JP3924058B2 - 脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め転炉等の精錬容器において溶銑の脱燐精錬を行い、この脱燐精錬された溶銑を他の転炉において脱炭精錬を行い、鋼を生産するに際して、脱燐精錬後の燐（以下、Ｐとも記載する）含有量を、脱炭精錬における溶鋼のＰ含有量の変化を脱燐精錬にフィードフォワードして所定のＰ含有量となるように精錬する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝統的転炉製鋼法においては、同一の転炉において溶銑の脱燐精錬と脱炭精錬とを行なって、製鋼作業を行っていた。しかし、近年の鋼材の品質に対する要求が高くなる一方、連続鋳造の拡大や、真空脱ガス、取鍋精錬等の溶鋼の二次精錬が普及するに伴い、転炉における出鋼温度が上昇し、転炉に於ける脱燐能力が低下してきた。この理由は、脱燐反応は高温ほど不利に進行するからである。
【０００３】
そこで、転炉に装入する溶銑を予め処理して、特に燐成分をある程度除去してから転炉に装入する溶銑予備処理法が発展してきた。この方法は例えば、溶銑鍋又は一の転炉等の精錬容器において溶銑の脱燐精錬を行ない、この脱燐された溶銑を他の転炉に移動して脱炭精錬を行なう製鋼方法である。
【０００４】
かかる技術として、特開平２−２００７１５号公報、特公平２−１４４０４号公報、特公昭６１−２３２４３号公報の提案がある。また、本願の発明者も既に従来の製鋼工場を改造し、復数の転炉のそれぞれの炉前作業床に作業床開口部を設け、一の転炉で溶銑の脱燐精錬をした溶湯を受湯鍋に受け、この受湯鍋を前記作業床開口部を通して他の一の転炉に運搬し、この転炉に装入し、ここで脱炭精錬を行なう精錬方法を開発している（特開平６−４１６２４号公報）。
【０００５】
上記製鋼方法において、一の転炉等における脱燐精錬において終点のＰ含有量を通常の粗鋼成分のＰ含有量（所謂鋼の成分規格値、通常０．０２ｗｔ％以下）まで精錬し、他の転炉において実質的に脱炭精錬を行なうと、この脱炭精錬においてマンガン鉱石を装入することが可能となり、より経済的に鋼の生産が可能となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、転炉等の精錬容器において脱燐精錬し、終点のＰ含有量を粗鋼成分のＰ含有量（所謂鋼の成分規格値、通常０．０２ｗｔ％以下）まで精錬し、転炉において脱炭精錬すると、溶鋼中のＰが種々の原因により変動し、脱炭精錬における終点のＰ含有量が粗鋼成分のＰ含有量（所謂鋼の成分規格値）を超える場合があり、問題となる。
【０００７】
上記原因としては、この溶銑を脱炭精錬する転炉における、先行する脱炭精錬における終点の溶鋼中の燐及び転炉炉内に残留したスラグからの燐のピックアップ及び取鍋における流出スラグからの復燐等がある。そこで、上記原因による復燐の量を予め考慮して、所定のＰ含有量となるように、脱燐精錬を制御することが必要になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題について種々研究した結果、下記の発明をするに至った。
第１の本発明は、下記の工程を備えたことを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法である。
（ａ）精錬容器において、溶銑の終点の燐含有量（［Ｐ］ｆｗｔ％）が下式(1) に従うように脱燐精錬し、
［Ｐ］ｆｗｔ％≦［Ｐ］k ｗｔ％−Δ１−Δ２---(1)
ここで、［Ｐ］k ｗｔ％: 粗鋼で要求されているＰ含有量（鋼の成分規格値）
Δ１：この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留するスラグ量による燐の増加量（ｗｔ％）、
Δ２：取鍋における溶鋼の復燐量（ｗｔ％）
（ｂ）前記脱燐精錬された溶銑を転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。
【０００９】
更に、第２の発明は、前記［Ｐ］ｆｗｔ％が、式（１）に代えて下式（２）に従うように脱燐精錬された脱燐溶銑を使用することを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼である。
［Ｐ］ｆｗｔ％≦［Ｐ］k ｗｔ％−Δ１−Δ２−Δ３--（２）
ここで、Δ３: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる増加量（ｗｔ％）
【００１０】
第３の発明は、上記取鍋における溶鋼の復燐量( Δ２）は、取鍋におけるスラグからの復燐量及び添加する合金鉄からの復燐量の合計量とすることを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法である。
【００１１】
第４の発明は、前記脱燐精錬を行う精錬容器が転炉であることを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、精錬容器である転炉における溶銑の脱燐精錬を図５において説明する。図５は溶銑３４０ｔｏｎの転炉２における溶銑４の脱燐精錬の状況を概念的に示す。溶銑装入後、ランス１２から酸素を吹錬し、所定量の焼石灰等を装入し、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、ＦｅＯ等を主成分とするスラグ６を生成させ、溶銑から燐を除去する。溶銑の脱燐精錬が終了すると倒炉して出鋼口８を介して溶銑取鍋に出湯を行う。
【００１３】
本発明前の溶銑の脱燐精錬の概要を図６に示す。スクラップ装入に続いて［Ｓｉ］が０．３から０．５ｗｔ％の溶銑３４０ｔｏｎを装入後、造滓材としての焼石灰（６ｔｏｎ／ｃｈ），ホタル石（０．６ｔｏｎ／ｃｈ）、場合により生ドロマイト等を装入しながら、酸素吹錬を約１３分間行う。その後、溶銑とスラグの分離を行うためリンスを３分間程度行い、スラグフォーミングの鎮静化のため約４分を待ち、その後出湯する。図に示すように脱燐精錬時間は約３６分である。
【００１４】
本発明の前提となる脱燐精錬を説明すると以下の通りである。
３４０ｔｏｎ転炉における脱燐精錬の概要を図１に、また精錬時間配分を図３に示す。本発明では望ましくは０．３ｗｔ％以下の溶銑を使用すると安定して低燐溶銑が得られ、更にスラグフォーミングが少ないという効果もある。
【００１５】
非定常的な操業（高炉休風後等）ではＳｉが０．３ｗｔ％を超えることがあるが、このような場合には溶銑鍋等で予め脱珪素を行うことが望ましい。なお、本発明においては必ずしもＳｉが０．３ｗｔ％以下であることは必須の条件ではない。
【００１６】
本発明の前提となる精錬においては、望ましくは、Ｓｉ０．３ｗｔ％以下の溶銑を使用するため、スラグ量は２０〜４０ｋｇ／ｔｏｎで（後述する図４参照）、図３に示すように精錬中におけるスラグフォーミングも少ないので鎮静時間をほとんど要せず、また出鋼後の排滓時間は１分程度である。そこで、図１に示すように脱燐精錬時間は２９分となり、脱炭精錬時間と同程度である。
【００１７】
また、溶銑Ｓｉが低いと略同一の塩基度で、より少ないスラグ量で脱燐精錬を行っているにもかかわらず、本発明の前提となる脱燐精錬においてはＰが通常粗鋼で要求されている（規格値）０．０２ｗｔ％以下に精錬される。スラグ量が少ないために円滑なスラグ生成が行われたためと推定される。この為脱炭精錬においてはＰを精錬する必要がない。
【００１８】
また、溶銑のＳｉが少ないと通常の脱燐精錬においては溶銑中のＰがスラグ中のＦｅＯと反応してスラグに吸収される。そこで、脱燐精錬を促進するためにはスラグ中のＦｅＯ濃度を高くする。このため、吹錬中に鉄鉱石或いはミルスケールを装入する（図１参照）。上記は転炉における脱燐精錬の例を述べたが、本発明においては転炉における脱燐精錬に限定されず、取鍋における脱燐精錬を行ってもよい。
【００１９】
次に、図２に脱炭精錬の状況を示す。この精錬においては主に脱炭精錬を目的とするため、吹錬する酸素量を多くする。溶銑のＰ含有量は少なくとも規格値（０．０２ｗｔ％）以下となっているため、従来使用している焼石灰等の造滓材は原則として装入しない。
【００２０】
従って、上記脱炭精錬においてはスラグの増加は少ないが、溶銑装入に先立ち軽焼ドロマイト等を炉体寿命延長のために装入することがあるので、スラグ量がある程度増加することがある。このような場合には必要に応じて炉内スラグを排出する。その結果、炉内に生成するスラグ量は後述する図４に示すように１０〜３０ｋｇ／ｔｏｎと少ない。しかも、出鋼後において原則として炉内に残留させるため排出するスラグ量は従来（２５〜３５ｋｇ／ｔｏｎ）と比較し大きく減少する。
【００２１】
次に、本発明の前提となる脱炭精錬においてマンガン鉱石（例えば、Ｍｎ約５０ｗｔ％，Ｆｅ約１０ｗｔ％以下，ＳｉＯ₂ 約１０ｗｔ％以下）を可能な範囲で装入する。高炉溶銑のＭｎ含有量は通常０．２〜０．３ｗｔ％であり、脱燐精錬された溶銑のＭｎ含有量は、通常０．０５〜０．１５ｗｔ％である。そこで、マンガン鉱石を精錬中に添加すると効率よく還元され、溶鋼のＭｎ含有量を最大、粗鋼のＭｎ含有量の上限値まで高めることができ、より経済的に製鋼作業が可能となる。
【００２２】
更に、本発明の前提となる精錬では、脱燐溶銑を脱炭精錬炉に装入するに先立ち予め軽焼ドロマイト及び／又は生ドロマイトを添加すると、脱炭精錬中において十分スラグに溶解し、ＭｇＯ濃度を高める作用がある。このようなスラグはスラグ自体がＭｇＯを溶解度限まで含有しているため、炉体煉瓦の損耗を抑制し、炉体寿命を延長させる効果がある。
【００２３】
以上が本発明の前提となる脱燐精錬と脱炭精錬の概要である。所で、脱燐精錬における終点のＰ含有量は、転炉における脱炭精錬において下記の原因により変化する。
（１）この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬の残留スラグからの復燐
（２）取鍋における復燐
（３）更に、脱燐精錬において発生したスラグが脱炭精錬炉に混入することによる復燐
【００２４】
以下、順にこれらの影響を考察する。
以下の考察に次の記号を使用する。
［Ｐ］ｆｗｔ％: 精錬容器における脱燐精錬の終点の燐含有量
［Ｐ］k ｗｔ％: 粗鋼で要求されているＰ含有量（鋼の成分規格値）
Δ１: この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬の炉内に残留したスラグによる燐の増加量
Δ２: 取鍋における復燐量
Δ３: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記脱炭精錬する転炉に混入することによる復燐量
【００２５】

【００２６】
脱燐平衡条件は、（Ｐ）0 ／［Ｐ］0 = ｋ( 約２００）、（Ｐ）2 ／［Ｐ］2 = ｋ( 約２００）、脱炭精錬における燐のマスバランスは、
入り側 =１０００＊Ｘ1 ＊［Ｐ］1 ／１００+ Ｘ1 ＊Ｙ0 ＊ (Ｐ）0 ／１００
出側 =１０００＊Ｘ2 ＊［Ｐ］2 ／１００+ Ｘ2 ＊Ｙ2 ＊（Ｐ）2 ／１００
ここで＊は乗算を意味する。現実の操業においては、Ｘ1 はＸ2 と実質的に同量である。そこで、
［Ｐ］2 = ( １０００＊［Ｐ］1+Ｙ0 ＊ｋ＊［Ｐ］0 ) ／( １０００ +Ｙ2 ＊ｋ)
【００２７】
ここで、Ｙ2 = ３０ｋｇ／ｔｏｎ ,Ｙ0 = １５ｋｇ／ｔｏｎ, ｋ= ２００の場合は、
［Ｐ］2 = （０．１４＊［Ｐ］1 + ０．４２＊［Ｐ］0 ）
例えば、［Ｐ］1 = ０．１ｗｔ％で、［Ｐ］0 = ０．０１０ｗｔ％, ０．０１５ｗｔ％, ０．０２０ｗｔ％で、ｋが一定であれば、それぞれ、［Ｐ］2 = ０．０１８ｗｔ％, ０．０２０ｗｔ％, ０．０２２ｗｔ％となる。なお、Ｙ2 が０の場合には、［Ｐ］2 = ０．０１４ｗｔ％である。
【００２８】
以上の計算から明らかなように、脱炭炉に残留スラグがない場合には、
［Ｐ］2 = ０．０１４ｗｔ％であり、残留スラグが１５ｋｇ／ｔｏｎである場合には［Ｐ］2 は大きな影響を受ける。この例において、例えば、［Ｐ］k ｗｔ％ =０．０２０ｗｔ％の場合には、［Ｐ］ｆｗｔ％は０．０１６ｗｔ％以下, ０．０１４ｗｔ％以下，０．０１２ｗｔ％以下となる。即ち、Δ１= ０．００４ｗｔ％、０．００６ｗｔ％、０．００８ｗｔ％である。即ち、脱燐精錬においては少なくともΔ１に相当する量だけ低めに脱燐精錬する必要がある。
【００２９】
Δ２: 溶鋼の取鍋における復燐量は、取鍋内に転炉から流出したスラグ組成、量、鋳造までの時間、出鋼時に添加した保温材の種類と量等の影響により変化するので、予め計算することはできないが、上記工程が一定である場合には経験的に予想することができる。経験上、Δ２は０．００２ｗｔ％以下である。
【００３０】
Δ３: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる復燐量であるが、予め推定することが困難である。しかし、一定の作業においては経験上０．００２ｗｔ％以下である。
【００３１】
【実施例】
以上の点を予め考慮して［Ｐ］ｆｗｔ％を定めて脱燐精錬容器として転炉を用いて脱燐精錬を行い、他の転炉において焼石灰等の造滓材を添加せず約５０チャージを脱炭精錬した。比較として、脱燐精錬の終点においてＰ含有量は０．０３から０．０４ｗｔ％とし、脱炭精錬において更に脱燐精錬も行う精錬を行い約５０チャージ行った。その結果を図４に示す。
【００３２】
本発明においては脱燐精錬において脱炭精錬における復燐量（０．００２から０．００４ｗｔ％）を考慮して規格値（通常０．０２０ｗｔ％以下）よりも低めに脱燐精錬し、その溶銑を脱炭精錬した。その結果、粗鋼のＰ含有量はいずれの場合も規格値（通常０．０２０ｗｔ％以下）を満足することができた。 しかし、従来の脱炭精錬においては、焼石灰を溶銑１ｔ当たり約１６ｋｇ装入しないと終点のＰ含有量を規格値（通常０．０２０ｗｔ％以下）以下とすることができなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明においては、転炉等の精錬容器で溶銑の燐含有量を少なくとも、脱炭精錬におけるＰ含有量の変化を推定し、粗鋼で要求されているＰ含有量（鋼の成分規格値）を考慮したＰ含有量以下に精錬し、この溶銑を転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行うことができる。
従って、脱炭精錬を行う転炉において、マンガン鉱石を装入し、粗鋼で要求されているＭｎ規格値の上限以内においてＭｎ含有量を高めることが可能となり、極めて経済的な製鋼方法が実現できる。また、この製鋼方法は発生するスラグを最小に抑えることができるので、省資源の効果もある。よって本発明の産業上の効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における脱燐精錬工程を示す図である。
【図２】本発明における脱炭精錬工程を示す図である。
【図３】本発明における溶銑の脱燐精錬時間を従来例（比較例）と共に示す図である。
【図４】本発明と従来例（比較例）における溶銑及び溶鋼の成分組成の変化を示す図である。
【図５】転炉における精錬反応の状況を示す図である。
【図６】従来の転炉における溶銑の脱燐精錬の状況を示す図である。
【符号の説明】
２ 転炉型精錬容器
４ 溶銑
６ スラグ
８ 出鋼口
１０ 炉口
１２ ランス

Claims (4)

1. 下記の工程を備えたことを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
   （a）精錬容器で、終点の燐含有量（［P］fwt％）が下式（1）に従うように溶銑を脱燐精錬し、
   ［P］fwt％≦［P］k wt％−△1−△2−一−（1）
   ここで、［P］k wt％：粗鋼で要求されているP含有量（鋼の成分規格値）
   △1：この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留したスラグ量による燐の増加量（wt％）、
   △2：取鍋における溶鋼の復燐量（wt％）
   （b）前記脱燐精錬された溶銑を他の転炉に装入し、造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。
2. 前記［Ｐ］ｆｗｔ％が、式（１）に代えて下式（２）に従うように脱燐精錬することを特徴とする請求項１記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
   ［Ｐ］ｆｗｔ％≦［Ｐ］k ｗｔ％−Δ１−Δ２−Δ３−−（２）
   ここで、Δ３: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる溶鋼の燐増加量（ｗｔ％）
3. 前記取鍋における溶鋼の復燐量( Δ２）は、取鍋におけるスラグからの復燐量及び添加する合金鉄からの復燐量の合計量であることを特徴とする請求項１又は２記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
4. 前記脱燐精錬を行う精錬容器が転炉であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。

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