JPS5855207B2 - 溶銑の吹込脱燐用組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶銑を転炉で精錬するに先立ち、予備処理と
して溶銑の状態で脱燐処理する技術に関し、特にその脱
燐処理のために搬送用ガスとともに吹込むための粉体組
成物に関するものである。

従来一般に溶銑の脱燐は転炉吹錬工程で脱炭等とともに
行うのが通常であったが、その方法で脱燐効率を高める
ためにはＣａＯ等の造滓材を多量に使用しなければなら
ず、そのため鋼の製造コストが高くなる他、転炉吹錬に
より副生ずる滓の量が増大してその廃棄や再生処理に相
当の経費を要する等の問題がある。

また通常の転炉吹錬における脱燐ではいたずらに造滓材
の量を増大しても脱燐率の向上には限界があった。

そこで最近では溶銑を転炉に装入して脱炭吹錬を行う前
に、予め溶銑予備処理として脱燐処理を施す方法が注目
されている。

このような溶銑予備脱燐処理法の具体的方法の一例とし
て、容器底部から酸素ガスとともに石灰粉と螢石、ソー
ダ灰、氷晶石等の媒溶削粉との混合粉体を溶銑中に吹込
む方法が提案されている。

この方法は、処理時間が極めて短かいにもかかわらす脱
燐率が高く、しかも脱Ｍｎ量が少ないことなどの点で優
れた方法である。

しかしながら上記の脱燐処理方法においては、次に記す
ように脱炭量が相当に大きくなり、またそのため吹込む
酸素が多量に必要であるとともにＣＯガス発生量が多く
なる等の問題があった。

すなわち上記の脱燐処理法においては、冷却剤として装
入する鉄鉱石中の酸素量も算入した合計量で、酸素を８
〜１５Ｎ７７？”／（溶銑トン）使用する必要がある。

酸素量が８ Ｎ ７１ｙ”／ （溶銑トン）より少なけ
れば脱燐率が低く、逆に１５Ｎｍ３／（溶銑トン）より
多くても脱燐率の向上がそれほど向上しないのに対し脱
炭量が著しく多くなり、したがって上述の酸素量範囲を
守る必要があるとされている。

しかしながら上述の酸素量範囲を守った場合でもこの脱
燐処理によって０．７〜１．０％程度の脱炭が生じ、脱
燐処理後の炭素濃度は３．８％程度となってしまう。

周知のように最近では転炉工程において省エネルギの為
、ＣＯガスを含有する転炉排ガスを回収し、燃料として
使用することが行なわれているが、上述のように転炉工
程に先立つ脱燐処理における脱炭量が多ければ、転炉で
の排ガスの回収利用効率が下がってしまい、エネルギ利
用効率が低下してしまう。

また脱燐処理における脱炭量が上述のように多ければ、
それだけ脱燐処理に際してのＣＯガス発生量が多くなり
、そのため吹込む酸素ガス量が多いことと相俟って、溶
銑の飛散量が多くなるから、処理中の溶銑の散逸を防止
するために大きな処理容器が必要となり、かつまた赤褐
色のニュームを含む多量のＣＯガスを処理するために大
きな除塵設備を必要とし、その結果設備コストが著しく
大きくなる。

以上のような事情から本発明者等は、小量の酸素ガス吹
込みにて高い脱燐率を得て、脱炭量を極く小量に抑制し
得る脱燐処理法を開発するべく実験・研究を進めたとこ
ろ、その研究過程で次のような知見を得た。

すなわち、５％ＣａＦ２および残部ＣａＯからなる混合
粉体にて焼結ランスを作成し、第１図に示すようにその
焼結ランス１を溶銑２中に浸漬して、その中央から０−
２ｒｎ：／−・ｔの小量の酸素ガス３を吹込む実験を行
ない、使用した焼結ランスをＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロア
ナライザ）分析に供したところ、焼結体表面に約５０μ
ｍの厚さで高濃度に燐を含有する反応相が生成されるこ
とを見出した。

そしてさらに詳細な実験を行なったところ、酸素ガス吹
込みの初期には焼結体表面層に溶銑のＦｅが酸化されて
なるＦｅＯが高濃度に含有され、その後第２図に示すよ
うに表面層中のＦｅＯ濃度が減少してＰ２Ｏ５濃度が増
加し、これによって上述のような反応相が生成されるこ
とが確認された。

このことから、ＣａＯとＦｅＯとが共存すればＦｅＯが
溶銑中の燐を酸化してＰ２Ｏ５を生成させ、ＦｅＯ濃度
が減少するにつれてＰ２Ｏ，濃度が上昇し、上述のよう
に０．２７１１ ／ｍｉｎ・ｔという少量の０２ガスで
も著しく脱燐が進行することが判明した。

すなわち、第２図に示すように焼結体表面層のＦｅＯ濃
度が零％近くまで低下すればその層中のＰ２Ｏ５は化合
物Ｃａ０−Ｐ２Ｏ５中のＰ２Ｏ，濃度にほぼ一致する濃
度まで上昇し、このことからＣａＯの脱燐反応効率が１
００％に近い値となることが明らかである。

本発明者等は上述の新規な知見を実用に供すべくさらに
鋭意研究を進めた結果、この発明をなすに至った。

すなわち、生石灰と酸化鉄（および／または酸化マンガ
ン）とが共存するように、生石灰と鉄鉱石（および／ま
たはマンガン鉱石）との混合物も焼結もしくは溶融処理
した後粉砕した脱燐剤を溶銑中に吹込めば、著しく少な
い脱炭量で効率良く脱燐処理でき、かつ酸素ガス使用量
も少なくて済むことを見出してこの発明を得たのである
。

具体的には、この発明の吹込脱燐用組成物は、生石灰を
３０〜７０重量％、鉄鉱石および／またはマンガン鉱石
を合計量で３０〜７０重量％含有する混合物を焼結もし
くは溶融処理後、重量平均直径が５００μｍ以下となる
ように粉砕してなり、その粉体粒子中に生石灰と酸化鉄
および／または酸化マンガンとが共存するものである。

また上記の生石灰、鉄鉱石および／またはマンガン鉱石
のほか、媒溶剤として螢石、氷晶石、コレマナイトおよ
び炭酸ソーダの内から選ばれた１種または２種以上を総
量で２０重量％以下含有する混合物を焼結もしくは溶融
処理した後、前記同様に重量平均直径が５００μｍ以下
となるように粉砕してなり、その粉体粒子中に少なくと
も生石灰と酸化鉄および／または酸化マンガンとが共存
するものである。

以下この発明をより詳細に説明する。

この発明の脱燐用組成物は、前述のように予め生石灰と
鉄鉱石（および／またはマンガン鉱石）との混合物を焼
結処理もしくは溶融処理した後、粉砕して粉体化したも
のである。

上述の如く混合物を焼結もしくは溶融処理することによ
って混合物が一体化し、これを粉砕することにより各粉
末粒子中において生石灰と酸化鉄（および／または酸化
マンガン）が共存する粉体が得られる。

このように各粉末粒子中において生石灰と酸化鉄（およ
び／または酸化マンガン）が共存する粉体組成物を用い
ることによってはじめて少ない脱炭量で高い脱燐効率が
得られるのである。

上述のような共存による効果は次のように推察される。

すなわち、溶銑に０２ガス、鉄鉱石、マンガン鉱石など
の形で供給される酸素は、次の（１）式、（２）式で示
すように脱炭および脱燐に寄与する。

〔Ｃ〕十〇−！−ＣＯ・・・・・・・・・・・・・・・
（１）２〔Ｐ〕＋５０＋３（ＣａＯ）→（３ＣａＯ−Ｐ
２Ｏ３）・・・（２）すなわち、脱炭反応と脱燐反応と
が競合するが、両反応の著しい相違点は、脱燐反応には
生石炭が必ず関与する点である。

このため酸素を生石灰と共存するように供給すれば、（
２）の脱燐反応が優先されて脱燐反応に消費される酸素
の割合が多くなり、その結果少ない脱炭量で脱燐処理が
できるものと考えられる。

ここで、生石灰と共存させて脱燐反応を促進させる酸素
源は固体酸素源である必要があり、また各種の固体酸素
源の内でも安価でしかも溶銑中に還元された場合に有用
成分となるように、鉄鉱石またはマンガン鉱石の一方、
または双方を混合して用いることとする。

次に生石灰と鉄鉱石（もしくはマンガン鉱石）との配合
量について説明すると、鉄鉱石中のＦｅ２Ｏ３もしくは
マンガン鉱石中のＭｎＯ２は次の（３） 、 （４）式
により脱燐に寄与する。

３ＣａＯ＋（５／３）Ｆｅ ２０３＋２（Ｐ 〕→（３
ＣａＯ−Ｐ ２０５） ＋ （１０／３ ） Ｆ ｅ
””・”（３）３ Ｃａ Ｏ＋ （５／２ ） Ｍｎ
Ｏ２＋ ２ （Ｐ 〕→（３ＣａＯ−Ｐ２Ｏ３）＋（５
／２）Ｍｎ ・・・・・・・・・（４）したがってＦ
ｅ ２０３もしくはＭｎ ０２が１００％脱燐に寄与す
ると仮定すれば、脱燐剤の組成は、（３９％Ｃａ Ｏ＋
６１ ％ Ｆ ｅ ２０ ａ ）、もしくは（４３％
ＣａＯ＋５６％Ｍｎ０２） であれば良いことになる。

Ｆ ｅ ２０ ａもしくはＭ ｎ Ｏ２の含有量がこれ
より少ない場合には０２ガスの吹込み量を増すことによ
り酸素の不足分を補うことができる。

しかしながら０２ガスの吹込量が増すに従って脱炭量が
増加し、この発明の所期の目的が達成されなくなるから
、鉄鉱石もしくはマンガン鉱石の配合量の下限は合計量
で３０％とした。

またこれに伴って生石灰の配合量の上限は７０％とした
。

一方、鉄鉱石、マンガン鉱石の配合量が多過ぎれば脱燐
に作用する一方の成分である生石灰の配合量が少なくな
り、単位重量当りの脱燐剤の脱燐効率が低下するから、
鉄鉱石、マンガン鉱石の配合量の上限を両者の合計で７
０％とした。

またこれに伴って生石灰の配合量の下限を３０％とした
。

但し、これらの配合量は、通常使用されている鉄鉱石、
マンガン鉱石、すなわちＦ ｅ ２０ ａを主成分とし
、Ｔ−Ｆｅとして５４〜６７％程度含有する鉄鉱石、あ
るいは酸化鉄と酸化マンガンを主成分とし、Ｔ−Ｆｅと
して４〜４２％、Ｔ−Ｍｎとして１７〜４０％程度含有
するマンガン鉱石に基づいて決定した。

なお、この発明の脱燐組成物は、溶銑中に吹込むことに
よってはじめて所期の目的が達成されるものであり、溶
銑の湯面に添加して攪拌処理する場合には、高い脱燐反
応効率が期待できない。

その理由は次のように推察される。

すなわち、前述したように（ＣａＯ＋５％ＣａＦ２）焼
結ランスを溶銑中に浸漬しての小量０１′ｊス吹込み実
験において、その焼結体表面の燐濃度の高い反応相の厚
みは５０μｍ程度であった。

この現象は、ＦｅＯとの関係（第２図参照）において、
ＦｅＯ濃度が減少するに従って反応相の融点が上昇して
反応速度が遅くなり、そのため反応相の成長がある程度
の厚みで実質的に停止してしまうためであると思われる
。

脱燐剤を湯面に添加する方法の場合、仮にその脱燐剤を
細かく粉砕して添加しても、凝集して大きな塊状となっ
たり、あるいは融点の低い組成の脱燐剤の場合には連続
した溶融スラグ層となってしまう。

したがってその塊状もしくは連続層状のスラグの表面に
５０μｍ程度の反応相しか生成されなければ、添加した
脱燐剤の内、極く一部しか脱燐に寄与しないことになり
、脱燐効率が著しく低くなる。

実際、生石灰と鉄鉱石を湯面上に添加する従来の溶銑脱
燐方法では１００Ｋ、／を程度の多量の脱燐剤が必要と
されていたのである。

これに対し吹込み脱燐法では、溶銑中に吹込まれた脱燐
剤が湯面に浮上するまでの間、細かい粉末粒子のまま反
応が生じる。

したがって例えば直径１５０μｍの脱燐剤の場合、表面
に５０μｍ厚の反応相が生成されれば、重量６分比で９
７％（１００１００Ｘ５０３／１５０３）という高い反
応効率が得られることになる。

したがってこの発明の脱燐剤は、溶銑中吹込みに使用し
てはじめて優れた効果が得られるのである。

ところで、吹込み脱燐法においても脱燐剤の粒径が増す
に従って未反応部分の割合が増加し、反応動率が低下す
る。

そこでこの発明では脱燐剤の直径を重量平均で５００μ
ｍ以下に限定した。

なお生石灰と鉄鉱石（および／またはマンガン鉱石）と
の混合物を焼結処理後粉砕してこの発明の脱燐組成物を
得る場合、焼結前の原料粉末が太き過ぎれば、焼結およ
び粉砕後の脱燐組成物粉体中におけるＣａＯとＦ ｅ
２０３ （もしくはＭｎ０２）とが共存している粒子の
割合が少なくなるから、焼結前の原料粉末の粒径は、３
１１ｇ１程度以下とすることが望ましい。

さら（ここの発明の吹込脱燐用組成物は、生石灰と鉄鉱
石（および／またはマンガン鉱石）のほか、媒溶剤とし
て螢石、氷晶石、コレマナイト、炭酸ソーダの内から選
ばれた１種もしくは２種以上を加えた組成とすることが
できる。

これらの媒溶剤を含有させること（こよって脱燐剤の融
点が下がり、反応を促進させて生石灰の反応効率を向上
させる。

但しこれらの配合量が２０％を越えれば反応促進の効果
がそれ以上向上せず、脱燐剤のコストを引上げるだけで
あるから、これらの配合量の上限を２０％とする。

第３図（こ、脱燐剤成分として螢石を加えた場合の生石
灰反応効率の変化を示す。

但しここで用いた脱燐剤は、鉄鉱石１００重量部に対し
生石灰４６重量部を配合し、溶融処理後重量平均直径が
９２μｍに粉砕したものである。

また上記の生石灰反応効率は次の（４）式から求めたも
のである。

６２／１６８＝（Ｐの原子量ｘ２）／（ＣａＯの分子量
×３）なお、この発明の吹込脱燐用組成物を用いた場合
、後述するように溶銑の飛散が少ないため溶銑運搬用の
トーピード車や溶銑鍋等の小規模の容器を処理容器とし
て使用できるが、その場合脱燐用組成物は、溶銑中に中
空ランスを浸漬してその中空ランスを通して溶銑中（こ
吹込むのが便利である。

以下にこの発明の脱燐用組成物を用いて溶銑の脱燐処理
を行った本発明実験例およびこの発明の範囲外の脱燐用
組成物を用いて脱燐処理を行った比較実験例を記す。

本発明実験例 小型の底吹き転炉Ｏこ約５トンの溶銑を装入し、炉底に
設けられた羽口から脱燐剤を（Ｎ２＋０２）混合ガスと
共Ｏこ吹込んだ。

底吹きガスの吹込み速度は２．０Ｎ７ＦＬｌ／藤・ｔと
し、Ｎ２と０２との比率を変えることにより０２ガスの
吹込み量を変化させた。

この脱燐処理の時間は約３．５分とし、処理終了後の溶
銑温度が１３４０〜１３９０℃の範囲内となるように処
理前浴銑温度を調整した。

また吹込み０２ガス量を少なくするためには処理前の浴
銑Ｓｉ濃度が低いことが好ましいことから、処理前Ｓｉ
濃度が０．２％よりも低い溶銑を選んで使用した。

このような脱燐処理に使用した脱燐剤組成、脱燐剤吹込
量、処理前および処理後の浴銑化学成分、石灰反応効率
を第１表（こ示す。

但し脱燐剤は予め溶融もしくは焼結処理後粉砕したもの
であり、その重量平均直径はいずれも約９２μｍである
。

また脱燐剤に使用した鉄鉱石およびマンガン鉱石の組成
は第２表、第３表（こ示す通りである。

比較実験例 本発明実験例と同様にして脱燐処理を行った。

＊本その脱燐剤組成、条件、および結果を第４表Ｏこ示
す。

但しこの比較実験例の実験番号１〜３においては脱燐剤
として、溶融もしくは焼結処理を行なわない混合粉体の
ままのものを用いた。

また脱燐剤の重量平均直径は約８７μｍであって、本発
明実験例とほぼ同じである。

なおこの比較実験例の実験番号２においては炉口から鉄
鉱石を添加（第４表の註１）し、実験番号３においては
炉口からマンガン鉱石を添加（第４表の註２）した。

脱燐剤と炉口からの添加に用いた鉄鉱石もしくはマ・ン
ガンン鉱石の組成は前記と同じである。

が溶融もしくは焼結処理を行なわずＧこ混合粉体のまま
のものを用い、０２ガス吹込み量を少なくしかつ炉口か
ら鉱石を添加しない場合、脱炭量は０．３５％と少ない
が処理後の燐濃度が０．０８３％と高く、実用化は困難
であった。

また比較実験例の実験番号２，３に示すように吹込み脱
燐剤として鉄鉱石もしくはマンガン鉱石を含まない生石
灰および螢石の混合粉体を用い、炉口から別途鉄鉱石も
しくはＭｎ鉱石を添加しかつ０２ガス吹込量を増せば脱
燐率は９５％程度と相当に高くなるが、脱炭量は０．８
〜０．９％と相当に大きくなる。

したがって混合粉体を用いたり生石灰と鉱石を別に添加
した場合、すなわち生石灰と鉄鉱石（もしくはマンガン
鉱石）とが共存状態となっている粉体を使用しない場合
Ｏこは、高い脱燐率と少ない脱炭量とを同時Ｑこ得るこ
とが困難であることが明らかである。

また生石灰の配合量が少な過ぎる比較実験例の実験番号
４の場合、脱燐率が４０％と著しく低く、逆Ｏこ生石灰
の配合量が多過ぎる比較実験例の実験番号５の場合、生
石灰の反応効率が著しく低くなっている。

これに対し本発明実験例においては、石灰の反応効率お
よび脱燐率がともに高く、しかも脱炭量が０．２％以下
と極めて少なくなっていることが明らかである。

以上の説明で明らかなようにこの発明の吹込脱燐組成物
を用いて溶銑を脱燐処理すれば、少ない脱炭量で高い脱
燐率を得ることができ、そのため脱燐処理に使用する０
２ガス量と発生するＣＯガス量が著しく減少する。

したがって溶銑の飛散やＣＯガスの発生に伴うヒユーム
の発生が従来法と比較し格段（こ少なくなるから、小規
模の容器、例えば溶銑運搬用のトーピード車や溶銑鍋を
用いて処理することができ、かつまた防塵設備も簡単な
ものとすることができ、そのため処理に要する設備コス
トを著しく低減することが可能となる等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の開発過程で使用した実験装置を示す
略解図、第２図は第１図の装置を用いた実験における焼
結体（焼結ランス）表面の反応相中のＦｅＯ濃度とＰ２
Ｏ，濃度との関係を示す相関図、第３図は螢石を添加し
た脱燐剤を用いた場合の螢石添加量と生石灰反応効率と
の関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生石灰を３０〜７０重量％と、鉄鉱石および／また
   はマンガン鉱石を合計量で３０〜７０重量％との混合物
   を焼結もしくは溶融処理後、重量平均直径が５００μｍ
   以下となるよう粉砕してなり、その粉体粒子中に生石灰
   と酸化鉄および／または酸化マンガンが共存することを
   特徴とする、溶銑中ヘガスとともに吹込むための吹込脱
   燐用組成物。 ２ 生石灰を３０〜７０重量％と、鉄鉱石および／また
   はマンガン鉱石を合計量で３０〜７０重量□と、螢石、
   氷晶石、コレマナイトおよび炭酸ソーダのうちから選ば
   れた１種または２種以上を総量で２０重量□以下とから
   なる混合物を焼結もしくは溶融処理後、重量平均直径が
   ５００μｍ以下となるように粉砕してなり、その粉体粒
   子中に生石灰と酸化鉄および／または酸化マンガンが共
   存することを特徴とする、溶銑中ヘガスとともに吹込む
   ための吹込脱燐用組成物。