JP6416634B2 - 溶銑鍋における脱珪および脱硫方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、溶銑予備処理における精錬容器として溶銑鍋を用いて脱珪および脱硫を行う溶銑鍋における脱珪および脱硫方法に関するものである。

従来より、溶銑鍋（取鍋）などを用いて溶銑の脱珪処理や脱硫処理を行うものとして、例えば、特許文献１〜４に示すものがある。
特許文献１は、インジェクションランス及び酸素ランスを用いて容器内の溶銑の脱珪脱硫を行うに際し、脱珪処理から脱硫処理の切り替え時にスラグを除去することなく精錬を行うことを目的としたものである。この特許文献１では、Ｓｉが０．２５％以上含有する溶銑を取鍋に装入して、取鍋内の溶銑に酸素ランスから酸素を吹き付けると共にインジェクションランスから酸素ランスの方向に撹拌用ガスおよび精錬剤を吹き込むことで、溶銑の脱珪及び脱硫を行う溶銑の精錬方法であって、精錬剤を脱珪材から脱硫剤に切り替えて、脱珪から脱硫に移行する際のスラグ組成がＣ／Ｓ＝０．５〜１．０、Ｔ．Ｆｅ≦１５％の範囲となるように調整している。

特許文献２は、溶銑の脱珪及び脱硫を蛍石（ＣａＦ_２）を用いず、かつ、中間除滓を行わずに連続して行うことを目的としている。この特許文献２では、精錬容器に収容された溶銑の内部でインペラーを回転させてこの溶銑を撹拌するとともにこの溶銑に酸素源を添加して脱珪処理を行いう。そして、溶銑に製鋼スラグのみあるいは製鋼スラグ及びＣａＯ、ＭｇＯ及びドロマイトのうち少なくとも一種類以上をスラグ固化剤として添加してスラグのＣａＯ／ＳｉＯ_２を１．２以上としてから、この溶銑の内部でインペラーを回転させてこの溶銑を撹拌する。さらに、溶銑に、ＣａＯ、Ｍｇ、Ａｌ、ＣａＣ_２、Ｎａ_２ＣＯ３及び製鋼スラグの少なくとも一種類以上とを混合した媒溶剤を添加している。

特許文献３は、溶銑の脱珪及び脱硫を蛍石（ＣａＦ_２）を用いず、かつ、中間除滓を行わずに連続して行うできることを目的としたものである。この特許文献２では、溶銑を処理容器内において撹拌しながら、マンガン含有鉱物および生石灰を添加して溶銑の脱珪およびＭｎ含有率の上昇処理を行った後、固化剤を添加してスラグを固化させ、その後、中間除滓を行うことなく脱硫剤を添加し、引き続き溶銑の脱硫処理を行っている。

特許文献４は、低コストで脱珪・脱燐速度を充分に向上でき、さらには溶銑通用口口元不良の問題も容易に解消することを目的としたものである。この特許文献４では、処理容器内の溶銑中に浸漬したランスを介して酸化剤を吹き込む溶銑予備処理方法において、ランスとして第１、第２の計２本を用い、第１のランスの浸漬深さを第２のランスよりも深く配置し、ランス１本当たりの酸素供給速度を０．０５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／溶銑ｔ以上とし、かつ、酸化剤吹き込み期の少なくとも一部と同期して処理容器の傾転を行っている。

特開２０１３−１５５４０１号公報 特開２００５−２４８２８２号公報 特開２００５−１４６３５９号公報 特開２００４−０１８９４２号公報

特許文献１は、インジェクションランスや酸素ランスを用いて、溶銑の脱珪及び脱硫を行う技術であるが、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率をより向上させるような溶銑鍋の傾斜角度やインジェクションランスの吐出方向について開示されておらず、脱珪および脱硫を十分に行うことができない場合があった。
特許文献２は、中間除滓を行うことなく脱珪脱硫を行うことが開示されているものの、脱珪酸素効率及び脱硫石灰効率の向上があったのか否か等の定量的な説明がなされていない。また、溶銑にＡｌを添加することについて、添加量の規定等が示されていない。それゆえ、特許文献２を用いたとしても脱珪および脱硫処理を十分に効率的に行えないのが実情である。

特許文献３は、中間除滓を行うことなく脱珪や脱硫を行うことが示されているものの、脱珪や脱硫を行うにあたっての条件が十分に示されておらず、中間排滓を行うことなく脱珪および脱硫を十分に行うことができないのが実情である。
特許文献４は、脱珪や脱燐処理を行うにあたって、溶銑鍋を傾動することが開示されているものの、傾動する条件が十分に示されておらず、さらに、インジェクションランス等の条件についても十分に示されていないため、少なくとも脱珪を十分に行うことができないのが実情である。

そこで、本発明では、脱珪および脱硫処理を効率的に実施でき、かつ溶銑鍋を傾斜して連続的に処理することにより、効率的にスラグを溶銑鍋より排出ができて、生産性も向上させることができる溶銑鍋における脱珪および脱硫方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の技術的手段は、溶銑予備処理における精錬容器として溶銑鍋を用いて脱珪および脱硫を行う方法において、前記溶銑鍋に挿入されたランスに対する当該溶銑鍋の傾斜角度θ（°）を式（１）の範囲で傾斜させ、脱珪処理を行うにあたっては、当該脱珪処理開始時に前記溶銑鍋の上部に設置した投入装置からＴ．Ｆｅ＝５０〜８０質量％を含む酸化鉄を１．０〜２２．２ｋｇ／ｔ投入し、前記溶銑鍋の中央側に配置した酸素ランスの高さを０．６５〜１．５０ｍとすると共に、前記酸素ランスの酸素ガス流量を０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして酸素ガスを吹きつけ、さらに、前記酸素ランスの側部に配置したインジェクションランスを溶銑に浸漬して、前記インジェクションランスの吐出角度αを、式（２）を満たす角度にすると共に、インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、前記インジェクションランスの窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして、前記窒素ガスと共にＣａＯ、或いは、ＣａＯ及び酸化鉄の混合粉体を吹き込むことにより、当該脱珪処理を行い、脱硫処理を行うにあたっては、前記酸素ランスによる酸素の供給を停止した後、前記インジェクションランスを浸漬させたまま、前記投入装置から、ＡｌをＡｌ純分換算で式（３）の範囲で投入し、前記インジェクションランスの吐出角度α（°）を、式（２）を満たす角度に維持しつつ、前記インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、前記インジェクションランスの窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして、前記窒素ガスと共にＣａＯ及びＭｇの混合粉体をＭｇ重量が０．０３０〜０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔの速度で吹き込むことにより、当該脱硫処理を行い、前記脱硫処理後に前記溶銑鍋を傾斜させ、スラグドラッガーにてスラグを排さいすることを特徴とする。

３．０≦θ≦９．０ ・・・（１）
０≦α≦θ＋２０ ・・・（２）
０．５×ΔＳｉ≦Ａｌ純分換算投入量(ｋｇ／ｔ)≦１．５×ΔＳｉ ・・・（３）
ただし、ΔＳｉ＝脱珪処理前Ｓｉ（質量％）−脱珪処理後目標Ｓｉ（質量％）

本発明によれば、脱珪および脱硫処理を効率的に実施でき、かつ溶銑鍋を傾斜して連続的に処理することにより、効率的にスラグを溶銑鍋より排出ができて生産性も向上させることができる。

精練設備の全体概略図である。 スラグを排滓する状態を示す図である。 脱珪酸素効率とスラグ発生原単位との関係を示す図である。 脱硫石灰効率とスラグ発生原単位との関係を示す図である。 脱珪及び脱硫処理における総処理時間と鍋脱珪脱硫適用比率との関係を示す図である。 実施例及び比較例における式（３）と、脱硫石灰効率との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明の溶銑鍋における脱珪および脱硫方法は、高炉等で製造された溶銑を、溶銑鍋に装入して、当該溶銑の脱珪処理や脱硫処理を行うものである。言い換えれば、本発明は、溶銑の脱りん処理前に行われる溶銑予備処理プロセスにおいて、実施される脱珪や脱硫を対象としたものである。

図１は、脱珪および脱硫を行うことが可能な精練処理設備を示している。
まず、精練処理設備について説明する。
精練処理設備１は、溶銑鍋２を据え付け且つ据え付けられた溶銑鍋２を傾動する傾動装置３と、排ガス等の集塵を行う集塵装置４と、据え付けられた溶銑鍋２に上部から酸化鉄源等の投入を行う投入装置５と、酸素を吹き付ける酸素ランス６と、精練材等の吹き込みを行うインジェクションランス７とを備えている。

溶銑鍋２は、内部に耐火物を内張りした精練容器であって、炉体へ溶銑を装入することができる装入容器も兼ね備えた容器、即ち、取鍋である。
傾動装置３は、ランス（酸素ランス６、インジェクションランス７）に対して溶銑鍋２を傾動させる装置であって、溶銑鍋２を据え付け可能で且つ傾動自在な溶銑鍋と、この伸縮する伸縮機構（例えば、油圧シリンダ）１１とを備えている。この傾動装置３では、台車１０或いは溶銑鍋２にシャックル（被係合部）１２を設けると共に、このシャックル１２に油圧シリンダ１１の先端に設けられたフック（係合部）１３を係合して、油圧シリンダ１１を伸縮させることによって、台車１０上の溶銑鍋２を傾動することができる。なお、傾動装置３は、上述した例に限定されない。

投入装置５は、例えば、貯蔵ホッパーやベルトコンベア等から構成されて、切り出された酸化鉄源、アルミニウム等を上部から溶銑鍋２に向けて投入する装置である。なお、投入装置５によって溶銑鍋２に投入する投入量は任意に設定することができる。
酸素ランス６は、パイプ状に形成され且つ下端側にノズル孔が２〜６個形成されたもので、上部から供給された溶銑の湯面へ酸素ジェットを吹き付けることができる装置である。この酸素ランス６は、溶銑鍋２を水平にした状態において当該溶銑鍋２の幅方向の中央部に設置されている。なお、酸素ランスのノズル孔の個数は一般的な数である。

インジェクションランス７は、一般的に不定形耐火物（キャスタブル等）で施工された円柱状の構造で、内部に紛体を吹込み可能なパイプ状の芯金を中心に埋め込んだものであ
る。このインジェクションランス７は、酸素ランス６の側方であって、溶銑鍋２を傾動する側とは反対側に配置されている。以降、説明の便宜上、溶銑鍋２が傾動した際に当該溶銑鍋２の縁が下がる側のことを「傾動側」といい、傾動側と反対側のことを「非傾動側」ということがある。

このような精練処理設備１においては、傾動装置３によって溶銑鍋２を傾動させ、酸素ランス６から酸素ガスを吹き付けると共に、インジェクションランス７から精練材等を供給し、さらに、投入装置５から酸化鉄源等を供給することにより、脱珪処理や脱硫処理を行うことができる。
以下、溶銑鍋における脱珪および脱硫方法について詳しく説明する。

さて、脱珪および脱硫を行うに際しては、まず、溶銑が装入された溶銑鍋を台車に据え付ける。溶銑鍋を台車に据え付け後、当該溶銑鍋を傾動装置によって所定の角度に傾動する。詳しくは、溶銑鍋の傾斜角度θ（°）を、式（１）の範囲で傾斜させて、脱珪処理を行う。
３．０≦θ≦９．０ ・・・（１）
ここで、溶銑鍋の傾斜角度θは、溶銑鍋が水平に置かれた状態（溶銑鍋の上端が床面等に対して水平となっている状態）を０°とし、この水平ラインＬ１に対する溶銑鍋の上端のなす角度のことである。傾斜角度θ（°）は、例えば、フック１３をシャックル１２に係合して油圧シリンダ１１を伸縮することにより傾動させる場合、油圧シリンダ１１の縮むストローク、即ち、フック１３の上昇ストロークと、溶銑鍋の寸法によって幾何学的に求めることが可能である。

溶銑鍋の傾斜角度θを３．０°以上に維持して、脱珪処理を行った場合、当該脱珪処理において生成した脱珪スラグが傾斜させた方向に流れて、溶銑鍋の上端からスラグピット１５へ流出（排出）することができる。一方、溶銑鍋の傾斜角度θが３．０未満の場合は、溶銑鍋の傾斜角度θが小さすぎるため、脱珪スラグが溶銑鍋から外部に流出しない。その結果、溶銑鍋内に留まった脱珪スラグ、即ち、カバースラグが上部から供給される精練材等を阻害してしまう。例えば、カバースラグが、投入装置から供給される酸化鉄源（鉄源）を阻害したり、酸素ランス６等から溶銑に向けて吹き付けられる気体酸素を阻害してしまい、脱珪酸素効率が低下する。

更に、溶銑鍋の傾斜角度θが３．０°未満の場合は、脱珪処理後に連続して脱硫処理を行った場合、酸化された脱珪スラグの影響により脱硫反応効率が低下する。詳しくは、排滓されずに残って酸化した脱珪スラグは、酸化鉄（ＦｅＯ）濃度が高いと考えられ、即ち、酸素ポテンシャルの高いスラグである。そのために、金属Ｍｇによるトランジトリ反応後に生成したＭｇＳがスラグ界面に到達した際、酸素ポテンシャルの高い雰囲気下では「ＭｇＳ＋ＦｅＯ＝ ＭｇＯ＋Ｆｅ＋Ｓ」の反応が進み、ＭｇＳの解離あるいは酸化による復硫反応が進行し、脱硫効率の低下を招いてしまう。このことは、例えば、「鉄と鋼」Ｖｏｌ．９２（２００６）Ｎｏ．２、Ｍｇ溶銑脱硫プロセスにおける復硫速度」に開示されている。また、溶銑鍋の傾斜角度θが３．０°未満の場合は、処理後の除さい時間も長くなり、延長されてしまうため、脱珪処理の効率が低下してしまう。

一方、溶銑鍋の傾斜角度θが９．０°を超えてしまうと、脱珪処理において生成する脱珪スラグが溶銑鍋より流出するものの、傾斜角度θが大きすぎるために、インジェクションランス７から吹き込まれるガス等によって撹拌される溶銑の領域が相対的に小さくなってしまうため、脱珪酸素効率が低下する。即ち、溶銑鍋の傾斜角度θが大きくしてしまうと、インジェクションランス７の非傾動側となる領域の溶銑が、ガス等によって攪拌されにくくなり、脱珪酸素効率が低下する。

更に、溶銑鍋の傾斜角度θが９．０°を超えてしまうと、外部に流出される脱珪スラグが多く、連続的に脱硫処理をした際には、溶銑上に脱硫処理に適切なカバースラグが浮いていない状態になる。その結果、インジェクションランス７により吹込まれた粉体がスラグーメタル界面に滞留せず、すぐさまカバースラグの上部へ吹き抜けてしまうため、脱硫反応効率が低下してしまう。このようなことから、溶銑鍋の傾斜角度θ（°）を式（１）の範囲で傾斜させて、脱珪処理を行うこととしている。

なお、インジェクションランス７では、脱珪処理における精練材、即ち、脱珪材として、ＣａＯ（生石灰、焼石灰）を含む粉体、或いは、ＣａＯ（生石灰、焼石灰）及び酸化鉄を含む混合粉体を吹き込むこととしている。混合粉体を用いる場合は、酸化鉄源としてミルスケール等を予め規定の比率で混合したものを使用する。
また、脱珪処理では、当該脱珪処理開始時に投入装置からＴ．Ｆｅ＝５０〜８０質量％を含む酸化鉄を１．０〜２２．２ｋｇ／ｔ投入する。ここで、脱珪処理で用いられる酸化鉄は、一般的に製鉄所内で発生するミルスケール等を整粒して乾燥させたもの、或いは、焼結鉱のペレット粉である。この他に、酸化鉄として、鉄鉱石の塊や粉なども使用することがある。

酸化鉄のＴ．Ｆｅが５０％未満の場合、鉄以外の成分としてインプットされる不純物が脱珪スラグとして生成して、投入後のカバースラグが増加することがある。カバースラグが増加してしまうと、インジェクションランス７から吹き込まれる精練材と、酸素ランスによって溶銑に吹き付けられた気体酸素との脱珪反応を阻害してしまい、結果的に脱珪酸素効率の低下を招いてしまう虞がある。一方、酸化鉄のＴ．Ｆｅが８０％より大きい場合、殆どが鉄源としてインプットされ、脱珪反応として寄与すべき固体酸素のインプット量が不足してしまうため、結果的に脱珪酸素効率の低下を招いてしまう虞がある。

また、投入する酸化鉄が２２．２ｋｇ／ｔより大きい場合、酸化鉄がＴ．Ｆｅが５０％未満の場合と同様に、鉄以外の成分としてインプットされる不純物が脱珪スラグとして生成し、投入後のカバースラグが増加することがある。この結果、カバースラグが、精練材と溶銑に吹き付けられた気体酸素との脱珪反応を阻害してしまい、脱珪酸素効率の低下を招いてしまう虞がある。一方、投入する酸化鉄が１．０ｋｇ／ｔ未満の場合は、脱珪処理のために投入する固体酸素のインプット量が不足してしまい、脱珪酸素効率の低下を招く虞がある。

また、脱珪処理では、酸素ランスの高さを０．６５〜１．５０ｍとすると共に、酸素ランスの酸素ガス流量を０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして酸素ガスを吹きつけている。酸素ランスの高さとは、溶銑の湯面から当該酸素ランスの先端（下端）までの高さのことである。酸素ランスの高さの測定は、脱珪処理前、即ち、酸素ランスで酸素ガスを吹き付ける前に、例えば、マイクロ波レベル計等により溶銑の湯面レベルを測定すると共に、酸素ランスの下端の位置を機械的に計測する。そして、計測した湯面レベルと酸素ランスの下端の位置との差を酸素ランスの高さとしている。

酸素ランス高さが０．６５ｍ未満の場合、当該酸素ランスにより吹付けられる気体酸素のジェット噴流によって溶銑の跳ね返りが大きく、撹拌流によって表面に出てきた溶銑が気体酸素（酸素ガス）と反応する前に飛散してしまうため、結果的に脱珪酸素効率の低下してしまう虞がある。また、気体酸素のジェット噴流によって跳ね返った溶銑が直接、酸素ランスに付着しやすくなり、酸素ランスが損傷してしまうという不具合を招く虞がある。一方、酸素ランス高さが１．５０ｍより大きい場合、当該酸素ランスにより吹付けられる気体酸素のジェット噴流が上部の脱珪スラグ（カバースラグ）を突き抜けず、溶銑の湯面まで到達しないことがある。その結果、供給された気体酸素量が脱珪反応として寄与せず、結果的に脱珪酸素効率の低下を招く虞がある。

また、酸素ランスの酸素ガス流量は、０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして酸素ガスを吹きつけている。酸素ガス流量が０．１５Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満の場合、気体酸素のジェット噴流が脱珪スラグ（カバースラグ）を突き抜けず、溶銑の湯面まで到達しないことがある。その結果、供給された気体酸素量が脱珪反応として寄与せず、結果的に脱珪酸素効率の低下を招く虞がある。一方、酸素ガス流量が０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔより大きい場合、気体酸素のジェット噴流によって溶銑の跳ね返りが大きく、撹拌流によって表面に出てきた溶銑が気体酸素（酸素ガス）と反応する前に飛散してしまうため、結果的に脱珪酸素効率の低下してしまう虞がある。また、気体酸素のジェット噴流によって跳ね返った溶銑が直接、酸素ランスに付着しやすくなり、酸素ランスが損傷してしまうという不具合を招く虞がある。

さらに、脱珪処理では、浸漬したインジェクションランス７の吐出角度α（°）を、式（２）を満たす角度にしている。
０≦α≦θ＋２０ ・・・（２）
インジェクションランス７の吐出角度αは、インジェクションランス７と直交する方向（水平方向）の軸を「Ｘ軸」としたうえで、このＸ軸と、インジェクションランス７の吐出口１６の軸芯とのなす角である。ここで、吐出角度αは、インジェクションランス７の内部に設けたパイプの角度（吐出口１６の角度）を変更することで変更することができる。なお、吐出角度αが異なるインジェクションランス７、即ち、パイプの角度が異なるインジェクションランス７を数種類準備して、各インジェクションランス７毎に吹込みを行うことで、角度に対する脱珪及び脱硫処理における反応効率の検証を行うことが可能である。

吐出角度αが０より小さい（マイナス）の場合は、紛体を水平方向より上部へ吹き上げることとなり、当然ながらインジェクションランス７による紛体と溶銑との接触時間が短くなることによって脱珪酸素効率の低下を招いてしまう。一方、吐出角度αがθ＋２０°より大きい場合は、紛体を吹込んだ際にその紛体が溶銑鍋の底部へ接触する量が増加する。その結果、溶銑鍋の底部へ紛体が付着しやすくなり溶銑と反応せず、供給された紛体がインプットに対してロスすることとなり、結果的に脱珪酸素効率の低下を招いてしまう。

脱珪処理では、インジェクションランス７の浸漬深さは１．５〜２．０ｍとしている。一般的に溶銑鍋内の溶銑の攪拌を確保するために、浸漬深さを規定する。この浸漬深さは、インジェクションランス７が溶銑内に浸漬される深さであって、溶銑の浴面（湯面）からインジェクションランス７の吐出口１６までの垂直距離である。溶銑と脱珪材（紛体）との反応を高める上で、浸漬深さは深い方が好ましいが、設備制約上、溶銑鍋の底部へ接触しないようにすること望ましい。

浸漬深さが１．５ｍ未満の場合、インジェクションランス７によって吹き込まれた紛体と溶銑との接触時間が短くなり、脱珪酸素効率の低下を招くことがある。一方、浸漬深さが２．０ｍより大きい場合は、紛体を吹込んだ際にその紛体が溶銑鍋の底部へ接触する量が増加する。その結果、溶銑鍋の底部へ紛体が付着しやすくなり溶銑と反応せず、供給された紛体のインプットに対してロスすることとなり、結果的に脱珪酸素効率の低下を招いてしまう。

脱珪処理では、脱珪材を運搬する不活性キャリアガスとして、窒素ガスを用いている。不活性ガスとしては、アルゴンガスもあるが、安価で経済的であるという観点から窒素ガスを採用している。この実施形態では、ＣａＯ（生石灰、焼石灰）を含む粉体、或いは、ＣａＯ（生石灰、焼石灰）及び酸化鉄を含む混合粉体と共に、窒素ガスを吹き込むこととしている。

さて、窒素ガスを吹き込むにあたって、窒素ガス流量（窒素ガスを吹き込む流量）を適正化することにより、粉体をインジェクションランス７内に詰まらせることなく、かつ十分な撹拌動力を確保するべき最適な流量とする必要がある。具体的には、脱珪処理では、インジェクションランス７の窒素ガス流量は、０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとしている。

窒素ガス流量が０．００５６Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満の場合は、紛体がインジェクションランス７内にて詰まってしまい閉塞するため、撹拌が出来ず脱珪酸素効率の低下を招いてしまう。一方、窒素ガス流量が０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔより大きい場合は、インジェクションランス７の窒素ガス吹き込みによる撹拌が大きく、溶銑の湯面への盛り上がり高さが高くなり、撹拌流によって表面に出てきた溶銑が気体酸素と反応する前に飛散してしまうため、結果的に脱珪酸素効率の低下を招いてしまう。

以上まとめると、本発明によれば、溶銑鍋の傾斜角度θ（°）を式（１）の範囲で傾斜させ、脱珪処理開始時には、Ｔ．Ｆｅ＝５０〜８０質量％を含む酸化鉄を１．０〜２２．２ｋｇ／ｔ投入する。また、酸素ランスの高さを０．６５〜１．５０ｍとし、酸素ランスの酸素ガス流量を０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとしている。さらに、インジェクションランス７の吐出方向を水平方向に対して、式（２）を満たす角度α（°）の範囲にすると共に、インジェクションランス７の浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、インジェクションランス７の窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとし、窒素ガスと共にＣａＯ、或いは、ＣａＯ及び酸化鉄の混合粉体を吹き込むことにより、脱珪処理を行っている。

さて、脱珪処理を実施後には、そのまま継続して脱硫処理を行う。
詳しくは、脱珪処理後、酸素ランスは上昇させて気体酸素の供給をストップし、インジェクションランス７内の精練材を脱珪材から脱硫材に切り替える。脱硫材として、ＣａＯ（生石灰、焼石灰）及びＭｇを含む混合粉体を用いる。例えば、ＣａＯ源である生石灰（焼石灰）と、Ｍｇ源である２５０μｍ程度の粒度の金属Ｍｇとを予め規定の比率で混合した混合粉体を脱硫材とする。金属Ｍｇを混合することによって、一般的に溶銑内にてＭｇ蒸気と溶銑中のＳとの反応によるトランジトリ反応が進行し、その後、スラグーメタル界面にて、「ＭｇＳ＋ＣａＯ→ＣａＳ＋ＭｇＯ」の反応が起こり、脱硫スラグ内に化学ポテンシャル的に安定な化合物であるＣａＳが固定化され、復硫防止が可能となる。脱硫石灰効率を向上させるには、このトランジトリ反応と、スラグへのＣａＳの固定化が重要となる。なお、不活性キャリアガスは、窒素ガスであって、脱珪処理と同じである。

また、脱珪処理を実施後、引き続き、インジェクションランス７を浸漬させた状態で、投入装置５からＡｌ（アルミニウム）を溶銑に向けて投入する。ここで、Ａｌの投入に関して、インジェクションランス７を浸漬させつつ脱硫材を溶銑中に吹き込んでいる状況下で、Ａｌを溶銑に向けて投入してもよいし、脱硫材を溶銑中に吹き込む直前にＡｌを溶銑に向けて投入してもよい。

Ａｌの投入量は、Ａｌ純分換算で式（３）の範囲で投入する。
０．５×ΔＳｉ≦Ａｌ純分換算投入量(ｋｇ／ｔ)≦１．５×ΔＳｉ ・・・（３）
ただし、ΔＳｉ＝処理前Ｓｉ（質量％）−処理後目標Ｓｉ（質量％）
例えば、アルミニウムとしてＡｌドロスを投入する。このＡｌドロスは、アルミ精錬時に発生するＡｌ純度の低い副産物で一般的に公知ある。Ａｌドロスとして、特開２０００−３１３９１１号公報等に開示されている。

Ａｌ純分換算投入量とは、Ａｌを含む原料を投入した場合、Ａｌ純分に換算した量のこ
とである。例えば、Ａｌドロスと金属ＡｌとをＡｌ源として投入した場合、Ａｌ純分換算投入量は、Ａｌドロスの投入原単位（ｋｇ／ｔ）×Ａｌドロス中のＡｌ濃度（重量％）と、金属Ａｌの投入原単位（ｋｇ／ｔ）×金属ＡｌのＡｌ濃度（重量％）の総和で計算される量である。

ΔＳｉは、脱珪処理後における目標であるＳｉ値（処理後目標Ｓｉ、質量％）を予め設定しておき、脱珪の処理前（処理前）のＳｉ値（％）との差とする。
まず、処理前のＳｉ値については、脱珪処理を行う前に取鍋内の溶銑をサンプリングし、分析を行った。分析においては、サンプルの表面を研磨し、蛍光Ｘ線分析にてＳｉ値を測定した。次に、例えば、目標とする処理後Ｓｉ値（処理後目標Ｓｉ）を、０．２０〜０．３０％の範囲内となるように設定する。

ここで、Ａｌ純分換算投入量が０．５×ΔＳｉを下回る場合には、脱珪処理後のスラグ中ＦｅＯをＡｌで十分に脱酸することが出来ず、ＦｅＯによりスラグ−メタル界面にて、「ＭｇＳ＋２ＦｅＯ→ＭｇＯ＋Ｆｅ＋Ｓ」の反応により復硫が生じてしまい、脱硫石灰効率が低下してしまう。
一方、Ａｌ純分換算投入量が大きくなるにつれＦｅＯを還元し復硫を防止できるため脱硫石灰効率が向上する。脱硫石灰効率は、ある程度の値で飽和してくる。具体的には、１．５×ΔＳｉを上回る場合には、これ以上投入しても脱硫石灰効率は上がらず、Ａｌは脱酸に寄与せず溶銑中に溶存するか、スラグ中にＡｌとして懸濁する結果となる。

脱硫材の吹き込みを行うにあたって、インジェクションランス７の吐出角度αは、式（２）を満たす角度に維持している。
吐出角度αが０より小さい（マイナス）の場合は、紛体を水平方向より上部へ吹き上げることとなり、当然ながらインジェクションランス７による紛体と溶銑との接触時間が短くなることによって脱硫石灰効率の低下を招いてしまう。一方、吐出角度αがθ＋２０°より大きい場合は、紛体を吹込んだ際にその紛体が溶銑鍋の底部へ接触する量が増加する。その結果、溶銑鍋の底部へ紛体が付着しやすくなり溶銑と反応せず、供給された紛体がインプットに対してロスすることとなり、結果的に脱硫石灰効率の低下を招いてしまう。

脱硫処理においても、インジェクションランス７の浸漬深さは１．５〜２．０ｍとしている。浸漬深さが１．５ｍ未満の場合、インジェクションランス７によって吹き込まれた紛体と溶銑との接触時間が短くなり、脱硫石灰効率の低下を招くことがある。一方、浸漬深さが２．０ｍより大きい場合は、紛体を吹込んだ際にその紛体が溶銑鍋の底部へ接触する量が増加する。その結果、溶銑鍋の底部へ紛体が付着しやすくなり溶銑と反応せず、供給された紛体のインプットに対してロスすることとなり、結果的に脱硫石灰効率の低下を招いてしまう。

また、脱硫処理においても、インジェクションランス７の窒素ガス流量は０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとしている。窒素ガス流量が０．００５６Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満の場合は、紛体がインジェクションランス７内にて詰まってしまい閉塞するため、撹拌が出来ず脱硫石灰効率の低下を招いてしまう。一方、窒素ガス流量が０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔより大きい場合は、インジェクションでの吹込速度が増加するため、インジェクションから吐出された脱硫剤と溶銑との接触時間が短くなり、溶銑内にてＭｇ蒸気と溶銑Ｓとの反応によるトランジトリ反応が促進されず脱硫石灰効率の低下を招いてしまう。

また、脱硫処理では、ＣａＯ及びＭｇの混合粉体を、Ｍｇ重量が０．０３０〜０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔの速度で吹き込むこととしている。吹き込むＭｇ重量の速度が、０．
０３０ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ未満の場合は、Ｍｇ蒸気によるトランジトリ反応が促進されず脱硫石灰効率の低下を招くことがある。一方、吹き込むＭｇ重量の速度を０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔより大きくすると、インジェクションランス７によって吹き込まれたＭｇ粉体の一部が溶銑と反応せずそのまま溶銑鍋上へ吹き抜けてしまい、排ガスと共に集塵されて、結果として脱硫石灰効率が低下してしまうという場合がある。

以上まとめると、本発明によれば、脱硫処理を行うにあたっては、インジェクションランス７の吐出角度αを、式（２）を満たす角度に維持しつつ、インジェクションランス７の浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、インジェクションランス７の窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして、窒素ガスと共にＣａＯ及びＭｇの混合粉体をＭｇ重量が０．０３０〜０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔの速度で吹き込むことにより、脱硫処理を行っている。

脱硫処理後は、溶銑鍋を傾斜させ、スラグドラッガーにてスラグを排さいする。具体的には、図２に示すように、脱硫処理後も、溶銑鍋を所定角度に傾斜させた状態で、スラグドラッガー１４を溶銑鍋の上部側に位置させて、スラグドラッガー１４にて脱硫スラグの除滓を行う。なお、除滓時の溶銑鍋の傾斜角度は、脱硫処理時よりも大きくすることが望ましい。また、スラグドラッガー以外の装置を用いて、脱硫スラグの除滓を行ってもよい。

表１〜６は、本発明の溶銑鍋における脱珪および脱硫方法で、脱珪処理、脱硫処理を行った実施例と、本発明とは異なる方法で脱珪処理、脱硫処理を行った比較例とをまとめたものである。

実施例及び比較例における実施条件について説明する。
精錬容器は、溶銑用の溶銑鍋を用いた。溶銑鍋の半径は１．３４ｍである。処理時の溶銑量は、８７．５〜９６．０ｔｏｎ、溶銑温度は、１２９０〜１４００℃とした。溶銑の炭素濃度は、４．５〜４．８質量％、溶銑のＳｉ濃度は、０．４０〜０．９０質量％、溶
銑のＳ濃度は、０．０１１〜０．０４０質量％とした。

酸素ランスに関し、ノズル孔数は４個、ノズルのスロート径は１８ｍｍ、ノズルの傾斜角度は９°、ノズルの出口径（吐出径）は２０．２０ｍｍとした。酸素ランスの高さは、０．６５〜１．５０ｍとし、酸素ガスの流量（酸素流量）は、０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとした。酸素ガスの衝突圧は、０．６〜４．５ｋｐａの範囲とした。処理前のＳｉ濃度に応じて０．２〜３．５Ｎｍ^３／ｔの酸素量で当業者常法の吹錬制御により決定した。

インジェクションランス７に関し、ノズル孔数は１個、ノズル径は１５．８８ｍｍ、酸素ランスとインジェクションランス７との水平距離は０．５５ｍとした。
脱珪処理では、脱珪材を構成する粉体として、ＣａＯを含むもの、或いは、ＣａＯと酸化鉄とを混合した混合粉体を用いた。混合粉体では、粉体比率は、ＣａＯ：酸化鉄＝５０：５０とした。また、脱珪材として、混合粉体を用いない場合は、ＣａＯ：酸化鉄＝１００：０とした。脱珪材の吹込量は、処理前のＳｉ濃度に応じて０．６〜４．３ｋｇ／ｔの範囲で当業者常法の副原料制御により決定した。

脱硫処理では、脱硫材を構成する粉体として、ＣａＯと金属Ｍｇの混合粉体を用いた。粉体比率は、重量比率でＣａＯ：金属Ｍｇ＝８５：１５のものと、８０：２０の２種類を使用した。脱硫材の吹込量は、処理前のＳ濃度に応じて０．９〜３．５ｋｇ／ｔの範囲で、当業者常法の副原料制御により決定した。
除さい処理では、脱硫処理後に、スラグドラッガーにより脱硫スラグの状況に応じて溶銑鍋の角度を１０〜３０°まで傾斜させ、当業者常法の操作手順にて除さいした。
なお、実施例において、脱珪処理から脱硫処理へ移行した場合も、インジェクションランスの吐出角度αは、式（２）を満たす角度にした。インジェクションランスの吐出角度αは、脱珪処理から脱硫処理に移行する場合に当該脱珪処理と同じ角度に維持することが望ましい。

実施例及び比較例では、脱珪酸素効率及び脱硫石灰効率の評価を行った。脱珪酸素効率（ηＳｉ）は、与えた酸素量に対して、溶銑中[Ｓｉ]の酸化に使用された酸素分の割合を示すもので、式（３）により求めることができる。
また、脱硫石灰効率（ηＳ）は、脱硫剤の与えた石灰分に対して溶銑中[Ｓ]との反応に使用された石灰分の割合を示すもので、式（４）により求めることができる。なお、石灰系脱硫剤と反応する場合、反応式はＣａＯ＋Ｍｇ＋Ｓ＝ＣａＳ＋ＭｇＯで表されることから、石灰が効果的に脱硫反応に寄与したかを表す指標として、脱硫石灰効率（ηＳ）を採用した。

実施例１〜２７では、溶銑鍋２の傾斜角度θを式（１）の範囲を満たすように傾斜し、脱珪処理開始時にＴ．Ｆｅ＝５０〜８０質量％を含む酸化鉄を１．０〜２２．２ｋｇ／ｔ投入し、酸素ランスの高さを０．６５〜１．５０ｍとし、酸素ガス流量（酸素流量）を０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとしている。また、実施例では、インジェクションランスの吐出角度αを式（２）を満たす角度とし、インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、窒素ガス流量（窒素流量）を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとしている。

実施例では、脱硫処理を行うにあたっては、酸素ランスによる酸素の供給を停止した後、インジェクションランスを浸漬させたまま、投入装置から、ＡｌをＡｌ純分換算で式（３）の範囲で投入し、さらに、インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとし、ＣａＯ及びＭｇを含む混合粉体をＭｇ重量の速度が０．０３０〜０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔの範囲で吹き込みを行った。このように、実施例では、上述した全ての条件を満たしているので、脱珪処理における脱珪酸素効率は４０％以上、脱硫石灰効率は６％以上にすることができた。加えて、脱珪素処理時間は１５分以下、脱硫処理時間は５分以下にすることができた。なお、除滓時間を５．０分以下にすることができた。

一方、比較例２８〜３７では、溶銑鍋２の傾斜角度θが式（１）の範囲から外れているため、脱珪酸素効率は４０％未満、脱硫石灰効率は５％未満となった。
また、比較例３８〜４１では、脱珪処理開始時に投入する酸化鉄のＴ．Ｆｅが５０質量％未満或いは８０質量％を超え、比較例４２〜４５では、酸化鉄の投入量が１．０ｋｇ／ｔ未満或いは２２．２ｋｇ／ｔを超え、比較例４６〜４９では、酸素ランスの高さが０．６５ｍ未満或いは１．５０ｍを超え、比較例５０〜５３では、酸素ガス流量が０．１５Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満或いは０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔを超えた。そのため、比較例３８〜５３では、脱珪酸素効率は４０％未満となった。

比較例５４〜６１では、インジェクションランスの吐出角度αを式（２）を満たす角度から外れたため、脱珪酸素効率は４０％を超えると共に脱硫石灰効率は５％未満となった。比較例６２〜６５では、インジェクションランスの浸漬深さが１．５ｍ未満或いは２．０ｍを超えたため、脱珪酸素効率は４０％未満となった。
比較例６６、６７では、窒素ガス流量が０．００５６Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満であるため、ノズル閉鎖が発生して、脱珪処理は中断となった。比較例６８、６９では、窒素ガス流量が０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔを超えているため、脱珪酸素効率は４０％未満となった。

比較例７０〜７７では、脱硫処理において、投入装置から溶銑に向けて投入したＡｌ純分換算投入量が、式（３）で求めた下限値（０．５×ΔＳｉ）、或いは式（３）で求めた上限値（１．５×ΔＳｉ）を外れているため、脱硫石灰効率は６％未満となった。
比較例７８〜８１では、脱硫処理において、インジェクションランスの浸漬深さが１．５ｍ未満或いは２．０ｍを超えたため、脱硫石灰効率は６％未満となった。比較例８２、８３では、脱硫処理において、窒素ガス流量が０．００５６Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔ未満であるため、ノズル閉鎖が発生して、脱珪処理は中断となった。比較例８４、８５では、脱硫処理において、窒素ガス流量が０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔを超えているため、脱硫石灰効率は６％未満となった。

比較例８６、８７では、ＣａＯ及びＭｇを含む混合粉体を吹き込む際にＭｇ重量の速度が０．０３０ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ未満であるため、脱硫石灰効率は６％未満となった。比較例８８〜８３では、ＣａＯ及びＭｇを含む混合粉体を吹き込む際のＭｇ重量の速度が０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔを超えたため、脱硫石灰効率は６％未満となった。即ち、比較例７８、７９では、Ｍｇと同時に吹き込まれるＣａＯ量が増加したため、ＣａＯの効率も低下し、脱硫石灰効率が６％未満となった。

以上、実施例に示すように、脱珪酸素効率が４０％以上、脱硫石灰効率が６％以上である場合、インプットする酸素量および石灰量を減らすことができ、気体酸素・固体酸素としての原単位、及び石灰使用原単位を低減することができる。つまり、図３、４に示すように、実施例では、スラグ発生原単位を抑制することができスラグ処理コストを低減することが出来る。一方、比較例では、スラグ発生原単位が実施例に比べて上昇する結果となった。

また、実施例に示すように、脱珪素処理時間が１５分以下、脱硫処理時間が５分以下である場合、総処理時間を２５分以内とすることができ、例えば、連続的に高炉から出銑されて、溶銑鍋に溶銑が供給される場合、溶銑鍋の供給ピッチに間に合うように脱珪脱硫処理を行うことができる。即ち、図５に示すように、鍋脱珪脱硫適用比率（供給される全溶銑鍋に対する脱珪処理及び脱硫処理に適用する溶銑鍋の割合）を１００％に維持することができる。

また、実施例では、脱硫処理時に式（３）を満足するように、Ａｌ投入を実施しているため、脱珪処理後のスラグ中ＦｅＯをＡｌで過不足なく脱酸することができる。その結果、脱硫処理における脱硫石灰効率を向上させる。図６に示すように、実施例では、Ａｌの投入量（Ａｌ純分換算投入量）を、式（３）で示した上下限値内に納めているため、脱硫石灰効率を６％以上にすることができる。一方、比較例においては、Ａｌを未投入であったり（図６：比較例の「Ｃ」）、Ａｌを投入したとしてもＡｌ純分換算投入量が式（３）の上限値から外れたり（図６：比較例の「Ａ」）、式（３）の下限値から外れている（図６：比較例の「Ｂ」）。そのため、比較例では、脱硫石灰効率は５％程度となった。

つまり、脱硫処理時に式（３）を満たすよう適正にＡｌを投入すれば、適正に投入しなかった場合（式（３））に比べて、脱硫石灰効率を向上させることができた。
なお、表１〜表６において、処理後［Ｓｉ］が処理後目標［Ｓｉ］と一致していないケースがあるが、処理後目標［Ｓｉ］は処理前に設定する値であって実操業では、当該表に示した結果になることがある。しかしながら、脱硫処理の評価は、処理後［Ｓｉ］の値そのものではなく、脱硫石灰効率で行っているため、Ａｌの投入による影響を適正に評価することができる。

本発明によれば、上述した条件を満たすことによって、脱珪および脱硫処理を効率的に
実施でき、かつ溶銑鍋を傾斜して連続的に処理することにより、効率的にスラグを溶銑鍋より排出ができて生産性も向上させることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 精練処理設備
２ 溶銑鍋
３ 傾動装置
４ 集塵装置
５ 投入装置
６ 酸素ランス
７ インジェクションランス
１０ 台車
１１ 伸縮機構
１２ シャックル（被係合部）
１３ フック（係合部）
１４ スラグドラッガー
１５ スラグピット
１６ 吐出口

Claims (1)

1. 溶銑予備処理における精錬容器として溶銑鍋を用いて脱珪および脱硫を行う方法において、
   前記溶銑鍋に挿入されたランスに対する当該溶銑鍋の傾斜角度θ（°）を式（１）の範囲で傾斜させ、
   脱珪処理を行うにあたっては、当該脱珪処理開始時に前記溶銑鍋の上部に設置した投入装置からＴ．Ｆｅ＝５０〜８０質量％を含む酸化鉄を１．０〜２２．２ｋｇ／ｔ投入し、前記溶銑鍋の中央側に配置した酸素ランスの高さを０．６５〜１．５０ｍとすると共に、前記酸素ランスの酸素ガス流量を０．１５〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして酸素ガスを吹きつけ、
   さらに、前記酸素ランスの側部に配置したインジェクションランスを溶銑に浸漬して、前記インジェクションランスの吐出角度αを、式（２）を満たす角度にすると共に、インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、前記インジェクションランスの窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして、前記窒素ガスと共にＣａＯ、或いは、ＣａＯ及び酸化鉄の混合粉体を吹き込むことにより、当該脱珪処理を行い、
   脱硫処理を行うにあたっては、前記酸素ランスによる酸素の供給を停止した後、前記インジェクションランスを浸漬させたまま、前記投入装置から、ＡｌをＡｌ純分換算で式（３）の範囲で投入し、前記インジェクションランスの吐出角度α（°）を、式（２）を満たす角度に維持しつつ、前記インジェクションランスの浸漬深さを１．５〜２．０ｍとし、前記インジェクションランスの窒素ガス流量を０．００５６〜０．０２０Ｎｍ^３／ｍｉｎ・ｔとして、前記窒素ガスと共にＣａＯ及びＭｇの混合粉体をＭｇ重量が０．０３０〜０．１６５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔの速度で吹き込むことにより、当該脱硫処理を行い、
   前記脱硫処理後に前記溶銑鍋を傾斜させ、スラグドラッガーにてスラグを排さいする
   ことを特徴とする溶銑鍋における脱珪および脱硫方法。
   ３．０≦θ≦９．０ ・・・（１）
   ０≦α≦θ＋２０ ・・・（２）
   ０．５×ΔＳｉ≦Ａｌ純分換算投入量(ｋｇ／ｔ)≦１．５×ΔＳｉ ・・・（３）
   ただし、 ΔＳｉ＝脱珪処理前Ｓｉ（質量％）−脱珪処理後目標Ｓｉ（質量％）