(57)【要約】【課題】電気炉で発生したスラグを製鋼プロセスの中で有効に利用する方法を提供する。【解決手段】転炉で溶銑の脱珪脱燐処理を行うに際し，造滓材の一部として電気炉スラグを転炉に装入することを特徴とする電気炉スラグの利用方法であり、また、該利用方法において、転炉に装入する電気炉スラグ量を，脱珪脱燐処理により発生するスラグ量に対する比率が５％以上３０％未満となるように装入すること、さらに、また、電気炉スラグを、脱珪脱燐処理の開始から終了までの時間中の該開始後の７０％以後から９０％以前の間において転炉に装入することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉で溶銑の脱珪脱燐処理を行うに際し，造滓材の一部として電気炉スラグを転炉に装入することを特徴とする電気炉スラグの利用方法。
【請求項２】
転炉に装入する電気炉スラグ量を，脱珪脱燐処理により発生するスラグ量に対する比率が５％以上３０％未満となるように装入することを特徴とする請求項１記載の電気炉スラグの利用方法。
【請求項３】
電気炉スラグを，脱珪脱燐処理の開始から終了までの時間中の該開始後の７０％以後から９０％以前の間において転炉に装入することを特徴とする請求項１または２記載の電気炉スラグの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉酸化精錬にて発生するスラグを有効活用する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスから排出されるスラグは一部で路盤材適用などの資源化が進められてはいるが，その使用範囲は、土壌環境基準などの制限があり、必ずしも十分ではなく，環境問題の観点からも発生スラグ量は極力削減することが望まれている。
【０００３】
スラグ発生量の低減策としてはスラグのリサイクル使用があり，例えば特許文献１には転炉スラグにボーキサイト，鉄鉱石，マンガン鉱石などを加えて，塩基度，Ａｌ2Ｏ3濃度，Ｔ．Ｆｅ濃度及びＭｎＯ濃度を制御したうえで脱燐用フラックスとして用いる転炉スラグのリサイクル方法が提案されており，特許文献２では転炉スラグを高炉原料または焼結原料として用いる方法が開示されている。さらに，特許文献３においては脱燐スラグのリサイクル方法として，前回チャージにて使用したスラグの一部を容器内に残留させて，再度，スラグ生成量を減少させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３１２５３６号公報
【特許文献２】特開平６−２４０３１６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５６３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，特許文献１における方法はボーキサイト，鉄鉱石，マンガン鉱石等を配合させるという別途の工程が必要となることに加え，これらの原料自体のコストがかかるなどの問題があり，特許文献２の方法ではリサイクル量に制限があり転炉スラグを全量リサイクルすることが困難であるなどの問題があった。さらに，特許文献３の方法ではリサイクルされるスラグ自体が溶銑脱燐スラグであるため処理温度が低く，リサイクル処理を行っても十分なスラグ滓化が達成されず，脱燐効率が不安定であるなどの問題があった。
【０００６】
電気炉で発生するスラグについても、十分に利用できる技術が確立されていなかった。
【０００７】
本発明はかかる事情を鑑みてなされたもので，電気炉スラグを製鋼プロセスの中で利用可能とする方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは，種々の実験・調査を行うことにより、電気炉酸化精錬にて生成滓化したスラグを脱燐などの転炉吹錬にて利用することで転炉での脱燐効率を向上させること、及び脱燐処理に要する生石灰などのフラックス原単位を減少させることが可能であることを知見した。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであり，その要旨は以下に示す通りである。
（１）転炉で溶銑の脱珪脱燐処理を行うに際し，造滓材の一部として電気炉スラグを転炉に装入することを特徴とする電気炉スラグの利用方法。
（２）転炉に装入する電気炉スラグ量を，脱珪脱燐処理により発生するスラグ量に対する比率が５％以上３０％未満となるように装入することを特徴とする上記（１）記載の電気炉スラグの利用方法。
（３）電気炉スラグを、脱珪脱燐処理の開始から終了までの時間中の該開始後の７０％以後から９０％以前の間において転炉に装入することを特徴とする上記（１）または（２）記載の電気炉スラグの利用方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，電気炉スラグを転炉精錬に利用することにより、転炉において、少量の生石灰原単位により効率的な脱硅脱燐精錬を可能とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電気炉スラグを転炉における脱硅脱燐処理に利用した時の該処理により発生したスラグ量に対する電気炉スラグの添加比率と必要ＣａＯ原単位比との関係を示した図である。
【図２】電気炉スラグを転炉に添加して脱硅脱燐処理を行った際の該処理により発生したスラグ量に対する電気炉スラグ量の添加比率と脱燐率の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明について詳細に説明する。
【００１３】
溶銑の脱珪脱燐処理は、溶銑を転炉に装入する前の高炉鋳床での脱珪処理やトーピードカー内での脱珪脱燐処理の他、近年では、前掲の特許文献３で開示されているように、転炉内で脱珪脱燐処理が行われるようになって来ている。
【００１４】
本発明は、転炉内での溶銑の脱珪脱燐処理を対象とするものであり、通常、脱炭処理時より弱い酸素吹錬を行うと共に、造滓材が添加される。
【００１５】
本発明において、脱珪脱燐処理の開始とは、転炉に溶銑を装入した後、脱珪脱燐処理のための上記の酸素吹錬を開始したときを言い、該処理の終了とは、前記酸素吹錬を終了したときを言う。
【００１６】
電気炉においては、通常、スクラップ溶解及び脱燐などの酸化精錬を行って溶鋼を出鋼し，その後、専用の受け皿（スラグパン）上にスラグの排出を行う（出滓処理）。
【００１７】
本発明の転炉精錬で利用する電気炉スラグは、スラグパンに排出されたスラグを冷却後，破砕機にて転炉装入が可能な適度な寸法に破砕し，及び地金除去を行い，その後スラグに付着した水分除去を目的とした乾燥処理を実施する。なおここで破砕するスラグの適度な寸法としては，１ｍｍ径以上５０ｍｍ径未満であることが好ましい。これは，１ｍｍ径以下の微細粒では転炉炉上から添加を行う際に飛散分が増えることなどによって電気炉スラグの添加歩留の低下が顕著となってしまうためであり，逆に５０ｍｍ径を超える粗粒では炉内添加後に電気炉スラグ自体の溶解に長時間を要し，滓化材としての機能が十分に発揮されないためである。
【００１８】
本発明では、破砕，乾燥した電気炉スラグを転炉炉上に搬送し，該転炉内に溶銑を装入した後、生石灰等の造滓材を添加し塩基度などの成分調整を行うことで脱硅脱燐処理の吹酸精錬を行うに際し，炉上に搬送した電気炉スラグを造滓材として、上記生石灰等の造滓材に加えて転炉に装入する。
【００１９】
この際，転炉に装入する電気炉スラグ量を，転炉での脱珪脱燐処理にて発生するスラグ量の５％以上３０％未満とすることにより、脱硅脱燐処理において極めて効率的な脱燐処理を行うことが可能となる。ここで，脱珪脱燐処理にて発生するスラグ量は、溶銑［Ｓｉ］濃度及び設定塩基度により以下の手法にて計算することが可能である。まず，溶銑中の［Ｓｉ］濃度によりスラグとして生成するＳｉＯ2量が必然的に決定し，該脱珪脱燐処理に適切な塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）設定値よりＣａＯ量が決定される。スラグ全体に占めるＣａＯ，ＳｉＯ2の比率は経験的に約７５％となるこことが一般的に知られており，これにより該脱珪脱燐処理により発生する全スラグ量が、ほぼ予測できるが、事前の操業試験により、溶銑［Ｓｉ］濃度、目標とする塩基度とするための生石灰等の造滓材量、および本発明で装入する電気炉スラグ量と、実際に発生した全スラグ量との関係を調査して、全スラグ量を予測する式を求めておくことにより、より精度の高い予測が可能である。実際の全スラグ量は、脱珪脱燐処理後にスラグを転炉からスラグパンに排出して秤量することにより把握できる。
【００２０】
溶銑脱燐処理における脱燐効率はスラグの滓化性に大きく依存する。電気炉精錬により発生するスラグの主組成は，溶製する鋼種やスクラップ等の原料及び操業条件などにより異なる場合があるが，普通鋼溶製の場合ではスクラップ溶解のための通電や高炉溶銑を併用した際の脱燐負荷などの観点から，（％ＣａＯ）＝４０〜４５質量％，（％ＳｉＯ2）＝１５〜２０質量％，（％Ｔ．Ｆｅ）＝１５〜２５質量％，（％Ａｌ2Ｏ3）＝３〜６質量％，（％ＭｎＯ）＝４〜８質量％，（％Ｐ2Ｏ5）＝１〜２質量％，（％ＭｇＯ）＝３〜８質量％，（％Ｃｒ2Ｏ3）≦３質量％などの範囲であることが多いが転炉精錬に比べ在炉時間が長く，かつ最終的には１６００℃〜１７００℃の高温処理となるため極めて滓化性が良く，遊離石灰分（ｆ．ＣａＯ）が２質量％以下のスラグとなる。
【００２１】
本発明者らはこの滓化性の良い電気炉スラグを転炉での脱硅脱燐処理時の造滓材として活用することで，別に添加するＣａＯの滓化性も向上し，かつＣａＯ原単位を低減させるとともに効率的な脱燐処理を行うことが可能であることを見出した。
【００２２】
すなわち，電気炉精錬により発生したスラグを転炉での脱硅脱燐吹錬に利用することで，脱燐造滓材として使用するＣａＯの一部を置換代替することでＣａＯ原単位の削減を可能とするとともに，滓化性の良好な電気炉スラグを滓化促進材としての活用が可能となる。
【００２３】
図１は、一例として，（％ＣａＯ）＝４３質量％，（％ＳｉＯ2）＝１７質量％（ＣａＯ／ＳｉＯ2＝２．５），（％Ｔ．Ｆｅ）＝１５質量％，（％Ａｌ2Ｏ3）＝５質量％，（％ＭｎＯ）＝６質量％，（％Ｐ2Ｏ5）＝１．８質量％，（％ＭｇＯ）＝６質量％，（％Ｃｒ2Ｏ3）＝２質量％の組成の電気炉スラグを利用し，［％Ｐ］＝０．１００％，［Ｓｉ］＝０．３５％を含有した溶銑をＣａＯ／ＳｉＯ2＝２．０のスラグ組成にて脱硅脱燐吹錬を実施した場合の脱硅脱燐処理により発生したスラグ量に対する電気炉スラグの添加比率と必要ＣａＯ原単位比を示した図である。必要ＣａＯ原単位比は、電気炉スラグを利用しなかったときの必要ＣａＯ原単位を１として示したものである。
【００２４】
図１が示すように、電気炉スラグ添加比率の上昇にともなってＣａＯ原単位比率は低下し，電気炉スラグ比率を４０％とすることで，電気炉スラグを使用しない場合（全量ＣａＯ使用）に比べ約１割のＣａＯ原単位の削減が可能となる。
【００２５】
図２は、図１と同一の条件にて電気炉スラグを転炉での脱硅脱燐処理に利用した際の該処理により発生したスラグ量に対する電気炉スラグの添加比率と脱燐率の関係を示した図である。
【００２６】
図２が示すように、電気炉スラグ比率５％未満では，全量ＣａＯを用いて脱燐処理を行った場合に比べ脱燐率の向上は認められない。これは添加する電気炉スラグ量が少なくＣａＯ滓化促進の効果が不十分であるためである。逆に電気炉スラグ比率が３０％を越えると脱燐率の低下が見られるが，これは電気炉スラグ添加によるスラグ量自体の増加に起因して攪拌が不十分となることや電気炉スラグ中に含まれるＰ2Ｏ5に起因してスラグ中のＰ2Ｏ5の物質移動が阻害されるためである。
【００２７】
さらに電気炉スラグ比率が３０％を超えるような場合では，脱燐処理時のスラグ量自体が膨大となってしまうため，脱燐処理時のスロッピング発生頻度が増えるなどの操業性の悪化起因となる場合がある。
【００２８】
ここで，脱燐率とは処理前［Ｐ］濃度に対して，処理後に溶銑から除去された［Ｐ］濃度との割合を示す指標で，下記（１）式で表される。
脱燐率(％)＝{(処理前[％Ｐ]−処理後[％Ｐ])／処理前[％Ｐ]}×100  ・・・（１）
【００２９】
したがって，脱燐処理時に添加する電気炉スラグ量の比率としては，５％〜３０％の範囲が望ましい。
【００３０】
電気炉スラグを転炉に投入するタイミングとしては，脱硅脱燐処理の開始から終了までの時間において該処理開始後の７０％〜９０％の時期とすることが望ましい。これは，電気炉スラグの添加量が適正範囲であっても、脱硅脱燐処理の吹錬期間初期から中期（０％〜７０％）にかけて電気炉スラグを添加すると，スラグ滓化の良好な期間が長時間となりスロッピングなどの操業阻害を招くため操業の安定化のためには多量のフォーミング鎮静剤を投入する必要が生じるためであり，逆に吹錬が９０％以上経過した末期の段階での添加では，終了までの時間が短すぎるため滓化不良を引き起こし，結果として脱燐効率の悪化を招くためである。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を実施例によって説明する。
【００３２】
電気炉にて溶解・酸化精錬を行い出滓した，（％ＣａＯ）＝４３質量％，（％ＳｉＯ2）＝１７質量％（ＣａＯ／ＳｉＯ2＝２．５），（％Ｔ．Ｆｅ）＝１５質量％，（％Ａｌ2Ｏ3）＝５質量％，（％ＭｎＯ）＝６質量％，（％Ｐ2Ｏ5）＝１．８質量％，（％ＭｇＯ）＝６質量％，（％Ｃｒ2Ｏ3）＝２質量％の組成を有し、ｆ．ＣａＯ＝１．４質量％を含有する電気炉スラグを破砕し，乾燥後に転炉炉上に搬送し，転炉にての脱珪脱燐処理時に利用した。破砕後の電気炉スラグの平均粒径は３０ｍｍ程度であった。
【００３３】
転炉での脱珪脱隣処理については、転炉への溶銑装入量が２８０トン、装入溶銑中のＣ濃度は４．５質量％程度、Ｓｉ濃度は０．４質量％程度であり、脱珪脱隣処理終了時の溶銑中のＣ濃度は３．９質量％程度、Ｓｉ濃度は０．０１質量％以下であった。
【００３４】
脱珪脱燐処理により発生したスラグ量については、脱珪脱燐処理後にスラグを転炉からスラグパンに排出して秤量した。添加した電気炉スラグ量を発生スラグ量で除することにより、電気炉スラグ添加比率（％）を算出した。
【００３５】
その結果を表１の発明例１〜８に示す。ＣａＯ原単位指数とは、比較例９のＣａＯ原単位を１として相対的に表示したＣａＯ原単位を意味する。ちなみに、比較例９のＣａＯ原単位は１７ｋｇ／ｔｏｎであった。いずれも電気炉スラグの利用によりＣａＯ原単位を削減しつつ高い脱燐効率を示す結果が得られており，スロッピングなどの操業性の悪化を引き起こすことなく、安定した操業が達成されている。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
これに対し，比較例９は電気炉スラグの利用を全く行わず全量ＣａＯによる脱燐処理を行ったものであるが，ＣａＯ原単位の削減が達成されないことに加え、スラグ滓化が不十分であることに起因して脱燐効率が向上せず低燐鋼の溶製が困難であるという結果となっている。また，比較例１０においては電気炉スラグの添加比率が低いことに起因して脱燐処理時のスラグ滓化が不十分となり結果的に脱燐効率が悪く，低燐鋼の安定溶製が困難となっている。比較例１１は電気炉スラグの添加比率が高く、ＣａＯ原単位の削減は十分ではあるものの，スラグ量自体の増加に起因して攪拌が不十分となることに起因して脱燐効率の低下が見られている。さらに比較例１２では，電気炉スラグの添加比率は適正であるものの，添加タイミングが早すぎるため吹錬中スラグのフォーミング期間が長く，結果的にスロッピングを引き起こし操業性を阻害する結果となっている。また，比較例１３においては，逆に電気炉スラグの添加タイミングが遅れ十分なスラグ滓化の時間が確保できないためにスラグ滓化が不十分となり脱燐効率の悪化を引き起こす結果となっている。
【図１】
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【図２】
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