(57)【要約】【課題】溶銑の精錬を行うに際し、粉体の熱的特性を考慮して着熱効率を高め、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を高めることができる溶銑の精錬方法を提供する。【解決手段】粉体供給流路と、燃料ガス供給流路と、酸化性ガス供給流路とを有する上吹きランスを用い、脱燐処理または脱炭処理を行う溶銑の精錬方法において、粉体供給流路から供給する粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度をＳ、体積平均粒径をＲ、２９８Ｋにおける比熱をＣｐ、２９８Ｋにおける熱伝導率をλとし、燃料ガス供給流路から供給する燃料ガスの低位発熱量3）と溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの燃料ガス流量の積を燃料ガス発熱量Ｑとして、下記数式（１）を満たす条件で前記脱燐処理または前記脱炭処理を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。【数７】2018070975.tif 000012【選択図】図１
2018070975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑容器内の溶銑を、少なくとも粉体供給流路、燃料ガス供給流路および酸化性ガス供給流路を有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路からは燃料ガスを供給し、前記酸化性ガス供給流路のうちの一の流路からは酸化性ガスを供給して前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させ、前記粉体供給流路からは、石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤、粉状酸化物、粉状可燃性物質のいずれか１種以上の粉体を溶銑容器内の溶銑浴面に向けて供給し、そして上記酸化性ガス供給流路のうちの他の流路からは酸素含有ガスを溶銑容器内の溶銑に供給することによって、脱燐処理または脱炭処理を行う溶銑の精錬方法において、
前記粉体供給流路から供給する粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度をＳ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、該粉体の体積平均粒径をＲ（μｍ）とし、２９８Ｋにおける比熱をＣｐ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））とし、２９８Ｋにおける熱伝導率をλ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、前記燃料ガス供給流路から供給する燃料ガスの低位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）と溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの燃料ガス流量（Ｎｍ3／（ｍｉｎ・ｔ））との積である燃料ガス発熱量をＱ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））とするとき、下記数式（１）を満たす条件で前記脱燐処理または前記脱炭処理を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法。
【数５】
2018070975.tif 000010
【請求項２】
前記粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度Ｓと前記燃料ガス発熱量Ｑとの比（Ｓ／Ｑ）が１．２以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の精錬方法。
【請求項３】
前記粉体が異種粉体を混合して構成される場合、前記Ｓ／Ｑを、下記数式（３）を満たす条件で前記脱燐処理または前記脱炭処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の精錬方法。
【数６】
2018070975.tif 000011
ここで、Ｍｉは、粉体中に占める粉体ｉの質量比率であり、Ｃｐ，ｉ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））は、粉体中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける比熱、Ｒｉ（μｍ）は、粉体中に含まれる粉体ｉの体積平均平均粒径、λｉ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、粉体中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける熱伝導率、ｉは粉体の種類を示す整数である。
【請求項４】
前記酸化性ガス供給流路は、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔と精錬用酸化性ガス噴射孔とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から出銑された溶銑を溶銑容器内で予備脱燐処理あるいは脱炭処理する溶銑の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスにおいてはＣＯ２排出量の削減が重要課題となっている。その課題を解消するために、製鋼工程においては、使用する鉄源として鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を高めることが試みられている。この試みがなされる理由は、鉄鋼製品の製造にあたり、高炉での溶銑の製造では、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要するのに対し、冷鉄源は溶解熱のみを必要としており、製鋼工程で冷鉄源を利用した場合には、鉄鉱石の還元熱分のエネルギー使用量を少なくすることができ、ＣＯ２発生量を大幅に削減することができるからである。
【０００３】
しかしながら、高炉−転炉の組み合わせによる溶鋼製造プロセスにおいては、冷鉄源の溶解熱源は溶銑の有する顕熱、及び、溶銑中の炭素及び珪素の酸化による燃焼熱であり、冷鉄源の溶解量には自ずと限界がある。そのため、製鋼精錬工程において冷鉄源の配合比率を拡大するべく、種々の手段が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、溶銑を予備脱燐処理する際に、予備脱燐処理中の生成スラグ中に炭素源を添加するとともに、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させ、この燃焼熱を溶銑に着熱させる方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、溶融鉄浴中に石炭、コークス、ピッチ、重質油などの炭素質物質を酸素とともに吹き込んでガス化すると同時に、鉄スクラップを溶解精錬する方法であって、中心部に炭素質物質の吹き込み用ノズルを有し、該ノズルの外側にガス化剤吹込用ノズルと、ノズル中心軸がランス軸に対して外側に２０〜６０°傾斜した炉内生成ガス２次燃焼用の酸化剤吹き込み用ノズルとを有する上吹きランスを用い、炭素質物質のガス化を行うと同時に、炉内生成ガスの２次燃焼を行わせつつ鉄スクラップを溶解精錬する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、溶銑を転炉で脱炭精錬するにあたり、酸素噴出用主孔と、該主孔から噴出する酸素ガスの供給流路と独立し、且つ、燃料ガス、酸素ガス及び精錬用フラックスを同時に噴出できるフラックス供給用副孔と、を有する上吹きランスを用い、前記酸素噴出用主孔から噴出した酸素ガスの噴流を互いに分離した状態に保つとともに、該酸素ガス噴流と独立して副孔先端で火炎を形成させ、該火炎中に精錬用フラックスを通過させて該精錬用フラックスの滓化を促進させる転炉脱炭精錬方法が提案されている。
【０００７】
特許文献４には、酸素源を供給して溶銑を予備脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、当該溶銑の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤を、気体酸素源とともに上吹きランスを介して吹き付けて添加し、予備脱燐処理する方法が提案されている。
【０００８】
特許文献５には、ＣａＯ、ＳｉＯ２及び酸化鉄を主成分とする粉粒状の脱燐用媒溶剤を、上吹きランスの軸心部に配置した中心孔から酸素含有ガスを搬送用ガスとして溶銑に吹き付けると同時に、前記中心孔の周囲に配置した第１の周囲孔から炭化水素系のガス燃料または液体燃料の何れか１種類以上を供給して火炎を形成し、該火炎によって前記脱燐用媒溶剤を加熱・溶融するとともに、前記第１の周囲孔の外側に配置した第２の周囲孔から精錬用酸素含有ガスを溶銑に吹き付けて溶銑を予備脱燐処理する方法が提案されている。
【０００９】
特許文献６には、溶融還元炉において酸化物を還元するための熱を補償する方法として、燃料ガスを酸化性ガスで燃焼させて形成される火炎中で粉状の酸化物を加熱する際、加熱する粉体の粒径に応じて適正な熱補償を実施するための粉状酸化物の供給速度と燃料の発熱量の適正な比で調整する方法が提案されている。
【００１０】
また、特許文献７には、溶融還元炉などで熱を補償する方法として、燃料ガスを酸化性ガスで燃焼させて形成される火炎中で炭材を含む粉粒体を加熱する際、加熱する粉粒体の熱容量と燃料ガスの発熱量の比を適正に制御して粉粒体中の炭材の温度を８００℃以下に調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３５７７３６５号明細書
【特許文献２】特開昭６０−６７６１０号公報
【特許文献３】特開平１１−８０８２５号公報
【特許文献４】特許第５０３１９７７号明細書
【特許文献５】特許第４７３５１６９号明細書
【特許文献６】特許第５０８７９５５号明細書
【特許文献７】特開２０１３−１３３５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術には、以下の問題点がある。
即ち、特許文献１では、生成スラグ中に炭素源を添加することで、溶銑温度は上昇するが、炭素源に含有される硫黄の溶銑中への混入を招き、鋼中の硫黄濃度が高くなる。また、炭素源の燃焼時間を確保する必要があることから精錬時間が長くなり、生産性が低下して製造コストが上昇するという問題がある。
【００１３】
特許文献２では、２次燃焼熱を鉄浴に着熱させながら鉄スクラップを溶解しているが、２次燃焼熱の鉄浴への着熱効率は低く、多くの２次燃焼熱を着熱させるべく２次燃焼率を増加すると、精錬用炉体の耐火物の熱損傷が激しくなり、炉寿命の低下という問題が発生する。
【００１４】
特許文献３〜５は、バーナーランスの燃焼熱を利用して溶銑を精錬しており、使用するバーナーランスは、特許文献４では４重管構造、特許文献３、５では５重管構造であり、何れの方法も、酸素ガスを搬送用ガスとして粉体の精錬剤を供給すると同時に、この精錬剤をバーナー火炎で加熱している。しかし、何れの方法も精錬剤への加熱効率及び耐火物への影響に関して最適化されているとは言いがたい。
【００１５】
特許文献６は、粉状酸化物の粒径に着目して適正な粉状酸化物供給速度と燃料の発熱量の比を与える式を提案し、特許文献７は、粉粒体の比熱にも着目して適正な粉粒体供給速度と燃料の発熱量の比を与える関係式を提案しているが、粉体の加熱挙動には粉体の粒径や比熱に加えて、粉体の伝熱特性が大きく影響していることが予想され、特許文献６や特許文献７では粉体の熱的特性を考慮した最適化が行われているとは言いがたい。
【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、溶銑の精錬を行うに際し、粉体の熱的特性を考慮して着熱効率を高め、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を高めることが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】
前述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、送酸兼用バーナーランスを用いた吹錬において、粉体供給流路から供給する粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度をＳ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））と燃料ガス供給流路から供給する燃料ガスの燃料ガス発熱量Ｑ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））との比Ｓ／Ｑに着目し、粉体の粒径や比熱に加えて、粉体の伝熱特性を考慮してＳ／Ｑを制御することで、耐火物損傷速度への影響を抑制し、高着熱効率を得ることができることを突き止めて、本発明を開発した。
【００１８】
本発明は、溶銑容器内の溶銑を、少なくとも粉体供給流路、燃料ガス供給流路および酸化性ガス供給流路を有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路からは燃料ガスを供給し、前記酸化性ガス供給流路のうちの一の流路からは酸化性ガスを供給して前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させ、前記粉体供給流路からは、石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤、粉状酸化物、粉状可燃性物質のいずれか１種以上の粉体を溶銑容器内の溶銑浴面に向けて供給し、そして上記酸化性ガス供給流路のうちの他の流路からは酸素含有ガスを溶銑容器内の溶銑に供給することによって、脱燐処理または脱炭処理を行う溶銑の精錬方法において、
前記粉体供給流路から供給する粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度をＳ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））とし、該粉体の体積平均粒径をＲ（μｍ）とし、２９８Ｋにおける比熱をＣｐ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））とし、２９８Ｋにおける熱伝導率をλ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、前記燃料ガス供給流路から供給する燃料ガスの低位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）と溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの燃料ガス流量（Ｎｍ3／（ｍｉｎ・ｔ））との積である燃料ガス発熱量をＱ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））とするとき、下記数式（１）を満たす条件で前記脱燐処理または前記脱炭処理を行うことを特徴とする溶銑の精錬方法である。
【数１】
2018070975.tif 000003
【００１９】
なお、前記のように構成される本発明に係る溶銑の精錬方法においては、
（１）前記粉体の溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの供給速度Ｓと前記燃料ガス発熱量Ｑとの比（Ｓ／Ｑ）が１．２以上であること、
（２）前記粉体が異種粉体を混合して構成される場合、前記Ｓ／Ｑを、下記数式（３）を満たす条件で前記脱燐処理または前記脱炭処理を行うこと：
【数２】
2018070975.tif 000004
但し、Ｍｉは粉体中に占める粉体ｉの質量比率であり、Ｃｐ，ｊ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））は粉体中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける比熱、Ｒｉ（μｍ）は粉体中に含まれる粉体ｉの体積平均平均粒径、λｉ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は粉体中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける熱伝導率、ｉは粉体の種類を示す整数である、
（３）前記酸化性ガス供給流路は、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔と精錬用酸化性ガス噴射孔とからなること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、溶銑の精錬において、上吹きランスから石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤、粉状酸化物、粉状熱源のいずれか１種以上の粉体を溶銑容器内の溶銑浴面に供給する際に、粉体を上吹きランスの先端下方に形成される火炎によって加熱しながら溶銑に添加する際、粉体の粒径及び比熱に加えて熱伝導率を考慮して粉体供給速度と燃料発熱量の比を適正化するため、火炎の熱を粉体を介して効率よく溶銑に着熱させることができる。これにより、溶銑の予備脱燐処理や脱炭処理において、耐火物の溶損を抑制しつつ、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を高めることや昇熱コストを抑制することが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】燃料として都市ガス、粉体としてＡｌ２Ｏ３を使用した場合におけるＳ／Ｑ値と着熱効率指数の関係を示すグラフである。
【図４】燃料としてプロパンガス、粉体としてＭｇＯを使用した場合におけるＳ／Ｑ値と着熱効率指数の関係を示すグラフである。
【図５】燃料としてプロパンガス、粉体として炭化珪素を使用した場合におけるＳ／Ｑ値と着熱効率指数の関係を示すグラフである。
【図６】各粉体の粒径と着熱効率指数が２以上になるＳ／Ｑ値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明を実施するために適した形態について説明する。
本発明の実施に当たっては、溶銑容器として図１に示すような転炉、とくに上底吹き転炉を用いることが好ましい。以下、本発明を実施する際に用いる上底吹き転炉の１例を図１示す。図２は、図１に示す上吹きランス３の拡大部分縦断面図（ランスチップのみを断面表示とした）である。ここで示す例は６重管ランスである。
【００２３】
図１に示すように、本発明において脱燐処理または脱炭処理に用いる上底吹き転炉（以下単に「転炉」とも呼ぶ）１は、その外殻が鉄皮２で構成され、この鉄皮２の内側には耐火物３が施工された炉本体４と、この炉本体４の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス５とを備えている。炉本体４の上部には、脱燐処理または脱炭処理の終了後の溶銑６を出湯するための出湯口７が設けられでおり、また、炉本体４の炉底部には、攪拌用ガス８を吹き込むための複数の底吹き羽口９が設けられている。この底吹き羽口９はガス導入管１０と接続されている。
【００２４】
上吹きランス５には、窒素ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスからなる搬送用ガスとともに、石灰系媒溶剤を含む粉状精錬剤、粉状酸化物、粉状可燃性物質のいずれか１種以上を含む粉体１１を供給するための粉体供給管１２と、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガス、都市ガスなどのガス燃料を供給するための燃料ガス供給管１３と、供給した燃料ガスを燃焼するための酸素ガス、空気などの燃料燃焼用酸化性ガスを供給するための燃料燃焼用酸化性ガス供給管１４と、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを供給するための精錬用酸化性ガス供給管１５と、上吹きランス５を冷却するための冷却水を供給・排出するための冷却水給水管及び排水管とが設けられている。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。
【００２５】
なお、燃料ガス供給管１３に供給する燃料ガスに代えて、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おそれがあるので、本発明では燃料ガス（気体燃料）を使用する。気体燃料であれば、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、或い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。
【００２６】
粉体供給管１２の他端は、粉体１１を収容したディスペンサー１６に接続され、また、ディスペンサー１６は粉体搬送用ガス供給管１７に接続されており、粉体搬送用ガス供給管１７を通ってディスペンサー１６に供給された不活性ガスが、ディスペンサー１６に収容された粉体１１の搬送用ガスとして機能し、ディスペンサー１６に収容された粉体１１は粉体供給管１２を通って上吹きランス５に供給され、上吹きランス５の先端から溶銑６に向けて吹き付けることができるようになっている。
【００２７】
上吹きランス５の１例として図２に示した６重管構造の上吹きランスは、円筒状のランス本体１８と、このランス本体１８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１９とで構成されているものである。ランス本体１８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重の同心多重管構造である。粉体供給管１２は最内管２０に連通し、燃料ガス供給管１３は仕切り管２１に連通し、燃料燃焼用酸化性ガス供給管１４は内管２２に連通し、精錬用酸化性ガス供給管１５は中管２３に連通し、冷却水給水管及び排水管はそれぞれ外管２４または最外管２５のいずれか一方に連通している。従って、吹き込む粉体１１は搬送用ガスとともに最内管２０の内部を通り、プロパンガスや都市ガスなどの燃料ガスは最内管２０と仕切り管２１との間隙を通り、燃料燃焼用酸化性ガスは仕切り管２１と内管２２との間隙を通り、精錬用酸化性ガスは内管２２と中管２３との間隙を通る。そして、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１９の位置で反転するように構成されている。
【００２８】
最内管２０の内部は、ランスチップ１９のほぼ軸心位置に配置された粉体噴射孔２６と連通し、最内管２０と仕切り管２１との間隙は、粉体噴射孔２６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２７と連通し、仕切り管２１と内管２２との間隙は、燃料ガス噴射孔２７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燃焼用酸化性ガス噴射孔２８と連通し、そして、内管２２と中管２３との間隙は、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８の周辺に複数個設置された精錬用酸化性ガス噴射孔２９と連通している。粉体噴射孔２６は、粉体１１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２７は、燃料ガスを噴射するためのノズル、燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８は、燃料ガスを燃焼する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２９は、精錬用酸化性ガスを吹き付けるためのノズルである。
【００２９】
つまり、最内管２０の内部が粉体供給流路となり、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となっている。尚、図２において、粉体噴射孔２６はストレート形状のノズルで、精錬用酸化性ガス噴射孔２９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、粉体噴射孔２６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２７及び燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８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。
【００３０】
以下、上述した上吹きランス５を備える転炉１を用いて、脱燐処理あるいは脱炭処理をする方法について、以下に説明する。
【００３１】
先ず、炉本体４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、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(質量％)＝冷鉄源配合量×１００／(溶銑配合量＋冷鉄源配合量)）。冷鉄源の配合比率が４．０質量％未満では、生産性向上の効果が少ないのみならず、ＣＯ２発生量の削減効果が少ないからである。冷鉄源の配合比率の上限は特に決める必要はなく、脱燐処理後あるいは脱炭処理後の鉄浴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９から攪拌用ガス８の吹き込みを開始する。
【００３２】
冷鉄源の炉本体４への装入後、溶銑６を炉本体４へ装入する。溶銑６としては、例えば、脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていてもよく、また脱炭処理のまえに脱燐処理が施されたものであってもよい。因みに、脱燐処理前の溶銑６の主な化学成分は、Ｃ：３．８〜５．０質量％、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｐ：０．０８〜０．２質量％、Ｓ：０．０５質量％以下程度である。また、溶銑温度は１２００〜１４００℃の範囲であれば問題なく脱燐処理あるいは脱炭処理することができる。
【００３３】
次いで、前記上吹きランス５の精錬用酸化性ガス噴射孔２９から、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを溶銑６の浴面に向けて吹き付けるとともに、ディスペンサー１６に搬送用ガスとして不活性ガスを供給し、粉体１１を、上吹きランス５の粉体噴射孔２６から搬送用ガスとともに溶銑６の浴面に向けて吹き付ける。この粉体１１の吹き付けに前後して、上吹きランス５の燃料ガス噴射孔２７から燃料ガスを噴射させるとともに燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔２８から酸素ガスなどの燃料燃焼用酸化性ガスを噴射させ、上吹きランス５の下方に火炎を発生させる。
【００３４】
以上の方法で溶銑の精錬を行うバーナー型上吹きランス５は、燃料ガスが燃焼して形成させる火炎中に酸化鉄や石灰系媒溶材、可燃性物質などを供給することによって、火炎の熱が効率良く伝達され、これにより溶銑への着熱効率の向上が可能であることが知られている。
【００３５】
次に、本発明の一実施形態に係る転炉の精錬方法の概要について示す。脱燐吹錬では脱Ｐあるいは脱Ｓｉおよび脱Ｐを目的として、酸素含有ガスや鉄鉱石、スケールといった固体酸素源を溶銑６の浴面に供給する。また、脱Ｐを目的とした精錬剤としては、塊状あるいは粉状の生石灰、石灰石、脱炭炉滓、取鍋滓などを添加する。脱燐吹錬時のスラグ塩基度としては、１．５〜３．５の範囲が適しており、この範囲を外れる場合、脱燐効率が悪化してしまう。具体的には、スラグ塩基度が１．５を下回る場合、スラグの脱燐能が低く、スラグ塩基度が３．５を上回る場合、精錬剤の滓化が阻害され、結果的に脱燐不良を招く懸念がある。一方、脱炭吹錬では、主に脱Ｃを目的として、併せて脱Ｐおよび脱Ｃを目的として、酸素含有ガスや鉄鉱石、スケールといった固体酸素源を溶銑６の浴面に供給する。脱炭吹錬のスラグ塩基度としては、２．５〜５．５の範囲が適しており、この範囲を外れる場合、吹錬中のスラグ噴出等の操業阻害や脱燐効率悪化といった問題が生じてしまう。具体的には、スラグ塩基度が２．５を下回る場合、スラグの粘性が高く、吹錬中に炉内のスラグが炉口から噴出し、操業阻害に繋がる懸念があり、スラグ塩基度が５．５を上回る場合、精錬剤の滓化が阻害され、結果的に脱燐不良を招く懸念がある。
他の精錬剤として、脱燐用精錬剤の滓化を促進するためのＡｌ２Ｏ３等の酸化物を含有する精錬剤、耐火物を保護するためのＭｇＯ等の酸化物を含有する精錬剤、および酸素と反応させて燃焼熱を精錬用の熱源として供給するためのＳｉＣ等の珪素源を含有する精錬剤等が、目的に応じて用いられる。
【００３６】
本発明においては投入すべき精錬剤はその一部または全部を粉体１１とし、これを上吹きランス５の下方に形成される火炎を通して加熱しながら供給する。後で述べる実施例に示すとおり、脱燐吹錬および脱炭吹錬においてバーナーランスの操業条件を変更してバーナーランスから溶湯への着熱効率（＝溶湯着熱量／燃料燃焼による総発熱量）を評価した結果、以下の数式（１）および数式（２）を満たす範囲で操業を実施することにより、着熱効率を高めることが可能であることを知見した。
【００３７】
【数３】
2018070975.tif 000005
ここで、Ｓ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））は、粉体１１の供給速度、Ｑ（ＭＪ／（ｍｉｎ・ｔ））は、燃料ガスの低位発熱量ＱＬ（ＭＪ／Ｎｍ3）と溶銑および冷鉄源の合計量１ｔあたりの燃料ガス流量Ｆ（Ｎｍ3／（ｍｉｎ・ｔ））との積、Ｃｐ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））は、粉体１１の２９８Ｋにおける比熱、Ｒ（μｍ）は粉体１１の体積平均平均粒径、λ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、粉体１１の２９８Ｋにおける熱伝導率である。なお、ここで粉体１１の２９８Ｋにおける熱伝導率は、レーザーフラッシュ法や温度傾斜法で測定することが一般的である。測定試料として、粉体１１を５０μｍ以下に微粉砕した粉末を加圧成形したものを使用するが、この際、加圧成形後の嵩比重が、粉砕前の粉体１１の粒子密度の９０％以上になるように加圧成形して作製した試料で測定する。粉砕前の粉体１１の粒子密度の測定方法としては、液浸法などで実施することができる。
【００３８】
そして、粉体１１の体積平均平均粒径Ｒは、例えばレーザ回折式粒度分布測定装置にて粉体を圧搾空気で分散させて測定される体積平均粒径（所謂ＭＶ値、体積で重みづけされた平均球相当径）である。低位発熱量ＱＬ（ＭＪ／Ｎｍ3）とは、２５℃、１気圧を基準とした燃料ガスの標準燃焼熱から、燃料ガス中の水素や元来含まれる水分から生じる水蒸気の潜熱分を差し引いた値であり、実用上粉体の加熱に利用可能な熱量に相当する。
【００３９】
また、粒度分布が異なる異種粉体を混合する場合は、以下の数式（３）に示すように、上記数式（１）の右辺について混合する各粉体の質量比率を乗じた総和で算出することが可能である。
【００４０】
【数４】
2018070975.tif 000006
ここで、Ｍｉは、粉体１１中に占める粉体ｉの質量比率であり、Ｃｐ，ｉ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））は、粉体１１中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける比熱、Ｒｉ（μｍ）は、粉体１１中に含まれる粉体ｉの体積平均平均粒径、λｉ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、粉体１１中に含まれる粉体ｉの２９８Ｋにおける熱伝導率、ｉは粉体の種類を示す整数であり、Σは整数ｉに関する総和、即ち全粉体種類についての合計を意味する。
【００４１】
Ｓ／Ｑの値が上記式の範囲より小さい場合、バーナーランスの熱供給速度に対して粉体１１の供給速度が小さすぎるため、燃料ガスの燃焼熱が粉体１１に十分に移行せず、溶湯への着熱効率が低下してしまい、脱燐吹錬および脱炭吹錬で一般的に使用される昇熱剤（例えばフェロシリコンや炭材、炭化珪素等）との昇熱コストの優位性が縮小してしまうほか、燃料ガスの燃焼熱が溶湯以外の温度上昇（例えば炉内雰囲気温度上昇等）を招き、耐火物の損耗を助長するなどの問題も懸念されることになる。この際、粉体１１の熱伝導率が比較的高ければ、熱供給速度に対して粉体１１の供給速度が比較的小さい条件まで、粉体或いは溶湯への伝熱が効率的に図られ、排ガス温度の上昇を抑制できる。
【００４２】
また、Ｓ／Ｑを１．２より大きい場合、粉体１１の総添加量が限られるのに対して、総熱供給量が少なくすることになり、熱補償効果が縮小してしまうことになるので、Ｓ／Ｑは１．２以下とすることが好ましい。使用する粉体１１の適正量は、その粉体の物質による精錬目的や精錬効果によって定まり、適正量よりも多い粉体１１を添加することは資源の浪費になるとともに却って熱ロスの増大をも招くおそれがある。一方、粉体１１及び燃料ガスを供給する期間については、添加する精錬目的に適した期間内であれば特に制限はないが、粉体１１及び燃料ガスの供給速度は一般的に設備的な制約を受けるので、これらの要因を考慮して、Ｓ／Ｑを上記の範囲内とするように、粉体粒径、粉体の比熱、粉体の熱伝導率、及び燃料ガス発熱量などの条件に応じて粉体１１及び燃料ガスの供給速度及び供給期間を調整する。
【実施例】
【００４３】
＜実施例１＞
この実施例は図１に示す上底吹き転炉を使用し、炉内に冷鉄源３０ｔおよび溶銑２７０ｔを装入し、脱燐吹錬を実施した。なお、使用した溶銑は、Ｃ：４．５質量％、Ｓｉ：０．４質量％、温度１３２０℃にあらかじめ調整したものを使用した。
【００４４】
副原料として粉状のＡｌ２Ｏ３を上吹きランス５の下方に形成される火炎を介して供給した。Ａｌ２Ｏ３はスラグ液相率上昇による脱燐効率向上を目的として添加したものである。各試験水準とも上吹きした粉状のＡｌ２Ｏ３と副原料投入シュートから投入したＡｌ２Ｏ３との合計の総添加量は同一とした。使用した粉状Ａｌ２Ｏ３の２９８Ｋにおける比熱Ｃｐは０．８７（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））、２９８Ｋにおける熱伝導率λは４６．１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であった。なお、粉状Ａｌ２Ｏ３は体積平均粒径が１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、３００μｍのものを使用した。
【００４５】
表１に粉状のＡｌ２Ｏ３をバーナーランスで加熱投射した際の各水準における条件を示す。水準１は粉体を投射せず、都市ガスと都市ガス燃焼酸素により火炎を形成しただけの水準であり、都市ガスを供給しない場合との比較から着熱量を求め、供給した都市ガスの総発熱量と比較して着熱効率を求めた。他の脱燐吹錬の試験条件においてはこの水準１における着熱効率を１として、同様にして求めた着熱効率を評価した。各水準において、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値以上となっている本発明例では、着熱効率指数が２以上となっている一方、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値より小さくなる比較例では着熱効率指数が２を下回っていることがわかる。
【００４６】
図３には、粉状のＡｌ２Ｏ３を加熱投射した際の着熱効率指数とＳ／Ｑ値の関係を示す。Ｓ／Ｑ値が大きくなると着熱効率指数は次第に増大し、粒径に関わらずほぼ同等の着熱効率指数で飽和する挙動を示した。また、粒径が小さいほど着熱効率指数は速やかに増大して行くため、着熱効率指数が２を超えるＳ／Ｑ値も小さくなる傾向が見られた。
【００４７】
【表１】
2018070975.tif 000007
【００４８】
＜実施例２＞
この実施例は、図１に示す上底吹き転炉を使用し、冷鉄源３０ｔおよび溶銑２７０ｔを装入し、脱炭吹錬を実施した。なお、使用した溶銑は、Ｃ：４．５質量％、Ｓｉ：０．４質量％、温度１３２０℃にあらかじめ調整したものを使用した。
【００４９】
加熱する粉体として粉状のＭｇＯあるいは粉状の炭化珪素（ＳｉＣ）を上吹きランス５の下方に形成される火炎を介して供給した。ＭｇＯは耐火物の溶損抑制、炭化珪素は昇熱を目的として添加したものである。各試験水準とも上吹きした粉状のＭｇＯまたは炭化珪素と副原料投入シュートから投入したＭｇＯおよび／または炭化珪素との合計のそれぞれの添加物の総添加量は同一とした。使用した粉状ＭｇＯの２９８Ｋにおける比熱Ｃｐは０．９８（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））、２９８Ｋにおける熱伝導率λは５９．９（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であった。また、使用した粉状ＳｉＣの２９８Ｋにおける比熱Ｃｐは１．０（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））、２９８Ｋにおける熱伝導率λは１８．０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であった。燃料ガスとしてプロパンガス(低位発熱量ＱＬ＝９１．２ＭＪ／Ｎｍ3)を使用した。なお、粉状ＭｇＯおよび粉状ＳｉＣはそれぞれ体積平均粒径が１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、３００μｍのものを使用した。
【００５０】
表２に粉状のＭｇＯをバーナーランスで加熱投射した際の各水準における条件を示す。水準５０は粉体を投射せず、プロパンガスとプロパンガス燃焼酸素により火炎を形成しただけの水準であり、プロパンガスを供給しない場合との比較から着熱量を求め、供給したプロパンガスの総発熱量と比較して着熱効率を求めた。他の脱炭吹錬の試験条件においてはこの水準５０における着熱効率を１として、同様にして求めた着熱効率を評価した。各水準において、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値以上となっている本発明例では着熱効率指数が２以上となっている一方、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値より小さくなる比較例では着熱効率指数が２を下回っていることがわかる。
【００５１】
図４には、粉状のＭｇＯを加熱投射した際の着熱効率指数とＳ／Ｑ値の関係を示す。脱燐吹錬の場合と同様に、Ｓ／Ｑ値が大きくなると着熱効率指数は次第に増大し、粒径に関わらずほぼ同等の着熱効率指数で飽和する挙動を示した。また、粒径が小さいほど着熱効率指数は速やかに増大して行くため、着熱効率指数が２を超えるＳ／Ｑ値も小さくなる傾向も同様に見られた。
【００５２】
表３は粉状のＳｉＣを同様にバーナーランスで加熱投射した際の各水準における条件を示す。各水準において、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値以上となっている本発明例では着熱効率指数が２以上となっている一方、Ｓ／Ｑの値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3で算出される値より小さくなる比較例では着熱効率指数が２を下回っていることがわかる。
【００５３】
図５には、粉状のＳｉＣを加熱投射した際の着熱効率指数とＳ／Ｑ値の関係を示す。粉状のＭｇＯを加熱投射した場合と同様に、Ｓ／Ｑ値が大きくなると着熱効率指数は次第に増大し、粒径に関わらずほぼ同等の着熱効率指数で飽和する挙動を示した。また、粒径が小さいほど着熱効率指数は速やかに増大して行くため、着熱効率指数が２を超えるＳ／Ｑ値も小さくなる傾向が見られたが、同一粒径の粉状のＭｇＯを加熱投射した場合と比較すると、より大きいＳ／Ｑ値で着熱効率指数が２を超えることがわかった。
【００５４】
【表２】
2018070975.tif 000008
【００５５】
【表３】
2018070975.tif 000009
【００５６】
ここで図３〜５から、着熱効率指数が２以上となるＳ／Ｑ値を、各粉体、各粒径ごとに推算し、着熱効率指数が２以上となるＳ／Ｑ値と粉体粒径の関係を図６に示す。図６から明らかなように、Ｓ／Ｑ値が（０．０８／Ｃｐ）×Ｒ0.2×（λ／１６）-0.3以上あれば、着熱効率指数が２以上になり、耐火物の溶損を抑制し、かつ燃料の燃焼熱を効率良く溶湯へ着熱させることが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  上底吹き転炉
２  鉄皮
３  耐火物
４  炉本体
５  上吹きランス
６  溶銑
７  出湯口
８  撹拌用ガス
９  底吹き羽口
１０  ガス導入管
１１  粉体
１２  粉体供給管
１３  燃料ガス供給管
１４  燃料燃焼用酸化性ガス供給管
１５  精錬用酸化性ガス供給管
１６  ディスペンサー
１７  粉体搬送用ガス供給管
１８  ランス本体
１９  ランスチップ
２０  最内管
２１  仕切り管
２２  内管
２３  中管
２４  外管
２５  最外管
２６  粉体噴射孔
２７  燃料ガス噴射孔
２８  燃料燃焼用酸化性ガス噴射孔
２９  精錬用酸化性ガス噴射孔
【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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