(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑に酸素源を供給して溶銑を脱珪する方法であって、気体酸素源及び固体酸素源を合わせた酸素源の供給速度を酸素純分に換算して溶銑トン当たり０．０５〜１．０Ｎｍ3 ／ｍｉｎの範囲で脱珪処理を開始し、溶銑の珪素含有量が０．１０質量％以下になった時点から、供給する酸素源を気体酸素源のみとするとともに、溶銑への酸素源供給速度をそれまでの酸素源供給速度の７０％以下として、脱珪処理における溶銑の脱炭量を０．１０質量％以下に抑えることを特徴とする溶銑の脱珪方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉精錬に供する溶銑の珪素含有量を低減するために行われる、溶銑の脱珪方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から出銑される溶銑は、炭素、珪素、マンガン、燐、硫黄等を含有し、その含有量は高炉での製造条件により変動する。一方、最終製品の物理的性質及び用途によっては、上記の各元素は有害元素となるため、各元素の含有量を溶銑段階において減少させる、所謂、溶銑の予備処理が行われている。そのうち、溶銑の脱燐を目的とする予備処理を行う場合には、少ない石灰使用量で且つ効率的に脱燐処理を行うために、脱燐処理の前に脱珪処理が行われる場合がある。
【０００３】
この脱珪処理は、高炉鋳床の樋や溶銑を収容した取鍋及びトーピードカー等において実施されており、従来、種々の方法が提案されている。例えば、特公昭５７−５４５２４号公報（以下「先行技術１」と記す）には、脱珪剤である酸素源として気体酸素源と固体酸素源とを用い、溶銑の珪素含有量が高い範囲では気体酸素源の添加割合を高くし、逆に、珪素含有量が少ない範囲では固体酸素源の添加割合を高くして行う脱珪方法が開示されている。特公昭６１−１０５２８号公報（以下「先行技術２」と記す）には、Ｆｅ2 Ｏ3 を主成分とする脱珪剤を溶銑湯面より２ｍ以上の深さで不活性ガスと共に吹き込んで行う脱珪方法が開示されている。又、特公平５−５５５６４号公報（以下「先行技術３」と記す）には、固体の酸化鉄とＣａＯとを含む粉体を、酸素富化ガスを搬送ガスとして溶銑の湯面下に吹き込んで行う脱珪方法が開示されている。
【０００４】
尚、これらの先行技術にも示されるように、溶銑の脱珪処理においては、Ｏ2 ガス等の気体酸素源と、鉄鉱石やミルスケール等の固体酸素源との２種類の酸素源が脱珪剤として使用されており、そして、気体酸素源による脱珪反応は発熱反応であり、又、固体酸素源による脱珪反応は吸熱反応であるので、一般的に、これらは目標とする溶銑温度に応じてその比率を変えて使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、環境保護の観点から、廃棄物となるスラグの発生量を極小化することが要求されている。脱珪工程及び脱燐工程からなる予備処理において、スラグを極小化するためには、脱燐工程前の溶銑の珪素含有量をできるだけ低くし、脱燐反応に必要な石灰量を削減することが必要である。脱燐工程においては脱燐効率の向上のため、一般にスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を２以上にする必要があり、そのため、溶銑中珪素の酸化により生成するＳｉＯ2 に見合った量のＣａＯを添加する必要があり、従って、溶銑の珪素含有量が低いほど、ＣａＯ添加量は少なくて済み、発生スラグ量も少なくなるので、脱珪工程においては珪素含有量を極力下げることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、先行技術１、先行技術２、及び先行技術３の方法により、溶銑中珪素を０．１０質量％（以下「％」と記す）以下まで脱珪すると、添加した脱珪剤と溶銑中の炭素とが反応して脱炭反応が起こり、溶銑の炭素含有量が低下してしまう。溶銑中の炭素は後工程である転炉精錬での熱源として重要であり、溶銑の炭素含有量が低下することにより転炉でのスクラップ添加量やマンガン鉱石添加量が制限され、生産性及び製造コストに悪影響を与える。
【０００７】
更に、先行技術１及び先行技術２では、脱炭反応により発生するＣＯガスによりスラグがフォーミングし、溶銑を収容した容器からスラグが溢れ出て、脱珪操業が大幅に阻害される。先行技術３では、ＣａＯを添加しているのでスラグの塩基度が上昇し、スラグのフォーミングが抑制されるが、ＣａＯ添加による製造コストの上昇は避けることができず、又、スラグの発生量が増加するという問題点もある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、脱珪剤による溶銑の脱炭反応を抑えると共に、スラグ発生量を増やすことなくスラグのフォーミングを抑え、溶銑中の珪素含有量が０．１０％以下の範囲まで安定して脱珪することができる溶銑の脱珪方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた。先ず、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲において、溶銑に酸素源を添加することにより起こる種々の化学反応を熱力学的に検討した。その結果、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下になると、熱力学の平衡計算から求められる優先脱珪条件を離脱し、下記の（１）式に示す脱珪反応から下記の（２）式に示す脱炭反応へと主反応が移行する。そして、この場合、それまでと同じ供給速度で酸素源を添加し続けると、（２）式の脱炭反応の進行により、溶銑中の炭素が減少すると共に発生するＣＯガスによりスラグのフォーミングが発生するとの知見を得た。
【００１０】
【数１】
0003685000.tif 000002
【００１１】
【数２】
0003685000.tif 000003
【００１２】
この観点から前述の先行技術１〜３を検証すると、先行技術１〜３では、溶銑の珪素含有量に関わらず酸素源の供給速度が一定であるため、珪素含有量が０．１０％以下の範囲では脱炭反応が起こり、ＣａＯを添加しない先行技術１及び先行技術２では脱炭反応で発生するＣＯガスによりスラグのフォーミングに至ったものと考えられる。
【００１３】
そこで、本発明者等は後述する実施例に示す脱珪処理設備を用いて、溶銑の珪素含有量が０．０５％になるまで脱珪処理する際に、溶銑の珪素含有量が０．１０％になった時点から酸素源供給速度をそれまでの酸素源供給速度の５０％まで低減する試験を実施し、酸素源供給速度が溶銑の脱炭反応に及ぼす影響を調査した。試験では、気体酸素源としての工業用純酸素を上吹き酸素ランスから吹き付けると共に、固体酸素源としてのミルスケールを窒素を搬送ガスとして溶銑中に吹き込み添加した。そして、溶銑の珪素含有量が０．１０％になった時点で純酸素及びミルスケールの供給量をそれぞれ同一の割合で減少させた。脱炭量は、脱珪処理前及び脱珪処理後の溶銑中炭素含有量を分析して求めた。
【００１４】
図１にその調査結果を示す。図１に示すように、酸素源供給速度を変更せずに供給した場合には溶銑の炭素含有量は脱珪処理前後で０．８％減少したが、酸素源供給速度の低下に伴い脱炭量が抑制され、酸素源供給速度をそれまでの７０％以下とすることで、脱炭量は０．１０％以下に抑えられ、実操業上問題のないレベルまで抑制できるとの知見を得た。
【００１５】
又、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲において、脱珪剤として気体酸素源を使用した場合と固体酸素源を使用した場合とで、脱炭反応に及ぼす影響を比較検討した。その結果、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲では脱珪剤として使用する酸素源を気体酸素源のみにすることで、脱炭反応を抑制できることが分かった。即ち、気体酸素源による脱珪反応は下記の（３）式で表され、気体酸素源が常に供給されている状態、換言すれば酸素分圧が確保されている状態では、（３）式の反応が下記の（４）式の反応及び（５）式の反応よりも熱力学的に優先して起こり、その結果、（２）式及び（４）式に示す脱炭反応が抑制されるとの知見を得た。
【００１６】
【数３】
0003685000.tif 000004
【００１７】
【数４】
0003685000.tif 000005
【００１８】
【数５】
0003685000.tif 000006
【００１９】
本発明は上記知見に基づきなされたもので、本発明による溶銑の脱珪方法は、溶銑に酸素源を供給して溶銑を脱珪する方法であって、気体酸素源及び固体酸素源を合わせた酸素源の供給速度を酸素純分に換算して溶銑トン当たり０．０５〜１．０Ｎｍ3 ／ｍｉｎの範囲で脱珪処理を開始し、溶銑の珪素含有量が０．１０質量％以下になった時点から、供給する酸素源を気体酸素源のみとするとともに、溶銑への酸素源供給速度をそれまでの酸素源供給速度の７０％以下として、脱珪処理における溶銑の脱炭量を０．１０質量％以下に抑えることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明では、溶銑の珪素含有量が０．１０％になった時点で溶銑への酸素源供給速度をそれまでの供給速度より低減させるので、脱珪剤による脱炭反応を抑制することができる。酸素源供給速度をそれまでの供給速度の７０％以下とすることで更に効率よく脱炭反応を抑制することができる。その結果、脱炭反応によるＣＯガスの発生も極めて少なくすることができるので、ＣａＯ等のフラックスを添加することなくスラグのフォーミングを抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面を参照して説明する。図２は本発明を実施した溶銑の脱珪処理設備の概略図である。
【００２４】
図２において、高炉（図示せず）から出銑された溶銑２を収容した取鍋型の溶銑保持容器５は、台車６に搭載されて脱珪処理設備１に搬入されている。脱珪処理設備１には、上吹き酸素ランス７とインジェクションランス８とが設置されており、上吹き酸素ランス７及びインジェクションランス８は、溶銑保持容器５内を上下移動可能となっている。上吹き酸素ランス７からは工業用純酸素等の気体酸素源を脱珪剤として溶銑２に吹き付けることができる。
【００２５】
インジェクションランス８は貯蔵タンク９及び貯蔵タンク１０と接続されており、貯蔵タンク９に収容された固体酸素源３及び貯蔵タンク１０に収容された生石灰４を、窒素を搬送ガスとして溶銑２中に吹き込み添加することができる。固体酸素源３は脱珪剤として添加するものであり、鉄鉱石やミルスケール等を用いれば良い。生石灰４は生成するスラグの塩基度を調整するためのものであるが、本発明においては生石灰４は必ずしも必要なものではなく、反応状況に応じてスラグ量が多くならない程度に適宜添加すれば良い。又、生石灰４の替わりに他のフラックスを添加しても良い。尚、貯蔵タンク９内の固体酸素源３及び貯蔵タンク１０内の生石灰４は、それぞれ独立に添加量及び添加時間を制御して吹き込むことができるようになっており、又、インジェクションランス８から窒素のみを吹き込み、溶銑２を攪拌することもできる。
【００２６】
更に、脱珪処理設備１には、ホッパー１１、１２と、原料搬送装置１３と、シュート１４とからなる原料供給設備が設置されており、この原料供給設備を用いて、ホッパー１１内の固体酸素源３及びホッパー１２内の生石灰４を溶銑保持容器５内に上置き添加することもできるようになっている。
【００２７】
次に、このような構成の脱珪処理設備１を用いた本発明による溶銑２の脱珪方法を説明する。溶銑保持容器５内に収容された溶銑２に、気体酸素源を上吹きランス７を介して溶銑２の湯面に向けて連続的に吹き付けて供給するか、又は、固体酸素源３をシュート１４を介して連続的あるいは断続的に上置き添加するか、若しくは、固体酸素源３をインジェクションランス８を介して連続的に溶銑２中に吹き込み添加する。更に、これらの２以上の組み合わせにより酸素源を溶銑２に供給しても良い。
【００２８】
このようにして脱珪剤を溶銑２に添加し、前述の（１）式及び（３）式に示す脱珪反応を起こさせる。インジェクションランス８から固体酸素源３を吹き込まない場合にも、溶銑２を攪拌して脱珪反応を促進させるために、インジェクションランス８から窒素等の不活性ガスを吹き込み、溶銑２を攪拌することが好ましい。生石灰４を添加する場合には、脱珪処理の開始前又は開始時点に上置き添加しても、脱珪処理中にインジェクションランス８から吹き込み添加してもどちらでも良い。
【００２９】
この時、気体酸素源及び固体酸素源３を合わせた酸素源の供給速度は、酸素純分に換算して溶銑トン当たり０．０５〜１．０Ｎｍ3 ／ｍｉｎの範囲に設定して、脱珪反応を開始することが好ましい。この場合、０．０５Ｎｍ3 ／ｍｉｎ未満では脱珪反応に時間がかかり過ぎ、一方、１．０Ｎｍ3 ／ｍｉｎを越えるとダスト発生量が大幅に増大するからである。そして、溶銑２の珪素含有量が０．１０％以下になるまで、この条件の範囲で脱珪反応を続行する。
【００３０】
溶銑２の珪素含有量が０．１０％以下になったなら、酸素源供給速度をそれまでの酸素源供給速度よりも低下させ、その条件で酸素源を供給して脱珪処理を継続する。前述したように、酸素源供給速度をそれまでの酸素源供給速度の７０％以下に低下させることが好ましく、酸素源供給速度を低下させた後は固体酸素源３の供給を停止して気体酸素源のみを供給することが更に好ましい。溶銑２の珪素含有量が０．１０％になる時点は、溶銑２から分析用試料を採取して確認しても良く、又、溶銑２の攪拌動力や送酸条件等によって決まる脱珪酸素効率と、酸素源供給速度と、溶銑２の初期珪素含有量とから計算によって求めても良い。そして、溶銑２の珪素含有量を目的とする値まで脱珪するに必要な量の酸素源を添加したならば、脱珪処理を終了する。
【００３１】
このようにして溶銑２の脱珪処理を行うことで、脱珪剤による溶銑２の脱炭反応を抑えて、溶銑２中の珪素含有量が０．１０％以下の範囲まで安定して脱珪することができる。又、脱炭反応によるＣＯガスの発生量が少なくなるので、ＣａＯ等のフラックスを添加しなくてもスラグのフォーミングを抑えることができ、その結果、スラグ発生量を増大させることなく脱珪することができる。
【００３２】
尚、上記説明は取鍋型の溶銑保持容器５を用いた場合を説明したが、溶銑保持容器５は上記の取鍋型に限るものではなくトーピードカーであっても、又、上下吹き機能を有する転炉型精錬炉であっても、本発明は上記に準じて何ら支障なく実施できる。但し、転炉型精錬炉の場合には、インジェクションランス８の代りに底吹きガスを用い、固体酸素源３及び生石灰４等の原料は、全てを上置き添加や投射としても、一部又は全部を底吹きとしてもどちらでも良い。更に、脱珪処理設備１の各装置も上記に限るものではなく、その機能が上記の説明を満足するものであればどのような型式としても良い。
【００３３】
【実施例】
図２に示す脱珪処理設備を用いて、高炉から出銑された１３５トンの溶銑を脱珪処理した実施例を説明する。本実施例においては処理条件を統一するために、脱珪処理前の溶銑の温度を１３５０℃に調整すると共に、珪素含有量を０．２％近傍に、又炭素含有量を４．５％近傍に調整した。
【００３４】
溶銑の珪素含有量が０．１０％を越える範囲の酸素源供給速度は次のようにした。即ち、比較例１及び実施例１では、気体酸素源として工業用純酸素を１５００Ｎｍ3 ／ｈｒで上吹き酸素ランスから連続的に吹き付けると共に、固体酸素源としてミルスケールを１２０ｋｇ／ｍｉｎでシュートから連続的に上置き添加した。実施例２では、酸素源として気体酸素源のみを用い、工業用純酸素を２５００Ｎｍ3／ｈｒで上吹き酸素ランスから連続的に吹き付けた。
【００３５】
この操業条件では、溶銑の珪素含有量が０．１０％となる時点は脱珪処理開始後８分経過した時点であることが計算により求められたので、脱珪処理開始から８分経過後以降の酸素源供給速度は次のようにした。即ち、比較例１では工業用純酸素の量を１０００Ｎｍ3 ／ｈｒに低減すると共に、ミルスケールの上置き添加量を８０ｋｇ／ｍｉｎに低減した。実施例１では、工業用純酸素の量はそのままにして、ミルスケールの上置き添加を停止した。実施例２では、工業用純酸素の量を１５００Ｎｍ3／ｈｒに低減した。
【００３６】
又、比較のために、溶銑の珪素含有量が０．１０％を越える範囲の酸素源供給速度は比較例１及び実施例１と同一にし、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲もそのままの酸素源供給速度で脱珪した従来例１と、溶銑の珪素含有量が０．１０％を越える範囲の酸素源供給速度は実施例２と同一にし、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲もそのままの酸素源供給速度で脱珪した従来例２とを行い比較した。尚、従来例１及び従来例２における溶銑の温度及び成分は、比較例１及び実施例１〜２と同一に調整した。表１に比較例１、実施例１〜２及び従来例１〜２の操業条件を示す。尚、全ての比較例、実施例及び従来例において、インジェクションランスから２４０Ｎｍ3 ／ｈｒで窒素を吹き込み、溶銑を攪拌した。
【００３７】
【表１】
0003685000.tif 000007
【００３８】
そして、溶銑の珪素含有量が０．０５％になるまで脱珪した。脱珪処理後、溶銑から分析用試料を採取して炭素含有量を分析し、脱珪処理前に採取した試料の炭素含有量と比較して、脱珪処理における脱炭量を測定した。表１に溶銑の珪素含有量及び炭素含有量を合わせて示す。
【００３９】
表１に示すように、比較例１、実施例１、及び実施例２では脱炭量が０．１０％以下であり、後工程の転炉操業で問題にならない範囲に脱炭量を抑えることができた。一方、従来例１及び従来例２では脱炭量は０．８％程度と大きく、後工程の転炉精錬では熱源としての炭素が不足し、発熱用に土壌黒鉛を使わざるを得なかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、溶銑の珪素含有量が０．１０％以下になった時点で溶銑への酸素源供給速度をそれまでの供給速度より低下して脱珪処理するので、脱珪剤による溶銑の脱炭反応を抑えると共に、石灰等の添加によりスラグ発生量を増やすことなくスラグのフォーミングを抑え、溶銑中の珪素含有量が０．１０％以下の範囲まで安定して脱珪することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶銑の珪素含有量が０．１０％以下の範囲の酸素源供給速度を低減させ、この酸素源供給速度が溶銑の脱炭量に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
【図２】本発明を実施した溶銑の脱珪処理設備の概略図である。
【符号の説明】
１  脱珪処理設備
２  溶銑
３  固体酸素源
４  生石灰
５  溶銑保持容器
６  台車
７  上吹き酸素ランス
８  インジェクションランス
【図１】
0003685000.tif 000008
【図２】
0003685000.tif 000009