JP7158570B2 - 効率の高い溶融鉄合金の精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉による溶融鉄合金の精錬方法に関する。本発明は特に、スラグ中の金属鉄分の含有量を低減するとともに、チャージ毎のスラグ中の金属鉄分の含有量のバラツキを低減することができ、スラグ処理の効率を高めた精錬方法に関する。

溶融銑鉄(以下「溶銑」ともいう)などの溶融鉄合金を転炉精錬する際に生成されるスラグ(以下「転炉スラグ」ともいう)には、遊離ＣａＯが含まれており、それが水和反応を起こして膨張するので体積安定性が低い。

さらに、スラグには、処理方法にも関係するが通常、１～４０質量％程度の酸化鉄が含まれ、外観が黒色となり、コンクリート用骨材などに使用すると、外観上違和感がある。

そのため、スラグの利用は、道路の地盤改良材や下層路盤材等の低級用途に限られ、上層路盤材、コンクリート用骨材、石材原料等には用いられにくい。

そこで、従来から、転炉からスラグを反応容器に排出し、該容器内で、溶融状態の転炉スラグに石炭灰等の改質材を添加して遊離ＣａＯを低減させる改質処理を施して、より高級用途である上層路盤材やコンクリート用骨材等に利用されている。

また、転炉スラグには、金属鉄分として、数十質量％程度の粒鉄が、懸濁した状態で含まれる。懸濁した粒鉄には炭素が存在しており、溶融スラグの改質の際に、粒鉄の炭素と、溶融スラグ中の酸化鉄や撹拌用の酸素ガスとが反応することによって、溶融スラグ中においてＣＯガスの気泡が発生(フォーミング)し、種々の悪影響をもたらすという問題がある。
また、粒鉄が存在することでスラグを再利用する際に、粒鉄の偏在や粒鉄の酸化膨張などが起因となり、スラグの強度のバラツキが生じる。
さらに、スラグ中の粒鉄は、転炉吹錬に主眼をおいた場合は歩留ロスの要因であり、その含有量は低いほど好ましい。

スラグ中の粒鉄量にバラツキがあると、スラグ中の粒鉄量を直接瞬時に測定することは難しく、そのため、溶融スラグの処理や冷却後のスラグから粒鉄を回収する際に重処理側の処理を選択せざるを得ず、効率が悪化する。また、溶融改質処理時のフォーミングにも処理時間にバラツキが発生して、安定した処理ができにくい。

また、例えば、特許文献１には、転炉から取り出した溶融スラグ中の粒鉄を反応容器内で沈降させた後に、スラグ改質処理を施す方法が開示されている。しかし、この場合においてもスラグ中の粒鉄量にバラツキがあると沈降時間にバラツキが生じ、安定した処理ができにくい。

このように、従来は、転炉スラグを反応容器に排出した後、反応容器でスラグ中の金属鉄分を低減する処理を行っているので、スラグ中の粒鉄量にバラツキがあると、スラグ処理時間にバラツキが生じるという問題があった。

ところで、近年、非特許文献１で報告されているように、転炉精錬において、送酸ランスを一方の電極とし、炉底に設けた他方の電極との間に電圧を印加して、吹錬途中の電流、電圧及び抵抗値の変化を測定することにより、ランス先端と溶融金属浴面との間の距離、スラグ層の厚さなどの情報を得る試みがなされている。

しかし、通電による溶融スラグの性状への影響については、特に検討されていない。

日本国特開２００６－１９９９８４号公報

溶鋼に電位印加する際、転炉浴中の電流分布特性，Ｃ．Ｉ．セムイキン、Ｖ．Ｆ．ポリャコフ，Ｅ．Ｖ．セムキナ，２００３

本発明は、転炉で溶融鉄合金を精錬する際に、従来よりもスラグ中の金属鉄分の含有量とそのバラツキが小さいスラグを得て、その後のスラグの改質処理において、スラグ中の鉄分を低減する処理を簡便化することを可能とする効率の高い溶融鉄合金の精錬方法の提供を課題とする。

本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１）本発明の第一の態様は、転炉内の溶融鉄合金浴に送酸しながら溶融鉄合金を精錬する方法であって、前記溶融鉄合金浴の上方に配置された中空の上吹きランスからなる第一の電極と、前記溶融鉄合金浴に接するように配置された第二の電極との間に直流電流を供給し、前記直流電流を通電した通電時間における直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ［Ａ］、前記送酸を停止する直前の１分間のうちの通電時間における前記直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ’［Ａ］、前記転炉内の溶鋼量をＷ_ｓ［ｔ］、炉腹部の炉内断面積をＡ_ｓ［ｍ^２］としたとき、下記（１）式～（４）式の少なくとも一つを満たす溶融鉄合金の精錬方法である。
Ｉ_Ｐ≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（１）式
Ｉ_Ｐ≧１．５×Ａ_ｓ・・・（２）式
Ｉ_Ｐ’≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（３）式
Ｉ_Ｐ’≧１．５×Ａ_ｓ・・・（４）式
（２）上記（１）に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、前記溶融鉄合金の精錬に用いるスラグ組成が、塩基度：０．５以上、酸化鉄濃度：５質量％以上であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、前記溶融鉄合金の精錬で処理する前の溶融銑鉄の珪素濃度が、０．２５質量％以下であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、前記溶融鉄合金の精錬に用いるスラグの密度が１．０ｔｏｎ／ｍ^３以下であってもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、あらかじめ設定した吹錬時間の終了前の１分間のうち１０秒間以上はスラグに通電してもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、前記上吹きランスの高さを、炉内残留スラグの重量、投入副原料の重量、及び反応生成物の重量と、スラグ密度と、炉腹部の断面積とに基づき制御してもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の溶融鉄合金の精錬方法では、前記転炉が底吹き羽口を有してもよい。

本発明によれば、転炉で溶融鉄合金を精錬する際に、スラグ中の粒鉄の含有量とそのバラツキを低減することができ、その後のスラグの改質や地金回収処理の効率を向上させることができる。

本発明に係る転炉設備の一例の概略を示す図である。 溶銑脱りん期における、平均電流値とスラグ中粒鉄の含有量との関係を示す図である。 脱炭期における、平均電流値とスラグ中粒鉄の含有量との関係を示す図である。 本発明に係る転炉設備の他の例の概略を示す図である。

本発明者らは、転炉で溶融鉄合金を精錬する際に、スラグ中の粒鉄の含有量とそのバラツキを低減する方法について検討し、スラグ浴及び金属浴に通電することに着目した。
そして、通電の際に特定量の電荷を与えた場合には、スラグ中に含まれる粒鉄量とそのバラツキが減少することを知見した。

以下、上述の知見に基づきなされた本発明について、図面を参照しながら説明する。

はじめに、図１を参照して、本発明の精錬方法に用いる転炉設備について説明する。なお、本明細書において、特に説明が無い限り「％」は、「質量％」をあらわし、「電流」は「直流電流」をあらわす。また、「直流電流の平均」とは、直流電流を通電した時間の直流電流の平均値の大きさを示す。より厳密には、「直流電流の平均」とは、直流電流を通電した時間のうち、一定の時間間隔で１０点以上の時間点における電流値を平均化した値である。

転炉精錬では、高炉から出銑された溶銑が転炉内に流しこまれ、ＣａＯを主成分としたスラグ原料を加え、脱珪及び／又は脱燐を目的とした吹錬と、仕上げ脱燐と脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬が行われる。

本発明で用いる転炉設備１は、溶融鉄合金浴（以下「鉄浴」ともいう）１２の上方に第一の電極２１が、スラグ１１に接触する頻度が多くなるような位置に設置される。また、鉄浴１２に接するように、第二の電極２２が配置される。

このように電極を配置し、転炉の外部に設けた電源装置４０と接続することで、スラグ１１、鉄浴１２、第一の電極２１、第二の電極２２とで電気回路を形成し、精錬中に、電極間に電圧を印加し、スラグ１１及び鉄浴１２に電流を供給することが可能となる。第一の電極２１は上吹き送酸ランス３１を兼用してもよい。

転炉の吹錬には、通常、１）脱珪、脱燐、脱炭を行う、従来の吹錬方法と、２）脱珪及び／又は脱燐を目的とした吹錬と、仕上げ脱燐と脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬を分離した吹錬方法と、３）脱珪を別工程で行った後、脱燐を目的とした吹錬と、仕上げ脱燐と脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬を分離した吹錬方法がある。

上記２）、３）の場合、通電を行う時期は、脱珪及び／又は脱燐を目的とした吹錬と、仕上げ脱燐と脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬の、いずれか一方、又は双方とするのが好ましい。上記１）～３）のそれぞれの吹錬において、特に吹錬末期に印加する場合、さらに大きな効果が得られる。

図２Ａ、図２Ｂに、３）脱珪を別工程で行った後、脱燐を目的とした吹錬と、仕上げ脱燐と脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬を分離した吹錬方法での結果を示す。

図２Ａ、図２Ｂは、４００トンの転炉で、スラグ１１に接する側の第一の電極２１を炉腹に、また、鉄浴１２に接する側の第二の電極２２を炉底にそれぞれ配置して、脱燐吹錬の場合で吹錬停止直前の２４秒間、３５０Ａ以下の電流を、脱炭吹錬の場合で吹錬停止直前の２４秒間、３５０Ａ以下の電流を電極間に供給して吹錬した場合（ＯＮ）と、電極間に通電しなかった場合（ＯＦＦ）の場合について、その間の平均電流値と粒鉄量とそのバラツキの関係を示した図である。

それぞれの場合において、吹錬後のスラグを５チャージ分取り出し、縮分法でサンプリングして、粒鉄の全量及びバラツキの量を調べた。

図２Ａは、転炉における溶銑脱燐処理後のスラグ中の金属鉄濃度に及ぼす平均電流値の影響であり、図２Ｂは、同じく脱炭処理後のスラグ中の金属鉄濃度への影響である。双方とも電流値が高くなるほど鉄分量が減少するとともに鉄分量のバラツキが減少している。

図２Ａ、図２Ｂに示したスラグ中に含まれる粒鉄の含有量（質量％）の平均値、標本標準偏差、及び相対誤差を、表１、表２に示す。ここで標本標準偏差は、各サンプルの値と平均値との距離の二乗の和で求められる分散の値の平方根である。また、相対誤差とは、標準偏差を平均値で割った値である。

表１、表２に示す通り、電流値がＯＦＦの場合と比較し、電流値が高くなるほど鉄分量の平均値、標本標準偏差、相対誤差のいずれも低減していくことがわかる。しかしながら、電流値が５０Ａ以上である場合に、その低減効果が特に顕著であることがわかる。

通常、改質処理後のスラグは、粉砕されて、金属鉄分を磁力選別で回収する。上記の表１、表２に示す結果は、スラグ１１中に電流を供給することにより金属鉄分の含有量自体が低減することに加え、金属鉄分のバラツキが少なくなる結果、磁力選別が安定して、スラグ中の金属鉄分を更に低減できるという大きな効果があることを示している。

吹錬途中に、スラグ１１中に電流を供給することにより、上記のような効果が得られる理由については、不明であるが、スラグ中に滞留する粒鉄への通電により粒鉄の凝集粗大化が起こり、その粒鉄が自重により沈降するためであると推察される。

本発明者らは、この試験結果に基づき、さらに必要な条件を鋭意検討した。その結果、粒鉄の低減効果を十分に得るためには、スラグ１１中に供給する電流の平均の大きさ、すなわち、直通電流を通電した通電時間における直流電流の大きさであるＩ_Ｐ［Ａ］が、転炉内の溶鋼量をＷ_ｓ［ｔ］、炉腹部の炉内断面積をＡ_ｓ［ｍ^２］として、
Ｉ_ｐ≧０．１２５×Ｗ_ｓ［Ａ］・・・（１）式
Ｉ_ｐ≧１．５×Ａ_ｓ［Ａ］・・・（２）式
の少なくとも一方を満たすように制御されることが重要であることが分かった。

電流の平均の大きさが上記の条件を満たすことにより、スラグ中の粒鉄量が低減すると共に、そのバラツキが安定化する効果がある。例えば、４００トン転炉の場合には、Ｗ_ｓの値が４００であるので、Ｉ_ｐが０．１２５×４００＝５０Ａ以上になると、スラグ中の粒鉄量のバラツキが標本標準偏差で、図２Ａに示す脱燐期には９ポイント程度以下（ここでポイントとは粒鉄量の標準偏差のことであり、含有量を表す単位としての「％」と同義である）、脱炭期には１．６ポイント程度以下になる。

脱燐期で９ポイント程度に粒鉄量のバラツキが小さくなると、後工程で鉄分を回収するのに安定して回収ができる。また、脱炭期においては、脱燐期に比べると粒鉄分布が異なるが、１．６ポイント程度以下になると、後工程で鉄分を回収するのに安定して回収ができる。

Ｉ_Ｐが０．１２５×Ｗ_ｓ未満になると、粒鉄量のバラツキが１．１％を超えて大きくなり、スラグの粒鉄量のバラツキが不安定になる。また、Ｉ_Ｐが１．５×Ａ_ｓ未満になると、同様に粒鉄量のバラツキが大きくなる。

上述したように、スラグ中に流す必要電流は溶鋼の重量と関係があると考えられる。これは、溶鋼の重量が増えると必然的にスラグの重量は増えるので、電流値を増加させないと、吹錬時間内にスラグ中の粒鉄量を減少させることができず、その結果、必要通電量は溶鋼重量と比例するためである。

また、スラグ中に流す必要電流は、転炉の炉腹部の炉内断面積に関係すると考えられる。実際にスラグ中電流密度を低減させる支配因子は、スラグ中に流れる電流の密度（電流密度）である。スラグは導電性であるので、スラグ全体に電流が流れる。したがって、スラグ中に流れる電流密度は転炉の炉腹部の炉内断面積Ａｓで流れる電流値を割った値になり、この値が必要電流密度になる。すなわち、必要な電流密度はＩ_ｐ／Ａ_ｓになる。この必要な電流密度を一定の値とすると、必要な電流値は炉腹部の炉内断面積に比例する。

上述したとおり、スラグ中に流れる必要電流は、溶鋼の重量及び炉内の断面積に比例すると考えられる。したがって、スラグ中の粒鉄量を低減し、そのバラツキをより安定化するためには、溶鋼の重量から導かれる必要電流（上記（１）式）か炉内の断面積から導かれる必要電流（上記（２）式）のどちらか小さいほうの電流を選択することが好ましい。

さらに、通電を開始する前のスラグ組成は、塩基度：０．５以上、酸化鉄濃度：５％以上であることが好ましい。スラグ中のＳｉＯ_２は、互いに結合力が強いので、導電性を阻害する。一方、ＣａＯは、ＳｉＯ_２の結合を切断する作用があるので、導電性を向上させる。また、酸化鉄は導電性を向上させる。

実験的に、通電を開始する前の好ましいスラグ組成を調べた結果、スラグの塩基度は０．５以上、酸化鉄濃度は５％以上とすることにより、粒鉄のバラツキがより低減することが分かった。

塩基度は、装入物の割合から計算して推定することが可能である。また、酸化鉄の濃度は、送酸量と排気中に含まれる酸素量、及び溶鋼中に含まれる酸素量から計算ができる。これらの値は、実績値として蓄えられているので、吹錬前にこれらの値を推定することができる。

処理する溶融鉄合金の組成は、特定の組成に限定されるものではないが、珪素濃度（Ｓｉ量）を０．２５％以下とした溶融銑鉄を処理するのが好ましい。Ｓｉ量が高いと、スラグ中のＳｉＯ_２濃度が増加する。ＳｉＯ_２は導電性を悪くする因子であるので、スラグ中に電流が流れにくくなり、粒鉄量の低減を阻害する方向に作用する。

また、Ｓｉ量を０．２５％以下にすると、吹錬に必要なスラグの量が低減する。発生する粒鉄の量は、炉内投入エネルギー（重に上吹き）や脱炭量によって決まるので、スラグ量が少ない場合は、スラグ中の粒鉄含有濃度が相対的に高まる。スラグ中の粒鉄含有濃度が通電前に高まると、通電した際の低減効果が増えるので、粒鉄の沈降量が増加する。したがって、溶融銑鉄の珪素濃度を０．２５％以下にすると、著しい効果が得られる。

通電する際のスラグ密度は、１．０ｔｏｎ／ｍ^３以下にすることが好ましく、０．８ｔｏｎ／ｍ^３以下であることが更に好ましい。スラグの密度が低くなると、粒鉄の沈降速度が増加し、本発明の効果がより得られるためである。尚、本明細書において、スラグ密度とは、転炉内において通電する際のスラグの単位体積辺りの重量を意味する。

本発明の溶融鉄合金の精錬方法においては、あらかじめ設定した吹錬時間の終了前の1分間のうち１０秒間以上は、スラグに通電していることが好ましい。すなわち、吹錬末期（送酸停止１分前以降）で電流が流れていない時間を、５０秒以内にすることが望ましい。さらには通電終了と吹錬停止の間隔は、短いほどよい。

この理由は、以下のとおりである。１）吹錬終了前に通電を切ると、再び粒鉄の混入が起こり、スラグ中の粒鉄が増加する恐れがある。２）吹錬終了前は、スラグの密度が１．０ｔｏｎ／ｍ^３以下であることが多く、スラグが沈降しやすい。３）投入副原料が十分に溶解し、また反応生成物が十分に生成する吹錬末期にはスラグ中の粒鉄は増加しやすく、この状態で通電をはじめると粒鉄量の低減が起こりやすい。

従って、送酸を停止する直前の１分間のうちの通電時間における直流電流の平均の大きさであるＩ_Ｐ’［Ａ］が、転炉内の溶鋼量をＷ_ｓ［ｔ］、炉腹部の炉内断面積をＡ_ｓ［ｍ^２］として、下記（３）式と（４）式の少なくとも一方を満たすように制御されることが重要である。
Ｉ_Ｐ’≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（３）式
Ｉ_Ｐ’≧１．５×Ａ_ｓ・・・（４）式

すなわち、上記（１）式～（４）式の少なくとも一つを満たすように電流を制御することにより、本発明の効果を得ることができる。

さらに、前記転炉内の溶融鉄合金浴の上方に配置された電極を中空の上吹きランスとすることが好ましい。
この場合、安定した通電を得るために、上吹きランスの高さは、炉内残留スラグの重量、投入副原料の重量、及び反応生成物の重量と、スラグ密度と、炉腹部の断面積とに基づき制御することが好ましい。
具体的には、上吹きランスの高さＨは、スラグ高さの０．１倍から１０倍の間に制御することが好ましい。スラグ高さ（Ｈ）は、以下の式で求めることができる。
Ｈ（ｍ）＝（炉内残留スラグと投入副原料と反応生成物の合計重量（ｋｇ））／（スラグ密度（ｋｇ／ｍ^３）×炉腹部の断面積（ｍ^２））

ここで、炉内残留スラグ量は、過去の運転データから求めることができるものであり、投入副原料及び反応生成物については、秤量値や成分値を用いて、適宜求めることができる。スラグ密度は、１．０ｔｏｎ／ｍ^３以下に限定されるものではなく、組成に応じて２．０～３．０ｔｏｎ／ｍ^３の値を用いてもよい。

スラグは生成ガスを含んで１０倍程度に膨張することが考えられるため、ランス位置は上式で求められるスラグ高さの１０倍程度の高さでも通電が得られる可能性がある。一方、ランスへの地金付着や冷却の問題がない場合は、スラグ高さの０．１倍程度までランスを下げたほうが、通電が安定する。

０．１倍から１０倍の範囲の中からの選択は、吹錬条件及び吹錬の進行状況によって、この膨張度合いが変わるため、効果を得たい時期に応じて、理論的、あるいは経験的に決定することができる。このように、ランス高さを設定すると、スラグの密度が１．０ｔｏｎ／ｍ^３程度以下になった時のみスラグ中に電流が流れるように調整できるので、粒鉄量の低減を促進することができる。また、操業上、ランスが溶鋼に接することがないので安定操業ができる。

前記転炉は、底吹き羽口を有する転炉であることが好ましい。底吹きを行うことでスラグの撹拌が強くなるので、スラグ内の粒鉄量の低減が促進する。また、スラグと溶鋼の接触機会が増えるのでスラグから溶鋼への粒鉄の移行が促進される。底吹きガスの流量は、不活性ガスの場合には０．０１～０．２Ｎｍ^３／分／トン、酸素吹き込みの場合には０．１～０．４Ｎｍ^３／分／トンの範囲が好ましい。

精錬方法としては、同一の転炉において、脱珪及び／又は脱燐を目的とした吹錬を行う第一工程、スラグの一部を排出する第二工程、仕上げ脱燐、脱炭及び温度の調整を目的とした吹錬を行う第三工程、目的の成分及び温度に調整し終えた鋼を排出する第四工程、及び、炉内に残留したスラグのうち一部を排出する第五工程、を順に行う。
このとき、第一工程及び第三工程の送酸時間の一方又は双方に、少なくとも１０秒以上の間、通電を行い、直流電流を通電した通電時間における直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ［Ａ］、送酸を停止する直前の１分間のうちの通電時間における前記直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ’［Ａ］、転炉内の溶鋼量をＷ_ｓ［ｔ］、炉腹部の炉内断面積をＡ_ｓ［ｍ^２］としたとき、下記（１）式～（４）式の少なくとも一つを満たすように制御すると効果的である。
Ｉ_Ｐ≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（１）式
Ｉ_Ｐ≧１．５×Ａ_ｓ・・・（２）式
Ｉ_Ｐ’≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（３）式
Ｉ_Ｐ’≧１．５×Ａ_ｓ・・・（４）式

これは、第一工程及び第三工程の送酸時間は、スラグ中の粒鉄の密度が増加した状態であり、粒鉄量の低減が進むためである。これにより、粒鉄が溶融鉄合金層へ沈降しやすくなるため、スラグ中の金属鉄含有量を低減しやすくなる。特に、前記第一工程では粒鉄の量が多いので、効果的に粒鉄のバラツキを低減できる。

転炉設備１の第一の電極２１としては、例えば、ＭｇＯ－Ｃ質煉瓦等の炭素含有煉瓦からなる電極を、転炉の炉腹に配することができる。第一の電極２１として、図３に示すように、上吹送酸ランス３１を用いてもよい。第二の電極２２には、炭素含有煉瓦などが使用できる。第二の電極２２は転炉設備１の炉底又は炉腹に設けるのが好適である。

炉腹に第一の電極２１を配する場合には、転炉の容積から想定される鉄浴１２の静止湯面を基準にして、２００～４０００ｍｍ上方に設けるのが好ましく、２００～４００ｍｍ上方に設けるのが更に好ましい。

第一の電極２１として上吹送酸ランス３１を用いる場合には、先端が上下できるようにし、電極間を流れる電流によって、その位置を上下させ、流れる電流の大きさを制御できるようにしてもよい。

電源装置４０は、第一の電極２１と第二の電極２２の間の抵抗値が、吹錬開始後からあらかじめ設定された時間、あらかじめ設定された電流値以上である場合には、電流の供給を遮断する機構を備えることが好ましい。電流値は、電流検出手段４１からの信号を制御装置４２に入力して求める。そして、求められた電流値が、吹錬開始後からあらかじめ設定された時間内で、あらかじめ設定された電流値以上である場合には、電源装置４０の出力を停止し、電流の供給を遮断する。

吹錬開始直後は、反応生成物がなく、投入副原料が溶解していないため、スラグが形成されず、したがってスラグ１１内に電流が安定して流れる状況が整っていない。しかし、炉内付着物や鉄浴の乱れ、あるいは設備的な不具合で本来絶縁されるべき箇所の漏電などにより、スラグ中を介さずに電流が流れる場合がある。そのような場合、電流値によっては、発熱により設備が損傷する恐れがある。電流の供給を遮断する機構を備えることにより、このような場合に、電流を遮断し、事故を回避することができる。

スラグ中に流れている電流か、そうではない電流かを見極めるためには、電流が流れる時期と、その時点の抵抗値を考慮する必要がある。上述したように、吹錬開始後１０秒～３０秒以内で、かつ、電極間抵抗が１Ω～０．１Ωの範囲となる場合、スラグを介さずに通電している可能性が高く、この条件に見合う電流が観察された場合、回路を遮断する機構を設けることが望ましい。

加えて、何らかのトラブルにより、迷走電流が転炉外に流れた場合などにも、電流の供給を遮断することができるので、安全に設備を運転させることができる。

電源装置４０が、一定の大きさ以上の電流を流さないように制御する機能を有するものであれば、さらに好ましい。

さらに、脱燐処理の精錬終点の炭素濃度を２．５質量％以上とするのが好ましい。これは、このような領域の精錬では比較的低塩基度で処理を行うことが多く、また低温で終了するために、通電前のスラグの粘性が高く、スラグ中に含まれる粒鉄量が多いために通電すると粒鉄量の低減しやすいためである。

炉底には、ポーラス煉瓦よりなる底吹き羽口５０を設け、精錬中に、炉底より鉄浴１２内にガスを吹き込むことにより、鉄浴１２を撹拌するのが好ましい。底吹き羽口５０は１つでもよいが、複数設けるのが好ましい。

図１は、底吹き羽口５０を２箇所に設けた場合の例を示している。羽口から流す気体は特に限定されるものではなく、酸素、二酸化炭素、窒素、Ａｒ、ＬＰＧなどいずれの単体ガス及び２種類以上の混合ガスでも選択でき、また配管自体も単管、多重管、集合管などを使うことができる。さらには、電極２２を、この羽口と兼用することも可能である。ただし、その場合は、羽口及び配管を導電経路の絶縁を適切に行い、炉体鉄皮やトラニオン軸などに大電流が流れる可能性を排除しておく必要がある。

以下、本発明の転炉設備を用いた精錬方法を、より具体的な例をあげて説明する。

底吹機能を有する上吹転炉設備において、溶銑と冷鉄源を計３００ｔ吹錬した。転炉の炉腹部の炉内径は６ｍであった。即ち、０．１２５×Ｗ_ｓの値は３７．５であり、１．５×Ａ_ｓの値は４２．４である。
炉腹と炉底にＭｇＯ－Ｃ電極を設置し、炉垂位置で接続できるように、炉体側と操業床側に導体連結機構を設け、かつ、操業床に、５００Ａ以上の電流が流れないように制御することが可能な電源を設置した。
炉腹の電極は、主原料を３００ｔ挿入した際の静止湯面から２５０ｍｍ上方とした。吹錬開始後、炉内の音響状態から溶融状態のスラグが生成したことが推定できたタイミングで、通電が開始し、電流が上昇しはじめた。その後、吹錬終了まで通電を行った。
実験例１～１５として、上記の実験条件を基に、通電タイミングを変更し、吹錬を行った。吹錬は、途中一度も中断せず、鋼を所定の成分、温度に制御して出鋼し、排滓した。また、それぞれの実験例において、送酸時間は、全体で２０分とした。
スラグはスラグパンに受け、ヤードに放流して冷却したのち、ランダムに１０か所から、拳大の塊を採取し、それぞれを分析し、金属鉄含有量の平均値を求めた。吹錬は５チャージ行い、その際のスラグ内の粒鉄量の平均値を求め、５チャージの標準偏差を求めた。
実験例１～１５の結果を表３に示す。

発明例に係る実験例１～４では、適切な条件により精錬が行われたため、粒鉄量の標準偏差を小さくすることができた。
比較例に係る実験例５では、電流Ｉ_ｐ、’電流Ｉ_ｐ’のいずれも低かったために、（１）～（４）式のいずれも満たすことができず、粒鉄量の標準偏差を小さくすることができなかった。

本発明によれば、スラグ中に含まれる粒鉄を粗大化して金属浴中に溶解させることができ、従来よりも金属鉄分の含有量が減少したスラグを安定して得ることができるので、スラグの改質処理の効率を向上させることができる。その結果、道路の地盤改良材や下層路盤材のみならず、上層路盤材、コンクリート用骨材、石材原料等に用いるスラグを得ることができるので、産業上の利用可能性は大きい。

１ 転炉設備
１１ スラグ
１２ 鉄浴
２１ 第一の電極
２２ 第二の電極
３１ 上吹送酸ランス
４０ 電源装置
４１ 電流検出手段
４２ 制御装置
５０ 底吹き羽口

Claims (7)

1. 転炉内の溶融鉄合金浴に送酸しながら溶融鉄合金を精錬する方法であって、
   前記溶融鉄合金浴の上方に配置された中空の上吹きランスからなる第一の電極と、前記溶融鉄合金浴に接するように配置された第二の電極との間に直流電流を供給し、
   前記直流電流を通電した通電時間における直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ［Ａ］、前記送酸を停止する直前の１分間のうちの通電時間における前記直流電流の平均の大きさをＩ_Ｐ’［Ａ］、前記転炉内の溶鋼量をＷ_ｓ［ｔ］、炉腹部の炉内断面積をＡ_ｓ［ｍ^２］としたとき、下記（１）式～（４）式の少なくとも一つを満たすことを特徴とする溶融鉄合金の精錬方法。
   Ｉ_Ｐ≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（１）式
   Ｉ_Ｐ≧１．５×Ａ_ｓ・・・（２）式
   Ｉ_Ｐ’≧０．１２５×Ｗ_ｓ・・・（３）式
   Ｉ_Ｐ’≧１．５×Ａ_ｓ・・・（４）式
2. 前記溶融鉄合金の精錬に用いるスラグ組成が、塩基度：０．５以上、酸化鉄濃度：５質量％以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶融鉄合金の精錬方法。
3. 前記溶融鉄合金の精錬で処理する前の溶融銑鉄の珪素濃度が、０．２５質量％以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融鉄合金の精錬方法。
4. 前記溶融鉄合金の精錬に用いるスラグの密度が１．０ｔｏｎ／ｍ^３以下である
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の溶融鉄合金の精錬方法。
5. あらかじめ設定した吹錬時間の終了前の１分間のうち１０秒間以上はスラグに通電する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の溶融鉄合金の精錬方法。
6. 前記上吹きランスの高さを、炉内残留スラグの重量、投入副原料の重量、及び反応生成物の重量と、スラグ密度と、炉腹部の断面積とに基づき制御する
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の溶融鉄合金の精錬方法。
7. 前記転炉が底吹き羽口を有する
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の溶融鉄合金の精錬方法。

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