JPH0920909A - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶銑予備処理時の温度降下を低減
し、転炉吹錬時の熱的余裕度を向上させるための溶銑を
製造する溶銑予備処理方法を提供するものである。 【構成】 溶銑の予備処理として脱珪処理を行うにあた
り、処理条件から事前に推定された酸素使用効率に基づ
いて、溶銑のＳｉ，Ｐ，Ｍｎの１元素以上の酸化に消費
されると予想される酸素量と、溶銑中に供給される酸素
量の差から脱炭量を推定し、算出された脱炭量および処
理前の溶銑中炭素濃度から、当該溶銑における溶銑炭素
濃度と飽和炭素濃度との差を算出し、求められた差以上
の炭素量を含む炭素源を溶銑中に供給することにより、
溶銑中の炭素濃度を飽和以上とすることにより、生成ス
ラグ中に炭素を析出させて添加するとともに、スラグ中
に酸素源を吹き込んで、前記スラグ中に析出した炭素を
燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶銑予備処理時、特に
脱珪処理時の温度降下を低減し、転炉吹錬時の熱的余裕
度を向上させるための溶銑を製造する溶銑予備処理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉等で行われる精錬処理に際して、こ
れに先立って高炉溶銑成分や溶製鋼種の成分組成に対応
した溶銑予備処理が一般に実施されている。こうした溶
銑予備処理の主たる目的は、脱珪・脱燐・脱硫の予備処
理精錬処理にあるが、その他予備処理工程でＭｎ鉱石を
添加して銑成分を調整することも行われており、これら
の結果として転炉での精錬負荷並びに成分調整負荷を軽
減することができ、転炉では専ら脱炭反応を進行せしめ
ることができる。

【０００３】すなわち、転炉精錬を実施するまでに脱燐
等の処理がほぼ完了しているので、転炉では脱燐フラッ
クス等の精錬剤の添加が殆ど不必要となり、また予備処
理工程でＭｎ鉱石を添加して溶銑中のＭｎ量を高めるこ
とができるので、転炉では高価なＭｎ系合金鉄の添加を
極力少なくすることができ、これらの結果、転炉精錬コ
ストの大幅な低減という経済効果を得ることができる。
こうした要求を解決する技術として、たとえば特開平２
−２２８４１２号等に溶銑予備処理時に、脱燐剤と炭材
を混合して溶銑中に吹き込み、処理中に溶銑炭素濃度低
下を低減する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように溶銑予備処
理は多くの利益をもたらすものであるが、その一方、溶
銑予備処理過程では、溶銑中珪素（以下Ｓｉと記す）や
溶銑中炭素（以下Ｃと記す）が消費されて、これらの含
有量が低下し過ぎるきらいがあり、転炉における熱源不
足の原因の一つとなっている。そこで熱源不足を補うた
めに、転炉精錬における溶銑配合率を高めたり（溶銑の
顕熱は重量な熱源の一つである）、昇熱用炭素源を添加
する等の対応がとられている。

【０００５】しかるに転炉操業において、溶銑配合率を
高めるとその分だけフラックス等の投入量が制限される
ことになり、いわゆるリターンスクラップバランスが崩
れて生産能力が低下するという問題が発生する。また転
炉における昇熱用炭素源の添加は、炭素源中に不純物と
して含まれるる硫黄（以下Ｓと記す）の混入を招き、吹
止め鋼中のＳ濃度が高くなる等の問題をひきおこす。さ
らに予備処理工程におけるＭｎ鉱石の添加は、溶銑温度
の低下を招いて溶銑配合率を一層高めなければならない
要因となっており、また添加されたＭｎ鉱石を予備処理
工程で還元する際に、ＳｉやＣが酸化消費されて熱源成
分残存量を一層低下させていることも事実である。

【０００６】また、溶銑予備処理中に脱燐剤と炭材を混
合して吹き込む方法は、炭材と脱燐剤に含まれる酸素含
有物（酸化鉄あるいはスケールあるいは酸素ガス）が、
同一の羽口から吹き込まれることにより、吐出直後の羽
口近傍での炭材と酸素が反応し、炭材の歩留り低下およ
び炭材燃焼による局所的な発熱による羽口近傍の耐火物
溶損が著しく低下するという課題があった。一方、酸素
との反応により発生した熱の大部分は、ＣＯガス気泡に
閉じ込められて、溶銑に着熱することなく系外に捨てら
れてしまうという、経済的な無駄を避けられないという
課題があった。

【０００７】さらに、吹き込まれた炭材のうち飽和Ｃを
越えた分、あるいは未反応のまま浮上してスラグ中に懸
濁した炭材は、スラグ中にキッシュグラファイト、ある
いは炭材粉としてスラグ中に析出・浮遊・懸濁すること
となり、事前に脱燐処理を実施している場合は、脱燐反
応生成物（燐酸化物）としてスラグ中に捕捉されていた
燐酸化物を還元してしまう結果、復燐が助長され、脱燐
効率を悪化させていた。さらに、脱燐処理を実施せず、
脱硫処理のみ実施した場合や、脱燐処理と脱硫処理を共
に実施した場合においても、スラグ中の懸濁したグラフ
ァイトは、スラグ処理に際して環境問題を引き起こすと
いう課題があった。

【０００８】本発明は、こうした事情に着目してなされ
たものであって、熱源を十分に含有する予備処理溶銑の
生産方法を開発することによって、転炉精錬における上
記問題点を解決するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、溶銑の予備
処理として脱珪処理を行うにあたり、処理条件から事前
に推定された酸素使用効率に基づいて、溶銑のＳｉ，
Ｐ，Ｍｎの１元素以上の酸化に消費されると予想される
酸素量と、溶銑中に供給される酸素量の差から脱炭量を
推定し、算出された脱炭量および処理前の溶銑中炭素濃
度から、当該溶銑における溶銑炭素濃度と飽和炭素濃度
との差を算出し、求められた差以上の炭素量を含む炭素
源を溶銑中に供給することにより、溶銑中の炭素濃度を
飽和以上とすることにより、生成スラグ中に炭素を析出
させて添加するとともに、スラグ中に酸素源を吹き込ん
で、前記スラグ中に析出した炭素を燃焼させることを特
徴とする溶銑の予備処理方法によって達成される。

【００１０】

【作用】溶銑中のＣ濃度は飽和点に近く、そのため従来
は溶銑中への炭素源の添加は困難であると考えられてい
た。また精錬に対する従来の常識では、炭素源は還元性
材料であり、これを溶銑予備処理時、特に脱燐処理時あ
るいは脱燐処理後に添加すれば酸化反応である脱燐反応
が阻害され、あるいは復燐反応が起こって脱燐性能が低
下すると考えられていた。こうした状況のなかで、たと
えば特開平２−２２８４１２号等において、溶銑中に炭
材を脱燐剤と混合して吹き込む溶銑予備処理方法が開示
されているが、上記課題で記述した理由により実操業へ
の適用には大きな技術的課題があった。

【００１１】こうした状況の中で、本発明者らは、前記
課題について、種々の改善検討を実施した結果、予備処
理時に溶銑中に炭材を吹き込むだけの前記方法では、課
題解決方法がなく、操業への適用は困難であるとの結論
を得るに至った。そこで、本発明者らは、予備処理時の
熱源確保という観点から、溶銑中にＣを供給するという
従来の考え方に対して、発想の転換をはかり、処理中の
温度低下を防止するという観点で鋭意検討を重ねた結
果、処理中に炭素源をスラグ中で燃焼させて、その燃焼
熱を溶銑に着熱させる方法を発明した。

【００１２】スラグ中で炭素源を燃焼させることによ
り、第１段階としてスラグ中に懸濁している粒鉄に燃焼
熱が吸収され、第２段階としてその粉鉄が溶銑と混合す
ることにより、結果的に溶銑温度上昇効果が得られる。
スラグで局部燃焼なく炭素を安定して燃焼させるために
は、スラグ中に炭素が均一に分散していることが重要で
ある。したがって、スラグ中に直接炭素源を添加した場
合の炭素源不均一性を解決する手段として、溶銑中の炭
素濃度を飽和以上としてスラグ中に飽和析出させること
が必要である。また、スラグ中に炭素が析出した場合、
スラグ中にＰ₂ Ｏ₅ が存在していると復燐の恐れがある
ため、スラグ中にＰ₂ Ｏ₅ を殆ど含有しない脱珪処理時
に本発明法を適用することが有効である。

【００１３】さらに、燃焼用酸素源量を適切な量とする
ため、スラグ中に供給される炭素源（飽和析出炭素）の
量を推定することが必要である。本発明者らは、スラグ
への炭素供給方法として、処理中の溶銑中炭素濃度およ
び飽和炭素濃度から溶銑着炭可能炭素量を推定し、前記
溶銑着炭可能炭素量以上の炭素量を溶銑中に吹き込むこ
とにより、飽和を越えた炭素分をスラグ中に析出させる
させることが可能となった。前記着炭可能炭素量を算出
するにあたり、処理中溶銑炭素濃度については、処理前
炭素濃度および処理中の脱炭量により推定する。

【００１４】さらに、処理中の脱炭量としては、本発明
者らの試験結果によると、脱珪、脱燐、脱Ｍｎを考える
ことにより十分な精度をもつ推定が可能であることが判
明しており、脱珪に使用される酸素の効率およびまた
は、脱燐に使用される酸素の効率およびまたは、脱Ｍｎ
に使用される酸素の効率以外は脱炭に使用され、処理中
の溶銑中炭素濃度低下を引き起こしていることが判明し
た。したがって、脱珪、脱燐、脱Ｍｎの１元素以上を考
慮すればよい。２元素、３元素と考慮する元素数が増加
するにつれて推定精度は向上するが、推定モデルが複雑
となることから、要求される精度レベルと推定にかかる
費用により使用する際には適当な元素数を選択してよ
い。

【００１５】一方、飽和炭素濃度については、処理中の
溶銑温度から推定することが可能であるが、一定値（例
えば４．８％）を使用してもかまわない。上記方法によ
り、既知となった処理前炭素濃度および処理中脱炭から
求める炭素濃度と飽和炭素濃度から着炭可能炭素量を算
出する。本発明では着炭可能炭素量以上の炭素を含有す
る炭素源を溶銑中に吹き込むことにより、スラグ中に析
出する炭素量を把握することが可能となった。

【００１６】上記方法は、スラグ中での炭素燃焼により
多量のＣＯガスが発生することから、スラグ中をＣＯガ
スが通過する際に、スラグのフォーミングを引き起こ
す。その防止策として、フォーミングしたスラグを収容
可能な反応槽を使用することが必要であり、本発明にか
かる予備処理方法実施の際は、溶銑鍋に払い出された溶
銑中にフリーボードを浸漬した反応容器あるいは、転炉
あるいは混銑車を使用することが望ましい。

【００１７】

【実施例】図１は脱硫処理中に、溶銑中に吹き込んだ炭
素源によるスラグ中への析出炭素量と溶銑温度の上昇と
の関係を示し、表１に本発明の実施例と比較例を示し
た。本発明法に従って実機において溶銑成分Ｃ：４．７
〜４．９％、Ｓｉ：０．１５〜０．９８％、Ｍｎ：０．
１５〜０．５２％、Ｐ：０．０８８〜０．１２１％、
Ｓ：０．０１５〜０．０５１％を含有し、処理前温度１
３０１〜１４５０℃の溶銑中に脱珪剤１〜３０ｇと、炭
素源として最大粒径５ｍｍのコークスまたは石炭または
土壌黒鉛またはコークス集塵粉を混合、あるいは別系統
からキャリアガスとして窒素ガスを使用して溶銑１ｔあ
たり１〜２８ｋｇ吹き込み、また溶銑中に酸化鉄中の酸
素分と酸素ガスの合計で２〜１７Ｎｍ³ ／ｔ吹き込ん
だ。

【００１８】その際には、脱燐に使用される酸素の効率
は理論的に必要な脱燐酸素量の６〜３０％、脱珪に使用
される酸素の効率は、理論的に必要な酸素量の２０〜９
５％、脱Ｍｎに使用される酸素の効率は、理論的に必要
な酸素量の８０〜１００％であった。その結果、脱炭に
使用される酸素は、溶銑中に供給された酸素合計量の２
０〜５５％であった。よって、吹き込まれた酸化鉄およ
び酸素ガスの合計量１Ｎｍ³ ／ｔあたり０．０４〜０．
０９％の脱炭が発生しており、スラグ中に析出した純炭
素量は、溶銑１ｔあたり１〜２０ｋｇを得た。同時に脱
珪処理時に溶銑上に生成しているスラグ中に酸素源とし
て純酸素換算で、析出炭素量１ｋｇあたり０．５〜１．
９Ｎｍ³ 吹き込んだ際の溶銑温度上昇効果を示す。酸素
源は、上方からスラグに吹きつけるまたは、スラグ中に
浸漬したノズルから供給した。

【００１９】炭素源は、脱珪剤と同時に吹き込んでも、
または脱珪処理後に単独で吹き込んでも同等の効果が得
られた。溶銑１ｔあたりスラグ中で純炭素１ｋｇ燃焼さ
せることにより溶銑温度は５〜１３℃向上し、着熱効果
は４０〜１００％であった。また、従来の溶銑中に炭素
源を添加した際に課題となっていたスラグへのキッシュ
グラファイト残留は全くなく、脱珪スラグ処理時のグラ
ファイト対策は必要なかった。

【００２０】また、混銑車を使用することにより、スラ
グ中での炭素源燃焼の際、発生するＣＯガスによるスラ
グフォーミングによる操業への影響は全くなかった。反
応容器として浸漬フリーボードあるいは転炉を使用した
場合についても同様にフォーミングによる操業への悪影
響は発生しなかった。炭素源としては、コークス、石
炭、土壌黒鉛等、炭素を主成分とするものであれば炭素
純分あたりの効果は同様に得られた。また、溶銑中に吹
き込む炭素源の粒度としては、溶解性の観点から細粒で
あるほど反応効率が向上あるいは反応速度向上の効果が
得られた。

【００２１】すなわち、スラグ中に炭素源を吹き込む際
には、最大粒径が０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下が使用可能
である。また、上方から溶銑中に添加する場合は、粉状
の炭素源を吹き込むのに比較して、反応速度が遅いとい
う欠点があるものの、処理時間に余裕がある条件のもと
では、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭素源が使用可能であ
る。さらに、スラグ中析出炭素燃焼に使用するガスとし
ては、酸素ガスあるいは酸素ガスと窒素ガスの混合ガス
（空気を含む）が望ましいが、その中の窒素ガスは酸素
ガスの希釈としての役割を果たしており、炭素と反応せ
ずに火点近傍および耐火物の冷却を実現するためである
ならば、窒素ガスに代替して、例えばＡｒ，ＣＯ₂ ，Ｃ
Ｏガスやそれらの混合ガスを使用することも同等の効果
が得られる。ただし、ガスコスト上昇を引き起こすた
め、工業生産的には窒素ガスが最も望ましい。

【００２２】表１に本実施例のうち、混銑車にて溶銑中
に粉コークスを溶銑飽和以上まで吹き込み、同時にスラ
グ中に酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを吹き込んだ際の
実施例を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上のような手段をとるもの
であり、製鋼工程における熱源（溶銑予備処理後、特に
脱硫処理後の温度）向上を実現し、さらにスラグに炭素
を供給するための方法として溶銑からの炭素析出を利用
している点から、本発明法にかかる脱珪処理を実施した
際は、常に溶銑中の炭素濃度は飽和濃度を維持すること
が可能となった結果、転炉における熱源が向上しＭｎ鉱
石投入量増大による吹止Ｍｎ向上と、高価なＦｅ−Ｍｎ
合金鉄使用量削減という点で、多大な経済的効果を得る
ことが可能となった。

【００２５】さらに従来、脱硫処理時の課題であったス
ラグへのグラファイト析出が皆無となった結果、スラグ
処理簡易な設備で可能となるとともに、発生した脱珪ス
ラグについてもグラファイトがないという点から、従来
埋め立て処理されていたスラグについてもセメント原料
等への再資源化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラグ中への析出炭素量と溶銑温度上昇の関係
を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森口 誠 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶銑の予備処理として脱珪処理を行うに
   あたり、処理条件から事前に推定された酸素使用効率に
   基づいて、溶銑のＳｉ，Ｐ，Ｍｎの１元素以上の酸化に
   消費されると予想される酸素量と、溶銑中に供給される
   酸素量の差から脱炭量を推定し、算出された脱炭量およ
   び処理前の溶銑中炭素濃度から、当該溶銑における溶銑
   炭素濃度と飽和炭素濃度との差を算出し、求められた差
   以上の炭素量を含む炭素源を溶銑中に供給することによ
   り、溶銑中の炭素濃度を飽和以上とすることにより、生
   成スラグ中に炭素を析出させて添加するとともに、スラ
   グ中に酸素源を吹き込んで、前記スラグ中に析出した炭
   素を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。