JP4780910B2 - 溶銑の脱りん方法 - Google Patents

Description

本発明は、混銑車内に吹き込む脱りん剤の反応効率を上げるべく改善された溶銑の脱りん方法に関するものである。

製鉄所の製銑・製鋼工程においては、転炉での脱炭吹錬の前に溶銑中に含有する珪素、りん、硫黄（Si，Ｐ，Ｓ）などを予め除去する溶銑予備処理が行われている。この溶銑予備処理における溶銑脱りん処理は酸化精錬であり、脱りん剤としては酸素（酸素ガス、酸化鉄）、塩基性フラックス（CaＯ系など）などが用いられる。その酸化精錬の方式としては各種の方法があるが、主に転炉型処理，溶銑鍋型処理，混銑車型処理（以下、これを「トピード処理」ともいう）に分類される。このうちトピード処理は転炉を用いた処理方式に比べると、脱りん剤の反応効率が高く、処理コストが安いという利点がある反面、フリーボードが小さいため酸素供給速度が小さく、脱Ｐ速度が悪いという課題があった。

また、上記トピード処理では、脱りん剤き吹込みのために浸漬ランスが用いられるが、それの使用方法に関しては、例えば溶銑脱硫に関するものであるが、特許文献１および特許文献２などに開示がある。また、溶銑脱りん方法の例としては特許文献３に提案がある。さらに、前記浸漬ランス挿入位置の自由度を持たせるための提案としては特許文献４、特許文献５、特許文献６が挙げられる。なお、特許文献７には、トピード溶銑処理において、初期の脱Si反応で生成する低塩基度スラグを混銑車（以下、「トピードカー」ともいう）から排出しながら操業する方法も開示されている。
特開昭５４−４０２１６号公報 特開昭５３−４７７４４１号公報 特開２０００２−６９５１９号公報 特開昭６４−７２５６号公報 特開昭６４−７２５７号公報 特開平０５−５１４４号公報

上掲のトピードカーによる溶銑予備の処理において、複数のランスを用いる方法が知られている。この方法は、（１）溶銑中での精錬剤の分散促進作用（特許文献１、特許文献２）、（２）トピードカー内の攪拌力の増大作用、デッドゾーン解消作用（特許文献３）を目的として開発された技術である。ただし、（２）の方法については、トピードカーの容器形状が長円形であることから攪拌が不十分になるという問題があった。
一般に、前記トピードカーによる溶銑脱りん処理において重要なことは、脱りん速度をいかにして向上させるかということである。つまり、フリーボードが小さい従来のトピードカーによる処理において、内部の溶銑の吹き出しを回避しながら、同時に脱りん剤の反応効率を高めるためには、脱りん剤の供給速度を速くして、脱りん速度を上げることが必要である。ところが、従来の複数ランスを用いた吹き込み技術の場合、このような観点から脱りん反応を考えたものではない。また、特許文献７では、脱Si反応により生成した低塩基度スラグを系外に排出し乍ら操業する方法を開示しているが、脱りん剤の吹き込み速度を低下させることなく、予備処理で、スラグのみを合理的に排出する方法までは開示していない。

そこで、本発明の目的は、混銑車内溶銑の攪拌力が大きくデッドゾーンの解消に有効で、その溶銑中への脱りん剤の分散作用が大きく、かつ高い脱りん効率を得る上で有効な溶銑の脱りん方法を提案することにある。

そこで、本発明は、従来技術の抱えている上述した問題点を解決する方法について鋭意研究した結果、２本の浸漬ランスを用いて、溶銑を攪拌する手段を工夫した上で、溶銑バス深さとランス浸漬深さの関係、脱りん剤に対するガス流量比率の制御、ランス先端部の間隔調整について、それぞれ一定の条件にすることが有効であるとの知見を得て、本発明を完成させた。

このような考え方の下に開発した本発明は、混銑車内に充填された溶銑中に、浸漬ランスを介して酸素ガスや、灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉、ＣａＯ系フラックスなどからなる脱りん剤をキャリアガスとともに吹き込むことにより、脱りんする溶銑の脱りん方法において、処理初期にＣａＯ粉を吹き込み、その後は、灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉を吹き込むとともに、混銑車内の長手方向を指向して挿入される２本の上記浸漬ランス先端部を、相反する向きにして溶銑中に浸漬し、かつこれらのランスからは下記（１）〜（３）式を満たすような条件で上記脱りん剤の吹込みを行うことを特徴とする溶銑の脱りん方法である。
０．５Ｈ＜ＨＬ＜０．９Ｈ （１）
５０≦Ｑｐ／Ｑｇ （２）
０．１０Ｌ≦Ｗ≦０．５０Ｌ （３）
ＨＬ：静止湯面からのランス浸漬深さ（ｍ）
Ｈ：溶銑バス深さ（ｍ）
Ｑｐ：灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉の吹込み速度（ｋｇ／ｍｉｎ）
Ｑｇ：搬送ガス流量（ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎ）
Ｗ：２本の浸漬ランス先端間距離（ｍ）
Ｌ：トピードカー長手方向最大距離（ｍ）

本発明において、前記混銑車は、それの回転軸を中心として３〜１０°傾けて、脱Ｓｉ処理時に発生した低塩基度スラグを流出させながら、灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉の吹き込みを行うことが好ましい。

本発明は、トピード口からの浸漬（挿入）方向が異なる２本の浸漬ランスを用いて、トピードカー内溶銑の脱りんを行う際、上述した吹き込み条件で脱りん剤の吹き込みを行うようにしたので、浸漬ランスを１本で脱りんする従来の方法に比べて高効率かつ高速での処理が可能となった。しかも、本発明の脱りん方法では、処理中の溶銑の温度降下が小さく、コストダウン、処理時間の短縮による処理能力の向上も期待できる。

トピードカーでの溶銑脱りん処哩では、酸素源である酸化鉄やCaＯを主とする脱りん剤をキャリアガスと共に浸漬ランスを介してトピードカー内溶銑中に吹き込む処理が必要である。この処理において生じる脱りん反応は、下記（１）式に示すように酸化反応であることから、溶銑中の炭素やマンガン（Ｃ、Mn）の酸化反応とも競合することになる。特に、溶銑は炭素が飽和状態であるため、脱りん反応進行中は脱炭反応も進行しやすいという特徴がある。

溶銑の脱りん反応は、メタル／スラグ間で下記（１）式のように反応して行われる。
２［Ｐ］＋５［Ｏ］＋３（CaＯ）＝３CaＯ・Ｐ2Ｏ₅ （１）
ここで、［Ｐ］：溶銑中のりん、［Ｏ］：溶銑中酸素（酸素ガス，あるいは酸化鉄から）（Ｐ₂Ｏ₅）、（CaＯ）：スラグ中のＰ₂Ｏ₅、スラグもしくはフラックス中CaＯ

上述したような反応特性を有する溶銑の脱りん処理において、その脱りん速度を上げるためには、脱りん剤の吹込み速度を大きくすることが有効であると考えられる。ただし、この場合、ガス（主にＣＯガス）が局所的に増加することになることから、トピード口からの溶銑の流出（吹き出し）や溶銑中での脱りん剤の凝集による溶銑−脱りん剤反応界面の低下によって、脱りん酸素効率の低下を招くという問題点がある。

一方、トピードカー内溶銑の攪拌力の増大、脱りん剤の反応界面積（脱りん剤分散作用）増加のためには、ランス浸漬深さを大きくすることが有効であると考えられるが、この場合、脱りん剤キャリアガスや脱炭反応により発生するＣＯガス気泡による浮力が大きくなり、トピード口からの溶銑流出を促進することになる。

他方、脱りん剤と溶銑の反応界面積（＝接触面積）を大きくするためには、溶銑中への脱りん剤の侵入を促進することが有効である。一般に、搬送ガスと共に溶銑中に吹込まれた脱りん剤は、ランスの出口近傍で膨張したキャリアガスに包囲され、一部がそのガス気泡を離脱して、溶銑中に浸入していくことが知られている。そこで、本発明では、固体の脱りん剤に対する搬送ガスの比率を大きくすることにより、ガス気泡からの固体脱りん剤の離脱を促進させ、このことによって溶銑中への脱りん剤の侵入を促すことが有効であるとの結論に達した。

このような考え方の下で、発明者らは、異なる浸漬（挿入）方法をもつ２本の浸漬ランスを用い、脱りん酸素効率と脱りん速度が最大となる最適の脱りん剤吹き込み条件、ランス挿入位置について実験検討した。以下、その検討結果について説明する。
この実験は、400ｔトピードカーを用い、図1に示す態様で、表1に示す条件（溶銑・脱りん剤）にて、とくに溶銑中に吹込むCaＯ粉を、処理初期に溶銑（Si）より生成するSiＯ₂に対して重量比で２倍（スラグ塩基度2.0目標）になるまで吹込み、その後は焼結粉のみを吹込んだ。この実験においてはまず、適正な焼結粉の吹込み条件を見出すために、１本の浸漬ランスによる脱りん処理実験を行った。また、この実験水準を表２に示した。いずれの条件においてもCaＯの供給速度は一定とした。

実験水準１では、焼結粉供給速度1.0 kg／min／t一定の条件で、ランス浸漬深さを変更する実験を行った。実験結果として、図２にランス浸漬深さと脱Ｐ酸素効率の関係を示した。この図に示すように、ランス浸漬深さを静止状態での溶銑深さＨの50％以上とすることにより脱りん酸素効率が高位安定し、とくに、60％以上では脱りん酸素効率は略一定であった。しかし、ランス浸漬深さ（静止湯面からのランス浸漬深さＨＬｍ）が前記溶銑深さ（バス深さ）Ｈの90％超の条件ではトピードカー底部の耐火物溶損が顕著となった。従って、ランス浸漬深さとしてはバス深さＨの0.5〜0.9が好適であることがわかった。
即ち、0.5Ｈ＜ＨＬ＜0.9Ｈという上記（１）式の関係が成立する。

次に、実験水準２では、ランス浸漬深さをバス深さ60％という条件において、トピード口からの溶銑吹き出しが生じない限界条件である焼結粉＝1.25 kg／mim／t一定とし、搬送ガスの減少を図る実験を行った。その結果を図３に示すが、この場合の脱Ｐ酸素効率（％）は、固気比（脱りん剤吹込み速度Ｑｐ（kg／min）と搬送ガス流量Ｑｇ（ｍ³（標準状態）／min）との比率）を50（kg／ｍ³（標準状態））以上とすることにより、高位に安定することがわかった。
即ち、50≦Ｑｐ／Ｑｇという上記（２）式の関係が成立する。
ここで、この実験条件である焼結粉の供給速度＝1.25 kg／min／tにおいて、粉体輸送が可能な条件としての固気比の上限は120 kg／min／ｍ³（標準状態）程度であった。その固気比は焼結粉の供給速度や粉体輸送配管、圧力など種々の要因により上限値が変化する。しかし、焼結粉供給速度増加による固気比上限の増加は、溶銑中での焼結粉の凝集を促進して、反応界面積が減少するため、1.25 kg／min／t程度が妥当である。

次に、実験水準３として、図４に示すような設備を用い、異なる浸漬状態とした２本の浸漬ランスを用いて脱りん処理する実験を行った。吹き込み形態を図４に示す。即ち、この実験は、浸漬ランス先端のトピードカーの長手方向における距離の影響を調べるためのものである。その結果を図５に示すように、２本の浸漬ランス先端間距離（ｍ）がトピードカー長手方向の最大距離Ｌ（ｍ）が0.1以下の条件ではトピード口からの溶銑吹き出しにより、脱りん剤の吹き込みが困難となった。一方、浸漬ランス先端間距離Ｗ＞0.5Ｌの条件では脱りん酸素効率が低下した。これはトピードカーの構造が両端に近づくほど容器内体積が小さくなっており、インジェクション位置が周囲の耐火物の壁に近づくためにエネルギーの損失が顕著になるためと考えられる。従って、0.10Ｌ≦Ｗ≦0.50Ｌという上記（３）式に基く関係式が得られた。
なお、図５には、１本ランス（水準３）での実験結果も併せて示した。この図５に示すとおり、浸漬ランスを1本使用するものに比べ、浸漬ランスを２本（水準４）で吹き込むときの方が、ランス先端間距離の如何にかかわらず脱Ｐ酸素効率が明らかに良好である。しかも、それは、水準４（２本ランス）で行う限り、ランス先端間距離を≦0.7Ｌのどの範囲においても同様に効果が得られる。これは細長いトピードカーの形状の混合特性に起因するものと考えられる。

なお、この場合において２本ランスの浸漬深さは、基本的に同一にするが、互いの浸漬深さを、静止状態での溶銑深さ（バス深さ）Ｈに対し0〜0.2Ｈ程度変化させてもよい。またトピードカーのトピードカーから挿入するランスの挿入角度（θ）は０〜30°の範囲で調整することができる。

本発明において用いる脱りん剤、すなわち、溶銑中に添加する酸化鉄の如き酸化成分としては、灰分を含んだ焼結鉱、ダスト、または圧延スケールなどの酸化鉄を主成分とするものなどが使用できる。また、CaＯ源としては、転炉、鋳造スラグなどのリサイクル品などの使用も可能である。そして、キャリアガスとしては、窒素やアルゴンのような不活性ガスを主とし、これに圧縮空気、酸素ガス、ＣＯ₂ガスなどの酸化性ガスが混合したものを用いることができる。

図６は、トピード容器を傾転させ、脱りん剤吹き込み操業中に、スラグの排出を行う実験の模式図である。この実験は上述した２本ランスを使う水準４の方法で行ったものであり、図７に、そのトピード傾斜角度と脱Ｐ酸素効率との関係を示した。この図７から、溶銑の吹き出しがなくスラグの安定した排出を実現し、かつトピード口からの溶銑流出を防ぐためには、トピードカーの傾転角度は３〜10°とするのがよいことがわかる。そもそも、この脱りん処理と同時にスラグを排出する意義は、トピードカーの内部に生成する低塩基度スラグを除去することにある。

一般に、トピード処理の初期においては、脱りん反応よりも脱Si反応が優先的に進行し、この脱Si反応によりSiＯ₂リッチなスラグを生成すると共に、脱りん処理前に該トピードが内に既に存在している高炉スラグや鋳床脱Siスラグ（これらはいずれもSiＯ₂リッチである）が混合した低塩基度スラグが生成する。ところが、脱りん反応は一般に、高塩基度ほど促進されるため、前記低塩基度スラグは予めトピードカーの外に流出させることが得策である。一方で、このときに溶銑の流出があると、鉄歩留まりが低下するためそれを回避することも必要となる。そのために、本発明では、その両方の要請を満足させるために、上述したトピードカーの傾転角度に着目し、それの好適範囲を上述のように定めた。

この実施例において採用した実施の条件は、処理時間を３０分とし、溶銑量および初期溶銑成分は表１に示すとおりとした。
（１）表３は水準Ａ（ランス浸漬深さ）を検証するための実施例である。表中、比較例のランス浸漬深さは、０．４Ｈ、０．９Ｈのもの、参考例のランス浸漬深さは０．５Ｈ、０．６Ｈものを用いた。この実施例の結果を表４に示す。参考法に適合するランス浸漬深さを０．５Ｈおよび０．６Ｈの場合において、処理後［％Ｐ］の低いものが得られた。
（２）表５は水準Ｂ（固気比）を検証するための実施例である。この実施例では、比較例として固気比３０ｋｇ／ｍ^３（標準状態）のものを用い、参考例として５０ｋｇ／ｍ^３（標準状態）、６０ｋｇ／ｍ^３（標準状態）、１００ｋｇ／ｍ^３（標準状態）のものを用いた。その結果を表６に示すが、参考法に適合する固気比＞５０ｋｇ／ｍ^３（標準状態）の場合において、処理後［％Ｐ］が低下することがわかった。
（３）表７に水準Ｃ（２本ランス）を検証するための実施例を示す。この実施例では、比較例１として、１本ランスで同一の焼結粉吹込み速度で吹込んだ場合、比較例２として２本ランスでランス間距離が０．０５Ｌとした場合、比較例３として２本ランスでランス間距離が０．６Ｌとした場合とした。一方、本発明例として、２本ランスでランス間距離を０．１Ｌ、０．５Ｌとしたものを用いた。その結果を表８に示すが、２本ランスでランス間距離を０．１Ｌ〜０．５Ｌとした場合に、処理後［％Ｐ］が低下することがわかった。
（４）表９に水準Ｄ（傾転角度）を検証するための実施例を示す。この実施例では、比較例１は傾転なし、比較例２は傾転１２°、一方、本発明法は傾転５°として実施した例である。その結果を表１０に示すが、本発明法では脱りん剤吹込み中の溶銑流出がなく、傾転流滓により低塩基度スラグが排出されることによって、処理後のスラグ塩基度が増加した結果、処理後［％Ｐ］が低下した。とくに、２本ランスで吹き込み条件を適正にすることにより、焼結粉の供給速度を溶銑吹き出しを生じることなく、かつ高い反応効率の条件で増加でき、処理速度が大きくなった。さらにトピード傾転によるスラグ排出によりスラグの塩基性が高まり、反応を促進することが可能になることもわかった。

本発明は、製鉄所における溶鉄製造技術に適用することができる。

１本ランスによる脱りん剤吹き込み装置例を示す断面図である。 ランス浸漬深さと脱Ｐ酸素効率との関係を示すグラフである。 固気比と脱Ｐ酸素効率との関係を示すグラフである。 本発明法に従う脱りん剤吹き込み装置の例を示す断面図である。 ランス先端間距離と脱Ｐ酸素効率との関係を示すグラフである。 トピード傾転によるスラグ流出方法を説明する模式図である。 トピード傾転角度と脱Ｐ酸素効率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１’ 吹き込み用ランス
２ トピードカー
３ 溶銑
４ スラグ
５ 脱りん剤
６ キャリアガス

Claims (2)

1. 混銑車内に充填された溶銑中に、浸漬ランスを介して酸素ガスや、灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉、ＣａＯ系フラックスなどからなる脱りん剤をキャリアガスとともに吹き込むことにより、脱りんする溶銑の脱りん方法において、処理初期にＣａＯ粉を吹き込み、その後は、灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉を吹き込むとともに、混銑車内の長手方向を指向して挿入される２本の上記浸漬ランス先端部を、相反する向きにして溶銑中に浸漬し、かつこれらのランスからは下記（１）〜（３）式を満たすような条件で上記脱りん剤の吹込みを行うことを特徴とする溶銑の脱りん方法。
   ０．５Ｈ＜ＨＬ＜０．９Ｈ （１）
   ５０≦Ｑｐ／Ｑｇ （２）
   ０．１０Ｌ≦Ｗ≦０．５０Ｌ （３）
   ＨＬ：静止湯面からのランス浸漬深さ（ｍ）
   Ｈ：溶銑バス深さ（ｍ）
   Ｑｐ：灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉の吹込み速度（ｋｇ／ｍｉｎ）
   Ｑｇ：搬送ガス流量（ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎ）
   Ｗ：２本の浸漬ランス先端間距離（ｍ）
   Ｌ：トピードカー長手方向最大距離（ｍ）
2. 前記浸漬ランスによる灰分を含んだ焼結鉱、ダストまたは圧延スケールである酸化鉄粉の吹き込み時に、混銑車を回転軸を中心として３〜１０°傾けることにより、脱Ｓｉ処理時に発生した低塩基度スラグを流出させることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱りん方法。

Images