JPWO2013012039A1 - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

Abstract

転炉型精錬容器に溶銑と冷鉄源を装入し、ＣａＯを主成分として含有する副原料を酸素源とともに供給して、該冷鉄源を溶解するとともに溶銑の脱珪処理を行い、次いで、中間排滓として、脱珪処理によって生成されたスラグの少なくとも一部を排滓し、引き続き前記転炉型精錬容器内の溶銑に造滓剤と酸素源を供給して脱燐処理を行う溶銑の精錬方法において、前記脱珪処理に際して、前記転炉型精錬容器に、珪素含有物質あるいは珪素含有物質と炭材を熱源として添加して、脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１．５以下、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上、１３５０℃以下とする条件のもとに脱珪処理を行い、次いで、前記中間排滓にて、前記脱珪処理にて生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上のスラグを前記転炉型精錬容器から排滓する。

Description

本発明は、１つの転炉型精錬容器（転炉型精錬炉）を用いて溶銑の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程（中間排滓）を挟んで連続して行う精錬方法に関し、詳しくは、鉄スクラップや冷鉄等の冷鉄源の溶解を効率的に行うことのできる溶銑の精錬方法に関する。

温室効果ガスの排出量削減が強く求められる近年、鉄鋼業においては、転炉にて溶銑の脱燐処理及び脱炭精錬を行う際に、溶銑に熱的な余裕が有る場合には、炉内の溶銑に鉄スクラップなどの冷鉄源を配合して鉄鋼製品生産に要するエネルギーを削減する方法が行われている。これは、高炉に装入される鉄鉱石のような酸化鉄と異なり、金属鉄である冷鉄源は還元する必要がなく、高炉から出銑される銑鉄を精錬して溶鋼を製造するよりも少ないエネルギー消費量及び少ない温室効果ガス排出量で溶鋼を製造できるからである。また、高炉で製造された溶銑に冷鉄源を加えて溶鋼を溶製することで、高炉で製造される溶銑量以上の溶鋼を製造でき、溶鋼の生産量増大も可能である。

また近年、コスト面及び品質面で有利であることから、転炉での脱炭精錬の前に溶銑に対して予備処理として脱燐処理（「予備脱燐処理」ともいう）を実施し、予め溶銑中の燐を除去する精錬方法が行われている。これは、脱燐反応は精錬温度が低いほど熱力学的に進行しやすく、つまり、溶鋼段階よりも溶銑段階の方が脱燐反応は進行しやすく、少ない精錬剤で脱燐精錬を行うことができることに基づいている。

一般に溶銑の予備処理では、先ず、酸化鉄などの固体酸素源を溶銑に添加して脱珪処理を行い、この脱珪処理で発生したスラグを除去し、さらに、必要に応じて溶銑を別の精錬容器に移し替えた後に脱燐精錬剤（媒溶剤）を添加して脱燐処理を実施する。
通常、この脱燐処理の脱燐精錬剤としては生石灰などのＣａＯ系媒溶剤を用い、脱燐剤である酸素源としては固体酸素源（酸化鉄など）や気体酸素源（酸素ガスなど）を用いている。また、予備処理を行う精錬容器としては、トーピードカー、取鍋（高炉鍋や装入鍋）、転炉型精錬炉などが用いられている。

上記の方法で脱燐処理を行った溶銑は、熱源である珪素（Ｓｉ）が酸化されて殆どなくなっており、炭素（Ｃ）も酸化されて炭素濃度も出銑時に比べて１．５質量％（以下、質量％を「ｍａｓｓ％」と記す）程度低下し、鉄スクラップなどの冷鉄源を溶解するための熱的な余裕がないことから、脱燐処理の施された溶銑の転炉における脱炭精錬工程では冷鉄源を配合できないという問題が生じている。このため、溶鋼の増産が必要な場合には、予備処理としての脱燐処理を放棄して、転炉で脱燐精錬と脱炭精錬とを同時に行うという、従来の転炉吹錬に戻す操業を行う場合もある。

しかしながら、脱燐処理を施すことで、コスト低減及び鋼材の品質向上を達成できることのみならず、スラグ発生量を低減できることから、このような操業形態の変更を行わず、前述のように、溶銑の脱燐処理を行い、その上で、転炉では脱炭精錬のみを行うと同時に鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を増加させ、高炉で製造された単位質量あたりの溶銑からより多くの溶鋼を製造することが望ましい。

転炉における溶銑の脱炭精錬において、フェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）、金属Ａｌあるいはコークスや石炭、黒鉛などの炭材を熱源として添加し、供給する酸素ガスでこれらの熱源を酸化させ、酸化熱を利用して脱炭精錬の終点温度を確保することは、従来から行われている。これらの熱源を添加することで、冷鉄源の配合比率を増加させることは可能であるが、フェロシリコン、金属Ａｌは多量の電力を使用して製造されることから高価格であり、これらの添加により、冷鉄源の増配合が可能になるというメリットだけでは工業的には成り立たない。また、フェロシリコンや金属Ａｌを使用すると、ＳｉＯ₂あるいはＡｌ₂Ｏ₃が生成されて精錬を阻害するので、生成したＳｉＯ₂あるいはＡｌ₂Ｏ₃を希釈する必要が生じ、ＣａＯ系媒溶剤の使用量が増加し、これも製造コストを高める原因となる。

また、安価な熱源として、転炉内に存在する溶融鉄そのものも考えられる。鉄（Ｆｅ）と反応する酸素の１ｋｇ当たりに換算した発熱量は、フェロシリコンの発熱量に近く、コークスや黒鉛などの炭材と比較すれば、吹き込む酸素ガスを効率良く利用することが可能である。しかしながら、鉄を酸化する場合、溶銑中の炭素を酸素ガスの供給によって除去している脱炭精錬では、スラグ中のＦｅＯ濃度が３５ｍａｓｓ％以上の高濃度となり、耐火物の溶損が激しくなるという問題がある。また、鉄の酸化が多くなり、工業的には成り立たない。

一方、炭材は安価であることから、熱源として使用されることが多いが、熱源用の炭材として使用されるコークスや無煙炭は、単位質量あたりの発熱量がフェロシリコンや金属Ａｌに比べると少なく、同じ熱量を補償するためには多量の炭材が必要であり、かつ、この炭材を燃焼させるための多量の酸素ガスを追加供給する必要があり、転炉吹錬時間の延長に繋がり、冷鉄源の配合比率は増加したとしても、却って転炉の生産性を低下させてしまうおそれがある。加えて、コークスや無煙炭に含有される硫黄が溶銑や溶鋼に混入することにより、溶銑及び溶鋼の硫黄濃度のピックアップが生じ、特に低硫鋼を溶製する場合には、転炉からの出湯後に脱硫処理が必須となり、これも製造コストを高める原因となる。

また、脱炭精錬時に脱炭反応によって発生したＣＯガスを転炉内で二次燃焼させ（２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂）、この二次燃焼による発熱を溶鋼に着熱させて冷鉄源の溶解量を増加させる方法も行われている（例えば、鉄と鋼、vol.７１（１９８５）No.１５．p．１７８７−１７９４参照）。しかし、通常の脱炭精錬では、溶湯への着熱効率は低く、転炉の内張り耐火物を加熱するのみで、二次燃焼熱の大半は炉外に放出されてしまい、転炉の内張り耐火物の損傷を拡大させるという問題もあり、この方法で冷鉄源の配合比率を高くすることには限界がある。

二次燃焼熱の着熱効率を高めることにより、少ない炭材の使用量で多量の冷鉄源を溶解することを目的として、特開平８−２６００２２号公報には、炉内の溶融鉄１トンあたり１００ｋｇ以上１０００ｋｇ以下の大量のスラグを炉内に形成させ、このスラグ中で二次燃焼させる方法が提案されている。

また、特開平１０−２６５８２０号公報には、溶融鉄１トンあたり１００ｋｇ以上４００ｋｇ以下の大量のスラグを炉内に形成させ、このスラグ中で二次燃焼させると同時に、底吹き羽口から吹き込む攪拌用ガスによってスラグを強攪拌する方法が提案されている。

しかし、上記公報に開示された方法では、炉内のスラグ量を溶融鉄１トンあたり１００ｋｇ以上確保した上で、そのスラグ中に炭材を巻き込ませなければならず、これは炉内容積に占めるフォーミングスラグの存在比率を高くすることを意味しており、吹錬中の転炉炉口からのスラグ噴出を回避するためには炉内に収容させる溶融鉄の量を大幅に減らす必要があり、結果的に冷鉄源の溶解能率は低下してしまうという問題がある。

一方、特開平９−１７６７１７号公報には、高炉出銑溶銑を上底吹き転炉に装入して、脱珪処理し、生成した脱珪スラグを排滓する第一工程と、同転炉内に残した脱珪処理した溶銑を脱燐・脱硫処理する第二工程と、脱燐・脱硫処理した溶銑を転炉から溶銑鍋に出湯して、別に用意した上底吹き転炉に装入した後、同転炉で脱炭処理する第三工程から構成される転炉による高炉溶銑の製鋼方法が提案されている。

上記特開平９−１７６７１７号公報に開示の方法によれば、脱珪処理における溶銑中珪素の酸化燃焼熱を利用することで冷鉄源の溶解が可能であるとされているが、溶銑に含有される珪素の燃焼熱だけで溶解可能な冷鉄源の量には限界があり、冷鉄源の配合比率を高める観点からは、未だ改善の余地がある。

さらに、従来、溶銑予備処理の一部として行われてきた脱珪処理では、溶銑容器内でのスラグフォーミングによる操業支障を回避するため、また、短時間で多量の酸素を供給ため、酸化鉄を使用するのが一般的であった。

例えば、溶銑予備処理初期の脱珪反応時期において、脱珪用酸素源として酸化鉄をキャリアガスとともに溶銑中に吹き込んで脱珪処理を行う方法があるが、この方法では、酸化鉄が還元反応の進行時に分解吸熱するため、溶銑中の珪素燃焼熱を効率よくスクラップ溶解のための熱として転換することができず、脱珪反応時期における溶銑温度の上昇が十分に得られない。

上記のように、溶銑の予備処理として脱珪処理、脱燐処理を行い、その上で、転炉では脱炭精錬のみを行うと同時に鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を増加させ、高炉で製造された単位質量あたりの溶銑から、より多くの溶鋼を製造することを目的として種々の提案がなされているが、従来、有効な手段は提案されていないのが実情である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、大掛かりな設備が必要でなく、短時間で効率良く且つ安価に、鉄スクラップなどの冷鉄源の溶解のための熱補償を行うことができ、溶銑の持つエネルギーを無駄なく冷鉄源の溶解に有効活用し且つコスト面、品質面を考慮して十分な溶銑の精錬（脱珪処理、脱燐処理）を行うことを可能とする、溶銑の精錬方法を提供するところにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
すなわち、本発明は、転炉型精錬容器に溶銑と冷鉄源を装入し、ＣａＯを主成分として含有する副原料を酸素源とともに供給して、該冷鉄源を溶解するとともに溶銑の脱珪処理を行い、次いで、中間排滓として、脱珪処理によって生成されたスラグの少なくとも一部を排滓し、引き続き前記転炉型精錬容器内の溶銑に造滓剤と酸素源を供給して脱燐処理を行う溶銑の精錬方法において、前記脱珪処理に際して、前記転炉型精錬容器に、珪素含有物質あるいは珪素含有物質と炭材を熱源として添加して、脱珪処終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１．５以下、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上、１３５０℃以下とする条件のもとに脱珪処理を行い、次いで、前記中間排滓にて、前記脱珪処理にて生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上のスラグを前記転炉型精錬容器から排滓することを特徴とする溶銑の精錬方法である。

上記の構成からなる溶銑の精錬方法においては、
１）前記ＣａＯを主成分として含有する副原料、珪素含有物質のうちの少なくとも１種の添加量を調整して脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１.０以下の範囲内にすること、
２）前記酸素源の供給量を調整して脱珪処理終了時の溶銑温度を１３２０℃以上に調整すること、
３）前記転炉型精錬容器内に装入または脱珪処理中に添加する珪素含有物質の非酸化物珪素はその合計量で、該転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たり４〜１０ｋｇ／ｔの範囲にすること、
４）前記転炉型精錬容器に装入する冷鉄源と溶銑との合計質量当たりの冷鉄源原単位Ｘ_Ｓ（ｋｇ／ｔ）を、下記（１）式により算出されるＹの値で２２０以上、２６０以下となる範囲にして、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上１３２０℃以下とすること、
記
Ｙ＝（３＋３４．５[％Ｓｉ]＋０．２１Ｔ_ｉ）・（１０００−Ｘ_Ｓ）／１０００ …（１）
ここで、 [％Ｓｉ]：装入溶銑中珪素濃度（ｍａｓｓ％）、
Ｔ_ｉ：装入溶銑温度（℃）、
Ｘ_Ｓ：冷鉄源原単位（ｋｇ／ｔ）、
５）前記中間排滓により転炉型精錬容器から排滓されるスラグの排滓率は、前記脱珪処理にて生成したスラグの６０〜９０ｍａｓｓ％であること、
６）前記中間排滓を終えたのちの前記転炉型精錬容器内のスラグのスラグ量を、４kg/ｔ以上、２０kg/ｔ以下とすること、
７）前記脱珪処理時に、珪素の酸化に消費される酸素以外に溶銑に供給する酸素量を、前記転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ^３／ｔ以上とすること、
８）前記冷鉄源が、鉄スクラップあるいは直接還元鉄及び冷鉄から選ばれる少なくとも１種であること、
９）脱珪処理終了時から脱珪スラグを排滓するまでに至る時間が４分以内であること、
１０）前記ＣａＯを主成分として含有する副原料が、転炉滓及び取鍋精錬の実施時において生成されたスラグ（取鍋滓）から選ばれる少なくとも１種であること、
１１）前記珪素含有物質として、炭化珪素を主成分とする副原料を使用すること、
１２）前記炭化珪素を主成分とする副原料が、ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物であること、
１３）前記Ｓｉブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量を、下記（２）式で算出させる添加量上限値Ｗ以下とすること、
記
Ｗ＝（Ｆ−６００）×０．３÷２２．４×２８÷Ｘ_Ｓｉ÷１０ …（２）
ここで、Ｗ：ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（ｔｏｎ）、
Ｆ：脱珪処理中の総送酸素量（Ｎｍ^３）、
Ｘ_Ｓｉ：ＳｉＣブリケットまたはＳｉＣ系廃棄耐火物にＳｉＣとして含有されるＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）、
が、本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

上記の構成からなる本発明の溶銑の精錬方法によれば、鉄スクラップなどの冷鉄源の溶解のための熱補償として、脱珪処理時に溶銑に添加した珪素含有物質（珪素源）中の珪素の燃焼熱を積極的に利用し、同一転炉型精錬容器にて中間排滓を挟んで、脱珪処理と脱燐処理を連続的に実施するため、短時間で効率よく多量の冷鉄源を溶解することが可能となる。

また、本発明の溶銑の精錬方法によれば、転炉型精錬容器にて脱珪処理を行うため、該容器の容積に余裕があり、スラグフォーミングによる操業支障をきたすことがないうえ、酸化鉄を使用しなくても多量の気体酸素を短時間で溶銑に供給することが可能であり、珪素の燃焼熱を酸化鉄の分解熱として費やされることなく、冷鉄源の溶解に活用することが可能となる。

さらに、本発明の溶銑の精錬方法によれば、脱珪処理後に引き続いて脱燐処理を行うため、容器を移し替える際に発生する大気、耐火物への放熱分の熱量を冷鉄源溶解のための熱として活用することができる。

また、脱珪処理と脱燐処理の間に行う、中間排滓により、脱珪処理にて発生した低塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２＝０．５〜１．５）のスラグを転炉型精錬容器外に排出することにより、該容器内に残留する塩基度の低いスラグの量を低減し、高い塩基度（＝１．５〜３．０）で行う必要がある後半の脱燐処理で十分な脱燐を行うために追加、装入すべきＣａＯ量（ＣａＯ系造滓剤）の使用量を低減することができる。

図１は本発明の溶銑の精錬に用いて好適な転炉型精錬容器の断面を模式的に示した図である。 図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明による要請の精錬要領を工程順に示した概略図である。 図３は、スラグ塩基度と排滓率及びスラグ粘性の関係を示した図である。 図４は、中間排滓時の溶銑温度と排滓率の関係を示した図である。 図５は、脱珪処理終了時点における未溶解の冷鉄源の有無と脱珪処理終了時の溶銑温度と排滓率との関係の調査結果を示した図である。 図６は、中間排滓時の溶銑温度と脱燐処理後の燐濃度の関係を示した図である。 図７は、脱珪処理、脱燐処理、脱炭精錬の３つの工程における生石灰の原単位と排滓率との関係を示した図である。 図８は、中間排滓時の容器内スラグ量と脱燐処理後の燐濃度の関係を示した図である。 図９は、脱珪処理時における脱珪外酸素量と排滓率との関係を示した図である。 図１０は、脱珪処理終了から排滓開始時間と排滓率との関係を示した図である。 図１１は、脱珪処理から出湯に至るまでの溶銑中の珪素濃度、炭素濃度、燐濃度及びマンガン濃度の推移の一例を示した図である。 図１２は、脱珪処理における総送酸量とＳｉＣ燃焼量及びＳｉＣ歩留りとの関係を示した図である。

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の溶銑の精錬に用いて好適な転炉型精錬容器の断面を模式的に示した図であり、図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明による溶銑の精錬要領を工程順に示した概略図である。なお、図１は、図２（ｂ）の脱珪処理工程を示した図である。

本発明の溶銑の精錬方法では、上掲図１に示すような上底吹き可能な転炉型精錬容器（転炉）１を用いることができる。

上吹きは、転炉型精錬容器１の内部を昇降可能な上吹きランス２を介して、該上吹きランス２の先端から酸素ガス３を溶銑４に向けて供給することにより行う。ここで、酸素ガス３とは工業用純酸素である。

また、底吹きは、転炉型精錬容器１の底部に設けられた底吹き羽口（底吹きノズル）５を介して行う。

底吹き用のガス６は、溶銑４中に吹き込むことにより該溶銑４の攪拌を強化して冷鉄源の溶解を促進する機能を有するものであり、酸素ガスを含むガスでも、あるいはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスのみでもよい。

また、底吹き用のガス６としては、キャリアガス（搬送ガス）とともにフラックス（造滓剤）を溶銑中に吹き込む機能を有するものでもよい。

なお、図１における符号７は、珪素含有物質（以下、「珪素源」と記す）８が収容されたホッパー、９は、ＣａＯを主成分として含有する副原料（以下、「ＣａＯ系媒溶剤」と記す）１０が収容されたホッパー、１１は、ホッパー７に収容された珪素源８を転炉型容器１に投入するためのシュート、１２は、ホッパー９に収容されたＣａＯ系媒溶剤１０を転炉型容器１に投入するためのシュート、そして、１３は、精錬後の溶銑４を転炉型精錬容器１から出湯するための出湯口である。

本発明における溶銑４の精錬方法では、上底吹き可能な上記の構成からなる２基以上の転炉型精錬容器１を使用し、そのうちの少なくとも１基の転炉型精錬容器１で溶銑４の脱珪処理、脱燐処理（予備処理）を実施し、残りの少なくとも１基で予備処理された溶銑４の脱炭処理を実施することができる。すなわち、溶銑予備処理用の転炉型精錬容器１では、溶銑４の脱珪、脱燐処理を行い、次いで、溶銑予備処理の施された溶銑４を脱炭処理用の転炉型容器１に移し替えて脱炭処理を行う。

溶銑４の精錬を行うには、図２（ａ）に示すように、まず転炉型精錬容器１に鉄スクラップなどの冷鉄源１４を装入し、次いで装入鍋１５を介して溶銑４を装入する。
そして、次に、転炉型精錬容器１内の溶銑４に、ホッパー７に収容される珪素源８及びホッパー９に収容されるＣａＯ系媒溶剤１０を、それぞれシュート１１及びシュート１２を介して添加した後、酸素源として酸素ガスあるいは酸化鉄を供給して、図２（ｂ）に示すように脱珪処理を実施する。

溶銑４の脱珪処理においては、珪素源８に含有される珪素及び溶銑４に含有される珪素と、酸素源中の酸素とが反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ_２）して酸化熱が発生し、この酸化熱で溶銑温度が上昇し、溶銑中の冷鉄源１４の溶解が促進される。

ここに、転炉型精錬容器１に予め装入する冷鉄源としては、日本鉄源協会の「鉄スクラップ検収統一規格」に規定されている鉄スクラップの他、直接還元鉄、冷銑などの鉄を主成分とするものでもよい。

脱珪処理のための酸素源としては、上吹きランス２から供給する酸素ガス３のみでもよく、また、酸素ガス３に酸化鉄（図示せず）を併用してもよい。

短時間で行われる脱珪処理中に目的とする塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ₂）（以下、単に「塩基度」とのみ表示することもある）のスラグ１６を形成させるためには、ＣａＯ系媒溶剤１０の滓化を促進させる機能を有する酸化鉄を一部使用することが効果的であると考えられるが、本発明の目的である多量の冷鉄源１４を溶解させる観点からは、昇熱時及び分解時に吸熱する酸化鉄を用いることは好ましいとはいえず、従って、酸素源として酸化鉄を用いずに酸素ガス３のみを用いるのが望ましい。

また、精錬容器として転炉型精錬容器１を使用するので、強攪拌が可能であり、酸素ガスのみを用いて脱珪処理を行っても、十分に目的とする塩基度のスラグ１６を形成させることができることを確認している。

また、さらにＣａＯ系媒溶剤１０の投入は、脱珪処理を開始してからでもよいが、短時間の脱珪処理中にスラグ１６を十分に滓化させるためには、可能な限り早い時期が好ましく、従って、ＣａＯ系媒溶剤１０を冷鉄源１４とともに転炉型精錬容器１に予め装入しておくことが好ましい。

脱珪処理においてＣａＯ系媒溶剤１０を使用する目的は、生成するスラグ１６の塩基度を調整するためであり、ＣａＯ系媒溶剤１０としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、軽焼ドロマイト、生ドロマイトなどが使用可能であり、ＣａＯ分としては３０ｍａｓｓ％以上含有するのが好ましく、また、６０ｍａｓｓ％以上含有するのがより好ましい。さらに、転炉での溶銑の脱炭精錬時に生成されたスラグ（転炉滓）、転炉型精錬容器１を用いた溶銑の精錬実施時（脱炭）において生成されたスラグ（転炉滓）、取鍋精錬の実施時において生成されたスラグ（取鍋滓）を使用することもできる。転炉滓、取鍋滓は塩基度が３〜５であり、生成するスラグ１６の塩基度調整用として十分に機能する。

また、本発明では、短時間で多量の冷鉄源１４を溶解させるために、発熱量の大きい珪素源８を熱源として転炉型精錬容器１に装入するが、この珪素源８としては、フェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）や金属シリコンを使用することができる。

珪素源８としては、炭化珪素を主成分とする副原料を使用する。具体的には、より安価な、ＳｉＣを主成分とするＳｉＣブリケットやＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物などを使用することが好ましい。

ここに、上記ＳｉＣ系廃棄耐火物とは、使用済みのＳｉＣ系耐火物や、ＳｉＣ系耐火物施工時に残材として発生したもの等々、これまで有効活用されていなかったＳｉＣ系耐火物をいう。なお、熱源として珪素源８のみを使用する必要はなく、炭材や金属Ａｌなどの他の熱源を併用してもよい。特に炭材は安価であることから、珪素源８の他に炭材を併用することが好ましい。

本発明における溶銑４の精錬方法では、脱珪処理のあとに図２（ｃ）に示すように、中間排滓を行い、脱珪処理で発生した、ＳｉＯ₂を大量に含む低塩基度のスラグ１６を転炉型精錬容器１から排出する。このとき、排出するスラグ１６の塩基度が０．５〜１．５の範囲内となるように、脱珪処理では、ＣａＯ系媒溶剤１０及び珪素源８のうちの少なくとも１種の添加量を調整する。

ＣａＯ系媒溶剤１０の使用量を高めれば塩基度が上昇し、逆に、珪素源８の使用量を高めれば塩基度が低下する。

また、排出するスラグ１６の温度を１２８０℃以上とすべく、脱珪処理では、脱珪処理終了時の溶銑温度が１２８０℃以上となるように酸素源８の供給量を調整する。珪素源８の供給量を高めれば溶銑温度が上昇する。なお、スラグ１６の温度は溶銑４の温度と同等かそれ以上（珪素源８はスラグ中で燃焼することが多く、珪素源８の燃焼熱はスラグ１６に着熱される）であり、スラグ１６の温度が１２８０℃以上となれば溶銑４の温度は１２８０℃以上となることを確認している。

本発明において、スラグ１６の塩基度及び溶銑４の温度を上記の範囲に調整する理由は、スラグ１６の流動性を確保して、良好な排滓性及び排滓率（排滓率(ｍａｓｓ％)＝(排出スラグ質量)／(脱珪処理工程で生成したスラグ質量)×１００）を得るためである。

図３は、スラグ塩基度と排滓率及びスラグ粘性の関係を示した図である。図３に示すように、スラグ１６の塩基度が０．５未満になるとスラグ１６の粘性が高くなり、良好な排滓率を得ることができない。一方、スラグ１６の塩基度が１．５を超えると、固相スラグが生じてスラグ１６の流動性が低くなり、排滓率が低下する。このため本発明においては、スラグの塩基度を０．５以上、１．５以下にすることとした。ただし、このように、スラグ１６の排滓性及び排滓率を確保する観点からは、スラグ１６の塩基度は０．５〜１．５の範囲で十分であるが、脱珪処理においてＣａＯ系媒溶剤１０の使用量を削減する観点からは、スラグ１６の塩基度を０．５〜１．０の範囲に調整することが好ましい。

また、スラグ１６の温度が１２８０℃を下回ると、同様に固相スラグによるスラグ粘性上昇、液相スラグの粘性上昇が生じるため、スラグ１６の流動性が低くなり、図４に示すようにスラグ１６の排滓率が低くなってしまう。従って、使用する溶銑４の初期条件によっては、例えば、脱珪処理が進んで溶銑中珪素濃度が０．０５ｍａｓｓ％を下回るような段階でも、スラグ１６の温度が１２８０℃を下回る場合が発生するが、この場合には、さらに脱珪反応を進めて１２８０℃以上の溶銑温度を確保する必要がある。

図５は、脱珪処理終了時点における未溶解の冷鉄源１４の有無と脱珪処理終了時の溶銑温度と排滓率との関係の調査結果を示す図である。図５に示すように、冷鉄源１４の溶解を促進させる観点からは、脱珪処理終了時の溶銑温度を、好ましくは１３２０℃以上とするのがよい。

一方、中間排滓時の溶銑４の温度が１３５０℃を超える場合、脱燐処理後の溶銑温度が高くなり、溶銑４の燐濃度が０．０３０ｍａｓｓ％以上となって脱炭精錬時に要するＣａＯ源が増加する原因になる。

これは脱燐処理の際に副原料（造滓剤）の投入時間が最短であったとしても該副原料を溶解するために酸素を供給することから、脱燐処理後の溶銑４の温度が不可避的に上昇することに起因する。

中間排滓時の溶銑温度と脱燐処理後の溶銑４の燐濃度の相関を図６に示す。図６より、脱燐反応を進行させるために中間排滓時の溶銑温度を１３５０℃以下とすることが望ましいことがわかる。

中間排滓時の溶銑温度が１３５０℃を超えると、内張りのマグカーボンレンガの損耗を防止するためにスラグ中のマグネシア濃度や塩基度を上昇させることも必要となってコストの増大を招く問題もある。このため、本発明では、脱珪処理終了時の溶銑温度を１３５０℃以下とした。

脱珪処理に際して転炉型容器１内に装入または脱珪処理中に添加される珪素源８の非酸化物珪素（酸化物でない珪素であり、以下、単に珪素という）の合計量は、転炉型精錬容器１に装入する溶銑４と冷鉄源１４の合計質量当たり４〜１０ｋｇ／ｔの範囲とするのが好適である。

その理由は、珪素の合計量が１０ｋｇ／ｔを超えて添加されると、脱珪処理での珪酸の生成量が過大となって、前チャージの脱燐スラグを全量転炉型精錬容器１内に残したまま脱珪処理を行っても、さらに塩基度調節のための酸化カルシウム源（ＣａＯ系媒溶剤）を大量に添加する必要があり、転炉型精錬容器１のスラグ量も過大となるため、精錬コストなどの観点から好ましくないからである。

一方、珪素の合計量が４ｋｇ／ｔ未満では、珪素の酸化反応による発熱量が小さくて冷鉄源１４を溶解するのに効果的でない。珪素の合計量が４〜１０ｋｇ／ｔであれば、脱珪処理後の塩基度を調整するうえでも、また冷鉄源１４を溶解のための熱源を確保するうえでも、好ましい範囲といえる。

冷鉄源１４を溶解するために必要な熱量は、珪素源８のみでなく、その一部として、炭材やフェロシリコン、金属Ａｌなどを熱源として利用してもよい。

また、脱珪処理後の脱燐処理において、脱燐を効率よく行うためには溶銑４の温度を適当な範囲に制御する必要があるが、脱珪処理終了時の溶銑温度を１３２０℃以下とすることにより、脱燐処理において温度調節のために添加する鉄鉱石などの冷却材を大幅に削減することができる。

同一の転炉型精錬容器１を用いて脱珪処理と脱燐処理を続けて行う場合、脱燐処理前にもシュートを用いて鉄スクラップの如き冷鉄源１４を装入することは作業時間上困難である。また、処理中に炉上から投入できる冷鉄源１４は、整粒された高価なものであったり、製鉄所内で発生する地金など量的に限られたものであったりするため、定常的に大量に使用することは難しく、実際には、使用できる副原料の種類数の制約から、冷鉄源１４を炉上から炉状投入装置で投入しないことも一般的である。

従って、脱燐処理において工業的に大量に利用できる冷鉄源１４は鉄鉱石などの酸化鉄に限られて、鉄スクラップなどの安価な冷鉄源１４を十分に活用できないのが一般的である。

一方、脱珪処理において安価な鉄スクラップを冷鉄源１４として大量に使用することは比較的容易であり、これによって脱珪処理後の溶銑温度を１３２０℃以下とすることにより、脱燐処理における酸化鉄の使用量を大幅に削減でき、酸化鉄の分解吸熱による反応熱分を間接的に脱珪処理での冷鉄源１４の溶解に活用することができるようになる。

脱珪処理後の溶銑温度が低下すると冷鉄源１４が溶け残ることが懸念されるが、溶け残った冷鉄源１４は溶銑４とともに転炉型精錬容器１内に保持されて、次の脱燐処理中に溶解が進行することから、脱燐処理終了時に冷鉄源１４の溶解が完了していれば操業上の問題はない。

冷鉄源１４の使用量の増大と精錬コストの抑制を図りつつ、脱珪処理後の溶銑温度を１２８０〜１３２０℃の範囲とするためには、冷鉄源（鉄スクラップ）１４と溶銑４との合計質量当たりの冷鉄源原単位Ｘ_Ｓ（ｋｇ／ｔ）を、下記（１）式により算出されるＹの値で２２０以上、２６０以下となる範囲にすることが好適である。

Ｙ＝（３＋３４．５[％Ｓｉ]＋０．２１Ｔ_ｉ）・（１０００−Ｘ_Ｓ）／１０００ …（１）
ここで、 [％Ｓｉ]：装入溶銑中珪素濃度(ｍａｓｓ％)、
Ｔ_ｉ：装入溶銑温度（℃）、
Ｘ_Ｓ：冷鉄源原単位（ｋｇ／ｔ）

Ｙの値が２２０未満では、土状黒鉛などの炭材を熱源として添加して精錬時間を延長したり、フェロシリコンなどの高価な熱源を大量に使用する必要があるうえ、スラグ塩基度を調節するためにＣａＯ系媒溶剤１０を追加したりすることとなるため、精錬コストの上昇や生産性の低下を招くことになり望ましくない。

また、Ｙの値が２６０を超えると、温度を制御するために鉄鉱石などの冷却材を使用することになり、冷鉄源１４の使用量を最大化する観点からは好ましくない。

本発明に好適な脱珪処理にあっては、脱珪処理後の溶銑温度を適切な範囲に制御すると共に、珪素を熱源として利用するので、溶銑４と冷鉄源１４の合計重量当たり１００〜２５０ｋｇ／ｔという多量の冷鉄源１４を使用しても生産性の低下や精錬コストの上昇を招くことなく、冷鉄源１４の溶解と溶銑４の精錬を効率よく行なうことができる。ただし、冷鉄源原単位が２５０ｋｇ／ｔ以上では、さらなる熱源が必要となってコストの上昇を招いたり、精錬時間が長くなって生産性が低下する問題がある。また、冷鉄源の装入設備の制約からも使用量をさらに増やすことは効率的でない。

また、本発明においては、中間排滓に際して転炉型精錬容器１から排滓されるスラグの排滓率は、脱珪処理で生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上とする。

その理由は、図７示すように、スラグの排滓率が３０ｍａｓｓ％を下回ると、その後の脱燐処理において脱燐不良を防止する目的で、スラグ（脱燐処理におけるスラグ）の塩基度を１．５〜３．０の範囲に確保すべく、ＣａＯ系媒溶剤１０の使用量が増大してスラグ量が多くなり、脱燐処理中のスラグフォーミングを抑制することができなくなって、転炉型精錬容器１の炉口からのスラグ噴出が発生し、スラグ噴出による操業支障が生じるからである。

上掲図７は、脱珪処理、脱燐処理、脱炭精錬の３つの工程における生石灰（ＣａＯ）の原単位と排滓率との関係を示したものであり、スラグ噴出の有無を併せて表示している。

図７中の横向きの破線（生石灰原単位≒２６．７ｋｇ／ｔ）は、従来の溶銑の脱珪処理、脱燐処理（予備処理）から転炉脱炭精錬までの平均的な生石灰の原単位であり、本発明においてスラグの排滓率を６０ｍａｓｓ％以上とすることで、生石灰の原単位は従来よりも少なくなることが分かる。

コスト高を回避しつつ、脱燐処理工程での最低限必要なスラグ量を確保するためにはスラグの排滓率を６０〜９０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。つまり、溶銑４の脱珪処理、脱燐処理から脱炭精錬までに消費するＣａＯ系媒溶剤１０の総使用量を抑制するためには、排滓率を６０ｍａｓｓ％以上に高めることが有効である一方、生成したスラグ１６の排滓率が９０ｍａｓｓ％を超えてしまうと、次工程の脱燐処理において新たに添加するＣａＯ系媒溶剤１０の滓化が損なわれ、脱燐反応が阻害されるおそれがある。このため中間排滓でのスラグの排滓率は好ましくは９０ｍａｓｓ％以下とする。

また、本発明においては、中間排滓を終えたのちの転炉型精錬容器１につき、該転炉型精錬容器１内に残留するスラグ１６のスラグ量は、４ｋｇ／ｔ以上かつ２０ｋｇ／ｔ以下に規制するのが好ましい。その理由は、転炉型精錬容器１内に残留するスラグのスラグ量が４ｋｇ／ｔ未満では次の脱燐処理において石灰系媒溶剤の滓化促進のために酸化鉄を使用することが必要となる一方、２０ｋｇ／ｔを超えると石灰系媒溶剤の使用量が増大したり、脱燐操業が阻害されたりする問題があるからである。

図８は、中間排滓後に転炉型精錬容器１内に残ったスラグ１６のスラグ量と脱燐処理後の溶銑燐濃度の相関を示した図である。図８から明らかなように、転炉型精錬容器１内に残るスラグ１６が少量である場合、脱燐処理時に副原料の溶解に不利となる。一方、スラグ１６が多く残る場合には、脱燐処理時に使用する副原料の量が増加するうえに、脱燐処理後の溶銑の燐濃度も増加傾向となる。

脱燐処理において蛍石や酸化鉄を使用しないで石灰系媒溶剤の滓化を促進するためには、転炉型容器１内に適度な量のスラグを残留させて溶融スラグ中の二酸化珪素や酸化鉄を利用して滓化を促進することが有効である。そのために、中間排滓により転炉型容器１からスラグを排出する際には、４〜２０ｋｇ／ｔのスラグを転炉型精錬容器１内に残留させるように、炉体の傾転角度を調節して排出する。

これにより、脱燐処理において酸化鉄を使用しなくても効率よく脱燐反応を促進させることが可能となり、酸化鉄の分解吸熱による反応熱分を間接的に脱珪処理での冷鉄源溶解のための熱として活用することができる。

中間排滓においてスラグの排滓性を高めるには、該スラグを転炉型精錬容器１内にてフォーミングさせることが有効である。そのためには、溶銑４に含まれる炭素と酸素の反応により発生するＣＯガスの発生速度を高める必要がある。

溶銑４を流出させないように転炉型精錬容器１の傾動角度を調節してスラグ１６を流出させると、ある程度のスラグ１６は転炉型精錬容器１内に残留せざるを得ないが、フォーミングしているスラグ１６の実績率は１／１０程度であり嵩比重が真比重に比べ著しく低下しているため、転炉型精錬容器１内に残留するスラグ１６のスラグ量を低位に制御できる。ここに、フォーミングしていない時のスラグ比重を真比重とし、フォーミング時のスラグ比重を嵩比重とした場合に、実績率＝（嵩比重／真比重）と定義する。

図９は、溶銑４の中に含まれる珪素を酸化するのに必要な酸素以外の酸素の酸素量とスラグの排滓率の関係を示した図である。なお、図９において横軸に表示した、脱珪処理時における「脱珪外酸素量」とは、溶銑Ｓｉ、昇熱材のＳｉＣブリケット及び非酸化性珪素量の酸化に使用された酸素以外の酸素量をいうものとする。図９に示すように、脱珪処理時に溶銑中の珪素を酸化するのに必要な酸素以外に溶銑４に酸素を供給すると、酸素量に応じて排滓率が変動することが分かる。目的とする排滓率を確保するには、脱珪処理時に溶銑中の珪素を酸化するのに必要な酸素以外に溶銑４に供給する酸素の酸素量を、転炉型精錬容器１に装入した溶銑４と冷鉄源１４の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ^３／ｔ以上、より望ましくは４Ｎｍ^３／ｔ以上とするのが好適である。なお、過剰な脱炭を防止して、後工程の脱炭処理での熱源となる溶銑中炭素の濃度低下を抑制する観点から上記酸素量の上限は、１０Ｎｍ^３／ｔ程度とするのが望ましい。

また、スラグのフォーミングが沈静化してしまった場合、スラグの排滓率は著しく低下するため、図１０に示すように、脱珪処理終了から排滓に至るまでの時間を４分以内とすることが好適である。

中間排滓後は、転炉型精錬炉内に残留させた溶銑４にＣａＯ系媒溶剤１０及び酸素源を供給して、図２（ｄ）に示すように、溶銑４を脱燐処理する。この脱燐処理において使用する酸素源は、上吹きランス２からの酸素ガスを使用することが好ましい。本発明は多量の冷鉄源１４の溶解を目的とするものであり、昇熱時及び分解時に吸熱する酸化鉄を酸素源として使用することは好ましくない。なお、脱珪処理で生成されるスラグ１６の塩基度が１．５以上であれば、脱燐反応は進行するので、その場合には脱燐処理工程で新たにＣａＯ系媒溶剤１０を添加する必要はない。

溶銑中の燐は供給される酸素源中の酸素に酸化されて燐酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）となり、この燐酸化物が、ＣａＯ系媒溶剤１０の滓化によって形成され、脱燐精錬剤として機能するスラグ中に３ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅なる安定形態の化合物として取り込まれ、溶銑４の脱燐反応が進行する。

脱燐反応が進行し溶銑中燐濃度が所定の値に低下したなら、脱燐処理を終了し、図２（ｅ）に示すように、転炉型精錬容器１を出湯口１３が設置された側に傾転させて転炉型精錬容器１内の溶銑４を溶銑保持容器（図示せず）に出湯する（出湯工程）。
このようにして本発明に係る溶銑の精錬が行われる。

図１１は、本発明を適用したときの、脱珪処理工程から出湯工程に至るまでの溶銑中の珪素濃度、炭素濃度、燐濃度及びマンガン濃度の推移の一例を示した図である。図１１に示すように、本発明によれば、鉄スクラップなどの冷鉄源の溶解のための熱補償方法として、脱珪処理時に溶銑に添加した珪素含有物質（珪素源）に含有される珪素の燃焼熱を積極的に利用し、転炉型精錬容器を用いて途中の排滓工程（中間排滓）を挟んで、溶銑に対して脱珪処理と脱燐処理とを連続的に実施するので、短時間で効率良く多量の冷鉄源を溶解することが実現される。

従来、連続的でない溶銑予備処理として脱珪処理が行われてきたが、溶銑容器内でのスラグフォーミングによる操業支障を回避することを目的として、また同時に、短時間で多量の酸素を供給することを目的として、従来の脱珪処理では酸素源として酸化鉄が供給されていた。つまり、例えば特許文献３に記載される、溶銑予備処理初期の脱珪反応時期において、脱珪用酸素源として主に酸化鉄を溶銑中に吹き込む方法では、脱珪反応時期における溶銑温度の上昇は十分に得られない。

このように、従来の脱珪処理では、酸化鉄は分解吸熱することから、溶銑中の珪素の燃焼熱を効率良く冷鉄源溶解のための熱として転換することができていなかったが、本発明では、転炉型精錬容器１で脱珪処理を行うので、容器容積に余裕があり、酸化鉄を使用しなくても多量の気体酸素を短時間で溶銑４に供給することが可能であり、珪素の燃焼熱を酸化鉄の分解熱に使用することなく、冷鉄源１４の溶解に活用することが可能となる。さらに、本発明では脱珪処理後に連続的に脱燐処理を行うので、精錬容器の移し替えによる放熱分を冷鉄源溶解のための熱として活用することができる。

また、脱珪処理工程と脱燐処理工程との間で、脱珪処理工程で生成した塩基度の低いスラグを転炉型精錬容器１外に排出するので、高い塩基度（＝１．５〜３．０）で行う必要のある脱燐処理におけるＣａＯ系造滓剤１０の使用量を低減することができる。

また、本発明においては、通常、高塩基度のために路盤材などとして利材化することが困難な転炉滓、取鍋滓を、脱珪処理におけるスラグの塩基度調整用のＣａＯ系媒溶剤１０として利用することができ、この転炉滓、取鍋滓は、脱珪処理後には低塩基度のスラグとして再生されることから、転炉滓、取鍋滓の利材化が可能となる。また、転炉滓、取鍋滓を利用することによって、短時間の脱珪処理であっても十分に滓化を促進させることが可能となり、排滓率を高めることが達成される。

またさらに、本発明では、脱珪処理で炉内に装入する珪素含有物質（珪素源）として、炭化珪素を主成分とする副原料を使用する場合、具体的には、ＳｉＣを主成分とするＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物を使用する場合には、多大な熱量を安価に、かつ、効率良く補償することができる。珪素含有物質の炭化珪素分としては３０ｍａｓｓ％以上含有するのが好ましい。

このとき、ＳｉＣブリケット及びＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量を、下記の（２）式で算出される添加量上限値Ｗ以下とすることが好ましい。
Ｗ＝（Ｆ−６００）×０．３÷２２．４×２８÷Ｘ_Ｓｉ÷１０ …（２）
ここで、Ｗ：ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（ｔｏｎ）、
Ｆ：脱珪処理中の総送酸素量（Ｎｍ^３）、
Ｘ_Ｓｉ：ＳｉＣブリケットまたはＳｉＣ系廃棄耐火物にＳｉＣとして含有されるＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）、
なお添加量上限値Ｗは、ＳｉＣブリケット及びＳｉＣ系廃棄耐火物の各々について計算した合計値である。

図１２は、脱珪処理における総送酸量とＳｉＣ燃焼量及びＳｉＣ歩留りとの関係を示した図である。図１２より明らかなように、脱珪処理における総送酸量（脱珪処理における酸素の使用量）に応じて熱源として作用するＳｉＣ量には上限があり、未反応ＳｉＣの多量発生による熱不足やコスト増を回避することで、さらに効率良く安定した熱量補償が可能となる。

実施例１
上掲図１に示すような構造からなる容量２５０ｔの転炉型精錬容器を用いて、上掲図２（ａ）〜（ｅ）に示した要領で溶銑の予備処理を行い、その際の処理状況についての調査を行なった。その結果を表１に示す。

なお、この実施例１では、上吹きについては、上吹きランス２を用いて酸素ガス３を溶銑４に吹き付けることにより行ない、底吹きは、転炉型精錬用１の底部に設けた５本の底吹き羽口５を用い、窒素ガスを溶銑中に吹き込むことにより行なった。また、溶銑４の精錬を行うに当たっては、転炉型精錬容器１に先ず冷鉄源１４を装入し、次いで溶銑４を装入し、その後、珪素源及びＣａＯ系媒溶剤を装入した後に脱珪処理を開始した。

脱珪処理における熱源である珪素源としては、ＳｉＣとしてのＳｉを５２．５ｍａｓｓ％含有するＳｉＣブリケットを使用し、一部の操業（本発明例２）では、ＳｉＣブリケットの他に炭材を併用した。そして、脱珪処理終了後、速やかに排滓作業を行い、続いて脱燐処理を行った。脱珪処理の開始から脱燐処理終了後の出湯完了までの時間は、上掲図１１と同様に３０分間程度である。冷鉄源としては、日本鉄源協会の「鉄スクラップ検収統一規格」に規定されている鉄スクラップを使用した。

表１の脱燐処理の項目において記載した送酸量は、脱珪処理及び脱燐処理での合計量を示したものである。また、本発明例１〜４は、脱珪処理前にＳｉＣブリケットのみ、あるいはＳｉＣブリケットを炭材とともに投入し、脱珪処理終了後、速やかに排滓作業を行い、引き続いて脱燐処理を行なったものである。

本発明例１は、中間排滓時の溶銑温度が１３２７℃の場合であり、本発明例２は、中間排滓時の溶銑温度が１３２０℃の場合である。いずれの例も排滓率は７０％程度と高い排滓率を得ており、鉄スクラップの未溶解も発生していない。

本発明例３、４は溶銑温度（スラグ温度）が１２９５℃、１２８０℃の場合であり、本発明例１、２と比較して溶銑温度が低く、温度が低下するにつれ排滓率が低下しているものの、本発明例４のように塩基度が０．５のスラグであっても溶銑の温度が１２８０℃以上であれば、排滓率３０％程度を確保できることが明らかである。

比較例１は、発明例１〜４と同様に珪素源を添加し、中間排滓を行わないまま脱燐処理を実施したものであるが、比較例１は、中間排滓を行う本発明例１〜４とは異なり、焼石灰使用量が増加傾向にあることが分かる。

比較例２は、スクラップ使用量を調節して脱珪処理終了時の溶銑の温度を１３９６℃程度にした場合の例である。比較例２においては、脱燐処理において温度調節のために大量の鉄鉱石（２０ｋｇ／ｔ）を使用せざるを得ないのが明らかである。

以上の結果から、本発明に従う溶銑の精錬方法によれば、精錬にかかるコストを抑制しつつ珪素の燃焼発熱をスクラップの溶解のために有効利用できることが確認できた。

実施例２
実施例１と同様の転炉型精錬容器を用いて本発明による溶銑予備処理を実施した。上吹きランス２から酸素ガスを溶銑に吹き付けるとともに、炉体底部に設けた７個の底吹き羽口５を介して攪拌用の窒素ガスを溶銑中に吹き込んで予備処理を実施した。全ての操業で、転炉型精錬容器１に先ず冷鉄源を装入し、次いで溶銑を装入し、その後、珪素源及びＣａＯ系媒溶剤を装入した後に脱珪処理を開始した。脱珪処理における熱源である珪素源としては、ＳｉＣとしてのＳｉを５２．５ｍａｓｓ％含有するＳｉＣブリケットを使用し、一部の操業では、ＳｉＣブリケットの他に炭材を併用した。脱珪処理終了後、速やかに排滓作業を行い、続いて脱燐処理を行った。脱珪処理の開始から脱燐処理終了後の出湯完了までの時間は、図１１と同様に３０分間程度である。冷鉄源としては、日本鉄源協会の「鉄スクラップ検収統一規格」に規定されている鉄スクラップを使用した。

表２に本発明を適用した本発明例及び比較のために行った比較例の操業条件及び操業結果を示す。何れの操業も、脱珪処理において酸化鉄を使用していないが、脱珪処理後の排滓工程において転炉型精錬炉から排出されるスラグの塩基度は目的とする値となっており、スラグは十分に滓化されていた。

本発明例５及び本発明例６では、脱珪処理終了時の溶銑温度が１３２０℃以上であり、換言すれば、中間排滓時のスラグ温度が１３２０℃以上であり、かつ、スラグ塩基度が１．０〜１．１でスラグの粘性が低く、７０ｍａｓｓ％と高い排滓率が得られた。また、本発明例５、本発明例６、本発明例９及び本発明例１０では、鉄スクラップの未溶解は発生しなかった。

本発明例７及び本発明例８では、中間排滓時のスラグ温度の低下に伴って排滓率が低下したが、本発明例８のように塩基度が０．５のスラグでも、脱珪処理終了時の溶銑温度として１２８０℃以上が確保できたなら、３０ｍａｓｓ％の排滓率が確保でき、後工程の脱燐処理においては、脱燐処理中の炉内スラグのＳｉＯ₂量は最大で２．５ｋｇ／ｔに達するものの、炉口からのスラグ噴出は発生しないことが確認できた。

ただし、本発明例７及び本発明例８では、脱珪処理、脱燐処理を通して溶銑の温度推移が低いことから、鉄スクラップの未溶解が発生した。すなわち、脱珪処理終了時の溶銑温度が１２８０℃以上であれば３０ｍａｓｓ％以上の排滓率を確保できるが、脱珪処理終了時の溶銑温度が１３２０℃未満の場合には、鉄スクラップの未溶解の可能性が高くなることが分った。

本発明例９では、脱珪処理終了時の溶銑温度が１３３０℃と高いにも拘わらず、スラグの塩基度が１．５と高く、スラグ粘性が高いので、排滓作業が難しくなったが、３０ｍａｓｓ％の排滓率を確保することができた。

本発明例１０では、脱珪処理における総送酸量に対して（２）式で算出されるＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（Ｗ）よりも多くのＳｉＣブリケットを添加しており、過剰の添加分は熱源として機能しておらず、脱珪処理の終点温度が若干低位になったり、中間排滓時の溶銑温度の制御が困難になったりするうえに、無駄なコスト増を招く結果になった。

比較例３では、スラグの塩基度は１．０であるが、脱珪処理終了時の溶銑温度が１２８０℃を下回っており、排滓率は２０ｍａｓｓ％に留まっていた。また、比較例３では、脱燐処理への持ち越しスラグ量が多くなり、脱燐処理中に炉口からのスラグ噴出が発生した。このことから、脱珪処理終了時の溶銑温度はとくに１２８０℃を確保することが有効であることが確認できた。

なお、表２では、脱珪処理中に炉内に添加したＳｉＣブリケット量と脱珪処理後のスラグ中に未反応で残留していたＳｉＣブリケット量との差分をＳｉＣ燃焼量とし、炉内に添加したＳｉＣブリケット量に対するＳｉＣ燃焼量の比をＳｉＣ歩留りとしている。

また、表３に、本発明例６で脱珪処理時に使用した転炉滓の組成と、本発明例６の中間排滓で採取したスラグの組成とを比較して示す。表３に示すように、転炉滓を脱珪処理におけるスラグ塩基度の調整材として使用することで、塩基度が４程度の転炉滓を塩基度が１．０の低塩基度のスラグに改質できており、本発明によれば、利材化が難しい高塩基度の転炉滓を利材化が容易な低塩基度のスラグに改質できることが確認できた。

１ 転炉型精錬容器
２ 上吹きランス
３ 酸素ガス
４ 溶銑
５ 底吹き羽口
６ 底吹き羽口用ガス
７ ホッパー
８ 珪素含有物質（珪素源）
９ ホッパー
１０ ＣａＯを主成分として含有する副原料（ＣａＯ系媒溶剤）
１１ シュート
１２ シュート
１３ 出湯口
１４ 冷鉄源
１５ 装入鍋
１６ スラグ

産業上の利用の可能性

本発明によれば、鉄スクラップ等の冷鉄源の配合率を高位に保ち、かつ効率的に溶銑を精錬し得る精錬方法を提供することができる。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
すなわち、本発明は、転炉型精錬容器に溶銑と冷鉄源を装入し、ＣａＯを主成分として含有する副原料を酸素源とともに供給して、該冷鉄源を溶解するとともに溶銑の脱珪処理を行い、次いで、中間排滓として、脱珪処理によって生成されたスラグの少なくとも一部を排滓し、引き続き前記転炉型精錬容器内の溶銑に造滓剤と酸素源を供給して脱燐処理を行う溶銑の精錬方法において、前記脱珪処理に際して、前記転炉型精錬容器に、珪素含有物質あるいは珪素含有物質と炭材を熱源として添加すると共に、珪素の酸化に消費される酸素以外の酸素量として、該転炉型精錬容器内に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ ^３ ／ｔ以上供給し、脱珪処終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１．５以下、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上、１３５０℃以下とする条件のもとに脱珪処理を行い、次いで、前記中間排滓にて、前記脱珪処理にて生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上のスラグを前記転炉型精錬容器から排滓することを特徴とする溶銑の精錬方法である。

上記の構成からなる溶銑の精錬方法においては、
１）前記ＣａＯを主成分として含有する副原料、珪素含有物質のうちの少なくとも１種の添加量を調整して脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１.０以下の範囲内にすること、
２）前記酸素源の供給量を調整して脱珪処理終了時の溶銑温度を１３２０℃以上に調整すること、
３）前記転炉型精錬容器内に装入または脱珪処理中に添加する珪素含有物質の非酸化物珪素はその合計量で、該転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たり４〜１０ｋｇ／ｔの範囲にすること、
４）前記転炉型精錬容器に装入する冷鉄源と溶銑との合計質量当たりの冷鉄源原単位Ｘ_Ｓ（ｋｇ／ｔ）を、下記（１）式により算出されるＹの値で２２０以上、２６０以下となる範囲にして、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上１３２０℃以下とすること、
記
Ｙ＝（３＋３４．５[％Ｓｉ]＋０．２１Ｔ_ｉ）・（１０００−Ｘ_Ｓ）／１０００ …（１）
ここで、 [％Ｓｉ]：装入溶銑中珪素濃度（ｍａｓｓ％）、
Ｔ_ｉ：装入溶銑温度（℃）、
Ｘ_Ｓ：冷鉄源原単位（ｋｇ／ｔ）、
５）前記中間排滓により転炉型精錬容器から排滓されるスラグの排滓率は、前記脱珪処理にて生成したスラグの６０〜９０ｍａｓｓ％であること、
６）前記中間排滓を終えたのちの前記転炉型精錬容器内のスラグのスラグ量を、４kg/ｔ以上、２０kg/ｔ以下とすること、
７）前記冷鉄源が、鉄スクラップあるいは直接還元鉄及び冷鉄から選ばれる少なくとも１種であること、
８）脱珪処理終了時から脱珪スラグを排滓するまでに至る時間が４分以内であること、
９）前記ＣａＯを主成分として含有する副原料が、転炉滓及び取鍋精錬の実施時において生成されたスラグ（取鍋滓）から選ばれる少なくとも１種であること、
１０）前記珪素含有物質として、炭化珪素を主成分とする副原料を使用すること、
１１）前記炭化珪素を主成分とする副原料が、ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物であること、
１２）前記Ｓｉブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量を、下記（２）式で算出させる添加量上限値Ｗ以下とすること、
記
Ｗ＝（Ｆ−６００）×０．３÷２２．４×２８÷Ｘ_Ｓｉ÷１０ …（２）
ここで、Ｗ：ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（ｔｏｎ）、
Ｆ：脱珪処理中の総送酸素量（Ｎｍ^３）、
Ｘ_Ｓｉ：ＳｉＣブリケットまたはＳｉＣ系廃棄耐火物にＳｉＣとして含有されるＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）、
が、本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
すなわち、本発明は、転炉型精錬容器に溶銑と冷鉄源を装入し、ＣａＯを主成分として含有する副原料を酸素源とともに供給して、該冷鉄源を溶解するとともに溶銑の脱珪処理を行い、次いで、中間排滓として、脱珪処理によって生成されたスラグの少なくとも一部を排滓し、引き続き前記転炉型精錬容器内の溶銑に造滓剤と酸素源を供給して脱燐処理を行う溶銑の精錬方法において、前記脱珪処理に際して、前記転炉型精錬容器に、フェロシリコン、金属シリコンまたは炭化珪素を主成分とする副原料である珪素含有物質あるいは、その珪素含有物質と炭材とを熱源として添加すると共に、溶銑ならびに上記珪素含有物質中の珪素の酸化に消費される酸素以外の酸素量として、該転炉型精錬容器内に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ^３／ｔ以上供給し、脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１．５以下、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上、１３５０℃以下とする条件のもとに脱珪処理を行い、次いで、前記中間排滓にて、前記脱珪処理にて生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上のスラグを前記転炉型精錬容器から排滓することを特徴とする溶銑の精錬方法である。

上記の構成からなる溶銑の精錬方法においては、
（１）前記ＣａＯを主成分として含有する副原料、珪素含有物質のうちの少なくとも１種の添加量を調整して脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１.０以下の範囲内にすること、
（２）前記酸素源の供給量を調整して脱珪処理終了時の溶銑温度を１３２０℃以上とすること、
（３）前記転炉型精錬容器内に装入または脱珪処理中に添加する前記珪素含有物質はその合計量が、該転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たり４〜１０ｋｇ／ｔの範囲であること、
（４）前記転炉型精錬容器に装入する冷鉄源と溶銑との合計質量当たりの冷鉄源原単位Ｘ_Ｓ（ｋｇ／ｔ）を、下記（１）式により算出されるＹの値で２２０以上、２６０以下となる範囲にして、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上１３２０℃以下とすること、
記
Ｙ＝（３＋３４．５[％Ｓｉ]＋０．２１Ｔ_ｉ）・（１０００−Ｘ_Ｓ）／１０００ …（１）
ここで、[％Ｓｉ]：装入溶銑中珪素濃度（ｍａｓｓ％）、
Ｔ_ｉ：装入溶銑温度（℃）、
Ｘ_Ｓ：冷鉄源原単位（ｋｇ／ｔ）、
（５）前記中間排滓により転炉型精錬容器から排滓されるスラグの排滓率は、前記脱珪処理にて生成したスラグの６０〜９０ｍａｓｓ％であること、
（６）中間排滓を終えたのちの前記転炉型容器内に残留するスラグのスラグ量を、４kg/ｔ以上、２０kg/ｔ以下とすること、
（７）前記冷鉄源が、鉄スクラップ、直接還元鉄及び冷銑から選ばれる少なくとも１種であること、
（８）脱珪処理終了時から排滓開始までの時間が４分以内であること、
（９）前記脱珪処理において供給する前記ＣａＯを主成分として含有する副原料が、転炉滓及び取鍋滓のうちから選ばれる少なくとも１種であること、
（１０）前記炭化珪素を主成分とする副原料が、ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物であること、
（１１）前記ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量を、下記（２）式で算出させる添加量上限値Ｗ以下とすること、
記
Ｗ＝（Ｆ−６００）×０．３÷２２．４×２８÷Ｘ_Ｓｉ÷１０ …（２）
ここで、Ｗ：ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（ｔｏｎ）、
Ｆ：脱珪処理中の総送酸素量（Ｎｍ^３）、
Ｘ_Sｉ：ＳｉＣブリケットまたはＳｉＣ系廃棄耐火物にＳｉＣとして含有されるＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）、
が、本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

図９は、溶銑４の中に含まれる珪素を酸化するのに必要な酸素以外の酸素の酸素量とスラグの排滓率の関係を示した図である。なお、図９において横軸に表示した、脱珪処理時における「脱珪外酸素量」とは、溶銑Ｓｉ、昇熱材のＳｉＣブリケット及び非酸化性珪素の酸化に使用された酸素以外の酸素量をいうものとする。図９に示すように、脱珪処理時に溶銑中の珪素を酸化するのに必要な酸素以外に溶銑４に酸素を供給すると、酸素量に応じて排滓率が変動することが分かる。目的とする排滓率を確保するには、脱珪処理時に溶銑中の珪素を酸化するのに必要な酸素以外に溶銑４に供給する酸素の酸素量を、転炉型精錬容器１に装入した溶銑４と冷鉄源１４の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ^３／ｔ以上、より望ましくは４Ｎｍ^３／ｔ以上とするのが好適である。なお、過剰な脱炭を防止して、後工程の脱炭処理での熱源となる溶銑中炭素の濃度低下を抑制する観点から上記酸素量の上限は、１０Ｎｍ^３／ｔ程度とするのが望ましい。

Claims (14)

1. 転炉型精錬容器に溶銑と冷鉄源を装入し、ＣａＯを主成分として含有する副原料を酸素源とともに供給して、該冷鉄源を溶解するとともに溶銑の脱珪処理を行い、次いで、中間排滓として、脱珪処理によって生成されたスラグの少なくとも一部を排滓し、引き続き前記転炉型精錬容器内の溶銑に造滓剤と酸素源を供給して脱燐処理を行う溶銑の精錬方法において、
   前記脱珪処理に際して、前記転炉型精錬容器に、珪素含有物質あるいは珪素含有物質と炭材を熱源として添加して、脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１．５以下、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上、１３５０℃以下とする条件のもとに脱珪処理を行い、次いで、前記中間排滓にて、前記脱珪処理にて生成したスラグの３０ｍａｓｓ％以上のスラグを前記転炉型精錬容器から排滓することを特徴とする溶銑の精錬方法。
2. 前記ＣａＯを主成分として含有する副原料、珪素含有物質のうちの少なくとも１種の添加量を調整して脱珪処理終了時のスラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）を０．５以上、１.０以下の範囲内にすることを特徴とする請求項１に記載した溶銑の精錬方法。
3. 前記酸素源の供給量を調整して脱珪処理終了時の溶銑温度を１３２０℃以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載した溶銑の精錬方法。
4. 前記転炉型精錬容器内に装入または脱珪処理中に添加する珪素含有物質の非酸化物珪素はその合計量で、該転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たり４〜１０ｋｇ／ｔの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
5. 前記転炉型精錬容器に装入する冷鉄源と溶銑との合計質量当たりの冷鉄源原単位Ｘ_Ｓ（ｋｇ／ｔ）を、下記（１）式により算出されるＹの値で２２０以上、２６０以下となる範囲にして、脱珪処理終了時の溶銑温度を１２８０℃以上１３２０℃以下とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに１に記載した溶銑の精錬方法。
   記
   Ｙ＝（３＋３４．５[％Ｓｉ]＋０．２１Ｔ_ｉ）・（１０００−Ｘ_Ｓ）／１０００ …（１）
   ここで、[％Ｓｉ]：装入溶銑中珪素濃度（ｍａｓｓ％）、
   Ｔ_ｉ：装入溶銑温度（℃）、
   Ｘ_Ｓ：冷鉄源原単位（ｋｇ／ｔ）、
6. 前記中間排滓により転炉型精錬容器から排滓されるスラグの排滓率は、前記脱珪処理にて生成したスラグの６０〜９０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
7. 中間排滓を終えたのちの前記転炉型容器内に残留するスラグのスラグ量を、４kg/ｔ以上、２０kg/ｔ以下とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
8. 前記脱珪処理時に、珪素の酸化に消費される酸素以外に溶銑に供給する酸素量を、前記転炉型精錬容器に装入した溶銑と冷鉄源の合計質量当たりの原単位で２Ｎｍ^３／ｔ以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
9. 前記冷鉄源が、鉄スクラップ、直接還元鉄及び冷鉄から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
10. 脱珪処理終了時からスラグを排滓するまでに至る時間が４分以内であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
11. 前記脱珪処理において供給する前記ＣａＯを主成分として含有する副原料が、転炉滓及び取鍋滓のうちから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載した溶銑の精錬方法。
12. 前記珪素含有物質として、炭化珪素を主成分とする副原料を使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載した溶銑の精錬方法。
13. 前記炭化珪素を主成分とする副原料が、ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣを主成分とするＳｉＣ系廃棄耐火物であることを特徴とする請求項１２に記載した溶銑の精錬方法。
14. 前記Ｓｉブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量を、下記（２）式で算出させる添加量上限値Ｗ以下とすることを特徴とする請求項１３に記載した溶銑の精錬方法。
    記
    Ｗ＝（Ｆ−６００）×０．３÷２２．４×２８÷Ｘ_Ｓｉ÷１０ …（２）
    ここで、Ｗ：ＳｉＣブリケット及び／またはＳｉＣ系廃棄耐火物の添加量上限値（ｔｏｎ）、
    Ｆ：脱珪処理中の総送酸素量（Ｎｍ^３）、
    Ｘ_Sｉ：ＳｉＣブリケットまたはＳｉＣ系廃棄耐火物にＳｉＣとして含有されるＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）、

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