JP5435106B2 - 溶銑の脱燐処理方法 - Google Patents
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Description
一般に溶銑予備処理では、まず、酸化鉄等の固体酸素源を溶銑に添加して脱珪処理を行ない、この脱珪処理で発生したスラグを除去した後、精錬剤(脱燐剤)を添加して脱燐処理を行う。通常、脱燐処理の精錬剤としては石灰などのCaO系精錬剤を用い、酸素源としては気体酸素や固体酸素源(酸化鉄等)を用いる。処理容器としては、トーピードカー、取鍋(装入鍋)、転炉型容器などが用いられるが、特に転炉型容器を用いる場合には、上吹きランスから溶銑浴面に気体酸素が吹き付けられ、さらに炉底などから撹拌用ガスが吹き込まれるのが一般的である。
また、従来技術では送酸速度が低いため、生産量を向上させることができない。さらに、スクラップを多量に使用する場合(低銑配操業時)、熱余裕を確保するため高[Si]溶銑を処理する必要があるが、送酸速度を高くできないため、[Si]増分の酸素を供給するために精錬時間を延長せざるを得ず、生産性がさらに低下してしまう。また、スラグ塩基度=2.5〜3.5による高[Si]溶銑の脱燐処理では、CaO原単位が大幅に増加し、操業コストの上昇が避けられない。
[1]転炉型容器内の溶銑に対して、CaO源を主体とする精錬剤を添加し、上吹きランスから溶銑浴面に気体酸素の吹き付けを行う脱燐処理方法において、
上吹きランスから粉粒状の固体酸素源を溶銑浴面に吹き付け、且つ上吹きランスからの気体酸素の供給速度を1.5〜5.0Nm3/min/溶銑tonとするとともに、処理後のスラグ塩基度[%CaO/%SiO2]が1.0以上2.5未満となるように処理を行うことを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
[2]上記[1]の脱燐処理方法において、上吹きランスから粉粒状の精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、該精錬剤のうちの少なくとも一部が、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けられることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
[3]上記[2]の脱燐処理方法において、精錬剤のうちの少なくとも一部を、気体酸素をキャリアガスとして溶銑浴面に吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
[4]上記[1]または[2]の脱燐処理方法において、気体酸素の供給系統とは異なる供給系統を通じて供給されるキャリアガスにより、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面の近傍の浴面位置に、粉粒状の固体酸素源を吹き付けることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
また、本発明において、上吹きランスから粉粒状の精錬剤を溶銑浴面に吹き付ける処理形態(精錬剤の投射)とした場合には、スラグの滓化をより促進させることができ、これによりスラグの脱燐能力が効果的に向上するとともに、カバースラグとしての機能がより強化されるため、脱燐効率と鉄歩留まりをより向上させることができる。
精錬剤の主成分であるCaO源とは、CaOまたはCaOを生成可能なCa化合物(CaCO3、Ca(OH)2、CaMgO2等)を指す。CaO源を主体とする精錬剤としては、一般には生石灰が用いられるが、石灰石、消石灰、ドロマイト、CaO源を含む使用済みスラグ(転炉滓、連鋳滓、造塊滓など)などを用いてもよい。ここで、CaO源を主体とする精錬剤としては、CaO源をCaO換算で40質量%以上含むものが好ましい。
また、脱燐を効果的に行うため溶銑を撹拌することが好ましく、この撹拌としては、一般に浸漬ランスや炉底に埋め込まれたノズル(羽口)などから不活性ガス(Arガス,N2などの不活性ガス)や酸素ガス等を吹き込むガス撹拌が行われる。このような撹拌ガスの供給量としては、十分な浴撹拌性を得るために0.02Nm3/min/溶銑ton以上とし、また、浴の撹拌が強すぎると生成したFeOを溶銑中のCが還元する速度が大きくなり過ぎるためのため0.5Nm3/min/溶銑ton以下とすることが好ましい。
このように従来技術よりもスラグ塩基度を下げ、一方において送酸速度を高めることにより、さきに述べたように下記(i),(ii)の作用効果が得られ、その結果、高い脱燐効率でしかも鉄歩留まりを低下させることなく脱燐処理を行うことができる。
(i)スラグ塩基度を単に低下させただけでは脱燐能力不足となってしまうが、送酸速度を高めてスラグの酸素ポテンシャルを高めることで脱燐能力を補うことができる。
(ii)送酸速度を高めるとスピッティングやダスト発生が多量になり鉄歩留まりが悪化するという問題に対しては、スラグ塩基度を低くすることによりスラグが容易に滓化し、カバースラグとして機能が強化されるためスピッティングやダストの発生を抑えることができる。
また、スラグ塩基度が1.0未満ではスラグの脱燐能力が不十分であり、適切な脱燐効率が得られない。一方、スラグ塩基度が2.5以上では、路盤材等へのスラグの利材化に支障を生じる。
スラグ塩基度の調整方法としては、精錬剤の投入量を調整することの他にも、珪石やレンガ屑などの公知のSiO2源の投入量の調整、事前脱珪処理やFeSi合金の投入による溶銑中Si濃度の調整、などがある。
本発明において、CaO源を主体とする精錬剤は、上置き装入、浸漬ランスによる溶銑中へのインジェクション、上吹きランスを通じた溶銑浴面への吹き付け(投射)などの任意の方法により溶銑に供給することができるが、本発明では特に、スラグの滓化促進による脱燐効率の向上とカバースラグとしての機能の強化を図るという観点から、上吹きランスから粉粒状の精錬剤を溶銑浴面に吹き付けることが好ましい。
また、上吹きランスによる気体酸素と精錬剤の溶銑浴面への吹き付けでは、精錬剤を気体酸素以外のキャリアガス(例えば、N2、Arなどの不活性ガス)を用いて溶銑浴面に吹き付けてもよいが、その場合でも、精錬剤の一部または全部を気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けることが好ましい。これは、火点は気体酸素の供給によってFeOが生成する主要な場所であり、このような浴面領域に直接CaOを添加することにより、CaOの滓化が効果的に促進されるとともに、CaOとFeOの接触効率が高まるからである。特に、火点は気体酸素ガスジェットが衝突することにより最も高温となる溶銑浴面領域であるが、気体酸素による酸化反応が集中し且つ気体酸素ガスジェットにより撹拌されている領域であるため、CaOの供給による効果が最も顕著に得られる領域であると言える。また、この意味で精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるためのキャリアガスとしては気体酸素を用いることが好ましく、この場合には、気体酸素が精錬剤とともに溶銑浴面に吹き付けられることにより、精錬剤が火点に直接供給されることになり、この結果、溶銑浴面でのCaOとFeOの接触効率が最も高まる。
固体酸素源の投入方法としては、上置き装入、上吹きランスからの溶銑浴面への吹き付け(投射)、浸漬ランスからの溶銑中へのインジェクションなどの任意の方法を採ることができるが、本発明では、特に上吹きランスから粉粒状の固体酸素源を溶銑浴面に吹き付けることが、スラグの酸素ポテンシャルの向上と火点冷却による脱燐促進効果が得られるので好ましい。また、このような処理形態のなかでも特に、気体酸素の供給系統とは異なる供給系統を通じて供給されるキャリアガスにより、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面の近傍の浴面位置に、粉粒状の固体酸素源を吹き付けることが好ましい。
溶銑浴面において、気体酸素が溶銑浴面と衝突する場所、つまり火点は、気体酸素によって過剰な高酸素ポテンシャル場が形成されているが、気体酸素と溶銑中の炭素との反応によって高温になっている。したがって、火点に直接固体酸素源を供給しても、酸素ポテンシャル及び冷却の観点で最大の効果が得られるとは言えない。これに対して、火点近傍の周縁部は、火点よりは温度が低いが比較的高温に維持されるので、そこに供給された固体酸素源は迅速に溶融することができる。さらに、火点のような過剰な高酸素ポテンシャル場は形成されず、固体酸素源は効率良く反応に寄与することができる。これにより、スラグの酸素ポテンシャルが上昇し、つまり脱燐反応に最適なスラグが迅速に形成され、少ないスラグ量であっても、また高温下であっても脱燐処理が可能となる。
酸化チタンは脱燐処理時のスラグ組成においては酸性酸化物として作用し、精錬剤の主体であるCaOを滓化させる効果に優れている。つまり、酸化チタンを含有する砂鉄を添加することで、CaOを主体とする精錬剤の滓化が促進されて脱燐反応が促進される。また、酸化チタンはスラグの粘度を低下させる作用があり、これにより、脱燐処理後、反応容器からのスラグの排出が容易になるという効果が得られる。このため、スラグ排出後の反応容器内のスラグ残留量は無視できるほど少なくなり、次チャージの脱燐処理においては、復燐などによって脱燐反応が阻害されることなく、効率よく脱燐処理することができる。
スラグ中の酸化チタンの量は、TiO2換算で10質量%以下が好適である。10質量%を超えると、主成分であるCaOの比率が低下するので、脱燐能力の改善効果が相殺され、添加の効果を低下させてしまう。一方、スラグの粘度低下などの上記の効果を確実に享受するためには、酸化チタンの量はTiO2換算で1質量%以上が好ましい。
上吹きランスが、少なくとも2つの供給系統を有し、そのうち1系統から気体酸素を供給し、別の1系統から固体酸素源をキャリアガスとともに火点の近傍に向けて供給することで、固体酸素源は火点に近接した、実質的に脱燐反応の促進される部分に供給されることになる。固体酸素源は、気体酸素源に比べて酸素濃度の低いキャリアガスで供給されるので、その部分の温度が過剰に上昇することもなく、固体酸素源の良好な反応性によって脱燐がさらに促進される。例えば、1800℃における脱燐能力は、熱力学的概算で2000℃における脱燐能力より概ね倍増する。
なお、気体酸素を使用した場合には、酸化反応熱によって溶銑温度は上昇し、固体酸素源を使用した場合には、固体酸素源自体の顕熱、潜熱及び分解熱が酸化反応熱よりも大きいために溶銑温度は降下する。したがって、気体酸素と固体酸素源との使用比率は、上記の範囲を維持しつつ、溶銑の処理前後の温度に応じて設定することとする。また、脱燐反応を効率的に行うためには溶銑を撹拌することが好ましく、この撹拌としては、一般にインジェクションランスや炉底に埋め込まれたノズルなどを利用したガス撹拌を行えばよい。
スラグとしては、スラグ中のFeO濃度が10質量%以上50質量%以下の範囲が好適であるので、スラグ中のFeO濃度がこの範囲を維持できるように、固体酸素源の供給量を調整することが好ましい。より好ましい範囲は10質量%以上30質量%以下である。
各実施例の鉄歩留まり(スピッティングおよびダストの発生量が少ないほど鉄歩留まりが高い)とスラグ中のFree-CaO量を、処理前後の溶銑成分および処理条件とともに、表1および表2に示す。
Claims (4)
- 転炉型容器内の溶銑に対して、CaO源を主体とする精錬剤を添加し、上吹きランスから溶銑浴面に気体酸素の吹き付けを行う脱燐処理方法において、
上吹きランスから粉粒状の固体酸素源を溶銑浴面に吹き付け、且つ上吹きランスからの気体酸素の供給速度を1.5〜5.0Nm3/min/溶銑tonとするとともに、処理後のスラグ塩基度[%CaO/%SiO2]が1.0以上2.5未満となるように処理を行うことを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。 - 上吹きランスから粉粒状の精錬剤を溶銑浴面に吹き付けるとともに、該精錬剤のうちの少なくとも一部が、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に吹き付けられることを特徴とする請求項1に記載の溶銑の脱燐処理方法。
- 精錬剤のうちの少なくとも一部を、気体酸素をキャリアガスとして溶銑浴面に吹き付けることを特徴とする請求項2に記載の溶銑の脱燐処理方法。
- 気体酸素の供給系統とは異なる供給系統を通じて供給されるキャリアガスにより、気体酸素が吹き付けられる溶銑浴面の近傍の浴面位置に、粉粒状の固体酸素源を吹き付けることを特徴とする請求項1または2に記載の溶銑の脱燐処理方法。
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