JPH0920912A - 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燐処理を行うにあた
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、供給される酸素量の差か
ら脱炭量を推定し、算出された脱炭量及び処理前の溶銑
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
素濃度の差を算出し、求められた差以上の炭素量を含む
炭素原を脱燐処理中溶銑に吹き込み、溶銑中の炭素量を
飽和炭素濃度以上とすることにより、生成スラグ中に炭
素源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源を燃焼させ
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
トが大幅に低減する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
為に、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
してふくまれる硫黄（以下Ｓと記す）の混入をまねき、
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、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浮遊・懸濁することとな
り、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、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。

【０００７】その結果、従来の特許等で開示されている
技術では、溶銑中のＣ濃度が飽和以下になるための技術
について開発されたものであり、必然的に予備処理時の
熱裕度改善という意味においてその効果に限界があり、
さらに操業上の条件が適正範囲から外れた場合には、上
記環境上の問題という非常に大きな操業トラブルを引き
起こす可能性があった。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、熱源成分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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、溶銑の予備
処理として脱燐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、供給される酸素量の差から脱炭量を推定し、
算出された脱炭量及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脱燐処理
中溶銑に吹き込み、溶銑中の炭素量を飽和炭素濃度以上
とすることにより、生成スラグ中に炭素源を析出させて
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源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。

【０００９】

【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おこって脱燐性能が低
下すると考えられていた。このような現状で、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。

【００１０】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、予備処理処理
時の熱源確保という観点から、溶銑中に飽和を越えない
範囲でＣを供給することにより処理後Ｃを上昇させ、飽
和を越えない様に制御する従来の考え方に対して、発想
の転換をはかり、従来復燐が課題であると常識的に考え
られて実施されていなかったスラグへの炭素源の添加を
実施し、スラグ中でその炭素源を燃焼させることによっ
て溶銑にその燃焼熱を着熱させて溶銑の温度降下を防止
することに着目した。

【００１１】その際スラグ中の酸素ポテンシャル低下を
引き起こさなければ、スラグ中に炭素源が存在しても復
燐反応を起こさずに操業が可能であるという知見を得
た。スラグ中への炭素源の供給方法として、溶銑に飽和
Ｃ以上の炭素源を吹き込むことにより、飽和を越えたＣ
分をスラグ中に析出させる方法を発明した。その際溶銑
中に炭素源を吹き込むだけの従来法のみでは、溶銑で飽
和に達したためにスラグ中に析出してきた炭素分によっ
て、復燐が引き起こされて実操業への適用は不可能であ
るという課題があり、適用は不可能であった。

【００１２】本発明法の特徴は、復燐を防止しつつスラ
グ中に炭素源を析出・燃焼させることを可能とした点で
ある。すなわちスラグ中に炭材が存在した場合の復燐メ
カニズムは、以下の二段階のステップで進行することが
熱力学的に証明されている。スラグ中のＦｅＯが炭素
（炭材）により還元される ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ スラグ中のＦｅＯが還元され、低減したことによりス
ラグ中の酸素ポテンシャルが低減し、燐分配が悪化した
結果、復燐が発生する。 Ｐ₂ Ｏ₅ ＝２Ｐ＋５Ｏ

【００１３】実操業時において、スラグ中に炭素が存在
した場合に復燐するように観察されるが、熱力学上は、
スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ がＣで直接還元される Ｐ₂ Ｏ₅ ＋５Ｃ＝２Ｐ＋５ＣＯ という反応は起こりえない。したがって、本発明者ら
は、スラグ中におけるＣの存在によるのＦｅＯの低下を
抑制すれば、スラグ中にＣが存在しても復燐反応はおこ
らないという考えの基に、積極的にスラグ中に炭素源を
供給し、その炭素源をスラグ中で燃焼させて溶銑に着熱
させることにより、処理中の溶銑温度低下抑制方法を発
明した。

【００１４】以下本発明方法をさらに詳細に説明する。
すなわち本発明の第１の方法では転炉装入前の溶銑に媒
溶剤と酸化剤を添加して脱燐を行った後、この溶銑を転
炉に装入する溶銑の予備処理方法において、処理条件か
ら事前に推定された酸素使用効率に基づき、溶銑のＳ
ｉ，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、供給される酸素量の差から脱炭量を推定
し、算出された脱炭量及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の差を算
出し、求められた差以上の炭素源を脱燐処理中に溶銑中
に吹き込むことにより、溶銑中のＣ濃度を飽和濃度以上
とし、スラグ中に飽和を越えたＣ分をグラファイトとし
て析出させる。同時にスラグ中に酸素源を吹き込んで前
記析出した炭素源を燃焼させて、その燃焼熱を溶銑に着
熱させるものである。

【００１５】一般に脱燐処理を行うに際しては固体また
は気体の酸素源を、溶銑中にインジェクションまたは上
方から溶銑に吹きつける方法を実施するが、その際に溶
銑中に含有されている成分のうち、まず珪素が優先的に
酸化し、その後炭素および燐の酸化が進行する。予備処
理によって目的の処理後燐濃度まで脱燐を実施した場
合、処理後の珪素および燐の濃度までの酸化反応に必要
な化学量論的に等価な酸素量が算出される。一方実際の
操業では熱力学での平衡関係では特に脱燐（燐酸化反
応）は炭素に対して優先的に酸化が起こらず、むしろ脱
炭反応のほうが脱燐反応の方が優先であるところを、溶
銑およびスラグの酸素ポテンシャルを高めるあるいは、
スラグ塩基度を高める等の方策により非平衡状態を実現
し、脱燐反応速度を上昇させている。

【００１６】しかし完全に脱燐反応のほうが脱炭反応よ
り優先的に進行するわけではないため、脱燐と脱炭が同
時に進行する。この脱燐反応と脱炭反応の競合関係とし
ては、一般に溶銑燐濃度が高い時点では比較的脱燐が、
例えば４０％程度と高く、燐濃度が低下するにつれて脱
燐反応より脱炭反応のほうが優先的に進行する。その結
果として処理後に観察される脱燐に使用された酸素の比
率（一般に脱燐酸素効率とよばれる）は、処理後の燐濃
度および処理温度、スラグ塩基度等の操業条件で推定が
可能である。Ｍｎについても脱燐と脱炭の競合と全く同
様に挙動が確認されており、処理後の燐濃度により処理
中の脱Ｍｎ量が予め推定可能なる。

【００１７】そこで通常操業では、この脱燐酸素効率
（脱燐酸素効率の定義によるが、脱燐酸素効率として脱
珪に必要な酸素含めた場合）から、必要酸素量（脱燐酸
素効率として、脱珪に必要な酸素を予め除外して定義し
ている場合は、脱燐酸素効率から算出される酸素量に脱
珪に必要な酸素量を加えた量、さらに脱Ｍｎに必要な酸
素を予め除外して定義している場合は、脱燐酸素効率か
ら算出される酸素量に脱珪・脱Ｍｎに必要な酸素量を加
えた量）を算出して脱燐処理を実施しているものであ
る。したがって、処理開始前に脱燐処理後の燐濃度を決
定した時点で処理前の珪素、燐濃度および処理後の目標
燐濃度から必要酸素量（以下酸素量）が算出されるの
に対し、実際に脱珪・脱燐・脱Ｍｎに使用される化学量
論的に等価な脱珪・脱燐反応酸素量（以下酸素量）が
算出される。

【００１８】ここで算出された酸素量と酸素量の差
は脱珪および脱燐以外に消費される酸素量であり、鉄酸
化に使用されるものも一部あるものの大部分は脱炭反応
に消費されている。したがって本発明者らは、酸素量
と酸素量の差から、予備処理中の脱炭量が上記簡易な
モデルで推定可能となると考え、本法によって算出され
る脱炭量を基準として、基準量以上の炭素源を溶銑中に
吹き込み、上記モデルの妥当性を確認したとともに、上
記モデルで推定される炭素量以上を供給した場合に予想
通りスラグ中にキッシュグラファイトが析出するとの知
見を得た。

【００１９】その際、脱燐処理の方式により、例えば脱
燐処理前の珪素濃度が低く、上記酸素量と酸素量の
差に及ぼす影響が無視できると判断される場合は、珪素
の影響を無視しても良い。同様のことが燐、Ｍｎについ
ても言える。したがって、脱炭量推定において実施時の
操業形態により反応に関与するべき元素の条件に違いが
あるとしても、無視不可能と考えられる成分としてＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｐの少なくとも１元素以上の酸化を考慮すれ
ばよいこととなる。

【００２０】ここでＳｉ，Ｍｎ，Ｐのいずれも無視でき
る場合はもはや予備処理の必要はなく、本発明範囲から
除外される。すなわち、スラグ中に炭素源を供給する方
法として、溶銑中に炭素源を吹き込み、溶銑の炭素濃度
を飽和とすることによる溶銑潜熱向上による転炉熱裕度
向上を実現すると同時に、スラグ中に炭素源を供給する
ことを可能ならしめた。しかも、スラグ中に供給された
炭素量は、前期モデルにより予め推定可能とせしめ、後
述するスラグ中での炭素燃焼に必要な酸素量を精度良く
予想可能とならしめたのである。

【００２１】一方前述したように、スラグ中に炭素が存
在する場合は、見かけ上スラグ中に存在する炭素により
燐酸化物が還元されて復燐が発生する。しかし、そのメ
カニズムは炭素によるＦｅＯ還元が直接原因であり、そ
の結果としてスラグ中酸素ポテンシャルが低下すること
により復燐が発生しているものである。本発明者等は、
元来スラグ中に粒鉄分（以下メタリックＦｅ：Ｍ−Ｆ
ｅ）が約１０％程度存在していることに着目し、そのＭ
−Ｆｅに酸素源を供給して炭素によるＦｅＯ還元量以上
のＦｅＯ量を生成させることにより、結果としてＦｅＯ
還元を防止できることを発見した。

【００２２】図１にスラグ中に炭素源（コークス）と酸
素源（酸素ガス）を供給した場合のスラグ酸素ポテンシ
ャルの調査結果を示す。化学量論的等価のコークスと酸
素を供給しているにもかかわらず、スラグ中のＦｅＯが
増加し、一方スラグ中のＭ−Ｆｅが低減しており、Ｍ−
Ｆｅ酸化により、もともとスラグ中に存在したＦｅＯが
還元される以上の量のＭ−Ｆｅ酸化によるＦｅＯ供給
（酸素ポテンシャル向上）が可能であることが判明し
た。したがって、溶銑Ｃを飽和させる以上に溶銑中に炭
素源を供給し、飽和濃度ここえたＣ分をスラグ中に析出
させると同時に、スラグ中に酸素源を吹き込むことによ
り、脱燐の悪化なしに炭素源の燃焼が可能となり、溶銑
への着熱が得られる。

【００２３】この際、スラグ中への供給酸素量および吹
き込み条件を適当な条件とすることにより、スラグ中へ
の酸素供給をＭ−ＦｅおよびスラグへのＣ供給量より十
分大きな値とすることにより、溶銑中の脱炭を促進し、
脱炭分を溶銑中に吹き込んで供給することにより溶銑Ｃ
の低下なしにＣ燃焼による温度上昇を得ることが可能と
なり、第１の方法をさらに効果的なものとする。すなわ
ち、従来の溶銑中への炭材添加ではその実施時の大きな
制約であったＣ飽和以上の炭材添加が不可能であったと
いう課題を解決し、さらに本発明法によると、実施に際
しては、必然的に溶銑中のＣ濃度は飽和まで着炭させる
と同時にスラグ中炭素源の燃焼による着熱を得るとい
う、加炭と着熱を同時に達成することを実現することが
可能となる。上記方法は、Ｃ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、溶銑鍋に払いだ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、転炉を使用することが必
要である。

【００２４】また前記炭素源としては、炭素含有量が高
いほど効率および炭素供給速度を早くできるという点
で、コークスまたは石炭であることが望ましい。粒径
は、細粒であるほど反応速度が早くなり、反応効率が向
上すると言う点で、例えば最大粒径５ｍｍといった粒径
の細かいものほど望ましい。さらに前記酸素源として
は、反応的には純酸素がもっとも望ましい。あるいはス
ラグ中への酸素源供給ノズル近傍または耐火物の溶損等
の状況により、冷却用希釈ガスとして、窒素ガスを混合
した酸素ガスと窒素ガスを主成分とする混合ガスが望ま
しい（空気も含む）。窒素ガスの配合割合は、ノズル材
質・構造（水冷または冷却なし等）の必要冷却能力によ
り、適正な配合を選択することが必要である。

【００２５】

【実施例】表１で示す成分組成ならびに温度の溶銑に対
し、表記の条件で溶銑予備処理をおこない、処理後の溶
銑成分・温度を調べたところ、表１に示す結果が得られ
た。従来に比較し、処理中の溶銑に炭材を飽和以上まで
添加し、酸素源によりスラグ中で燃焼させることによ
り、発生した熱を溶銑に着熱させて処理中の温度降下を
低減し、結果的に処理後温度の向上・転炉での熱裕度向
上を実現できた。その際の燃焼熱量の溶銑への着熱比率
は、図２に示すように約２０から７０％であった。ただ
し、スラグへの純炭素換算供給量は、下記のように定義
する。 スラグへの純炭素換算供給量＝溶銑中への純炭素供給量
−（溶銑の飽和〔Ｃ〕−溶銑〔Ｃ〕）×溶銑量

【００２６】

【表１】

【００２７】また、上吹による酸素供給量を、スラグ中
に供給した炭材量の化学量論的に等価な量以上を供給す
ることにより、未燃焼の炭素分がスラグ中に残存するこ
とを防止可能である。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
ト析出の発生も全くなく、予備処理後スラグの処置も従
来方法を変更する必要はなかった。また、フリーボード
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
の影響なしに実施することが可能となった。転炉を使用
した際には、その特性である大きな炉内フリーボードの
機能を十分活用できるため、さらに安定した操業が実現
できる。

【００２８】表１の実施例では炭素源として粉コークス
のみを表記したが、石炭を使用しても同等の効果が得ら
れる。また、使用する炭素源の粒度は、集塵系に飛散す
ることによるロスのない範囲で細粒であるほど反応効率
が向上、あるい反応速度向上の効果が得られる。また、
スラグ中炭素源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が望ましいが、
その中の窒素ガスは酸素ガスの希釈ガスとしての役割を
はたしており、炭素と反応せずに火点近傍の冷却を実現
するためであるならば、窒素ガスに代替して例えばＡｒ
やＣＯ₂ ガスで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。

【００２９】

【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（溶銑予備処理後の温
度）向上を実現した結果、転炉における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。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラグ中に炭素源と酸素源を供給した際のスラ
グ酸素ポテンシャルを示す図

【図２】スラグへの炭素供給量と処理中温度降下低減代
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燐処理を行うに
   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、供給される酸素量の
   差から脱炭量を推定し、算出された脱炭量及び処理前の
   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
   含む炭素源を脱燐処理中溶銑に吹き込み、溶銑中の炭素
   量を飽和炭素濃度以上とすることにより、生成スラグ中
   に炭素源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源を燃焼
   させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。