(57)【要約】【課題】本発明は、従来より高速、且つ高効率の処理が可能な溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。【解決手段】混銑車内に保持された溶銑中に浸漬ランスを介して酸化剤をキャリア・ガスと共に吹き込む溶銑の脱燐方法において、前記浸漬ランスを２本とし、それらの先端を前記溶銑中に混銑車長手方向に沿った同一軸上で互いに中心から離隔して配置し、互いに相反する方向へ酸化剤を吹き込むと共に、該浸漬ランスから溶銑中への酸化剤の酸素ガス換算供給速度を各ランスについて０．１３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混銑車内に保持された溶銑中に浸漬ランスを介して酸化剤をキャリア・ガスと共に吹き込む溶銑の脱燐方法において、
前記浸漬ランスを２本とし、それらの先端を前記溶銑中に混銑車長手方向に沿った同一軸上で互いに中心から離隔して配置し、互いに相反する方向へ酸化剤を吹き込むと共に、該浸漬ランスから溶銑中への酸化剤の酸素ガス換算供給速度を各ランスについて０．１３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下とすることを特徴とする溶銑の脱燐方法。
【請求項２】
前記酸化剤が少なくとも酸化鉄含有物質であることを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱燐方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱燐方法に係わり、転炉での酸素吹錬の前に行なう所謂「溶銑予備処理」において、高速、且つ高効率で溶銑から脱燐する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鋼工程では、転炉吹錬の負荷軽減、製鋼トータルコストのミニマム化を図るため、溶銑が含有する珪素（元素記号Ｓｉ）、燐（元素記号Ｐ）を、転炉での酸素吹錬の前に予め酸化剤を用いて除去するようになった。その除去方式は、使用する処理容器（例えば、転炉、溶銑鍋、混銑車等）に応じて様々である。このうち、混銑車に保持した溶銑へ前記酸化剤をインジェクションする溶銑の脱燐処理は、転炉を用いる処理に比べると、酸化剤の反応効率が高く、また処理コストが安価であるという利点を有するが、その反面、酸化剤の供給速度が小さいので、脱燐速度が遅いという欠点がある。また、酸化剤として酸化鉄等の固体酸素源を用いる場合、酸化鉄の分解及び顕熱に起因して、処理中に溶銑の温度降下量が大きくなるという問題点がある。このため、上記高速の脱燐処理及び単位脱燐量あたりの溶銑温度降下量の低減を酸素供給速度が低い条件下で達成するには、脱燐酸素効率を向上させることが不可欠となる。
【０００３】
脱燐反応は、スラグ及びメタル両相内の物質移動（燐、酸素等）を律速段階として進行すると考えられているので、該脱燐反応を進行させる手段としては、（１）スラグ及びメタル両相の撹拌強化、（２）吹込む酸化剤を分散してスラグ−メタル間反応界面積を増加する等がある。従って、（１）及び（２）の手段を利用した混銑車を反応容器とした脱燐技術が今までに多く開示されている。例えば、（１）については、酸化剤のインジェクションに加え、別途ガス・バブリングを行ってスラグ及びメタルの撹拌を増大させて、脱燐反応を促進させる技術を提案している（特許文献１及び２参照）。一方、（２）に該当する技術としては、ＣａＯ及び酸化剤を溶銑中に吹き込む際に、別途溶銑上へ酸化剤の上添加を行う技術を提案している（特許文献３及び４参照）。また、吹き込み流を旋回流とする特殊なランスを用いて酸化剤の溶銑添加を分散させて、反応界面積を増大させる技術が開示されている（特許文献５参照）。さらに、（１）及び（２）の両方を利用したものとして、インジェクション・ランスを２本使用して、撹拌力の強化及び酸化剤の分散を行う技術も提案されている（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開昭６３−４５３１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１２６２８号公報
【特許文献３】特公平６−ｌ１８８５号公報
【特許文献４】特開平４−２１８６０９号公報
【特許文献５】日本国特許第２８５６５７６号公報
【特許文献６】特開昭５８−２１８３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されたガス・バブリングによる撹拌力の強化は、混銑車のような混合特性の劣る処理容器では効果が低いという問題がある。また、特許文献５記載のような特殊ランスは、その構造が単管ランスに比べて複雑であるため、製造コストが高いという欠点がある。特許文献３及び特許文献４に記載の酸化剤を別途溶銑上に添加する技術では、上添加した酸化剤がスラグ上に乗ってしまい、反応に寄与する酸化剤の割合が低下する。つまり、添加効果が低いという問題がある。さらに、その結果として、スラグの滓化性が悪化する等の問題点もある。加えて、特許文献６に記載された技術は、一方のランスより脱燐剤を他方のランスより脱硫剤を吹き込む方法であり、脱燐に力を入れていないので、スラグの脱燐能向上に関して効果が大きいとは考えに難い。
【０００５】
本発明は、上記した問題をすべて解決し、従来より高速、且つ高効率の処理が可能な溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、混銑車内に保持された溶銑中に浸漬ランスを介して酸化剤をキャリア・ガスと共に吹き込む溶銑の脱燐方法において、前記浸漬ランスを２本とし、それらの先端を前記溶銑中に混銑車長手方向に沿った同一軸上で互いに中心から離隔して配置し、互いに相反する方向へ酸化剤を吹き込むと共に、該浸漬ランスから溶銑中への酸化剤の酸素ガス換算供給速度を各ランスについて０．１３Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下とすることを特徴とする溶銑の脱燐方法である。
【０００８】
また、本発明では、前記酸化剤が少なくとも酸化鉄含有物質であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反応界面積の増加と酸化剤の分散が容易に達成できるようになり、混銑車を用いた溶銑予備処理の脱燐において、従来のランス１本での吹き込みよりも、高速、且つ高効率で溶銑予備処理としての脱燐が可能となる。その結果、操業費の低減や処理時間の短縮といった効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明をなすに至った経緯に沿い、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１１】
先述したように、溶銑の脱燐反応は、メタル／スラグ両相の物質移動を律速段階として反応が進行すると考えられている。脱燐反応の反応式および反応速度式を（１）〜（３）式に示す。
【００１２】
２［Ｐ］＋５［Ｏ］＝（Ｐ２Ｏ５）                                （１）
ここで、［Ｐ］：溶銑中の燐濃度、［Ｏ］：溶銑中の酸素（酸素ガス、あるいは酸化鉄から供給される）濃度、（Ｐ２Ｏ５）：スラグ中のＰ２Ｏ５濃度
【００１３】
【数１】
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【００１４】
【数２】
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【００１５】
ここで、Ａ：反応界面積、Ｖｍ：溶銑の体積、ρｍ：溶銑の密度、ρｓ：スラグの密度、［％Ｐ］：溶銑中の燐濃度、（％Ｐ）：スラグ中の燐濃度、ｋｐ：総括反応速度定数、ｋｍ：溶銑側物質移動係数、ｋｓ：スラグ側物質移動係数、Ｌｐ：平衡燐分配比
（１）式及び（２）式より、脱燐反応を促進するには、溶銑側物質移動係数であるｋmの増大以外にも、反応界面積Ａの増加及びスラグ側物質移動係数ｋｓを増大することも効果があると考えられる。このことを混銑車での溶銑脱燐処理に対して適用するとすれば、酸化剤の溶銑中への添加を分散させて行えば良いと考えられる。
【００１６】
また、発明者は、図１に示すような処理能力３５０〜４５０トンの混銑車１に保持した溶銑２中に、酸化剤の吹き込みランス４を浸漬させ、溶銑１トンあたりの酸素供給速度を種々変化させて、酸化剤を吹き込む実験を行った。主な実験条件は表１の通りである。その結果は、図２に示すように、脱燐酸素効率で整理された。なお、その際、脱燐酸素効率は、下記（４）式で定義した値を用いた。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【数３】
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【００１９】
図２より、溶銑１トンあたりの酸素供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ）を従来値（０．１８〜０．２０）より低下させることにより、脱燐酸素効率が向上することが明らかである。ここで、（４）式の溶銑中燐の酸化に用いられた酸素量、溶銑中に吹き込んだ全酸素量及びＳｉの酸化に使用された酸素量は、次のようにして定めた。つまり、溶銑中に吹き込んだ全酸素量（Ｎｍ3／ｔ）を、酸化剤ｋｇ当たりの酸素換算量（Ｎｍ3／ｋｇ）×固体酸化剤（固体酸素）原単位で、Ｓｉの酸化に使用された酸素量（Ｎｍ3／ｔ）を，（Δ［％Ｓｉ］／１００）×１０００×１／２８×２２．４で、燐の酸化に使用された酸素量（Ｎｍ3／ｔ）を（Δ［％Ｐ］／１００）×１０００×５／４×１／３１×２２．４としている。
【００２０】
また、酸化剤の吹き込みランス近傍での溶銑の酸素ポテンシャルを、酸素プローブを用いて調査したところ、図３に示すような結果を得た。つまり、吹き込み口近傍では、酸素ポテンシャルは、１０−8（Ｐａ）程度であるのに対し、その位置から６００ｍｍ以上浮上した点では、ｌ０−１０（Ｐａ）となっている。これは、溶銑中にランスを介して酸化剤を吹き込んでも、該酸化剤の浮上に伴い、溶銑の酸素ポテンシャルは低下していく状況を明らかにしている。
【００２１】
さらに、発明者は、透明樹脂で混銑車の縮小モデルを製作して、水モデル実験をも行い、水を溶銑に見立てて、溶銑の流動及び混合状況を推察した。その結果、図４に示すように、混銑車内での前記混合状況は、ランスからの吹込み方向と反対側で低下することを明らかにした。
【００２２】
そこで、発明者は、上記した考察、実炉での実験及び水モデル実験で得た知見を整理し、従来の脱燐方法（通称、フラックス・インジェクション方式）と同一の処理時間において、高速で且つ高効率な脱燐処理が可能となる手段について鋭意検討した。
【００２３】
そして、ランス１本あたりの酸素供給速度を従来より低下させて酸化剤の吹き込みを行い、脱燐酸素効率を向上させ、且つ吹き込みランスを溶銑に2本浸漬して吹き込みを行い、反応界面積の増加と酸化剤の分散を行なえば良いと考え、この考えを本発明としたのである。ここで、ランス１本あたりの酸素供給速度を低下させても、処理全体の酸素供給速度が従来通りであるならば、脱燐酸素効率は変化しないことが懸念される。このことに対し、発明者らは、上述の水モデルを用いて１本又は２本の浸漬ランスからガスを吹き込んだ時の溶銑浴内の流動状況を観察した。その結果、図５（ｂ）に示すようにランスを２本用いた場合でも、各ランス毎に固有の溶銑の流動する領域が存在することが観察された。これより、個々のランスから吹き込まれた酸化剤が互いに干渉することなく独立して混合し、反応に寄与することが予想された。つまり、図２の関係がそれぞれのランスにおいて成り立つと考えられるのである。以上、図４〜図５から、撹拌不良領域への酸素の供給を行うことで、反応サイトの増加が期待でき、また撹拌不良領域において溶銑上に蓄積されたスラグ中の酸化鉄を反応に寄与させる効果も期待できる。
以上の理由により、脱燐酸素効率が向上するのである。
【００２４】
この場合に重要なことは、ランスの先端、つまり吹込み位置が同一位置に重ならないことである。重なってしまうと、反応界面積増加や酸化剤分散の効果が低下するからである。実際には、前記浸漬ランスを２本とし、それらの先端を前記溶銑中に混銑車長手方向に沿った同一軸上で互いに中心から離隔して配置し、互いに相反する方向へ酸化剤を吹き込み、非常に良い成績を得ている。また、同一浸漬位置で吹き込みを行うと、その位置で局所的に酸素ポテンシャルが増大し、過剰な酸素によって脱炭反応が起きる可能性が高くなるからでもある。
【００２５】
さらに、本発明では、浸漬ランスを介して吹き込む酸化剤の酸素ガス換算供給速度を各ランスについて０．１３（Ｎｍ３／ｍｉｎ．／ｔ／本）以下とする。これは、図２の結果に基づいたもので、これ以上に酸素供給速度を増加させた場合、過剰な酸素量により望ましくない脱炭反応が生じてしまい、脱燐酸素効率が低下するからである。
【００２６】
さらに加えて、溶銑中に添加する酸化剤としては、気体である酸素ガス及び酸化鉄含有物質のような固体酸素源の２つがあるが、少なくとも固体酸素源を酸化剤として用いることが望ましい。これは、溶銑中に添加した固体酸素が溶融してスラグとなることにより、スラグ／メタル間の反応が促進することが期待されるからである。固体酸素源としては、純酸化鉄を使用するのが最も良いが、純酸化鉄の代替として、鉄鉱石、高炉原料の焼結鉱やダスト、ミルスケール等の酸化鉄含有物質を用いても良い。
【実施例】
【００２７】
表２に示す溶銑を混銑車に保持して、溶銑の脱燐を行った。その際、酸化剤には焼結鉱を、脱燐剤には石灰粉を採用した。ランスの本数、ランス１本あたりの送酸速度（酸素ガスに換算）及び吹込み方向を、比較例の場合も含め図６に一括して示す。
【００２８】
図６より明らかなように、参考例は、同一形状のランスの先端を混銑車の長手方向で互いに反対向きにし、ランス１本あたりの酸素供給速度を０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ．／ｔした場合、本発明例１は、参考例と同じランスの浸漬条件でランス１本あたりの酸素供給速度を０．１０Ｎｍ３／ｍｉｎ．／ｔとした場合である。これに対し、比較例１は、ランス１本のみを従来通りに浸漬させ、酸素供給速度を０．１２Ｎｍ３／ｍｉｎ．／ｔとした場合、比較例２は、比較例１にランスを１本同一浸漬深さに追加浸漬した場合である。
【００２９】
これらの実施に際しては、いずれの場合も脱燐処理前及び処理終了時に溶銑の温度測定や、該溶銑からの試料採取を行い、脱燐酸素効率及び単位脱燐量あたりの溶銑温度の降下量を調査し、その結果を表３に一括して整理した。
【００３０】
表３より、本発明例１では、ランス１本で吹き込みを行った比較例１（従来例）に対して脱燐酸素効率が向上し、溶銑の温度降下量も低下していることが明らかである。また、本発明例１では、脱燐速度、脱燐酸素効率が大きく向上すると共に、脱炭量も低下しており、高効率の脱燐を行うことが可能となった。これに対して、比較例２では、酸素供給量が多く、フラックスの分散化が不十分のためか、脱炭量が増加している。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】混銑車を用いての溶銑の脱燐方法を実施している状況を示す図である。
【図２】脱燐酸素効率に及ぼす酸素供給速度の影響を示す図である。
【図３】溶銑浴の高さ方向における酸素ポテンシャルの分布を示す図である。
【図４】混銑車内での溶銑の撹拌状態を説明する図である。
【図５】混銑車内での溶銑の撹拌状況を示す図であり、（ａ）はランスの数が１本、（ｂ）は２本である。
【図６】混銑車内での溶銑の脱燐に使用した吹き込みランスの数、ランス１本当たりの送酸速度及び吹込み方向を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    混銑車
２    溶銑
３    排ガスのダクト
４    酸化剤吹込み用のランス
５    酸素ガスの上吹きランス
【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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