(57)【要約】【課題】トピード内に収容された溶銑を精錬処理する際に、製造コストの削減に寄与することができる、溶銑の精錬方法および精錬装置を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法は、走行方向に沿った長手方向と、長手方向に直交する幅方向とを有するトピード２ａ，２ｃ内に収容された溶銑Ｍ中の、トピード２ａ，２ｃの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に２本のインジェクションランス３ａ，３ｂを浸漬させ、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの先端から、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、溶銑Ｍの長手方向の中央へそれぞれ吹き込む。  Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）【選択図】  図１
2016169410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有するトピード内に収容された溶銑中の、前記トピードの前記長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に２本のインジェクションランスを浸漬させ、
前記２本のインジェクションランスの先端から、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、前記溶銑の前記長手方向の中央へそれぞれ吹き込むことを特徴とする溶銑の精錬方法。
Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）
Ｘ：２本のインジェクションランスの先端間の距離（ｍ）
Ｌ：トピード内面の長手方向の距離（ｍ）
【請求項２】
前記２本のインジェクションランスから前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、前記トピードの長手方向中央、且つ前記溶銑よりも上方に設けられた上吹きランスから、前記溶銑に酸素ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の精錬方法。
【請求項３】
前記２本のインジェクションランスから前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、前記２本のインジェクションランスの先端から０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を前記溶銑へそれぞれ吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の精錬方法。
【請求項４】
前記２本のインジェクションランスから前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、前記トピードの長手方向両端の高さと長手方向中央の高さとを同等とした前記トピードを用い、前記２本のインジェクションランスの先端から０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を前記溶銑へそれぞれ吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の精錬方法。
【請求項５】
走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有し、溶銑を収容するトピードと、
前記トピード内に収容された溶銑中の、前記トピードの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に浸漬可能に設けられた２本のインジェクションランスと、
前記２本のインジェクションランスに、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を供給する供給部とを有し、
前記２本のインジェクションランスは、前記供給部から供給された前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を、前記溶銑の前記長手方向の中央へそれぞれ吹き込むことを特徴とする溶銑の精錬装置。
Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）
Ｘ：２本のインジェクションランスの先端間の距離（ｍ）
Ｌ：トピード内面の長手方向の距離（ｍ）
【請求項６】
前記トピードの長手方向中央、且つ前記溶銑よりも上方に設けられ、前記溶銑に酸素ガスを吹き付ける上吹きランスをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の溶銑の精錬装置。
【請求項７】
前記供給部は、０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を、前記２本のインジェクションランスにそれぞれ供給することを特徴とする請求項５または６に記載の溶銑の精錬装置。
【請求項８】
前記トピードは、前記トピードの長手方向両端の高さと長手方向中央の高さとが同等であり、
前記供給部は、０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で前記固体酸素源および前記気体酸素源の少なくとも一方を、前記２本のインジェクションランスにそれぞれ供給することを特徴とする請求項５または６に記載の溶銑の精錬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、トピードに収容された溶銑にインジェクションランスを浸漬させて脱珪処理および脱燐処理を行う、溶銑の精錬方法および精錬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼材の高級化に伴う燐含有量の低下或いは製鋼プロセスの合理化を目的として、転炉または溶銑鍋若しくはトピード（「混銑車」、「トピードカー」ともいう）等を用いた溶銑の脱燐処理が広く行われている。また、効率的に脱燐処理をするために、脱燐処理の前に予め溶銑中の珪素を除去する脱珪処理が行われている。溶銑中の燐および珪素は酸化反応によって除去される。このため、溶銑の脱燐処理および脱珪処理では、溶銑に酸素ガスや酸化鉄等の酸素源が供給されることで、溶銑中の燐或いは珪素の酸化反応が進行する。その際、反応効率を高めるため或いは生成するスラグの組成を調整するために、生石灰等のフラックスが添加される。
【０００３】
脱珪処理や脱燐処理等の精錬処理においてトピードを用いる場合（「トピード方式」ともいう）、トピードが転炉や溶銑鍋等に比べて混合特性の低い容器形状であるため、反応効率が低位であるという問題がある。これに対して、トピード方式での反応効率を高めることを目的として、例えば、特許文献１には、トピード方式で脱燐処理をする際に、溶銑にＬｉＯ２を添加する技術が開示されている。また、特許文献２には、トピード方式で脱燐処理をする際に、Ａｌ２Ｏ３を配合したフラックスを用いる技術が開示されている。特許文献１および２では、精錬剤であるフラックスの脱燐能を高めることで、トピード方式での反応効率を高めている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、トピード方式で脱燐処理をする際に、交差して配された２本のインジェクションランスを用い、互いに相反する方向へ精錬剤を吹き込む技術が開示されている。特許文献３では、溶銑内の反応サイトを２箇所にすると共に、溶銑に与える攪拌力を大きくすることで、反応効率および反応速度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１４７１４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７９４０号公報
【特許文献３】特許第４４２４３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１および２のように、溶銑にＬｉＯ２やＡｌ２Ｏ３を添加する場合、反応効率の向上効果が認められるものの、精錬剤コストの上昇や耐火物損耗による耐火物コストの上昇が問題となる。
また、特許文献３のように、２本のインジェクションランスを用いる場合、反応効率や反応速度の向上効果が認められるものの、精錬剤を長手方向両端にそれぞれ吹き込むため、精錬剤がトピード両端部で滞留してしまう。一旦、滞留したスラグは、その後の精錬反応にほとんど寄与しないため、精錬反応を進行させるためには新たな精錬剤を吹き込む必要が生じてしまう。このため、精錬剤を効率的に使えず、精錬剤のコストが上昇することが問題となる。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、トピード内に収容された溶銑を精錬処理する際に、製造コストの削減に寄与することができる溶銑の精錬方法および精錬装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有するトピード内に収容された溶銑中の、トピードの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に２本のインジェクションランスを浸漬させ、２本のインジェクションランスの先端から、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、溶銑の長手方向の中央へそれぞれ吹き込むことを特徴とする溶銑の精錬方法が提供される。
Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）
Ｘ：２本のインジェクションランスの先端間の距離（ｍ）
Ｌ：トピード内面の長手方向の距離（ｍ）
【０００８】
本発明の一態様によれば、走行方向に沿った長手方向と、該長手方向に直交する幅方向とを有し、溶銑を収容するトピードと、トピード内に収容された溶銑中の、トピードの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に浸漬可能に設けられた２本のインジェクションランスと、２本のインジェクションランスに、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を供給する供給部とを有し、２本のインジェクションランスは、供給部から供給された固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、溶銑の長手方向の中央へそれぞれ吹き込むことを特徴とする溶銑の精錬装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、トピード内に収容された溶銑を精錬処理する際に、製造コストの削減に寄与することができる溶銑の精錬方法および精錬装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶銑の精錬装置を示す構成図である。
【図２】第１実施形態に係る精錬装置を示す模式図である。
【図３】１本のインジェクションランスを用いた精錬装置を示す模式図である。
【図４】交差させた２本のインジェクションランスを用いた精錬装置を示す模式図である。
【図５】図３に示すインジェクションランスの浸漬位置における水モデル実験の結果を示す説明図である。
【図６】図４に示すインジェクションランスの浸漬位置における水モデル実験の結果を示す説明図である。
【図７】図２に示すインジェクションランスの浸漬位置における水モデル実験の結果を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る溶銑の精錬装置を示す模式図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る溶銑の精錬装置を示す模式図である。
【図１０】インジェクションランスの浸漬位置と脱燐酸素効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
本発明に先立ち、本発明者らは、製造コストの削減を目的としてトピードでの反応効率を向上させる技術を開発すべく、トピードを模した水モデル装置、３次元流動解析および実機のトピードカーを用い、種々の条件下で調査を行った。通常、トピード方式で脱珪処理や脱燐処理等の精錬処理が行われる場合、図３や図４に示す精錬装置を用いて処理が行われる。
【００１２】
図３に示す精錬装置は、トピード２ｂと、インジェクションランス３ｃとを有する。
トピード２ｂは、走行方向に沿った長手方向と、長手方向に直交する幅方向とを有し、内側全面に耐火物２１ｂがライニングされた魚雷型の金属製容器２２ｂからなる溶銑搬送容器である。トピード２ｂは、高炉から出銑された溶銑Ｍを収容・搬送し、自走式台車あるいは貨車に搭載される。トピード２ｂは、搬送方向である長手方向（図３の左右方向）の中央上部に炉口２３が形成され、高炉から出銑された溶銑Ｍを炉口２３から受けて収容し、不図示の傾動装置によって長手方向に対して傾動することで収容した溶銑Ｍを排出する。
【００１３】
インジェクションランス３ｃは、耐火物で覆われた単管ランスであり、下側先端が任意の角度で曲がるＬ字型形状を有する。また、精錬処理が行われる際、インジェクションランス３ｃは、トピード２ｂ内に鉛直方向に対して傾斜して挿入され、下側が溶銑Ｍに浸漬される。さらに、インジェクションランス３ｃは、不図示の供給部に接続され、供給部から供給される酸素源や石灰源等の精錬剤を、下側先端の吹込み口から溶銑Ｍ内に吹き込む。
【００１４】
また、図３に図示した精錬装置よりも反応性を向上させるため、特許文献３に記載のように、交差して配した２本のインジェクションランスを用いた精錬方法が知られている。特許文献３に記載の精錬方法では、図４に示すように、トピード２ｂと、２本のインジェクションランス３ｃ，３ｄとを有する精錬装置で精錬処理が行われる。２本のインジェクションランス３ｃ，３ｄは、図３に示したインジェクションランス３ｃと同様な構成であり、各吹込み口がトピード２ｂの長手方向に離隔するようにトピード２ｂの長手方向中心で交差して配される。図４に示す精錬装置では、２本のインジェクションランス３ｃ，３ｄからトピード２ｂの長手方向両端に向かって、互いに相反する方向へ精錬剤が吹き込まれる。
【００１５】
本発明者らは、図３および図４に示す２つのケースにおいて、水モデル実験および３次元流動解析を実施し、トピード２ｂ内の流動について調査した。図５および図６に、図３および図４に示すケースにおける調査結果をそれぞれ示す。水モデル実験では、図５および図６に示すように、トピード２ｂを模した容器５ａと、インジェクションランス３ｃ，３ｄを模したランス６ａ，６ｂとを用いて、容器５ａに収容された水Ｗにランス６ａ，６ｂからガスを吹き込むことで流動状況を観察した。また、水モデル実験では、精錬処理中に生じるスラグを模した、水Ｗよりも比重の小さい球状材Ｓを浴面に配し、浴面における流動状況を観察した。
【００１６】
図３の１本のインジェクションランス３ｃを用いた場合、図５に示すように、ランス６ａの吹込み側の領域では、良好な流動および攪拌が得られることを確認した。また、３次元流動解析の結果、ランス６ａの吹込み口近傍の領域Ｄ１では、流速が大きくなり、十分な攪拌が得られることが分かった。しかし、容器５ａの長手方向両端部のうち、ランス６ａの吹込み側の端部の領域Ｄ２では、領域Ｄ１に比べ流速が小さくなり、さらに、ランス６ａの吹込み側の端部の浴面領域Ｄ３では、球状材Ｓがやや滞留した。一方、ランス６ａの吹込み側の反対側の端部の領域Ｄ４では、領域Ｄ１およびＤ２に比べ流速が小さくなり、吹込み側の反対側の端部の浴面領域Ｄ５では、浴面領域Ｄ３よりも球状材Ｓが滞留した。以上の結果から、図３に図示した精錬装置では、インジェクションランス３ｃの吹込み側の吹込み口近傍の領域では、溶銑Ｍが攪拌されるため反応性が高くなるが、トピード２ｂの端部や吹込み側の反対の領域では、溶銑Ｍがほとんど攪拌されないため反応性が低くなることが分かった。
【００１７】
図４の２本のインジェクションランス３ｃ，３ｄを用いた場合、図６に示すように、ランス６ａ，６ｂの吹込み口近傍の領域Ｄ５，Ｄ６では図５の領域Ｄ１と同様に、十分な攪拌が得られることが分かった。しかし、容器５ａの長手方向の両端部の浴面領域Ｄ７，Ｄ８には、球状材Ｓが滞留しており、両端部において十分な攪拌が得られていないことが分かった。以上の結果から、図４に図示した精錬装置では、図３に図示した精錬装置に比べ、インジェクションランス３ｃ，３ｄを増やすことで、撹拌の強い領域が大きくなることから、反応性が向上することを確認した。しかし、トピード２ｂの両端部においては、図３に図示した精錬装置と同様に反応性が低くなることが分かった。
【００１８】
本発明者らは、トピード内での攪拌をより促進させ、反応効率を向上させるためにさらなる検討を重ねた結果、トピードの両端部にインジェクションランスを浸漬させ、トピードの長手方向中央に向かって精錬剤を吹き込むことで、より強い攪拌が得られることを知見した。本発明者らが知見した、本発明の一態様に係る溶銑の精錬装置を模した、水モデル装置および３次元流動解析の調査結果を、図７に示す。水モデルの調査では、長手方向の両端上方に開口部５２ａ，５２ｂがそれぞれ設けられた容器５ｂを用い、開口部５２ａ，５２ｂ通じて容器５ｂに収容された水Ｗにランス６ｃ，６ｄを浸漬させた。そして、ランス６ｃ，６ｄからガスを吹き込むことで、図５および図６と同様に流動状況を観察した。また、図７に図示した形状および構成における３次元流動解析を行い、容器５ｂ内の流速を調査した。３次元流動解析の結果、図７に示すように、容器５ｂの長手方向中央のランス６ｃ，６ｄ間の領域において、撹拌に十分な大きな流速を得ることができることが分かった。また、容器５ｂの長手方向中央のランス６ｃ，６ｄ間の浴面領域Ｄ９では、球状材Ｓが滞留せずに、浴上を均一に流動することが分かった。以上の結果から、本発明者らは、２本のインジェクションランスをトピードの長手方向両端部から浸漬させ、トピードの長手方向の中央に向かって精錬剤を吹き込むことで、図３および図４に図示した精錬装置よりも強い攪拌を得ることができることを知見した。
また、本発明者らは、上記構成の精錬装置についてさらに検討を重ね、後述するインジェクションランスの設置位置および精錬剤の吹き込み速度とすることで、さらに強い攪拌が得られ、操業効率が向上できることを見出した。
【００１９】
＜第１実施形態＞
［精錬装置の構成］
次に、図１および図２を参照して、上記の調査結果から本発明者らが知見した、本発明の第１実施形態に係る溶銑Ｍの精錬装置の構成について説明する。精錬装置１は、トピード２ａと、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂと、供給部４とを有する。
【００２０】
トピード２ａは、トピード２ｂと同様に、走行方向に沿った長手方向と、長手方向に直交する幅方向とを有し、内側全面に耐火物２１がライニングされた魚雷型の金属製容器２２からなる溶銑搬送容器である。トピード２ａは、図２に示すように、搬送方向である長手方向（図２の左右方向）の中央上部に炉口２３が形成され、長手方向両端の上部に開口部２４ａ，２４ｂがそれぞれ形成される。
【００２１】
２本のインジェクションランス３ａ，３ｂは、耐火物で覆われた単管ランスであり、下側先端が任意の角度で曲がるＬ字型形状を有する。先端の曲げ角度は、トピード２ｂの形状に沿って適切な角度をとれば良く、極端な上向きの角度でなければどのような形状でもよい。２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの上端側は、供給部４にそれぞれ接続される。一方、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下端側は、下側先端同士がトピード２ａの長手方向に対して互いに相対するように設けられる。２本のインジェクションランス３ａ，３ｂは、トピード２ａの開口部２４ａ，２４ｂの上方、且つ長手方向の両端部近傍となる下記（１）式を満たす位置に設けられる。なお、（１）式において、Ｘは２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端間の距離（ｍ）、Ｌはトピード２内面の長手方向の距離（ｍ）をそれぞれ示す。
Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）
【００２２】
（１）式のように、Ｘ／Ｌが０．７以上となる場合、トピード２ａ内でより適切な流動および攪拌を得ることができ、図３および図４に示す精錬装置を用いた方法に比べ、反応効率を向上させることができる。一方、Ｘ／Ｌが０．７未満となる場合、トピード２の長手方向両端において、流動が若干低下する領域が生じ、撹拌が弱くなる可能性がある。
【００２３】
さらに、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂは、不図示の昇降装置によって、上下方向に昇降可能にそれぞれ構成される。上記構成のインジェクションランス３ａ，３ｂは、トピード２ａが処理位置に配された状態で、昇降装置によって降下することで、開口部２４ａ，２４ｂを介してトピード２内部にそれぞれ挿入され、その後、溶銑Ｍに一部がそれぞれ浸漬した状態となる。
【００２４】
供給部４は、精錬剤として、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方、並びに生石灰を２本のインジェクションランス３ａ，３ｂにそれぞれ供給する。固体酸素源は酸化鉄粉であり、気体酸素源は酸素ガスである。また、供給部４は、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方、並びに生石灰の供給速度を個別に調整可能に構成される。供給部４から供給される精錬剤は、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端から吐出される。
なお、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂおよび供給部４は、不図示の建屋に設けられる。また、トピード２ａは、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂおよび供給部４が設けられた建屋に搬送され、収容された溶銑Ｍが後述する方法で精錬処理される。
【００２５】
［精錬方法］
次に、本発明の第１実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法について説明する。第１実施形態では、精錬装置１を用いてトピード２に収容された溶銑Ｍを脱珪処理または脱燐処理する。まず、トピード２を図２に示す処理位置まで搬送し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂを下降させることで溶銑Ｍに浸漬させる。溶銑Ｍは、高炉から出銑された溶銑であり、出銑直後に酸素源を含む酸化鉄等の脱珪剤が添加されることで予め脱珪処理が行われてもよい。
【００２６】
次いで、供給部４から精錬剤を２本のインジェクションランス３ａ，３ｂへと供給する。供給された精錬剤は、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端から吐出され、溶銑Ｍへと吹き込まれる。この際、精錬剤のうち、固体酸素源および気体酸素源を、０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で溶銑Ｍに吹き込むことが好ましい。酸素ガス換算供給速度は、１ｔの溶銑Ｍに対して時間あたりに供給する酸素量であり、固体酸素源および気体酸素源に含有される酸素量を標準状態の酸素ガスの体積に換算した値である。酸素ガス換算供給速度が０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超となる場合、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの吹込み口となる下側先端の近傍における溶銑飛散が激しくなる。このため、吹込み口近傍のトピード２の天井部への地金付着が増加することによって、耐火物２１の損耗が増加し、操業阻害を招く可能性がある。固体酸素源および気体酸素源が吹き込まれる総量は、溶銑Ｍの成分・温度や、処理後の目標成分等によって決定される。生石灰は、精錬処理の条件に応じて、適宜最適な供給速度が選択される。なお、生石灰は、脱燐反応を促進させるために用いられるものであり、精錬処理が行われる間、連続して吹き込まれてもよく、断続的に吹き込まれてもよい。また、脱珪処理のみを行う場合等には、生石灰が吹き込まれず、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方のみが吹き込まれてもよい。
さらに、所定量の固体酸素源および気体酸素源を吹き込まれた後、精錬剤の供給が停止し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂがトピード２ａの上方まで昇降することで、精錬処理が終了する。
【００２７】
＜第２実施形態＞
［精錬装置の構成］
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る溶銑Ｍの精錬装置１について説明する。第２実施形態の精錬装置１は、図８に示すように、上吹きランス３ｅを有する構成が第１実施形態と異なるが、その他の構成については第１実施形態と同様である。つまり、第２実施形態の精錬装置１は、図１および図８に示すように、トピード２ａと、インジェクションランス３ａ，３ｂと、供給部４と、上吹きランス３ｅとを有する。
【００２８】
トピード２ａおよびインジェクションランス３ａ，３ｂは、第１実施形態と同じ構成であり、炉口２３および開口部２４ａ，２４ｂを有する。また、インジェクションランス３ａ，３ｂは、供給部４に接続され、供給部４から供給される精錬剤を溶銑Ｍに吹き込む。
上吹きランス３ｅは、金属製の円筒状の多重管ランスであり、下端に酸素ガス供給孔を有する（図８は酸素ガス供給孔が２つの場合を記載）。上吹きランス３ｅは、供給部４から酸素ガスが供給され、供給された酸素ガスを下端の酸素ガス供給孔から噴射する。また、上吹きランス３ｅは、供給部４から冷却水が、酸素ガスと異なる経路に供給される。供給された冷却水は、上吹きランス３ｅの内部を流れることで上吹きランス３ｅを冷却し、その後、不図示の排出経路から排出される。また、上吹きランス３ｅは、トピード２ａの炉口２３の上方に配され、不図示の昇降装置によって上下方向に昇降可能に設けられる。
供給部４は、第１実施形態と同様に、インジェクションランス３ａ，３ｂに接続され、インジェクションランス３ａ，３ｂに精錬剤を供給する。さらに、供給部４は、上吹きランス３ｅに接続され、上吹きランス３ｅに酸素ガスおよび冷却水を供給する。
【００２９】
［精錬方法］
第２実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法について説明する。第２実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法では、まず、第１実施形態と同様に、トピード２を図８に示す処理位置まで搬送し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂを下降させることで溶銑Ｍに浸漬させる。この際、上吹きランス３ｅを、下端が溶銑Ｍの浴面から所定の高さとなるまで下降させる。
【００３０】
次いで、第１実施形態と同様に、供給部４から精錬剤を２本のインジェクションランス３ａ，３ｂへと供給し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから溶銑Ｍに精錬剤を吹き込む。この際、供給部４から上吹きランス３ｅへ酸素ガスおよび冷却水を供給し、上吹きランス３ｅの下端のノズルから浴面に向かって酸素ガスが噴射される。ここで、上吹きランス３ｅから噴射された酸素ガスと、インジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込まれた精錬剤の酸化反応によって生じるＣＯガスとが酸化反応することで、ＣＯ２ガスが生成する（二次燃焼反応）。このとき、二次燃焼反応は発熱反応であるため、生じた熱がトピード２ａ内のスラグや溶銑Ｍに着熱し、精錬処理中の溶銑Ｍの温度降下が抑制される。なお、上吹きランス３ｅから噴射される酸素ガスの供給速度や供給量は、精錬処理の処理条件や上吹きランス３ｅの形状等によって適宜最適な値に設定される。
その後、所定量の精錬剤が吹き込まれた後、精錬剤および酸素ガスの供給が停止し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂおよび上吹きランス３ｅがトピード２ａの上方まで昇降することで、精錬処理が終了する。
【００３１】
＜第３実施形態＞
［精錬装置の構成］
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態に係る溶銑Ｍの精錬装置１について説明する。第３実施形態の精錬装置１は、図９に示すように、トピード２ｃの構成が第１実施形態と異なるが、その他の構成については第１実施形態と同様である。つまり、第３実施形態の精錬装置１は、図１および図９に示すように、トピード２ｃと、インジェクションランス３ａ，３ｂと、供給部４とを有する。
【００３２】
トピード２ｃは、長手方向両端部の天井の高さが、長手方向中央の高さと同等とした構造を有する。また、トピード２ｃの長手方向の中央上部に炉口２３が形成され、長手方向両端の上部に開口部２４ａ，２４ｂがそれぞれ形成される。
インジェクションランス３ａ，３ｂおよび供給部４は、第１実施形態と同様の構成である。
【００３３】
［精錬方法］
第３実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法について説明する。第３実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法では、まず、第１実施形態と同様に、トピード２を図８に示す処理位置まで搬送し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂを下降させることで溶銑Ｍに浸漬させる。
次いで、第１実施形態と同様に、供給部４から精錬剤を２本のインジェクションランス３ａ，３ｂへと供給し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから溶銑Ｍに精錬剤を吹き込む。この際、第３実施形態では、精錬剤のうち固体酸素源および気体酸素源を、０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で溶銑Ｍに吹き込むことが好ましい。第３実施形態では、第１実施形態に比べてトピード２ｂの長手方向両端部の天井の高さが高い。このため、第１実施形態よりも酸素ガス換算供給速度を大きくしても、天井の損耗を抑制することができる。なお、酸素ガス換算供給速度が０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超となる場合、天井の耐火物の損耗が増加し、操業効率が低下する可能性がある。
さらに、所定量の固体酸素源および気体酸素源を吹き込まれた後、精錬剤の供給が停止し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂがトピード２ａの上方まで昇降することで、精錬処理が終了する。
【００３４】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
【００３５】
例えば、上記実施形態では、供給部４からインジェクションランス３ａ，３ｂへは精錬剤として固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方、並びに生石灰が供給される構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、上記の精錬剤とともに、供給部４からキャリアガスがインジェクションランス３ａ，３ｂに供給されてもよい。キャリアガスには、Ｎ２やＡｒ等の不活性ガスが用いることができる。また、固体酸素源には、酸化鉄粉が用いられるとしたが、酸化鉄分を含み、インジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込み可能なものであれば他の固体酸素源が用いられてもよい。さらに、精錬剤に生石灰が用いられるとしたが、ＣａＯ分を含み、インジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込み可能なものであれば他のＣａＯ源が用いられてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、インジェクションランス３ａ，３ｂが単管ランスであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、インジェクションランス３ａ，３ｂは、内管と外管からなる２重管ランスであってもよい。この場合、インジェクションランス３ａ，３ｂの内管には精錬剤が供給され、内管の吹込み口から精錬剤が溶銑Ｍに吹き込まれる。一方、インジェクションランス３ａ，３ｂの外管にはプロパンガスが供給部４から供給され、外管の吹込み口からプロパンガスが溶銑Ｍに吹き込まれる。溶銑Ｍに吹き込まれたプロパンガスは、吸熱反応である分解反応をすることにより、インジェクションランス３ａ，３ｂの先端近傍の温度を下げる。これにより、インジェクションランス３ａ，３ｂの先端の損耗を低減することができる。
【００３７】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一実施形態に係る溶銑Ｍの精錬方法は、走行方向に沿った長手方向と、長手方向に直交する幅方向とを有するトピード２ａ，２ｃ内に収容された溶銑Ｍ中の、トピード２ａ，２ｃの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に２本のインジェクションランス３ａ，３ｂを浸漬させ、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの先端から、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、溶銑Ｍの長手方向の中央へそれぞれ吹き込む。
Ｘ／Ｌ≧０．７    ・・・（１）
Ｘ：２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの先端間の距離（ｍ）
Ｌ：トピード２ａ，２ｃ内面の長手方向の距離（ｍ）
【００３８】
上記構成によれば、図３や図４に示す精錬装置を用いて精錬処理をする場合に比べ、トピード２ａ，２ｃ内の溶銑Ｍの流動が均一となり、良好な攪拌を得ることができる。また、トピード２ａ，２ｃの長手方向中央に向かう流れが生成し、浴面のスラグの流動も向上するため、長手方向端部でのスラグの滞留を抑えることができる。このため、精錬反応の促進により反応効率を飛躍的に向上させることができ、精錬処理に掛かる製造コストを低減することができる。また、反応効率を向上させるにあたり、特許文献１，２のようにスラグの改質をする必要がないため、精錬剤や耐火物のコスト増加を抑えることができ、処理後のスラグを容易且つ低いコストで処理することができる。
【００３９】
（２）２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、トピード２ａ，２ｃの長手方向中央、且つ溶銑Ｍよりも上方に設けられた上吹きランス３ｅから、溶銑Ｍに酸素ガスを吹き付ける。上記構成によれば、図７に示すように、スラグはトピード２ａ，２ｃの中央に向かって流動する。ここで、トピード２ａ，２ｃの長手方向中央の上方から、上吹きランス３ｅで酸素ガスを吹き付けることにより、スラグの酸素ポテンシャルを増加させることができる。このため、脱珪および脱燐の反応効率を高めることができる。
【００４０】
（３）２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの先端から０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を溶銑Ｍへそれぞれ吹き込む。上記構成によれば、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの吹込み口近傍における溶銑飛散を抑えることができるため、トピード２ａ，２ｃの天井の耐火物の損耗を抑制することができる。
【００４１】
（４）２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を吹き込む際に、トピード２ｃの長手方向両端の高さと長手方向中央の高さとを同等としたトピード２ｃを用い、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの先端から０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を溶銑Ｍへそれぞれ吹き込む。上記構成によれば、上記（３）の構成よりも高い酸素ガス換算供給速度においても、トピード２ｃの天井への地金付着を抑制することができるため、トピード２ｃの天井の耐火物の損耗を抑制することができる。
【００４２】
（５）本発明の一実施形態に係る溶銑Ｍの精錬装置１は、走行方向に沿った長手方向と、長手方向に直交する幅方向とを有し、溶銑Ｍを収容するトピード２ａ，２ｃと、トピード２ａ，２ｃ内に収容された溶銑Ｍ中の、トピード２ａ，２ｃの長手方向の両端部近傍となる（１）式を満たす位置に浸漬可能に設けられた２本のインジェクションランス３ａ，３ｂと、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂに、固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を供給する供給部４とを有し、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂは、供給部４から供給された固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、溶銑Ｍの長手方向の中央へそれぞれ吹き込む。上記構成によれば、（１）と同様な効果を得ることができる。
【００４３】
（６）トピード２ａ，２ｃの長手方向中央、且つ溶銑よりも上方に設けられ、溶銑に酸素ガスを吹き付ける上吹きランスをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の溶銑の精錬装置。上記構成によれば、（２）と同様な効果を得ることができる。
（７）供給部４は、０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂにそれぞれ供給する。上記構成によれば、（３）と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
（８）トピード２ｃは、トピード２ｃの長手方向両端部の高さと長手方向中央部の高さとが同等であり、供給部４は、０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の酸素ガス換算供給速度で固体酸素源および気体酸素源の少なくとも一方を、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂにそれぞれ供給する。上記構成によれば、（４）と同様な効果を得ることができる。
【実施例１】
【００４５】
本発明者らが行った実施例について説明する。実施例１では、図１および図２に示す第１実施形態に係る精錬装置１を用いて、表１に示す条件で脱燐処理を行った（実施例１−１）。実施例１−１では、約３００ｔの溶銑Ｍが収容されたトピード２ａを用いて脱燐処理を行った。また、処理前の成分が、［Ｃ］＝４．３〜４．５ｗｔ％、［Ｓｉ］＝０．１０〜０．２０ｗｔ％、［Ｍｎ］＝０．１０〜０．２０ｗｔ％、［Ｐ］＝０．１２〜０．１４ｗｔ％であり、処理前の温度が、１３３０〜１３６０℃程度である溶銑を用いた。脱燐処理では、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから酸化鉄および生石灰を、酸素ガスとともに吹き込んだ。なお、インジェクションランス３ａ，３ｂ一本あたりの酸素ガス換算供給速度は、０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔとした。また、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂは、Ｘ／Ｌ＝０．７となる位置に配した。さらに、実施例１−１に対する比較として、図３および図４に示す２種類の精錬装置を用いて、実施例１−１と同様な処理条件で脱燐処理を行った（比較例１−１，１−２）。
【００４６】
【表１】
2016169410.tif 000003
【００４７】
実施例１における処理条件および脱燐処理の結果を表２に示す。表２において、脱珪外酸素および脱燐酸素効率は以下の（２）式，（３）式でそれぞれ定義される。（２）式において、ＣＯは脱珪外酸素（Ｎｍ３／ｔ）、ＶＯは酸素ガス換算供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ）、Ｔは処理時間（ｍｉｎ）、ＣＳｉは処理前の溶銑ＭのＳｉ濃度（ｗｔ％）をそれぞれ示す。また、（３）式において、ＥＯは脱燐酸素効率（％）、ＣＰ１は処理前の溶銑ＭのＰ濃度（ｗｔ％）、ＣＰ２は処理後の溶銑ＭのＰ濃度（ｗｔ％）をそれぞれ示す。なお、脱珪外酸素は処理に用いた酸素量から溶銑中の珪素の酸化反応に用いられた酸素量を引いた酸素量、脱燐酸素効率は脱珪外酸素のうち脱燐反応に用いられた酸素量の比率をそれぞれ示す。
【００４８】
【表２】
2016169410.tif 000004
【００４９】
【数１】
2016169410.tif 000005
【００５０】
表２に示すように、実施例１−１では、比較例１−１，１−２に比べ高い脱燐酸素効率が得られることを確認した。
次に、発明者らは、酸素ガス換算供給速度による影響を調査するため、実施例１−１と同様な処理条件について、酸素ガス換算供給速度を変化させて脱燐処理を行った（実施例１−２〜１−２０）。この際、脱燐酸素効率とトピード２ａの天井への地金付着の状況とを確認した。地金付着の状況は、処理終了後のトピード２ａの天井部位の地金付着量を点検した結果である。また、比較として、実施例１−１の処理条件について酸素ガス換算供給速度を０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超とした条件で脱燐処理を行った（比較例１−３〜１−６）。表３に、実施例１−２〜１−２０、比較例１−３〜１−６における、処理条件および処理の結果を示す。
【００５１】
【表３】
2016169410.tif 000006
【００５２】
表３に示すように、酸素ガス換算供給速度が０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超となった場合においても脱燐酸素効率の低下はみられなかった。しかし、酸素ガス換算供給速度が０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超となることで、酸素ガス換算供給速度に応じてトピード２ａの天井への地金付着量が増加することを確認した。これは、インジェクションランス３ａ，３ｂからの吹込み流量が多いため、トピード２ａの天井への地金飛散・付着が起こったと考えられる。このような地金付着は耐火物の損傷を引き起こすため、操業上好ましくない。
【実施例２】
【００５３】
次に、本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの設置位置が脱燐酸素効率へ与える影響を調査するため、図１および図２に示す第１実施形態に係る精錬装置１を用いて脱燐処理を行った。脱燐処理では、各インジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込まれる精錬剤の酸素ガス換算供給速度を０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔとした。また、実施例２では、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端間の距離Ｌを変化させて、各設置位置における脱燐酸素効率を調査した。なお、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端間の距離Ｌ以外の処理条件については、実施例１−１と同様な条件とした。
図１０に示すように、脱燐処理の結果、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂの下側先端間の距離Ｌと、トピード２ａ内面の長手方向の距離Ｘとの関係であるＸ／Ｌが０．７超となる範囲で特に脱燐酸素効率が高位となることが確認できた。
【実施例３】
【００５４】
次に、本発明者らが行った実施例３について説明する。実施例３では、上吹きランス３ｅを用いることによる脱燐酸素効率への影響を調査するため、図８に示す第２実施形態に係る精錬装置を用いて脱燐処理を行った（実施例３−１）。また、効果を比較するため、同様な処理条件で、図２に示す第１実施形態に係る精錬装置１を用いた脱燐処理も行った（実施例３−２）。なお、実施例３−１，３−２では、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込む精錬剤の酸素ガス換算供給速度を０．１５Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔとし、２本のインジェクションランス３ａ，３ｂおよび上吹きランス３ｅから供給される合計の酸素量が同程度となるように処理を行った。さらに、上記以外の処理条件については、実施例１−１と同様とした。表４に、実施例３−１〜３−２における、処理条件および処理の結果を示す。
【００５５】
【表４】
2016169410.tif 000007
表４に示すように、上吹きランス３ｅを用いた実施例３−１の方が、実施例３−２に比べ脱燐酸素効率が向上することが確認できた。
【実施例４】
【００５６】
次に、本発明者らが行った実施例４について説明する。実施例４では、第３実施形態のトピード２ｃを用いた際の地金付着の状況を調査するため、図９に示す第３実施形態に係る精錬装置を用いて脱燐処理を行った。また、実施例４では、各インジェクションランス３ａ，３ｂから吹き込まれる精錬剤の酸素ガス換算供給速度を変化させ、酸素ガス換算供給速度が０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の６条件（実施例４−１〜４−６）、および０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超の３条件（比較例４−１〜４−３）の合計９条件で脱燐処理を行った。トピード２ｃを用いたことおよび酸素ガス換算供給速度以外の条件については、実施例１−１と同様とした。表５に、実施例４−１〜４−６、比較例４−１〜４−３における、処理条件および処理の結果を示す。
【００５７】
【表５】
2016169410.tif 000008
【００５８】
表５に示すように、実施例４−１〜４−６の酸素ガス換算供給速度が０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ以下の場合、脱燐酸素効率が１５％以上と高くなり、さらにトピード２ｃの天井への地金付着も問題ないレベルであることを確認した。一方、比較例４−１〜４−３の酸素ガス換算供給速度が０．２０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ超の場合、脱燐酸素効率が１３％〜１４％程度と実施例４−１〜４−６よりも低下することを確認した。また、比較例４−１〜４−３では、トピード２ｃの天井へ地金付着が増加することを確認した。
【００５９】
以上の実施例１〜実施例５の結果から、本発明の一態様に係る精錬装置および精錬方法を用いることにより、脱珪処理や脱燐処理における反応効率が向上することを確認した。これにより、精錬剤のコストを低減することができるため、製鋼工程における製造コストを低減できることがわかった。
【符号の説明】
【００６０】
１  精錬装置
２ａ〜２ｃ  トピード
２１  耐火物
２２  金属製容器
２３  炉口
２４ａ，２４ｂ  開口部
３ａ〜３ｄ  インジェクションランス
３ｅ  上吹きランス
４  供給部
５ａ，５ｂ  容器
５２ａ，５２ｂ  開口部
６ａ〜６ｄ  ランス
Ｍ  溶銑
Ｓ  球状材
Ｗ  水
【図１】
2016169410.tif 000009
【図２】
2016169410.tif 000010
【図３】
2016169410.tif 000011
【図４】
2016169410.tif 000012
【図５】
2016169410.tif 000013
【図６】
2016169410.tif 000014
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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