脱りん方法
【課題】脱炭スラグのリサイクルスラグを使用して脱りん処理を行うに際し、スラグの滓化性を向上させると共に、耐火物の保護もできるようにする。
【解決手段】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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給する。
【解決手段】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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器に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、リサイクルスラグを使用して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】
また、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は、特許文献２や特許文献３のものがある。
特許文献２では、溶銑を装入した反応処理容器底部からガス攪拌を行いつつ、生石灰の過半量を塊状で上方添加し、気体酸素を上吹ランスから吹き付け、溶銑脱燐処理をする際に、生石灰源として粉体の生石灰から造粒した造粒生石灰を添加し、且つ、脱燐処理後の塩基度を１．５〜２．０にしている。
【０００４】
特許文献３では、上底吹き機能を有しＭｇＯを主成分とする耐火物を内張りした精錬炉を用いて、石灰と酸素および／または酸化鉄による溶銑脱燐処理を行うに際し、スラグ塩基度を０.８〜１.８、スラグ中Ｔ・Ｆｅを質量パーセントで８〜１９％、スラグ中ＭｇＯを０.３〜６％となるよう調整している。
【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】特開平０５−３０２１０９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４６４２２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、リサイクルスラグを用いて脱りん処理を行うに際し、底吹き攪拌力やＬ／Ｌ0 を制御しているものの、生石灰の粒径やスラグ中のＭｇＯについては考慮されていない。
さて、特許文献２の技術では生石灰の粒径が開示され、特許文献３ではスラグ中ＭｇＯを制御して脱りん処理を行うことが開示されているが、これらの技術は、サイクルスラグを前提として脱りん処理を行うものではないため、特許文献１〜特許文献３の技術を組み合わせたとしても、スラグの滓化性などを向上させるのは非常に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、脱炭スラグのリサイクルスラグを使用して脱りん処理を行うに際し、スラグの滓化性を向上させると共に、耐火物の保護も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、処理中に投入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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給する点にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、脱炭スラグのようなリサイクルスラグを用いた脱りん処理においても脱りん効率を低下させずに効率良く、脱りん処理を行うことができる。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【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７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）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。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。
【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）を行うのに先だって、脱炭処理を行う転炉４とは別の転炉型精錬容器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。脱りん処理と脱炭処理とを分離して、脱炭処理の際に生成したスラグ（脱炭スラグ）を再利用（リサイクル）することにより、両処理におけるトータルのスラグの排出量を低減している。
【００１３】
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。
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、酸化鉄）、脱炭スラグ）]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、脱りん処理に時間がかかることがある。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。また、転炉型精錬容器３や転炉４に設けられている耐火物は、主にマグネシア系の耐火物であって、ＭｇＯを含有している。
【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]
本発明では、脱りん処理を行うに際して、酸素源として気体酸素や固体酸素源を供給しているが、脱りん処理中に供給する酸素量（後述するように、脱珪反応で使用される分を除く）を１０Ｎｍ3／ｔ以上としている。
【００１６】
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、脱りん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（以降、説明の便宜上、脱Ｓｉ外酸素量ということがある）を１０Ｎｍ3／ｔ以上としている。
【００１７】
脱りん処理においては、酸素が必要であり、脱Ｓｉ外酸素量がＮｍ3／ｔ未満で少ないと脱りん効率が低下して所望する[Ｐ]を確保することができない。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ため、脱Ｓｉ外酸素量を２５Ｎｍ3／ｔ以下にすることが好ましい。
【００１８】
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量（Ｖ02(i)）は、全ての副原料に含まれる固体酸素量（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。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】
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。
[生石灰の粒径について]
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、脱りん処理時の処理温度は１２５０〜１４００℃に対し、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や特開２００３-１２９１２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。
【００２２】
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、ＣａＯ源となる生石灰などの生石灰の粒径を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。
【００２３】
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。
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。
【００２４】
なお、生石灰を溶湯２に供給する方法として、特開昭６３−１９９８１５や特開２００５−２７２８８３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。
【００２５】
[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（４）で求められる。この式（４）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。
【００２６】
【数３】
【００２７】
なお、式（４）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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
[底吹き攪拌動力密度について]
脱りん処理においては、溶銑等を攪拌するために底吹きを行う攪拌動力密度も重要である。攪拌動力密度を計算する式としては、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、本発明では底吹き攪拌動力密度を求めるにあたって、式（５）に示すように、森の式を用いた。
【００３０】
【数４】
【００３１】
式（５）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（５）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。
底吹き攪拌動力密度が、０．５ｋｗ／ｔ未満であり、弱すぎるとると、スラグ−溶銑浴面へのりんの物質移動が遅れるとともに、スラグ中でのＣａＯの拡散速度が遅くなるため、生石灰の滓化が遅れ、脱りん反応に支障をきたし、脱りん効率が低下する。また、攪拌によるスラグへの熱供給が少なくなると共に、スラグ中のＦｅＯ濃度が高くなり、脱りん効率が低下する。
【００３２】
底吹き攪拌動力密度が、３．５ｋｗ／ｔよりも大きく、強すぎると、スラグと溶銑の活発な反応のために、スラグ中のＦｅＯが低下し、脱りん処理のための酸化源が不足すると共に、生石灰の滓化が遅れ、攪拌動力が低い場合と同様に脱りん効率が低下する。
[脱炭スラグについて]
本発明の脱りん処理においては、上述した生石灰とは別にＣａＯ源の一部として脱炭スラグを必ず供給することにしているが、供給する脱炭スラグは、脱りん処理後のスラグ（脱りんスラグということがある）のＭｇＯ量が４．５％以下となる範囲で設定することにしている。
【００３３】
ここで、脱炭スラグとは、脱炭処理にて生成したスラグのことであり、脱炭処理にて生成したスラグを脱りん処理に用いることにより、脱りん工程にて使用する生石灰量を低減することができると共に、脱りん処理及び脱炭処理に生成した総スラグの排出量を低減することができる。この脱炭スラグには、脱炭処理時での炉体保護（耐火物の保護）の観点により、通常、５〜１０質量％のＭｇＯを含んでいる。このようなＭｇＯを含んだ脱炭スラグを、脱りん処理に用いることにより、脱りん処理を行う転炉型精錬容器３の炉体保護をすることができる。
【００３４】
また、脱炭スラグにおいて、脱りん処理は処理温度が１２５０〜１４００℃と脱炭処理より低いため、ＭｇＯの飽和溶解度は、２〜３％と低く、滓化不良が発生することがあることから脱炭スラグを使用するにあたっては、処理後のスラグ量を基準として、ＭｇＯ量を４．５％（質量％）以下とした。即ち、脱りんスラグ中のＭｇＯ量が４．５％（質量％）を超えてしまうほど多量の脱炭スラグを供給してしまうと、脱りん処理におけるスラグの液相率が低下して脱りん効率が低下していまうころから、本発明では、脱炭スラグを脱りん処理に用いる場合でも、脱りんスラグ中のＭｇＯ量が４．５％を超えないようにしている。
【００３５】
脱炭スラグの供給量（投入する脱炭スラグの量）を設定するにあたっては、式（６）〜式（８）を用いて、投入する脱炭スラグの量を求める。
【００３６】
【数５】
【００３７】
詳しくは、まず、投入するＣａＯ量（Ｗ(CaO)）を式（６）により求める。そして、投入するＣａＯ量と脱りんスラグ（処理後のスラグ）に含まれるＣａＯ量の最大値（最大濃度）から、脱りんスラグの最小量Ｗs(min)を求める。このように、脱りんスラグの量が最小であるときが、脱りんスラグ中のＭｇＯ濃度が最も高いと考えられるため、式（７）に示すように、脱炭スラグを投入するにあたっては、脱りんスラグが最小であるときを基準として考えている。
【００３８】
次に、投入する脱炭スラグの量（ＷLDslag）に含まれるＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）LDslag]が、脱りんスラグが最小であるときのＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）call]と等しいと考え、式（８）により、ＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）LDslag]が４．５％を超えない範囲で、脱炭スラグの量（ＷLDslag）を求める。なお、式（７）における（％ＣａＯ）maxは、当業者常法通りに処理した脱りんスラグの分析結果から４８質量％とした。
【００３９】
このようにして求めた脱炭スラグの量（ＷLDslag）が、脱りん処理時に投入する脱炭スラグの投入量となる。
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、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）、一層環状管の個数は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％、ＨＭＲ＝９０〜１００％とした。
【００４２】
溶銑Ｓｉ、処理前温度により、脱りん処理後の温度が１２９０〜１３１０℃となるように当業者常法の配合計算によりＨＭＲを決定した。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。脱炭スラグにおいては、（Ｔ．Ｆｅ）＝１５〜２２質量％、（ＣａＯ）＝４２〜４８質量％、（ＳｉＯ2）＝１０〜１４％、（ＭｎＯ）＝３〜５質量％、（ＭｇＯ）＝５〜９質量％、（Ｐ2Ｏ5）＝０．５〜２．５質量％の組成のものを用いた。また、脱炭スラグは、脱りん処理により[Ｐ]≦０．０２５質量％とした溶銑に対して脱炭処理を行ったときに発生したものを使用した。脱炭スラグの粒径も５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とした。また、脱炭スラグ以外のＣａＯ源は、生石灰を使用した。脱りん処理において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値を０．０２５質量％とした。なお、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等に記載されているように極めて一般的なことである。
【００４３】
表２〜表５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及び表３は、本発明の脱りん方法にて処理を行った実施例をまとめたものであり、表４及び表５は、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をまとめたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
【表５】
【００４８】
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。
【００４９】
実施例１〜実施例１８では、脱Ｓｉ外酸素量（脱Ｓｉ外酸素の欄の値）を１０Ｎｍ3／ｔとし、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍ（生石灰粒径の欄の１＋２の値が０％）としている。
また、実施例１〜実施例１８では、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（溶銑凹み深さの欄のＬ／Ｌ０の値が０．０１〜０．２０の範囲内）とし、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔ（攪拌動力密度の欄のεの値が０．５〜３．５の範囲内）とし、投入するＭｇＯ量が脱りん処理後のスラグ量に対して４．５％以下となる範囲で脱炭スラグを供給している（脱炭スラグリサイクルの欄の脱炭スラグ投入量の値が、脱炭スラグ限界量よりも低い）。
【００５０】
即ち、実施例１〜実施例１８では、本発明の脱りん方法における条件を全て満たしているため、脱炭スラグを脱りん処理に用いても脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができた（実験結果の欄、評価「○」）。
一方、比較例１９〜比較例２４では、脱Ｓｉ外酸素量が１０Ｎｍ3／ｔ未満であり、供給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「×」）。
【００５１】
比較例２５〜比較例２７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２８〜比較例３０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「×」）。
【００５２】
比較例３１〜比較例３３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３４〜比較例３６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３７〜比較例３９では、底吹き攪拌動力密度εが０．５ｋｗ／ｔ未満で小さく攪拌力が弱すぎるために、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４０〜比較例４２では、底吹き攪拌動力密度εが３．５ｋｗ／ｔを超えて大きく攪拌力が強すぎるために、結果的に、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「×」）。
【００５４】
比較例４３〜比較例４６では、脱炭スラグを入れすぎて脱りん処理後のスラグ中のＭｇＯ量が４．５％よりも超えてしまっているため、脱りん処理時でのスラグの滓化性が悪くなり脱りん効率が低下するため、結果的に、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「×」）。
以上のように、脱炭スラグを転炉型精錬容器に供給して脱りん処理を行う場合は、ＭｇＯ量が脱りん処理後のスラグ量に対して４．５％以下となるように脱炭スラグを供給しなければならないと共に、固体酸素源の比率、投入する生石灰の粒径、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比、底吹き攪拌動力密度εを本発明にしめした条件のように設定する必要がある。これによって、脱炭スラグのようなリサイクルスラグを用いた脱りん処理においても脱りん効率を低下させずに効率良く、脱りん処理を行うことができる。
【００５５】
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】
【００５６】
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、例えば、脱炭工程に先だって上底吹き転炉型精錬容器に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、リサイクルスラグを使用して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】
また、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は、特許文献２や特許文献３のものがある。
特許文献２では、溶銑を装入した反応処理容器底部からガス攪拌を行いつつ、生石灰の過半量を塊状で上方添加し、気体酸素を上吹ランスから吹き付け、溶銑脱燐処理をする際に、生石灰源として粉体の生石灰から造粒した造粒生石灰を添加し、且つ、脱燐処理後の塩基度を１．５〜２．０にしている。
【０００４】
特許文献３では、上底吹き機能を有しＭｇＯを主成分とする耐火物を内張りした精錬炉を用いて、石灰と酸素および／または酸化鉄による溶銑脱燐処理を行うに際し、スラグ塩基度を０.８〜１.８、スラグ中Ｔ・Ｆｅを質量パーセントで８〜１９％、スラグ中ＭｇＯを０.３〜６％となるよう調整している。
【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】特開平０５−３０２１０９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４６４２２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、リサイクルスラグを用いて脱りん処理を行うに際し、底吹き攪拌力やＬ／Ｌ0 を制御しているものの、生石灰の粒径やスラグ中のＭｇＯについては考慮されていない。
さて、特許文献２の技術では生石灰の粒径が開示され、特許文献３ではスラグ中ＭｇＯを制御して脱りん処理を行うことが開示されているが、これらの技術は、サイクルスラグを前提として脱りん処理を行うものではないため、特許文献１〜特許文献３の技術を組み合わせたとしても、スラグの滓化性などを向上させるのは非常に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、脱炭スラグのリサイクルスラグを使用して脱りん処理を行うに際し、スラグの滓化性を向上させると共に、耐火物の保護も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、処理中に投入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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給する点にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、脱炭スラグのようなリサイクルスラグを用いた脱りん処理においても脱りん効率を低下させずに効率良く、脱りん処理を行うことができる。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【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７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）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。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。
【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）を行うのに先だって、脱炭処理を行う転炉４とは別の転炉型精錬容器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。脱りん処理と脱炭処理とを分離して、脱炭処理の際に生成したスラグ（脱炭スラグ）を再利用（リサイクル）することにより、両処理におけるトータルのスラグの排出量を低減している。
【００１３】
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。
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、酸化鉄）、脱炭スラグ）]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、脱りん処理に時間がかかることがある。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。また、転炉型精錬容器３や転炉４に設けられている耐火物は、主にマグネシア系の耐火物であって、ＭｇＯを含有している。
【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]
本発明では、脱りん処理を行うに際して、酸素源として気体酸素や固体酸素源を供給しているが、脱りん処理中に供給する酸素量（後述するように、脱珪反応で使用される分を除く）を１０Ｎｍ3／ｔ以上としている。
【００１６】
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、脱りん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（以降、説明の便宜上、脱Ｓｉ外酸素量ということがある）を１０Ｎｍ3／ｔ以上としている。
【００１７】
脱りん処理においては、酸素が必要であり、脱Ｓｉ外酸素量がＮｍ3／ｔ未満で少ないと脱りん効率が低下して所望する[Ｐ]を確保することができない。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ため、脱Ｓｉ外酸素量を２５Ｎｍ3／ｔ以下にすることが好ましい。
【００１８】
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量（Ｖ02(i)）は、全ての副原料に含まれる固体酸素量（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。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】
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。
[生石灰の粒径について]
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、脱りん処理時の処理温度は１２５０〜１４００℃に対し、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や特開２００３-１２９１２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。
【００２２】
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、ＣａＯ源となる生石灰などの生石灰の粒径を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。
【００２３】
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。
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。
【００２４】
なお、生石灰を溶湯２に供給する方法として、特開昭６３−１９９８１５や特開２００５−２７２８８３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。
【００２５】
[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（４）で求められる。この式（４）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。
【００２６】
【数３】
【００２７】
なお、式（４）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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
[底吹き攪拌動力密度について]
脱りん処理においては、溶銑等を攪拌するために底吹きを行う攪拌動力密度も重要である。攪拌動力密度を計算する式としては、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、本発明では底吹き攪拌動力密度を求めるにあたって、式（５）に示すように、森の式を用いた。
【００３０】
【数４】
【００３１】
式（５）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（５）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。
底吹き攪拌動力密度が、０．５ｋｗ／ｔ未満であり、弱すぎるとると、スラグ−溶銑浴面へのりんの物質移動が遅れるとともに、スラグ中でのＣａＯの拡散速度が遅くなるため、生石灰の滓化が遅れ、脱りん反応に支障をきたし、脱りん効率が低下する。また、攪拌によるスラグへの熱供給が少なくなると共に、スラグ中のＦｅＯ濃度が高くなり、脱りん効率が低下する。
【００３２】
底吹き攪拌動力密度が、３．５ｋｗ／ｔよりも大きく、強すぎると、スラグと溶銑の活発な反応のために、スラグ中のＦｅＯが低下し、脱りん処理のための酸化源が不足すると共に、生石灰の滓化が遅れ、攪拌動力が低い場合と同様に脱りん効率が低下する。
[脱炭スラグについて]
本発明の脱りん処理においては、上述した生石灰とは別にＣａＯ源の一部として脱炭スラグを必ず供給することにしているが、供給する脱炭スラグは、脱りん処理後のスラグ（脱りんスラグということがある）のＭｇＯ量が４．５％以下となる範囲で設定することにしている。
【００３３】
ここで、脱炭スラグとは、脱炭処理にて生成したスラグのことであり、脱炭処理にて生成したスラグを脱りん処理に用いることにより、脱りん工程にて使用する生石灰量を低減することができると共に、脱りん処理及び脱炭処理に生成した総スラグの排出量を低減することができる。この脱炭スラグには、脱炭処理時での炉体保護（耐火物の保護）の観点により、通常、５〜１０質量％のＭｇＯを含んでいる。このようなＭｇＯを含んだ脱炭スラグを、脱りん処理に用いることにより、脱りん処理を行う転炉型精錬容器３の炉体保護をすることができる。
【００３４】
また、脱炭スラグにおいて、脱りん処理は処理温度が１２５０〜１４００℃と脱炭処理より低いため、ＭｇＯの飽和溶解度は、２〜３％と低く、滓化不良が発生することがあることから脱炭スラグを使用するにあたっては、処理後のスラグ量を基準として、ＭｇＯ量を４．５％（質量％）以下とした。即ち、脱りんスラグ中のＭｇＯ量が４．５％（質量％）を超えてしまうほど多量の脱炭スラグを供給してしまうと、脱りん処理におけるスラグの液相率が低下して脱りん効率が低下していまうころから、本発明では、脱炭スラグを脱りん処理に用いる場合でも、脱りんスラグ中のＭｇＯ量が４．５％を超えないようにしている。
【００３５】
脱炭スラグの供給量（投入する脱炭スラグの量）を設定するにあたっては、式（６）〜式（８）を用いて、投入する脱炭スラグの量を求める。
【００３６】
【数５】
【００３７】
詳しくは、まず、投入するＣａＯ量（Ｗ(CaO)）を式（６）により求める。そして、投入するＣａＯ量と脱りんスラグ（処理後のスラグ）に含まれるＣａＯ量の最大値（最大濃度）から、脱りんスラグの最小量Ｗs(min)を求める。このように、脱りんスラグの量が最小であるときが、脱りんスラグ中のＭｇＯ濃度が最も高いと考えられるため、式（７）に示すように、脱炭スラグを投入するにあたっては、脱りんスラグが最小であるときを基準として考えている。
【００３８】
次に、投入する脱炭スラグの量（ＷLDslag）に含まれるＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）LDslag]が、脱りんスラグが最小であるときのＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）call]と等しいと考え、式（８）により、ＭｇＯ量[（％ＭｇＯ）LDslag]が４．５％を超えない範囲で、脱炭スラグの量（ＷLDslag）を求める。なお、式（７）における（％ＣａＯ）maxは、当業者常法通りに処理した脱りんスラグの分析結果から４８質量％とした。
【００３９】
このようにして求めた脱炭スラグの量（ＷLDslag）が、脱りん処理時に投入する脱炭スラグの投入量となる。
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、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）、一層環状管の個数は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％、ＨＭＲ＝９０〜１００％とした。
【００４２】
溶銑Ｓｉ、処理前温度により、脱りん処理後の温度が１２９０〜１３１０℃となるように当業者常法の配合計算によりＨＭＲを決定した。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。脱炭スラグにおいては、（Ｔ．Ｆｅ）＝１５〜２２質量％、（ＣａＯ）＝４２〜４８質量％、（ＳｉＯ2）＝１０〜１４％、（ＭｎＯ）＝３〜５質量％、（ＭｇＯ）＝５〜９質量％、（Ｐ2Ｏ5）＝０．５〜２．５質量％の組成のものを用いた。また、脱炭スラグは、脱りん処理により[Ｐ]≦０．０２５質量％とした溶銑に対して脱炭処理を行ったときに発生したものを使用した。脱炭スラグの粒径も５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とした。また、脱炭スラグ以外のＣａＯ源は、生石灰を使用した。脱りん処理において、吹錬後の[Ｐ]の規格上限値を０．０２５質量％とした。なお、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等に記載されているように極めて一般的なことである。
【００４３】
表２〜表５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及び表３は、本発明の脱りん方法にて処理を行った実施例をまとめたものであり、表４及び表５は、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をまとめたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
【表５】
【００４８】
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。
【００４９】
実施例１〜実施例１８では、脱Ｓｉ外酸素量（脱Ｓｉ外酸素の欄の値）を１０Ｎｍ3／ｔとし、投入する生石灰の粒径を５〜４０ｍｍ（生石灰粒径の欄の１＋２の値が０％）としている。
また、実施例１〜実施例１８では、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（溶銑凹み深さの欄のＬ／Ｌ０の値が０．０１〜０．２０の範囲内）とし、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔ（攪拌動力密度の欄のεの値が０．５〜３．５の範囲内）とし、投入するＭｇＯ量が脱りん処理後のスラグ量に対して４．５％以下となる範囲で脱炭スラグを供給している（脱炭スラグリサイクルの欄の脱炭スラグ投入量の値が、脱炭スラグ限界量よりも低い）。
【００５０】
即ち、実施例１〜実施例１８では、本発明の脱りん方法における条件を全て満たしているため、脱炭スラグを脱りん処理に用いても脱りん処理後の[Ｐ]を規格値以下にすることができた（実験結果の欄、評価「○」）。
一方、比較例１９〜比較例２４では、脱Ｓｉ外酸素量が１０Ｎｍ3／ｔ未満であり、供給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「×」）。
【００５１】
比較例２５〜比較例２７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２８〜比較例３０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「×」）。
【００５２】
比較例３１〜比較例３３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３４〜比較例３６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３７〜比較例３９では、底吹き攪拌動力密度εが０．５ｋｗ／ｔ未満で小さく攪拌力が弱すぎるために、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４０〜比較例４２では、底吹き攪拌動力密度εが３．５ｋｗ／ｔを超えて大きく攪拌力が強すぎるために、結果的に、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「×」）。
【００５４】
比較例４３〜比較例４６では、脱炭スラグを入れすぎて脱りん処理後のスラグ中のＭｇＯ量が４．５％よりも超えてしまっているため、脱りん処理時でのスラグの滓化性が悪くなり脱りん効率が低下するため、結果的に、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「×」）。
以上のように、脱炭スラグを転炉型精錬容器に供給して脱りん処理を行う場合は、ＭｇＯ量が脱りん処理後のスラグ量に対して４．５％以下となるように脱炭スラグを供給しなければならないと共に、固体酸素源の比率、投入する生石灰の粒径、溶湯の凹み深さＬと浴の深さＬ0との比、底吹き攪拌動力密度εを本発明にしめした条件のように設定する必要がある。これによって、脱炭スラグのようなリサイクルスラグを用いた脱りん処理においても脱りん効率を低下させずに効率良く、脱りん処理を行うことができる。
【００５５】
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】
【００５６】
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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給する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を１０Ｎｍ3／ｔ以上とし、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、底吹き攪拌動力密度εを０．５〜３．５ｋｗ／ｔとし、脱りん処理後のスラグ量に対しのＭｇＯ量が４．５質量％以下となるように、ＭｇＯを含む脱炭スラグを供給することを特徴とする脱りん方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−５８０５３（Ｐ２０１１−５８０５３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９４０５（Ｐ２００９−２０９４０５）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【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３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【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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