(57)【要約】【課題】本発明は、精錬用フラックスの反応効率が従来より高く、且つ溶銑の温度低下が小さ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】高炉から出銑された溶銑を、そのまま若しくは高炉鋳床で脱珪処理した後にトピード・カーに収容し、精錬用フラックスをランスを介してキャリア・ガスで溶銑中に吹き込み、該溶銑を脱燐するにあたり、前記精錬用フラックスに固体酸化剤を含有させると共に、該精錬用フラックスの９０〜９８質量％に、Ｃ、Ｈを主成分とする有機物質を２〜１０質量％混合する。【選択図】　　　　図１
2004107715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から出銑された溶銑を、そのまま若しくは高炉鋳床で脱珪処理した後にトピード・カーに収容し、精錬用フラックスをランスを介してキャリア・ガスで溶銑中に吹き込み、該溶銑を脱燐するにあたり、
前記精錬用フラックスに固体酸化剤を含有させると共に、該精錬用フラックスの９０〜９８質量％に、Ｃ、Ｈを主成分とする有機物質を２〜１０質量％混合することを特徴とする溶銑の脱燐方法。
【請求項２】
前記キャリア・ガスが窒素ガス又は酸素ガス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。
【請求項３】
前記酸素ガスを、下記式で定義する酸素ガス比率が１０％以上となる流量で溶銑中に吹込むことを特徴とする請求項２記載の溶銑の脱燐方法。
【数１】
2004107715.tif 000009
【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、特に、キャリア・ガスによって溶銑中に精錬用フラックスを吹込んで該溶銑より脱燐する方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材中の燐は、該鋼材の靭性を低下させ、その溶接性を悪化させる等、鋼材の性質に悪影響を与える。そのため、製鋼に際しては、溶鋼中の燐をできるだけ低減することが望ましく、最近は、溶鋼を溶製する前の溶銑段階で予じめ脱燐処理（溶銑予備処理の一つ）で除去することが一般的である。この溶銑予備処理での脱燐においては、脱燐反応効率の向上が、脱燐用フラックスの削減及びさらなる低燐化の実現のために非常に重要となる。
【０００３】
ところで、溶銑予備処理における脱燐は、図３及び図４に示すように、溶銑１の収容容器にトピード・カー２や溶銑鍋３を用い、溶銑１中に精錬用フラックス４としての酸化鉄及びＣａＯを、ランス５を介してキャリア・ガス６で吹き込む方法（インジェクション法という）、あるいは溶銑の収容容器に転炉を用い、ＣａＯを上添加して、酸素ガスを上吹きする方法（上吹き酸素法という）の２つのタイプに大別される。このうち、前者は、微粒の精錬用フラックスを溶銑中に吹込むため、後者に比べて精錬用フラックスの反応効率が高いという長所があるが、一方で、酸化鉄の分解反応により溶銑の温度が低下するという短所を有する。
【０００４】
そこで、この前者については、従来より技術改良の研究が行われ、公開された技術も多い。例えば、石灰２０〜７０重量％と鉄鉱石及び／又はマンガン鉱石３０〜８０重量％を焼結、もしくは溶融処理した後に粉砕して得た粉体７０〜９７重量％に対し、アルカリ土類金属の炭酸塩、もしくは水酸化物の３〜３０重量％を混合した精錬用（この場合脱燐用）フラックスを吹き込み、溶銑中で発生したＣＯ２やＨ２Ｏを酸化剤として脱燐反応へ寄与させたり、また、溶銑の撹拌を促進して脱燐反応効率を向上させると共に、精錬用フラックスの使用量を低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この技術は、高炉で使用する焼結鉱とは別に脱燐用フラックスを製造するので、焼結もしくは溶融処理後の粉砕に余分な費用がかかり、高価なものとなる。また、アルカリ土類金属の炭酸塩、もしくは水酸化物から発生するガスの量は、０．２２ｍ３（標準状態）／ｋｇ−ＣａＣＯ３、０．３０ｍ３（標準状態）／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）２と少なく、十分なガス発生効果を得るには、石灰、鉄鉱石及び／又はマンガン鉱石との混合量が増大し、脱燐コストの上昇につながる。しかも、酸化鉄の分解吸熱により溶銑の温度が低下するので、この技術を採用しても前記短所は、何ら解決されない。
【０００５】
また、炭化水素ガスをキャリアガスとして脱燐用フラックスを収容容器内の溶銑中に吹込むと共に、溶銑表面に酸素を上吹きして、炭化水素ガスが分解して発生したＣの一部による炭素含有量の増加、残りのＣ、Ｈ２の燃焼による溶銑の温度低下の抑制を図る溶銑予備処理法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この溶銑予備処理方法では、上吹き酸素と溶銑中で発生するＣ、Ｈ２の反応は収容容器内のフリーボード（浴面上方の空間）で起きるので、反応効率が低く、さらには反応熱が溶銑に着熱し難いという問題点がある。
【０００６】
さらに、脱燐用フラックスを溶銑中に吹き込み、又は溶銑上に上置きし、且つ、上吹きランスから酸素又は酸素含有ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けると共に、不活性ガスをキャリアガスとして［Ｓ］を含有しないプラスチックを溶銑中に吹き込む溶銑脱燐方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この溶銑脱燐方法は、ミルスケール等の酸化鉄を、脱燐用フラックスとは別にして溶銑上に上添加し、溶銑浴面上でのみ脱燐反応に寄与させるので、脱燐用フラックスの利用効率が低く、また添加したプラスチックが分解して生成するＣやＨ２は専ら収容容器内の前記フリーボードで燃焼するので、反応熱が溶銑に着熱し難いという問題は解決できない。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６３−６３００２号公報（２頁、左欄の２０〜３３行）
【特許文献２】
特開昭５７−２１０９０９号公報（２頁、左欄の３〜７行）
【特許文献３】
特開平１０−１４０２２２号公報（２頁、右欄の段落［００１０］）
【０００８】
つまり、精錬用フラックスのインジェクションによる溶銑の予備脱燐処理においては、精錬用フラックス中の酸素は１０〜２０質量％程度しか脱燐に使用されず、精錬用フラックスの反応効率の向上は、重要な課題となる。また、トピード・カーを収容容器に用いる方法では、酸素源には固体の酸化鉄が主であり、その分解反応に伴う吸熱で溶銑の温度が処理中に低下するという課題もいぜんとして残っている。さらに、溶銑の温度低下は、転炉での昇温コスト、耐火物への地金付着によるメンテナンス・コストの増加、溶銑の歩留まり減少につながる。
【０００９】
【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、精錬用フラックスの反応効率が従来より高く、且つ溶銑の温度低下が小さい溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、一般もしくは産業廃棄物処理によって得られるＣ、Ｈを主成分とする有機物質を用いて溶銑中への精錬用フラックスの分散を促進すれば、脱燐用フラックスの反応効率を向上できると考えた。また、その場合、これらＣ、Ｈを主成分とする有機物質の持つ燃焼エネルギーを効率良く溶銑に着熱させれば、溶銑の温度低下をも抑制できると考えた。そして、この考えを具体化すべく、引き続き研究し、本発明を完成させたのである。
【００１１】
すなわち、本発明は、高炉から出銑された溶銑を、そのまま若しくは高炉鋳床で脱珪処理した後にトピード・カーに収容し、精錬用フラックスをランスを介してキャリア・ガスで溶銑中に吹き込み、該溶銑を脱燐するにあたり、前記精錬用フラックスに固体酸化剤を含有させると共に、該精錬用フラックスの９０〜９８質量％に、Ｃ、Ｈを主成分とする有機物質を２〜１０質量％混合することを特徴とする溶銑の脱燐方法である。この場合、前記キャリア・ガスが窒素ガス又は酸素ガスであることが好ましく、また前記酸素ガスを、下記式で定義する酸素ガス比率が１０％以上となる流量で溶銑中に吹込むのが一層良い。
【００１２】
【数２】
2004107715.tif 000003
【００１３】
本発明では、溶銑中に吹き込む精錬用フラックスに固体酸化剤を含有させると共に、その９０〜９５質量％に、Ｃ、Ｈを主成分とする有機物質を２〜１０質量％混合するようにしたので、精錬用フラックスの反応効率が従来より格段と高くなるばかりでなく、脱燐処理中の溶銑温度の低下が低減される。
【００１４】
【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。
【００１５】
トピード・カーに収容した溶銑へ精錬用フラックスをインジェクションする溶銑の脱燐では、精錬用フラックスとして酸化鉄、ＣａＯが用いられ、（２）式のように脱燐に寄与する。
【００１６】
２［Ｐ］＋５［Ｏ］＋ＣａＯ＝３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５　　　……（２）
（２）式中の［Ｏ］は（３）式で表される酸化鉄の還元によって得られる。
【００１７】
Ｆｅ２Ｏ３＝２Ｆｅ＋３［Ｏ］　　　　　　　……（３）
この脱燐反応を促進させるには、脱燐反応界面となる溶銑−精錬用フラックス間の界面積を大きくすることが肝要である。従って、溶銑中の精錬用フラックスの分散を促進することが必要となる。
【００１８】
そこで、本発明者は、精錬用フラックスにガス発生物質として一般又は産業廃棄物を処理して得られる廃プラスチックを用い、その主成分であるポリスチレン（［−ＣＨ２−ＣＨ（Ｃ６Ｈ５）−］ｎ）若しくはポリエチレン（［−ＣＨ２−ＣＨ２−］ｎ）を溶銑中で分解し、ガスを発生させることで精錬用フラックスの分散を促進し、脱燐反応の促進を図ることにした。ここで、ポリスチレン、ポリエチレンは、以下のように分解する。
【００１９】
［−ＣＨ２−ＣＨ（Ｃ６Ｈ５）−］ｎ＋８ｎ［Ｏ］＝８ｎＣＯ＋４ｎＨ２……（４）
［−ＣＨ２−ＣＨ２−］ｎ＋２ｎ［Ｏ］＝２ｎＣＯ＋２ｎＨ２　……（５）
（４）、（５）式で表される反応で分解すると、それぞれ２．５８Ｎｍ３／ｋｇ、３．２０Ｎｍ３／ｋｇのガスが発生する。また、生成したＣＯの酸化はそれ以上進まず、Ｈ２は溶銑中で酸化されＨ２Ｏになる。
【００２０】
まず、本発明者は、精錬用フラックスとしてＣａＯ及び酸化鉄を一緒に含有する高炉原料の所謂「焼結鉱」を用い、これにポリスチレンもしくはポリエチレンを種々の混合比で混合し、これをトピードカー内の溶銑にＮ２をキャリアガスをして吹込んで溶銑脱燐実験を行い、適正な混合比を調査した。実験条件を表１に、実験水準を表２に示す。ここで酸素原単位とは、脱燐用フラックス中の酸化鉄の化学分析値から得られた以下の式で計算した値である。
【００２１】
酸素原単位（Ｎｍ３／ｔ）＝酸化鉄原単位（ｋｇ／ｔ）×０．１５５……（６）
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
2004107715.tif 000005
【００２４】
ガス発生物質の混合比とは、脱燐用フラックスおよびガス発生物質からなる混合物中のガス発生物質の含有率（重量比）とした。実験２ではガス発生物質の効果とキャリアガス増加の効果を比較するため、ポリスチレンもしくはポリエチレンからのガス発生量をキャリアガスの増加によって置き換える条件とした。
【００２５】
図１に、実験１でのガス発生物質の混合比と処理後の溶銑中燐濃度との関係、実験２でのキャリアガス流量と処理後の溶銑中燐濃度との関係を示す。実験１より、ガス発生物質の混合比が２〜１０質量％のとき、処理後の溶銑中燐濃度が０．０２０質量％以下になり、実験２より、単にキャリアガス流量を大きくしても、脱燐効率向上に効果がないことが明らかである。
【００２６】
また、溶銑と密度がほぼ等しい溶融Ｓｎ（４００℃）をガラスを嵌め込んだ容器に保持し、該溶融Ｓｎ中に、Ｎ２をキャリアガスとして焼結鉱を吹込むモデル実験も行い、先端を半割りにしたノズルから吹出すＮ２及び焼結鉱の挙動をガラス面を通して観察した。その結果、焼結鉱が単独の場合では、焼結鉱が気泡にトラップされたまま浮上する割合が多くなっていたが、ガス発生物質を混合すると、ガス発生に伴い気泡の崩壊が観察され、ガス発生物質の混合により吹込まれた焼結鉱と溶融Ｓｎの接触界面積が大きくなった。実際の溶銑脱燐においても、この結果のように、ガス発生物質の混合により気泡の崩壊が起こり脱燐用フラックスと溶銑の界面積が大きくなると推察される。
【００２７】
さらに、図１の結果では、ガス発生物質の混合比としては、２〜１０質量％が最適であったが、これは、２質量％未満では、上記気泡の崩壊効果が不十分であるため、１０質量％超えでは、ガス発生物質の分解で発生したＣＯ、Ｈ２の酸化に（２）式で発生した［Ｏ］が消費され、（２）式の脱燐反応が進行するための酸素分圧が低下したためと考えられる。そこで、発明者は、これらの知見を基に、上記本発明を完成させたのである。なお、この場合、キャリア・ガスとしては、窒素ガスで十分であったが、酸素ガスを混合、あるいは単独で使用しても良い。
【００２８】
次に、実験１をベースに酸素供給量を一定にしたまま、酸素ガス比率を変化させて溶銑温度の低下を抑制する実験を行った。実験水準を表３に示す。そこでの酸素供給量とは、（６）式から得られる酸化鉄からの酸素供給量と酸素ガス流量の和である。酸素添加方法をキャリアガスヘ混合して溶銑中にインジェクションする場合及び上吹きランスを介しての吹付けの２水準で行った。なお、上記酸素ガス比率とは、下記式で定義される。
【００２９】
【数３】
2004107715.tif 000006
【００３０】
なお、ここに酸化鉄からの酸素供給量とは、酸化鉄が全て分解したとして計算される酸素量を表す。フラックス中の酸化鉄がヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３），マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）等の鉄鉱石、あるいはミルスケール（ほぼＦｅＯの組成）等のように組成が明らかな場合は、化学式から計算される酸素含有量（ｍａｓｓ％）から酸素ガスに換算する。また、焼結鉱の場合には、該焼結鉱中の酸化鉄分はほぼＦｅＯとなっているので、Ｆｅ分を分析し、これがＦｅＯとして存在すると仮定し、Ｆｅと結合している酸素含有量（ｍａｓｓ％）から酸素ガスに換算する。
【００３１】
【表３】
2004107715.tif 000007
【００３２】
その実験結果を図２に示す。図２より、インジェクションの場合、酸素ガス比率が１０％以上の時に溶銑の温度低下が７０℃以下になる。また、インジェクションの場合の着熱効率は４０〜５０％、上吹きの場合の着熱効率は２０〜３０％であり、上吹きでは、溶銑の温度低下の抑制効果は小さいことが明らかになった。これは、酸化鉄の還元で発生した酸素で生じたガスを燃焼させるより、酸素をインジェクションし、気体酸素で直接燃焼させる方が燃焼速度が大きくなり、より効率的に発生ガスの燃焼が起こったためと考えられる。以上のことから、溶銑温度の低下を抑制するには、酸素ガス比率が１０％以上となる流量の酸素ガスを溶銑中に吹込むことが最適であると結論し、それを要件とした本発明も完成させた。
【００３３】
ここで、ガス発生物質としては、ポリスチレン、ポリエチレンを用いたが、本発明では何ら限定するものではなく、精錬用フラックスに混合する物質は、Ｃ、Ｈを主成分とする有機物質であれば如何なるものでも良い。
【００３４】
【実施例】
図３に示した実際のトピード・カーを用いる溶銑予備処理装置を用い、本発明に係る溶銑の脱燐方法を実施した。また、比較例として同じ条件で従来法（Ｃ，Ｈを含む有機物を吹き込まない）による操業も行った。実施結果を一括して表４に示す。
【００３５】
【表４】
2004107715.tif 000008
【００３６】
表４によれば、発明法１では、脱燐用フラックスにポリスチレンを添加することで、処理後の溶銑中燐濃度が比較例の０．０３８質量％に対して０．０１０質量％と低くなったことが明らかである。また、発明法２では、インジェクション・ガスを酸素にすることで、処理後の溶銑中燐濃度が発明法１と同程度になり、発生ガスの燃焼熱の着熱により、溶銑の温度低下が比較例の１１３℃から５９℃に減少した。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明により、溶銑の温度低下を抑制しつつ脱燐用フラックスの分散を促進させ、脱燐反応効率を従来より向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス発生物質の混合比と処理後の溶銑中燐濃度との関係を示す図である。
【図２】酸素ガス比率と溶銑温度の低下量との関係を示す図である。
【図３】溶銑の収容容器をトピード・カーとしたインジェクション法による溶銑脱燐を説明する図である。
【図４】溶銑の収容容器を取鍋としたインジェクション法による溶銑脱燐を説明する図である。
【符号の説明】
１　　溶銑
２　　トピード・カー
３　　取鍋
４　　精錬（脱燐）用フラックス
５　　ランス
６　　キャリア・ガス
７　　スラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004107715.tif 000012
【図４】
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