(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
[Si]が0.25質量％以上含有する溶銑を取鍋に装入して、前記取鍋内の溶銑に酸素ランスから酸素を吹き付けると共にインジェクションランスから酸素ランスの方向に攪拌用ガスおよび精錬剤を吹き込むことで、溶銑の脱珪及び脱硫を行う溶銑の精錬方法であって、
前記酸素ランス及びインジェクションランスの操業条件を以下のようにし、
且つ、前記精錬剤を脱珪剤からＣａＯとＭｇを含む脱硫剤に切り替えて、脱珪から脱硫処理に移行する際のスラグ組成がCaO/SiO2＝0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%の範囲となるように調整することを特徴とする溶銑の精錬方法。
θinj＝0（ninj＝1の場合）またはθinj＝30〜120（ninj≧2の場合）
Hinj/Hm≦0.46
Rinj/Rlad≦0.34
noxy＝2〜4
doxy＝0.015〜0.045
θoxy＝5〜20
Hoxy＝1〜2    
0.20≦Loxy≦16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25
Fr＝(ρg/(ρm-ρg))×(((Qinj×Wm/60/ninj)/(π×(dinj/2)^2))^2/(dinj×g))
ここで、
θinj：取鍋に挿入したインジェクションランスを当該取鍋の上方から平面視した場合のインジェクションランスのノズル孔間角度［°］
Hinj：インジェクションランス先端部と取鍋底との距離［m］
Hm：溶銑深さ［m］
Rinj：インジェクションランスの水平断面視で取鍋の中心から半径方向へのずれ［m］
Rlad：取鍋半径［m］
noxy：酸素ランスのノズル孔数［-］
doxy：酸素ランスのノズル孔径［m］
θoxy：酸素ランスのノズル傾斜角度［°］
Hoxy：酸素ランス高さ（ノズル吐出部から湯面までの距離）［m］
Loxy：酸素ランスとインジェクションランスの水平距離［m］
Fr：修正フルード数［-］
dinj：インジェクションランスのノズル孔径［m］
θinj-oxy：酸素ランス側におけるインジェクション方向と酸素ランス方向の最小角度［°］
ninj：インジェクションランスのノズル孔数［-］
Qinj：攪拌用ガス流量［Nm3/min/t］
Wm：溶銑量［t］
ρm：溶銑密度［kg/m3］
ρg：キャリアガス密度［kg/m3］
g：重力加速度［m/s2］
「^」は、べき乗を意味する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱珪及び脱硫を行う溶銑の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、高炉で生産された溶銑は、混銑車や搬送用の取鍋に装入された上で、溶銑の成分調整を行う転炉工程へ移送される。溶銑が装入された取鍋では、溶銑に精錬剤を供給して脱珪、脱りん、脱硫を行い予備的に溶銑の成分調整処理を行うようにしている（溶銑予備処理工程）。
この溶銑予備処理工程における技術を開示した特許文献としては、以下のものがある。
【０００３】
特許文献１〜３は、取鍋において溶銑予備処理や二次精錬処理を行う技術を開示しており、例えば、特許文献１には、 溶銑予備処理として容器内で行われ、送酸ランスから容器内に気体酸素源を供給しつつ溶銑を脱珪処理する方法が開示され、容器に設けられた底吹きノズル又は浸漬ランスから撹拌ガス又は撹拌ガスと粉体を浴中に吹き込んで浴を撹拌することが開示されている。
【０００４】
特許文献４〜７は、溶銑予備処理や二次精錬処理において、酸素ランスやインジェクションランスの設置位置などを規定する技術を開示しており、例えば、特許文献４には、取鍋内溶鋼中に不活性ガスを吹き込む溶鋼の二次精錬方法であって、溶鋼中に浸漬したガス吹き込みランスから溶鋼中に不活性ガスを吹き込み、溶鋼表面であって吹き込んだ不活性ガスが浮上する部分を取り囲む位置に浸漬管を配置し、該浸漬管はその下端部を溶鋼表面に浸漬し、前記ガス吹き込みランスの途中に配置した酸素ノズルから浸漬管で取り囲む空間の溶鋼表面に酸素ガスを吹き付ける溶鋼の二次精錬方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４１３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−７３１１４号公報
【特許文献３】特開２００４−２９２９２４号公報
【特許文献４】特開２００５−２３３３３号公報
【特許文献５】特開平６−４１３１２号公報
【特許文献６】特開２００８−２３１４７７号公報
【特許文献７】特開昭６０−２３４９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、溶銑予備処理工程における技術を開示した特許文献は数々開示されているが、高炉から出銑された溶銑を同一の取鍋において、脱珪・脱硫の連続処理を高効率で行える技術を開示されたものは少ない。
例えば、特許文献１〜３は、溶銑予備処理での酸素ランスやインジェクションランスの設置位置などを明確に規定する技術とはなっておらず、高効率の精錬処理を行うことができないのが実情である。
【０００７】
特許文献４〜６は、酸素ランスやインジェクションランスの設置位置、操業条件の一部を規定するだけであり、実際の現場にて適用しようとしても、他の操業条件をどのようにしたらよいか不明なばかりか、結果的に高効率の精錬処理が行えない虞もある。
特許文献７は、酸素ランスやインジェクションランスの設置位置、操業条件のある程度開示するものの、精錬を行う容器が溶銑予備処理炉（転炉）であって、取鍋を用いた精錬処理における操業条件を規定するものとはなっていない。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点を鑑み、インジェクションランス及び酸素ランスを用いて容器内の溶銑の脱珪脱硫を行うに際し、脱珪処理から脱硫処理の切り替え時にスラグを除去することなく効率よく精錬を行うことができる溶銑の精錬方法を提供することを目的とする。            
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る溶銑の精錬方法は、[Si]が0.25質量％以上含有する溶銑を取鍋に装入して、前記取鍋内の溶銑に酸素ランスから酸素を吹き付けると共にインジェクションランスから酸素ランスの方向に攪拌用ガスおよび精錬剤を吹き込むことで、溶銑の脱珪及び脱硫を行う溶銑の精錬方法であって、前記酸素ランス及びインジェクションランスの操業条件を以下のようにし、且つ、前記精錬剤を脱珪剤からＣａＯとＭｇを含む脱硫剤に切り替えて、脱珪から脱硫処理に移行する際のスラグ組成がCaO/SiO2＝0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%の範囲となるように調整することを特徴とする。
【００１０】
θinj＝0（ninj＝1の場合）またはθinj＝30〜120（ninj≧2の場合）
Hinj/Hm≦0.46
Rinj/Rlad≦0.34
noxy＝2〜4
doxy＝0.015〜0.045
θoxy＝5〜20
Hoxy＝1〜2    
0.20≦Loxy≦16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25
Fr＝(ρg/(ρm-ρg))×(((Qinj×Wm/60/ninj)/(π×(dinj/2)^2))^2/(dinj×g))
ここで、
θinj：取鍋に挿入したインジェクションランスを当該取鍋の上方から平面視した場合のインジェクションランスのノズル孔間角度［°］
Hinj：インジェクションランス先端部と取鍋底との距離［m］
Hm：溶銑深さ［m］
Rinj：インジェクションランスの水平断面視で取鍋の中心から半径方向へのずれ［m］
Rlad：取鍋半径［m］
noxy：酸素ランスのノズル孔数［-］
doxy：酸素ランスのノズル孔径［m］
θoxy：酸素ランスのノズル傾斜角度［°］
Hoxy：酸素ランス高さ（ノズル吐出部から湯面までの距離）［m］
Loxy：酸素ランスとインジェクションランスの水平距離［m］
Fr：修正フルード数［-］
dinj：インジェクションランスのノズル孔径［m］
θinj-oxy：酸素ランス側におけるインジェクション方向と酸素ランス方向の最小角度［°］
ninj：インジェクションランスのノズル孔数［-］
Qinj：攪拌用ガス流量［Nm3/min/t］
Wm：溶銑量［t］
ρm：溶銑密度［kg/m3］
ρg：キャリアガス密度［kg/m3］
g：重力加速度［m/s2］
「^」は、べき乗を意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インジェクションランス及び酸素ランスを用いて容器内の溶銑の脱珪脱硫を行うに際し、脱珪処理から脱硫処理の切り替え時にスラグを除去することなく効率よく精錬を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】精錬設備（予備処理設備）の概略図及び各種寸法を示す図である。
【図２】水モデルにおける気泡到達距離をまとめた図である。
【図３】ノズル吐出孔の位置のパターンを示した平面図である。
【図４】実施例及び比較例におけるノズル吐出孔の位置を示した平面図である。
【図５】実施例及び比較例におけるノズル吐出孔の位置を示した他の平面図である。
【図６】ノズル吐出孔間の角度θinjと精錬効率（脱珪酸素効率及び脱硫石灰効率）の関係をまとめた図である。
【図７】Hinj/Hmと精錬効率の関係をまとめた図である。
【図８】Rinj/Rladと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図９】インジェクションランスの吹き込みにおける指向性と精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１０】noxyと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１１】doxyと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１２】θoxyと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１３】Hoxyと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１４】Loxyと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１５】CaO/SiO2と精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１６】T.Feと精錬効率との関係をまとめた図である。
【図１７】実施例及び比較例の脱珪酸素効率及び脱硫石灰効率をまとめた図である。
【図１８】Loxy-16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)と精錬効率との関係をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
高炉で出銑された溶銑は、まず、脱珪処理や脱硫処理などの予備処理が行われた後、脱炭処理などが行われるのが一般的である。溶銑の脱珪処理や脱硫処理などの予備処理は、混銑車などでも行われるが、本発明では、取鍋での予備処理（脱珪処理、脱硫処理）を対象としている。
【００１４】
高炉から出銑された溶銑において、[Si]は、通常、0.3〜0.6質量%であり、高炉の状態によっては1.0質量%程度になることもあり、[Si]は脱珪処理にて十分に低減させる必要がある。本発明では、溶銑の[Si]が0.25質量%以上の溶銑を対象としている。なお、通常、[C]は4.3〜4.6質量%、[P]は0.09〜0.13質量%程度であり、精錬効率の観点から転炉などで行われる脱炭処理や脱りん処理に先立って、[Si]や[S]を極力低濃度に除去することが望ましい。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明に係る溶銑の精錬方法を行う精錬設備（予備処理設備）を示したものである。まず、精錬設備について説明する。
精錬設備１は、溶銑２が装入された取鍋３と、取鍋３の溶銑２に酸素ガスを吹き付ける酸素ランス４と、脱珪剤や脱硫剤などの精錬剤５を溶銑２内に吹き込むインジェクションランス６とを備えている。インジェクションランス６の先端部には、精錬剤を吹き込むためのノズル吐出孔７が設けられている。精錬処理を行う際は、酸素ランス４及びインジェクションランス６は取鍋蓋８に挿入される。そのうちインジェクションランス６は溶銑２に浸漬され、酸素ランス４は、溶銑２の上方から酸素を吹き付けるために溶銑２上で設置されている。酸素ランス４は取鍋３の中心Ｏに設置されており、インジェクションランス６は取鍋３の中心Ｏから所定の距離離れていて偏心して設置されると共に酸素ランス４の近傍に設置されている。
【００１６】
さて、精錬処理では、反応界面積を大きくすると共に界面への反応成分の移動を速め、反応速度を増大させることが望まれている。そのため、精錬処理では、インジェクションランス６によって攪拌用ガス（キャリアガス）及び精錬剤を溶銑に吹き込むことによって、溶銑２を攪拌しながら精錬処理を行うこととしている。インジェクションランス６によってキャリアガスを吹き込んだ場合（溶銑の強攪拌を行った場合）、フリーボードの小さい場合は溶銑２等が飛散するため、精錬設備１では、溶銑２などの飛散を防止するための取鍋蓋８を設けることとしている。
【００１７】
このような精錬設備１では、インジェクションランス６で脱珪剤を溶銑２内に吹き込むことによって吹き込まれた脱珪剤が溶銑２中を浮上している間のトランジトリー反応及びキャリアガスによって溶銑２を攪拌することにより、パーマメント反応（スラグ−溶銑間）の反応を進めると共に酸素ランス４で酸素を溶銑に吹き付けることによって脱珪処理を
行う。次に、インジェクションランス６により精錬剤の吹き込みを、脱珪剤から脱硫剤に切り換えて、脱硫剤を溶銑中に吹き込むことにより、脱硫反応を進める。つまり、本発明では、酸素ランス４及びインジェクションランス６の操業条件（設置位置、吹き込む酸素ガスの流量、精錬剤の流量など）を適正に設置することによって、スラグを除滓することなく脱珪処理から脱硫処理を同一位置で行い、処理時間の短縮や生産性の向上を図っている。
【００１８】
まず、インジェクションランスの操業条件について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、インジェクションランス６は、取鍋３の中心Ｏから偏心しており、この偏心した状態で当該インジェクションランス６のノズル吐出孔７は、酸素ランスに向けられている。
ここで、ノズル吐出孔７の個数と角度について説明する。
【００１９】
精錬剤５を吹き込むためのノズル吐出孔７は、１個の場合と複数個の場合とがある。図１（ｃ）に示すように、平面視にてノズル吐出孔間の角度θinjを考えたとき、ノズル吐出孔７が２個以上の場合（ninj≧2の場合）、ノズル吐出孔間の角度θinj（孔間隔）は、30〜120°に設定している。ノズル吐出孔間の角度θinj＜30°であるとき、ノズル吐出孔７の角度が小さすぎるため、キャリアガスと同時に精錬剤を吹き出したとき、精錬剤の分散性が悪く、精錬剤と溶銑との接触面積が低下する。一方、ノズル吐出孔間の角度θinj＜120°では、精錬剤の分散性が向上するものの、溶銑に対する攪拌性が低下して、溶銑を効率よく循環させることができず、攪拌性・反応性が悪化し、精錬効率の低下する虞がある。また、ノズル吐出孔７は、酸素ランス４の中心Ｏから取鍋３の壁面側に偏心した上で酸素ランス４に向けられているため、ノズル吐出孔間の角度θinj＜120°であると、ノズル吐出孔７が取鍋３の壁面に近い位置となり、精錬剤を吹き込んだ時に溶銑２が取鍋３の壁面に衝突して、耐火物の寿命を低下させてしまう虞がある。このようなことから、ノズル吐出孔７が２個以上の場合（ninj≧2の場合）、ノズル吐出孔間の角度θinj（孔間隔）は、30〜120°に設定する必要がある。なお、ノズル吐出孔７が１個の場合（ninj＝1の場合）は、ノズル吐出孔間の角度θinjを規定することができないため、説明の便宜上、θinj＝0とする。
【００２０】
さて、脱珪処理や脱硫処理を行うに際して、インジェクションランス６を溶銑に浸漬することとしているが、効率よく脱珪処理や脱硫処理を行うためには、溶銑２に対するインジェクションランス６の浸漬量（差し込み深さ）も重要である。ここで、図１（ａ）に示すように、インジェクションランス６の先端部から取鍋３の底までの距離を「Hinj」とし、溶銑の深さ、即ち、溶銑浴面から取鍋３の底までの距離を「Hm」とし、浸漬量をHinj/Hmで表したとする。Hinj/Hmの値（浸漬量）が大きい場合は、吹き込まれた精錬剤が溶銑を浮上する時間が短くトランジトリー反応の効率が低下する。また、Hinj/Hmの値が大きい場合は、キャリアガスを吹き込んだときの攪拌作用や混合作用が弱く、特に、キャリアガスによる攪拌力（攪拌動力密度）が小さくなる。このようなことから、パーマネント反応の効率が低下する虞がある。したがって、効率よく脱珪処理や脱硫処理を行うためには、インジェクションランスの浸漬量は小さい方がよく（浸漬位置が深い方がよく）、具体的には、Hinj/Hm≦0.46であることが好ましい。
【００２１】
上述したようにインジェクションランス６は溶銑２を攪拌したり混合する役割があり、この点から考えると、溶銑２が取鍋３内で大きく循環することが好ましい。取鍋３を平面視した状態において、インジェクションランス６を取鍋３の中心Ｏから偏心させると、インジェクションランス６による攪拌効率が高まることが期待できる。ここで、インジェクションランス６の水平断面視で取鍋３の中心Ｏから半径方向へのずれを「Rinj」とし、取鍋半径を「Rlad」としたとき、インジェクションランス６の偏心量Rinj/Rladが0.34以下であれば、攪拌効率が向上するため、精錬剤の滞留時間が長くなったり溶銑との相対速度が小さくなり、精錬効率が向上する。
【００２２】
以上、インジェクションランス６の操業条件についてまとめると、ノズル吐出孔間の角度θinjは、30〜120°（ninj≧2の場合）又は0（ninj＝1の場合）とする必要があり、浸漬量Hinj/Hmは0.46以上、インジェクションランス６の偏心量Rinj/Rladは0.34以下とする
必要がある。
さて、脱珪処理では、脱珪スラグと溶銑とによるパーマネント反応や酸素ランスから吹き込んだ酸素、脱珪スラグ及び脱珪剤との反応が必要である。つまり、図１（ａ）に示すように、インジェクションランス６から吹き込まれた脱珪剤（精錬剤５）が、溶銑３を徐々に浮上して脱珪スラグと反応したり、溶銑と酸素と反応することが理想的である。ここで、インジェクションランス６のノズル吐出孔の向き、即ち、インジェクションランス６から吹き込むキャリアガス（攪拌用ガス）及び精錬剤の吹き込み方向（指向性）を考えたとき、キャリアガス及び精錬剤は酸素ランスに向けて吹き込むことにより、精錬剤は酸素ランスの酸素によって裸湯となった部分に到達し易くなり、精錬効率が向上する。
【００２３】
図１（ｂ）及び（ｃ）の矢印は、インジェクションランス６の吹き込みの指向性を示したものである。図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、一方側のノズル吐出孔７による吹き込みのベクトルと、他方側のノズル吐出孔７による吹き込みのベクトルとを合成した合成ベクトルを考える。インジェクションランス６の吹き込みの指向性を、ノズル吐出孔７による合成ベクトルから見たとき、当該合成ベクトルが酸素ランス側に向いている状態では精錬効率が向上する。
【００２４】
詳しくは、図１（ｃ）に示した合成ベクトルと、インジェクションランス６の中心と酸素ランス４の中心とを結ぶ直線との角度が０〜３０°の範囲では精錬効率が高いことを実験等により確認している。このように、本発明では、インジェクションランス６の吹き込みの指向性を酸素ランス側に向けることによっても精錬効率が向上するようにしている。
次に、酸素ランスの操業条件について説明する。
【００２５】
酸素ランス４の先端部には、酸素を吹き付けるためのノズルが設けられており、酸素ランス４のノズル孔数noxyは、２〜４であることが好ましい。酸素ランス４のノズル孔数noxyが１つである場合、酸素の噴流（酸素ガス噴流という）が１点に集まり易く、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。一方、酸素ランス４のノズル孔数noxyが５以上である場合、酸素ガス噴流は分散するものの、酸素ガス噴流の衝突圧が小さく、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。そのため、本発明では、酸素ランス４におけるノズル孔数noxyは２〜４としている。
【００２６】
酸素ランス４のノズル孔数noxyに加え、ノズル孔径doxyも重要である。酸素ランス４のノズル孔径doxyが小さく0.015m未満である場合、酸素ガス噴流が１点に集まり易く、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。一方、酸素ランス４のノズル孔径doxyが0.045mよりも大きい場合、酸素ガス噴流は分散するものの、酸素ガス噴流の衝突圧が小さく、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。そのため、本発明では、酸素ランスのノズル孔径doxyは0.015〜0.045mとしている。
【００２７】
また、酸素ランス４のノズルの傾斜角度θoxyも重要である。酸素ランス４のノズル傾斜角度θoxy（水平開き角度、或いは、酸素ガス噴流の広がり角度）が5°未満である場合、酸素ガス噴流が１点に集まり易く、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。一方、酸素ランス４のノズル傾斜角度θoxyが20°よりも大きい場合、酸素ガス噴流は分散するものの、酸素ガス噴流の衝突圧が小さく、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。そのため、本発明では、酸素ランス４のノズル傾斜角度θoxyは5〜20°としている。
【００２８】
さらに、酸素ランス４の高さHoxy、即ち、ノズルから湯面までの距離も重要である。酸素ランス４の高さHoxyが1m未満である場合、ノズルと湯面までの距離が小さすぎるため、酸素ガス噴流が１点に集まり易いと共に衝突圧が大きくなりすぎ（ハードブロー）、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。一方、酸素ランス４の高さHoxyが2mよりも大きい場合、酸素ガス噴流が広域に広がり易いものの、酸素ランスがスラグを押しのけることによる裸湯が形成されず、吹き付けた酸素がスラグや溶銑と効率的に反応しない。そのため、本発明では、酸素ランスの高さHoxyは1m以上2m以下としている。
【００２９】
以上、酸素ランス４の操業条件についてまとめると、ノズル孔数noxyは2〜4、酸素ランスのノズル孔径doxyは0.015〜0.045m、酸素ランスのノズル傾斜角度θoxyは5〜20°、酸素ランスの高さHoxyは1〜2mとする必要がある。    
さて、酸素ランス４とインジェクションランス６との位置関係も重要である。酸素ランス４とインジェクションランス６との距離（水平距離）を「Loxy」としたとき、インジェクションランス６や酸素ランス４の先端部に地金が付着することもあることから、それぞれのランスを昇降するために、酸素ランス４とインジェクションランス６の距離Loxyは0.20m以上として間隔を空ける必要がある。また、酸素ランス４とインジェクションランス６の距離Loxyが0.20m未満であってその距離が小さすぎると、酸素ランスの酸素の吹き付けによる裸湯の部分に精錬剤が浮上し難く、反応の促進につながらない場合もある。そのため、インジェクションランス６から吹き込んだ精錬剤の浮上位置と酸素ランス４からの酸素の衝突位置とを考慮すると、酸素ランス４とインジェクションランス６の距離Loxyをある程度離しておく必要がある。
【００３０】
上述したように、酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyを0.2m以上離すことが必要であるものの、酸素ランス４の吹き付けによる酸素の衝突位置と裸湯の部分と精錬剤の浮上位置とがある程度重なればよく、これら酸素の衝突位置、裸湯が形成される部分、精錬剤の浮上位置のバランスを考えると、酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyにも限界がある。
【００３１】
ここで、インジェクションランス６から吹き込んだキャリアガスの気泡到達距離Lは精錬剤の浮上位置や裸湯の形成などに影響を与える。そこで、発明者らは、キャリアガスの気泡到達距離Lに着目して酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyの最大値について検討を行った。「浴内に吹き込んだ気泡の挙動について，石橋、白石、山本、島田，鉄と鋼, vol.61(1975)4, S110」（以降、文献Ａということがある）に示されているように、気泡到達距離Lは、Fr^1/3とdinjとに比例することが示されているが、発明者らは、後述するように、インジェクションランス６の操業条件（ninj、dinj）を変化させ、取鍋の溶銑の攪拌時の気泡到達距離Lを、水モデル及び実機実験から求めた。その結果、気泡到達距離Lは、「16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj」で表されることを知見した。
【００３２】
また、発明者らは、インジェクションランス６の吹き込みの指向性（角度）も精錬剤の浮上位置や裸湯の形成などに影響を与えることから、酸素ランス側におけるインジェクション方向と酸素ランス方向の最小角度θinj-oxy（ノズル吐出孔７による吹き込みのベクトルと、インジェクションランス６と酸素ランス４の中心とを結ぶ直線との角度のうち最小のもの）を考慮し、最小角度θinj-oxy、気泡到達距離などから、酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyの最大値について検証を行った。その結果、酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyの最大値は、16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25以下にする必要があることを見いだした。
【００３３】
なお、「Fr」は、修正フルード数［-］であって、Fr＝(ρg/(ρm-ρg))×(((Qinj×Wm/60/ninj)/(π×(dinj/2)^2))^2/(dinj×g))で求めることができる。「Qinj」は攪拌用ガス流量（キャリアガスの流量）［Nm3/min/t］、「Wm」は溶銑量［t］、「ρm」は溶銑密度［kg/m3］、「ρg」はキャリアガス密度［kg/m3］、「g」は重力加速度［m/s2］である。
表１及び図２（ａ）〜図２（ｄ）は、水モデル及び実機による酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyの最大値の導出過程をまとめたものである。水モデルによる酸素ランス４とインジェクションランス６との距離Loxyの導出について説明する。
【００３４】
【表１】
0005855477.tif 000002
【００３５】
水モデルでは、半径Rlad＝0.238mの容器を用い、Hm＝0.385m、ninj＝1,3、θinj＝120°、インジェクションランスの孔径dinj＝0.0025m，0.004m，0.008m、Hinj＝0.125m、インジェクションランスのガス量Qini.Ar＝0.020〜0.180Nm3/minとし、気泡到達距離（気泡水平到達距離）を湯面状態を目視等にて観察して求めた。
実機では、半径Rlad＝1.34mの溶銑鍋を用い、Hm＝2.4m、ninj＝1,2、θinj＝180°、イジェクションランスの孔径dinj＝0.020m、Hinj＝0.7m、インジェクションランスのガス量Qini.N2＝1〜4Nm3/minとし、気泡到達距離（気泡水平到達距離）を湯面状態を写真やビデオ撮影等にて撮像して求めた。水モデルでは水の密度ρm=1000kg/m3とし、インジェクションランス６のキャリアガスをArとして、その密度ρm．arを1.600kg/m3とした。実機では溶銑の密度ρm=6800kg/m3とし、インジェクションランス６のキャリアガスをN2として、その密度ρm．N2を1.251kg/m3とした。また、水モデル及び実機でも重力加速度は9.8m/s2とした。
【００３６】
表１及び図２（ａ）に示すように、水モデル及び実機において文献Ａと同じ式で求めた気泡到達距離(L,cal)と、実際に測定した気泡到達距離(L,obs)とが一致せず乖離している。特に、インジェクションランス６のノズル孔数やノズル孔径を変化させた場合は、強攪拌領域において気泡到達距離Lの乖離が顕著である。そこで、実際の精錬を考えたときは、強攪拌であっても、気泡到達距離Lを正確に求めることが必要であり、文献Ａを参考に係数を補正する必要がある。インジェクションランス６のノズル（水平になっているノズ
ル）からの気泡到達距離Lと修正フルード数は、L/dinj＝a×Fr^b（「^」はべき乗の表示,aは係数）と表すことができ、図２（ｃ）に示すように、水モデル等の結果により、L/dinj＝7.8×Fr^(1/3.4)となった。図２（ｂ）に示すように、上述した式（L/dinj＝7.8×Fr^(1/3.4)）を用いて、水モデルにおける計算上の気泡到達距離と実際の気泡到達距離との関係を求めると、気泡到達距離を正確に求めることができた。この水モデルにおける結果に基づき、溶銑における気泡到達距離(L=L,obs)について求めると、図２（ｄ）に示すように、L/dinj＝16.1×(Fr^(1/3.4))という結果が得られた。なお、水モデルと実機との対応は、「底吹き羽口の最適設計のための気-液間流動現象の解析、加藤ら、鉄と鋼、Vol.70(1984)3,380-387」を参考にした。
【００３７】
本発明では、上述した操業条件によって脱珪処理や脱硫処理を行うこととしているが、精錬剤を脱珪剤から脱硫剤に切り替える際は、スラグ組成をCaO/SiO2＝0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%の範囲にすることとしている。脱珪処理は酸化反応であり、脱硫処理は還元反応である。ここで、脱珪スラグを排滓せずに脱硫処理を行った場合、CaO系の脱硫剤のトランジトリー反応で生成したCaSが脱珪スラグと接触して硫黄Sが固定化されないと復硫するため脱珪スラグの組成制御が重要である。一方、脱珪／脱硫処理後の排滓性の観点から溶融性の確保も重要であり、最適組成範囲が存在する。一般的な脱硫促進条件は、高塩基度（CaO/SiO2）及び低酸素ポテンシャル（T.Fe）である。CaO/SiO2＜0.5及びT.Fe＞15質量％の場合、脱硫能が低く、フォーミング状態かつ粘性が高いスラグとなり、硫黄Sの固定化が難しい。また、CaO/SiO2＞1.0の場合、脱硫処理時にスラグが固化し、スラグ中に巻きこんだ地金の大気酸化により酸素ポテンシャルが増加し、硫黄Sの固定化が難しい。そのため、脱珪剤から脱硫剤に切り替える際は、スラグ組成をCaO/SiO2＝0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%の範囲にすることとしている。
【実施例】
【００３８】
表２〜表１１は、本発明の溶銑の精錬方法で精錬を行った実施例と、本発明の溶銑の精錬方法とは異なる方法で精錬を行った比較例とをまとめたものである。
【００３９】
【表２】
0005855477.tif 000003
【００４０】
【表３】
0005855477.tif 000004
【００４１】
【表４】
0005855477.tif 000005
【００４２】
【表５】
0005855477.tif 000006
【００４３】
【表６】
0005855477.tif 000007
【００４４】
【表７】
0005855477.tif 000008
【００４５】
【表８】
0005855477.tif 000009
【００４６】
【表９】
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【００４７】
【表１０】
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【００４８】
【表１１】
0005855477.tif 000012
【００４９】
まず、実施例及び比較例における実施条件について説明する。
100tクラスの溶銑鍋を使用し、取鍋半径Rladは1.34mとした。また、Hm＝2.40m、攪拌時の湯面変動を考慮して取鍋のフリーボードF.Bを0.8m確保した。溶銑重量Wmを92.0t、高炉鋳床（出銑樋）から出銑した溶銑を受銑して精錬を行った。溶銑温度Tm,iを1300〜1400℃（高炉の操業状況により変動）とし、頻度が多い1350℃をベース条件とした。出銑した溶銑の[Si]iを＝0.40〜0.90質量%とし、頻度が多い[Si]i＝0.65質量%をベース条件とした。また、出銑した溶銑の[S]iを0.015〜0.022質量%とし、頻度が多い[S]i＝0.017質量%をベース条件とした。
【００５０】
脱珪処理の条件として、脱珪処理時間τ(Si)を5.0〜16.5minとした。脱珪処理時間は、例えば、特開平08-218109等に記載されているように当業者常法通りである。脱珪処理時間は、インジェクションランス６からの脱珪剤の吹き込み開始及び／又は酸素ランス４からの酸素の吹き付け開始から、脱珪剤の吹き込み終了及び／又は酸素ランス４の吹き付け終了までの時間である。脱珪剤の組成は、70.8Fe2O3-21.4CaO-2.5SiO2 (in 質量%）を含み、T.Fe＝49.5（CO＝21.3）質量%、CaO/SiO2＝8.6である。脱珪剤は、例えば、特開2006-328453に記載されているように当業者常法通りのもので、酸化鉄源としてペレット篩下粉と石灰粉を混合したものを使用した。なお、石灰粉は脱珪スラグの塩基度（CaO/SiO2）調整の役割がある。また、脱珪剤の投入速度[供給速度Finj(Si)]は、特開平08-218109に記載されているように当業者常法通りのもので、100〜250kg/minである。脱珪剤の原単位Wflux(Si)は5.4〜44.8kg/tとした。脱珪剤の原単位Wflux(Si)は、Wflux(Si)＝Fing(Si)×τ(Si)/Wmによって求めることとし、キャリアガスはN2を使用した。酸素ガスの流量Qoxyは0.43〜0.54Nm3/min/tとし、酸素の原単位Wo(Si)は、5.0〜12.6kg/tとした。酸素の原単位Wo(Si)は、Wo(Si)＝Wflux(Si)×Co/100+Qoxy×τ(Si)/(1000/32×22.4×10-3)）によって求めた。
【００５１】
脱硫処理の条件として、脱硫処理時間をτ(S)＝3.5〜5.5minとした。脱硫処理時間は、インジェクションランス６による脱硫剤の吹き込み開始から終了までの時間とした。脱硫剤の組成は、CaO-20Mg (in 質量%)を含み、CCaO＝80質量%とした。また、脱硫剤は、例えば、特開平08-218109に記載されているように、CaO（S固定化）源として石灰粉を使用し、金属Mgとを配合したものを使用した。脱硫剤の投入速度[供給速度Finj(S)]は、80kg/minとした。脱硫剤の原単位Wflux(S)を3.0〜4.8kg/tとし、脱硫剤の原単位Wflux(S)は、Wflux(S)＝Fing(S)×τ(S)/Wmで求めた。キャリアガスはN2を使用した。脱硫剤中のCaO原単位WCaO(S)は2.4〜3.8kg/tとし、CaO原単位WCaO(S)は、WCaO(S)＝Wflux(S)×CCaO/100で求めた。
【００５２】
インジェクションランス６及び酸素ランス４については、操業条件を様々変化させた。また、脱珪処理から脱硫処理に切り換えるにあたっては、取鍋内のスラグの排滓は行わなかった。また、比較例においては、実施例との比較を行うため、脱珪処理から脱硫処理の切換の直前にCaO、珪石、鉄鉱石を投入した。脱珪処理時間τ(Si)と脱硫処理時間τ(S)は、次工程の脱りん処理のサイクルタイムに合わせてに合わせて9.5〜21分とした。また、処理後の溶銑温度Tm,fは次工程以降（脱燐、脱炭）の熱余裕を考慮して、1350℃狙いで脱珪処理時の固体酸素と気体酸素の割合を決定した。
【００５３】
また、例えば、実施例及び比較例において、インジェクションランス６のノズル吐出孔の配置は、図３に示すように変更した。図３に示すように、インジェクションランス６の中心を通る90°と−90°を結ぶ線を基準に、酸素ランス４から離れる側（左側）を反酸素ランス側、酸素ランス４に近づく側（右側）を酸素ランス側とした上で、ノズル吐出孔の位置を角度で示した。また、図４及び図５は、実施例及び比較例におけるノズル吐出孔の位置を示した図であり、当該図中の番号は、実施例や比較例の番号と対応している。
【００５４】
溶銑中[Si]は、酸素（インジェクションランス６、酸素ランス４による吹き付け酸素）と反応して溶銑から除去されることから、実施例及び比較例では、酸素が効率的に脱珪反応に寄与したかを表す指標として脱珪酸素効率（与えた酸素分に対して溶銑中[Si]の酸化に使用された酸素分の割合）を用いて評価した。
溶銑中[S]は、石灰系脱硫剤と反応する場合、反応式はCaO+Mg+S=CaS+MgOで表されることから、実施例及び比較例では、石灰が効果的に脱硫反応に寄与したかを表す指標として脱硫石灰効率（脱硫剤中の与えた石灰分に対して溶銑中[S]との反応に使用された石灰分の割合）を用いて評価した。
【００５５】
実施例１〜２５に示すように、ノズル吐出孔が１個の場合（ninj＝1の場合）でも、インジェクションランス６の操業条件（Hinj/Hm≦0.46、Rinj/Rlad≦0.34、合成ベクトルが30°以内）、酸素ランス４の操業条件（noxy＝2〜4、doxy＝0.015〜0.045、θoxy＝5〜20、Hoxy＝1〜2）、インジェクションランス６及び酸素ランス４の操業条件（0.20≦Loxy≦16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25）を満たし、且つ、脱珪処理から脱硫
処理の切り替え時のスラグ組成条件（CaO/SiO2=0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%）を満たせば、スラグを排滓することなく、処理後の[Si]を0.25質量%以下、処理後の[S]を0.010質量%以下にすることができ、脱珪処理及び脱硫処理を効率よく行うことができた。
【００５６】
また、実施例２６〜１１２に示すように、ノズル吐出孔が２個の以上の場合（ninj＝1の場合）でも、インジェクションランス６の操業条件（θinj＝30〜120°、Hinj/Hm≦0.46、Rinj/Rlad≦0.34、合成ベクトルが30°以内）、酸素ランス４の操業条件（noxy＝2〜4、doxy＝0.015〜0.045、θoxy＝5〜20、Hoxy＝1〜2）、インジェクションランス６及び酸素ランス４の操業条件（0.20≦Loxy≦16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25）を満たし、且つ、脱珪処理から脱硫処理の切り替え時のスラグ組成条件（CaO/SiO2=0.5〜1.0、T.Fe≦15質量%）を満たせば、スラグを排滓することなく、処理後の[Si]を0.25質量%以下、処理後の[S]を0.010質量%以下にすることができ、脱珪処理及び脱硫処理を効率よく行うことができた。
【００５７】
次に、図６〜１８を用いて比較例の結果について説明する。
図６は実施例25〜30及び比較例126〜129についてノズル吐出孔間の角度θinjについてまとめたものである。比較例126〜129に示すように、ノズル吐出孔間の角度θinjが30°未満であったり、120°よりも大きい場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。また、図７は実施例27、31〜36及び比較例130、131についてHinj/Hmについてまとめたものである。比較例130、131に示すように、Hinj/Hmが0.46を超えた場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。
【００５８】
図８は実施例27、37〜40及び比較例132、133についてRinj/Rladについてまとめたものである。比較例132、133に示すように、Rinj/Rladが0.34未満の場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。また、図９は実施例27、41〜44及び比較例134〜136についてインジェクションランス６の吹き込みにおける指向性についてまとめたものである。比較例134〜136に示すように合成ベクトルが30°を超える場合、即ち、インジェクションランス６から酸素ランスの方向にキャリアガスおよび精錬剤を吹き込まない場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。
【００５９】
図１０は実施例27、45,46及び比較例137〜139についてnoxyについてまとめたものである。比較例137〜139に示すように、noxyが１又は4を超える場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。また、図１１は実施例27、47〜50及び比較例140,141についてdoxyについてまとめたものである。比較例140,141に示すように、doxyが0.015未満であったり0.045を超える場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。
【００６０】
図１２は実施例27、51〜53及び比較例142,143についてθoxyについてまとめたものである。比較例142,143に示すように、θoxyが5°未満であったり20°を超える場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。図１３は実施例27、54〜61及び比較例144〜147についてHoxyについてまとめたものである。比較例144〜147に示すように、Hoxyが1m未満であったり2mを超える場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。
【００６１】
図１４は実施例27、62〜66及び比較例148〜151についてLoxyについてまとめたものである。比較例148〜151に示すように、Loxyが0.2m未満であったり、16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)＋0.25よりも大きくなった場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。図１５は実施例27、76〜78及び比較例161〜164についてCaO/SiO2についてまとめたものである。比較例161〜164に示すように、CaO/SiO2が0.5未満であったり1.0を超える場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。
【００６２】
図１６は実施例27、79〜81及び比較例165〜167についてT.Feについてまとめたものである。比較例165〜167に示すように、T.Feが15質量%よりも大きくなった場合、脱珪酸素効率や脱硫石灰効率が急激に下がり実施例に比べて低い結果となった。また、図１７に示す
ように、実施例及び比較例において、脱珪酸素効率及び脱硫石灰効率を見比べて見ても、実施例では、脱珪処理や脱硫処理の効率が非常によいものとなった。なお、図１８に示すように、Loxy-16.1×(Fr^(1/3.4))×dinj×cos(θinj-oxy)を見てみると、実施例では脱珪酸素効率が比較例に比べて高かった。
【００６３】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００６４】
１  精錬設備
２  溶銑
３  取鍋
４  酸素ランス
５  精錬剤
６  インジェクションランス
７  ノズル吐出孔
８  取鍋蓋
Ｏ  取鍋の中心
【図９】
0005855477.tif 000013
【図１０】
0005855477.tif 000014
【図１１】
0005855477.tif 000015
【図１２】
0005855477.tif 000016
【図１３】
0005855477.tif 000017
【図１４】
0005855477.tif 000018
【図１５】
0005855477.tif 000019
【図１６】
0005855477.tif 000020
【図１７】
0005855477.tif 000021
【図１８】
0005855477.tif 000022
【図１】
0005855477.tif 000023
【図２】
0005855477.tif 000024
【図３】
0005855477.tif 000025
【図４】
0005855477.tif 000026
【図５】
0005855477.tif 000027
【図６】
0005855477.tif 000028
【図７】
0005855477.tif 000029
【図８】
0005855477.tif 000030