JP6658049B2

JP6658049B2 - 溶銑の脱珪処理方法

Info

Publication number: JP6658049B2
Application number: JP2016026236A
Authority: JP
Inventors: 泰明草田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: JP2017145435A

Description

本発明は、溶銑の脱珪処理方法に関する。

鉄鋼の精錬工程では品質要求の高度化やトータルコストの削減を目的に、転炉での精錬負荷軽減のため、その前工程で溶銑予備処理を行っている。この溶銑予備処理は各種反応容器（トーピードカー、溶銑鍋等）内で行い、このうち脱珪処理は酸化剤（酸素ガス、固体酸化物等）や精錬剤（石灰、スラグ等）を投入し、精錬している。投入した酸化剤の一部は溶銑中のＣと反応してＣＯガスが発生し、ＣＯガス気泡によってスラグがフォーミングして反応容器から流出する場合がある。スラグ流出により周辺設備の溶損などの操業トラブルやスラグに含まれる鉄分ロスによる歩留悪化などが発生する。そこで脱珪処理時のスラグフォーミングを抑制する次のような技術が提案されている。

特許文献１には、トーピードカー等の容器内で溶銑脱珪処理を行う際、ＣａＯを３０〜４０％、ＣａＦ₂ を３〜１０％、ミルスケール等の酸化剤を５０〜６５％に配合し処理中のスラグ組成をＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＞１、（Ｔ・Ｆｅ％）＜１０％とし、さらに酸素供給速度を低下させ、ＣＯガス発生速度を最低にさせる操業条件とすることにより処理中の温度低下と共に脱燐反応を同時に進行させてスロッピングの抑制を可能とすることを特徴とする溶銑の予備処理方法の記載がある。
特許文献２には、溶銑を固体脱珪剤のみで脱珪処理する方法であって、酸化鉄含有物質と溶銑予備処理で発生する集塵ダストを混合した脱珪剤を溶銑に投入し、脱珪スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ_２］が０．６〜１．２になるように処理することを特徴とする溶銑の処理方法の記載がある。

特開平５−５１１５号公報特開２００４−２１８０２６号公報

ISIJ Internationai Vol 40(2000), No4, P348-355

近年、混銑車で脱珪処理した溶銑を転炉に入れて脱燐、脱硫の予備処理を行う際に、スクラップを装入する場合がある。その際にはスクラップ溶解に必要な熱源を確保すべく、気体酸素と固体酸化物をともに用いて、脱珪処理での溶銑温度の降下を抑制することが多い。したがって、脱珪剤としては、特定の固体酸素に限定することなく、気体酸素も望ましい。
また、余分なスラグの発生量を抑えるため、副原料としてのＣａＯの投入量もできるだけ少ないことが求められる。
そして、脱珪処理時のスラグフォーミングは、スラグの特性の他に、脱珪剤による送酸速度が関係すると考えられ、これらの要素を総合的に検討しなければならない。

特許文献１に記載の発明は、高塩基度とするために脱珪剤中のＣａＯ量が多くなり、スラグ発生量が多くなるという問題がある。
特許文献２に記載の発明は、脱珪剤が、酸化鉄含有物質と溶銑予備処理で発生する集塵ダストを混合した物に限定し、脱珪スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ_２］が０．６〜１．２になるように処理することを規定したものである。そして、フォーミングに及ぼす送酸速度の関係については、何ら検討されていない。

送酸速度に応じて脱Ｃ反応によるガス発生量が変化するため、それに対応して副原料の投入量を調整して所定のスラグ塩基度とすることで、副原料の投入量を必要最小限として、スラグフォーミングを発生させることなく溶銑の脱珪処理を行うことができると考えられる。

本発明の目的は、スラグフォーミングの発生が少ない溶銑の脱珪処理方法の提供である。

本発明の要旨は以下の通りである。
＜１＞混銑車内の溶銑に、酸化剤を吹き込み、副原料としてＣａＯ含有物を投入する脱珪処理方法において、
酸化剤の送酸速度と脱珪処理後のスラグの塩基度が下記式（１）を満たし、
前記酸化剤の送酸速度が、０．１０Ｎｍ ^３ /ｔ/ｍｉｎ以上０．３５Ｎｍ ^３ /ｔ/ｍｉｎ以下であることを特徴とする溶銑の脱珪処理方法。
１．０＞塩基度（Ｃ/Ｓ）≧１．２×送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）＋０．５５
・・・・・・・（１）
＜２＞前記酸化剤が、気体酸素又は固体酸化物の少なくともいずれかであることを特徴とする＜１＞に記載の溶銑の脱珪処理方法。
＜３＞前記脱珪処理後の溶銑温度が、１３５０℃以上であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の溶銑の脱珪処理方法。
＜４＞前記酸化剤の送酸速度が、０．１０Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ以上０．３５Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ以下であることを特徴とする＜１＞乃至＜３＞のいずれか一つに記載の溶銑の脱珪処理方法。

本発明によれば、脱珪量と処理時間から決まる送酸速度に応じて副原料の投入量を調整することで、スラグフォーミングの発生が少ない溶銑の脱珪処理を実施することができる。

スラグ塩基度が１．０以下で、スラグフォーミングが発生する領域を示す図。

（スラグフォーミングが発生する要因）
スラグフォーミングが発生する要因について、下記の式（２）、式（３）が報告されている（非特許文献１）。

[数式１]

[数式２]

Hf：フォーミング高さ(m)，Qg：ガス発生速度(m^３s)，A：転炉断面積(m²)，
μ：粘度(Pa・s)，σ：表面張力(N/m)，ρ：密度(kg/m^３)，
Db：気泡径(m)，Σ：泡寿命,foaming index(s)

式（２）は、スラグフォーミング高さ（Ｈｆ）をあらわす式である。式（３）のΣは、スラグ中にCOガスなどの気泡が留まる時間すなわち泡寿命（foaming index(s)）を示している。
この泡寿命Σは、スラグ粘度と相関があり（式（３））、スラグ粘度が小さくなれば、淡寿命は短くなりフォーミングしにくくなる。スラグ粘度は塩基度などのスラグ組成に依存しており、塩基度が高くなるほどスラグ粘度は小さくなる。そして、式（２）よりスラグフォーミングはＣＯガス発生速度と相関があり、これは供給される気体酸素および固体酸化物からなる総送酸速度に依存している。
以上より、スラグフォーミング（Ｈｆ）は、送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）と脱珪後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）に依存する。

（脱珪後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）の上限について）
式（１）、式（２）より、脱珪後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が高ければ、Ｈｆ：フォーミング高さ(m)は小さくなり、フォーミングを抑制することができる。しかし、脱珪後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が１．０以上になれば、脱珪剤中のＣａＯ量が多くなりなり、スラグ発生量が多くなる。また、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が大きいと、スラグ粘性が大きく、脱珪後のスラグ排滓が困難となる。
そこで、本発明は、脱珪後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）は１．０未満とした。

（送酸速度について）
本発明者は、脱珪により生成されるスラグと送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）を変更して、スラグフォーミングの発生を調査した。
図１は、スラグ塩基度が１．０以下で、スラグフォーミングが発生する領域を示す図である。
送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）とは、気体酸素および固体酸素の少なくともいずれかを溶銑に吹き込んだ場合の、単位時間当たりに吹き込む気体酸素と固体酸化物の酸素分の和として算出したものである。気体酸素とは酸素ガスであり、固体酸素とは、固体酸化物に含まれている酸素である。固体酸化物としては鉄鉱石の微粉、焼結ダストや転炉ダスト等が挙げられる。

図１において、生成スラグの塩基度が低いと、スラグフォーミングが発生する。しかし、生成スラグの塩基度（ＣａＯ/ＳｉＯ_２）が１．０未満でも図１の直線よりも大きい場合には、スラグフォーミングが発生しない。図１の直線は、塩基度（Ｃ/Ｓ）＝１．２×送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）＋０．５５で表わされる。
以上より、生成スラグの塩基度と送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）が下記の式（１）を満たす場合に、スラグフォーミングが発生しない。
１．０＞塩基度（Ｃ/Ｓ）≧１．２×送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）＋０．５５
・・・・・・・（１）

送酸速度は、脱珪量と処理時間から決めることができるが、０．１０〜０．３５Ｎｍ^３／ｔ／ｍｉｎであることが好ましい。
０．１０Ｎｍ^３／ｔ／ｍｉｎ未満では脱珪処理時間が長くなり過ぎるためであり、０．３５Ｎｍ^３／ｔ／ｍｉｎ超になると、フォーミング抑制に必要なスラグ塩基度が高くなり過ぎるためである。

（気体酸素の割合）
脱珪剤として、気体酸素は、１０質量％以上３０質量％以下が好ましい。固体酸化物の割合が増えると、溶銑温度低下やそれに伴うグラファイト析出による環境問題が懸念され、気体酸素は、１０質量％以上が好ましい。一方、気体酸素が多すぎると、燃焼反応増加による設備への熱負荷や脱珪酸素効率の低下が懸念されるため、３０質量％以下が好ましい。

（副原料）
酸化剤とともに副原料としてＣａＯ含有物を投入する。ＣａＯ含有物質としては、脱炭滓や生石灰等が挙げられる。ＣａＯ含有物の投入量は、送酸速度から決まる塩基度を満足するように調整する。
ＣａＯ含有物の投入は、固体酸化物と混合して一緒に吹き込んでもよいし、単独で投入してもよい。

（溶銑温度）
溶銑温度は、脱珪処理後１３５０℃以上となるようにするのが望ましい。これは、次工程でスクラップを溶解するのに必要な熱量を担保するためである。
処理後の溶銑温度は、処理前の溶銑温度に応じて、酸化剤中の固体酸化物の割合を調整することで制御できる。即ち、処理前の溶銑温度が高ければ固体酸化物の割合を多くすることができ、低い場合には少なくする。

混銑車に装入された溶銑を表１に示す条件で脱珪処理を行った。具体的な処理方法は、以下によった。
混銑車中の溶銑４００t〜５００tに、内管から気体酸素、外管からＮ_２をキャリアガスとして固体酸素及びＣａＯ含有物をインジェクションした。ＣａＯ含有物は、脱珪処理中、常に投入し、フォーミングが発生したときは、フォーミングが治まるまで粉コークスを投入した。溶銑中Ｓｉが、設定値に到達したときに、脱珪処理を終了した。
表１に、脱珪処理後のスラグ塩基度、脱珪処理前後の溶銑温度と溶銑Ｓｉ濃度、スラグフォーミングの発生有無は示す。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は発明例であり、処理後の溶銑温度が１３５０℃以上で、スラグフォーミングは発生しなかった。
Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８は処理後のスラグ塩基度が条件を満足しない比較例であり、スラグフォーミングが発生したため、処理を継続するためにフォーミング抑制剤として粉コークスを投入する必要があった。
Ｎｏ．９固体酸化物のみによる処理であり、送酸速度と、塩基度が要件を満たせば、スラグフォーミングは、なかった。

スラグフォーミングの発生が少ない溶銑の脱珪処理に利用することができる。

Claims

混銑車内の溶銑に、酸化剤を吹き込み、副原料としてＣａＯ含有物を投入する脱珪処理方法において、
酸化剤の送酸速度と脱珪処理後のスラグの塩基度が下記（１）の式を満たし、
前記酸化剤の送酸速度が、０．１０Ｎｍ ^３ /ｔ/ｍｉｎ以上０．３５Ｎｍ ^３ /ｔ/ｍｉｎ以下であることを特徴とする溶銑の脱珪処理方法。
１．０＞塩基度（Ｃ/Ｓ）≧１．２×送酸速度（Ｎｍ^３/ｔ/ｍｉｎ）＋０．５５
・・・・・・・（１）
前記酸化剤が、気体酸素又は固体酸化物の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱珪処理方法。
前記脱珪処理後の溶銑温度が、１３５０℃以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶銑の脱珪処理方法。