JP6466733B2

JP6466733B2 - 溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法

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Publication number: JP6466733B2
Application number: JP2015029669A
Authority: JP
Inventors: 宏忠新井; 貴光中須賀; 慶太大内
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: JP2016151051A

Description

本発明は、溶銑の脱りん処理を実施する際、溶銑内に固体酸素源を供給し、脱りん効率を向上させることができる溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法に関するものである。

一般に、高炉から出銑された溶銑中にはＰ、Ｓなどの不純物が含まれている。高炉から出銑した溶銑は転炉で脱炭されて鋼とされるが、近年ではコストダウンおよび品質要求の厳格化に対応するため、転炉での脱炭処理の前に脱りん・脱硫等の溶銑予備処理工程を設けるケースが一般的となっている。
このような溶銑予備処理工程の一つとして溶銑の脱りん処理を行う際には、転炉型の溶銑処理容器内に上吹酸素ランスを差し込み、容器内に装入された溶銑に対して上吹酸素ランスの先端から気体酸素源（酸素ガス）を溶銑浴面に噴射して供給し、また、炉口上方から、焼石灰、酸化鉄源（ＦｅＯ）を含む焼結鉱、ミルスケール、鉄鉱石等を供給することで、ＳｉやＰなどの不純物を酸化し、溶銑中からこれらの不純物をスラグとして除去する脱りん処理が行われる。

しかしながら、従来は微細な固体酸素源、例えば集塵ダストといったものは、微細であるがために搬送過程におけるハンドリングが困難である。また、集塵ガス流れとともに炉外に排出されるため、発塵の問題や投入歩留が悪いことから積極的には利用されてこなかった。そこで、従来は使用できなかった微細な固体酸素源を酸素ノズルとは別系統から搬送用ガスとともに炉内に吹き付けることで炉内に供給する技術がある。

例えば、特許文献１には、副原料粉体を上吹酸素ランス又は／及び粉体供給専用ランスから溶銑に供給する技術が開示されている。この特許文献１の副原料粉体は塩基性造滓材、酸化鉄源及びマンガン源などであり、これらの粉体は粒径150μm以下のものを60%以上、粒径500μm以上のものを1〜20%含み、かつ粒径が150〜500μmのものの重量比が45%以下に粒度調整されている。また、塩基性造滓材は酸素ガスに同伴させて酸素ガス噴出用ノズルから供給され、酸化鉄源やマンガン源は酸素ガス噴出用ノズルとは別のノズルから搬送用ガス（非酸化性ガス）と一緒に溶銑に向かって供給される。なお、特許文献１の技術では、搬送用ガスは湯面到達時に最大流速が40〜200m/sとなるように噴射されるものとなっている。

また、特許文献２には、酸素含有ガス並びに粉体状の精錬剤を上吹酸素ランスから溶銑に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法が開示されている。この特許文献２の転炉吹錬方法では、ラバールノズル形状の６個以上の主孔と、該主孔でその周囲を囲まれた中央（軸心部位置）に配置された粉体吹き込み用ノズルとを備えた上吹きランス（上吹酸素ランス）が用いられている。

この特許文献２の上吹きランスは、主孔の平均傾角が１３°以上とされており、また隣り合った主孔の平均干渉率は３０〜６０％の範囲内とされていて、理想的な超音速ジェットが得られるものでありながら、精錬剤の吹き込みを行ってもノズルの損耗が少なくなるような設計がなされている。特許文献２では、このような上吹きランスを用いることにより、精錬剤の散逸を抑制して反応領域である火点へ粉体状の精錬剤を効率的に添加することができるとされている。

さらに、特許文献３には、転炉型の溶銑処理容器内の溶銑に対して、ＣａＯ源を主体とする精錬剤を添加し、上吹酸素ランスから溶銑の浴面に気体酸素源の吹き付けを行う脱りん処理方法が開示されている。この特許文献３の上吹酸素ランスは、粉粒状の精錬剤と粉粒状の固体酸素源との２つを溶銑浴面に吹き付けられるようになっていて、気体酸素源の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に、精錬剤の一部を気体酸素源をキャリアガスとして吹き付け可能となっている。

また、特許文献３の技術では、気体酸素の供給系統とは異なる供給系統を通じて供給されるキャリアガスにより、火点近傍の浴面位置に、粉粒状の固体酸素源が吹き付けられる。このように特許文献３の脱りん処理方法では固体酸素源を火点近傍に供給することで、上吹酸素ランスからの気体酸素源の供給速度を1.5〜5.0Nm³/min/溶銑tonとして、脱りん処理後のスラグ塩基度[%CaO/%SiO₂]を1.0以上2.5未満とすることができるとされている。

特開平１１−２５６２１７号公報特許第４９０１１３２号公報特許第５１８１５２０号公報

上述した特許文献１〜特許文献３の精錬方法はいずれも、酸素ガスなどの気体酸素源と同様に、粉粒状の固体酸素源を溶銑へ直接供給するものとなっている。この点で、特許文献１〜特許文献３は固体酸素源を気体酸素源を補助する酸素源として用いるに留まっており、固体酸素源を気体酸素源と同じように溶銑中のＳｉ、Ｍｎ、Ｐの酸化のために供給しているにすぎない。つまり、これらの特許文献はいずれも溶銑脱りん処理を最も効率良く促進するために、固体酸素源に関する最適な装入条件や処理条件を提示するものとはなっていない。

溶銑の脱りん処理は、溶銑の浴面に浮遊するスラグと溶銑の界面で、溶銑中のりんと酸素とが反応を起こして進行するものであり、スラグ中の酸素ポテンシャルを高くすることが重要となる。なお、このスラグと溶銑の界面でりんと反応を起こす酸素とは具体的にはＦｅＯのことであり、「スラグ中の酸素ポテンシャルを高くする」とは「スラグ中のＦｅＯの濃度を高める」ことに他ならない。それゆえ、スラグと溶銑の界面でのＦｅＯの濃度を高く維持するのが好ましいが、このスラグ中のＦｅＯは溶銑中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｐの酸化にも消費されるため、脱りん処理が進むにつれてＦｅＯは消費されて量が減ってしまう。そのため、ＦｅＯを新たに固体酸素源などの形で補充し、酸素ポテンシャルを常に高位に保つことが有効である。

ところが、上述した特許文献１〜３では、固体酸素源にＦｅＯを用いていなかったり、ＦｅＯを固体酸素源に用いていても固体酸素源をスラグではなく溶銑に直接吹き込む構成となっていたりして、固体酸素源をスラグ表面あるいはスラグ中に供給してスラグの酸素ポテンシャルを高位に維持することは全く考慮されておらず、固体酸素源の反応促進を高める最適な処理条件とはなっていない。当然、気体酸素源とは異なる固体酸素源をスラグに供給する際の条件には、最適の条件が存在している。例えば粉粒状の固体酸素源をどの程度の速度で供給するかといった供給条件は、溶銑に直接供給される気体酸素源とは全く異なったものにする必要がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、溶銑の脱りん処理の際に、スラグの表面あるいはスラグ中に固体酸素源を直接供給することで、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、溶銑とスラグのりん分配を増加させて脱りん能を向上させることができる溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給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、本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法は、転炉型の溶銑処理容器内に装入された溶銑に対して、上吹酸素ランスから気体酸素源を吹き込みつつ溶銑の脱りん処理を行うにおいては、前記上吹酸素ランスに、前記気体酸素源を供給する主系統のガス供給管と、固体酸素源を搬送用ガスと伴に供給すると共に前記主系統のガス供給管とは隔離状態で配備された副系統のガス供給管とを予め設けておき、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルの中心軸が為す角度αと、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルの中心軸が為す角度βが、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して相互に真逆方向に傾くようにしておき、前記上吹酸素ランスから固体酸素源を供給するに際しては、前記主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルから吐出される前記気体酸素源の吐出速度Ｖ_１、前記副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルから吐出される前記搬送用ガスの吐出速度Ｖ_２、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルの中心軸が為す角度α、及び前記上吹酸素ランスの中心軸に対して副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルの中心軸が為す角度βが、式（１）の関係を満足することを特徴とする。

本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法によれば、溶銑脱りん処理の際に、スラグ表面あるいはスラグ中に固体酸素源を効果的に供給することで、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、溶銑とスラグのりん分配を増加させて脱りん能を向上させることができる。

本発明の固体酸素源の供給方法が行われる転炉型の溶銑処理容器を示す模式図である。上吹酸素ランスの正面断面図である。上吹酸素ランスの先端を下方から見た図である。式（１）の関係を満足しない場合の固体酸素源と気体酸素源との流動状態を示す図である。式（１）の関係を満足する場合の固体酸素源と気体酸素源との流動状態を示す図である。気体酸素源の吐出流量Ｖ_１と搬送用ガスの吐出流量Ｖ_２との関係をまとめた図である。式（１）の左辺と、脱りん処理後のりん濃度との関係をまとめた図である。

以下、本発明の「溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法」の実施形態を、図を参照して説明する。
まず、本発明の固体酸素源の供給方法が行われる「溶銑の脱りん処理」について簡単に説明する。
一般的に、製鋼工程においては、高炉から出銑した溶銑１に対して、りんや硫黄などの不純物を酸化して除去する溶銑予備処理が行われる。次に、溶銑予備処理された溶銑に対して、転炉で脱炭を行った後、さらに、取鍋などで二次精錬が行われる。このようにして溶銑予備処理〜二次精錬を通して溶銑を成分調整することで、所望とされる成分の鋼が製造されている。このような溶銑の処理工程のうち、溶銑予備処理で行われる脱りん処理は、溶銑処理容器２に脱りん材として、焼石灰、酸化鉄（焼結鉱、ミルスケール、鉄鉱石等）を炉頂から供給すると共に酸素ガスを吹き込み、吹き込まれた酸素ガスと酸化鉄でりんを酸化させてスラグに移行させ、そのスラグを排出する。

具体的には、図１に示すように、上述した溶銑１の脱りん処理は、高炉から出銑された溶銑１を転炉型の溶銑処理容器２に装入し、装入された溶銑１に酸素ガスや副原料を供給するものとなっている。この転炉型の溶銑処理容器２は、上方に向かって開口した有底円筒状の容器であり、溶銑の高温に耐えられるように耐火物などを用いて形成されている。溶銑の脱りん処理においては、この溶銑処理容器２の開口から上吹酸素ランス３を挿入し、上吹酸素ランス３の先端に設けられたノズルから気体酸素源（酸素ガス）を溶銑１側に向けて噴射するものとなっている。

つまり、上吹酸素ランス３の先端（下端）には、ランス内を搬送されてきた気体酸素源を、容器２内の溶銑１に向かって噴射するノズル（気体用ノズル８）が形成されている。本実施形態の気体酸素源としては、純酸素ガスを採用している。また、溶銑処理容器２の底部には、容器内の溶銑１に対して不活性ガスなどを供給する羽口５が形成されている。
上吹酸素ランス３から溶銑１内に吹き付けられた気体酸素源の酸素ガスと炉頂から供給された酸化鉄源により、次の式（２）で示す反応式に従って、溶銑１中のりん（Ｐ）が脱りん材の酸化カルシウム（ＣａＯ）と反応して、リンとカルシウムのりん酸化物が形成される。このようにして形成されたりん酸化物をスラグＳと一緒に排滓することで、溶銑１中のりんが取り除かれる。

なお、脱りん処理の初期段階では溶銑１中の珪素（Ｓｉ）の酸化による脱珪反応が優先して起こるため、本発明の固体酸素源の供給方法は脱珪反応を含めた広い意味での脱りん反応を対象とする。つまり、本発明の固体酸素源の供給方法は、脱珪反応が主となるような脱りん処理の初期段階に固体酸素源を供給する場合も含むものとなっている。
ところで、上述した式（２）において、りん酸化物の生成を効率的に行うためには、左辺の酸素濃度を上げる、つまり酸素ポテンシャルを高位にすることが必要となる。この式（２）の反応はスラグＳと溶銑の界面で行われるものであるため、「酸素ポテンシャルを高位にする」とはスラグＳと溶銑界面の酸化鉄（ＦｅＯ）の濃度を高くすることに他ならない。

ただ、このスラグＳ表面のＦｅＯは、溶銑中の珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、りん（Ｐ）の酸化などに消費されるため、ＦｅＯが外部から供給されない限り脱りん処理が進行するにつれてＦｅＯの濃度は徐々に減少する。
そのため、本発明の固体酸素源の供給方法は、上吹酸素ランス３に気体酸素源を供給する主系統のガス供給管６と、ＦｅＯなどの固体酸素源を搬送用ガスと伴に供給すると共に主系統のガス供給管６とは隔離状態で配備された副系統のガス供給管７とを予め設けておき、副系統のガス供給管７を通じて搬送された固体酸素源のＦｅＯを上吹酸素ランス３から溶銑１中のスラグＳに直接供給するものとなっている。

そして、上吹酸素ランス３から固体酸素源を供給するに際しては、主系統のガス供給管６に設けられる気体用ノズル８から吐出される気体酸素源の吐出速度Ｖ_１（Nm/s）、副系統のガス供給管７に設けられる固体酸素源供給用ノズル４から吐出される搬送用ガスの吐出速度Ｖ_２（Nm³/s）、上吹酸素ランス３の中心軸に対して主系統のガス供給管６に設けられる気体用ノズル８の中心軸が為す角度α（deg）、及び上吹酸素ランス３の中心軸に対して副系統のガス供給管７に設けられる固体酸素源供給用ノズル４の中心軸が為す角度β（deg）が、以下の式（１）の関係を満足するものとなっている。

次に、本発明の固体酸素源の供給方法で用いられる固体酸素源、この固体酸素源を供給する上吹酸素ランス３、及び上述した式（１）が成立する理由について詳しく説明する。
上述した溶銑１の脱りん処理で用いられる固体酸素源は、酸素を含む固体の化合物（酸化物）の微小な粉末である。具体的には、この固体酸素源には、平均粒径が０．１ｍｍ以下の粉塵ダスト（製鋼工程で生じる粉塵ダスト）が用いられている。

また、固体酸素源を搬送する搬送用ガスには、窒素ガスのような非酸化性のガス（還元性ガス、炭酸ガスあるいは希ガスのようなガス）が一般に用いられる。このように搬送用ガスに非酸化性ガスを用いるのは、搬送用ガスと固体酸素源とが配管内（副系統のガス供給管６内）で反応して酸素爆発を起こす心配がないためである。
上述した固体酸素源及び搬送用ガスは、気体酸素源を供給するものと同じ上吹酸素ランス３から溶銑（浴面に浮かぶスラグＳ）に供給される。つまり、本発明の上吹酸素ランス３は、気体酸素源と固体酸素源とを１本のランスから異なる対象に向かって供給するものとなっている。

図２Ａは、上吹酸素ランス３の正面断面図を示したものであり、図２Ｂは、上吹酸素ランス３の先端面におけるノズル配置例（気体用ノズル８と固体酸素源供給用ノズル４の配置例）を模式的に示したものである。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、上吹酸素ランス３は、先端部は水冷銅、胴体部は耐火物で形成された筒状の部材であり、内部に設けられたそれぞれの供給管を通じて気体酸素源と固体酸素源とをそれぞれ供給できるようになっている。詳しくは、上吹酸素ランス３の内部には、気体酸素源を気体用ノズル８まで案内する主系統のガス供給管６と、固体酸素源を固体酸素源供給用ノズル４まで案内する副系統のガス供給管７と、がそれぞれ配備されている。

上述した上吹酸素ランス３は、鉛直方向に沿うように軸心を向けるようにして、溶銑処理容器２内に挿し込まれており、溶銑の浴面から２．５〜４．０ｍの高さ、本実施形態の例では２．８ｍの高さに保持されている。
主系統のガス供給管６は、酸素ガスなどの気体酸素源を流通可能な管状の流路であり、上吹酸素ランス３の内部に上吹酸素ランス３の中心軸と略同じ方向に沿って形成されている。この主系統のガス供給管６の先端（下端）には、気体酸素源を溶銑１の浴面に向かって噴射する気体用ノズル８が配備されている。

気体用ノズル８は、上吹酸素ランス３の先端面において、上吹酸素ランス３の軸心回りにほぼ均等な距離をあけて周方向に複数（本実施形態では５箇所）設けられており、複数のノズルから気体酸素源を浴面に対してガスを分散して吹き付けられるようになっている。これは気体用ノズル８から噴射した噴流が溶銑１の浴面に衝突する際の衝突面積を大きくして、単位面積当たりの気体酸素源の運動エネルギを減少させることで、スピッティングの発生を防止するとともに反応界面積を増大させるためである。複数のノズルから噴出したガスジェットはエジェクター効果によって互いに引き寄せられ一体化してしまうため、上述した主系統のガス供給管６（鉛直方向）に対して傾斜するように配備されている。また、この気体用ノズル８には気体酸素源を音速を超える速度（超音速）で溶銑に向かって噴射可能なラバールノズルが用いられている。このようなラバールノズルを気体用ノズル８に用いることで、気体酸素源（酸素ガス）を安定して溶銑１中に供給することが可能となる。

なお、気体用ノズル８と後述する固体酸素源供給用ノズル４が隣接している場合、２つのノズルからの噴流が一体化してしまい、本願発明が意図する効果を奏しないようになるため、気体用ノズル８と固体酸素源供給用ノズル４の出口の最近接距離は３０ｍｍ以上離れていることが好ましい。
さらに、上述した式（１）に用いられる気体酸素源の吐出速度は、気体用ノズル８を通過する気体酸素源のガス流量を、気体用ノズル８の断面積で除したものであり、標準状態に換算した値となっている。

一方、上述した主系統のガス供給管６の内部には、さらに固体酸素源を案内する副系統のガス供給管７が主系統のガス供給管６から隔離した状態で配備されている。副系統のガス供給管７も、上吹酸素ランス３の内部に上吹酸素ランス３の中心軸と略同じ方向に沿って形成されている。この副系統のガス供給管７には、固体酸素源が搬送用ガスと一緒に流通している。

上述した副系統のガス供給管７の先端（下端）にも、気体用ノズル８と同様に固体酸素源を溶銑１の浴面に浮遊するスラグＳに向かって噴射する固体酸素源供給用ノズル４が配備されている。
また、上述した式（１）に用いられる固体酸素源の吐出速度は、上述した気体酸素源の吐出速度と同様に、固体酸素源供給用ノズル４を通過する搬送用ガスのガス流量を、固体酸素源供給用ノズル４の断面積で除したものであり、標準状態に換算した値となっている。

本発明において、上述した式（１）の関係を満たしつつ精錬を行うのは、次のような理由からである。
すなわち、上述した気体酸素源を上吹酸素ランス３から溶銑１の浴面に供給すると、浴面に衝突した酸素ガスの勢いで溶銑１に浮遊したスラグＳが掻き分けられ、気体酸素ガスが溶銑１の浴面に直接衝突する。この箇所は一般に「火点」と言われる部分である。

例えば、図３Ａに示すように、固体酸素源の吐出速度が小さい場合は、固体酸素源供給用ノズル４から吐出（噴射）された固体酸素源搬送用ガスの噴流が、気体用ノズル８から噴射された酸素ガスの噴流にエジェクター効果によって引き寄せられて、固体酸素源搬送用ガスの噴流が酸素ガスの噴流側に曲がってしまう。そうすると、スラグＳを狙って固体酸素源を供給しようとしても、固体酸素源を含む搬送用ガスの噴流が曲がってしまい、固体酸素源の供給箇所が上述した「火点」に供給されることとなり、直接溶銑と反応するため、スラグ中のＦｅＯ、つまり酸素ポテンシャルを高位に維持することに寄与しない。そのため、固体酸素源供給用ノズル４からの搬送用ガスの吐出速度は、上述した現象が起きない程度の線速度を最低でも有するのが好ましい。

また、図３Ａの例は固体酸素源供給用ノズル４からの固体酸素源の吐出速度が小さい場合のものであるが、上吹酸素ランス３の中心軸に対する固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度（上吹酸素ランス３の中心軸に対して固体酸素源供給用ノズル４の中心軸が為す角度）があまり大きくない場合や、固体酸素源供給用ノズル４の設置位置が気体用ノズル８に近い場合にも、酸素ガスの噴流に固体酸素源搬送用ガスの噴流が取り込まれ、固体酸素源搬送用ガス中の固体酸素源は「火点」に供給されるようになり、同様にりん分配が高位に維持され難くなる。

ところが、図３Ｂに示すように、気体用ノズル８から噴射される気体酸素源の吐出速度に対して固体酸素源供給用ノズル４から噴射される固体酸素源の流速が大きい場合は、気体用ノズル８から噴射された気体酸素源の噴流の影響を受けても、固体酸素源の噴流は直進性を維持し、吐出された固体酸素源が曲がることなく直線的にスラグＳに達する。そのため、固体酸素源をスラグＳに直接供給することが可能となり、スラグＳ中のＦｅＯの濃度が高くなって、りん分配を高位に維持することが可能となる。

つまり、気体酸素源の噴流の影響を受けても吐出された固体酸素源がスラグＳに達するように、気体用ノズル８から噴射される気体酸素源の流速（Ｖ_１）、固体酸素源供給用ノズル４から噴射される固体酸素源の流速（Ｖ_２）、上吹酸素ランス３に対する固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度（α）、上吹酸素ランス３に対する気体用ノズル８の取り付け角度（β）間の関係を整理したものが、上述した式（１）の関係式となる。

それゆえ、上述した式（１）の関係を満足する本発明の固体酸素源の供給方法では、副系統のガス供給管７の先端に設けられた気体用ノズル８から吐出された固体酸素源は確実にスラグＳに達し、供給された固体酸素源によってスラグＳ中のＦｅＯの濃度を常に高濃度に維持することができる。そのため、従来の固体酸素源の供給方法のように、吹錬末期にスラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、脱りん能を維持することができる。つまり、溶銑中からりんを十分に取り除くことが可能となるのである。

次に、実施例と比較例とを用いて、本発明の固体酸素源の供給方法が有する作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、２５０ｔの転炉を溶銑処理容器２として実際使用して、固体酸素源及び気体酸素源の吐出速度、気体用ノズル８及び固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度を変えつつ上述した溶銑処理容器２中で脱りん処理を行い、脱りん処理後のりん濃度を測定したものである。

具体的には、上述した実施例及び比較例は、脱珪処理を行った後、転炉型の溶銑処理容器２にて脱りん処理を行ったものであり、溶銑温度、溶銑重量は、脱りん処理中に刻々と変化するものであるが、この実施形態では、溶銑の装入前に測定した値を用いた。また、溶銑深さは、転炉内の耐火物の損耗状況により変化するが、溶銑重量の平均値と、炉の容量とを用いて、一律２ｍとした。炉の容量は、当該転炉内の耐火物を施工したときの状態を基準とした。転炉に装入した溶銑（処理前の溶銑）は、高炉で出銑して高炉鋳床で脱珪処理を行うか、或いは、高炉で出銑して高炉鋳床では脱珪処理を行わなかったものを使用した。

溶銑１の深さが２ｍとなるように溶銑処理容器２に脱珪処理後の溶銑１を装入している。なお、必要に応じて、高炉の鋳床でも脱珪処理を行った。脱珪処理後の溶銑１を化学分析した所、これらの溶銑１には、［Ｃ］が４．２１mass%〜４．６９mass%、［Si］が０．３０mass%〜０．４９mass%、［Mn］が０．１７mass%〜０．３６mass%、［P］が０．１１０mass%〜０．１２５mass%が含まれていることが分かっている。

また、脱りん処理に際しては、溶銑１に精錬剤（脱りん剤）として、焼石灰、ミルスケール、鉄鉱石などからなる副原料を、添加後の塩基度（CaO/SiO₂）が1.80となるように溶銑処理容器２の炉上から添加した。具体的には、上述した溶銑264.9t〜265.2tに対して、焼石灰を2867〜4918kg、ミルスケールを1300〜6100kg、鉄鉱石を2000kgとなるように添加した。

さらに、脱りん処理の開始直後から3.5minまでは、脱珪反応を促進するために純酸素の気体酸素源を上吹酸素ランス３の気体用ノズル８から400Nm³/minで吹き込み、3.5min〜13minについては、脱りん反応を促進するために気体酸素源の吐出速度（上吹き酸素流量）を200Nm³/minに絞った。
さらにまた、固体酸素源として脱りん処理に用いた粉塵ダストは、上述したように平均粒径が0.1mm以下のものであり、表１に示すような組成を備えたものである。

上述の固体酸素源を用いて、気体用ノズル８から噴射される気体酸素源の吐出速度（Ｖ_１）、固体酸素源供給用ノズル４から噴射される固体酸素源の吐出速度（Ｖ_２）、上吹酸素ランス３に対する固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度（α）、上吹酸素ランス３に対する気体用ノズル８の取り付け角度（β）結果を変化させて精錬を行った結果を、表２に示す。

上述した表２に示す実施例及び比較例の結果を、横軸に「搬送用ガスの吐出速度：Ｖ_２」、縦軸に「気体酸素源の吐出速度：Ｖ_１」をとって整理すると、図４Ａのグラフが得られる。
図４Ａを見ると、脱りん処理後のりん濃度が0.025mass%以下となる実施例の結果と、脱りん処理後のりん濃度が0.025mass%を超える比較例の結果とは、図４Ａ上で２つの領域に分かれて存在している。つまり、比較例の結果は、図４Ａの上側、言い換えれば搬送用ガスの吐出速度Ｖ_２が同じでも気体酸素源の吐出速度Ｖ_１が高くなるような領域にのみ存在しており、実施例の結果は、図４Ａの下側、言い換えれば搬送用ガスの吐出速度Ｖ_２が同じでも気体酸素源の吐出速度Ｖ_１が低くなるような領域にのみ存在して、実施例の結果と比較例の結果とが２つの領域に明確に類別されている。

次に、実施例の結果と比較例の結果とを類別する境界線を考える。ここで、上吹酸素ランス３に対する固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度（β）が大きいほど固体酸素源は浴面の外縁側を向き、固体酸素源は火点に供給されにくくなる。また、上吹酸素ランス３に対する気体用ノズル８の取り付け角度（α）が小さいほど、気体酸素源は浴面の中央側に集中して噴射され、固体酸素源が供給される位置から火点を遠ざけることができる。それゆえ、上述した実施例と比較例とを類別する境界線は、固体酸素源供給用ノズル４の取り付け角度（β）から気体用ノズル８の取り付け角度（α）を引いた角度差に対して、線形的な関係を有する可能性が高いと考えられる。

そこで、実施例の結果と比較例の結果とを類別する境界線を、角度差（β−α）に線形な直線であると考えると、式（１）の左辺、つまり「（V₂+1000）/V₁×(β-α)」というパラメータが得られる。なお、このパラメータ中の1000という数字は、気体酸素源の吐出速度に比べて数値的に小さい固体酸素源搬送用ガスの吐出速度に対して、固体酸素源の吐出速度の数値の影響がパラメータ上で無視されないように意図的に加えた補正数値（重み係数）である。

上述した式（１）の左辺、つまり「（V₂+1000）/V₁×(β-α)」をパラメータとして横軸にとって、脱りん処理後のりん濃度との関係をまとめると、図４Ｂに示すような結果が得られる。
図４Ｂの結果を見ると、上述した実施例と比較例の結果は一つの曲線上に並ぶような傾向を示し、パラメータの数値が5.59→20.46と大きくなると、脱りん処理後のりん濃度は0.55mass%→0.012mass%と徐々に低下する傾向が見られる。そこで、脱りん処理後のりん濃度を0.025mass%以下とする境界値を算出すると、パラメータの境界値は式(１)の右辺に示すように「11.69」となる。

以上のことから、上述した「（V₂+1000）/V₁×(β-α)」というパラメータを、11.69以上とすることで、脱りん処理後のりん濃度を0.025mass%以下に保持できると判断される。
なお、式（１）の関係は、気体用ノズル８と固体酸素源供給用ノズル４の角度差が大きいほど、搬送用ガスの吐出速度が気体酸素源の吐出速度に比して大きいほど、スラグＳ中のＦｅＯの濃度を高濃度に維持して、脱りん処理を効率的に促進できることを示していると考えることもできる。

また、式（１）の関係を満足するβではあっても、βが以下の式（３）を満足しない場合は、固体酸素源が溶銑処理容器２の炉壁に衝突して炉壁耐火物が溶損する恐れがあるため好ましくない。

以上述べたように、溶銑の脱りん処理において、上吹酸素ランス３から固体酸素源を供給するに際し、式（１）の関係を満足することで、溶銑脱りん処理の際に、スラグＳ表面あるいはスラグＳ中に固体酸素源を効果的に供給することができ、スラグＳ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、溶銑とスラグＳのりん分配を増加させて脱りん効率を向上させることが可能となる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、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値を採用している。

１溶銑
２溶銑処理容器
３上吹酸素ランス
４固体酸素源供給用ノズル
５羽口
６主系統のガス供給管
７副系統のガス供給管
８気体酸素供給用ノズル
Ｓスラグ

Claims

転炉型の溶銑処理容器内に装入された溶銑に対して、上吹酸素ランスから気体酸素源を吹き込みつつ溶銑の脱りん処理を行うにおいては、
前記上吹酸素ランスに、前記気体酸素源を供給する主系統のガス供給管と、固体酸素源を搬送用ガスと伴に供給すると共に前記主系統のガス供給管とは隔離状態で配備された副系統のガス供給管とを予め設けておき、
前記上吹酸素ランスの中心軸に対して主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルの中心軸が為す角度αと、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルの中心軸が為す角度βが、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して相互に真逆方向に傾くようにしておき、
前記上吹酸素ランスから固体酸素源を供給するに際しては、
前記主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルから吐出される前記気体酸素源の吐出速度Ｖ_１、前記副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルから吐出される前記搬送用ガスの吐出速度Ｖ_２、前記上吹酸素ランスの中心軸に対して主系統のガス供給管に設けられる気体用ノズルの中心軸が為す角度α、及び前記上吹酸素ランスの中心軸に対して副系統のガス供給管に設けられる固体酸素源供給用ノズルの中心軸が為す角度βが、式（１）の関係を満足する
ことを特徴とする溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法。