JP6897613B2 - 溶銑の脱珪処理方法 - Google Patents
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Description
(5)式の脱珪反応において、添加した酸素が十分に反応する時間があり、且つ溶銑中の攪拌が十分であって、溶銑中の珪素濃度の場所による濃度分布が常に発生しない場合には、脱珪効率は溶銑の珪素濃度及び溶銑の温度によって熱力学的に決定される。但し、実際には、溶銑は炭素を含有しており、(5)式で示す脱珪反応は、下記の(6)式で示す炭素の酸化反応との競合反応であるので、添加した酸素の全てが溶銑中の珪素との反応に使用されるわけではなく、溶銑の珪素濃度及び溶銑の温度だけでは、脱珪効率を精度良く求めることができない。
炭素及び珪素の酸化反応の競合反応を熱力学的に考える場合は、(5)式及び(6)式から得られる下記の(7)式の平衡反応を考えればよい。
平衡に達する十分な時間及び攪拌力がある場合には、脱珪効率は上記の平衡反応を考慮することで、熱力学的に推定することが可能である。
[1]溶銑搬送容器に収容された溶銑に、浸漬ランスの吐出ノズルを介して気体酸素を吹き込むか、または、気体酸素及び精錬剤の粉体を吹き込み、溶銑中の珪素を酸化して除去する溶銑の脱珪処理方法であって、
予め、下記(1)式で定義される見掛けの脱珪反応速度定数K(1/min)を、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度F(kg/(min×t))、浸漬ランスの吐出ノズルの溶銑への浸漬深さH(m)及び気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q(Nm3/(min×t))のうちの1つ以上を変数として含む関数式として求め、
求めた前記関数式を用いて前記見掛けの脱珪反応速度定数Kを算出し、
算出した見掛けの脱珪反応速度定数Kを用いて、下記(2)式によって気体酸素の溶銑1トンあたりの総吹込量VO2(Nm3/t)及び気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q(Nm3/(min×t))に対応する、脱珪処理後の溶銑中珪素濃度Xf(質量%)を算出し、
算出した脱珪処理後の溶銑中珪素濃度Xf(質量%)と脱珪処理前の溶銑中珪素濃度Xi(質量%)との差から脱珪量を算出し、
算出した脱珪量に対応する生成SiO2量と、脱珪処理後の脱珪スラグの目標塩基度とを用いて、脱珪処理において用いるCaO系媒溶剤の使用量を決定することを特徴とする、溶銑の脱珪処理方法。
K=ln(Xi/Xf)×Q/VO2 ・・・(1)
Xf=Xi×exp(−K×VO2/Q) ・・・(2)
ここで、Kは、見掛けの脱珪反応速度定数(1/min)、Xiは、脱珪処理前の溶銑中珪素濃度(質量%)、Xfは、脱珪処理後の溶銑中珪素濃度(質量%)、Qは、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度(Nm3/(min×t))、VO2は、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの総吹込量(Nm3/t)、ln(・・)は、自然対数関数、exp(・・)は、自然対数を底とする指数関数を表す。
[2]前記見掛けの脱珪反応速度定数Kを表す前記関数式を、気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度F及び前記浸漬ランスの吐出ノズルの浸漬深さHを用いて算出される溶銑の攪拌動力密度ε(W/t)の関数として求めることを特徴とする、上記[1]に記載の溶銑の脱珪処理方法。
[3]前記見掛けの脱珪反応速度定数Kが、下記(3)式で示される、前記攪拌動力密度εの関数であることを特徴とする、上記[2]に記載の溶銑の脱珪処理方法。
K=A×εB・・・(3)
ここで、Aは0.003〜0.012の定数、Bは0.15〜0.30の定数である。
[4]前記攪拌動力密度εを下記(4)式によって算出することを特徴とする、上記[2]または上記[3]に記載の溶銑の脱珪処理方法。
ε=6.2×Q×Tl×ln(1+0.0000967×ρl×H)
+0.00000375×ρg×Q3×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2}
+0.00000375×F×Q2×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2} ・・・(4)
ここで、Qは、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度(Nm3/(min×t))、Tlは、溶銑の温度(K)、ρlは、溶銑の密度(kg/m3)、Hは、浸漬ランスの吐出ノズルの浸漬深さ(m)、ρgは、標準状態の気体酸素の密度(kg/m3)、Mlは、溶銑の質量(t)、nは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔数(−)、dは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔径(m)、Fは、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度(kg/(min×t))、ln(・・)は自然対数関数を表す。
ここで、Kは見掛けの脱珪反応速度定数(1/min)である。
ここで、Xiは、脱珪処理前の溶銑中珪素濃度(質量%)、Xfは、脱珪処理後の溶銑中珪素濃度(質量%)、tは、処理時間(min)である。
(9)式及び(10)式から、下記の(11)式が得られる。
(11)式を書き換えると、見掛けの脱珪反応速度定数Kを定義する下記の(1)式が得られ、また、(11)式から下記の(2)式が導かれる。
Xf=Xi×exp(−K×VO2/Q)・・・(2)
ここで、ln(・・)は、自然対数関数、exp(・・)は、自然対数を底とする指数関数を表す。
ε=6.2×Q×Tl×ln(1+0.0000967×ρl×H)
+0.00000375×ρg×Q3×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2}・・・(12)
(b)気体と粉体との同時吹込の場合
ε=6.2×Q×Tl×ln(1+0.0000967×ρl×H)
+0.00000375×ρg×Q3×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2}
+0.00000375×F×Q2×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2}・・・(4)
ここで、脱珪処理では気体酸素を吹き込むか、または、気体酸素及び精錬剤の粉体を吹き込んでいるので、(12)式及び(4)式を脱珪処理に適用すると、Qは、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度(Nm3/(min×t))、Tlは、溶銑の温度(K)、ρlは、溶銑の密度(kg/m3)、Hは、浸漬ランスの吐出ノズルの浸漬深さ(m)、ρgは、標準状態の気体酸素の密度(kg/m3)、Mlは、溶銑の質量(t)、nは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔数(−)、dは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔径(m)、Fは、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度(kg/(min×t))、ln(・・)は自然対数関数を表す。尚、以下の計算では、Tl=1623K、ρl=6800kg/m3の値を用いた。
ここで、A及びBは定数である。
ここで、A´、B及びCは定数である。
K=0.00648×ε0.211 (n=2)・・・(15)
K=0.00707×ε0.211 (n=4)・・・(16)
図4のデータの誤差を考慮すると、(3)式におけるεの指数の定数Bは0.15〜0.30程度の値と考えられる。また、これに対応して、(3)式における定数Aは0.003〜0.012程度の値であれば、図4に示した両者の関係を概ね良好に表すことができる。
2 内管
3 外管
4 耐火物被覆層
5 吐出ノズル
6 混銑車
7 溶銑
8 合流部
9 粉状精錬剤供給配管
10 酸素含有ガス供給配管
11 炭化水素系ガス供給配管
12 開口部
Claims (4)
- 溶銑搬送容器に収容された溶銑に、浸漬ランスの吐出ノズルを介して気体酸素を吹き込むか、または、気体酸素及び精錬剤の粉体を吹き込み、溶銑中の珪素を酸化して除去する溶銑の脱珪処理方法であって、
予め、下記(1)式で定義される見掛けの脱珪反応速度定数K(1/min)を、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度F(kg/(min×t))、浸漬ランスの吐出ノズルの溶銑への浸漬深さH(m)及び気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q(Nm3/(min×t))を変数として含む関数式として求め、
求めた前記関数式を用いて前記見掛けの脱珪反応速度定数Kを算出し、
算出した見掛けの脱珪反応速度定数Kを用いて、下記(2)式によって気体酸素の溶銑1トンあたりの総吹込量VO2(Nm3/t)及び気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q(Nm3/(min×t))に対応する、脱珪処理後の溶銑中珪素濃度Xf(質量%)を算出し、
算出した脱珪処理後の溶銑中珪素濃度Xf(質量%)と脱珪処理前の溶銑中珪素濃度Xi(質量%)との差から脱珪量を算出し、
算出した脱珪量に対応する生成SiO2量と、脱珪処理後の脱珪スラグの目標塩基度とを用いて、脱珪処理において用いるCaO系媒溶剤の使用量を決定することを特徴とする、溶銑の脱珪処理方法。
K=ln(Xi/Xf)×Q/VO2 ・・・(1)
Xf=Xi×exp(−K×VO2/Q) ・・・(2)
ここで、Kは、見掛けの脱珪反応速度定数(1/min)、Xiは、脱珪処理前の溶銑中珪素濃度(質量%)、Xfは、脱珪処理後の溶銑中珪素濃度(質量%)、Qは、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度(Nm3/(min×t))、VO2は、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの総吹込量(Nm3/t)、ln(・・)は、自然対数関数、exp(・・)は、自然対数を底とする指数関数を表す。 - 前記見掛けの脱珪反応速度定数Kを表す前記関数式を、気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度Q、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度F及び前記浸漬ランスの吐出ノズルの浸漬深さHを用いて算出される溶銑の攪拌動力密度ε(W/t)の関数として求め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。
- 前記見掛けの脱珪反応速度定数Kが、下記(3)式で示される、前記攪拌動力密度εの関数であることを特徴とする、請求項2に記載の溶銑の脱珪処理方法。
K=A×εB ・・・(3)
ここで、Aは0.003〜0.012の定数、Bは0.15〜0.30の定数である。 - 前記攪拌動力密度εを下記(4)式によって算出することを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の溶銑の脱珪処理方法。
ε=6.2×Q×Tl×ln(1+0.0000967×ρl×H)
+0.00000375×ρg×Q3×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2}
+0.00000375×F×Q2×Ml 2/{n2×d4×(1+0.0000967×ρl×H)2} ・・・(4)
ここで、Qは、脱珪処理における気体酸素の溶銑1トンあたりの吹込速度(Nm3/(min×t))、Tlは、溶銑の温度(K)、ρlは、溶銑の密度(kg/m3)、Hは、浸漬ランスの吐出ノズルの浸漬深さ(m)、ρgは、標準状態の気体酸素の密度(kg/m3)、Mlは、溶銑の質量(t)、nは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔数(−)、dは、浸漬ランスの吐出ノズルの孔径(m)、Fは、精錬剤の粉体の溶銑1トンあたりの吹込速度(kg/(min×t))、ln(・・)は自然対数関数を表す。
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