(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて脱りん処理するにあたり、
前記上吹きランスの外殻を貫通して配置された１個以上の吹錬用主孔の入口からメインガスとして前記酸素含有ガスを供給し、
前記吹錬用主孔の内壁面に配置された開口部から、制御用ガス供給路を介して、前記吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを供給する溶鉄の脱りん処理方法であって、
事前に溶鉄上面位置を測定したうえで、前記溶鉄上にあるスラグの任意の上面位置を連続的もしくは間欠的に測定するスラグ上面位置測定ステップと、
測定された溶鉄およびスラグの上面位置の差であるスラグ厚みを算出するスラグ上面偏差算出ステップと、
得られたスラグ厚みを用いて、前記上吹きランスから噴射する前記酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整する噴射条件調整ステップと、を有することを特徴とする溶鉄の脱りん方法。
【請求項２】
溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて脱りん処理するにあたり、
前記上吹きランスの外殻を貫通して配置された１個以上の吹錬用主孔の入口からメインガスとして前記酸素含有ガスを供給し、
前記吹錬用主孔の内壁面に配置された開口部から、制御用ガス供給路を介して、前記吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを供給する溶鉄の脱りん処理方法であって、
事前に溶鉄上面位置およびスラグ上面位置を測定したうえで、スラグ厚みを算出する初期スラグ厚み算出ステップと、
スラグ上面位置を吹錬時に連続的に測定しスラグ厚みの変動を算出するスラグ厚み変動算出ステップと、
得られた初期スラグ厚みとスラグ厚みの変動とを用いて、前記上吹きランスから噴射する前記酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整する噴射条件調整ステップと、を有することを特徴とする溶鉄の脱りん方法。
【請求項３】
前記上吹きランスから噴射された前記酸素含有ガスが溶鉄上のスラグを貫通し、溶鉄上面に達していることを特徴とする請求項１または２に記載の溶鉄の脱りん方法。
【請求項４】
前記スラグを貫通した前記酸素含有ガスによる前記溶鉄の凹み深さが前記スラグの厚みの１０％未満であることを特徴とする請求項３に記載の溶鉄の脱りん方法。
【請求項５】
前記上吹きランスの噴射条件の調整が制御用ガス供給圧力とメインガス供給圧力との比の調整であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶鉄の脱りん方法。
【請求項６】
前記上吹きランスの噴射条件の調整が制御用ガス流量とメインガス流量との比の調整であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶鉄の脱りん方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて、溶鉄を脱りん処理する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鉄の酸化精錬において、それぞれの酸化反応効率向上の観点から、スラグ高さに合わせて上吹きランスから噴出される酸素含有ガスの浴面での噴流流速とガス流量を同時に制御できるノズルの開発が重要である。一方で、省エネルギーおよびＣＯ２削減による地球温暖化防止の観点から、転炉精錬において、溶銑の配合率を下げ、スクラップ等の鉄源を装入する操業が行われている。スクラップ等への浸炭を加速し、溶解を促進する目的で底吹きガス攪拌を併用している。【０００３】
例えば、転炉での溶銑の脱りん精錬が例に挙げられる。脱りん反応は以下に示すスラグ−メタル界面での反応式（１）にて進行することが知られている。
２［Ｐ］＋２（ＦｅＯ）＋３（ＣａＯ・ＦｅＯ）（ｌ）
→  （３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５）（ｓ）＋５［Ｆｅ］  ・・・（１）
ここで、［Ｍ］は溶銑中の元素Ｍを表し、（Ｓ）はスラグ中の化学物質Ｓを表す。
（１）式よりわかる通り、脱りん反応は酸化反応であり、酸化鉄（ＦｅＯ）の存在が不可欠である。また生成したりん酸化物（Ｐ２Ｏ５）は不安定であるので、石灰（ＣａＯ）と反応させて３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５として、スラグ中に安定化させる必要がある。そのため、脱りん精錬には、石灰が同様に不可欠である。スラグ中のＦｅＯは上吹きランスから噴出される酸素含有ガスが火点にて溶鉄に吸収され、鉄を酸化することで生成する。また、りん酸化物と反応する石灰は、投入された時点では融点が２５００℃以上であり、炉内温度１３００〜１５００℃に比べ圧倒的に高く反応効率が著しく低位である。しかしながら、酸化鉄と反応して低融点のカルシウムフェライト（ＣａＯ・ＦｅＯ）を形成することで滓化し、脱りん反応に寄与することになる。上記のことから酸化鉄は、直接Ｐを酸化するだけでなく、石灰の滓化を通じて脱りん反応効率の向上にも寄与することがわかる。また、上記脱りん反応は、溶鉄中のＰ濃度が高い初期は、酸素あるいはカルシウムフェライトの供給律速である。一方、Ｐ濃度が低くなった末期は、スラグ−メタル界面へのＰの供給律速となるため、処理後到達Ｐ濃度を低下させるために底吹きガス攪拌が併用される。【０００４】
上記に関連して上吹き酸素噴流がスラグに遮断されて直接溶銑に接触しないよう制御することで，スラグ−メタル界面の酸素活量を高め、酸化鉄（ＦｅＯ）の生成を促し脱りん効率を大幅に向上する方法が報告されている。例えば特許文献１では、上吹き酸素流量や上吹きランス高さ、ランスのノズル孔径と数、フラックス添加量を調整して上吹き酸素噴流がスラグに遮断されて直接溶鉄に接触しないようにする方法が提案されている。【０００５】
また、上吹き酸素が溶銑に非接触時ではダスト濃度が低位であり、一方で接触時はダスト濃度が極度に増加することに注目した特許文献２では、排ガスダクトに設置したダスト濃度計により上吹き酸素と溶銑の接触の有無を判定し、上吹き酸素流量および／または上吹きランス高さを調整することで確実に非接触吹錬を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２２５０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記記載の従来の技術には、以下のような問題点がある。
転炉脱りんにおいては、上記で説明したように底吹きガスによる溶鉄の撹拌を組み込んだ上底吹き転炉の適用が広くなされている。しかし、特許文献１や特許文献２に記載の吹錬方法には底吹き条件への言及がなく、上吹き転炉における吹錬のみへの適用を検討した技術である。したがって、そのまま上底吹き転炉へ適用した際には操業に支障が現れる。例えば上底吹き転炉のスラグ中には、底吹きガスに基づく粒鉄が含有されていることが広く知られている。この粒鉄が含有されているスラグに対し上吹き噴流を貫通させないよう吹錬した際、スラグ中に拡散する酸素は懸濁している粒鉄に吸収されるため溶鉄の湯面まで到達できないおそれがある。また、粒鉄に酸素が吸収された結果、スラグ中の粒鉄の沈降にかかる時間は吹錬時間に対し長いので、酸化鉄（ＦｅＯ）を形成してもスラグ―メタル界面での寄与が小さくなり、脱りん反応の進行が著しく低位となるおそれがある。【０００８】
さらに、反応に寄与しない酸化鉄（ＦｅＯ）のスラグ中への過剰な蓄積はスラグの泡立ちを促進し、吹錬中にスラグが異常に泡立って盛り上がり炉口より飛散するスロッピングと呼ばれる現象を引き起こすことから操業に大きな支障が出るおそれがある。ゆえに特許文献１や特許文献２に記載された脱りん吹錬方法を上底吹き転炉に適用すると、脱りん反応の進行が著しく妨げられるだけでなく、スロッピングにより操業自体が成り立たなくなるおそれがある。【０００９】
また、上記の問題点の解決のため、吹錬酸素噴流がスラグを貫通している環境を維持するためには、特許文献２に用いられているような従来のランス技術ではスラグ非貫通時にランス高さを低下させる以外の対策を吹錬中に講じることができない。しかしながら、脱りん反応に寄与する酸化鉄（ＦｅＯ）をスラグ−メタル界面に効率よく供給するためには、反応界面積の観点から溶鉄浴面に噴流が衝突する面積(火点面積)を大きくとることが有効である。ランス高さを減じることはそのまま火点面積を減じることにつながるため、脱りん反応効率を低下させるので望ましくない。【００１０】
本発明は、前記課題を解決し、上底吹き転炉を用いた脱りん吹錬において、スラグ−メタル界面において脱りん反応に寄与する酸化鉄（ＦｅＯ）を安定供給し、および、操業阻害因子であるスロッピングを抑制する溶鉄の脱りん処理方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を有利に解決する本発明の溶鉄の脱りん方法は、第一に、
溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて脱りん処理するにあたり、
前記上吹きランスの外殻を貫通して配置された１個以上の吹錬用主孔の入口からメインガスとして前記酸素含有ガスを供給し、
前記吹錬用主孔の内壁面に配置された開口部から、制御用ガス供給路を介して、前記吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを供給する溶鉄の脱りん処理方法であって、
事前に溶鉄上面位置を測定したうえで、前記溶鉄上にあるスラグの任意の上面位置を連続的もしくは間欠的に測定するスラグ上面位置測定ステップと、
測定された溶鉄およびスラグの上面位置の差であるスラグ厚みを算出するスラグ上面偏差算出ステップと、
得られたスラグ厚みを用いて、前記上吹きランスから噴射する前記酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整する噴射条件調整ステップと、を有することを特徴とする。【００１２】
上記課題を有利に解決する本発明の溶鉄の脱りん方法は、第二に、
溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて脱りん処理するにあたり、
前記上吹きランスの外殻を貫通して配置された１個以上の吹錬用主孔の入口からメインガスとして前記酸素含有ガスを供給し、
前記吹錬用主孔の内壁面に配置された開口部から、制御用ガス供給路を介して、前記吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを供給する溶鉄の脱りん処理方法であって、
事前に溶鉄上面位置およびスラグ上面位置を測定したうえで、スラグ厚みを算出する初期スラグ厚み算出ステップと、
スラグ上面位置を吹錬時に連続的に測定しスラグ厚みの変動を算出するスラグ厚み変動算出ステップと、
得られた初期スラグ厚みとスラグ厚みの変動とを用いて、前記上吹きランスから噴射する前記酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整する噴射条件調整ステップと、を有することを特徴とする。【００１３】
なお、本発明にかかる溶鉄の脱りん方法は、
ａ．前記上吹きランスから噴射された前記酸素含有ガスが溶鉄上のスラグを貫通し、溶鉄上面に達していること、
ｂ．前記スラグを貫通した前記酸素含有ガスによる前記溶鉄の凹み深さが前記スラグ厚みの１０％未満であること、
ｃ．前記上吹きランスの噴射条件の調整が制御用ガス供給圧力とメインガス供給圧力との比の調整であること、
ｄ．前記上吹きランスの噴射条件の調整が制御用ガス流量とメインガス流量との比の調整であること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上底吹き転炉を用いて、溶鉄の脱りん処理を施す際に、上吹きランスからの酸素含有ガスの噴射条件を適切に、特に、上吹き酸素噴流が溶鉄に接触している環境を保ちつつ吹錬を行うことで、安定的にスラグメタル界面へ酸化鉄（ＦｅＯ）を供給することが可能となり、反応に寄与しない酸化鉄（ＦｅＯ）をスラグ中へ過剰に蓄積することもなくなるため、スロッピングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶鉄の脱りん方法に用いる上吹きランスの先端断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る溶鉄の脱りん方法を概念的に示す装置断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の、溶鉄の脱りん方法について、図面に示す好適例を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶鉄の脱りん方法に用いるのに好適な転炉用上吹きランス１の先端の縦断面を示す模式図である。なお、図１では、上吹きランス１の下端部を示している。上吹きランス１は、貯気槽３４内の酸素含有ガスを反応容器内湯面に向かって噴射する吹錬用主孔３を１個以上備えており、吹錬用主孔３内に制御用ガスを噴出させるためにそれぞれの吹錬用主孔３の内壁面に配置された開口部４１を有する制御用ガス供給路４を備えている。この制御用ガスは、吹錬用主孔３の軸心に向かって噴出させるように開口部４１が構成されている。上吹きランス１は、冷却水循環路２を有している。図１の例では、吹錬用主孔３は、２個の円錐台を組み合わせたつづみ状に形成されている。最も断面積が小さくなる吹錬用主孔３の絞り部３２の内壁面に、開口部４１が構成されている。この吹錬用主孔３の形状は、いわゆるラバールノズルである。なお、吹錬用主孔３に供給する酸素含有ガスは、例えば酸素ガスを用い、制御用ガスは、酸素含有ガスと同一のガスでもよいし、窒素ガスのような不活性ガスでもよい。
【００１７】
本発明に用いる上吹きランスでは、図１に示すような上吹きランスのノズル（吹錬用主孔３）内において、主流の進行方向に対して、別方向から制御ガスを主流に衝突させることにより、主流の流路を変更し、流速を制御するものである。本来主流が流れる流路はノズルの断面全体であるが、制御ガスを導入した場合は主流が制御ガス流を避けて流れるために、主流の流路断面積が制限されることとなる。
【００１８】
その原理は、流体現象を利用した素子のひとつである流体素子利用したものである。流体素子とは、噴流と側壁との干渉効果、噴流と噴流との衝突効果、渦により生じる流体現象、噴流自体の流速変動による効果によって得られる機能を利用する素子の総称であり、流体力学の分野で研究されている。例えば、噴流の流路の出口付近に、噴流と直角方向に制御用流体の供給口を配した形をとる。制御用流体の供給口から噴流へ流体を導入すると、制御用流体により噴流が縮流されて、噴流の一部の断面積が小さくなり、直線状の流路（ストレートノズル）であってもラバールノズルの流路であるような挙動を示す。これにより、吹錬用主孔３の出口３１で、吹錬用主孔３からの噴射ガス（メインの酸素含有ガスと制御用ガスの混合ガス）の流速が上昇する。流体素子は機械的可動部を必要としないところに利点がある。なお、図１に示すように吹錬用主孔に絞り部３２を設けてラバールノズルとする場合には、開口部４１を絞り部３２近傍に配置することが好ましい。また、吹錬用主孔３を管径が一定の円筒状のストレートノズルとする場合には、開口部４１は、吹錬用主孔３の出口３１から、管径の０．５〜２．５倍だけ奥まった内壁に配置することが好ましい。
【００１９】
本発明に用いる制御用ガス供給路４の開口部４１形状は、吹錬用主孔３の内壁面を平面に展開したときに、円形の丸孔や楕円形の楕円孔、多角形の多角形孔、全周スリット、部分スリットなどが好適に用いることができる。制御用ガス供給路４の開口部４１は、円周方向に略等間隔に設けるか、または、スリット状とすることが好ましい。吹錬用主孔３の内壁面の円周方向長さのうち、制御用ガス供給路４の開口部４１の占める合計長さが２５％以上であることが好ましい。なお、上記の「円周方向に略等間隔」とは、それぞれの隣接する開口部４１同士の円周方向中心位置の距離Ｓが、全ての隣接する開口部４１同士の円周方向中心位置の距離の平均値ＳＡＶＥに対して±２０％以内に収まっているという意味である。上記開口部４１の占める合計長さが２５％未満の場合は、主流の酸素含有ガスの縮流効果が小さく、噴射ガスの流速上昇効果が充分でなくなるおそれがある。
【００２０】
図２は、上記上吹きランス１を用いて、本発明に係る溶鉄の脱りん方法を実施する概念を示す転炉の断面図である。転炉型容器５内に、溶鉄６とスラグ７が装入されており、吹錬中は、底吹き羽口１１から撹拌用のガスを吹き込みながら、上吹きランス１から酸素含有ガスを上吹き噴流８として吹き付ける。上吹きランス１には、吹錬用主孔３にメインガスを供給するためのメインガス配管９と制御用ガス供給路４を介して吹錬用主孔３内の開口部４１から制御用ガスを供給するための制御用ガス配管１０を有している。吹錬中は、スラグ７はフォーミングしている。
【００２１】
本発明では、スラグ７のフォーミング高さ、つまり、スラグの厚みを判定し、上吹きランス１の溶鉄上面からランス先端までの距離（ランス高さ）を変えることなく、上記制御用ガスの流量または供給圧力を制御して、上吹き噴流８の噴射流速を適切な範囲とし、上吹き噴流８がスラグ層を貫通して溶鉄に接触することで効率よく溶鉄を脱りん処理するものである。
【００２２】
ここで、フォーミングしたスラグ７の高さＨＳ０の測定には、マイクロ波レベル計を用いることができる。また、溶鉄６の高さＨＭ０はサブランスにより測定することができる。そして、スラグ厚みＤＳは、測定したフォーミングスラグの高さＨＳ０から溶鉄高さＨＭ０を差し引いた値を採用する。吹錬時には、脱りん剤の添加により、動的にスラグ厚みＤＳが変わるが、随時スラグの上面高さＨＳを測定する方法や、物質収支および事前に把握したスラグの嵩密度によりスラグ厚みＤＳを推定する方法を採用することができる。
【００２３】
本発明の第１の実施形態では、吹錬時に溶鉄上にあるスラグの任意の上面位置を、例えばマイクロ波レベル計により連続的に、または、間欠的に測定する（上面位置測定ステップ）。次いで、サブランスプローブを用い測定した溶鉄上面位置と、後述する上吹きランスからの酸素含有ガスの噴射によるスラグ上面凹み深さを有する表面形状を、数値計算や実験により求めておき、先に実測したスラグ上面位置を用いて平均したスラグ上面位置との差をスラグ厚みとして算出する（スラグ上面偏差算出ステップ）。得られたスラグ厚みを用いて、上吹きランスの高さを変えることなく、吹錬用主孔内の制御用ガスの圧力や流量を制御することで酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整し、上記理想的な表面形状とする（噴射条件調整ステップ）。
【００２４】
吹錬中の表面凹み深さＬＳは、たとえば、下記の数式（２）に数式（３）を組み合わせて計算できる。表面凹みは上吹き噴流８により、スラグや溶鉄が押し分けられて形成されるものである。上吹き噴流８がスラグ７を貫通するまでは、スラグの凹みとして形成する。一方、上吹き噴流８がスラグ７を貫通した後は、溶鉄の凹みとして形成する。
ＬＳ＝Ｌｈ・ｅｘｐ（−０．７８ｈ／Ｌｈ）  ・・・（２）
Ｌｈ＝６３×（ρＳ／ρＭ）−１／３×（ＦＯ２／ｎ／ｄｔ）２/３・・・  （３）
ここで、ＬＳ ：酸素ジェットによる凹み深さであり、精錬開始前のスラグ上面から表面凹みの底までの垂直距離とする（ｍ）、
ｈ  ：ランス先端から精錬開始前のスラグ上面までの垂直距離（ｍ）、
Ｌｈ：ｈ＝０のときの表面凹み深さ（ｍ）、
ρＳ：フォーミングスラグの嵩密度（たとえば、２００ｋｇ／ｍ３）、
ρＭ：溶鉄（溶銑）の密度（たとえば、６９００ｋｇ／ｍ３）、
ＦＯ２：上吹き総酸素流量（メインガス流量と制御用ガス流量の和）（Ｎｍ３／ｈ）、
ｎ  ：上吹きランス１のノズル孔数(−)、
ｄｔ：上吹きランス１のノズルスロート（吹錬用主孔絞り部３２）直径（ｍ） 
を表す。
【００２５】
数式（２）における表面凹み深さＬＳが、スラグの厚みＤＳ以上であれば、上吹き噴流８は、スラグ７を貫通し、溶鉄６に到達しているものと判断できる。
【００２６】
なお、表面凹み深さＬＳの算出方法に関しては、ほかに特開２０１５−１０１７３４号公報にて報告されている以下の数式（４）など種々存在し、それらの式の中から使用する状況に適したものを選択し使用するものとする。
Ｖｄｔ＝０．７３（ＬＳ＋ｈ）ＬＳ１／２  ・・・（４）
但し、Ｖ：ノズル先端での噴射速度の鉛直成分（ｍ／ｓ）
【００２７】
本実施形態では、たとえば、上記数式（２）により、吹錬中の表面凹み深さＬＳを算出するにあたり、まず、スラグの任意の上面位置測定点１２をマイクロ波レベル計などで計測する。そして、処理前に測定した溶鉄高さＨＭ０や、吹錬中に測定したスラグ高さＨＳ０、上吹きランスの先端高さＨＬ、物質収支から求めたスラグ量、スラグ組成と温度、および上述の組成、温度、スラグ量より推量されるスラグの嵩密度などの操業条件から、スラグ厚みＤＳの算出に加えて、上吹きランスより噴出される酸素含有ガスによるスラグ上面の凹み深さＬＳを算出し、算出結果として、スラグ上面の凹み深さＬＳがスラグ厚みＤＳの１１０％を超えている場合には、上吹きランスから噴射する酸素含有ガスのメインガスと制御用ガスの圧力比や流量比を調整し、上記数式（２）および（３）により算出されるスラグ上面凹み深さＬＳがスラグ層を貫通し溶鉄へ達する値以上、かつ、スラグを貫通した酸素含有ガスによる溶鉄の凹み深さＬＭがスラグの厚みの１０％を超過せぬように調整する。ここで、上記数式（３）中の上吹きランス１のノズルスロート直径ｄｔは、制御用ガスによって制限された、吹錬用主孔絞り部３２の見かけの円相当直径とする。また、ＬＳ＞ＤＳのとき、ＬＭ＝ＬＳ−ＤＳで計算する。
【００２８】
本発明の第２の実施形態では、まず、事前に溶鉄上面位置およびスラグ上面位置を、先の方法などで測定したうえで、初期のスラグ厚みを算出する（スラグ厚み算出ステップ）。次に、吹錬時の表面高さの変化をμ波レベル計等利用し計測すると同時に吹錬中の物質収支、例えば、操業因子である脱りん用フラックスの吹き込み量や排ガス分析値等から算出される酸化鉄の発生量を把握し、スラグの見かけの嵩比重を算出し、ダスト発生等よるマイクロ波レベル計によるスラグレベル検知が困難な際のバックアップとする（スラグ厚み変動算出ステップ）。そして、得られた初期スラグ厚みと動的スラグ厚みの変動とを用いて、第１の実施形態と同様に、上吹きランスから噴射する酸素含有ガスのノズル先端での噴射速度の鉛直成分Ｖがスラグ層を貫通し溶鉄へ達する値以上、かつ、スラグを貫通した酸素含有ガスによる溶鉄の凹み深さＬＭがスラグの厚みの１０％を超過せぬよう調整する（噴射条件調整ステップ）。
【００２９】
本発明では、上吹きランスから噴射された酸素含有ガスが溶鉄上のスラグを貫通し、溶鉄上面に達していることが望ましい。その理由は、上吹き酸素噴流がスラグを貫通し溶鉄と接触することで、噴流の接触箇所、つまり、スラグ−メタル界面にて、酸化鉄（ＦｅＯ）が生成され、反応式（１）の脱りん反応が促進される。前述したように、上底吹き転炉で脱りん処理する場合には、酸素含有ガスの噴流がスラグを貫通しない条件で吹錬を行うと、酸素がスラグ−メタル界面に到達せず、溶鉄の脱りん反応に寄与しない酸化鉄（ＦｅＯ）のみが過剰にスラグ内に蓄積し、脱りん効率が低位になるばかりでなく、スロッピングの要因にもなるからである。一方で、上吹き酸素噴流を、スラグを貫通するのに必要な強さ以上に強くすると、溶鉄面から吸収された酸素が酸化鉄（ＦｅＯ）を形成し、上吹き酸素噴流で溶鉄面が攪拌されることで、この酸化鉄は脱炭反応に消費されてしまい、脱りん酸素効率が低下してしまうおそれがある。そのため、上吹き酸素噴流による表面凹み深さＬＳは、ちょうどスラグを貫通する程度に設定することが望ましい。スラグを貫通した酸素含有ガスによる溶鉄の凹み深さＬＭがスラグ厚みの１０％未満であることが好ましい。
【００３０】
本発明では、上記数式（２）や（３）の要素のうち、ランス高さに係るｈや総酸素流量ＦＯ２を変えることなく、ノズルの形状因子ｄｔを制御することを見出した。例えば、本発明の一実施形態に係る図１に示す形状の上吹きランス１を用い、吹錬用主孔３の絞り部３２に設けた開口部４１から、制御用ガスを吹き込むことで、上述の流体素子を構成し、見かけの吹錬用主孔３の絞り部３２形状をダイナミックに変更することを実現している。なお、メインガス供給圧力Ｐｍと制御用ガス供給圧力Ｐａとの比およびノズルスロート部の見かけの円相当直径ｄｔの関係は下記数式（５）で表されることを実験的に求めている。
ｄｔ＝ｄｔ０（−０．０９（Ｐａ／Ｐｍ）＋１）  ・・・（５）
但し、ｄｔ0：開口部位置の吹錬用主孔の直径（ｍｍ）、
Ｐａ：制御ガス供給圧力（ゲージ圧）、
Ｐｍ：メインガス供給圧力（ゲージ圧）
を表す。
また、実際に圧力を制御する際の操作因子は流量である。数式（５）を流量に関して整理すると以下の数式（５’）となる。
ｄｔ＝ｄｔ０（−０．０９（Ａm0・Ｑａ）／（ＡaＱｍ）＋１）  ・・・（５’）
但し、Ｑａ：制御ガス流量、
Ｑｍ：メインガス流量、
Ａm0：開口部位置の吹錬用主孔断面積(ｍｍ２)、
Ａa：制御用ガス供給のための開口部断面積(ｍｍ２)
を表す。
上記数式（５）（５’）からわかるように圧力比での制御と流量比での制御は等価であり、本発明を実施する際は圧力比で制御してもよいし、流量比で制御してもよい。
【００３１】
本実施形態では、制御ガス供給圧力とメインガス供給圧力の比：Ｐａ／Ｐｍ、または、制御用ガス流量とメインガス流量の比：Ｑａ／Ｑｍを操作しノズルスロート部見かけの円相当直径ｄｔを変動させることを実現している。その結果、ランス高さに係るｈを一定のまま、総酸素流量ＦＯ２を変えることなく、表面凹み深さＬＳを制御することができる。つまり、火点面積を減じることなく表面凹み深さＬＳを制御し、上吹き酸素噴流８がスラグ７を貫通することを実現しうるのである。
【実施例】
【００３２】
＜実施例１＞
本発明の溶鉄の脱りん方法により、効率的に脱りん処理を行う第１の実施形態の一例として上底吹き転炉を利用し、溶銑へ上吹きランスを利用して酸素を吹き付け溶銑中のりんを除去する転炉脱りん処理実機試験を行った。溶銑量２８３．８トン、スクラップ３６．２トン、底吹きガス流量２４００Ｎｍ３／ｈ、上吹きランスの吹錬用主孔の数５孔、出口径０．０７１ｍ、スロート径０．０７１ｍ、開口部形状は開き幅５．４ｍｍの全周スリット状、処理前Ｐ濃度は０．１２５ｍａｓｓ％であった。炉口からマイクロ波レベル計により、中心から２／３半径位置のスラグ上面位置の高さを測定した。吹錬開始前の溶鉄高さＨＭ０は、事前にサブランスにより測定した。吹錬中には、脱りんフラックスを溶銑当たり１０ｋｇ／ｔ吹き込んだ。これはスラグの総量を１０％増加させることに相当する。【００３３】
処理前に測定した溶鉄高さＨＭ０と、マイクロ波レベル計を用い測定したスラグ高さＨＳ０から求めた、初期のスラグ厚みＤＳは３．４０ｍであった。
数式（２）および（３）を基に、表面くぼみ深さＬＳが３．４５ｍになるように、ランス高さおよび送酸量を調整して脱りん吹錬を開始した。ここで、表面くぼみ深さＬＳとスラグ厚みＤＳとの比ＬＳ／ＤＳ×１００＝１０１．５％と上吹き噴流が溶鉄に接触している条件となっている。
脱りん吹錬中にマイクロ波レベル計を用い連続的にスラグ上面高さを測定し、１０秒間の平均を、スラグ表面高さの代表値とした。吹錬中には脱りんフラックスの吹込みにより、スラグ量が増量し、スラグ表面高さが増加した。【００３４】
上吹き噴流がスラグを貫通するようにするために、数式（５）に従い、制御用ガスの圧力比を０．００から０．５０に増加させたところ、溶鉄表面からのスラグ表面までの距離、スラグ層の厚みＤＳに対する表面凹み深さＬＳの比ＬＳ／ＤＳが１０１．５％となり同等とすることができた。
本発明法として、吹錬の初期から終了までＬＳ／ＤＳ×１００＝１０１．５％を維持するように制御用ガス比を調整して吹錬した場合には、初期溶鉄のＰ濃度［ｍａｓｓ％］と吹錬終了後の溶鉄のＰ濃度［ｍａｓｓ％］との差である脱りん量ΔＰが０．１１５ｍａｓｓ％であった。
一方、スラグ量の増量に伴って、上吹き噴流が溶鉄に到達しない条件で吹錬した場合には、同じ総送酸量であっても、脱りん量ΔＰが０．０６８ｍａｓｓ％に留まった。【００３５】
＜実施例２＞
本発明の溶鉄の脱りん方法により、効率的に脱りん処理を行う第２の実施形態の一例として上底吹き転炉を利用し、溶銑へ上吹きランスを利用して酸素を吹き付け溶銑中のりんを除去する転炉脱りん処理実機試験を行った。溶銑量２８３．８トン、スクラップ３６．２トン、底吹きガス流量２４００Ｎｍ３／ｈ、上吹きランスの吹錬用主孔の数５、出口径０．０７１ｍ、スロート径０．０７１ｍ、開口部形状は開き幅５．４ｍｍの全周スリット状、処理前Ｐ濃度０．１２０〜０．１２５ｍａｓｓ％であった。
実機脱りん炉において、制御用ガスの供給圧力とメインガス供給圧力との比を制御して、表面凹み深さＬＳを数式（２）で算出し、他方、操業条件、例えば初期スラグ量や脱燐フラックス吹き込み量、スラグ組成やスラグ温度から求まるスラグの嵩密度などから動的なスラグ高さＤＳを算出し、上吹き噴流のスラグ貫通有無を管理しながら操業を行った結果を表１に示す。表１に示す表面凹み深さＬＳおよびスラグ高さＤＳは、吹錬終了時の値を示す。
なお表１における脱りん量ΔＰ［ｍａｓｓ％］は、実施例１と同じである。【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１において、処理Ｎｏ．１〜５は、全て、数式（２）で算出した表面凹み深さＬＳが、実測値から算出したスラグ厚みＤＳより大きくなるように、制御用ガス圧力を調整しながら吹錬した。一方、処理Ｎｏ．６〜８は制御用ガスを供給していない。処理Ｎｏ．６は表面凹み深さＬＳおよびスラグ厚みＤＳは処理Ｎｏ．１と同様となるようにランス高さを減じることで対応した。処理Ｎｏ．７および８はどちらも数式（２）で算出した表面凹み深さＬＳが、実測値から算出したスラグ厚みＤＳより小さくなる条件で吹錬した。【００３８】
上吹き酸素噴流がスラグを貫通するように制御している処理Ｎｏ．１〜５は、上吹き酸素噴流がスラグを貫通しないように制御していた処理Ｎｏ．７および８と比べ脱りん量ΔＰが高位であり、上吹き酸素噴流がスラグを貫通することが上底吹き転炉における脱りん反応の促進において重要であることがわかる。
また、スラグ厚みＤＳに対する表面凹み深さＬＳが同程度である処理Ｎｏ．１および６を比較すると、処理Ｎｏ．１の方が脱りん量ΔＰが高位である。これは、吹錬用主孔内に制御ガスを供給し、ランス高さを減じることなく火点面積を保持したまま表面凹み深さＬＳを制御したことによるものと考えられる。さらに、スラグ厚みＤＳに対する表面凹み深さＬＳがスラグ厚みＤＳの１０％より小さい条件、つまり、溶鉄凹み深さＬＭがスラグ厚みＤＳの１０％未満であるＮｏ．１、３および４では処理Ｎｏ．６を基準として比較した際の脱りん量が優位となっており、一方で溶鉄凹み深さＬＭがスラグ厚みの１０％以上である処理Ｎｏ．２および５は処理Ｎｏ．６と同程度か、劣っている。したがって、表面凹みを過剰に深くすることは脱りん反応の促進効果を減殺してしまうおそれがあることを示している。【００３９】
＜実施例３＞
実施例２と同様の装置を用い、上吹きランスに供給する制御用ガスとメインガスの流量比Ｑａ／Ｑｍを変更して操業を行った結果を表２に示す。溶銑量２８３．８トン、スクラップ３６．２トン、底吹きガス流量２４００Ｎｍ３／ｈ、上吹きランスの吹錬用主孔の数５、出口径０．０７１ｍ、スロート径０．０７１ｍ、開口部形状は開き幅５．４ｍｍの全周スリット状、処理前Ｐ濃度  ０．１２０〜０．１２５ｍａｓｓ％であった。実機脱りん炉において、制御用ガスの供給流量とメインガス供給流量との比を制御して、表面凹み深さＬＳを数式（２）および（５’）で算出し、他方、操業条件、例えば初期スラグ量や脱燐フラックス吹き込み量、スラグ組成やスラグ温度から求まるスラグの嵩密度などから動的なスラグ高さＤＳを算出し、上吹き噴流のスラグ貫通有無を管理しながら操業を行った結果を表２に示す。表２に示す表面凹み深さＬＳおよびスラグ高さＤＳは、吹錬終了時の値を示す。【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２において、処理Ｎｏ．９〜１１は、全て、数式（２）で算出した表面凹み深さＬＳが、実測値から算出したスラグ厚みＤＳより大きくなるように、制御用ガス流量を調整しながら吹錬した。一方、処理Ｎｏ．１２は制御用ガスの供給量を減じ、表面凹み深さＬＳをスラグ厚みＤＳ以下となるよう吹錬した。【００４２】
上吹き酸素噴流がスラグを貫通するように制御している処理Ｎｏ．９〜１１は、上吹き酸素噴流がスラグを貫通しないように制御していた処理Ｎｏ．１２と比べ脱りん量ΔＰが高位であり、実施例２と同様の傾向となった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は上記実施例の範囲に限られるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で適宜変更することが可能である。溶鉄としては、溶銑に限られず、マンガン溶鉄やクロム溶鉄などの合金溶鉄へも適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  上吹きランス
２  冷却水循環路
３  吹錬用主孔
３１  吹錬用主孔出口
３２  吹錬用主孔絞り部
３３  吹錬用主孔入口
３４  貯気槽
４  制御用ガス供給路
４１  開口部
５  転炉型容器
６  溶鉄
７  スラグ
８  上吹き噴流
９  メインガス配管
１０  制御用ガス配管
１１  底吹き羽口
１２  スラグ上面位置測定点
【要約】
上底吹き転炉を用いた効率的な脱りん処理方法を提案する。溶鉄とスラグとが装入された上底吹き転炉を用い、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けるにあたり、吹錬用主孔の入口からメインガスとして酸素含有ガスを供給し、開口部から、制御用ガス供給路を介して、吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを供給する溶鉄の脱りん処理方法であって、事前に溶鉄上面位置を測定したうえで、スラグの任意の上面位置を連続的もしくは間欠的に測定するスラグ上面位置測定ステップと、測定された溶鉄およびスラグの上面位置の差であるスラグ厚みを算出するスラグ上面偏差算出ステップと、得られたスラグ厚みを用いて、上吹きランスから噴射する酸素含有ガスの噴射条件を好適な範囲に調整する噴射条件調整ステップとを有する。スラグ厚みと表面凹み深さを比較して上吹き噴射条件を調整する。【図１】
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【図２】
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