JP5655345B2

JP5655345B2 - 溶銑の脱燐方法

Info

Publication number: JP5655345B2
Application number: JP2010080707A
Authority: JP
Inventors: 田中　芳幸; 芳幸田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214023A

Description

本発明は、転炉における脱炭吹錬の前に溶銑を予備処理する方法に関し、特に溶銑を脱燐する脱燐方法に関する。

高炉で溶製された溶銑には、硫黄（Ｓ），燐（Ｐ），珪素（Ｓｉ）等の不純物が多量に含まれ、必ずしも次の製鋼過程に適した成分組成であるとは限らない。製鋼過程で要求される溶銑の成分組成は、最終の溶鋼の成分組成や製鋼工程、生産能率によって異なってくる。そこで、転炉における脱炭吹錬の前に、溶銑中の不純物を除去する予備処理を行う必要がある。

溶銑予備処理の内、脱硫、脱燐、脱珪の各プロセスをどのような精練容器でどの順番で行うかは、各製鉄所で異なっている。これは、当該製鉄所で製造されている鋼種構成、製錬設備、高炉−転炉間での物流形態がそれぞれに異なっているからである。溶銑の脱燐プロセスについても、各製鉄所のローカルコンディションに応じて最適なプロセスが模索されている。代表的な溶銑の脱燐プロセスは以下のとおりである。

脱燐プロセスに用いられる精練容器は、混銑車、溶銑鍋及び転炉型脱燐炉の三つに大別できる。混銑車及び溶銑鍋は本来搬送容器であるため、フリーボードが小さい。低酸素ポテンシャルかつ弱攪拌下で脱燐を進行させる必要があり、反応界面積を確保するために酸素源を吹き込むインジェクション方式が採用される。

一方、転炉型脱燐炉の場合は、大きなフリーボードを活用して、高酸素流量の上吹き酸素と底吹きによる強攪拌下でスラグとメタルを反応させるため、高酸素ポテンシャルで溶銑を脱燐する。混銑車や溶銑鍋方式に比べて生石灰の滓化に有利なため、フラックスは塊状のものを上から添加する方式が一般的である。

ところで、昨今の地球温暖化に代表される環境影響に対応すべく、製鋼工程におけるスラグ排出量の削減が要請されている。スラグ排出量を削減するために、転炉における脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを溶銑脱燐プロセスへリサイクルすることも進められている。

例えば、特許文献１には、第一の転炉で脱炭精練を行った際に生成する脱炭滓を冷却固化し、冷却固化した脱炭滓を脱燐プロセスを行う第二の転炉に添加し、第二の転炉の脱燐精練剤として脱炭滓をリサイクルする溶銑の脱燐方法が開示されている。脱炭滓は、未反応石灰を多く含んでおり、また燐含有量も少ないことから、溶銑脱燐処理時に脱燐効果が期待できる。

特許文献２には、転炉型脱燐炉にＣａＯを主体とする脱燐精練剤を添加し、酸素源として気体酸素源及び固体酸素源を供給して、脱燐精練剤を滓化させてスラグとなし、溶銑に対して脱燐処理を施す溶銑の脱燐方法が開示されている。当該特許文献２には、ＣａＯを主体とする脱燐精練剤には、次工程の転炉で脱炭精練した際に発生する脱炭滓を使用することもできる、と記載されている。

特開２００１−２４０９１０号公報特開２００７−１５４３１３号公報

しかし、脱燐精練剤として脱炭滓を転炉型脱燐炉に添加する特許文献１及び２に記載の脱燐方法にあっては、溶銑を低燐化しようとしたとき、転炉型脱燐炉のスラグの塩基度を上げる必要があり、スラグ量が増大するという問題がある。一般的に溶銑の脱燐効率を向上させるためには、脱燐精練剤としてのＣａＯを増加させる必要がある。スラグの塩基度はＣａＯ／ＳｉＯ₂で表わされるので、脱燐精練剤としてのＣａＯを増加させるとスラグ量が増大してしまう。

さらに、特許文献１の記載の脱燐方法においては、脱炭滓に酸化鉄を混合する前処理が必要であり、スラグ鍋内で酸化鉄を混合すると発塵が問題になり、転炉内で酸化鉄を混合すると転炉内を冷却するので転炉にスラグが固着するという問題も生ずる。

そこで、本発明は、塩基度を下げてスラグ量の増加を抑制しても、脱燐効率を向上させることができる溶銑の脱燐方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、転炉における溶銑の脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを粉砕し、粉砕した転炉スラグを９０質量％以上含有する脱燐精練剤を混銑車又は溶銑鍋内の溶銑にインジェクションすると共に、前記混銑車又は前記溶銑鍋から発生する集塵ダストを回収し、回収した集塵ダストを含有する固体酸素源を前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションして、溶銑中の燐を脱燐する、前記脱燐精練剤の塩基度が１．５以下である溶銑の脱燐方法である。
本発明の他の態様は、転炉における溶銑の脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを粉砕し、粉砕した転炉スラグを９０質量％以上含有する脱燐精練剤を混銑車又は溶銑鍋内の溶銑にインジェクションすると共に、前記混銑車又は前記溶銑鍋から発生する集塵ダストを回収し、回収した集塵ダストを含有する固体酸素源を前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションして、溶銑中の燐を脱燐する、前記集塵ダストを前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションする時期が脱燐精練の後半である溶銑の脱燐方法である。

本発明によれば、脱燐精練剤として脱炭滓（転炉スラグ）を９０％以上含んだものを混銑車又は溶銑鍋内の溶銑にインジェクションすることによって、脱炭滓の溶銑への侵入性の向上、滓化向上等が図れる（図２に示すように、平衡値Ｌｐ（Ｐの溶銑／スラグ分配比）の線が(１)から(２)に上昇する）。このため、低燐化するために塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を上げる必要がなくなり、脱燐精練剤として混合石灰を使用した従来と同等レベルのスラグ量でもさらなる低燐化が可能になる。また、無駄な石灰源の添加が必要なくなり、熱ロスを大幅に改善することができ、次工程に対する温度補償をした上での低燐化が可能となる。さらに、一度溶銑中に吹き込んだ集塵ダストを再度リサイクルしているうちに滓化に有利となるＫ、Ｃｌなどの成分が濃縮することにより脱燐率を向上させることができ、酸素源（酸化鉄）を含め脱燐精練剤の低減が可能となる。

本発明の一実施形態の溶銑脱燐システムの全体図燐の平衡値（処理後溶銑中Ｐ濃度とスラグ中Ｐ₂Ｏ₅濃度との関係）を表すグラフ脱燐酸素効率を表すグラフ

以下、添付図面に基づいて本発明の溶銑脱燐システムの一実施形態を説明する。図１は、溶銑脱燐システムの全体図を示す。

混銑車１内の溶銑２には、粉状の脱燐精練剤及び粉状の酸化鉄がキャリアガスと共に浸漬ランス４の先端からインジェクションされる。

粉状の脱燐精練剤は、転炉における溶銑の脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを固化したものである。固化した転炉スラグは、破砕工程・粉砕工程を経て例えば粒径３ｍｍ以下の粉状に粉砕される。粉砕された転炉スラグ１００質量％の脱燐精練剤は、ローリー車１０によって製鋼工場から搬送され、ホッパ９に貯蔵される。転炉スラグ１００質量％のときの脱燐精練剤の成分組成（質量％）は、以下のとおりである。

脱燐精練剤には転炉スラグが９０質量％以上含まれればよい。脱燐精練剤の１０質量％以下であれば、塩基度を調整するための生石灰や炭酸カルシウムを混合してもよい。

ホッパ９には固体酸素源としての粉状の酸化鉄も混合される。粉状の酸化鉄には焼結鉱を粉砕したものを用いることができる。焼結工場で製造された焼結鉱は粉状に粉砕され、気送等により（図示せず）ホッパ９に貯蔵される。なお、焼結鉱以外の固定酸素源として、鉄鉱石、ミルスケール等を用いることもできる。

ホッパ９には混銑車１から発生する集塵ダスト（固体酸素源）も回収・混合される。混銑車１から発生する排ガスは、排風ファン１２によって吸引される。排ガス中に含まれるダストは集塵装置１３によって回収される。集塵装置１３によって回収された集塵ダストは、集塵ダストホッパ１７に貯留される。集塵装置１３によって回収された集塵ダストは、ホッパ９に貯蔵されることもある。ホッパ９に貯留された粉状の脱燐精練剤及び粉状の酸化鉄は、吹込ディスペンサ１１によって空気、窒素等のキャリアガスと共に混銑車１にインジェクションされる。

また、集塵ダストホッパ１７に貯留された集塵ダストは、混合ライン１８（図中従来ライン）及び吹込ディスペンサ１１の二次側のインジェクションライン１９を経由して空気、窒素等のキャリアガスと共に混銑車１に直接インジェクションされる。

混銑車１から発生する集塵ダストを回収し、再び混銑車１内に直接インジェクションする時期は脱燐精練工程の後半、溶銑中燐が０．０５０質量％以下となるタイミングからであり、例えば脱燐精練終了時前１５分間である。集塵ダストをインジェクションすることにより、集塵ダストが含有している元素Ｋ、Ｃｌなどの効果で、処理後半の温度が１３００℃未満となるところで酸化鉄の溶解性、濡れ性が高まる。集塵ダストは酸素含有量が少ないので（酸素源が減少）、処理前半での脱燐酸素供給律速段階では効果が少ないが後半では効果が向上し好ましい。

混銑車１から発生する集塵ダストを回収した後、ホッパ９には、粉状の脱燐精練剤、粉状の酸化鉄及び集塵ダストが貯留されている状態になる。粉状の脱燐精練剤、粉状の酸化鉄及び集塵ダストは、吹込ディスペンサ１１によって空気、窒素等のキャリアガスと共に混銑車１内の溶銑２にインジェクションされる。

混銑車１中の溶銑２に脱燐精練剤、酸化鉄、集塵ダストをインジェクションすることにより、下記（１）に示す燐の酸化反応が促進し、燐酸化物が生成される。
２Ｐ＋５ＦｅＯ＝Ｐ₂Ｏ₅＋５Ｆｅ…（１）

生成したＰ₂Ｏ₅は、スラグ中に含まれるＣａＯによって補足される。いわゆる脱燐反応が生じるので、安定して燐を除去することができる。

図２は、燐の平衡値（処理後溶銑中Ｐ濃度とスラグ中Ｐ₂Ｏ₅濃度との関係）を表すグラフである。図２の縦軸がスラグ中のＰ₂Ｏ₅の濃度（質量％）であり、横軸が処理後溶銑中Ｐ濃度（×０．００１質量％）である。線(１)は混合石灰を使用した場合の平衡値を示し、線(２)は転炉滓１００％を使用した場合の平衡値を示す。線(２)の方がスラグ中のＰが移行して低燐化が有利であることがわかる。

脱燐精練剤として転炉滓９０％以上含んだものをインジェクションすることによって、図２に示すように、平衡値Ｌｐ（Ｐの溶銑／スラグ分配比）の線が(１)から(２)に上昇する。このため、低燐化するために塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂を上げる必要がなくなり、脱燐精練剤として混合石灰を使用した従来と同等レベルのスラグ量でも低燐化が可能になる。また、無駄な石灰源の添加が必要なくなり、熱ロスを大幅に改善することができ、次工程に対する温度補償をした上での低燐化が可能となる。

さらに、混合石灰を使用した場合と転炉滓を使用した場合とで塩基度を加味すると以下のことがいえる。混合石灰を使用した場合、塩基度１．５とすると、平衡値が(１)の線となり、塩基度が１．５の線(３)を考慮し、スラグ中にＰを移行できるのは合成すると線(５)となる。Ｂ点迄は線(１)が律速となり、Ｂ点以降は線(３)が律速となり合成した(５)がスラグ中Ｐ濃度の最大となる。

これに対し、転炉滓を使用した場合、塩基度１．３とすると、平衡値が(２)の線となり、塩基度が１．３の線(４)を考慮し、スラグ中にＰを移行できるのは合成すると線(６)となる。Ａ点迄は線(２)が律速となり、Ａ点以降は線(４)が律速となり合成した(６)がスラグ中Ｐ濃度の最大となる。以上により、転炉滓を使用した場合のほうが塩基度を下げても（Ｃ／Ｓ：１．５→１．３）スラグ中のＰは高位となり低燐化を達成できることがわかる。また、転炉滓１００％に集塵ダストを追加して脱燐を行うと、更にスラグ滓化性が向上する。その結果を図２に示すが転炉滓１００％に集塵ダストを利用したもの（□のプロット）が転炉滓１００％のみのもの(線(６)や■のプロット)より低隣化を達成している。

上記だけでは、まだ温度補償が不十分であるので、一度溶銑中に吹き込んだ集塵ダストを再度リサイクルすることによって、同じ酸素投入量に対して脱燐量を向上させることができ、無駄な酸素源（酸化鉄）の投入を無くすことができる。あるいはその温度ロス低減代を利用し、温度を限界まで攻めてさらに酸素源を吹き込むことによって、低燐溶銑溶製の成功率を高めることができる。

図３は、脱燐酸素効率を表すグラフである。図３の横軸は脱Ｓｉ外酸素（Ｎｍ^３／ｔ）であり、縦軸は脱Ｐ酸素効率（％）である。横軸は、供給した酸素量（酸素ガス及び焼結鉱等）のうち脱珪反応に費やされた酸素を除いた酸素量である。また縦軸に示す「脱Ｐ酸素効率」とは供給した酸素量から脱珪反応に使用した酸素量を差し引き、この脱珪反応に寄与しない酸素量に対する、脱燐反応に費やされた酸素量つまりＰ₂Ｏ₅を形成するために使用された酸素の百分率である。

脱燐酸素効率は、以下の式（２）で表わされる。
脱燐酸素効率（％）＝溶銑中燐の酸化に用いられた酸素量（Ｎｍ³/t）／（溶銑中に吹き込んだ全酸素量（Ｎｍ³/t）−Ｓｉの酸化に使用された酸素量（Ｎｍ³/t））…（２）

測定条件は次のとおりである。大型混銑車を使用していて、処理前のＰ濃度：０．１１０〜０．１２０質量％、インジェクション酸素量：０．７５〜１．３０Ｎｍ^３／ｔ、処理前のＳｉ濃度：０．１０〜０．１５質量％である。

図３に示すように、集塵ダストの使用なしでは脱Ｓｉ外酸素増と共に脱Ｐ酸素効率が低下してしまうが、集塵ダストの利用で効率低下を抑制し、過剰な酸化鉄を吹込みすることなく、温度を維持して低Ｐ化が実現できることがわかる。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまに変更可能である。

たとえば、上記実施形態においては、本発明の溶銑の脱燐方法を混銑車を用いて行っているが、混銑車の替わりに溶銑鍋を用いてもよい。また、本発明の脱燐プロセスを脱珪プロセスや脱硫プロセスと組み合わせて行ってもよい。

転炉スラグ、集塵ダスト用いた溶銑の脱燐処理方法の実施例について説明する。生石灰を造滓剤とする溶銑の転炉脱炭精錬後、溶製された溶鋼を取鍋に出鋼した後に生成した転炉スラグを受滓台車に排出し、得られた転炉スラグを破砕および粉砕を行い粒径３ｍｍ以下とした。所定量の転炉スラグを得て、これをＣａＯ系脱燐精錬剤として供した。粉体の転炉スラグの組成は、ＣａＯ：４３質量％、ＳｉＯ₂ ：１６質量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：３．５質量％、Ｐ₂ Ｏ₅：２．５質量％、ＭｎＯ：３質量％、ＭｇＯ：２質量％、ＴｉＯ_２：１質量％、Ｔ−Ｆｅ：１２質量％、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ₂ ）：２．７であった。この転炉スラグを１００質量％とするＣａＯ系脱燐精錬剤を用いて、前述した図１に示すように、混銑車に収容された約３２０トンの溶銑の脱燐処理を実施した。脱燐処理は、インジェクションランスから乾燥エアーを搬送用ガスとして酸化鉄ダストを吹き込み、インジェクションランスから乾燥エアーを搬送用ガスとしてＣａＯ系脱燐精錬剤（転炉スラグ１００質量％）を吹き込み添加した。脱燐終了時の１５分前から脱燐終了まで集塵ダストを７．４ｋｇ／ｔ（溶銑トン当たり）を吹き込んだ（本発明例）。また、比較のために、上記の転炉スラグを４０質量％とし、６０質量％を粉体の生石灰とするＣａＯ系脱燐精錬剤を用いた溶銑の脱燐処理も実施した（比較例）。脱燐方法は、使用するＣａＯ系脱燐精錬剤が異なる以外は本発明例に準じた。脱燐処理前の溶銑中燐濃度は０．１１０〜０．１２０質量％で、脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例においては０．０１０〜０．０２０質量％であった。また、塩基度も１．５以下でも溶銑中燐濃度０．０２０質量％以下の達成が可能であった。比較例も同様な溶銑中燐濃度であったが目標から外れた回数の頻度が大であり、塩基度も本発明例より高くする必要があった。また、本発明例は比較例に対し同じ酸素投入量に対して脱燐量を向上させることができ酸素源（酸化鉄等）の量を低減させることができた。

１…混銑車（処理容器）
２…溶銑
４…ランス
９…ホッパ
１２…排風ファン
１３…集塵装置
１７…集塵ダストホッパ

Claims

転炉における溶銑の脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを粉砕し、粉砕した転炉スラグを９０質量％以上含有する脱燐精練剤を混銑車又は溶銑鍋内の溶銑にインジェクションすると共に、前記混銑車又は前記溶銑鍋から発生する集塵ダストを回収し、回収した集塵ダストを含有する固体酸素源を前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションして、溶銑中の燐を脱燐する、
前記脱燐精練剤の塩基度が１．５以下である溶銑の脱燐方法。
転炉における溶銑の脱炭精練を行った際に生成する転炉スラグを粉砕し、粉砕した転炉スラグを９０質量％以上含有する脱燐精練剤を混銑車又は溶銑鍋内の溶銑にインジェクションすると共に、前記混銑車又は前記溶銑鍋から発生する集塵ダストを回収し、回収した集塵ダストを含有する固体酸素源を前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションして、溶銑中の燐を脱燐する、
前記集塵ダストを前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションする時期が脱燐精練の後半である溶銑の脱燐方法。
前記集塵ダストを前記混銑車又は前記溶銑鍋内の溶銑にインジェクションする時期が脱燐精練の後半であることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱燐方法。