(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備処理前溶銑のＳｉ濃度，Ｓ濃度，Ｐ濃度から予備処理後溶銑の目標Ｓ濃度，目標Ｐ濃度を得るために必要な脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量を決定し、決定した脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量と予備処理前溶銑のＳｉ濃度，溶銑温度とから予備処理後の溶銑温度Ｔf 及びＣ濃度を推定し、推定Ｃ濃度の関数として求められる予備処理後溶銑の液相線温度Ｔliq.と推定溶銑温度Ｔf との差ΔＴ＝（Ｔf −Ｔliq.）を余裕温度とし、該余裕温度ΔＴが一定値以上になるように脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量等の操業条件を制御することを特徴とする溶銑予備処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉又は電気炉で製造された溶銑を予備処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で製造された溶銑を転炉で製錬して溶鋼を製造する際、溶銑の転炉装入前に溶銑予備処理設備で溶銑内に予備処理剤をインジェクションし、予め脱Ｓｉ，脱Ｓ及び脱Ｐする溶銑予備処理法が採用されている。この方法は、極低Ｓ鋼，極低Ｐ鋼等の製造に大きな効果を発揮する。
極低Ｓ鋼や極低Ｐ鋼用の溶銑予備処理では、Ｐ濃度及びＳ濃度の規格上限の情報を使用し、それぞれの規格を満足するために必要な溶銑予備処理後の溶銑成分を決定している。次いで、高炉出銑時又は溶銑予備処理前の溶銑温度，Ｓｉ濃度，Ｓ濃度及びＰ濃度の情報を使用して、処理後の溶銑成分を得るのに必要な処理剤の投入量及び気体酸素の使用量を決定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来法で極低Ｓ鋼及び極低Ｐ鋼を製造する場合、特に処理前の溶銑温度が低くＰ規格又はＳ規格が厳しい条件下では、決定された処理剤の量をインジェクションすると、溶銑温度や溶銑炭素濃度が大きく低下し過ぎる。そのため、溶銑温度が液相線温度を下回り、湯面や鍋壁に近い部分で溶銑が凝固することがある。
溶銑が凝固すると、鍋壁に付着した地金を除去する作業が必要となるばかりでなく、地金付着に起因した鍋耐火物費用が上昇し、混銑炉歩留りが低下する。また、転炉に挿入される溶銑量が変動し、転炉の終点制御が困難になる。
【０００４】
特に、多量の合金成分を溶解して高Ｎｉ鋼等の高合金鋼を転炉で溶製する場合、溶銑量が少し変動しても、合金成分含有量に比較的大きな変化が発生する。このような鋼種の溶製では、溶銑段階で地金付着が発生すると、転炉への溶銑装入量変化に応じて合金成分が大きく変化する。その結果、合金成分の的中が極めて困難になる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、溶銑予備処理後の溶銑を液相線温度に比較して一定の余裕をもった温度域に保持することにより、溶銑段階での地金付着を防止し、作業負荷の軽減，溶銑原単位の低減，合金成分的中精度の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶銑予備処理方法は、その目的を達成するため、予備処理前溶銑のＳｉ濃度，Ｓ濃度，Ｐ濃度から予備処理後溶銑の目標Ｓ濃度，目標Ｐ濃度を得るために必要な脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量を決定し、決定した脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量と予備処理前溶銑のＳｉ濃度，溶銑温度とから予備処理後の溶銑温度Ｔf 及びＣ濃度を推定し、推定Ｃ濃度の関数として求められる予備処理後溶銑の液相線温度Ｔliq.と推定溶銑温度Ｔf との差ΔＴ＝（Ｔf −Ｔliq.）を余裕温度とし、該余裕温度ΔＴが一定値以上になるように脱Ｐ剤投入量及び脱Ｓ剤投入量等の操業条件を制御することを特徴とする。
この溶銑予備処理方法は、特にＰ濃度の規格が０．０１重量％以下，Ｓ濃度の規格が０．００５重量％以下，合金成分が１０重量％以上，なかでもＮｉ含有量が３０重量％以上の鋼種を溶製するときに有効である。
【０００６】
【実施の形態】
本発明では、通常の高炉溶銑を出発溶銑として使用するが、場合によっては電気炉で溶解した溶銑を使用することもできる。この溶銑を溶銑予備処理設備で脱Ｓｉ，脱Ｓ，脱Ｐする。たとえば、ＪＩＳ  Ｇ２２０１に規定されている製鋼用溶銑を溶銑予備処理設備に移し、ソーダ灰，石灰，焼結鉱，鉄鉱石，それらを混合した脱Ｐ剤等の造滓剤を溶銑中にインジェクションすると共に、必要に応じて酸素を送り込むことにより脱Ｓｉ，脱Ｓ，脱Ｐ製錬する。脱Ｓｉに関しては、溶銑予備処理工程に先立って溶銑樋や溶銑鍋に溶銑を受ける高炉出銑工程の途中で溶銑を脱Ｓｉすることもできる。
この溶銑予備処理に際し、Ｓ濃度及びＰ濃度の製品規格上限から溶銑予備処理後のＳ濃度及びＰ濃度の目標値を求める。次いで、予備処理前のＳｉ濃度［Ｓｉ］ｉ  ％，Ｓ濃度［Ｓ］ｉ  ％及びＰ濃度［Ｐ］ｉ  ％から、予備処理後の目標Ｓ濃度［Ｓ］ｆ  ％及び目標Ｐ濃度［Ｐ］ｆ  ％を得るために必要な予備処理剤の投入量を決定する。
【０００７】
たとえば、石灰系の脱Ｐ剤（原単位Ｘ１  ｋｇ／トン）及びソーダ灰（原単位Ｘ２  ｋｇ／トン）を使用する場合、予備処理剤の投入量は次式に従って求められる。式中、ａ１  〜ａ６  は、ａ１  ＝１２．２，ａ２  ＝０，ａ３  ＝６２．５，ａ４  ＝２５．３，ａ５  ＝２．０，ａ６  ＝０である。ただし、Ｘ２  の最小値は、予め規定しておく。
Ｘ２  ＝ａ１  （ｌｎ［Ｓ］ｉ  −ｌｎ［Ｓ］ｆ  ）＋ａ２
Ｘ１  ＝ａ３  ［Ｓｉ］ｉ  ＋ａ４  （ｌｎ［Ｐ］ｉ  −ｌｎ［Ｐ］ｆ  ）−ａ５  Ｘ２  ＋ａ６  この式の右辺は、処理前の溶銑温度Ｔｉ  を変数として取り込むこともできる。また、気体酸素を併用する処理条件下では、気体酸素の供給量を決定するための式を追加することもよい。
次いで、たとえば次式に従って処理後の溶銑温度Ｔｆ  及びＣ濃度Ｃｆ  を推定する。式中、ｂ１  〜ｂ８  は、ｂ１  ＝０．３５８，ｂ２  ＝４．１０５，ｂ３  ＝９４．２，ｂ４  ＝４２，ｂ５  ＝０．０１１５３，ｂ６  ＝０．０，ｂ７  ＝０．４２８６，ｂ８  ＝０．０である。
Ｔｆ  ＝Ｔｉ  −ｂ１  Ｘ１  −ｂ２  Ｘ２  ＋ｂ３  ［Ｓｉ］ｉ  −ｂ４
［Ｃ］ｆ  ＝［Ｃ］ｉ  −ｂ５  Ｘ１  −ｂ６  Ｘ２  ＋ｂ７  ［Ｓｉ］ｉ  −ｂ８
【０００８】
溶銑のＣ濃度の分析精度に問題がある場合、予備処理前の溶銑がＣ飽和状態にあると仮定し、溶銑温度から予備処理前のＣ濃度を推定し、この推定Ｃ濃度を前掲した式中の［Ｃ］ｉ  に替えることもできる。たとえば、［Ｃ］ｉ  ＝０．００２５Ｔｉ  ＋１．３７を使用することもできる。
予備処理後の溶銑の液相線温度Ｔｌｉｑ．は、炭素濃度［Ｃ］ｆ  の関数として次式に従って求める。
Ｔｌｉｑ．＝Ｆ（［Ｃ］ｆ  ）
処理後の溶銑における液相線温度Ｔｌｉｑ．からの余裕温度ΔＴは、次式によって与えられる。液相線温度Ｔｌｉｑ．としては、たとえばＴｌｉｑ．＝−１１５［Ｃ］ｆ  ＋１６４２を使用することもできる。
ΔＴ＝Ｔｆ  −Ｔｌｉｑ．
このようにして与えられた余裕温度ΔＴが予め定められている値、たとえば１０℃より小さい場合、ΔＴ＝１０℃となるように脱Ｐ剤の投入量Ｘ１  を減少させる。このとき、脱Ｐ剤投入量Ｘ１  の減少量は、前掲した式の逆算で求められる。脱Ｐ剤の減少に伴って、溶銑温度Ｔｆ  は上昇するが、処理後の溶銑のＰ濃度も上昇する。
【０００９】
Ｐ濃度の上昇傾向は、転炉において石灰等の造滓剤を増量し、或いは転炉吹止め時におけるＣ濃度の目標値を低下させることにより相殺される。しかし、実操業では、特に極低Ｐ鋼を溶製するとき転炉での脱Ｐに限界があることから、たとえばＰ規格が０．００５重量％以下の場合には脱燐剤減少量の限度を１０ｋｇ／トンとすることが好ましい。
以上のように、溶銑予備処理で使用する処理剤の投入量を決定する。気体酸素を併用するときには、気体酸素の供給量も同様に決定する。また、以上の各式を組み合わせることにより、処理剤の原単位から溶銑の余裕温度ΔＴを直接計算してもよく、或いは処理前の溶銑温度，溶銑成分及び目標成分から余裕温度ΔＴを直接計算しても良い。
【００１０】
余裕温度ΔＴの算出は、複数の高炉又は電気炉から出銑される溶銑のうち、余裕温度ΔＴの大きい溶銑を優先使用することにも利用される。すなわち、余裕温度ΔＴの大きな溶銑を極低Ｓ鋼又は極低Ｐ鋼用の溶銑として供給すれば、その極低Ｓ鋼又は極低Ｐ鋼用の溶銑を予備処理した後、十分な余裕温度ΔＴが確保され、溶銑段階での地金付着が防止される。その結果、地金除去の作業負荷が軽減され、溶銑原単位の低減及び合金成分的中精度の向上が図られる。
【００１１】
【実施例】
普通鋼，特殊鋼等の製造用の溶銑予備処理設備，転炉，ＲＨ真空脱ガス設備を使用し、３０重量％以上のＮｉを含む低Ｐ，低Ｓ鋼の溶鋼を３チャージ行った。この際、本発明に従って溶銑予備処理を行った。以下に、その詳細を説明する。
先ず、ここで使用する変数の意味は以下の通りである。
ΔＴmin ：液相線からの余裕温度の最小値の目標（℃）             (given)
ΔＸ1max：石灰系脱Ｐ剤原単位減少の上限（ｋｇ／トン）
（プラス値とする）                                   (given)
Ｘ2min：ソーダ灰原単位最小値（ｋｇ／トン）（［Ｓ］f の関数）   (given)
Ｔi ：処理前溶銑温度（℃）                                     (given)
［Ｓ］i ：処理前［Ｓ］（％）                                   (given)
［Ｓ］f ：処理後目標［Ｓ］（％）                               (given)
［Ｐ］i ：処理前［Ｐ］（％）                                   (given)
［Ｐ］f ：処理後目標［Ｐ］（％）                               (given)
［Ｓｉ］i ：処理前［Ｓｉ］（％）                               (given)
［Ｃ］i ：処理前［Ｃ］（％）                   (given又はＴi より換算)
Ｘ1 ：石灰系脱Ｐ剤原単位（ｋｇ／トン）
Ｘ2 ：ソーダ灰原単位（ｋｇ／トン）
Ｔf ：処理後溶銑温度（℃）
［Ｃ］f ：処理後［Ｃ］（％）
Ｔliq.：処理後溶銑［Ｃ］に対応する液相線温度（℃）
ΔＴ：液相線からの余裕温度（℃）
ΔＸ1 ：石灰系脱Ｐ剤原単位の減少（ｋｇ／トン）
（減少のみ。減少をプラスとする）
【００１２】
先ず、操業前に予め決めておくべき数値を決めておく。ΔＴmin ＝５０（℃），ΔＸ1max＝１０（ｋｇ／トン），Ｘ2min＝１８．９（ｋｇ／トン），［Ｓ］f ＝０．００３（％），［Ｐ］f ＝０．００４％としている。
この３チャージにおける計算の経緯を表１に示す。Ｎo.１の実施例につき、表１の数値を説明していく。先ず、溶銑予備処理条件であるが、高炉の出銑温度及び出銑成分をそれぞれ処理前の温度及び成分としたが、その値はＴi ＝１３４０（℃），［Ｓ］i ＝０．０１１（％），［Ｐ］i ＝０．１１０（％），［Ｓｉ］i ＝０．５７（％），［Ｃ］i ＝４．５４（％）であった。先ず、次のようにソーダ灰原単位Ｘ2 及び石灰系脱Ｐ剤原単位Ｘ1を求めた。
Ｘ2 ＝ｍａｘ｛１２．２（ln［Ｓ］i −ln［Ｓ］f ，Ｘ2min｝
＝１８．９（ｋｇ／トン）                      ・・・・（１）
Ｘ1 ＝６２．５［Ｓｉ］i ＋２５．３（ln［Ｐ］i −ln［Ｐ］f ）
−２．０Ｘ2 ＝８１．７（ｋｇ／トン）        ・・・・（２）
【００１３】
次に、ソーダ灰を前記計算通りＸ２  ＝１８．９ｋｇ／トン，脱Ｐ剤を前記計算通りＸ１  ＝８１．７ｋｇ／トンとした場合の予備処理後の溶銑の温度と［Ｃ］濃度を次のように推定した。
0003611664.tif 000002
次いで、処理後の溶銑の炭素濃度［Ｃ］ｆ  における液相線温度Ｔｌｉｑ．を次のように求めた。
Ｔｌｉｑ．＝−１１５［Ｃ］ｆ  ＋１６４２＝１２００（℃）  ・・・・（５）
これにより、処理後溶銑における液相線温度から余裕温度ΔＴは、次式により与えられる。
ΔＴ＝Ｔｆ  −Ｔｌｉｑ．＝１２４５−１２００＝４５（℃）  ・・・・（６）
【００１４】
ところで、予め設定した液相線からの余裕温度の最小値の目標は、
ΔＴｍｉｎ  ＝５０（℃）
であり、前記で計算した余裕温度ΔＴはこの最小値の目標より５℃低い。すなわち、
ΔＴ−ΔＴｍｉｎ  ＝−５（℃）＜０          ・・・・（７）
である。したがって、このままでは余裕温度が少ないために、溶銑段階での鍋への地金付きが発生する虞れがある。そこで、石灰系脱Ｐ剤の量を減少する。ソーダ灰を減少する方法も考えられるが、次工程である転炉では脱Ｓよりも脱Ｐの方が容易であるため、脱Ｐ剤の方を減少することとしている。
ここで、脱Ｐ剤を減少する際の減少代の計算式を導く。（６）式に（３），（５）式を代入し、更に（４）式を代入すると、
0003611664.tif 000003
【００１５】
（８）式のＸ１  の係数が−１．６８４であるので、余裕温度を目標とするためには、不足する余裕温度をこの係数の絶対値１．６８４で割った値だけ脱Ｐ剤を減少すればよい。ただし、脱Ｐ剤の減少の上限は、ΔＸ１ｍａｘに抑える。したがって、脱Ｐ剤の減少代ΔＸ１  は、次式で与えられる。
0003611664.tif 000004
ここで、脱Ｐ剤原単位を減少し、次の原単位とする。
0003611664.tif 000005
このように、石灰系脱Ｐ剤原単位Ｘ１  （ｎｅｗ）＝７８．７（ｋｇ／トン），ソーダ灰原単位Ｘ２  ＝１８．９（ｋｇ／トン）が得られたため、この量の剤を溶銑予備処理設備でインジェクションした。
【００１６】
以上がＮｏ．１チャージ目での操業内容であるが、Ｎｏ．２，Ｎｏ．３チャージ目でも全く同様に計算し、計算した量の剤をインジェクションした。その結果、鍋への地金付きは全く発生せず、転炉装入溶銑量も表２に示すように目標の６３．５トン±０．５トン以内に精度良く制御可能であった。また、転炉装入量が精度良く制御できたため、製品［Ｎｉ］も目標の３６重量％に対し±０．５重量％以内と精度良く制御することが可能になった。
【００１７】
0003611664.tif 000006
【００１８】
0003611664.tif 000007
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、予備処理前の溶銑成分，溶銑温度，処理剤投入量，処理後の溶銑目標成分等から処理後の溶銑温度を推定し、炭素濃度の関数として求められる処理後溶銑の液相線温度と比較して一定の余裕温度をもつように溶銑予備処理条件を制御している。これにより、溶銑温度が液相線温度より高位に保持され、鍋壁に対する地金付着や転炉への装入溶銑量の変動等が抑制され、安定した条件下の転炉製錬が可能になる。