(57)【要約】【課題】  転炉内の溶銑を脱燐処理または脱炭精錬する際に、成分調整用のマンガン源として炉内に供給したマンガン酸化物を溶銑または溶鋼へ高い歩留まりで還元する。【解決手段】  精錬用粉体供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、別々に有する上吹きランス３を用い、燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給して上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、精錬用粉体供給流路から、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体を溶銑浴面に向けて添加し、且つ、精錬用酸化性ガス供給流路から精錬用酸化性ガスを供給して転炉２内の溶銑２６を酸化精錬する際に、燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／分）、精錬用粉体の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となるように発熱量Ｑ及び／または添加速度Ｓを調整する。【選択図】            図１
2014189859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬用粉体供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、それぞれ別々に有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給し、該燃焼用酸化性ガスと前記燃料ガスとで前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、前記精錬用粉体供給流路から、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体を不活性ガスとともに転炉内の溶銑浴面に向けて添加し、且つ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から精錬用酸化性ガスを転炉内の溶銑浴面に向けて供給して転炉内の溶銑を酸化精錬する、転炉における溶銑の精錬方法であって、
前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／分）、前記精錬用粉体の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、発熱量Ｑと添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となるように、発熱量Ｑ及び／または添加速度Ｓを調整することを特徴とする、転炉における溶銑の精錬方法。
【請求項２】
更に、前記精錬用粉体の平均粒径をＲ（μｍ）としたとき、前記発熱量Ｑと、前記添加速度Ｓと、前記平均粒径Ｒとの関係が、下記の（１）式の範囲内となるように、前記発熱量Ｑ、前記添加速度Ｓ、前記平均粒径Ｒのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする、請求項１に記載の転炉における溶銑の精錬方法。
Ｑ／Ｓ≧０．４×Ｒ0.2  …（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上吹きランスから精錬用酸化性ガスを転炉内の溶銑に吹き付け、溶銑を脱燐処理または脱炭精錬する方法に関し、詳しくは、上吹きランスの先端部に火炎を形成し、この火炎で、成分調整用のマンガン源として供給するマンガン酸化物を加熱し、これにより、マンガン酸化物の溶銑または溶鋼への還元歩留まりを高めることのできる精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉で製造された溶銑から鋼材製品を製造するためには、製鋼精錬工程を経る必要がある。この製鋼精錬工程では、溶銑に含まれる不純物成分を除去した上で、鋼材製品の材料特性に対応した組成への成分調整が行われる。溶銑に含まれる不純物成分としては、４質量％以上含有される炭素の他に、燐、硫黄などがあり、一方、鋼材製品の材料特性から要求される成分としては、強度や靭性を高める成分であるマンガンや珪素などがある。
【０００３】
製鋼精錬工程では、炭素や燐を除去するために、溶銑に大量の酸素を添加して酸化反応させたり、脱燐能に優れたスラグと溶銑とを反応させたりしている。特に、近年では、転炉を用いて溶銑中の炭素及び燐を同時に除去していた従来の溶鋼精錬方法に替わって、溶銑段階で予備処理として脱燐を主体とする精錬（「脱燐処理」、「予備脱燐処理」などと呼ばれる）を行い、その後、転炉で脱炭を主体とする精錬を行って、溶銑から溶鋼を製造する方法が行われている。
【０００４】
溶銑に予備処理として脱燐処理を行うことにより、後工程の転炉での脱炭精錬においては、脱燐精錬のための媒溶剤の添加が不要となり、炉内のスラグ量が少なくなったことで、炉内にマンガン鉱石を投入してマンガン酸化物を溶銑中の炭素で還元することが可能になった。これにより、溶鋼のマンガン成分調整のために使用されるマンガン系合金鉄の使用量を削減した操業が行われるようになった。
【０００５】
しかし、添加されたマンガン鉱石中のマンガンの一部は転炉脱炭精錬でのスラグ中に残留し、マンガンの溶鋼への歩留まりは６０〜７０質量％程度であり、これ以上にマンガンの歩留まりを高くすることは困難であった。マンガン歩留まりを高くするためには、スラグ中のマンガンの溶融鉄（溶銑または溶鋼）への還元を促進させて、スラグとメタルとのマンガン分配比を低くすることが必要となるが、マンガン分配比を低くすることは極めて困難である。これは、転炉脱炭精錬の終了時点においては、溶鋼中炭素濃度が減少してスラグの酸化度が増加することから、マンガンは酸化マンガンとなりやすく、スラグからのマンガンの還元が抑制され、逆に、マンガンが溶鋼からスラグへ移行するからである。
【０００６】
マンガン歩留まりの向上のみならず、鉄の酸化を抑制することを目的として、通常、脱炭精錬末期では酸素ガス供給流量（「送酸速度」ともいう）を減少させて、スラグの酸化度を高めないようにしている。しかし、送酸速度を下げると、溶融鉄とスラグとの酸素ジェットによる撹拌効果が低下することから、送酸速度を低下してもスラグの酸化度は期待するほど低下せず、スラグの酸化度を下げる効果に限界がある。また、送酸速度を下げた場合には、排ガス回収率の低下や精錬時間の延長が避けられないという問題も生じる。
【０００７】
また、マンガン分配比を低くするためには、マンガンのスラグ及びメタルへの収支上から、スラグ組成を制御したり、スラグ量を少なくしたりすることが必要であり、例えば、マンガン分配比を低くするべく、スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ2)）を高めに制御する方法が用いられている。しかし、予備処理として行う脱燐処理での脱燐が不十分で、溶銑の燐濃度が高い場合には、脱燐反応のためのＣａＯ源が必要になり、更に、マンガン鉱石には酸化珪素（ＳｉＯ2）を主体とする脈石が含まれることから、塩基度の高いスラグを確保するためには、生石灰などのＣａＯ源の添加量を増大させる必要がある。つまり、スラグの塩基度を高くすることはできるが、スラグ量が増大してしまい、スラグ量を減らすには限界がある。この場合、スラグ中のマンガン酸化物の濃度が減少しても、スラグ量が多くなるので、スラグ中に残留する酸化マンガンの量はそれほど減少しない。
【０００８】
更に、スラグの酸化度を積極的に低下させる手段として、転炉での脱炭精錬中に黒鉛などの炭材を添加することも行われているが、炭材に含有される窒素や硫黄が鋼材製品に悪影響を及ぼすことから、炭材の添加量は、極少ない範囲に限られ、具体的には、スラグのフォーミング制御に用いられる程度であり、スラグ中のマンガン酸化物を還元するほどには添加できない。
【０００９】
そこで、これらの問題を踏まえ、送酸速度やスラグ組成を調整することなく、マンガン分配比を低くすることを目的として、特許文献１には、予備脱燐処理では、溶銑中の燐濃度を鋼材製品の燐濃度レベルまで低減し、転炉脱炭精錬では、マンガン鉱石とプラスチックとから成形された含マンガンプラスチック成形体を脱炭精錬の後半で添加してプラスチックに含まれる炭素及び水素によりマンガン酸化物を還元する精錬方法が提案されている。この方法によれば、プラスチックに含まれる炭素及び水素によりマンガン酸化物を還元できるので、マンガン歩留まりを向上させることが可能となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、含マンガンプラスチック成形体を製造するプロセスが必要であり、溶鋼の製造コストを増加させる。また、塩素を含むプラスチックを使用した場合には、炉体耐火物の寿命が短くなるという問題も発生する。
【００１１】
ところで、近年の鋼材製品は、その成分組成を極狭い範囲に調整することが要求されており、従って、転炉から出鋼された溶鋼はＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉で精錬され、この二次精錬で溶鋼の成分調整が行われている。減圧下で行う二次精錬では、窒素、水素などのガス成分の除去も行われる。二次精錬でも溶鋼のマンガン成分調整が行われており、この成分調整には、通常、電解マンガンやマンガン系合金鉄が使用されている。高価なこれらの合金の代わりに、安価なマンガン鉱石を使用することで、原料コストが低下することから、二次精錬炉においてもマンガン源としてマンガン鉱石を使用することが望まれている。
【００１２】
しかし、二次精錬でマンガン鉱石をマンガン源として使用した場合には、マンガン鉱石の還元によって溶鋼は抜熱されることから、炭材などの昇熱剤が必要となる。昇熱剤として炭材を添加すると、炭材に含有される窒素や硫黄が溶鋼に溶け込み、その濃度が上昇する。二次精錬以降のプロセスで、これらの成分を除去するのは実質的に不可能であることから、添加量は限られたものとなる。また、転炉脱炭精錬終了時の温度を高めておくという方法も採り得るが、転炉耐火物の寿命が短くなるという問題がある。また更に、金属アルミニウムを昇熱剤として使用することは可能であるが、マンガンよりもアルミニウムの方が高価であり、金属アルミニウムをマンガン鉱石還元のための昇熱剤として使用することは、却って製造コストの上昇となる。
【００１３】
このような問題を起こすことなく、減圧下での二次精錬でマンガン鉱石の使用量を増大させることを目的として、特許文献２には、溶鋼をバーナーで加熱しながら減圧下で溶鋼浴面上に、珪素、マンガンまたは鉄の酸化物粉体などの酸化物粉体を投射して添加する真空精錬方法が提案されている。この方法によれば、バーナーにより溶鋼が加熱されるので、溶鋼温度の低下が抑制され、酸化物還元時の抜熱を補償することが可能となる。
【００１４】
しかしながら、特許文献２では、酸化物粉体の還元剤として溶鋼中に含有される炭素を使用しており、減圧下での二次精錬を行う前の溶鋼中炭素濃度は、通常、０．０２〜０．１０質量％程度であり、歩留まり良く還元される酸化物の量には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２５３３１７号公報
【特許文献２】特開平７−４１８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上吹きランスから精錬用酸化性ガスを転炉内の溶銑に吹き付け、溶銑を脱燐処理または脱炭精錬する際に、マンガン酸化物を含マンガンプラスチック成形体などのような成形体に加工することなく、成分調整用のマンガン源として炉内に供給した大量のマンガン酸化物を溶銑または溶鋼へ高い歩留まりで還元することのできる溶銑の精錬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］精錬用粉体供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、それぞれ別々に有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給し、該燃焼用酸化性ガスと前記燃料ガスとで前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、前記精錬用粉体供給流路から、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体を不活性ガスとともに転炉内の溶銑浴面に向けて添加し、且つ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から精錬用酸化性ガスを転炉内の溶銑浴面に向けて供給して転炉内の溶銑を酸化精錬する、転炉における溶銑の精錬方法であって、前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／分）、前記精錬用粉体の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、発熱量Ｑと添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となるように、発熱量Ｑ及び／または添加速度Ｓを調整することを特徴とする、転炉における溶銑の精錬方法。
［２］更に、前記精錬用粉体の平均粒径をＲ（μｍ）としたとき、前記発熱量Ｑと、前記添加速度Ｓと、前記平均粒径Ｒとの関係が、下記の（１）式の範囲内となるように、前記発熱量Ｑ、前記添加速度Ｓ、前記平均粒径Ｒのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする、上記［１］に記載の転炉における溶銑の精錬方法。
Ｑ／Ｓ≧０．４×Ｒ0.2  …（１）
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料ガスの発熱量Ｑと精錬用粉体の添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値を１．０ＭＪ／ｋｇ以上に制御して、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体を加熱するので、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体は、形成される火炎内を通過する際に高温（約２０００℃）に加熱され、これにより、精錬用粉体中のマンガン酸化物は、常温で安定形態であるＭｎＯ2から高温で安定形態であるＭｎＯに熱解離して、少ない還元剤の量でマンガン酸化物を十分に還元することが可能となる。つまり、マンガン酸化物を効率的に還元することが可能となる。その結果、マンガン酸化物を溶銑または溶鋼へ高い歩留まりで還元することが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施する際に用いる転炉設備の１例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す上吹きランスの概略拡大縦断面図である。
【図３】試験Ｎo.１〜９における比Ｑ／Ｓの値とマンガン歩留まりとの関係を示す図である。
【図４】試験Ｎo.２１〜４５における比Ｑ／Ｓの値とマンガン歩留まりとの関係を、精錬用粉体の平均粒径Ｒを指標として示す図である。
【図５】比Ｑ／Ｓの臨界点と精錬用粉体の平均粒径Ｒとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２１】
本発明は、転炉に収容された溶銑に対して上吹きランスから精錬用酸化性ガスを供給して行う酸化精錬を対象としており、この酸化精錬としては、現在、脱炭精錬の前に予備処理として行う溶銑の脱燐処理、並びに、溶銑の脱炭精錬が行われている。本発明は、溶銑の脱燐処理及び溶銑の脱炭精錬の何れにも適用することができる。この場合に、溶銑の脱炭精錬では、脱燐処理が予め施された溶銑を使用しても、脱燐処理が施されていない溶銑を使用してもどちらでも構わない。本発明を溶銑の脱燐処理に適用し、この脱燐処理によって精錬された溶銑を転炉で脱炭精錬する際にも本発明を適用することができる。精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガス（工業用純酸素）、酸素富化空気、酸素ガスと希ガスとの混合ガスが用いられるが、一般的には、酸素ガスが使用される。
【００２２】
本発明において使用する溶銑は、高炉で製造された溶銑であり、この溶銑を、溶銑鍋、トピードカーなどの溶銑搬送容器で受銑して、脱燐処理または脱炭精錬を実施する転炉に搬送する。本発明を適用して脱燐処理を行う場合には、少ない石灰系媒溶剤の使用量で効率的に脱燐処理することが可能となることから、脱燐処理前に溶銑中の珪素を予め除去（「溶銑の脱珪処理」という）し、溶銑の珪素含有量を０．２０質量％以下、望ましくは０．１０質量％以下まで低減させることが好ましい。脱珪処理を実施した場合には、脱珪処理時に生成したスラグを脱燐処理の前までに排滓する。当然ではあるが、脱珪処理を実施していない溶銑であっても本発明を適用して脱燐処理することができる。
【００２３】
以下、脱燐処理されていない溶銑の脱炭精錬に本発明を適用した場合を例として、本発明を説明する。脱燐処理されていない溶銑の脱炭精錬では、脱炭反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）と同時に脱燐反応（２Ｐ＋５Ｏ→Ｐ2Ｏ5）も起こり、溶銑中の炭素及び燐が除去される。当然ではあるが、溶銑の脱炭精錬では、炭素及び燐よりも酸素との親和力が強い珪素も溶銑から除去される。
【００２４】
図１は、本発明を実施する際に用いる転炉設備の１例を示す概略断面図、図２は、図１に示す上吹きランス３の概略拡大縦断面図である。図２では、上吹きランスの１例として６重管構造の上吹きランス３を示している。
【００２５】
図１に示すように、本発明に係る脱炭精錬で用いる転炉設備１は、その外殻を鉄皮４で構成され、鉄皮４の内側に耐火物５が施工された炉本体２と、この炉本体２の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス３とを備えている。炉本体２の上部には、脱炭精錬によって溶銑２６から溶製される溶鋼を出湯するための出湯口６が設けられ、また、炉本体２の炉底部には、攪拌用ガス２８を吹き込むための複数の底吹き羽口７が設けられている。この底吹き羽口７はガス導入管８と接続されている。
【００２６】
上吹きランス３には、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体２９を搬送用ガスとともに供給する精錬用粉体供給管９と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管１０と、燃料ガスを燃焼するための燃焼用酸化性ガスを供給する燃焼用酸化性ガス供給管１１と、精錬用酸化性ガスを供給する精錬用酸化性ガス供給管１２とが、接続されている。また、上吹きランス３には、上吹きランス３を冷却するための冷却水を供給・排出する冷却水給水管（図示せず）及び冷却水排水管（図示せず）とが、接続されている。
【００２７】
ここで、精錬用粉体２９は、マンガン酸化物の単体であってもよく、また、マンガン酸化物以外に、石灰系媒溶剤（生石灰、石灰石など）、酸化鉄（鉄鉱石、ミルスケール、鉄鋼回収ダストなど）、可燃性物質（アルミ灰、コークス、石炭など）のうちの１種または２種以上を含有してもよい。マンガン酸化物としては、一般的には、マンガン鉱石を使用するが、マンガン酸化物を含有するものである限り使用可能である。この精錬用粉体２９を搬送するための搬送用ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを使用する。燃料ガス供給管１０から供給する燃料ガスとしては、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガスなどを使用する。また、燃焼用酸化性ガス供給管１１から供給する、燃料ガスを燃焼するための燃焼用酸化性ガスとしては、酸素ガス、酸素富化空気、空気などを使用する。図１では、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスを酸素ガスとした例を示している。
【００２８】
尚、燃料ガスに代えて、重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料を使用することも可能であるが、流路出口のノズルなどで目詰まりを起こす虞があるので、本発明では燃料として燃料ガス（気体燃料）を使用する。気体燃料を使用すれば、ノズルなどの目詰まりを防止できるだけでなく、供給速度の調整が容易である、更には、着火しやすいので失火を防止できるなどの利点がある。
【００２９】
精錬用粉体供給管９の他方の端部は、精錬用粉体２９を収容したディスペンサー１３に接続され、また、ディスペンサー１３は、精錬用粉体搬送用ガス供給管９Ａに接続されている。精錬用粉体搬送用ガス供給管９Ａには不活性ガスが供給されている。つまり、精錬用粉体搬送用ガス供給管９Ａを通ってディスペンサー１３に供給された不活性ガスが、ディスペンサー１３に収容された精錬用粉体２９の搬送用ガスとして機能し、ディスペンサー１３に収容された精錬用粉体２９は精錬用粉体供給管９を通って上吹きランス３に供給され、上吹きランス３の先端から溶銑２６に向けて吹き付けることができるようになっている。
【００３０】
また、精錬用粉体搬送用ガス供給管９Ａは精錬用粉体供給管９と直接接続しており、遮断バルブ３４の開閉により、精錬用粉体２９を搬送せずに、不活性ガスを直接上吹きランス３に供給することもできるように構成されている。精錬用粉体２９を搬送する場合には、遮断バルブ３４は閉ざされる。
【００３１】
本発明で使用する上吹きランスの１例として図２に示す６重管構造の上吹きランス３は、円筒状のランス本体１４と、このランス本体１４の下端に溶接などにより接続された銅鋳物製のランスチップ１５とで構成されており、ランス本体１４は、最内管２０、仕切り管２１、内管２２、中管２３、外管２４、最外管２５の同心円形状の６種の鋼管、即ち６重管で構成されている。精錬用粉体供給管９は最内管２０に連通し、燃料ガス供給管１０は仕切り管２１に連通し、燃焼用酸化性ガス供給管１１は内管２２に連通し、精錬用酸化性ガス供給管１２は中管２３に連通し、冷却水の給水管及び排水管はそれぞれ外管２４または最外管２５の何れか一方に連通している。つまり、精錬用粉体２９が搬送用ガスとともに最内管２０の内部を通り、プロパンガスなどの燃料ガスが最内管２０と仕切り管２１との間隙を通り、燃焼用酸化性ガスが仕切り管２１と内管２２との間隙を通り、精錬用酸化性ガスが内管２２と中管２３との間隙を通るように構成されている。中管２３と外管２４との間隙及び外管２４と最外管２５との間隙は、冷却水の給水流路または排水流路となっている。中管２３と外管２４との間隙及び外管２４と最外管２５との間隙のうちの一方が給水流路で、他方が排水流路であり、どちらを給水流路としても構わない。冷却水は、ランスチップ１５の位置で反転するように構成されている。
【００３２】
最内管２０の内部は、ランスチップ１５のほぼ軸心位置に配置された精錬用粉体噴射孔１６と連通し、最内管２０と仕切り管２１との間隙は、精錬用粉体噴射孔１６の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃料ガス噴射孔１７と連通している。また、仕切り管２１と内管２２との間隙は、燃料ガス噴射孔１７の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃焼用酸化性ガス噴射孔１８と連通し、内管２２と中管２３との間隙は、燃焼用酸化性ガス噴射孔１８の周辺に複数個設置された精錬用酸化性ガス噴射孔１９と連通している。精錬用粉体噴射孔１６は、精錬用粉体２９を搬送用ガスとともに吹き付けるためのノズル、燃料ガス噴射孔１７は、燃料ガスを噴射するためのノズル、燃焼用酸化性ガス噴射孔１８は、燃料ガスを燃焼する燃焼用酸化性ガスを噴射するためのノズル、精錬用酸化性ガス噴射孔１９は、精錬用酸化性ガスを吹き付けるためのノズルである。
【００３３】
つまり、最内管２０の内部が精錬用粉体供給流路３０となり、最内管２０と仕切り管２１との間隙が燃料ガス供給流路３１となり、仕切り管２１と内管２２との間隙が燃焼用酸化性ガス供給流路３２となり、内管２２と中管２３との間隙が精錬用酸化性ガス供給流路３３となっている。尚、図２において、精錬用粉体噴射孔１６はストレート形状のノズルであり、一方、精錬用酸化性ガス噴射孔１９は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されるラバールノズルの形状を採っているが、精錬用粉体噴射孔１６も、ラバールノズル形状としても構わない。燃料ガス噴射孔１７及び燃焼用酸化性ガス噴射孔１８は円環のスリット状に開口するストレート型のノズル、または断面が円形のストレート形状のノズルである。ラバールノズルにおいて、縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体の境界である最も断面が狭い位置をスロートと呼んでいる。
【００３４】
この構成の転炉設備１を用い、精錬用粉体２９に含有されるマンガン酸化物を高い歩留まりで溶銑２６から溶製される溶鋼に還元することを目的とする本発明に係る脱炭精錬を、以下に示すようにして溶銑２６に対して実施する。
【００３５】
先ず、炉本体２の内部へ冷鉄源を装入する。使用する冷鉄源としては、製鉄所で発生する鋳片及び鋼板のクロップ屑や市中屑などの鉄スクラップ、磁力選別によってスラグから回収した地金、更には、冷銑、直接還元鉄などを使用することができる。冷鉄源の配合比率は、装入する全鉄源に対して４．０質量％以上、望ましくは５．０質量％以上とすることが好ましい。冷鉄源の配合比率は、下記の（２）式で定義される。
冷鉄源配合比率(質量％)＝冷鉄源配合量×100/(溶銑配合量＋冷鉄源配合量)  …（２）
冷鉄源の配合比率が４．０質量％以上となることで、生産性向上の効果が現れると同時に、ＣＯ2ガス発生量の削減効果が得られるからである。冷鉄源の配合比率の上限は特に決める必要はなく、脱炭精錬終了時の溶鋼温度が目標範囲を維持できる上限まで添加することができる。冷鉄源の装入完了に前後して、底吹き羽口７から攪拌用ガス２８の吹き込みを開始する。
【００３６】
冷鉄源の炉本体２への装入後、溶銑２６を炉本体２へ装入する。用いる溶銑２６は、製造目標の鋼材製品の成分規格に基づき、必要に応じて予め脱硫処理を実施する。因みに、脱燐処理が施されていない溶銑２６の主な化学成分は、炭素：３．８〜５．０質量％、珪素：０．２〜０．５質量％、燐：０．０８〜０．２質量％、硫黄：０．０５質量％以下程度である。
【００３７】
但し、脱燐処理が施されていない溶銑２６の脱炭精錬では脱燐反応を生じさせる必要があり、そのためには、炉本体内で生成されるスラグ２７の塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ2)）を２．０以上に確保する必要がある。炉内のスラグ２７の量が多くなるとマンガン酸化物の還元効率が低くなるので、炉内でのスラグ発生量を少なくしてマンガン酸化物の還元効率を高めるために、予め溶銑２６に脱珪処理を行い、溶銑中の珪素濃度を０．２０質量％以下、望ましくは０．１０質量％以下まで低減しておくことが好ましい。溶銑中の珪素濃度を予め下げておくことで、スラグ２７の塩基度を２．０以上に確保しても、スラグ２７の発生量を抑えることができる。また、溶銑温度は１２００〜１４００℃の範囲であれば、問題なく脱炭精錬することができる。
【００３８】
次いで、上吹きランス３の精錬用酸化性ガス噴射孔１９から、精錬用酸化性ガスを溶銑２６の浴面に向けて吹き付けるとともに、ディスペンサー１３に不活性ガスを供給し、上吹きランス３の精錬用粉体噴射孔１６から、精錬用粉体２９を不活性ガスを搬送用ガスとして溶銑２６の浴面に向けて吹き付ける。この精錬用粉体２９の吹き付けに前後して、上吹きランス３の燃料ガス噴射孔１７から燃料ガスを噴射させるとともに、上吹きランス３の燃焼用酸化性ガス噴射孔１８から燃焼用酸化性ガスを噴射させ、上吹きランス３の下方に火炎を発生させる。
【００３９】
燃料ガス噴射孔１７から供給される燃料ガスと、燃焼用酸化性ガス噴射孔１８から供給される燃焼用酸化性ガスとは、上吹きランス半径方向の全方位で近接しているので、各々干渉し合い、雰囲気温度が高いこともあって、点火装置がなくても燃焼限界範囲内にガス濃度が達した時点で燃焼し、上吹きランス３の下方に火炎が形成される。その際、上吹きランス３に供給する燃料ガスの供給流量と燃焼用酸化性ガスの供給流量とを調整して、燃焼用酸化性ガスによって燃料ガスを完全燃焼させる。この場合、炉本体２の内部で完全燃焼するように、燃料ガス及び燃焼用酸化性ガスの供給流量を制御する。
【００４０】
このようにして溶銑２６を脱炭精錬する際に、本発明においては、燃料ガス噴射孔１７から供給される燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／分）、精錬用粉体噴射孔１６から供給される精錬用粉体２９の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、発熱量Ｑと添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となるように、発熱量Ｑ及び／または添加速度Ｓを調整する。
【００４１】
比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となるように制御することで、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体２９は、形成される火炎で十分に加熱され、２０００℃以上の温度に加熱された状態で溶銑２６に供給される。比Ｑ／Ｓの値を大きくするほど精錬用粉体２９の温度は上昇するが、燃料ガス効率が低下するので、比Ｑ／Ｓの値は５．０ＭＪ／ｋｇ以下とすることが好ましい。
【００４２】
精錬用粉体２９に含有されるマンガン酸化物は、２０００℃以上の温度に加熱される過程で下記の（３）式、（４）式及び（５）式に示す熱解離を生じ、常温ではＭｎＯ2の形態であったマンガン酸化物は、高温での安定形態であるＭｎＯの形態で溶銑２６に供給される。
【００４３】
ＭｎＯ2(ｓ)＝１/２Ｍｎ2Ｏ3(ｓ)＋１/４Ｏ2(ｇ)  …（３）
Ｍｎ2Ｏ3(ｓ)＝２/３Ｍｎ3Ｏ4(ｓ)＋１/６Ｏ2(ｇ)  …（４）
Ｍｎ3Ｏ4(ｓ)＝３ＭｎＯ(ｓ)＋１/２Ｏ2(ｇ)  …（５）
尚、（３）式の反応は約４００℃以上で起こり、（４）式の反応は約１０００℃以上で起こり、（５）式の反応は約１７００℃以上で起こる。（３）式〜（５）式における（ｓ）は固体、（ｇ）は気体を表している。
【００４４】
即ち、マンガン酸化物は２０００℃以上に加熱されることで、還元されたと同様に酸素含有量を減少させ、その結果、常温のマンガン酸化物を還元する場合に比較して、少ない量の還元剤で還元することが可能となる。溶銑２６には炭素が含有されており、この炭素がマンガン酸化物の還元剤として機能するが、還元対象のマンガン酸化物がＭｎＯ2からＭｎＯに変わることで、溶銑中炭素の還元剤としての熱力学的な機能が大幅に増大し、下記の（６）式に示す、マンガン酸化物の還元反応が促進される。また、（６）式は吸熱反応であり、マンガン酸化物自体が加熱されることで、（６）式の反応が促進される。
【００４５】
ＭｎＯ(ｓ)＋［Ｃ］＝［Ｍｎ］＋ＣＯ(ｇ)  …（６）
つまり、高い歩留まりでマンガン酸化物を溶銑中に還元することが実現される。尚、（６）式の［Ｃ］は溶銑中の炭素、［Ｍｎ］は溶銑中のマンガンを表している。
【００４６】
また、本発明において、精錬用粉体噴射孔１６から供給される精錬用粉体２９の平均粒径をＲ（μｍ）としたとき、前記発熱量Ｑと、前記添加速度Ｓと、前記平均粒径Ｒとの関係が、下記の（１）式の範囲内となるように、前記発熱量Ｑ、前記添加速度Ｓ、前記平均粒径Ｒのうちの少なくとも１つを調整することが好ましい。
【００４７】
Ｑ／Ｓ≧０．４×Ｒ0.2  …（１）
（１）式を満足するように制御することで、更に高い歩留まりでマンガン酸化物を溶銑中に還元することが実現される。
【００４８】
また、精錬用粉体噴射孔１６から搬送用ガスとともに噴射される精錬用粉体２９のうちで、非燃性の石灰系媒溶剤及び酸化鉄は、形成される火炎の熱を受けて加熱または加熱・溶融し、加熱または溶融した状態で溶銑２６の浴面に吹き付けられる。これにより、加熱された精錬用粉体２９の熱が溶銑２６に着熱し、溶銑２６の温度が上昇して、添加した冷鉄源の溶解が促進される。また、精錬用粉体噴射孔１６から搬送用ガスとともに噴射される精錬用粉体２９のうちの可燃性物質は、火炎によって燃焼し、燃料ガスの燃焼熱に加えて可燃性物質の燃焼熱が溶銑２６の加熱に寄与し、溶銑２６の温度が上昇して、添加した冷鉄源の溶解が促進される。
【００４９】
溶銑２６の脱燐反応は、溶銑中の燐が酸化性ガスまたは酸化鉄と反応して燐酸化物（Ｐ2Ｏ5）を形成し、この燐酸化物が石灰系媒溶剤の滓化によって形成されるスラグ２７に、３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5の形態で吸収されることで進行する。しかも、石灰系媒溶剤の滓化が促進されるほど脱燐速度が速くなる。従って、特に、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ3）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)2）などの石灰系媒溶剤を精錬用粉体２９に配合することが好ましい。石灰系媒溶剤を精錬用粉体２９に配合しない場合や、精錬用粉体２９に配合する場合であっても添加量が不足する場合には、石灰系媒溶剤を炉内に投入添加する。
【００５０】
溶銑２６の脱炭反応が進行し、目標とする炭素濃度の溶鋼が溶製されたなら、上吹きランス３から炉内への全ての供給を停止して脱炭精錬を終了する。脱炭精錬後、炉本体２を傾動させて溶製された溶鋼を、出湯口６を介して、取鍋などの溶鋼保持容器に出湯し、出湯した溶鋼を次工程に搬送する。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、燃料ガスの発熱量Ｑと精錬用粉体２９の添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値を１．０ＭＪ／ｋｇ以上に制御して、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体２９を加熱するので、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体２９は、形成される火炎内を通過する際に高温（約２０００℃）に加熱され、これにより、精錬用粉体中のマンガン酸化物は、常温で安定形態であるＭｎＯ2から高温で安定形態であるＭｎＯに熱解離し、少ない還元剤の量でマンガン酸化物を十分に還元することが可能となり、その結果、マンガン酸化物を溶銑または溶鋼へ高い歩留まりで還元することが実現される。
【００５２】
尚、上記説明は、脱燐処理されていない溶銑を転炉にて脱炭精錬する場合を例として行ったが、脱燐処理が施された溶銑を転炉にて脱炭精錬する場合でも、上記に沿って脱炭精錬することで、本発明を適用することができる。また、予備処理として行う、転炉における溶銑の脱燐処理においても、上記に沿って酸化精錬することで、本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００５３】
図１に示す転炉設備と同一の構造である、炉容量が２．５トンの小型転炉設備を用い、マンガン酸化物を含有する精錬用粉体を上吹きランスの先端下方に形成される火炎で加熱しながら上吹き添加して、脱燐処理されていない溶銑の脱炭精錬を行う際に、上吹きランスから供給する燃料ガスの発熱量Ｑと上吹きランスから供給する精錬用粉体の添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値を変更し、比Ｑ／Ｓの値がマンガン酸化物中のマンガンの溶鋼への歩留まりに及ぼす影響を調査する試験を行った（試験Ｎo.１〜９）。また、上吹きランスの先端に火炎を形成するが、上吹きランスからは精錬用粉体を供給せずに、精錬用粉体を転炉上方から投入添加する試験も行った（試験Ｎo.１０）。
【００５４】
精錬用粉体としては、マンガン鉱石と生石灰と鉄鉱石とを４：５：３の割合で混合した、平均粒径が１００μｍである混合物を使用した。但し、試験Ｎo.１０では、マンガン鉱石、生石灰及び鉄鉱石は、粒状のものを使用し（粒径１０〜５０ｍｍ）、これらの混合物を転炉上方から添加した。燃料ガスとしてはプロパンガスを使用した。
【００５５】
これらの試験において使用した上吹きランスは、図２に示す上吹きランスと同様に、６重管構造のものであり、その横断面において中心から、精錬用粉体供給流路、燃料ガス供給流路、燃焼用酸化性ガス供給流路、精錬用酸化性ガス供給流路、冷却水の給水流路、冷却水の排水流路の順に構成されている。
【００５６】
精錬用粉体はランス中心の円形ストレート型の精錬用粉体噴射孔から、燃料ガスは円環状（リング状）の燃料ガス噴射孔から、燃料ガスを燃焼する燃焼用の酸素ガスは円環状（リング状）の燃焼用酸化性ガス噴射孔から、精錬用の酸素ガスは同心円状に配置した３個のラバールノズル型の精錬用酸化性ガス噴射孔から炉内に供給した。精錬用粉体噴射孔は内径１１．５ｍｍであり、燃料ガス噴射孔は円環状スリットの隙間が１．０ｍｍであり、燃焼用酸化性ガス噴射孔は円環状スリットの隙間が１．８５ｍｍであり、精錬用酸化性ガス噴射孔はスロート径が９．１ｍｍのラバールノズルで、ランス中心軸に対して１５°の吐出角度（「傾角」という）を有しているものである。
【００５７】
試験は、転炉炉本体に、先ず、鉄スクラップを装入した後、温度が１３５０℃の溶銑を装入し、次いで、上吹きランスから、精錬用粉体、プロパンガス、燃焼用の酸素ガス、精錬用の酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んだ。プロパンガスと燃焼用の酸素ガスとで上吹きランスの下方には火炎が形成された。使用したマンガン鉱石中の金属マンガン純分は４８質量％であり、また、表１に、これらの試験で使用した溶銑の温度及び化学組成を示す。
【００５８】
【表１】
2014189859.tif 000003
【００５９】
精錬用粉体の搬送用ガスには窒素ガスを用い、その流量は０．７０Ｎｍ3／分とした。燃焼用の酸素ガスの供給流量はプロパンガスを完全燃焼させるのに必要な量とした。精錬用の酸素ガスの流量は、吹錬開始時から１５分経過するまでの範囲を８．０Ｎｍ3／分、１５分経過以降から脱炭精錬終了までは５．５Ｎｍ3／分とした。底吹き撹拌ガス吹き込み流量は吹錬開始時から脱炭精錬終了までの全範囲で０．２５Ｎｍ3／分とした。鉄スクラップの装入量は、脱炭精錬終了時の溶鋼温度が１６５０℃となるように調節した。精錬用粉体の添加時間は全ての試験で１０分間とした。尚、プロパンガスの発熱量は９９．１ＭＪ／Ｎｍ3で換算した。試験Ｎo.１０では、プロパンガスの供給量は０．３０Ｎｍ3／分とした。その他の条件は試験Ｎo.１〜９と同一の条件とした。
【００６０】
試験Ｎo.１〜１０における操業条件及び操業結果を表２に示す。表２の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」と表示し、本発明の範囲外の試験を「比較例」と表示している。
【００６１】
【表２】
2014189859.tif 000004
【００６２】
表２に示すように、試験Ｎo.６と試験Ｎo.１０とでマンガン歩留まり（「Ｍｎ歩留まり」とも記す）を比較すると、本発明を適用することでマンガン歩留まりを高めた操業が可能であることが確認された。また、図３に、試験Ｎo.１〜９における比Ｑ／Ｓの値とマンガン歩留まりとの関係を示す。図３からも明らかなように、比Ｑ／Ｓの値が１．０ＭＪ／ｋｇ以上となる条件で、マンガン歩留まりが著しく増加することが確認できた。
【実施例２】
【００６３】
実施例１で使用した小型転炉設備、及び、実施例１で使用した上吹きランスを用いて、脱燐処理されていない溶銑の脱炭精錬を行う際に、上吹きランスから供給する燃料ガスの発熱量Ｑと上吹きランスから供給する精錬用粉体の添加速度Ｓとの比Ｑ／Ｓの値を変更し、更に、使用する精錬用粉体の平均粒径Ｒを変更し、比Ｑ／Ｓの値及び平均粒径Ｒのマンガン酸化物中のマンガンの溶鋼への歩留まりへの影響を調査する試験を行った（試験Ｎo.２１〜４５）。
【００６４】
精錬用粉体としては、マンガン鉱石と生石灰と鉄鉱石とを４：５：３の割合で混合した混合物を使用し、この精錬用粉体の平均粒径Ｒを、１０００μｍ、２５０μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍの５水準に変更した。また、燃料ガスとしてはプロパンガスを使用した。
【００６５】
試験は、転炉炉本体に、先ず、鉄スクラップを装入した後、温度が１３５０℃の溶銑を装入し、次いで、上吹きランスから、精錬用粉体、プロパンガス、燃焼用の酸素ガス、精錬用の酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んだ。プロパンガスと燃焼用の酸素ガスとで上吹きランスの下方には火炎が形成された。使用したマンガン鉱石中の金属マンガン純分は４８質量％であった。使用した溶銑の化学組成は実施例１と同一である。
【００６６】
精錬用粉体の搬送用ガスには窒素ガスを用い、その流量は０．７０Ｎｍ3／分とした。燃焼用の酸素ガスの供給流量はプロパンガスを完全燃焼させるのに必要な量とした。精錬用の酸素ガスの流量は、吹錬開始時から１５分経過するまでの範囲を８．０Ｎｍ3／分、１５分経過以降から脱炭精錬終了までは５．５Ｎｍ3／分とした。底吹き撹拌ガス吹き込み流量は吹錬開始時から脱炭精錬終了までの全範囲で０．２５Ｎｍ3／分とした。鉄スクラップの装入量は、脱炭精錬終了時の溶鋼温度が１６５０℃となるように調節した。精錬用粉体の添加時間は全ての試験で１０分間とした。尚、プロパンガスの発熱量は９９．１ＭＪ／Ｎｍ3で換算した。
【００６７】
試験Ｎo.２１〜４５における操業条件及び操業結果を表３に示す。表３の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」と表示し、本発明の範囲外の試験を「比較例」と表示している。
【００６８】
【表３】
2014189859.tif 000005
【００６９】
図４に、試験Ｎo.２１〜４５における比Ｑ／Ｓの値とマンガン歩留まりとの関係を、精錬用粉体の平均粒径Ｒを指標として示す。図４に示すように、比Ｑ／Ｓの値の増加に伴ってマンガン歩留まりは増加するものの、精錬用粉体の平均粒径Ｒが増加するにつれて、比Ｑ／Ｓが同一の場合のマンガン歩留まりが低下することがわかった。ここで、図４において、マンガン歩留まりが急激に上昇する比Ｑ／Ｓの値（以下、「比Ｑ／Ｓの臨界点」と称す）を精錬用粉体の平均粒径Ｒ別に求めた。例えば、平均粒径Ｒが１０００μｍの精錬用粉体では、比Ｑ／Ｓの臨界点は比Ｑ／Ｓが約１．５７ＭＪ／ｋｇのときである。
【００７０】
このようにして求めた比Ｑ／Ｓの臨界点を縦軸とし、精錬用粉体の平均粒径Ｒを横軸として、比Ｑ／Ｓの臨界点と精錬用粉体の平均粒径Ｒとの関係を図５に示す。図５に基づいて、マンガン歩留まりの高い範囲を比Ｑ／Ｓの臨界点と平均粒径Ｒの関係で近似すると、マンガン歩留まりの高い範囲は、下記の（１）式の範囲内であることがわかった。
Ｑ／Ｓ≧０．４×Ｒ0.2  …（１）
但し、（１）式において、Ｑは燃料ガスの発熱量（ＭＪ／分）、Ｓは精錬用粉体の添加速度（ｋｇ／分）、Ｒは精錬用粉体の平均粒径（μｍ）である。また、図５では横軸を対数目盛りで表示している。尚、比Ｑ／Ｓの臨界点は、（１）式に示すように、精錬用粉体の平均粒径Ｒによって変化するが、比Ｑ／Ｓの上限値は、精錬用粉体の平均粒径Ｒに影響することはなく、精錬用粉体の平均粒径Ｒに拘わらず、５．０ＭＪ／ｋｇ以下とすることが好ましい。
【００７１】
即ち、燃料ガスの発熱量Ｑ、精錬用粉体の添加速度Ｓ、精錬用粉体の平均粒径Ｒのうちの少なくとも１つを調整して（１）式の関係を満足させることで、マンガン歩留まりを向上させることが可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００７２】
１  転炉設備
２  炉本体
３  上吹きランス
４  鉄皮
５  耐火物
６  出湯口
７  底吹き羽口
８  ガス導入管
９  精錬用粉体供給管
１０  燃料ガス供給管
１１  燃焼用酸化性ガス供給管
１２  精錬用酸化性ガス供給管
１３  ディスペンサー
１４  ランス本体
１５  ランスチップ
１６  精錬用粉体噴射孔
１７  燃料ガス噴射孔
１８  燃焼用酸化性ガス噴射孔
１９  精錬用酸化性ガス噴射孔
２０  最内管
２１  仕切り管
２２  内管
２３  中管
２４  外管
２５  最外管
２６  溶銑
２７  スラグ
２８  攪拌用ガス
２９  精錬用粉体
３０  精錬用粉体供給流路
３１  燃料ガス供給流路
３２  燃焼用酸化性ガス供給流路
３３  精錬用酸化性ガス供給流路
３４  遮断バルブ
【図１】
2014189859.tif 000006
【図２】
2014189859.tif 000007
【図３】
2014189859.tif 000008
【図４】
2014189859.tif 000009
【図５】
2014189859.tif 000010