前記反応容器内に投入する第1の条件と、
    前記上吹き酸素の供給開始の前に、或いは該供給開始から上吹き酸素の供給時間全体の21%が経過する時の前に、取鍋スラグを、前記第1の条件での投入量との合計で溶銑ton当たり5〜14kgの範囲で、かつ、前記上吹き酸素の供給開始前に、或いはその開始から上吹き酸素の供給時間全体の28%が経過する時の前に、カルシウムフェライトを、前記第1の条件での投入量との合計で溶銑ton当たり5〜10kgの範囲で、脱燐処理終了時のスラグ中Al濃度が6〜12質量%になるように調整して、前記反応容器内に投入する第2の条件と
    を満足することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
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