(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底吹き攪拌と酸素ガス上吹きとを行いつつ脱燐を含む精錬を行う溶銑予備処理方法において、
底吹き攪拌動力を１ｋＷ／ｔ以上、上吹き送酸速度を０．７〜１．０Ｎｍ3／ｔ／ｍｉｎ、予備処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ2 を２．５以下、Ｔ．Ｆｅを３％以上２０％以下とすることを特徴とする溶銑予備処理方法。
【請求項２】
溶銑予備処理において添加するフラックス中ホタル石添加量が１ｋｇ／ｔ未満であることを特徴とする請求項１に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項３】
溶銑脱燐処理前の溶銑中のＳｉ含有量が０．１０重量％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項４】
溶銑予備処理終了時の溶銑温度を１３００℃以上１４００℃以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
【請求項５】
ＣａＯ／Ｏを０．５以上とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
但し、ＣａＯ／Ｏ＝（予備処理で添加したＣａＯ量（ｋｇ））／（予備処理で気酸及び酸化鉄として供給した全酸素（ｋｇ））
【請求項６】
ＣａＯ／Ｏを０．５以上１．５以下とすることを特徴とする請求項５に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項７】
添加するＣａＯの全部又は一部をキャリアガスと共に粉体として供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
【請求項８】
キャリアガスを酸素とすることを特徴とする請求項７に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項９】
溶銑予備処理後に溶銑を別の容器に排出することによって予備処理スラグを溶銑から排除し、次いで前記溶銑を脱炭炉に装入することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
【請求項１０】
溶銑予備処理後の溶銑中Ｃ濃度が３．０％以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載の溶銑予備処理を行い、更に脱炭処理を行う鋼の精錬方法において、前記溶銑予備処理の添加フラックスとして、前記脱炭処理で発生した脱炭スラグを１〜２０ｋｇ／ｔ及び／又はアルミナを１〜５ｋｇ／ｔ使用することを特徴とする鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑の脱炭精錬に先立ち、溶銑の脱燐を含む精錬を行う溶銑予備処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑の脱珪、脱燐、脱炭をすべて同一の転炉内で同時に行う転炉製鋼法にかわり、脱炭に先立って溶銑の脱珪、脱燐を脱炭とは別の容器で行う溶銑予備処理方法が用いられるようになった。溶銑予備処理においては、第１に溶銑に酸化鉄をはじめとする固体酸素源を添加して脱珪を行い、脱珪スラグを排除した上で溶銑に脱燐用フラックスを添加して脱燐精錬を行う方法が一般的であった。脱燐精錬においては、フラックスとして石灰源を添加して高塩基度の脱燐スラグを形成し、酸化鉄をはじめとする固体酸素源を同じくフラックスとして添加して脱燐を行っていた。また、予備処理精錬容器としては、トーピードカー内の溶銑に脱燐用フラックスをインジェクションして予備脱燐を行う方法、取鍋内の溶銑に脱燐用フラックスをインジェクションするかもしくは吹き付けて予備脱燐を行う方法、あるいは脱炭に用いるのと同等の転炉を用いて脱燐を行い、次いで別の転炉で脱炭を行う方法が用いられている。
【０００３】
高塩基度スラグを用いて溶銑脱燐を行う従来の方法では、溶銑Ｓｉが特に低い場合を除き、脱燐処理の前に脱珪処理を行い、かつ脱珪スラグを排滓してから脱燐処理を行う必要がある。さもないと、脱燐処理時に大量のフラックスを添加する必要が生じ、効率の良い脱燐処理を行うことができないからである。
【０００４】
従来の酸化鉄をはじめとする固体酸素源を脱珪剤、脱燐剤として用いる方法では、固体酸素源を還元する反応が吸熱反応であるため、酸素ガスを用いて脱珪脱燐を行う場合に比較して熱ロスが大きい。そのため、鉄源としてスクラップ等の冷鉄源を使用できる使用比率の限度が低くなる、いわゆる熱裕度が低いという問題を有する。
【０００５】
予備精錬反応容器としてトーピードカーや取鍋を用いる従来方法では、容器容量が小さく強攪拌精錬を行うことが困難で、特に脱燐反応は平衡から遠く、目標の脱燐量を達成するためには必要以上のフラックスを使用しなければならず、かつ反応速度が遅いために精錬に長時間を要するという問題がある。
【０００６】
特開平７−７０６２６号公報においては、脱燐反応容器に転炉を用い、フラックス添加と酸素上吹きおよび底吹き攪拌とを行って溶銑を脱りん精錬する際に、底吹き攪拌動力が１．０ｋＷ／ｔ以上、処理後のスラグ中のＣａＯ／ＳｉＯ2 が０．６以上２．５以下、処理終点温度が１２５０℃以上１４００℃以下となるように投入フラックス量および／または底吹きガス量を調整して脱りん精錬を行うことを特徴とする転炉製鋼法が開示されている。更に上記に付加する条件として、上吹き送酸速度が２．５Ｎｍ3 ／ｍｉｎ／ｔ以上、処理後のスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度が１０〜２０重量％とする。
【０００７】
上記発明においては、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を２．５以下と低塩基度にしているので、脱珪と脱燐を同時に行うことが可能であり、また脱燐フラックス量を従来に比較して低減することができる。上吹き酸素ガスを用いて脱珪、脱燐を行うので、従来の固体酸化鉄を用いる方法に比較して高い熱裕度を実現することができる。又、脱燐容器として転炉を用い、上吹きガスと底吹き攪拌力を用いるので、脱燐反応が平衡に近いところまで進行し、短い処理時間で反応が進行する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平７−７０６２６号公報に開示された発明に基づいて、高速に脱燐精錬を行うことが可能になったものの、脱燐反応中にスラグがフォーミングして転炉外に飛び出すスロッピング現象を完全に防止するまでには至らず、予備処理における歩留が十分には向上していなかった。又、脱燐反応中に脱炭反応も一部進行する現象が見られた。脱燐精錬における脱燐反応効率を高めるためには終点温度を低く抑える必要がある。上記発明においては終点温度上限を１４００℃としている。脱燐精錬はこのような低温で終了するので、引続く脱炭精錬で必要な終点温度を確保するためには、脱炭精錬における熱源を十分に確保する必要があり、そのためには脱燐反応における脱炭反応は低いほど好ましい。
【０００９】
従来の脱燐精錬においてはフラックスにホタル石を添加することが必須であった。しかし、フッ素が環境に及ぼす影響を考慮し、鋼の精錬においてもホタル石の使用を抑えることが要請されている。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、溶銑予備処理を低塩基度のスラグによって実現し、強攪拌によって脱燐反応を促進し、かつ、脱燐反応中にスロッピング現象及び脱炭反応が起こらず、予備処理後の溶銑が高い熱裕度を保持し、歩留が高く、フラックスとしてホタル石を使用しない溶銑予備処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）底吹き攪拌と酸素ガス上吹きとを行いつつ脱燐を含む精錬を行う溶銑予備処理方法において、底吹き攪拌動力を１ｋＷ／ｔ以上、上吹き送酸速度を０．７〜１．０Ｎｍ3／ｔ／ｍｉｎ、予備処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ2 を２．５以下、Ｔ．Ｆｅを３％以上２０％以下とすることを特徴とする溶銑予備処理方法。
（２）溶銑予備処理において添加するフラックス中にはホタル石を含まないことを特徴とする前記（１）に記載の溶銑予備処理方法。
（３）溶銑予備処理前の溶銑中のＳｉ含有量が０．１０重量％以上であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶銑予備処理方法。
（４）溶銑予備処理終了時の溶銑温度を１３００℃以上１４００℃以下とすることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
（５）ＣａＯ／Ｏを０．５以上とすることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。但し、ＣａＯ／Ｏ＝（予備処理で添加したＣａＯ量（ｋｇ））／（予備処理で気酸及び酸化鉄として供給した全酸素（ｋｇ））
（６）ＣａＯ／Ｏを０．５以上１．５以下とすることを特徴とする前記（５）に記載の溶銑予備処理方法。
（７）添加するＣａＯの全部又は一部をキャリアガスと共に粉体として供給することを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
（８）キャリアガスを酸素とすることを特徴とする前記（７）に記載の溶銑予備処理方法。
（９）溶銑予備処理後に溶銑を別の容器に排出することによって予備処理スラグを溶銑から排除し、次いで前記溶銑を脱炭炉に装入することを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
（１０）溶銑予備処理後の溶銑中Ｃ濃度が３．０％以上であることを特徴とする前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の溶銑予備処理方法。
（１１）前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の溶銑予備処理を行い、更に脱炭処理を行う鋼の精錬方法において、前記溶銑予備処理の添加フラックスとして、前記脱炭処理で発生した脱炭スラグを１〜２０ｋｇ／ｔ及び／又はアルミナを１〜５ｋｇ／ｔ使用することを特徴とする鋼の精錬方法。
【００１２】
なお、本発明における％表示は、すべて重量％を意味している。また、フラックス添加量のｋｇ／ｔ表示は、溶銑トン当たりの添加量（ｋｇ）を意味し、底吹き攪拌動力ｋＷ／ｔ表示は、溶銑トン当たりの動力（ｋＷ）を意味している。
【００１３】
溶銑からスラグへの脱燐反応を進行させるためには、スラグの塩基度を高める、スラグ中Ｔ．Ｆｅを高めてスラグの酸化度を増大する、溶銑温度を低く抑える、という対策が有効である。従来のトーピードカー等を利用した溶銑脱燐精錬においては、スラグの塩基度を高めることによって脱燐反応の促進を図っていた。転炉を用いた脱燐精錬においては、上吹き酸素ガスを用いてスラグ中のＴ．Ｆｅを高めることも可能であったが、溶銑予備処理でのスラグ中のＴ．Ｆｅの上昇はスラグとメタルの非平衡度を増大させることとなり、高いＴ．Ｆｅ領域ではスラグ中のＴ．Ｆｅが安定せず、制御することが困難であった。特にスラグ中に上吹きランスにより高速で酸素を連続的に供給する転炉型の処理では、スラグ中の成分の不均一化により局部的に高Ｔ．Ｆｅ部が生じたり、溶銑とスラグの接触が不均一となることにより、脱炭量が変動し安定しないことがＴ．Ｆｅの不均一化の要因であった。そのため高Ｔ．Ｆｅ領域を用いた脱燐精錬は採用できなかった。本発明においては、上吹き酸素ガス吹き込みと底吹き攪拌力の併用により、高Ｔ．Ｆｅでの脱燐精錬を可能にした。本発明においては、１ｋＷ／ｔ以上の底吹き攪拌力を併用することにより、スラグが適度に均一攪拌され、上述したようにスラグ中でのＴ．Ｆｅの偏差を抑制するため、高Ｔ．Ｆｅでも安定して脱燐精錬を行うことができる。一方、上吹き送酸条件（速度＋吹き付け強さ）に対して底吹きが強すぎると、スラグ／メタル間の反応（脱炭反応）が進行してスラグ中のＴ．Ｆｅを高位に保持することが困難となる。
【００１４】
従来の底吹き攪拌力と酸素ガス上吹きを併用した脱燐精錬においては、速い脱燐反応速度を得るため、上吹き送酸速度として２．５Ｎｍ3 ／ｍｉｎ／ｔ以上の速度が用いられていた。送酸速度が速いと、浴表面での溶鉄と酸素ガスとが結合して酸化鉄となる反応が促進されるため、スラグ中の酸素ポテンシャルが高く、即ちスラグ中のＴ．Ｆｅが高く保たれる。スラグ中の酸素ポテンシャルの上昇は、脱燐反応が促進されるので好ましいと考えられていた。
しかし、本発明者らの研究の結果、スラグ中の酸素ポテンシャルが高すぎると、スラグ−メタル界面でスラグ中の酸化鉄とメタル中の炭素とが反応してＣＯガスが発生し、スラグがフォーミングしてスロッピング発生の原因となることが判明した。
また、上記ＣＯガス発生反応の結果として脱燐精錬中に脱炭反応が進行し、脱燐精錬完了時の溶銑中炭素が過度に低下する原因となっていることも判明した。
本発明は、上記知見に基づき、上吹き送酸速度上限を１．０Ｎｍ3／ｔ／ｍｉｎとし、スラグ中Ｔ．Ｆｅを３％以上２０％以下、好ましくは１５％以下におさえてスラグ中の酸素ポテンシャルを抑え、もってスロッピング発生を防止するとともに脱燐精錬中の脱炭反応を低く抑えたところに最大の特徴がある。
本発明においては、スラグ中Ｔ．Ｆｅは３％以上２０％以下（好ましくは１５％以下）であれば発明の効果を発揮することができる。
本発明においては、脱燐前溶銑Ｓｉレベルと脱燐スラグ塩基度との適正化によって最適量の脱燐スラグが生成され、効率的な脱燐反応を行うことができるため、スラグ中Ｔ．Ｆｅ３％以上という低いＴ．Ｆｅでも脱燐精錬を行うことができるのである。
【００１５】
また、本発明は脱燐精錬スラグの塩基度を２．５以下としているため、従来の脱燐精錬用フラックス成分として必須であったホタル石を添加しなくても、脱燐スラグとして十分な滓化性が確保できる点に第２の特徴がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、底吹き強攪拌と酸素ガス上吹きとを併用するため、反応容器としては溶銑を装入した上で十分なフリーボードを確保できる容器が必要である。また、酸素ガス上吹きのためのランスをはじめとする送酸設備が必要である。この目的のためには、鋼の脱炭精錬のために用いられる通常の上底吹き転炉が最も好ましい。ただし、上吹き送酸速度は脱炭精錬に比較すると低いので、容器容量は脱炭精錬に用いられる容器容量よりは小さくすることも可能である。傾動可能であって出鋼口を有する転炉を用いることにより、炉前側に傾動して予備処理前溶銑を装入し、炉を直立して予備処理を行い、次に炉裏側に傾動して炉下に準備した取鍋に出湯し、予備処理スラグを排除した上で脱炭精錬のための転炉に再装入して脱炭精錬を完了することができる。転炉型の予備処理炉を用いれば、予備処理の主原料としてスクラップ等の冷鉄源を用いることも可能になる。予備処理で主原料に冷鉄源を用いれば、たとえ脱炭精錬における熱裕度が十分でなくても精錬工程全体として冷鉄源使用比率を十分に高めることが可能になる。
【００１７】
溶銑及び溶鋼での脱燐処理実験の結果から、溶鉄とスラグ間のＰ分配について、広いＣ濃度範囲で適用可能な見かけの平衡式について、Healy Typeの燐分配実験式を下記式（１）のように導出されている（特開平７−７０６２６号公報）。
【００１８】
【数１】
0003709069.tif 000002
【００１９】
脱燐処理終了時の実績Ｐ分配（Lp-obs.=(P)/[P]obs. ）と、上記式（１）から計算した計算Ｐ分配（Lp-calc.=(P)/[P]calc. ）の比をとり、この比を見かけの平衡到達度（Lp-obs./Lp-calc.）とした。底吹き攪拌動力（ｋＷ／ｔ）をパラメータとして見かけの平衡到達度を整理すると、攪拌動力１ｋＷ／ｔ以上で溶鉄とスラグのＰ分配は見かけの平衡に到達している。このことより、本発明の底吹き攪拌動力は１ｋＷ／ｔ以上とした。なお、底吹き攪拌動力ε’は、下記式（２）を用いて底吹きガス流量等から求めることができる。
【００２０】
【数２】
0003709069.tif 000003
【００２１】
ここでＷm （ｔ）は溶鉄重量、Ｑ（Ｎｍ3 ／ｔ）は底吹きガス流量、Ｔn （Ｋ）は吹き込みガス温度、Ｔl （Ｋ）は溶鉄温度、Ｐ2 （Ｐａ）は雰囲気圧力を示す。底吹きガス種としては、どのようなガスを用いることもできる。アルゴン、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等の精錬ガス、或いはこれら精錬ガスと酸素との混合ガスを用いることができる。溶銑予備処理においては、それに続く脱炭処理で同時に脱窒を行うことができるので、処理後の溶鋼中窒素濃度が上昇しても問題にならない。従って、製造コストを低減する上では窒素又は圧縮空気を用いることが最適である。酸素を含有するガスを用いる場合には、底吹きガスによる脱炭を抑制するために、ガス中酸素比率は７０％以下とすることが望ましい。
【００２２】
予備処理後のスラグ中Ｔ．Ｆｅは３％以上とする。３％未満では十分な脱燐反応を得ることができないからである。また、スラグ中Ｔ．Ｆｅの上限は２０％とすることが好ましい。２０％を超えると、スラグ中酸化鉄と溶鉄中炭素との反応が激しくなり、スロッピング発生や過度の脱炭反応の進行が起こるからである。スラグ中のＴ．Ｆｅは、より好ましくは１５％以下とする。これにより、スロッピングの発生や脱炭反応の進行を抑え、より一層の効果を発揮するからである。脱燐精錬における供給酸素の大部分を酸化鉄としてインジェクションする従来の予備処理においては、スラグ中のＴ．Ｆｅはいずれも低く、送酸速度の影響を受けにくい。それに対し、本発明の上吹きランスから酸素ガスを高速供給する方法においては、酸素供給速度が高いほどスラグ酸素ポテンシャル（スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度）が高くなる。また、酸素供給速度とスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度との関係は底吹き攪拌動力にも影響を受ける。底吹き攪拌動力が２ｋＷ／ｔにおいては、上吹き送酸速度２．０Ｎｍ3 ／ｔ／ｍｉｎにおいてスラグ中Ｔ．Ｆｅが１５％となり、この範囲を超えてスラグ中Ｔ．Ｆｅが高くなるとスラグ中酸化鉄と溶鉄中炭素との反応が激しくなり、上記のようにスロッピング発生や過度の脱炭反応の進行が起こる。そのため、本発明の上吹き送酸速度の上限を１．０Ｎｍ3 ／ｔ／ｍｉｎとした。なお、底吹き攪拌動力が下がると同じ上吹き送酸速度でもスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度は上昇する。また、上吹き送酸速度の下限は０．７Ｎｍ3 ／ｔ／ｍｉｎとする。送酸速度がこれより低いと、スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度が３％未満となり、十分な脱燐反応を得ることができなくなるからである。
【００２３】
予備処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ2 （塩基度）の上限は２．５とする。塩基度の上昇とともに、スラグの融点が上昇するためスラグの十分な滓化が困難になり、塩基度が２．５を超えると脱燐反応効率の上昇が見られなくなる。一方、塩基度が高くなるほど必要なフラックス量は多くなり、スラグ中に取り込まれる鉄ロスも増大するため、塩基度の上限を２．５とした。一方、塩基度が低くなると脱燐反応効率が低下するが、予備処理後のスラグ塩基度が１．２以上であれば本発明の効果を十分に達成することができる。生石灰のみで滓化が不足する場合は、アルミナあるいは脱炭工程で発生する脱炭滓を添加することによって滓化を促進させることができる。アルミナ添加量は１〜５ｋｇ／ｔ、脱炭滓添加量は１〜２０ｋｇ／ｔの範囲が好適である。
【００２４】
本発明はスラグ塩基度が２．５以下と低いので、添加フラックスとしてはＣａＯのみとし、ホタル石を添加しなくても十分にスラグを滓化することができる。このため、予備処理においてホタル石無添加を実現することができ、精錬工程の副産物中のフッ素含有をなくして環境の改善を図ることができる。ホタル石は無添加とすることがより好ましいが、添加量が１ｋｇ／ｔ未満であれば十分に目的を達することができる。
【００２５】
本発明においては、低塩基度において必要な脱燐スラグ量を確保するため、スラグ中のＳｉＯ2 を確保する必要がある。予備処理前の溶銑中のＳｉ含有量を０．１０重量％以上とすれば、本発明の予備処理中において上記Ｓｉが燃焼し、スラグ中のＳｉＯ2 源とすることができる。そのため、本発明の溶銑予備処理に先立って溶銑脱珪処理を行う場合には、脱珪処理後の溶銑中Ｓｉを０．１０重量％以上とすることが好ましい。溶銑中のＳｉ含有量が低い場合には、滓化剤としてＳｉＯ2 源を添加することにより塩基度を調整することも可能である。
【００２６】
式（１）からも明らかなように、予備処理終了時の溶銑温度が低いほど脱燐反応は進行する。予備処理終了時の溶銑温度を１４００℃以下とすれば、脱燐反応は十分に進行して本発明の効果を十分に達成することができるので好ましい。一方、予備処理終了時の溶銑温度が低すぎると、引続く脱炭処理において熱源が不足し、脱炭終了時の必要な溶鋼温度を確保することができない場合が生じるので、予備処理終了時の溶銑温度は１３００℃以上とすることが好ましい。
【００２７】
予備処理中におけるスラグ中のＴ．Ｆｅを本発明の適正範囲に保ち、かつ本発明の低Ｔ．Ｆｅ濃度において効率的な脱燐を促進するためには、底吹き攪拌動力、及び上吹き酸素ガス流量を規定するのみならず、上吹きランス高さを調整して上吹き送酸強さを適正化することが好ましい。上吹き送酸強さは下記計算式で計算されるＬと鋼浴深さＬ0 の比（Ｌ／Ｌ0 ）によって表され、（Ｌ／Ｌ0 ）が、底吹き攪拌動力εとの関係において、
0.4 −0.17×ε＜（Ｌ／Ｌ0 ）＜0.6 −0.1 ×ε
の範囲にある場合に効率的な脱燐を実行することができる。
但し、
Ｌ＝Ｌh ・exp(−0.78ｈ／Ｌh )
Ｌh ＝63.0（Ｆ／ｎｄ）2/3
ここで、Ｌキャビティー深さ（ｍｍ）、ｈはランスと鋼浴面間距離（ｍｍ）、Ｆは上吹き酸素供給速度（Nm3/Hr）、ｎはノズル数、ｄはノズル直径（ｍｍ）である。また、Ｌ0 は鋼浴深さ（ｍｍ）、εは底吹き攪拌動力（kW/t）である。
【００２８】
上記式のＬ／Ｌ0 の下限は、スラグ攪拌のための必要な上吹きの吹き付け強度から決定される。即ち、Ｌ／Ｌ0 が規定された範囲より低い場合にはスラグ中の攪拌が不足し、生成された酸化鉄の反応界面への移動、反応界面で生成された燐酸のバルクへの移動が不十分となり、Ｔ．Ｆｅが高すぎたり、脱燐効率の低下が発生する。また、Ｌ／Ｌ0 の上限は、スラグ／メタル間の非平衡度を保持するための上吹き最大攪拌動力を示す。即ち、Ｌ／Ｌ0 が規定された範囲より大きい場合（ハードブロー）にはスラグとメタルの混合が促進された平衡に近づくため、スラグ中Ｔ．Ｆｅが低位となり必要な非平衡度が保持不可能となる。
【００２９】
予備処理において、スラグ中に取り込まれたＰは３ＣａＯ・Ｐ2 Ｏ5 の形で脱燐生成物となると考え、添加したフラックス（ＣａＯ）のうち、脱燐に寄与した（３ＣａＯ・Ｐ2 Ｏ5 となった）ＣａＯの割合である脱燐寄与効率ηCaO を下記式（３）のように定義する。
【００３０】
【数３】
0003709069.tif 000004
【００３１】
ここで[%P]i,[%P]f は各々脱燐処理前後での溶銑中Ｐ濃度を、WCaO(kg/t)は添加した生石灰原単位を示す。
【００３２】
次に、供給ＣａＯと供給酸素（気酸及び酸化鉄として供給した全酸素）の重量比をＣａＯ／Ｏ(kg/kg) と定義する。ＣａＯ／Ｏは、溶銑脱燐処理実施時のスラグ酸化度とスラグ塩基度レベルを支配する操業パラメータの一つである。ηCaO は、ＣａＯ／Ｏとの相関が強く、ＣａＯ／Ｏが高くなるとηCaO は低下する。本発明においては、ＣａＯ／Ｏを１．５以下とすることにより、生石灰の反応効率（ηCaO ）を１０％以上とすることができるので好ましい。
【００３３】
溶銑予備処理においては、脱燐反応と同様に脱硫反応も重要な制御因子である。特に近年は製銑工程での安価原料燃料使用による溶銑Ｓレベルの上昇、製品規格の厳格化に伴う精錬後目標Ｓレベルの低下により、溶銑予備処理での脱硫負荷が高まり、スラグ量増大要因の一つとなっている。このため、本発明の溶銑予備処理における同時脱硫率（式（４）で定義するRs）が高ければ、一貫スラグ量低減の視点からも効果は大きい。
【００３４】
【数４】
Rs(%) = ([S]i - [S]f)/[S]i×100           （４）
本発明においては、脱燐処理中の同時脱硫率は、ＣａＯ／Ｏによって整理できることを本発明者らが明らかにした。即ち、ＣａＯ／Ｏの値が大きいほど同時脱硫率（Rs）を高くすることができる。ＣａＯ／Ｏを０．５以上とすれば、本発明の溶銑予備処理において同時脱硫能力を得ることができる。これにより、本発明の溶銑予備処理において同時に脱硫精錬も行うことが可能になり、脱燐＋脱硫一貫でのスラグ発生量低減に有効である。
【００３５】
本発明の予備処理で添加するフラックス（ＣａＯ）は、塊状の生石灰として添加することが可能である。更に、添加するＣａＯの全部又は一部をキャリアガスと共に粉体として供給することもできる。本発明のスラグは低塩基度であることが特徴であるが、ＣａＯを粉体としてキャリアガスとともに溶銑中に供給することにより、局部的に高塩基度のフラックスと溶銑とが接触することとなり、それもフラックスは粉体として供給するので接触する表面積が多くなり、脱燐反応を促進する効果を得ることができる。キャリアガスとともに粉体を供給する手段としては、底吹きガスに混合して供給する方法、上吹き酸素ガスに混合して供給する方法、上吹き酸素ランスとは別に粉体供給ランスを準備して溶銑の上方から吹き付ける方法、上吹きインジェクションランスを用いて溶銑中に吹き込む方法から選択することができる。
【００３６】
キャリアガスとして酸素を用い、上吹きランスから粉体とともに供給すると、酸素ガスが溶鉄と反応する高温の火点において粉体が溶鉄に接触するため、添加したＣａＯと酸化鉄とからカルシウムフェライトが生成することにより、脱燐効率を一層向上させることが可能である。
【００３７】
予備処理で高効率の脱燐を行うためには、予備処理終了時の溶銑温度が低い方が好ましいのは前記した通りである。また、予備処理において脱炭が進行して予備処理終了時の溶銑中炭素が低くなると、続く脱炭工程での熱源が不足して熱裕度が十分に確保できなくなることも前記した通りである。予備処理終点における溶銑中Ｃを３．０重量％以上とすることが好ましい。これにより、脱炭工程で主原料としてスクラップ等を使用することも含め、十分な熱裕度を確保することができる。本発明においては、上吹き酸素供給速度を本発明範囲内とすることにより、予備処理中の脱炭を抑制して予備処理終点Ｃ濃度を確保することが可能である。
【００３８】
本発明の溶銑予備処理を脱炭処理と同様の転炉にて行った場合には、そのまま同じ転炉で脱炭処理を行うことも可能である。その場合、溶銑予備処理で生成したスラグ（Ｐを含む）を除去してから脱炭処理を開始する必要があり、例えば転炉を炉前側に傾動してスラグを炉口から排出することが行われる。しかし、この方法では十分にスラグを排出することができず、炉内に残存したスラグ中のＰが脱炭処理中に復燐して脱炭終点時の溶鋼中のＰが高くなるという問題を有する。これに対し、溶銑予備処理を出鋼口を有する転炉で行い、溶銑予備処理完了後に出鋼口から溶銑を転炉下に配置した取鍋に出湯し、炉内に残存したスラグを別容器に排出して予備処理完了溶銑とスラグとを分離することができる。次いで前記取鍋に出湯した溶銑を改めて脱炭炉に装入して脱炭処理を行えば、脱炭中における復燐を大幅に抑制することができる。予備処理に用いる転炉と脱炭に用いる転炉は、同一の炉でも別の炉でもかまわない。
【００３９】
製鋼工程でのスラグ発生量を低減するためには、各精錬工程での反応効率の向上によって添加するフラックス量を低減させると同時に、各工程で発生したスラグをより付加価値の高い工程へリサイクルを実施することによる一貫での発生量低減が重要である。従来より、溶銑予備処理後に脱炭処理を行う場合において、脱炭工程で発生する脱炭滓を予備処理工程にリサイクルすることが行われている。溶銑の脱珪処理を行い、次いで本発明の溶銑予備処理を行い、更に脱炭処理を行う鋼の精錬方法においては、本発明の溶銑予備処理で生成するスラグの塩基度が比較的低いので、Ｐの分配比が他の溶銑予備処理に比較して低位である。このため、本プロセスへの脱炭滓の多量リサイクル時には、脱炭滓から混入する（脱炭工程で得られるＰ分配比に応じて含有する燐酸）による燐分の増加は好ましくない。また、本発明のように好ましい脱燐前Ｓｉレベルが０．１％以上の場合には、系外からの更なるＳｉＯ2 源を添加することは、更なる塩基度の低下を招き、Ｐ分配比の低下を招くため好ましくない。そのため、脱炭滓は脱燐を含む本発明の溶銑予備処理ではなく、脱珪工程にリサイクルすることが好ましい。脱炭滓を本発明の溶銑予備処理にリサイクルする場合には、スラグの反応性を向上させる滓化剤として、２０ｋｇ／ｔ以下の添加が好ましい。
【００４０】
一方、脱珪工程においては塩基度は反応促進ではなく、スロッピングの抑制を目的として塩基度を保持するものであり、その塩基度のレベルは多少の低下があっても操業上問題はない。このため、塩基度３〜５を有する脱炭滓は脱珪期での有効な塩基度確保のためのフラックスとなりうる。Ｐの上昇もない。この場合の脱珪工程とは、脱燐と同一炉、又は脱珪の専用炉（転炉、鍋、ＴＰＣ）において事前のＳｉレベル調整のために実施する工程を示す。
【００４１】
【実施例】
図１に示すように、本発明（Ａ）、及び比較例としてトーピードカーで予備処理を行う方法（比較例１（Ｂ）、比較例２（Ｃ））及び取鍋で予備処理を行う方法（比較例３（Ｄ））を実施した。
【００４２】
本発明（Ａ）は上底吹き転炉での同時脱珪・脱燐処理方式であり、比較例１（Ｂ）、比較例２（Ｃ）は鋳床で予備脱珪を実施した溶銑を用い、銑鋼間の溶銑輸送容器であるトーピードカー（ＴＰＣ）でのフラックスインジェクション方式、比較例３（Ｄ）ではＴＰＣにて予備脱珪した後、転炉への溶銑装入鍋でのフラックスインジェクション方式を採用した。酸素供給方式に関しては、インジェクション方式では酸化鉄やダスト等（固酸）が中心であるのに対し、本発明では上吹きによる気体酸素が主体となる。
【００４３】
脱燐処理終了時の実績Ｐ分配（Lp-obs.=(P)/[P]obs. ）と、前記式（１）から計算した計算Ｐ分配（Lp-calc.=(P)/[P]calc. ）の比をとり、この比を見かけの平衡到達度（Lp-obs./Lp-calc.）とした。底吹き攪拌動力（ｋＷ／ｔ）をパラメータとして見かけの平衡到達度を整理して図２に示した。攪拌動力１ｋＷ／ｔ以上の本発明で溶鉄とスラグのＰ分配は見かけの平衡に到達している。底吹き攪拌動力ε’は、前記式（２）を用いて底吹きガス流量等から求めることができる。
【００４４】
図３には酸素供給速度（酸化鉄＋気体酸素）と予備処理後のスラグ酸化度の指標としての（％Ｔ．Ｆｅ）の関係を、また、図４には式（５）で定義した見かけの脱燐反応速度k'P に及ぼす酸素供給速度の影響を示す。
【００４５】
【数５】
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【００４６】
図３より、脱燐精錬における供給酸素の大部分を酸化鉄としてインジェクションする従来の予備処理においては、スラグ中のＴ．Ｆｅはいずれも低く、送酸速度の影響を受けにくいのに対し、本発明の上吹きランスから酸素ガスを高速供給する方法においては、酸素供給速度が高いほどスラグ酸素ポテンシャル（スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度）が高くなる傾向が認められる。図４の脱燐速度に関しては、いずれのプロセスでも送酸速度の増加に伴い見かけ上の脱燐速度が増加する傾向が認められる。
【００４７】
図５には、予備処理スラグの塩基度とスラグ−メタル間のＰ分配との関係を示す。塩基度２．５以下では塩基度の上昇とともにＰ分配も向上するのに対し、塩基度が２．５を超えるとＰ分配比の上昇が見られなくなる傾向が認められる。
【００４８】
図６には、溶銑予備処理終了時の溶銑温度とスラグ−メタル間のＰ分配との関係を示す。予備処理終了時の溶銑温度が高くなると急激に分配比が低下する傾向が認められる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、溶銑予備処理を低塩基度のスラグによって実現し、強攪拌によって脱燐反応を促進し、かつ、脱燐反応中にスロッピング現象及び脱炭反応が起こらず、予備処理後の溶銑が高い熱裕度を保持し、歩留が高く、フラックスとしてホタル石を使用しない溶銑予備処理方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び比較例の予備処理プロセスの概要を示す図である。
【図２】本発明及び比較例の攪拌動力と見かけの脱燐平衡到達度との関係を示す図である。
【図３】本発明及び比較例の送酸速度とスラグ中（％Ｔ．Ｆｅ）との関係を示す図である。
【図４】本発明及び比較例の送酸速度と見かけの脱燐反応速度との関係を示す図である。
【図５】本発明及び比較例の予備処理スラグ塩基度とスラグ−メタル間Ｐ分配との関係を示す図である。
【図６】本発明及び比較例の予備処理終点温度とスラグ−メタル間Ｐ分配との関係を示す図である。
【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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