JP2007119813A - 溶銑の精錬方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、上記のような耐火物の損耗、精錬能の低下を伴わずにCaO分の滓化不良問題を解決する精錬法を提示する。
【解決手段】 30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材を用いる精錬法において、設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合において、処理に用いる全CaOのうち該精錬材で供給するCaOの割合λ(mass%)を、λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10以上とし、さらに、精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入が終了することを特徴とする精錬方法。
【選択図】 図3
【解決手段】 30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材を用いる精錬法において、設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合において、処理に用いる全CaOのうち該精錬材で供給するCaOの割合λ(mass%)を、λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10以上とし、さらに、精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入が終了することを特徴とする精錬方法。
【選択図】 図3
Description
本発明は、溶銑の予備脱P処理において、高効率・高精度な精錬を可能とする方法に関する。
溶鉄の精錬では不純物を安定的に除去するためにCaOを主成分に含む精錬材が用いられる。スラグ発生量の低減や精錬コストの削減のためには少量の精錬材で効率良く処理を行うことが望まれるが、CaO分として生石灰や石灰石などを直接添加する場合には,これらが高融点であるため溶解性(滓化性)が悪く、反応が遅いという問題があった。特に、転炉を用いた溶銑予備脱P処理では、低温・短時間処理であるため、精錬材の溶解遅れが生じやすく、処理後P濃度のばらつきを大きくする原因となっている。
この問題に対してこれまでに、例えば特許文献1では、ハロゲン化物などを添加することによって滓化性を改善した精錬材の製法が開示されているが、ハロゲン化物の添加はCaO分の滓化を容易ならしめる一方で、精錬容器の耐火物の損傷を招くという問題がある。
また、特許文献2では、CaOを60−70%含む造滓材(精錬材)に、やはり滓化改善を目的としてFe2O3などに加えてAl2O3を8−13%添加することを提案している。しかし、Al2O3を8%以上添加した場合、CaO濃度が相対的に低下するために脱P能が低下するという問題がある。また、Al2O3濃度が高い場合には、転炉からスラグがあふれるスロッピング現象が激しく、操業を著しく阻害するという問題がある。また、酸化鉄を含む精錬材は、酸化鉄の分解吸熱反応のため、多量に使用できないという課題もある。
本発明は、上記のような耐火物の損耗、精錬能の低下を伴わずにCaO分の滓化不良問題を解決する精錬法を提示することを目的とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
(1) 転炉を用いた溶銑脱燐処理で、[1式]で計算される設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合に、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で投入するCaOの、溶銑脱燐処理に用いる全CaOに対する割合を、[2式]で計算されるλ(mass%)値以上とすることを特徴とする溶銑の精錬方法。
設定塩基度=WT.CaO/(WT.SiO2+[%Si]/28*600) ・・・[1式]
WT.CaO : 全CaO原単位(kg/T−溶銑)
WT.SiO2 : 全SiO2原単位(kg/T−溶銑)
[%Si]: 溶銑中Si濃度 (質量%)
λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10 ・・・[2式]
(2) 30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入を終了させることを特徴とする(1)に記載の溶銑の精錬方法。
(1) 転炉を用いた溶銑脱燐処理で、[1式]で計算される設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合に、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で投入するCaOの、溶銑脱燐処理に用いる全CaOに対する割合を、[2式]で計算されるλ(mass%)値以上とすることを特徴とする溶銑の精錬方法。
設定塩基度=WT.CaO/(WT.SiO2+[%Si]/28*600) ・・・[1式]
WT.CaO : 全CaO原単位(kg/T−溶銑)
WT.SiO2 : 全SiO2原単位(kg/T−溶銑)
[%Si]: 溶銑中Si濃度 (質量%)
λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10 ・・・[2式]
(2) 30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入を終了させることを特徴とする(1)に記載の溶銑の精錬方法。
本発明により、CaOの溶解性を確保しつつ最大限の熱裕度での操業設計が可能となり、また、CaO分の滓化不良が抑制できることにより、脱燐処理後の到達Pのばらつきが低減するため、脱炭処理まで含めた全体でのCaO使用量を削減することが出来る。
本発明は、たとえば次のような形態で実施することができる。転炉に装入した溶銑に対して、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材を、CaOおよび酸化鉄などのその他精錬材とともに添加し、溶銑を底吹ガスで攪拌しつつ、上吹きランスから酸素ガスを吹付けて、溶銑中の不純成分であるPを酸化除去する。以下、本発明について、主にその作用効果を説明する。
本発明者らが実機転炉を用いて行った予備脱P実験において、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材を用いると、脱P処理に用いる全CaOのうち、該精錬材で供給するCaOの割合(以降CaO置換率と称す)を、一定比率以上とした場合に、脱P処理後のP濃度が低位安定化する効果が得られた。これは、CaOのみを使用する場合に比べて、2CaO・Fe2O3を含む精錬材を用いた方がより早く融解して反応が進行するためであると考えられる。また、別途行った、精錬材中の2CaO・Fe2O3相の比率を変更した脱P実験結果では、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含むと脱P率が向上していた。
ここで、予備脱P処理の条件としては、転炉を用いた脱P処理における一般的な範囲の処理条件として、脱P処理後の温度が1300℃から1400℃、スラグの組成分析値は、T.Fe(トータルFe)が10−30mass%、CaOとSiO2の質量濃度比(塩基度)が1.1から3.5の領域を想定している。
この結果の一例を、置換率と処理後Pの関係として、図1〜図2に示す。
ここで、設定塩基度は、[1式]で示され、脱P処理において投入されるCaO分とSiO2分の比を意味している。
設定塩基度=WT.CaO/(WT.SiO2+[%Si]/28*600) ・・・[1式]
WT.CaO : 全CaO原単位(kg/T−溶銑)
WT.SiO2 : 全SiO2原単位(kg/T−溶銑)
[%Si]: 溶銑中Si濃度 (質量%)
設定塩基度=WT.CaO/(WT.SiO2+[%Si]/28*600) ・・・[1式]
WT.CaO : 全CaO原単位(kg/T−溶銑)
WT.SiO2 : 全SiO2原単位(kg/T−溶銑)
[%Si]: 溶銑中Si濃度 (質量%)
また、CaO置換率(mass%)は[3式]で定義する。
CaO置換率=WCaO Flux/WCaO Total×100・・・[3式]
WCaO Flux :30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で添加したCaO分(kg/t−溶銑)
WCaO Total:転炉内に添加された全CaO分 (kg/t−溶銑)
CaO置換率=WCaO Flux/WCaO Total×100・・・[3式]
WCaO Flux :30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で添加したCaO分(kg/t−溶銑)
WCaO Total:転炉内に添加された全CaO分 (kg/t−溶銑)
図1は設定塩基度が1.1以上1.4未満と低い場合であるが、CaO置換率の増加に伴い、処理後Pは低下するものの、置換率10〜20%程度でその効果は飽和する。次に図2では、設定塩基度が1.4以上1.6未満と高くなった場合であるが、CaO置換率の増加に伴い、処理後PはCaO置換率50%程度までは低下するが、それ以上置換率を増加させても効果はない。
このように、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の添加効果は設定塩基度によって異なる。これに対して、本発明者らは、適切なCaO置換率の下限は[2式]で表すことができることを見出した。
λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10 ・・・[2式]
λ=50(1−1.1/(設定塩基度))+10 ・・・[2式]
[2式]は、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の添加によるP低位化について、置換率100%での低P化効果に対してほぼ50%程度の効果が得られる条件として導出した。
また、置換率の上限については、ある値までは置換率が高くなるほどその効果は大きくなるため、CaOの滓化すなわち到達Pの低位安定化の観点では置換率に上限は定めない。一方で、この精錬材は酸化鉄の分解吸熱反応のため多量使用に制約があるため、最適値が存在することになるが、これは生産量や原料コストなどによって左右されるため、適宜、設定すれば良い。
図3は、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の添加によるP低位化について、置換率100%での低P化効果に対して50%以上の効果が確認された場合を○、50%未満を△としてプロットしたものである。両者の境界が[2式]による計算結果である。
このように整理できる理由は、状態図(たとえばE.F.Osborn and A.Muan:SLAG ATLAS, 2nd ed.(1995),p.126)で考慮すると、以下のようになる。
T.Fe=10−30mass%、1300−1400℃でのスラグの液相線は塩基度(mass%CaO)/(mass%SiO2)が1.1程度である。よってこの塩基度のスラグは100%溶解するが、精錬材にCaOを用いた場合は、CaO固体が液相に溶解する反応となるため、溶解は比較的遅い。また液相が平均組成に近づくほど溶解速度は遅くなる。
設定塩基度が、1.1以上の場合には、平均組成は固液共存組成に入り、CaOの溶解はCaOの周囲に2CaO・SiO2が生成した時点で著しく遅滞する。そこで、この塩基度1.1以上のCaO分を、あらかじめFe2O3との化合物として添加することで、溶解促進効果が得られることになる。この、塩基度1.1以上の部分のCaOが、全CaOに占める割合が、すなわち必要最低限の置換率である。
これらのことから、本発明の第1発明にかかわる精錬方法を、転炉を用いた溶銑脱燐処理で、[1式]で計算される設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合に、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で投入するCaOの、溶銑脱燐処理に用いる全CaOに対する割合を、[2式]で計算されるλ(mass%)値以上とする溶銑の精錬方法とした。
また、上述のように、転炉脱PにおいてCaOの表面に2CaO・SiO2が生成し溶解反応が停滞するのは、スラグの平均塩基度が1.1程度になった以降である。この時点で未反応のCaOが残留し、かつ、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了していると、CaOよりも化合物精錬材2CaO・Fe2O3の方が容易に溶解するため、スラグ未溶解部分を除いた液相スラグの組成が液相線組成に速やかに近づき、それ以降のCaOの溶解が阻害される。これを防ぐためには、極力、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入前あるいは液相組成が液相線組成に到達する前にCaOの溶解が終了していれば良い。したがって、2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入が終了することで、さらに反応を促進できる。
このことから、本発明の第2発明にかかわる精錬方法として、30mass%以上、好ましくは50mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入が終了することを特徴とする精錬方法とした。
また、精錬材中の2CaO・Fe2O3の含有量の増加により、脱りん率も単調増加するが、60mass%以上で飽和する。但し、その上限値は特に規定するものではなく、100mass%でも構わない。
さらに、精錬材中のその他の成分については、Al,Siのいずれか一方または双方、CaO・Fe2O3、CaO等が挙げられる。また、その含有量は、脱P効率を良好にする観点から、以下の範囲が好ましい。
Al,Siは含有されていれば良いため、含有量の下限値は0%超である。また、上限値は特に規定するものではないが、10%以下とすることが例示できる。また、CaO・Fe2O3含有量は、50mass%以下とすることが好ましく、下限値は特に規定するものではないが、5%以上とすることが推奨される。さらに、CaO含有量は5〜20mass%とすることが好ましい。残部がある場合は、Fe2O3が含有されている。
ここで、以上に述べてきた精錬材の製法の一例を以下に示す。
原料として、粉状の石灰石と粉状の鉄鉱石を主原料とし、燃料となる粉状の炭材と、返鉱を該原料に混合した配合原料を、焼結機で焼結して製造することを基本とし、さらに以下の1)〜4)の条件も併せて、適宜実施することにより、本発明の製錬材を製造できる。なお、ここで返鉱とは、製品の精錬材のうち、原料に戻す、5mm未満の部分を言う。
1)石灰石と鉄鉱石のどちらか一方、あるいは両方の粒度を3mm以下とすること。
2)原料中のCa/Fe比をモル比で2.5〜1.5の範囲とすること。
3)返鉱を配合原料中40%以上循環すること。
4)配合原料準備に際して、石灰石と鉄鉱石をあらかじめ高速攪拌ミキサーで解砕・混合し、その後炭材を添加して造粒することにより、炭材を原料粒子の周りに存在させること。
2)原料中のCa/Fe比をモル比で2.5〜1.5の範囲とすること。
3)返鉱を配合原料中40%以上循環すること。
4)配合原料準備に際して、石灰石と鉄鉱石をあらかじめ高速攪拌ミキサーで解砕・混合し、その後炭材を添加して造粒することにより、炭材を原料粒子の周りに存在させること。
以下に、300t規模の上底吹転炉を用いて、溶銑の脱燐処理を行った。その実施例及び比較例を示す。実施例、比較例ともに、装入溶銑温度1300−1320℃、溶銑配合率(転炉装入主原料に占める溶銑量の比率で、溶銑質量/(溶銑質量+スクラップ質量+冷銑質量)×100で計算される)は90−92質量%、溶銑中[Si]濃度は0.38−0.42質量%、溶銑中[P]濃度は0.100−0.105質量%、平均送酸速度(チャージ全体の吹込酸素量を吹錬時間で割ったもの)は29000−30000Nm3/h、送酸量は精錬材中の酸化鉄あるいは鉄鉱石で供給される分も含めて11−12Nm3/t−溶銑であり、処理後温度は1350−1370℃である。
用いた化合物精錬材の組成を表2に、生石灰と合わせて脱P処理に用いた精錬材の量を表1に示す。これらの量は、投入銑鉄1tあたりの質量(kg)として示した。また、これらの精錬材に加え、吹止温度の制御のために鉄鉱石を投入した。
尚、本発明による精錬材は、粒度1−3mmに調整した石灰石、鉄鉱石およびコークスに水分を添加して混合造粒したものを焼結機で焼結する方法により製造した。
精錬材のサイズは5−50mm以下程度のサイズのものを用いた。生石灰中のCaO分は95%であり残部は水分などの揮発分であった。
表中の、設定塩基度は[1式]で、CaO置換率は[3式]で計算した値を示し、[2式]で求まるλを必要最低置換率として示した。また、塊状生石灰の投入の開始、終了タイミングを、送酸開始時点を0分とした時間で示した。
吹錬結果を評価する基準として、脱P処理後の溶銑中[P]濃度を調査した。溶銑中[P]濃度はサブランスで採取し、QV分析(発光分光分析)法で測定した。
比較例1−10に対し、所定以上の置換率で吹錬した実施例1−5では、同様の塩基度条件で比較して低い脱P後[P]得られた。
実施例6−12では[2式]で求められる最低必要置換率よりも高い置換率で吹錬した結果、さらなる低P化が得られた。
実施例13−19では、塊状生石灰の投入と同時期に化合物精錬材の投入を開始したが、投入の終了時点を塊状よりも遅い条件で吹錬した。その結果、さらに低い[P]が得られた。
Claims (2)
- 転炉を用いた溶銑脱燐処理で、[1式]で計算される設定塩基度が1.1以上3.5以下である場合に、30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材で投入するCaOの、溶銑脱燐処理に用いる全CaOに対する割合を、[2式]で計算されるλ(mass%)値以上とすることを特徴とする溶銑の精錬方法。
設定塩基度=WT.CaO/(WT.SiO2+[%Si]/28*600) ・・・[1式]
λ=100(1−1.1/(設定塩基度))+10 ・・・[2式]
WT.CaO : 全CaO原単位(kg/T−溶銑)
WT.SiO2 : 全SiO2原単位(kg/T−溶銑)
[%Si]: 溶銑中Si濃度 (質量%) - 30mass%以上の2CaO・Fe2O3を含む精錬材の投入が終了する前に、生石灰の投入を終了させることを特徴とする請求項1に記載の溶銑の精錬方法。
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JP2005310926A JP2007119813A (ja) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | 溶銑の精錬方法 |
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JP2007119812A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Nippon Steel Corp | 溶銑用精錬材および溶銑の精錬方法 |
JP2010001536A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶銑の脱りん方法 |
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2005
- 2005-10-26 JP JP2005310926A patent/JP2007119813A/ja not_active Withdrawn
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JP2007119812A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Nippon Steel Corp | 溶銑用精錬材および溶銑の精錬方法 |
JP4695488B2 (ja) * | 2005-10-26 | 2011-06-08 | 新日本製鐵株式会社 | 溶銑用精錬材および溶銑の精錬方法 |
JP2010001536A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶銑の脱りん方法 |
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