溶銑の脱燐処理方法
【課題】スピッティングやダスト発生の抑制とスロッピング発生の抑制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転炉型溶銑予備脱燐方法を提供する。
【解決手段】上底吹き型の転炉を用い、上吹き酸素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、脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり2.5〜4.0Nm3/minとし、かつ、スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で1.5〜5.5kg/t吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【解決手段】上底吹き型の転炉を用い、上吹き酸素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、脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり2.5〜4.0Nm3/minとし、かつ、スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で1.5〜5.5kg/t吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
近年は製鋼プロセス全体が著しく高能率・高効率化しており、溶銑脱燐処理においても、高能率かつ高脱燐能化が強く求められている。その求めに応えるためには、溶銑脱燐反応は溶銑中の燐（Ｐ）を酸化してスラグに移行させる反応であるから、燐を酸化するための酸素源および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、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、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。そのため蛍石の使用は既に実質的に出来なくなっている。それゆえ、蛍石を使用せずに処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ（ｆ．ＣａＯ）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】
そこで近年では、例えば特許文献１に記載の発明のように、ＣａＯ源を粉状化して上吹きランスから酸素と共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に記載の発明では、溶銑１ｔ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、不十分とされるようになってきた。この脱燐吹錬時間を更に短縮するには、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】
その発明方法では、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共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方向であるところ、そ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ので、スピッティングが一層激しくなることは当然に予想される。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、別途塊状のＣａＯ源を転炉上から投入する方法で供給することが考えられるが、そうするとその別途塊状で供給した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】
上記のように、溶銑脱燐処理の高能率かつ高脱燐能化に絡む問題は多く、相互に関係しているので、それらの問題の総合的解決は容易ではない。そこで、特許文献２に記載された発明では、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共に粉状ＣａＯ源を吹き付けることで、スピッティング量の低減に成功している。但し、この発明における上吹き酸素の流量は、溶銑１ｔ当たり０．５〜２．５Ｎｍ３／ｍｉｎが好適と説明されているので、或る程度の高能率化が達成されていることは分かるものの、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ものと考えられる。
【０００９】
また、特許文献２には、取鍋スラグをカバースラグ生成のために利用する方法は記載されているものの、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、記載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％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記載されている。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１ｔ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と説明されている。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に関しては全く説明がなされてない。
【００１１】
また、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／ｔにしてもスピッティングやダストの発生量増大を防ぐことができる溶銑脱燐処理方法が記載されている。その明細書では、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で脱燐能力を補うと説明しており、さらに粉粒状の精錬剤や固体酸素源を気体酸素と共に溶銑に吹き付けることで、脱燐反応を効率的に促進させられると説明している。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】
しかしその方法では、低塩基度かつ高（Ｔ．Ｆｅ）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や３に記載されてい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に関しては説明されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３５５７９１０号
【特許文献２】特許第３６８７４３３号
【特許文献３】特許第４１９６９９７号
【特許文献４】特開第２００８-２６６６６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、スピッティングやダスト発生の抑制とスロッピング発生の抑制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転炉型溶銑予備脱燐方法を提供することにある。
【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ってくる。
そこで本発明者らは、脱炭スラグ並びに取鍋スラグを添加しつつ、送酸速度２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上とする試験を行って、その時添加した粉末状加炭剤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、次のように解明した。
【００１６】
（１）脱燐処理時間（上吹き酸素の供給時間）中の早い段階で脱炭スラグまたは取鍋スラグを転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を吹き付けることによって、加炭剤の燃焼熱がスラグに着熱し、早期に溶融スラグを形成する為、上吹き酸素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。
【００１７】
（２）加炭剤を吹き込むことで過剰なスラグ中Ｔ．Ｆｅを還元し、Ｔ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールする効果によって、スロッピングの発生を抑制することができる。
（３）最終的にスラグの滓化性を高位に保つことができ、そのＣａＯ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。
【００１８】
このことから、本発明の要旨を次のように規定した。
（１）上底吹き型の転炉を用い、上吹き酸素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、脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とし、かつ、スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上吹き酸素流量２．５〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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％以上が達成され、かつ、処理後のスラグ中未滓化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】
【００２０】
【図１】上吹き酸素流量と脱燐率との関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図２】上吹き酸素流量とスピッティングレベルとの関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図３】上吹き酸素流量とスラグ中未滓化ＣａＯ濃度との関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図４】調査条件Ｂにおける、加炭剤吹付け量とスラグ中未滓化ＣａＯ濃度との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明では、上吹きランスから酸素を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ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分以下という短時間で行うことを目的としているので、粉末状の加炭剤の燃焼を考慮して、少なくとも溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／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・スロッピングの発生増大をきたして、安定操業を行うことができなくなる。
【００２２】
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脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を投入する。
【００２３】
この脱炭スラグは、溶銑脱燐処理の次工程である脱炭終了後に転炉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している。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２に示す範囲の組成を有するものである。これらの表で濃度を示す％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濃度はスラグ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る。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
脱炭スラグと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％経過するまでに済ませることが好ましい。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良いし、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良い。
【００２７】
なお、脱炭スラグおよび取鍋スラグのサイズは、冷間スラグを破砕したものを用いてもよいが、スクラップシュートを用いて転炉内に熱間スラグを投入するのがスラグ滓化と熱ロス低減の点から好ましい。
【００２８】
また、精錬用副原料として加炭剤の投入は転炉の上方に設置されたバンカーから投入する方法もあるが、加炭剤のサイズが大きく、上吹き酸素により溶銑奥深くまで攪拌されるため溶銑の炭素濃度を増加させ、熱源となる効果はあるものの、スラグに着熱し、滓化を促進する効果は得られない。そのため、加炭剤はサブランスから粉末状の加炭剤を吹き付ける必要がある。本発明における加炭の目的は添加ＣａＯ源の溶融滓化促進であるから、粉末状加炭剤を用いることはスラグ層中で極力ＣＯ２にまで燃焼させてスラグへの着熱効率を向上させるのに適している。そのため、加炭剤の添加位置（サブランスからの出口位置）は、溶銑浴面から１ｍ以上離れたスラグ層内が好適である。加炭剤添加時期は、添加ＣａＯ源の滓化促進のために脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を投入した後に行う必要がある。それらのスラグの投入が添加ＣａＯ源の滓化促進を目的とすることを主として考えれば、加炭剤の添加は当該処理における脱炭スラグおよび取鍋スラグの投入完了後に行う方が、その目的達成のために一層好適といえる。
【００２９】
また、加炭剤の種類は、炭素の質量濃度が８５％以上のコークスや土壌黒鉛が適しており、その粒径は燃焼を速めるために１ｍｍ以下が良い。その添加量は、溶銑１ｔ当たりＣ質量換算で１．５〜５．５ｋｇとする必要がある。溶銑１ｔ当たり１．５ｋｇ未満では炭剤が燃焼してスラグに着熱する効果が十分明らかにならず、一方、溶銑１ｔ当たり５．５ｋｇを超えるとその燃焼のために要する酸素量が多くなり過ぎてしまい、本発明のように短時間で脱燐処理を行う場合には適しておらず、また、スラグフォーミングやスラグの飛散による操業阻害の可能性が増大するからである。
【００３０】
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、スピッティング・スロッピングの発生を抑制しつつ、３．０〜５．０分間と短い処理時間で溶銑脱燐率９０％以上とし、さらに処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ質量濃度が５％以下とする。
【００３１】
そのため、スラグ組成としては、Ａｌ２Ｏ３濃度を３〜１０質量％かつＴ．Ｆｅを３〜１５質量％とするのが望ましい。このようにスラグ組成をコントロールすることによって、ＣａＯ源の溶融滓化が容易になり、スピッティングを抑制する効果が期待できる。
【００３２】
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良いが、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１３５０〜１４００℃程度に制御することが好ましいといえる。
【実施例】
【００３３】
本発明に係る脱炭スラグ、取鍋スラグの使用条件を、従来条件（脱炭スラグ、取鍋スラグを使用しない）、調査条件Ａ（脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用）、調査条件Ｂ（脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用し、かつ、粉末状加炭剤として土壌黒鉛をＣ質量換算で０．５〜５．５ｋｇ／ｔサブランスより吹き付け）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。
【００３４】
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２６０ｔを適宜脱硫処理や脱珪処理した後、スクラップ約３０ｔ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、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：０．１５〜０．５１％、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％、Ｐ：０．０９０〜０．１３０％、Ｓ：０．００３〜０．０３％であった。
【００３５】
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。また、この上吹き酸素の吹付け開始と同時に、粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰をその酸素と共に溶銑へ吹き付け始めた。その酸素の吹付けは、酸素流量に応じて２．６〜９．３分間で終了させ、それと同時に粉状生石灰の吹付けも終了した。
【００３６】
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以下の粉状生石灰並びに脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方のみを使用し、それ以外の副原料は使用しなかった。
【００３７】
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、脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用する調査条件Ａ，Ｂでは処理後のスラグ塩基度が１．５〜３．０であって、そのスラグ中Ａｌ２Ｏ３濃度が３〜１０質量％、かつ、Ｔ．Ｆｅ濃度が３〜１５質量％の範囲になるように計算により決めた。一方、脱炭スラグおよび取鍋スラグのいずれをも使用しない従来条件では処理後のスラグ塩基度が１．５〜３．０であって、そのスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度が３〜１５質量％の範囲になるように計算したが、Ａｌ２Ｏ３濃度については調整対象から除外した。
【００３８】
使用した脱炭スラグと取鍋スラグの化学組成は表１および表２に示したものと同じものを用いた。
この調査における各脱燐処理の具体的な条件とその処理結果を、表３に纏めて示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】
この表に記載が無い、脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３濃度は、脱炭スラグ、取鍋スラグを使わなかった従来条件では１〜３質量％であり、脱炭スラグ、取鍋スラグを使った調査条件Ａ，Ｂでは、いずれも３〜１０質量％に制御されていた。また、スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度は３〜１５質量％に、全て制御されていた。
【００４１】
従来条件であるＮｏ．１〜５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／ｔとなるとスロッピングが発生することが分かる。
【００４２】
調査条件ＡであるＮｏ．６〜１０では、上吹き酸素流量１．４Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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／ｔ以上の場合にはスピッティングが激しいと共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。
【００４３】
調査条件ＢであるＮｏ．１１〜２０では、加炭剤上吹き量１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下の範囲（Ｎｏ．１３〜１７）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２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔを超えても、それが３．９Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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。但し、加炭剤添加量が１．５ｋｇ／ｔ未満の場合（Ｎｏ．１１および１２）、精錬剤の溶融滓化が十分に進行せず、処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加し脱燐率は低位であった。また、加炭剤添加量が５．５ｋｇ／ｔより多い場合（Ｎｏ．１８〜２０）は、加炭量増大により必要な酸素量の増加が起こり、処理に５分以上要した。また、ＣＯガス発生量が多くなったため、処理中にスロッピングが発生し、操業の継続は困難であった（表３）。
【００４４】
以上より上吹き酸素流量４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下での溶銑脱燐処理が可能となり、上吹き酸素流量１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔの場合と比べて処理時間５．０分の短縮が可能となった。
【００４５】
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グラフを併用して説明する。
【００４６】
（１）脱燐率
脱燐率は次の式により表される。
脱燐率＝１００×（脱燐前［Ｐ］−脱燐後［Ｐ］）÷脱燐前［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。
【００４７】
溶銑脱燐処理に要する時間は、従来の知見に基づいて溶銑トン当たりの上吹き酸素流量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、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件のうち、従来条件と調査条件Ａ並びに調査条件Ｂのうちで加炭剤吹付け量が１．５〜５．５ｋｇ／ｔであった調査条件Ｂ’で層別して図１に示す。
【００４８】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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。
【００４９】
（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、特に上吹き酸素と共に粉状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未滓化ＣａＯ濃度を低下させるために、粉状ＣａＯ源を上吹き酸素と共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。
【００５０】
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。そこで、スピッティングにより飛散した粒鉄量を１から４の四段階（粒鉄飛散量の少ないほど数値は小さくなる。）に評価した。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スピッティングレベルとの関係を、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件で層別して図２に示す。
【００５１】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の範囲で、スピッティングレベルが１であったことが分かる。
【００５２】
（３）処理後スラグ中の未滓化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、処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ濃度が５質量％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。
【００５３】
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未滓化ＣａＯ濃度との関係を、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件で層別して図３に示す。
【００５４】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の範囲で、未滓化ＣａＯの質量濃度が５％以下であったことが分かる。
【００５５】
（４）加炭剤の適正使用量
本発明では、脱燐処理時間中の早い段階で脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を吹き付けることによって、加炭剤の燃焼熱をスラグに着熱させ、早期に溶融スラグを形成させて、供給速度が２．５〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎという上吹き酸素供給中のスピッティングの発生を抑制する。
【００５６】
さらに、加炭剤を吹き込むことで過剰なスラグ中Ｔ．Ｆｅを還元し、Ｔ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールする効果によって、スロッピングの発生を抑制する。
それと同時に、最終的にスラグの滓化性を高位に保つことができ、そのＣａＯ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のである。
【００５７】
但し、図４に示すように、加炭剤添加量が１．５ｋｇ／ｔ未満の場合、精錬剤の溶融滓化促進効果が十分には発揮されず、処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加していた。このため、脱燐率は低位であった（Ｎｏ．１１および１２）。
【００５８】
一方、加炭剤添加量が５．５ｋｇ／ｔより多い場合は、加炭量増大によりその酸化に必要な酸素供給量の増加が起こり、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の条件を満たした条件においても、脱燐処理に５分以上要した。また、ＣＯガス発生量が多くなったため、処理中にスロッピングが発生し、操業の継続は困難であった（Ｎｏ．１８〜２０）。
【００５９】
したがって、本発明においては、脱燐処理時間中の早い段階で脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を所定の処理後スラグ成分を満足させるように転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を１．５〜５．５ｋｇ／ｔの範囲内で吹き付けることが重要なのである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
近年は製鋼プロセス全体が著しく高能率・高効率化しており、溶銑脱燐処理においても、高能率かつ高脱燐能化が強く求められている。その求めに応えるためには、溶銑脱燐反応は溶銑中の燐（Ｐ）を酸化してスラグに移行させる反応であるから、燐を酸化するための酸素源および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、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、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。そのため蛍石の使用は既に実質的に出来なくなっている。それゆえ、蛍石を使用せずに処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ（ｆ．ＣａＯ）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】
そこで近年では、例えば特許文献１に記載の発明のように、ＣａＯ源を粉状化して上吹きランスから酸素と共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に記載の発明では、溶銑１ｔ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、不十分とされるようになってきた。この脱燐吹錬時間を更に短縮するには、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】
その発明方法では、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共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方向であるところ、そ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ので、スピッティングが一層激しくなることは当然に予想される。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、別途塊状のＣａＯ源を転炉上から投入する方法で供給することが考えられるが、そうするとその別途塊状で供給した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】
上記のように、溶銑脱燐処理の高能率かつ高脱燐能化に絡む問題は多く、相互に関係しているので、それらの問題の総合的解決は容易ではない。そこで、特許文献２に記載された発明では、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共に粉状ＣａＯ源を吹き付けることで、スピッティング量の低減に成功している。但し、この発明における上吹き酸素の流量は、溶銑１ｔ当たり０．５〜２．５Ｎｍ３／ｍｉｎが好適と説明されているので、或る程度の高能率化が達成されていることは分かるものの、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ものと考えられる。
【０００９】
また、特許文献２には、取鍋スラグをカバースラグ生成のために利用する方法は記載されているものの、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、記載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％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記載されている。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１ｔ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と説明されている。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に関しては全く説明がなされてない。
【００１１】
また、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／ｔにしてもスピッティングやダストの発生量増大を防ぐことができる溶銑脱燐処理方法が記載されている。その明細書では、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で脱燐能力を補うと説明しており、さらに粉粒状の精錬剤や固体酸素源を気体酸素と共に溶銑に吹き付けることで、脱燐反応を効率的に促進させられると説明している。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】
しかしその方法では、低塩基度かつ高（Ｔ．Ｆｅ）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や３に記載されてい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に関しては説明されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３５５７９１０号
【特許文献２】特許第３６８７４３３号
【特許文献３】特許第４１９６９９７号
【特許文献４】特開第２００８-２６６６６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、スピッティングやダスト発生の抑制とスロッピング発生の抑制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転炉型溶銑予備脱燐方法を提供することにある。
【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ってくる。
そこで本発明者らは、脱炭スラグ並びに取鍋スラグを添加しつつ、送酸速度２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上とする試験を行って、その時添加した粉末状加炭剤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、次のように解明した。
【００１６】
（１）脱燐処理時間（上吹き酸素の供給時間）中の早い段階で脱炭スラグまたは取鍋スラグを転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を吹き付けることによって、加炭剤の燃焼熱がスラグに着熱し、早期に溶融スラグを形成する為、上吹き酸素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。
【００１７】
（２）加炭剤を吹き込むことで過剰なスラグ中Ｔ．Ｆｅを還元し、Ｔ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールする効果によって、スロッピングの発生を抑制することができる。
（３）最終的にスラグの滓化性を高位に保つことができ、そのＣａＯ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。
【００１８】
このことから、本発明の要旨を次のように規定した。
（１）上底吹き型の転炉を用い、上吹き酸素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、脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とし、かつ、スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上吹き酸素流量２．５〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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％以上が達成され、かつ、処理後のスラグ中未滓化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】
【００２０】
【図１】上吹き酸素流量と脱燐率との関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図２】上吹き酸素流量とスピッティングレベルとの関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図３】上吹き酸素流量とスラグ中未滓化ＣａＯ濃度との関係に及ぼす、脱炭スラグと取鍋スラグ、並びに粉末状加炭剤の影響を表すグラフである。
【図４】調査条件Ｂにおける、加炭剤吹付け量とスラグ中未滓化ＣａＯ濃度との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明では、上吹きランスから酸素を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ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分以下という短時間で行うことを目的としているので、粉末状の加炭剤の燃焼を考慮して、少なくとも溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／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・スロッピングの発生増大をきたして、安定操業を行うことができなくなる。
【００２２】
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脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を投入する。
【００２３】
この脱炭スラグは、溶銑脱燐処理の次工程である脱炭終了後に転炉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している。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２に示す範囲の組成を有するものである。これらの表で濃度を示す％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濃度はスラグ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る。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
脱炭スラグと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％経過するまでに済ませることが好ましい。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良いし、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良い。
【００２７】
なお、脱炭スラグおよび取鍋スラグのサイズは、冷間スラグを破砕したものを用いてもよいが、スクラップシュートを用いて転炉内に熱間スラグを投入するのがスラグ滓化と熱ロス低減の点から好ましい。
【００２８】
また、精錬用副原料として加炭剤の投入は転炉の上方に設置されたバンカーから投入する方法もあるが、加炭剤のサイズが大きく、上吹き酸素により溶銑奥深くまで攪拌されるため溶銑の炭素濃度を増加させ、熱源となる効果はあるものの、スラグに着熱し、滓化を促進する効果は得られない。そのため、加炭剤はサブランスから粉末状の加炭剤を吹き付ける必要がある。本発明における加炭の目的は添加ＣａＯ源の溶融滓化促進であるから、粉末状加炭剤を用いることはスラグ層中で極力ＣＯ２にまで燃焼させてスラグへの着熱効率を向上させるのに適している。そのため、加炭剤の添加位置（サブランスからの出口位置）は、溶銑浴面から１ｍ以上離れたスラグ層内が好適である。加炭剤添加時期は、添加ＣａＯ源の滓化促進のために脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を投入した後に行う必要がある。それらのスラグの投入が添加ＣａＯ源の滓化促進を目的とすることを主として考えれば、加炭剤の添加は当該処理における脱炭スラグおよび取鍋スラグの投入完了後に行う方が、その目的達成のために一層好適といえる。
【００２９】
また、加炭剤の種類は、炭素の質量濃度が８５％以上のコークスや土壌黒鉛が適しており、その粒径は燃焼を速めるために１ｍｍ以下が良い。その添加量は、溶銑１ｔ当たりＣ質量換算で１．５〜５．５ｋｇとする必要がある。溶銑１ｔ当たり１．５ｋｇ未満では炭剤が燃焼してスラグに着熱する効果が十分明らかにならず、一方、溶銑１ｔ当たり５．５ｋｇを超えるとその燃焼のために要する酸素量が多くなり過ぎてしまい、本発明のように短時間で脱燐処理を行う場合には適しておらず、また、スラグフォーミングやスラグの飛散による操業阻害の可能性が増大するからである。
【００３０】
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、スピッティング・スロッピングの発生を抑制しつつ、３．０〜５．０分間と短い処理時間で溶銑脱燐率９０％以上とし、さらに処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ質量濃度が５％以下とする。
【００３１】
そのため、スラグ組成としては、Ａｌ２Ｏ３濃度を３〜１０質量％かつＴ．Ｆｅを３〜１５質量％とするのが望ましい。このようにスラグ組成をコントロールすることによって、ＣａＯ源の溶融滓化が容易になり、スピッティングを抑制する効果が期待できる。
【００３２】
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良いが、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１３５０〜１４００℃程度に制御することが好ましいといえる。
【実施例】
【００３３】
本発明に係る脱炭スラグ、取鍋スラグの使用条件を、従来条件（脱炭スラグ、取鍋スラグを使用しない）、調査条件Ａ（脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用）、調査条件Ｂ（脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用し、かつ、粉末状加炭剤として土壌黒鉛をＣ質量換算で０．５〜５．５ｋｇ／ｔサブランスより吹き付け）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。
【００３４】
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２６０ｔを適宜脱硫処理や脱珪処理した後、スクラップ約３０ｔ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、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：０．１５〜０．５１％、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％、Ｐ：０．０９０〜０．１３０％、Ｓ：０．００３〜０．０３％であった。
【００３５】
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。また、この上吹き酸素の吹付け開始と同時に、粒径０．１ｍｍ以下の粉状生石灰をその酸素と共に溶銑へ吹き付け始めた。その酸素の吹付けは、酸素流量に応じて２．６〜９．３分間で終了させ、それと同時に粉状生石灰の吹付けも終了した。
【００３６】
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以下の粉状生石灰並びに脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方のみを使用し、それ以外の副原料は使用しなかった。
【００３７】
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、脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を使用する調査条件Ａ，Ｂでは処理後のスラグ塩基度が１．５〜３．０であって、そのスラグ中Ａｌ２Ｏ３濃度が３〜１０質量％、かつ、Ｔ．Ｆｅ濃度が３〜１５質量％の範囲になるように計算により決めた。一方、脱炭スラグおよび取鍋スラグのいずれをも使用しない従来条件では処理後のスラグ塩基度が１．５〜３．０であって、そのスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度が３〜１５質量％の範囲になるように計算したが、Ａｌ２Ｏ３濃度については調整対象から除外した。
【００３８】
使用した脱炭スラグと取鍋スラグの化学組成は表１および表２に示したものと同じものを用いた。
この調査における各脱燐処理の具体的な条件とその処理結果を、表３に纏めて示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】
この表に記載が無い、脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３濃度は、脱炭スラグ、取鍋スラグを使わなかった従来条件では１〜３質量％であり、脱炭スラグ、取鍋スラグを使った調査条件Ａ，Ｂでは、いずれも３〜１０質量％に制御されていた。また、スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度は３〜１５質量％に、全て制御されていた。
【００４１】
従来条件であるＮｏ．１〜５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／ｔとなるとスロッピングが発生することが分かる。
【００４２】
調査条件ＡであるＮｏ．６〜１０では、上吹き酸素流量１．４Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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／ｔ以上の場合にはスピッティングが激しいと共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。
【００４３】
調査条件ＢであるＮｏ．１１〜２０では、加炭剤上吹き量１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下の範囲（Ｎｏ．１３〜１７）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２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔを超えても、それが３．９Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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。但し、加炭剤添加量が１．５ｋｇ／ｔ未満の場合（Ｎｏ．１１および１２）、精錬剤の溶融滓化が十分に進行せず、処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加し脱燐率は低位であった。また、加炭剤添加量が５．５ｋｇ／ｔより多い場合（Ｎｏ．１８〜２０）は、加炭量増大により必要な酸素量の増加が起こり、処理に５分以上要した。また、ＣＯガス発生量が多くなったため、処理中にスロッピングが発生し、操業の継続は困難であった（表３）。
【００４４】
以上より上吹き酸素流量４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下での溶銑脱燐処理が可能となり、上吹き酸素流量１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔの場合と比べて処理時間５．０分の短縮が可能となった。
【００４５】
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グラフを併用して説明する。
【００４６】
（１）脱燐率
脱燐率は次の式により表される。
脱燐率＝１００×（脱燐前［Ｐ］−脱燐後［Ｐ］）÷脱燐前［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。
【００４７】
溶銑脱燐処理に要する時間は、従来の知見に基づいて溶銑トン当たりの上吹き酸素流量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、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件のうち、従来条件と調査条件Ａ並びに調査条件Ｂのうちで加炭剤吹付け量が１．５〜５．５ｋｇ／ｔであった調査条件Ｂ’で層別して図１に示す。
【００４８】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ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。
【００４９】
（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、特に上吹き酸素と共に粉状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未滓化ＣａＯ濃度を低下させるために、粉状ＣａＯ源を上吹き酸素と共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。
【００５０】
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。そこで、スピッティングにより飛散した粒鉄量を１から４の四段階（粒鉄飛散量の少ないほど数値は小さくなる。）に評価した。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スピッティングレベルとの関係を、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件で層別して図２に示す。
【００５１】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の範囲で、スピッティングレベルが１であったことが分かる。
【００５２】
（３）処理後スラグ中の未滓化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、処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ濃度が５質量％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。
【００５３】
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未滓化ＣａＯ濃度との関係を、上記した脱炭スラグ、取鍋スラグおよび粉末状加炭剤の調査条件で層別して図３に示す。
【００５４】
本発明では上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上を目指しているところ、本発明に係る取鍋スラグ等の使用条件を全て満たしている調査条件Ｂ’において、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の範囲で、未滓化ＣａＯの質量濃度が５％以下であったことが分かる。
【００５５】
（４）加炭剤の適正使用量
本発明では、脱燐処理時間中の早い段階で脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を吹き付けることによって、加炭剤の燃焼熱をスラグに着熱させ、早期に溶融スラグを形成させて、供給速度が２．５〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎという上吹き酸素供給中のスピッティングの発生を抑制する。
【００５６】
さらに、加炭剤を吹き込むことで過剰なスラグ中Ｔ．Ｆｅを還元し、Ｔ．Ｆｅ濃度を適切な範囲にコントロールする効果によって、スロッピングの発生を抑制する。
それと同時に、最終的にスラグの滓化性を高位に保つことができ、そのＣａＯ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のである。
【００５７】
但し、図４に示すように、加炭剤添加量が１．５ｋｇ／ｔ未満の場合、精錬剤の溶融滓化促進効果が十分には発揮されず、処理後スラグの（ｆ．ＣａＯ）が増加していた。このため、脱燐率は低位であった（Ｎｏ．１１および１２）。
【００５８】
一方、加炭剤添加量が５．５ｋｇ／ｔより多い場合は、加炭量増大によりその酸化に必要な酸素供給量の増加が起こり、上吹き酸素流量２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の条件を満たした条件においても、脱燐処理に５分以上要した。また、ＣＯガス発生量が多くなったため、処理中にスロッピングが発生し、操業の継続は困難であった（Ｎｏ．１８〜２０）。
【００５９】
したがって、本発明においては、脱燐処理時間中の早い段階で脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を所定の処理後スラグ成分を満足させるように転炉内へ投入し、その後、サブランスから粉末状加炭剤を１．５〜５．５ｋｇ／ｔの範囲内で吹き付けることが重要なのである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き型の転炉を用い、上吹き酸素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、
脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とし、
かつ、
スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、
サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下吹き付け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、上吹き酸素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、
脱燐処理中には上吹き酸素の供給速度を溶銑トン当たり２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ以上４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とし、
かつ、
スラグ生成剤として脱炭スラグおよび取鍋スラグの少なくとも一方を該転炉内に投入した後に、
サブランスより粉末状加炭剤をＣ質量換算で１．５ｋｇ／ｔ以上５．５ｋｇ／ｔ以下吹き付け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４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４６７４３（Ｐ２０１１−２４６７４３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８６４０（Ｐ２０１０−１１８６４０）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【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１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]