(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の精錬容器を用いて、下記（１）、（２）および（３）の工程を順次実施して脱りんおよび脱硫処理を行うことを特徴とする溶銑の予備処理方法。
（１）溶銑上に脱りん剤を上置きし、溶銑中に浸漬したランスから、攪拌用ガスとして不活性ガスもしくは酸化性ガス、または脱りん剤とともに攪拌用ガスを吹き込む脱りん処理工程。
（２）上記（１）の脱りん処理後、溶銑中に浸漬したランスから、不活性ガスまたは酸化性ガスを吹き込むことにより溶銑表面の一部から脱りんスラグを排除して溶銑表面を露出させ、その溶銑表面露出部に中空状の浸漬管の下端部を挿入する工程。
（３）上記浸漬管でかこまれた溶銑露出部領域の溶銑中に、溶銑中に浸漬したランスから、キャリアガスとしての不活性ガスまたは還元性ガスとともに脱硫剤を吹き込み、生成したスラグを浸漬管内側に浮上せしめ、浸漬管外側の脱りんスラグとの混合を防止しつつ脱硫処理を行う工程。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉から出銑後、転炉装入までの間に溶銑の脱りん、脱硫を一つの精錬容器で効率良く行う溶銑予備処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉の精錬負荷軽減を目的に、転炉炉外での溶銑の脱珪、脱りんおよび脱硫処理が行われている。従来の方法では、同一精錬容器単一処理の方式が採用され、これらの各処理を複数組み合わせて溶銑の予備処理を実施している。この方法は各反応を最適フラックス組成で行わせることができるため、精錬剤コストを低減できると言う点で有利と言える。
【０００３】
しかし、一方では転炉一括精錬法と比べると、工程増加による溶銑の温度降下、処理ステーションの増加による設備コスト、耐火物コストの増大などの点で問題があった。
【０００４】
そこで、溶銑の予備処理の要求を満たし、かつ工程増加によるコスト増加を防ぐことを目的に、同一精錬容器内で溶銑の脱りんと脱硫を行う技術が提案されている。その例を以下に示す。
【０００５】
特開平３−２４２１５号公報では、「脱珪された溶銑に、生石灰若しくは生石灰とAlを混合してなる脱硫剤を吹き込んで脱硫するとともに、脱硫処理後のスラグのCaO/(SiO2+Al2O3)を２以上とし、この脱硫滓を排滓することなく、次いで生石灰と酸化剤およびCaF2を添加して脱P処理し且つ脱P処理後の最終スラグのCaO/SiO2を２以上とすることを特徴とする生石灰利用効率の高い溶銑予備処理法」が提案されている。
【０００６】
特開平３−６４４１０号公報では、「(1)同一精錬容器内で脱りん剤と脱硫剤を異なるランスから吹き込むことを特徴とする溶銑予備処理」「(2)精錬容器内  に堰を設け、脱りんスラグと脱硫スラグを分離し、混入を防止する上記方法」が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような同一精錬容器内での溶銑脱りん脱硫技術には以下の問題点がある。
【０００８】
特開平３−２４２１５号公報中の記載では、脱硫後の脱りん処理時にスラグの滓化度を制御すれば復硫しない条件が存在するとしている。しかし、CaO系脱硫剤を用いた場合の脱硫反応は下式のような還元反応であるので、基本的に脱硫処理時にはスラグの酸素ポテンシャルを下げる必要がある。
【０００９】
ＣａＯ＋Ｓ＝ＣａＳ＋Ｏ
一方、脱りん反応は溶銑中のりんを酸化させ、酸化りんをスラグ中へ移行させる反応であるので、脱硫処理とは逆にスラグ中の酸素ポテンシャルを上げる必要がある。したがって、特開平３−２４２１５号公報で示されたような単なる滓化度の制御だけでは、復硫が生じるという問題は避けられない。
【００１０】
この問題を解決するには脱硫スラグと脱りんスラグを物理的に分離する必要がある。特開平３−６４４１０号公報では、同一精錬容器に堰を設け両スラグの混合を防止する方法が開示されている。しかし、この方法でも、耐火物の溶損等により堰の両端のシールを完全に保持することは困難で、両スラグ間を遮断してスラグの混合を避けるのは難しい。また、脱りん剤と脱硫剤を異なるランスから吹き込むためランス昇降装置が二つ必要となり設備費およびランス耐火物のランニングコストが高くなるという問題もある。
【００１１】
本発明は、設備費とランニングコストを高めることなく、一つの精錬容器内で高反応効率の脱りんおよび脱硫処理を行うことを課題としてなされたものであり、特に、脱りんスラグと脱硫スラグを物理的に安定して分離させ、脱りんと脱硫を効率的に行う方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、次の一つの精錬容器内で高反応効率の脱りんおよび脱硫処理を行う溶銑の予備処理方法にある。
【００１３】
まず、精錬容器に収容された溶銑中にランスを浸漬し、溶銑上に脱りん剤を上置きした状態で、ランスから撹拌ガスとして不活性ガスもしくは酸化性ガスを吹き込むか、または脱りん剤とともに撹拌用ガスを溶銑中に吹き込んで脱りん処理する。
【００１４】
引き続き、不活性ガスまたは酸化性ガスを吹き込み、その量を増加して溶銑の上昇流を強化し、溶銑面上の脱りんスラグを精錬容器の内壁側に移動させることにより溶銑面を露出させ、さらに溶銑露出部に中空状の浸漬管の下端部を挿入する。
【００１５】
その後、上記浸漬管でかこまれた溶銑露出部領域の溶銑中に、溶銑中に浸漬したランスから、キャリアガスとしての不活性ガスあるいは還元性ガスとともに脱硫剤を吹き込んで脱硫処理を行う。
【００１６】
ここで、不活性ガスとはＡｒまたはＮ2などであり、酸化性ガスとは不活性ガスとＯ2、ＣＯ2などとの混合気体などである。また、還元性ガスとは不活性ガスとＣＯ、Ｈ2などとの混合気体などである。
【００１７】
【発明実施の形態】
精錬容器での反応効率を高めるには、各反応がどのような形態で進むかを確認する必要がある。本発明者らはこれについて検討を重ね、次の知見を得た。
【００１８】
脱りん反応は溶銑と溶銑上のスラグとの界面で起こるパーマネント反応が主体で進行する。したがって、脱りん反応を効率的に行わせるには、スラグと溶銑との接触面積を大きくとることが必要となる。ただし、ランスから吹き込む粉体が溶銑内を上昇する際に生じるトランジトリー反応の寄与も認められ、溶銑上への脱りん剤上置とランスからの脱りん剤インジェクションの併用も効果があることがわかった。
【００１９】
一方、脱硫反応はランスから吹き込む脱硫剤が溶銑中を浮上する過程における脱硫剤表面と溶銑との反応、すなわち、トランジトリー反応が主体であり、溶銑上のスラグと溶銑との反応によるパーマネント反応の寄与はきわめて小さい。
【００２０】
したがって、脱りんは、脱りん剤を上置きした状態で、ランスから撹拌用ガスとして不活性ガスもしくは酸化性ガスを吹き込むか、または脱りん剤を含んだ撹拌用ガスを吹き込み、一方脱硫は、ランスからキャリアガスとしての不活性ガスまたは還元性ガスを脱硫剤とともに溶銑中に吹き込むのが効率的である。
【００２１】
さらに、この二つの反応は異なった酸素ポテンシャルで進行するので、反応を起こさせるタイミングをずらさなければならず、また復りんおよび復硫を防止する意味でもそれぞれで生成したスラグが混合しないように処置しなければならない。
【００２２】
図１に、本発明の溶銑予備処理方法を実施するための溶銑処理装置の模式的縦断面図および処理手順の一例を示す。
【００２３】
高炉から出銑された溶銑１をトーピードカーに受けて溶銑処理ステーションまで移送し、このステーションで精錬容器２に収容する。精錬容器は上部に昇降可能でかつ不活性ガスおよび粉体吹込み可能なランス３を備え、そのランスを包むような位置に昇降可能で水平断面が円形あるいは楕円形の浸漬管４を備えている。浸漬管は脱りん処理後および脱硫処理後それぞれのスラグを分離するための仕切の役割をはたす。
浸漬管の上部にはスラグや溶銑のスプラシュの飛散を防ぐ意味で覆いを設けた方が望ましいが、解放されていても、とくに溶銑処理の各操作に支障はない。またランスは、浸漬管の外側から斜めに浸漬し、その先端が浸漬管の下部に来るように設置してもよい。
【００２４】
この装置を用いた溶銑予備処理の手順について説明する。
【００２５】
脱りん処理と脱硫処理とでは、反応の形態に相違があり、脱りん反応は溶銑と溶銑表面上の脱りん剤との界面で起こるパーマネント反応が主体であり、接触界面積が広いほど反応が進み易いという特徴がある。本発明の方法では、精錬容器への溶銑装入時溶銑表面はほぼ露出状態にあり、脱りん剤で全面を覆いやすいので、はじめに脱りん処理を行うのが得策である。
【００２６】
したがって、まず脱りん処理を行う。脱りん処理時には精錬容器内の溶銑上にCaOを主体としてCaF2、酸化鉄あるいはMnO、MnO2を含有する脱りん剤５を上置きした上でランスから撹拌用ガスとして不活性ガス６または脱りん剤を含む撹拌用ガスを精錬容器中央部の溶銑中に吹込み、溶銑を撹拌する（図１（ａ）参照）。この時、不活性ガスは、脱りん剤が常に溶銑の表面を覆う状態を保持する吹き込み量のレベルに抑制する。
【００２７】
脱りん処理後、引き続きランスから不活性ガスだけを吹き込む。その吹き込み量を、精錬容器中央部の溶銑上昇流を強化して脱りん後のスラグ７を精錬容器の内壁側に移動させるレベルにまで増加させる。この操作により、精錬容器の中央部は溶銑が露出した状態（図１（ｂ）参照）となる。ここに浸漬管４の下端部を浸漬して（図１（ｃ）参照）、脱りん後のスラグを精錬容器内側と浸漬管外側の間に存在させかつ浸漬管内側には溶銑のみが存在する状態にする。
【００２８】
その後、脱硫処理を行う。脱硫剤８の組成としては、CaOを主体とし、Al2O3およびCaF2の一方、もしくは両方を含んだフラックスを用いる。この脱硫剤をキャリアガスとともに、挿入したランスから、浸漬管で囲まれた溶銑露出部領域の溶銑中に吹き込んで脱硫処理を行う（図１（ｄ）参照）。脱硫剤の吹き込み位置は、溶銑露出部領域の中央部とするのが望ましい。
【００２９】
脱硫後のスラグ９は浸漬管の内側に浮上させる。そのためには浸漬管の水平内側断面積の最小値を決める必要がある。また、浸漬管を溶銑に浸漬する前の溶銑面を露出させる操作で得られる溶銑表面積の確保にも限度があり、この点からは浸漬管の水平内側断面積の最大値を決める必要が生じる。この点について調査した。
【００３０】
水平断面が円形または楕円形の形状を有する浸漬管の水平内側断面積は、精錬容器の水平内側断面積の０．３〜０．６倍の範囲であることが望ましい。０．３倍未満であると脱硫反応後のスラグの一部が浸漬管の外へ流出し、酸素ポテンシャルの高い脱りんスラグと接触して復硫を起こすからである。一方、０．６倍を超えると、不活性ガス吹き込みよる脱りんスラグの精錬容器の内壁側への移動が困難な部分が出現し、脱りんスラグの一部が浸漬管内へ残留して、次の工程の脱硫反応が進行しにくくなる。
【００３１】
用いる脱りん剤、脱硫剤の組成については、スラグの粘性を左右するCaF2濃度に留意する必要がある。特に脱硫剤に添加するCaF2が問題で、その濃度は５〜２０重量％（以下、化学組成の％表示は重量％を意味する）が望ましい。５％未満ではスラグの粘性が高く脱硫が進行しにくく、２０％を超えると必要以上にスラグの粘性が低下してしまい、脱硫スラグが浸漬管内溶銑上に浮上した後、容易に浸漬管外に流出して浸漬管外の脱りん後スラグと混合し、復硫および復りんが生じてしまうからである。さらに、CaF2が２０％を超えると、ランスや浸漬管の耐火物溶損が大きくなり耐火物コストが大きくなるため溶製コストが上昇してしまう欠点もある。
【００３２】
脱りん処理後から浸漬管浸漬までの時間については１０分以下が望ましい。１０分を超えると、脱りんスラグ中のＦｅＯが溶銑中の炭素により還元され、酸素ポテンシャルが低下して復りんが生じるからである。
【００３３】
脱硫処理完了後はランスおよび浸漬管を引き上げ、精錬容器を静置した状態でスラグドラッガーでスラグを掻き出した後溶銑を転炉に注銑する。
【００３４】
【実施例】
高炉から出銑された溶銑をトーピードカーに受け、製鋼工場に搬送し、精錬容器に溶銑を収容して本発明を実施した。用いた設備の構成は図１に示す通りである。
【００３５】
使用した溶銑の化学組成は、表１の通りである。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
精錬容器の内径は溶銑湯面レベルで３．０ｍ、溶銑深さは３．０ｍとした。浸漬管の材質はアルミナキャスタブル製であり、内径は１．５ｍを基準とし、それ以外の内径のものも使用した（明記しない場合は内径１．５ｍの浸漬管を用いた）。ランスは、外側をアルミナキャスタブルで被覆した外径２５０ｍｍのものを用いた。ランスのノズル形状は、ランス先端から２００ｍｍの位置に水平方向にノズルを２孔有するもので、ノズル内径は１４ｍｍとした。
【００３８】
ランスから吹き込む撹拌ガスあるいはキャリアーガスとしてはアルゴンガスを用い、その流量は脱りんおよび脱硫処理時は０．５Ｎｍ3／ｍｉｎ、溶銑を露出させる操作の場合は１．０Ｎｍ3／ｍｉｎ とした。また、ノズルの浸漬深さが２．５ｍとなるように、ランス先端の高さは溶銑取鍋底部耐火物上面から０．５ｍの位置に設定した。
【００３９】
また、脱りん処理時には、表２の混合フラックスを取鍋内溶銑上に上置きし、脱りん処理時間（ガス撹拌時間）は１０分とした。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
さらに、撹拌用ガスとともに表３に示す混合フラックスをランスで溶銑に吹き込む脱りん処理も行った。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
脱硫処理時の吹込フラックスには、表４の粉体を基準して用い、それ以外の組成のものでも試験した（明記しない場合は表４の組成のものを用いた）。脱硫時間（ガス撹拌時間）は６分とした。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
また、脱りん処理後から浸漬管浸漬までの時間は１分を基準とし、それ以外の条件でも試験した（明記しない場合は、１分の条件で処理した）。
【００４６】
▲１▼浸漬管使用の効果と脱りん、脱硫処理の順序の影響
比較例の浸漬管なしのケースと本発明方法の浸漬管ありの条件で処理を行った。その結果を表５に示す。浸漬管を使用しない場合はいずれも、脱硫率、脱りん率共に低レベルであった。
【００４７】
【表５】
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【００４８】
また、浸漬管を使用しても、脱硫処理後に脱りん処理を行った場合（Ｎｏ．４）は、脱硫率、脱りん率は上がらない。
【００４９】
高い脱硫率と脱りん率を確保するためには、浸漬管を使用し、かつ、脱りん後に脱硫を行う処理が最適と言える。
【００５０】
さらに、脱りん率向上の観点で言えば、ランスで撹拌用ガスとともに脱りん剤を吹き込むのが有利である。
【００５１】
▲２▼浸漬管内径の影響
浸漬管を使用し、脱りん後に脱硫を行う順序として、浸漬管内径のみを変化させて処理した。その結果を表６に示す。浸漬管内径（Ｄ）と精錬容器内径（Ｄｏ）の比Ｄ／Ｄｏが０．３〜０．６の範囲では脱硫率、脱りん率ともに８０％以上が得られたが、Ｄ／Ｄｏが０．３未満あるいは０．６を超えると脱硫率と脱りん率のいずれも５０％未満となった。
【００５２】
【表６】
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【００５３】
したがって、脱硫率と脱りん率の両方を、操業上必要とされる８０％以上に維持するためには、Ｄ／Ｄｏを０．３〜０．６の範囲にするのが適当である。
【００５４】
▲３▼脱硫剤組成の影響
浸漬管を使用し、脱りん後に脱硫を行う条件で、脱硫剤中のCaF2濃度のみを変化させて処理した。ここでは耐火物コストも調査し、CaF2濃度１０％の時のコストを基準に耐火物コスト指数で評価した。その結果を表７に示す。
【００５５】
【表７】
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【００５６】
CaF2濃度を５〜２０％の範囲に調整することにより、脱硫率と脱りん率の両方を、操業上必要とされる８０％以上に維持し、かつ耐火物コストを抑制できることが明らかである。
【００５７】
▲４▼脱りん後浸漬管浸漬までの時間の影響
脱りん後に脱硫を行う点を一定とし、脱りん後浸漬管浸漬までの時間（Ｔ）のみを変化させて処理した。その結果を表８に示す。時間Ｔが１０分以下であれば復りんは起こらず、目標とする脱りん率８０％以上が確保できる。
【００５８】
【表８】
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【００５９】
【発明の効果】
本発明方法により、同一精錬容器内で高効率の溶銑脱りんおよび脱硫処理が可能となり、溶銑予備処理時間の短縮および設備コスト、耐火物コストの低減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための溶銑処理装置の模式的縦断面図および処理工程の説明図であり、（ａ）は脱りん処理時、（ｂ）は溶銑表面露出時、（ｃ）は浸漬管浸漬時、（ｄ）は脱硫処理時の状態を示す。
【符号の説明】
１：溶銑、                ２：精錬容器、
３：ランス、              ４：浸漬管、
５：脱りん剤、            ６：不活性ガス、
７：脱りん後スラグ、      ８：脱硫剤、
９：脱硫後スラグ
【図１】
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