JP5630324B2

JP5630324B2 - 転炉での溶銑の脱炭精錬方法

Info

Publication number: JP5630324B2
Application number: JP2011039513A
Authority: JP
Inventors: 泰志小笠原; 菊池　直樹; 直樹菊池; 章敏松井; 真導菊地; 陽三岩城; 小林　泰輔; 泰輔小林; 拓哉木山; 洋晴井戸
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012062567A

Description

本発明は、転炉での溶銑の脱炭精錬方法に関し、詳しくは、転炉内スラグのＦｅＯ濃度を酸素ガス供給量、排ガスの組成及び流量、溶湯成分などから脱炭精錬中にオンラインで逐次推定し、推定したＦｅＯ濃度に基づきスラグのＦｅＯ濃度が目標範囲になるように操業条件を制御し、これにより脱炭精錬終了時の溶鋼中燐濃度を安定して低位に維持する脱炭精錬方法に関する。

転炉における溶銑の脱炭精錬において、脱炭精錬終了時（以下、「終点」とも記す）の溶湯（溶鋼）の燐濃度が目標の濃度よりも高くなる（以下、「燐外れ」とも記す）と、溶湯成分を再度調製し直す必要があり、追加分の精錬コストを要するのみならず、生産性の低下も招く。また、燐外れを防止するために、吹錬終了後に酸素ガスを余分に供給するなどして酸素を過剰に供給する傾向があるが、溶湯の酸素濃度の増加を招き、その結果、出鋼後の脱酸用Ａｌの使用量が多くなり、溶製コストが増加する。また更に、溶銑の予備脱燐処理によって溶銑の燐濃度を予め低下させることで、転炉での脱炭精錬時間を短縮させる技術もあるが、この技術を活かすためには、転炉脱炭精錬において、処理時間内に溶湯の燐濃度を製品に要求される燐濃度まで低減する必要がある。

つまり、転炉における溶銑の脱炭精錬においては、何れの場合であっても、過剰の酸素ガスを供給することなく、設定した精錬時間内で終点の溶鋼中燐濃度を目標とする範囲に安定して制御する必要がある。尚、転炉における溶銑の脱炭精錬では、脱炭精錬の進行に伴って溶銑の炭素含有量は減少し、溶銑は終点時には炭素含有量の少ない溶鋼に溶製されるが、転炉脱炭精錬において、特に精錬途中において、溶銑と溶鋼とを区別して表示することは極めて困難であるので、本発明では溶銑及び溶鋼をまとめて溶湯と表示する。

ところで、転炉における溶銑の脱炭精錬においては、溶湯とスラグとの間で下記の（１）式に示す脱燐反応が進行する。但し、（１）式において、［Ｐ］、［Ｆｅ］は溶湯中の成分、（ＦｅＯ）、（ＣａＯ）、（３ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅）はスラグ中の成分を示している。つまり、溶銑中の燐（Ｐ）がＦｅＯによって酸化され、この酸化反応によって生成したＰ₂Ｏ₅がＣａＯと反応してスラグに吸収されるという反応である。

このような脱燐反応において、反応速度をより一層促進させるためには、ＣａＯのスラグ中への滓化・溶融を促す必要があり、また、ＣａＯの滓化促進のためには、ＦｅＯの作用を効果的に利用することが必要になる。

転炉脱炭精錬におけるスラグ中のＦｅＯ量を制御する従来技術の例としては特許文献１がある。特許文献１では、酸素吹錬開始以前に過去実績を参照して鋼種毎に目標とするＦｅＯ量の推移を設定し、精錬中、送酸量、投入副原料情報、排ガス情報から実績ＦｅＯ量を逐次算出し、実績ＦｅＯ量が目標とする推移に近づくように、上吹きランスの送酸速度、ランス高さ、底吹き流量の何れか１つ以上を制御する技術を提案している。しかしながら、特許文献１は、スラグ中のＦｅＯ量の推移と脱燐反応との関係については明らかにしていない。

また、転炉における溶銑の脱炭精錬において、スラグ中のＦｅＯ量の推移を制御し、これにより終点の溶湯中燐濃度を制御する技術として、特許文献２、特許文献３、特許文献４が提案されている。脱炭精錬終点の溶湯中燐濃度を低位に安定させるためには、少なくとも終点直前のサブランス投入の時点までに、既に溶湯中燐濃度が下がっている必要があり、そのためには、吹錬開始時から直ちにスラグ中のＦｅＯ量の制御を行う必要がある。

この観点から、特許文献２〜４を検証すれば、特許文献２は、終点時のスラグ中ＦｅＯ量が目標値になるように吹錬条件を制御しており、対応が遅く、終点の溶湯中燐濃度が安定して目標値を達成するとはいいがたい。特許文献３は、中間サブランスによる溶湯中炭素濃度を初期値とし、これ以降のスラグ中ＦｅＯ量を推定しており、特許文献３も対応が遅く、終点の溶湯中燐濃度が安定して目標値を達成するとはいいがたい。特許文献４は、炉内に供給される酸素量及び炉外に排出される酸素量に加えて、吹錬中のスラグ状況を測定するセンサーの情報を加味してスラグ中のＦｅＯ量を算出しており、ＦｅＯ量を精度良く推定できるものの、スラグ状況測定センサーの設備費やメンテナンス費を要し、経済的に好ましくない。

また、特許文献５には、脱燐炉及び脱炭炉の２基の転炉を用いる高炭素極低燐鋼の溶製方法において、脱燐炉での脱燐精錬に際し、吹錬中の排ガス組成や流量、酸素ガス流量、副原料投入量及び溶銑成分から酸素バランスを逐次計算することにより求められる蓄積酸素量に基づいて炉内のＦｅＯ生成量を推定し、その推定したＦｅＯ量に応じて、上吹きランス高さ、酸素ガス流量、底吹きガス流量のうちの少なくとも何れか一つを調整して、処理後の溶湯中燐濃度を０．０１５質量％以下まで低減する技術が開示されている。しかしながら、この技術は溶銑の予備脱燐処理に関する技術であり、予備脱燐処理では本発明の対象とする脱炭精錬よりも脱炭量が少なく、ＦｅＯ生成量の制御方法が脱炭精錬とは異なる。

特開昭６１−１５９５２０号公報特開平２−１９４１５号公報特開平２−１９４１３号公報特開平１−２４２７１１号公報特開２００６−２０６９３０号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込んで溶湯を攪拌しながら、上吹きランスから酸素ガスを供給して転炉内に装入した溶銑を脱炭精錬するにあたり、精錬中のＦｅＯの生成量を推定し、この推定値の推移に基づいて精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、スラグ中のＦｅＯ濃度を目標範囲に制御することで、酸素ガスを過剰に供給することなく且つ脱炭精錬時間を延長することなく、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度を低位に安定することのできる、溶銑の脱炭精錬方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）上吹きランスから酸素ガスを供給するとともに底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を転炉にて脱炭精錬するにあたり、上吹きランスからの酸素ガス流量、精錬中の排ガスの組成、排ガスの流量、副原料投入量及び溶湯成分から酸素バランスを逐次計算することにより求められる不明酸素量に基づいて炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度の推移に照らし合わせて、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガス流量のうちの少なくとも何れか１種を調整し、この調整により、精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製することを特徴とする、転炉での溶銑の脱炭精錬方法。
（２）炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製することにより、精錬終了時の溶湯中燐濃度を０．０１５質量％以下に維持することを特徴とする、上記（１）に記載の転炉での溶銑の脱炭精錬方法。
（３）全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点から全酸素量の８０体積％の酸素量を供給する時点まで、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５質量％以上の範囲に調製することを特徴とする、上記（１）または上記（２）に記載の転炉での溶銑の脱炭精錬方法。
（４）精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値（Ｎｍ³／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)）と、転炉脱炭精錬における溶銑比率（溶銑比率(%)=溶銑装入量(t)×100/(溶銑装入量(t)+鉄スクラップ装入量(t))）と、の乗算値を、４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以上に保つことを特徴とする、上記（１）ないし上記（３）の何れか１項に記載の転炉での溶銑の脱炭精錬方法。

本発明によれば、転炉を用いた、上吹き酸素ガス及び攪拌用底吹き不活性ガスによる溶銑の脱炭精錬において、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度の推移に照らし合わせて、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガス流量のうちの少なくとも何れか１種を調整し、この調整により、精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製するので、酸素ガスを過剰に供給することなく、また、脱炭精錬時間を延長することなく、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度を低位に安定することが達成される。また、酸素ガスの供給量が過剰にならないので、溶湯の酸素濃度が過度に上昇せず、脱酸用Ａｌの使用量が削減されるという副次的効果も発現し、溶製コストを大幅に低減することが実現される。

本発明を実施する際に用いる転炉設備の概略断面図である。精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値と終点での溶湯中燐濃度との関係を示す図である。攪拌用ガス流量と脱燐挙動との関係の調査結果を示す図である。本発明例及び比較例におけるスラグ中のＦｅＯ濃度の推移の例を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明を適用する転炉設備を説明する。図１は、本発明を実施する際に用いる転炉設備の１例の概略断面図である。

図１において、溶銑１６を収容した転炉本体１の内部には、上方から上吹きランス２が挿入され、この上吹きランス２から酸素ガスが溶銑１６に吹き付けられると同時に、転炉本体１の底部に配置した複数の底吹き羽口３から攪拌用底吹きガスが吹き込まれて溶銑１６とスラグ１７とが攪拌されながら、溶銑１６の脱炭精錬が行われる。溶銑１６の脱炭精錬によって炉内からＣＯガスを主体とする排ガスが発生する。

転炉本体１の上方には煙道４が設置され、煙道４の後段には、一次集塵機８、二次集塵機９、排ガス流量計１１、誘引送風機１２が、この順に設置されている。この排ガス処理設備は、排ガス中のＣＯガスを、冷却して除塵し未燃焼のまま回収する、非燃焼方式の排ガス処理設備（「ＯＧ式排ガス回収設備」ともいう）であり、この排ガス回収設備では、誘引送風機１２の下流側に、更に、三方弁、煙突、回収弁、ガスホルダーなどが配置されるが図１では省略している。二次集塵機９として設置したＰＡベンチュリーには、ＰＡダンパー１０が設置されており、ＰＡダンパー１０の開度調整により転炉本体１の炉内圧が制御されるようになっている。つまり、脱炭精錬によって転炉本体１の内部で発生する排ガスは、ＰＡダンパー１０によって流量制御されながら、電動機（図示せず）により駆動される誘引送風機１２で吸引され、ガスホルダーに回収されるようになっている。

煙道４の転炉本体１の炉口との接続側は、スカート５と呼ばれており、上下移動が可能な構造となっており、排ガスを回収する場合には、スカート５と転炉本体１の炉口とは原則的には密着した状態になる。また、煙道４には、生石灰、焼成ドロマイト、鉄鉱石、ミルスケール、マンガン鉱石、コークス及び合金鉄（Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉなど）などの副原料を転炉本体１に投入添加するための、ホッパー６及び投入シュート７などからなる副原料投入装置が設置されている。副原料投入装置から炉内に投入される生石灰、焼成ドロマイト、鉄鉱石、ミルスケール、マンガン鉱石などによってスラグ１７が形成される。

煙道４には、脱炭精錬によって転炉本体１の内部で発生する排ガスを採取するためのガス採取プローブ１３が設置され、ガス採取プローブ１３で採取された排ガスは、ガス分析装置１４に送られ、ガス分析装置１４において、排ガス中のＣＯガス濃度、ＣＯ₂ガス濃度、水素ガス濃度及び酸素ガス濃度が測定される。これらの合計値と１００質量％との差分が窒素ガスとして求められる。この場合に、底吹き羽口３から攪拌用底吹きガスとしてＡｒガスを吹き込むときには、更にＡｒガス濃度を差し引いて窒素ガス濃度が求められる。そして、測定された排ガス組成は演算装置１５に送信されている。また、演算装置１５には、上吹きランス２から炉内に供給される酸素ガスの流量、副原料投入装置によって投入される副原料の投入量、及び、排ガス流量計１１で測定される排ガスの流量が送信されている。

この演算装置１５は、脱炭精錬中の酸素バランスを逐次計算し、計算した酸素バランスから求められる不明酸素量に基づいて、炉内のスラグ１７のＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度の推移を表示する装置である。以下、この演算装置１５によるスラグ１７のＦｅＯ濃度の推定方法及び推定値の推移を表示する方法を説明する。

演算装置１５は、先ず、下記の（２）式を用いて精錬中にオンラインで不明酸素量を逐次算出する。

但し、（２）式において、ΔＷ_O2は、酸素吹錬開始時から時刻ｔi（秒）までの不明酸素量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ａは、上吹きランス２からの酸素ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ｂは、投入副原料中の酸素ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ｃは、転炉炉口での巻き込み空気中の酸素ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ｄは、排ガス中のＣＯガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ｅは、排ガス中のＣＯ₂ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、Ｆは、溶湯成分、具体的には溶湯中の珪素、マンガン、燐の酸化に消費される酸素ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）、ｔは時刻（秒）であり、時刻の添え字ｉは、吹錬開始時からｉ番目の計算であることを示している。ここで、不明酸素量（ΔＷ_O2）は、炉内に供給される酸素量と炉外に排出される酸素量との差分であることから、炉内に酸化物として蓄積される酸素量を意味している。

尚、溶湯成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ）の変化は、予め脱炭精錬中に求めた実績値に基づいて作成したモデル式を利用するものとする。即ち、化学分析により求めた脱炭精錬前の溶銑１６の化学組成を初期値とし、脱炭精錬中のＳｉ、Ｍｎ、Ｐの濃度推移を実績値に基づいて設定する。また、投入副原料中の酸素ガス流量（Ｂ）は、酸化鉄形態の副原料によって炉内に供給される酸素を酸素ガスに換算したものであり、例えば、酸化鉄形態の副原料が鉄鉱石の焼結鉱の場合には、「Ｂ（Ｎｍ³／溶銑ｔ）＝焼結鉱投入量（ｋｇ／溶銑ｔ）×０．１５」、鉄鉱石の場合には、「Ｂ（Ｎｍ³／溶銑ｔ）＝鉄鉱石投入量（ｋｇ／溶銑ｔ）×０．２０」で求めることができる。つまり、酸素ガス流量（Ｂ）は、酸化鉄形態の副原料中の酸素含有量とその添加量とから求めることができる。また、巻き込み空気中の酸素ガス流量（Ｃ）は、排ガス中の窒素ガス濃度から求めることができる。つまり、攪拌用底吹きガスが窒素ガスでない場合には、酸素ガス流量（Ｃ）は排ガス中の窒素ガス流量（Ｎｍ³／溶銑ｔ）の１／４とすればよく、攪拌用底吹きガスが窒素ガスの場合には、排ガス中の窒素ガス流量から攪拌用窒素ガス流量を差し引いた値を巻き込み空気中の窒素ガス流量とし、この窒素ガス流量から酸素ガス流量（Ｃ）を求めればよい。

（２）式では、不明酸素量（ΔＷ_O2）を求める際に、排ガス中の酸素ガス濃度を考慮していないが、脱炭精錬の最盛期には、酸素効率が高く、排ガス中に酸素ガスがほとんど存在しないので、酸素ガス濃度を考慮することなく、不明酸素量（ΔＷ_O2）を求めることができる。

次いで、演算装置１５は、上記のようにして求めた不明酸素量（ΔＷ_O2）に基づき、下記の（３）式を用いて、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに炉内で生成したＦｅＯ量を推定する。

但し、（３）式において、ＦｅＯ_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに炉内で生成したＦｅＯ量（ｋｇ／溶銑ｔ）である。尚、（３）式は、「不明酸素量（ΔＷ_O2）は、全てＦｅＯの生成に使用される」という考え方で導出したものである。

ここで、精錬中のスラグ１７の質量は、下記の（４）式から求められる。

但し、（４）式において、Ｗs_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点での炉内のスラグ量（ｋｇ／溶銑ｔ）、T.ＣａＯ_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＣａＯ量（ｋｇ／溶銑ｔ）、T.ＳｉＯ_2iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＳｉＯ₂量（ｋｇ／溶銑ｔ）と、溶湯中の珪素の酸化により生じるＳｉＯ₂量（ｋｇ／溶銑ｔ）との合計値、T.ＭｇＯ_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＭｇＯ量（ｋｇ／溶銑ｔ）、T.Ａｌ₂Ｏ_3iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＡｌ₂Ｏ₃量（ｋｇ／溶銑ｔ）、T.ＭｎＯ_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＭｎＯ量（ｋｇ／溶銑ｔ）と、溶湯中マンガンの酸化により生じるＭｎＯ量（ｋｇ／溶銑ｔ）との合計値、T.Ｐ₂Ｏ_5iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点までに投入された副原料中のＰ₂Ｏ₅量（ｋｇ／溶銑ｔ）と、溶湯中の燐の酸化により生じるＰ₂Ｏ₅量（ｋｇ／溶銑ｔ）との合計値である。

演算装置１５は、（３）式から求められるＦｅＯ_iと（４）式から求められるＷs_iとから、下記の（５）式を用いて、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点でのスラグ１７のＦｅＯ濃度を算出する。但し、（５）式において、（質量％ＦｅＯ）_iは、酸素吹錬開始時からｔi時間経過した時点でのスラグ１７のＦｅＯ濃度（質量％）である。

即ち、演算装置１５は、入力された、上吹きランス２からの酸素ガス流量、精錬中の排ガスの組成、排ガスの流量、副原料投入量及び溶湯成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ）から、酸素バランスを逐次計算して不明酸素量（ΔＷ_O2）を求め、求めた不明酸素量（ΔＷ_O2）に基づいて炉内のスラグ１７のＦｅＯ濃度を推定し、推定した値をその都度表示することで、推定したＦｅＯ濃度の推移を表示する。

演算装置１５によるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値の精度を確認するべく、精錬中及び精錬終了後にスラグ１７を採取し、採取したスラグ１７の化学分析値と、演算装置１５によるＦｅＯ濃度の推定値とを比較した結果、両者は±５％以内の精度で一致した。

本発明を適用する転炉設備はこのようにして構成されている。

この転炉設備を用い、造滓剤として生石灰及び焼成ドロマイトを投入シュート７を介して投入し、転炉本体１に収容された溶銑１６に、上吹きランス２から酸素ガスを供給するとともに底吹き羽口３から攪拌用ガス（Ａｒガス）を吹き込んで、０．１質量％以上の燐を含有する溶銑１６の脱炭精錬を実施し、（５）式により算出されるスラグ中ＦｅＯ濃度の推移と実際の脱燐挙動との関係を調査する試験を行った。その際、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度の目標値は０．０１５質量％以下とし、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度は、酸素吹錬終了時点で溶湯中に投入したサブランスで採取した溶湯サンプルの化学分析によって求めた。試験操業の操業条件を表１に、また、全ての試験における溶湯の化学成分の変化（平均値）を表２に示す。

スラグ中ＦｅＯ濃度の推移と実際の脱燐挙動との関係を種々の観点から調査した結果、供給すべき全酸素量の４０体積％の酸素量を供給した時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値と、終点での溶湯中燐濃度との間に強い相関のあることが分った。尚、本発明では、脱炭精錬の進行程度を酸素ガスの供給量に比例して管理しており、酸素ガスの供給開始時点を精錬進行度＝０％とし、供給すべき全酸素量の１００体積％の酸素量を供給した時点を精錬進行度＝１００％と定義する。従って、供給すべき全酸素量の４０体積％の酸素量を供給した時点は、精錬進行度が４０％の時点となる。

図２に、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値と終点での溶湯中燐濃度との関係を示す（符号●印のチャージ）。図２に示すように、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度が５質量％以上であれば、精錬終了時の溶湯中燐濃度を安定して０．０１５質量％以下に低減できることが分った。一方、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度が高くなるとスロッピング（酸素吹錬時の炉口からのスラグの噴出）が起こることから（符号△印のチャージ）、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度を３０質量％以下にする必要のあることが分った。図２からも、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度が２５質量％程度になると、それ以上にスラグ中ＦｅＯ濃度を高くしても終点での溶湯中燐濃度は低下しないことから、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度を３０質量％以下にすることは、脱燐反応の観点から何ら問題とならない。

図２には、精錬進行度が４０％の時点までにスラグ中のＦｅＯ濃度が５質量％以上となったが、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までの期間にスラグ中のＦｅＯ濃度が５質量％未満となった試験を併せて示す（符号□印のチャージ）。これらの試験では、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％となる時点まで、スラグ中のＦｅＯ濃度を５質量％以上に維持した試験に比較して、終点での溶湯中燐濃度が高くなることが確認された。これは、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までの期間で炉内でのＦｅＯの生成量が少なく、この期間に溶湯中燐濃度が上昇したと考えられる。この結果から、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％に調製した上で、更に、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までスラグ中のＦｅＯ濃度を５質量％以上に確保することが好ましいことが分った。尚、図２に、符号●印及び符号△印で示す試験は、精錬進行度が４０％以降の期間では、スラグ中ＦｅＯ濃度が、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度を維持した、または、それよりも増加した試験である。

本発明者らは、更に、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度が５〜３０質量％であり且つ精錬進行度が４０％から８０％までのスラグ中ＦｅＯ濃度が５質量％以上である試験に関して、精錬進行度が４０％までの底吹き羽口からの攪拌用ガス流量と脱燐挙動との関係について調査した。図３は、横軸を、精錬進行度が０％から精錬進行度が４０％までの平均の底吹き攪拌用ガス流量（Ｎｍ³／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)）と、転炉脱炭精錬における溶銑比率（溶銑比率(%)=溶銑装入量(t)×100/(溶銑装入量(t)+鉄スクラップ装入量(t))）と、の乗算値とし、縦軸を終点での溶湯中燐濃度として、攪拌用ガス流量と脱燐挙動との関係の調査結果を示す図である。図３に示すように、精錬進行度が０％から精錬進行度が４０％までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と、転炉脱炭精錬における溶銑比率とを乗じた値が４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以上であれば、底吹き攪拌用ガスによる攪拌動力の増加によってスラグと溶湯との混合が促進され、脱燐に寄与するスラグ中ＦｅＯの割合が増加し、終点での溶湯中燐濃度を安定して低下できることが分った。つまり、前記乗算値を４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以上とすることが好ましいことが分った。

本発明は、これらの知見に基づきなされたもので、上吹きランス２から酸素ガスを供給するとともに底吹き羽口３から攪拌用ガスを吹き込んで溶銑１６を転炉にて脱炭精錬するにあたり、（２）式から求められる不明酸素量（ΔＷ_O2）に基づいて炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度の推移に照らし合わせて、上吹きランス２からの酸素ガス流量、上吹きランス２のランス高さ、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量のうちの少なくとも何れか１種を調整し、この調整により、精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、炉内のスラグ１７のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製することを特徴とする。

上吹きランス２からの酸素ガス流量を増加すると所謂「ハードブロー」になり、供給する酸素ガスは溶湯中炭素との反応に費やされてＦｅＯの生成が少なくなるのみならず、溶湯とスラグ１７との攪拌が強くなることから溶湯とスラグ１７との反応が起こってスラグ１７のＦｅＯが還元され、これらにより、スラグ１７のＦｅＯは低下する或いは増加せずに維持される。逆に、上吹きランス２からの酸素ガス流量を低下すると所謂「ソフトブロー」になり、供給する酸素ガスと溶湯自体（鉄）との反応が起こりスラグ中のＦｅＯ濃度は上昇する。

上吹きランス２のランス高さ（ランス先端と静止時の炉内溶湯湯面との距離）を小さくすると、ハードブローになり、上記の理由でスラグ１７のＦｅＯ濃度が低下する或いは増加せずに維持される。逆に、上吹きランス２のランス高さを大きくすると、ソフトブローになり、スラグ中のＦｅＯ濃度は上昇する。

また、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量を増加すれば、溶湯とスラグ１７との攪拌が強くなることから溶湯とスラグ１７との反応が起こってスラグ１７のＦｅＯが還元され、スラグ１７のＦｅＯは低下する或いは増加せずに維持される。逆に、攪拌用ガス流量を減少すれば、溶湯とスラグ１７との攪拌が弱くなることから溶湯とスラグ１７との反応は抑制され、スラグ１７のＦｅＯは増加する。

このように、上吹きランス２からの酸素ガス流量、上吹きランス２のランス高さ、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量の何れか１つを変更することによって、スラグ１７のＦｅＯ濃度を調製可能であり、従って、本発明においては、脱炭精錬中に演算装置１５を用いてスラグ中ＦｅＯ濃度を逐次推定し、スラグ中ＦｅＯ濃度の推定値の推移から、全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値が５質量％未満になると予測される場合には、上吹きランス２からの酸素ガス流量を低下する、上吹きランス２のランス高さを大きくする、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量を低下する、のうちの少なくとも１種以上を実施してスラグ中のＦｅＯ濃度を増加させ、全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度を５質量％以上に調製する。逆に、全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度の推定値が３０質量％超えになると予測される場合には、上吹きランス２からの酸素ガス流量を増加する、上吹きランス２のランス高さを小さくする、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量を増加する、のうちの少なくとも１種以上を実施してスラグ中のＦｅＯ濃度を減少させ、全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度を３０質量％以下に調製する。上吹きランス２からの酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガス流量の変動範囲は、表１に示す範囲で十分であるが、表１の範囲を外れて変化させても全く問題ない。

但し、ソフトブロー化するべく、上吹きランス２からの酸素ガス流量を低下させると脱炭精錬時間の増大を引き起こし、生産性の低下を招くことから、これを回避するために、上吹きランス２からの酸素ガス流量を増加させ且つ上吹きランス２のランス高さを大きくしてスラグ１７のＦｅＯ量を増加させることが好ましい。また、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量を減少させると、溶湯とスラグ１７との攪拌力の低下により脱燐反応が抑制されるので、脱燐反応を確保するためには、底吹き羽口３からの攪拌ガス流量は極力一定にして上吹きランス２のランス高さを大きくしてＦｅＯ量を増加させることが好ましい。

精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、炉内のスラグ１７のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製したならば、それ以降は、スラグ中のＦｅＯ濃度が５質量％未満にならないように制御して精錬を終了することが好ましい。精錬進行度が４０％の時点以降に、スラグ中のＦｅＯ濃度が５質量％未満になると、脱燐反応が滞り終点での溶湯中燐濃度が目標値を達成しない可能性がある。また、精錬進行度が４０％の時点以降におけるスラグ中のＦｅＯ濃度の上限値は特に規定する必要はないが、過剰に高くなるとスロッピングの恐れがあるので、３０質量％以下の範囲に維持することが好ましい。つまり、精錬進行度が４０％の時点以降も、炉内のスラグ１７のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に維持して精錬を終了することが好ましい。

また、本発明を実施するにあたり、前述したように、精錬進行度が０％から精錬進行度が４０％までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率とを乗じた値が４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以上となるように調整することが好ましい。この場合に、前記底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率とを乗じた値が２１．４Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)を超えると、ガスの吹き抜けが生じ、攪拌力が却って低下するので、前記の乗じた値が２１．４Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以下になるように調整することが好ましい。

尚、本発明の脱炭精錬を実施するにあたり、鉄源として溶銑以外に鉄スクラップを装入しても構わず、生石灰や焼成ドロマイトなどの造滓剤、鉄鉱石や焼結鉱などの冷却材或いはコークスなどの昇熱材は通常の操業条件に準じて行うものとする。また、底吹き羽口３から吹き込む攪拌用ガスは、不活性ガスである限りガス種類を特定する必要はなく、通常は、Ａｒガスや窒素ガスが使用されるが、不活性ガスである限り、これら以外であっても構わない。

このようにして溶銑１６を脱炭精錬することで、酸素ガスを過剰に供給することなく、また、脱炭精錬時間を延長することなく、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度を低位に安定することが実現される。

図１に示す転炉設備を用いて、本発明に係る溶銑の脱炭精錬（本発明例Ａ、Ｂ、Ｃ）と、スラグ中のＦｅＯ濃度を調製しない従来法による脱炭精錬（比較例Ａ、Ｂ）とを、それぞれ１００チャージずつ実施した。精錬終了時の溶湯中燐濃度の上限値は０．０１５質量％であり、この値を超えた場合には、燐外れとなる。

本発明例Ａでは、スラグ中のＦｅＯ濃度を逐次推定し、推定したスラグ中のＦｅＯ濃度に照らし合わせて表１の範囲内で、上吹き酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガス流量のうちの少なくとも何れか１つまたは２以上を調整して、酸素吹錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までに、スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製した。また、本発明例Ａでは、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までのスラグ中のＦｅＯ濃度が５質量％未満となり、且つ、精錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率との乗算値が４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)未満となるように操業条件を調整した。

本発明例Ｂでは、本発明例Ａと同様に、上吹き酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガス流量のうちの少なくとも何れか１つまたは２以上を調整して、酸素吹錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までに、スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲内に調製した。また、本発明例Ｂでは、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までのスラグ中のＦｅＯ濃度が５〜３０質量％の範囲内となり、且つ、精錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率との乗算値が４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)未満となるように操業条件を調整した。

本発明例Ｃでは、本発明例Ａ及び本発明例Ｂと同様に、上吹き酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガス流量のうちの少なくとも何れか１つまたは２以上を調整して、酸素吹錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までに、スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲内に調製した。また、本発明例Ｃでは、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までのスラグ中のＦｅＯ濃度が５〜３０質量％の範囲内となり、且つ、精錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率との乗算値が４．８〜２１．４Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)の範囲内となるように操業条件を調整した。

比較例Ａは、スラグ中のＦｅＯ濃度を考慮することなく操業した結果、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中のＦｅＯ濃度が３０質量％を超え、且つ、精錬進行度が４０％の時点から精錬進行度が８０％の時点までの大半でスラグ中のＦｅＯ濃度が３０質量％を超えた操業である。精錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率との乗算値は４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)未満であった。

比較例Ｂは、スラグ中のＦｅＯ濃度を考慮することなく操業した結果、精錬進行度が４０％の時点におけるスラグ中のＦｅＯ濃度は５質量％未満であったが、精錬進行度が４０％を超えた以降は、スラグ中のＦｅＯ濃度が５〜３０質量％の範囲内となった操業である。精錬開始時から精錬進行度が４０％の時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値と転炉脱炭精錬における溶銑比率との乗算値は４．８Ｎｍ³・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)未満であった。

本発明例Ｃ、比較例Ａ及び比較例Ｂにおけるスラグ中のＦｅＯ濃度の推移の例を図４に示す。尚、図４は、本発明例Ｃ、比較例Ａ及び比較例Ｂともに、終点におけるスラグ中ＦｅＯ濃度が３０質量％になった例であり、また、図４において、スラグ中のＦｅＯ濃度は折れ線で示されるが、これは、スラグ中のＦｅＯ濃度を或る時間間隔で推定し、それぞれの推定値を直線で結んだことによる。図４に示す比較例Ａは、精錬中にスロッピングが発生した例で、比較例Ｂは、終点時に燐外れとなった例である。

また、本発明例及び比較例における操業結果の平均値を表３に示す。表３に示す「燐濃度の外れ率」とは、燐外れの発生したチャージの比率を示している。尚、表３に示す比較例は、比較例Ａ及び比較例Ｂの双方を含むものである。

表３に示すように、本発明を適用することにより、脱炭精錬における燐外れが回避され、脱炭精錬終了時の溶湯中燐濃度を低位に安定できることが確認できた。

１転炉本体
２上吹きランス
３底吹き羽口
４煙道
５スカート
６ホッパー
７投入シュート
８一次集塵機
９二次集塵機
１０ＰＡダンパー
１１排ガス流量計
１２誘引送風機
１３ガス採取プローブ
１４ガス分析装置
１５演算装置
１６溶銑
１７スラグ

Claims

上吹きランスから酸素ガスを供給するとともに底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を転炉にて脱炭精錬するにあたり、
精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までの底吹き攪拌用ガス流量の平均値（Ｎｍ ³ ／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)）と、転炉脱炭精錬における溶銑比率（溶銑比率(%)=溶銑装入量(t)×100/(溶銑装入量(t)+鉄スクラップ装入量(t))）と、の乗算値を、４．８Ｎｍ ³ ・％／(ｍｉｎ・溶銑ｔ)以上に保ったうえで、
上吹きランスからの酸素ガス流量、精錬中の排ガスの組成、排ガスの流量、副原料投入量及び溶湯成分から酸素バランスを逐次計算することにより求められる不明酸素量に基づいて炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度の推移に照らし合わせて、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガス流量のうちの少なくとも何れか１種を調整し、
この調整により、精錬開始時から全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点までに、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製することを特徴とする、転炉での溶銑の脱炭精錬方法。
炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５〜３０質量％の範囲に調製することにより、精錬終了時の溶湯中燐濃度を０．０１５質量％以下に維持することを特徴とする、請求項１に記載の転炉での溶銑の脱炭精錬方法。
全酸素量の４０体積％の酸素量を供給する時点から全酸素量の８０体積％の酸素量を供給する時点まで、炉内スラグ中のＦｅＯ濃度を５質量％以上の範囲に調製することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の転炉での溶銑の脱炭精錬方法。