(57)【要約】【課題】高Si濃度の溶銑の脱珪処理において、スラグフォーミングを抑制し、操業トラブルや、歩留りの低下を招くスロッピングを防止する。【解決手段】精錬容器に収容した、高Si濃度の溶銑に、脱珪剤を投入して脱珪処理を施す溶銑の精錬方法において、(i)フォーミング指標Ｓが0.06以上の溶銑に、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比ＲO2が0.70以上の脱珪剤を、フォーミング指標Ｓが0.06未満になるまで投入し、その後、(ii)必要量の脱珪剤を一括して投入することを特徴とする溶銑の精錬方法。Ｓ＝ΔSi×Ｃindex1.3  ΔSi＝（［％Si］HM−0.20）  Ｃindex＝５−（0.0026＊ＴHM−0.32＊［％Si］HM＋1.25）  ［％Si］HM：溶銑のSi濃度（質量％）  ＴHM：溶銑温度（℃）  ＲO2＝ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）  ＦO_O2：気体酸素吹込速度（Nm3/分）×１．４２９（kg/Nm3）  ＦO_FetO：固体酸素源吹込速度（kg/分）×α（α：固体酸素源による調整係数）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に収容した、高Ｓｉ濃度の溶銑に、脱珪剤を投入して脱珪処理を施す溶銑の精錬方法において、
（ｉ）下記式（１）で定義するフォーミング指標Ｓが０．０６以上の溶銑に、下記式（２）で定義する、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を、フォーミング指標Ｓが０．０６未満になるまで投入し、その後、
（ii）必要量の脱珪剤を一括して投入する
ことを特徴とする溶銑の精錬方法。
Ｓ＝ΔＳｉ×Ｃindex1.3                                          ・・・（１）
ΔＳｉ＝（［％Ｓｉ］HM−０．２０）
Ｃindex＝５−（０．００２６＊ＴHM−０．３２＊［％Ｓｉ］HM＋１．２５）
［％Ｓｉ］HM：溶銑のＳｉ濃度（質量％）
ＴHM：溶銑温度（℃）
ＲO2＝ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）                              ・・・（２）
ＦO_O2：気体酸素吹込速度（Ｎｍ3／分）×１．４２９（ｋｇ／Ｎｍ3）
ＦO_FetO：固体酸素源吹込速度（ｋｇ／分）×α
α：固体酸素源による調整係数
【請求項２】
前記高Ｓｉ濃度の溶銑のＳｉ濃度が０．６０質量％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】
前記脱珪処理により、溶銑中のＳｉを０．２０質量％以下に低減することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑の精錬方法。
【請求項４】
前記脱珪剤が固体酸素源、気体酸素源、及び、石灰系フラックス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。
【請求項５】
前記精錬容器が混銑車であることを特徴とする請求項１〜４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、溶銑の精錬、特に、混銑車に収容した溶銑の精錬において、スラグフォーミングを抑制し、スロッピングを防止する精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多様な用途に応える高品質の鋼を製造するため、転炉での精錬に備え、混銑車に収容する溶銑に、不純物（Ｓ、Ｐ等）を除去し、Ｓｉ量を調整する予備精錬を施すことが行われている。
【０００３】
予備精錬は、混銑車に収容する溶銑に、受銑口から固体酸素源（通常、酸化鉄）を投入するか、又は、溶銑に挿入したランスから固体酸素源（通常、酸化鉄）及び／又は気体酸素源を吹き込んで行うが、酸素と溶銑中のＣが反応してＣＯガスが生成し、このＣＯガスでスラグが泡立って体積が増大する現象、即ち、スラグフォーミングが発生する。
【０００４】
混銑車は、フリーボード（溶銑面から受銑口までの空間）が狭いので、スラグフォーミングが過剰に発生すると、スラグが受銑口から溢れ出る現象、即ち、スロッピングが発生する。
【０００５】
スロッピングは、操業トラブルや、歩留りの低下に繋がるので、混銑車に収容する溶銑の予備精錬において、スラグフォーミングの発生を抑制し、スロッピングを防止する技術が、これまで数多く提案されている（例えば、特許文献１〜６、参照）。
【０００６】
例えば、特許文献５には、スラグフォーミングを抑制しつつ、反応容器内の溶銑に固体酸化物、石灰化合物、気体酸素等の予備処理剤を投入して、溶銑の脱珪，脱燐等の予備精錬を行う溶銑の予備精錬方法において、溶銑への上記固体酸化物及び気体酸素による酸素投入量とスラグ塩基度とを指標として求められるスラグのスロッピング発生条件に基づきスロッピングの発生し易い領域と発生しにくい領域との発生臨界を求め、時間当たりの上記酸素投入量を、上記求めた発生臨界内に収めるように制御することを特徴とする溶銑の予備精錬方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献６には、トピードカーに保持された溶銑にインジェクションランスを通じて固体酸素源を吹き込んで脱珪−脱燐処理を行う溶銑予備処理法において、側部にガス噴射口（ｘ）を有するインジェクションランスを用い、ランス先端の噴射口から溶銑中に固体酸素源を吹き込みつつ、（ｉ）処理の初期においては、インジェクションランスのガス噴射口（ｘ）から、トピードカー上部内側の付着地金に酸素ガスを噴射し、該付着地金を溶解除去すること、及び、（ii）処理の中期以降においては、インジェクションランスのガス噴射口（ｘ）をスラグ中に位置させ、該ガス噴射口（ｘ）からスラグ中に窒素ガスを噴射してスラグの撹拌を行うことを特徴とする溶銑予備処理法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０２−２９０９１１号公報
【特許文献２】特開平０５−１２５４２４号公報
【特許文献３】特開平１０−１７６２１０号公報
【特許文献４】特開平１０−１８３２１７号公報
【特許文献５】特開平１０−１９５５１５号公報
【特許文献６】特開２００８−２９７５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スラグフォーミングは、通常、溶銑中のＣと酸素の反応（脱炭反応）で生じ、この脱炭反応が起き難い組成領域では殆ど生じない。従来技術は、上記脱炭反応によるスラグフォーミングに対するものであるところ、本発明者らの経験によれば、上記脱炭反応が殆ど起きない高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬においても、スラグフォーミングが頻発する。
【００１０】
そこで、本発明は、このスラグフォーミングの頻発に鑑み、高Ｓｉ濃度の溶銑の脱珪処理において、スラグフォーミングを抑制し、操業トラブルや、歩留りの低下を招くスロッピングを防止することを課題とし、該課題を解決す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】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、高Ｓｉ濃度の溶銑の脱珪処理においては、固体酸素源（酸化鉄）を投入する前の段階で、気体酸素源を主体とする脱珪剤を投入し、溶銑温度を高めつつＳｉ濃度を下げて、Ｃ飽和溶解度を高めると、スラグフォーミングが発生し難くなり、次に、本格的な脱珪処理を行うことができることを見いだした。この点については後述する。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。
【００１３】
（１）精錬容器に収容した、高Ｓｉ濃度の溶銑に、脱珪剤を投入して脱珪処理を施す溶銑の精錬方法において、
（ｉ）下記式（１）で定義するフォーミング指標Ｓが０．０６以上の溶銑に、下記式（２）で定義する、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を、フォーミング指標Ｓが０．０６未満になるまで投入し、その後、
（ii）必要量の脱珪剤を一括して投入する
ことを特徴とする溶銑の精錬方法。
Ｓ＝ΔＳｉ×Ｃindex1.3                                          ・・・（１）
ΔＳｉ＝（［％Ｓｉ］HM−０．２０）
Ｃindex＝５−（０．００２６＊ＴHM−０．３２＊［％Ｓｉ］HM＋１．２５）
［％Ｓｉ］HM：溶銑のＳｉ濃度（質量％）
ＴHM：溶銑温度（℃）
ＲO2＝ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）                              ・・・（２）
ＦO_O2：気体酸素源吹込速度（Ｎｍ3／分）×１．４２９（ｋｇ／Ｎｍ3）
ＦO_FetO：固体酸素源吹込速度（ｋｇ／分）×α
α：固体酸素源による調整係数
【００１４】
（２）前記高Ｓｉ濃度の溶銑のＳｉ濃度が０．６０質量％以上であることを特徴とする前記（１）に記載の溶銑の精錬方法。
【００１５】
（３）前記脱珪処理により、溶銑中のＳｉを０．２０質量％以下に低減することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶銑の精錬方法。
【００１６】
（４）前記脱珪剤が酸化鉄、気体酸素、及び、石灰系フラックスからなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶銑の精錬方法。
【００１７】
（５）前記精錬容器が混銑車であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の溶銑の精錬方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬において、スラグフォーミングを抑制し、操業トラブルや、歩留りの低下を招くスロッピングを防止して、脱珪処理を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の溶銑の精錬方法（以下「本発明精錬方法」ということがある。）は、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬において、スラグフォーミングを抑制するため、溶銑のＳｉ濃度と溶銑温度の関数でフォーミング指標を定義し、該指標が閾値を下回るまで、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比が一定値以上の脱珪剤を投入して予備脱珪処理を行い、その後、本格的な脱珪処理を行うことを基本思想とする。
【００２０】
具体的には、本発明精錬方法は、精錬容器に収容した、高Ｓｉ濃度の溶銑に、脱珪剤を投入して脱珪処理を施す溶銑の精錬方法において、
（ｉ）下記式（１）で定義するフォーミング指標Ｓが０．０６以上の溶銑に、下記式（２）で定義する、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を、フォーミング指標Ｓが０．０６未満になるまで投入し、その後、
（ii）必要量の脱珪剤を一括して投入する
ことを特徴とする。
【００２１】
Ｓ＝ΔＳｉ×Ｃindex1.3                                          ・・・（１）
ΔＳｉ＝（［％Ｓｉ］HM−０．２０）
Ｃindex＝５−（０．００２６＊ＴHM−０．３２＊［％Ｓｉ］HM＋１．２５）
［％Ｓｉ］HM：溶銑のＳｉ濃度（質量％）
ＴHM：溶銑温度（℃）
ＲO2＝ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）                              ・・・（２）
ＦO_O2：気体酸素吹込速度（Ｎｍ3／分）×１．４２９（ｋｇ／Ｎｍ3）
ＦO_FetO：固体酸素源吹込速度（ｋｇ／分）×α
α：固体酸素源による調整係数
【００２２】
以下、本発明精錬方法について説明する。
【００２３】
前述したように、脱炭反応が殆ど起きない高Ｓｉ濃度の溶銑の脱珪処理においても、スラグフォーミングが頻発する。このスラグフォーミングの頻発について、本発明者らは、「溶銑はＳｉ濃度が高いほど飽和Ｃ濃度が低いので、固体酸素源（酸化鉄）の投入で溶銑温度が下がるとＣが析出し、析出Ｃとスラグ中の固体酸素源（酸化鉄）が反応してＣＯガスが発生して、スラグフォーミングが生じる」と推定した。
【００２４】
そして、高Ｓｉ濃度の溶銑の脱珪処理においては、固体酸素源（酸化鉄）を投入する前の段階で、気体酸素源を主体とする脱珪剤を投入し、溶銑温度を高めつつＳｉ濃度を下げて、Ｃ飽和溶解度を高めると、Ｃの析出に起因するスラグフォーミングの発生を抑制することができ、かつ、次の段階で、固体酸素源（酸化鉄）を一括して投入して溶銑温度が低下してもＣが析出せず、ＣＯが発生しないので、スラグフォーミングが生じ難く、本格的な脱珪処理を行うことができることが判明した。
【００２５】
以下、スラグフォーミングを抑制する精錬条件について説明する。
【００２６】
フォーミング指標Ｓ：ΔＳｉ×Ｃindex1.3（上記式（１））
スラグフォーミングの発生に影響する溶銑の特性は、ＣとＳｉの組成、及び、溶銑温度に依って変動する。本発明者らは、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬において、溶銑の特性を、ＣとＳｉの組成、及び、溶銑温度を総合して一義的に評価する指標として、上記式（１）で定義するフォーミング指標Ｓ（以下「指標Ｓ」ということがある。）を導入した。
【００２７】
指標Ｓは、下記式で定義するΔＳｉと、同じく下記式で定義するＣindexのＣindex1.3の積である。
ΔＳｉ＝（［％Ｓｉ］HM−０．２０）
Ｃindex＝５−（０．００２６＊ＴHM−０．３２＊［％Ｓｉ］HM＋１．２５）
［％Ｓｉ］HM：溶銑のＳｉ濃度（質量％）
ＴHM：溶銑温度（℃）
【００２８】
ΔＳｉは、溶銑のＳｉ濃度（質量％）：［％Ｓｉ］HMと、脱珪処理で到達を目指すＳｉ濃度（質量％）：０．２０（質量％）の差、即ち、脱珪処理で低減するＳｉ量を示す指標である。ΔＳｉが大きいと、多量の気体酸素源及び／又は固体酸素源が必要となり、脱珪処理中、フォーミングが発生し易くなるので、ΔＳｉは、フォーミング発生の可能性を示す指標でもある。
【００２９】
Ｃindexは、［％Ｓｉ］HMと、溶銑温度（℃）：ＴHMで定義する、Ｃの析出指数である。［％Ｓｉ］HMが高いと、溶銑の飽和Ｃ濃度（質量％）は低く、ＴHMが高いと、溶銑の飽和Ｃ濃度（質量％）は高いので、Ｃindexは、飽和Ｃ濃度（質量％）に対する［％Ｓｉ］HMとＴHMの影響を総合的に考慮した指数であり、Ｃindexが大きいと、脱珪剤の投入による溶銑温度の低下でＣが析出し易いことを示す。
【００３０】
Ｃの析出量がスラグフォーミングの発生に大きく影響するので、ＣindexはＣindex1.3としてΔＳｉに乗算する。即ち、指標Ｓは、高Ｓｉ濃度の溶銑のＳｉ濃度を０．２０質量％以下まで低減する脱珪処理において、スラグフォーミングが生じる蓋然性を示す指標である。
【００３１】
本発明精錬方法は、前述したように、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬において、脱珪処理中のスラグフォーミングを抑制するため、指標Ｓに閾値を設定し、指標Ｓが閾値以上の溶銑に、指標Ｓが閾値を下回るまで、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合が一定値以上の脱珪剤を投入して予備脱珪を行う。
【００３２】
本発明精錬方法においては、指標Ｓの閾値を、実操業においてスロッピングが発生した精錬条件に基づいて、０．０６と設定し、指標Ｓが０．０６以上の溶銑に、下記式（２）で定義する、脱珪剤中の酸素に占める気体酸素の割合を示す気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を、指標Ｓが０．０６未満に達するまで投入し、予備脱珪処理を含む脱珪処理において、スラグフォーミングの発生を抑制する。この点が、本発明者らが見いだした知見であり、本発明精錬方法の特徴である。
【００３３】
ＲO2＝ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）                              ・・・（２）
ＦO_O2：気体酸素吹込速度（Ｎｍ3／分）×１．４２９（ｋｇ／Ｎｍ3）
ＦO_FetO：固体酸素源吹込速度（ｋｇ／分）×α
α：固体酸素源による調整係数
【００３４】
気体酸素比ＲO2：ＦO_O2／（ＦO_O2＋ＦO_FetO）（上記式（２））
固体酸素源（酸化鉄）、気体酸素源、及び、石灰系フラックスを主体とする脱珪剤において、全酸素量（気体酸素量＋固体酸素量）に占める気体酸素量の割合を、気体酸素比ＲO2として、上記式（２）で定義する。
【００３５】
固体酸素源中の固体酸素の量は、固体酸素源の種類によって異なるので、固体酸素源の種類に応じた調整係数αをＦO_FetOに乗算する。例えば、固体酸素源がミルスケールの場合、α＝０．２２であり、鉄鉱石の場合、α＝０．３０であり、通常、１．０以下である。
【００３６】
脱珪剤の気体酸素比ＲO2は、スラグフォーミングの発生を抑制する点で、指標Ｓとともに重要である。予備脱珪処理において、溶銑温度の低下を抑制して、Ｃの析出を回避し、Ｓｉ濃度を低減するため、気体酸素比ＲO2に閾値を設定する必要がある。本発明者らは、実操業においてスロッピングが発生した精錬条件に基づいて、気体酸素比ＲO2を０．７０以上と設定した。
【００３７】
即ち、気体酸素比ＲO2が０．７０未満であると、固体酸素の割合が増大し、溶銑温度（ＴHM）が低下して、Ｃが析出し、スラグフォーミングの原因となるＣＯガスが発生するので、気体酸素比ＲO2は０．７０以上とする。好ましくは０．７５以上である。
【００３８】
高Ｓｉ濃度の溶銑の予備脱珪処理において、気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を溶銑に投入することにより、溶銑温度（ＴHM）を下げることなく、即ち、溶銑温度の低下によるＣの析出を回避して、スラグフォーミングを抑制し、指標Ｓが０．０６未満の溶銑を得ることができる。
【００３９】
気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤の投入により、指標Ｓが０．０６未満に至った溶銑に、次の段階で、必要量の脱珪剤を一括して投入し、Ｓｉ濃度を所要のレベル、例えば、０．２０質量％以下まで低減する。この脱珪処理で一括して投入する脱珪材のＲO2は、特に限定されない。この脱珪処理においても、スラグフォーミングは発生しない。
【００４０】
本発明精錬方法において、高Ｓｉ濃度の溶銑を収容する精錬容器は、特に特定の精錬容器に限定されない。高炉から出銑した溶銑を次の工程へ運搬する容器で、運搬中、精錬を実施できる容器（例えば、混銑車、溶銑鍋等）を精錬容器として使用可能であるが、本発明精錬方法は、特に、フリーボードの狭い混銑車に収容した溶銑の脱珪処理に好適である。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００４２】
（実施例１）
混銑車に収容した、指標Ｓが０．０６以上の溶銑に、表１に示す条件で予備脱珪処理を施し、次いで、表１に示す条件で脱珪処理を行い、スラグフォーミングの発生の有無で処理を評価した。
【００４３】
評価１は、予備脱珪処理中にスラグフォーミングが発生したか否かを評価し、発生した場合を×、発生しない場合を○とした。評価２は、よび脱珪処理後の脱珪処理中にスラグフォーミングが生じたか否かを評価し、評価１と同じく、発生した場合を×、発生しない場合を○とした。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
予備脱珪処理で、ＲO2が０．７０未満の脱珪材を用いて処理を行った比較例１では、処理後、指標Ｓが０．０６未満に達せず、また、予備脱珪処理中にスラグフォーミングが発生し（「評価１」参照）、処理を中断した（「評価２」参照）。
【００４６】
予備脱珪処理で、ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を用いて処理を行った比較例２では、処理中にスラグフォーミングは発生しなかった（「評価１」参照）が、処理後、指標Ｓが０．０６を超えているため、続く脱珪処理中にスラグフォーミングが発生した（「評価２」参照）。
【００４７】
このことから、ＲO2が０．７０未満の脱珪剤で予備脱珪処理を行うと、予備脱珪処理中にスラグフォーミングが発生すること、また、ＲO2が０．７０以上の脱珪剤で予備脱珪処理を行うと、処理中のフォーミングの発生を抑制できるものの、指標Ｓが０．０６未満に達せず、続く脱珪処理中にスラグフォーミングが発生することを確認できる。
【００４８】
ＲO2が０．７０以上の脱珪剤で予備脱珪処理を行い、予備脱珪処理後の指標Ｓが０．０６未満の実施例１〜３では、予備脱珪処理に続く脱珪処理において、ＲO2が小さい（固体酸素量が多い）脱珪材を投入しても、スラグフォーミングが抑制され、スロッピングが生じることなく、最終的に、Ｓｉ濃度を０．２０質量％以下まで低減することができた（「評価１」、「評価２」、参照）。
【００４９】
以上のことから、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬においては、最初、気体酸素比ＲO2が０．７０以上の脱珪剤を用いて、指標Ｓが０．０６未満になるまで、Ｓｉ濃度を低減（予備脱珪処理）し、次いで、必要量の脱珪剤（気体酸素比ＲO2が０．７０未満でもよい）を一括して投入して脱珪処理を行う必要があることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
前述したように、本発明によれば、高Ｓｉ濃度の溶銑の精錬において、スラグフォーミングを抑制し、操業トラブルや、歩留りの低下を招くスロッピングを防止して、脱珪処理を行うことができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。