JPH0920907A - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶銑予備処理時の温度降下を低減
し、転炉吹錬時の熱的余裕度を向上させるための溶銑を
製造する溶銑予備処理方法を提供するものである。 【構成】 溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあた
り、脱硫処理中の生成スラグ中に炭素源を添加するとと
もに、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼
させること、また溶銑の予備処理として脱硫処理を行う
にあたり、脱硫処理中の溶銑および生成スラグ中に炭素
源を添加するとともに、スラグ中に酸素源を吹き込んで
前記炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処
理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶銑予備処理時の温度
降下を低減し、転炉吹錬時の熱的余裕度を向上させるた
めの溶銑を製造する溶銑予備処理方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】転炉等で行われる精錬処理に際して、こ
れに先立って高炉溶銑成分や溶製鋼種の成分組成に対応
した溶銑予備処理が一般に実施されている。こうした溶
銑予備処理の主たる目的は、脱珪・脱燐・脱硫の予備処
理精錬処理にあるが、その他予備処理工程でＭｎ鉱石を
添加して銑成分を調整することも行われており、これら
の結果として転炉での精錬負荷並びに成分調整負荷を軽
減することができ、転炉では専ら脱炭反応を進行せしめ
ることができる。

【０００３】すなわち転炉精錬を実施するまでに脱燐等
の処理がほぼ完了しているので転炉では、脱燐フラック
ス等の精錬剤の添加が殆ど不必要となり、また予備処理
工程でＭｎ鉱石を添加して溶銑中のＭｎ量を高めること
ができるので、転炉では高価なＭｎ系合金鉄の添加を極
力少なくすることができ、これらの結果、転炉精錬コス
トの大幅な低減という経済効果を得ることができる。こ
うした要求を解決する技術として、たとえば特開平２−
２２８４１２等に溶銑予備処理時に、脱燐剤と炭材を混
合して溶銑中に吹き込み、処理中に溶銑炭素濃度の低下
を低減する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように溶銑予備処
理は多くの利益をもたらすものであるが、その一方溶銑
予備処理過程では、溶銑中珪素（以下Ｓｉと記す）や溶
銑中炭素（以下Ｃと記す）が消費されてこれらの含有量
が低下し過ぎるきらいがあり、転炉における熱源不足の
原因の一つとなっている。そこで熱源不足を補うため
に、転炉精錬における溶銑配合率を高めたり（溶銑の顕
熱は重量な熱源の一つである）、昇熱用炭素源を添加す
る等の対応がとられている。

【０００５】しかるに転炉操業において溶銑配合率を高
めるとその分だけフラックス等の投入量が制限されるこ
とになり、いわゆるリターンスクラップバランスが崩れ
て生産能力が低下するという問題が発生する。また転炉
における昇熱用炭素源の添加は、炭素源中に不純物とし
て含まれる硫黄（以下Ｓと記す）の混入を招き、吹止め
鋼中のＳ濃度が高くなる等の問題を引き起こす。さらに
予備処理工程におけるＭｎ鉱石の添加は、溶銑温度の低
下を招いて溶銑配合率を一層高めなければならない要因
となっており、また添加されたＭｎ鉱石を予備処理工程
で還元する際に、ＳｉやＣが酸化消費されて熱源成分残
存量を一層低下させていることも事実である。

【０００６】また、溶銑予備処理中に脱燐剤と炭材を混
合して吹き込む方法は、炭材と脱燐剤に含まれる酸素含
有物（酸化鉄あるいはスケールあるいは酸素ガス）が、
同一の羽口から吹き込まれることにより、吐出直後の羽
口近傍での炭材と酸素が反応し、炭材の歩留低下および
炭材燃焼による局所的な発熱による羽口近傍の耐火物溶
損が著しく低下するという課題があった。一方酸素との
反応により発生した熱の大部分は、ＣＯガス気泡に閉じ
込められて、溶銑に着熱することなく系外に捨てられて
しまうという、経済的な無駄を避けられないという課題
があった。

【０００７】さらに、吹き込まれた炭材のうち飽和Ｃを
越えた分、あるいは未反応のまま浮上してスラグ中に懸
濁した炭材は、スラグ中にキッシュグラファイト、ある
いは炭材粉としてスラグ中に析出・浮遊・懸濁すること
となり、事前に脱燐処理を実施している場合は、脱燐反
応生成物（燐酸化物）としてスラグ中に捕捉されていた
燐酸化物を還元してしまう結果、復燐が助長され、脱燐
効率を悪化させていた。さらに、脱燐処理を実施せず、
脱硫処理のみ実施した場合や、脱燐処理と脱硫処理を共
に実施した場合においても、スラグ中の懸濁したグラフ
ァイトは、スラグ処理に際して環境問題を引き起こすと
いう課題があった。本発明は、こうした事情に着目して
なされたものであって、熱源を十分に含有する予備処理
溶銑の生産方法を開発することによって、転炉精錬にお
ける上記問題点を解決するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、溶銑の予備
処理として脱硫処理を行うにあたり、脱硫処理中の生成
スラグ中に炭素源を添加するとともに、スラグ中に酸素
源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させることを特徴とす
る溶銑の予備処理方法によって達成される。また上記目
的は、溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあたり、
脱硫処理中の溶銑および生成スラグ中に炭素源を添加す
るとともに、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源
を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法によ
って達成される。

【０００９】

【作用】溶銑中のＣ濃度は飽和点に近く、そのため従来
は溶銑中への炭素源の添加は困難であると考えられてい
た。また精錬に対する従来の常識では、炭素源は還元性
材料であり、これを溶銑予備処理時、特に脱燐処理時あ
るいは脱燐処理後に添加すれば酸化反応である脱燐反応
が阻害され、あるいは復燐反応が起こって脱燐性能が低
下すると考えられていた。こうした状況の中で、たとえ
ば特開平２−２２８４１２号等において、溶銑中に炭材
を脱燐剤と混合して吹き込む溶銑予備処理方法が開示さ
れているが、上記課題で記述した理由により実操業への
適用には大きな技術的課題があった。

【００１０】こうした状況の中で、本発明者らは、前記
課題について、種々の改善検討を実施した結果、予備処
理時に溶銑中に炭材を吹き込むだけの前記方法では、課
題解決方法がなく、操業への適用は困難であるとの結論
を得るに至った。そこで、本発明者らは、予備処理時の
熱源確保という観点から、溶銑中にＣを供給するという
従来の考え方に対して、発想の転換をはかり、処理中の
温度低下を防止するという観点で鋭意検討を重ねた結
果、スラグ中の酸素ポテンシャルを制御して、冶金反応
に影響を及ぼさずにスラグ中で炭素源を燃焼させ、その
燃焼熱を溶銑に着熱させることにより予備処理時の熱源
を向上させる技術を発明した。

【００１１】すなわち、スラグ中に炭素源を添加する
と、炭素源は還元剤として作用し、スラグ中の酸素ポテ
ンシャル（代表としてＦｅＯ量）を低下させる。すなわ
ち、 ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ ・・・（１） の反応が起こる。一般に脱硫反応は、反応雰囲気が還元
性であるほど反応が進行しやすくなる。逆に雰囲気の酸
化性が高いと脱硫効率は低下し、同様の理由から、スラ
グ酸素ポテンシャルが上昇すると復硫が発生する。した
がって、従来から脱硫処理時は酸素を使用せず、また脱
燐スラグ等のスラグ酸化度の高いスラグが存在しないタ
イミングで脱硫を実施することが必要であると一般に考
えられてきた。

【００１２】したがって、本発明法によるスラグ中への
炭素源酸化は、上記（１）式の反応によりスラグ酸化度
を低減することから、炭素源添加のみであれば脱硫反応
効率が向上することになる。しかし、本発明の目的であ
る炭素源のスラグ中での燃焼による溶銑顕熱向上を実現
するために、スラグ中に酸素源を供給し、炭素源を燃焼
させるにあたっては、必要量以上の酸素源を供給すると
結果的にスラグ酸化度上昇を引き起こすこととなる。本
発明法においては、上記炭素源による還元と燃焼用酸素
源供給による酸化のバランスを制御すれば、冶金反応に
悪影響を及ぼすことなく溶銑の熱源向上を実現するもの
である。

【００１３】以下本発明方法をさらに詳細に説明する。
第１の方法では、スラグ中に添加された炭素源は、同時
にスラグ中に供給される酸素源およびスラグ中のＦｅＯ
を始めとする酸化物と反応を起こし、発熱する。本発明
者らの実機での調査によれば、スラグ以外の酸素源（本
発明請求項に記述する酸素源）によって供給される酸素
量が、化学量論的に炭素源から供給される炭素量と反応
する量より少なくすることにより、スラグの酸素ポテン
シャルの上昇による復硫反応を防止できることが判明し
た。

【００１４】すなわち、脱燐処理スラグの存在しない条
件下では、スラグ酸素ポテンシャル低下による復燐を考
慮する必要がないため、スラグ中に供給された炭素は、
外部からスラグ中に供給された酸素およびスラグ中のＦ
ｅＯを始めとする酸化物の還元により供給される酸素の
合計量が化学量論的に炭素燃焼に必要な酸素量であれば
良い。その際に、本発明者らの調査によれば、スラグ中
に純炭素換算１ｋｇあたり外部から供給される酸素源量
は、純酸素換算で０．５〜１．９Ｎｍ³ が適当である。
純酸素換算量が０．５Ｎｍ³ 未満であると、スラグ中に
グラファイトが析出してスラグの処理が困難となり、ま
た１．９Ｎｍ³ より大きくなるとスラグの酸素ポテンシ
ャルが上昇して脱硫効率の悪化を引き起こす。

【００１５】また、脱硫時に脱燐処理スラグが存在する
場合は、スラグ中に供給した炭素がスラグ中の酸化物と
反応してスラグの酸素ポテンシャルが低下することによ
り復燐が発生する。したがって、スラグの酸素ポテンシ
ャルが上昇しない範囲で外部から炭素燃焼に必要な酸素
量を全量供給する必要がある。したがって、必要な酸素
量は本発明者らの調査結果によれば、スラグ中に純炭素
換算１ｋｇあたり外部から供給される酸素量は、純酸素
換算で０．７〜１．９Ｎｍ³ が適当である。０．７Ｎｍ
³ 未満であるとスラグ中の酸素ポテンシャルが低下して
復燐あるいはスラグ中へのグラファイト析出が問題とな
る。１．９Ｎｍ³ より多量の酸素を供給すると復硫が発
生し、脱硫効率が悪化する。

【００１６】第２の方法では、従来の方法では、Ｃ飽和
によるスラグ中へのグラファイト析出の課題があり、飽
和まで溶銑中にＣを吹き込むことが不可能であった。本
発明では、スラグ中への供給酸素量を適当な量として設
定することにより、スラグ中に析出することの懸念なし
に溶銑中に飽和までＣを吹き込むことが可能となる。さ
らに、スラグ中への供給酸素量および吹き込み条件を上
述した第１の方法に準じて適当な条件とすることによ
り、溶銑Ｃの低下なしにＣ燃焼による温度上昇を得るこ
とが可能となり、第１の方法をさらに効果的なものとす
る。上記方法は、Ｃ燃焼により多量のＣＯガスが発生す
ることから、スラグ中をＣＯガスが通過する際にスラグ
のフォーミングを引き起こす。その防止策として、フォ
ーミングしたスラグを収容可能な反応機を使用すること
が必要であり、本発明にかかる予備処理方法実施の際
は、溶銑鍋に払いだされた溶銑中にフリーボードを浸漬
した反応容器あるいは、転炉あるいは混銑車を使用する
ことが望ましい。

【００１７】

【実施例】図１は脱硫処理中に、スラグ中に炭素源とし
て最大粒径５ｍｍの粉コークス（炭素含有率８８％）を
溶銑１ｔ当たり１〜２０ｋｇ投入し、同時に純酸素また
は２１％酸素＋７９％窒素の混合ガスを酸素源として純
酸素換算で、脱燐スラグが存在する場合は、純炭素換算
１ｋｇ当たり０．７〜１．９Ｎｍ³ 、脱燐スラグが存在
しない場合は、純炭素換算１ｋｇ当たり０．５〜１．９
Ｎｍ³ 吹き込んだ際の溶銑温度上昇効果を示す。酸素源
は、上方からスラグに吹きつけるまたは、スラグ中に浸
漬したノズルから供給した。同時に脱硫処理中溶銑に
は、溶銑中に浸漬したインジェクションノズルから脱硫
剤と同時に粉コークスを溶銑１ｔ当たり０〜１０ｋｇ吹
き込んだ。溶銑１ｔ当たり純炭素１ｋｇ燃焼させること
により溶銑温度は５〜１３℃向上し、着熱効率は４０〜
１００％であった。また、従来の溶銑中に炭素源を添加
した際に課題となっていたスラグへのキッシュグラファ
イト析出の発生も全くなく、予備処理後スラグの処置も
従来方法を変更する必要はなかった。表１および表２に
本発明の実施例と比較例を示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】また、フリーボードを使用することによ
り、スラグ中での炭素源燃焼の際発生するＣＯガスによ
るスラグフォーミングによる操業への影響は全くなかっ
た。反応容器として混銑車を使用した場合についても同
様にフォーミングによる操業への悪影響は発生しなかっ
た。炭素源としては、コークス、石炭、土壌黒鉛等、炭
素を主成分とするものであれば炭素純分当たりの効果は
同様に得られた。また、スラグ中に供給する炭素源の粒
度としては、集塵系に飛散することによるロスのない範
囲で細粒であるほど反応効率が向上あるいは反応速度向
上の効果が得られた。

【００２１】すなわち、スラグ中に炭素源を吹き込む際
には、最大粒径が０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下また上方か
らスラグ中に添加する場合は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下
の炭素源を使用した。さらに、スラグ中炭素源燃焼に使
用するガスとしては、酸素ガスあるいは酸素ガスと窒素
ガスの混合ガス（空気を含む）が望ましいが、その中の
窒素ガスは酸素ガスの希釈ガスとしての役割をはたして
おり、炭素と反応せずに火点近傍の冷却を実現するため
であるならば、窒素ガスに代替して例えばＡｒ，ＣＯ
₂ ，ＣＯあるいはそれらの混合ガスを使用することも同
等の効果が得られる。ただし、ガスコスト上昇を引き起
こすため、工業生産的には窒素ガスが最も望ましい。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されてお
り、製鋼工程における熱源（溶銑予備処理後の温度）向
上を実現した結果、転炉におけるＭｎ鉱石投入量増大に
よる吹止Ｍｎ向上と、高価なＦｅ−Ｍｎ合金鉄使用量削
減という点で、多大な経済的効果を得ることが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラグ中への炭素源供給量と溶銑温度上昇の関
係

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森口 誠 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶銑の予備処理として脱硫処理を行うに
   あたり、脱硫処理中の生成スラグ中に炭素源を添加する
   と共に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃
   焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
2. 【請求項２】 溶銑の予備処理として脱硫処理を行うに
   あたり、脱硫処理中の溶銑および生成スラグ中に炭素源
   を添加すると共に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記
   炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方
   法。