溶鋼の製造方法
【課題】転炉での脱炭処理において、スピッティングを抑制して耐火物寿命を維持しつつ高速処理を実現することができる溶鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】予備脱りん処理後の溶銑に対し、転炉内で上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を行うに際し、処理開始時にカルシウムフェライトを含む精錬剤（ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比が５７〜７４質量％）を投入するとともに、上吹きランスの高さを下記（２）式または（３）式を満足するように制御する。ここで、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）である。
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ (酸素吹付け開始〜全酸素吹付け時間の３０％経過) …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ (全酸素吹付け時間の３０％経過後〜酸素吹付け終了) …（３）
【解決手段】予備脱りん処理後の溶銑に対し、転炉内で上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を行うに際し、処理開始時にカルシウムフェライトを含む精錬剤（ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比が５７〜７４質量％）を投入するとともに、上吹きランスの高さを下記（２）式または（３）式を満足するように制御する。ここで、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）である。
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ (酸素吹付け開始〜全酸素吹付け時間の３０％経過) …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ (全酸素吹付け時間の３０％経過後〜酸素吹付け終了) …（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて高能率かつ高効率で脱炭処理する溶鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鋼プロセス全体が著しく高能率・高効率化しており、溶銑の脱炭処理においても、高能率で（つまり、短時間の処理で）、かつ転炉耐火物のコストを抑制できる転炉操業が求められている。転炉操業では、溶銑の脱炭反応が溶銑中の炭素を酸化してＣＯガスとして除去する反応であるから、炭素を酸化するための酸素源として気体酸素を供給する必要がある。
【０００３】
高能率で脱炭処理を行う場合、酸素供給速度を高めて溶銑の脱炭反応を効率よく促進させることが必要になるが、酸素供給速度を高めると供給された気体酸素により溶銑が飛散するスピッティングという現象が発生し易くなる。スピッティングが起こると飛散した溶銑が転炉耐火物を溶損させるため、耐火物のメンテナンスの頻度が増加し、却って生産効率の低下を招くという問題がある。このため、酸素供給速度については、例えば特許文献１に記載されるように、２．０〜４．０Ｎｍ3／ｍｉｎで脱炭処理を行っていた。
【０００４】
スピッティングを防止する方法としては、特許文献２に、上吹き酸素を吹き付けるランスに制御用ガス供給孔を設け、制御用ガス流量を制御して上吹き酸素の噴流方向を制御する方法が示されている。しかし、後に詳述する本発明のように予備脱りん処理を施した溶銑を脱炭処理する場合、高炉から出銑された溶銑に含まれる珪素が予備脱りん処理中に燃焼してしまうため、スラグ成分のＳｉＯ2源として例えば珪石などの鉱物等を添加せざるを得ない。そのため、スラグ滓化が悪化して脱炭処理の初期に溶銑の表面を覆うカバースラグが形成されず、スピッティングの抑制が不十分であるという問題があった。
【０００５】
特許文献３には、酸素の吹錬開始からの積算量が総酸素量の４０％に達するまでのカバースラグが少ない状態では、酸素供給速度を低位に抑制し、吹錬開始からの積算量が総酸素量の４０％を超えてカバースラグが十分に形成された時期には、酸素供給速度を上昇させることによって、スピッティングを防止する方法が示されている。しかし、この方法では早期から酸素供給速度を上昇させることができない。そのため、短時間（例えば９分以下）の吹錬で脱炭処理を行う場合には酸素供給量が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０６８５３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４７８３０号公報
【特許文献３】特開２００７−０７７４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術における課題を解決し、予備脱りん処理を施した溶銑を上底吹き型転炉を用いて脱炭処理するに際し、スピッティングを抑制して転炉耐火物寿命を維持しつつ、高速処理を実現することができる溶鋼の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
予備脱りん処理を施した溶銑に対し、上底吹き型の転炉を用いて脱炭処理を施して溶鋼を製造するに際し、スピッティングやダストの発生量を抑制しつつ酸素供給速度の増加を実現するためには、添加する精錬剤（以下、「スラグ生成剤」ともいう）の滓化を促進させるための対策が必要となってくる。
【０００９】
そこで本発明者らは、酸素の供給速度が溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとなる高速で酸素を供給する条件下で、スラグ生成剤として生石灰、軽焼ドロマイト、カルシウムフェライト等のＣａＯ含有物質と、珪砂等のＳｉＯ2含有物質を使用し、このスラグ生成剤を総量で溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇ投入することとし、脱炭処理開始直後にＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするカルシウムフェライトを投入する（つまり、初期添加する）とともに、ランス高さを種々変化させる試験を行って、カルシウムフェライト投入量ならびにランス高さと、スラグの滓化およびスピッティングの発生状況との関係を調査した。得られた知見は以下のとおりである。
【００１０】
（ａ）脱炭処理開始時にカルシウムフェライトを転炉内へ投入することにより、精錬剤の滓化を促進して、吹錬初期から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。ここで、カルシウムフェライト投入量は、後述する図１に示されるように、初期添加する精錬剤のＦｅ2Ｏ3／（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）比が５７〜７４質量％（以下において、精錬剤中の各成分、溶銑または溶鋼中の各成分の「％」は「質量％」を意味する）となるようにする必要がある。このような精錬剤配合を行うことにより、脱炭処理の初期に形成されるスラグ（初期スラグ）の組成を、融点が１４５０℃以下の低融点組成にすることができ、精錬剤の溶融滓化を促進することができる。
【００１１】
（ｂ）カルシウムフェライト投入前は溶銑の表面を覆うカバースラグが形成されていないため、上吹き酸素ジェットによる鋼浴攪拌強さが相対的に弱いソフトブローとなるようにランス高さを高くする必要がある。カルシウムフェライト投入後はカバースラグが形成されているため、ランス高さによらずスピッティングを抑制することができる。
（ｃ）上吹きランスを下げてハードブローにすることにより気体酸素が溶鋼深くまで浸入し、脱炭反応効率が向上する。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の溶鋼の製造方法にある。
【００１３】
すなわち、予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから転炉内の溶銑に溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの気体酸素を吹き付けて脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなり、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した精錬剤を、総量で、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、前記精錬剤の一部または全部を、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、下記（１）式を満足するように投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（２）式および（４）式を満足するように制御し、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、前記精錬剤の残部を投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御することを特徴とする溶鋼の製造方法である。
【００１４】
５７≦｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝／［Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝
＋｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝］×１００≦７４ …（１）
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ （気体酸素吹付け開始後〜全気体酸素吹付け時間の３０％経過） …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ （全気体酸素吹付け時間の３０％経過後〜気体酸素吹付け終了）
…（３）
ｄｖ0ｃｏｓθ0＝１．２４（Ｌ＋ｈ）√Ｌ …（４）
ただし、Ｗ：初期投入する精錬剤の質量、（％ＦｅtＯ）：精錬剤中ＦｅＯ濃度，Ｆｅ2Ｏ3濃度，Ｆｅ3Ｏ4濃度の総和、（％ＣａＯ）：精錬剤中ＣａＯ濃度、添え字のＣＦはカルシウムフェライト、ｉは精錬剤の銘柄、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）、ｄ：ランスノズル孔直径（ｍｍ）、ｖ0：ランスノズル先端における酸素ジェットの速度（ｍ／ｓ）、θ0：ランスノズル傾斜角（ｒａｄ）、ｈ：ランス−鋼浴面間距離（ｍｍ）である。
【００１５】
前記の「装入塩基度」とは、前記のカルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質にそれぞれ含まれているＣａＯの質量の合計（Σ（ＣａＯ）T）とＳｉＯ2の質量の合計（Σ（ＳｉＯ2）T）との比（Σ（ＣａＯ）T／Σ（ＳｉＯ2）T）である。
【００１６】
「上吹きランスの高さ」とは、ランスノズル下端と鋼浴面間の距離ｈ（ｍｍ）である。（４）式中の「√Ｌ」は、Ｌの平方根を意味する。
【００１７】
なお、前記（１）式における「ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF／〔Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝＋ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF〕」を、以下、単に「ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）」とも記す。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の溶鋼の製造方法によれば、予備脱りん処理後の脱炭処理において、上吹き酸素流量を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとし、上吹き酸素の供給時間を９分以下と高能率化しても、スピッティングの発生を抑制して転炉耐火物寿命を維持することができ、高能率でしかも高い脱炭反応効率を維持した転炉操業を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3２元系状態図および本発明における脱炭処理で形成される初期スラグの組成範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、前述のとおり、予備脱りん処理を施した溶銑を、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから気体酸素を吹き付けることにより脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、特に、前記脱炭処理中における上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を前提として、当該処理の開始時にカルシウムフェライトが所定の配合割合で含まれる精錬剤を投入するとともに、上吹きランスの高さを処理開始からの経過時間に応じて規定することを特徴とする溶鋼の製造方法である。
【００２１】
本発明において、上吹きランスから酸素を溶銑１トン当たり４．０Ｎｍ3／ｍｉｎ〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの流量で溶銑に吹き付けて高速脱炭処理を行うことを前提とするのは、上吹き酸素の吹付け時間を９分以下という短時間で処理を行うことを目的としているからである。酸素流量は、脱炭処理中において終始一定とする必要はないが、前記短時間内に処理を行うためには、溶銑１トン当たり４．０Ｎｍ3／ｍｉｎ以上とする必要がある。一方、酸素流量が５．５Ｎｍ3／ｍｉｎを超えると、スラグ生成コントロールが困難になり、スピッティ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ので、酸素流量の上限は５．５Ｎｍ3／ｍｉｎ以下とする。
【００２２】
また、本発明では上吹き酸素の供給開始時から供給終了時までに、脱炭処理時のスラグ生成剤（精錬剤）として、生石灰、軽焼ドロマイト、カルシウムフェライト等のＣａＯ含有物質と珪石等のＳｉＯ2含有物質を、総量で、溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇ投入する。ＣａＯ含有物質としては、前記生石灰等の他、ＣａＯを４０％以上含む原材料であればいずれも利用できる。ＳｉＯ2含有物質としては、珪石等の他、ＳｉＯ2を４０％程度以上含む蛇紋岩やかんらん岩などを用いてもよい。
【００２３】
前記スラグ生成剤の使用に際しては、前記のカルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質にそれぞれ含まれているＣａＯの質量の合計とＳｉＯ2の質量の合計との比である装入塩基度を、３．０〜５．０になるように調整する。なお、本発明では予備処理された溶銑を対象として脱炭処理するので、脱炭処理前の対象溶銑中にＳｉが殆ど含有されていないため、装入塩基度はそのまま脱炭処理後の生成スラグ塩基度に近い数値になる。
【００２４】
スラグ生成剤として用いるＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質の合計投入量を総量で溶銑１トン当たり２０ｋｇ以上とするのは、装入塩基度が３．０〜５．０の範囲では、２０ｋｇ／溶銑ｔより少ないとスピッティングやダストの発生が多くなり易いからである。一方、前記合計投入量を総量で溶銑１トン当たり７０ｋｇ以下とするのは、７０ｋｇ／溶銑ｔより多くしてもスラグ生成剤の使用コストが増加するだけでなく、上吹き酸素がスラグの酸化に消費されるため脱炭効率の低下を引き起こすからである。
【００２５】
また、スラグ生成剤の装入塩基度を３．０以上に調整するのは、脱炭処理後の溶鋼中のＰ濃度を低くするためには、一般に生成スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2比を３．０以上とすることが必要だからである。また、装入塩基度が５．０以下になるように調整するのは、５．０を超えると、一般に溶融滓化が困難で脱燐能力が十分に発揮されないばかりか、スラグの流動性が失われて溶融スラグによるスピッティングやダスト生成に対する抑止効果もなくなるからである。
【００２６】
本発明においては、前記のように、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した、カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなる精錬剤を、総量で、溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、その精錬剤の一部または全部を、溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、前記の（１）式を満足するように投入するとともに、上吹きランスの高さを前記の（２）式および（４）式を満足するように制御する。
【００２７】
ＣａＯ含有物質としてカルシウムフェライトを含む精錬剤が前記の（１）式を満足するように投入するのは、溶銑上にカバースラグを生成させるためである。すなわち、スラグ生成剤としてのカルシウムフェライトをはじめ、生石灰、珪石等を含む精錬剤を脱炭処理開始時に添加するのであるが、精錬剤においてＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比が５７〜７４質量％となるように投入することによって、精錬剤は速やかに滓化して溶融スラグが形成され、上吹き酸素流量の大きい酸素供給を行ってもスピッティングを抑えることが可能となる。
【００２８】
カルシウムフェライトはＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするものであり、石灰石や鉄鉱石などのようなＣａＯ源とＦｅ2Ｏ3源を混合しキルンで溶融処理する方法で製造され、概ね下記の表１に示す組成を有している。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図１は、ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3２元系状態図および本発明における脱炭処理で形成される初期スラグの組成範囲を示す図である。カルシウムフェライトは表１に示すように、ＦｅtＯが４０〜６０％であり、前記（１）式を満たすような精錬剤配合（すなわち、ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比を５７〜７４％の範囲内とする配合）を行うことにより、脱炭処理の初期に形成される初期スラグの組成を概ね５７〜７４％の範囲内とすることができる（同図中に太実線で表示）。その結果、スラグの融点は凡そ１２００〜１４５０℃となるので、１６００〜１７００℃で脱炭吹錬中の転炉内に投入することにより精錬剤は速やかに滓化し、溶融スラグを形成する。
【００３１】
前記カルシウムフェライトの投入は、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に行う。これは、早期に溶銑上にカバースラグを生成させるためである。その投入方法は、スクラップシュートを用いて気体酸素の吹付けを開始する前に転炉内に投入してもよいし、転炉の上方に設置されたバンカーから気体酸素の吹付け中に投入してもよい。
【００３２】
さらに、本発明においては、この段階で、カルシウムフェライトを含む精錬剤を溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇ投入する。すなわち、気体酸素の供給開始時からその供給終了時までに投入する量は２０〜７０ｋｇであるから、吹付け開始から３０秒以内に、ＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質の合計量の一部または全部を投入することになる。一部を投入した場合、その残部は、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に投入することになる。
【００３３】
全量ではなく、一部を投入する場合もあることとするのは、精錬剤の投入を２段に分けて行うことにより、スラグ滓化を促進することができる場合があるからである。具体的には目的のりん濃度により決定される精錬剤使用量が多い場合、ＣａＯ含有物質の一部を吹錬中期に添加することで吹錬初期におけるスラグ中ＣａＯ濃度を低く制御し、スラグ融点を低下しスラグの溶融滓化を図るのである。ただし、この方法は精錬剤の未溶による脱りん不良を回避するためであって、本発明のように高速脱炭処理を行う場合のスラグ滓化促進にはスラグ溶融速度に注意を要する。
【００３４】
上記のようにカルシウムフェライトを含む精錬剤を投入するとともに、本発明においては、上吹きランスの高さを、前記（２）式および（４）式を満足するように制御する。これは、カルシウムフェライト投入直後のカバースラグが十分に形成されていない段階においては、上吹き酸素ジェットを（２）式を満足するようにソフトブローとし、スピッティングを低減させるためである。
【００３５】
（２）式のＬ／Ｌ0（すなわち、鋼浴深さＬ0（ｍｍ）に対する上吹き酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬ（ｍｍ）の比）は上吹き酸素の鋼浴攪拌強さの指標であり、Ｌ／Ｌ0が小さく上吹き酸素ジェットによる鋼浴攪拌強さが弱いほど酸素ジェットの運動量が小さくなるためスピッティングが低減する。ただし、この場合は、酸素ジェットの鋼浴への侵入深さが小さくなることにより脱炭反応効率が低下する。
【００３６】
（２）式において、上限を０．０４とするのは、０．０４を超えると、スピッティングの発生が顕著になるからである。下限は特に限定しないが、低くし過ぎると脱炭反応効率が低下するので、操業面における制約から自ずと定まる。
【００３７】
前記（４）式は、ランスの形状（ランスノズル孔直径ｄ、ランスノズル傾斜角θ0）とランスノズル先端における酸素ジェットの速度ｖ0、ならびに酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬおよびランスノズル下端と鋼浴面間の距離（すなわち、ランス高さ）ｈの間に成り立つ関係式を示す。本発明において、上吹きランスの高さｈを、（２）式または後述する(３)式を満足するように制御する場合、この（４）式の関係に基づいてランスの高さｈを調整することになる。例えば、ランスの形状を一定とした場合、酸素ジェットの速度ｖ0が一定であれば、上吹きランスの高さｈを高くすると、鋼浴の凹み深さＬは小さくなる。酸素ジェットの速度ｖ0が変わると、それに応じて上吹きランスの高さｈと鋼浴の凹み深さＬも変化するが、ランスの高さｈと鋼浴の凹み深さＬの相対的な関係は変わらない。
【００３８】
続いて、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、カルシウムフェライトを含む精錬剤の残部を投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御する。全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後においては、初期添加した精錬剤の溶融滓化が進行しカバースラグが十分に形成されており、（３）式を満たすようにＬ／Ｌ0を大きくして、酸素ジェットの鋼浴への侵入深さを大きくし、脱炭反応効率を高めて吹錬時間を短縮させる。カバースラグが十分に形成されているので、Ｌ／Ｌ0を大きくしてもスピッティングが増大することはない。なお、前述のように、（３）式の制御は（４）式の関係に基づいて行う。
【００３９】
（３）式において、下限を０．０７とするのは、０．０７未満では、脱炭反応効率が十分ではないからである。上限は特に限定しないが、高くし過ぎるとスピッティングが増大するので、その発生状況を監視しつつ適宜制御すればよい。Ｌ／Ｌ0の望ましい上限は、０．０９である。
【００４０】
前述のようにスラグ滓化促進のために精錬剤を２分割投入する場合は、この段階で、さらに、カルシウムフェライトを含む精錬剤の残部を投入する。
【００４１】
以上述べたように、本発明の溶鋼の製造方法は、予備脱りん処理を施した溶銑を、転炉内で脱炭処理して溶鋼とする際に、上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を行うことを前提として、当該脱炭処理時にカルシウムフェライトを所定割合で配合した精錬剤を初期投入するとともに、上吹きランスの高さを処理開始からの経過時間に応じて規定した方法である。この方法によれば、上吹き酸素の供給時間が９分以下という高能率で、しかも高い脱炭反応効率を維持しつつ、スピッティングの発生を抑制して転炉耐火物寿命を維持することができる転炉操業の実施が可能である。
【００４２】
従来技術では、例えば特許文献３に記載される方法のように、全吹錬時間の４０％経過後でなければ酸素の供給速度を上昇させることはできなかった。しかし、本発明では、吹錬の全期間を通して酸素の供給速度を高く維持しつつ、吹錬初期は上吹き酸素ジェットをソフトブローとし、吹錬中期以降はハードブローとする。これにより、脱炭吹錬中全処理時間に亘りスピッティングを抑制して、転炉耐火物寿命を低下させることなく、酸素供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高能率処理を行うことが可能となる。
【実施例】
【００４３】
本発明の溶鋼の製造方法を適用し、予備脱りん処理を施した溶銑に対して脱炭処理を行うに際し、カルシウムフェライト投入量およびＬ／Ｌ0（鋼浴深さＬ0（ｍｍ）に対する酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬ（ｍｍ）の比）を種々変化させながら脱炭吹錬を実施し、スピッティングの発生状況を調査した。
【００４４】
先ず、転炉型容器で溶銑脱りん処理を行った溶銑を３００ｔ／ｃｈの上底吹き転炉に装入した。この溶銑の化学組成は、Ｃ：３．４〜３．８％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．２５％、Ｐ：０．００１〜０．０１０％、Ｓ：０．００２〜０．０３％で、残部はＦｅとその他の不純物であった。
【００４５】
溶銑を装入後、底吹きガスとしてＣＯ2を溶銑１トン当たり０．０６〜０．１３Ｎｍ3／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、溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの範囲で溶銑への酸素の吹付けを行い、脱炭処理を開始した。この上吹き酸素流量は、この調査の各脱炭処理中において一定とした。
【００４６】
続いて、スラグ生成剤としてのＣａＯ含有物質（カルシウムフェライト、生石灰、軽焼ドロマイト）およびＳｉＯ2含有物質（珪石）を、気体酸素吹付け開始後３０秒以内に投入した。カルシウムフェライトとしては、前記表１に示した化学組成と同等の組成のものを使用した。
【００４７】
下記の表２に、この調査における各脱炭処理の具体的な条件およびスピッティングの発生状況をまとめて示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２において、「ＣａＯ含有物質」および「ＳｉＯ2含有物質」の欄の「初期添加」は、気体酸素吹付け開始後３０秒以内に投入したことを、「中期添加」は、気体酸素吹付け開始時点から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後であって、その５０％が経過する以前に投入したことを表す。なお、「中期添加」が０ｋｇ／ｔということは、精錬剤の全量を初期添加したことを意味する。
【００５０】
カルシウムフェライトの投入量は、精錬剤に含まれる酸化カルシウムのうち、カルシウムフェライトに由来する酸化鉄の比率（ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF／〔Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝＋ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF〕×１００）で表示される。この比率を、以下、「カルシウムフェライト投入比率」と記す。
【００５１】
カルシウムフェライトはＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするものであり、この調査では、Ｆｅ2Ｏ3はカルシウムフェライトのみに由来するので、カルシウムフェライト投入比率は前記（１）式のＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比と相関性を有している。実施例における各脱炭処理（実施例１〜１０）では、ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比がいずれも５７〜７４％の規程範囲内に入るように調整した。比較例における各脱炭処理（比較例１〜１０）では、カルシウムフェライトの投入比率が低いため、この範囲から外れている。
【００５２】
実施例、および比較例の調査条件Ｂでは、脱炭処理の初期（気体酸素吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％まで、表２では「処理初期（≦３０％）」と表示）には、Ｌ／Ｌ0≦０．０４のソフトブローで、脱炭処理の後期（全気体酸素吹付け時間の３０％経過後から気体酸素吹付け終了まで、表２では「処理後期（＞３０％）」と表示）には、Ｌ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行った。一方、比較例の調査条件Ａでは、脱炭処理の全処理時間にわたりＬ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行った。
【００５３】
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、スピッティングによる飛散粒鉄量の少ないものから順に、スピッティングレベル１（スピッティングの発生なし）〜スピッティングレベル４（激しいスピッティングが発生）の４段階で評価した。スピッティングレベル１であれば良好とした。
【００５４】
表２に示したように、実施例、比較例（調査条件Ａ、Ｂ）を問わず、精錬剤の装入塩基度および投入量は本発明の規程を満たしており、酸素吹付け時間がいずれも９分以下で、高能率かつ高効率での脱炭処理が行われた。
【００５５】
スピッティングの発生状況は、比較例の調査条件Ａでは、脱炭処理の全処理時間にわたり激しいスピッティングの発生が観察された。カルシウムフェライトを投入しても、その投入比率が低いため、ＦｅtＯが（１）式を満たすことができず、初期スラグを低融点組成とすることができないため、十分なカバースラグが形成されなかったこと、および脱炭処理の全期間にわたりＬ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行ったことによるものである。また、スピッティングにより、転炉内耐火物のうち、トラニオン部の溶損速度の増大が確認された。耐火物のメンテナンスが必要となり、高速送酸処理を行ったにもかかわらず、操業能率が低下する結果となった。
【００５６】
比較例の調査条件Ｂでは、カルシウムフェライトの投入比率が低く、カバースラグの形成が十分ではなかったため、脱炭処理の後期においては激しいスピッティングが認められたものの、初期におけるスピッティングの悪化は確認されなかった。比較例６のようにカルシウムフェライトを投入しなかった処理においても初期のスピッティングがなかったことから、ソフトブロー条件で処理を行ったことにより、スピッティングを抑制できたといえる。
【００５７】
これに対して、実施例では脱炭処理の初期、後期のいずれにおいてもスピッティングの悪化は確認されず、スピッティングを抑制しつつ高速処理を行うことができた。
【００５８】
表２に示したように、カルシウムフェライト投入比率（｛ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）｝×１００（％））を５７〜７４％に調整して、所定質量のスラグ生成剤を所定時期に投入したことによって、比較例の調査条件Ｂにおいて発生した脱炭処理後期の激しいスピッティングを抑制することができていたと分かる。このとき、脱炭処理初期のＬ／Ｌ0は、比較例の調査条件Ｂに同じ、０．０４以下としていた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の溶鋼の製造方法によれば、予備脱りん処理後の脱炭処理において、上吹き酸素流量を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとして高能率化しても、スピッティングの発生を抑制することができ、しかも高い脱炭反応効率を維持できる。したがって、本発明の溶鋼の製造方法は、溶鋼を製造する際の脱炭処理において有効に利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて高能率かつ高効率で脱炭処理する溶鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鋼プロセス全体が著しく高能率・高効率化しており、溶銑の脱炭処理においても、高能率で（つまり、短時間の処理で）、かつ転炉耐火物のコストを抑制できる転炉操業が求められている。転炉操業では、溶銑の脱炭反応が溶銑中の炭素を酸化してＣＯガスとして除去する反応であるから、炭素を酸化するための酸素源として気体酸素を供給する必要がある。
【０００３】
高能率で脱炭処理を行う場合、酸素供給速度を高めて溶銑の脱炭反応を効率よく促進させることが必要になるが、酸素供給速度を高めると供給された気体酸素により溶銑が飛散するスピッティングという現象が発生し易くなる。スピッティングが起こると飛散した溶銑が転炉耐火物を溶損させるため、耐火物のメンテナンスの頻度が増加し、却って生産効率の低下を招くという問題がある。このため、酸素供給速度については、例えば特許文献１に記載されるように、２．０〜４．０Ｎｍ3／ｍｉｎで脱炭処理を行っていた。
【０００４】
スピッティングを防止する方法としては、特許文献２に、上吹き酸素を吹き付けるランスに制御用ガス供給孔を設け、制御用ガス流量を制御して上吹き酸素の噴流方向を制御する方法が示されている。しかし、後に詳述する本発明のように予備脱りん処理を施した溶銑を脱炭処理する場合、高炉から出銑された溶銑に含まれる珪素が予備脱りん処理中に燃焼してしまうため、スラグ成分のＳｉＯ2源として例えば珪石などの鉱物等を添加せざるを得ない。そのため、スラグ滓化が悪化して脱炭処理の初期に溶銑の表面を覆うカバースラグが形成されず、スピッティングの抑制が不十分であるという問題があった。
【０００５】
特許文献３には、酸素の吹錬開始からの積算量が総酸素量の４０％に達するまでのカバースラグが少ない状態では、酸素供給速度を低位に抑制し、吹錬開始からの積算量が総酸素量の４０％を超えてカバースラグが十分に形成された時期には、酸素供給速度を上昇させることによって、スピッティングを防止する方法が示されている。しかし、この方法では早期から酸素供給速度を上昇させることができない。そのため、短時間（例えば９分以下）の吹錬で脱炭処理を行う場合には酸素供給量が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０６８５３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４７８３０号公報
【特許文献３】特開２００７−０７７４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術における課題を解決し、予備脱りん処理を施した溶銑を上底吹き型転炉を用いて脱炭処理するに際し、スピッティングを抑制して転炉耐火物寿命を維持しつつ、高速処理を実現することができる溶鋼の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
予備脱りん処理を施した溶銑に対し、上底吹き型の転炉を用いて脱炭処理を施して溶鋼を製造するに際し、スピッティングやダストの発生量を抑制しつつ酸素供給速度の増加を実現するためには、添加する精錬剤（以下、「スラグ生成剤」ともいう）の滓化を促進させるための対策が必要となってくる。
【０００９】
そこで本発明者らは、酸素の供給速度が溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとなる高速で酸素を供給する条件下で、スラグ生成剤として生石灰、軽焼ドロマイト、カルシウムフェライト等のＣａＯ含有物質と、珪砂等のＳｉＯ2含有物質を使用し、このスラグ生成剤を総量で溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇ投入することとし、脱炭処理開始直後にＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするカルシウムフェライトを投入する（つまり、初期添加する）とともに、ランス高さを種々変化させる試験を行って、カルシウムフェライト投入量ならびにランス高さと、スラグの滓化およびスピッティングの発生状況との関係を調査した。得られた知見は以下のとおりである。
【００１０】
（ａ）脱炭処理開始時にカルシウムフェライトを転炉内へ投入することにより、精錬剤の滓化を促進して、吹錬初期から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。ここで、カルシウムフェライト投入量は、後述する図１に示されるように、初期添加する精錬剤のＦｅ2Ｏ3／（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）比が５７〜７４質量％（以下において、精錬剤中の各成分、溶銑または溶鋼中の各成分の「％」は「質量％」を意味する）となるようにする必要がある。このような精錬剤配合を行うことにより、脱炭処理の初期に形成されるスラグ（初期スラグ）の組成を、融点が１４５０℃以下の低融点組成にすることができ、精錬剤の溶融滓化を促進することができる。
【００１１】
（ｂ）カルシウムフェライト投入前は溶銑の表面を覆うカバースラグが形成されていないため、上吹き酸素ジェットによる鋼浴攪拌強さが相対的に弱いソフトブローとなるようにランス高さを高くする必要がある。カルシウムフェライト投入後はカバースラグが形成されているため、ランス高さによらずスピッティングを抑制することができる。
（ｃ）上吹きランスを下げてハードブローにすることにより気体酸素が溶鋼深くまで浸入し、脱炭反応効率が向上する。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の溶鋼の製造方法にある。
【００１３】
すなわち、予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから転炉内の溶銑に溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの気体酸素を吹き付けて脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなり、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した精錬剤を、総量で、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、前記精錬剤の一部または全部を、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、下記（１）式を満足するように投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（２）式および（４）式を満足するように制御し、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、前記精錬剤の残部を投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御することを特徴とする溶鋼の製造方法である。
【００１４】
５７≦｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝／［Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝
＋｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝］×１００≦７４ …（１）
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ （気体酸素吹付け開始後〜全気体酸素吹付け時間の３０％経過） …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ （全気体酸素吹付け時間の３０％経過後〜気体酸素吹付け終了）
…（３）
ｄｖ0ｃｏｓθ0＝１．２４（Ｌ＋ｈ）√Ｌ …（４）
ただし、Ｗ：初期投入する精錬剤の質量、（％ＦｅtＯ）：精錬剤中ＦｅＯ濃度，Ｆｅ2Ｏ3濃度，Ｆｅ3Ｏ4濃度の総和、（％ＣａＯ）：精錬剤中ＣａＯ濃度、添え字のＣＦはカルシウムフェライト、ｉは精錬剤の銘柄、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）、ｄ：ランスノズル孔直径（ｍｍ）、ｖ0：ランスノズル先端における酸素ジェットの速度（ｍ／ｓ）、θ0：ランスノズル傾斜角（ｒａｄ）、ｈ：ランス−鋼浴面間距離（ｍｍ）である。
【００１５】
前記の「装入塩基度」とは、前記のカルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質にそれぞれ含まれているＣａＯの質量の合計（Σ（ＣａＯ）T）とＳｉＯ2の質量の合計（Σ（ＳｉＯ2）T）との比（Σ（ＣａＯ）T／Σ（ＳｉＯ2）T）である。
【００１６】
「上吹きランスの高さ」とは、ランスノズル下端と鋼浴面間の距離ｈ（ｍｍ）である。（４）式中の「√Ｌ」は、Ｌの平方根を意味する。
【００１７】
なお、前記（１）式における「ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF／〔Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝＋ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF〕」を、以下、単に「ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）」とも記す。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の溶鋼の製造方法によれば、予備脱りん処理後の脱炭処理において、上吹き酸素流量を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとし、上吹き酸素の供給時間を９分以下と高能率化しても、スピッティングの発生を抑制して転炉耐火物寿命を維持することができ、高能率でしかも高い脱炭反応効率を維持した転炉操業を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3２元系状態図および本発明における脱炭処理で形成される初期スラグの組成範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、前述のとおり、予備脱りん処理を施した溶銑を、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから気体酸素を吹き付けることにより脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、特に、前記脱炭処理中における上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を前提として、当該処理の開始時にカルシウムフェライトが所定の配合割合で含まれる精錬剤を投入するとともに、上吹きランスの高さを処理開始からの経過時間に応じて規定することを特徴とする溶鋼の製造方法である。
【００２１】
本発明において、上吹きランスから酸素を溶銑１トン当たり４．０Ｎｍ3／ｍｉｎ〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの流量で溶銑に吹き付けて高速脱炭処理を行うことを前提とするのは、上吹き酸素の吹付け時間を９分以下という短時間で処理を行うことを目的としているからである。酸素流量は、脱炭処理中において終始一定とする必要はないが、前記短時間内に処理を行うためには、溶銑１トン当たり４．０Ｎｍ3／ｍｉｎ以上とする必要がある。一方、酸素流量が５．５Ｎｍ3／ｍｉｎを超えると、スラグ生成コントロールが困難になり、スピッティ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ので、酸素流量の上限は５．５Ｎｍ3／ｍｉｎ以下とする。
【００２２】
また、本発明では上吹き酸素の供給開始時から供給終了時までに、脱炭処理時のスラグ生成剤（精錬剤）として、生石灰、軽焼ドロマイト、カルシウムフェライト等のＣａＯ含有物質と珪石等のＳｉＯ2含有物質を、総量で、溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇ投入する。ＣａＯ含有物質としては、前記生石灰等の他、ＣａＯを４０％以上含む原材料であればいずれも利用できる。ＳｉＯ2含有物質としては、珪石等の他、ＳｉＯ2を４０％程度以上含む蛇紋岩やかんらん岩などを用いてもよい。
【００２３】
前記スラグ生成剤の使用に際しては、前記のカルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質にそれぞれ含まれているＣａＯの質量の合計とＳｉＯ2の質量の合計との比である装入塩基度を、３．０〜５．０になるように調整する。なお、本発明では予備処理された溶銑を対象として脱炭処理するので、脱炭処理前の対象溶銑中にＳｉが殆ど含有されていないため、装入塩基度はそのまま脱炭処理後の生成スラグ塩基度に近い数値になる。
【００２４】
スラグ生成剤として用いるＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質の合計投入量を総量で溶銑１トン当たり２０ｋｇ以上とするのは、装入塩基度が３．０〜５．０の範囲では、２０ｋｇ／溶銑ｔより少ないとスピッティングやダストの発生が多くなり易いからである。一方、前記合計投入量を総量で溶銑１トン当たり７０ｋｇ以下とするのは、７０ｋｇ／溶銑ｔより多くしてもスラグ生成剤の使用コストが増加するだけでなく、上吹き酸素がスラグの酸化に消費されるため脱炭効率の低下を引き起こすからである。
【００２５】
また、スラグ生成剤の装入塩基度を３．０以上に調整するのは、脱炭処理後の溶鋼中のＰ濃度を低くするためには、一般に生成スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2比を３．０以上とすることが必要だからである。また、装入塩基度が５．０以下になるように調整するのは、５．０を超えると、一般に溶融滓化が困難で脱燐能力が十分に発揮されないばかりか、スラグの流動性が失われて溶融スラグによるスピッティングやダスト生成に対する抑止効果もなくなるからである。
【００２６】
本発明においては、前記のように、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した、カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなる精錬剤を、総量で、溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、その精錬剤の一部または全部を、溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、前記の（１）式を満足するように投入するとともに、上吹きランスの高さを前記の（２）式および（４）式を満足するように制御する。
【００２７】
ＣａＯ含有物質としてカルシウムフェライトを含む精錬剤が前記の（１）式を満足するように投入するのは、溶銑上にカバースラグを生成させるためである。すなわち、スラグ生成剤としてのカルシウムフェライトをはじめ、生石灰、珪石等を含む精錬剤を脱炭処理開始時に添加するのであるが、精錬剤においてＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比が５７〜７４質量％となるように投入することによって、精錬剤は速やかに滓化して溶融スラグが形成され、上吹き酸素流量の大きい酸素供給を行ってもスピッティングを抑えることが可能となる。
【００２８】
カルシウムフェライトはＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするものであり、石灰石や鉄鉱石などのようなＣａＯ源とＦｅ2Ｏ3源を混合しキルンで溶融処理する方法で製造され、概ね下記の表１に示す組成を有している。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図１は、ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3２元系状態図および本発明における脱炭処理で形成される初期スラグの組成範囲を示す図である。カルシウムフェライトは表１に示すように、ＦｅtＯが４０〜６０％であり、前記（１）式を満たすような精錬剤配合（すなわち、ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比を５７〜７４％の範囲内とする配合）を行うことにより、脱炭処理の初期に形成される初期スラグの組成を概ね５７〜７４％の範囲内とすることができる（同図中に太実線で表示）。その結果、スラグの融点は凡そ１２００〜１４５０℃となるので、１６００〜１７００℃で脱炭吹錬中の転炉内に投入することにより精錬剤は速やかに滓化し、溶融スラグを形成する。
【００３１】
前記カルシウムフェライトの投入は、気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に行う。これは、早期に溶銑上にカバースラグを生成させるためである。その投入方法は、スクラップシュートを用いて気体酸素の吹付けを開始する前に転炉内に投入してもよいし、転炉の上方に設置されたバンカーから気体酸素の吹付け中に投入してもよい。
【００３２】
さらに、本発明においては、この段階で、カルシウムフェライトを含む精錬剤を溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇ投入する。すなわち、気体酸素の供給開始時からその供給終了時までに投入する量は２０〜７０ｋｇであるから、吹付け開始から３０秒以内に、ＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質の合計量の一部または全部を投入することになる。一部を投入した場合、その残部は、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に投入することになる。
【００３３】
全量ではなく、一部を投入する場合もあることとするのは、精錬剤の投入を２段に分けて行うことにより、スラグ滓化を促進することができる場合があるからである。具体的には目的のりん濃度により決定される精錬剤使用量が多い場合、ＣａＯ含有物質の一部を吹錬中期に添加することで吹錬初期におけるスラグ中ＣａＯ濃度を低く制御し、スラグ融点を低下しスラグの溶融滓化を図るのである。ただし、この方法は精錬剤の未溶による脱りん不良を回避するためであって、本発明のように高速脱炭処理を行う場合のスラグ滓化促進にはスラグ溶融速度に注意を要する。
【００３４】
上記のようにカルシウムフェライトを含む精錬剤を投入するとともに、本発明においては、上吹きランスの高さを、前記（２）式および（４）式を満足するように制御する。これは、カルシウムフェライト投入直後のカバースラグが十分に形成されていない段階においては、上吹き酸素ジェットを（２）式を満足するようにソフトブローとし、スピッティングを低減させるためである。
【００３５】
（２）式のＬ／Ｌ0（すなわち、鋼浴深さＬ0（ｍｍ）に対する上吹き酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬ（ｍｍ）の比）は上吹き酸素の鋼浴攪拌強さの指標であり、Ｌ／Ｌ0が小さく上吹き酸素ジェットによる鋼浴攪拌強さが弱いほど酸素ジェットの運動量が小さくなるためスピッティングが低減する。ただし、この場合は、酸素ジェットの鋼浴への侵入深さが小さくなることにより脱炭反応効率が低下する。
【００３６】
（２）式において、上限を０．０４とするのは、０．０４を超えると、スピッティングの発生が顕著になるからである。下限は特に限定しないが、低くし過ぎると脱炭反応効率が低下するので、操業面における制約から自ずと定まる。
【００３７】
前記（４）式は、ランスの形状（ランスノズル孔直径ｄ、ランスノズル傾斜角θ0）とランスノズル先端における酸素ジェットの速度ｖ0、ならびに酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬおよびランスノズル下端と鋼浴面間の距離（すなわち、ランス高さ）ｈの間に成り立つ関係式を示す。本発明において、上吹きランスの高さｈを、（２）式または後述する(３)式を満足するように制御する場合、この（４）式の関係に基づいてランスの高さｈを調整することになる。例えば、ランスの形状を一定とした場合、酸素ジェットの速度ｖ0が一定であれば、上吹きランスの高さｈを高くすると、鋼浴の凹み深さＬは小さくなる。酸素ジェットの速度ｖ0が変わると、それに応じて上吹きランスの高さｈと鋼浴の凹み深さＬも変化するが、ランスの高さｈと鋼浴の凹み深さＬの相対的な関係は変わらない。
【００３８】
続いて、気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、カルシウムフェライトを含む精錬剤の残部を投入するとともに、上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御する。全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後においては、初期添加した精錬剤の溶融滓化が進行しカバースラグが十分に形成されており、（３）式を満たすようにＬ／Ｌ0を大きくして、酸素ジェットの鋼浴への侵入深さを大きくし、脱炭反応効率を高めて吹錬時間を短縮させる。カバースラグが十分に形成されているので、Ｌ／Ｌ0を大きくしてもスピッティングが増大することはない。なお、前述のように、（３）式の制御は（４）式の関係に基づいて行う。
【００３９】
（３）式において、下限を０．０７とするのは、０．０７未満では、脱炭反応効率が十分ではないからである。上限は特に限定しないが、高くし過ぎるとスピッティングが増大するので、その発生状況を監視しつつ適宜制御すればよい。Ｌ／Ｌ0の望ましい上限は、０．０９である。
【００４０】
前述のようにスラグ滓化促進のために精錬剤を２分割投入する場合は、この段階で、さらに、カルシウムフェライトを含む精錬剤の残部を投入する。
【００４１】
以上述べたように、本発明の溶鋼の製造方法は、予備脱りん処理を施した溶銑を、転炉内で脱炭処理して溶鋼とする際に、上吹きランスからの酸素の供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高速脱炭処理を行うことを前提として、当該脱炭処理時にカルシウムフェライトを所定割合で配合した精錬剤を初期投入するとともに、上吹きランスの高さを処理開始からの経過時間に応じて規定した方法である。この方法によれば、上吹き酸素の供給時間が９分以下という高能率で、しかも高い脱炭反応効率を維持しつつ、スピッティングの発生を抑制して転炉耐火物寿命を維持することができる転炉操業の実施が可能である。
【００４２】
従来技術では、例えば特許文献３に記載される方法のように、全吹錬時間の４０％経過後でなければ酸素の供給速度を上昇させることはできなかった。しかし、本発明では、吹錬の全期間を通して酸素の供給速度を高く維持しつつ、吹錬初期は上吹き酸素ジェットをソフトブローとし、吹錬中期以降はハードブローとする。これにより、脱炭吹錬中全処理時間に亘りスピッティングを抑制して、転炉耐火物寿命を低下させることなく、酸素供給速度を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとする高能率処理を行うことが可能となる。
【実施例】
【００４３】
本発明の溶鋼の製造方法を適用し、予備脱りん処理を施した溶銑に対して脱炭処理を行うに際し、カルシウムフェライト投入量およびＬ／Ｌ0（鋼浴深さＬ0（ｍｍ）に対する酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さＬ（ｍｍ）の比）を種々変化させながら脱炭吹錬を実施し、スピッティングの発生状況を調査した。
【００４４】
先ず、転炉型容器で溶銑脱りん処理を行った溶銑を３００ｔ／ｃｈの上底吹き転炉に装入した。この溶銑の化学組成は、Ｃ：３．４〜３．８％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．２５％、Ｐ：０．００１〜０．０１０％、Ｓ：０．００２〜０．０３％で、残部はＦｅとその他の不純物であった。
【００４５】
溶銑を装入後、底吹きガスとしてＣＯ2を溶銑１トン当たり０．０６〜０．１３Ｎｍ3／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、溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの範囲で溶銑への酸素の吹付けを行い、脱炭処理を開始した。この上吹き酸素流量は、この調査の各脱炭処理中において一定とした。
【００４６】
続いて、スラグ生成剤としてのＣａＯ含有物質（カルシウムフェライト、生石灰、軽焼ドロマイト）およびＳｉＯ2含有物質（珪石）を、気体酸素吹付け開始後３０秒以内に投入した。カルシウムフェライトとしては、前記表１に示した化学組成と同等の組成のものを使用した。
【００４７】
下記の表２に、この調査における各脱炭処理の具体的な条件およびスピッティングの発生状況をまとめて示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２において、「ＣａＯ含有物質」および「ＳｉＯ2含有物質」の欄の「初期添加」は、気体酸素吹付け開始後３０秒以内に投入したことを、「中期添加」は、気体酸素吹付け開始時点から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後であって、その５０％が経過する以前に投入したことを表す。なお、「中期添加」が０ｋｇ／ｔということは、精錬剤の全量を初期添加したことを意味する。
【００５０】
カルシウムフェライトの投入量は、精錬剤に含まれる酸化カルシウムのうち、カルシウムフェライトに由来する酸化鉄の比率（ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF／〔Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝＋ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF〕×１００）で表示される。この比率を、以下、「カルシウムフェライト投入比率」と記す。
【００５１】
カルシウムフェライトはＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3を主成分とするものであり、この調査では、Ｆｅ2Ｏ3はカルシウムフェライトのみに由来するので、カルシウムフェライト投入比率は前記（１）式のＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比と相関性を有している。実施例における各脱炭処理（実施例１〜１０）では、ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）比がいずれも５７〜７４％の規程範囲内に入るように調整した。比較例における各脱炭処理（比較例１〜１０）では、カルシウムフェライトの投入比率が低いため、この範囲から外れている。
【００５２】
実施例、および比較例の調査条件Ｂでは、脱炭処理の初期（気体酸素吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％まで、表２では「処理初期（≦３０％）」と表示）には、Ｌ／Ｌ0≦０．０４のソフトブローで、脱炭処理の後期（全気体酸素吹付け時間の３０％経過後から気体酸素吹付け終了まで、表２では「処理後期（＞３０％）」と表示）には、Ｌ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行った。一方、比較例の調査条件Ａでは、脱炭処理の全処理時間にわたりＬ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行った。
【００５３】
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、スピッティングによる飛散粒鉄量の少ないものから順に、スピッティングレベル１（スピッティングの発生なし）〜スピッティングレベル４（激しいスピッティングが発生）の４段階で評価した。スピッティングレベル１であれば良好とした。
【００５４】
表２に示したように、実施例、比較例（調査条件Ａ、Ｂ）を問わず、精錬剤の装入塩基度および投入量は本発明の規程を満たしており、酸素吹付け時間がいずれも９分以下で、高能率かつ高効率での脱炭処理が行われた。
【００５５】
スピッティングの発生状況は、比較例の調査条件Ａでは、脱炭処理の全処理時間にわたり激しいスピッティングの発生が観察された。カルシウムフェライトを投入しても、その投入比率が低いため、ＦｅtＯが（１）式を満たすことができず、初期スラグを低融点組成とすることができないため、十分なカバースラグが形成されなかったこと、および脱炭処理の全期間にわたりＬ／Ｌ0≧０．０７のハードブローで吹錬を行ったことによるものである。また、スピッティングにより、転炉内耐火物のうち、トラニオン部の溶損速度の増大が確認された。耐火物のメンテナンスが必要となり、高速送酸処理を行ったにもかかわらず、操業能率が低下する結果となった。
【００５６】
比較例の調査条件Ｂでは、カルシウムフェライトの投入比率が低く、カバースラグの形成が十分ではなかったため、脱炭処理の後期においては激しいスピッティングが認められたものの、初期におけるスピッティングの悪化は確認されなかった。比較例６のようにカルシウムフェライトを投入しなかった処理においても初期のスピッティングがなかったことから、ソフトブロー条件で処理を行ったことにより、スピッティングを抑制できたといえる。
【００５７】
これに対して、実施例では脱炭処理の初期、後期のいずれにおいてもスピッティングの悪化は確認されず、スピッティングを抑制しつつ高速処理を行うことができた。
【００５８】
表２に示したように、カルシウムフェライト投入比率（｛ＦｅtＯ／（ＣａＯ＋ＦｅtＯ）｝×１００（％））を５７〜７４％に調整して、所定質量のスラグ生成剤を所定時期に投入したことによって、比較例の調査条件Ｂにおいて発生した脱炭処理後期の激しいスピッティングを抑制することができていたと分かる。このとき、脱炭処理初期のＬ／Ｌ0は、比較例の調査条件Ｂに同じ、０．０４以下としていた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の溶鋼の製造方法によれば、予備脱りん処理後の脱炭処理において、上吹き酸素流量を溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎとして高能率化しても、スピッティングの発生を抑制することができ、しかも高い脱炭反応効率を維持できる。したがって、本発明の溶鋼の製造方法は、溶鋼を製造する際の脱炭処理において有効に利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから転炉内の溶銑に溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの気体酸素を吹き付けて脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、
カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなり、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した精錬剤を、総量で、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、
気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、前記精錬剤の一部または全部を、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、下記（１）式を満足するように投入するとともに、
上吹きランスの高さを、下記（２）式および（４）式を満足するように制御し、
気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、前記精錬剤の残部を投入するとともに、
上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御することを特徴とする溶鋼の製造方法。
５７≦｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝／［Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝
＋｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝］×１００≦７４ …（１）
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ （気体酸素吹付け開始後〜全気体酸素吹付け時間の３０％経過） …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ （全気体酸素吹付け時間の３０％経過後〜気体酸素吹付け終了）
…（３）
ｄｖ0ｃｏｓθ0＝１．２４（Ｌ＋ｈ）√Ｌ …（４）
ただし、Ｗ：初期投入する精錬剤の質量、（％ＦｅtＯ）：精錬剤中ＦｅＯ濃度，Ｆｅ2Ｏ3濃度，Ｆｅ3Ｏ4濃度の総和、（％ＣａＯ）：精錬剤中ＣａＯ濃度、添え字のＣＦはカルシウムフェライト、ｉは精錬剤の銘柄、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）、ｄ：ランスノズル孔直径（ｍｍ）、ｖ0：ランスノズル先端における酸素ジェットの速度（ｍ／ｓ）、θ0：ランスノズル傾斜角（ｒａｄ）、ｈ：ランス−鋼浴面間距離（ｍｍ）である。
【請求項１】
予備脱りん処理を施した溶銑を対象とし、上底吹き型転炉を用いて上吹きランスから転炉内の溶銑に溶銑１トン当たり４．０〜５．５Ｎｍ3／ｍｉｎの気体酸素を吹き付けて脱炭処理する溶鋼の製造方法であって、
カルシウムフェライトを含むＣａＯ含有物質とＳｉＯ2含有物質からなり、装入塩基度を３．０〜５．０に調整した精錬剤を、総量で、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜７０ｋｇとなるように添加することとし、
気体酸素の吹付け開始から３０秒以内に、前記精錬剤の一部または全部を、前記脱炭処理を施す対象の溶銑１トン当たり２０〜５０ｋｇで、かつ、下記（１）式を満足するように投入するとともに、
上吹きランスの高さを、下記（２）式および（４）式を満足するように制御し、
気体酸素の吹付け開始から全気体酸素吹付け時間の３０％が経過した後に、前記精錬剤の残部を投入するとともに、
上吹きランスの高さを、下記（３）式および（４）式を満足するように制御することを特徴とする溶鋼の製造方法。
５７≦｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝／［Σ｛Ｗi・（％ＣａＯ）i｝
＋｛ＷCF・（％ＦｅtＯ）CF｝］×１００≦７４ …（１）
Ｌ／Ｌ0≦０．０４ （気体酸素吹付け開始後〜全気体酸素吹付け時間の３０％経過） …（２）
Ｌ／Ｌ0≧０．０７ （全気体酸素吹付け時間の３０％経過後〜気体酸素吹付け終了）
…（３）
ｄｖ0ｃｏｓθ0＝１．２４（Ｌ＋ｈ）√Ｌ …（４）
ただし、Ｗ：初期投入する精錬剤の質量、（％ＦｅtＯ）：精錬剤中ＦｅＯ濃度，Ｆｅ2Ｏ3濃度，Ｆｅ3Ｏ4濃度の総和、（％ＣａＯ）：精錬剤中ＣａＯ濃度、添え字のＣＦはカルシウムフェライト、ｉは精錬剤の銘柄、Ｌ：酸素ジェットによる鋼浴の凹み深さ（ｍｍ）、Ｌ0：鋼浴深さ（ｍｍ）、ｄ：ランスノズル孔直径（ｍｍ）、ｖ0：ランスノズル先端における酸素ジェットの速度（ｍ／ｓ）、θ0：ランスノズル傾斜角（ｒａｄ）、ｈ：ランス−鋼浴面間距離（ｍｍ）である。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１８０５８２（Ｐ２０１２−１８０５８２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５９１６（Ｐ２０１１−４５９１６）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【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２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【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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