(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融鉄の転炉精錬の際に副生した転炉滓を、転炉滓のリン濃度に応じて分別回収し、後の転炉精錬において溶製される溶鋼のリン濃度に適合するリン濃度の分別回収物を、当該後の転炉精錬において造滓剤として選択使用することを特徴とする転炉滓の利用方法。
【請求項２】
前記転炉滓の分別回収に際し、精錬後の転炉滓のリン濃度を、溶融鉄、スクラップ、型鉄および副原料の各重量と各リン濃度、ならびに溶鋼および転炉滓の各重量と各リン濃度から推定し、該推定値に基づいて分別回収することを特徴とする請求項１に記載の転炉滓の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融鉄合金の転炉精錬の際に副生するスラグから回収した転炉滓の造滓剤としての利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融鉄合金の精錬、特に溶銑を転炉によって脱炭精錬して溶鋼とする際に副生するスラグ（以下、転炉滓と記す）の有効利用に関しては、従来より多様な提案がある。例えば、転炉滓を溶銑予備処理時の造滓剤として利用する方法、高炉または焼結原料としてリサイクルする方法（特開平６−２４０３１６号公報）、路盤材として利用する方法（特開平７−１１３２２号公報）、脱リン炉において造滓剤として利用する方法（特開平５−１５６３３８号公報）などが提案されている。
【０００３】
転炉滓を溶銑予備処理時の造滓剤として再利用するには、転炉滓中のリン濃度によっては溶銑への復リンが生じるため、これを防止するために過剰の石灰を使用しなければならない問題があった。
転炉滓を焼結原料としてリサイクルする場合も、燒結鉱が高炉内で還元される際に、転炉滓から導入したリンの酸化物も還元され、溶銑中へリンが濃化する虞があり、上記の場合と同様の問題がある。
転炉滓を路盤材として利用するには、転炉滓に多く含まれる未滓化のＣａＯやＭｇＯが水分を吸収して膨張することを防止するために、エージングなどの処理が必要であり、またエージングを経たとしても使用時の膨張を完全に防止できるものではなかった。
【０００４】
さらに、転炉型炉などの脱リン炉において造滓剤として再利用する方法においても、リンを多量に含有する転炉滓を脱リン処理の造滓剤として使用した場合には、溶銑からの脱リンよりはむしろ造滓剤から溶銑への復リンが生じる本末転倒の虞が起こり得る。
【０００５】
また、転炉滓のリン成分に着目した分別方法として、溶融転炉滓を冷却・昇温などにより、含リン層と含鉄層に分離する方法（特開昭５３−７７８９７号公報など）や遠心分離により五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）濃度の高い部分と鉄、マンガン濃度の高い部分に分離する方法（特開昭５５−１０７７１３号公報）、転炉滓を粉砕し比重差で含リン部分と酸化鉄や石灰含有部分に分離する方法（特開昭５５−１００９１２号公報）などが知られている。
【０００６】
上記のリン成分に着目した分別方法は、鉄源としての含鉄部分からのリン分離が主目的であり、含リン部分のリン濃度分別が目的ではないので、副生するのはチャージ毎の精錬条件に起因するリン濃度のばらつきがある転炉滓である。このような転炉滓を脱リンや転炉精錬などの造滓剤としてそのまま再利用すると、場合によっては、造滓剤から溶銑、溶鋼への復リンが生じる虞があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の課題を解決し、溶融鉄の精錬において副生したスラグ、すなわち転炉滓などを、再度溶融鉄の精錬に利用しても復リンの生じない転炉滓の再利用方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融鉄の転炉精錬の際に副生した転炉滓を、転炉滓のリン濃度に応じて分別回収し、後の転炉精錬において溶製される溶鋼のリン濃度に適合するリン濃度の分別回収物を、当該後の転炉精錬において造滓剤として選択使用することを特徴とする転炉滓の利用方法である。
【０００９】
また、本発明は、前記転炉滓の分別回収に際し、精錬後の転炉滓のリン濃度を、溶融鉄、スクラップ、型銑および副原料の各重量と各リン濃度、ならびに溶鋼および転炉滓の各重量と各リン濃度から推定し、該推定値に基づいて分別回収することを特徴とする請求項１に記載の転炉滓の利用方法である。
【００１０】
本発明の造滓剤の利用方法において、精錬において溶製される溶鋼のリン濃度に適合する回収物のリン濃度は、本発明者の実験によれば下記の通りである。すなわち、極低リン鋼の溶製を目的とする場合には、選択使用する転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で２質量％以下、特に０．５〜１．５質量％とするのが好ましい。また、低リン鋼の溶製を目的とする場合には、選択使用する転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で３質量％以下、特に１．５〜２．５質量％とするのが好ましい。また一般リン鋼の溶製を目的とする場合には、選択使用する転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で５質量％以下、特に２．５〜４．５質量％とするのが好ましい。また高リン鋼の溶製を目的とする場合には、選択使用する転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で７質量％以下、特に４．５〜６．５質量％とするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
溶融鉄の脱炭、脱リンを伴う精錬、例えば転炉精錬において副生したスラグ（転炉滓）のリン濃度は、吹錬条件（溶鉄温度、スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ) 濃度など）により変動する。転炉滓を転炉で造滓剤として再利用する場合、リサイクルして添加した転炉滓のリン濃度が、その精錬で副生する転炉滓のリン濃度よりも低いと、添加した転炉滓は脱リン可能な造滓剤として作用するが、副生する転炉滓のリン濃度よりも高いと、逆に添加した転炉滓が復リン源となり、リン成分上限外れを発生させる虞がある。
【００１２】
そこで、本発明は、転炉滓をその含有するリン濃度に応じて段階的に分別して回収し、その後の転炉精錬で溶製される溶鋼のリン濃度の目標値に応じて、リン成分上限外れを発生させる虞がないような適切なリン濃度の転炉滓を選択して造滓剤として再利用することにより、復リンを防止しようとするものである。
転炉にて溶製される溶鋼は、そのリン濃度によって、０．０２０質量％以上の一般リン鋼と０．０２０質量％未満の低リン鋼（低リン鋼または極低リン鋼）に大別され、さらに、０．０１０質量％未満のものは、特に極低リン鋼に分類されることがある。また、リン濃度が０．０５０質量％以上のものを高リン鋼と称することもある。したがって、上記の溶鋼を分類するための基準濃度を、溶鋼のリン濃度の目標値とするのが実際的である。
【００１３】
本発明者は、底吹き転炉を用いて溶鋼を溶製する際に行った実験から、溶鋼のリン濃度の目標値に適合する転炉滓のリン濃度の調査を行った。その結果、極低リン鋼の溶製に再利用可能な転炉滓のリン濃度の上限は五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で２質量％以下、好ましくは０．５〜１．５質量％、低リン鋼については該上限は五酸化リン換算で３質量％以下、好ましくは１．５〜２．５質量％、一般リン鋼については五酸化リン換算で該上限は５質量％以下、好ましくは２．５〜４．５質量％、高リン鋼については、該上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で７質量％以下、特に４．５〜６．５質量％とするのが好ましいことを知見した。
【００１４】
すなわち、転炉滓を造滓剤として再利用する方法において、極低リン鋼の溶製を目的とする場合には、転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で２質量％以下、特に０．５〜１．５質量％とするのが好ましく、低リン鋼の溶製を目的とする場合には、転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で３質量％以下、特に１．５〜２．５質量％とするのが好ましく、一般リン鋼の溶製を目的とする場合には、転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で５質量％以下、特に２．５〜４．５質量％とするのが好ましく、高リン鋼の溶製を目的とする場合には、転炉滓のリン濃度の上限を五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で７質量％以下、特に４．５〜６．５質量％とするのが好ましい。
なお、上記上限値は、転炉の形式（底吹き転炉か、上底吹き転炉か）などに依存するが、通常の製鋼工場では転炉の形式は決まっているので、それに応じた上限値を予め見出しておけば、転炉滓の再利用のための分別基準を容易に定めることができる。
【００１５】
転炉滓をそのリン濃度に応じて分別回収するには、まず転炉滓のリン濃度を知る必要がある。転炉滓のリン濃度は転炉滓のサンプルを採取し分析すれば得られるが、溶銑のチャージ毎に分析を実施するのはコストアップに繋がること、また、分析結果が出るまでに相当な時間を要し、該結果が得られるまでは当該転炉滓の処置方法が定まらず、円滑な物流の妨げとなることが懸念される。
【００１６】
そこで本発明においては、好ましくは、転炉精錬における精錬条件より、吹錬時の転炉滓のリン濃度を推定し、その推定値に基づいて分別を行う方法を採用する。分別は、リン濃度の範囲に応じた滓鍋を、排滓前に転炉の炉下に準備しておき、これに排滓し、該滓鍋をやはり、リン濃度の範囲に応じたスラグ処理の貯留場に移送してスラグの回収を行うことによるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
ある精錬ヒートで生成した転炉滓のリン濃度が同じ転炉の次ヒートの精錬の造滓剤として適合する場合には、当該転炉滓を排滓することなく、炉内に残留させ、次ヒートの精錬に使用してもよい。
以下、転炉滓のリン濃度の推定方法を説明する。
【００１７】
＜転炉滓のリン濃度の推定方法＞
吹錬時に転炉内に存在するリンの総量（Input P)は式（１）で表される。
Input P=［P]HM× WHM + [P]SCR × WSCR +[P]CP× WCP＋［P]F ×W F （１）
ここに、 [P]HM：  溶銑のリン濃度、 WHM：  溶銑量、 [P]SCR ：  スクラップ中リン濃度、 WSCR ：  スクラップ量、 [P]CP：  型銑のリン濃度、ＷCP：  型銑量、 [P]F ：  副原料のリン濃度、 WF ：  副原料量である。
【００１８】
次に、吹錬後のリンの総量（Output P) は式（２) で表される。
Output P= [P]st1 × Wst1 + （P)Slag×SV                        （２）
ここに、［P]st1 ：  吹錬後の溶鋼のリン濃度、 Wst1 ：  溶鋼量、（P)Slag：  吹錬後の該チャージで発生する転炉滓のリン濃度、SV：  該チャージで発生する転炉滓量である。
【００１９】
式（１）、（２）中の諸元のうち、溶鋼のリン濃度［P]st1 、転炉滓のリン濃度（P)Slag以外は既知である。また、吹錬後の溶鋼と転炉滓間のリン分配比 Lp については、過去の吹錬実績からの回帰式を用いると次式が成立する。
Lp = ｛（P)Slag/ [P] st1 ｝=f([C]st1 、T 、塩基度など）        （３）
ここに、 [C]st1 ：  溶鋼の炭素濃度、T ：  溶鋼温度である。
式（３）の関数の因子である溶鋼の炭素濃度、溶鋼温度などは吹錬時の目標値を用いることで Lp の値は事前に決定される。
【００２０】
吹錬前後でのリン濃度のバランスをとるためInput P=Output P、すなわち（１）式の値＝（２）式の値とし、これと式（３）を連立して解くことで、溶鋼のリン濃度 [P]st1 、転炉滓のリン濃度（P)Slagが得られ、これを転炉滓中のリン濃度の推定値とする。上記の転炉滓の推定リン濃度の精度（誤差）と転炉滓量との関係を図１に示すが、推定値の誤差は±２０％以下と比較的少なく、転炉精錬の実操業に十分使用可能である。ここで、推定値の誤差は次式で計算した。
0003829696.tif 000002
なお、リン濃度と炭素濃度は蛍光Ｘ線分析法で測定した。
【００２１】
リン濃度に応じて段階的に分別された転炉滓は、直後のヒートで溶製する溶鋼のリン濃度に適合する場合には、その精錬に再利用されるが、適合しない場合には、他のチャージで分別回収された転炉滓とまとめられ、適合する溶鋼の溶製に再利用される。転炉精錬の際に、常法と同様に、溶銑にスクラップ、型銑や各種副原料を適宜混合しても差し支えない。副原料は生ドロマイト、焼石灰などの通常使用されるものである。
転炉滓の溶銑に対する使用量は、溶銑に混合されるスクラップや副原料の使用量により変動するが、溶銑１００質量部に対し０．１〜３質量部（１〜３０kg/t‐銑鉄）、好ましくは０．３〜２質量部（３〜２０kg/t‐銑鉄）である。
転炉滓は、仮設材としての利用も可能である。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の好ましい実施例を説明する。
（実施例１）
２８０ｔ/ チャージの底吹転炉において、脱炭精錬して溶鋼を溶製する際に副生するスラグ（転炉滓）を、リン濃度が五酸化リン（Ｐ2 Ｏ5 ）換算で３質量％を境界値として、これより高い濃度の高リン転炉滓とこれより低い低リン転炉滓の２段階分別を、５０回行い、５０チャージ毎に分別回収を実施した。５０チャージ分の高リン転炉滓の平均リン濃度は４．０質量％であり、低リン転炉滓の平均リン濃度は１．９質量％であった。
【００２３】
該低リン転炉滓を低リン鋼の溶製のための造滓剤の一部（７．１kg/t）として、５０チャージで再利用して転炉精錬を行った。このときの溶銑の平均リン濃度は０．０６０質量％、使用した焼石灰は平均１８．０kg/tであった。得られた低リン鋼の平均リン濃度は、目標上限値の０．０１９質量％を下回る０．０１４質量％で、その標準偏差は０．００３質量％であった。
【００２４】
また該高リン転炉滓を一般リン鋼の溶製のための造滓剤の一部（７．１kg/t）として、５０チャージで再利用して転炉精錬を行った。このときの溶銑の平均リン濃度は０．０６０質量％、使用した焼石灰は平均１１．０kg/tであった。得られた一般リン鋼の平均リン濃度は、目標上限値の０．０３０質量％を下回る０．０２２質量％で、その標準偏差は０．００４質量％であった。
【００２５】
（比較例１）
２８０ｔ/ チャージの底吹転炉において、脱炭精錬して溶鋼を溶製する際に副生するスラグ（転炉滓）を、５０チャージ分、リン濃度に応じた分別を行うことなく回収した。その結果、平均リン濃度が３．１質量％の転炉滓が得られた。
該転炉滓を低リン鋼の溶製のための造滓剤の一部（７．０kg/t）として、５０チャージで再利用して転炉精錬を行った。このときの溶銑の平均リン濃度は０．０６０質量％、使用した焼石灰は平均２２．１kg/tであった。得られた低リン鋼の平均リン濃度は、目標上限値の０．０１９質量％を下回る０．０１０質量％であったが、標準偏差は０．００７質量％であった。
【００２６】
前記実施例１と比較例１における転炉滓の分別回収方法および分別回収後の転炉滓の平均リン濃度を表１に、また、低リン鋼の溶製条件と溶製結果を表２にまとめた。実施例１の転炉精錬後の溶鋼のリン濃度の標準偏差は比較例１のそれよりも小さく、その結果、焼石灰を減量して溶鋼リン濃度を上昇させても図２に示すように目標リン濃度の上限外れが低減した。実施例１では、低リン転炉滓を造滓剤として使用することにより、造滓剤としての焼石灰使用量を比較例１に対して約４kg/t低減することができた。
【００２７】
（参考例１）
実施例１および比較例１の低リン転炉滓の余剰物を仮設材に使用した後、該仮設材についてＪＩＳ  Ａ５０１５に準拠する膨張試験により膨張率を測定し、それぞれ２．２および４．０の結果を得た。その結果を図３に示した。図３から、実施例１における転炉滓を用いた仮設材の方が、比較例１における転炉滓を用いた仮設材より膨張率が低い。これは、実施例１の方が転炉滓のリン濃度が高いため、転炉滓のＣａＯがＰ2 Ｏ5 によって固定され、遊離のＣａＯが少なくなることによるものと推考される。仮設材は恒久的に使用される路盤材などに較べると、水分による膨張に対する基準は緩いが、それでも膨張が著しいと仮設した土盛りなどが崩れたりする虞があるので、膨張が小さい方が好ましい。
【表１】
0003829696.tif 000003
【表２】
0003829696.tif 000004
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、転炉滓を造滓剤として効果的に再利用することが可能である。すなわち、リン濃度の測定を省略できるので、手間が省け、また、推定リン濃度と実測リン濃度との誤差が小さいので、本発明の推定方式に基づく推定リン濃度の使用は実用上問題がなく、推定のため応答も速いので、結果として物流所要時間が短縮され、かつ復リンの心配がないのである。また、該転炉滓は仮設材としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  転炉滓の転炉滓量と推定リン濃度の誤差との関係を示すグラフ。
【図２】  溶鋼のリン濃度の上限値を外れる場合の発生率を示すグラフ。
【図３】  転炉滓を利用した仮設材の膨張率を示すグラフ。
【図１】
0003829696.tif 000005
【図２】
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【図３】
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