(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けることを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法。
【請求項２】
高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、固体酸素源を溶銑中に添加したのちあるいは添加と同時に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けることを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法。
【請求項３】
高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けたのち、固体酸素源を溶銑中に添加することを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法。
【請求項４】
前記酸素ガスを、下記（１）式で定義されるＦg 値が３０００を超え３００００以下の条件で、吹き付けることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の溶銑の予備脱珪処理方法。
記
Ｆg ＝ρg ・ｖg 2     ……………(1)
ここで、ρg ：酸素ガス密度（kg/m3 ）
ｖg ：酸素ガスの速度（ｍ／ｓ）
【請求項５】
前記酸素ガスを、下記（１）式で定義されるＦg 値が３００００を超える条件で、吹き付けることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の溶銑の予備脱珪処理方法。
記
Ｆg ＝ρg ・ｖg 2     ……………(1)
ここで、ρg ：酸素ガス密度（kg/m3 ）
ｖg ：酸素ガスの速度（ｍ／ｓ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉から出銑される溶銑の予備処理方法に関し、とくに溶銑の脱珪処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から出銑された溶銑は、その成分組成や生産鋼種に応じて、いろいろの予備処理が施されている。溶銑に含まれている元素の中には、次工程の製鋼工程における精錬効率や鋼の品質に大きな影響を及ぼすものがあり、溶銑段階で除去しておく必要があるものがある。特に、脱珪処理は、あとに続く脱燐処理の効率を高めるために、必須である。脱燐処理や脱硫処理では、溶銑に対し目的に応じたフラックスを吹込むので、処理により温度が低下する。処理開始前の溶銑温度が低いと、脱燐や脱硫処理が完了する前に温度の下限値に達してしまい、十分な処理ができない。したがって脱珪と同様に溶銑温度も重要である。脱珪処理は、通常、高炉鋳床で行われる。例えば、鉄と鋼，７１（１９８５），Ｓ９１５．には、樋を流れる溶銑上に酸化鉄を投射する脱珪方法が示されている。また、鉄と鋼，６８（１９８２），Ｓ９４９．には、樋を流れる溶銑上に酸化鉄を投入し、さらに、溶銑の自然落下エネルギーを利用して反応させる脱珪方法が示されている。
【０００３】
しかしながら、これらの方法では、酸化鉄を用いているため、スラグフォーミングが激しく、必要量以上の酸化鉄を溶銑に供給できず、脱珪量が不十分になるという問題があった。また、酸化鉄の分解熱により溶銑温度の低下が大きくなるという問題も生じていた。
また、特公昭５８−２７３２２号公報には、高炉鋳床場を流下する溶銑に転炉滓を添加すると同時に気体酸素を吹き付け、脱珪する方法が示されている。さらに、特開昭５５−１５４５１６号公報には、高炉鋳床に精錬槽を設置し、該精錬槽内で脱珪剤とともに空気または酸素を吹き込み脱珪する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では、出銑樋上あるいは鋳床上に設けた槽内で気体酸素を吹き付けるため、容器の底や樋へ酸素が到達することや、溶銑上で発生するＣＯガスと酸素が発熱反応を起こし、吹き付けた酸素量当たりの脱珪量が高くないという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐火物に特に大きな損耗を与えることなく、かつ溶銑温度の低下の小さい効率的な溶銑の予備脱珪処理を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けることを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法であり、また本発明は、高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、固体酸素源を溶銑中に添加したのちあるいは添加と同時に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けることを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法であり、さらに、高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けたのち、固体酸素源を溶銑中に添加することを特徴とする溶銑の予備脱珪処理方法である。また、本発明は、前記酸素ガスを、下記（１）式で定義されるＦg 値が３０００を超え３００００以下の条件で、吹き付けることが好ましく、また、前記酸素ガスを、下記（１）式で定義されるＦg 値が３００００を超える条件で、吹き付けるとさらに好ましい。なお、Ｆg ＝ρg ・ｖg 2 ………(1) 、ここで、ρg ：酸素ガス密度（kg/m3 ）、ｖg ：酸素ガスの速度（ｍ／ｓ）である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するときに用いる溶銑の予備脱珪処理装置の一例を図１に示す。溶銑１は出銑樋２を通って傾注樋３からトピードカー４へ落下する。本発明では、出銑樋２から傾注樋３へ溶銑が落下するときの落下流５へ、および／または傾注樋３からトピードカー４へ溶銑が落下するときの落下流５へ、吹き付けノズル６から酸素ガス７を吹き付ける。吹き付けられた酸素ガスは、溶銑表面あるいは溶銑中でＳｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｆｅと次のような反応を起こす。
Ｓｉ  ＋  １／２Ｏ2 →  （ＳｉＯ2 ）      ………(2)
Ｍｎ  ＋  １／２Ｏ2 →  （ＭｎＯ）        ………(3)
Ｃ    ＋  １／２Ｏ2 →    ＣＯ            ………(4)
Ｆｅ  ＋  １／２Ｏ2 →  （ＦｅＯ）        ………(5)
また、（５）式で発生したＦｅＯは、トピードカー４内に落下したのち、攪拌流に巻き込まれ、さらに、つぎの（６）、（７）、（８）の反応が起こり、脱珪、または脱炭反応が進行する。
Ｓｉ  ＋  ＦｅＯ    →  （ＳｉＯ2 ）＋２Ｆｅ    ………(6)
Ｍｎ  ＋  ＦｅＯ    →  （ＭｎＯ）  ＋  Ｆｅ    ………(7)
Ｃ    ＋  ＦｅＯ    →    ＣＯ      ＋  Ｆｅ    ………(8)
これらの反応により、溶銑中のＳｉ、Ｍｎは低下する。
【０００７】
溶銑表面で反応しない酸素ガスの一部は、発生したＣＯガスと反応してＣＯ2 を生じる。残りの酸素ガスは反応に寄与しない。このようにして、発生した高温のガスは、直接耐火物に接触することがないので、耐火物に大きな損耗を引き起こさない。
従来から行われている固体酸素源のみを用いた脱珪処理では、（６）〜（８）の反応が起こるが、酸化鉄の分解反応（（ＦｅＯ）→Ｆｅ＋Ｏ）の反応が吸熱反応であるために、溶銑温度の低下が大きくなる。さらに固体酸素源の顕熱分の溶銑温度の低下が起こる。
【０００８】
一方、酸素ガスを用いた場合の（２）〜（５）は発熱反応であり、顕熱も小さいことから、溶銑温度の低下は起こらず、むしろ処理の前後で溶銑温度が上昇する。
本発明では、落下流に吹き付けるので、溶銑単位体積当たりの比表面積が大きくなり、酸素との反応界面積が増加し、脱珪量も増し、酸素の利用効率が高くなる。さらに、落下流への酸素ガスの吹き付けの強さを強くするにつれ、落下流が乱れて反応界面積が大きくなり、脱珪量が増す。
【０００９】
溶銑表面の乱れの程度は、酸素ガスが溶銑表面に当たる部分における『酸素ガスの慣性力』と『溶銑の慣性力』の比、すなわち、
Ｐ＝（ρg ・ｖg 2 ）／（ρM ・ｖM 2 ）    ………(9)
で定義されるＰ値で表される。ここに、ρg ：酸素ガスの密度（kg/m3 ）、ｖg ：酸素ガスの速度（ｍ／ｓ）、ρM ：溶銑の密度（kg/m3 ）、ｖM ：溶銑の速度（ｍ／ｓ）である。溶銑流量が一定ならば、（９）式のＰ値、すなわち、酸素ガス吹き付けの程度による溶銑表面の乱れは、ρg ・ｖg 2 の変化に依存する。そこで、Ｆg ＝ρg ・ｖg 2 と定義した。
【００１０】
次に、溶銑流量を一定にし、溶銑の落下流に吹き付ける酸素ガスにつき、酸素流量、吹き付けノズルの形状（スリットあるいは円形）、ノズル先端と溶銑表面間の距離を変化させ、Ｆg 値を変えて、溶銑の脱珪量を求めた。その結果を図２に示す。脱珪量は、次の（10）式で定義する、脱珪酸素効率で評価した。
ηSi0 （％）＝〔脱珪量（％）×１０００（ｋｇ／ｔ・ｐ）×２２．４（ｋｍｏｌ／Ｎｍ3)／２８（ｋｇ／ｋｍｏｌ）〕／酸素ガス原単位（Ｎｍ3 ／ｔ・ｐ）………(10)
なお、ρg は、ρg ＝１．４３（ｋｇ／Ｎｍ3 ）×〔ガス温度（Ｋ）／２７３〕、ガス温度は１００℃を用いた。ｖg は、ノズル吐出後の広がりにより速度分布をもつが、ここでは、ノズルの中心軸上の速度で代表した。なお、ノズルの形状によるガス速度は、文献（石垣  博：日本機械学会論文集（Ｂ編），４８，４３３，Ｐ１６９２）に記載された式、
スリットノズルでは、
ｖg ＝√（λ／０．１５８×ｄ／ｘ）×ｖg0、  λ＝０．９    ………(11)
円形ノズルでは、
ｖg ＝√（λ）／０．１５３×ｄ／ｘ×ｖg0、  λ＝０．９    ………(12)
を用いて計算した。ここに、ｄ：スリットノズルの幅（ｍ）、または、ノズル直径（ｍ）、ｘ：ノズル先端〜溶銑表面間距離（ｍ）、ｖg0：酸素ガスのノズル吐出速度（ｍ／ｓ）。
【００１１】
図２から、Ｆg 値が３０００、および３００００を超えると、ηSi0 が飛躍的に向上することがわかる。
Ｆg 値が３０００を超えると、溶銑表面が乱れて液滴を生成しはじめる。このため、反応界面積が一段と大きくなり、ηSi0 が向上する。脱珪酸素効率を高めるためには、酸素ガスの吹き付けを強くすれば良い。すなわち、Ｆg 値が３０００を超える酸素ガスの吹き付けを行うことにより、ηSi0 を１０％以上とすることができる。
【００１２】
Ｆg 値が３００００を超えると、溶銑落下流全体が液滴状になる。このため、反応界面積がさらに大きくなり、ηSi0 がさらに向上する。脱珪酸素効率をさらに高めるためには、Ｆg 値が３００００を超える酸素ガスの吹き付けを行うのがより望ましい。
酸素ガス吹き付け方法は、とくに限定しないが、図３に示したような単孔ノズル、多孔ノズル、スリットノズルや、図４に示した落下流を囲むようなノズルで吹き付けてもよい。ノズル孔は下向きの角度に開孔していることが望ましい。その角度は30〜70°が好ましい。
【００１３】
ノズルと溶銑落下流間の距離は、酸素の流量、ノズルの形状により変化させる必要があり、（１）式で定義したＦg 値の設定によっても変化させる必要があるが、溶銑に有効に吹き付けるためには、0.3 〜1.0 ｍが好ましい。
スリットノズル、円形ノズル（多孔又は単孔）では、（11）、（12）式に示したように、吹出した酸素の速度の減衰特性が異なるため、低Ｆg 域ではスリットノズルが、高Ｆg 域では円形ノズルが好ましい。
【００１４】
スリットノズルのスリット幅、長さや円形ノズルの孔数、孔径も、Ｆg 値の設定により決定すれば良い。
ノズルの形状は上記に限定されない。また、落下流の高さ方向にノズルを複数個設置してもよい。
いままでは、傾注樋からトピードカーへの溶銑落下流へ酸素ガスを吹き付けた例を説明したが、酸素ガスの吹き付け位置はこれに限定されるものではない。例えば、傾注樋を用いないで、出銑樋から直接トピードカー等の受銑容器へ落下する場合でも、その溶銑落下流へ酸素ガスを吹き付けてもよい。さらに、溶銑出銑樋から傾注樋への落下流へ酸素を吹き付けても、同様の効果が得られる。
【００１５】
更に、本発明では、溶銑落下流に酸素ガス（気体酸素）を吹き付けることに加えて、溶銑流に固体酸素源を添加してもよい。溶銑流に添加できる固体酸素源は、酸化鉄、砂鉄、鉄鉱石粉、ミルスケール、焼結粉、焼結工場や高炉で発生する集塵ダストが好ましい。添加する時期は、高炉から出銑した溶銑を受銑容器に受けるまでの間のどの時期でもよい。すなわち、固体酸素源を溶銑中に添加したのちあるいは添加と同時に、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けるか、あるいは溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けたのち、固体酸素源を溶銑中に添加してもよい。固体酸素源は、出銑樋、傾注樋あるいは受銑容器などで、脱珪剤供給ノズル10から溶銑流にインジェクションするか、上置きするか、溶銑流に効果的に供給できればどちらでもよい。しかし、１５ｋｇ／ｔ〜２０ｋｇ／ｔを超えて投入するとスラグフォーミングが激しくなるため、それ以下の投入が望ましい。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
図１に示した溶銑１の予備脱珪処理設備を、出銑量８０００ｔ／ｄの高炉の１箇所（溶銑樋と傾注樋間又は傾注樋と受銑容器間）に設置し、出銑速度：約７ｔ／ｍｉｎ、溶銑落下流径：約６０ｍｍの条件で脱珪処理を実施した。傾注樋と受銑容器間で酸素ガスを吹き付けた結果を表１、表２に示す。このとき、使用した酸素ガス吹き付けノズル６は、内径２５０ｍｍの環状ガス管を２分割したもの１対であり、円周方向に６個のノズル孔９を有している。このノズル孔は開口径１５ｍｍで下向き６０°の角度であった。
【００１７】
【表１】
0003774913.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003774913.tif 000003
【００１９】
実施例１、２、３は酸化鉄を用いず、酸素ガスのみで脱珪処理した例である。それぞれ、酸化鉄のみを用いた比較例１、２、３と比較すると、脱珪量（Δ〔Ｓｉ％〕）は実施例の方が若干小さいが、溶銑の温度低下量（ΔＴ（℃））は実施例の方が少ない。
実施例４、５、６は出銑樋で酸化鉄を投入するとともに、傾注樋からの溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けたものである。この場合、比較例１、２、３に比べ温度低下量が小さく、かつ脱珪量、脱珪酸素効率が大きくなった。
【００２０】
実施例７、８では酸素ガスの吹き付けノズルを落下流の上下２段に使用した場合であり、下段の吹き付けノズルからも酸素ガスを吹き付けることにより吹き付けノズル１個の場合よりも脱珪量が多い。
なお、酸化鉄を１５ｋｇ／ｔを超えて投入した場合、トピードカー内でのスラグフォーミングが大きくなり、受銑量を下げざるを得なかった。また、出銑樋あるいは傾注樋において溶銑上に酸素ガスを吹き付けた場合、樋耐火物の損耗が激しく１タップ中、操業を続けることが困難であった。
【００２１】
（実施例２）
ノズルを形状を変化させ、酸素ガスの流速を変えて、他の条件は実施例１と同じ条件で脱珪処理した。結果を表３、表４に示す。
【００２２】
【表３】
0003774913.tif 000004
【００２３】
【表４】
0003774913.tif 000005
【００２４】
酸素ガス流量２０Ｎｍ3 として、ノズル先端〜溶銑落下流間の距離を変化し、実施例９、１０、１１、１３、２０は、吹き付けノズルがスリット型でスリット幅の異なるものを使用し、実施例１２、１４〜１９、２１は、吹き付けノズルを円形孔とし、孔径を変化したノズルを使用した例であり、Ｆg 値が変化している。Ｆg 値が３０００未満の酸素ガス吹き付けの脱珪酸素効率は、従来例に比べ高いが、３０００以上の例に比べ低い。Ｆg 値が３０００を超える範囲では、脱珪酸素効率も１０％以上とたかく、溶銑温度低下量も少ない。さらに、Ｆg 値が３００００を超えると、脱珪酸素効率も１５％以上となり、脱珪酸素効率の向上が著しい。
【００２５】
（実施例３）
酸素ガスを溶銑樋と傾注樋間で吹き付け、その上流の溶銑樋で酸化鉄を供給した場合（実施例22）、酸素ガス吹き付け条件は実施例22と同じで、酸化鉄を下流の傾注樋で供給した場合（実施例23）の結果を表４に示す。出銑速度は実施例１と同じである。いずれの場合にも、酸素ガス使用により、酸化鉄のみを使用した場合（比較例３参照）よりも脱珪量が増加し、温度低下も小さい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明では、溶銑落下流に酸素ガスを吹き付けて予備脱珪処理することにより、耐火物を異常に損耗させることなく、溶銑温度低下量を小さく抑え、脱珪酸素効率が向上し、効率的に脱珪処理することができるようになった。これにより、次工程の脱燐処理において、到達Ｐ濃度の低減、脱燐剤の節約が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するときに用いる溶銑の予備脱珪装置の一例を示す概略説明図である。
【図２】酸素ガスを溶銑落下流に吹き付けたときの脱珪酸素効率におよぼすＦg 値の影響を示す図である。
【図３】本発明に用いる酸素ガスの吹き付けノズルで、（ａ）は単孔ノズル、（ｂ）は多孔ノズル、（ｃ）スリットノズルの１例を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、酸素ガスの吹き付けノズル（円形孔ノズル）の平面図であり、（ｂ）は、その酸素ガス吹き付けノズルの断面図である。
【符号の説明】
１  溶銑
２  出銑樋
３  傾注樋
４  トピードカー
５  落下流
６  吹き付けノズル
７  酸素ガス
８  スラグ
９  ノズル孔
10  脱珪剤（固体酸素源）供給ノズル
【図１】
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【図２】
0003774913.tif 000007
【図３】
0003774913.tif 000008
【図４】
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