JPH0435524B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少ないフラツクス原単位のもとで脱
燐反応を良好に進行させることのできる溶銑の脱
燐法に関する。

従来より溶銑の脱燐を図る場合には、脱燐に好
ましい高塩基度の酸化性スラグを形成することが
重要とされ、このためのフラツクス材料と酸化剤
（これは酸化鉄などの固体状のものもあるし気体
酸素である場合もある）を投入することが行われ
てきた。この場合に、従来より実施されている精
錬処方としては、粉状の固体酸化剤を用いる場合
にはこの固体酸化剤を不活性ガスをキヤリヤガス
として湯中にインジエクシヨンする方法と、気体
酸化剤例えば純酸素や酸素富化ガスを用いる場合
には二重管構造の浸漬ランス（例えば特開昭58−
126910号公報）や二重管構造のノズル（例えばＱ
−BOP法の羽口）を用いて、その外管から冷却
用ガス例えば不活性ガスや炭化水素ガスを供給し
ながら、内管に酸素富化ガスや純酸素ガスを供給
する方法がよく知られている。また、特開昭58−
147506号公報には炉底の羽口からの不活性ガス吹
込みによる撹拌を施しながら上吹ランスから酸素
と粉状脱燐剤を湯面上に供給する方法が提案され
ている。

これらの方法はそれなりに効果をあげてはいる
が、なお十分なものとは言えない。なぜなら、酸
化剤の他に多量のキヤリヤガスや冷却用ガスさら
には撹拌用ガスが同時に吹き込まれるからであ
る。従来の一般的な考え方では、酸化性スラグに
よるスラグ脱燐が脱燐反応を支配するとされてい
たので、かような不活性のキヤリヤガスの使用や
非酸化性の冷却用ガスの使用は撹拌などの有利な
面が強調されこそすれ脱燐反応を進行させるうえ
では大きな障害とはならないであろうと思われて
きた。

本発明者らは、この常識に反し、その詳細は後
述するが、溶銑中の脱燐反応は、酸化性スラグを
如何にして作るかというよりも、むしろ、溶銑中
に供給される酸化剤による酸素供給律速で決まる
との知見を得た。本発明はこの知見事実を実操業
的に実現する脱燐法の開発を目的としてなされた
ものである。すなわち本発明は、不活性ガスや冷
却ガスを可及的に少なくして気体酸素と固体酸素
源を溶銑中に供給して有利に脱燐反応を進行させ
る方法を提供するもので、特許請求の範囲に記載
したように、容器ボデイに取り付けた耐火物製単
管ノズルから、酸素濃度が50〜90Vol％の酸素富
化ガスをキヤリヤガスとして、酸化カルシウムと
酸化鉄の合計量が50重量％以上の粉状の精錬用物
質を、固気比（Kg／Ｎm³）が４〜50となる割合で
容器内溶銑の湯面下にインジエクシヨンすること
を特徴とするものである。

本発明法が従来法と基本的に異なる点は、第一
に、不活性ガスではなくこれとは逆に反応性の酸
素富化ガスをキヤリヤガスとして使用しながら、
酸化カルシウムと酸化鉄の合計量が50重量％以上
の粉状の精錬用物質を４〜50の小さい固気比のも
とでインジエクシヨンすることと、第二にこのよ
うな極めて反応性の高い流体を冷却ガスなしに耐
火物製単管ノズルから湯中に直接インジエクシヨ
ンすること、さらには精錬用フラツクス例えば
CaOやCaF₂などの使用量は非常に少ない状態で
脱燐を図ること、キヤリヤガスの酸素濃度を低く
するのではなく逆に高めに維持することによつて
耐火物製単管ノズルの溶損を防止すること、など
が挙げられる。

以下に本発明の特徴点を試験結果をもとにして
詳述する。

第１図は、純酸素キヤリヤガスとして、40％
CaO−10％CaF₂−50％ミルスケールからなる粉
体または80％CaO−20％CaF₂からなる粉体をそ
の供給速度を変えて、Ｐ含有量がほぼ0.15％の溶
銑中にインジエクシヨンした場合の脱燐挙動につ
いて、供給したCaOの原単位で整理して示したも
のである。この第１図の結果は、CaO原単位が増
加しても必ずしも脱燐速度は速くならず、脱燐を
最も有効に進行させるにはCaO量の多いスラグを
形成すべきであると言うことにはならないことを
暗に示している。

第２図は、第１図の試験結果を、今度は溶銑中
に導入した総酸素量（キヤリヤガスとして導入し
た酸素とミルスケールとして導入した酸素の合計
量）で整理して示したものである。この場合は、
脱燐量は驚くべき一致を示している。すなわち、
インジエクシヨンした粉状物質の種類や供給量が
異なつたとしても、換言すればインジエクシヨン
されたCaO量やCaF₂量とは無関係に、全体とし
て供給された反応性酸素の量がどれだけであつた
かが脱燐量と直接的な関係を持つということを示
している。つまり、脱燐反応は溶銑中に供給され
たトータルの酸素量、すなわち酸素ガスとミルス
ケール中の酸化鉄中の酸素量の総計、で律速され
るのであつて、従つて、溶銑の脱燐反応を効率よ
く進行させるには、酸素源の供給が最も重要な要
件となることがわかる。

第３図は、キヤリヤガスとして純酸素の代わり
に窒素ガスを使用した以外は前記と同様の脱燐試
験（この試験は、既述の不活性ガスをキヤリヤガ
スとして粉状の固体酸素源および生石灰を溶銑中
に供給する従来法に対応する）を実施し、その結
果を、前記の純酸素キヤリヤガスを用いた試験結
果と、フラツクス原単位で整理したものである。
第３図の結果にみられるように、キヤリヤガスと
して酸素を使用した場合には、フラツクス原単位
は非常に少なくても著しい脱燐効果が得られるこ
とがわかる。また、従来の窒素ガスをキヤリヤガ
スとする場合の実際の操業では溶銑の温度降下が
起こるのでこの点でも問題がある。すなわち、酸
化鉄の分解反応による吸熱反応やフラツクスの顕
熱と潜熱の熱吸収によつて処理中の溶銑温度が降
下するという問題も付随する。これに対して酸素
ガスをキヤリヤガスとする場合には、酸素ガスに
よる酸化反応（Fe、Si、Ｐ、Ｃなどの酸化）は
発熱反応であるから前記の熱吸収を補償する作用
を併することになる。

ところで、酸素ガスをキヤリヤガスとしてイン
ジエクシヨンする場合には、すなわち、従来のよ
うに冷却用ガスを使用することなく酸素ガスを溶
銑に供給する場合には、これを実施するノズルの
溶損が懸念され、永続的なインジエクシヨンがで
きるか否かが、実操業的には極めて重要な課題で
ある。しかし、ここに、本発明者らは極めて興味
のある事実を見いだした。すなわち、湯面下の容
器ボデイに耐火物製単管ノズルを取付け、この耐
火物製単管ノズルから、酸素ガスをキヤリヤガス
として粉体吹込を実施すると、このキヤリヤガス
の酸素濃度を低くするのではなく逆に高く維持す
ると、ノズルが溶損することなく永続的な吹込み
ができることがわかつた。この場合、上吹きラン
スから同様に実施した場合にはランスはすぐに溶
損するが、湯面下の耐火物製単管ノズルからの底
吹きの場合には溶損しないのである。以下にその
内容を説明する。

第４図は、本発明法に使用することのできる耐
火物製単管ノズルを精錬容器の底部ボデイに装着
した状態を示している。この単管ノズルは、炉底
の煉瓦層例えばMgO系煉瓦層１の厚み内に、こ
の煉瓦層１の内表面２とノズル先端面３が整合す
るように、モルタル層１２を介して装着されてお
り、従つてそのノズル口４が丁度炉底の内表面と
一致するレベルに設けられいる。この単管ノズル
全体は、耐火物スタンプ層５内に、耐火物製の筒
６を挿入して構成され、この耐火物製の筒６が流
体通路７を形成している。耐火物スタンプ層５は
例えばAl₂O₃−Cr₂O₃系の耐火物で、また耐火物
製の筒６は例えば再結晶Al₂O₂またはMgO系の耐
火物で構成される。すなわち、このノズルはその
先端部を含め、耐火物材料から構成され、その構
造としては、単管構造を有している。流体通路７
は、鋼製例えばステンレス鋼製のパイプ８に連結
しており、このパイプ８が容器外のジヨイント９
に接続され、このジヨイント９には、酸素含有気
体源１０と粉状の固体物質源１１から夫々所定の
量に配分された混合流体が供給される。

通常、このような耐火物製単管ノズルから純酸
素または酸素富化ガスを供給すると、たちまちこ
のノズルは溶損してしまい、吹錬を続行すること
はできない。従つて、従来においては、酸素吹錬
でも他の不活性ガス例えば窒素ガスを酸素と共に
供給していた。その最もよい例が転炉における空
気（窒素ガス＋酸素ガス）吹き込みである。そし
て、純酸素または酸素富化ガスを炉底から供給す
る場合には、このような単管構造のノズルでは溶
損してしまうので、これに代えて、既述のように
二重構造のノズルを使用し、その外管から窒素ガ
スやアルゴンガス、さらには炭化水素ガスなどの
冷却用ガスを吹き込むことによつてノズルを冷却
しながらこれを実施していた。

ところが、本発明者らの実験によると、このよ
うな炉底の耐火物製単管ノズルから酸素リツチな
酸素富化ガスを吹き込んでも、このガス中に粉状
の固体物質を同伴させるならば、むしろガス中の
酸素濃度を高めた状態の方が有利に、半永続的な
吹き込みができることがわかつた。しかもこの粉
状の固体物質としては、精錬に必要な酸素源とな
る固体物質であつてもよいのである。

第５図〜第８図は、耐火物性単管ノズルの溶損
の挙動を調べるために本発明者らが行つた試験の
代表例を図解的に示したものである。

試験１（結果は第５図に対応） ノズル口径が３mmφで、第４図の６で示すノズ
ル内面が再結晶Al₂O₃で構成した耐火物性単管ノ
ズルを300Kg高周波炉の炉底に取付け、この耐火
物性単管ノズルから、この炉内のＣ：4.0％、Mn
〜0.55％、Si：0.42％、Ｐ：0.135％、Ｓ：0.033％
を含む1350〜1320℃の溶銑に対して、空気（酸素
濃度≒21Vol％）をキヤリヤガスとし用いて、40
％CaO−10％CaF₂−50％ミルスケールからなる
粉状物質を毎分600ｇの供給速度で、湯中に底吹
きした。キヤリヤガスの流量は80N／分であつ
た。この底吹きインジエクシヨンを開始して約５
分後に粉体供給配管内の圧力が上昇し始め、12分
後に６Kg／mm²に達し、粉体の供給が遮断された。
直ちに試験を停止してこのノズル近傍を観察した
とこの、第２図に示すように、このノズル先端部
において、ノズル上面を覆うように凝固殻１３が
生成しており、この凝固殻１３内の通路は１mm以
下となつていた。

試験２（結果は第６図に対応） キヤリヤガスとして、酸素80Vol％＋Ar20Vol
％のガスを使用した以外は試験１と同一の試験を
実施した。すなわち、試験１よりも酸素濃度を高
めたキヤリヤガスを用いて同様の実験を行つた。
この場合には配管内の圧力は3.45Kg／cm²でまつた
く一定となり、きわめて安定した吹き込み状態と
なつて粉体を含む混合流体の供給はなんの支障も
なく実施できた。。このことは、ノズル口の近傍
で定常状態が達成されていると考えられた。この
底吹きインジエクシヨンを30分後に停止してその
ノズル近傍を観察したのが第６図である。図示の
ように、この場合には、ノズル先端から炉内に高
さ約25mm、外径約17mmの筒状の凝固殻１４が生成
していた。そしてノズルは全く溶損していなかつ
た。この凝固殻を採取し、その断面を顕微鏡観察
したところ、Feメタル中にところどころ酸化物
らしい物質が点在している組織が観察された。

試験３（結果は第７図に対応） キヤリヤガスとして、酸素60Vol％＋Ar40Vol
％のガスを使用した以外は試験２と同一の試験を
実施した。すなわち、試験２よりも酸素濃度を若
干低くしたキヤリヤガスを用いて同様の実験を行
つた。この場合にも、粉体を含む混合流体の供給
はなんの支障もなく実施できた。この低吹きイン
ジエクシヨンを30分後に停止してそのノズル近傍
を観察したのが第７図である。図示のように、こ
の場合にも、ノズル先端から炉内に向けて筒状の
凝固殻１４が生成しており、ノズルは全く溶損し
ていなかつた。

試験４（結果は第８図に対応） キヤリヤガスとして、酸素100Vol％の純酸素
ガスを使用した以外は試験１と同一の試験を実施
した。この場合には、時間がたつにつれて供給配
管内の圧力の低下傾向が強くなつた。インジエク
シヨンを30分で停止し、そのノズル状態を観察し
たところ、第５図に見られるように、ノズル口近
傍は溶損していた。すなわち、この条件では酸素
濃度100％の純酸素でインジエクシヨンすると耐
火物単管ノズルは溶損することがわかつた。

以上の試験の他に、キヤリヤガス中の酸素濃度
を種々変化させたり、粉状物質のキヤリヤガス中
への配合割合や、物質の種類を変え、またノズル
を構成する耐火物の種類を変えたりして、数多く
の試験を繰り返した結果、キヤリヤガス中の酸素
濃度は全気体中で50〜90Vol％、好ましくは60〜
90Vol％の範囲とし、粉状物質は全気体1Nm³／
minあたり４〜50Kg／minの供給速度でこのキヤ
リヤガスに同伴させた場合に、つまり、固気比
（Kg／Ｎm³）が４〜50となるように粉状物質を同
伴させた場合に、良好な管状の凝固殻が形成され
ると同時に、脱燐反応も良好に進行することがわ
かつた。キヤリヤガス中の酸素濃度がこの適正範
囲より低い場合には前記試験１のようにノズルの
閉塞現象が生じ、また、90Vol％を越えるような
純酸素に近い状態では、前記試験４の結果のよう
に溶損する事態が生ずることもあつた。また、粉
状物質としては、鉄鉱石、ミルスケール、焼結鉱
粉などの酸化鉄粉、CaO、CaF₂などのフラツク
ス材料が好適に使用でき、これらを前記範囲内で
適正に供給した場合に良好な凝固殻の生成を見
た。一方、ノズルを構成するための耐火物につい
てはAl₂O₃系、MgO系、ZrO₂系などについて試
験したが、これらの間には特に大きな差異は認め
られず、通常の再結晶Al₂O₃やMgO系耐火物で十
分であることが判明した。

以上の試験の総合結果として、ノズル溶損防止
に対して劇的な効果を示す因子は、キヤリヤガス
中の酸素濃度であり、粉体インジエクシヨンに対
して、所定濃度以上の酸素リツチのガスをキヤリ
ヤガスとして使用した場合には、予想に反して耐
火物性単管ノズルであつてもその溶損が起こらな
いということが確認された。すなわち、粉状の固
体物質がもつ顕熱と潜熱の奪熱効果と、キヤリヤ
ガス中の酸素ガスが溶銑と衝突するときに生ずる
急激な発熱量とがバランスして、ノズル先端部に
湯のメタル分を含む物質の凝固殻が発生し、これ
が過剰に成長するようなこともない領域が存在す
るのであり、この定常状態は連続的なインジエク
シヨンによつて維持されるのである。

本発明は、この凝固シエルの形成現象を利用す
ることによつて実操業的に有利に脱燐反応を進行
させるものであり、既述の第２図に見られるとこ
ろの、脱燐反応は供給酸素量によつて支配される
という事実を、操業上支障なく現実に実現するこ
とができたものである。

しかし、このインジエクシヨンを底吹きではな
く、上吹きにした場合には、このような良好な結
果は得られなかつた。本発明者らは、前記の底吹
きに代えて、種々の耐火物よりなる単管ランスを
溶湯中に湯面上より浸漬し、キヤリヤガス中の酸
素濃度を変えて同じような試験を行つたが、粉体
量が底吹きの場合と同様でも、酸素ガス濃度が
80Vol％で、ランスは著しく溶損した。すなわ
ち、インジエクシヨンの物質とその量が同一で
も、上吹きでは前記底吹きのような良好な結果は
得られないのである。その理由は必ずしも明確で
はないが、ノズルまわりの温度分布が上吹きと底
吹きでは基本的に異なることと、また、底吹きの
場合には一定の固定された場所からの上向きへの
インジエクシヨンであるから凝固殻の生成にとつ
て好ましい定常的な状況が維持されやすいのに対
し、上吹きではこのような定常的な状況の維持が
困難であること等が関係しているのであろう。

第９図は、以上の試験事実をもとに、容器ボデ
イに取り付けた耐火物製単管ノズルから酸素濃度
を50Vol％、80Vol％または100Vol％と変化させ
た酸素富化ガスまたは純酸素ガスをキヤリヤガス
として、酸化カルシウムと酸化鉄の合計量が90重
量％（40％CaO−10％OaF₂−50％ミルスケール）
の粉状の精錬用物質を、Si濃度が0.05％、0.20％、
0.45％の三つの水準の溶銑を対象としてその湯面
下にインジエクシヨンした本発明の代表的実施例
結果を示したもので、いずれの場合もその脱燐挙
動を、供給した粉状物質の供給量原単位を横軸と
しで総括して示してある。

第９図の結果から明らかなように、本発明法に
よると、Si濃度が0.05％と低い溶銑を対象とした
場合には、フラツクス原単位は僅か20Kg／トンと
いう極めて少ない量で極低域（〔％Ｐ〕＝0.02〜
0.05）までの脱燐が実施された。Si濃度が高い場
合には先ず脱珪がおこり、次いで脱燐が進行す
る。従つて全体としてのフラツクス原単位は多く
なつているものの、脱燐期だけを見ればそのフラ
ツクス原単位はSi濃度が低い例と同じく約20Kg／
トン程度であり、少ないフラツクス量で良好な脱
燐成果が得られていることが明らかである。

以上説明したように、本発明法は、従来のよう
に不活性ガスによるインジエクシヨン法や、冷却
ガス使用の酸素ガス供給による脱燐法などに代え
て、酸素富化ガスをキヤリヤガスとして脱燐する
新しい溶銑の脱燐法を提供するものであり、この
本発明の脱燐法は、少ないフラツクス使用量のも
とで、脱燐速度が速くかつ溶銑の湯温低下を伴わ
ずまた生成スラグの量も少ない状態で脱燐できる
という点で、極めて優れた効果を発揮するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、純酸素をキヤリヤガスとして、40％
CaO−10％CaF₂−50％ミルスケールからなる粉
体または80％CaO−20％CaF₂からなる粉体をそ
の供給速度を変えて、Ｐ含有量がほぼ0.15％の溶
銑中にインジエクシヨンした場合の脱燐挙動を
CaO原単位で整理して示した図、第２図は、第１
図の場合と同じ試験を、溶銑中に導入した総酸素
量（キヤリヤガスとして導入した酸素とミルスケ
ールとして導入した酸素の合計量）で整理して示
した図、第３図は、キヤリヤガスとして純酸素の
代わりに窒素ガスを使用した以外は第１〜２図の
場合と同様の脱燐試験の結果を、第１〜２図の純
酸素キヤリヤガスを用いた試験結果と、フラツク
ス原単位で整理して比較した図、第４図は本発明
法の実施に使用することのできる耐火物製単管ノ
ズルの例を示す断面図、第５図〜第８図は、本文
の試験１〜試験４を実施した場合の耐火物製単管
ノズルの先端部の状況を示す略断面図、第９図
は、本発明の実施例結果を脱燐量とフラツクス原
単位との関係で示した図である。 １……炉底の煉瓦層、２……煉瓦層１の内表
面、３……ノズル先端面、４……ノズル口、７…
…流体通路、１４……凝固シエル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容器ボデイに取り付けた耐火物製単管ノズル
   から、酸素濃度が50〜90Vol％の酸素富化ガスを
   キヤリヤガスとして、酸化カルシウムと酸化鉄の
   合計量が50重量％以上の粉状の精錬用物質を、固
   気比（Kg／Ｎm³）が４〜50となる割合で、容器内
   溶銑の湯面下にインジエクシヨンすることからな
   る溶銑の脱燐法。