JP6036727B2

JP6036727B2 - 溶銑の予備処理方法

Info

Publication number: JP6036727B2
Application number: JP2014036483A
Authority: JP
Inventors: 由人松岡; 上野　智之; 智之上野; 横山　英樹; 英樹横山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP2015160981A

Description

本発明は、混銑車における溶銑の脱珪処理及び脱燐処理に関する。

従来の混銑車における溶銑の脱珪処理及び溶銑の脱燐処理として、特許文献１には、混銑車に保持した溶銑中にインジェクションランスを斜めに浸漬し、該インジェクションランスを介して酸素源と石灰系媒溶剤とを吹き込み、溶銑の脱珪処理及び脱燐処理を行う予備処理方法において、処理開始当初は、石灰系媒溶剤は吹き込まずに専ら酸素源として気体酸素だけを吹き込み、溶銑の珪素濃度が０．１質量％まで低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸素源及び石灰系媒溶剤を吹き込むと同時に、混銑車の上方空間に別途設けた上吹きランスを介して、該溶銑の浴面上に気体酸素を吹き付ける予備処理方法が開示されている。

特許文献１のように、気体酸素のみを吹き込んで脱珪処理を行うことにより、特許文献１よりも以前に行われていた、酸化鉄などの固体酸素源と石灰系媒溶剤とを吹き込んで行う脱珪処理における溶銑の温度降下を防止するだけでなく、吹き込まれる気体酸素による脱珪反応で発生する熱を利用して溶銑温度を上昇させることが可能となる。これによって、付与した熱の分だけ、以降の脱燐処理工程で使用する脱燐剤の使用量の増大を可能としたり、脱炭処理工程で使用する昇熱剤を削減したりすることが実現される。

但し、特許文献１のように、インジェクションランスを溶銑に斜めに浸漬する方法は、インジェクションランス本体が溶銑の浮力を受けやすく、ランスの振動が激しくなってインジェクションランスの損傷が激しくなるという課題を有している。従って、特許文献１は、インジェクションランスの寿命という観点からは十分ではない。

この課題を解決するために、特許文献２には、混銑車に収容された溶銑にインジェクションランスを介して酸素含有ガスを吹き込んで溶銑を脱珪処理する際に、インジェクションランスの中心軸を対称とし、且つ隣り合う吐出孔のなす中心角を、「θ１＋θ２＝１８０°」及び「２０°≦θ１≦θ２」を満足するθ１及びθ２とする４つの吐出孔をその下端部側面に有するインジェクションランスを、中心角がθ１の側が混銑車の長手方向を向き、吐出孔は混銑車の長手方向とは交差する方向を向くように、溶銑に垂直に浸漬させ、溶銑を脱珪処理する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２には以下の問題がある。

特許文献１及び特許文献２では、酸素源として気体酸素のみを供給して脱珪処理を行っており、気体酸素のみを使用した脱珪処理では、脱珪処理対象の溶銑の珪素含有量が高い場合（例えば、溶銑の珪素含有量が０．３質量％以上の場合）には、脱珪処理に多くの時間を費やし、生産性が低下するという問題点がある。

つまり、脱珪処理及び脱燐処理では、効率的な精錬のためには、酸素源として気体酸素と固体酸素源とを併用することが必要であるが、特許文献１及び特許文献２は、脱珪処理開始当初から固体酸素源を併用することを開示していない。

ところで、固体酸素源を混銑車内の溶銑に添加する場合、混銑車は炉口が狭く且つ攪拌しにくいことから、溶銑に固体酸素源を分散・供給するためには、インジェクションランスを介して溶銑中に吹き込み添加することが好ましい。一方、脱燐処理では、特許文献１に開示されるように、上吹きランスを介して気体酸素を溶銑に吹き付ける必要がある。この際、上吹きランスは、水冷の上吹きランスを用いて、水冷の集塵フードに設けたランス孔から挿入して酸素ガスを吹き付けることが一般的である。

従って、混銑車内の溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を施す際に、脱珪処理と脱燐処理とは同一場所で行われることが一般的であることから、特許文献２に示すような垂直に浸漬する型式の気体酸素吹き込み用インジェクションランスを使用した場合には、固体酸素源を溶銑中に吹き込むためのインジェクションランスと、気体酸素を溶銑中に吹き込むための垂直型のインジェクションランスと、気体酸素を上吹きするための上吹きランスと、の３種類のランスを設置する必要が生じる。この場合には、水冷の集塵フードを改造して新たにランス孔を設けることが望ましいが、これには多大な設備費用を要するとともに、改造のために長期間の設備稼働の停止を余儀なくされるという問題がある。

また、ランス孔を増設しないで、溶銑の処理の途中でランスを交換することも考えられるが、この場合には、混銑車の炉口上方の狭い空間内に３つのランスのための昇降装置をそれぞれ水平方向にも移動可能に設置する必要があり、設備費用の増大を招く。更に、処理中の操作が極めて煩雑になるとともに、ランスの交換を行う間には、溶銑の精錬処理または精錬処理中のランスからの気体酸素供給を中断することになるので、時間の延長による生産性の低下や気体酸素使用量の低減を招くことになり、効率的でないという問題がある。

これらの問題から、従来は、インジェクションランスから固体酸素源を溶銑中に吹き込んで脱珪処理及び脱燐処理を行う間に、水冷上吹きランスを用いて気体酸素を上吹きする方法が一般的に用いられていた。

上吹きランスを使用する場合、ランスに付着する地金やスラグが増大して保守作業が必要となることを防止するため水冷構造のものが用いられるが、ランスを溶銑面に近付け過ぎると飛散した溶銑によって溶損して水漏れを起こす頻度が増大するため、ランスの溶銑面からの高さを比較的高いレベルに維持することが必要である。このため、上吹き気体酸素によって溶銑から発生するＣＯガスを二次燃焼させても、その燃焼熱の溶銑への着熱効率は比較的低いレベルであり、燃焼ガス温度を上昇させる結果となっていた。

特に、脱珪処理中は、溶銑及びスラグの温度が比較的高いこと、ＣＯガスの発生速度が比較的低いため二次燃焼率及びガス温度が上昇し易いこと、スラグの塩基度が低くてスラグ温度が高いためスラグの流動性が高いことから、炉内フリーボードの耐火物溶損が増大することが問題となる。このため、できるだけ二次燃焼を抑制するように、気体酸素の吐出方向を鉛直下向きに近付けるような送酸方法が用いられていた。このため、脱燐処理中においても、二次燃焼熱を有効に利用して脱燐剤による溶銑温度の低下を十分に補償することが困難であり、二次燃焼熱の有効利用による溶銑の温度補償と、脱珪処理中の炉内フリーボードの耐火物溶損の抑制とを両立できる気体酸素の使用方法が求められていた。

特開２００８−１９６０２６号公報特開２０１０−９５７４０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、混銑車内の溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を施すにあたり、簡素化した設備で効率的に脱珪処理及び脱燐処理を行うことのできる溶銑の予備処理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］混銑車に収容された溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を施す際に、ランスの高さ方向設置位置を調整することにより、前記溶銑への気体酸素の吹き込みと、前記溶銑の表面への気体酸素の吹き付けとを、一つのランス（「位置可変ランス」という）で行うことを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
［２］前記溶銑に脱珪処理を施す際には、酸化鉄を含有する脱珪剤をインジェクションランスを介して搬送用ガスとともに溶銑に吹き込み、且つ、前記位置可変ランスを介して気体酸素を溶銑に吹き込み、前記溶銑に脱燐処理を施す際には、酸化鉄と石灰系媒溶剤とを含有する脱燐剤をインジェクションランスを介して搬送用ガスとともに溶銑に吹き込み、且つ、前記位置可変ランスを介して気体酸素を溶銑表面に吹き付けることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の予備処理方法。
［３］前記位置可変ランスは、外管の外周に耐火物被覆層が形成された、内管及び外管からなる二重管構造であって、内管の内部を気体酸素が通り、内管と外管との間隙を炭化水素系ガスが通るように構成されていることを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の溶銑の予備処理方法。
［４］前記位置可変ランスの吐出孔の吐出孔角度は、鉛直下向き方向に対して３０°以上６０°以下であることを特徴とする、上記［１］ないし上記［３］の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。

本発明によれば、脱珪処理で気体酸素を溶銑中に吹き込むランスと、脱燐処理で気体酸素を溶銑表面に吹き付けるランスとを１つのランスで行うので、設備費用の削減及び処理中の操作の簡便化が実現され、効率的に脱珪処理及び脱燐処理を行うことが可能となる。また、気体酸素を上吹きして酸化鉄の吹き込みによって発生するＣＯガスを二次燃焼させる際に、従来の水冷上吹きランスよりも効率的に溶銑に熱を付与することができるとともに、同じランスを溶銑に浸漬して気体酸素を吹き込むので、ランスへの地金やスラグの付着も抑制できる。

混銑車に収容された溶銑に対して本発明を適用して脱珪処理を施す様子を示す概略図である。混銑車に収容された溶銑に対して本発明を適用して脱燐処理を施す様子を示す概略図である。位置可変ランスの構造を示す概略図である。本発明例と比較例とで、脱燐酸素効率を比較して示す図である。本発明例と比較例とで、脱燐量あたりの温度降下量を比較して示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、混銑車に収容された溶銑に対して本発明を適用して脱珪処理を施す様子を示す概略図であり、図２は、混銑車に収容された溶銑に対して本発明を適用して脱燐処理を施す様子を示す概略図である。

図１及び図２において、符号１は混銑車、２は混銑車炉体、３は炉口、４は位置可変ランス、５はインジェクションランス、６は溶銑、７は気体酸素（工業用純酸素）、８は脱珪剤、９は脱燐剤である。高炉から出銑される溶銑６は炉口３を通って混銑車炉体２に収容され、一方、混銑車炉体２に収容された溶銑６は、混銑車炉体２をその長さ方向軸心を回転軸として傾斜させることで、炉口３を介して取鍋などの保持容器に出湯される。

位置可変ランス４の構造を図３に示す。位置可変ランス４は、内管１０及び外管１１からなる二重管構造であり、外管１１の外周には不定形耐火物からなる耐火物被覆層１２が形成されている。内管１０は、位置可変ランス４の下部で２つに分岐し、吐出孔１３を形成している。同様に、外管１１も、位置可変ランス４の下部で２つに分岐し、吐出孔１４を形成している。吐出孔１３及び吐出孔１４も二重管構造となっている。内管１０の内部を気体酸素７が通り、内管１０と外管１１との間隙を冷却用ガスとして炭化水素系ガスまたは窒素ガスが通るように構成されている。炭化水素系ガスは、加熱されると熱分解し、この熱分解反応による吸熱を利用して吐出孔１３及びその周囲を冷却し、位置可変ランス４の耐用性を向上させるものである。炭化水素系ガスとしては、プロパンガス、メタンガス、ブタンガスなどを使用する。気体酸素の吹き付けを行う場合は冷却用ガスとして窒素ガスのみを用いてもよいが、気体酸素を溶銑中に吹き込む場合は少なくとも炭化水素系ガスを用いて吐出孔先端部を冷却して保護することが必要である。

位置可変ランス４は、炉口３から鉛直方向に混銑車炉体２の内部に挿入され、その設置値が、位置可変ランス４の先端部が混銑車炉体内の溶銑６に浸漬しない状態で保持され、且つ、位置可変ランス４の先端部が混銑車炉体内の溶銑６に浸漬した状態で保持されるように構成されている。つまり、位置可変ランス４の先端位置を調整して設置することで、位置可変ランス４から、溶銑６の表面に気体酸素７を吹き付けることが可能であり、また、溶銑中に気体酸素７を吹き込むことが可能となっている。

位置可変ランス４の吐出孔１３は２つ以上に分岐して、水平面への投影で互いに異なる方向に向けて、混銑車炉体２の長軸方向（回転軸方向）成分を有するように気体を噴出することが好ましく、その吐出孔角度（θ）は、鉛直下向き方向に対して３０°以上６０°以下であることが好ましい。

吐出角度（θ）が３０°以上であれば、ランスを浸漬して気体酸素を吹き込む際に、複数の気体ジェットとそれに随伴される溶銑の流動が相互に干渉して不安化する現象を抑制でき、ランス周囲の溶銑の流動が自励振動的に変化する現象を抑制できるので、ランスを支持する設備に振動が発生して設備を損傷するおそれが少ない。また、溶銑６の表面に気体酸素７を吹き付ける際に、二次燃焼が促進されて脱燐剤９による溶銑温度の低下を効果的に補償することができる。

一方、吐出角度（θ）が６０°以下であれば、溶銑６の表面に気体酸素７を吹き付ける際、混銑車炉体２の内側、特に天井部分の耐火物が気体酸素７による二次燃焼の高温に曝されて耐火物の溶損が増大する問題を防止できるとともに、二次燃焼熱の溶銑への着熱効率を低下させることなく、効果的に温度補償を行うことが可能となる。

従来用いられていた上吹き水冷ランスでは、ランスの溶損を防止するため、例えば溶銑容量３００トン規模の混銑車１の場合で１ｍ超えといった比較的大きいランス高さ（ランス高さとは、静止時の溶銑浴面とランス先端までの距離）で気体酸素の吹き付けを行うことから、二次燃焼熱の溶銑への着熱効率が低く、燃焼ガス温度が上昇し易かった。このため、混銑車炉体２の天井部分の耐火物の溶損を抑制するように、気体酸素の吐出方向を鉛直下向きに近い方向として二次燃焼を抑制することが行なわれていた。これに対して位置可変ランス４は、耐火物で被覆した水冷しないランスであることから、同じ容量規模の混銑車１の場合で０．６ｍ以下といった比較的小さいランス高さで気体酸素の吹き付けを行えるので、二次燃焼熱の溶銑への着熱効率が高く、気体酸素の吐出角度を３０°以上６０°以下として二次燃焼を促進し、耐火物の溶損を抑制しつつ二次燃焼熱を効率的に利用することが可能となる。

インジェクションランス５は、炉口３を介して、鉛直方向に対して斜めに挿入され、その先端部を混銑車炉体内の溶銑６に浸漬した状態で保持されるように構成されている。インジェクションランス５も、表面は不定形耐火物からなる耐火物被覆層が形成され、内部は単管または二重管構造となっている。二重管構造の場合には、内管と外管との間隙は炭化水素系ガスの供給流路となっている。

混銑車炉体内の溶銑６に脱珪処理を施す場合には、インジェクションランス５を溶銑６に浸漬させ、インジェクションランス５から、酸化鉄を含有する脱珪剤８を、搬送用ガスを介して溶銑６に吹き込む。

供給される酸化鉄中の酸素に及び気体酸素７よって溶銑中の珪素が酸化され、脱珪反応（Ｓｉ＋Ｏ₂→ＳｉＯ₂）が進行する。石灰系媒溶剤は、脱珪反応によって生じるＳｉＯ₂と反応し、生成するスラグ（図示せず）の塩基度を調整する機能を担う。溶銑６の珪素濃度が少なくとも０．２０質量％程度よりも低下するまで、この脱珪処理を行う。

次いで、溶銑６に対して脱燐処理を施す。脱燐処理では、溶銑６に浸漬させたインジェクションランス５から、酸化鉄と石灰系媒溶剤とを有する脱燐剤９を、搬送用ガスを介して溶銑６に吹き込む。

供給される酸化鉄中の酸素及び気体酸素７によって溶銑中の燐が酸化されて燐酸化物が生成する脱燐反応（２Ｐ＋５／２Ｏ₂→Ｐ₂Ｏ₅）が起こり、この燐酸化物が、添加される石灰系媒溶剤の滓化によって形成されるスラグ（図示せず）に吸収されて、脱燐が進行する。脱燐処理では、脱燐を促進させるために、処理後のスラグの塩基度を１．５〜３．０とするように石灰系媒溶剤などの吹き込み量を調整する。

脱珪処理で生成するスラグ（「脱珪スラグ」という）は塩基度が低く、脱珪スラグが存在したまま脱燐処理を行うと、石灰系媒溶剤の使用量が増加するので、脱珪処理中に、溶銑６が流出しない程度に混銑車炉体２を傾動させ、生成した脱珪スラグを混銑車炉体２から排出しながら脱珪処理を施し、その後、連続して脱燐処理を行うことが好ましい。

溶銑６の燐濃度が目標値以下となる、或いは、所定の時間の脱燐処理を行ったなら、脱燐処理を終了する。脱燐処理後、生成したスラグ（「脱燐スラグ」という）を混銑車炉体２から排出し、精錬後の溶銑６を次工程に搬送する。

インジェクションランス５から供給する酸化鉄としては、脱珪処理及び脱燐処理ともに、鉄鉱石、鉄鉱石の焼結鉱粉、ミルスケールなどを使用することができる。また、インジェクションランス５から供給する石灰系媒溶剤としては、脱珪処理及び脱燐処理ともに、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）などが使用できる。但し、これらに限定されず、ＣａＯを４０質量％以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナ、酸化鉄などの他の成分を含有するものも、石灰系媒溶剤として使用することができる。インジェクションランス５で使用する搬送用ガスとしては、脱珪処理及び脱燐処理ともに、気体酸素、空気、窒素ガス、希ガスなどを使用することができる。

このような構成の本発明によれば、気体酸素を溶銑中に吹き込むランスと、気体酸素を溶銑表面に吹き付けるランスとを１つのランスで行うので、設備費用の削減及び処理中の操作の簡便化が実現され、効率的に脱珪処理及び脱燐処理を行うことが可能となる。

即ち、気体酸素を溶銑中に吹き込むための垂直型のインジェクションランスと、気体酸素を吹き付けるための水冷上吹きランスの両方を設置する場合と比べて、ランスの昇降装置を二重に設置し、水冷集塵フードを改造したり、ランス昇降装置に水平移動機構を設けたりすることを要さず、設備費用が大幅に削減される。また、脱珪処理と脱燐処理との途中でランスを交換する場合と比べて、上昇したランスを水平方向に移動させて交換するような煩雑な操作を要さず、気体酸素の供給を中断することなく、脱珪処理と脱燐処理とを連続して実施できるので、処理の中断による時間延長を招くことなく気体酸素の使用量を増大させて温度降下を防止することが可能となる。更に、位置可変ランス４で気体酸素を吹き付ける際にランスに付着する地金やスラグは、同じランスを用いて溶銑中に気体酸素を吹き込む際に溶解して除去されることから、気体酸素の吹き込みのみを行う場合に比べてランスの費用が増大することもない。

上吹きランスを使用する場合、ランスに付着する地金やスラグが増大して保守作業が必要となることを防止するために、従来は水冷構造のものが一般的に用いられていたが、耐火物で被覆した水冷しない位置可変ランス４を用いることにより、大幅に小さいランス高さで気体酸素の吹き付けを行なうようにした結果、着熱効率が向上して二次燃焼熱を効率的に溶銑の熱補償に利用することができるようになるとともに、気体酸素の吹き付け位置（火点）におけるスラグの滓化や溶銑との撹拌が促進されて、溶銑浴面のスラグによる脱燐反応も促進される。更に冷却水を供給するためのポンプや冷却塔の運転には相当量の電力が必要であるが、本発明の方法では水冷上吹きランスを使用する必要がなくなるので、その運転に掛かる電力などの費用が低減される効果もある。

また、本発明の一実施形態では、上記のように位置可変ランス４を用いることによって、溶銑６に脱珪処理を施す際には、酸化鉄を含有する脱珪剤８をインジェクションランス５を介して搬送用ガスとともに溶銑６に吹き込み、且つ、前記位置可変ランス４を介して気体酸素を溶銑６に吹き込み、溶銑６に脱燐処理を施す際には、酸化鉄と石灰系媒溶剤とを有する脱燐剤９をインジェクションランス５を介して搬送用ガスとともに溶銑６に吹き込み、且つ、前記位置可変ランス４を介して気体酸素を溶銑表面に吹き付けることが、簡便な設備によって効率的に実施できるようになる。これにより、脱珪処理開始当初から、酸素源として酸化鉄に加え気体酸素も溶銑６に吹き込むので、酸素源として酸化鉄のみを用いる場合のように、溶銑温度を低下させることなく、脱珪処理が可能となり、且つ、脱珪処理開始時の溶銑中珪素濃度が高い場合においても、酸素源として気体酸素のみを用いる場合や酸化鉄を吹き込むとともに気体酸素を上吹きランスから吹き付ける場合よりも短時間で脱珪処理を終了することができ、以降の脱燐処理に十分な時間を費やすことが可能となる。また、脱珪処理中に気体酸素を上吹きランスから吹き付ける場合よりも、気体酸素の脱珪酸素効率（酸素が脱珪反応に使用される割合）を高めることができるとともに、二次燃焼などによる耐火物の溶損速度増大を抑制できる。更に、脱燐処理中は気体酸素を溶銑６の上方から、鉛直下向きから傾斜させた吐出方向に吹き付けるので、水冷上吹きランスで二次燃焼が抑制されるように鉛直下向きに近い吐出方向に気体酸素を吹き付ける場合のような必要以上の脱炭反応を抑制でき、酸化鉄の吹き込みにより発生するＣＯガスが二次燃焼して、溶銑６に熱を付与することができる。この際、脱燐処理中であれば、脱珪処理中と異なり、溶銑及びスラグの温度が低下していること、ＣＯガスの発生速度が相対的に高いため二次燃焼によるガス温度の上昇が比較的抑制されること、スラグの塩基度が相対的に高く且つスラグ温度が相対的に低く、スラグの流動性が低下していることから、炉内フリーボードの耐火物溶損が増大する問題はない。従って、脱珪処理中及び脱燐処理中において、炉内フリーボードの耐火物溶損の増大を抑制しつつ、溶銑の温度補償を増大することが可能となる。

位置可変ランス４の位置は、気体酸素の溶銑中への吹き込みを行なう場合には、吐出孔出口の浸漬深さを０．２〜１．０ｍ、より好ましくは０．３〜０．８ｍの範囲とするように調整することが好適であり、気体酸素の溶銑浴面への吹き付けを行なう場合には、吐出孔出口の溶銑面からの高さを０．２〜０．６ｍ、より好ましくは０．２〜０．４ｍの範囲とするように調整することが好適である。吐出孔出口の浸漬深さが上記の範囲であれば、ランス振動を抑制してランスの耐久性を維持しつつ、脱珪酸素効率を適正な範囲とすることができる。また、吐出孔出口の溶銑面からの高さが上記の範囲であれば、二次燃焼率及び二次燃焼着熱効率を適正な範囲として二次燃焼熱を効率良く利用できるとともに、スラグの滓化や溶銑との撹拌の促進による脱燐反応の促進にも有効となる。

位置可変ランス４の位置を、脱珪処理中での溶銑中に気体酸素を吹き込む浸漬位置から、脱燐処理中での溶銑に気体酸素を吹き付ける位置に変更する操作は、溶銑の珪素濃度が０．０５〜０．２０質量％の範囲、より望ましくは０．０７〜０．１５質量％の範囲において実施することが好適である。この珪素濃度範囲であれば、気体酸素による脱珪酸素効率が著しく低下することなく、効率的に脱珪処理を行うことができる。また耐火物の溶損速度の増大を抑制しつつ、ＣＯガスの二次燃焼熱を利用して、脱燐剤９による溶銑温度の低下を抑制できる。脱珪処理中の溶銑６の珪素濃度は、高炉から出銑した溶銑６の珪素濃度の測定値などから把握される脱珪処理前の溶銑６の珪素濃度から、経験的に把握される脱珪剤８及び気体酸素の脱珪酸素効率と脱珪剤８及び気体酸素の供給量とを用いて推定可能である。例えば０．１０質量％といった、所定の珪素濃度となる脱珪剤８及び気体酸素を供給した時点で、位置可変ランス４の位置を上記のように変更すればよい。

以上では、同一の場所で連続して脱珪処理と脱燐処理とを行なう場合について説明したが、本発明の実施形態はこれに限らず、脱珪処理と脱燐処理とを分離して別の場所で行なう場合においても適用できる。この場合には、脱燐処理において位置可変ランス４による気体酸素の吹き付けを行なって、二次燃焼熱の有効利用と溶銑浴面のスラグによる脱燐反応の促進を図るとともに、処理開始初期の短時間だけ位置可変ランス４を溶銑６に浸漬して、位置可変ランス４に付着した地金やスラグを除去するようにすることが望ましい。

混銑車に収容された溶銑（平均充填量３００ｔ）に対して本発明を適用して、脱珪処理中に気体酸素を２５Ｎｍ³／分の供給速度で溶銑中に吹き込むとともに、脱燐処理では気体酸素を２５Ｎｍ³／分の供給速度で溶銑の上方から吹き付けて、脱珪処理及び脱燐処理の予備処理を実施する試験を行った（本発明例）。また、比較のために、水冷の上吹きランスを用いて、脱珪処理中及び脱燐処理中を通じて気体酸素を２５Ｎｍ³／分の供給速度で溶銑の上方から吹き付けて、混銑車に収容された溶銑に対して脱珪処理及び脱燐処理の予備処理を実施する試験を行った（比較例）。

本発明例では、従来から使用していた水冷の上吹きランス用の昇降装置を用いて位置可変ランスの支持及び位置の調整を行うようにしたので、水冷集塵フードの改造やランス昇降装置の追加を行うことなく、位置可変ランスと冷却用ガスの供給装置を作製するだけの簡易な変更で実施が可能であった。

脱珪処理中に浸漬ランスを用いて溶銑中に気体酸素を吹き込み、炉内に挿入した浸漬ランスを水冷上吹きランスに交換してから、脱燐処理中に水冷上吹きランスを用いて溶銑上から気体酸素を吹き付ける方法は、ランスの交換作業のための人員と作業時間とを要することから実操業において定常的に実施することは困難であり、従来実操業において実施していた水冷上吹きランスを用いた上記の方法を比較例とした。

本発明例の位置可変ランスでは、気体酸素の吐出方向は、水平面への投影で混銑車炉体の長軸方向に互いに反対となる２方向に向けて、鉛直下向き方向に対して４５°の方向とした。本発明例では、脱珪処理中に気体酸素を溶銑中に吹き込む場合には外管にプロパンガスを１．５Ｎｍ³／分の供給速度で供給し、脱燐処理中に気体酸素を溶銑の上方から吹き付ける場合には外管に窒素ガスを２.０Ｎｍ³／分の供給速度で供給して、位置可変ランスの内管及び外管を構成する金属管を冷却して保護するようにした。

一方、比較例の水冷上吹きランスでは、できるだけ二次燃焼を抑制して脱珪処理中の炉内フリーボードの耐火物溶損を抑制するため、気体酸素の吐出方向の２方向のうち、混銑車炉体の長軸方向にインジェクションランスからの吹き出し方向側を鉛直下向き方向に対して５°の方向に、反対側を鉛直下向き方向に対して１０°の方向とした。

また、本発明例及び比較例とも、インジェクションランスから吹き込む酸素源は焼結鉱粉などの固体酸素源（酸化鉄）のみとし、固体酸素源及び石灰系媒溶剤の吹き込みは、本発明例と比較例とで同じ条件で行った。

脱珪処理前の溶銑の温度及び成分は、本発明例及び比較例とも、溶銑温度１３２０℃〜１３６０℃、溶銑の珪素濃度０．２０〜０．３０質量％、溶銑の燐濃度０．１１０〜０．１２５質量％の範囲であった。

本発明例では、脱珪処理中には、位置可変ランスの吐出孔出口の溶銑中への浸漬深さを０．３〜０．８ｍとして気体酸素の吹き込みを行い、その後、脱珪処理前の溶銑の珪素濃度から０．１０質量％まで脱珪するのに経験的に必要な酸素量（固体酸素及び気体酸素）を供給し終えた時点で、位置可変ランスを上昇して、溶銑面からの吐出孔出口の高さが０．２〜０．４ｍとなるようにして脱燐処理を行った。比較例では、脱珪処理中及び脱燐処理中の水冷上吹きランスの吐出孔出口の溶銑面からの高さを１．１〜１．３ｍの範囲とした。

溶銑６の燐濃度が目標値以下となるように脱燐剤を供給し終える時点、溶銑の温度が所定の下限値を下回らない範囲の脱燐剤を供給し終える時点、及び操業のスケジュールから許容される最後の処理終了時点のうち最も早い時点で脱燐処理を終了して、次の工程に溶銑を供するため混銑車を移動した。

表１に、本発明例の代表例として本発明例１〜３及び比較例の代表例として比較例１〜３の試験結果を示す。

表１に示すように、本発明例１〜３は、比較例１〜３と比べて、脱燐量あたりの温度降下量が小さく、且つ脱珪外脱燐酸素効率が高位であることがわかった。尚、脱珪外脱燐酸素効率とは、脱燐処理において、脱珪反応に費やされた酸素を除く酸素量に対する脱燐反応に費やされた酸素の比率（百分率）である。

また、図４及び図５は、本発明例と比較例とで、脱燐酸素効率及び脱燐量あたりの温度降下量を比較した結果である。図４及び図５においても、本発明例は、比較例と比べて、脱燐量あたりの温度降下量が小さく、且つ脱珪外脱燐酸素効率が高位であることがわかった。

即ち、本発明を適用することで、効率的に脱珪処理及び脱燐処理を実施可能であることが確認できた。つまり、本発明例では比較例と比べて、脱珪処理中の気体酸素の脱珪酸素効率が高いことから、相対的に短時間で脱珪反応から脱燐反応への移行が進み、実質的な脱燐反応時間や脱燐剤（酸化鉄）使用量が増大するため、同じ固体酸素及び気体酸素の供給量でも脱燐量が増大する。また、脱燐処理中の気体酸素の吹き付け位置における溶銑浴面のスラグによる脱燐反応も促進されて、更に脱燐量が増大するので、脱珪外脱燐酸素効率が高位となる。更に、本発明例では比較例と比べて、気体酸素の吐出方向の鉛直下向からの傾斜角度が大きいことから、脱燐処理中に気体酸素を吹き付ける際の二次燃焼率が比較的高くなり、且つ、その際の吐出孔出口の溶銑面からの高さが低いことから着熱効率が向上するので溶銑温度の低下が抑制される。これと上記の脱燐量の増大が相俟って、脱燐量あたりの温度降下量が小さくなる。

本発明例の実施期間において、炉内フリーボード（特に天井部）の耐火物溶損速度は、比較例の実施期間における値と同等であり、本発明例では耐火物損耗を増大させることなく溶銑の温度補償を増大することが可能であった。

１混銑車
２混銑車炉体
３炉口
４位置可変ランス
５インジェクションランス
６溶銑
７気体酸素
８脱珪剤
９脱燐剤
１０内管
１１外管
１２耐火物被覆層
１３吐出孔
１４吐出孔

Claims

混銑車に収容された溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を施す際に、ランスの高さ方向設置位置を調整することにより、前記溶銑への気体酸素の吹き込みと、前記溶銑の表面への気体酸素の吹き付けとを、一つのランス（「位置可変ランス」という）で行うことを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
前記溶銑に脱珪処理を施す際には、酸化鉄を含有する脱珪剤をインジェクションランスを介して搬送用ガスとともに溶銑に吹き込み、且つ、前記位置可変ランスを介して気体酸素を溶銑に吹き込み、前記溶銑に脱燐処理を施す際には、酸化鉄と石灰系媒溶剤とを含有する脱燐剤をインジェクションランスを介して搬送用ガスとともに溶銑に吹き込み、且つ、前記位置可変ランスを介して気体酸素を溶銑表面に吹き付けることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。
前記位置可変ランスは、外管の外周に耐火物被覆層が形成された、内管及び外管からなる二重管構造であって、内管の内部を気体酸素が通り、内管と外管との間隙を炭化水素系ガスが通るように構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
前記位置可変ランスの吐出孔の吐出孔角度は、鉛直下向き方向に対して３０°以上６０°以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。