溶銑の脱燐処理方法
【課題】スピッティングやダストの発生の抑制と、スロッピングの発生の抑制とを両立して高速送酸処理を実現しつつ、さらに高脱燐能を得ることができる溶銑の脱燐処理方法を提供する。
【解決手段】上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグを転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状CaO源を転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法である。取鍋スラグには最大粒径を30mm以下に調整したものを用い、上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり2.0〜4.0Nm3/minとし、かつ取鍋スラグの転炉内への投入を上吹き酸素の供給時間が30%経過する時点より前に完了させて、脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度(CaO質量%／SiO2質量%):2.5以上3.5以下、Al2O3質量濃度:3%以上10%以下、T.Fe質量濃度：3%以上15%以下に制御する。
【解決手段】上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグを転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状CaO源を転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法である。取鍋スラグには最大粒径を30mm以下に調整したものを用い、上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり2.0〜4.0Nm3/minとし、かつ取鍋スラグの転炉内への投入を上吹き酸素の供給時間が30%経過する時点より前に完了させて、脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度(CaO質量%／SiO2質量%):2.5以上3.5以下、Al2O3質量濃度:3%以上10%以下、T.Fe質量濃度：3%以上15%以下に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱燐処理方法に関し、具体的には、転炉を用いて高能率かつ高効率で溶銑を予備脱燐処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鋼プロセス全体が著しく高能率化かつ高効率化しており、溶銑脱燐処理においても、高能率化かつ高脱燐能化が強く求められている。この求めに応えるためには、溶銑脱燐反応は溶銑中の燐を酸化してスラグへ移行させる反応であるから、燐を酸化するための酸素源とスラグを生成して燐を吸収させるためのＣａＯ源の供給を速くし、かつ、極力短時間でＣａＯ源を滓化してスラグ組成を適切に調整しなければならない。しかし、短時間でＣａＯ源を十分滓化させることは一般に困難であり、脱燐不良が問題になりがちである。また、酸素供給速度を上げるとスロッピングやスピッティングなどが発生し易くなる。
【０００３】
従来から、溶銑脱燐処理では溶銑温度が１３００〜１４００℃程度の低温で、１０分間程度の酸素供給時間で脱燐率８０％以上を達成するなどの効果を上げてきた。しかし、大概の場合、ＣａＯ源の滓化促進のために蛍石などの滓化促進剤を多用する必要があった。
【０００４】
しかし近年では、溶銑の脱燐処理後のスラグを含め、製鋼スラグの有効利用が重視されるようになってきており、その有効利用率を高めるために、スラグを土木材料や路盤材に用いる際の要請に配慮する必要がある。そのため、蛍石は既に実質的に使用できなくなっているし、その上、蛍石を使用せずに処理後のスラグ中の未反応ＣａＯ（フリーＣａＯ、ｆ．ＣａＯともいう）の含有濃度を極力低減させる技術の必要性も高くなってきている。
【０００５】
そこで、近年、例えば特許文献１に開示されるように、ＣａＯ源を、粉状化して上吹きランスから酸素とともに溶銑に吹き付ける方法が多く利用されるようになっている。さらに、脱燐処理後のスラグ中ｆ．ＣａＯを一層低減させるために、取鍋スラグなどのＡｌ２Ｏ３含有スラグを蛍石に代わる滓化促進剤として使用する方法も利用されるようになっている。
【０００６】
しかし、特許文献１により開示された方法では、溶銑１トン当たりの上吹き酸素流量が０．５〜２．０Ｎｍ３／ｍｉｎで、脱燐吹錬時間は７〜１０分間である。最近では、この程度の処理時間でも長過ぎて不十分であるとされるようになってきた。この脱燐吹錬時間をさらに短縮するには、上吹き酸素の供給流量をさらに増やし、かつ、ＣａＯ源の滓化を合わせて速めなければならない。
【０００７】
この方法では、ＣａＯ源の滓化を促進するために、ＣａＯ源を粉状化して上吹きランスから酸素とともに溶銑に吹き付けている。しかし、一般に酸素供給速度を高めるだけでもスピッティングが増加する傾向にあるところ、この方法では酸素と同時に粉状ＣａＯ源の供給速度も高めることになるために、スピッティングが一層激しくなることが容易に予想される。そこで、その問題を回避するために、上吹きランスから供給する粉状ＣａＯ源の比率を減少させ、塊状のＣａＯ源を転炉上から別途投入することによって供給する方法が考えられるが、そうすると別途供給した塊状のＣａＯ源の滓化が遅れて、脱燐不良やｆ．ＣａＯ増加の問題が発生してしまう。その対策として、取鍋スラグなどのＡｌ２Ｏ３源の供給量を増やすと、スラグがフォーミングし易くなってスロッピングが発生してしまうなどの問題が現われてくる。
【０００８】
以上説明したように、溶銑脱燐処理の高能率化かつ高脱燐能化に絡む問題は多く、これらの問題が相互に関係しているので、それらの問題を総合的に解決することは容易ではない。そこで、特許文献２には、先ず取鍋スラグなどを添加して溶銑上にカバースラグを生成させ、その後、上吹きランスから酸素とともに粉状ＣａＯ源を吹き付けることによって、スピッティング量を低減する方法が開示されている。ただし、特許文献２には、この方法における上吹き酸素の好適な流量が溶銑１トン当たり０．５〜２．５Ｎｍ３／ｍｉｎであると開示されているので、ある程度の高能率化が達成されていることは理解されるものの、この方法では本来の脱燐処理である粉体上吹き吹錬のための時間が制約を受けてしまっていて、さらに高能率化するための工夫の余地は残されていると考えられる。
【０００９】
このように、特許文献２には、取鍋スラグをカバースラグの生成のために利用する方法は開示されているものの、酸素流量を高速化した場合の滓化促進やスロッピング防止と取鍋スラグの利用方法との関係については、開示も示唆もされていない。
【００１０】
一方、特許文献３には、溶銑脱燐炉に溶銑を装入する前に０．０５質量％程度の溶銑脱珪処理を行って適当量のカバースラグを予め生成させておく方法が開示されている。この方法により酸素上吹き時間を全部で９分間とし、その内で粉体ＣａＯを伴わないカバースラグ生成処理時間を１分間に短縮した場合に、上吹き酸素流量が溶銑１トン当たり１．４Ｎｍ３／ｍｉｎでスピッティングは全く観察されなかったことが開示されている。しかし、さらに酸素上吹き時間を短縮して溶銑脱燐処理を行う場合に関する課題や効果、並びにその課題の解決方法は、全く開示されていない。
【００１１】
さらに、特許文献４には、スラグ塩基度（＝質量比［％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］，以下同様）を１．０以上２．５未満にしてＣａＯ源の滓化を促進し、送酸速度を１．５〜５．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎにしてもスピッティングやダストの発生量の増大を防ぐことができる溶銑の脱燐処理方法が開示されている。特許文献４では、単純にスラグ塩基度を低下させると脱燐能力が低下してしまうところ、送酸速度を高めてスラグの酸素ポテンシャルを高めることによって脱燐能力を補うことが開示されており、さらに粉粒状の精錬剤や固体酸素源を気体酸素とともに溶銑に吹き付けることによって、脱燐反応を効率的に促進できることが開示されている。つまり、この方法ではスラグの塩基度を下げる代わりにＦｅＯ濃度の上昇を図っているものと解される。
【００１２】
しかしこの方法では、低塩基度かつ高（Ｔ．Ｆｅ）のスラグが形成されることでスラグのフォーミングを助長し、スロッピングの頻度が増加する懸念がある。その上、粉状精錬剤を上吹きランスから酸素をキャリアガスとして溶銑に吹き付けて脱燐処理すると、特許文献２、３に開示されるようにスピッティングが増加する傾向があって何らかの工夫を必要とすると考えられるところ、特許文献４にはそのような工夫は何ら開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３５５７９１０号明細書
【特許文献２】特許第３６８７４３３号明細書
【特許文献３】特許第４１９６９９７号明細書
【特許文献４】特開２００８−２６６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解決し、スピッティングやダストの発生の抑制と、スロッピングの発生の抑制とを両立して高速送酸処理を実現しつつ、さらに高脱燐能を得ることができる溶銑の脱燐処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
スピッティングやダストの発生量を抑制しつつ送酸速度の増加を実現するためには、添加するＣａＯ源の滓化を促進させるための対策が必要となる。そこで、本発明者らは、ＣａＯ粉を上吹きランスより溶銑に吹き付けるとともに取鍋スラグを添加しつつ、送酸速度２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上とする試験を行って、その時使用した取鍋スラグの粒度構成および添加タイミングと、脱燐処理スラグの滓化・スピッティング・ダストの発生・スロッピング発生および脱燐結果との関係を調べた結果、以下に列記する事項を知見し、本発明を完成した。
【００１６】
（１）取鍋スラグの最大粒径を制限し、かつ、脱燐処理時間（上吹き酸素の供給時間）中の早い段階でこの取鍋スラグを転炉内へ投入することによって、上吹き酸素の供給中の全期間にわたって溶銑上にカバースラグを形成させることができ、スピッティングの発生を抑制することができる。
（２）カバースラグが存在する条件下で粉状ＣａＯ源を酸素とともに溶銑へ吹き付けることによって、溶銑上のスラグが早期に比較的高い塩基度まで上昇させられ、かつ、そのＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度とを適切な範囲にコントロールすることも合わせた総合的効果によって、スロッピングの発生を抑制することができる。
（３）最終的にスラグの化学組成を比較的高い塩基度とし、そのＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールすることによって、溶銑中の燐濃度を十分低位にすることができる。
【００１７】
本発明は、上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグをこの転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源をこの転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法であって、取鍋スラグには最大粒径を３０ｍｍ以下に調整したものを用い、上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎとし、かつ取鍋スラグの転炉内への投入を上吹き酸素の供給時間が３０％経過する時点より前に完了させて、脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）：２．５〜３．５、Ａｌ２Ｏ３質量濃度：３〜１０％、Ｔ．Ｆｅ質量濃度：３〜１５％に制御することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上吹き酸素流量２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎとすることで脱燐処理における上吹き酸素の供給時間を３．０〜５．０分と高能率化しても、スピッティングやダストの発生およびスロッピングの発生を抑制しつつ溶銑脱燐率９０％以上を達成することができるとともに、処理後のスラグ中の未反応ＣａＯ濃度が５質量％以下であるような、高能率かつ高効率の溶銑脱燐処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と脱燐率との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【図２】図２は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量とダスト発生量との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【図３】図３は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明では、上吹きランスから酸素を溶銑トン当たり２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下の流量で溶銑に吹き付ける。本発明では、上吹き酸素の吹付け時間を５分間以下という短時間で行うことを目的としているので、少なくとも溶銑トン当たり２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以上で安定して操業することができないと、この目標を達成することができないからである。しかし、それが４．０Ｎｍ３／ｍｉｎを超えると、後述するように本発明をもってしてもスラグ生成コントロールが困難になり、脱燐率の低下やスピッティングやスロッピングの発生の増大をきたして、安定操業を行うことができなくなる。
【００２１】
また、本発明では、脱燐処理の早い段階で溶銑上にカバースラグを生成させ、かつ、別途供給するＣａＯ源の溶融滓化を促進するために、スラグ生成剤として最大粒径３０ｍｍ以下に調整した取鍋スラグを投入する。
【００２２】
この取鍋スラグは、連続鋳造終了後に取鍋内に残存したスラグであり、概ね表１に示す範囲の組成を有するものである。この表１で濃度を示す％表示は全て質量％である。これらの組成の内、特にＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度は取鍋スラグ自身の融点を下げてその溶融性を高め、かつ、脱燐処理中の転炉内スラグの融点を低く維持するために重要であって、Ａｌ２Ｏ３質量濃度は１０％以上、Ｔ．Ｆｅ質量濃度は９％以上であることが好ましい。なお、取鍋スラグとしての特性上、Ａｌ２Ｏ３質量濃度は３０％以下、Ｔ．Ｆｅ質量濃度は１６％以下が普通である。
【００２３】
取鍋スラグの投入目的の一つは早期に溶銑上にカバースラグを生成させることであるから、そのスラグ生成剤としての投入は、上吹き酸素の吹付け時間がその吹付け全時間の３０％経過する時までに済ませなければならない。その投入方法は、スクラップシュートを用いて上吹き酸素の吹付けを開始する前に転炉内に一括して投入してもよいし、転炉の上に設置されたバンカーから上吹き酸素の吹付け中に転炉内に適宜分割投入してもよい。
【００２４】
また、取鍋スラグのサイズは、その早期滓化を確実に行うために最大粒径が３０ｍｍ以下であるように予め篩い分けておく。さらに、上記した投入方法を用いるために、最大粒径が５ｍｍ未満の細かなスラグは除外しておく方が、脱燐処理後のスラグ成分の調整精度を高める上で好ましい。
【００２５】
さらに、本発明では、上記したスラグ生成剤としての取鍋スラグの投入に加えて、精錬用副原料としてＣａＯ源を用いる。このＣａＯ源には、ＣａＯを４０質量％以上含有している物質であって、生石灰や石灰石などの副原料のほか、転炉スラグも例示される。ただし、本発明では脱燐処理終了後のスラグ成分として塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）やＡｌ２Ｏ３％を所定の範囲に調整しなければならないので、表１のような組成を有する取鍋スラグをこの精錬用副原料としてのＣａＯ源に用いることは、実際上適当ではない。また、転炉スラグも、そのスラグの組成が一定ではないために多用し難い。
【００２６】
【表１】
【００２７】
そこで、本発明では、スラグ生成剤としての取鍋スラグの投入量を確保した上で、さらに追加して投入する副原料として取鍋スラグと生石灰や石灰石などの天然鉱物起源の副原料とを用いて、処理後のスラグ成分を調整することが好ましい。
【００２８】
また、精錬用副原料としてＣａＯ源の投入は、少なくともその一部を粉状として上吹き酸素とともに溶銑に吹き付ける必要がある。溶銑脱燐処理においてＣａＯ源の溶融滓化を速くするためには、それらを粉状にして上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることが好適であると分かっているからである。特に、ＣａＯ源として生石灰または石灰石を用いる場合には、それらの全量を粉状として上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることが望ましい。
【００２９】
粉状ＣａＯ源のサイズは、酸素や窒素などのキャリアガスで安定して搬送できるためには最大粒径が１ｍｍ以下であることが望ましく、その滓化が速い方が脱燐促進に好ましいことからそれが０．１ｍｍ以下であることが一層望ましい。
【００３０】
粉状ＣａＯ源の吹付け時期は、上吹き酸素の吹付け中であればいつでもよいのであるが、本発明では上吹き酸素の吹付け時間が３．０分間以上５．０分間以下と短いために、上吹き酸素の吹付け開始とほぼ同時に開始し、その終了とほぼ同時に終了するという態様が実際的であり、望ましい。
【００３１】
本発明では、上記した諸要件により、上吹き酸素の供給開始直後からカバースラグを溶銑上に生成させ、かつ、そのスラグ組成を比較的に高塩基度にも関わらず低融点となる組成に脱燐処理中にも維持し、最終的に次に示すスラグ組成になるように制御して、スピッティングやスロッピングの発生を抑制しつつ、３．０分間以上５．０分間以下と短い処理時間により溶銑脱燐率９０％以上で、処理後スラグ中のフリーＣａＯ質量濃度が５％以下とする。
【００３２】
そのためのスラグ組成としては、先ず、処理後スラグの塩基度が２．５以上３．５以下でなければならない。この塩基度が２．５未満の条件では、本発明においてはスラグ中のＴ．Ｆｅ質量濃度が１５％以上２５％以下と比較的高い濃度でばらつき易いために、スロッピングの発生を抑えることが難しくなるからである。また、短い脱燐処理時間で脱燐率９０％以上を達成するためにも、２．５以上の比較的高い塩基度の溶融スラグが必要である。一方、この塩基度が３．５を超えると、本発明のようにＡｌ２Ｏ３質量濃度を３〜１０％かつＴ．Ｆｅ質量濃度を３〜１５％とする条件下にあってもスラグの融点が高過ぎて溶融不十分になり易く、却って脱燐不良になる場合が発生する。また、そのような場合には、スピッティング増加も伴うので不適当である。
【００３３】
次に、処理後スラグのＡｌ２Ｏ３質量濃度は３％以上１０％以下に調整しなければならない。このようにコントロールすることによって、取鍋スラグおよびＣａＯ源の溶融滓化が容易になり、スピッティングを抑制できるとともに、粉状ＣａＯ源を吹き付けた際にスラグを適度に高塩基度化することができ、そのことによってスロッピングを抑制することができる。
【００３４】
さらに、Ｔ．Ｆｅ質量濃度を３％以上１５％以下とすることで、上記したＡｌ２Ｏ３濃度調整の効果と相俟って、スピッティングおよびスロッピングを抑制することができる。このＴ．Ｆｅ濃度は、本発明のように上吹き酸素の流量が多い場合には高めになり易い上に、そのバラツキも大きくなり易い。しかし、底吹きガス流量を適切に調整することにより、Ｔ．Ｆｅ質量濃度を３〜１５％の範囲に調整することが可能である。この底吹きガス流量は特に定めておく必要はないが、通常は溶銑トン当たり０．１Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ以下である。また、ガスの種類は転炉の底吹きガスとして慣用されているものを用いればよく、例えばＮ２やＣＯ又はＣＯ２の他、Ｏ２等も挙げられる。
【００３５】
なお、上吹き酸素の吹付け終了時点の溶銑温度は、ＣａＯ源の溶融滓化を促進しスラグの反応性を高める意味では高めの方がよいが、一方、スラグの脱燐能力は低めの方が一般的に好ましいことがよく知られている。本発明では、ＣａＯ源の溶融滓化を促進してスラグの反応性を高めることを優先し、上吹き酸素の吹付け終了時点の溶銑温度を１３５０℃以上１４００℃以下程度に制御することが好ましい。
【実施例】
【００３６】
本発明に係る取鍋スラグの使用条件を、従来条件（取鍋スラグを使用しない）、調査条件Ａ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍを超えているものを、脱燐処理時間が３０％経過する前に転炉内に投入）、調査条件Ｂ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍ以下に調整されているものを、脱燐処理時間が３０％経過した後に転炉内に投入）、調査条件Ｃ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍ以下に調整されているものを、脱燐処理時間が３０％経過する前に転炉内に投入）に大別して、上吹き酸素の流量を溶銑トン当たり１．３〜４．３Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で比較し、本発明に係る発明特定要件の効果を確認した。
【００３７】
この調査において共通する条件を、先にまとめて説明する。
高炉から出銑された溶銑約２６０トンを適宜脱硫処理や脱珪処理した後、スクラップ約３０トンを、粉状ＣａＯ供給機能を備えた上底吹き型転炉に装入し、続けてその溶銑をその転炉に装入した。その溶銑成分は、質量％で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：０．１５〜０．７０％、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％、Ｐ：０．０９０〜０．１３０％、Ｓ：０．００３〜０．０３％であった。
【００３８】
溶銑を装入後に底吹きガスとしてＮ２を溶銑トン当たり０．１５〜０．２５Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で流しつつ転炉を正立させ、直ちに転炉内に上吹きランスを挿入して、上吹き酸素を溶銑トン当たり１．３〜４．３Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で溶銑への吹付けを開始した。この酸素流量は、この調査ではそれぞれの処理中において一定とした。
【００３９】
また、この上吹き酸素の吹付け開始と同時に、最大粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰の溶銑への吹付けを開始した。その酸素の吹付けは、酸素流量に応じて２．６〜１０．１分間で終了させ、それと同時に粉状生石灰の吹き付けも終了した。
【００４０】
この調査においては、脱燐処理に使用する副原料として、上記した粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰と取鍋スラグのみを使用し、それ以外の副原料は使用しなかった。
これらの投入量は、溶銑を含めた各使用原料の成分および使用量から、その直近数日間における実績値を参考にして、取鍋スラグを使用する調査条件Ａ〜Ｃでは処理後のスラグ塩基度が２．５〜３．５であって、そのスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度が３〜１０％、かつ、Ｔ．Ｆｅ質量濃度が３〜１５％の範囲になるように計算により決めた。一方、取鍋スラグを使用しない従来条件では処理後のスラグ塩基度が２．５〜３．５であって、そのスラグ中Ｔ．Ｆｅ質量濃度が３〜１５％の範囲になるように計算したが、Ａｌ２Ｏ３質量濃度については調整対象から除外した。
【００４１】
使用した取鍋スラグの化学組成は表１に示したものと同じであり、その粒径分布（粒度構成）は表２に示すもので、調査条件Ａでは表２の取鍋スラグ（１）を用い、調査条件ＢおよびＣでは表２の取鍋スラグ（２）を用いた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
この調査における各脱燐処理毎の具体的な条件とその処理結果を、表３にまとめて示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
表３に記載が無い、脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度は、取鍋スラグを使わなかった従来条件では１〜３％であり、取鍋スラグを使った比較条件Ａ，Ｂ，Ｃでは、いずれも３〜１０％に制御されていた。また、スラグ中Ｔ．Ｆｅ質量濃度は３〜１５％に全て制御されていた。
【００４６】
また、上吹き酸素吹付けを終了した直後の溶銑温度は、１３５０〜１４００℃であった。
表３における例１〜５に示した従来条件では、上吹き酸素流量の増加に従って脱燐率が低下し、スピッティングが多くなり、ダスト発生量が増加していた。上吹き酸素流量の増加に従って処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加していたことから、ＣａＯ源の滓化が悪化していたことが分かる。また、この条件では上吹き酸素流量≧２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎとなると、スロッピングが発生することが分かる。
【００４７】
表３における例６〜１０に示した調査条件Ａでは、上吹き酸素流量１．４Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎの低い酸素流量時には脱燐率が高く、スピッティングも無く、ダスト発生量も少なかった。処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が低かったことから、ＣａＯ源の滓化が十分に進行していたことが分かる。しかし、従来条件と比べて上吹き酸素流量が同一の場合には概ね脱燐率が高く、スピッティングやダスト発生量も少ない傾向にはあったものの、酸素流量の増加により従来条件と同様な悪化傾向が確認された。特に、酸素流量が２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上の場合にはスピッティングが激しいとともにスロッピングも発生し、操業に耐えられる状況では無かった。
【００４８】
表３における例１１〜１５に示した調査条件Ｂでは、全体として調査条件Ａと同様な結果であって、特に本発明の目的としている上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上での脱燐処理において、脱燐率、スピッティング、ダスト発生量の目標達成が不十分であって、処理後スラグのｆ．ＣａＯ％が高かったことからＣａＯ源の滓化が十分に進んでいなかったことが分かった。また、スロッピングの発生を防止することができず、操業に耐えられる状況では無かった。
【００４９】
表３における例１６〜２０に示した調査条件Ｃでは、調査した全範囲で従来条件よりも良好な成績であり、特に上吹き酸素流量が２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えても、それが３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎまでは脱燐率、スピッティング、ダスト発生量が良好なレベルで維持されており、処理後スラグのｆ．ＣａＯ％も低位に安定していた。特に、上吹き酸素流量が３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎになってもスロッピングの発生を抑えることができたことが特徴的である。
【００５０】
これにより上吹き酸素流量３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎでの溶銑脱燐処理が可能となり、上吹き酸素流量１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎの場合と比べて処理時間６．９分の短縮が可能となった。
【００５１】
次に、本発明に係る発明特定事項を満たしたことによる効果を、この表３に示した調査結果に基づいて作成した図１〜３のグラフを併用して説明する。
（１）脱燐率：（脱Ｐ率（％）＝１００×（脱Ｐ前［Ｐ］−脱Ｐ後［Ｐ］）÷脱Ｐ前［Ｐ］）
本発明は溶銑脱燐処理の高能率かつ高効率化を目的とするものであるから、処理時間が短く、かつ、脱燐率が十分に高いことが前提とも言える基本的事項である。
【００５２】
溶銑脱燐処理に要する時間は、従来の知見に基づいて酸素供給時間により決まると分かっている。そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と脱燐率との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図１にグラフで示す。なお、図１のグラフのみならず後述する図２、３のグラフにおいて、従来条件は白丸印により示し、調査条件Ａは三角印により示し、調査条件Ｂは四角印により示し、さらに、調査条件Ｃは黒丸印により示す。
【００５３】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図１のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、脱燐率が９０％以上を維持できていたことが分かる。
【００５４】
(２）スピッティング発生状況
脱燐処理時間を短縮するために上吹き酸素流量を増やすと、特に上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源を吹き付ける溶銑脱燐法において、スピッティングの増加が問題になり易い。本発明ではＣａＯ源の溶融滓化を速めて短時間に脱燐し、かつ、処理後スラグに含まれるフリーＣａＯ濃度を低下させるために、粉状ＣａＯ源を上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることを基本にしているので、スピッティングの発生を抑制することが重要である。
【００５５】
このスピッティングの発生状況は目視により判定できるのであるが、その目視判定は定量的に表現することが困難である。ただし、従来の知見に基づいてスピッティングの発生と転炉排ガスに混じって排出されるダスト発生量とが高い相関関係を有すると分かっている。そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量とダスト発生量との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図２にグラフで示す。
【００５６】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図２のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、ダスト発生量が５ｋｇ／ｔｏｎ以下であったことが分かる。
【００５７】
（３）処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度
本発明は、処理時間が短く、かつ、脱燐率が十分に高いことが基本的事項であるが、そのために必要なＣａＯ量が増加したり、投入したＣａＯが処理後スラグに未反応のまま残されたりしたのでは、効率的な脱燐処理とは言えない。また、処理後スラグ中のフリーＣａＯ質量濃度が５％を超えると、そのスラグを土木材料などに利用しようとする際に困難が生じ、スラグ処理まで含めた脱燐処理全体としての効率が下がり、コストが上昇してしまう。
【００５８】
そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図３にグラフで示す。
【００５９】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図３のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、フリーＣａＯの質量濃度が５％以下であったことが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱燐処理方法に関し、具体的には、転炉を用いて高能率かつ高効率で溶銑を予備脱燐処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鋼プロセス全体が著しく高能率化かつ高効率化しており、溶銑脱燐処理においても、高能率化かつ高脱燐能化が強く求められている。この求めに応えるためには、溶銑脱燐反応は溶銑中の燐を酸化してスラグへ移行させる反応であるから、燐を酸化するための酸素源とスラグを生成して燐を吸収させるためのＣａＯ源の供給を速くし、かつ、極力短時間でＣａＯ源を滓化してスラグ組成を適切に調整しなければならない。しかし、短時間でＣａＯ源を十分滓化させることは一般に困難であり、脱燐不良が問題になりがちである。また、酸素供給速度を上げるとスロッピングやスピッティングなどが発生し易くなる。
【０００３】
従来から、溶銑脱燐処理では溶銑温度が１３００〜１４００℃程度の低温で、１０分間程度の酸素供給時間で脱燐率８０％以上を達成するなどの効果を上げてきた。しかし、大概の場合、ＣａＯ源の滓化促進のために蛍石などの滓化促進剤を多用する必要があった。
【０００４】
しかし近年では、溶銑の脱燐処理後のスラグを含め、製鋼スラグの有効利用が重視されるようになってきており、その有効利用率を高めるために、スラグを土木材料や路盤材に用いる際の要請に配慮する必要がある。そのため、蛍石は既に実質的に使用できなくなっているし、その上、蛍石を使用せずに処理後のスラグ中の未反応ＣａＯ（フリーＣａＯ、ｆ．ＣａＯともいう）の含有濃度を極力低減させる技術の必要性も高くなってきている。
【０００５】
そこで、近年、例えば特許文献１に開示されるように、ＣａＯ源を、粉状化して上吹きランスから酸素とともに溶銑に吹き付ける方法が多く利用されるようになっている。さらに、脱燐処理後のスラグ中ｆ．ＣａＯを一層低減させるために、取鍋スラグなどのＡｌ２Ｏ３含有スラグを蛍石に代わる滓化促進剤として使用する方法も利用されるようになっている。
【０００６】
しかし、特許文献１により開示された方法では、溶銑１トン当たりの上吹き酸素流量が０．５〜２．０Ｎｍ３／ｍｉｎで、脱燐吹錬時間は７〜１０分間である。最近では、この程度の処理時間でも長過ぎて不十分であるとされるようになってきた。この脱燐吹錬時間をさらに短縮するには、上吹き酸素の供給流量をさらに増やし、かつ、ＣａＯ源の滓化を合わせて速めなければならない。
【０００７】
この方法では、ＣａＯ源の滓化を促進するために、ＣａＯ源を粉状化して上吹きランスから酸素とともに溶銑に吹き付けている。しかし、一般に酸素供給速度を高めるだけでもスピッティングが増加する傾向にあるところ、この方法では酸素と同時に粉状ＣａＯ源の供給速度も高めることになるために、スピッティングが一層激しくなることが容易に予想される。そこで、その問題を回避するために、上吹きランスから供給する粉状ＣａＯ源の比率を減少させ、塊状のＣａＯ源を転炉上から別途投入することによって供給する方法が考えられるが、そうすると別途供給した塊状のＣａＯ源の滓化が遅れて、脱燐不良やｆ．ＣａＯ増加の問題が発生してしまう。その対策として、取鍋スラグなどのＡｌ２Ｏ３源の供給量を増やすと、スラグがフォーミングし易くなってスロッピングが発生してしまうなどの問題が現われてくる。
【０００８】
以上説明したように、溶銑脱燐処理の高能率化かつ高脱燐能化に絡む問題は多く、これらの問題が相互に関係しているので、それらの問題を総合的に解決することは容易ではない。そこで、特許文献２には、先ず取鍋スラグなどを添加して溶銑上にカバースラグを生成させ、その後、上吹きランスから酸素とともに粉状ＣａＯ源を吹き付けることによって、スピッティング量を低減する方法が開示されている。ただし、特許文献２には、この方法における上吹き酸素の好適な流量が溶銑１トン当たり０．５〜２．５Ｎｍ３／ｍｉｎであると開示されているので、ある程度の高能率化が達成されていることは理解されるものの、この方法では本来の脱燐処理である粉体上吹き吹錬のための時間が制約を受けてしまっていて、さらに高能率化するための工夫の余地は残されていると考えられる。
【０００９】
このように、特許文献２には、取鍋スラグをカバースラグの生成のために利用する方法は開示されているものの、酸素流量を高速化した場合の滓化促進やスロッピング防止と取鍋スラグの利用方法との関係については、開示も示唆もされていない。
【００１０】
一方、特許文献３には、溶銑脱燐炉に溶銑を装入する前に０．０５質量％程度の溶銑脱珪処理を行って適当量のカバースラグを予め生成させておく方法が開示されている。この方法により酸素上吹き時間を全部で９分間とし、その内で粉体ＣａＯを伴わないカバースラグ生成処理時間を１分間に短縮した場合に、上吹き酸素流量が溶銑１トン当たり１．４Ｎｍ３／ｍｉｎでスピッティングは全く観察されなかったことが開示されている。しかし、さらに酸素上吹き時間を短縮して溶銑脱燐処理を行う場合に関する課題や効果、並びにその課題の解決方法は、全く開示されていない。
【００１１】
さらに、特許文献４には、スラグ塩基度（＝質量比［％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］，以下同様）を１．０以上２．５未満にしてＣａＯ源の滓化を促進し、送酸速度を１．５〜５．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎにしてもスピッティングやダストの発生量の増大を防ぐことができる溶銑の脱燐処理方法が開示されている。特許文献４では、単純にスラグ塩基度を低下させると脱燐能力が低下してしまうところ、送酸速度を高めてスラグの酸素ポテンシャルを高めることによって脱燐能力を補うことが開示されており、さらに粉粒状の精錬剤や固体酸素源を気体酸素とともに溶銑に吹き付けることによって、脱燐反応を効率的に促進できることが開示されている。つまり、この方法ではスラグの塩基度を下げる代わりにＦｅＯ濃度の上昇を図っているものと解される。
【００１２】
しかしこの方法では、低塩基度かつ高（Ｔ．Ｆｅ）のスラグが形成されることでスラグのフォーミングを助長し、スロッピングの頻度が増加する懸念がある。その上、粉状精錬剤を上吹きランスから酸素をキャリアガスとして溶銑に吹き付けて脱燐処理すると、特許文献２、３に開示されるようにスピッティングが増加する傾向があって何らかの工夫を必要とすると考えられるところ、特許文献４にはそのような工夫は何ら開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３５５７９１０号明細書
【特許文献２】特許第３６８７４３３号明細書
【特許文献３】特許第４１９６９９７号明細書
【特許文献４】特開２００８−２６６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解決し、スピッティングやダストの発生の抑制と、スロッピングの発生の抑制とを両立して高速送酸処理を実現しつつ、さらに高脱燐能を得ることができる溶銑の脱燐処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
スピッティングやダストの発生量を抑制しつつ送酸速度の増加を実現するためには、添加するＣａＯ源の滓化を促進させるための対策が必要となる。そこで、本発明者らは、ＣａＯ粉を上吹きランスより溶銑に吹き付けるとともに取鍋スラグを添加しつつ、送酸速度２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上とする試験を行って、その時使用した取鍋スラグの粒度構成および添加タイミングと、脱燐処理スラグの滓化・スピッティング・ダストの発生・スロッピング発生および脱燐結果との関係を調べた結果、以下に列記する事項を知見し、本発明を完成した。
【００１６】
（１）取鍋スラグの最大粒径を制限し、かつ、脱燐処理時間（上吹き酸素の供給時間）中の早い段階でこの取鍋スラグを転炉内へ投入することによって、上吹き酸素の供給中の全期間にわたって溶銑上にカバースラグを形成させることができ、スピッティングの発生を抑制することができる。
（２）カバースラグが存在する条件下で粉状ＣａＯ源を酸素とともに溶銑へ吹き付けることによって、溶銑上のスラグが早期に比較的高い塩基度まで上昇させられ、かつ、そのＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度とを適切な範囲にコントロールすることも合わせた総合的効果によって、スロッピングの発生を抑制することができる。
（３）最終的にスラグの化学組成を比較的高い塩基度とし、そのＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールすることによって、溶銑中の燐濃度を十分低位にすることができる。
【００１７】
本発明は、上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグをこの転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源をこの転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法であって、取鍋スラグには最大粒径を３０ｍｍ以下に調整したものを用い、上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎとし、かつ取鍋スラグの転炉内への投入を上吹き酸素の供給時間が３０％経過する時点より前に完了させて、脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）：２．５〜３．５、Ａｌ２Ｏ３質量濃度：３〜１０％、Ｔ．Ｆｅ質量濃度：３〜１５％に制御することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上吹き酸素流量２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎとすることで脱燐処理における上吹き酸素の供給時間を３．０〜５．０分と高能率化しても、スピッティングやダストの発生およびスロッピングの発生を抑制しつつ溶銑脱燐率９０％以上を達成することができるとともに、処理後のスラグ中の未反応ＣａＯ濃度が５質量％以下であるような、高能率かつ高効率の溶銑脱燐処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と脱燐率との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【図２】図２は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量とダスト発生量との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【図３】図３は、実施例において脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度との関係を、取鍋スラグの調査条件で層別して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明では、上吹きランスから酸素を溶銑トン当たり２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下の流量で溶銑に吹き付ける。本発明では、上吹き酸素の吹付け時間を５分間以下という短時間で行うことを目的としているので、少なくとも溶銑トン当たり２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以上で安定して操業することができないと、この目標を達成することができないからである。しかし、それが４．０Ｎｍ３／ｍｉｎを超えると、後述するように本発明をもってしてもスラグ生成コントロールが困難になり、脱燐率の低下やスピッティングやスロッピングの発生の増大をきたして、安定操業を行うことができなくなる。
【００２１】
また、本発明では、脱燐処理の早い段階で溶銑上にカバースラグを生成させ、かつ、別途供給するＣａＯ源の溶融滓化を促進するために、スラグ生成剤として最大粒径３０ｍｍ以下に調整した取鍋スラグを投入する。
【００２２】
この取鍋スラグは、連続鋳造終了後に取鍋内に残存したスラグであり、概ね表１に示す範囲の組成を有するものである。この表１で濃度を示す％表示は全て質量％である。これらの組成の内、特にＡｌ２Ｏ３濃度とＴ．Ｆｅ濃度は取鍋スラグ自身の融点を下げてその溶融性を高め、かつ、脱燐処理中の転炉内スラグの融点を低く維持するために重要であって、Ａｌ２Ｏ３質量濃度は１０％以上、Ｔ．Ｆｅ質量濃度は９％以上であることが好ましい。なお、取鍋スラグとしての特性上、Ａｌ２Ｏ３質量濃度は３０％以下、Ｔ．Ｆｅ質量濃度は１６％以下が普通である。
【００２３】
取鍋スラグの投入目的の一つは早期に溶銑上にカバースラグを生成させることであるから、そのスラグ生成剤としての投入は、上吹き酸素の吹付け時間がその吹付け全時間の３０％経過する時までに済ませなければならない。その投入方法は、スクラップシュートを用いて上吹き酸素の吹付けを開始する前に転炉内に一括して投入してもよいし、転炉の上に設置されたバンカーから上吹き酸素の吹付け中に転炉内に適宜分割投入してもよい。
【００２４】
また、取鍋スラグのサイズは、その早期滓化を確実に行うために最大粒径が３０ｍｍ以下であるように予め篩い分けておく。さらに、上記した投入方法を用いるために、最大粒径が５ｍｍ未満の細かなスラグは除外しておく方が、脱燐処理後のスラグ成分の調整精度を高める上で好ましい。
【００２５】
さらに、本発明では、上記したスラグ生成剤としての取鍋スラグの投入に加えて、精錬用副原料としてＣａＯ源を用いる。このＣａＯ源には、ＣａＯを４０質量％以上含有している物質であって、生石灰や石灰石などの副原料のほか、転炉スラグも例示される。ただし、本発明では脱燐処理終了後のスラグ成分として塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）やＡｌ２Ｏ３％を所定の範囲に調整しなければならないので、表１のような組成を有する取鍋スラグをこの精錬用副原料としてのＣａＯ源に用いることは、実際上適当ではない。また、転炉スラグも、そのスラグの組成が一定ではないために多用し難い。
【００２６】
【表１】
【００２７】
そこで、本発明では、スラグ生成剤としての取鍋スラグの投入量を確保した上で、さらに追加して投入する副原料として取鍋スラグと生石灰や石灰石などの天然鉱物起源の副原料とを用いて、処理後のスラグ成分を調整することが好ましい。
【００２８】
また、精錬用副原料としてＣａＯ源の投入は、少なくともその一部を粉状として上吹き酸素とともに溶銑に吹き付ける必要がある。溶銑脱燐処理においてＣａＯ源の溶融滓化を速くするためには、それらを粉状にして上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることが好適であると分かっているからである。特に、ＣａＯ源として生石灰または石灰石を用いる場合には、それらの全量を粉状として上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることが望ましい。
【００２９】
粉状ＣａＯ源のサイズは、酸素や窒素などのキャリアガスで安定して搬送できるためには最大粒径が１ｍｍ以下であることが望ましく、その滓化が速い方が脱燐促進に好ましいことからそれが０．１ｍｍ以下であることが一層望ましい。
【００３０】
粉状ＣａＯ源の吹付け時期は、上吹き酸素の吹付け中であればいつでもよいのであるが、本発明では上吹き酸素の吹付け時間が３．０分間以上５．０分間以下と短いために、上吹き酸素の吹付け開始とほぼ同時に開始し、その終了とほぼ同時に終了するという態様が実際的であり、望ましい。
【００３１】
本発明では、上記した諸要件により、上吹き酸素の供給開始直後からカバースラグを溶銑上に生成させ、かつ、そのスラグ組成を比較的に高塩基度にも関わらず低融点となる組成に脱燐処理中にも維持し、最終的に次に示すスラグ組成になるように制御して、スピッティングやスロッピングの発生を抑制しつつ、３．０分間以上５．０分間以下と短い処理時間により溶銑脱燐率９０％以上で、処理後スラグ中のフリーＣａＯ質量濃度が５％以下とする。
【００３２】
そのためのスラグ組成としては、先ず、処理後スラグの塩基度が２．５以上３．５以下でなければならない。この塩基度が２．５未満の条件では、本発明においてはスラグ中のＴ．Ｆｅ質量濃度が１５％以上２５％以下と比較的高い濃度でばらつき易いために、スロッピングの発生を抑えることが難しくなるからである。また、短い脱燐処理時間で脱燐率９０％以上を達成するためにも、２．５以上の比較的高い塩基度の溶融スラグが必要である。一方、この塩基度が３．５を超えると、本発明のようにＡｌ２Ｏ３質量濃度を３〜１０％かつＴ．Ｆｅ質量濃度を３〜１５％とする条件下にあってもスラグの融点が高過ぎて溶融不十分になり易く、却って脱燐不良になる場合が発生する。また、そのような場合には、スピッティング増加も伴うので不適当である。
【００３３】
次に、処理後スラグのＡｌ２Ｏ３質量濃度は３％以上１０％以下に調整しなければならない。このようにコントロールすることによって、取鍋スラグおよびＣａＯ源の溶融滓化が容易になり、スピッティングを抑制できるとともに、粉状ＣａＯ源を吹き付けた際にスラグを適度に高塩基度化することができ、そのことによってスロッピングを抑制することができる。
【００３４】
さらに、Ｔ．Ｆｅ質量濃度を３％以上１５％以下とすることで、上記したＡｌ２Ｏ３濃度調整の効果と相俟って、スピッティングおよびスロッピングを抑制することができる。このＴ．Ｆｅ濃度は、本発明のように上吹き酸素の流量が多い場合には高めになり易い上に、そのバラツキも大きくなり易い。しかし、底吹きガス流量を適切に調整することにより、Ｔ．Ｆｅ質量濃度を３〜１５％の範囲に調整することが可能である。この底吹きガス流量は特に定めておく必要はないが、通常は溶銑トン当たり０．１Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ以下である。また、ガスの種類は転炉の底吹きガスとして慣用されているものを用いればよく、例えばＮ２やＣＯ又はＣＯ２の他、Ｏ２等も挙げられる。
【００３５】
なお、上吹き酸素の吹付け終了時点の溶銑温度は、ＣａＯ源の溶融滓化を促進しスラグの反応性を高める意味では高めの方がよいが、一方、スラグの脱燐能力は低めの方が一般的に好ましいことがよく知られている。本発明では、ＣａＯ源の溶融滓化を促進してスラグの反応性を高めることを優先し、上吹き酸素の吹付け終了時点の溶銑温度を１３５０℃以上１４００℃以下程度に制御することが好ましい。
【実施例】
【００３６】
本発明に係る取鍋スラグの使用条件を、従来条件（取鍋スラグを使用しない）、調査条件Ａ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍを超えているものを、脱燐処理時間が３０％経過する前に転炉内に投入）、調査条件Ｂ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍ以下に調整されているものを、脱燐処理時間が３０％経過した後に転炉内に投入）、調査条件Ｃ（取鍋スラグの最大粒径が３０ｍｍ以下に調整されているものを、脱燐処理時間が３０％経過する前に転炉内に投入）に大別して、上吹き酸素の流量を溶銑トン当たり１．３〜４．３Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で比較し、本発明に係る発明特定要件の効果を確認した。
【００３７】
この調査において共通する条件を、先にまとめて説明する。
高炉から出銑された溶銑約２６０トンを適宜脱硫処理や脱珪処理した後、スクラップ約３０トンを、粉状ＣａＯ供給機能を備えた上底吹き型転炉に装入し、続けてその溶銑をその転炉に装入した。その溶銑成分は、質量％で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：０．１５〜０．７０％、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％、Ｐ：０．０９０〜０．１３０％、Ｓ：０．００３〜０．０３％であった。
【００３８】
溶銑を装入後に底吹きガスとしてＮ２を溶銑トン当たり０．１５〜０．２５Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で流しつつ転炉を正立させ、直ちに転炉内に上吹きランスを挿入して、上吹き酸素を溶銑トン当たり１．３〜４．３Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で溶銑への吹付けを開始した。この酸素流量は、この調査ではそれぞれの処理中において一定とした。
【００３９】
また、この上吹き酸素の吹付け開始と同時に、最大粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰の溶銑への吹付けを開始した。その酸素の吹付けは、酸素流量に応じて２．６〜１０．１分間で終了させ、それと同時に粉状生石灰の吹き付けも終了した。
【００４０】
この調査においては、脱燐処理に使用する副原料として、上記した粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰と取鍋スラグのみを使用し、それ以外の副原料は使用しなかった。
これらの投入量は、溶銑を含めた各使用原料の成分および使用量から、その直近数日間における実績値を参考にして、取鍋スラグを使用する調査条件Ａ〜Ｃでは処理後のスラグ塩基度が２．５〜３．５であって、そのスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度が３〜１０％、かつ、Ｔ．Ｆｅ質量濃度が３〜１５％の範囲になるように計算により決めた。一方、取鍋スラグを使用しない従来条件では処理後のスラグ塩基度が２．５〜３．５であって、そのスラグ中Ｔ．Ｆｅ質量濃度が３〜１５％の範囲になるように計算したが、Ａｌ２Ｏ３質量濃度については調整対象から除外した。
【００４１】
使用した取鍋スラグの化学組成は表１に示したものと同じであり、その粒径分布（粒度構成）は表２に示すもので、調査条件Ａでは表２の取鍋スラグ（１）を用い、調査条件ＢおよびＣでは表２の取鍋スラグ（２）を用いた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
この調査における各脱燐処理毎の具体的な条件とその処理結果を、表３にまとめて示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
表３に記載が無い、脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度は、取鍋スラグを使わなかった従来条件では１〜３％であり、取鍋スラグを使った比較条件Ａ，Ｂ，Ｃでは、いずれも３〜１０％に制御されていた。また、スラグ中Ｔ．Ｆｅ質量濃度は３〜１５％に全て制御されていた。
【００４６】
また、上吹き酸素吹付けを終了した直後の溶銑温度は、１３５０〜１４００℃であった。
表３における例１〜５に示した従来条件では、上吹き酸素流量の増加に従って脱燐率が低下し、スピッティングが多くなり、ダスト発生量が増加していた。上吹き酸素流量の増加に従って処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加していたことから、ＣａＯ源の滓化が悪化していたことが分かる。また、この条件では上吹き酸素流量≧２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎとなると、スロッピングが発生することが分かる。
【００４７】
表３における例６〜１０に示した調査条件Ａでは、上吹き酸素流量１．４Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎの低い酸素流量時には脱燐率が高く、スピッティングも無く、ダスト発生量も少なかった。処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が低かったことから、ＣａＯ源の滓化が十分に進行していたことが分かる。しかし、従来条件と比べて上吹き酸素流量が同一の場合には概ね脱燐率が高く、スピッティングやダスト発生量も少ない傾向にはあったものの、酸素流量の増加により従来条件と同様な悪化傾向が確認された。特に、酸素流量が２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上の場合にはスピッティングが激しいとともにスロッピングも発生し、操業に耐えられる状況では無かった。
【００４８】
表３における例１１〜１５に示した調査条件Ｂでは、全体として調査条件Ａと同様な結果であって、特に本発明の目的としている上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上での脱燐処理において、脱燐率、スピッティング、ダスト発生量の目標達成が不十分であって、処理後スラグのｆ．ＣａＯ％が高かったことからＣａＯ源の滓化が十分に進んでいなかったことが分かった。また、スロッピングの発生を防止することができず、操業に耐えられる状況では無かった。
【００４９】
表３における例１６〜２０に示した調査条件Ｃでは、調査した全範囲で従来条件よりも良好な成績であり、特に上吹き酸素流量が２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えても、それが３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎまでは脱燐率、スピッティング、ダスト発生量が良好なレベルで維持されており、処理後スラグのｆ．ＣａＯ％も低位に安定していた。特に、上吹き酸素流量が３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎになってもスロッピングの発生を抑えることができたことが特徴的である。
【００５０】
これにより上吹き酸素流量３．８Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎでの溶銑脱燐処理が可能となり、上吹き酸素流量１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎの場合と比べて処理時間６．９分の短縮が可能となった。
【００５１】
次に、本発明に係る発明特定事項を満たしたことによる効果を、この表３に示した調査結果に基づいて作成した図１〜３のグラフを併用して説明する。
（１）脱燐率：（脱Ｐ率（％）＝１００×（脱Ｐ前［Ｐ］−脱Ｐ後［Ｐ］）÷脱Ｐ前［Ｐ］）
本発明は溶銑脱燐処理の高能率かつ高効率化を目的とするものであるから、処理時間が短く、かつ、脱燐率が十分に高いことが前提とも言える基本的事項である。
【００５２】
溶銑脱燐処理に要する時間は、従来の知見に基づいて酸素供給時間により決まると分かっている。そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と脱燐率との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図１にグラフで示す。なお、図１のグラフのみならず後述する図２、３のグラフにおいて、従来条件は白丸印により示し、調査条件Ａは三角印により示し、調査条件Ｂは四角印により示し、さらに、調査条件Ｃは黒丸印により示す。
【００５３】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図１のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、脱燐率が９０％以上を維持できていたことが分かる。
【００５４】
(２）スピッティング発生状況
脱燐処理時間を短縮するために上吹き酸素流量を増やすと、特に上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源を吹き付ける溶銑脱燐法において、スピッティングの増加が問題になり易い。本発明ではＣａＯ源の溶融滓化を速めて短時間に脱燐し、かつ、処理後スラグに含まれるフリーＣａＯ濃度を低下させるために、粉状ＣａＯ源を上吹き酸素とともに溶銑に吹き付けることを基本にしているので、スピッティングの発生を抑制することが重要である。
【００５５】
このスピッティングの発生状況は目視により判定できるのであるが、その目視判定は定量的に表現することが困難である。ただし、従来の知見に基づいてスピッティングの発生と転炉排ガスに混じって排出されるダスト発生量とが高い相関関係を有すると分かっている。そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量とダスト発生量との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図２にグラフで示す。
【００５６】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図２のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、ダスト発生量が５ｋｇ／ｔｏｎ以下であったことが分かる。
【００５７】
（３）処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度
本発明は、処理時間が短く、かつ、脱燐率が十分に高いことが基本的事項であるが、そのために必要なＣａＯ量が増加したり、投入したＣａＯが処理後スラグに未反応のまま残されたりしたのでは、効率的な脱燐処理とは言えない。また、処理後スラグ中のフリーＣａＯ質量濃度が５％を超えると、そのスラグを土木材料などに利用しようとする際に困難が生じ、スラグ処理まで含めた脱燐処理全体としての効率が下がり、コストが上昇してしまう。
【００５８】
そこで、脱燐処理の対象とした溶銑トン当たりの上吹き酸素流量と処理後スラグ中のフリーＣａＯ濃度との関係を、上記した取鍋スラグの調査条件で層別して図３にグラフで示す。
【００５９】
本発明では上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上を目指しているところ、図３のグラフに示すように、本発明に係る取鍋スラグ使用条件を満たしている調査条件Ｃにおいて、上吹き酸素流量２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下の範囲で、フリーＣａＯの質量濃度が５％以下であったことが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグを該転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源を該転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法であって、
前記取鍋スラグには最大粒径を３０ｍｍ以下に調整したものを用い、
前記上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎとし、かつ
該取鍋スラグの転炉内への投入を該上吹き酸素の供給時間が３０％経過する時点より前に完了させて、
脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）：２．５〜３．５、Ａｌ２Ｏ３質量濃度：３〜１０％、Ｔ．Ｆｅ質量濃度：３〜１５％に制御すること
を特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【請求項１】
上底吹き型の転炉を用い、スラグ生成剤として取鍋スラグを該転炉内に投入し、上吹き酸素とともに粉状ＣａＯ源を該転炉内の溶銑へ吹き付けて溶銑を脱燐処理する方法であって、
前記取鍋スラグには最大粒径を３０ｍｍ以下に調整したものを用い、
前記上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．０〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎとし、かつ
該取鍋スラグの転炉内への投入を該上吹き酸素の供給時間が３０％経過する時点より前に完了させて、
脱燐処理終了時点におけるスラグの化学組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）：２．５〜３．５、Ａｌ２Ｏ３質量濃度：３〜１０％、Ｔ．Ｆｅ質量濃度：３〜１５％に制御すること
を特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３６４４８（Ｐ２０１１−２３６４４８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６４４４（Ｐ２０１０−１０６４４４）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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