(57)【要約】【課題】脱珪反応の反応効率を向上させることができる、溶銑の脱珪処理方法を提供すること。【解決手段】溶銑３に酸化鉄を含む脱珪剤を投入する工程と、容器（例えば、溶銑鍋２）に収容された溶銑３にインペラ１１を浸漬させ、インペラ１１を回転させることで、溶銑３を攪拌する工程と、を備え、溶銑３を攪拌する工程では、脱珪処理後の容器内のスラグ５の塩基度が０．３以上０．８以下となるように、ＣａＯを含む調整剤を溶銑３に投入する。【選択図】図１
2020007590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑に酸化鉄を含む脱珪剤を投入する工程と、
容器に収容された前記溶銑にインペラを浸漬させ、前記インペラを回転させることで、前記溶銑を攪拌する工程と、
を備え、
前記溶銑を攪拌する工程では、脱珪処理後の前記容器内のスラグの塩基度が０．３以上０．８以下となるように、ＣａＯを含む調整剤を前記溶銑に投入する、溶銑の脱珪処理方法。
【請求項２】
前記溶銑を攪拌する工程では、脱珪処理後の前記容器内のスラグの塩基度が０．３以上０．４以下となるように、前記調整剤を前記溶銑に投入する、請求項１に記載の溶銑の脱珪処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱珪処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の製銑及び製鋼工程では、高炉から出銑された溶銑に対して、転炉による脱炭処理に先立ち、溶銑に含まれる珪素や燐、硫黄といった成分を除去する溶銑予備処理が行われている。
このうち、溶銑に含まれる珪素を除去する脱珪処理では、高炉の出銑樋を流れる溶銑に必要とされる脱珪量に応じた量の脱珪剤を投入することで、脱珪処理を連続的に行う方法が行われている（例えば、特許文献１）。
また、脱珪処理では、高炉鋳床の溶銑流路内を流れる溶銑に脱珪剤を添加し、インペラ（攪拌羽根）を溶銑に浸漬させて回転させ、溶銑と脱珪剤とを混合することで、溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床の連続脱珪方法も行われている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５４−７４９７０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８２６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、出銑樋内を流れる溶銑に脱珪剤を投入することで脱珪処理を行う方法の場合、反応効率が低いという問題があった。また、特許文献２のように、出銑樋内を流れる溶銑に脱珪剤を投入し、インペラで混合する方法の場合、特許文献１の方法に比べ、反応効率を向上させることができる。しかし、この方法では、脱珪処理される溶銑が出銑樋内を流れており、投入された全ての脱珪剤をインペラによる攪拌に巻き込むことがむずしいことから、脱珪剤が反応に関与せずに流れてしまうという問題点があった。このため、溶銑の脱珪処理において、反応効率をさらに向上させることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、脱珪反応の反応効率を向上させることができる、溶銑の脱珪処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、溶銑に酸化鉄を含む脱珪剤を投入する工程と、容器に収容された上記溶銑にインペラを浸漬させ、上記インペラを回転させることで、上記溶銑を攪拌する工程と、を備え、上記溶銑を攪拌する工程では、脱珪処理後の上記容器内のスラグの塩基度が０．３以上０．８以下となるように、ＣａＯを含む調整剤を上記溶銑に投入する、溶銑の脱珪処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、脱珪反応の反応効率を向上させることができる、溶銑の脱珪処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の脱珪装置を示す模式図である。
【図２】脱珪処理において、処理時間とスラグの粘性との関係を示すグラフである。
【図３】スラグの塩基度と、液相率５０％時の温度との関係を示すグラフである。
【図４】脱珪装置を模した試験装置を示す模式図である。
【図５】最終塩基度とスラグのフォーミング高さとの関係を示すグラフである。
【図６】最終塩基度とスラグ中のＦｅＯ濃度との関係を示すグラフである。
【図７】最終塩基度とスラグ原単位との関係を示すグラフである。
【図８】最終塩基度とスラグ中のＦｅＯ量との関係を示すグラフである。
【図９】実施例及び比較例における、脱珪酸素効率の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１０】
＜溶銑の脱珪処理方法＞
本発明の一致実施形態に係る溶銑の脱珪処理方法について説明する。本実施形態では、まず、高炉から出銑され、容器である溶銑鍋に収容される溶銑に脱珪剤を投入する。脱珪剤は、酸化鉄を少なくとも含むものであり、例えば、鋼材を熱間圧延する際に生じるミルスケール等である。脱珪剤は、溶銑鍋に受洗される（注がれる）溶銑流、または溶銑鍋内の溶銑に対して投入される。脱珪剤の投入量は、高炉から出銑された溶銑のシリコン濃度と、目標とする脱珪処理後の溶銑のシリコン濃度とから算出される脱珪量に応じて決定される。例えば、脱珪剤の投入量は、脱珪量と、脱珪剤中の酸素濃度と、脱珪反応の効率とから決定される。この場合、脱珪反応の効率は、脱珪剤中の酸素が脱珪反応に用いられる割合であり、全ての脱珪剤中の酸素が脱珪反応に寄与するものとして１００％としてもよい。また、脱珪反応の効率は、複数回の試行によって得られる実際の反応効率（脱珪酸素効率）に応じて決定されてもよい。また、受洗された溶銑鍋には、高炉から排出された高炉スラグがさらに収容される。溶銑鍋に収容される溶銑及び高炉スラグの質量は、目算や測定装置等によって測定される。
【００１１】
次いで、溶銑が収容された溶銑鍋が、図１に示す脱珪装置１へと送られる。脱珪装置１は、機械攪拌式の脱硫処理に用いられる機械攪拌式脱硫装置と同様な構成である。脱珪装置１は、図１に示すように、溶銑鍋２に収容された溶銑３を脱硫処理する精錬装置である。脱珪装置１は、インペラ１１と、ホッパー１２と、ランス１３と、を備える。なお、溶銑鍋２は、台車４に載せられた状態で、平面視で溶銑３の浴面の中心とインペラ１１の中心とが重なる処理位置に配される。
【００１２】
インペラ１１は、耐火物製の攪拌子（攪拌羽根）であり、鉛直方向（図１の紙面に対する上下方向）の上端が軸に接続され、この軸の軸心から垂直な方向に突出する４枚の羽根を有する。また、軸の上端側は、不図示の回転装置や昇降装置に接続される。インペラ１１は、軸が回転装置からの回転駆動を受けることで、軸を中心として回転する。また、インペラ１１は、昇降装置の昇降動作によって鉛直方向に昇降可能に構成される。ホッパー１２は、調整剤を収容する容器である。調整剤は、少なくともＣａＯを含む副原料であり、本実施形態では一例として、主にＣａＯを含む生石灰を用いる。ホッパー１２の下端には、ロータリーフィーダや振動フィーダ等の切り出し機構が設けられ、この切り出し機構によって任意の量の調整剤が切り出される。ランス１３は、溶銑３の浴面上方に、鉛直方向に延在して配される。ランス１３は、ホッパー１２から切出される調整剤を、不図示のキャリアガス供給装置から供給される窒素ガス等のキャリアガスと共に噴射（投射）することで、溶銑３の浴面に調整剤を吹き付ける。
【００１３】
さらに、脱珪装置１にて、溶銑３の攪拌処理が行われる。攪拌処理では、インペラ１１を溶銑３に浸漬させた後、インペラ１１を回転させることで、溶銑３が攪拌される。そして、ランス１３から調整剤を溶銑３に噴射することで投入する。この際、投入する調整剤は、溶銑鍋２内のスラグ５の塩基度が、０．３以上０．８以下、好ましくは０．３以上０．４以下となるように投入量が調整される。スラグ５は、高炉スラグに加え、脱珪剤と溶銑との反応で生じるＳｉＯ２や、添加される調整剤によって形成される。スラグ５の塩基度は、スラグ５中のＳｉＯ２濃度に対するＣａＯ濃度の比（（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２））である。調整剤の投入量は、目標とするスラグ５の塩基度、高炉スラグの成分組成の分析値、高炉スラグの質量、高炉から出銑された溶銑３の質量、及び脱珪剤の投入量に基づいて決定される。具体的には、高炉スラグに含まれるＣａＯ及びＳｉＯ２の質量、並びに脱珪剤が溶銑３のＳｉと反応することで生じるＳｉＯ２の質量から決定される、塩基度の調整に必要なＣａＯの投入量に応じて調整剤の投入量が決定される。この際、脱珪剤によって生じるＳｉＯ２の質量は、脱珪剤中の酸素が全て溶銑３中のＳｉと反応することで生じる量としてもよく、この量に対して実際の反応効率から調整が行われた量としてもよい。
【００１４】
ここで、本発明者らは、溶銑の脱珪処理において反応効率を高めるため、溶銑鍋等の容器に収容した溶銑をインペラで攪拌させる方法について注目し、この方法による脱珪処理について鋭意研究を重ねた。そして、溶銑を容器に収容させた状態でインペラによる攪拌を行うことで、特許文献２のように鋳床樋でのみ脱珪剤を反応させる方法に比べて、高い反応効率が得られることが分かった。しかしながら、溶銑を容器に収容させた状態でインペラによる攪拌を行う場合、脱珪反応とともに生じるＣＯガスや巻き込まれる空気等のガスの量が多くなることから、スラグが発砲膨張するフォーミングが問題となることが分かった。フォーミングが発生し、スラグの体積が大きくなりすぎると、容器からスラグが溢れ出てしまうため、処理が継続できなくなるといった問題が生じる。そこで、本発明者らは、スラグのフォーミングを抑制するため、スラグの塩基度について鋭意研究を重ねた結果、スラグの塩基度を０．３以上０．８以下とすることで、インペラを用いた脱珪処理において、フォーミングが抑制されることを知見した。
【００１５】
本発明者らが行った、インペラを用いた脱珪処理の試験について説明する。試験では、はじめに、脱珪装置１を用いて、脱珪剤のみを投入し、調整剤を投入しない条件で脱珪処理を行った。脱珪装置１を用いた試験では、溶銑鍋２に受洗された溶銑３に脱珪剤を添加した後、脱珪装置１のインペラ１１で溶銑３を攪拌することで脱珪処理を行った。また、脱珪装置１を用いた試験では、脱珪処理中に１分おきにスラグ５のサンプルを採取し、成分分析を行った。そして、成分分析の結果から、熱力学計算ソフト（ＦａｃｔＳａｇｅ）を用いてスラグ５の粘性を計算し、脱珪処理の時間経過に伴うスラグ粘性の変化について調査した。
【００１６】
図２に、脱珪装置１を用いた試験における、脱珪処理の処理時間とスラグ５の粘性との関係を示す。図２には、異なる溶銑３で行われた２ｃｈ（回）分のデータを示す。図２に示すように、脱珪処理の処理後半において、スラグの粘性が上昇することが、確認できた。これは、脱珪処理が進むことにより、スラグ５中のＦｅＯ濃度が低下し、ＳｉＯ２濃度が上昇したことが原因となる。スラグ５の粘性が高くなると、ＣＯガス等のガスがスラグから排出されにくくなり、フォーミングが進行することとなる。このため、脱珪処理の処理後半におけるスラグ５の組成を調整し、スラグの粘性を調整することが重要であることが知見された。
【００１７】
また、本発明者らは、スラグ５のフォーミングを抑制する手法として、スラグの凝固温度に着目し、凝固温度が低くなるようなスラグの組成（塩基度）についても検討を行った。スラグ５の凝固温度が高くなる場合、脱珪処理中のスラグ５の表面が固化し、スラグ５中にＣＯガス等のガスが滞留してしまうことから、フォーミングが進行してしまう。このため、スラグ５の凝固温度は、低い方が好ましいものとなる。図３には、熱力学計算ソフト（ＦａｃｔＳａｇｅ）を用いた、スラグの塩基度を変化させた場合における、液相率が５０ｍａｓｓ％時の温度の計算結果を示す。なお、図３に示すデータでは、スラグ５中のＦｅＯ濃度が２５ｍａｓｓ％であるとして計算を行った。図３に示すように、スラグの塩基度としては、０．３以上１．０以下とすることで、液相率が５０ｍａｓｓ％時の温度が低くなることが確認できた。
【００１８】
さらに、本発明者らは、脱珪装置１を模した、図５に示す試験装置６を用いて脱珪処理を行い、スラグの塩基度がフォーミングに及ぼす影響や冶金効率についての試験を行った。図５に示すように、試験装置６を用いた試験では、有底円筒状のるつぼ６１に収容された溶銑３に対して、インペラ６２を浸漬させて回転させることで、脱珪処理を行った。また、試験では、投入量を調整して脱珪剤や調整剤を溶銑３に投入し、形成されるスラグ５の塩基度を変化させることで、スラグ５のフォーミング高さやスラグ５中のＦｅＯ濃度等の特性についての評価を行った。なお、試験装置６を用いた試験では、溶銑の量を１０ｋｇとし、るつぼ６１及びインペラ６２を炭素製とし、インペラ６２の攪拌動力密度が１００Ｗ／ｔ以上１４０Ｗ／ｔ以下になるように調整し、処理時間を１５分〜２０分とした。
【００１９】
図５には、脱珪処理後の塩基度である最終塩基度と、スラグ５のフォーミング高さとの関係を示す。また、表１には、図５に示す、最終塩基度及びスラグ５のフォーミング高さのデータを示す。スラグ５のフォーミング高さは、脱珪処理中における、溶銑３の浴面位置からのスラグ５の鉛直方向の最大高さである。図５に示すように、最終塩基度が、０．３以上０．８以下の範囲で、フォーミング高さが低減されることが確認できた。また、最終塩基度が０．３未満の範囲では、塩基度が低くなるに従いフォーミング高さが高くなることが確認できた。これは、図３の結果から分かるように、最終塩基度が０．３未満の範囲では、ＳｉＯ２が飽和状態となり、ＳｉＯ２が析出することで、スラグの固相率が上昇することが原因と考えられる。さらに、最終塩基度が０．８超の範囲では、塩基度が高くなるに従いフォーミング高さが高くなる傾向が確認できた。これは、図３の結果から分かるように、脱珪反応が進行中の処理中盤で塩基度が高くなるため、２ＣａＯ・ＳｉＯ２が析出し、スラグ５の粘性が高くなること原因と考えられる。つまり、試験の結果から、スラグ５の最終塩基度が０．３以上０．８以下となるように、スラグ５の組成を調整することで、スラグ５のフォーミングを抑えることができることが知見された。
【００２０】
【表１】
2020007590.tif 000003
【００２１】
さらに、図６には、最終塩基度と、脱珪処理後のスラグ５中のＦｅＯ濃度との関係を示す。図６に示すように、最終塩基度が高い方が、ＦｅＯ濃度が低くなることが確認できた。スラグ５中のＦｅＯ濃度が高くなると、脱珪剤や高炉スラグ、溶銑等に含まれるＦｅがスラグ５中に多く含まれていることとなるため、溶製される溶銑の歩留りが低下し、生産性が低下することとなる。
【００２２】
さらに、図７には、最終塩基度と、スラグ原単位（ｋｇ／ｔ−溶銑）との関係を示す。スラグ原単位は、溶銑１ｔ（トン）あたりの脱珪処理後のスラグ５の量（ｋｇ）である。図７に示すように、最終塩基度が高い方がスラグ５の量が多くなることが確認できる。これは、脱珪量がほぼ同様な条件において、最終塩基度を高くしようとすると、調整剤の投入量が増加することが原因となる。スラグ５が多くなると、スラグ５に含まれる鉄の絶対量が多くなるため、溶製される溶銑の歩留りが低下し、生産性が低下することとなる。
【００２３】
さらに、図８には、最終塩基度と、スラグ５中のＦｅＯ量（ｋｇ／ｔ−溶銑）との関係を示す。スラグ５中のＦｅＯ量は、溶銑１ｔあたりの脱珪処理後のスラグ５に含まれるＦｅＯの量（ｋｇ）であり、図６のＦｅＯ濃度と図７のスラグ原単位とを乗じることで算出されるものである。図８に示すように、最終塩基度が０．３以上０．４以下の範囲で、スラグ５中のＦｅＯ量が特に低くなることが確認できた。
【００２４】
本実施形態に係る溶銑３の脱珪処理方法は、上述の知見に基づいたものであり、最終塩基度が０．３以上０．８以下となるように、脱珪処理を行うことで、フォーミングの抑制効果を得ることができる。また、最終塩基度を０．３以上０．４以下とすることで、フォーミング抑制の効果に加え、溶製される溶銑３の歩留りが向上し、生産性を向上させることができる。さらに、上記の範囲内で最終塩基度を低くすることが好ましい。
次いで、本実施形態に係る溶銑３の脱珪処理方法では、溶銑３の脱珪が充分に行われる所定の時間、溶銑３の攪拌を行い、溶銑３の脱珪を行うことで脱珪処理が終了する。脱珪処理が終了した後は、インペラ１１の回転を停止し、インペラ１１を溶銑３から抜き出す。脱珪処理が施された溶銑３は、脱硫処理や脱炭処理が行われる次工程へと送られる。
【００２５】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【００２６】
例えば、上記実施形態では、脱珪装置１では、調整剤をランス１３から投射する投射方式を用いて投入することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、脱珪装置１では、調整剤を投入シュートから落下させて投入する上添加方式を用いて投入してもよい。
また、上記実施形態では、脱珪剤を受洗された溶銑鍋に投入するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、脱珪剤を、脱珪装置１で投入してもよい。また、脱珪装置１にて脱珪剤を投入する場合、脱珪剤は、投入シュートからの落下によって投入される上添加方式によって投入されてもよい。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、溶銑３を収容する容器として溶銑鍋２を用いることとしたが、本発明は係る例に限定されない。溶銑３を収容する容器として、例えば、トピード等の溶銑鍋２以外の容器が用いられてもよい。この場合、脱珪装置１は、容器の形状や寸法に応じて、インペラ１１の寸法、調整剤を投入する機構が適宜選択される。なお、上記実施形態のように、脱珪装置１を機械攪拌式脱硫装置と同様な構成とすることで、既存の機械攪拌式脱硫装置を用いて脱珪処理ができることから、新たに設備導入をする必要がない。また、このような脱珪装置１では、脱硫処理もできることから、１台の設備で脱硫処理と脱珪処理の２つの処理ができるようになる。また、高炉からトピードに溶銑３が受洗された後、溶銑鍋２に溶銑３払い出されるようにしてもよい。溶銑鍋２に払い出された溶銑３は、上記実施形態と同様に、脱珪装置１にて脱珪処理が施される。この場合、脱珪剤は、溶銑３が受洗されるトピード内に投入されるようにしてもよい。
【００２８】
さらに、上記実施形態では、一例として、脱珪剤としてミルスケールを用い、調整剤として生石灰を用いることを記載したが、本発明はかかる例に限定されない。脱珪剤は、酸化鉄を含めば、ミルスケール以外のものが用いられてもよい。なお、脱珪剤に掛かるコストを考慮すると、製鉄所の精錬プロセスや圧延プロセスにて副次的に発生するものを脱珪剤として使用することが好ましい。また、調整剤は、ＣａＯを含めば、生石灰以外のものが用いられてもよい。
【００２９】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明に一態様に係る溶銑３の脱珪処理方法は、溶銑３に酸化鉄を含む脱珪剤を投入する工程と、容器（例えば、溶銑鍋２）に収容された溶銑３にインペラ１１を浸漬させ、インペラ１１を回転させることで、溶銑３を攪拌する工程と、を備え、溶銑３を攪拌する工程では、脱珪処理後の容器内のスラグ５の塩基度が０．３以上０．８以下となるように、ＣａＯを含む調整剤を溶銑３に投入する。
上記（１）の構成によれば、容器内でインペラ１１を攪拌させて脱珪処理を行うことで、脱珪反応の反応効率を向上させることができる。このため、特許文献１や特許文献２の方法に比べ、脱珪剤の投入量が少なくとも、目的のシリコン濃度まで溶銑３を脱珪処理することができる。また、上記（１）の構成によれば、スラグ５の塩基度を上記の範囲とすることで、スラグ５のフォーミングを抑制することができ、安定して脱珪処理を行うことができる。
【００３０】
（２）上記（１）の構成において、溶銑３を攪拌する工程では、脱珪処理後の容器内のスラグ５の塩基度が０．３以上０．４以下となるように、調整剤を溶銑３に投入する。
上記（２）の構成によれば、スラグ５の塩基度を上記の範囲とすることで、スラグ５のフォーミング抑制の効果に加え、溶製される溶銑の歩留りを向上させることができ、生産性を高めることができる。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、上記実施形態と同様に、高炉から溶銑鍋２に受洗した溶銑３に、表２に示す分析値のミルスケールを脱珪剤として投入した。次いで、溶銑鍋２に移注された溶銑３を、脱珪装置１にて攪拌することで脱珪処理を行った。そして、脱珪処理による脱珪量（ΔＳｉ）及び脱珪剤の投入量から、投入された脱珪剤中の酸素がどの程度脱珪反応に寄与したかを示す脱珪酸素効率を算出した。脱珪処理による脱珪量は、高炉から出銑された溶銑３のシリコン濃度と、脱珪処理後の溶銑３のシリコン濃度との差分である。
【００３２】
【表２】
2020007590.tif 000004
【００３３】
また、比較として、高炉の鋳床樋にて表１に示す分析値のミルスケールを脱珪剤として溶銑３に投入しただけの条件で脱珪処理を行い、実施例と同様に脱珪酸素効率について調査をした（比較例）。比較例では、高炉から出銑された溶銑３のシリコン濃度と、溶銑鍋２に移注された状態の溶銑３のシリコン濃度と差分を脱珪量として脱珪酸素効率を算出した。
【００３４】
図９に、実施例及び比較例における、酸素原単位と脱珪量との関係を示す。図９において、横軸の酸素原単位は、脱珪剤中にＦｅＯとして含まれる酸素の、溶銑１ｔ当たりの投入量である。また、図９において、プロットの近似直線の傾きから脱珪酸素効率が算出される。なお、図９において、パーセント（％）表示されている数値は、図９の各直線における脱珪効率の値を示す。図９に示すように、比較例では脱珪酸素効率が４５％となるのに対して、実施例では脱珪酸素効率が８５％となり、実施例の脱珪処理によれば脱珪酸素効率が大幅に向上することが確認できた。また、実施例では、スラグ５のフォーミングによって処理が中断することなく、安定して脱珪処理ができることが確認できた。
【符号の説明】
【００３５】
１  脱珪装置
１１  インペラ
１２  ホッパー
１３  ランス
２  溶銑鍋
３  溶銑
４  台車
５  スラグ
６  試験装置
６１  るつぼ
６２  インペラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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