JPWO2018123666A1 - 溶銑の脱燐方法及び精錬剤 - Google Patents

Abstract

溶銑保持容器（１）に収容された溶銑（２）に、石灰源となる精錬剤（７）と酸素源（脱燐剤（１１，１２）や気体酸素源（９））とを添加することで溶銑（２）を脱燐処理する際に、精錬剤（７）として、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含むものを用いる。

Description

本発明は、溶銑の脱燐方法及び精錬剤に関する。

近年、鋼材に対する要求品質は益々厳格化しており、燐や硫黄に代表される不純物元素の低減が求められている。このような要求に対応するために、製鋼工程では、溶銑の段階において脱燐処理を行うことが一般的となっている。この脱燐処理は、気体酸素（酸素ガス）或いは固体の酸化鉄などの酸素源を脱燐剤として溶銑に供給し、脱燐剤中の酸素で溶銑中の燐を酸化して燐酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）とし、生成された燐酸化物を脱燐精錬用のスラグに吸収することで行われている。

脱燐精錬用のスラグを形成するための精錬剤としては、一般的に石灰系の精錬剤が使用されている。また、近年、環境保護対策の観点から製鋼工程において発生するスラグを削減することが求められているが、溶銑の脱燐処理は、脱燐反応に有利な低温処理であるため、比較的少ないスラグ量で処理が可能である。こうした溶銑の脱燐処理には、転炉内の溶銑に精錬剤を添加するとともに気体酸素を上吹きして行う方法や、混銑車や溶銑鍋に収容された溶銑に脱燐剤または脱燐剤と精錬剤とを吹き込む方法など、各製鉄所の設備や環境に応じたプロセスが選択され、実施されている。

このうち転炉を用いる方法は、気体酸素を高流量で溶銑に吹き付けることが可能なことから、燐濃度の低い溶銑を短時間で溶製可能であるという長所を有するが、既設の転炉能力に余裕がなく新設を要する場合には高い設備費が必要となる。また、脱燐以外にも脱炭の進行が避けられず、溶銑の炭素濃度の低下による後工程での熱余裕の減少が問題となる。

一方、混銑車や溶銑鍋を用いる方法は、既存の溶銑搬送容器を活用したプロセスであるために設備費が安く、転炉能力に余裕がなくとも溶銑脱燐のメリットが享受できる。この方法では、脱燐剤である酸化鉄と精錬剤とを浴中に吹き込むことによって浴中での酸化鉄と精錬剤との接触を確保し、精錬剤の滓化と脱燐反応とを促進させることを狙いとしている。しかし、単に酸化鉄と精錬剤とを吹き込むだけでは、酸化鉄と精錬剤との接触の機会が少ない。また、精錬剤が溶融（滓化）しにくく、反応の時間が短いという問題がある。即ち、混銑車や溶銑鍋を用いる方法の場合、転炉を用いた場合に較べて脱燐反応が効率的に行われないという問題がある。

そこで、混銑車や溶銑鍋を用いる方法において脱燐反応を効率的に行うために、ホタル石などのＣａＦ_２系媒溶剤を精錬剤の滓化促進剤として使用することにより、スラグの融体性を向上させて、脱燐の反応性を向上させる手法が広く行われてきた。例えば、特許文献１には、ホタル石などのＣａＦ_２系媒溶剤を精錬剤の滓化促進剤として使用することにより、脱燐精錬用のスラグの融体性を向上させて、脱燐の反応性を向上させる手法が提案されている。しかしながら、近年、ホタル石などのＣａＦ_２系媒溶剤を使用しなくても高効率な脱燐処理を行える方法の開発が強く望まれている。

例えば、特許文献２には、ＣａＦ_２系媒溶剤を使用せずに効率的に脱燐処理する方法として、溶銑保持容器内に保持された溶銑に、その浴面上方から酸化鉄を添加するとともに、浴面下に石灰系精錬剤を吹き込んで溶銑を脱燐処理する際に、酸化鉄の浴面における投入領域が、面積率で石灰系精錬剤の浴面での吹き出し領域の４０％以上とラップするように、酸化鉄を添加して脱燐処理する方法が提案されている。

また、特許文献３には、溶銑保持容器内に保持された溶銑に、その浴面上方から気体酸素を吹き付け、且つ、浴面下に石灰系精錬剤または石灰系精錬剤と固体の脱燐剤（酸化鉄）とを搬送用ガスとともに吹き込んで脱燐処理する場合、気体酸素の吹き付け強度を所定のレベルの範囲内とし、且つ気体酸素の吹き付け位置と搬送用ガスの浴面での吹き出し領域との位置関係を特定することにより、石灰系精錬剤の滓化並びに脱燐反応を促進する方法が提案されている。

特開平８−３６１１号公報 特開２００１−２８８５０７号公報 特許第５１３５８３６号公報

しかし、特許文献２，３に記載の混銑車や溶銑鍋を用いる脱燐方法では、ＣａＦ_２系媒溶剤の使用量を大幅に低減することができるものの、脱燐速度がＣａＦ_２系媒溶剤を使用する場合に比べて低下するという問題がある。このため、効率的に脱燐処理をするという観点からは、ＣａＦ_２系媒溶剤を用いない脱燐方法において、さらなる脱燐処理効率の向上が求められている。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ＣａＦ_２系媒溶剤を用いなくとも、脱燐処理効率を高めることができる溶銑の脱燐方法及び精錬剤を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、溶銑保持容器に収容された溶銑に、酸素源となる脱燐剤とスラグを形成する精錬剤とを添加することで上記溶銑を脱燐処理する際に、上記精錬剤として、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含むものを用いることを特徴とする溶銑の脱燐方法が提供される。
本発明の一態様にれば、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含み、溶銑の脱燐処理に用いられる精錬剤が提供される。

本発明の一態様によれば、ＣａＦ_２系媒溶剤を用いなくとも、脱燐処理効率を高めることができる溶銑の脱燐方法及び精錬剤が提供される。

本発明の一実施形態に係る溶銑の脱燐方法を示す説明図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
はじめに、本発明に先立ち、本発明者らは、ホタル石などのＣａＦ_２系媒溶剤を石灰系の精錬剤の滓化促進剤として使用しなくとも、高効率な脱燐処理を行うことのできる方法を見出すべく、取鍋型の溶銑保持容器を用いて種々の実験、検討を行った。その結果、先に述べたように、ＣａＦ_２系媒溶剤はスラグの溶融性を確保する上で重要な働きをしており、本発明者らの実験においても、ＣａＦ_２系媒溶剤を併用しない場合には、添加された精錬剤は見かけ上からも滓化しておらず、脱燐反応効率も低下することを確認した。

ところが、本発明者らは、実験を繰り返すうちに、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下である石灰系の精錬剤を添加することで脱燐効率が顕著に改善され、さらに溶銑に浸漬させたインジェクションランスから搬送ガスとともにこの精錬剤を吹込む際に（１）式〜（３）式満たすことで脱燐効率がより改善されることを見出し、本発明を開発するに至った。なお、Ｉｇ−ｌｏｓｓ（強熱減量、ＩｇｎｉｔｉｏｎＬｏｓｓ）は、試料を、１０５０±５０℃で恒量になるまで強熱したときの減量（Ｈ_２ＯやＣＯ_２などの揮発分に由来）として測定される。実験では、試料約１ｇを０．１ｍｇまで白金るつぼ、又は磁製るつぼに計りとり、１０５０±５０℃に調節した電気炉で１時間加熱し、放冷後の質量を測定した後、(４)式によってＩｇ−ｌｏｓｓ値を算出した。

（１）式〜（３）式において、ε_ｇは搬送ガスの攪拌動力［Ｗ／ｔ］、ε_Ｐは石灰源のエネルギー、Ｑは搬送ガスの流量［Ｎｍ^３/ｍｉｎ］（なお、Ｎとは、１０１３２５Ｐａ、２７３．１５Ｋのガスの標準状態を意味する。）、Ｗは溶銑量［ｔ］、Ｔ_ｌは溶銑温度［℃］、Ｔ_ｇは搬送ガスの温度［℃］、ｈはインジェクションランスの浸漬深さ［ｍ］、Ｐは雰囲気圧力［Ｐａ］、ｍは石灰源の吹き込み速度［ｇ／ｓ］、ｄ_０はインジェクションランスのノズル径［ｃｍ］である。また、（４）式において、Ｉｇ．ｌｏｓｓは強熱減量（Ｉｇ−ｌｏｓｓ値）［質量％］、ｍ_０は加熱前の精錬剤の試料の質量［ｇ］、ｍ_１は試料の減量［ｇ］である。

＜溶銑の脱燐方法及び精錬剤＞
図１を参照して、上記知見に基づいた本発明の一実施形態に係る溶銑の脱燐方法及び精錬剤について説明する。本実施形態では、図１に示すように、溶銑鍋である溶銑保持容器１を反応容器として用いて溶銑２の脱燐処理を行う。
溶銑２は、高炉から出銑されたものであり、脱燐処理の前に予め脱珪処理が施されてもよい。予め施される脱珪処理としては、例えば、高炉の鋳床や溶銑搬送容器内で、酸素ガスを溶銑２に吹き付ける方法や酸化鉄等の固体酸素を含む酸化剤を溶銑２に添加する方法が用いられてもよい。

本実施形態に係る脱燐方法では、図１に示す脱燐処理設備を用いて溶銑２の脱燐処理を行う。図１に示すように、処理設備は、インジェクションランス３と、上吹きランス４と、投入シュート５とを備える。
インジェクションランス３は、鉛直方向（図１の上下方向）に延在して配されるランスであり、平面視で中心軸が溶銑保持容器１の中心と略重なるように配される。また、インジェクションランス３は、鉛直方向の上端側が不図示の昇降装置に接続され、鉛直方向に昇降可能に構成される。さらに、インジェクションランス３は、内部に鉛直方向に延びる内孔を有し、鉛直方向の下端側の外周面に内孔に連通し、インジェクションランス３の径方向に互いに対向する２つの吐出口を有する。さらに、インジェクションランス３は、不図示の精錬剤供給装置から搬送ガス６と石灰源である精錬剤７とが、内孔の上端側から供給される。脱燐処理を行う際、インジェクションランス３は、図１に示すように、溶銑２の浴面下に下端側が浸漬した状態で、精錬剤供給装置から供給される搬送ガス６と精錬剤７とを２つの吐出口から溶銑２に吹き込む。

搬送ガス６は、不活性ガス（ＡｒガスやＮ_２ガス等の不活性ガス）や圧縮空気等であり、溶銑に吹き込まれるまでの精錬剤７の搬送を補助するとともに、溶銑２を攪拌する。
精錬剤７は、ＣａＯを主体とする石灰系の精錬剤であって、ＣａＯを６０％以上含み、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下である。また、精錬剤７は、粒径が２ｍｍ以下であることが好ましい。精錬剤７の粒径を２ｍｍ以下とすることで、精錬剤７の溶融（滓化）速度が向上する。溶銑２に吹き込まれた精錬剤７は、溶銑２中を浮上しながら溶銑２の熱で溶融（滓化）し、溶銑２の浴面に浮上するスラグ８を形成する。

さらに、精錬剤７は、細孔径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲となる細孔の全細孔容積の和が０．１ｍＬ／ｇ以上であることが好ましい。これにより、ＣａＯの溶融が一層促進されるため、脱燐効率をより向上させることができる。さらに、精錬剤７の比表面積は、０．５ｍ^２／ｇ以上５ｍ^２／ｇ以下であることが望ましい。精錬剤７の比表面積は、例えば、ＢＥＴ法（多点法）によって測定することができる。この測定法では、例えば、前処理として、ＢＥＬＰＲＥＰ−ｖａｃＩＩ装置を用いて、１２０℃で８時間、真空脱気を行う。次いで、低容法を用いて、窒素による吸着等温線を測定することで、比表面積を算出する。吸着等温線の測定では、一例として、吸着温度を７７Ｋ、吸着質断面積を０．１６２ｎｍ^２、飽和蒸気圧を実測値とする。また、吸脱着の際の圧力変化が所定の値以下になる状態である吸着平衡状態に達してからの、平衡待ち時間を５００秒とする。精錬剤７の比表面積をこの範囲とすることで、物理的に溶銑２と精錬剤７との濡れ性が改善され、精錬剤７の表面の細孔への溶銑２の侵入が促進される。これにより、溶銑２と接触する精錬剤７の表面積が増大することから、後述するＣａＯの崩壊がより促進されるため、脱燐効率が向上する。

さらに、インジェクションランス３は、必要に応じて、石灰源としてＩｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以下である生石灰を精錬剤７に混合したものを搬送ガス６と共に溶銑２に吹き込むように構成されてもよい。
上吹きランス４は、溶銑保持容器１の上方に配されるランスであり、下端に設けられた２つのノズルから気体や粉体を噴射する。本実施形態では、上吹きランス４には、気体酸素源９を供給する経路、及び搬送ガス１０と脱燐剤１１とを供給する経路の２系統の異なる経路が形成される。この２系統の経路の上吹きランス４の上端側は、気体酸素源９の供給装置（不図示）、並びに搬送ガス１０及び脱燐剤１１の供給装置（不図示）にそれぞれ接続される。これらの供給装置から供給される、気体酸素源９及び脱燐剤１１を含む搬送ガス１０は、上吹きランス４の下端に設けられた２つのノズルから、鉛直方向下方の溶銑２の浴面に向かってそれぞれ噴射される。

気体酸素源９は、脱燐処理における酸素源であり、溶銑２中の燐を酸化する。使用する気体酸素源としては、酸素ガス（工業用純酸素を含む）や空気、酸素富化空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスなどを使用することができる。通常の脱燐処理の場合には、他のガスを使用した場合に比べて脱燐反応速度が速いことから、酸素ガスを使用することが好ましい。また、混合ガスを用いる場合には、脱燐反応速度を確保するために、酸素濃度を空気よりも高くすることが好ましい。

上吹きランス４から噴射される搬送ガス１０は、インジェクションランス３から吹き込まれる搬送ガス６と同様なガスでもよく、酸素ガスであってもよい。
上吹きランス４から噴射される脱燐剤１１は、酸化鉄源を含む固体酸素源であり、鉄鉱石、ミルスケール、砂鉄、集塵ダスト（高炉や転炉、焼結工程等において排出ガスから回収される鉄分含有ダスト）などが用いられる。脱燐剤１１は、粒径が１ｍｍ以下の微粉状であることが好ましく、発生形態として粒径１ｍｍ以下の砂鉄または微粉状の鉄鉱石であることが、粉砕処理の必要がないことからより好ましい。さらに、砂鉄は、固体酸素源として機能するのみならず、酸化チタンを７質量％〜１０質量％程度含有していることからＣａＯを主体とする精錬剤７の滓化促進剤としての機能も備えており、特に好適である。

投入シュート５は、溶銑保持容器１の鉛直方向上方に配されるシュートであり、不図示のホッパーから切出される脱燐剤１２を溶銑２の浴面へと添加する。投入シュート５から添加される脱燐剤１２は、上吹きランス４から噴射される脱燐剤１１と同様に、酸化鉄源を含む固体酸素源である。また、投入シュート５から添加される脱燐剤１２としては、上吹きランス４から噴射される脱燐剤１１よりも粒径の大きなものが用いられてもよい。なお、上吹きランス４から噴射される気体酸素源９及び固体酸素源である脱燐剤１１、並びに投入シュート５から添加される固体酸素源である脱燐剤１２を、まとめて酸素源ともいう。

本実施形態に係る溶銑２の脱燐方法では、まず、溶銑２が収容された溶銑保持容器１を、図１に示す、脱燐処理設備の所定の処理位置に配し、インジェクションランス３を溶銑２の浴面下に浸漬させる。
次いで、インジェクションランス３からの溶銑２への搬送ガス６及び精錬剤７の吹込み、上吹きランス４からの気体酸素源９、搬送ガス１０及び脱燐剤１１の噴射、並びに投入シュート５からの脱燐剤１１の添加が行われる（脱燐処理）。脱燐処理では、溶銑保持容器１を反応容器として、ＣａＯを主体とする石灰源である精錬剤７と、気体酸素源９及び脱燐剤１１，１２である固体酸素源とを溶銑２に添加することで脱燐反応を行う。この際、精錬剤７は、滓化し、溶銑２の浴面上に浮上するスラグ８を形成する。また、酸素源は、溶銑２中の燐を酸化することで燐酸化物を生成する。生成された燐酸化物は、スラグ８に取り込まれることで、溶銑２から燐が除去される。

ここで、脱燐処理では、溶銑２を効果的に脱燐するため、溶銑２を十分に攪拌する必要がある。このため、インジェクションランス３から搬送ガス６を吹込む際には、十分な攪拌性を得るため、溶銑２の攪拌動力を３００Ｗ／ｔ以上とすることが好ましい。また、溶銑２の攪拌が強すぎると生成したＦｅＯが溶銑２中の炭素を還元する速度が大きくな過ぎる可能性があるため、溶銑２の撹拌動力を１０００Ｗ／t以下とすることが好ましい。さらに、本実施形態のように、インジェクションランス３から搬送ガス６とともに石灰源として精錬剤７を溶銑２に吹き込んで脱燐処理する場合には、上記（１）式〜（３）式を満たす条件で搬送ガス６及び石灰源を吹込むことが好ましい。（１）式〜（３）式を満たす条件とすることにより、溶銑２がより十分な攪拌性で攪拌されることから、効率的に脱燐処理を行うことが可能となる。その際、インジェクションランス３の浸漬深さｈは、１．５ｍ以上であることが好ましい。浸漬深さｈが１．５ｍ未満となる場合、ガスの吹き抜けが起こり、溶銑２の飛散が激しくなるため操業上好ましくない。

インジェクションランス３から石灰源として精錬剤７が溶銑２に吹き込まれると、下記（５）式及び（６）式に示す反応が生じることで、Ｈ_２ＯガスやＣＯ_２ガスが発生し、ＣａＯの崩壊が促進されることで、ＣａＯの滓化が促進される。本実施形態では、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値を４．０質量％以上３５．０質量％以下とすることで、Ｈ_２ＯガスやＣＯ_２ガスが適度に発生し、滓化が促進されるために、脱燐反応が促進される。なお、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％未満となる場合には、Ｈ_２ＯガスやＣＯ_２ガスの発生が少なくなるため、脱燐効率向上の十分な効果が得られない。一方、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が３５．０質量％超となる場合には、精錬剤７中のＣａＯ純分が少なってしまうため、脱燐効率向上の十分な効果が得られない。また、上述のように、石灰源としてＩｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％未満の生石灰を精錬剤７に混合して吹き込んでもよい。この場合、石灰源として吹き込まれるもののうち、精錬剤７の比率を２０質量％以上とすることが好ましい。精錬剤７の比率が２０質量％未満の場合、ＣａＯの滓化促進効果が小さくなるため、脱燐効率の向上効果が小さくなる。
ＣａＣＯ_３ → ＣａＯ ＋ＣＯ_２ ・・・（５）
Ｃａ（ＯＨ）_２ → ＣａＯ ＋Ｈ_２Ｏ ・・・（６）

また、溶銑２のＳｉ濃度が０．４０質量％以上と高い条件においては、フォーミング（発泡現象）によってスラグ８が溶銑保持容器１から噴出する可能性がある。このため、フォーミングが発生した場合には、酸素源を添加する送酸速度を低下させなければならず、生産性の低下を招いてしまう。しかし、インジェクションランス３から精錬剤７を溶銑２に吹き込むことで、発生するＣＯ_２やＨ_２Ｏ等のガスによってスラグ８のガス抜きが行われるため、スラグ８のフォーミングを抑制することができる。なお、フォーミング抑制の観点からは、脱燐処理後のスラグ８の塩基度（スラグ中のＳｉＯ_２に対するＣａＯの質量比、［％ＣａＯ］／［％ＳｉＯ_２］）を、１．８以上３．５以下程度に制御することが望ましい。
精錬剤７の添加量は、溶銑２の脱燐処理前の溶銑２の成分や、目標とする脱燐処理後の溶銑２の成分、溶銑２の量等に応じて適宜決定される。

上吹きランス４から噴射される気体酸素源９は、溶銑２の浴面に吹き付けられる。この際、気体酸素源９が吹き付けられる溶銑２の浴面の領域（火点）は、図１に示すように、インジェクションランス３から吹き込まれた精錬剤７が浮上してくる浴面の領域に重畳することが好ましい。通常、火点では、気体酸素源９による脱炭反応が優勢であり、脱炭反応等の発熱によって、脱燐処理では通常２０００℃を超える高温となる。このため、火点の位置を精錬剤７が供給される浴面位置に重畳させることで、精錬剤７の滓化がより一層促進されることになる。しかしながら、通常、脱燐反応は、熱力学的には低温であるほど反応が促進することから、火点からわずかに離れた概ね１８００℃以下の周辺部で反応が起こることとなる。これに対して、精錬剤７についての（５）式及び（６）式に示す反応は吸熱反応であることから、火点の位置を精錬剤７が供給される浴面位置に重畳させることで、上述の滓化促進効果に加えて火点の冷却効果も得られる。このため、脱燐反応をより一層促進させることが可能となる。

また、脱燐処理では、固体酸素源である脱燐剤１１，１２を、上吹きランス４からの吹込み及び投入シュート５からの投入によって溶銑２に添加する。上述のように、脱燐反応は低温である程有利であることから、原理的には、脱燐反応に寄与する酸素源としては、固体酸素源の方が、気体酸素源９に比して効率が高くなる。ここで、溶銑２に酸素を投入すると脱炭反応及び脱燐反応が起こるが、気体酸素源９を投入した場合には脱炭発熱による温度上昇が優勢となる。これに対し、固体酸素源を投入した場合には、固体酸素源の分解時の吸熱を伴うために、温度上昇が抑制される。つまり、固体酸素源を使用することにより、脱燐反応に有利な温度に維持することができる。但し、脱燐反応の促進のためには、固体酸素源が溶融できる程度の温度条件は必要となる。また、固体酸素源は、溶融後にＦｅＯとなり、脱燐反応に寄与するスラグ８中のＦｅＯ成分を増加させる機能を有しているため、上述の温度上昇の抑制効果と相俟って脱燐反応を促進させる。

さらに、脱燐処理では、上吹きランス４から搬送ガス１０とともに噴射される脱燐剤１１は、図１に示すように、気体酸素源９が噴射される浴面の火点近傍に吹き付けられることが好ましい。これにより、上吹きランス４から添加される固体酸素源である脱燐剤１１は、火点に近接した、実質的に脱燐反応が促進される領域に供給されることになる。また、脱燐剤１１は、気体酸素源９に比べて酸素濃度の低い搬送ガス１０で供給される。このため、脱燐剤１１が供給される領域の温度が過剰に上昇することがないため、脱燐剤１１の良好な反応性によって脱燐がさらに促進されることになる。例えば、１８００℃における脱燐能力は、熱力学的概算で２０００℃における脱燐能力に比べ概ね倍増する。

脱燐剤１１及び脱燐剤１２の添加量の総量である固体酸素源の添加量は、スラグ８中のＦｅＯ濃度の上昇が少なくなると脱燐が促進されないため、設備仕様に応じてスラグ８中のＦｅＯ濃度の上昇が十分となる量以上であればよい。また、固体酸素源の添加量の上限は、設備仕様に応じて、固体酸素源による抜熱が課題とならない程度の量とすればよい。例えば、１００ｔｏｎ〜３５０ｔｏｎ程度の溶銑保持容器１で脱燐処理する場合には、浴面に供給する気体酸素源９の標準状態での酸素ガス純分１Ｎｍ^３に対し、固体酸素源を０．１ｋｇ以上２ｋｇ以下の範囲で添加することが好ましい。固体酸素源の添加量が０．１ｋｇ未満の場合、本処理形態で期待する効果が十分に得られない。一方、固体酸素源の添加量が２ｋｇを越える場合、固体酸素源の供給面における抜熱が大きくなり、スラグ８の滓化が不十分となって脱燐能力が低下してしまう。なお、固体酸素源のより好ましい添加量は、０．３ｋｇ以上２ｋｇ以下である。

また、上吹きランス４から添加する脱燐剤１１と、投入シュート５から添加する脱燐剤１２との比率は、固体酸素源の添加量や設備仕様等に応じて適宜決定される。なお、前述のように、気体酸素源９の火点近傍に脱燐剤１１が添加されることが好ましいことから、脱燐剤１１の添加量を、脱燐効率が最大となるような添加条件で脱燐処理中に添加可能な最大量とし、その他に必要な固体酸素源の添加量を脱燐剤１２の添加量とすることが好ましい。この場合、上吹きランス４からの脱燐剤１１の添加で十分な場合には、投入シュート５からの脱燐剤１２の添加は行われなくてもよい。

さらに、上述のように、酸素源として気体酸素源９を用いた場合には、溶銑２の温度は、酸化反応熱によって上昇する。一方、酸素源として固体酸素源を用いた場合には、溶銑２の温度は、固体酸素自体の顕熱、潜熱及び分解熱が酸化反応熱よりも大きいために降下する。このため、固体酸素源と気体酸素源９との使用比率は、上記の範囲を維持しつつ、溶銑２の処理前後の温度に応じて設定される。

脱燐を効率的に行うためには、スラグ８中のＦｅＯ濃度は、１０質量％以上５０質量％以下の範囲であることが好適となり、１０質量％以上３０質量％以下の範囲であることがより好適となる。このため、脱燐処理が行われる間は、スラグ８中のＦｅＯ濃度ができるだけこの範囲を維持するように、固体酸素源の供給量あるいは供給速度を調整することが好ましい。

上記の条件で行われる脱燐処理では、溶銑２の温度・成分が目標のものとなるまで、または予め設定された量だけ酸素源が添加されることで、処理が終了となる。なお、上吹きランス４による気体酸素源９及び脱燐剤１１の添加、投入シュート５からの脱燐剤１２の添加は、脱燐処理の全期間にわたって継続して行われる必要はなく、断続的に添加が行われてもよい。また、インジェクションランス３からの精錬剤７の添加についても継続的に行われてよいが、溶銑２の攪拌を目的とする搬送ガス６の吹込みは脱燐処理の全期間にわたって継続して行われることが好ましい。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
例えば、上記実施形態では、溶銑保持容器１は溶銑鍋としたが、本発明はかかる例に限定されない。溶銑保持容器１は、溶銑２を収容可能で、上記と同様な脱燐処理設備にて処理可能なものであればよく、例えば、溶銑搬送容器であるトピードカー等の容器であってもよい。

また、上記実施形態では、インジェクションランス３から搬送ガス６と精錬剤７とを吹き込み、上吹きランス４から気体酸素源９と搬送ガス１０と固体酸素源である脱燐剤１１とを吹き込み、投入シュート５から固体酸素源である脱燐剤１２を吹き込む構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明に係る脱燐方法では、溶銑保持容器１に収容された溶銑２に対して、固体酸素源及び気体酸素源９の少なくとも一方の酸素源と、上記実施形態と同様な成分の精錬剤７とが添加され、溶銑２の攪拌が行われれば、下記に示すような他の構成であってもよい。

例えば、酸素源としては、固体酸素源または気体酸素源９のいずれか一方のみが用いられる構成であってもよい。なお、溶銑２の処理前後での温度によって変わるものの、通常の処理であれば、精錬剤７の滓化促進と脱燐促進の観点からは、固体酸素源及び気体酸素源９の両方が用いられることが好ましい。
また、固体酸素源は、上吹きランス４のみから投入されてもよく、投入シュート５のみから添加されてもよい。なお、スラグ８の酸素ポテンシャルの向上と火点の冷却による脱燐促進効果が得られることから、固体酸素源は、上吹きランス４から搬送ガス１０と共に添加（投射）されることが好ましい。また、投入シュート５のみから固体酸素源を添加する場合には、上吹きランス４から投入する場合と同様な理由から、固体酸素源は、溶銑２の浴面の火点近傍に添加されることが好ましい。

さらに、固体酸素源は、インジェクションランス３から搬送ガス６と共に吹き込まれてもよい。この場合、インジェクションランス３から吹き込まれる固体酸素源である脱燐剤は、上記実施形態の脱燐剤１１，１２と同様な構成でよい。また、インジェクションランス３からは、固体酸素源のみが搬送ガス６とともに吹き込まれてもよく、固体酸素源と精錬剤７とが搬送ガス６とともに吹き込まれてもよい。なお、固体酸素源のみを搬送ガス６とともに吹き込む場合には、精錬剤７は、投入シュート５から添加してもよく、上吹きランス４から搬送ガス１０とともに添加するようにしてもよい。

さらに、例えば、気体酸素源９は、インジェクションランス３から吹き込まれてもよい。この場合、気体酸素源９は、インジェクションランス３のみから吹き込まれてもよく、上吹きランス４とインジェクションランス３との両方から吹き込まれてもよい。また、インジェクションランス３からは、気体酸素源９と同時に、精錬剤７及び固体酸素源の少なくとも一方が吹き込まれてもよい。

さらに、例えば、精錬剤７は、上吹きランス４や投入シュート５から溶銑２に添加されてもよい。このうち、精錬剤７を上吹きランス４から添加する場合、精錬剤７は、脱燐剤１１を添加する場合と同様に、搬送ガス１０とともに溶銑２へと噴射される。また、上吹きランス４や投入シュート５から添加される精錬剤７は、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であればよく、粒径や比表面積については、上記実施形態と異なるものであってもよい。

さらに、上記実施形態では、インジェクションランス３から吹き込まれる搬送ガス６によって溶銑２を攪拌するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶銑保持容器１の炉底にノズルを埋め込み、このノズルから搬送ガス６と同様な攪拌用のガスを溶銑２に吹き込むことで、溶銑２を攪拌する構成であってもよい。なお、炉底のノズルから攪拌用のガスを吹き込んで攪拌を行う場合、インジェクションランス３を用いずに、上吹きランス４及び投入シュート５の少なくとも一方を用いて、脱燐処理が行われてもよい。この際、上吹きランス４及び投入シュート５の少なくとも一方を用いて、溶銑２への酸素源及び精錬剤７の添加が行われる。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明に一態様に係る溶銑２の脱燐方法は、溶銑保持容器１に収容された溶銑２に、石灰源となる精錬剤７と酸素源（脱燐剤１１，１２や気体酸素源９）とを添加することで溶銑２を脱燐処理する際に、精錬剤７として、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含むものを用いる。
上記（１）の構成によれば、反応性に優れた石灰系の精錬剤７を用いて脱燐処理をする際に、Ｈ_２ＯガスやＣＯ_２ガスが適度に発生し、滓化が促進されるために、脱燐反応が促進される。このため、高い脱燐効率が得られ、使用する精錬剤７の使用量を低減することができることから、処理に伴って発生するダストの低減や、処理コストの低廉化、スラグの発生量の低減といった優れた効果を奏する。また、Ｈ_２ＯガスやＣＯ_２ガスの発生によって、スラグ８のフォーミングが抑制され、脱燐処理中のスラグ８の噴出が抑えられるため、生産性を高めることができる。さらに、精錬剤７のＩｇ−ｌｏｓｓ値を調整するだけでよいため、既存の設備においても容易に導入することできる。さらに、ＣａＦ_２系の媒溶剤を用いなくとも滓化が促進されるため、脱燐処理効率を高めることができる。

（２）上記（１）の構成において、精錬剤７を添加する際に、溶銑２の浴面下に浸漬させたインジェクションランス３を介して搬送ガス６とともに精錬剤７を（１）式〜（３）式を満たす条件で吹き込む。
上記（２）の構成によれば、インジェクションランス３から溶銑２に精錬剤７を吹き込む際に、攪拌条件が適正化され、十分な攪拌性で攪拌されることから、脱燐効率をより向上させることができる。

（３）上記（１）または（２）の構成において、精錬剤７の比表面積を、０．５ｍ^２／ｇ以上５ｍ^２／ｇ以下とする。
上記（３）の構成によれば、溶銑２と精錬剤７との濡れ性が改善されるため、脱燐効率をより向上させることができる。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、石灰源として、精錬剤７のみを用いる。
上記（４）の構成によれば、反応性が高く、滓化性に優れた精錬剤７のみを石灰源として用いることで、脱燐効率をより向上させることができる。
（５）本発明の一態様に係る精錬剤は、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含み、溶銑の脱燐処理に用いられる。
上記（５）の構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明者らが行った実施例１について説明する。実施例１では、上記実施形態に係る脱燐方法について、精錬剤７である石灰源のＩｇ−ｌｏｓｓ値を変化させて脱燐処理を行い、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が脱燐率に及ぼす影響を調査した。
実施例１では、まず、高炉から出銑され、高炉鋳床で脱珪処理された溶銑２を、溶銑保持容器１である２５０トン容量の溶銑鍋に移注し、図１に示す脱燐処理設備まで搬送した。次いで、脱燐処理設備では、インジェクションランス３からの精錬剤石灰源の吹込み、上吹きランス４からの気体酸素源９及び脱燐剤１１の噴射、並びに投入シュート５からの脱燐剤１２の添加を行うことで、脱燐処理を行った。なお、脱燐処理前の、溶銑２のシリコン濃度は０．１５質量％、炭素濃度は４．５質量％、燐濃度は０．１２１質量％〜０．１２５質量％であった。

実施例１では、脱燐剤１１，１２の固体酸素源として、平均粒径５００μｍの砂鉄を、上吹きランス４及び投入シュート５から合計で１０ｋｇ／ｔ（溶銑１トン当たりの量）添加した。上吹きランス４から脱燐剤１１を噴射する際には、不活性ガスを搬送ガス１０として用いた。また、上吹きランス４からは、送酸速度１５００Ｎｍ^３／ｈｒ〜２０００Ｎｍ^３／ｈｒで気体酸素源９を溶銑２に噴射した。さらに、上吹きランス４のランス高さ（上吹きランス４の下端から溶銑２の浴面までの距離）を１．０ｍ〜１．５ｍとした。石灰源としては、石灰系の精錬剤７を５０質量％、生石灰を５０質量％混合したものを用いた。精錬剤７のＩｇ−ｌｏｓｓ値は４．０質量％以上３５．０質量％以下とし、比表面積は０．４１〜０．４２ｍ^２／ｇとした。また、精錬剤７を吹き込む際には、不活性ガスを搬送ガス６として用い、（１）式に示す搬送ガスの攪拌動力と石灰源のエネルギーとの和である攪拌動力（ε_ｇ＋ε_Ｐ）を、２６５Ｗ／ｔとした。また、溶銑２に対して所定量の酸素源を供給するための処理時間である脱燐処理時間は、１５分〜２５分とした。スラグの塩基度は、２．０となるように調整を行った。

さらに、実施例１では、比較として、精錬剤７のＩｇ−ｌｏｓｓ値が上記実施形態と異なる条件で脱燐処理を行った（比較例１）。比較例１では、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値を３．０質量％以下または３６．０質量％以上とし、それ以外の脱燐処理の条件は実施例１と同様とした。
表１に、実施例１における攪拌動力及び精錬剤の条件、並びに調査結果となる処理前後での溶銑２中の燐濃度及び脱燐率（脱燐処理の前後で溶銑２中の燐が除去された割合）を示す。表１に示すように、いずれの条件においても脱燐率は６０％以上と高くなることが確認された。

次に、本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、上記実施形態に係る脱燐方法について、（２）式の攪拌動力（ε_ｇ＋ε_Ｐ）を変化させて脱燐処理を行い、攪拌動力が脱燐率に及ぼす影響を調査した。
実施例２では、実施例１−１１と同様な条件について、攪拌動力（ε_ｇ＋ε_Ｐ）を２６５Ｗ／ｔ以上１３９２Ｗ／ｔ以下に変化させてそれぞれ脱燐処理を行った。なお、溶銑２の脱燐処理前の燐濃度は、０．１２１質量％〜０．１２５質量％であった。それ以外の条件については、実施例１−１４と同じである。

表２に、実施例２における攪拌動力及び精錬剤の条件、並びに調査結果となる処理前後での溶銑２中の燐濃度及び脱燐率を示す。
表２に示すように、いずれの条件においても脱燐率は７６％以上と高いものの、撹拌動力（ε_ｇ＋ε_Ｐ）を３００Ｗ／ｔ以上１０００Ｗ／ｔ以下の範囲とすることで脱燐率がさらに向上することが確認できた。

次に、本発明者らが行った実施例３について説明する。実施例３では、上記実施形態に係る脱燐方法について、精錬剤７の比表面積を変化させて脱燐処理を行い、精錬剤７の比表面積が脱燐率に及ぼす影響を調査した。
実施例３では、実施例２−３と同様な条件について、精錬剤７の比表面積を０．４１ｍ^２／ｇ〜５．１３ｍ^２／ｇに変化させてそれぞれ脱燐処理を行った。なお、溶銑２の脱燐処理前の燐濃度は、０．１２１質量％〜０．１２５質量％であった。それ以外の条件については、実施例２−３と同じである。

表３に、実施例３における攪拌動力及び精錬剤の条件、並びに調査結果となる処理前後での溶銑２中の燐濃度及び脱燐率を示す。
表３に示すように、いずれの条件においても脱燐率は８０％以上と高くなり、さらに比表面積を０．５ｍ^２／ｇ以上５ｍ^２／ｇの範囲とすることで脱燐率がより向上することが確認できた。

次に、本発明者らが行った実施例４について説明する。実施例４では、上記実施形態に係る脱燐方法について、石灰源中の精錬剤７の比率及び攪拌動力を変化させて脱燐処理を行い、精錬剤７の比率及び攪拌動力が脱燐率に及ぼす影響を調査した。
実施例４では、実施例３−５と同様な条件について、攪拌動力を４５７Ｗ／ｔまたは７２６Ｗ／ｔとし、石灰源中の精錬剤７の比率を５０％〜１００％に変化させてそれぞれ脱燐処理を行った。なお、溶銑２の脱燐処理前の燐濃度は、０．１２４質量％〜０．１２６質量％であった。それ以外の条件については、実施例３−５と同じである。

表４に、実施例４における攪拌動力及び精錬剤の条件、並びに調査結果となる処理前後での溶銑２中の燐濃度及び脱燐率を示す。
表４に示すように、いずれの条件においても脱燐率は８５％以上と高くなり、いずれの攪拌動力の条件においても、インジェクションランス３から吹き込む石灰源中の精錬剤７の比率の増加に伴って脱燐率がさらに向上することが確認できた。

１ 溶銑保持容器
２ 溶銑
３ インジェクションランス
４ 上吹きランス
５ 投入シュート
６ 搬送ガス
７ 精錬剤
８ スラグ
９ 気体酸素源
１０ 搬送ガス
１１，１２ 脱燐剤（固体酸素源）

Claims (5)

1. 溶銑保持容器に収容された溶銑に、石灰源となる精錬剤と酸素源とを添加することで前記溶銑を脱燐処理する際に、
   前記精錬剤として、Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含むものを用いることを特徴とする溶銑の脱燐方法。
2. 前記精錬剤を添加する際に、前記溶銑の浴面下に浸漬させたインジェクションランスを介して搬送ガスとともに前記精錬剤を（１）式〜（３）式を満たす条件で吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱燐方法。
   

   

   ε_ｇ：搬送ガスの攪拌動力［Ｗ／ｔ］、ε_Ｐ：石灰源のエネルギー、Ｑ：搬送ガスの流量［Ｎｍ^３/ｍｉｎ］、Ｗ：溶銑量［ｔ］、Ｔ_ｌ：溶銑温度［℃］、Ｔ_ｇ：搬送ガスの温度［℃］、ｈ：インジェクションランスの浸漬深さ［ｍ］、Ｐ：大気圧力［Ｐａ］、ｍ：石灰源の吹き込み速度［ｇ／ｓ］、ｄ_０：インジェクションランスのノズル径［ｃｍ］
3. 前記精錬剤の比表面積を、０．５ｍ^２／ｇ以上５ｍ^２／ｇ以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の脱燐方法。
4. 前記石灰源として、前記精錬剤のみを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑の脱燐方法。
5. Ｉｇ−ｌｏｓｓ値が４．０質量％以上３５．０質量％以下であり、生石灰を６０質量％以上含み、溶銑の脱燐処理に用いられる精錬剤。

Images