(57)【要約】【課題】  添加した媒溶剤を溶鋼の清浄化及び脱硫反応の促進に適正な、酸化度の低いスラグへと迅速に調製することの可能な精錬方法を提供する。【解決手段】  精錬炉１２から溶鋼保持容器１３内に出湯される溶鋼１７、または、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯された溶鋼に向かって、加熱または加熱・溶融した、ＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤１９を、ランス２を介して吹き付けて添加する。媒溶剤としては、生石灰と滓化促進剤との混合体またはプリメルト剤とし、また、媒溶剤に金属アルミニウム粉、アルミ灰粉、金属シリコン粉、フェロシリコン粉などを混合してもよい。加熱手段としては、ランスから炭化水素系の燃料と酸素含有ガスとを供給し、この燃料を燃焼させて火炎を形成し、この火炎によって加熱することができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯される溶鋼、または、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯された溶鋼に向かって、加熱または加熱・溶融した、ＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤を、ランスを介して吹き付けて添加することを特徴とする、溶鋼の精錬方法。
【請求項２】
精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯される溶鋼、または、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯された溶鋼に向かって、加熱または加熱・溶融した、生石灰と滓化促進剤との混合体、生石灰と滓化促進剤とのプリメルト剤、当該溶鋼保持容器から発生したスラグのうちの何れか一種以上からなる粉状の媒溶剤を、ランスを介して吹き付けて添加することを特徴とする、溶鋼の精錬方法。
【請求項３】
前記媒溶剤に、酸素によって酸化され発熱する、金属アルミニウム粉、アルミ灰粉、金属シリコン粉、フェロシリコン粉のうちの何れか一種以上の金属源を混合することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項４】
前記ランスの先端に設けたノズルから炭化水素系のガス燃料、炭化水素系の液体燃料のうちの何れか一種以上の燃料を供給すると共に、当該ランスの先端に設けた別のノズルから酸素含有ガスを供給し、酸素含有ガスによって前記燃料を燃焼させて火炎を形成し、当該火炎によって前記媒溶剤を加熱または加熱・溶融することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項５】
前記ランスの中心孔から不活性ガスまたは酸素含有ガスを搬送用ガスとして前記媒溶剤を供給し、中心孔の周囲の環状ノズルから前記酸素含有ガスを供給し、更に、環状ノズルの外側の周囲ノズルから前記燃料を供給することを特徴とする、請求項４に記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項６】
前記酸素含有ガスによる燃焼時の酸素比が１．２以下の範囲内となるように、前記ランスから酸素含有ガスを供給することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項７】
前記媒溶剤を溶鋼に向かって吹き付ける前に、予め溶鋼に脱酸剤を添加して溶鋼中の溶解酸素濃度を０．０１質量％以下にしておくことを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか１つに記載の溶鋼の精錬方法を実施して、酸化鉄の含有量が５質量％以下のスラグを溶鋼保持容器内の溶鋼上に形成することを特徴とする、溶鋼の精錬方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７の何れか１つに記載の溶鋼の精錬方法を実施して、酸化鉄の含有量が５質量％以下のスラグを溶鋼保持容器内の溶鋼上に形成し、溶鋼とスラグとを攪拌して溶鋼の脱硫または脱酸を行うことを特徴とする、溶鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の精錬方法に関し、詳しくは、溶鋼の清浄性の向上及び溶鋼の脱硫などに適した酸化度（酸素ポテンシャル）の低いスラグを溶鋼の上に迅速に生成することのできる精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉で製造された溶銑から鋼材を製造するには、製鋼精錬過程において、溶銑及び溶鋼に含まれる不純物元素及び非金属介在物を所定値まで低減し、その鋼材の要求範囲に調製することが必要である。不純物元素としては、４質量％以上含まれる炭素の他に、燐、硫黄などがあり、また、非金属介在物としては、主に圧延工程を含めて制御される窒化物系非金属介在物及び炭化物系非金属介在物の他に、溶鋼段階での制御が必要な酸化物系非金属介在物がある。これらの不純物元素及び非金属介在物を低減するために、転炉精錬によって炭素のみならず燐及び硫黄を除去していた従来の製鋼精錬方法に代わって、最近では、燐及び硫黄は溶銑段階で事前に除去する予備処理が行われており、また、品質要求の厳しい場合には、転炉や電気炉で酸化精錬した後、更に、取鍋精錬炉及びＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉において脱炭、脱硫、脱酸などが行われている。
【０００３】
この内、脱硫処理は次のようにして行われている。即ち、溶銑段階では、脱硫剤として主要な媒溶剤である生石灰やソーダ灰などをインジェクション法或いは機械攪拌方式で溶銑に添加し、脱硫反応の促進に有利な条件に保ちつつ、溶銑鍋、トーピードカー、転炉などで行なっている。極低硫が要求される場合には、溶銑段階の脱硫処理だけでは不充分であり、転炉での酸化精錬後の溶鋼段階においても、転炉からの出湯後、取鍋などの溶鋼保持容器内でＣａＯ系媒溶剤を、アーク加熱が可能な装置を用いて加熱して造滓し、脱硫に有利な還元雰囲気下で強攪拌を付与し、反応を促進して極低硫鋼を溶製している。
【０００４】
この場合、極低硫化のためには、媒溶剤を造滓して形成したスラグによる反応を促進する必要があり、そのためには反応促進に適正なスラグ組成に迅速に調製することが重要であり、従って、事前に溶解（プリメルト）し、媒溶剤単体よりも低い熱量で溶融可能な化合物とし、更に粒度などを調整した、溶解性の高い媒溶剤を使用するなどの処理方法が従来から多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、非金属介在物のうちで鋼材の清浄性の観点から特に問題となる酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）の低減対策は、次のようにして行われている。即ち、ほとんどの鋼材がキルド鋼かセミキルド鋼であるため、前工程の転炉及び電気炉などでの脱炭精錬などのための酸化精錬によって酸化した溶鋼を還元することが必要であり、溶鋼には金属アルミニウムなどの脱酸剤が添加されて、溶鋼中には脱酸生成物である介在物が生成する。そのため、溶鋼を強攪拌するなどして介在物の浮上・分離を促進させている。また、雰囲気による溶鋼の再酸化も問題であり、例えば溶鋼と大気とを分離するなどして再酸化による介在物を低減している。更に、前工程の転炉などの酸化精錬炉から溶鋼保持容器内に持ち込まれるスラグは酸化度が高く、このスラグによる溶鋼の再酸化によって発生する介在物も問題であり、酸化精錬炉からのスラグ流出を抑制したり、出湯時に、脱酸剤とは別に生石灰やアルミニウム源などをスラグに添加し、スラグを還元することが行われている。
【０００６】
近年の高清浄度鋼の要求に対処するには、特に、転炉などの酸化精錬炉から持ち込まれるスラグが問題であり、そのため、溶鋼保持容器への受鋼時、生石灰、金属シリコンまたは金属アルミニウムなどの還元剤を２回に分割して添加し、スラグ中の酸素ポテンシャルを低減したり（例えば、特許文献２参照）、生石灰、金属シリコン、金属アルミニウムなどの還元剤をスラグに添加した後、アークやプラズマなどで加熱し、還元度の高いスラグの造滓を促進する方法（例えば、特許文献３参照）も提案されている。
【特許文献１】特開平９−２１７１１０号公報
【特許文献２】特開平５−２２２４２８号公報
【特許文献３】特開平４−３４６６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
溶鋼の脱硫処理及び介在物の低減のためには、所定の組成のスラグを溶鋼と迅速に接触させる必要があるものの、特許文献１〜３などの従来の方法では、反応の迅速性に重要である、適正な組成のスラグへの溶融・滓化、換言すれば適正組成のスラグの迅速な形成に関しては充分とはいえない。そのため、特許文献３のように、溶鋼自体を加熱することができる、アーク加熱などの大掛かりな設備を用いたり、処理時間を延長したり、或いは多量の媒溶剤を用いたりするなどして対処したため、処理費用が増大するという問題が発生していた。また、溶鋼を扱うために高温の処理となり、耐火物への負荷も大きい上に、溶鋼の温度降下の対策が必要となり、エネルギーの面からも合理的なプロセスの開発が課題となっていた。
【０００８】
このように、従来、大掛かりな加熱装置などを用いることなく、精錬用スラグを迅速に生成し、少ないスラグ量で反応効率を高め、迅速な清浄化や脱硫が可能な精錬方法が求められてきたが、有効な精錬方法は未だ開発されておらず、処理時間の延長や多量の媒溶剤の使用などによって製造コストの上昇を余儀なくされていた。
【０００９】
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、たとえ前工程の酸化精錬炉から酸化度の高いスラグが持ち込まれたとしても、添加した媒溶剤を溶鋼の清浄化及び脱硫反応の促進に適正な、酸化度の低いスラグへと迅速に調製することの可能な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】
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行なった。以下に、検討・研究結果を説明する。
【００１１】
溶鋼の清浄化や脱硫反応の遂行には、これらは還元精錬であるので、スラグが、スラグから溶鋼に酸素を移行させるＦｅＯ、ＭｎＯなどの低級酸化物成分を含まないか、または、その含有量を極力少なくすることが必要である。この条件を達成するためには幾つかの障害があり、その中で特に、初期組成としての溶鋼中の溶解酸素と、前工程の酸化精錬炉から持ち込まれる酸化性スラグ中の酸素とが、スラグの酸化度の低下を阻害することが判明している。適正なスラグ組成に迅速に調製するためには、これらを迅速に無害化することが必要である。
【００１２】
従来、溶鋼の脱硫処理及び清浄化のためのスラグ組成の調製（「スラグ改質」とも呼ぶ）には、主にＣａＯを主体とする媒溶剤が使用されている。尚、ＣａＯを主体とする媒溶剤とは、ＣａＯを含有し、本件の意図する清浄鋼及び極低硫鋼が溶製できるものであれば特にＣａＯの含有量に制約はないが、通常は、ＣａＯ単味またはＣａＯを５０mass％以上含有し、必要に応じてその他の成分として後述する滓化促進剤を含有するものである。
【００１３】
ＣａＯを主体とする媒溶剤は、添加後、溶鋼の顕熱やアーク加熱などの外部から供給される熱によって昇温されると同時に、媒溶剤と共に添加された、媒溶剤を低融点化して滓化を促進させるための滓化促進剤と混合され、溶融スラグが形成（造滓）される。しかし、前述したように、粉状の生石灰をインジェクション法で添加したり、或いは、塊状の生石灰を、同時に添加する滓化促進剤や生成する低融点スラグで溶解しようとしても、生石灰の滓化は充分でないことから、塊状や粉状の固体であるＣａＯ系媒溶剤を攪拌して接触させ混合するだけでは、ＣａＯ系媒溶剤の溶解はそれほど短時間では完了しない。
【００１４】
そこで、種々検討した結果、適正なスラグ組成へと迅速に調製するためには、媒溶剤自体の分散を更に高めるか、または、事前に滓化促進剤または反応を促進させる物質を混合するか、若しくは、予め加熱した媒溶剤または溶融した媒溶剤を使用することが効果的であるとの知見が得られた。媒溶剤の一部或いは全部をこのような状態にせしめることにより、溶鋼との接触と同時に反応が進行し、接触から反応開始までの時間の短縮が期待できることが分かった。
【００１５】
そのなかで、溶鋼の清浄化や脱硫反応を特に効率的に促進させるには、昇温したり予め滓化させた媒溶剤を添加することが最も効果的であるとの結論に基づき、種々の方法について検討した。そして、粉状のＣａＯを主体とした媒溶剤を、バーナーによる燃焼火炎中を通過させて昇温したり溶融すると共に、この媒溶剤を溶鋼表面に吹き付けて添加することで、スラグ化した媒溶剤と溶鋼との混合・接触の観点から見た場合、最適な条件になることを見出した。
【００１６】
但し、媒溶剤に予め滓化促進剤などを混合して、この媒溶剤をスラグ溶解炉などで昇温し溶融することは大掛かりになり、また、昇温・溶融した媒溶剤を単に溶鋼上に添加しても、溶鋼との混合は充分ではなく、添加と同時に反応が促進されることを達成するのは困難であることが分かった。しかし、この問題は、媒溶剤の添加をバーナー方式のランスで行い、このランスからの噴出過程で媒溶剤を混合し、更にバーナーによって形成される燃焼火炎中を通過させて、昇温し溶融することで解決可能であることが分かった。即ち、反応の促進に適正なスラグ組成に迅速に調製することを、媒溶剤の添加と同時に達成し、その結果、反応を促進させることができるとの知見が得られた。
【００１７】
バーナー方式のランスにおいては、粉体の媒溶剤をバーナーの火炎中を通過させ、火炎で生成した熱を粉体の昇温や溶融に利用するものであり、火炎形成時の発生熱量の一部が媒溶剤の加熱に利用される。しかし、その熱の利用効率は数１０％以下であり、未利用の熱は燃焼ガスの顕熱になる。この高温の燃焼ガスを処理するには大掛かりな排ガス処理設備が必要となる上に、処理コストを削減するためには、この顕熱を有効利用することが重要になる。
【００１８】
そこで、この問題を解決すべく種々検討した結果、燃焼ガスの処理については、酸素によって酸化して発熱する金属を媒溶剤に混合し、この金属の酸化熱により媒溶剤を加熱することで、バーナーで使用する燃料ガスが削減され、発生する燃焼ガスが少なくなり、特段の排ガス処理設備を設置しなくても充分に処理可能であることが分かった。
【００１９】
一方、排ガスの有する顕熱の有効利用について検討した結果、燃焼ガスを気体酸素ジェットと共に溶鋼に吹き付けることが有効との結論に達した。但し、燃焼ガスは二酸化炭素及び水蒸気が主体であり、燃焼条件によっては未燃の燃料及び酸素が存在する。本発明は還元精錬を目的としたものであるから、可能な限り酸素を減少することが重要であるが、これは、火炎形成時に使用する気体酸素の質量（QA）と、燃料及び添加した金属の理論燃焼分の酸素質量（QR）との比である酸素比（QA／QR）を制御することで回避できることが分かった。酸素比（QA／QR）が低いほど酸化性から還元性にシフトするが、バーナーとしての燃焼熱量は低下する。本発明においては、酸素比（QA／QR）が１．２以下であれば、還元精錬を妨げないことが分かった。
【００２０】
溶鋼の清浄化や脱硫反応には、原理的に、介在物を吸収したり、脱硫能の高い溶融スラグを形成させることが重要である。即ち、低い酸素ポテンシャルの維持と、生成した硫化物を安定化させうる塩基度の高いスラグが必須である。具体的には、溶鋼温度における、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の多成分スラグの状態図で、ＣａＯ飽和に相当する融点などから選定したり、更には、ＣａＦ2 などの滓化促進剤を含むスラグ系を選定したりすることができる。このスラグの塩基度の考え方から、ＣａＯに対するＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 の比を低くすることが重要となる。
【００２１】
スラグの塩基度は、ＣａＯ源として通常用いられる生石灰の使用量で調整するが、前工程の精錬炉から混入するスラグの影響、及び、溶鋼をアルミニウムなどで脱酸する際に多量に生成する酸化物の影響が無視できない。これに対処するには、前工程の精錬炉から混入するスラグを少なくすること、及び、予め溶鋼中の溶解酸素濃度を低下しておくことで、少ない生石灰の使用量で高い塩基度を確保することができることが分かった。また、このような酸素源を予め低減することで、生成するスラグの酸化鉄及びマンガン酸化物を低くすることが可能であることが分かった。
【００２２】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶鋼の精錬方法は、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯される溶鋼、または、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯された溶鋼に向かって、加熱または加熱・溶融した、ＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤を、ランスを介して吹き付けて添加することを特徴とするものである。
【００２３】
第２の発明に係る溶鋼の精錬方法は、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯される溶鋼、または、精錬炉から溶鋼保持容器内に出湯された溶鋼に向かって、加熱または加熱・溶融した、生石灰と滓化促進剤との混合体、生石灰と滓化促進剤とのプリメルト剤、当該溶鋼保持容器から発生したスラグのうちの何れか一種以上からなる粉状の媒溶剤を、ランスを介して吹き付けて添加することを特徴とするものである。
【００２４】
第３の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第１または第２の発明において、前記媒溶剤に、酸素によって酸化され発熱する、金属アルミニウム粉、アルミ灰粉、金属シリコン粉、フェロシリコン粉のうちの何れか一種以上の金属源を混合することを特徴とするものである。
【００２５】
第４の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第１ないし第３の何れかの発明において、前記ランスの先端に設けたノズルから炭化水素系のガス燃料、炭化水素系の液体燃料のうちの何れか一種以上の燃料を供給すると共に、当該ランスの先端に設けた別のノズルから酸素含有ガスを供給し、酸素含有ガスによって前記燃料を燃焼させて火炎を形成し、当該火炎によって前記媒溶剤を加熱または加熱・溶融することを特徴とするものである。
【００２６】
第５の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第４の発明において、前記ランスの中心孔から不活性ガスまたは酸素含有ガスを搬送用ガスとして前記媒溶剤を供給し、中心孔の周囲の環状ノズルから前記酸素含有ガスを供給し、更に、環状ノズルの外側の周囲ノズルから前記燃料を供給することを特徴とするものである。
【００２７】
第６の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第４または第５の発明において、前記酸素含有ガスによる燃焼時の酸素比が１．２以下の範囲内となるように、前記ランスから酸素含有ガスを供給することを特徴とするものである。
【００２８】
第７の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第１ないし第６の何れかの発明において、前記媒溶剤を溶鋼に向かって吹き付ける前に、予め溶鋼に脱酸剤を添加して溶鋼中の溶解酸素濃度を０．０１質量％以下にしておくことを特徴とするものである。
【００２９】
第８の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第１ないし第７の何れかの発明の溶鋼の精錬方法を実施して、酸化鉄の含有量が５質量％以下のスラグを溶鋼保持容器内の溶鋼上に形成することを特徴とするものである。
【００３０】
第９の発明に係る溶鋼の精錬方法は、第１ないし第７の何れかの発明の溶鋼の精錬方法を実施して、酸化鉄の含有量が５質量％以下のスラグを溶鋼保持容器内の溶鋼上に形成し、溶鋼とスラグとを攪拌して溶鋼の脱硫または脱酸を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、転炉などの精錬炉から取鍋などの溶鋼保持容器に出湯する際、或いは、溶鋼保持容器内への出湯後、ＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤を、加熱または加熱・溶融し、ランスを介して溶鋼面に向けて吹き付けて添加するので、精錬炉から持ち込まれた酸化性のスラグが存在しても、添加した媒溶剤を溶鋼の清浄化及び脱硫反応の促進に適正な、酸化度の低いスラグへと迅速に調製することが可能となり、従来に比較して迅速に脱硫反応及び脱酸反応を推進させることができる。その結果、清浄化及び脱硫の効率が格段に向上し、清浄鋼及び極低硫鋼が容易に製造できるようになる。また、媒溶剤やエネルギー使用量を少なくすることが可能になり、省資源、省エネルギーが達成されるのみならず、操業の安定化も達成されるなど、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る溶鋼の精錬方法を、酸化精錬炉としての転炉から溶鋼保持容器としての取鍋内に注湯される溶鋼に適用した場合を例とし、添付図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明に係る溶鋼の精錬方法の実施の形態の１例を示す概略図、図２は、図１に示すランスの概略拡大断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本発明で使用する媒溶剤吹付装置１は、転炉１２から取鍋１３に出湯される溶鋼１７の注入流１８にＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤１９を吹き付けて添加するためのランス２と、媒溶剤１９を収容するためのホッパー４と、ホッパー４から媒溶剤１９を切り出すためのディスペンサー３とを備えている。ランス２は、ランス移動装置（図示せず）により、注入流１８に対して近付いたり、また傾斜角度を変更するなどしたり、上下方向の移動や傾斜角度を変更することができる構造になっている。ランス２とディスペンサー３とは媒溶剤供給管５によって連結されており、ディスペンサー３内の媒溶剤１９は、Ａｒガス、窒素ガスなどの不活性ガス或いは酸素含有ガスを搬送用ガスとして、媒溶剤供給管５を介して搬送用ガスと共にランス２に供給され、ランス２の先端から注入流１８に向けて吹き付けられるようになっている。媒溶剤供給管５には流量計９が配置されており、搬送用ガスの流量は流量計９によって調整されている。
【００３４】
また、ランス２には、気体酸素、酸素富化空気、空気などの酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給管６と、プロパンガス、天然ガスなどの炭化水素系のガス燃料や重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料などを供給するための燃料供給管７と、ランス２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排水管８とが連結されている。酸素含有ガス供給管６には流量計１０が配置され、燃料供給管７には流量計１１が配置されており、各々の流量計によって酸素含有ガスの供給量及び燃料の供給量は制御されている。
【００３５】
ランス２は、図２に示すように、円筒状のランス本体２０と、このランス本体２０の下端に溶接などにより接続された銅製のランスノズル２１とで構成されており、ランス本体２０は、最内管２２、内管２３、中管２４、外管２５、最外管２６の同心円状の５種の鋼管、即ち五重管で構成されている。媒溶剤供給管５は最内管２２に連結し、酸素含有ガス供給管６は内管２３に連結し、燃料供給管７は中管２４に連結し、冷却水給排水管８は外管２５及び最外管２６に連結しており、従って、媒溶剤１９が搬送用ガスと共に最内管２２の内部を通り、酸素含有ガスが最内管２２と内管２３との間隙を通り、燃料が内管２３と中管２４との間隙を通り、中管２４と外管２５との間隙及び外管２５と最外管２６との間隙は、冷却水の給排水流路となっている。
【００３６】
最内管２２はランスノズル２１のほぼ中心位置に配置された中心孔２７と連結し、内管２３は、中心孔２７の周囲に環状に開口した環状ノズル２８に連結し、中管２４は、環状ノズル２８の周辺に複数個設置された周囲ノズル２９に連結している。中心孔２７は媒溶剤１９を吹き込むためのノズル、環状ノズル２８は酸素含有ガスを吹き込むためのノズル、周囲ノズル２９は炭化水素系の燃料を吹き込むためのノズルである。尚、図２に示すように、中心孔２７、環状ノズル２８及び周囲ノズル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た、所謂ラバールノズルの形状を採っているが、ストレート形状であってもよい。
【００３７】
取鍋１３には、その底部に撹拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口１４が設けられており、また、取鍋１３の上方には、原材料を取鍋１３内に投入するための原料投入装置１６が備えられている。底吹き羽口１４は、攪拌用ガスを供給するガス導入管１５と接続されている。攪拌用ガスとしては、窒素ガス及びＡｒガスなどの不活性ガスを使用することができる。
【００３８】
このような構成の媒溶剤吹付装置１を用い、転炉１２から出湯される溶鋼１７に対して、以下のようにして本発明による精錬を実施する。
【００３９】
転炉１２の直下に取鍋１３を配置し、転炉１２において溶銑を酸化精錬して得た溶鋼１７を、転炉１２を傾動させてその側壁部に設けた出湯口１２ａから取鍋１３内に出湯する。この出湯中、転炉１２から取鍋１３に落下する溶鋼１７の注入流１８に対してランス２を向け、環状ノズル２８から酸素含有ガスを、また、周囲ノズル２９から炭化水素系の燃料を注入流１８に向けて吹き付ける。注入流１８が高温であるため、吹き込まれた燃料は酸素含有ガスによって直ちに燃焼し火炎を形成する。燃料の燃焼を確実に行うために、ランス２に着火装置を設置してもよい。
【００４０】
燃料の燃焼が開始し、火炎が形成されたなら、ディスペンサー３により媒溶剤１９の切り出しを開始し、搬送用ガスによる吹き付けを開始する。媒溶剤１９は予め、所定の成分のものが必要量ディスペンサー３の上部のホッパー４内に準備されている。
【００４１】
本発明において生成されるスラグは、溶鋼温度域で溶融し且つＣａＯを主体とするものが好ましく、生石灰などのＣａＯ源を主体として、他にＡｌ2 Ｏ3 やＣａＦ2 のほか、ＭｇＯ、ＳｉＯ2 などを滓化促進剤として含むようにすることができる。
【００４２】
従って、媒溶剤１９としては、ＣａＯと滓化促進剤との混合体、或いはＣａＯと滓化促進剤とのプリメルト剤を用いることができる。具体的には、生石灰に滓化促進剤であるＡｌ2 Ｏ3 を１０〜３０質量％及び／またはＣａＦ2 を１０〜３０質量％程度含む組成の混合体やプリメルト剤を用いることができる。この場合、脱酸生成物であるＡｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 などの滓化促進剤としての酸化物のスラグへの混入量を考慮し、最終的なスラグ組成を適正化するように、その配合比率を選択する。但し、生成されるスラグ中の酸化鉄の濃度が５質量％以下、望ましくは１質量％以下となるように、媒溶剤１９の添加量を確保することが好ましい。また、本発明においては、媒溶剤１９を加熱しながら溶鋼１７の表面に吹き付けて添加し、滓化を促進するので、特に、生成されるスラグからのフッ素の溶出量を抑えて環境を保護する観点からは、蛍石（ＣａＦ2 ）などのフッ素含有物質は、可能な限り滓化促進剤として使用しないことが好ましい。フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については対象外である。
【００４３】
この場合、混合体を使用するか、或いはプリメルト剤を使用するかは、鋼材品質の要求レベルや経済性を考慮して決めることとする。また、これらの媒溶剤以外にも、本発明方法を実施した取鍋１３から発生するスラグを再使用することもできる。更に、取鍋１３から発生するスラグ以外でも、酸化鉄及びマンガン酸化物の含有量が低く、低酸化度のスラグであれば、同様に使用することができる。
【００４４】
また、媒溶剤１９に、金属アルミニウム粉、金属アルミニウムを５０質量％程度含有するアルミ灰粉、金属シリコン粉、フェロシリコン粉のうちの何れか一種以上の金属源を混合することが好ましい。これらの金属源は酸素との親和力が強く、即座に燃焼して火炎の温度を高めるため、媒溶剤１９を効率良く加熱・昇温することができる。また、これらの金属源を使用することによって燃料の使用量が削減され、燃焼排ガスの発生量を少なくすることができる。
【００４５】
最終的なスラグ組成は、処理時の溶鋼１７の温度、及び処理が清浄化のみか、或いは、極低硫への脱硫をも目的とするものであるかなどに応じて決める。清浄化のみに対して脱硫をも目的とする場合には、生成するスラグのＣａＯ／Ａｌ2 Ｏ3 を１．５〜３．０など、スラグの脱硫キャパシティーを高くするように、狭い範囲に制御することが求められる。
【００４６】
媒溶剤１９の添加時期は、本発明が出湯後の取鍋１３内のスラグの組成を調製するものであるので、特にこだわらないが、出湯の全期間中にわたって添加することが好ましい。このようにして添加することで、極端に高い供給速度にならないため、注入流１８による攪拌を有効に利用することができ、スラグの溶融に有利であり、更に、設備規模上も有利である。
【００４７】
本発明では、還元性のスラグを生成させるので、火炎の形成に必要な気体酸素の質量を、溶鋼１７の酸化に影響しないように制御することが好ましい。このため、搬送用ガスを含め、ランス２から供給する気体酸素の質量（QA）と、燃料及び金属源の理論燃焼分の酸素質量（QR）との比である酸素比（QA／QR）が１．２以下となる条件下で、燃料及び金属源を燃焼させることが好ましい。また、火炎自体の分布を考慮し、溶鋼面へ火炎自体は直接接触しないようにランス２と注入流１８との距離を適正化することが好ましい。
【００４８】
更に、スラグ中への酸素の混入を極少するために、出湯前、転炉１２内の溶鋼１７に脱酸剤を添加し、予め溶鋼１７の溶解酸素濃度を０．０１質量％以下にしておくことが好ましい。また、生成するスラグ量を少なくするために、即ち、生石灰などのＣａＯ源の必要量を極力少なくするために、例えば転炉１２の出湯口１２ａにスラグストッパーなどを採用し、転炉１２などの前工程の精錬炉で生成したスラグの混入を極力抑制することが好ましい。
【００４９】
注入流１８へ媒溶剤１９を添加する際に、媒溶剤１９と同様に、溶鋼１７を脱酸するための脱酸剤を注入流１８に吹き付け添加することもでき、また、酸素ポテンシャルの制御の観点から、処理期間中に脱酸剤と媒溶剤１９の添加をパターン制御することもできる。
【００５０】
このような処理を経て、取鍋１３内の溶鋼１７上には、例えば酸化鉄の含有量が５質量％以下である酸化度の低い、適正な組成のスラグが形成される。このまま鋳造工程に溶鋼１７を送ることも可能であるが、更にスラグによる清浄化や脱硫処理が必要な場合には、取鍋１３内での処理を継続する。例えば、底吹き羽口１４からＡｒガスなどの不活性ガスを撹拌用ガスとして溶鋼１７中に吹き込み、溶鋼１７と形成したスラグとを攪拌し、スラグによる溶鋼１７中の介在物の除去（脱酸）及び脱硫を実施する。短時間で処理するには、強攪拌を行うことが有利であり、耐火物製の浸漬ランスを用いて大量のガスを溶鋼１７中に吹き込んでもよい。
【００５１】
本発明においては、燃料が燃焼して形成される火炎で媒溶剤１９を加熱し溶融することが重要であり、ランス２で形成される火炎の形状を制御し、火炎形成部に粉状の媒溶剤１９を通過させる。火炎の形状は、燃料及び酸素含有ガスの流量や流速などで制御することができる。粉状の媒溶剤１９は、火炎中で燃焼熱が伝熱されて加熱される。火炎中の滞留時間などで決まる受熱量や媒溶剤１９の組成によっては、部分的或いは全体が溶融して、溶鋼１７の表面に添加される。燃焼条件に応じて媒溶剤１９への着熱挙動が異なるが、加熱や溶融までの必要な着熱量に応じて燃料及び金属源の添加量を決定する。
【００５２】
ＣａＯを主体とする媒溶剤１９は全てランス２から添加する必要はなく、原料投入装置１６を用いて溶鋼１７の浴面上に塊状の媒溶剤を上置き添加してもよい。但し、媒溶剤１９の滓化を促進させて反応を円滑に行うために、少なくとも添加する媒溶剤のうちの５０質量％以上はランス２を介して添加することが好ましい。
【００５３】
酸素含有ガスとしては、純酸素の他に、空気及び酸素富化空気などを使用することができるが、本法が効率的な燃焼と加熱とを目的とするものであるので、排ガスの発生量を少なくする観点から純酸素を用いることが好ましい。ここでいう純酸素とは、工業的な純酸素であり、数％の不純物ガスを含むガスも純酸素と称す。
【００５４】
以上説明したように、本発明に係る溶鋼の精錬方法では、転炉１２などの精錬炉から取鍋１３などの溶鋼保持容器に出湯する際、ＣａＯを主体とする粉状の媒溶剤１９を、加熱または加熱・溶融し、ランス２を介して溶鋼１７の表面に向けて吹き付けて添加するので、精錬炉から持ち込まれた酸化性のスラグが存在しても、添加した媒溶剤１９を溶鋼１７の清浄化及び脱硫反応の促進に適正な、酸化度の低いスラグへと迅速に調製することが可能となり、従来に比較して迅速に脱硫反応及び脱酸反応を推進させることができる。その結果、清浄化及び脱硫の効率が格段に向上し、清浄鋼及び極低硫鋼が容易に製造できるようになる。
【００５５】
尚、上記説明では、転炉１２から取鍋１３への出湯中に媒溶剤１９を添加する例で説明したが、取鍋１３に出湯後、取鍋１３内の溶鋼１７の表面に向けて、上記に沿って媒溶剤１９を添加することで、上記と同様に、溶鋼１７の清浄化及び脱硫反応の促進に適正な、酸化度の低いスラグへと迅速に調製することができる。但し、この場合には、注入流１８による攪拌の効果は期待できないので、底吹き羽口１４などから撹拌用ガスを吹き込みながら、媒溶剤１９を添加することが好ましい。また、溶鋼１７の溶解酸素濃度を低くするには、転炉１２などの精錬炉のみならず、注入流１８や取鍋１３内の溶鋼１７に脱酸剤を添加することができるため、溶鋼中の酸素を制御しやすい。更に、精錬炉からのスラグの流入状況を把握した上で、媒溶剤１９を添加することができ、添加量の詳細な制御などが可能である。
【００５６】
また、上記説明では、精錬炉として転炉１２の例を用いた場合を示したが、精錬炉は転炉１２に限るものではなく、鋼屑を溶解して溶鋼を溶製する電気炉であっても、上記に沿って本発明を実施することができる。
【実施例１】
【００５７】
転炉から取鍋へと出湯される溶鋼の注入流、及び、出湯終了後の取鍋内の溶鋼に対して本発明を適用した例について説明する。
【００５８】
５トン容量の転炉を用い、純酸素を上吹きして溶銑を脱炭精錬し、炭素濃度：０．０３〜０．４０質量％、溶解酸素濃度：０．００６〜０．０８質量％の溶鋼を溶製し、精錬後、転炉を傾動して出湯口から取鍋内へ溶鋼を出湯した。出湯時間はおよそ５分間であり、平均の出湯速度は毎分１トンであった。予め出湯口に栓を配置し、転炉の傾動初期におけるスラグの流出を防止し、更に、出湯末期に出湯口直上の溶鋼上に耐火物製のスラグストッパーを添加し、取鍋内へのスラグの流出を抑制した。一部の溶鋼に対しては、出湯前に炉内へ金属アルミニウムを添加して溶鋼中の溶解酸素を低下した。
【００５９】
注入流へのランスからの添加は、媒溶剤が毎分６．７ｋｇ、プロパンガス（C3H8）が毎分０．５３Ｎｍ3 、純酸素ガスが毎分２．７Ｎｍ3 とし、４分間行った。使用した媒溶剤は、ＣａＯ−１５質量％Ａｌ2 Ｏ3 −１０質量％ＣａＦ2 組成で、事前に混合或いはプリメルトした粉状剤であり、粒度は８０％以上が１ｍｍ以下であるものを用いた。これらに事前に金属源としてアルミ灰（金属アルミニウム分を５０質量％含有）を媒溶剤に対して外数で１５質量％混合した。又、一部の試験では、媒溶剤として、本発明を実施して発生した取鍋内のスラグをリサイクルして使用（「取鍋スラグ」と記す）した。スラグの組成は、ＣａＯ：５９．２質量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：３１．２質量％、ＳｉＯ2 ：４．１質量％のものを用いた。原単位や金属源のアルミ灰は同じ水準になるように添加した。出湯した後、取鍋内の溶鋼浴面へ媒溶剤を添加する試験も行ったが、添加条件はほぼ同じとした。但し、取鍋内で添加する場合には、出湯中の注入流に金属アルミニウムを一律で２．０ｋｇ添加した。
【００６０】
用いたランスは、図２に示すランスと同様に、中心孔と環状ノズルと周囲ノズルとを有し、中心孔からは媒溶剤をＡｒガスで供給し、環状ノズルからは純酸素を、周囲ノズルからはプロパンガスを供給できるものを用いた。
【００６１】
一連の工程の処理条件及び処理結果を表１に示す。尚、表１には、本発明の範囲外の処理条件で行った比較例の処理条件及び処理結果を併せて示している。尚、表１の攪拌方法の欄の「ＧＩ」とはガス吹き込みによる攪拌方法のことである。
【００６２】
【表１】
2005187901.tif 000003
【００６３】
表１から明らかなように、本発明例では、比較例と比べて、低い酸素濃度レベル及び低い硫黄濃度レベルまで溶鋼を精錬することができた。特に、媒溶剤として混合剤や取鍋スラグを用いた場合でも、反応が促進され、溶鋼の全酸素濃度を２０ｐｐｍ以下まで安定して低下することができた。更に、少ない硫黄量まで脱硫でき、処理時間も短く、処理後の溶鋼の温度を高く維持することができた。
【００６４】
図３に、精錬炉内における溶鋼中の全酸素濃度と、媒溶剤を添加した後の溶鋼中の全酸素濃度との関係を示し、図４に、精錬炉内における溶鋼中の硫黄濃度と、取鍋内で攪拌脱硫処理した後の硫黄濃度との関係を示す。図３中に「％表示」で示す数値は脱酸率、図４中に「％表示」で示す数値は脱硫率である。図３及び図４に示すように、本発明方法により、高純度で清浄な溶鋼を、少ない媒溶剤の使用量で溶製することができ、更に、処理後の溶鋼の保有熱を高くすることができ、スラグ量を少なくできることと相まって、高い歩留まりを得ることが達成された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る溶鋼の精錬方法の実施の形態の１例を示す概略図である。
【図２】図１に示すランスの概略拡大断面図である。
【図３】実施例１において調査した、精錬炉内における溶鋼中の全酸素濃度と、媒溶剤を添加した後の溶鋼中の全酸素濃度との関係を示す図である。
【図４】実施例１において調査した、精錬炉内における溶鋼中の硫黄濃度と、取鍋内で攪拌脱硫処理した後の硫黄濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  媒溶剤吹付装置
２  ランス
３  ディスペンサー
４  ホッパー
５  媒溶剤供給管
６  酸素含有ガス供給管
７  燃料供給管
８  冷却水給排水管
９  流量計
１０  流量計
１１  流量計
１２  転炉
１３  取鍋
１４  羽口
１５  ガス導入管
１６  原料投入装置
１７  溶鋼
１８  注入流
１９  媒溶剤
２０  ランス本体
２１  ランスノズル
２２  最内管
２３  内管
２４  中管
２５  外管
２６  最外管
２７  中心孔
２８  環状ノズル
２９  周囲ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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