(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素濃度０．４５質量％以上の高炉溶銑から高純度鋼を溶製する溶銑の精錬方法であって、
前記の高炉溶銑に脱珪剤を添加して脱珪処理を行い、脱珪処理後の溶銑の珪素濃度を０．２３質量％〜０．４質量％とする脱珪工程と、
脱珪処理後の溶銑に脱硫剤を添加して脱硫処理を行う脱硫工程と、
脱硫処理後の溶銑を転炉型反応容器に挿入し、脱燐剤を添加して脱燐処理を行う脱燐工程を有し、
前記脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯを、５.９質量％以上、１６質量％以下に抑制することを特徴とする溶銑の精錬方法。
【請求項２】
更に、脱燐処理後の溶銑に脱炭剤を添加して脱炭処理を行う脱炭工程を有し、
前記の脱珪剤が、この脱炭工程で生成した脱炭スラグを、２５ｍｍ未満に破砕、整粒したものを含むことを特徴とする請求項１記載の溶銑の精錬方法。
【請求項３】
前記の脱珪処理は、脱珪スラグの塩基度が、（ＣａＯ）/（ＳｉＯ２)＝０．３〜１．５となる条件下で行うことを特徴とする請求項１または２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、珪素濃度が０．４５質量％以上の溶銑から高純度鋼を製造するのに適した溶銑の精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｐ，Ｓ，およびＣ等の含有量を極低レベルにまで低減させた高純度鋼の製造技術に関し、各種技術が開発されている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
従来、これらの高純度鋼の製造には、Ｓｉ等の含有率の低い原料が使用されてきた。しかし、近年、鉄鋼業界における厳しい価格競争の中、原料価格を抑制すべく、Ｓｉ等の含有率の高い原料（いわゆる「劣質原料」）へのシフトが行われており、これらの劣質原料を使用しつつ、従来同様に質の高い高純度鋼を、効率よく、かつ、低コストに製造する技術への要求が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２７０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、珪素濃度が０．４５質量％以上の溶銑から、高純度鋼を、効率よく、かつ、低コストに製造する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では上記の課題を解決するための手段として、溶銑の精錬方法において、「珪素濃度０．４５質量％以上の高炉溶銑に脱珪剤を添加して脱珪処理を行い、珪素濃度を０．２３質量％〜０．４質量％とする脱珪工程と、脱珪処理後の溶銑に脱硫剤を添加して脱硫処理を行う脱硫工程と、脱硫処理後の溶銑を転炉型反応容器に挿入し、脱燐剤を添加して脱燐処理を行う脱燐工程を有し、前記脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯを、５.９質量％以上、１６質量％以下に抑制する」構成を採用している。
【０００７】
なお、脱燐処理後の溶銑を主として酸素ガスにより脱炭処理を行う脱炭工程を有し、前記の脱珪剤が、この脱炭工程で生成した脱炭スラグを、２５ｍｍ未満に破砕、整粒したものを含むことが好ましく、また、前記の脱珪処理は、脱珪スラグの塩基度が、（ＣａＯ）/（ＳｉＯ２)＝０．３〜１．５となる条件下で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
脱珪工程と、脱硫工程と、脱燐工程と、脱炭工程を有し、この順序で精錬する溶銑の精錬技術は、例えば、「鉄と鋼  第７４年（１９８８）  第２号  ２７０〜２７７頁」に開示されているが、この技術は、脱珪工程において、珪素濃度を０．１５％以下にまで低減させる処理を必須とする技術である。従来のように、Ｓｉ等の含有率の低い鉄鉱石を原料とする場合、この従来技術でも、特段の問題はないが、Ｓｉ等の含有率の高い劣質原料を用いる場合、珪素濃度を０．１５質量％未満にまで低減させようとした場合、脱珪剤（ＦｅＯを含有するフラックス）が相当量必要になり、脱珪処理時間は、脱珪剤の使用量とともに増加するため、脱珪処理に時間がかかり生産性が低下する問題がある。また、脱珪剤を大量に使用すると、脱珪スラグ中のＦｅＯ量が増加するが、このＦｅＯが脱珪スラグとともに、次工程（脱硫工程）に持ち越されると、脱硫反応を阻害する問題や、脱珪工程において、珪素濃度を０．１５質量％未満にまで低減させた場合、スラグの主成分となるＳｉが不足するため、脱燐工程におけるスラグ生成量が少なくなり、前工程（脱硫工程）から持ち越された脱硫スラグに含まれる硫黄濃度を希釈することができず、脱燐工程で復硫が生じて高純度鋼に要求される硫黄濃度を達成できないという問題がある。
【０００９】
これに対し、本発明によれば、「脱珪処理後の珪素濃度を０．２３質量％〜０．４質量％に止め、また、脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯを、５.９質量％以上、１６質量％以下に抑制」しているため、上記技術と比較して、脱珪剤の使用量を低減してボトルネック工程となる脱珪処理時間を短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。また、脱珪剤の使用量を低減した結果、従来脱珪剤を大量に使用した際生じていた上記の各問題（脱硫反応を阻害する問題や、脱燐工程で復硫が生じる問題、或いは脱珪時のスロッピングの問題）を回避することができる。
【００１０】
なお、上記の従来技術では、溶銑鍋（フリーボード部がない容器）における脱燐処理を前提としているため、脱燐処理時のスラグフォーミング回避の観点から、事前の脱珪工程で、珪素濃度を「０．１５質量％未満」にまで低減させることが要求されたが、本発明では、脱燐処理を転炉型反応容器で行う構成としているため、ある程度のスラグフォーミングは許容でき、事前の脱珪工程における脱珪処理後珪素濃度の目標レベルを「０．２質量％〜０．４質量％」に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のフローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。本実施形態の溶銑の精錬方法は、図１に示すように、脱珪工程〜脱硫工程〜脱燐工程〜脱炭工程の順に、各工程を経て、珪素濃度０．４５質量％以上の高炉溶銑から高純度鋼を溶製する溶銑の精錬方法である。以下、各工程について詳述する。
【００１３】
＜脱珪工程＞
高炉から出銑された溶銑は、高炉鋳床を経て、溶銑搬送用の混銑車に挿入される。本実施形態では、この混銑車を精錬容器として、珪素濃度を０．２３質量％〜０．４質量％とする脱珪処理を行っている。
【００１４】
本実施形態では、脱珪反応（[Ｓｉ]＋Ｏ２→ＳｉＯ２）のための酸素源として、固体酸素源と酸素ガスを使用している。ここで、[Ｓｉ] ：溶銑中の珪素、ＳｉＯ２：スラグ中のＳｉＯ２である。
【００１５】
固体酸素源としては、ミルスケール、製鉄ダスト、焼結粉の少なくとも何れかを用い、溶銑を高炉鋳床から落下させて混銑車に挿入する際に、その落下流に巻き込ませて投入している。固体酸素源を投入する際、他の脱珪剤も、同様に、その落下流に巻き込ませて投入することが好ましい。
【００１６】
固体酸素源の不足分は、ランスを介した微粉吹き込みにより追加投入することができる。酸素ガスは、ランスを使用して、混銑車の上方から吹きつけ、もしくは、混銑車内への吹き込みを行っている。撹拌力の観点からは、混銑車内への吹き込みが好ましいが、羽口の溶損のリスクもあるため、適宜最適な手段を選択することが好ましい。
【００１７】
脱珪剤ＦｅＯを含有するフラックスは、媒溶剤（ＣａＯ等）との混合原料として投入されるが、本実施形態では、この混合原料に、後段の脱炭工程で生成した脱炭スラグを２５ｍｍ未満に破砕、整粒したものを含ませたものを使用している。この脱炭スラグの併用により、脱珪処理に伴うフォーミングを抑制する効果や、生石灰等の使用量低減効果の他、脱炭スラグの再利用による系外排出スラグの削減効果を得ることができる。
【００１８】
前記の媒溶剤には、脱珪処理に伴い生成するスラグ（以下、脱珪スラグという）の塩基度（[質量％ＣａＯ]/ [質量％ＳｉＯ２]）を調整して、スラグの流動性を調整する作用があり、本実施形態では、脱珪スラグの塩基度が、（ＣａＯ）/（ＳｉＯ２)＝０．３〜１．５となる比較的低塩基度の条件下で脱珪処理を行っている。
【００１９】
脱珪スラグの塩基度が１．５超となると、スラグの流動性が低下する結果、ＦｅＯの還元反応が進行し難くなり、脱珪反応が阻害されるとともに脱珪スラグ中のＦｅＯ濃度が高位にとどまるため好ましくない。また、流動性が低下したスラグは溶銑と分離しやすくなるため、脱珪処理後の溶銑を次工程（脱硫工程）用の精錬容器に払い出す際、溶銑と共に持ち越されるスラグ量が減少して、脱硫処理中に精錬容器内に存在するスラグ（以下、脱硫スラグという）中の硫黄濃度が上昇し、この硫黄濃度が上昇した脱硫スラグが更に次工程（脱燐工程）に持ち越された場合、復硫（脱硫処理によってスラグ中に移行した硫黄が、再び溶銑中に移行する現象）が起こりやすくなるため好ましくない。
【００２０】
脱珪スラグの塩基度が０．３未満では、ＦｅＯの還元速度が遅くなって脱珪処理効率が低下するため好ましくない。また、ＦｅＯの還元速度が遅くなるため、十分な脱珪処理時間を確保せず次工程に進んだ場合、脱珪スラグ中に残存するＦｅＯ濃度が高くなる。ＦｅＯ濃度が高いスラグが次工程（脱硫工程）に持ち越されると、還元反応である脱硫反応の進行が阻害され、脱硫効率が著しく低下するため、好ましくない。脱硫反応は、[Ｓ]＋ＣａＯ→ＣａＳ＋[Ｏ]のように進行し、ここで、 [Ｓ]：溶銑中の硫黄、ＣａＯ：スラグ中のＣａＯ、ＣａＳ：スラグ中のＣａＳ、[Ｏ]：溶銑中の酸素である。
【００２１】
本実施形態では、脱硫効率の観点から、脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯは、５.９質量％以上、１６質量％以下に抑制している。スラグ中ＦｅＯ量のコントロールは、脱珪剤の投入量、塩基度、および撹拌条件の調整により行うことができる。
【００２２】
なお、脱珪スラグ中に残存するＦｅＯ濃度が高くなった場合でも、脱珪処理後の溶銑を次工程（脱硫工程）用の精錬容器に払い出す際、脱珪スラグを完全に取り除く処理を行えば、理論上、上記のような脱硫効率の低下は生じないが、完全な排滓には手間や時間がかかる他、排滓に伴う鉄分のロスにより歩留まりが悪化するため、工業ベースでは実用的な手段とはいえない。これに対し、脱珪スラグの塩基度の調整や、脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯ濃度の調整という、本実施形態の手法によればこれらの欠点を回避することができる。
【００２３】
本実施形態では、脱珪剤の添加後から脱珪処理が終了するまで、撹拌しながら脱珪反応を行わせている。脱珪反応は、スラグ/溶銑界面で進行するため、撹拌によって反応界面を増加させ、反応促進を図り、脱珪スラグ中のＦｅＯを効率よく低下させることが出来る。撹拌手段は特に限定されず、機械式攪拌、ガス吹き式攪拌等、任意の手段を採用することができる。
【００２４】
＜脱硫工程＞
前記の脱珪工程を経て、脱珪スラグを排出した後、溶銑は、脱硫処理用の精錬容器に挿入され、脱硫剤を添加して脱硫処理が行われる。ここで、精錬容器や撹拌手段は、特に限定されず、溶銑鍋や混銑車での脱硫剤インジェクション方式や、溶銑鍋での機械撹拌方式を採用することができる。
【００２５】
本実施形態では、前記のように、脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯを１６質量％以下に抑制して、脱硫反応（[Ｓ]＋ＣａＯ→ＣａＳ＋[Ｏ]）の促進を図っている。
【００２６】
＜脱燐工程＞
脱燐反応は、２[Ｐ]＋５[Ｏ]＋３ＣａＯ→３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５のように進行し、ここで、 [Ｐ]：溶銑中の燐、[Ｏ]：溶銑中の酸素（酸素ガスあるいは酸化鉄）、ＣａＯ：スラグ中のＣａＯ、ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５：スラグ中のＣａＯに固定されたＰ２Ｏ５である。
【００２７】
前記の工程を経て、脱硫スラグを排出した後、溶銑は、脱燐工程用の転炉型反応容器に挿入され、脱燐剤を添加して、上底吹き撹拌により、脱燐処理が行われる。従来技術のように、脱燐処理を溶銑鍋（フリーボード部がない容器）で行う場合、脱燐処理時のスラグフォーミング回避の観点から、事前の脱珪工程で、珪素濃度を「０．１５質量％未満」程度にまで低減させることが要求されるが、本実施形態のように、脱燐処理を転炉型反応容器で行う構成とすることにより、ある程度のスラグフォーミングが許容され、事前の脱珪工程における脱珪処理後珪素濃度の目標レベルを「０．２３質量％〜０．４質量％」に高めることができる。脱珪工程で、溶銑中に残存したＳｉは、この脱燐工程でスラグ化して溶銑から除かれる。
【００２８】
本実施形態では、前記のように、脱珪処理後珪素濃度を「０．２３質量％〜０．４質量％」に留めることにより、脱燐工程初期におけるスラグボリュームを充分確保し、スラグボリューム確保を目的とした副原料（蛍石等、）使用量を低減するとともに、石灰源の滓化を促進して、脱燐効率を高めている。
【００２９】
＜その他の工程＞
必要に応じて、脱燐処理後の溶銑に脱炭剤を添加して脱炭処理を行う脱炭工程や、その後の２次精錬（脱ガス、脱硫）工程を追加することもできる。
【実施例】
【００３０】
高Ｓｉ溶銑２８０ｔを、混銑車脱珪→（スラグ排出）→鍋脱硫→転炉脱燐のプロセスで処理した結果を下記（表１）の実施例１〜４、比較例１〜３に示している。
尚、実施例２、３では、混銑車脱珪処理中に、脱珪剤として粒径２５ｍｍ以下の細粒脱炭滓を溶銑に添加した。表１において、［％Ｓｉ］ ［％Ｐ］ ［％Ｓ］は、各々、溶銑中の各元素濃度を示し、Ｃ/Ｓは脱珪スラグの塩基度、ＦｅＯは脱珪スラグ中のＦｅＯ濃度、（％Ｓ）は、スラグ中の硫黄濃度を示している。表1の溶銑又はスラグ中の各濃度は全て質量％である。また、比較例１〜３で、本発明の範囲外となった濃度を、下線付きの太字で表示している。
【００３１】
【表１】
0006405876.tif 000002
【００３２】
表１に示すように、脱珪処理後の珪素濃度を０．２３質量％〜０．４質量％とし、脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯを、５.９質量％以上、１６質量％以下に抑制している実施例１〜４では、上記プロセスを経て、極低硫極低リン溶銑を得る事ができた。
【００３３】
一方、脱珪処理後の珪素濃度が０．１２質量％となるまで、脱珪処理を行った比較例１，２では、脱燐効率の著しい低下が確認された。また、脱硫処理前の脱珪スラグ中に含まれるＦｅＯが１６質量％超である比較例１〜３では、実施例１〜３と比較して脱硫効率の低下が認められ、上記プロセスを経ても、極低硫極低リン溶銑を得る事ができなかった。
【００３４】
具体的には、比較例１では脱珪後の[％Ｓｉ]が低く、スラグの色などの状況からＦｅＯ濃度が高いと予想されたため、脱珪スラグの長時間排滓を行った。その結果、脱硫工程に持ち越されるスラグ量が減少し、かつ、脱硫工程で生成したスラグ量が少ないため、相対的にスラグ中の硫黄濃度（％Ｓ）が高くなった。この脱硫スラグが脱りん工程に持ち越されて、脱りん工程での復硫が大きくなったため、脱燐処理後溶銑の硫黄濃度が０．００３質量％以下の極低硫黄鋼を溶製することが出来なかった。比較例２は、比較例１同様に脱珪後の［％Ｓｉ］を過度に低くしたが、比較例１のような排滓を行なわず、通常の排滓程度で脱硫工程に移行したため、脱硫効率が低く、極低硫黄鋼の溶製が出来なかった。比較例３は、脱珪処理後の脱珪スラグの塩基度が過剰であったため、ＦｅＯの還元が進行せず、ＦｅＯ濃度が高いと予想されたため、脱硫前の排滓を強化する操業を行った結果、比較例１同様に脱硫スラグ中の硫黄濃度（％Ｓ）が過度に高くなり、脱りん工程での復硫が大きくなったため極低硫鋼溶製に至らなかった。
【図１】
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