脱りん方法
【課題】攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができるようにする。
【解決手段】溶銑の脱りん処理を行うに際し、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義し、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行う。
【解決手段】溶銑の脱りん処理を行うに際し、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義し、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行う脱りん方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上底吹き転炉型精錬容器にて溶銑の脱りん処理を行う技術として、例えば、特許文献１〜特許文献３のものがある。
特許文献１では、Ｓｉを含有する溶銑を、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ；重量比）の値が１．５〜３．０の範囲であるスラグを用いて、上底吹き転炉で脱りん精錬するにあたり、底吹き攪拌力ΣεBottomの値を１．５〜３．４（ｋｗ／ｔｏｎ）の範囲とし、且つ、上吹き送酸速度ＱＯ2 gas と鉄鉱石供給による酸素分換算送酸速度ＱＯ2 ore の総和ΣＱＯ2 （Ｎｍ3 ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）の値を攪拌力の値に応じて、上吹き送酸形態によって決まる、吹錬期間中の（Ｌ／Ｌ0 ）の平均値（Ｌ／Ｌ0 ）の値を０．２５以下にしている。
【０００３】
特許文献２では、ガスの上底吹き機能を備えた転炉に保持した溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガスを上吹きしつつ炉底羽口から吹込むガスで該溶銑を撹拌して脱燐する溶銑の予備処理方法において、前記精錬剤の一部に粒度が２〜５ｍｍの焼結鉱を２０ｋｇ／ｔ以上用い、且つ該焼結鉱が溶銑中へ持ち込む酸素量が、Ａを焼結鉱の酸素含有量とし、Ｂを溶銑に吹き込む酸素ガス量としたとき、３０％≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００≦６０％を満足するようにしている。
【０００４】
特許文献３では、Ｓｉ含有量が０．３質量％以上の溶銑を転炉形式の炉においてＣａＯを主成分とする造滓剤と酸素を用いて脱りんする方法であって、造滓剤の平均粒径を１０ｍｍ以下とし、脱りん後のスラグの塩基度を質量％比で２．０以下としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２２５０６号公報
【特許文献２】特許３７０５１７０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９０１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、脱りん処理を行うに際して、底吹き攪拌力密度やＬ／Ｌ0について開示されているものの、脱珪外酸素量、生石灰の粒径は全く考慮されていない。また、特許文献２及び特許文献３では、脱りん処理を行うに際して、生石灰の粒径については開示されているものの、脱珪外酸素量、底吹き攪拌力密度は全く考慮されていない。
即ち、特許文献１〜特許文献３の技術を用いたとしても、脱りんに影響を与える攪拌動力密度、固体酸素比率、脱珪外酸素量、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を考慮していないため、溶銑のりん濃度［Ｐ］を所望とする値以下に確実にすることが難しいのが実情である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる脱りん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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行うに際し、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義して、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2とパラメータＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行う点にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】脱りん方法（脱りん工程）を含む製鋼工程を示した図である。
【図２】攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の脱りん方法（脱りん工程）を含む製鋼工程を示したものである。なお、以下の説明では、溶銑や溶鋼のことを溶湯として説明する。
図１に示すように、一般的に、製鋼工程においては、まず、高炉１から溶湯２を出湯した後、溶湯２を鍋１０等にて脱硫処理（脱硫工程）を行う。その後、溶湯２を転炉型精錬容器３に装入して溶湯２に対して脱りん処理（脱りん工程）を行い、その溶湯２を転炉４に装入して脱炭処理（脱炭工程）行うか、あるいは、脱りん終了後の溶湯２をスラグ排滓後に再び転炉型精錬容器３に装入して脱炭処理を行う。脱炭処理を行った溶湯２に対しては、脱ガスや成分調整を行う。
【００１２】
このように、本発明の脱りん方法は、転炉４にて脱炭処理（脱炭工程）を行う前に、脱炭処理を行う転炉４とは別あるいは同一の転炉型精錬容器３によって、主に、溶湯２に対して[Ｐ]を下げる脱りん処理を行うものである。
脱炭処理を行う転炉４は、上吹きランス５から気体酸素を溶湯２等に吹き込む上吹転炉であってもよいし、炉底の羽口６から気体酸素を吹き込む底吹転炉であってもいし、上吹きランス５から気体酸素、羽口６から気体酸素又は不活性ガスを吹き込む上底吹き転炉であってもよい。
【００１３】
脱りん処理を行う転炉型精錬容器３は、気体酸素を溶銑２に吹き込む上吹きランス７と炉底から酸素又は不活性ガスを溶銑２に吹き込むの羽口８を備えた上底吹き型であって、上吹きランス７からの気体酸素により酸素を供給し、羽口６からの酸素又は不活性ガスにより溶湯２を攪拌するものである。また、転炉型精錬容器３は、供給装置９を備えている。この供給装置９は、副原料[生石灰、固体酸素源（例えば、鉄鉱石・焼結鉱・ミルスケール）を供給するものであって、例えば、ホッパーやシュート等である。
【００１４】
なお、溶湯２の脱りん処理を行うにあたって、混銑車や取鍋を使用することも考えられるが、混銑車や取鍋ではフリーボードが小さいために、スロッピングが発生しやすくなる。このような場合は、スロッピング防止のために、気体酸素や固体酸素源（例えば、酸化鉄）の供給速度を転炉型精錬容器３に比べて遅くする必要があり、処理時間が長くなる。そのため、本発明では、混銑車や取鍋を用いずに、転炉型精錬容器３によって脱りん処理を行うものを対象としている。
【００１５】
以下、本発明の脱りん処理について詳しく説明する。
[処理中に投入する酸素量について]
さて、脱りん処理の際に酸素を供給すると、脱りん反応の前に優先的に脱珪反応が起こる。そこで、本発明では、脱りん処理において脱りん反応よりも優先して脱珪反応が起こり当該脱珪反応により酸素が使用されるため、このような脱珪反応（脱珪処理）にて使用される酸素を除いた量を考慮することにしている。即ち、本発明では、まず、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺ（Ｚ＝ＸＹ）と定義している。そして定義したパラメータＺと、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2（以降、説明の便宜上、脱Ｓｉ外酸素量又は脱珪外酸素量ということがある）との関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たすように、底吹き攪拌動力密度Ｘ、固体酸素比率Ｙ、脱珪外酸素量ＧO2を調整している。
【００１６】
脱りん反応（脱りん処理）を考えたとき、底吹き攪拌動力密度Ｘは重要な要素である。例えば、底吹き攪拌動力密度Ｘが小さ過ぎると、スラグ−溶銑浴面への燐の物質移動が遅れと共に、スラグ中での生石灰の拡散速度が遅くなるため、生石灰の滓化が遅れて脱りん反応に支障を来すことがある。
一方で、底吹き攪拌動力密度Ｘが大き過ぎると、スラグと溶銑中の炭素との反応が進み過ぎ、スラグ中のＦｅＯ（酸化度）が低下してりん濃度[Ｐ]を低下させるための酸化源が不足すると共に、生石灰の滓化が遅れて底吹き攪拌動力密度Ｘが低すぎる場合と同様に脱りん反応に支障を来すことがある。
【００１７】
このように、底吹き攪拌動力密度Ｘは、脱りん反応に様々な影響を及ぼすことから、発明者は、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2を求めるにあたっては重要なパラメータとして用いた。
また、脱りん処理を考えたとき、底吹き動力攪拌動力密度Ｘの他に固体酸素比率Ｙも重要な要素である。脱りん処理のために固体酸素源ではなく気体酸素を吹き込んだ場合、例えば、一部の気体酸素は転炉型精錬容器３のＣＯガスと反応してＣＯ2ガスとなり脱りん反応に寄与しない場合もある。また、気体酸素が溶銑浴面に衝突する部分では、酸素ジェットの強力な衝突圧のため酸素ジェットと溶銑とが直接接触する高温領域（点火領域）が形成されて、その点火領域では脱りん反応が起こらない。ここで、点火領域を作らない方法として特開２００４−１１５９１０号公報に記載されているような遮断吹錬法があるが、このような方法では上吹きランスの高さと酸素流量とを厳密に制御する必要があり、１ヒート毎に溶銑の装入量や転炉型精錬容器３内に付着した地金等の付着状況が変化する操業では、上吹きランスの高さと酸素流量とを厳密に制御することは難しいことがある。
【００１８】
上述した理由から溶銑に酸素を供給するに際しては、気体酸素の代わりに固体酸素源を供給することが好ましいと考えられるが、気体酸素は吹き込むことによりスラグの巻き込みを発生させて脱りん反応を促進させることも期待できる。そのため、脱りん処理においては、固体酸素源と気体酸素との両方を供給することが好ましく、脱りん反応を促進させる気体酸素の作用を考慮すると、固体酸素源と気体酸素とのバランス、即ち、固体酸素比率Ｙも重要である。
【００１９】
このように、気体酸素と固体酸素源とは、脱りん反応に様々な影響を及ぼすことから、発明者は、気体酸素と固体酸素源の供給比率を示す固体酸素比率Ｙを、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2を求めるにあたっては重要なパラメータとして用いた。
そして、発明者は、脱りん反応に様々な影響を及ぼす底吹き攪拌動力密度Ｘと固体酸素比率Ｙとの両者の積（ＸＹ）をパラメータＺとした。底吹き攪拌動力密度Ｘと固体酸素比率Ｙとも、その値を変化させるとスラグの酸化度合いが変化するため、このパラメータＺは、「スラグの酸化度合いを表すパラメータ」とも言える。
【００２０】
即ち、同一の脱Ｓｉ外酸素量ＧO2でもスラグの酸化度合い（Ｚ）によって脱りん能が変化するため、脱りん処理後のりん濃度[Ｐ]が変化する。このため、スラグの酸化度合いを示すパラメータＺに応じて必要な酸素量（脱珪外酸素量）を規定することは非常に有意義なことである。
そこで、発明者は、スラグの酸化度とも言えるパラメータＺを様々な実験等によって整理し、脱りん処理後の溶銑のりん濃度[Ｐ]を０．０２５質量％以下にするためには、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とすれば良いことを見出した。
【００２１】
ここで、脱Ｓｉ外酸素量の上限値は規定していないが、あまりにも酸素量（脱Ｓｉ外酸素量）が多過ぎる場合には、脱りん処理後の[Ｃ]が下がり過ぎ、脱炭処理における熱尤度が無くなる恐れがある。脱炭処理における熱尤度が無くなると、脱炭処理において炭素やＦｅＳｉ等の昇熱材を投入しなければならずコストが増大する。また、あまりにも酸素量（脱Ｓｉ外酸素量）が多過ぎる場合には、脱りん処理においてスロッピングが生じやすくなり、歩留まり低下の要因になる。具体的には、本発明が対象としているような、処理後りん目標が低くない一般的な鋼種では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2が１３Ｎｍ3／ｔ以下で充分である。これ以上の酸素量となると脱りんの観点からは問題ないが、熱尤度の問題や、酸素量アップによる処理時間の増大等の不具合が多くなり、もはや効率的な脱りんとは言えなくなる。
【００２２】
そのため、この実施形態では、脱珪外酸素量ＧO2の上限を１３Ｎｍ3／ｔとして実験を実施した。
脱Ｓｉ外酸素量ＧO2は、式（１）により求めることができる。式（１）に示される固体酸素源量（Ｖ02(i)）は、全ての副原料に含まれる固体酸素源量（Ｖ02(S)）、即ち、脱りん処理で供給する固体酸素源の総量を示したものであり、式（２）により求めることができる。また、固体酸素源には、２価の酸化鉄（ＦｅＯ）及び３価の酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が含まれるために、式（３）により、全酸化鉄中の３価の酸化鉄の濃度を求め、その値を、式（２）に代入することにより、固体酸素源の総量を求めることとしている。
【００２３】
【数１】
【００２４】
【数２】
【００２５】
なお、ＦｅＯとＦｅ2Ｏ3との分析方法、即ち、求め方は、まず、ＩＣＰ発光分析法において、全鉄濃度(％Ｔ．Ｆｅ）を求め、臭素メタノール法により、金属鉄濃度(％Ｍ．Ｆｅ)をＪＩＳＭ８７１３の方法により求める。また、臭素メタノール法の残査より、ＥＤＴＡ２Ｎａ溶液により、（％ＦｅＯ）をＪＩＳＭ８７１２の方法により求めた。ここで、ＦｅＯとＦｅ2Ｏ3の求め方を説明しているが、この方法は、当業者常法通りである。
【００２６】
上述した固体酸素比率Ｙは、式（４）で示される固体酸素源の総量（固体酸素量Ｖ02(s)）と、上吹きランス７により供給した気体酸素量とを合わせた合計酸素供給量のうち、固体酸素源量の割合を示したもので、例えば、式（５）により求めることができる。
【００２７】
【数３】
【００２８】
また、上述した底吹き攪拌動力密度Ｘを求めるにあたっては、森ら(鉄と鋼６７(１９８１),６７２頁)によって提唱された式、中西ら(鉄と鋼６８(１９８２),Ａ１４頁)、によって提唱された式があるが、本発明では、式（６）に示すように、森の式を用いた。
【００２９】
【数４】
【００３０】
式（６）において、鋼浴深さｈ0は、浴の深さＬ0と同じである（ｈ0＝Ｌ0）。また、式（６）の溶銑温度は、脱りん処理前と脱りん処理後とを測定して、その平均とした。式（６）のηは、０．０６とした（η＝０．０６）。
[生石灰の粒径について]
さて、脱りん反応は、便宜上、２［Ｐ］＋５（ＦｅＯ）＋３（ＣａＯ）→３（ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5）＋５Ｆｅと示されるように、酸素とＣａＯが必要である。このＣａＯが脱りん反応に寄与するためには、スラグ中に溶融する必要があるが、ＣａＯの融点は文献によって異なるが、２６００℃程度であり処理温度よりも非常に高い。このＣａＯの供給源としては生石灰が一般的であるが、生石灰は大部分ＣａＯからなるため、溶融し難い。従来の技術では、例えば、特開平０３−１２２２０９号公報や特開２００３-１２９１２号公報などに示されるように、蛍石やアルカリ金属酸化物等の融点降下剤を使用することにより、生石灰の融点を下げて溶融し易いようにしていた。このように蛍石等を使用した場合、脱りん処理にて生成したスラグ中には、環境上基準が制限されているフッ素が多く含まれることになり、当該スラグを精錬以外のもの（舗装材や建材等）に使用する際には、スラグの再利用先が制限されるという問題が生じる。
【００３１】
そのため、本発明によれば、従来のように、環境上基準が制限されているフッ素が含まれる融点降下剤を使用しなくても、生石灰が溶融し易いように、生石灰の粒径を小さくしている。具体的には、生石灰の粒径を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下としている。なお、生石灰の粒径は、ＪＩＳＺ８８０１に準拠している篩を用いて判別した。
生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいと、生石灰を投入した際に、転炉型精錬容器からの上昇気流により飛散したり、炉体の上に設けたガス回収のための集塵機に吸い込まれることがある。即ち、生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいと、溶湯２の浴面に到達する生石灰の量が少なくなり、生石灰の歩留が低下する。
【００３２】
生石灰の粒径が４０ｍｍを超えてしまうと、生石灰が溶け難くなってしまうことから、生石灰の粒径は、４０ｍｍ以下としている。
なお、生石灰を溶湯２に供給する方法として、特開昭６３−１９９８１５号公報や特開２００５−２７２８８３号公報に示されているように、インジェクションやブラスティングを用いることによって集塵機に吸い込まれることなく粒径の小さい生石灰を投入することができるが、これらの設備を用いると大掛かりなものとなり、大規模な設備投資が必要となることから、本発明では、生石灰の供給は、炉体の上方から供給装置９等によるものを対象としている。
【００３３】
[溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比について]
溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比は、気体酸素の強さを示す指標であり、脱りん処理などでは吹錬状況の指標として良く用いられる。言い換えれば、Ｌは、吹錬時、即ち、上吹きランス４から溶銑２に向けて酸素を吹き込んだ際の溶湯の凹み深さであり、Ｌ0は、非吹錬時、即ち、上吹きランス４から溶湯に向けて酸素を吹き込んでない状態での浴深さである。溶湯の凹み深さＬと、上吹きランス４から酸素を吹き込んだ際の酸素流量との関係は、式（７）で求められる。この式（７）は、「鉄冶金反応工学」［改訂新版］２版 瀬川清著 日刊工業新聞刊９４頁（５．５）に記載されている一般的な式である。
【００３４】
【数５】
【００３５】
なお、式（７）で示されるノズル係数ｋは、特許第２７３６５５５号公報の図１０を用いて上吹きランス４のノズル孔角度と、ノズル孔数との関係から求めた。この実施形態では、６孔の１５°の上吹きランス７であり、ノズル係数ｋは、１．３１とした。Ｌ0は、特公平４−８１７３４公報等に開示されたマイクロ波レベル計を用いて、空炉での炉底高さ及び溶湯２装入後の湯面高さを測定して、その差で浴深さを求めた。
【００３６】
Ｌ／Ｌ0が大きく、溶湯２に対する気体酸素の衝突圧が強すぎると、脱りん反応が起こりにくい火点領域が大きくなるために、脱りん効率が低下する。また、気体酸素の衝突圧が強すぎると、[Ｃ]＋１／２Ｏ2→ＣＯに示される反応が優勢となり、脱りん効率が低下する。
そのため、本発明では、気体酸素を供給するにあたっては、脱りん効率が低下しないように、気体酸素の衝突圧が小さいソフトブローにて気体酸素を吹き込むこととしている。具体的には、Ｌ／Ｌ0が０．０１以上０．２０以下となる範囲にて、気体酸素を供給することにより上述したソフトブローを行っている。ここで、Ｌ／Ｌ0が０．２０よりも大きくなると、もはやソフトブローとは言えず、気体酸素の衝突圧が強くなるため、上述した理由により脱りん効率は低下する。
【００３７】
Ｌ／Ｌ0が０．０１未満であると、気体酸素の吹き込みが弱すぎるため、例えば、多くの気体酸素が溶湯２の浴面に達する前に、炉内のＣＯガスと反応し(所謂２次燃焼)、スラグ中の酸化鉄量が少なくなり、脱りん効率が低下する。また、Ｌ／Ｌ0が０．０１未満であると、気体酸素の吹き込みが弱すぎるため、気体酸素の衝突圧によるスラグと溶湯の混合が少なくなるため、反応界面積が小さくなり、結果として脱りん効率が低下する。
【００３８】
[溶湯（溶銑）の温度について]
脱りん反応は、同一のスラグ組成である場合には、低温である方が平衡りん濃度が低くなり、反応が進行し易いという特徴があり、脱りん処理終了後の溶銑温度が高い場合には脱りん効率の低下に繋がることから、本発明では、脱りん処理終了後における溶銑温度の上限値を１３４０℃としている。一方で、脱りん処理において、溶銑温度があまりにも低く低温である場合、スラグ中の石灰（ＣａＯ）の飽和溶解度が低下し、その結果、石灰の滓化が遅れることになる。このような場合も脱りん効率の低下を招くことから、本発明では、脱りん処理終了後における溶銑温度の下限値を１２８０℃としている。
【００３９】
表１は、実施条件を示したものである。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、脱りん処理は、２５０ｔｏｎクラスの上底吹き型の転炉型精錬容器にて行った。上吹きにおいては、孔数が６個、孔直径５５ｍｍ、孔角度１５°の上吹きランスを用いた。底吹きガスはＮ2ガスとした。Ｎ2ガスを吹き込む羽口８は、一層環状管（ガスが吹き出す箇所が環型となっているもの）とし、その個数は４個とした。
転炉型精錬炉に装入した溶湯（溶銑）において、[Ｃ]＝４．２〜４．６質量％、[Ｓｉ]＝０．２〜０．４質量％、[Ｍｎ]＝０．２〜０．４質量％、[Ｐ]＝０．１００〜０．１３０質量％とした。ＨＭＲ（溶銑比）は、当業者常法の配合計算により決定した。
【００４２】
副原料は、転炉型精錬容器内に溶銑、スクラップを投入した後に、供給装置９により全量投入した。脱りん処理に必要なＣａＯ量は、当業者常法の副原料制御により決定し、塩基度は１．５〜２．５に設定した。脱りん処理において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値を０．０１０質量％とした。副原料は、鉄鉱石（０．１９１Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）、焼結鉱（０．１７７Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）、ミルスケール（０．１４５Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）を使用し、当業者常法通りに投入した。
【００４３】
表２、表３は、表１の実施条件に基づいて脱りん処理を行った実施例及び比較例とをまとめたものである。表２〜表４は、本発明の脱りん方法にて処理を行った実施例と、本発明の脱りん方法とは異なる方法にて処理を行った比較例とをまとめたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
生石灰の粒径において、最大粒径４０ｍｍ、最小粒径５ｍｍである場合は、すべての粒子が呼び寸法が４０ｍｍより下で４０ｍｍにもっとも近い３７．５ｍｍのふるい下（すべての粒子が通過する）となり、且つ、呼び寸法が５ｍｍより上で５ｍｍにもっとも近い５．６ｍｍのふるい上（すべての粒子が通過しない）になる。つまり、実施例及び比較例において、５．６ｍｍ篩下比率の欄には残ってしまった粒子を％で示し、３７．５ｍｍ篩上比率の欄にも残ってしまった粒子を％で示した。実施例及び比較例では、気体酸素の量を気酸量として示し、固体酸素源の量を固酸量として示した。表中の下限酸素量は、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５の値を示している。
【００４８】
実施例１〜実施例１８では、脱珪外酸素量（脱Ｓｉ外酸素）が下限酸素量を上回っていて、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満足するものとなっている。即ち、図２に示すように、実施例１〜１８では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとを示すプロット点が、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たすエリアＡにあるものとなっている。
【００４９】
また、実施例では、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし（生石灰の欄）、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０とし（Ｌ／Ｌ０の欄）、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として（処理後温度の欄）としている。そのため、脱りん処理後に汎用鋼で必要とされる［Ｐ］を０．０２５質量％以下にすることができた（実験結果の欄、評価「○」）。なお、汎用鋼において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値が０．０２５質量％であるということは、特開２００１−９８３１４号公報等に記載されているように極めて一般的なことである。
【００５０】
一方、比較例１９〜比較例２９では、脱珪外酸素量（脱Ｓｉ外酸素）が下限酸素量を下回っていて、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たさないするものとなっている。即ち、図２に示すように、比較例１９〜比較例２９では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとを示すプロット点が、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たさないエリアＢにあるものとなっている。
【００５１】
そのため、この比較例では、脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
比較例３０〜比較例３２では、生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいために、溶湯２の浴面に到達する生石灰の量が少ないために脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。比較例３３〜比較例３４では、生石灰の粒径が４０ｍｍを超えて大きいために、生石灰が溶け難くスラグの滓化性が低下するため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。また、比較例３５では、粒径が５ｍｍ未満の生石灰や粒径が４０ｍｍを超える生石灰を用いたため、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５２】
比較例３６〜比較例３８では、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比が０．０１未満で小さく気体酸素の吹き込みが弱すぎるため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。比較例３９〜比較例４１では、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比が０．２よりも大きく気体酸素の吹き込みが強すぎるため、もはやソフトブローとは言えない状況下である。そのため、脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５３】
比較例４２〜比較例４３では、脱りん処理後の溶銑温度が１２８０℃未満であって当該溶銑温度が低すぎるために生石灰の滓化性が悪くなり、スラグの塩基度が低下してスラグの脱りん能が低下してしまうため、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
比較例４４〜比較例４７では、脱りん処理後の溶銑温度が１３４０℃よりも高いため、脱りん処理での温度が高すぎるため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５４】
以上のように、本発明では、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量ＧO2との関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１ 高炉
２ 溶湯（溶銑、溶鋼）
３ 転炉型精錬容器
４ 転炉
５ 上吹きランス
６ 羽口
７ 上吹きランス
８ 羽口
９ 供給装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行う脱りん方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上底吹き転炉型精錬容器にて溶銑の脱りん処理を行う技術として、例えば、特許文献１〜特許文献３のものがある。
特許文献１では、Ｓｉを含有する溶銑を、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ；重量比）の値が１．５〜３．０の範囲であるスラグを用いて、上底吹き転炉で脱りん精錬するにあたり、底吹き攪拌力ΣεBottomの値を１．５〜３．４（ｋｗ／ｔｏｎ）の範囲とし、且つ、上吹き送酸速度ＱＯ2 gas と鉄鉱石供給による酸素分換算送酸速度ＱＯ2 ore の総和ΣＱＯ2 （Ｎｍ3 ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）の値を攪拌力の値に応じて、上吹き送酸形態によって決まる、吹錬期間中の（Ｌ／Ｌ0 ）の平均値（Ｌ／Ｌ0 ）の値を０．２５以下にしている。
【０００３】
特許文献２では、ガスの上底吹き機能を備えた転炉に保持した溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガスを上吹きしつつ炉底羽口から吹込むガスで該溶銑を撹拌して脱燐する溶銑の予備処理方法において、前記精錬剤の一部に粒度が２〜５ｍｍの焼結鉱を２０ｋｇ／ｔ以上用い、且つ該焼結鉱が溶銑中へ持ち込む酸素量が、Ａを焼結鉱の酸素含有量とし、Ｂを溶銑に吹き込む酸素ガス量としたとき、３０％≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００≦６０％を満足するようにしている。
【０００４】
特許文献３では、Ｓｉ含有量が０．３質量％以上の溶銑を転炉形式の炉においてＣａＯを主成分とする造滓剤と酸素を用いて脱りんする方法であって、造滓剤の平均粒径を１０ｍｍ以下とし、脱りん後のスラグの塩基度を質量％比で２．０以下としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２２５０６号公報
【特許文献２】特許３７０５１７０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９０１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、脱りん処理を行うに際して、底吹き攪拌力密度やＬ／Ｌ0について開示されているものの、脱珪外酸素量、生石灰の粒径は全く考慮されていない。また、特許文献２及び特許文献３では、脱りん処理を行うに際して、生石灰の粒径については開示されているものの、脱珪外酸素量、底吹き攪拌力密度は全く考慮されていない。
即ち、特許文献１〜特許文献３の技術を用いたとしても、脱りんに影響を与える攪拌動力密度、固体酸素比率、脱珪外酸素量、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を考慮していないため、溶銑のりん濃度［Ｐ］を所望とする値以下に確実にすることが難しいのが実情である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる脱りん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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行うに際し、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義して、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2とパラメータＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行う点にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】脱りん方法（脱りん工程）を含む製鋼工程を示した図である。
【図２】攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の脱りん方法（脱りん工程）を含む製鋼工程を示したものである。なお、以下の説明では、溶銑や溶鋼のことを溶湯として説明する。
図１に示すように、一般的に、製鋼工程においては、まず、高炉１から溶湯２を出湯した後、溶湯２を鍋１０等にて脱硫処理（脱硫工程）を行う。その後、溶湯２を転炉型精錬容器３に装入して溶湯２に対して脱りん処理（脱りん工程）を行い、その溶湯２を転炉４に装入して脱炭処理（脱炭工程）行うか、あるいは、脱りん終了後の溶湯２をスラグ排滓後に再び転炉型精錬容器３に装入して脱炭処理を行う。脱炭処理を行った溶湯２に対しては、脱ガスや成分調整を行う。
【００１２】
このように、本発明の脱りん方法は、転炉４にて脱炭処理（脱炭工程）を行う前に、脱炭処理を行う転炉４とは別あるいは同一の転炉型精錬容器３によって、主に、溶湯２に対して[Ｐ]を下げる脱りん処理を行うものである。
脱炭処理を行う転炉４は、上吹きランス５から気体酸素を溶湯２等に吹き込む上吹転炉であってもよいし、炉底の羽口６から気体酸素を吹き込む底吹転炉であってもいし、上吹きランス５から気体酸素、羽口６から気体酸素又は不活性ガスを吹き込む上底吹き転炉であってもよい。
【００１３】
脱りん処理を行う転炉型精錬容器３は、気体酸素を溶銑２に吹き込む上吹きランス７と炉底から酸素又は不活性ガスを溶銑２に吹き込むの羽口８を備えた上底吹き型であって、上吹きランス７からの気体酸素により酸素を供給し、羽口６からの酸素又は不活性ガスにより溶湯２を攪拌するものである。また、転炉型精錬容器３は、供給装置９を備えている。この供給装置９は、副原料[生石灰、固体酸素源（例えば、鉄鉱石・焼結鉱・ミルスケール）を供給するものであって、例えば、ホッパーやシュート等である。
【００１４】
なお、溶湯２の脱りん処理を行うにあたって、混銑車や取鍋を使用することも考えられるが、混銑車や取鍋ではフリーボードが小さいために、スロッピングが発生しやすくなる。このような場合は、スロッピング防止のために、気体酸素や固体酸素源（例えば、酸化鉄）の供給速度を転炉型精錬容器３に比べて遅くする必要があり、処理時間が長くなる。そのため、本発明では、混銑車や取鍋を用いずに、転炉型精錬容器３によって脱りん処理を行うものを対象としている。
【００１５】
以下、本発明の脱りん処理について詳しく説明する。
[処理中に投入する酸素量について]
さて、脱りん処理の際に酸素を供給すると、脱りん反応の前に優先的に脱珪反応が起こる。そこで、本発明では、脱りん処理において脱りん反応よりも優先して脱珪反応が起こり当該脱珪反応により酸素が使用されるため、このような脱珪反応（脱珪処理）にて使用される酸素を除いた量を考慮することにしている。即ち、本発明では、まず、処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺ（Ｚ＝ＸＹ）と定義している。そして定義したパラメータＺと、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2（以降、説明の便宜上、脱Ｓｉ外酸素量又は脱珪外酸素量ということがある）との関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たすように、底吹き攪拌動力密度Ｘ、固体酸素比率Ｙ、脱珪外酸素量ＧO2を調整している。
【００１６】
脱りん反応（脱りん処理）を考えたとき、底吹き攪拌動力密度Ｘは重要な要素である。例えば、底吹き攪拌動力密度Ｘが小さ過ぎると、スラグ−溶銑浴面への燐の物質移動が遅れと共に、スラグ中での生石灰の拡散速度が遅くなるため、生石灰の滓化が遅れて脱りん反応に支障を来すことがある。
一方で、底吹き攪拌動力密度Ｘが大き過ぎると、スラグと溶銑中の炭素との反応が進み過ぎ、スラグ中のＦｅＯ（酸化度）が低下してりん濃度[Ｐ]を低下させるための酸化源が不足すると共に、生石灰の滓化が遅れて底吹き攪拌動力密度Ｘが低すぎる場合と同様に脱りん反応に支障を来すことがある。
【００１７】
このように、底吹き攪拌動力密度Ｘは、脱りん反応に様々な影響を及ぼすことから、発明者は、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2を求めるにあたっては重要なパラメータとして用いた。
また、脱りん処理を考えたとき、底吹き動力攪拌動力密度Ｘの他に固体酸素比率Ｙも重要な要素である。脱りん処理のために固体酸素源ではなく気体酸素を吹き込んだ場合、例えば、一部の気体酸素は転炉型精錬容器３のＣＯガスと反応してＣＯ2ガスとなり脱りん反応に寄与しない場合もある。また、気体酸素が溶銑浴面に衝突する部分では、酸素ジェットの強力な衝突圧のため酸素ジェットと溶銑とが直接接触する高温領域（点火領域）が形成されて、その点火領域では脱りん反応が起こらない。ここで、点火領域を作らない方法として特開２００４−１１５９１０号公報に記載されているような遮断吹錬法があるが、このような方法では上吹きランスの高さと酸素流量とを厳密に制御する必要があり、１ヒート毎に溶銑の装入量や転炉型精錬容器３内に付着した地金等の付着状況が変化する操業では、上吹きランスの高さと酸素流量とを厳密に制御することは難しいことがある。
【００１８】
上述した理由から溶銑に酸素を供給するに際しては、気体酸素の代わりに固体酸素源を供給することが好ましいと考えられるが、気体酸素は吹き込むことによりスラグの巻き込みを発生させて脱りん反応を促進させることも期待できる。そのため、脱りん処理においては、固体酸素源と気体酸素との両方を供給することが好ましく、脱りん反応を促進させる気体酸素の作用を考慮すると、固体酸素源と気体酸素とのバランス、即ち、固体酸素比率Ｙも重要である。
【００１９】
このように、気体酸素と固体酸素源とは、脱りん反応に様々な影響を及ぼすことから、発明者は、気体酸素と固体酸素源の供給比率を示す固体酸素比率Ｙを、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2を求めるにあたっては重要なパラメータとして用いた。
そして、発明者は、脱りん反応に様々な影響を及ぼす底吹き攪拌動力密度Ｘと固体酸素比率Ｙとの両者の積（ＸＹ）をパラメータＺとした。底吹き攪拌動力密度Ｘと固体酸素比率Ｙとも、その値を変化させるとスラグの酸化度合いが変化するため、このパラメータＺは、「スラグの酸化度合いを表すパラメータ」とも言える。
【００２０】
即ち、同一の脱Ｓｉ外酸素量ＧO2でもスラグの酸化度合い（Ｚ）によって脱りん能が変化するため、脱りん処理後のりん濃度[Ｐ]が変化する。このため、スラグの酸化度合いを示すパラメータＺに応じて必要な酸素量（脱珪外酸素量）を規定することは非常に有意義なことである。
そこで、発明者は、スラグの酸化度とも言えるパラメータＺを様々な実験等によって整理し、脱りん処理後の溶銑のりん濃度[Ｐ]を０．０２５質量％以下にするためには、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とすれば良いことを見出した。
【００２１】
ここで、脱Ｓｉ外酸素量の上限値は規定していないが、あまりにも酸素量（脱Ｓｉ外酸素量）が多過ぎる場合には、脱りん処理後の[Ｃ]が下がり過ぎ、脱炭処理における熱尤度が無くなる恐れがある。脱炭処理における熱尤度が無くなると、脱炭処理において炭素やＦｅＳｉ等の昇熱材を投入しなければならずコストが増大する。また、あまりにも酸素量（脱Ｓｉ外酸素量）が多過ぎる場合には、脱りん処理においてスロッピングが生じやすくなり、歩留まり低下の要因になる。具体的には、本発明が対象としているような、処理後りん目標が低くない一般的な鋼種では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2が１３Ｎｍ3／ｔ以下で充分である。これ以上の酸素量となると脱りんの観点からは問題ないが、熱尤度の問題や、酸素量アップによる処理時間の増大等の不具合が多くなり、もはや効率的な脱りんとは言えなくなる。
【００２２】
そのため、この実施形態では、脱珪外酸素量ＧO2の上限を１３Ｎｍ3／ｔとして実験を実施した。
脱Ｓｉ外酸素量ＧO2は、式（１）により求めることができる。式（１）に示される固体酸素源量（Ｖ02(i)）は、全ての副原料に含まれる固体酸素源量（Ｖ02(S)）、即ち、脱りん処理で供給する固体酸素源の総量を示したものであり、式（２）により求めることができる。また、固体酸素源には、２価の酸化鉄（ＦｅＯ）及び３価の酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が含まれるために、式（３）により、全酸化鉄中の３価の酸化鉄の濃度を求め、その値を、式（２）に代入することにより、固体酸素源の総量を求めることとしている。
【００２３】
【数１】
【００２４】
【数２】
【００２５】
なお、ＦｅＯとＦｅ2Ｏ3との分析方法、即ち、求め方は、まず、ＩＣＰ発光分析法において、全鉄濃度(％Ｔ．Ｆｅ）を求め、臭素メタノール法により、金属鉄濃度(％Ｍ．Ｆｅ)をＪＩＳＭ８７１３の方法により求める。また、臭素メタノール法の残査より、ＥＤＴＡ２Ｎａ溶液により、（％ＦｅＯ）をＪＩＳＭ８７１２の方法により求めた。ここで、ＦｅＯとＦｅ2Ｏ3の求め方を説明しているが、この方法は、当業者常法通りである。
【００２６】
上述した固体酸素比率Ｙは、式（４）で示される固体酸素源の総量（固体酸素量Ｖ02(s)）と、上吹きランス７により供給した気体酸素量とを合わせた合計酸素供給量のうち、固体酸素源量の割合を示したもので、例えば、式（５）により求めることができる。
【００２７】
【数３】
【００２８】
また、上述した底吹き攪拌動力密度Ｘを求めるにあたっては、森ら(鉄と鋼６７(１９８１),６７２頁)によって提唱された式、中西ら(鉄と鋼６８(１９８２),Ａ１４頁)、によって提唱された式があるが、本発明では、式（６）に示すように、森の式を用いた。
【００２９】
【数４】
【００３０】
式（６）において、鋼浴深さｈ0は、浴の深さＬ0と同じである（ｈ0＝Ｌ0）。また、式（６）の溶銑温度は、脱りん処理前と脱りん処理後とを測定して、その平均とした。式（６）のηは、０．０６とした（η＝０．０６）。
[生石灰の粒径について]
さて、脱りん反応は、便宜上、２［Ｐ］＋５（ＦｅＯ）＋３（ＣａＯ）→３（ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5）＋５Ｆｅと示されるように、酸素とＣａＯが必要である。このＣａＯが脱りん反応に寄与するためには、スラグ中に溶融する必要があるが、ＣａＯの融点は文献によって異なるが、２６００℃程度であり処理温度よりも非常に高い。このＣａＯの供給源としては生石灰が一般的であるが、生石灰は大部分ＣａＯからなるため、溶融し難い。従来の技術では、例えば、特開平０３−１２２２０９号公報や特開２００３-１２９１２号公報などに示されるように、蛍石やアルカリ金属酸化物等の融点降下剤を使用することにより、生石灰の融点を下げて溶融し易いようにしていた。このように蛍石等を使用した場合、脱りん処理にて生成したスラグ中には、環境上基準が制限されているフッ素が多く含まれることになり、当該スラグを精錬以外のもの（舗装材や建材等）に使用する際には、スラグの再利用先が制限されるという問題が生じる。
【００３１】
そのため、本発明によれば、従来のように、環境上基準が制限されているフッ素が含まれる融点降下剤を使用しなくても、生石灰が溶融し易いように、生石灰の粒径を小さくしている。具体的には、生石灰の粒径を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下としている。なお、生石灰の粒径は、ＪＩＳＺ８８０１に準拠している篩を用いて判別した。
生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいと、生石灰を投入した際に、転炉型精錬容器からの上昇気流により飛散したり、炉体の上に設けたガス回収のための集塵機に吸い込まれることがある。即ち、生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいと、溶湯２の浴面に到達する生石灰の量が少なくなり、生石灰の歩留が低下する。
【００３２】
生石灰の粒径が４０ｍｍを超えてしまうと、生石灰が溶け難くなってしまうことから、生石灰の粒径は、４０ｍｍ以下としている。
なお、生石灰を溶湯２に供給する方法として、特開昭６３−１９９８１５号公報や特開２００５−２７２８８３号公報に示されているように、インジェクションやブラスティングを用いることによって集塵機に吸い込まれることなく粒径の小さい生石灰を投入することができるが、これらの設備を用いると大掛かりなものとなり、大規模な設備投資が必要となることから、本発明では、生石灰の供給は、炉体の上方から供給装置９等によるものを対象としている。
【００３３】
[溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比について]
溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比は、気体酸素の強さを示す指標であり、脱りん処理などでは吹錬状況の指標として良く用いられる。言い換えれば、Ｌは、吹錬時、即ち、上吹きランス４から溶銑２に向けて酸素を吹き込んだ際の溶湯の凹み深さであり、Ｌ0は、非吹錬時、即ち、上吹きランス４から溶湯に向けて酸素を吹き込んでない状態での浴深さである。溶湯の凹み深さＬと、上吹きランス４から酸素を吹き込んだ際の酸素流量との関係は、式（７）で求められる。この式（７）は、「鉄冶金反応工学」［改訂新版］２版 瀬川清著 日刊工業新聞刊９４頁（５．５）に記載されている一般的な式である。
【００３４】
【数５】
【００３５】
なお、式（７）で示されるノズル係数ｋは、特許第２７３６５５５号公報の図１０を用いて上吹きランス４のノズル孔角度と、ノズル孔数との関係から求めた。この実施形態では、６孔の１５°の上吹きランス７であり、ノズル係数ｋは、１．３１とした。Ｌ0は、特公平４−８１７３４公報等に開示されたマイクロ波レベル計を用いて、空炉での炉底高さ及び溶湯２装入後の湯面高さを測定して、その差で浴深さを求めた。
【００３６】
Ｌ／Ｌ0が大きく、溶湯２に対する気体酸素の衝突圧が強すぎると、脱りん反応が起こりにくい火点領域が大きくなるために、脱りん効率が低下する。また、気体酸素の衝突圧が強すぎると、[Ｃ]＋１／２Ｏ2→ＣＯに示される反応が優勢となり、脱りん効率が低下する。
そのため、本発明では、気体酸素を供給するにあたっては、脱りん効率が低下しないように、気体酸素の衝突圧が小さいソフトブローにて気体酸素を吹き込むこととしている。具体的には、Ｌ／Ｌ0が０．０１以上０．２０以下となる範囲にて、気体酸素を供給することにより上述したソフトブローを行っている。ここで、Ｌ／Ｌ0が０．２０よりも大きくなると、もはやソフトブローとは言えず、気体酸素の衝突圧が強くなるため、上述した理由により脱りん効率は低下する。
【００３７】
Ｌ／Ｌ0が０．０１未満であると、気体酸素の吹き込みが弱すぎるため、例えば、多くの気体酸素が溶湯２の浴面に達する前に、炉内のＣＯガスと反応し(所謂２次燃焼)、スラグ中の酸化鉄量が少なくなり、脱りん効率が低下する。また、Ｌ／Ｌ0が０．０１未満であると、気体酸素の吹き込みが弱すぎるため、気体酸素の衝突圧によるスラグと溶湯の混合が少なくなるため、反応界面積が小さくなり、結果として脱りん効率が低下する。
【００３８】
[溶湯（溶銑）の温度について]
脱りん反応は、同一のスラグ組成である場合には、低温である方が平衡りん濃度が低くなり、反応が進行し易いという特徴があり、脱りん処理終了後の溶銑温度が高い場合には脱りん効率の低下に繋がることから、本発明では、脱りん処理終了後における溶銑温度の上限値を１３４０℃としている。一方で、脱りん処理において、溶銑温度があまりにも低く低温である場合、スラグ中の石灰（ＣａＯ）の飽和溶解度が低下し、その結果、石灰の滓化が遅れることになる。このような場合も脱りん効率の低下を招くことから、本発明では、脱りん処理終了後における溶銑温度の下限値を１２８０℃としている。
【００３９】
表１は、実施条件を示したものである。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、脱りん処理は、２５０ｔｏｎクラスの上底吹き型の転炉型精錬容器にて行った。上吹きにおいては、孔数が６個、孔直径５５ｍｍ、孔角度１５°の上吹きランスを用いた。底吹きガスはＮ2ガスとした。Ｎ2ガスを吹き込む羽口８は、一層環状管（ガスが吹き出す箇所が環型となっているもの）とし、その個数は４個とした。
転炉型精錬炉に装入した溶湯（溶銑）において、[Ｃ]＝４．２〜４．６質量％、[Ｓｉ]＝０．２〜０．４質量％、[Ｍｎ]＝０．２〜０．４質量％、[Ｐ]＝０．１００〜０．１３０質量％とした。ＨＭＲ（溶銑比）は、当業者常法の配合計算により決定した。
【００４２】
副原料は、転炉型精錬容器内に溶銑、スクラップを投入した後に、供給装置９により全量投入した。脱りん処理に必要なＣａＯ量は、当業者常法の副原料制御により決定し、塩基度は１．５〜２．５に設定した。脱りん処理において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値を０．０１０質量％とした。副原料は、鉄鉱石（０．１９１Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）、焼結鉱（０．１７７Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）、ミルスケール（０．１４５Ｎｍ3−Ｏ2／ｋｇ）を使用し、当業者常法通りに投入した。
【００４３】
表２、表３は、表１の実施条件に基づいて脱りん処理を行った実施例及び比較例とをまとめたものである。表２〜表４は、本発明の脱りん方法にて処理を行った実施例と、本発明の脱りん方法とは異なる方法にて処理を行った比較例とをまとめたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
生石灰の粒径において、最大粒径４０ｍｍ、最小粒径５ｍｍである場合は、すべての粒子が呼び寸法が４０ｍｍより下で４０ｍｍにもっとも近い３７．５ｍｍのふるい下（すべての粒子が通過する）となり、且つ、呼び寸法が５ｍｍより上で５ｍｍにもっとも近い５．６ｍｍのふるい上（すべての粒子が通過しない）になる。つまり、実施例及び比較例において、５．６ｍｍ篩下比率の欄には残ってしまった粒子を％で示し、３７．５ｍｍ篩上比率の欄にも残ってしまった粒子を％で示した。実施例及び比較例では、気体酸素の量を気酸量として示し、固体酸素源の量を固酸量として示した。表中の下限酸素量は、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５の値を示している。
【００４８】
実施例１〜実施例１８では、脱珪外酸素量（脱Ｓｉ外酸素）が下限酸素量を上回っていて、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満足するものとなっている。即ち、図２に示すように、実施例１〜１８では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとを示すプロット点が、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たすエリアＡにあるものとなっている。
【００４９】
また、実施例では、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし（生石灰の欄）、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０とし（Ｌ／Ｌ０の欄）、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として（処理後温度の欄）としている。そのため、脱りん処理後に汎用鋼で必要とされる［Ｐ］を０．０２５質量％以下にすることができた（実験結果の欄、評価「○」）。なお、汎用鋼において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値が０．０２５質量％であるということは、特開２００１−９８３１４号公報等に記載されているように極めて一般的なことである。
【００５０】
一方、比較例１９〜比較例２９では、脱珪外酸素量（脱Ｓｉ外酸素）が下限酸素量を下回っていて、脱珪外酸素量ＧO2とＺとの関係が０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たさないするものとなっている。即ち、図２に示すように、比較例１９〜比較例２９では、脱Ｓｉ外酸素量ＧO2とＺとを示すプロット点が、０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2を満たさないエリアＢにあるものとなっている。
【００５１】
そのため、この比較例では、脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
比較例３０〜比較例３２では、生石灰の粒径が５ｍｍ未満であり小さいために、溶湯２の浴面に到達する生石灰の量が少ないために脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。比較例３３〜比較例３４では、生石灰の粒径が４０ｍｍを超えて大きいために、生石灰が溶け難くスラグの滓化性が低下するため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。また、比較例３５では、粒径が５ｍｍ未満の生石灰や粒径が４０ｍｍを超える生石灰を用いたため、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５２】
比較例３６〜比較例３８では、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比が０．０１未満で小さく気体酸素の吹き込みが弱すぎるため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。比較例３９〜比較例４１では、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比が０．２よりも大きく気体酸素の吹き込みが強すぎるため、もはやソフトブローとは言えない状況下である。そのため、脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５３】
比較例４２〜比較例４３では、脱りん処理後の溶銑温度が１２８０℃未満であって当該溶銑温度が低すぎるために生石灰の滓化性が悪くなり、スラグの塩基度が低下してスラグの脱りん能が低下してしまうため、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
比較例４４〜比較例４７では、脱りん処理後の溶銑温度が１３４０℃よりも高いため、脱りん処理での温度が高すぎるため脱りん効率が低下し、脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができなかった（実験結果の欄、評価「×」）。
【００５４】
以上のように、本発明では、攪拌動力密度と固体酸素比率とを掛け合わせたパラメータＺと、脱珪外酸素量ＧO2との関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、生石灰の粒径、Ｌ／Ｌ0、溶銑温度を適正範囲にすることにより、脱りん効率を向上させることができる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１ 高炉
２ 溶湯（溶銑、溶鋼）
３ 転炉型精錬容器
４ 転炉
５ 上吹きランス
６ 羽口
７ 上吹きランス
８ 羽口
９ 供給装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行うに際し、
処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義して、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2とパラメータＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、
投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行うことを特徴とする脱りん方法。
【請求項１】
脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器にて気体酸素及び固体酸素源を供給して溶銑の脱りん処理を行うに際し、
処理中の底吹き攪拌動力密度をＸ[ｋｗ／ｔ]と固体酸素比率Ｙ[％]との積をパラメータＺと定義して、処理中に供給する酸素量であって脱珪反応に使用される酸素以外の酸素量ＧO2とパラメータＺとの関係を０．０００６５×Ｚ2−０．１２×Ｚ＋１２．５≦ＧO2とし、
投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍとし、気体酸素の吹き込みの際の溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比を０．０１〜０．２０にすると共に、脱りん処理後の溶銑温度を１２８０〜１３４０℃として脱りん処理を行うことを特徴とする脱りん方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１６８８４１（Ｐ２０１１−１６８８４１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３９１６（Ｐ２０１０−３３９１６）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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