JPH03236410A - 低りん溶鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鉄鉱石から溶鋼を製造する工程において、低り
ん溶鋼を効率的に製造するための方法に関する。

（従来の技術） 従来、鉄鉱石は高炉で還元されて銑鉄とされてきた。こ
の際には、原料中に含まれるりんの９０％近くは還元さ
れて銑鉄に入るので、銑鉄のりん含有量は通常０．１％
程度と高いレベルにある。そこでこの溶銑を例えば転炉
で脱炭する際に生石灰をフラックスとして添加すること
により脱りんを行なって、溶鋼として許容されるりんレ
ベルまで低下していた。

しかし、近年、鋼材のりん含有量低減に対する要求が厳
しくなり、これまでの転炉での脱りん法では要求される
りんレヘルの鋼材製造が困難になってきたことから、溶
銑予備処理法が広く採用されるようになってきた。この
溶銑予備処理法は、溶銑に石灰などの塩基性のフラック
スを添加して吹酸し、Ｓｉの酸化と脱りんを行なうもの
である。

確かに反応から見ればりんを除去できるので、低りん鋼
の製造を容易にしていることは事実であるが、高炉製銑
工程と製鋼工程の間に１工程入ることになるので、処理
費用が増加し、また、熱的な制約によって製鋼工程で使
用可能なスクラップ量が滅るなどの問題もあり、低りん
鋼の溶製はできるようになったものの、処理費用は増加
したというのが現状である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、鉄鉱石がら溶鋼までの工程において、従来法
と比較して処理工程数をふやすことなく、低りん鋼を安
定して効率的、かつ経済的に製造する方法を提供しよう
とするもので、具体的には、従来法と異なる次の３つの
ポイント、すなわち、 ■　鉱石の還元時に、原料中に含まれているりんが還元
されて溶融メタル中に入る比率を低く抑えること、 ■　酸化精錬時におこる脱りん反応を効率的に進めるこ
と、 ■　還元精錬時の復りん反応を効率的に抑制すること、 をそれぞれ考慮し、それら各々を解決する手段を組み合
わせることにより、全体として低りん鋼の溶製を可能と
する方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の前記課題を解決するための手段は以下のとおり
である。

まず鉱石還元時に原料中に含まれているりんが還元され
て溶融メタルに入ることを抑制するために第１工程では
、ガスを上底吹きできる冶金炉において、酸素ガスを上
吹きしながら酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を供給して
、溶融メタルの温度が１３６０〜１４５０’Ｃの範囲に
なるように調整し、同時に、溶融スラグ中に存在する酸
化鉄の鉄濃度が３％以上、９％以下となるように底吹き
ガス量を調整し、さらに、溶融メタルの炭素含有量が３
％以上になるように炭材を供給して、高炭素メタルを溶
製する。

次に酸化精錬時の脱りん反応促進のために、第２工程で
は、スラグとメタルを分離後、第１工程で製造されたメ
タルのＳｉ含有量が低いことを利用して、メタル脱炭と
ともに、石灰系フラックスを添加することによって脱り
んを行なう。

ついで、第３工程では、スラグと溶鋼を再度分離して、
溶鋼を取鍋内で、復りんが起こりにくい条件で還元精錬
する。

これによって、低りんで、かつその他の成分条件も満足
できる溶銅を安定して経済的に製造することができる。

（作　用） 第り図は本発明の第１工程を行なうのに用いる設備の一
例を示す。炉はガスを上底吹きできる転炉の形状を有す
るもので、酸素は上方からランスを通して上吹きされる
。原料は、鉄鉱石あるいはそれが予備還元された鉄原料
、石炭あるいはそれがチャー化（揮発分除去）などの前
処理を受けた炭材、および石灰石あるいはそれが炉外で
坑底された生石灰などのフラックスある。これらの原料
のほとんどすべては上方から連続的あるいは間欠的に投
入される。原料のうち溶融物中に直接吹き込まれるもの
はない。あるいはあったとしてもその量はごく少量に限
られる。というのは、原料吹き込みに用いるキャリアガ
ス量が多くなると、メタル中のりん濃度を低下させるの
に不利となって、本発明の実施にとって好ましくないか
らである。

所定量の原料が投入されて精錬が終わると、生成したメ
タルとスラグの一部は排出され、残されたメタル、スラ
グを種湯として次の操業を行なう。

特に、ここでスラグを残留させ、炉内のメタル量に対し
て炉内のスラグ量が３７０ｋｇ／を以上となるようにす
ることが重要である。この条件が満足されないと、酸素
を吹きながら鉱石を還元するという本発明第１工程の要
求は、酸素ジェットとメタルとの接触反応に伴うダスト
発生量の増加などの問題が生じて著しく阻害されるから
である。

溶融物の温度は、例えば、浸漬型の熱電対で測ったメタ
ル相の温度で代表させることができ、この温度が１３６
０〜１４５０℃の範囲になるように、酸素供給量と原料
供給量を調整する。その理由は、第２図に示すように、
１４５０″Ｃを越えるとメタルのりん濃度ＣＰ）を下げ
るのに不利となり、一方、１３６０℃未満では温度が低
すぎて操業が不安定になるので好ましくないからである
。この温度調整は、例えば、酸素供給量を一定とした場
合には、測点結果に応して鉄原料の供給速度を調整する
ことによって容易に行なうことができる。

メタルのりん濃度ＣＰ）低減、すなわち、原料中のりん
が還元されてメタルに入るのを抑制するための第２の条
件は、スラグ内に酸化鉄として存在する鉄濃度（Ｔ、　
Ｆ　ｅ　）が３％　以上、９％以下となるように調節す
ることである。この値が３％未満だと、第３図に示すよ
うに、メタルのりん濃度ＣＰ）を低下させるのに不利で
あること、方、９％を越えるとスラグがフォーミングな
どを起こして操業が不安定になり、また、第４図に示す
ように、耐火物損耗量が急増し、好ましくないからであ
る。このような鉄濃度条件を満足するための操業条件は
、底吹きガス量、例えば窒素ガス量を溶融メタル１トン
当たり、３〜１５Ｎｍ／ｈｒ−ｔメタルの範囲となるよ
うに調整することである。もし、底吹きガスが多過ぎる
場合には、還元反応速度定数が大きくなり、その結果、
鉄濃度（Ｔ、　Ｆ　ｅ　）が低（なり過ぎる。一方、底
吹きガス量が少な過ぎると、還元反応速度定数が小さく
なり、（Ｔ、　Ｆ　ｅ　）が高くなり過ぎる。なお、底
吹きガスは、攪拌を行なうのが目的であるから、どのよ
うなガスを用いてもよいが、価格、取扱い方の面から窒
素ガスが最適なものの一つとして挙げられる。低りん化
のためのもう一つの条件は、メタルの炭素濃度（Ｃ）が
３．０％以上となるように炭材の供給を行なうことであ
る。りんの還元抑制のためには、平衡論的に見ればメタ
ルの酸素濃度を高くするために炭素濃度は低い方が有利
である。

しかし、メタルの炭素濃度が３．０％を切ると、メタル
の融点が上昇し、その結果、りんの還元抑制のための最
も重要な条件である安定した低温操業の実施が阻害され
ること、また、スラグ中の酸化鉄の還元反応速度定数が
低下して、生産性を所定の値に保とうとすると、この酸
化鉄の鉄濃度（Ｔ、Ｆｅ）が９％を越えることになり、
先に述べたように操業の安定性が失われることから好ま
しくない。

そこで、メタルの〔０３％が前記範囲を保つため、炭材
は次のような条件を満足させるのが望ましい。すなわち
、第５図を見ればわかるように、炉に投入する炭材の内
、Ｃとしての９０％未満は通常の石炭（例えばＶＭ−殻
皮）でもよいが、残りの１０％以上は炉外で４００″Ｃ
以上に加熱して揮発分を低減処理したものを用いる。こ
れは、次の理由による。通常の揮発分を有する石炭を炉
に直接投入すると、急速加熱される結果、石炭は細かく
割れる。本発明第１工程のような、スラグ量の多い操業
では、炉に直接投入された石炭から生成するチャーがス
ラグに濡れにくい性質を有するので、比表面積が大きい
と溶融スラグ層内で炭材の分布している位置が高くなり
、その結果、メタル相、およびスラグ内の粒鉄と接触す
る確立が低下して、メタルへの加炭が遅れ、Ｃｃ）が３
％以上という条件を満足できなくなるからである。

なお、スラグ組成は、鉱石によって持ち込まれる脈石分
、炭材によって持ち込まれるアッシュ分、耐火物の溶損
分、並びにフラックスとして添加される石灰分の各々の
成分と量によって決まる。平衡論的には、塩基度が高い
ほど溶融メタルの脱りん進行にとって有利であるが、そ
の反面、塩基度が高いとスラグの融点が高くなるので低
温操業と矛盾する。従って、操業温度のことも考慮に入
れると、メタルのりん濃度を低下させるのに最も望＝１
．０〜１．５となる。もし、この値が低過ぎれば平衡論
的に脱りんの進行に不利となり、一方、高過ぎると低温
操業しようとした時にその操業が不安定になるという問
題がある。このスラグ組成条件を満足させるためには、
適当量の石灰を加える。

第１工程では以上の条件を満足させることにより原料か
ら持ち込まれるりんが還元されてメタル中に入ることを
抑制し、低りん・低Ｓｉ・高炭素メタルが得られる。こ
れを出湯させてスラグとの分離を行ない、必要に応して
メタルの脱硫を行なつた後に次の第２工程に移る。

この第２工程では、転炉あるいは取鍋を用い、メタルに
酸素を吹いて脱炭しつつ、フラックスとして生石灰を加
えて塩基度（ＣａＯ／５ｉＯｚ）　３．０以上の高塩基
性スラグを造り、りんの分配比を大きくして脱りんを行
なう。こうして、脱炭が終了した後、スラグとメタルを
分離し、メタルは取鍋に移して第３工程に送られる。

なお、この工程において、少ないフラクッスで効率的に
脱りんできる理由は、第１工程で生成するメタルのＳｉ
含有量が低いからである。

最後に、本発明の第３工程として取鍋内の溶鋼に対し脱
酸、介在物除去、脱硫などの還元精錬を行なう。この工
程では、りんに対して前工程からの浸入りん量を少なく
し、還元精錬時の復りんを抑制することに主眼を置いて
いる。すなわち、本発明においては、第２工程での脱り
ん幅を小さくし、たとえ第２工程で生成したスラグの一
部が本第３工程における取鍋にｄ人してもりんの絶対総
量が少ないことを利用して上記の課題を解決している。

（実施例） まず、第１工程として、アルミナ−カーボンれんがで内
張すした第１図のような転炉状容器を用い、以下の条件
で鉄鉱石の還元を行なった。

（１）使用原料； ■鉄鉱石−（Ｔ、Ｆｅ）　　（Ｔｏｔａｌ　Ｐｅ）　＝
　６９．８％。

５ｉＯｚ＝２．３％ ■炭材１−Ｆ、Ｃ（Ｆｉｘｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ）　＝　
５３．１％。

Ｖ、Ｍ　　（Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ　）　＝
　３７．２％、Ａｓｈ＝　　１０．３％ ■炭材２−Ｆ、Ｃ＝　７３．２％、Ｖ、Ｍ＝２．４％、
　Ａｓｈ＝９．８％（炉外で事前に６２０″Ｃまで予備
加熱したもの） ■フラックス・・・生石灰（ＣａＯとして９７％）（２
）吹錬条件； ■メタル（種湯）量・・・７０ｔ ■スラグ（種湯）量・・・主６　ｔ　（＝３７０ｋｇ／
ｌメタル） ■上吹きガス量・・・酸素？　２５．００ＯＮｍ３／ｈ
ｒ　（一定）■底吹きガス量・・・窒素；９００〜１１
００ＯＮ’／ｈｒ（＝平均１１　Ｎｍ’／ｈｒ　−ｔメ
タル）■鉄鉱石供給量・・・供給速度＝１−立〜土り立
ｔ／ｈｒ、総量＝４０．Ｏｔ ■炭材供給量・・・炭材ｌ；供給速度＝　１９．６　ｔ
／ｈｒ。

総量＝上ｉ亙を 炭材２；供給速度＝　３．９　ｔ／ｈｒ。

総量−１工ｔ ■フランクス供給量・・・４．２　ｔ／ｈｒ、総量＝±
２ｔ■メタル温度・・・１，４１０〜１．４４０℃その
結果、生成したメタル及びスラグの成分は次のようにな
った。

（１）メタル成分；Ｃ＝３．９％、５ｉ＝０．０２％、
Ｍｎ＝Ｏ１２１％、Ｐ＝０．０２０％、Ｓ＝ ０、０３６％ （２）スラグ成分；Ｔ、Ｆｅ＝３．２％、Ｃａ０＝４２
．６％。

ＳｉＯ□＝　２３．８％、　Ａ／２０３　＝１７．６％
。

Ｍｇ０＝７．６％ 次に、第２工程として、マグネシア−カーボンれんがで
内張すした第１工程と同様の転炉状容器を用い、以下の
条件で酸化精錬を行なった。

（１）精錬前メタル収骨；Ｃ＝３．８％、５ｉ＝０．０
２％。

Ｎ＝　２　ｌｐｐｍ、　　Ｐ　＝０．０２０％、Ｓ＝０
．０３４％ （２）精錬条件； ■酸素供給・・・上吹き；　２４．０００　Ｎｔｍ３／
　ｈｒ■フラックス供給・・・生石灰１２２ｋｇ／ｌメ
タルその結果、精錬後のメタル及びスラグの成分ば次の
ようになった。

（１）メタル成分；Ｃ＝０．０５％、５ｉ＝０．０１％
。

Ｎ＝１６ｐｐｍ　、　　Ｐ＝Ｏ，ＯＯ４％。

Ｓ＝０．０１９％ （２）スラグ成分；　Ｔ、Ｆｅ＝　１２．６％、Ｃａ０
＝　５９．６％。

５ｉＯｚ＝　１８．２％　Ｐ＝０．６２％。

Ｓ＝０．０９％ 最後に、第３工程として、アルミナ−カーボンれんがで
内張すした取鍋を用い、底吹きのアルゴンガスでバブリ
ングしながら石炭を添加し、アーク加熱により還元精錬
を行なった。

その結果、精錬前後でメタル成分は次のように変化した
。

（１）精錬前メタル成分、Ｃ＝０．０５％、５ｉ＝０．
０１％。

Ｐ＝０．００４％、Ｓ＝０．０１９％。

○＝４３０ｐｐｍ （２）精錬後メタル成分、Ｃ＝０．０４％、５ｉ＝０．
０１％。

Ｐ＝０．００６％、Ｓ＝０．００５％。

０＝２８ｐｐｍ 以上の通り、本発明により低りん鋼の溶製が可能である
ことがわかる。

（発明の効果） 以上のように、本発明に従い、低りん鋼の溶製を、 （ａ）原料中に含まれるりんの還元を抑制して低りん・
低Ｓｉ・高炭素のメタルを製造し、スラグとの分離を行
なう第１工程、 （ｂ）脱炭工程を利用して、メタルが低Ｓｉであること
を生かしながら効率的に脱りんを行ない、その後、メタ
ルとスラグとの分離を行なう第２工程、 （Ｃ）第２工程からの混入スラグがあっても、従来製鋼
法に比べてりん濃度が低いために還元精錬時に復りんし
にくいことを利用する第３工程、の組み合わせによって
行なうことにより、従来法に比較して処理工程数を増や
すことなく安定かつ経済的に目的を遠戚できる。

現在、低りん鋼溶製の要求が増していることから、本発
明の工業的、経済的な効果は大きいと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１工程を実施するのに用いる設備の
一例を示す図、第２図は本発明第１工程のメタルのりん
濃度に及ぼすメタル温度の影響を示す図、第３図は同じ
く本発明第１工程のメタルのりん濃度に及ぼすスラグの
（Ｔ、Ｆｅ）濃度の影響を示す図、第４図は耐火物損耗
に及ぼすスラグの（Ｔ、Ｆｅ）濃度の影響を示す図、第
５図は第１工程のメタルの炭素濃度に及ぼす炭材条件の
影響を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスを上底吹きできる冶金炉において、まず酸素を上吹
   きしながら酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を投入して、
   溶融メタルの温度が１３６０〜１４５０℃の範囲になる
   ように調整し、同時に溶融スラグ中に酸化物として存在
   する鉄濃度が３％以上、９％以下になるように底吹きガ
   ス量を調整し、さらに溶融メタル中の炭素含有量が３％
   以上になるように炭材を供給する第１工程と、そのメタ
   ルを脱炭すると同時に石灰系フラックスを添加する第２
   工程と、スラグの分離を行なってから取鍋で溶鋼の精錬
   を行なう第３工程とからなることを特徴とする低りん溶
   鋼の製造方法。