(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑予備処理容器の上方から石灰石をフォーミングスラグ内に装入して溶銑予備処理時のスロッピングを抑制する方法であって、粒径が５〜１００ｍｍの石灰石を、溶銑予備処理容器内のフォーミングスラグ高さが一定の高さに至った時点で、１回につき溶銑１トンあたり０．５〜５ｋｇ装入することを特徴とする溶銑予備処理におけるスロッピング抑制方法。
【請求項２】
フォーミングスラグへ衝突する際の石灰石の衝突エネルギーを制御して石灰石をフォーミングスラグ内に装入する請求項１に記載のスロッピング抑制方法。
【請求項３】
前記衝突エネルギーが２０００〜２００００Ｎ・ｍである請求項２に記載のスロッピング抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑に石灰、スケール、その他の精錬剤を装入して溶銑の脱珪、脱燐等を行う溶銑予備処理工程において、スロッピングを抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶銑の精錬は、転炉にて脱炭と同時に脱燐・脱硫が行われていた。ところがこのように転炉で精錬処理を行う場合、脱燐・脱硫反応を進行させるため、大量の石灰を装入して、転炉吹錬初期の脱珪反応で生ずるＳｉＯ2主成分の低塩基度スラグを高塩基度スラグに変える必要があった。近年は、石灰の使用量を削減して経済的に溶銑の精錬を行い、かつ転炉精錬における上記精錬負荷を軽減することを目的に、転炉での操業に先立って別の反応容器で溶銑の脱珪・脱燐等を行う溶銑予備処理が一般に行われている。
【０００３】
最近では、脱珪・脱燐用の溶銑予備処理容器として、主にフリーボード（溶銑面から反応容器口までの間隔）の大きい転炉型の反応容器が用いられているが、この様に容量の大きい反応容器を用いた場合であっても、大量の酸素を吹き込み、低塩基度スラグを用いた精錬を実施すれば、脱珪・脱燐処理中にスラグがフォーミングして反応容器外に流出するという所謂スロッピング現象が生ずる。この様なスロッピング現象が生ずると、処理を中断して後工程操業に悪影響を与えるだけでなく鉄の歩留り低下も招くこととなる。
【０００４】
上記スロッピング現象に対しては、従来から幾つかの解決方法が提案されている。まずスロッピング現象が始まると、該現象が収まるまで処理を中断したり、酸素の供給速度を小さくするといった方法が挙げられるが、これらの方法では処理時間の延長を余儀なくされるため、後工程へのスムーズな物流が阻害される他、溶銑温度が低下して後工程操業に悪影響を与えることとなる。例えば特開平１０−１９５５１５号には、石灰石化合物およびコークスのうちの少なくとも一方をスラグに装入しつつ、溶銑への固溶酸素物および気体酸素の装入量を、下記（１）式を満たすように設定して予備精錬を行う方法が提案されているが、結局、上記方法は酸素供給速度を制御するものであって、酸素供給速度低下による処理時間の延長という従来からの問題は解消されない。尚、上記公報には、スロッピング抑制剤装入に関する具体的な条件（装入速度や装入量、抑制剤の形状など）も記述されていない。
qo2[１−3.2・［％Si］・exp（−0.4・QO2）] ≦ 0.2・Ｂ  …（１）
（ここで、［％Si］:予備処理前の溶銑のＳｉ濃度，qo2:酸素投入速度（Ｎｍ3/ｔ・min），QO2:積算酸素投入量（Ｎｍ3/ｔ），Ｂ:スラグ塩基度を表す。）
【０００５】
また、スロッピングが発生しても脱燐等の精錬作業に支障が生じないよう溶銑予備処理容器の周辺にスロッピング滓用のピットを掘り、反応容器外にフォーミングスラグを溢れ出させながら操業を続ける方法が提案されている。しかしながら、スロッピング滓中には通常１０％以上の鉄分が含まれているので、鉄歩留まりが低くなって経済性の観点から好ましくない。またスラグ中の鉄分を回収するとなれば生産性を低下させることとなる。
【０００６】
その他、特開昭６３−７２８１０号に示されるように不活性ガスと共に還元剤を吹き付けたり、特開昭６２−８６１１０号に示されるように炭材にダスト等を混合・成形したものを装入するといった、スラグ中のＦｅＯを還元剤で還元してスラグをフォーミングし難い性質に変化させる方法も提案されている。しかしながらこれらの方法では、上記還元剤により脱燐反応の進行が阻害されるという本質的な問題が生じてくる。
【０００７】
また特許第２７６４１９２号、同第２６７１０６３号、特開平５−２８７３４７号、および同５−２８７３４８号等には、平均粒径が２５μｍ〜２ｍｍの炭材微粒粉を、溶銑面より１ｍ以下の上方からフォーミングしているスラグ表面以下の高さに設けた吹き込み孔より、１０〜６００ｋｇ／分間の速度でスラグ中に吹き込んでスロッピングを抑制する方法や、平均粒径が２５μｍ〜２ｍｍの炭材微粒粉と平均粒径が２５０μｍ以下の石灰石粉とを、重量比で５０：５０から９０：１０とした混合粉を、溶銑面より１ｍ以上の上方からフォーミングしているスラグ表面以下の高さに設けた吹き込み孔より、１０〜６００ｋｇ／分間の速度でスラグ中に吹き込む方法が提案されている。しかしながら、何れの方法もトピードカーや溶銑鍋で用いられているような粉体吹き込み用のインジェクションランスの使用が必須であるため、溶銑予備処理容器の主流になりつつある特殊な粉体吹き込みランスのない転炉型反応容器では、新たにランスを設置するなど費用がかさむといった問題がある。また前記炭材微粒粉等の抑制剤を、特殊な粉体吹き込みランスを用いず、転炉型反応容器の上方からフォーミングスラグ表面へ装入したとしても、前記抑制剤の比重が軽くフォーミングスラグ表面で燃焼してしまうので、燃焼熱が有効にフォーミングスラグ内部に伝わらず、フォーミング抑制に有効でない。仮に、上記抑制剤をフォーミングスラグ中に装入することができたとしても、スラグ中のＴ．Ｆｅ還元が同時に行われて脱燐反応の進行が阻害されるといった本質的な問題を引き起こすことが考えられる。
【０００８】
尚、特開平１１−２８６７１０号には、精錬用ランスからフラックスを供給して脱珪・脱燐を行う溶銑予備処理方法にて、溶銑中に精錬用ランスを用いて装入したＣａＯ及び酸化剤を含むフラックスと溶銑との反応ガスが浮上する溶銑浴面上に、粒径３ｍｍ以下の石灰石を上吹きランスを用いて装入する方法が開示されている。また、特開平１１−５０１２１号には、溶銑予備処理を行うにあたって、粒子径が１ｍｍ以上のコークスや石灰石粉を、溶銑浴面における精錬剤吹き込み位置の直上に装入して、スラグフォーミング高さを反応容器のフリーボード内に抑えてスロッピングを防止する方法が提案されている。しかしながらいずれの方法も、スロッピング発生の有無に関わらず石灰石を装入しているので、石灰石が分解してＣＯ2ガスが多量に発生し、かえってスロッピングを助長させることとなる。また石灰石の装入位置がいずれも溶銑浴面上であるため、転炉型反応容器にて上吹き酸素を吹き込むといった場合、酸素が溶銑に衝突する火点領域に上記石灰石を装入することとなり、高熱で瞬時に石灰石が分解して多量のＣＯ2ガスを発生させてスロッピングを助長させることとなる。
【０００９】
また、特開平７−２６３１６号では、溶銑上に脱燐剤を上置きして酸素ガスで吹錬する溶銑脱燐方法において、石灰源の４０％以上が石灰石のものを脱燐剤に用いているが、この様に上置きされた状態では、石灰石がフォーミングスラグ表層部で分解するのみで、スロッピングを抑制する効果はない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶銑予備処理においてスロッピングを抑制し、脱珪・脱燐処理の時間延長や進行阻害、および鉄歩留まりの低下を生じさせることなく、効率良く脱珪・脱燐処理を行うことのできる有用な溶銑予備処理法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶銑予備処理におけるスロッピング抑制方法とは、溶銑予備処理容器の上方から石灰石をフォーミングスラグ内に装入して溶銑予備処理時のスロッピングを抑制する方法であって、粒径が５〜１００ｍｍの石灰石を、溶銑予備処理容器内のフォーミングスラグ高さが一定の高さに至った時点で、１回につき溶銑１トンあたり０．５〜５ｋｇ装入するところに要旨を有するものである。前記フォーミングスラグ内への石灰石装入は、前記石灰石のフォーミングスラグへ衝突する際の衝突エネルギーを制御して行うことが好ましく、前記衝突エネルギーは好ましくは２０００〜２００００Ｎ・ｍの範囲内である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前述した様な状況の下で、溶銑予備処理工程にてスロッピングを抑制し、効率よく脱珪・脱燐処理を行うことのできる方法について鋭意研究を進めた。その結果、溶銑予備処理容器内のフォーミングスラグ高さが一定の高さに至った時点で、溶銑予備処理容器の上方から石灰石をフォーミングスラグ内に装入すれば、スロッピング抑制のために作業を一旦停止するなど進行を妨げることなく、効率よく脱珪・脱燐処理を行うことができることを見出した。以下、本発明で規定した内容についてより詳細に述べていく。
【００１４】
フォーミングスラグ中に装入された石灰石は分解して石灰を生成し、この石灰がフォーミングスラグと反応してフォーミングスラグの塩基度を下げ、スラグ中の気泡間の液膜を破壊して気泡の合体や破壊を促進するのであるが、この様な作用を長時間にわたって有効に発揮させるには、石灰石をフォーミングスラグの適切な位置に装入することが重要となってくる。
【００１５】
図１（ｂ）は溶銑予備処理容器の上方からフォーミングスラグ内に石灰石を装入した場合の石灰石装入位置を例示したものであるが、本発明では、この様に石灰石をフォーミングスラグ内に装入する。その理由として、フォーミングスラグへ装入した石灰石が、図１（ｃ）の如くスラグ内と比較して高温のスラグ−溶銑界面に達した場合、溶銑の高熱で石灰石の分解速度が極端に速まりスロッピング抑制効果の持続時間が短くなるばかりか、前記分解にて瞬時に多量のＣＯ2ガスが発生するので、スラグ層最深部での脱炭反応で生ずるＣＯガスに加えて更にガスを発生させることとなり、スラグフォーミングを助長してしまうこととなるからである。また図１（ａ）に示す様にスラグ表面上に装入したのでは、前述の如くスロッピング抑制効果がほとんど発揮されない。特に転炉型溶銑予備処理にて酸素を上方から吹き込む場合には、この様な位置へ装入すると石灰石が瞬時に分解して多量のＣＯ2ガスを発生させることとなる。
【００１６】
本発明では、石灰石の装入を溶銑予備処理容器内のスラグフォーミング高さが一定の高さに至った時点で行うこととする。スロッピング発生の有無にかかわらず石灰石の装入を行うと、多量のＣＯ2ガスが発生してスラグフォーミングを助長することとなるからである。
【００１７】
本発明を実施するにあたり、石灰石を装入する時期は次のようにして判断することができる。即ち、最初に反応容器口から小規模のスラグ飛散が起こり、次第にこのようなスラグ飛散の規模が激しくなった時点で断続的なスラグ流出が生じるので、スラグの飛散状況を反応容器口上部から連続的に観察し、スラグ飛散の程度が次第に激しくなった時点で、石灰石を上方よりフォーミングスラグ内に装入することが好ましい。尚、この様に目視で観察を行う他、計器を用いてフォーミングスラグ高さを検知するようにし、ある一定の高さを超えると適量の石灰石が装入されるよう自動制御することも可能である。
【００１８】
本発明は石灰石の装入方法を特定するものではなく、装入方法として溶銑予備処理容器の上方から石灰石を落下させたり、溶銑予備処理容器の上方に設置したランスから石灰石を装入したり、フォーミングスラグ中にランスを差し込んで石灰石を装入することが挙げられるが、装入範囲や装入量が限られてくること、および設備が複雑となる等の理由から、ランスを用いずフォーミングスラグ上方から石灰石を自然落下させることが好ましい。
【００１９】
フォーミングスラグ内への石灰石装入は、フォーミングスラグへ衝突する際の石灰石の衝突エネルギーを制御して行うことが好ましい。
【００２０】
図２は、フォーミングスラグ（厚み：約３ｍ）へ石灰石を装入する際の石灰石の衝突エネルギーとフォーミングスラグ中への石灰石装入指数との関係を示したグラフであり、上記石灰石の衝突エネルギーは、石灰石装入量、石灰石の装入位置およびフォーミングスラグの厚みから位置エネルギーを計算して求めたものであり、上記フォーミングスラグ中への石灰石装入指数は、フォーミングスラグ表面を０．０とし、溶銑表面を１．０とした場合の石灰石のフォーミングスラグへの装入距離を割合で示したものである。この図２より、前記衝突エネルギーが小さすぎると、石灰石がフォーミングスラグ内に装入されず、溶銑表面上にとどまってスロッピング抑制効果が有効に発揮されない。従って、前記衝突エネルギーは２０００Ｎ・ｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは４０００Ｎ・ｍ以上である。一方、石灰石の衝突エネルギーが大きすぎると、装入した石灰石がスラグ−溶銑界面もしくは溶銑中に到達して瞬時に分解し、スロッピング抑制効果が発揮されないばかりかＣＯ2ガスが瞬時に多量発生してスラグフォーミングを助長することとなる。従って、前記衝突エネルギーは２００００Ｎ・ｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは１５０００Ｎ・ｍ以下である。
【００２１】
本発明では石灰石の装入量を調整することでより効果的にスロッピングを抑制することができる。図３は、溶銑１トンあたりの石灰石装入量（装入原単位）とスロッピング抑制効果の持続時間の関係を示したグラフであり、スロッピング抑制効果の持続時間は、反応容器よりスラグが溢れた時点で石灰石を添加してフォーミングスラグがおさまった後、再び反応容器からスラグが溢れるまでの時間を測定したものである。この図３より、石灰石の装入量が多くなるほどスロッピング抑制効果は長時間持続することから、石灰石装入量は溶銑１トン当たり０．５ｋｇ以上とすることが好ましく、より好ましくは溶銑１トン当たり１．０ｋｇ以上である。一方、上記石灰石の装入量が多すぎると、石灰石の原単位増加を招いて経済的でないばかりでなく、装入した石灰石によってスラグが極端に冷却されるため、石灰石の上記分解反応や分解で生じたＣａＯの滓化が阻害されるだけでなく、処理後の溶銑温度が低下して後工程に支障が生ずることとなる。また一度に多量の石灰石を装入すると、分解時に多量のＣＯ2ガスを発生させてスロッピング助長を招くこととなる。従って石灰石の装入量は、溶銑１トン当たり５ｋｇ以下とすることが好ましく、より好ましくは溶銑１トン当たり３ｋｇ以下である。尚、本発明では、脱珪・脱燐等の精錬処理所要時間に応じて上記量の石灰石を繰り返し装入することも可能である。
【００２２】
石灰石の大きさを調整することも、スロッピングの抑制効果を発揮させる上で有効である。即ち、石灰石の粒径が小さすぎると、該石灰石を装入してもフォーミングスラグ表面にすら到達し難く、フォーミングスラグ内に装入させることが難しいので十分なスロッピング抑制効果は期待し難い。従って、フォーミングスラグに装入する石灰石の粒径は、５ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以上である。一方、上記石灰石の粒径が大きすぎると、フォーミングスラグ中に装入した石灰石が分解するのに時間がかかる他、フォーミングスラグ内で分散しにくいためスロッピング抑制効果が有効に発現されない。従って、石灰石の粒径は１００ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは５０ｍｍ以下である。
【００２３】
本発明は、溶銑の脱珪・脱燐・脱硫等を行う溶銑予備処理工程で生じるスロッピング関するものであるが、これらの処理に用いうる精錬剤を特に限定するものではなく、石灰、スケール、炭酸ソーダその他の精錬剤を用いる場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００２４】
溶銑予備処理を行う精錬容器としては、溶銑量に対する容量の大きい転炉型の反応容器を使用することが好ましいが、溶銑表面から容器口までの間隔の大きいその他の鍋型反応容器を用いることも可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２６】
＜実施例＞
高炉から出銑されたＳｉ含有量が０．４０質量％の溶銑９０トンを、図４に示す転炉型溶銑予備処理容器８に装入した後、石灰、スケール等の副原料を上方より装入し、酸素ランス９を用いて酸素を吹き込みながら、更に石灰とスケールを混合した粉体をインジェクションランス１０から溶銑４中に吹き込んで脱珪、脱燐処理を行った。該処理中に炉口部から目視でスラグフォーミングの発生状況を連続的に監視していたところ、処理開始から約４分後および約７分後に、フォーミングスラグ厚みが４ｍ以上となり炉口部からのスラグ飛散が激しくなったので、その都度、粒径１０〜５０ｍｍの石灰石７を、溶銑１トンあたり２．２ｋｇ、衝突エネルギーが８０００Ｎ・ｍとなるようスロッピング抑制剤装入装置６を用いて炉上から炉内のフォーミングスラグ３内に装入し、フォーミングスラグ厚さを２ｍ程度にまで沈静化してスロッピングを抑制した。
【００２７】
この様にしてスロッピング抑制を行うことで、脱珪・脱燐処理を中断することなく効率良く行うことができたため、１０分間の脱燐処理で溶銑中の燐含有量を０．１００質量％から０．０１０質量％にまで減少させることができた。上記実験条件および結果を表１に示す。尚、表１中のスロッピング指数とは、フォーミングスラグが溢れ出た場合を「大」とし、全く溢れ出なかった場合を「なし」とした場合のスロッピングの程度を示すものである。
【００２８】
【表１】
0003709141.tif 000002
【００２９】
＜比較例＞
スロッピング抑制剤として石灰石の代わりにコークスを用い、以下に示した方法でスロッピングを抑制した以外は実施例と同様にして脱珪・脱燐処理を行った。即ち、上記脱珪・脱燐処理中に炉口部から目視でスラグフォーミングの発生状況を連続的に監視していたところ、処理開始から約４分後以降にフォーミングスラグが厚さ４ｍ以上となり炉口部からのスラグの飛散が激しくなったため、コークスを、前記実施例にて用いた石灰石装入装置６を使用してフォーミングスラグの上方から表面へ装入した。溶銑１トンあたり２．２ｋｇ装入する作業を３回繰り返してスロッピングの抑制を試みたが、炉口からのスラグ流出を抑制することができなかった。そこで上吹き酸素供給速度を下げて脱燐処理を継続したが、十分なフォーミング抑制ができず、炉内のスラグが大量に炉口より炉外に流出したため脱燐に必要なスラグが不足し、溶銑中の燐含有量を０．１００質量％から０．０３０質量％にまでしか低減することができなかった。脱珪・脱燐処理に要した時間は１５分であり、その結果、転炉への溶銑運搬が遅れて転炉での待ち時間が生じ、作業効率が低下してしまうこととなった。またスロッピングによる溶銑中の鉄歩留りが上記実施例の場合と比較して１％低下する結果となった。比較例の実験条件及び結果を前記表１に併記する。
【００３０】
これらの結果より、本発明の如く適切な時期に適量の石灰石をフォーミングスラグ内に装入することで、鉄歩留りを低下させることなく十分な脱珪・脱燐処理をスムーズに行えることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、溶銑予備処理工程にて、本発明の如く溶銑予備処理容器内のフォーミングスラグ高さが一定の高さに至った時点で、溶銑予備処理容器の上方から石灰石をフォーミングスラグ内に装入すれば、有効にスロッピングを抑制しつつ脱珪・脱燐処理を進めることができ、その結果、製鋼工程の物流をより円滑にすることができるだけでなく、製鋼工程での鉄歩留まりも上昇させることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォーミングスラグへの石灰石の装入位置を示す概略図であり、（ａ）は装入した石灰石がフォーミングスラグ表面近傍にある場合、（ｂ）は装入した石灰石がフォーミングスラグ内にある場合、（ｃ）は装入した石灰石がフォーミングスラグ−溶銑界面にある場合を示している。
【図２】フォーミングスラグに石灰石を装入する際の該石灰石の衝突エネルギーとフォーミングスラグ内への石灰石装入指数との関係を示すグラフである。
【図３】溶銑１トンあたりの石灰石装入量（装入原単位）に対するスロッピング抑制効果の持続時間を示すグラフである。
【図４】実施例にて溶銑に石灰石を装入する方法を例示する概略図である。
【符号の説明】
１  石灰石
２  溶銑予備処理容器
３  フォーミングスラグ
４  溶銑
５  スラグ−溶銑界面
６  石灰石装入装置
７  粒径１０〜５０ｍｍの石灰石
８  転炉型溶銑予備処理容器
９  酸素ランス
１０  インジェクションランス
【図１】
0003709141.tif 000003
【図２】
0003709141.tif 000004
【図３】
0003709141.tif 000005
【図４】
0003709141.tif 000006