(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉内に、上吹きランスから気体酸素を供給して溶鉄の脱炭精錬を行いつつ、ＣａＯを含有する粉状脱燐精錬剤を添加することによって、前記溶鉄を脱炭すると同時に脱燐して溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、前記脱燐精錬剤を、上吹きランスからの少なくとも１つ以上の気体噴流に随伴させて溶鉄浴面に供給し、かつ前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される気体噴流が前記溶鉄浴面に衝突する際の、下記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下に制御することを特徴とする転炉製鋼方法。
0005574060.tif 000014
0005574060.tif 000015
0005574060.tif 000016
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ただし、
Ｐ：ランスノズルから噴出される気体噴流が溶鉄浴面に与える噴流の中心での動圧［ｋｇｆ／ｃｍ2］
ρｇ：噴流密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｕo ：ランスノズルから噴出される気体噴流の噴出流速［ｍ／ｓｅｃ］
ｄe ：ランスノズル出口径［ｍｍ］
Ｐo ：ランスノズルから噴出される気体のノズル入口圧力［ｋｇｆ／ｃｍ2］
Ｌｈ：ランス高さ［ｍ］
Ｆｊ：ランスノズルから噴出される気体の供給速度［Ｎｍ３／ｈｒ］
ｄt：ランスノズルのスロート径［ｍｍ］
ρｊ：ランスノズルから噴出される気体の密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｖｐ：ランスノズルから噴出される粉体の脱燐精錬剤の供給速度［ｋｇ／ｍｉｎ］
【請求項２】
前記脱燐精錬剤及び前記気体酸素を、同一のランス内で合流させて、該脱燐精錬剤を該気体酸素を含む気体噴流に随伴させて前記溶鉄浴面に供給することを特徴とする、請求項１に記載の転炉製鋼方法。
【請求項３】
前記気体酸素と、搬送ガスを伴う前記脱燐精錬剤のそれぞれ個別の供給系統を同一のランス内に配置し、前記気体酸素と前記脱燐精錬剤を搬送する搬送ガスとを、該ランスの別々のノズルから、気体噴流として前記溶鉄浴面に向けて吹き付けることを特徴とする、請求項１に記載の転炉製鋼方法。
【請求項４】
前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される、前記気体酸素を含む気体噴流及び前記脱燐精錬剤を随伴する気体噴流が、前記溶鉄浴面に衝突する際の、上記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下に制御することを特徴とする、請求項１ないし３の何れか１つに記載の転炉製鋼方法。
【請求項５】
前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される、前記気体酸素を含む気体噴流及び前記脱燐精錬剤を随伴する気体酸素噴流が、前記溶鉄浴面に衝突する際の、上記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上に制御することを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１つに記載の転炉製鋼方法。
【請求項６】
前記脱燐精錬剤は、粒度が１ｍｍ以下の生石灰、消石灰、炭酸カルシウム、転炉スラグ、取鍋スラグのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れか１つに記載の転炉製鋼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法に関し、特に、転炉内において脱炭精錬と同時に行われる脱燐精錬を、ＣａＯを含む脱燐精錬剤の滓化促進剤であるＣａＦ2系媒溶剤を使用することなく、効率よく行うことのできる転炉製鋼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な転炉製鋼方法では、単一の転炉において溶銑の脱燐精錬と脱炭精錬とを同時に行って、製鋼作業を終了している。しかし、近年の製鋼方法では、鋼材の品質に対する要求が高くなり、連続鋳造の拡大や、真空脱ガス炉、取鍋精錬炉などの溶鋼の二次精錬が普及してきた。それに伴い、転炉における出鋼温度が上昇し、その結果として、転炉における脱燐能力の低減を招いている。【０００３】
そこで、転炉に装入する溶銑を予め脱燐処理して、溶銑中の燐を予め、除去してから転炉に装入する溶銑予備処理法が発展してきた。燐は、温度レベルの低い溶銑段階における脱燐の方が効率的であることから、予め溶銑予備処理工程にて脱燐する方法が有利だからである。例えば、溶銑予備処理の精錬方法としては、トーピードカー方式、取鍋方式、或いは脱炭精錬を行う転炉とは別の転炉方式などがある。これらはいずれも、生石灰、酸化鉄などを上方より添加するかインジェクション方式にて添加し、攪拌用ガスの吹込みによる攪拌、或いは酸素ガスの吹込みを併用する方法である。なお、酸化精錬である脱燐精錬では、珪素の方が燐よりも酸素との親和力が強いために、溶銑中の珪素も予め酸化除去される。【０００４】
このように、従来は、溶銑段階で脱珪・脱燐精錬を行い、転炉においては主に脱炭精錬を行うことで、転炉の効率化及び生産性の向上が図られてきた。しかしながら、このような従来技術においては、比較的低い燐レベルの達成は可能であるものの、処理時間が長いこと、処理時の抜熱が大きいこと、転炉に供給するまでの時間がかかること、２基の転炉を利用しても処理後の溶銑払出しや別転炉への再装入による温度低下が避けられないことなど、溶銑の保有熱を有効に活用できていなかった。また、脱燐のために、溶銑の予備処理を行なうことは、製鋼工程における熱的余裕を低下させ、使用原料の自由度をなくし、転炉に装入する鉄スクラップのリサイクルの使用量が制限を受けるという問題もある。【０００５】
そこで、単一の転炉にて溶銑の脱燐精錬と脱炭精錬とを同時に行なう精錬方法が提案されている。例えば、特許文献１には、酸素上吹き転炉において、酸化カルシウム含有粉体を精錬用酸素ガスとともに溶湯面上に吹き付けるとともに、溶湯面下に設けたノズルからガスを吹込んで撹拌を行なう際に、酸化アルミニウムを含む取鍋スラグまたは酸化アルミニウムを含む組成物を炉内に添加することで、転炉への生石灰の吹込みによる安定した溶融滓化を実現し、安定した精錬を行なってスラグ発生量の低減を図る方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示の技術は、吹錬の調節が不適切だと、転炉内に吹込んだ生石灰が飛散して炉内にとどまらず、かえって効率を悪化させるという問題があった。【０００８】
また、近年の製鋼技術は、地球温暖化に代表される環境影響に対応するべく、製鋼時に発生するスラグ排出量の低減が必須となっている。溶銑の脱燐処理時におけるスラグ排出量の削減のためには、脱燐精錬剤として機能するスラグ（以下、「脱燐精錬用スラグ」という）となる脱燐精錬剤の投入量を低減することが必要である。溶銑の脱燐精錬における脱燐精錬剤の主体は石灰（ＣａＯ）である。従って、スラグ排出量を削減するには、石灰の使用量を低減しつつ必要脱燐量を維持する技術、即ち、少ない石灰の使用量で効率よく脱燐精錬する技術が必要となる。【０００９】
本発明の目的は、転炉において溶銑の脱炭精錬と脱燐精錬とを同時に行って溶鋼を溶製するに際に、脱燐精錬を効率的に行なうことができる転炉製鋼方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明方法は、転炉内に、上吹きランスから気体酸素を供給して溶鉄の脱炭精錬を行いつつ、ＣａＯを含有する粉状脱燐精錬剤を添加することによって、前記溶鉄を脱炭すると同時に脱燐して溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、前記脱燐精錬剤を、上吹きランスからの少なくとも１つ以上の気体噴流に随伴させて溶鉄浴面に供給し、かつ前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される気体噴流が前記溶鉄浴面に衝突する際の、下記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下に制御することを特徴とする転炉製鋼方法である。
0005574060.tif 000002
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0005574060.tif 000004
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ただし、
Ｐ：ランスノズルから噴出される気体噴流が溶鉄浴面に与える噴流の中心での動圧［ｋｇｆ／ｃｍ2］
ρｇ：噴流密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｕo ：ランスノズルから噴出される気体噴流の噴出流速［ｍ／ｓｅｃ］
ｄe ：ランスノズル出口径［ｍｍ］
Ｐo ：ランスノズルから噴出される気体のノズル入口圧力［ｋｇｆ／ｃｍ2］
Ｌｈ：ランス高さ［ｍ］
Ｆｊ：ランスノズルから噴出される気体の供給速度［Ｎｍ３／ｈｒ］
ｄt：ランスノズルのスロート径［ｍｍ］
ρｊ：ランスノズルから噴出される気体の密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｖｐ：ランスノズルから噴出される粉体の脱燐精錬剤の供給速度［ｋｇ／ｍｉｎ］
【００１１】
本発明に係る転炉製鋼方法は、上記の方法において、前記脱燐精錬剤及び前記気体酸素を、同一のランス内で合流させて、該脱燐精錬剤を該気体酸素を含む気体噴流に随伴させて前記溶鉄浴面に供給することを特徴とする。【００１２】
本発明に係る転炉製鋼方法は、上記の方法において、前記気体酸素と、搬送ガスを伴う前記脱燐精錬剤のそれぞれ個別の供給系統を同一のランス内に配置し、前記気体酸素と、前記脱燐精錬剤を搬送する搬送ガスとを、該ランスの別々のノズルから、気体噴流として前記溶鉄浴面に向けて吹き付けることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る転炉製鋼方法は、前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される、前記気体酸素を含む気体噴流及び前記脱燐精錬剤を随伴する気体噴流が、前記溶鉄浴面に衝突する際の、上記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下に制御すること、さらに、前記上吹きランスの個々のランスノズルから噴出される、前記気体酸素を含む気体噴流及び前記脱燐精錬剤を随伴する気体酸素噴流が、前記溶鉄浴面に衝突する際の、上記（１）〜（４）式を適用して計算される動圧を、０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上に制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る転炉製鋼方法は、上記の各方法において、前記脱燐精錬剤は、粒度が１ｍｍ以下の生石灰、消石灰、炭酸カルシウム、転炉スラグ、取鍋スラグのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、転炉内に気体酸素を供給して溶鉄の脱炭精錬を行いつつ粉体のＣａＯ含有脱燐精錬剤を添加し滓化させてスラグとすることによって、溶鉄を脱炭すると同時に脱燐して溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、粉体の脱燐精錬剤を気体噴流に随伴させて溶鉄浴面に供給するので、脱燐精錬剤の溶融が迅速化され、当該スラグの脱燐能力が向上する。従って、本発明方法では、従来に比べて少ない脱燐精錬剤量であっても、従来と同等以上の脱燐速度を維持して脱燐精錬することができる。また、本発明によれば、気体噴流が溶鉄浴面に衝突する際の動圧を、随伴される脱燐精錬剤がもつ運動エネルギーによる動圧上昇を考慮（定量的に評価）した適正値以下に制御するので、溶鉄の過度な飛散及び脱燐精錬剤の炉外への過度な飛散を防ぐことができる。その結果、本発明では、転炉製鋼工程におけるスラグ発生量を削減することができ、環境への負荷を大幅に削減することが達成される。【００１６】
また、本発明によれば、転炉において溶鉄の脱炭精錬と脱燐精錬とを同時に行って溶鋼を製造するにあたり、効率的に脱燐精錬することができ、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の転炉製鋼方法で用いる上吹きランスの例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の転炉製鋼方法で用いる上吹きランスの他の例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１、２は、本発明の転炉製鋼方法で用いる上吹きランスの例を模式的に示す断面図である。この上吹きランスは、一般的に長尺であるから、図１、２では、ランス本体１、ランス頂部２、ランス先端部３に分割して示す。図示の４は銅製ランスチップ、５は外管、６は中管、７は内管、８は主孔ノズル、９は気体酸素供給管、１０は気体酸素供給系統、１１は第１冷却水給排系統、１２は第２冷却水給排系統、１３は粉体供給管、１４は粉体供給系、１５は粉体ノズルである。
【００１９】
以下、本発明に係る転炉製鋼方法を具体的に説明する。
予備脱燐処理が施されていない溶銑から溶鋼を転炉を用いて溶製するには、転炉内に溶銑を装入し、そしてＣａＯを含む脱燐精錬剤と、酸素ガスなどの気体酸素源、及び必要に応じて用いられる酸化鉄などの固体酸素源とを供給し、溶銑中の炭素を酸素源中の酸素によって酸化除去するとともに、溶銑中の燐を酸素源によって酸化し、生成した燐酸化物を、ＣａＯを含む脱燐精錬剤などからなる脱燐精錬用スラグに取り込むことにより、溶銑中の燐を除去するという方法で行われる。
【００２０】
溶銑中の炭素は、酸化されてＣＯガスとなって系外に排出される。ここで、ＣａＯを含む脱燐精錬剤は、溶銑浴面を覆って、鉄スプラッシュなどの発生を防止する役割も果たしている。なお、酸素ガスなどの気体酸素源を溶銑に上吹きまたは底吹きして行う精錬を「酸素吹錬」と称し、また、気体酸素源及び固体酸素源は、まとめて酸素源と称する。
【００２１】
本発明では、脱燐精錬を転炉で実施するので、溶銑の予備処理は、溶製する鋼種の化学成分規格の硫黄含有量に基づき、必要に応じて実施すればよく、基本的には予備脱燐処理及び予備脱珪処理は実施する必要がない。ただし、転炉における脱燐精錬を促進させるために、予備脱珪処理は実施しても構わない。転炉での酸素吹錬時、溶銑中の珪素は酸化されてＳｉＯ2となり、ＣａＯを含む脱燐精錬剤などからなる脱燐精錬用スラグに移行するが、脱燐反応は、脱燐精錬用スラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が高いほど促進されることから、生成するＳｉＯ2が多い場合には、ＣａＯを含む脱燐精錬剤の供給量を多くする必要がある。このような場合には、予備脱珪処理を実施すると、効率的な脱燐精錬が可能となる。
【００２２】
なお、燐含有量が少ない鉄鋼製品用の溶鋼を溶製する場合、溶銑段階で予備脱燐処理を実施し、そして転炉脱炭吹錬時に本発明方法を適用することで、燐含有量の少ない溶鋼の安定した溶製が可能となる。つまり、燐含有量が少ない溶鋼を溶製する際には、予備脱燐処理を実施しても構わない。なお、塩基度の計算式における質量％ＣａＯ、質量％ＳｉＯ2は、それぞれ脱燐精錬用スラグ中のＣａＯ濃度、ＳｉＯ2濃度を指す。
【００２３】
本発明においては、図１または図２に示すようなランスを用いて、粉状の脱燐精錬剤を気体噴流に随伴させて溶銑浴面に供給する。溶銑浴面において、気体酸素が溶銑浴面と衝突する場所、つまり火点は、気体酸素によって局所的に高酸素ポテンシャル場が形成されて酸化鉄が生成され、気体酸素と溶鉄中の炭素あるいは溶鉄との反応によって高温になっている。図１のランスの場合には、粉状の脱燐精錬剤は気体酸素の噴流に随伴して前記火点に向けて供給される。また、図２のランスの場合には、脱燐精錬剤は粉体用ノズルから搬送ガスの噴流に随伴して溶鉄浴面に向けて供給されるが、気体酸素及び脱燐精錬剤を伴う搬送ガスの噴流は共に噴流の中心軸から径方向にある程度の拡がるので、脱燐精錬剤も部分的に気体酸素の噴流に巻き込まれて火点に供給される。これにより、脱燐精錬剤が速やかに溶融し、脱燐反応に最適なスラグが迅速に形成され、少ないスラグ量であっても、また高温下であっても脱燐が促進される。
【００２４】
ところで、粉体脱燐精錬剤を気体噴流に随伴させて溶銑浴面に供給すると、粉体の運動エネルギーが加わって気体噴流の浴面への衝突動圧が大きくなる。一般的に動圧とは、気体噴流が静圧以外に有する風圧または流速によって生じる圧力のことであるが、本発明では、気体噴流とその噴流に随伴される粉体の脱燐精錬剤の運動エネルギーによって生じる圧力を意味する。衝突動圧が高くなると、噴流により生じる溶鉄の飛散（スピッティング）や、これに伴う粉体脱燐精錬剤の飛散も大きくなる。したがって、粉体の脱燐精錬剤を気体噴流に随伴して溶鉄浴面に供給する際には、噴流条件が適切に制御されるべきであるが、これまで定量的に制御する手段がなく、溶鉄の飛散により炉口に地金が堆積したり、脱燐精錬剤の歩留りが悪化し脱燐不良を招くという問題が生じていた。
【００２５】
本発明者らはこの点について鋭意検討した結果、随伴される脱燐精錬剤の重量を考慮して、気体酸素が溶鉄浴面に衝突する際の動圧を算出することで、脱燐精錬剤の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価でき、動圧を適切に制御できることを見出した。
個々のランスノズルから噴出される気体噴流が、溶鉄浴面に衝突する際に与える噴流の中心での圧力（動圧）Ｐは、下記（１）〜（４）式により計算することができる。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
【数２】
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【００２８】
【数３】
0005574060.tif 000008
【００２９】
ただし、Ｐ：ランスノズルから噴出される気体噴流が溶鉄浴面に与える噴流の中心での動圧［ｋｇｆ／ｃｍ2］
ρｇ：気体噴流密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｕo ：ランスノズルから噴出される気体噴流の噴出流速［ｍ／ｓｅｃ］
ｄe ：ランスノズル出口径［ｍｍ］
Ｐo ：ランスノズルから噴出される気体のノズル入口圧力［ｋｇｆ／ｃｍ2］
Ｌｈ ：ランス高さ［ｍ］
Ｆｊ：ランスノズルから噴出される気体の供給速度［Ｎｍ３／ｈｒ］
ｄt：ランスノズルのスロート径［ｍｍ］
ここで、個々のランスノズルから噴出される気体の供給速度Ｆｊは、図１、２に示した例のようにランス内でガス流路が分岐する場合には、流量測定装置によって直接測定することはできないが、測定される合計のガス流量が個々のランスノズルのスロート部の断面積に比例して分配されると仮定して計算すれば、精度よく求められる。また、ここで、粉体の脱燐精錬剤を随伴する気体噴流の場合には、次のようにして気体噴流が溶鉄浴面に与える動圧を算出すれば良い。即ち、（１）式において、気体噴流密度ρｇを下式のように計算することにより、脱燐精錬剤の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価できる。
【００３０】
【数４】
0005574060.tif 000009
【００３１】
ただし、ρｊ：ランスノズルから噴出される気体の密度［ｋｇ／Ｎｍ３］
Ｖｐ：粉体の脱燐精錬剤の供給速度［ｋｇ／ｍｉｎ］
この（４）式を用いれば、気体噴流が粉体の脱燐精錬剤を随伴している場合でも（１）〜（４）式によって浴面動圧を算出することが可能になる。なお、ここで、粉体と搬送ガスとがノズルから噴出する場合には、実際のランスノズルから噴出される気体のノズル入口圧力は、（３）式によって計算される気体のノズル入口圧力Ｐoよりも高い値となるが、粉体を随伴する気体噴流の動圧を評価するには（３）式による計算値を用いる。
【００３２】
図１に示すように、ＣａＯを含む粉体の脱燐精錬剤を、精錬用酸素と同一のランス内で合流させて溶鉄浴面に供給する場合には、ランスノズルから噴出される気体の供給速度（Ｆｊ）は、精錬用酸素と、搬送用ガスの合計の供給速度を用い、ランスノズルから噴出される気体の密度（ρｊ）は、精錬用酸素と、搬送用ガスの加重平均ガス密度を用いる。
【００３３】
また、図２に示すように、精錬用酸素とＣａＯを含む粉体の脱燐精錬剤を上吹きランスの別々のノズルから噴出させて溶鉄浴面に供給する場合には、精錬用酸素用のノズルからの気体噴流と脱燐精錬剤用のノズルからの気体噴流の両方に対して、それぞれ（１）〜（４）式を用いて気体噴流が溶鉄浴面に与える動圧を算出すればよい。前記したように、この場合にも、精錬用気体酸素の気体噴流に脱燐精錬剤の一部が巻き込まれるが、この場合には、相互に運動エネルギーが交換されるだけなので、気体噴流が溶鉄浴面に与える動圧に及ぼす粉体の影響は小さく、無視できる。
【００３４】
上記の（１）〜（３）式に見られるように、動圧に影響を及ぼす因子は多数あるが、設備上の制約や操業上の制約があるため、これらの因子の全てを自由に変更できる訳ではなく、各因子の制約の範囲内で噴流の浴面動圧を適切に制御することが求められる。（１）〜（４）式を用いて脱燐精錬剤を随伴する気体噴流についても浴面動圧を算出することにより、操業の実態に応じた適切な操作によって動圧を調節することが可能になる。
【００３５】
粉体の脱燐精錬剤を随伴する気体酸素噴流が溶鉄浴面に衝突する際の動圧Ｐは、０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。動圧Ｐが０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、過剰の動圧に伴う溶鉄及び脱燐精錬剤の飛散が生じ、脱燐精錬剤の歩留りが低下して効率が悪化する。また、スラグ量が少なくなって脱燐不良を起こす。上記動圧Ｐの、より好ましい範囲は０．４０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、さらに好ましい範囲は０．３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下である。ただし、動圧Ｐが低すぎると、脱燐精錬を行うことが困難であるから、動圧Ｐは０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上が好ましい。
【００３６】
本発明で使用する気体酸素としては、酸素ガス（工業用純酸素を含む）、空気、酸素富化空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスなどを使用することができる。通常の転炉精錬の場合には、他のガスを使用した場合に比べて脱炭反応速度及び脱燐反応速度が速いことから、酸素ガスを使用することが好ましい。混合ガスの場合は、脱炭反応速度及び脱燐反応速度を確保するために、酸素濃度を空気よりも高くすることが好ましい。
【００３７】
本発明においては、気体酸素とともにＣａＯを含む脱燐精錬剤を、気体酸素の供給場所を含む溶鉄浴面に供給する。これにより、ＣａＯを含む脱燐精錬剤自体も高温雰囲気下で加熱されることから、スラグ化をより一層迅速にすることができる。つまり、脱燐反応をより一層促進させることができる。気体酸素とともに供給されるＣａＯを含む脱燐精錬剤の粒子サイズは、滓化を促進させる観点から粒径１ｍｍ以下が好ましい。当然ながら、ＣａＯを含む脱燐精錬剤の一部をホッパーなどから気体酸素とは別に投入してもよい。
【００３８】
本発明で使用する、ＣａＯを含む脱燐精錬剤は、ＣａＯを含有し、脱燐精錬ができるものであればよく、特にＣａＯの含有量に制約はないが、通常は、ＣａＯ単独からなるものや、またはＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてその他の成分を含有するものである。
この場合、その他の成分としては、一般的に滓化促進剤が挙げられる。本発明は、滓化促進剤の低減或いは省略を可能とする技術ではあるが、滓化促進剤を添加して更に滓化効率を改善することを禁じるものではない。滓化促進剤としては、特に、ＣａＯの融点を下げて滓化を促進させる作用のある酸化チタンや、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ３）を含有する物質が挙げられ、これらを使用することができる。中でも、スラグ粘度の観点からは酸化チタンの添加が好ましい。
【００３９】
また、ホタル石などのＣａＦ2系媒溶剤も滓化促進剤として使用可能である。ただし、スラグを廃棄処分などにする際に、スラグからのフッ素の溶出量を抑えて環境を保護する観点から、ＣａＦ2系媒溶剤は滓化促進剤として使用しないことが好ましい。フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については使用しても構わない。当然、酸化チタンを含有する物質や酸化アルミニウムを含有する物質を滓化促進剤として用いる場合も、この観点からフッ素を含まないものであることが好ましい。
【００４０】
ＣａＯを含む脱燐精錬剤は、生石灰や石灰石が安価で脱燐能に優れることから好ましい。また、軽焼ドロマイトもＣａＯを含む脱燐精錬剤として使用することができる。
【００４１】
また、前記固体酸素源としては、鉄鉱石の焼結鉱、ミルスケール、ダスト（集塵ダスト）、砂鉄、鉄鉱石などを使用することができる。ここで、集塵ダストとは、高炉、転炉、焼結工程において排気ガスから回収される、鉄分を含むダストである。
【００４２】
本発明の転炉製鋼方法においては、酸素源として供給する気体酸素は、上吹きランスから供給することができる。ＣａＯを含む脱燐精錬剤を気体酸素に随伴して溶鉄浴面に供給するためには、例えば、脱燐精錬剤を搬送ガスでランス入口まで搬送し、図１に示すように、気体酸素と同一の上吹きランス内で合流させて主孔ノズル８から供給することにより、上記の添加条件を達成することができる。
【００４３】
また、上吹きランスに少なくとも２つの供給系統を設置し、そのうちの１つの供給系統から気体酸素源を供給し、他の１つの供給系統からＣａＯを含む脱燐精錬剤を搬送用ガスとともに供給することもできる。この場合、図２に示すように、気体酸素及びＣａＯを含む粉体の脱燐精錬剤のそれぞれの供給系統（気体酸素供給系統１０，粉体供給系統１４）を同一の上吹きランス内に配置し、気体酸素と搬送ガスを伴う粉体の脱燐精錬剤とをランスの別々のノズルから溶鉄浴面に供給する。搬送用ガスには、酸素ガス、空気、炭酸ガス、非酸化性ガス、希ガス、還元性ガスなどを単独もしくは混合して使用することができる。一般に、脱燐精錬剤の搬送ガス流量は酸素吹錬用の気体酸素流量に比して１オーダー低いが、この場合も（１）〜（４）式を用いて動圧を算出し、調節することが可能である。
【００４４】
２つの供給系統を有する図２に示すような構成としては、例えば、上吹きランスを少なくとも二重管構造として一方を気体酸素の流路である気体酸素供給管９、他方を脱燐精錬剤及び搬送用ガスの流路である粉体供給管１３とし、気体酸素を、ランス中心軸を中心とした同心円上に配された主孔ノズル８から供給し、一方、脱燐精錬剤及び搬送用ガスを、ランス中心軸上に配された粉体ノズル１５から供給する方法などを採用することができる。
【００４５】
また、ランス中心軸を中心とした同心円上に複数の主孔ノズル８と粉体ノズル１５を配し、交互（互い違い）のノズル孔から気体酸素、及び、脱燐精錬剤と搬送用ガスを供給するようにしてもよい。さらに、上吹きランスに少なくとも３つの供給系統を設置し、そのうちの１つの供給系統から気体酸素を供給し、別の供給系統からＣａＯを含む脱燐精錬剤を搬送用ガスとともに供給して同一の上吹きランス内で合流させ、ランスノズルから噴出し、他の供給系統から固体酸素源を搬送用ガスとともに供給し別のランスノズルから噴出させることもできる。この場合も固体酸素源の供給速度も脱燐精錬剤の供給速度に加えた上で、（１）〜（４）式を用いて動圧を算出し、調節することが可能である。これらのランスの態様は、精錬操作の目的やランス設計の自由度に応じて選択し得る。
【００４６】
溶鉄温度は、気体酸素を使用した場合に、それの酸化反応熱によって上昇するが、固体酸素源を使用した場合には、固体酸素源自体の顕熱、潜熱及び分解熱が酸化反応熱よりも大きいために溶鉄温度は低下する。気体酸素と固体酸素源との使用比率は、転炉精錬前の溶銑温度と得られる溶鋼の目標温度とに応じて設定することとする。また、脱燐反応を効率的に行うためには溶鉄を撹拌することが好ましく、この撹拌としては、一般に炉底に埋め込まれた羽口などを利用したガス撹拌を行えばよい。
【００４７】
脱燐精錬用スラグとしては、スラグ中のＦｅＯ濃度が１０質量％以上５０質量％以下の範囲が好適である。そこで、スラグ中のＦｅＯ濃度は、この範囲を維持できるように、酸素源（気体酸素および固体酸素源）の供給量を調整することが好ましい。より好ましいＦｅＯ濃度の範囲は、１０質量％以上３０質量％以下である。
【００４８】
このようにして溶銑に対して転炉精錬を行うことにより、従来に比べて少ない脱燐精錬剤の使用量であっても、従来と同等の脱燐速度を維持して脱燐精錬することが実現される。その結果、転炉製鋼工程におけるスラグ発生量を削減することができ、環境への負荷を大幅に削減することが達成される。なお、本発明による脱燐精錬剤の削減効果は、原理的に転炉精錬に広く適用可能であり、例えば、予備脱燐処理を行った溶銑の脱炭吹錬においても当然に発揮される。
【実施例】
【００４９】
＜実施例１＞
高炉から出銑した溶銑２８０トンを、予め鉄スクラップ５０トンを装入した転炉に装入し、この転炉で合計５回の脱炭吹錬を実施（発明例１〜５）した。脱炭吹錬前の溶銑の炭素濃度、珪素濃度及び燐濃度は、それぞれ４．３質量％、０．２５質量％、及び０．１２質量％に統一し、溶銑温度は約１３００℃とした。脱炭吹錬後の溶鋼の炭素濃度及び燐濃度はそれぞれ０．０３質量％及び０．０２５質量％を目標とし、脱炭吹錬後の溶鋼温度は１６７０℃を目標とした。【００５０】
脱炭吹錬は、図１に示すように、冷却水の給排水系統１１，１2以外に２つの供給管９，１３を有する上吹きランスを用いて行った。即ち、気体酸素供給管９から気体酸素が送給され、粉体供給管１３から酸素ガスを搬送用ガスとして粉状の脱燐精錬剤として生石灰粉（平均粒径１ｍｍ以下）が送給され、これらの両者がランス頂部で合流して主孔ノズル８から供給されるようにした。主孔ノズル８のスロート径は５５ｍｍ、出口径は６５ｍｍとし、ランス中心軸を中心とした同心円上に４個配した。搬送用ガス分も含む上吹き酸素流量は４４０００Ｎｍ３／ｈｒで一定とし、酸素原単位は、脱珪に必要な酸素を除いて約４５Ｎｍ３／ｔとした。また、転炉炉底の羽口からは、撹拌ガスとしてＡｒガスを溶銑１トンあたり０．０３〜０．３０Ｎｍ３／ｍｉｎの流量で吹込んだ。【００５１】
生石灰粉の供給速度は５００ｋｇ／ｍｉｎとした。
精錬用スラグを形成するための上記の粉体のもの以外のＣａＯを含む脱燐精錬剤としては、粒状の生石灰（平均粒度約２０ｍｍ）及びドロマイト（平均粒度約２０ｍｍ、ＣａＯ含有量４０質量％）を用い、これらを炉上ホッパーから炉内に上置き投入した。また、ホタル石などのフッ素を含有する物質は添加しないで脱炭吹錬した。【００５２】
また、比較例として、粉状の生石灰をランスから投入せず、粒状の生石灰のみを炉上ホッパーから上置き投入した脱炭吹錬も実施（比較例１）した。比較例のその他の脱炭吹錬条件は発明例１に準じて行った。このときのランス先端と湯面との距離（以後ランス高さと称する）を基準とし、発明例１は、これと同じランス高さ、発明例２〜４は、基準高さよりそれぞれ２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍ高いランス高さとした。発明例５では、発明例２と同じランス高さとし、炉上ホッパーから石灰を投入せず、ランスから粉状の生石灰のみを投入した。比較例２では基準高さより２００ｍｍ低いランス高さとした。【００５３】
発明例１〜５においては、上吹きランスノズルからの気体噴流が溶鉄浴面に衝突する位置での動圧を、噴流に随伴される脱燐精錬剤である生石灰粉の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価した上で、本設備における適正範囲の上限値である０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とするように、設備および操業の条件に合わせてランス高さを調節して、表１に示した値のように動圧を制御した。【００５４】
表１に、発明例及び比較例における操業条件並びにＣａＯ歩留り、脱炭吹錬後の溶鋼中の燐濃度を示す。表１におけるＣａＯ原単位は、溶銑１ｔあたりの量（ｋｇ／ｔｏｎ）で示した。ＣａＯ原単位は、生石灰の添加量とドロマイト中のＣａＯ分添加量との和で算出した。ＣａＯ歩留りは下式で定義した。
ＣａＯ歩留り（％）＝１００×［（ＳｉＯ２原単位）／（ＣａＯ原単位）］
÷［（スラグ％ＳｉＯ２）／（スラグ％ＣａＯ）］
なお、ＣａＯ歩留りの計算式におけるスラグ％ＳｉＯ2およびスラグ％ＣａＯは、それぞれ精錬終了後のスラグ中のＳｉＯ2濃度（質量％），ＣａＯ濃度（質量％）を指す。【００５５】
【表１】
0005574060.tif 000010
【００５６】
表１に示すように、ランスから供給する気体酸素の上吹き噴流の浴面衝突動圧を０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下にした全ての発明例において、脱炭吹錬後の溶鋼中の燐濃度は０．０２５質量％以下になり、かつＣａＯ歩留りも９０％以上の高い値となった。また発明例５では、少ない石灰量で目標の燐濃度の溶鋼を得ることができた。これに対して、比較例１では、ＣａＯの全量を炉上投入したためスラグ形成不良となり、脱炭吹錬後の溶鋼中の燐濃度が０．０２５質量％より高くなった。また、ランスからの気体酸素の上吹き噴流の浴面衝突動圧が０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２超えであった比較例２においては、粉状生石灰の飛散に起因するＣａＯ歩留りの低下が認められた。【００５７】
＜実施例２＞
高炉から出銑した溶銑を３００トン容量の転炉に搬送し、この転炉で予備脱燐処理を実施した後、この溶銑を別の３００トン容量の転炉に装入し、この転炉で合計４回の脱炭吹錬を実施（発明例１１〜１４）した。予備脱燐処理後（脱炭吹錬前）の溶銑の炭素濃度及び燐濃度は、それぞれ３．０質量％及び０．０３質量％に統一し、溶銑温度は約１３６０℃とした。脱炭吹錬後の溶鋼の燐濃度は０．０１５質量％を目標とし、脱炭吹錬後の溶鋼の炭素濃度及び溶鋼温度は、上記の実施例１と同一の目標とした。【００５８】
脱炭吹錬は、図２に示すように、冷却水の給排水系統１１，１2以外に、分離した２つの供給系統１０，１４を有し、気体酸素供給系統１０から気体酸素を供給でき、粉体供給系統１４からＡｒガスを搬送用ガスとして粉状の生石灰粉（平均粒径１ｍｍ以下）とを供給できるランスを用いて行った。即ち、上吹きランスの構造を、冷却水の給排水系統１１，１2、気体酸素供給系統１０及び粉状の生石灰粉の供給系統（粉体供給系統１４）とが分離された四重管構造とし、気体酸素を、ランス中心軸を中心とした同心円上に配された４個の主孔ノズル８から供給し、一方で、脱燐精錬剤として粉状の生石灰粉及び搬送用ガスを、ランス中心軸上に配された単一の粉体ノズル１５から供給するようにした。上吹き酸素流量、転炉炉底羽口からの攪拌ガス流量、生石灰粉の供給速度は実施例１と同様にした。【００５９】
酸素原単位は約３５Ｎｍ３／ｔｏｎとした。脱燐精錬用スラグを形成するためのＣａＯを含む脱燐精錬剤の全てを、上吹きランスから供給する粉状生石灰とした。ホタル石などのフッ素を含有する物質は添加しないで脱炭吹錬した。また、比較例として、粉状の生石灰をランスから投入せず、粒状の生石灰のみを炉上ホッパーから上置き投入した脱炭吹錬も実施（比較例１１）した。比較例のその他の脱炭吹錬条件は発明例１１に準じて行った。このときのランス中心軸を中心とした同心円上に配された４個のノズルのノズルスロート径を基準とし、発明例１１はこれと同じスロート径、発明例１２〜１４では基準径より大きいスロート径とした。比較例１２では基準径より小さいスロート径とした。また、発明例１４では、ランスから供給する石灰量を少なくした。ランス高さ（２８００ｍｍ）およびノズルの出口径（６５ｍｍ）は、全ての発明例および比較例で一定とした。さらに、ランス中心軸上に配された単一のノズルは、全ての発明例および比較例でスロート径５５ｍｍ、出口径５５ｍｍで一定とし、Ａｒガスの供給速度は１８００Ｎｍ３／ｈｒで一定とした。すなわち、発明例１１〜１４においては、上吹きランスノズルからの気体噴流が溶鉄浴面に衝突する位置での動圧を、噴流に随伴される脱燐精錬剤である生石灰粉の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価した上で、本設備における適正範囲の上限値である０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とするように、操業条件に合わせて各ノズルのスロート径を変更して、表２に示した値のように動圧を制御した。【００６０】
表２に、発明例及び比較例における操業条件並びにＣａＯ歩留り、脱炭吹錬後の溶鋼中の燐濃度を示す。【００６１】
【表２】
0005574060.tif 000011
【００６２】
表２に示すように、ランスから供給する気体酸素の上吹き噴流の浴面衝突動圧を０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下にした全ての発明例において、脱炭吹錬後の溶鋼中の燐濃度は０．０１５質量％以下になり、かつＣａＯ歩留りも９０％以上の高い値となった。また発明例１４では、少ない石灰量で目標の燐濃度の溶鋼を得ることができた。これに対して、比較例１１では、ＣａＯの全量を炉上投入したためスラグ形成不良となり、脱炭吹錬後の溶鋼中燐濃度が０．０１５質量％より高くなった。また、ランスからの気体酸素の上吹き噴流の浴面衝突動圧が０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２超えであった比較例１２においては、粉状生石灰の飛散に起因するＣａＯ歩留りの低下が認められた。【００６３】
＜実施例３＞
高炉から出銑した溶銑を３００トン容量の転炉に搬送し、この転炉で予備脱燐処理を実施した後、この溶銑を別の３００トン容量の転炉に装入し、この転炉で合計４回の脱炭吹錬を実施（本発明例２１〜２４）した。予備脱燐処理後（脱炭吹錬前）の溶銑の炭素濃度及び燐濃度は、それぞれ３．０質量％及び０．０３質量％に統一し、溶銑温度は約１３６０℃とした。脱炭吹錬後の溶鋼の燐濃度は０．０１５質量％を目標とし、脱炭吹錬後の溶鋼の炭素濃度及び溶鋼温度は実施例１と同一の目標とした。【００６４】
脱炭吹錬は、実施例１と類似の構造のランスを用いて行ったが、主孔ノズル８のスロート径は６６ｍｍ、出口径は７５ｍｍとし、ランス中心軸を中心とした同心円上に５個配した。脱燐精錬用スラグを形成するためのＣａＯを含む脱燐精錬剤の全てを、上吹きランスから供給する粉状生石灰とした。ホタル石などのフッ素を含有する物質は添加しないで脱炭吹錬した。上吹き酸素流量は、上吹きランスから粉状生石灰を供給している間を含む脱炭吹錬の末期以外の期間は６００００Ｎｍ３／ｈｒで一定とし、脱炭吹錬の末期にはそれより酸素流量を下げて吹錬を行った。転炉炉底羽口からの撹拌ガス流量、生石灰粉の供給速度は実施例１と同様とした。【００６５】
また、比較例として、粉状の生石灰を上吹きランスから投入せず、粒状の生石灰のみを炉上ホッパーから上置き投入した脱炭吹錬も実施（比較例２１）した。比較例のその他の脱炭吹錬条件は本発明例２１に準じて行った。このときの上吹きランス先端と湯面との距離（以後ランス高さと称する）を基準とし、本発明例２１はこれと同じランス高さ、本発明例２２〜２４では基準高さよりそれぞれ２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍ高いランス高さとした。比較例２２では基準高さより２００ｍｍ低いランス高さとした。すなわち、発明例２１〜２４においては、上吹きランスノズルからの気体噴流が溶鉄浴面に衝突する位置での動圧を、噴流に随伴される脱燐精錬剤である生石灰粉の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価した上で、本設備における適正範囲の上限値である０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とするように、設備および操業の条件に合わせてランス高さを調節して、表３に示した値のように動圧を制御した。【００６６】
表３に、本発明例及び比較例における操業条件並びに脱炭吹錬後の燐濃度、ＣａＯ歩留りを示す。【００６７】
【表３】
0005574060.tif 000012
【００６８】
表３に示すように、粉状生石灰を供給している間の上吹き噴流の浴面衝突動圧を０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下にした全ての本発明例において、脱炭吹錬後の溶鋼中燐濃度は０．０１５質量％以下になり、かつＣａＯ歩留りも９０％以上の高い値となった。これに対して、比較例２１では、ＣａＯの全量を炉上投入したためスラグ形成不良となり、脱炭吹錬後の溶鋼中燐濃度が０．０１５質量％より高くなった。また、上吹き噴流の浴面衝突動圧が０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２超えであった比較例２２においては、粉状生石灰の飛散に起因するＣａＯ歩留りの低下が認められた。【００６９】
＜実施例４＞
高炉から出銑した溶銑を高炉鋳床で脱珪した後、搬送容器（トーピードカー）で予備脱燐処理を実施した後、この溶銑を３００トン容量の転炉に搬送し、この転炉で合計３回の脱炭処理を実施（本発明例３１〜３３）した。予備脱燐処理後（脱炭吹錬前）の溶銑の炭素濃度及び燐濃度は、それぞれ３．５質量％及び０．０５質量％に統一し、溶銑温度は約１３００℃とした。脱炭吹錬後の溶鋼の燐濃度は０．０２０質量％を目標とし、脱炭吹錬後の溶鋼の炭素濃度及び溶鋼温度は実施例２と同一の目標とした。【００７０】
転炉の底吹きガスとして、転炉炉底に設けた二重管構造の羽口の内管から撹拌用ガスとして酸素ガスを溶銑１トン当たり約０．４Ｎｍ３／ｍｉｎの流量で吹き込み、また、外管からは羽口冷却用のプロパンガスを吹き込みながら、脱炭処理を実施した。表４に、本発明例における脱燐処理前後の溶銑成分ならびに操業条件を示す。【００７１】
脱炭吹錬は、実施例２と同様のランスを用いて行った。即ち、上吹きランスの構造を、冷却水の給排水系統、酸素ガスの供給系統及び粉状の生石灰粉の供給系統とが分離された四重管構造とし、気体酸素源である酸素ガスを、ランス中心軸を中心とした同心円上に配された４個のノズルから供給し、一方、粉状の生石灰粉の搬送用ガスを酸素ガスとし、これらをランス中心軸上に配された単一のノズルから供給するようにした。同心円上に配された気体酸素源を供給するノズルのスロート径は６８ｍｍ、出口径は８０ｍｍとした。【００７２】
発明例３１〜３３及び比較例３２では脱燐精錬用スラグを形成するためのＣａＯを含む脱燐精錬剤の全てを、上吹きランスから供給する粉状生石灰とした。ホタル石などのフッ素を含有する物質は添加しないで脱炭吹錬した。ランス中心軸を中心とした同心円上に配された４個のノズルからの上吹き酸素流量は、上吹きランスから粉状生石灰を供給している間を含む脱炭吹錬の末期以外の期間は６００００Ｎｍ３／ｈｒで一定とし、脱炭吹錬の末期にはそれより酸素流量を下げて吹錬を行った。生石灰粉の供給速度は実施例１と同様とした。【００７３】
また、比較例として、粉状の生石灰を上吹きランスから投入せず、粒状の生石灰のみを炉上ホッパーから上置き投入した脱炭吹錬も実施（比較例３１）した。比較例のその他の脱炭吹錬条件は本発明例３１に準じて行った。このときの上吹きランス先端と湯面との距離（以後ランス高さと称する）を基準とし、本発明例３１はこれと同じランス高さ、本発明例３２〜３３では基準高さよりそれぞれ２００ｍｍ、４００ｍｍ高いランス高さとした。比較例３２では基準高さより２００ｍｍ低いランス高さとした。ランス中心軸上に配された単一のノズルは、全ての本発明例および比較例でスロート径５５ｍｍ、出口径５５ｍｍで一定とし、酸素ガスの供給速度は１８００Ｎｍ３／ｈｒで一定とした。すなわち、発明例３１〜３３においては、上吹きランスノズルからの気体噴流が溶鉄浴面に衝突する位置での動圧を、噴流に随伴される脱燐精錬剤である生石灰粉の運動エネルギーによる動圧上昇を定量的に評価した上で、本設備における適正範囲の上限値である０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とするように、設備および操業の条件に合わせてランス高さを調節して、表４に示した値のように動圧を制御した。【００７４】
表４に、本発明例及び比較例における操業条件並びに脱炭吹錬後の燐濃度、ＣａＯ効率を示す。【００７５】
【表４】
0005574060.tif 000013
【００７６】
表４に示すように、上吹きランスから噴出する気体噴流の浴面衝突動圧を０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下にした全ての本発明例において、脱炭吹錬後の溶鋼中燐濃度は０．０２０質量％以下になり、かつＣａＯ歩留りも９０％以上の高い値となった。これに対して、比較例３１では、ＣａＯの全量を炉上投入したためスラグ形成不良となり、脱炭吹錬後の溶鋼中燐濃度が０．０２０質量％より高くなった。また、上吹き噴流の浴面衝突動圧が０．５０ｋｇｆ／ｃｍ２超えであった比較例３２においては、粉状生石灰の飛散に起因するＣａＯ歩留りの低下が認められた。
【符号の説明】
【００７７】
１  ランス本体
２  ランス頂部
３  ランス先端部
４  銅製ランスチップ
５  外管
６  中管
７  内管
８  主孔ノズル
９  気体酸素供給管
１０  気体酸素供給系統
１１  第１冷却水給排系統
１2  第２冷却水給排系統
１３  粉体供給管
１４  粉体供給系統
１５  粉体ノズル
【図１】
0005574060.tif 000018
【図２】
0005574060.tif 000019