(57)【要約】【課題】本発明は、転炉溶銑脱Ｐ・Ｓ処理に際し、生産性を阻害することなく、処理後スラグの排滓量を確保する方法を提供する。【解決手段】上底吹き転炉において、溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ・Ｓ処理を行った後、生成スラグを排滓し、その後脱Ｃ吹錬を連続して行う溶鋼の製造方法において、溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ・Ｓ処理工程末期に、２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上とした上吹撹拌エネルギーを上吹送酸速度及び／または上吹きランス高さを調整することで、１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下に低下させる溶鋼の精錬方法。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き転炉を用いて、高炉溶銑、スクラップを主原料として装入する第一工程、酸素を吹き込んで脱Ｓｉ・脱Ｐ・脱Ｓを行う第二工程、生成したスラグを排滓する第三工程、酸素を吹き込んで脱Ｃを行う第四工程を順次行う溶鋼精錬法において、前記第二工程における末期前まで下記式を満足し且つ、転炉上吹撹拌エネルギーを２．０ｋＷ／ｔ・ｓ（ｔ−ｓｔｅｅｌの略）以上となるようにし、第二工程末期には１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下に低下させることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］≧２０
但し、（Ｑ）：第二工程末期前までの上底吹き酸素供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ・ｓ）
τ：均一混合時間（ｓｅｃ）
［％Ｃ］：脱Ｐ処理後溶銑Ｃ濃度推定値［ｗｔ％］
【請求項２】
前記第一工程において、事前に脱Ｓした溶銑を用いることを特徴とする請求項１の溶鋼の精錬方法。
【請求項３】
前記第二工程において、上吹き送酸速度及び／または上吹きランス高さにより上吹撹拌エネルギーを調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転炉における溶鋼の精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の転炉における溶銑の精錬は、転炉へ高炉溶銑を装入し、生石灰を主体とするフラックス投入と、酸素吹錬により溶銑を脱Ｐ・脱Ｃし、鋼を溶製する方法が一般的であった。
【０００３】
その後、多工程にわたる精錬機能（脱Ｓｉ・脱Ｐ・脱Ｓ等の溶銑予備処理）を転炉に集約して行い、溶銑の持つエネルギーロスを大幅に低減すると共に、転炉前後工程の固定費（設備費・労務費）の大幅な低減を可能にする方法が、提案されている。（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１による発明は、第一工程として溶銑を装入し、第二工程としてフラックス添加と酸素吹き込みを行って脱Ｓｉ・脱Ｐ精錬を施し、所定のＰ含有量まで低減させ、第三工程として前記転炉を傾動して第二工程で生成したスラグを排出し、その後第四工程として同一転炉にてフラックス添加と酸素吹錬により、所定のＣ含有量まで脱Ｃを行い、第五工程として第四工程で生成したスラグを該転炉内に残したまま出鋼して再び第一工程に戻り、前記第五工程までを繰り返し実施するもので、場合によっては、第四工程で生成したスラグを第一工程に戻さず、第五工程において出鋼した後、スラグを全量排出する方法である。
【０００５】
また、転炉において、溶銑を装入する工程（第一工程）、脱Ｐ精錬工程（第二工程）、排滓工程（第三工程）、その後同一転炉にて脱Ｃ工程を行い、スラグを転炉に残したまま出鋼し、該スラグを第一工程にリサイクルする溶鋼製造法の第二工程において、上吹き送酸速度を２．５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ・ｓ以上とする方法が提案されている。（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開平４−７２００７号公報
【特許文献２】
特開平５−２４７５１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１による方法では、同一転炉を用いて脱Ｐ、脱Ｃ工程を続けて行うプロセスで実施するので、脱Ｐ工程から脱Ｃ工程へ移る際のエネルギーロスを少なくすることができ、また固定費（設備費・労務費）の大幅な軽減を可能にすることができる。
【０００７】
ところが、第三工程でのスラグ排出量が少ないと、第二工程でスラグ中に除去したＰが第四工程で再び溶鋼中に戻ってくる（これを復Ｐという）ため、第四工程にて再び脱Ｐする必要が生じ、生石灰等のフラックス量を増加させなければならずコスト増につながる。しかも、この第四工程でのＰ濃度が高くなったスラグが第二工程で再び使用されるため、第二工程での脱Ｐ負荷が増加しコスト増になる。このように第三工程でのスラグ排出量が少ないと、脱Ｐを行うための負荷の増大を避けることができず、コストアップに繋がるという問題が生ずる。
【０００８】
また、特許文献２による方法では、脱Ｐ精錬である第二工程の上吹き送酸速度を２．５Ｎｍ３  ／ｍｉｎ／ｔ・ｓ以上一定とすることで、脱Ｐ処理時間短縮を図っているが、送酸速度大のため、脱Ｐ処理後スラグを効率良く排滓するために必要である、スラグのフォーミング性が悪くなり、第三工程でのスラグ排出量の確保が困難になるという欠点があった。
【０００９】
さらに、第二工程の上吹き送酸速度を低位一定とすると、脱Ｐ処理時間の延長を招き、生産性を阻害することに加えて、所定の溶銑Ｐ濃度とするのに必要な酸素量に到達する前に、転炉の炉容積（以下フリーボードという）の許容を越えるスラグフォーミングを発生（以下スロッピングという）させる。これにより、溶鉄歩留の低下・転炉付帯設備の焼損等を招き、生産性の低下およびコスト悪化要因となっていた。
【００１０】
以上のように転炉における溶銑脱Ｓｉ・脱Ｐ処理技術における上吹送酸速度の増大は、脱Ｐ処理時間短縮により生産性が向上する一方、スラグのフォーミング性悪化による脱Ｐ処理後スラグの排出量低下を招いていた。
【００１１】
また脱Ｐ反応においては、スラグの酸素ポテンシャルが低い場合、所定のＰ濃度にするための必要酸素量に到達しても、スラグ側からのＰの戻りが発生し、所定のＰ濃度に低下させられないという問題があった。
【００１２】
本発明は前述の問題を解決すべく、生産性を阻害することなく十分に脱Ｐを進行させるとともに、脱Ｐ及び脱Ｓ処理後のスラグのフォーミング性を確保し、排滓性を向上させた溶鋼の精錬方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
（１）上底吹き転炉を用いて、高炉溶銑、スクラップを主原料として装入する第一工程、酸素を吹き込んで脱Ｓｉ・脱Ｐ・脱Ｓを行う第二工程、生成したスラグを排滓する第三工程、酸素を吹き込んで脱Ｃを行う第四工程を順次行う溶鋼精錬法において、前記第二工程における末期前まで下記（１）式を満足し、且つ転炉上吹撹拌エネルギーを２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上となるようにし、第二工程末期には１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下に低下させることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］≧２０  …（１）
但し、（Ｑ）：第二工程末期前までの上底吹き酸素供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ・ｓ）
τ：均一混合時間（ｓｅｃ）
［％Ｃ］：脱Ｐ処理後溶銑Ｃ濃度推定値［ｗｔ％］
（２）前記第一工程において、事前に脱Ｓした溶銑を用いることを特徴とする（１）に記載の溶鋼の精錬方法。
（３）前記第二工程において、上吹送酸速度及び／または上吹ランス高さにより上吹撹拌エネルギーを調整することを特徴とする（１）または（２）に記載の溶鋼の精錬方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳述する。本発明は溶銑予備処理と脱Ｃとを集約して同一転炉によって操業する。本プロセスにおいて、フォーミングとは、溶銑予備処理後スラグの排滓性を上げることのみに必要なものであり、脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓ処理にはスロッピング等操業不安定の要因となり得る。従って、本発明者らは、排滓工程である第三工程にスラグがフォーミングしていれば良く、脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓ精錬工程である第二工程前半はスラグのフォーミングを抑制し、第二工程末期にフォーミングさせることで、生産性を阻害することなく排滓性を確保できると考えた。
【００１５】
スラグのスロッピング現象とは、スラグ層内にガスが捕捉されてスラグの体積が膨張する現象下において、そのスラグの体積が容器の容積を越えるときに発生する現象であり、転炉溶銑の脱Ｓｉ・脱Ｐ精錬下におけるフォーミング現象は、精錬スラグ中を通過するガスがスラグ内に捕捉されることにより発生する。
【００１６】
従って、第二工程前半のスラグのフォーミングを抑制には、スラグ中に捕捉されるガス量を減少させること、もしくはガスが捕捉されにくいスラグとする。あるいは強制的にガス抜きさせることが、フォーミングの抑制には有効であると考えられる。
【００１７】
一方、転炉内溶銑の脱Ｓｉ・脱Ｐ後の第三工程にスラグの排滓を高効率で行うには、スラグ中に捕捉されるガス量の増大を図り、スラグのフォーミングを助長することにより、スラグの容積を増加させることが有効であると考えられる。
【００１８】
そこで、本発明者らは上記考えを基に鋭意努力を重ねた結果、転炉上吹撹拌エネルギーを制御することにより、スラグのフォーミングを制御し、更にスラグのスロッピングを抑制しつつ、同時に排滓性を確保し得る転炉操業法を確立することを考えた。
【００１９】
まず、第一工程で装入する溶銑は、高炉溶銑を用いるが、事前に脱Ｓした溶銑の方が、処理時間の短縮や脱Ｓを効率的に行える上で望ましい。
【００２０】
次に、（２）式を満足する条件下において、上吹き送酸速度及び上吹きランス高さの及ぼす脱Ｓｉ・脱Ｐ後のＰ濃度及びスラグ排滓への影響を検討した。脱Ｓｉ脱Ｐ精錬を実施する際に、上吹き送酸速度を１．５〜３．０Ｎｍ３／ｔ・ｓ／ｍｉｎに、ランス高さを２５００〜４５００ｍｍに変化させて、上吹撹拌エネルギーと処理後のＰ濃度、スラグの排滓率の関係を調査した。なお、上吹撹拌エネルギーとは、以下の式（２）（浅井滋生他著「撹拌を利用した最近の製鋼技術の動向」．（株）日本鉄鋼協会，ｐ７１）で表され、上吹送酸速度とランス高さの両者の影響が反映させられるものであり、上吹きランスから炉内に吹く酸素による撹拌エネルギーの大きさを表している。
図１は上記（２）式の理解を容易にするために示した転炉における吹錬中の炉内の模式図である。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
その結果（図２）、転炉上吹撹拌エネルギーを上昇させるに伴い、処理後Ｐ濃度は低下し、２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上で０．０４％以下とすることができた。すなわち、スロッピング発生による吹錬中断が減少し、脱Ｐが進行したと考えられる。
【００２３】
一方、排滓率については、上吹撹拌エネルギーが１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下であれば６０％以上を確保可能だが、上吹撹拌エネルギーの上昇とともに、悪化する傾向があることがわかった。
【００２４】
また、第二工程における脱Ｐにおいては、酸素ポテンシャルを上昇させることでスラグ中Ｐ濃度（％Ｐ）とメタル中Ｐ濃度［％Ｐ］の比（％Ｐ）／［％Ｐ］を上昇可能であることが知られており、酸素ポテンシャルの上昇は、スラグ中の酸化鉄成分を高めることで可能である。そこで、上吹き撹拌エネルギーを２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上一定の条件下で、酸化鉄の生成速度を決める酸素供給速度、溶銑の循環速度、酸化鉄を還元するＣの供給速度のバランスを与える指標を用いて、第二工程処理後Ｐ濃度との関係を調査した。ここで、酸化鉄の酸化と還元のバランスを与える指標は、酸素供給速度を表す第二工程末期前までの上底吹き酸素供給速度（Ｑ）、溶銑の供給速度を表す均一混合時間（τ）、Ｃの供給速度を表す脱Ｐ処理後溶銑Ｃ濃度推定値を用いた（１）式を使用した。
（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］  …（１）
但し、（Ｑ）：第二工程末期前までの上底吹き酸素供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ・ｓ）
（τ）：均一混合時間（ｓｅｃ）
［％Ｃ］：脱Ｐ処理後溶銑Ｃ濃度推定値［ｗｔ％］
ここで均一混合時間（τ）は下記（３）式を用いた。
（τ）＝８００×｛（εｂ＋０．１×εｔ）×１０００｝（−０．４）…（３）
但し、εｂ：底吹撹拌エネルギー（ｋＷ／ｔ・ｓ）
また脱Ｐ処理後溶銑Ｃ濃度推定値［％Ｃ］は、処理前溶銑Ｃ濃度と酸素吹込予定量から推定する値を用いた。  その結果（図３）、（１）式が２０以上で処理後Ｐ濃度のばらつきが低減することが分かった。
【００２５】
従って、処理後Ｐ濃度低下と、排滓率上昇を両立させるためには、脱Ｐ末期前までは、（１）式を２０以上とする条件下において、転炉上吹撹拌エネルギーを２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上として脱Ｐを充分に行い、脱Ｐ末期には上吹撹拌エネルギーを１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下に変化させることにより、排滓率を確保する事で、排滓後の脱炭期のインプットＰ濃度を低位とすることが可能であると考えた。ここで脱Ｐ末期とは、簡易的には、例えば第二工程での脱Ｓｉするのに必要な酸素量を除いた酸素量（以下脱Ｓｉ外酸素量）で判断し、脱Ｓｉ外酸素量の７０〜９０％のタイミングが良いと経験的に分かっている。
【００２６】
また図２により、上吹撹拌エネルギーを変化させることで、脱Ｐと排滓性をコントロールできることが分かるが、操業上、上吹撹拌エネルギーを簡易的に変更する手段としては、上吹き送酸速度とランス高さのみであり、この両者で変更するのがよい。
なお、脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓを行う第二工程におけるスラグの塩基度は、従来技術より脱Ｐ効率と排滓性を考慮し、１．０〜２．５が望ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。表１、表２（表１につづき）に本発明と比較のための比較例について示す。
【００２８】
【表１】
2004256833.tif 000004
【表２】
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【００２９】
表１、表２中のＮｏ．１〜１６の何れも、３６５ｔ上底吹き転炉を用い、高炉溶銑、スクラップを主原料として装入する第一工程、酸素を吹き込んで脱Ｓｉ・脱Ｐ・脱Ｓを行う第二工程、生成したスラグを排滓する第三工程、酸素を吹き込んで脱Ｃを行う第四工程を順次行う溶鋼精錬法において、第二工程における塩基度Ｃ／Ｓ、（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］、上吹撹拌エネルギーεｔの条件を変化させて、第二工程後（第四工程）の溶銑Ｐ濃度及び第三工程における排滓率を評価した。（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］については、これまでの実測結果より［％Ｃ］＝３．７％一定とし、底吹ガス流量を変化させることにより底吹攪拌エネルギーを増減させ、（Ｑ）及び（τ）を変化させた。また、均一混合時間（τ）については前記（３）式の計算値を用いた。ここで、溶銑Ｐ濃度については、目標である０．０４％以下となった場合を成功とし、排滓率については、６０％以上を成功とする。
【００３０】
表１、表２中Ｎｏ．１〜４は、高炉溶銑を装入し、塩基度を１．０〜２．５、（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］を２０以上、上吹撹拌エネルギーを２．０ｋＷ／ｔ・ｓ以上とした脱Ｐ吹錬の末期（脱Ｓｉ外酸素量の８０％のタイミング）に、上吹送酸速度及びランス高さによって上吹撹拌エネルギーを１．５ｋＷ／ｔ・ｓ以下に変化させた例である。いずれも、第二工程後のＰ濃度が０．０４％以下で且つ排滓率も６０％以上であり、良好な結果が得られている。
【００３１】
一方、試験番号５〜８は前述条件のうち、脱Ｓ溶銑を使用した本発明の実施例である。本発明における条件の範囲内であれば、いずれも脱Ｃ吹錬時の装入Ｐ濃度は０．０４％と低位に抑えられており、排滓率も６０％以上と高位となっていることがわかる。
【００３２】
これに対して、試験番号９〜１６は比較例である。試験番号９、１０は（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］が条件外の例である。この場合、排滓率は高いものの、脱Ｐが進行せず０．０４％以上と高めになった。
試験番号１１、１２は脱Ｐ初期の上吹撹拌エネルギーが前記条件よりも低い例である。この場合、処理中にスロッピングが発生したため吹錬を中断せざるを得ず、その結果第二工程後のＰ濃度は高めに推移した。
【００３３】
試験番号１３、１４は脱Ｐ末期の上吹撹拌エネルギーが前記条件よりも高い例である。この場合、脱Ｐは進行し、Ｐ濃度は低位になったものの、排滓率が低く失敗であった。
試験番号１５、１６は上吹撹拌エネルギーが一定の例である。この場合も、処理後のＰ濃度は低位であるが、排滓率が悪く失敗である。
【００３４】
このように、条件が適正でないと、脱Ｐ吹錬中のスロッピング影響での吹錬中断による脱Ｐ不足もしくは排滓率の低下により、第四工程での脱Ｃ吹錬時の装入Ｐ濃度が目標に対して高めに推移した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、同一精錬容器にて溶銑予備処理と脱Ｃ処理を行うプロセスにおいて、本発明を実施することにより、従来技術と比較して、脱Ｐ処理時間短縮を図りつつ、予備処理後スラグの排出量を高めることができ、生石灰原単位の低減が可能である。また、生産障害となり得るスロッピングなしに、安定的に脱Ｐ・Ｓ処理を行うことができ、生産性の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉における吹錬中の炉内の模式図である。
【図２】上吹撹拌エネルギーによる、脱Ｐ処理後のＰ濃度及び排滓率の関係を示した図である。
【図３】（Ｑ）×（τ）／［％Ｃ］と、第二工程処理後Ｐ濃度の関係を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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