(57)【要約】【課題】酸素発生装置が不要となるとともに、鉄が酸素と結合するのを防止して発生酸化鉄（ＦｅＯ）を少なくできることにより、耐火物の溶損が少なくてすみ、その結果、溶銑処理を行う際に使用される各種装置の耐火物費用が少なく、工程管理を容易にすることができる溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置を提供する。【解決手段】溶銑脱珪装置５０は水蒸気発生装置５２と、大樋１０に設けられるとともに、高炉ＢＦから大樋１０に出銑された溶銑中に、水蒸気発生装置５２が発生した水蒸気を吹き込みする吹き込み装置５４を備え、該吹き込みされた水蒸気により溶銑脱珪を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑へ水蒸気を吹き込みして脱珪を行うことを特徴とする溶銑脱珪方法。
【請求項２】
前記水蒸気を、溶銑樋において、高炉から出銑された溶銑流に対して吹き込みすることを特徴とする請求項１に記載の溶銑脱珪方法。
【請求項３】
前記水蒸気は、溶銑樋の底部に設けた貫通孔を有する耐火物を介して吹き込みすることを特徴とする請求項２に記載の溶銑脱珪方法。
【請求項４】
前記水蒸気は、溶銑樋の溶銑内に挿入された耐火物製のランスを介して吹き込みすることを特徴とする請求項２に記載の溶銑脱珪方法。
【請求項５】
水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、
溶銑中に、前記水蒸気発生手段が発生した水蒸気を吹き込みする吹き込み手段を備え、
該吹き込みされた水蒸気により脱珪を行うことを特徴とする溶銑脱珪装置。
【請求項６】
前記吹き込み手段が溶銑に対して吹き込みを行う耐火物ランスであることを特徴とする請求項５に記載の溶銑脱珪装置。
【請求項７】
前記吹き込み手段が高炉から出銑された溶銑を流す溶銑樋に設けられ、該溶銑樋の溶銑に対して吹き込みを行う吹き込みプラグであることを特徴とする請求項５に記載の溶銑脱珪装置。
【請求項８】
前記吹き込み手段には、前記水蒸気を溶銑内に吹き込むための貫通孔を複数備え、該貫通孔の開口部は０．０２mm〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１項に記載の溶銑脱珪装置。
【請求項９】
前記吹き込み手段の開口部は、隣り合う開口部に対して該開口部の直径の５倍以上離間して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の溶銑脱珪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、銑鋼一貫工程からなる製鉄所で、高炉から出銑された溶銑は、転炉で精錬される前に、脱珪処理、脱硫処理、脱燐処理からなる予備処理が施される。ここで、脱珪処理は脱燐処理の前に行われているが、この理由は、仮に脱珪処理を行わずに脱燐処理を行うと、脱珪反応が付随して起こるためである。すなわち、脱燐処理時の脱珪反応は脱燐反応を阻害してしまうため、脱燐処理の前に予め溶銑中の珪素を除去する脱珪処理を行うことによって、後の脱燐処理を円滑に行うためである。
【０００３】
そして、非特許文献１では、高炉から出銑された溶銑に対して溶銑脱燐を円滑に行うために、傾注樋か、製銑工場、製鋼工場間に設置された溶銑処理ステーションにおいて、溶銑脱珪を行うことにより、溶銑中のシリコン（Ｓｉ）を所定値（例えば、０．１５％）に低減するようにしている。従来の溶銑脱珪法では、高炉鋳床から溶銑鍋（溶銑搬送容器）に溶銑が自由落下する際の攪拌力を使用し、添加した溶銑脱珪剤（すなわち、酸化鉄）と溶銑中のシリコンを反応させる傾注樋脱珪法を補助手段としている。そして、高炉と製鋼工場の間に置かれた溶銑予備処理場で耐火物からなるランスから生石灰（ＣａＯ）及び酸化鉄を吹き込んで強力に溶銑を攪拌し、攪拌中の溶銑を入れた溶銑容器の湯面上から気体酸素を吹き付ける溶銑脱珪法を主として行っている。或いは、溶銑鍋やトーピードカー（混銑車）で溶銑脱珪を行う方法も提案されている。
【非特許文献１】水藤,児玉,武,他３名,「溶銑予備処理設備の建設と操業」,川崎製鉄技法,川崎製鉄,1986,Vol18,No.4 p.40-46
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記溶銑脱珪剤としては固体酸素（Ｆｅ２Ｏ３等）や気体酸素が使われるが、従来は固体酸素や気体酸素を供給するための設備費にコストがかかる問題がある。
又、従来、溶銑脱珪が行われる際、鉄が酸素と結合して酸化鉄が生じ、その酸化鉄が存在すると、耐火物の融点を下げてしまい、溶損してしまう問題がある。
【０００５】
本発明は、酸素発生装置が不要となるとともに、鉄が酸素と結合するのを防止して発生酸化鉄（ＦｅＯ）を少なくできることにより、耐火物の溶損が少なくてすみ、その結果、溶銑処理を行う際に使用される各種装置の耐火物費用が少なく、工程管理を容易にすることができる溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、溶銑へ水蒸気を吹き込みして脱珪を行うことを特徴とする溶銑脱珪方法を要旨とするものである。
溶銑に対して、水蒸気を吹き込むと、吹き込まれた水蒸気と、溶銑中のＳｉとが下記の反応を起こし、溶銑脱珪する。
【０００７】
２Ｈ２０＋Ｓｉ→ＳｉＯ２＋  ２Ｈ２    …（化学式１）
又、溶銑脱珪反応の副生水素ガスは、鉄が酸素と結合するのを防止するため、発生する酸化鉄が少なくなり、溶銑処理を行う装置類の耐火物の溶損も少なくなる。なお、溶銑脱珪は、溶銑脱燐を円滑に行うための処理であるため、溶銑脱珪を行う溶銑としては溶銑脱燐処理を行う前の溶銑であればよい。
【０００８】
溶銑脱珪を行う場合、前記水蒸気を、溶銑樋において、高炉から出銑された溶銑流に対して水蒸気を吹き込みするようにしてもよい（請求項２）。
又、溶銑脱珪を行う場合、前記水蒸気を、溶銑樋の底部に設けた貫通孔を有する耐火物を介して吹き込みするようにしてもよい（請求項３）。
【０００９】
又、溶銑脱珪を行う場合、前記水蒸気を、溶銑樋の溶銑内に挿入された耐火物製のランスを介して吹き込みするようにしてもよい（請求項４）。
耐火物製のランスは溶銑中の珪素が高ければ高いほど処理時間が長くなり、その吹き込み口、スラグライン、余剰気体酸素の燃焼によるフリーボードの３箇所の損傷が大きくなり、ランスの交換等により処理コストが高くなる問題がある。しかし、本方法では固体酸素を使わないため、スラグ中の酸化鉄は極めて少なく、ガス流量も小さいため、ランスの振動も少なくなる。従って、ガス流量が小さくなることから、ランスの振動も少なくなるため、ランスを構成している耐火物の亀裂が少なくなり、耐火物の原単位、原単価は極めて低くコストパフォーマンスが非常に良い。
【００１０】
又、本発明は、水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、溶銑中に前記水蒸気発生手段が発生した水蒸気を吹き込みする吹き込み手段を備え、該吹き込みされた水蒸気により脱珪を行うことを特徴とする溶銑脱珪装置を要旨とするものである（請求項５）。
【００１１】
この溶銑脱珪装置によれば、溶銑脱珪反応の副生水素ガスは、鉄が酸素と結合するのを防止するため、発生する酸化鉄が少なくなり、溶銑処理を行う装置類の耐火物の損傷を少なくする。
【００１２】
又、前記吹き込み手段が溶銑に対して吹き込みを行う耐火物製のランスであってもよい（請求項６）。
又、前記吹き込み手段が高炉から出銑された溶銑を流す溶銑樋に設けられ、該溶銑樋の溶銑に対して吹き込みを行う吹き込みプラグであってもよい（請求項７）。
【００１３】
又、前記溶銑脱珪装置の構成に加えて、前記吹き込み手段には、前記水蒸気を溶銑内に吹き込むための貫通孔を複数備え、該貫通孔の開口部が０．０２mm〜２ｍｍの直径を有するようにしてもよい（請求項８）。
【００１４】
このように、貫通孔の開口部が０．０２mm〜２ｍｍの範囲内であると、水蒸気を溶銑に吹き込みした場合、溶銑中において、好適な気泡となり、すなわち、気泡が小さいと溶銑との接触面積（詳しくは気泡表面と溶銑Ｓｉとの接触面積）が大きくなり、溶銑の攪拌効果を高くすることができるとともに両者間の反応速度が速くなる。特に、溶銑鍋やトーピードカーにおいて水蒸気による脱珪処理を行う場合、溶銑が停滞流であることから、この攪拌効果を大いに期待できる。
【００１５】
又、溶銑樋において、水蒸気による溶銑脱珪処理は、溶銑が非停滞流であることから、常に高Ｓｉ銑と自然に水蒸気気泡が接触することができる。
なお、貫通孔の開口部が０．０２mm未満は、貫通孔の開口が形成しにくくなる。又、貫通孔の開口部が２ｍｍを超えると、開口部内に、溶銑が侵入して溶損が生じやすくなるとともに、開口部から溶銑内に吹き込まれた水蒸気の気泡が大きくなりすぎ、攪拌効果が低下する。
【００１６】
又、前記溶銑脱珪装置の構成に加えて、前記吹き込み手段の開口部を、隣り合う開口部に対して該開口部の直径の５倍以上離間して配置するようにしてもよい（請求項９）。
吹き込み手段の開口部を、隣り合う開口部間の距離が該開口部の直径の５倍以上であると、開口部から溶銑内に吹き込まれた水蒸気の気泡同士が、隣の開口部から吹き込まれた水蒸気の気泡同士が結合して、大きな気泡を形成することが抑制される。この結果、開口部から溶銑内に吹き込まれた水蒸気の気泡が隣り合う他の開口部から吹き込まれた気泡と結合して気泡が大きくなってしまう結果、溶銑の攪拌効果が低下する事態を抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の溶銑脱珪方法及び請求項５の溶銑脱珪装置によれば、鉄が酸素と結合するのを防止して発生酸化鉄（ＦｅＯ）を少なくできることにより、耐火物の溶損が少なくてすみ、その結果、溶銑処理を行う際に使用される各種装置の耐火物費用が少なく、工程管理を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態の溶銑脱珪装置５０を図１〜３を参照して具体的に説明する。まず、溶銑脱珪装置５０が設けられる溶銑樋及びその周辺装置のレイアウトについて説明する。図１は高炉ＢＦから、傾注樋１２やスラグドライピットＳＤまでのレイアウトが示されている。図１に示すように高炉ＢＦの出銑口には、溶銑樋としての大樋１０が対応して配置されている。又、大樋１０の延長上には同じく溶銑樋として中樋１１が連結されている。高炉ＢＦから出銑された溶銑は、大樋１０及び中樋１１を通り、中樋１１の先端出口に設けられた傾注樋１２に受けるようにされている。傾注樋１２は溶銑を溶銑鍋やトーピードカー（いずれも図示しない）等に溶銑を移し替えるようにされている。図２に示すように大樋１０は、断面Ｕ字状の鉄皮２２と該鉄皮２２の内側面を覆うように設けられた耐火材２４にて構成されている。なお、中樋１１も大樋の同様の断面構造を有しているため、中樋１１の断面構造の説明は省略する。
【００１９】
又、高炉ＢＦの大樋１０には、スラグ樋２０が連結されている。該スラグ樋２０の延出された端部はスラグドライピットＳＤに向かって延出されている。この大樋１０において、スラグ樋２０の接続口に対応する部位には図示しないスキマーが設けられている。そして、該スキマーにより溶銑とともに流れてくるスラグが溶銑から分離されてスラグ樋２０に誘導されるとともに該スラグ樋２０を介してスラグドライピットＳＤに排出される。
【００２０】
図１に示す溶銑脱珪装置５０の水蒸気発生装置５２は、所定温度及び所定圧力の水蒸気を発生することが可能である。水蒸気発生装置５２は水蒸気発生手段に相当する。又、溶銑脱珪装置５０の吹き込み装置５４は、図１及び図２に示すように、大樋１０において、該スラグ樋２０の接続口よりも上流側の底部に対して貫通して取着されている。なお、本実施形態では、水蒸気と溶銑Ｙとが反応する時間を長くとるために、吹き込み装置５４は溶銑深さが２００ｍｍ以上になるところに設置されている。吹き込み装置５４は耐火物よりなるプラグ本体５５とプラグ本体５５の下面を覆うように配置された蓋部材５６により構成されている。プラグ本体５５は図３に示すように四角柱状に形成されるとともに該プラグ本体５５には上下方向に貫通する複数の貫通孔５５ａが形成されている。又、貫通孔５５ａは、断面円形に形成されるとともにその直径が０．０２mm〜２ｍｍの範囲に形成されている。又、図３に示すように互いに隣り合う貫通孔５５ａの開口部同士の間は、直径の５倍以上の離間距離を有する。この貫通孔５５ａの開口部同士の離間距離が、直径の５倍以上あることにより、各貫通孔５５ａから溶銑に吹き込まれた水蒸気の気泡が互いに結合しないようにされている。
【００２１】
プラグ本体５５の上面は、図２に示すように大樋１０の底部を構成する耐火材２４の上面と面一に配置されている。又、吹き込み装置５４の蓋部材５６には、水蒸気発生装置５２に連結されて水蒸気を供給するためのパイプ５８が連結されている。吹き込み装置５４は、吹き込み手段及び吹き込みプラグに相当する。
【００２２】
さて、上記のように構成された溶銑脱珪装置５０の作用について説明する。
図２に示すように大樋１０を流れる溶銑Ｙに対して、溶銑脱珪装置５０の水蒸気発生装置５２からパイプ５８を介して圧力（3923hPa (N/m2)（≒４ｋｇｆ／ｃｍ２）の水蒸気を１０〜５０Ｎｍ３／minで吹き込む。
【００２３】
この水蒸気の吹き込みにより、水蒸気と溶銑Ｙ中のＳｉとが反応し、生成されたＳｉＯ２は、溶銑内を浮上し、溶銑Ｙ上のスラグに捕捉される。そして、スラグは吹き込み装置５４よりも下流に配置されたスキマーにより、該スラグ樋２０へ導かれる。該スラグ樋２０に移動したスラグはスラグドライピットＳＤに排出される。
【００２４】
又、水蒸気と溶銑Ｙ中のＳｉとが反応して、生成された水素ガス（副生ガス）は、酸素が鉄と反応して酸化鉄になるのを防止する。この結果、酸化鉄が発生しないため、反応熱が生ずることがなく、大樋１０の耐火物や、プラグ本体５５の耐火物の損傷が低く抑えられる。この結果、プラグ本体５５や、大樋１０の耐火物の交換時期が長くなり、溶銑脱珪コストを低く抑えることができる。又、工程管理を容易にすることができる。
【００２５】
又、以上の実施形態の溶銑脱珪装置５０は下記の特徴がある。
（１）  従来の溶銑脱珪法において、溶銑鍋やトーピードカーで溶銑脱珪を行う方法では、スラグがフォーミングして、トーピードカーや、溶銑鍋からスラグが溢れるため、溶銑脱珪を受ける溶銑の量、すなわち、受銑量を減少せざるを得ず、この結果、処理能率を大きく阻害している。このスラグフォーミングが生ずるのは、溶銑脱珪と同時に進行する脱炭素によるＣＯ気泡が原因である。又、同時に固体酸素を使用しているため、スラグ中の固体酸素が多くなり、又、固体酸素の投入量が多いほどスラグフォーミングが大きくなる。
【００２６】
それに対して、本実施形態の溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置５０によれば、固体酸素は使用せず、脱炭素も少なく、溶銑脱珪を溶銑流で行っているため、スラグフォーミングは生じにくく、この結果、スラグフォーミングの弊害を抑制できる。
【００２７】
（２）  本実施形態の溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置５０によれば、水蒸気を使用するため、気体酸素を使用する場合に比べ、安価で処理費が安くなる効果がある。
又、溶銑脱珪したＳｉＯ２は、溶銑中の炭素で還元されてシリコンが溶銑中へ戻る可能性があるため、溶銑脱珪でできたＳｉＯ２をスラグで捕捉しなければならない。そのため、従来は生石灰（ＣａＯ）を添加している。
【００２８】
本実施形態において、例えば、スラグ（スラグ塩基度１．２）を使用すると、添加するＣａＯ量は従来法に比べ、極めて低く、スラグ発生量も少ないため、処理コストを非常に低くすることができる。
【００２９】
一般に、溶銑脱珪法は基本的に溶銑Ｓｉを０．４０％から０．１５％に低減する処理であるため、通常状態であれば、従来法で行っている傾注樋での溶銑脱珪が省略でき、本実施形態の溶銑脱珪と、溶銑処理場での溶銑脱珪を組み合わせることによって、溶銑脱珪コストは低減できるとともに操業も簡素化できる。
【００３０】
なお、高炉が不調で溶銑Ｓｉが０．４０％以上になるときは、本発明の方法を適用することによって溶銑予備処理場の工程を従来通り操業でき、操業時間の延長をせずに、工程を乱すことがない。又、溶銑Ｓｉが高いときにも低コストの溶銑脱珪の操業を行うことができる。
【００３１】
（３）  本実施形態の溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置５０によれば、高炉鋳床で溶銑脱珪できるため、プロセス（工程）を簡素化することができる。又、発生したＳｉＯ２を多く含むスラグも吹き込み装置５４が位置する位置よりも下流側に位置するスキマーにより、通常のプロセスで処理ができるとともに安価にスラグドライピットＳＤに運ぶことができる。
【００３２】
又、本実施形態によれば、工程管理が容易となり、溶銑脱珪の処理時間も短くすることがてきる。
（４）  本実施形態の溶銑脱珪方法及び溶銑脱珪装置５０によれば、気体酸素やも固体酸素を使用しないため、高コストの酸素発生装置が不要となる効果がある。
【００３３】
（試験例）
次に、本実施形態の効果を確認するために、下記の試験を行った。図４は高周波炉中のルツボ内にスラグ及び溶銑を入れた状態で、ルツボの底に設けられたパイプから水蒸気を溶銑に吹き込みした溶銑脱珪の結果を示す。
【００３４】
（試験例の条件）
溶銑量          ：  １５Ｋｇ／バッチ
溶銑温度        ：  １５２０℃
ルツボ内径      ：  １３５ｍｍ
ルツボ深さ      ：  ３７０ｍｍ
パイプの内径    ：  ２ｍｍφ
水蒸気吹き込み量：  １０〜５０Ｎｍ３／ｍｉｎ
水蒸気圧力      ：  ４ｋｇ／ｃｍ２
水蒸気温度      ：  １００℃〜３００℃
図４において、横軸は水蒸気添加時間（分）である。又、縦軸は溶銑Ｓｉの割合（％）である。図４に示すように、水蒸気を吹き込みしてから１０分、２０分、３０分と経過する毎に、溶銑の一部を取り出して、そのＳｉ量（％）を測定すると、水蒸気により、溶銑脱珪が行われ、溶銑Ｓｉが０．４９％〜０．３２％低下していることが確認された。このことから，水蒸気溶銑脱珪法によってＳｉが溶銑から脱珪されていることが分かる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５を参照して説明する。なお、前記第１実施形態と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００３６】
第２実施形態では、吹き込み装置５４の代わりに、耐火物製のランスからなる吹き込み装置６０が図５に示すように、大樋１０において、該スラグ樋２０の接続口よりも上流側に対して設けられているところが異なり、他の構成は第１実施形態と同一である。吹き込み装置６０は、溶銑Ｙ内に下部が樋底部に位置されるランス本体６２と、耐火物からなるランス本体６２の下部に対して連結されるとともに溶銑Ｙの下流に向かって突出された耐火物からなる吹き込み体６４からなる。ランス本体６２上部には溶銑脱珪装置５０に連結されたパイプ（図示しない）が連結されており、該パイプを介して水蒸気がランス本体６２に供給される。
【００３７】
ランス本体６２は有底筒状に形成されて管路６２ａを有する。又、吹き込み体６４は図６に示すように複数の貫通孔６５が形成されている。該貫通孔６５は管路６２ａに連通されている。又、各貫通孔６５の開口部は０．０２mm〜２ｍｍの直径を有するとともに、隣り合う開口部に対して該開口部の直径の５倍以上離間して配置されている。
【００３８】
さて、上記のように構成された実施形態の特徴を説明する。
（１）  従来、溶銑鍋やトーピードカーで溶銑脱珪を行う方法ではランスから固体酸素、ＣａＯをガスと一緒に大流量で吹き込むようにしている。従来は、このように固体酸素を使用するため、スラグ中の酸化鉄分が多く、又、ランスから固体酸素、ＣａＯをガスと一緒に大流量で吹き込むため、ランスの振動が大きく、必然的に前記耐火物の亀裂が大きい。なお、これらのランス及び溶銑鍋、トーピードカーの耐火物コストは高いことが知られている。
【００３９】
これに対して第２実施形態では、固体酸素を使用しないため、スラグ中の酸化鉄は極めて少なくなる。又、吹き込み装置６０を介して水蒸気を吹き込みする際、水蒸気の流量も少なくて良く、ランスの振動も少なく、耐火物の原単位、原単価は極めて低く、コストパフォーマンスが非常に良い効果がある。
【００４０】
（２）  又、第２実施形態においても、溶銑脱珪反応の副生水素ガスは、鉄が酸素と結合するのを防ぐとともに発生酸化鉄が少ないため、ランス本体６２の耐火物の損傷を少なくできる。
【００４１】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更してもよい。
○  第１実施形態では、図３に示すようにプラグ本体５５の形状を四角柱状に形成したが、角柱ではなく、円柱状にしてもよい。
【００４２】
○  前記各実施形態では、溶銑樋において、溶銑脱珪を行うようにしたが、水蒸気による溶銑脱珪を、溶銑鍋や、トーピードカー（混銑車）に収納した溶銑に対して行うことも勿論可能である。この場合、水蒸気の吹き込み手段としては、耐火物製のランスを用いて行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】高炉に溶銑用傾注樋を装備している形態を模式的に示すレイアウト図。
【図２】第１実施形態の吹き込み装置５４と大樋１０の断面図、
【図３】プラグ本体５５の貫通孔５５ａの説明図。
【図４】水蒸気溶銑脱珪法による溶銑Ｓｉと水蒸気添加時間の試験結果を示すグラフ。
【図５】第２実施形態の吹き込み装置５４と大樋１０の断面図。
【図６】他の実施形態の貫通孔の説明図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…大樋（溶銑樋）、５０…溶銑脱珪装置、
５２…水蒸気発生装置（水蒸気発生手段）、
５４…吹き込み装置（吹き込み手段）、５４ａ…貫通孔
【図１】
2007277665.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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