JP6544531B2 - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑の精錬方法に関し、とくに中間排滓を伴う転炉型容器によって溶銑を精錬する溶銑の精錬方法に関するものである。

製鋼プロセスは、一般的に、ＣａＯ使用量の削減や、スラグ排出量の削減が大きな課題となっている。また、この製鋼プロセスについては、溶銑中に含まれる珪素（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）、燐（Ｐ）、炭素（Ｃ）といった各種の不純物元素を除去するため、溶銑予備処理や脱炭処理が実施される。主に脱燐を目的とした溶銑予備処理および脱炭処理で使用されるＣａＯ量は製鋼プロセスで使用されるＣａＯ量の大部分を占める。そのため、溶銑予備処理および脱炭処理における様々な高効率脱燐技術の開発が広く行われている。

例えば、特許文献１には、溶銑を予備脱燐処理する際に、溶銑中のＳｉを燃焼させる１次吹錬を実施後、低塩基度(ＣａＯ／ＳｉＯ_２)スラグの少なくとも一部を中間排滓し、引き続き溶銑中の燐を精錬除去する２次吹錬を実施する溶銑の精錬方法が提案されている。低塩基度スラグを中間排滓することで、続く２次吹錬での脱燐効率を向上させることが可能となる。

また、特許文献２には、中間排滓率を向上させ、さらに脱燐効率を向上させるため、可燃性ガスおよび酸化性ガスによって形成される火炎を通して粉状の固体酸素源あるいは粉状の精錬剤を投射する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、混銑車での予備脱燐処理や転炉での脱炭吹錬において、同様に燃料ガスおよび燃料燃焼用酸化性ガスによって形成される火炎を通して粉状の固体酸素源あるいは粉状の精錬剤を投射することにより、燃料燃焼熱を溶銑に効率よく着熱させる技術が開示されている。

一方、スラグ発生を伴う製鋼プロセスにおける課題として、スラグ中に分散した粒鉄が、排滓あるいは除滓に伴って排出され、結果として処理前の溶銑量に対して処理後の溶銑量が減少してしまうことが知られている。処理後の溶銑量減少を抑制するためには、スラグ中に分散した粒鉄を排滓・除滓前に速やかに分離し、スラグ中の粒鉄を分離する必要がある。

スラグ中の粒鉄を分離する方法としては、例えば、特許文献４に、排出されたスラグの塩基度を調整し、スラグから粒鉄および燐を分離する方法が開示されている。

また、特許文献５には、吹錬終了直前の底吹きガス流量を１としたとき、吹錬終了後に底吹きガス流量を０．６〜１．６の範囲として０．５〜６分間のリンスを行うことで、スラグ中の粒鉄量を低減する方法が開示されている。

さらに、特許文献６には、吹錬終了後にスラグに対してプラズマエネルギーを供給することでスラグ温度を上昇させて３〜７分のリンスを行うことで、スラグ中の粒鉄量を低減する方法が開示されている。

さらにまた、特許文献７には、中間排滓工程前の脱珪処理時にバーナー機能付きランスによる燃料燃焼熱を１０ＭＪ／ｔ以上とすることで、中間排滓工程で排出するスラグ中の粒鉄の質量比率を低減する方法が開示されている。

特開２０１３−１６７０１５号公報 特開２０１４−１５９６３２号公報 特開２０１３−２０９７３７号公報 特開２０１３−４４０２９号公報 特開２００２−３３８３１３号公報 特開平９−３１５１４号公報 特許第５９５４５５１号明細書

しかしながら、特許文献１には、１次吹錬後のスラグ中粒鉄量の抑制方法に関して言及されていない。また、特許文献２および特許文献３には、粉体を火炎中で加熱して投射することによって、スラグの滓化やフォーミングを促進して、溶銑への熱供給を効率的に行うことが記載されている。しかし、燃料供給速度や粉体供給速度などの操業条件がスラグ温度上昇に及ぼす影響については定量的に検討されておらず、スラグ温度は溶銑温度と同等に取り扱うなどされている。また、粉体を火炎中で加熱して投射する際の操業条件が、スラグ中の粒鉄含有量に及ぼす影響も不明であり、適正な操業条件を求めるためには問題があった。

また、特許文献４の方法では、一旦排出されたスラグから粒鉄を回収することになる。そのため、再び鉄源として活用するためには、輸送や溶解のための熱補償などにコストがかかる問題があった。

さらに、特許文献５の方法では、底吹きガス流量を吹錬中と同等に高める必要があり、底吹き羽口の損耗を助長することが懸念される。また、精錬時間の延長を招くことから、予備処理を実施可能な総溶銑量が減少してしまう問題があった。

さらにまた、特許文献６の方法では、プラズマエネルギーを供給するためのプラズマ発生装置(トーチ)が精錬用のランスとは別に必要となる。そのため、特許文献６の方法では、設備コストが大きくなるうえに、３〜７分間と長時間リンスを継続しなければならず、処理時間の延長に繋がるため、効率的でない問題があった。

また、特許文献７の方法では、スラグ中粒鉄量を減少させるためのバーナー機能付きランスの燃料の発熱量原単位の条件が示されている。しかし、燃料燃焼熱の着熱効率やスラグ温度に影響すると考えられる底吹きガス流量（スラグ撹拌状況）、粉体投射速度との関連については検討されていない。そのため、特許文献７の方法は、スラグ中粒鉄量を減少させるための条件としては必ずしも適当なものではなかった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、中間排滓を伴う溶銑の精錬方法において、１次吹錬中に燃料ガスと燃料燃焼用酸化性ガスによりランス先端部に火炎を形成可能な上吹きランスを用いて、１次吹錬後のスラグから粒鉄を効率よく分離し、処理後の溶銑の減少を最大限抑制することができる溶銑の精錬方法を提暗することにある。

前述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、１次吹錬において燃料ガス、酸化性ガスおよび粉状精錬剤を供給可能なランスを用いて、ランス先端下方に火炎を形成し、火炎を通して粉状精錬剤を溶銑浴面に供給するとき、燃料ガス流量、粉状精錬剤供給速度、底吹き攪拌動力密度を特定の関係に調整することにより、スラグ温度を上昇させ、中間排滓前にスラグとスラグ中粒鉄の分離を促進して処理後の溶銑量減少を抑制できることを突き止めて、本発明を開発した。

本発明は、転炉型容器に収容された溶銑に上吹きランスを介して酸化性ガスおよび石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤を供給し、溶銑を予備処理とする１次吹錬を行ない、次いで、前記転炉型容器内に前記溶銑を保持したまま前記１次吹錬で生成したスラグの少なくとも一部を排出する中間排滓の処理を行ない、引き続き、前記転炉型容器内に残留させた溶銑に石灰系媒溶剤を添加すると共に酸化性ガスを吹精する２次吹錬を行なうにあたり、前記１次吹錬を行なう際に、前記上吹きランスから燃料ガスおよび燃料燃焼用酸化性ガスを供給して前記上吹きランス先端部から火炎を形成させると共に、前記粉状精錬剤を前記火炎を通過させて供給する溶銑の精錬方法において、
前記燃料ガスの低位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ^３）と溶銑１ｔあたりの燃料ガス流量（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））との積をＱ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、溶銑１ｔあたりの粉状精錬剤の供給速度をＳ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、前記転炉型容器に収容された溶銑の底吹き撹拌ガスによる撹拌動力密度をε（ｋＷ／ｔ）とするとき、下記式（１）式を満たすように前記１次吹錬を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。

ここで、Ａは燃料燃焼熱のスラグおよび溶銑への着熱効率を示す指標であり、Ａ＝０．２＋０．７×（Ｓ／Ｑ）で示され、Ａの値が０．９を超える場合、Ａ＝０．９とする。
また、撹拌動力密度ε（ｋＷ／ｔ）は下記式（２）式で算出する。

ここで、Ｖ_ｇ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）は底吹き撹拌ガス流量、Ｔ_ｇ（Ｋ）は底吹き撹拌ガスの温度、Ｔ_Ｍ（Ｋ）は処理中の平均溶銑温度、Ｗ_Ｍ（ｔ）は前記転炉型容器に装入された溶銑重量およびスクラップ重量の和、ｈ_０（ｍ）は前記転炉型容器内の溶銑深さ、Ｐ（Ｐａ）は雰囲気圧力である。

なお、前記のように構成される本発明に係る溶銑の精錬方法においては、
（１） 前記Ａ、Ｑおよびεの関係が、下記式（３）式を満たすように前記１次吹錬を行うこと、

がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

上述のように構成した本発明方法によれば、１次吹錬の処理において、上吹きランスから粉状精錬剤を供給する際、これを燃料ガスおよび酸化性ガスにより形成される火炎中を通して供給し、粉状精錬剤供給速度、燃料ガス流量、および底吹き攪拌動力密度のうちいずれか一つ以上を調整してスラグ温度を上昇させることにより、スラグとスラグ中粒鉄の分離を促進させ、そのことにより、処理後の溶銑の減少を抑制することが可能となる。

本発明を実施する際に用いる転炉設備の１例を示す概略断面図である。 図１に示す上吹きランスの先端部分を拡大して示す概略縦断面図である。 燃料として都市ガスを使用した場合におけるＡ×Ｑ／εと処理後溶銑重量減少量との関係を示すグラフである。 燃料としてプロパンガスを使用した場合におけるＡ×Ｑ／εと処理後溶銑重量減少量との関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本発明の実施に当たっては、転炉型容器として図１に示すような転炉、とくに上底吹き転炉を用いることが好ましい。以下、本発明を実施する際に用いる上底吹き転炉の１例を図１示す。図２は、図１に示す上吹きランス５の先端部分を拡大して示す部分縦断面図である。ここで示す例は６重管ランスである。

図１に示すように、本発明において脱珪処理または脱燐処理に用いる上底吹き転炉（以下単に「転炉」とも言う）１は、その外殻が鉄皮２で構成され、この鉄皮２の内側には耐火物３が施工された炉本体４と、この炉本体４の内部に上から挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス５とを備えている。炉本体４の上部には、脱珪処理または脱燐処理の終了後の溶銑６を出湯するための出湯口７が設けられでおり、また、炉本体４の炉底部には、攪拌用ガス８を吹き込むための複数の底吹き羽口９が設けられている。この底吹き羽口９はガス導入管１０と接続されている。

上吹きランス５は、窒素ガス、Ａｒガスなどの搬送用ガスとともに、石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤１１を供給するための粉状精錬剤供給管１２と、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガス、都市ガスなどのガス燃料を供給するための燃料ガス供給管１３と、供給した燃料ガスを燃焼するための酸素ガス、空気などの燃料燃焼用酸化性ガスを供給するための燃料燃焼用酸化性ガス供給管１４と、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを供給するための精錬用酸化性ガス供給管１５と、上吹きランス５を冷却するための冷却水を供給・排出するための冷却水給水管及び排水管とを有する同心多重管構造となっている。図１では、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスを酸素ガスとした例を示している。

なお、燃料ガス供給管１３に供給する燃料ガスに代えて、重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料を使用することも可能であるが、流路出口のノズルなどで目詰まりを起こすおそれがあるので、本発明では燃料ガス（気体燃料）を使用する。気体燃料であれば、ノズルなどの目詰まりを防止できるだけでなく、供給速度の調整が容易である、或いは着火しやすいので失火を防止できるなどの利点がある。

粉状精錬剤供給管１２は、その他端が粉状精錬剤１１を収容したディスペンサー１６に接続されており、そのディスペンサー１６は、粉状精錬剤搬送用ガス供給管１７に接続されている。粉状精錬剤搬送用ガス供給管１７を通ってディスペンサー１６に供給される不活性ガスは、ディスペンサー１６間に収容された粉状精錬剤１１の搬送用ガスであって、ディスペンサー１６に収容された粉状精錬剤１１を粉状精錬剤供給管１２を通じて上吹きランス５に供給することにより、その先端から溶銑６に向けて吹き付けることができるようになっている。

上吹きランス５の１例として図２は、同心６重管構造の上吹きランスの例である。この上吹きランス５は、円筒状のランス本体１８と、このランス本体１８の下端に溶接などにより接続された銅鋳物製のランスチップ１９とで構成されているものである。ランス本体１８は、最内管２０、内管２１、中管２２、外管２３、仕切り管２４、最外管２５の同心円形状の６種の鋼管、即ち６重の同心多重管で構成される構造となっている。このような構造を有する上吹きランス５は、粉状精錬剤供給管１２が最内管２０に連通しており、燃料ガス供給管１３が内管２１に連通し、燃料燃焼用酸化性ガス供給管１４は中管２２に連通し、精錬用酸化性ガス供給管１５が外管２３に連通しており、そして、冷却水給水管及び排水管が、それぞれ仕切り管２４または最外管２５と連通している。従って、粉状精錬剤１１は、搬送用ガスとともに最内管２０の内部を通り、プロパンガスや都市ガスなどの燃料ガスは、最内管２０と内管２１との間隙を通り、燃料燃焼用酸化性ガスは、内管２１と中管２２との間隙を通り、精錬用酸化性ガスは、中管２２と外管２３との間隙を通る構造となっている。なお、外管２３と仕切り管２４との間隙及び仕切り管２４と最外管２５との間隙は、冷却水の給水流路または排水流路となっており、その外管２３と仕切り管２４との間隙及び仕切り管２４と最外管２５との間隙のうちの一方が給水流路で、他方が排水流路である。ただし、どちらを給水流路としても構わない。冷却水は、ランスチップ１９の位置で反転するように構成されている。

最内管２０の内部は、ランスチップ１９のほぼ軸心位置に配置された粉状精錬剤噴射孔２６と連通し、最内管２０と内管２１との間隙は、粉状精錬剤噴射孔２６の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃料ガス噴射孔２７と連通し、内管２１と中管２２との間隙は、燃料ガス噴射孔２７の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８と連通し、そして、中管２２と外管２３との間隙は、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８の周辺に複数個設置された精錬用酸化性ガス噴射孔２９と連通している。粉状精錬剤噴射孔２６は、粉状精錬剤１１を搬送用ガスとともに吹き付けるためのノズル、燃料ガス噴射孔２７は、燃料ガスを噴射するためのノズル、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８は、燃料ガスを燃焼する酸化性ガスを噴射するためのノズル、精錬用酸化性ガス噴射孔２９は、精錬用酸化性ガスを吹き付けるためのノズルである。

つまり、最内管２０の内部が粉状精錬剤供給流路となり、最内管２０と内管２１との間隙が燃料ガス供給流路となり、内管２１と中管２２との間隙が燃焼用酸化性ガス供給流路となり、中管２２と外管２３との間隙が精錬用酸化性ガス供給流路となっている。尚、図２において、粉状精錬剤噴射孔２６はストレート形状のノズルで、精錬用酸化性ガス噴射孔２９は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されるラバールノズルの形状を採っているが、粉状精錬剤噴射孔２６も、ラバールノズル形状としても構わない。燃料ガス噴射孔２７及び燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８は円環のスリット状に開口するストレート型のノズル、または断面が円形のストレート形状のノズルである。ラバールノズルにおいて、縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体の境界である最も断面が狭い位置をスロートと呼んでいる。

以下、上述した上吹きランス５を備える転炉１を用いて、脱珪処理あるいは脱燐処理を主として実施する溶銑予備処理について説明する。

先ず、炉本体４の内部へ冷鉄源を装入する。使用する冷鉄源としては、製鉄所で発生する鋳片及び鋼板のクロップ屑や市中屑などの鉄スクラップ、磁力選別によってスラグから回収した地金、更には、冷銑、還元鉄などを使用することができる。冷鉄源の配合比率は、装入する全鉄源に対して４．０質量％以上、望ましくは５．０質量％以上とすることが好ましい（冷鉄源の配合比率(質量％)＝冷鉄源配合量×１００／(溶銑配合量＋冷鉄源配合量)）。冷鉄源の配合比率が４．０質量％未満では、生産性向上の効果が少ないのみならず、ＣＯ_２発生量の削減効果が少ないからである。冷鉄源の配合比率の上限は特に決める必要はなく、脱珪処理後あるいは脱燐処理後の鉄浴温度が目標範囲を維持できる上限まで添加することができる。冷鉄源の装入完了に前後して、底吹き羽口９から攪拌用ガス８の吹き込みを開始する。

冷鉄源の炉本体４内に装入後、溶銑６を炉本体４へ装入する。溶銑６としては、例えば、脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていてもよい。因みに、脱燐処理前の溶銑６の主な化学成分は、Ｃ：３．８〜５．０質量％、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｐ：０．０８〜０．２質量％、Ｓ：０．０５質量％以下程度である。また、溶銑温度は１２００〜１４００℃の範囲であれば問題なく脱燐処理あるいは脱珪処理することができる。

次いで、前記上吹きランス５の精錬用酸化性ガス噴射孔２９から、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを溶銑６の浴面に向けて吹き付けるとともに、ディスペンサー１６に搬送用ガスとして不活性ガスを供給し、粉状精錬剤１１を、上吹きランス５の粉状精錬剤噴射孔２６から搬送用ガスとともに溶銑６の浴面に向けて吹き付ける。この粉状精錬剤１１の吹き付けに前後して、上吹きランス５の燃料ガス噴射孔２７から燃料ガスを噴射させるとともに燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８から酸素ガスなどの燃料燃焼用酸化性ガスを噴射させ、上吹きランス５の下方に火炎を発生させる。

以上の方法で溶銑の精錬を行うバーナー型上吹きランス５は、燃料ガスが燃焼して形成させる火炎中に酸化鉄や石灰系媒溶剤、可燃性物質などを供給することによって、火炎の熱が効率良く伝達され、これにより溶銑への着熱効率の向上が可能であることが知られている（例えば、特許文献６）。

次に、本発明の一実施形態に係る溶銑の精錬方法の概要について示す。１次吹錬では、脱珪あるいは脱珪および脱燐を目的として、酸素含有ガスや鉄鉱石、スケールといった固体酸素源を溶銑６の浴面に供給する。溶銑中の珪素の燃焼により生成するＳｉＯ_２量や添加される副原料中のＳｉＯ_２量に応じて１次吹錬のスラグ塩基度を調整するため、ＣａＯを主体とする精錬剤を添加する。その精錬剤として具体的には、塊状の生石灰、石灰石、脱炭炉滓、取鍋滓などを使用することができる。１次吹錬のスラグ塩基度としては、０．５〜２．５の範囲が適している。この範囲を外れる場合、スラグの粘性が高くなり、１次吹錬後の中間排滓における排滓量が減少してしまい、２次吹錬での脱燐効率が悪化してしまう。

本発明では、投入すべき精錬剤の一部または全部を、粉状精錬剤１１として上吹きランス５の下方に形成される火炎を通して加熱しながら供給する。実施例に示す通り、低位発熱量Ｑ_Ｌ（ＭＪ／Ｎｍ^３）が異なる燃料ガス種、溶銑１ｔあたりの燃料ガス流量Ｆ（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））、溶銑１ｔあたりの粉状精錬剤１１の供給速度Ｓ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））、撹拌用ガス８の流量Ｖ_ｇ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）を変化させて１次吹錬を実施したところ、バーナーランスによる溶銑およびスラグへの熱供給速度Ａ×Ｑ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））と撹拌用ガス８による攪拌動力密度ε（ＫＷ／ｔ）との比Ａ×Ｑ／ε（ＭＪ／（ｋＷ・ｍｉｎ））に応じて、処理前の鉄スクラップ中鉄分重量と装入した溶銑重量の和に対する処理後の溶銑重量の減少量が変化し、Ａ×Ｑ／εを適正な範囲に調整することにより、処理後の溶銑重量Ｗ_Ｅ（ｔ）の減少を抑制することが可能であることがわかった。

ここで、溶銑１ｔあたりの燃料ガスおよび粉状精錬剤の供給速度は、転炉型容器に収容された溶銑１ｔあたりの値であり、転炉型容器に装入された溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの値として算出される値を意味する。また、バーナーランスの熱供給速度Ａ×Ｑ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））は以下の式で定義され、
Ａ＝０．２＋０．７×Ｓ／Ｑ （無次元）
Ｑ＝Ｑ_Ｌ×Ｆ （ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））
攪拌動力密度ε（ｋＷ／ｔ）は以下の式（２）式で定義される。

但し、Ａは燃料燃焼熱のスラグおよび溶銑への着熱効率を近似して表わす指標であり、０．９を上限とする。ここで、Ａは燃料燃焼熱に対する、スラグおよび溶銑の温度上昇に寄与した熱量の比率を示しており、０．９が上限となるのは、燃料燃焼熱のうち室温２０℃で供給される燃料ガスおよび燃料ガスを完全燃焼させるために供給する酸素ガスが１３００℃に昇温され排出されるためのガス温度上昇に寄与する分、即ち燃焼ガスの溶銑温度までの顕熱分に対応する比率を１から差し引かれた値が着熱効率の上限となるためである。また、Ｔ_ｇ（Ｋ）は底吹き撹拌ガスの温度、Ｔ_Ｍ（Ｋ）は処理中の平均溶銑温度、Ｗ_Ｍ（ｔ）は前記転炉型容器に装入された溶銑重量およびスクラップ重量の和、ｈ_０（ｍ）は前記転炉型容器内の溶銑深さ、Ｐ（Ｐａ）は雰囲気圧力である。なお、ここでの低位発熱量Ｑ_Ｌ（ＭＪ／Ｎｍ^３）とは、２５℃、１気圧を基準とした燃料ガスの標準燃焼熱から、燃料ガス中の水素や元来含まれる水分から生じる水蒸気の蒸発潜熱分を差し引いた値であり、実用上粉状精錬剤の加熱に利用可能な熱量に相当する。

ここで、上述のＡ×Ｑ／εが０．９より小さい場合、バーナーランスの熱供給速度に対して攪拌動力密度が大きすぎるため、スラグ温度の上昇が小さく、１次吹錬スラグと１次吹錬スラグ中の粒鉄の分離が促進されず、処理後の溶銑重量Ｗ_Ｅ（ｔ）の減少を抑制することができない。また、粉状精錬剤１１がスラグまたは溶銑に到達する時点の温度が低く滓化促進効果が小さいため、脱燐効率向上効果が得られないと考えられる。一方、Ａ×Ｑ／εが２．５より大きい場合、バーナーランスの熱供給速度に対して攪拌動力密度が小さいため、スラグ温度の上昇が過剰に大きくなり、耐火物損耗速度の増大が顕著となってしまう。よって、耐火物損耗速度の増大を回避しながら処理後の溶銑重量Ｗ_Ｅ（ｔ）の減少を抑制するためには、Ａ×Ｑ／εを０．９以上２．５以下とする。また、処理後の溶銑重量Ｗ_Ｅ（ｔ）の減少をより抑制するためには、Ａ×Ｑ／εを１．２５以上２．５以下とすることが好ましい。

１次吹錬後は、速やかに中間排滓工程を実施する。処理時間に余裕がある場合は、１次吹錬後、中間排滓を実施する前に１次吹錬スラグからスラグ中粒鉄を沈降分離させるための時間を取ると、処理後の溶銑重量Ｗ_Ｅ（ｔ）の減少をより抑制することができる。

中間排滓終了後は、転炉内に残留させた１次吹錬後の溶銑６に石灰系媒溶剤及び酸素源を供給して、２次吹錬を実施する。２次吹錬において、炉内のスラグの塩基度は１．５〜４．０の範囲に調整する。この２次吹錬において使用する酸素源は、１次吹錬と同様に、上吹きランス５からの気体酸素源を主体とするが、一部固体酸素源を使用しても構わない。２次吹錬で使用する石灰系媒溶剤としては、生石灰や炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、ＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナ、酸化チタンなどの他の成分を含有するものも、脱燐処理時のＣａＯ系媒溶剤として使用することができる。フッ素、アルミナ、酸化チタンはＣａＯの滓化促進剤として機能し、脱燐反応が促進される。これらの中でもスラグ粘度を低減させる観点から酸化チタンの添加が好ましい。石灰系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス５を介するなどして投入することができる。

２次吹錬が進行し溶銑中の成分濃度が所定の値に低下したなら、２次吹錬を終了し、転炉を出湯口７が設置された側に傾転させて転炉内の溶銑６を、出湯口７を介して溶銑保持容器（図示せず）に出湯する。この出湯工程後、炉内の２次吹錬スラグを排出せずに、転炉内に鉄スクラップ及び溶銑６を装入し、次チャージの１次吹錬を開始してもよい。

＜実施例１＞
図１に示した上底吹き転炉および図２に示した構造の上吹きランスを使用し、溶銑量３００ｔを装入し、１次吹錬では４分間の脱珪処理を行い、中間排滓を実施後、２次吹錬では脱燐処理を行い、２次吹錬スラグは全量次チャージに持ち越した。３０チャージの連続処理において、１次吹錬の試験水準を変更して処理を行ったが、１チャージ目については、１次吹錬では炉内に残留スラグがない状態で処理を開始している。なお、使用した溶銑はＣ：４．５質量％、Ｓｉ：０．５質量％、温度１３２０℃にあらかじめ調整したものを使用した。

１次吹錬で脱炭炉滓を用いてスラグ塩基度調整を行ったが、一部を、粉状の脱炭炉滓として４分間の脱珪処理終了時に所定量を投射完了するように投射速度を調整して、上吹きランス５の下方に形成される火炎を通して投射した。使用した脱炭炉滓の成分は、塊状、粉状ともＣａＯ：４０質量％、ＳｉＯ_２：１０質量％である。燃料ガスとして都市ガス(低位発熱量Ｑ_Ｌ＝４１．３ＭＪ／Ｎｍ^３)を使用し、燃料燃焼用の酸化性ガスとして工業用純酸素ガスを、燃料ガスを完全燃焼させるのに必要な化学当量分の供給速度で供給した。なお、粉状転炉滓の平均粒径は１００μｍである。１次吹錬の処理後溶銑温度が１３２０℃となるようにスケールを投入して溶銑の温度調整を行った。１次吹錬終了後、速やかに中間排滓を実施し、２次吹錬では塊石灰を１．５ｔ投入して吹錬を行い、２次吹錬の処理後溶銑温度が１３６０℃となるようにスケールを投入して溶銑の温度調整を行った。以下の表１に各試験水準における吹錬条件を示す。精錬用酸化性ガスとしては、工業用純酸素ガスを使用し、１次吹錬および２次吹錬における精錬用酸化性ガスの供給条件は、表１の各試験水準で同一とした。

表１において、水準１〜１５は、底吹きガス流量２０Ｎｍ^３／ｍｉｎで粉状脱炭炉滓の供給速度Ｓ（ｋｇ／ｍｉｎ）および都市ガス流量Ｆ（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））を調整した際の２次吹錬終了後(処理後)の溶銑重量の減少量および炉内の地金付着状況の変化を示す。水準１６〜３０は、底吹きガス流量８０Ｎｍ^３／ｍｉｎで粉状脱炭炉滓の供給速度Ｓ（ｋｇ／ｍｉｎ）および都市ガス流量Ｆ（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））を調整した際の２次吹錬終了後(処理後)の溶銑重量の減少量および炉内の地金付着状況の変化を示す。なお、ｈ_０＝２．０（ｍ）、Ｐ＝１０１３５０（Ｐａ）、Ｔ_ｇ＝２９８（Ｋ）として攪拌動力密度を算出している。

図３に、スラグ温度上昇の指標であるＡ×Ｑ／εと処理後の溶銑重量減少量との関係を示す。図３からわかるように、比較例１〜３および８〜２１では、Ａ×Ｑ／εの値が０．９を下回っており、処理後の溶銑重量減少量が大きい。また、比較例４〜７では、Ａ×Ｑ／εの値が２．５を上回っており、溶銑重量減少量が急激に低下していることからもわかるように、炉内の地金が急激に溶解する現象が確認された。このような条件での操業を継続することは、耐火物損耗を助長する可能性があり、好ましくない。一方、本発明例１〜９では、Ａ×Ｑ／εの値を０．９〜２．５に制御することで、耐火物損耗を助長する懸念なく、処理後の溶銑重量減少を抑制することができている。

＜実施例２＞
図１に示した構造の上底吹き小型試験転炉および図２に示した構造の上吹きランスを使用し、溶銑量２．５ｔを装入し、１次吹錬では４分間の脱珪処理を行い、中間排滓を実施後、２次吹錬では脱燐処理を行い、２次吹錬スラグは全量次チャージに持ち越した。３０チャージの連続処理において、１次吹錬の試験水準を変更して処理を行ったが、１チャージ目については、１次吹錬では炉内に残留スラグがない状態で処理を開始している。なお、使用した溶銑はＣ：４．５質量％、Ｓｉ：０．５質量％、温度１３２０℃にあらかじめ調整したものを使用した。

１次吹錬で脱炭炉滓を用いてスラグ塩基度調整を行ったが、一部を、粉状の脱炭炉滓として４分間の脱珪処理終了時に所定量を投射完了するように投射速度を調整して、上吹きランス５の下方に形成される火炎を通して投射した。使用した脱炭炉滓の成分は、塊状、粉状ともＣａＯ：４０質量％、ＳｉＯ_２：１０質量％である。燃料ガスとしてプロパンガス(低位発熱量Ｑ_Ｌ＝９１．２ＭＪ／Ｎｍ^３)を使用し、燃料燃焼用の酸化性ガスとして工業用純酸素ガスを、燃料ガスを完全燃焼させるのに必要な化学当量分の供給速度で供給した。なお、粉状転炉滓の平均粒径は１００μｍである。１次吹錬の処理後溶銑温度が１３２０℃となるようにスケールを投入して溶銑の温度調整を行った。１次吹錬終了後、速やかに中間排滓を実施し、２次吹錬では塊石灰を１２．５ｋｇ投入して吹錬を行い、２次吹錬の処理後溶銑温度が１３６０℃となるようにスケールを投入して溶銑の温度調整を行った。以下の表１に各試験水準における吹錬条件を示す。また、耐火物影響を調査するため、１次吹錬、２次吹錬とも２０ｍｍ角の耐火物試験片（ＭｇＯ−１０％Ｃ）をスラグ中に浸漬させ、損耗速度を評価した。以下の表２に各水準における吹錬条件を示す。精錬用酸化性ガスとしては、工業用純酸素ガスを使用し、１次吹錬および２次吹錬における精錬用酸化性ガスの供給条件は、表２の各試験水準で同一とした。

表２において、水準３１〜４５は、底吹きガス流量０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎで粉状脱炭炉滓の供給速度Ｓ（ｋｇ／ｍｉｎ）および都市ガス流量Ｆ（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））を調整した際の２次吹錬終了後(処理後)の溶銑重量の減少量および耐火物試験片の平均溶損量を示す。水準４６〜６０は、底吹きガス流量１．０Ｎｍ^３／ｍｉｎで粉状脱炭炉滓の供給速度Ｓ（ｋｇ／ｍｉｎ）および都市ガス流量Ｆ（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））を調整した際の２次吹錬終了後(処理後)の溶銑重量の減少量および耐火物試験片の平均溶損量を示す。なお、ｈ_０＝０．４（ｍ）、Ｐ＝１０１３５０（Ｐａ）、Ｔ_ｇ＝２９８（Ｋ）として攪拌動力密度を算出している。

図４に、スラグ温度上昇の指標であるＡ×Ｑ／εと処理後の溶銑重量減少量との関係を示す。図４からわかるように、比較例２２、２３および２７〜３８では、Ａ×Ｑ／εの値が０．９を下回っており、処理後の溶銑重量減少量が大きい。比較例２４〜２６では、Ａ×Ｑ／εの値が２．５を上回っており、耐火物損耗速度が増大しており、このような条件での操業を継続することは好ましくない。また、溶銑重量減少量の抑制効果も頭打ちとなっており、これはスラグ中の粒鉄分離が完了していたためと考えられる。一方、本発明例１０〜２２では、Ａ×Ｑ／εの値を０．９〜２．５に制御することで、耐火物損耗を助長する懸念なく、処理後の溶銑重量減少を抑制することができている。

１ 上底吹き転炉
２ 鉄皮
３ 耐火物
４ 炉本体
５ 上吹きランス
６ 溶銑
７ 出湯口
８ 撹拌用ガス
９ 底吹き羽口
１０ ガス導入管
１１ 粉状精錬剤
１２ 粉状精錬剤供給管
１３ 燃料ガス供給管
１４ 燃料燃焼用酸化性ガス供給管
１５ 精錬用酸化性ガス供給管
１６ ディスペンサー
１７ 粉状精錬剤搬送用ガス供給管
１８ ランス本体
１９ ランスチップ
２０ 最内管
２１ 内管
２２ 中管
２３ 外管
２４ 仕切り管
２５ 最外管
２６ 粉状精錬剤噴射孔
２７ 燃料ガス噴射孔
２８ 燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔
２９ 精錬用酸化性ガス噴射孔

Claims (2)

1. 転炉型容器に収容された溶銑に上吹きランスを介して酸化性ガスおよび石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤を供給し、溶銑を予備処理する１次吹錬を行ない、次いで、前記転炉型容器内に前記溶銑を保持したまま前記１次吹錬で生成したスラグの少なくとも一部を排出する中間排滓の処理を行ない、引き続き、前記転炉型容器内に残留させた溶銑に石灰系媒溶剤を添加すると共に酸化性ガスを吹精する２次吹錬を行なうにあたり、前記１次吹錬を行なう際に、前記上吹きランスから燃料ガスおよび燃料燃焼用酸化性ガスを供給して前記上吹きランス先端部から火炎を形成させると共に、前記粉状精錬剤を前記火炎を通過させて供給する溶銑の精錬方法において、
   前記燃料ガスの低位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ^３）と溶銑１ｔあたりの燃料ガス流量（Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ））との積をＱ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、溶銑１ｔあたりの前記粉状精錬剤の供給速度をＳ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、前記転炉型容器に収容された溶銑の底吹き撹拌ガスによる撹拌動力密度をε（ｋＷ／ｔ）とするとき、下記式（１）式を満たすように前記１次吹錬を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。
   

   

   ここで、Ａは燃料燃焼熱のスラグおよび溶銑への着熱効率を示す指標であり、Ａ＝０．２＋０．７×（Ｓ／Ｑ）で示され、Ａの値が０．９を超える場合、Ａ＝０．９とする。
   また、撹拌動力密度ε（ｋＷ／ｔ）は下記式（２）式で算出する。
   

   

   ここで、Ｖ_ｇ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）は底吹き撹拌ガス流量、Ｔ_ｇ（Ｋ）は底吹き撹拌ガスの温度、Ｔ_Ｍ（Ｋ）は処理中の平均溶銑温度、Ｗ_Ｍ（ｔ）は前記転炉型容器に装入された溶銑重量およびスクラップ重量の和、ｈ_０（ｍ）は前記転炉型容器内の溶銑深さ、Ｐ（Ｐａ）は雰囲気圧力である。
2. 前記Ａ、Ｑおよびεの関係が、下記式（３）式を満たすように前記１次吹錬を行うことを特徴とする請求項１に記載の溶銑の精錬方法。
   

   

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