(57)【要約】【課題】本発明は、転炉型反応容器に保持した溶銑に上吹き酸素ガスをソフトブローあるいはハードブローのいずれで吹き付けても、二次燃焼熱の着熱効率及びスラグの撹拌力が大きく、且つ脱燐酸素効率も良い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】精錬容器に保持した溶銑に、脱燐用フラックスを投入すると共に、ガス噴射ノズルを多数備えたガス上吹き用ランスから酸化性ガス及び非酸化性ガスを供給して該溶銑を撹拌する溶銑の脱燐方法において、前記ガス上吹き用ランスの先端面外周側に設けたノズルより酸化性ガスを、中心側に設けたノズルより非酸化性ガスをそれぞれ同時に噴射させると共に、該非酸化性ガスと該酸素含有ガスとの流量比（非酸化性ガス／該酸素含有ガス）を０．２５〜４とする。【選択図】　　　　図１
2004091804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に保持した溶銑に、脱燐用フラックスを投入すると共に、ガス噴射ノズルを複数備えたガス上吹き用ランスから酸化性ガス及び非酸化性ガスを供給して該溶銑を撹拌する溶銑の脱燐方法において、
前記ガス上吹き用ランスの先端面外周側に設けたノズルより酸化性ガスを、中心側に設けたノズルより非酸化性ガスをそれぞれ同時に噴射させると共に、該非酸化性ガスと該酸素含有ガスとの流量比（非酸化性ガス／該酸素含有ガス）を０．２５〜４とすることを特徴とする溶銑の脱燐方法。
【請求項２】
前記精錬容器がガスの上底吹き機能を備えた転炉であることを特徴とする溶銑の脱燐方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑の脱燐方法に係わり、詳しくは、転炉型精錬容器に保持した溶銑上に形成されるスラグの攪拌を強化すると共に、フリーボード（容器内の浴面上方の空間）での酸素の二次燃焼効率を高位に維持しかつその熱を効率良く着熱させ、且つ該溶銑より効率良く脱燐する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼コストを低減したり、低燐鋼を安定して溶製するには、従来、溶銑の脱炭精錬を行う前に、トピードカー内の溶銑に脱燐用フラックス（酸化鉄、生石灰等）を吹き込みして脱燐する方法（以下、トピード脱燐という）、あるいは２基の転炉を用い、一方の炉で脱燐した後に他方の炉で脱炭する方法（以下、転炉型脱燐という）が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１９５２１０号公報：３頁、右下欄の６行〜１９行
前者のトピード脱燐は、トータル鉄（記号：Ｔ・Ｆｅ）含有量が低く、且つ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２で評価）が高いスラグを形成させるため、脱燐と同時に脱硫反応も進行するという利点がある。しかしながら、酸化剤として鉄鉱石やスケール粉に代表される酸化鉄を用いるので、その分解吸熱反応によって処理中に溶銑温度が低下してトーピードカー内で溶銑が固化し、払い出し不能となるトラブルや、次工程である転炉での脱炭精錬に際してスクラップの消費量が低下し、溶鋼生産量が低減するという問題が生じる。また、前記酸化鉄の代わりに酸素ガスを用いる場合、溶銑中に酸素ガスを吹き込むと、撹拌が過大となり、スラグ中の（Ｔ・Ｆｅ）含有量が極端に低くなって脱燐が進行しなくなる。さらに、上方より単にスラグ表面に酸素ガスを吹き付けた場合には、スラグ中の（Ｔ・Ｆｅ）含有量が高くなるばかりでなく、スラグがスロッピングするという問題があった。
【０００４】
一方、後者の転炉型脱燐では、酸化剤として主に酸素ガスを用いるので、前者のような溶銑温度低下に起因する問題は軽減する。しかしながら、転炉では、通常の脱炭と同様に上吹き酸素ガスの浴面到達流速が高い状態、所謂「ハードブロー」で脱燐を行うと、過剰な脱炭が生じるばかりでなく、脱燐効率も低くなる。この問題を回避するために、上吹きランスから供給する酸素ガスの流量を減じる所謂「ソフトブロー」で脱燐を行うと、メタル及びスラグの撹拌が不足すると共に、酸素供給速度も低下し、精錬時間が長くなる。また、酸素供給速度の低下を補うために、鉄鉱石等の添加を行うと、前記二次燃焼熱のスラグへの着熱効率が低くなって、スラグの滓化が進行し難くなる。
【０００５】
また、この転炉型脱燐に有効な上吹き酸素ガス用ランスも提案されている（特許文献２）。それは、ランス先端面の中心に設けたノズル（以下、中心側ノズルという）から精錬用粉体を不活性ガスと共に供給する一方で、ランス先端面の外周側に設けた複数の非円形状ノズルから酸素ガスを供給するように構成されている。このランスは、酸素ガスを非円形状ノズルから供給してその噴流速度を減衰させ、火点（酸素ガスが溶銑に衝突する位置）温度を低下して脱炭反応を抑制すると共に、中心ノズルから前記火点へ精錬用粉体を直接供給して脱燐反応を促進することを狙ったものである。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１一１３１６２９号公報：３頁、右欄１３行〜２１行
ところが、このようなランスを使用しても、酸素ジェットによるスラグの撹拌力が弱められてしまうため、溶銑浴面上の大部分のスラグは、脱燐反応に寄与しないことになる。したがって、溶銑の脱燐反応を専らランスから供給する精錬用粉体に依存せざるを得ず、所望の脱燐率を達成しようとすると、精錬用粉体の吹き込み量が増大するという問題がある。さらに、ランスから精錬用粉体を吹込むには、粉体供給装置や搬送設備が別途必要である上に、配管系には、精錬用粉体による摩耗を防止する対策を講じなくてはならない等で設備費が嵩むという問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、転炉型反応容器に保持した溶銑に上吹き酸素ガスをソフトブローあるいはハードブローのいずれで吹き付けても、二次燃焼熱の着熱効率及びスラグの撹拌力が大きく、且つ脱燐酸素効率も良い溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ランスノズルから噴射される酸素ガスのうちの前記二次燃焼に寄与する部分は、ガスジェットの外周部に相当する酸素ガスが主であることに着目した。そして、この原理を上吹きランスから酸素ガス等を供給し、且つ溶銑又は溶鋼からなる浴をガス撹拌する精錬装置での溶銑脱燐処理に適用する実験、研究を重ねた。その結果、ランスノズルから噴射されるガスジェツトの中心部に非酸化性ガスを供給し、外周部に酸素ガスを供給すれば、ガスジェット中心部の非酸化性ガスで二次燃焼熱のスラグへの着熱量を高めると共に、脱炭反応を抑制しつつスラグに強攪拌を与えて滓化が促進され、ジェット外周部分に酸素ガスを供給すれば、スラグの滓化に適正な二次燃焼熱を得ることが可能であることを知った。本発明は、この知見に基づきなされたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、精錬容器に保持した溶銑に、脱燐用フラックスを投入すると共に、ガス噴射ノズルを複数備えたガス上吹き用ランスから酸化性ガス及び非酸化性ガスを供給して該溶銑を撹拌する溶銑の脱燐方法において、前記ガス上吹き用ランスの先端面外周側に設けたノズルより酸化性ガスを、中心側に設けたノズルより非酸化性ガスをそれぞれ同時に噴射させると共に、該非酸化性ガスと該酸素含有ガスとの流量比（非酸化性ガス／該酸素含有ガス）を０．２５〜４とすることを特徴とする溶銑の脱燐方法である。この場合、前記精錬容器がガスの上底吹き機能を備えた転炉であることが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、転炉型反応容器に保持した溶銑に上吹き酸素ガスをソフトブローあるいはハードブローのいずれで吹き付けても、二次燃焼熱の着熱効率及びスラグの撹拌力が大きく、且つ脱燐酸素効率良く溶銑の脱燐が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、発明者は、実機に比して縮尺１／８で、精錬容器、ガス吹き込みランス及びガス供給配管等からなる小型実験装置を製作し、常温でモデル実験を行った。その際、溶銑を擬して水を使用すると共に、ランスとしては、図１に示すようなランスを用いた。そのランスは、先端面１に多数のガス噴射ノズルを開口したものである。モデル実験は、前記ランスの先端面１の外周側に設けたノズル２からは酸化性の二酸化炭素ガス（Ｃ０２）５を、中心側ノズル３からは不活性な窒素ガス（Ｎ２）６を同時に噴射し、噴射されたガスジェットのＣＯ２濃度を測定することで行った。
【００１３】
その実験結果を図３に示す。図３より、ランスの中心付近から非酸化性ガス６を噴射すると、ランスから噴射された後の噴射ジェット中心部の非酸化性ガス分率は浴面に至るまで高いままで維持され、噴射ジェット外周部の酸素分率も同様に浴面まで高く維持されることが明らかになった。
【００１４】
この結果は、転炉型反応器にて溶鉄を脱燐精錬する方法に上記実験と同様の条件を適用すれば、噴射ジェット外周部に酸素が供給され二次燃焼率を高く保ちつつ、噴射ジェットのスラグ面への到達速度を早くできるので（所謂ハードブローになる）、高い着熱効率が得られると共に、スラグが強撹拌されてスラグの滓化が促進されることを示唆している。また、流速の大きい噴射ジェット中心付近では、非酸化性ガスの存在で酸素分圧が低く、脱炭反応が抑制されるので、スラグの（Ｔ−Ｆｅ）含有量も高く維持できると考えられる。特に、上吹きガスが酸素だけの場合には、二次燃焼率を高位に保つためソフトブロー（例えば、ノズルの大径化、多孔化やランス湯面間距離の増大）に変更すると、必然的に前記フリーボードでＣＯガスがＣＯ２へ燃焼する二次燃焼率が上がり、排ガス温度が急激に上昇し転炉耐火物が著しく損耗するが、上記のように中心部に非酸化性ガスを用いる場合には、二次燃焼熱の溶銑へ着熱量が大きいので、放散される熱量は小さく、排ガスの温度を低く維持できる。
【００１５】
そこで、発明者は、この知見を基に本発明を完成させたのである。つまり、精錬容器に保持した溶銑に、脱燐用フラックスを投入すると共に、ガス噴射ノズルを複数備えたガス上吹き用ランスから酸化性ガス及び非酸化性ガスを供給して該溶銑を撹拌して溶銑を脱燐するにあたり、前記ガス上吹き用ランスの先端面外周側に設けたノズルより酸化性ガスを、中心側に設けたノズルより非酸化性ガスをそれぞれ同時に噴射させると共に、該非酸化性ガスと該酸素含有ガスとの流量比（非酸化性ガス／該酸素含有ガス）を０．２５〜４とすることにした。ここで、ランス先端面の外周側に設けたノズルからの酸化性ガスと中心側に設けたノズルからの非酸化性ガスとの流量比を０．２５〜４としたのは、外周側ノズルからの酸化性ガスの流量が内周側ノズルからの非酸化性ガス流量の０．２５未満であると、二次燃焼に使用される酸素ガスそのものが不足し、十分な温度補償が達成出来なくなるからであり、またその比が４を超えると、供給された酸素の大部分は雰囲気ガスと接触せずに火点に到達して脱炭反応に消費されることになり、やはり二次燃焼効率が低下するからである。
【００１６】
なお、本発明では、上記の外周側ノズルから供給する酸化性ガスとしては、酸素ガスが最も好ましいが、酸素ガスに一部窒素やアルゴンあるいはＣＯ等を混合したものであっても良い。また、内周側ノズルから供給する非酸化性ガスとしては、窒素やアルゴン等の不活性ガスが一般的に使用できる。
【００１７】
さらに、かかる本発明を実施した後の溶銑には、通常脱炭精錬が施され、溶鋼にするが、その際も、本発明に使用するランスを使用して中心側ノズルからも酸化性ガスを噴射するのが良い。前記従来技術のように、脱燐工程と脱炭工程で精錬容器及びランスの切替えが不要であり、作業性が改善できるからである。また、外周側ノズルからの酸化性ガスの噴射流に、中心側ノズルからの非酸化性ガスの噴射流を合体させることで、ハードブローが可能となる。
【００１８】
【実施例】
溶製能力１８０トンの上底吹き転炉を用いて、溶銑の脱燐を行った。なお、底吹きガスとしては、炉底に設けた羽口より窒素ガスを１５ｍ３　（標準状態）／ｍｉｎの流量で　吹き込んだ。
（本発明例１〜３）
上吹きガス用ランスに、図１に示したランス先端面の外周側に４つのノズルを、中心側に１つのノズルを設けたものを用い、外周側ノズルより酸素ガスを、中心側ノズルより窒素ガスを噴射させた。なお、ノズルは、酸素供給孔の出口径が６１ｍｍ、窒素供給孔の出口径が５５ｍｍ、酸素供給孔の傾角が１２°及び窒素供給孔の傾角が０°である。脱燐フラックスとしては炉上の副原料投入シュートより５ｋｇ／ｔの原単位の塊状焼石灰を炉内に投入した。
（比較例４〜６）
上吹きガス用ランスに、図２に示した従来の４孔ランス（ノズルが４）を用い、いずれのノズルからも酸化性ガスを噴射させた。なお、ノズルは、酸素供給孔の出口径が６１ｍｍで、酸素供給孔の傾角が１２°である。脱燐フラックスとしては本発明例１〜３と同様にして５ｋｇ／ｔの塊状焼石灰を炉内に投入した。
（比較例７）
特開２００１−１３１６２９に開示されているランスを使用し、その内周噴射孔より脱燐用フラックス微粉焼石灰１７ｋｇ／ｔを搬送ガスと共に供給し、外周噴射孔より酸素ガスを供給した。
【００１９】
上記した各実施例の操業条件及び操業結果を、表１に一括して示す。
【００２０】
表１は、上記ランスを用いて１０分間の脱燐処理を実施した結果である。表１より、発明例１〜３は、比較例４〜６に比べて脱燐率が高く、また二次燃焼熱の溶鋼への着熱効率が良い。したがって排ガスの温度は低く、耐火物損傷も少ないことが明らかである。
【００２１】
また比較例７では本発明例の３倍以上のフラックスを使用したので脱燐率は９０％と最も高いが、二次燃焼がほとんど生じず、溶銑温度から吹上温度への温度上昇は５０℃でしかなく、比較例中でも最も悪い結果となった。
【００２２】
【表１】
2004091804.tif 000003
【００２３】
ここで、表１の着熱効率は、次式で定義した。
着熱効率＝｛１−（排ガスが浴温以上に加熱された分の顕熱量）／（ＣＯからＣＯ２への燃焼による発熱量）｝×１００
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、転炉型反応容器に保持した溶銑に上吹き酸素ガスをソフトブローあるいはハードブローのいずれで吹き付けても、二次燃焼熱の着熱効率及びスラグの撹拌力が大きく、且つ脱燐酸素効率良く溶銑の脱燐が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施で用いるガス上吹き用ランスの一例を模式的に示す図である。
【図２】従来から用いられているガス上吹き用ランスの一例を模式的に示す図である。
【図３】モデル実験の結果を、ランス出口からの距離に対する非酸化性ガスの濃度分率の変化で示した図である。
【符号の説明】
１　　ランスの先端面
２　　外周側ノズル
３　　中心側ノズル
４　　ガス供給配管
５　　酸化性ガス（酸素、二酸化炭素）
６　　非酸化性ガス（不活性ガス）
【図１】
2004091804.tif 000004
【図２】
2004091804.tif 000005
【図３】
2004091804.tif 000006