特許 6897274 溶銑の予備処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6897274

(24)【登録日】2021年6月14日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】溶銑の予備処理方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 1/02 20060101AFI20210621BHJP

   C21C 1/04 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   C21C1/02 110

   C21C1/04 101

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-84481(P2017-84481)

(22)【出願日】2017年4月21日

(65)【公開番号】特開2018-178235(P2018-178235A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2019年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100113918

【弁理士】

【氏名又は名称】亀松 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100140121

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 朝幸

(74)【代理人】

【識別番号】100172269

【弁理士】

【氏名又は名称】▲徳▼永 英男

(72)【発明者】

【氏名】小野 慎平

(72)【発明者】

【氏名】工藤 進

【審査官】 國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１８１２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１０１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１８９４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

精錬容器内の溶銑に、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤を、溶銑に浸漬した精錬剤吹込みランスから吹込み、脱珪処理と脱燐処理を連続して行なう溶銑の予備処理方法において、
上記精錬剤を、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、下記式（１）で定義する酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oが、下記式（２）を継続して満たすように吹き込む、局所的塩基度Ｃ／Ｓ_localが１．５を超えない状況を継続して形成することを特徴とする溶銑の予備処理方法。
Ｆ_O＝Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2 ・・・（１）
Ｆ_O^__FeOt：酸化鉄源による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
Ｆ_O^__O2：気体酸素による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
１．５≦Ｆ_CaO／Ｆ_O≦３．０ ・・・（２）

【請求項2】

前記脱珪処理により、Ｓｉ：０．０５〜０．２５質量％に調整することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。

【請求項3】

前記脱燐処理により、Ｐ：０．０５〜０．１０質量％に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑の予備処理方法。

【請求項4】

前記精錬容器が混銑車であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑の予備処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、混銑車等の精錬容器において、溶銑のＳｉ濃度を効率良く低減し、次いで、溶銑のＰ濃度を低減する溶銑の予備処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶銑を転炉で酸素吹錬して溶鋼とする際、転炉での吹錬負荷を低減するとともに、溶鋼を所望の成分組成に調整し易くするため、転炉に装入する溶銑から、予め、珪素、燐、硫黄等を除去する「溶銑予備処理」が、通常、行われている。

【0003】

即ち、高炉から出銑された溶銑が、まだ、出銑樋、傾注樋、又は、混銑車内に存在する間に、溶銑に、精錬剤として、石灰系フラックス、酸化剤、及び／又は、ソーダ灰系フラックス等を、キャリアガス（例えば、窒素、酸素）で吹き込むか、又は、上方から、直接添加し、珪素、燐、硫黄等をスラグへ移行させて除去する。

【0004】

熱力学的に、脱燐反応に先行して脱珪反応が進行するが、脱珪反応を効率よく進めるためには、スラグ中のＳｉＯ₂活量を低く維持する必要がある（図１のＳｉＯ₂等活量線図（１５５０℃）、参照）。また、スラグの塩基度（％ＣａＯ／％ＳｉＯ₂、以下「Ｃ／Ｓ」ということがある。）を高くすると、スラグの脱燐能が向上するので、溶銑に投入する精錬剤のＣａＯ源として生石灰を使用するのが一般的である。

【0005】

しかし、溶銑温度が１３００〜１４００℃であると、ＣａＯが溶解可能なＣ／Ｓの上限は１．５程度であり、この上限を超えるＣａＯは、スラグに溶解（滓化）しないので、無駄になる（図２のＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ系の３元状態図、参照）。

【0006】

それ故、投入するＣａＯと脱珪反応で生じるＳｉＯ₂の比（Ｃ／Ｓ）が１．５以下となるように、溶銑に投入するＣａＯの量を調整する必要があるが、必要量のＣａＯを一括して投入すると、脱珪処理の初期においてＣ／Ｓが上昇し過ぎて、かえって、脱珪効率が低下する場合がある。

【0007】

特許文献１には、溶銑を容器に受銑後、該容器内の溶銑を撹拌しつつスラグの塩基度を１．０以下にして脱珪処理し、該脱珪処理終了後１０分以内に除滓を開始することを特徴とする溶銑脱珪方法が開示されている。特許文献１の方法では、脱珪−除滓を円滑かつ効率的に行うため、スラグの塩基度の上限を、理論的な上限（１．５）より低い１．０に規定したと考えられるが、脱珪効率の向上は必ずしも期待できない。

【0008】

一方、溶銑中にランスを浸漬して、インジェクション方式で、ＣａＯ及び酸化鉄源（精錬剤）を連続的に投入する場合、スラグのＣ／Ｓは徐々に増加し、投入したＣａＯの極端な滓化不良は起こり難いので、多くの場合、インジェクション方式による精錬剤の投入方法が採用されている（例えば、特許文献２及び３、参照）。しかし、この場合においても、スラグのＣ／Ｓが、１．５（理論的上限）より低いＣ／Ｓ域、例えば、１．２以下で、ＣａＯの利用効率が極大となる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０００−００１７１２号公報

【特許文献2】特開２００４−０１８９４２号公報

【特許文献3】特開２００５−２４８２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前述したように、スラグの塩基度（Ｃ／Ｓ）が、１．５（理論的上限）より低いＣ／Ｓ域、例えば、１．２以下で、ＣａＯの利用効率が極大となる場合があることから、本発明者らは、溶銑中に、ＣａＯを連続的に吹き込む場合においても、ＣａＯの吹込み速度が速いと、局所的に、例えば、吹込み領域にて、ＣａＯ濃度が上昇して固相（ＣａＯ）が晶出して、吹き込んだＣａＯが十分に滓化せず、ＣａＯの利用効率が低下するのではないかと発想した。

【0011】

本発明は、上記発想のもとで、精錬容器中の溶銑に精錬剤を吹き込む予備処理（脱珪、脱燐）において、ＣａＯの滓化を促進してＣａＯの利用効率を高めるとともに、投入する酸素の反応効率を高めることを課題とし、該課題を解決する溶銑の予備処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、精錬容器中の溶銑に精錬剤（酸化鉄源、気体酸素、生石灰等）を吹き込む際、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oを適切な範囲に制御すると、吹き込む生石灰が効率良く滓化するとともに、投入した酸素の反応効率が向上し、脱珪反応及び脱燐反応が迅速に進行することが判明した。この知見については、後述する。

【0013】

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。

【0014】

（１）精錬容器内の溶銑に、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤を、溶銑に浸漬した精錬剤吹込みランスから吹込み、脱珪処理と脱燐処理を連続して行なう溶銑の予備処理方法において、
上記精錬剤を、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、下記式（１）で定義する酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oが、下記式（２）を満たすように吹き込む
ことを特徴とする溶銑の予備処理方法。
Ｆ_O＝Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2 ・・・（１）
Ｆ_O^__FeOt：酸化鉄源による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
Ｆ_O^__O2：気体酸素による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
１．５≦Ｆ_CaO／Ｆ_O≦３．０ ・・・（２）

【0015】

（２）前記脱珪処理により、Ｓｉ：０．０５〜０．２５質量％に調整することを特徴とする前記（１）に記載の溶銑の予備処理方法。

【0016】

（３）前記脱燐処理により、Ｐ：０．０５〜０．１０質量％に調整することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶銑の予備処理方法。

【0017】

（４）前記精錬容器が混銑車であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶銑の予備処理方法。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、精錬容器内の溶銑の予備処理（脱珪、脱燐）において、生石灰を有効に活用するとともに、投入した酸素の反応効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ＳｉＯ₂等活量線図（１５５０℃）である。

【図2】ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ系の３元状態図である。

【図3】Ｆ_CaO／Ｆ_Oと局所的な塩基度Ｃ／Ｓ_localの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の溶銑の予備処理方法（以下「本発明方法」ということがある。）は、精錬容器内の溶銑に、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤を、溶銑に浸漬した精錬剤吹込みランスから吹込み、脱珪処理と脱燐処理を連続して行なう溶銑の予備処理方法において、
上記精錬剤を、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、下記式（１）で定義する酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oが、下記式（２）を満たすように吹き込む
ことを特徴とする。
Ｆ_O＝Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2 ・・・（１）
Ｆ_O^__FeOt：酸化鉄源による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
Ｆ_O^__O2：気体酸素による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
１．５≦Ｆ_CaO／Ｆ_O≦３．０ ・・・（２）

【0021】

以下、本発明方法について説明する。

【0022】

従来から、一般的に用いられている塩基度（Ｃ／Ｓ）は、投入した全てのＣａＯと生成した全てのＳｉＯ₂が、精錬容器内に、それぞれ均一に存在する場合において、スラグの特性を示す指標として有用である。

【0023】

しかし、実際の予備処理では、最終的なＣａＯ投入量とＳｉＯ₂生成量が同じでも、予備処理中、精錬容器内に存在するＣａＯ量は投入速度によって変動し、また、生成するＳｉＯ₂量は生成速度によって変動するので、予備処理の進行形態は一様でない。

【0024】

ここで、精錬剤として、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を同時に溶銑中に吹き込んだ際の反応について考える。

【0025】

酸化鉄源中の酸化鉄と気体酸素が溶銑中のＳｉと反応してＳｉＯ₂が生成し、局所的に、例えば、吹込み領域に、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ系のスラグが生成する。局所的に生成するスラグの塩基度Ｃ／Ｓ（以下「Ｃ／Ｓ_local」ということがある。）は、ＣａＯの吹込み速度Ｆ_CaOと、ＳｉＯ₂の生成源である酸素の吹込み速度Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oと比例関係にあると考えられる。

【0026】

それ故、Ｆ_CaO／Ｆ_Oが大きくなり過ぎて、Ｃ／Ｓ_localが１．５を超え、ＣａＯが滓化しない状況が発生し得るが、Ｃ／Ｓ_localが１．５を超えない状況を継続して形成すれば、ＣａＯの滓化を促進できると考えられる。

【0027】

そこで、本発明者らは、従来から、一般的に用いられている包括的な塩基度ではなく、局所的に、例えば、吹込み領域に生成するＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ系のスラグの塩基度Ｃ／Ｓ_localに着目し、該Ｃ／Ｓ_localと比例関係にあるＦ_CaO／Ｆ_Oを操作指標として採用した。そして、実際の予備処理の条件と結果に基づいて、Ｃ／Ｓ_localに対する操作指標Ｆ_CaO／Ｆ_Oの最適範囲を明確にした。

【0028】

即ち、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤を、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、下記式（１）で定義する酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oが、下記式（２）を満たすように吹き込むと、局所的なＣ／Ｓ_localが適正範囲に維持されて、吹き込まれた生石灰が効率良く滓化しつつ、脱珪反応が効率良く進行する。
Ｆ_O＝Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2 ・・・（１）
Ｆ_O^__FeOt：酸化鉄源による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
Ｆ_O^__O2：気体酸素による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）
１．５≦Ｆ_CaO／Ｆ_O≦３．０ ・・・（２）

【0029】

図３に、Ｆ_CaO／Ｆ_Oと局所的な塩基度Ｃ／Ｓ_localの関係を示す。Ｆ_CaO／Ｆ_Oが１．５以上３．０以下であれば、Ｃ／Ｓ_localが１．５を超えない状況を継続して形成して、ＣａＯの滓化を促進することができ、脱珪反応を効率良く推進することができる。この点が、本発明方法の基本思想である。

【0030】

以下、本発明方法の条件について説明する。

【0031】

溶銑：
本発明方法が予備処理の対象とする溶銑は、特に、特定の成分組成の溶銑に限定されず、通常の成分組成の溶銑である。具体的には、例えば、高炉から出銑した溶銑や、電気炉で溶解した溶銑が挙げられる。

【0032】

精錬容器：
溶銑の予備処理は、通常、溶銑を精錬工程へ搬送する混銑車を精錬容器として行うが、本発明方法の精錬容器は、混銑車に限らず、溶銑を、次の精錬工程へ搬送するための容器（例えば、溶銑鍋等）であって、予備処理を行うことが可能な容器であればよい。

【0033】

精錬剤：
溶銑に浸漬した精錬剤吹込みランスから溶銑に吹き込む精錬剤は、酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤である。酸化鉄源として、例えば、ミルスケール、焼結鉱、鉄鉱石、焼結ダスト等を用いて、酸化鉄を溶銑に吹き込む。生石灰は、通常、石灰系フラックスの形態で吹き込むが、ＣａＯ単独でもよく、主成分をＣａＯとする、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）や、転炉滓等の混合物で吹き込んでもよい。

【0034】

操作指標Ｆ_CaO／Ｆ_O：１．５以上、３．０以下（上記式（２））
酸化鉄源、気体酸素、及び、生石灰を含む精錬剤を、生石灰吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_CaOと、上記式（１）で定義する酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oとの比：Ｆ_CaO／Ｆ_Oが、１．５以上、３．０以下（上記式（２））を満たすように吹き込む。

【0035】

Ｆ_CaO／Ｆ_Oが１．５未満であると、生石灰の吹込量が不足し、スラグの塩基度（Ｃ／Ｓ_local）が適正範囲に達せず、脱珪反応が進行しないので、Ｆ_CaO／Ｆ_Oは１．５以上とする。好ましくは１．７以上である。

【0036】

一方、Ｆ_CaO／Ｆ_Oが３．０を超えると、生石灰の吹込量が過剰となり、塩基度（Ｃ／Ｓ_local）が１．５を超えた領域で固相（ＣａＯ）が析出し、Ｃａの利用効率が低下するので、Ｆ_CaO／Ｆ_Oは３．０以下とする。好ましくは２．７以下である。

【0037】

酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_O＝Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2（上記式（１））
溶銑には、気体酸素の他、酸化鉄の形態で酸素が吹き込まれるので、酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oは、酸化鉄による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_O^__FeOtと、気体酸素による酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_O^__O2の和で定義する。

【0038】

このように、酸素吹込み速度（ｋｇ／分）：Ｆ_Oを定義することにより、溶銑の予備処理中、溶銑に投入する酸素の全量を調整して、Ｆ_CaO／Ｆ_Oを適正範囲内に制御することができる。

【0039】

Ｆ_O^__FeOtは、酸化鉄源によって異なる。例えば、酸化鉄源がミルスケールの場合、“酸化鉄吹込み速度×１６／７２”で、酸化鉄源が鉄鉱石の場合、“酸化鉄吹込み速度×４８／１６０”である。Ｆ_O^__O2は、送酸速度（Ｎｍ³／ｈ）／６０×１．４２９（気体酸素密度）であり、送酸速度を変えることにより、Ｆ_O^__O2を調整することができる。

【0040】

本発明方法によれば、生石灰を有効に活用し、投入した酸素の反応効率を高めて、精錬容器内の溶銑の予備処理（脱珪、脱燐）を効率的に行なうことができるが、次の転炉精錬での負荷を低減するとともに、溶鋼を所望の成分組成に調整し易くするため、Ｓｉ：０．０５〜０．２５質量％、及び／又は、Ｐ：０．０５〜０．１０質量％に低減することが好ましい。

【実施例】

【0041】

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

【0042】

（実施例１）
高炉から出銑した２５０トンの溶銑（Ｓｉ：０．４〜０．６質量％、Ｐ：０．１００〜０．１２５質量％、Ｃ：４．４〜４．７質量％）を混銑車に装入し、精錬剤吹込み装置を備える予備処理場へ搬送し、表１に示す予備処理条件で、溶銑の予備処理（脱珪処理と脱燐処理）を実施した。

【0043】

予備処理の結果は、予備処理後のＳｉとＰの組成、及び、下記式で定義する投入酸素の反応効率η₀（脱珪反応及び脱燐反応に消費された酸素の割合）で評価した。η_O＞０．６５を合格（○）と評価した。

【0044】

η₀＝消費酸素量／総酸素投入量
＝｛（ΔＰ×142／62＋ΔＳｉ×32／28）×10｝／（Ｆ_O×処理時間／250（ｔ））
ΔＰ：予備処理前Ｐ濃度（質量％）−予備処理後Ｐ濃度（質量％）
ΔＳｉ：予備処理前Ｓｉ濃度（質量％）−予備処理後Ｓｉ濃度（質量％）
Ｆ₀：Ｆ_O^__FeOt＋Ｆ_O^__O2
10：原単位換算のための係数

【0045】

【表1】

【0046】

比較例では、予備処理後のＳｉ濃度が０．２５質量％以上で、指標（投入酸素の反応効率）が０．７０未満であるのに対し、発明例では、予備処理後のＳｉ濃度が０．２０質量％以下で、指標（投入酸素の反応効率）が０．７０を超えていることが解る。

【産業上の利用可能性】

【0047】

前述したように、本発明によれば、精錬容器内の溶銑の予備処理（脱珪、脱燐）において、生石灰を有効に活用し、投入した酸素の反応効率を高めることができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

【図1】

【図2】

【図3】