JP5691208B2

JP5691208B2 - 溶銑の精錬方法

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Publication number: JP5691208B2
Application number: JP2010062196A
Authority: JP
Inventors: 章敏松井; 菊池　直樹; 直樹菊池; 範孝西口; 田中　芳幸; 芳幸田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011195866A

Description

本発明は、混銑車の混銑車炉体に収容された溶銑にインジェクションランスを浸漬させ、このインジェクションランスから精錬用の酸素ガスや攪拌用またはフラックス搬送用の窒素ガスなどを溶銑に吹き込んで溶銑に対して脱珪処理または予備脱燐処理の酸化精錬を行う方法に関する。

近年、鋼材の高級化に伴う燐含有量低下対策、或いは製鋼プロセスの合理化を目的として、溶銑の予備脱燐処理が、混銑車（「トピードカー」ともいう）または溶銑鍋若しくは転炉などにおいて広く行われている。また、この予備脱燐処理では、溶銑中の珪素も除去されるが、この珪素が脱燐反応を阻害するので、予備脱燐処理を効率的に行うために、予備脱燐処理の前に予め溶銑中の珪素を除去する脱珪処理も行われている。

溶銑中の燐及び珪素は酸化反応によって除去される。従って、溶銑の予備脱燐処理及び脱珪処理は、溶銑に酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を供給し、この酸素源によって溶銑中の燐及び珪素を酸化除去させている。その際に、反応効率を高める或いは生成するスラグの組成を調整するために、生石灰などのフラックスも添加されている。

脱珪処理及び予備脱燐処理を混銑車で行う場合、混銑車の混銑車炉体は、長手方向の中央部が円筒状で、長手方向の両端部が円錐状に狭くなった紡錘形であり、溶銑を受銑する或いは収容した溶銑を排出するための開口部が円筒状の中央部に設けられており、この開口部からインジェクションランスを浸漬して溶銑を攪拌するが、その容器形状のために、攪拌力が溶銑全体に伝わらずに弱く、反応効率が溶銑鍋や転炉に比べて低いという問題点がある。インジェクションランスに替えて開口部から上吹きランスを介して酸素ガスを吹き付けた場合には更に攪拌力が弱くなる。

このために、混銑車での反応効率を高めるべく種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、耐火物容器内の溶銑を予備脱燐処理する際に、ＣａＯ系精錬剤とともにＬｉ₂Ｏ源を添加し、予備脱燐処理終了後のスラグ中Ｌｉ₂Ｏ濃度を０．１〜５．０質量％に調整した予備脱燐処理方法が提案されている。また、特許文献２には、混銑車で溶銑を予備脱燐処理する際に、アルミナとＣａＯ及び混錬ダスト等の酸化剤を事前に配合したフラックスを、インジェクションランスから溶銑中に吹き込むと同時に、上吹きランスから酸素ガスを吹き付けて予備脱燐する方法が提案されている。これらは、何れも攪拌力不足を精錬剤の脱燐能を高めることで補うことを目的とした技術である。

特許文献３には、混銑車に積載された溶銑にインジェクションランスを介して酸化剤及び生石灰を吹き込んで溶銑を予備脱燐処理する際に、インジェクションランスを２本配置し、それらの先端を混銑車の長手方向に互いに中心から隔離して配置し、且つ互いに相反する方向へ酸化剤を吹き込んだ予備脱燐処理方法が提案されている。この技術は、反応サイトを二箇所にするとともに溶銑に与える攪拌力を大きくして、反応効率及び反応速度の向上を目的とした技術である。

特開２００８−２１４７１４号公報特開２００４−３０７９４０号公報特開２００６−２１９７６５号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。

即ち、精錬剤の脱燐能を高めることを目的とした特許文献１及び特許文献２では、確かに脱燐速度は上昇するが、精錬剤のコスト上昇や耐火物の溶損量増加による耐火物コストの上昇、更には、予備脱燐処理で生成されるスラグの処理が難しくなるという問題点がある。

一方、インジェクションランスを２本配置した特許文献３では、確かに脱燐速度は上昇するが、インジェクションランスを２本使用することによるコスト上昇や、インジェクションランスの交換頻度が２倍になることから作業者への労働負荷が増えるという問題点がある。

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、混銑車に積載された溶銑にインジェクションランスを浸漬させ、このインジェクションランスから精錬用の酸素ガスや攪拌用またはフラックス搬送用の窒素ガスなどを溶銑に吹き込んで溶銑に対して脱珪処理または予備脱燐処理の酸化精錬を行うにあたり、容易な方法であるにもかかわらず従来と比較して反応効率を高めることが可能であり、製造コストの削減に寄与する溶銑の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第１の発明に係る溶銑の精錬方法は、長手方向の中央部が円筒状で、長手方向の両端部が円錐状に狭くなった紡錘形の混銑車炉体に収容された溶銑に、インジェクションランスを傾斜して浸漬させ、該インジェクションランスの先端から精錬用の酸素ガス或いは搬送用ガスともに固体酸素源または石灰源を吹き込んで溶銑中の珪素または燐を酸化除去する、溶銑の精錬方法であって、前記インジェクションランスを、水平面への投影図でみたとき、前記混銑車炉体の長手方向の中心軸とは離れた位置に、且つ、前記中心軸の方向と平行な方向に配置することを特徴とする。

第２の発明に係る溶銑の精錬方法は、第１の発明において、水平面への投影図でみたとき、前記インジェクションランスの中心位置と前記混銑車炉体の長手方向の中心軸との距離をＬとすると、距離Ｌは、混銑車炉体の長手方向端部の横断面内壁の半径ｒに対して０．５ｒ以上１．５ｒ以下であることを特徴とする。

第３の発明に係る溶銑の精錬方法は、第１または第２の発明において、前記精錬用の酸素ガス或いは固体酸素源または石灰源は、前記インジェクションランスの先端から水平方向に向けて吹き込まれることを特徴とする。

本発明によれば、インジェクションランスを、混銑車炉体の長手方向の中心軸とは離れた位置に、且つ、前記中心軸の方向と平行な方向で、溶銑に傾斜させて配置するので、インジェクションランスから吹き込まれる酸素ガス或いは搬送ガスにより混銑車炉体内の溶銑に緩やかな循環流が形成され、混銑車炉体の吹き込み位置とは反対側の領域の反応性も向上し、脱燐反応及び脱珪反応の反応効率を高めることができる。その結果、製造コストの低減などの工業上有益な効果を得ることができる。

混銑車に積載された溶銑にインジェクションランスを浸漬させて溶銑に脱珪処理または予備脱燐処理を実施する例を示す概略図である。混銑車炉体とインジェクションランスとの従来の位置関係を示す概略平面図である。混銑車炉体とインジェクションランスとの本発明における位置関係を示す概略平面図である。脱Ｓｉ外酸素源単位と脱Ｓｉ外脱燐酸素効率との関係を、本発明例と比較例とで比較して示す図である。距離Ｌと脱Ｓｉ外脱燐酸素効率との関係を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明者らは、混銑車での脱燐反応及び脱珪反応の反応効率を向上するべく、混銑車を模した水モデル実験装置及び実機混銑車を用い、種々の条件下で調査・検討を行った。

図１に、混銑車に積載された溶銑にインジェクションランスを浸漬させて溶銑に脱珪処理または予備脱燐処理を実施する例を示す。図１において、符号１は混銑車、２は混銑車炉体、３は鉄皮、４は耐火物、５は開口部、６は溶銑、７はインジェクションランスであり、外殻を鉄皮３とし、鉄皮３の内側に耐火物４が施工された混銑車炉体２は、長手方向の中央部が円筒状で、長手方向の両端部が円錐状に狭くなった紡錘形であり、溶銑６を受銑する或いは収容した溶銑６を排出するための開口部５が中央部の円筒状の部位に設けられ、この開口部５を通して、インジェクションランス７が溶銑６に対して傾斜して浸漬されるように構成されている。混銑車炉体２の横断面形状が円筒状の中央部を直胴部２ａと呼び、横断面形状が円錐状に狭くなる両端部をコニカル部２ｂと呼んでいる。コニカル部２ｂも横断面形状は円形であり、混銑車１は、その長手方向に軌道上を移動するように構成されている。

従来、インジェクションランス７は、図２に示すように、混銑車炉体２の長手方向の中心軸上に且つ該中心軸と平行な方向に、溶銑６に対して傾斜して浸漬されていた。図２は、混銑車炉体２とインジェクションランス７との従来の位置関係を示す平面図であり、この浸漬方法の場合には、インジェクションランス７の先端部が位置する側のコニカル部では溶銑６は攪拌されて反応性が良いが、インジェクションランス７の先端部が位置する側とは反対側のコニカル部では溶銑６はほとんど攪拌されないために、反応性が悪いという問題があった。尚、インジェクションランス７を溶銑６に対して垂直に浸漬すると開口部５から溶銑６が噴出するなどのトラブルが発生することから、溶銑６に対して傾斜して浸漬するのが一般的である。

この問題を解決するために特許文献３ではインジェクションランスを２本配置し、左右両側のコニカル部をそれぞれ反応領域としているが、前述したように、インジェクションランスを２本使用することによるランスコストの上昇や、インジェクションランスの交換頻度が２倍になることから作業者への労働負荷が増えるという問題点があった。

本発明者らは、上記問題を解決すべく検討した結果、混銑車炉体内の溶銑に、インジェクションランスの吹き込み側のコニカル部から、吹き込まれていない反対側のコニカル部へ向かう溶銑の流れを強制的に形成することで、溶銑中の溶質濃度（Ｐ、Ｓｉなど）が均一化され、反応効率が向上するのではないかとの知見を得た。

そこで、混銑車炉体を模擬した水モデル実験装置を用い、インジェクションランスの浸漬位置を変更することによって混銑車炉体内に強制的な流れを形成することを検討した。その結果、図３に示すように、インジェクションランス７を、水平面への投影図でみたとき、混銑車炉体２の長手方向の中心軸とは離れた位置で、且つ、混銑車炉体２の長手方向の中心軸の方向と平行な方向に、溶銑に傾斜させて配置することで、混銑車炉体内に水平方向に旋回する流れが形成されることを確認した。

図３は、混銑車炉体とインジェクションランスとの本発明における位置関係を示す平面図であり、図３において線Ｐが混銑車炉体の長手方向中心軸の方向を示す線、線Ｑがインジェクションランスの中心位置の方向を示す線であり、インジェクションランス７は、水平面への投影図でみたとき、インジェクションランス７の中心位置を、混銑車炉体２の長手方向中心軸と距離Ｌだけ離れた位置とし且つ混銑車炉体２の長手方向中心軸の方向と平行な方向に配置されている。トレーサーを添加した水モデル実験装置において、インジェクションランス７の先端から噴射される気体（この場合は空気）によって混銑車炉体２の長手方向中心軸とは偏心した位置にコニカル部の端部に向かう流れが形成され、この流れが円錐状に狭くなるコニカル部の内壁に沿って流れ、コニカル部の端部で旋回することで、混銑車炉体２の内部の水に水平方向に旋回する緩やかな循環流が形成されることが確認できた。

これに対して、図２に示す従来の設置位置では、インジェクションランス７の先端から噴射される気体によって混銑車炉体２の内部に流れが形成されるが、この流れはコニカル部の端部で２つに分岐し、それぞれの流れが緩衝しあって、旋回するような大きな流れは形成されないことが確認できた。

本発明は、これらの検討結果に基づくもので、混銑車炉体２に収容された溶銑６に、インジェクションランス７を傾斜して浸漬させ、該インジェクションランス７の先端から精錬用の酸素ガス或いは搬送用ガスともに固体酸素源または石灰源を吹き込んで溶銑中の珪素または燐を酸化除去する、溶銑の精錬方法であって、前記インジェクションランス７を、水平面への投影図でみたとき、前記混銑車炉体２の長手方向の中心軸とは離れた位置に、且つ、前記中心軸の方向と平行な方向に配置することを特徴とする。

更なる試験の結果、インジェクションランス７の中心位置と、混銑車炉体２の長手方向中心軸との距離Ｌにも最適な範囲があることが分かった。即ち、コニカル部２ｂの長手方向端部の横断面における内壁面の半径をｒとすると、距離Ｌは、半径ｒに対して０．５ｒ以上１．５ｒ以下の範囲内とすることが好ましいことが分かった。距離Ｌが０．５ｒ未満の場合には、偏心量が小さいことから循環流の形成が十分ではなく、一方、距離Ｌが１．５ｒを越える場合には、インジェクションランス７からの噴流がコニカル部２ｂの内壁に当たる割合が増加し、流れが乱れて安定した循環流が形成されなくなるからである。

また、旋回する循環流を安定して確保する観点から、図１に示すように、インジェクションランス７の先端が水平方向を向くようにインジェクションランス７の先端部を曲げ、インジェクションランス７の先端からの噴流が水平方向に向いて噴射するようにすることが好ましい。また、先端部に屈曲部を設けず、噴射方向が水平となるように、先端の噴射方向を調整してもよい。勿論、循環流の形成にはやや不利ではあるが、ストレート状のインジェクションランスであっても構わない。

尚、インジェクションランス７は、先端が開口した形状であり、所謂Ｔ字型の分岐した噴射口を有するインジェクションランス、つまりインジェクションランスの中心方向と直行する方向に噴射するインジェクションランスは使用できない。また、内管と外管との二重管構造とし、内管と外管との間隙からプロパンガスなどの吸熱用の気体を噴出する型式としても構わない。

本発明では、混銑車に積載された溶銑に対して脱珪処理及び予備脱燐処理の何れかを行うが、脱珪処理及び予備脱燐処理ともに酸素ガス或いは酸化鉄などの酸素源による酸化精錬であり、従って、インジェクションランスから酸素ガスを吹き込む、または、窒素ガスなどを搬送用ガスとして酸化鉄を吹き込んで酸化精錬を実施する。

この場合に、脱珪処理の場合には生成するスラグの塩基度を調整するための石灰源、また、予備脱燐処理の場合には酸化精錬により生成する燐酸化物を吸収するための石灰源を、酸素ガス或いは酸化鉄を吹き込むための搬送用ガスとともにインジェクションランスから吹き込んでも構わない。また、インジェクションランスとは別に開口部を上下移動する上吹きランスを配置し、上吹きランスから酸素ガスを吹きつけ、インジェクションランスからは石灰源のみを吹き込んでも構わない。つまり、インジェクションランスからガスが溶銑中に吹き込まれる限り、本発明を適用することができる。

このような構成の本発明によれば、インジェクションランスから吹き込まれる酸素ガス或いは搬送ガスにより混銑車炉体内の溶銑に緩やかな循環流が形成され、混銑車炉体の吹き込み位置とは反対側の領域の反応性も向上し、脱燐反応及び脱珪反応の反応効率を高めることが可能となる。

図１に示す混銑車を用いて溶銑の予備脱燐処理を実施した。混銑車には約３００トンの溶銑が積載されており、処理前の溶銑成分は、炭素：４．３〜４．５質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．２０質量％、Ｍｎ：０．１０〜０．２０質量％、Ｐ：０．１２〜０．１４質量％であり、処理前の溶銑温度は１３３０〜１３６０℃であった。インジェクションランスから窒素ガスを搬送用ガスとして酸化鉄（鉄鉱石）と生石灰とを溶銑に吹き込んで予備脱燐処理を実施した。

その際に、インジェクションランスを混銑車炉体の中心線に対して偏心させた場合（本発明例）及び中心線上に配置した場合（比較例）の２水準で実施した。インジェクションランスの浸漬深さは同等とした。本発明例においては、インジェクションランスの中心位置と、混銑車炉体の長手方向中心軸との距離Ｌを、コニカル部の長手方向端部の横断面における内壁面の半径ｒと同一とした。

図４に試験結果を示す。図４の横軸の「脱Ｓｉ外酸素源単位」及び縦軸の「脱Ｓｉ外脱燐酸素効率」は、それぞれ下記の式で定義されるものである。
脱Si外酸素源単位(Nm³/t)＝酸化鉄原単位(kg/t)×0.15-処理前[質量%Si]×(10/28)×22.4
脱Si外脱燐酸素効率(%)＝(処理前[質量%P]-処理後[質量%P])×(10/62)×2.5×22.4×100/脱Si外酸素源単位(Nm³/t)
図４から明らかなように、同一の脱Ｓｉ外酸素源単位において、インジェクションランスを偏心させた本発明例では、脱Ｓｉ外脱燐酸素効率が高いことが分かった。

実施例１と同様の設備を、インジェクションランスの中心位置と、混銑車炉体の長手方向中心軸との距離Ｌを、コニカル部の長手方向端部の横断面における内壁面の半径ｒに対して変化させてインジェクションランスを配置し（Ｌ＝０〜(７／４)×ｒ）、距離Ｌの脱燐酸素効率に及ぼす影響を調査した。試験は、脱Ｓｉ外酸素源単位が６．５〜７．０Ｎｍ³／ｔになるように調整して行った。

図５に試験結果を示す。図５に示すように、距離Ｌが０．５ｒ〜１．５ｒの範囲で脱Ｓｉ外脱燐酸素効率が高いことが分かった。

１混銑車
２混銑車炉体
３鉄皮
４耐火物
５開口部
６溶銑
７インジェクションランス

Claims

長手方向の中央部が円筒状で、長手方向の両端部が円錐状に狭くなった紡錘形の混銑車炉体に収容された溶銑に、先端が開口したインジェクションランスを傾斜して浸漬させ、
該インジェクションランスの先端から精錬用の酸素ガス或いは搬送用ガスともに固体酸素源または石灰源を吹き込んで溶銑中の珪素または燐を酸化除去する、溶銑の精錬方法であって、
水平面への投影図でみたとき、前記インジェクションランスの中心位置と前記混銑車炉体の長手方向の中心軸との距離をＬとすると、距離Ｌは、混銑車炉体の長手方向端部の横断面内壁の半径ｒに対して０．５ｒ以上１．５ｒ以下となるように、前記インジェクションランスを、前記混銑車炉体の長手方向の中心軸とは離れた位置に、且つ、前記中心軸の方向と平行な方向に配置することを特徴とする、溶銑の精錬方法。
前記精錬用の酸素ガス或いは固体酸素源または石灰源は、前記インジェクションランスの先端から水平方向に向けて吹き込まれることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の精錬方法。