(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、それぞれ別々に有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に前記燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路から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ながら、前記粉状精錬剤供給流路から脱炭炉滓を含む粉状精錬剤を精錬容器内の溶銑浴面に向けて不活性ガスとともに供給し、精錬容器内の溶銑を脱燐処理する溶銑の精錬方法において、
前記燃料ガスの熱供給速度Ａ（ＭＪ／ｍｉｎ）に対する前記粉状精錬剤の供給速度Ｂ（ｋｇ／ｍｉｎ）の比Ｂ／Ａ（ｋｇ／ＭＪ）を、下記（１）式の範囲内に制御することを特徴とする溶銑の精錬方法。
０．８０＜Ｂ／Ａ＜１．５０・・・（１）
（１）式において、Ａは、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）と燃料ガスの供給流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）との積からなる、燃料ガスの熱供給速度（ＭＪ／ｍｉｎ）、Ｂは、粉状精錬剤供給流路から供給される、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）である。
【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、転炉などの精錬容器内に収容された溶銑に向けて、上吹きランスから精錬用酸化性ガス及び粉状精錬剤を溶銑に吹き付け、溶銑に対して、予備処理としての脱燐処理（以下、単に「脱燐処理」とも記す）を施す溶銑の精錬方法に関し、詳しくは、上吹きランスの先端下方に燃料ガスの燃焼による火炎を形成し、この火炎で、上吹きランスから供給する粉状精錬剤を加熱しながら行う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おり、製鋼工程では、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使用した場合には、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、並びに、溶銑中の炭素及び珪素の酸化による燃焼熱であり、冷鉄源の溶解可能量には自ずと限界がある。したがって、製鋼精錬工程において冷鉄源の配合比率つまり冷鉄源の溶解可能量を拡大するべく、種々の手段が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、溶銑の予備処理として脱燐処理を行う際に、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二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、炉内生成ガスの二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、溶銑を転炉で脱炭処理するにあたり、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前記フラックス供給用副孔の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脱炭処理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、上吹きランスの先端下方に形成される火炎で加熱または加熱・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、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燃料ガス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脱燐処理する方法が提案されている。
【０００９】
また、特許文献６には、精錬剤供給流路と、燃料供給流路と、燃料を燃焼する燃料燃焼用酸化性ガス供給流路とを有する第１の上吹きランスを用い、該上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、精錬剤供給流路から酸化鉄、石灰系媒溶剤、可燃性物質のうちの１種以上を不活性ガスとともに混銑車内の溶銑に供給して、該溶銑を脱燐処理し、次いで、該溶銑を転炉に装入し、精錬用酸素ガス供給流路と、燃料供給流路とを有する第２の上吹きランスを用い、燃料供給流路から供給する燃料で火炎を形成させながら、精錬用酸素ガス供給流路から酸素ガスとともに粉状媒溶剤を供給して転炉内の溶銑を脱炭処理して溶鋼を製造する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２０９１３号公報
【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】特開２００５−３３６５８６号公報
【特許文献５】特開２００７−９２１５８号公報
【特許文献６】特開２０１３−２０９７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
【００１２】
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という問題がある。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もある。
【００１３】
特許文献２では、二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、二次燃焼熱の鉄浴への着熱効率は低く、多くの二次燃焼熱を着熱させるべく二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では、同心円形状に配置した５重管の上吹きランスを用いており、つまり、中心部側から外部側に向かって、１．副孔酸素ガス及び精錬剤の流路、２．燃料ガスの流路、３．主孔酸素ガスの流路、４．冷却水の流路、５．冷却水の流路、で構成される上吹きランスを用いており（冷却水の流路が２つ存在するのは、冷却水は循環しており、一方が給水流路で他方が排水流路である）、副孔酸素ガス及び精錬剤の流路と燃料ガスの流路とを、ランス先端部で合流させて燃焼火炎を形成させている。また、副孔酸素ガスと精錬剤とは、ランスの上部で合流させるが、合流する前は精錬剤の搬送用ガスとしてアルゴンガスなどの不活性ガスを使用している。つまり、副孔酸素ガス及び精錬剤の流路を通過する物質は、酸素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス及び精錬剤となる。
【００１５】
ここでの問題は、１つの流路を、酸素ガスと金属や炭素分を含有する精錬剤（酸化鉄、鉄鉱石、製鉄所発生ダストなど）とが通過することである。即ち、ランス内の前記流路を通過する際に、精錬剤と流路壁（通常は鋼製）との摩擦によって火花が発生したり、酸素ガスと精錬剤の一部とが反応したりして、流路内で発熱・燃焼する虞があり、設備の安全管理上に問題がある。また、このランスを用いて脱炭処理を行う場合には、ランスの軸心位置に設置される副孔酸素ガス及び精錬剤を吹き込むためのノズル孔に地金の飛び込みが発生する虞があり、操業の妨げになるという問題がある。
【００１６】
特許文献４〜５は、溶銑の精錬において、熱源として上吹きランスの先端下方に形成される火炎の熱を利用しており、使用する上吹きランスは、特許文献４では４重管構造、特許文献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、精錬剤の供給量に対する火炎の熱量を考慮しておらず、精錬剤の加熱効率及び耐火物への熱影響に関して最適化されているとは言いがたい。
【００１７】
特許文献６は、溶銑の精錬において、熱源として上吹きランスの先端下方に形成される火炎の熱を利用しており、火炎中で粉状精錬剤を加熱することにより滓化が促進され、脱燐効率が向上すると記載している。しかし、燃料ガス流量と粉状精錬剤の供給速度との関係が脱燐効率の向上効果に与える影響について言及しておらず、燃料ガス流量と粉状精錬剤の供給速度との関係が最適化されているとは言いがたい。
【００１８】
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、上吹きランスの先端下方に燃料ガスの燃焼による火炎を形成し、この火炎で、上吹きランスを介して溶銑に供給する粉状精錬剤を加熱しながら溶銑に対して脱燐処理を行うに際し、上吹きランスの流路内での発熱・燃焼を危惧することなく、着熱効率及び生産性に優れ、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、且つ、炉体耐火物の損傷を助長することなく、高い脱燐効率が得られ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】
【００１９】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、それぞれ別々に有する上吹きランスを用い、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に前記燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路から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ながら、前記粉状精錬剤供給流路から脱炭炉滓を含む粉状精錬剤を精錬容器内の溶銑浴面に向けて不活性ガスとともに供給し、精錬容器内の溶銑を脱燐処理する溶銑の精錬方法において、
前記燃料ガスの熱供給速度Ａ（ＭＪ／ｍｉｎ）に対する前記粉状精錬剤の供給速度Ｂ（ｋｇ／ｍｉｎ）の比Ｂ／Ａ（ｋｇ／ＭＪ）を、下記（１）式の範囲内に制御することを特徴とする溶銑の精錬方法。
０．８０＜Ｂ／Ａ＜１．５０・・・（１）
（１）式において、Ａは、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）と燃料ガスの供給流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）との積からなる、燃料ガスの熱供給速度（ＭＪ／ｍｉｎ）、Ｂは、粉状精錬剤供給流路から供給される、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、溶銑の精錬において、上吹きランスから脱炭炉滓を含む粉状精錬剤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精錬容器内の溶銑浴面に供給する際に、燃料ガスの熱供給速度Ａに対する粉状精錬剤の供給速度Ｂの比Ｂ／Ａを適切な範囲内に制御するので、粉状精錬剤は火炎によって必要以上に加熱されることはなく、粉状精錬剤が必要以上に加熱されることに起因する脱燐効率の低下を回避しつつ、粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率の向上を得ることができる。また、燃料ガスの燃焼熱が効率的に溶銑に着熱することから、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、且つ、精錬容器に施工された耐火物への熱影響は少なく、耐火物の損傷を抑制することができる。
【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】燃料ガスとして都市ガスを使用した本発明例１〜７及び比較例１〜２８における比Ｂ／Ａと脱燐処理後の溶銑燐濃度との関係を示す図である。
【図４】燃料ガスとしてプロパンガスを使用した本発明例５１〜５９及び比較例５１〜７５における比Ｂ／Ａと脱燐処理後の溶銑燐濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
高炉で製造された溶銑に対して脱珪処理、脱燐処理、脱硫処理、脱炭処理といった精錬が施され、溶銑から溶鋼が製造される。脱珪処理、脱燐処理、脱硫処理は、脱炭処理前の予備処理として行われる。これらの精錬工程は、混銑車、溶銑鍋、転炉などの精錬容器内で、ＣａＯを主成分とした媒溶剤やＣａＦ2系媒溶剤、これらに加えて溶銑に酸素ガス（工業用純酸素）や酸化鉄などの酸素源を供給することで行われている。これらの各精錬工程では、精錬を行う際の溶銑の温度によって反応効率が変化することが知られており、また、各精錬工程を別の精錬容器で行うことが一般的である。同一の精錬容器内で複数の処理を行う場合もあるが、その場合も、脱燐期、脱炭期などの目的に応じて精錬剤の組成を変化させる精錬が行われている。
【００２４】
例えば、脱燐処理は、比較的低温で精錬することが望ましく、ＣａＯを主成分とした媒溶剤と酸素源とを添加して、酸素源中の酸素で溶銑中の燐を酸化して燐酸化物（Ｐ2Ｏ5）を形成させ、形成させた燐酸化物をＣａＯ系媒溶剤の滓化によって生成するスラグ中に３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5（＝Ｃａ3(ＰＯ4)2）なる安定形態で固定することによって行われている。
【００２５】
一方、溶銑から溶鋼を製造する際の環境負荷削減、排出ＣＯ2量削減、製造コスト削減を目的として、溶銑に対して配合する冷鉄源の比率を高めることが求められている。冷鉄源の配合比率を高めるためには、冷鉄源を溶解するための熱が必要であり、従来から熱補償方法について多くの検討が行われてきた。
【００２６】
本発明者らは、粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスを燃焼するための燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを、それぞれ別々に有する上吹きランス（以下、「バーナーランス」とも記す）を用い、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給すると同時に前記燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路から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ながら、前記粉状精錬剤供給流路から、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤を不活性ガスとともに精錬容器内の溶銑浴面に向けて供給し、精錬容器内の溶銑を脱燐処理する溶銑の精錬方法において、着熱効率及び生産性に優れ、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、且つ、炉体耐火物の損傷を助長することなく、高い脱燐効率が得られる精錬方法を検討し、以下に示す精錬方法を見出した。
【００２７】
以下、精錬容器として転炉を使用し、転炉内の溶銑に対して脱燐処理を施す場合を例として、本発明を説明する。
【００２８】
図１は、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、図２は、図１に示す上吹きランス５の概略拡大縦断面図である。ここでは１例として６重管の上吹きランス５を示す。
【００２９】
図１に示すように、本発明において脱燐処理に用いる転炉設備１は、その外殻を鉄皮３で構成され、鉄皮３の内側に耐火物４が施工された転炉２と、この転炉２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。転炉２の上部には、脱燐処理終了後の溶銑６を出湯するための出湯口７が設けられ、また、転炉２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。
【００３０】
上吹きランス５には、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスからなる搬送用ガスとともに、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１を供給するための粉状精錬剤供給管１２と、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガス、都市ガスなどの燃料ガス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、空気などの燃料ガス燃焼用酸化性ガスを供給するための燃料ガス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（図示せず）とが、接続されている。図１では、燃料ガス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。精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガス、酸素富化空気、酸素ガスと希ガスとの混合ガスが用いられるが、一般的には酸素ガスが使用される。
【００３１】
尚、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可能性があるので、本発明では燃料ガス（気体燃料）を使用する。気体燃料を使用すれば、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り、更に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。
【００３２】
粉状精錬剤供給管１２の他端は、粉状精錬剤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は粉状精錬剤搬送用ガス供給管１７に接続されており、粉状精錬剤搬送用ガス供給管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に収容された粉状精錬剤１１の搬送用ガスとして機能し、ディスペンサー１６に収容された粉状精錬剤１１は粉状精錬剤供給管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。
【００３３】
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５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とで構成されており、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重管で構成されている。粉状精錬剤供給管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、燃料ガス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の何れか一方に連通している。
【００３４】
したがって、粉状精錬剤１１が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が最内管２０と仕切り管２１との間隙を通り、燃料ガス燃焼用酸化性ガスが仕切り管２１と内管２２との間隙を通り、精錬用酸化性ガスが内管２２と中管２３との間隙を通り、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。
【００３５】
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状精錬剤噴射孔２６と連通し、最内管２０と仕切り管２１との間隙は、粉状精錬剤噴射孔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ガス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、燃料ガス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。粉状精錬剤噴射孔２６は、粉状精錬剤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、燃料ガス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。
【００３６】
つまり、最内管２０の内部が粉状精錬剤供給流路となり、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との間隙が燃料ガス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、粉状精錬剤噴射孔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、粉状精錬剤噴射孔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及び燃料ガス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。
【００３７】
この構成の転炉設備１を用い、本発明に係る脱燐処理を、以下に示すようにして溶銑６に対して実施する。
【００３８】
先ず、転炉２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、脱燐処理後の溶銑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。
【００３９】
冷鉄源の転炉２への装入後、溶銑６を転炉２へ装入する。用いる溶銑６としてはどのような組成であっても脱燐処理することができ、脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていても構わないな。因みに、脱燐処理前の溶銑６の主な化学成分は、炭素：３．８〜５．０質量％、珪素：０．６質量％以下、燐：０．０８〜０．２質量％、硫黄：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することができる。
【００４０】
次いで、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、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１を、上吹きランス５の粉状精錬剤噴射孔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。この粉状精錬剤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ガス燃焼用酸化性ガス噴射孔２８から酸素ガスなどの燃料ガス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。
【００４１】
脱炭炉滓とは、転炉での溶銑の脱炭処理で発生するＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯX系スラグであり、上記粉状精錬剤１１の全部または一部として使用することができる。粉状精錬剤１１の滓化を促進する観点から、粉状精錬剤１１に占める脱炭炉滓の比率は２０質量％以上、より望ましくは３０質量％以上とすることが好適である。粉状精錬剤１１の一部としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ3）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)2）などを使用することもできる。また、生石灰に蛍石（ＣａＦ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を滓化促進剤として混合したものを粉状精錬剤１１の一部として使用することもできる。
【００４２】
このようにして行われる、バーナーランス５を用いた溶銑６の精錬では、燃料ガスが燃焼してバーナーランス５の先端下方に形成される火炎中を粉状精錬剤１１、酸化鉄、可燃性物質などを通すことにより、火炎の熱が効率良く粉状精錬剤１１などに伝達され、これにより溶銑６への着熱効率の向上が可能であることが知られている（例えば特許文献６を参照）。
【００４３】
このバーナーランス５では、精錬の進行と並行しながら溶銑６の熱補償を行うことができることに加え、燃料ガスに硫黄分が含まれないことから、炭素源による熱補償で問題となる硫黄の溶銑中への混入や精錬時間の延長を回避することができる。また、火炎中に伝熱媒体となる粉状精錬剤１１を通すことにより、燃料ガスの燃焼熱を効率良く溶銑６に供給することができるので、従来熱補償技術として検討されてきた二次燃焼率を高める方法と比較して、精錬容器内の耐火物の熱損傷を増大させることなく、熱補償を行うことができる。また更に、本発明では、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１の搬送用ガスとして不活性ガスを使用するので、バーナーランス５の流路内で粉状精錬剤１１に含まれる可燃性物質が燃焼するという問題を回避することができる。
【００４４】
これらの利点に加えて、バーナーランス５による燃焼熱を利用した溶銑６の精錬においては、脱燐効率を向上させることができるという利点がある。これは、火炎中で粉状精錬剤１１を加熱することにより、粉状精錬剤１１の滓化が促進され、つまり、燐酸化物の吸収能に優れたスラグが早期に形成されることで、脱燐効率が向上するからである（例えば特許文献６を参照）。但し、脱燐反応は発熱反応であることから、脱燐処理における溶銑温度及びスラグ温度としては、例えば１２００〜１４００℃程度の比較的低温の方が有利であり、溶銑温度を過剰に高くすることは、冷鉄源の溶解量を増大する上では望ましいが、脱燐反応にとっては望ましくないことが知られている。
【００４５】
特に、脱炭炉滓には通常１〜２質量％程度の燐が燐酸化物として含有されるために、本発明者らは、精錬条件によっては、粉状精錬剤１１として用いる脱炭炉滓からの復燐が影響して脱燐効率が低下する虞もあると考えた。
【００４６】
そこで、本発明者らは、バーナーランス５による脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１の加熱は、滓化促進により脱燐効率が向上する一方、粉状精錬剤１１の温度上昇により脱燐効率が低下する要因になると考え、バーナーランス５の粉状精錬剤供給管１２から供給する粉状精錬剤１１の供給速度Ｂ（ｋｇ／ｍｉｎ）と、バーナーランス５での熱供給速度Ａ（ＭＪ／ｍｉｎ）との比Ｂ／Ａ（ｋｇ／ＭＪ）が脱燐効率に与える影響を、燃料ガス種、燃料ガス流量、粉状精錬剤１１の供給速度を変化させて調査した（後述の実施例１、２を参照）。尚、バーナーランス５での熱供給速度Ａ（ＭＪ／ｍｉｎ）は、下記の（３）式で求められる。
【００４７】
Ａ＝ＱL×Ｆ・・・（３）
但し、（３）式において、Ａは熱供給速度（ＭＪ／ｍｉｎ）、ＱLは燃料ガスの標準状態における１ｍ3あたりの低位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）、Ｆは燃料ガスの標準状態における供給流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）である。ここで、燃料ガスの低位発熱量とは、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。
【００４８】
その結果、図３及び図４に示すように、粉状精錬剤噴射孔２６から噴射する粉状精錬剤１１の供給速度Ｂ（ｋｇ／ｍｉｎ）と、バーナーランス５での熱供給速度Ａ（ＭＪ／ｍｉｎ）との比Ｂ／Ａ（ｋｇ／ＭＪ）に応じて脱燐効率が変化し、比Ｂ／Ａを下記の（１）式の範囲に制御することで、脱燐効率を高めることが可能であることがわかった。
【００４９】
０．８０＜Ｂ／Ａ＜１．５０・・・（１）
比Ｂ／Ａが０．８０以下の場合、バーナーランス５による熱供給速度Ａに対して脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１の供給速度Ｂが相対的に小さいため、粉状精錬剤１１の温度が過剰に高くなり、粉状精錬剤１１の滓化促進による脱燐効率向上に対して、粉状精錬剤１１の温度上昇による脱燐効率低下が大きくなり、脱燐向上効果が縮小していくと考えられる。一方、比Ｂ／Ａが１．５０以上の場合、バーナーランス５による熱供給速度Ａに対して脱炭炉滓を含む粉状精錬剤１１の供給速度Ｂが相対的に大きいため、粉状精錬剤１１の温度が低く滓化促進効果が少なく、脱燐効率向上効果が縮小していくと考えられる。
【００５０】
尚、粉状精錬剤１１として例えば炭酸カルシウム粉などの熱分解性を有する粉体を用いる場合には、分解熱による粉状精錬剤１１の温度低下が生じるので、粉状精錬剤１１の熱分解が生じる環境では脱燐効率向上効果が得られる比Ｂ／Ａの範囲は低値側にシフトすると考えられる。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、比Ｂ／Ａを適切な範囲内に制御するので、粉状精錬剤１１は火炎によって必要以上に加熱されることはなく、粉状精錬剤１１が必要以上に加熱されることに起因する脱燐効率の低下を回避しつつ、粉状精錬剤１１の滓化促進による高い脱燐効率向上効果を享受することができる。
【００５２】
尚、上記説明は、精錬容器として転炉２を使用した場合で説明したが、混銑車や溶銑鍋を精錬容器として使用しても、何ら問題なく本発明を実施することができる。
【実施例１】
【００５３】
図１に示す転炉設備と同様の形式である炉容量が３３０トンの上底吹き転炉を用い、この転炉に冷鉄源及び溶銑を装入し、燃料ガスとして都市ガス（低位発熱量ＱL＝４０．６ＭＪ／Ｎｍ3）を使用し、燃料ガスの供給流量及び粉状精錬剤（生石灰と脱炭炉滓との混合物）の供給速度を変化させて、溶銑の脱燐処理を行った（本発明例１〜７、比較例１〜２８）。
【００５４】
本発明例１〜７及び比較例１〜２８において、使用した上吹きランスは、図２に示す上吹きランスと同様に６重管構造のものであり、その横断面において中心側から、粉状精錬剤供給流路、燃料ガス供給流路、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路、精錬用酸化性ガス供給流路、冷却水の給水及び排水の２つの冷却水流路の順に構成されている。冷却水流路以外は上吹きランス先端部において鉛直下方または鉛直斜め下方に開口したノズルを備えており、粉状精錬剤はランスチップ中心の円形ストレート型の粉状精錬剤噴射孔から、燃料ガスは円環状（リング状）スリット型の燃料ガス噴射孔から、燃料ガス燃焼用酸素ガスは円環状（リング状）スリット型の燃料ガス燃焼用酸化性ガス噴射孔から、精錬用酸素ガスは同心円上に配置した複数個のラバールノズル型の精錬用酸化性ガス噴射孔から炉内に供給した。
【００５５】
本発明例１〜７及び比較例１〜２８では、転炉に冷鉄源４６．２トンを装入した後、溶銑温度；１３００℃、珪素濃度；０．３５質量％、燐濃度；０．１４質量％、炭素濃度；４．４質量％の溶銑２８３．８トンを装入し、その後、上吹きランスを、その先端が静止状態の溶銑の湯面から２５００ｍｍの位置となるまで下降し（ランス高さ＝２５００ｍｍ）、次いで、塊状の生石灰を３トン炉上から投入した後、生石灰粉と脱炭炉滓とを質量比率１：２で事前混合した混合物（＝粉状精錬剤）、都市ガス（比較例１〜５では都市ガスの代わりに窒素ガス）、燃料ガス燃焼用酸素ガス（比較例１〜５では燃料ガス燃焼用酸素ガスの代わりに窒素ガス）、精錬用酸素ガスを、上吹きランスを介して溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口から窒素ガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んで脱燐処理を行った。尚、脱炭炉滓の組成は、ＣａＯが４０質量％で、ＳｉＯ2が１２質量％であった。
【００５６】
精錬用酸素ガスの供給流量は２．２万Ｎｍ3／ｈｒとした。底吹き攪拌用ガス及び搬送用ガスとしては窒素ガスを用い、その流量は、それぞれ３０Ｎｍ3／ｍｉｎ、２５Ｎｍ3／ｍｉｎとした。精錬時間は全て１５分間の一定とした。
【００５７】
都市ガスの流量は１０〜６０Ｎｍ3／ｍｉｎとし、燃料ガス燃焼用酸素ガス流量は、都市ガスを完全燃焼させるために都市ガス流量に対して２．２倍の流量（２２〜１３２Ｎｍ3／ｍｉｎ）とした。また、粉状精錬剤の供給速度は２００〜１０００ｋｇ／ｍｉｎとし、何れの供給速度でも粉状精錬剤の総供給量は３トンとした。精錬用酸素ガスの供給開始と同時に、都市ガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給を開始し、粉状精錬剤の総供給量が３トンに達した時点で、都市ガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給を停止した。
【００５８】
尚、都市ガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給停止後は、スプラッシュなどが上吹きランスの各供給流路に侵入しないように、窒素ガスを供給した。都市ガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給終了から吹錬終了までの期間は、燃料ガス供給流路に窒素ガス１０Ｎｍ3／ｍｉｎ、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路に窒素ガス２２Ｎｍ3／ｍｉｎ、粉状精錬剤供給流路に窒素ガス２５Ｎｍ3／ｍｉｎを供給した。
【００５９】
表１に、本発明例１〜７及び比較例１〜２８における都市ガス流量、熱供給速度Ａ、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤供給速度Ｂ、比Ｂ／Ａ、及び、脱燐処理後の溶銑燐濃度などを示す。また、図３に、本発明例１〜７及び比較例１〜２８における比Ｂ／Ａと脱燐処理後の溶銑燐濃度との関係を示す。
【００６０】
【表１】
0006327298.tif 000002
【００６１】
本発明例１〜７で示されるように、脱燐処理後の溶銑中燐濃度を安定して低減するためには、比Ｂ／Ａを０．８０超え１．５０未満の条件とすることが必要であることがわかった。これは、粉状精錬剤が火炎によって適度に加熱されたことにより、粉状精錬剤の滓化促進により脱燐効率が向上することを反映していると考えられる。
【００６２】
一方、比較例１〜５に示す都市ガスを供給しない条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例１〜７に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位であることが確認された。これは、粉状精錬剤が加熱されておらず、粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果が得られなかったことを反映していると考えられる。
【００６３】
また、比較例６〜１９及び比較例２２、２３、２４、２７、２８に示されるように、比Ｂ／Ａが０．８０以下の場合の脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例１〜７に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位になることが確認された。これは、熱供給速度Ａに対して粉状精錬剤の供給速度Ｂが小さく、加熱された粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果よりも、粉状精錬剤の温度上昇に伴う脱燐効率低下影響の方が大きかったことを反映していると考えられる。
【００６４】
また更に、比較例２０、２１、２５、２６に示されるように、比Ｂ／Ａが１．５０以上の場合の脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例１〜７に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位であることが確認された。これは、熱供給速度Ａに対して粉状精錬剤の供給速度Ｂが大きく、加熱された粉状精錬剤の温度が低く、粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果が小さかったことを反映していると考えられる。
【実施例２】
【００６５】
実施例１と同様に、図１に示す転炉設備と同様の形式である炉容量が３３０トンの上底吹き転炉を用い、この転炉に冷鉄源及び溶銑を装入し、燃料ガスとしてプロパンガス（低位発熱量ＱL＝９１．０ＭＪ／Ｎｍ3）を使用し、燃料ガスの供給流量及び粉状精錬剤（生石灰と脱炭炉滓との混合物）の供給速度を変化させて、溶銑の脱燐処理を行った（本発明例５１〜５９、比較例５１〜７５）。
【００６６】
本発明例５１〜５９及び比較例５１〜７５において、使用した上吹きランスは、図２に示す上吹きランスと同様に６重管構造のものであり、その横断面において中心側から、粉状精錬剤供給流路、燃料ガス供給流路、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路、精錬用酸化性ガス供給流路、冷却水の給水及び排水の２つの冷却水流路の順に構成されている。冷却水流路以外は上吹きランス先端部において鉛直下方または鉛直斜め下方に開口したノズルを備えており、粉状精錬剤はランスチップ中心の円形ストレート型の粉状精錬剤噴射孔から、燃料ガスは円環状（リング状）スリット型の燃料ガス噴射孔から、燃料ガス燃焼用酸素ガスは円環状（リング状）スリット型の燃料ガス燃焼用酸化性ガス噴射孔から、精錬用酸素ガスは同心円上に配置した複数個のラバールノズル型の精錬用酸化性ガス噴射孔から炉内に供給した。
【００６７】
本発明例５１〜５９及び比較例５１〜７５では、転炉に冷鉄源４６．２トンを装入した後、溶銑温度；１３００℃、珪素濃度；０．３５質量％、燐濃度；０．１４質量％、炭素濃度；４．４質量％の溶銑２８３．８トンを装入し、その後、上吹きランスを、その先端が静止状態の溶銑の湯面から２５００ｍｍの位置となるまで下降し（ランス高さ＝２５００ｍｍ）、次いで、塊状の生石灰を３トン炉上から投入した後、生石灰粉と脱炭炉滓とを質量比率１：２で事前混合した混合物（＝粉状精錬剤）、プロパンガス（比較例５１〜５５ではプロパンガスの代わりに窒素ガス）、燃料ガス燃焼用酸素ガス（比較例５１〜５５では燃料ガス燃焼用酸素ガスの代わりに窒素ガス）、精錬用酸素ガスを、上吹きランスを介して溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口から窒素ガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んで脱燐処理を行った。尚、脱炭炉滓の組成はＣａＯが４０質量％で、ＳｉＯ2が１２質量％であった。
【００６８】
精錬用酸素ガスの供給流量は２．２万Ｎｍ3／ｈｒとした。底吹き攪拌用ガス及び搬送用ガスとしては窒素ガスを用い、その流量は、それぞれ３０Ｎｍ3／ｍｉｎ、２５Ｎｍ3／ｍｉｎとした。精錬時間は全て１５分間の一定とした。
【００６９】
プロパンガスの流量は５〜２５Ｎｍ3／ｍｉｎとして、燃料ガス燃焼用酸素ガス流量は、プロパンガスを完全燃焼させるためにプロパンガス流量に対して５倍の流量（２５〜１２５Ｎｍ3／ｍｉｎ）とした。また、粉状精錬剤の供給速度は２００〜１０００ｋｇ／ｍｉｎとし、何れの供給速度でも粉状精錬剤の総供給量は３トンとした。精錬用酸素ガスの供給開始と同時に、プロパンガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給を開始し、粉状精錬剤の総供給量が３トンに達した時点で、プロパンガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給を停止した。
【００７０】
尚、プロパンガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給停止後は、スプラッシュなどが上吹きランスの各供給流路に侵入しないように、窒素ガスを供給した。プロパンガス、燃料ガス燃焼用酸素ガス及び粉状精錬剤の供給終了から吹錬終了までの期間は、燃料ガス供給流路に窒素ガス１０Ｎｍ3／ｍｉｎ、燃料ガス燃焼用酸化性ガス供給流路に窒素ガス２２Ｎｍ3／ｍｉｎ、粉状精錬剤供給流路に窒素ガス２５Ｎｍ3／ｍｉｎを供給した。
【００７１】
表２に、本発明例５１〜５９及び比較例５１〜７５におけるプロパンガス流量、熱供給速度Ａ、脱炭炉滓を含む粉状精錬剤供給速度Ｂ、比Ｂ／Ａ、及び、脱燐処理後の溶銑燐濃度などを示す。また、図４に、本発明例５１〜５９及び比較例５１〜７５における比Ｂ／Ａと脱燐処理後の溶銑燐濃度との関係を示す。
【００７２】
【表２】
0006327298.tif 000003
【００７３】
本発明例５１〜５９で示されるように、脱燐処理後の溶銑中燐濃度を低減するためには、比Ｂ／Ａを０．８０超え１．５０未満の条件とすることが必要であることがわかった。これは、粉状精錬剤が火炎によって適度に加熱されたことにより、粉状精錬剤の滓化促進により脱燐効率が向上することを反映していると考えられる。
【００７４】
一方、比較例５１〜５５に示すプロパンガスを供給しない条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例５１〜５９に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位であることが確認された。これは、粉状精錬剤が加熱されておらず、粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果が得られなかったことを反映していると考えられる。
【００７５】
また、比較例５６〜６８及び比較例７０、７１、７４、７５に示されるように、比Ｂ／Ａが０．８０以下の場合の脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例５１〜５９に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位になってしまうことが確認された。これは、熱供給速度Ａに対して粉状精錬剤の供給速度Ｂが小さく、加熱された粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果よりも、粉状精錬剤の温度上昇に伴う脱燐効率低下影響の方が大きかったことを反映していると考えられる。
【００７６】
また更に、比較例６９、７２、７３に示されるように、比Ｂ／Ａが１．５０以上の場合の脱燐処理後の溶銑中燐濃度は、本発明例５１〜５９に示す比Ｂ／Ａが０．８０超え１．５０未満の条件下での脱燐処理後の溶銑中燐濃度よりも高位であることが確認された。これは、熱供給速度Ａに対して粉状精錬剤の供給速度Ｂが大きく、加熱された粉状精錬剤の温度が低く、粉状精錬剤の滓化促進による脱燐効率向上効果が小さかったことを反映していると考えられる。
【符号の説明】
【００７７】
１  転炉設備
２  転炉
３  鉄皮
４  耐火物
５  上吹きランス
６  溶銑
７  出湯口
８  攪拌用ガス
９  底吹き羽口
１０  ガス導入管
１１  粉状精錬剤
１２  粉状精錬剤供給管
１３  燃料ガス供給管
１４  燃料ガス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  粉状精錬剤搬送用ガス供給管
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  粉状精錬剤噴射孔
２７  燃料ガス噴射孔
２８  燃料ガス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】
0006327298.tif 000004
【図２】
0006327298.tif 000005
【図３】
0006327298.tif 000006
【図４】
0006327298.tif 000007