(57)【要約】      （修正有）【課題】転炉形式の脱燐炉で大量の含硫黄鉄源を使用しながら低硫溶銑を製造すること、脱燐処理では実質的にフッ素含有物を使用しないこと、および設備費は極力安価でかつ取扱いが容易なことを、いずれも達成することができる溶銑の脱燐処理方法を提供する。【解決手段】転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．１ｋｇ以下となる条件で、螢石に代表されるハロゲン化物を用いることなしに、脱燐処理後のＣａＯとＳｉＯ２との質量濃度比で定義されるスラグ塩基度を２．０以上２．８以下とし、溶銑に含有される炭素の質量濃度を３．３％以上３．８％以下とするとともに、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑１ｔあたり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下に保つことにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上１０質量％以下にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉形式の炉を用いて溶銑を脱燐処理するに際し、硫黄を含有する鉄源をその鉄源使用に伴って転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０６ｋｇ以上０．１ｋｇ以下となる条件で溶銑とともに使用するにあたり、螢石に代表されるハロゲン化物を用いることなしに、脱燐処理後のＣａＯとＳｉＯ２との質量濃度比で定義されるスラグ塩基度を２．０以上２．８以下とし、溶銑に含有される炭素の質量濃度を３．３％以上３．８％以下とするとともに、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑１トンあたり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下に保つことにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上１０質量％以下にすることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法。
【請求項２】
脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度を３％以上９％以下に調整することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱燐処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱燐処理方法に関し、具体的には、溶銑の予備処理、すなわち転炉で脱炭処理する前の溶銑に予め行う脱燐処理を、安価に効率よく行う溶銑の脱燐処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材特性の改善要求の高まりに対応すべく、近年、転炉で脱炭処理する前に行う溶銑の予備処理、すなわち転炉形式の炉を用いた脱燐と、機械式攪拌による脱硫とを実施することが一般的である。さらに、鋼材の需要の増加や環境負荷の軽減要求の高まりにより、転炉形式の炉を用いた脱燐処理においては、高スクラップ配合比化、特に含硫黄鉄源（低グレードスクラップ、製銑・溶銑予備処理等で発生したダスト・粒鉄、還元鉄）の高配合比が求められるようになっている。
【０００３】
従来から低燐低硫鋼を溶製するためのプロセスとして、例えば特許文献１、２には、先述したように、脱硫後に転炉型脱燐を行い、その後に転炉脱炭処理する発明が開示されている。これらの発明は、高温かつ低酸素ポテンシャル下で脱硫を行うことが熱力学的に有利であることに基づいている。
【０００４】
また、特許文献３には、脱燐処理中の復硫に注目し、脱燐後に脱硫する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８１５１２号公報
【特許文献２】特開２０００−７３１１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３２７２０８号公報
【発明の開示】
【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、２により開示された発明には、脱燐処理時に含硫黄鉄源を使用できないという課題がある。スクラップ等の冷鉄源は、熱余裕や攪拌力等の点で冷鉄源の溶解に有利な転炉型脱燐炉で大量に投入される。脱燐処理は熱力学的に脱燐に有利な低温かつ高酸素ポテンシャル条件で行われるため、熱力学的に脱硫には適さない条件である。したがって、脱燐炉に装入された冷鉄源中の硫黄分は、冷鉄源の溶解に伴い溶銑に入り、脱燐処理後溶銑中の硫黄濃度が上昇するからである。
【０００６】
また、特許文献３により開示された発明では、脱燐処理後の温度や成分が、次工程である脱硫処理に適するように調整されていないため、脱硫を促進するために機械式攪拌とともに炭化水素を吹き込む必要が生じる。炭化水素の吹き込みはその取扱いに注意を要するため、吹込み配管や排ガスの処置等の面で設備費が嵩むという課題がある。
【０００７】
さらに、従来、滓化促進剤として使用されてきた螢石（フッ素含有物）を使用すると、吹錬後のスラグがフッ素を含有することから、スラグを土木原料等として利用する場合に、フッ素の溶出が懸念される。したがって、フッ素が環境に及ぼす影響を考慮して、溶銑の予備脱燐処理についてフッ素含有物の使用量を極力削減することが求められている。このため、これまでにも、フッ素含有物を極力削減した溶銑の予備処理において脱燐処理後の燐濃度を低下させる発明が多数提案されている。例えば、前述の特許文献１、２により開示された発明もフッ素を極力使用しないで脱燐処理する発明であるが、脱硫後の脱燐を想定した発明であり、その後の脱硫処理が安価に進まない可能性がある。
【０００８】
本発明は、これらの従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、脱燐炉で大量の含硫黄鉄源を使用しながら低硫溶銑を製造すること、脱燐処理では実質的にフッ素含有物を使用しないこと、および設備費は極力安価でかつ取扱いが容易なことを、いずれも達成することができる溶銑の脱燐処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、転炉形式の炉を用いて溶銑を脱燐処理するに際し、硫黄を含有する鉄源をその鉄源使用に伴って転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０６ｋｇ以上０．１ｋｇ以下となる条件で溶銑とともに使用するにあたり、螢石に代表されるハロゲン化物を用いることなしに、脱燐処理後のＣａＯとＳｉＯ２との質量濃度比で定義されるスラグ塩基度を２．０以上２．８以下とし、溶銑に含有される炭素の質量濃度を３．３％以上３．８％以下とするとともに、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑１トンあたり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下に保つことにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上１０質量％以下にすることを特徴とする溶銑の脱燐処理方法である。なお、本明細書では、濃度又は含有量に関する「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味するものとする。
【００１０】
この本発明に係る溶銑の脱燐処理方法では、脱燐処理後のスラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度を３％以上９％以下に調整することが、好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して、低燐低硫溶銑、例えば燐含有量が０．０１５％以下であるとともに硫黄含有量が０．００３％以下である低燐低硫溶銑を製造するにあたり、鉄源に安価な高Ｓ含有物を鉄源として転炉型溶銑脱燐炉に多く投入することができるようになり、製造コストを大幅に低減できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る溶銑の脱燐処理方法を実施するための最良の形態を、添付図面も参照しながら詳細に説明する。
本発明者らは、実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して、低燐低硫溶銑（［Ｐ］≦０．０１５％、［Ｓ］≦０．００３％）を製造するにあたり、鉄源に安価な高Ｓ含有物を転炉型溶銑脱燐炉に多量に、具体的には転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０６ｋｇ以上０．１ｋｇ以下、配合するために調査を行った。
【００１３】
先ず、実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して、溶銑脱燐（処理後［Ｐ］≦０．０１５％）する条件を調査した。ここで、「実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して」とは、「螢石に代表されるハロゲン化物を用いることなしに」という意味である。換言すると、「螢石に代表されるハロゲン化物の天然原料を、媒溶剤として新たに用いること無く」という意味であって、脱燐処理時に副原料の一部として用いられることがある転炉スラグや取鍋スラグから、螢石の主成分であるＣａＦ２が転炉内に不可避的に混入することまでを排除する趣旨ではない。この程度の混入は、本発明においても許容される。
【００１４】
周知のように、フッ素含有物を使用しない脱燐精錬、又は、フッ素含有物の使用量が非常に少ない脱燐精錬においては、スラグ塩基度を高めるとともにスラグの融点を低下させなければならない。さらに、溶銑に含有される炭素の質量濃度は、低くなり過ぎると溶銑が部分的に凝固して転炉内の地金付きが大きくなって操業上支障を来し、逆に高くなり過ぎると脱燐が十分進行しない可能性がある。そこで、本発明者らは、本発明に係る脱燐処理方法による脱燐脱硫処理前の溶銑中の質量濃度が炭素４．４％以上４．６％以下、珪素０．２％以上０．４％以下、マンガン０．２％以上０．４％以下、燐０．１００％以上０．１２０％以下、硫黄０．００３％以下である溶銑を対象として、脱燐処理後のスラグ塩基度が２．０以上２．８以下、溶銑に含有される炭素の質量濃度が３．３％以上３．８％以下の範囲で、溶銑脱燐（処理後［Ｐ］≦０．０１５％）が十分可能となる条件を調査した。
【００１５】
周知のように、塩基度の高いスラグの融点を低下させるためには、スラグ中の酸化鉄濃度を高めなければならない。しかしながら、溶銑中の炭素濃度が高いことからスラグ中の酸化鉄濃度を高めることは困難である。すなわち脱燐工程では、吹錬中のスラグの酸化鉄濃度を高めることは可能であるものの、吹錬終了から出湯までの間に溶銑中の炭素によって酸化鉄は還元されるので、その間にスラグ中の酸化鉄濃度が低下してしまう。そこで、スラグの融点を低下させるべく種々検討を重ねた結果、スラグ中の酸化鉄濃度を可能な限り増加させ、スラグ排出時においてもスラグ中の酸化鉄濃度を高く維持できる方法を見出した。
【００１６】
すなわち、スラグ中の酸化鉄濃度を高く維持するためには、溶銑の炭素とスラグ中の酸化鉄とが反応し難くすればよく、それには、前記した条件下で溶銑の攪拌を弱めることが有効という知見を得た。具体的には脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑トンあたり０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下に抑制することにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上に高く維持することが可能になる。
【００１７】
さらに、転炉内に持ち込まれる硫黄質量が、使用溶銑トン当たり最大０．１ｋｇが可能となる条件を調査した。転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり最大０．１ｋｇの条件のもとで，Ｓ≦０．００３％とするためには、脱硫率７７％以上｛（０．００３＋０．０１０−０．００３）／（０．００３＋０．０１０）×１００＝７７％｝が必要となる。溶銑の攪拌を弱くして、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が上昇すると脱硫率は大きく低下し、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が１０質量％を超えると７７％に満たないことを知見した。具体的には、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑１トンあたり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎを下回るとＴ．Ｆｅ濃度が１０質量％を超えてしまい、上記した脱硫率は７７％に満たなくなってしまう。
【００１８】
以上のことから、実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して、燐含有量が０．０１５％以下であるとともに、硫黄含有量が０．００３％以下の低燐低硫溶銑を製造するにあたり、鉄源に安価な高Ｓ含有物を転炉型溶銑脱燐炉に多量に、具体的には転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０６ｋｇ以上０．１ｋｇ以下、配合するためには、脱燐処理後のＣａＯとＳｉＯ２の質量濃度比で定義されるスラグ塩基度を２．０以上２．８以下、溶銑に含有される炭素の質量濃度が３．３％以上３．８％以下、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑ｔあたり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とすることにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上１０質量％以下にすればよい。
【００１９】
さらなる低燐溶銑（［Ｐ］≦０．０１２％）を安定的に得るためには、Ａｌ２Ｏ３を含む副原量を用いて、スラグ中Ａｌ２Ｏ３質量濃度を３％以上９％以下とすることも有効である。これにより、スラグの融点が低下して脱燐がさらに進行するため、［Ｐ］≦０．０１２％を安定的に得ることもできるようになる。
【実施例１】
【００２０】
次に、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。
高炉からの溶銑２７０トンを脱硫処理して溶銑中の質量濃度が炭素４．４％以上４．６％以下、珪素０．２％以上０．４％以下、マンガン０．２％以上０．４％以下、燐０．１００％以上０．１２０％以下、硫黄０．００３％以下とし、それに加えて、転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０９〜０．１０ｋｇになるように製銑・溶銑予備処理等で発生したダスト・粒鉄を使用して、転炉での脱燐・脱硫挙動を調査した。表１には、測定した全データの詳細をまとめて示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図１は、脱燐処理する場合に脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量と、スラグ中Ｔ．Ｆｅとの関係を示すグラフである。なお、すべてフッ素を含まない精錬剤のみを使用しており、スラグ塩基度は２．０以上２．８以下、溶銑に含有される炭素の質量濃度は３．３％以上３．８％以下の範囲である。
【００２３】
図１および表１に示すように、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量が０．１２Ｎｍ３／ｔ以上０．２６Ｎｍ３／ｔ以下の範囲であれば、スラグ中Ｔ．Ｆｅが５％以上１０％以下となる。
【００２４】
図２は、スラグ中Ｔ．Ｆｅと、脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。
図２および表１に示すように、スラグ中Ｔ．Ｆｅが５％以上となると、脱燐吹錬後［Ｐ］が０．０１５％以下となり、低燐溶銑の製造が十分可能となる。これに対し、比較例１のように底吹きガス流量が高くスラグ中Ｔ．Ｆｅが５％を下回ると、脱燐吹錬後［Ｐ］は０．０１５％超となって低燐溶銑の製造が難しくなる。
【００２５】
図３は、スラグ中Ｔ．Ｆｅと、脱燐吹錬後のＳ濃度との関係を示すグラフである。
図３および表１に示すように、比較例，本発明例ともに転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０９ｋｇ以上０．１０ｋｇ以下であり、鉄源に安価な高Ｓ含有物を転炉型溶銑脱燐炉に多く配合している。スラグ中Ｔ．Ｆｅが１０％以下であれば、脱燐吹錬後の［Ｓ］≦３０ｐｐｍとなり、低燐低硫溶銑の製造が十分可能となる。これに対し、比較例２のように底吹きガス流量が低くスラグ中Ｔ．Ｆｅが１０％を上回ると、脱燐吹錬後の［Ｓ］が３０ｐｐｍを超え、低燐低硫溶銑の製造が難しくなる。
【００２６】
このように、実質的にフッ素を含まない精錬剤のみを使用して、低燐低硫溶銑（Ｐ≦０．０１５％，Ｓ≦０．００３％）を製造するにあたり、鉄源に安価な高Ｓ含有物を転炉型溶銑脱燐炉に多量に、具体的には転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０９ｋｇ以上０．１ｋｇ以下配合するためには、脱燐処理後のＣａＯとＳｉＯ２との質量濃度比で定義されるスラグ塩基度を２．０以上２．８以下、溶銑に含有される炭素の質量濃度を３．３％以上３．８％以下、脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量を溶銑１ｔ当たり０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ以上０．２６Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とすることにより、脱燐処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５質量％以上１０質量％以下にすればよいことがわかる。
【００２７】
上述したように、本発明は、転炉内に持ち込まれる硫黄質量が多い場合に効果を発揮するものであるから、本発明の適用対象はこの実施例の調査範囲である「転炉内に持ち込まれる硫黄質量が使用溶銑トン当たり０．０９〜０．１ｋｇ」に限定される必要は全くない。ただし、本発明の特徴は、転炉内に持ち込まれる硫黄質量が多い場合であっても低燐低硫溶銑（［Ｐ］≦０．０１５％、［Ｓ］≦０．００３％）を製造できることであることから、「転炉内に持ち込まれる硫黄質量」は、使用溶銑トン当たり０．０６ｋｇ以上０．１０ｋｇ以下であることが望ましい。
【００２８】
また、以上の説明では、高炉からの溶銑を溶銑脱硫処理により［Ｓ］≦０．００３％としてから脱燐処理したが、本発明に係る脱燐処理方法の対象である溶銑は、脱硫処理後の溶銑には限定されない。本発明に係る脱燐処理方法により脱硫処理をしていない溶銑に脱燐処理した場合には、その後必要に応じて脱硫処理を行えばよいからである。
【００２９】
次に、さらなる低燐溶銑（［Ｐ］≦０．０１２％）を安定的に得る目的で、副原量にＡｌ２Ｏ３を配合した。
図４は、この際のスラグ中Ａｌ２Ｏ３％と、脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。また、表２には、測定した本発明例１、２の全データをまとめて示す。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
先述した本発明例１では、［Ｐ］≦０．０１５％を安定的に得ることはできるものの、［Ｐ］≦０．０１２％を安定的に得ることは難しい。これに対し、スラグ中Ａｌ２Ｏ３％が増加し、３％以上９％以下となると（本発明例２）、［Ｐ］≦０．０１２％を安定的に得ることが可能になる。
【００３２】
図５は、脱燐処理時の副原量にＡｌ２Ｏ３を３％以上９％以下配合した際の、スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。スラグ中Ｔ．Ｆｅが５％以上１０％以下では、Ａｌ２Ｏ３を配合しない場合には［Ｐ］≦０．０１２％を安定的に得ることはできなかったが、Ａｌ２Ｏ３を３％以上９％以下配合するとスラグの融点が低下して脱燐がさらに進行するため、［Ｐ］≦０．０１２％を安定的に得られるようになった。
【００３３】
さらに、図６は、脱燐処理時の副原量にＡｌ２Ｏ３を３％以上９％以下配合した際の、スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＳ濃度との関係を示すグラフである。
スラグ中Ｔ．Ｆｅが５％以上１０％以下では、Ａｌ２Ｏ３の有無にかかわらず、［Ｓ］≦３０ｐｐｍを得られることがわかる（本発明例２）。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】脱燐処理する場合に脱燐処理中の全吹錬時間中後半５０％の底吹きガス流量と、スラグ中Ｔ．Ｆｅとの関係を示すグラフである。
【図２】スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。
【図３】スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＳ濃度との関係を示すグラフである。
【図４】スラグ中Ａｌ２Ｏ３％と、脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。
【図５】脱燐処理時の副原量にＡｌ２Ｏ３を３〜９％配合した際の、スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＰ濃度との関係を示すグラフである。
【図６】脱燐処理時の副原量にＡｌ２Ｏ３を３〜９％配合した際の、スラグ中Ｔ．Ｆｅと脱燐吹錬後のＳ濃度との関係を示すグラフである。
【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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