(57)【要約】【課題】  高炉から出銑された溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間において、流れる溶銑に対して脱珪処理を施すに当たり、耐火物の損耗を助長させることなく、脱珪酸素効率を従来に比べて格段に高めることができる脱珪処理方法を提供する。【解決手段】  高炉から出銑した溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間に、溶銑流に酸素源を供給して行う溶銑の脱珪処理方法であって、前記酸素源の一部又は全部として気体酸素源を使用し、当該気体酸素源の吹き付けによって形成される溶銑表面の凹みの深さが５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下となる条件下で、前記気体酸素源を、上吹きランスを介して溶銑表面に吹き付けて供給する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から出銑した溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間に、溶銑流に酸素源を供給して行う溶銑の脱珪処理方法であって、前記酸素源の一部又は全部として気体酸素源を使用し、当該気体酸素源の吹き付けによって形成される溶銑表面の凹みの深さが５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下となる条件下で、前記気体酸素源を、上吹きランスを介して溶銑表面に吹き付けて供給することを特徴とする、溶銑の脱珪処理方法。
【請求項２】
前記溶銑表面の凹みの深さを、下記の（１）式及び（２）式を用いて算出することを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱珪処理方法。
L= Lh0×epx (-0.78×LH /Lh0 ) …（１）
Lh0 = 63×[Fo2 /(n×dt)]2/3 …（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｌは溶銑表面の凹みの深さ（ｍｍ）、Ｆo2は上吹きランスからの気体酸素源の供給速度（Ｎｍ3 ／ｈ）、ｎは上吹きランスのノズル孔数（−）、ｄt は上吹きランスのノズル孔径（ｍｍ）、ＬH は上吹きランスのランス高さ（ｍｍ）である。
【請求項３】
前記気体酸素源は、純酸素ガスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶銑の脱珪処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉で製造された溶銑の脱珪処理方法に関し、詳しくは、高炉から出銑された溶銑が溶銑保持容器で受銑されるまでの期間に、流れる溶銑を効率良く脱珪する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶銑の脱燐処理及び脱炭処理を効率的に行うために、予め溶銑に対して脱珪処理を施すことが一般的に行われている。脱珪処理は、高炉鋳床の溶銑樋内又は傾注樋内を流れる溶銑に、酸化鉄、ミルスケールなどの鉄酸化物を主体とする固体酸素源又は純酸素ガスなどの気体酸素源を吹き付ける又は吹き込む、或いは、溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑保持容器内に収容された溶銑に、固体酸素源や気体酸素源を吹き付ける又は吹き込む、などして、酸素源中の酸素と溶銑中の珪素とを反応させ、溶銑中の珪素を除去することによって行われている。
【０００３】
しかし、脱珪反応の進行に伴って、溶銑中の珪素濃度が低下するため、脱珪酸素効率が悪化し、脱珪反応に寄与しない過剰の酸素源は溶銑中の炭素と反応するようになる。この反応で生成するＣＯガスにより、スラグがフォーミングし、脱珪処理における安定操業が不可能になる。又、脱炭反応が進行することによって溶銑中の炭素濃度が低下し、後工程の転炉脱炭精錬において熱余裕が低下するという弊害も誘発する。
【０００４】
そのため、溶銑の脱珪処理時の脱珪酸素効率を向上させる手段が多数提案されている。例えば、特許文献１には、高炉から出銑された溶銑に、噴射ノズルを有する投射ランスを用いて脱珪材である固体酸素源を投射して添加し、溶銑を脱珪処理する方法が提案されている。しかし、この方法では、脱珪材がミルスケールや鉄鉱石の焼結粉などの固体酸素源であるために、冷却能が高い上に脱珪効率も悪く、そのため、多量の脱珪剤を添加せざるを得ず、溶銑の熱余裕を減少させてしまう。
【０００５】
又、特許文献２には、固体酸素源を使用することに起因する温度低下を抑制するために、高炉から出銑された溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間に、溶銑の落下流に対して純酸素ガスを吹き付け、脱珪処理する方法が提案されている。しかし、この方法では、溶銑の落下流の温度が上昇するため、高炉鋳床に設置された溶銑樋からの落下流を受ける傾注樋の耐火物の損耗が激しく、処理コストの上昇を招き、根本的な解決方法に至っているとはいいがたい。
【特許文献１】特開２０００−１４４２２８号公報
【特許文献２】特開平８−１７６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、高炉から出銑された溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間において、流れる溶銑に対して脱珪処理を施すに当たり、溶銑の流路を構成する耐火物の激しい損耗を招くことなく、脱珪酸素効率を従来に比べて格段に高めることができ、その結果、珪素含有量の少ない溶銑を効率良く溶製することのできる脱珪処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を実施した。以下に、検討・研究結果を説明する。
【０００８】
溶銑の脱珪処理においては、供給した酸素源中の酸素は、溶銑中の珪素濃度が低い領域では、溶銑中の珪素以外に溶銑中の炭素とも反応する。脱珪反応は、溶銑中の珪素濃度が０．２質量％以下の領域では、溶銑中の珪素の物質移動律速による一次反応といわれており、そのため、脱珪処理時間の経過に伴い、脱珪反応に使用される単位時間当たりの酸素質量が減少し、代わって、脱炭反応に使用される単位時間当たりの酸素質量が増加する。
【０００９】
脱炭反応を抑制するためには、酸素源の供給速度を低下することが効果的であるが、これによって脱珪反応も抑制され、脱珪処理に費やす時間が延長する。
【００１０】
しかしながら、溶銑の攪拌を増強することで、脱炭反応を抑制しながら、脱珪反応を促進させることが可能であることを本発明者等は確認した。但し、溶銑を攪拌する手段として、高炉鋳床の溶銑樋や傾注樋に底吹きノズルを設置し、この底吹きノズルを介して攪拌用ガスを吹き込むことは、コスト的に見合わず、従って、上吹きランスから溶銑表面に吹き付ける純酸素ガスなどの気体酸素源による攪拌を活用することが必要であるとの知見が得られた。
【００１１】
上吹きランスの先端を溶銑中に浸漬させ、気体酸素源を溶銑中に吹き込んで供給することにより、気体酸素源を溶銑表面に吹き付けて供給する場合よりも強い攪拌力が得られるが、この場合も、ランス先端の寿命が限られ、コスト的に見合わない。
【００１２】
そこで、気体酸素源による攪拌力を利用すべく種々試験した結果、供給した気体酸素源によって溶銑表面に形成される凹みの深さに応じて、脱珪反応が大きく変化することを見出した。気体酸素源が溶銑の表面に衝突する際の圧力により、溶銑の表面に凹みが生じるが、その凹みが５０ｍｍよりも小さい場合には、気体酸素源の衝突圧力が小さいために溶銑へ与える攪拌力が小さくなり、気体酸素源と珪素との反応効率が悪化し、炭素と反応する気体酸素源の割合が増加したり、溶銑と反応しないまま未反応で系外に出てしまう気体酸素源が生じ、一方、溶銑表面の凹みが２００ｍｍよりも大きい場合には、気体酸素源の衝突圧力が高くなるので、脱珪酸素効率は向上するものの、溶銑の攪拌が強くなり過ぎ、溶銑が流下する溶銑樋又は傾注樋を構成する耐火物の損耗速度が大きくなり、総合的なコストは上昇してしまうことが確認された。
【００１３】
即ち、気体酸素源の溶銑表面への吹き付けによって形成される凹みの深さが５０ｍｍから２００ｍｍの範囲の場合に、溶銑の攪拌に起因する耐火物の損耗を助長させることなく、脱珪酸素効率を高めることができるとの知見が得られた。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶銑の脱珪処理方法は、高炉から出銑した溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間に、溶銑流に酸素源を供給して行う溶銑の脱珪処理方法であって、前記酸素源の一部又は全部として気体酸素源を使用し、当該気体酸素源の吹き付けによって形成される溶銑表面の凹みの深さが５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下となる条件下で、前記気体酸素源を、上吹きランスを介して溶銑表面に吹き付けて供給することを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明に係る溶銑の脱珪処理方法は、第１の発明において、前記溶銑表面の凹みの深さを、下記の（１）式及び（２）式を用いて算出することを特徴とするものである。但し、（１）式及び（２）式において、Ｌは溶銑表面の凹みの深さ（ｍｍ）、Ｆo2は上吹きランスからの気体酸素源の供給速度（Ｎｍ3 ／ｈ）、ｎは上吹きランスのノズル孔数（−）、ｄt は上吹きランスのノズル孔径（ｍｍ）、ＬH は上吹きランスのランス高さ（ｍｍ）である。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
第３の発明に係る溶銑の脱珪処理方法は、第１又は第２の発明において、前記気体酸素源は、純酸素ガスであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高炉から出銑した溶銑を溶銑保持容器で受銑するまでの期間で、溶銑に対して脱珪処理を施す際に、上吹きランスから吹き付ける気体酸素源による溶銑への攪拌力を適正な範囲に制御して気体酸素源を供給するので、溶銑の流路を構成する耐火物の激しい損耗を招くことなく、安価なランニングコストで脱珪酸素効率を高めることができ、その結果、脱珪処理中の脱炭量を低減すると同時に、珪素含有量の少ない溶銑を効率良く溶製することが可能となり、後工程の転炉脱炭精錬における熱余裕の確保など、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】
【００１９】
以下、本発明を具体的に説明する。高炉で溶製され、高炉の出銑口から出銑された溶銑は、高炉鋳床に設けられた溶銑大樋内に流入し、溶銑大樋内を下流側に向かって流れる。溶銑は、この溶銑大樋内を流下する際に溶銑大樋に設けられたスキンマにより、出銑時に高炉から排出されて混入したスラグと分離され、スラグが分離された溶銑は、スキンマの下流側に設置された溶銑樋内に流入する。溶銑樋内を流下した溶銑は、溶銑樋から、溶銑樋の直下に配置した傾注樋内に落下し、その後、傾注樋から、傾注樋の直下に配置した溶銑鍋又はトーピードカーなどの溶銑保持容器内に落下して、溶銑保持容器で受銑される。
【００２０】
本発明では、高炉から出銑された後、溶銑保持容器内に受銑されるまでの期間で、流れる溶銑に対して脱珪処理を実施する。即ち、上記構成の高炉鋳床設備では、溶銑大樋内を流れる溶銑、溶銑樋内を流れる溶銑、又は、傾注樋内を流れる溶銑に対して本発明に係る脱珪処理を実施する。
【００２１】
図１は、溶銑樋内を流れる溶銑に対して本発明に係る脱珪処理を施す例を示す図であり、溶銑樋２内を流れる溶銑１に、溶銑１の上方に設置した上吹きランス３から気体酸素源を吹き付けて脱珪処理する様子を示している。図中のＦo2は、気体酸素源の供給速度を表し、ＬH は、上吹きランス３のランス高さを表している。尚、上吹きランス３のランス高さ（ＬH ）とは、溶銑１の表面から上吹きランス３のノズル孔の出口までの距離である。
【００２２】
気体酸素源としては、酸素を含有するガスであれば、どの種類の気体であっても使用することができるが、脱珪反応を迅速に行うと同時に溶銑１の温度低下を防止する観点から、酸素含有量の高い気体を使用することが好ましく、特に、純酸素ガスを使用することが望ましい。尚、本発明における純酸素ガスとは、工業上で用いられる純酸素ガスであり、体積％で数％程度の窒素ガスなどの不純物を含んでいても構わない。
【００２３】
本発明においては、上吹きランス３から溶銑１の表面に吹き付ける気体酸素源の衝突時の圧力により、溶銑１の表面に、深さ（Ｌ）が５０ｍｍ以上で２００ｍｍ以下の凹みを形成させる必要がある。凹みの深さ（Ｌ）は、例えば、目視でも観察することは可能であり、目視観察の結果に基づき、気体酸素源の供給速度（Ｆo2）、上吹きランス３のランス高さ（ＬH ）、使用する上吹きランス３のノズル孔数などを調整して、凹みの深さ（Ｌ）を５０〜２００ｍｍに制御することは可能であるが、前述した（１）式及び（２）式を用いることで、直接観察しなくても凹みの深さ（Ｌ）を机上で算出することができるので、（１）式及び（２）式を用いて算出した凹みの深さ（Ｌ）に基づいて、気体酸素源の供給速度（Ｆo2）、上吹きランス３のランス高さ（ＬH ）などを調整して、溶銑表面の凹みの深さ（Ｌ）を５０〜２００ｍｍに制御することが好ましい。
【００２４】
気体酸素源の供給速度（Ｆo2）、上吹きランス３のノズル孔数（ｎ）、上吹きランス３のノズル孔径（ｄt ）、上吹きランス３のランス高さ（ＬH ）を（１）式及び（２）式に代入することで、上吹きランス３の吹き付け面における凹み深さ（Ｌ）を算出することができる。尚、上吹きランス３が複数個のノズル孔を有する場合には、上吹きランス３のノズル孔径（ｄt ）として、全ノズル孔の孔径の平均値を用いることとする。
【００２５】
この脱珪処理においては、ミルスケール、鉄鉱石などの鉄酸化物を固体酸素源として併用してもよい。固体酸素源の添加位置は、気体酸素源を供給する位置と同一箇所であっても、或いは、気体酸素源の供給位置の上流側又は下流側であってもよい。
【００２６】
このようにして溶銑１を脱珪処理することで、溶銑樋２を構成する耐火物の激しい損耗を招くことなく、比較的安価な設備である上吹きランス３を用いて溶銑１の攪拌が増強され、脱珪酸素効率を高めることができる。その結果、脱珪処理中の脱炭量を低減すると同時に、珪素含有量の少ない溶銑を効率良く溶製することが可能となり、脱珪処理におけるコスト削減、後工程の転炉脱炭精錬における熱余裕の確保などが達成される。
【００２７】
溶銑大樋又は傾注樋で本発明に係る脱珪処理を行う場合も、上記に準じて行えばよい。又、高炉鋳床における設備が上記説明と同様でない場合もあるが、高炉から出銑された溶銑が溶銑保持容器に受銑されるまでの期間で、流路を流れる溶銑に対して行う脱珪処理であるならば、個々の設備の形状が異なったとしても、上記に沿って本発明に係る脱珪処理方法を適用することができる。
【実施例１】
【００２８】
図１に示す高炉鋳床設備を用いて、高炉から出銑された溶銑に対して脱珪処理を施す試験を実施した。溶銑の成分は、炭素含有量が４．７１〜４．８５質量％、珪素含有量が０．２１〜０．２５質量％の範囲とし、高炉からの出銑速度は約７ｔ／ｍｉｎであり、出銑温度は１４８０〜１５００℃の範囲であった。又、使用した気体酸素源は工業用純酸素ガスであり、使用した上吹きランスは、ノズル孔形状がストレート形状である、孔数（ｎ）が３、ノズル孔径（ｄt ）が１５ｍｍの上吹きランスである。
【００２９】
試験では、純酸素ガスの供給速度（Ｆo2）と上吹きランスのランス高さ（ＬH ）とを変化させ、溶銑表面に形成される凹み深さ（Ｌ）を１５〜３５０ｍｍの範囲に調整して脱珪処理した。又、脱珪処理による耐火物の損耗状況を調査した。耐火物の損耗状況は、溶銑樋を構成する耐火物の上下方向の３箇所で損耗量を測定し、これら損耗量の平均値を指数化した耐火物損耗速度指数を用いて評価した。この場合、耐火物損耗速度指数が大きいほど、損耗量が多いことを表している。酸素原単位は１．５〜１．８Ｎｍ3 ／ｔの範囲とした。
【００３０】
脱珪処理前後の溶銑の成分、純酸素ガスの供給量、純酸素ガスの原単位、（１）式及び（２）式により算出される溶銑表面の凹みの深さ、脱珪酸素効率、及び耐火物損耗速度指数を表１に示す。又、脱珪酸素効率並びに耐火物損耗速度指数と、溶銑表面の凹み深さとの関係を図２に示す。脱珪酸素効率は、供給した純酸素ガスのうちで、脱珪反応に使用された純酸素ガスの比率（百分率）である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１及び図２に示すように、溶銑の表面に形成される凹み深さが増加するにつれて脱珪酸素効率が増加し、特に、凹み深さが５０ｍｍ以上になると脱珪酸素効率は安定して大きな値になることが分かった。一方、凹み深さが２００ｍｍを越えると、耐火物損耗速度指数が急激に大きくなり、耐火物の損耗が大きな問題となることが分かった。
【００３３】
これらの結果から、脱珪酸素効率と耐火物の損耗とを考慮すると、本発明の範囲が両者に対して最適であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶銑樋内を流れる溶銑に本発明に係る脱珪処理を施す例を示す図である。
【図２】脱珪酸素効率並びに耐火物損耗速度指数と、溶銑表面の凹み深さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  溶銑
２  溶銑樋
３  上吹きランス
【図１】
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【図２】
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