JP6398583B2 - 溶銑の脱りん処理用精錬剤および溶銑の脱りん処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、上底吹き転炉を用いて行う溶銑の脱りん処理方法に関し、殊に、吹錬時間が短い精錬工程でも効率的に脱りんが行える溶銑の脱りん処理用精錬剤および脱りん処理方法に関するものである。

製鋼における精錬工程は、高炉から出てきた不純物を含んだ銑鉄を高純度化し、所定の成分に調整する工程である。銑鉄に含まれる不純物の中でも、りんは製品性能に大きな影響を及ぼす元素である。近年、りんの含有量が低い低りん鋼の需要増加に伴い、製品に含まれるりんの濃度を下げる脱りん処理を効率よく行うことが、精錬工程の課題となっている。

溶銑の脱りん処理方法として、上底吹き転炉に装入された溶銑にカルシウムフェライトを含む精錬剤を添加する方法が知られている。カルシウムフェライトは、ＣａＯと酸化鉄を高温で事前に溶融もしくは焼結させることにより、ＣａＯの溶融性を改善した化合物である。カルシウムフェライトはＣａＯ（生石灰）に比べて融点が低いため、脱りん処理においてスラグ生成を促進するとともに脱りん反応を促進する。カルシウムフェライトを用いた溶銑の脱りん方法は、例えば特許文献１、２等に開示されている。

また、特許文献３には、Ｎａ_２Ｏが脱りんに寄与することが記載され、Ｎａ_２Ｏを含む精錬剤の製造方法が記載されている。

特開２０１３−１６３８４４号公報 特開２０１３−０６４１６７号公報 特開２０１２−１２６８０号公報

しかしながら、特許文献１、２等の脱りん処理に用いられている通常のカルシウムフェライトは、融点が１４００℃前後であり、転炉内の溶銑の温度である１２００〜１３５０℃よりも高い。したがって、ランスから酸素ガスを吹き付け、溶銑中のＳｉ、Ｃ、Ｆｅ等を酸化させて加熱源とする吹錬を十分に行った状態ではじめて溶融滓化が可能となるため、吹錬時間が短い場合には、カルシウムフェライトが十分に溶融せず、脱りん処理が効率的に行われない状態で吹錬が終了することが考えられる。

また、特許文献２には、吹錬時間を１０分間程度とし、全吹錬時間の３５％が経過した後にカルシウムフェライトを添加し始め、全吹錬時間の８０％が経過するまでに添加を完了することが記載されている。ところが、例えば４分以内の短時間で吹錬を行う場合、特許文献２の方法では、カルシウムフェライトの溶融が不十分で、脱りん効果の低下が懸念される。

また、特許文献３では、Ｎａ_２Ｏを含む精錬剤を用いた脱りん方法については記載されていない。

本発明の目的は、精錬工程において、短時間で吹錬を行う場合でも、十分に効率よく溶銑の脱りんを行うことができる溶銑の脱りん処理用精錬剤および溶銑の脱りん処理方法を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、生石灰、酸化鉄、およびカルシウムフェライトを含む精錬剤であって、前記カルシウムフェライトは、Ｎａ _２ Ｏを０．３〜５．０質量％含有することを特徴とする、溶銑の脱りん処理用精錬剤を提供する。また、上底吹き転炉を用いて、前記精錬剤を炉内に添加し、溶銑の脱りん処理を行うことを特徴とする、溶銑の脱りん処理方法を提供する。

前記精錬剤は、溶銑の装入よりも前に前記炉内に投入することが好ましい。その場合、吹錬時間が４分以内でもよい。また、前記カルシウムフェライトを炉内に添加する際の装入塩基度を１．５〜１．８とし、前記転炉へ供給する前記精錬剤に含まれるＣａＯ質量の合計に対するカルシウムフェライト中のＣａＯ質量の合計が２０％以上であることが好ましい。

本発明によれば、Ｎａ_２Ｏを含有することで融点が低くなったカルシウムフェライトを、溶銑の装入よりも前に投入し溶銑装入時の撹拌力を利用して事前に溶融させておくことで、吹錬時間が短時間であっても、効率よく脱りん処理ができる。

本発明にかかる上底吹き転炉を用いた精錬工程の概略を示す説明図である。 カルシウムフェライトの自溶性試験の結果を示すグラフである。 カルシウムフェライトの時間毎の溶融率を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

製鋼の精錬工程で用いられる精錬炉としては、通常、転炉が用いられ、転炉法による製鋼工程においては、主原料として溶銑とスクラップを装入して溶鋼が生産される。図１は、上底吹き転炉を用いた精錬工程の概略を示す。

最初に、図１（ａ）に示すように、転炉１内にスクラップ２を装入する。そして、本実施形態では、スクラップ２の装入と同時に、Ｎａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトを含む精錬剤３を炉内に投入する。カルシウムフェライト中のＮａ_２Ｏの割合は、例えば０．３〜５．０質量％、好ましくは１〜３質量％である。Ｎａ_２Ｏの含有量が多いほどカルシウムフェライトの融点は下がるが、多すぎると精錬後のスラグの品質に支障をきたし、スラグが製品として利用できなくなる。また、１％未満ではカルシウムフェライトの融点を下げる効果が小さくなる。カルシウムフェライトの粒径は、１〜５０ｍｍ、好ましくは、通常市販されている５〜３５ｍｍ程度の粒径のものを使用することができる。

また、カルシウムフェライトを炉内に添加する際の装入塩基度は１．５〜１．８程度、好ましくは１．７前後とし、転炉内へ供給する精錬剤３に含まれるＣａＯ質量の合計に対するカルシウムフェライト中のＣａＯ質量の合計は、２０％以上が好ましい。なお、装入塩基度とは、「転炉内へ供給する副原料（精錬剤）中に含まれるＣａＯ質量の合計」を分子とし、「転炉内へ供給する副原料中に含まれるＳｉＯ_２質量の合計」と「主原料（溶銑およびスクラップ）中に含まれているＳｉが全部ＳｉＯ_２に酸化されたとした場合のＳｉＯ_２質量」との合計を分母として計算される比の数値である。

スクラップ２および精錬剤３を装入した後、炉内に溶銑４を装入（図１（ｂ））し、その後、ランス１１から酸素を溶銑４に吹き込む吹錬を行う（図１（ｃ））。

吹錬によって、溶銑４中のりん（Ｐ）が酸素と反応して、Ｐ_２Ｏ_５が生成され、Ｐ_２Ｏ_５がＣａＯと反応して、スラグ中に安定な化合物である３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５が生成される。ところが、ＣａＯは高融点であり、そのままでは、精錬時の溶銑温度で溶融しない。そこで、より早期に融点を下げて、溶銑温度でＣａＯが溶融し、化合物４ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５が生成されやすくなるように、本発明では、Ｎａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトを用いる。

本実施形態では、溶銑４の装入前に精錬剤３を投入しておくことで、溶銑４の装入時の撹拌力を利用して、カルシウムフェライトの溶融時間を確保することができる。これにより、カルシウムフェライトを吹錬中に全て溶融させることができ、吹錬が開始され、Ｐ_２Ｏ_５が生成されるとすぐに、Ｎａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトから溶融したＣａＯとＰ_２Ｏ_５とが反応して４ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５が生成され、カルシウムフェライトを効率良く使用した脱りん処理が行える。あるいは、精錬剤のうちＮａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトのみを溶銑４の装入前に投入し、精錬剤のその他の物質を吹錬時に投入してもよい。

カルシウムフェライトは上述の通りＣａＯの溶融性を改善した化合物であり、精錬時にカルシウムフェライトを用いることでＣａＯが溶融しやすくなり、脱りん効果を発揮することは周知であるが、本発明では、Ｎａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトを用いることで、さらに融点が下がり、脱りん効果を高めることができる。

Ｎａ_２Ｏの有無によるカルシウムフェライトの融点の違いを調べる自溶性試験を行った。従来のカルシウムフェライト、および本発明例として２％のＮａ_２Ｏを含有するＮａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトの成分比率を表１に示す。

図２は自溶性試験の結果であり、Ｎａ_２Ｏを含有しない従来のカルシウムフェライトは溶融温度が１３７０℃であったが、Ｎａ_２Ｏを２％含有させることで融点が下がり、転炉内の溶銑の温度以下となることがわかった。すなわち、Ｎａ_２Ｏの含有量を２％にすれば、カルシウムフェライトの溶融温度が溶銑温度よりも低くなり、溶銑装入時の撹拌力を利用して、カルシウムフェライトの溶融時間を確保することができる。

次に、Ｎａ_２Ｏを含有しないカルシウムフェライト（ＣＦ）の通常品と、表１に示すＮａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトを転炉内に投入して、溶融状態を調べた。

図３は、Ｎａ_２Ｏを含有しないカルシウムフェライト、および、Ｎａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトの時間毎の溶融率を示したものである。雰囲気温度は１３５０℃である。通常品のカルシウムフェライトは、Ｎａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトに比べて溶融に時間がかかり、４分間では溶融率が４分の１程度の低い状態であった。また、Ｎａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトの場合でも、４分間では半分程度しか溶融せず、溶融率を１００％とするためには、７分間の時間が必要であることがわかった。すなわち、脱りん時の吹錬時間が通常４分以内と短時間の吹錬でＮａ_２Ｏを含有するカルシウムフェライトを使用する際には、７分間の溶融時間を確保することが必要となる。

Ｎａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトは低融点であるため、吹錬開始前に投入しても、溶銑装入時の撹拌力を利用して炉内で溶融させることができる。したがって、Ｎａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトを溶銑装入前に投入し、溶銑装入時の撹拌力を利用して、不足する溶融時間を確保することで、溶融率を１００％まで向上させることができる。すなわち、Ｎａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトを含む精錬剤を、吹錬開始前に投入することにより、吹錬時間が４分以内の短時間でも、吹錬が終了するまでに効率よく脱りん処理を行うことができる。

脱りんを行う精錬の形態としては、脱りんを行った後に別の炉で脱炭を行う場合と、ＭＵＲＣ（Multi Refining Converter）法と呼ばれる、脱りんを行った後、転炉を傾動してりん濃度が高いスラグを排出し、その後同一炉で継続して脱炭を行う場合等がある。本発明は、いずれの場合にも適用できるが、殊にＭＵＲＣ法では、脱りん時の吹錬時間が通常４分以内と短時間であり、このような場合でも、本発明によれば効率よく脱りん処理が行える。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

表１に示す２種類のカルシウムフェライト、すなわち、従来のカルシウムフェライトと、本発明例としての２％のＮａ_２Ｏを含有するＮａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトを用いて、転炉での脱りん処理を行った。吹錬時間は３〜４分であり、装入塩基度は１．８、カルシウムフェライト使用量は１０ｋｇ／ｔとした。本発明例は、吹錬開始の３分前にＮａ_２Ｏ含有カルシウムフェライトを投入し、従来例は、吹錬開始時に投入した。

その結果、従来例では５０％の脱りん率であったのが、本発明例では７０％の脱りん率に向上した。

本発明は、製鋼工程において、鉄を含有するスクラップと溶銑を精錬炉に装入して吹錬し、溶鋼を溶製する際の脱りん処理方法に適用できる。

１ 転炉
２ スクラップ
３ 精錬剤
４ 溶銑
１１ ランス

Claims (5)

1. 生石灰、酸化鉄、およびカルシウムフェライトを含む精錬剤であって、
   前記カルシウムフェライトは、Ｎａ _２ Ｏを０．３〜５．０質量％含有することを特徴とする、溶銑の脱りん処理用精錬剤。
2. 上底吹き転炉を用いて、請求項１に記載の精錬剤を炉内に添加し、溶銑の脱りん処理を行うことを特徴とする、溶銑の脱りん処理方法。
3. 前記精錬剤は、溶銑の装入よりも前に前記炉内に投入することを特徴とする、請求項２に記載の溶銑の脱りん処理方法。
4. 吹錬時間が４分以内であることを特徴とする、請求項３に記載の溶銑の脱りん処理方法。
5. 前記カルシウムフェライトを炉内に添加する際の装入塩基度を１．５〜１．８とし、前記転炉へ供給する前記精錬剤に含まれるＣａＯ質量の合計に対するカルシウムフェライト中のＣａＯ質量の合計が２０％以上であることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の溶銑の脱りん処理方法。

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