(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から出銑された溶銑を、受銑容器に受銑する際の受銑初期に、該溶銑に脱珪剤の可能投入重量の全量を投入し、脱珪剤投入後アルカリ金属及び／またはアルカリ土類金属化合物を投入することを特徴とする溶銑の脱珪方法。
【請求項２】
脱珪剤の投入に伴い生成するSiO2重量にあわせて、アルカリ金属及び／またはアルカリ土類金属化合物を投入し、脱珪処理中における生成スラグの塩基度を調整することを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱珪方法。
【請求項３】
受銑前に受銑容器内に残留している溶銑重量を算出し、
該算出した残留溶銑重量値に基づいて脱珪剤の可能投入重量を求め、この求めた可能投入重量の脱珪剤を全量投入することを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶銑の脱珪方法。
【請求項４】
受銑前に受銑容器内に残留している溶銑重量を算出し、
予め定められた溶銑残留量と受銑時間との相関関係から、前記算出した残留溶銑重量に対する受銑時間を求め、
別途定められたスラグフォーミングを起こさない脱珪スラグ中の限界残存FeO濃度から、
予め定められた受銑時間と限界残存FeO濃度と脱珪剤投入重量との関係より、前記求めた受銑時間に対応する可能投入重量の脱珪剤を全量投入することを特徴とする請求項３記載の溶銑の脱珪方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉鋳床での溶銑の脱珪方法に関し、特に脱珪時のスラグフォーミングを抑制し、所定量の溶銑を受銑容器に収容可能とし、受銑容器の搬送過程において脱珪スラグの溢出、飛散を防止することの出来る溶銑脱珪方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から出銑された溶銑は、製鋼工程において酸素を吹き込むことにより脱炭され鋼となる。
この時、石灰石、蛍石等の精錬剤の添加により溶銑中の燐も除去される。この脱燐反応（燐の酸化反応）には、所定のCaO / SiO2値（以下この値を塩基度と称する）とCaF2濃度のスラグが求められることが公知である。しかしながら、溶銑中に珪素（以下Siと表示する）が多いと、燐よりも先にSiの酸化が進みSiO2としてスラグを形成し、必然的に精錬剤の使用量が増加しコストの悪化につながる。また、前記スラグが加算されることで製鋼工程での発生スラグ量が増加し、その処置に手間が掛かることになる。
【０００３】
このため、脱炭・脱燐工程の前に脱珪処理を行う方法が一般的に採用されている。この脱珪処理は、溶銑中のSiを酸化することにより行われ、特開昭53−43019 号にて開示されているミルスケールや鉄鉱石といった酸化鉄等の固体酸素を添加する方法、特開昭58−31012 号に開示されている空気や純酸素といった気体酸素を吹き込む方法、または、特開昭62−80212 号に開示されている固体酸素と気体酸素を組み合わせた方法、が知られている。
【０００４  】
また、脱珪処理には、特開昭57−92116 号に開示されている如く、高炉から出銑された溶銑を受銑容器に受け入れる間の流路で、すなわち溶銑樋、傾注樋等で脱珪剤を添加し、溶銑の受銑容器への落下エネルギーを利用して攪拌を行い、反応促進を図る例と、特開昭57−63610 号に開示されている如く、高炉から製鋼工程への搬送過程に脱珪ステーションを設け、該ステーションで受銑容器に気体と共に固体脱珪剤を吹き込み、その気体により攪拌力を付与して反応促進を図る、例がある。
【０００５】
ところで、脱珪処理の際には、脱珪剤として添加する酸化鉄等と、それにより生成するSiO2からなる脱珪スラグが受銑容器内の溶銑表面を覆って存在する。
この脱珪スラグと溶銑の接触面で、溶銑中の炭素［Ｃ］とスラグ中に残存する酸化鉄が反応して一酸化炭素ガスを生成するが、溶銑中には［Ｃ］が約５％、［Si］が約0.2 〜0.5 ％含有されており、炭素の量が多いため下記の化学式１で表される反応が起こりやすい。
【０００６】
【化１】
（FeO ）＋ [C]＝ [Fe] ＋  CO↑
【０００７】
上記化学式１で表される反応によって生成される一酸化炭素ガスは、スラグ中を通過し、大気中に離脱していくが、脱珪スラグはSiO2を主体とした高粘性のスラグであり、短時間にスラグ中を通過することが出来ない。
この結果、スラグ中に気泡が多数存在することになり、スラグ密度が低下し見掛けのスラグ容積が増加する。このような現象は、スラグフォーミングといわれ、脱珪処理を施す場合の考慮事項である。
【０００８】
このスラグフォーミングは、受銑容器の受銑可能容量の大幅な低下を招き、受銑容器の必要稼動台数の増加や、製鋼工程への受銑容器内での溶銑の滞留時間の増加による溶銑温度の低下等のコスト悪化につながる。
また、スラグフォーミングが発生した場合、受銑容器から脱珪スラグが溢出、飛散することもあり安全上の問題となる。
【０００９】
スラグフォーミングの防止策としては、脱珪剤の投入量に制限を加えたり、溶銑処理量を制限せざるを得ないので、溶銑中のSi含有量を所望の値まで低下させることが困難となる。
【００１０】
また、スラグフォーミング発生時の受銑容器内の温度の低下は、スラグの高粘性化・凝固を招き、該スラグの高粘性化・凝固によって、受銑容器からの溶銑排出時に該スラグおよび溶銑が残留する。
前記スラグ・溶銑が残留していると、次回の受銑時にその残留量分だけ受銑量が減少し、また前記スラグが高粘性のまま浮上するので、脱珪剤を投入しても脱珪スラグ中に移行してその残存量が多くなり、COガスの発生量が増えると共に、その離脱が低下してスラグフォーミングを一層助長し、さらなる受銑量の低下を招くといった悪循環を起こす場合もある。従って、常にスラグフォーミングの発生を抑制することが必要である。
なお、このような脱珪スラグは、溶銑に比べ潜熱・熱伝導率共に低いために、一旦高粘性化・凝固化し始めると、低粘性化は難しい。
【００１１】
このスラグフォーミングの発生を抑制するために、従来種々の技術開発がなされてきた。
▲１▼、脱珪スラグ中の酸化鉄含有量を低下させ溶銑中の［Ｃ］との反応を抑制し発生するCOガス量を減少させる方法としては、
例えば、特開平11−61234 号に開示されている金属ALの添加による脱珪スラグ中に含有される酸化鉄（脱珪剤）の還元による方法がある。
【００１２】
▲２▼、発生したCOガスを早期にスラグ浴から離脱させる方法としては、
例えば、特開平05−287346号に開示されているコークス粉添加によりCOガスの合体破泡を狙いスラグ浴からの離脱を促進する方法、特開平09−316513号や特開平10−183218号に開示されているような含油スラッジやタウンコール等を脱珪スラグ中に添加し、その急激な燃焼によりCOガスをスラグ浴から放出させる方法がある。
【００１３】
しかしながら、▲１▼の特開平11−61234 号に記載の方法は、スラグ浴中の脱珪剤を還元させCOガスを発生させないために、わざわざ高価な金属ALを使用するもので、脱珪反応の促進に何の効果も無く無駄な処置である。
また▲２▼の特開平05−287346号、特開平09−316513号、特開平10−183218号の方法も、発生してしまったCOガスをスラグ浴から放出させるために、わざわざ昇熱材を供給するもので、これも脱珪反応の促進に何の効果も無く無駄に処理時間を長引かせる処置であり、いずれも問題がある。
【００１４】
そこで、前記▲１▼、▲２▼の問題点を解決できる脱珪方法として、脱珪時にスラグ調整用添加剤としてアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属化合物を添加し、脱珪スラグの改質を図る方法が特開昭54−68713 号に開示されている。
このスラグ調整用添加剤として、一般的には石灰が用いられ、その添加により以下の効果が得られる。
【００１５】
すなわち、石灰の添加により、脱珪反応で生成したSiO2を主成分とし酸化鉄含有のスラグと溶銑との界面での活量が低下し、返ってSiの酸化反応が促進され、相対的に脱炭反応を抑制することによりCOガスの発生量を低下させることが出来る。また、脱珪スラグ全体の粘性を低下させ、発生したCOガスのスラグ浴からの離脱を容易にさせる。さらには、脱珪スラグの粘性を低下させることにより、後工程における排滓を容易にし受銑容態内の残留スラグを減少させることが可能となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、脱珪剤と共に単に調整用添加剤として石灰が用いられ上記特開昭54−68713 号に記載の方法にも以下の問題が残っている。
すなわち、
▲１▼、脱珪剤の添加時期、および脱珪剤と共に添加するスラグ調整用添加剤の添加時期によって、スラグフォーミングが激しく発生する場合がある、
▲２▼、脱珪スラグの塩基度によって、スラグフォーミングが激しく発生する場合  がある、
▲３▼、受銑前の受銑容器内の残存溶銑・溶滓量によって、スラグフォーミングが激しく発生する場合がある。
したがって、脱珪剤の投入量に制限を加えたり、溶銑の受銑量を減少せざるを得ないと言う問題があった。
【００１７】
本発明は、上記したような問題点を解決せんとしてなされたものであり、スラグフォーミング抑制を安定的に行い、脱珪剤の最大投入可能量を常に維持することが出来る方法の提供を目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る溶銑の脱珪方法は、高炉から出銑された溶銑を受銑容器に受銑する際の受銑初期に、該溶銑に脱珪剤の可能投入重量の全量を投入し、脱珪剤投入後アルカリ金属及び／またはアルカリ土類金属化合物を投入することとしている。
このようにすることで、スラグフォーミング抑制を安定的に行い脱珪剤の最大投入可能量を常に維持することができる。
【００１９】
本発明者は、上記のように、脱珪時、脱珪剤と共にスラグ調整用添加剤として石灰を添加した場合でも突発的にスラグフォーミングが発生する場合について調査を行い、以下の２点について結論を得た。
▲１▼、石灰の投入を脱珪剤投入よりも早く、または同時にした場合は、反応効率向上やスラグフォーミング抑制の効果が少なく、脱珪スラグ中には未反応の脱珪剤が存在している。
▲２▼、受銑前受銑容器内の溶銑及び脱珪スラグの残留量が多い場合、脱珪時のフォーミング量が多い。
【００２０】
前者は、石灰等のスラグ調整用添加剤を脱珪剤の投入前に、もしくは脱珪剤と同時に投入した場合は、脱珪反応が遅れて高塩基度の脱珪スラグが生成されるので脱珪スラグが溶融状態とならず、脱珪量の低下や石灰等によるフォーミング防止効果が発揮されないことによる。
また、高塩基度の脱珪スラグが溶融状態になった場合には、当該脱珪スラグは受銑容器の内張り耐火物である煉瓦を溶損してしまい、受鉄容器の寿命を極端に低下させてしまう。
このため、第１の本発明では、高炉から出銑された溶銑を、受銑容器に受銑する際の受銑初期に、該溶銑に脱珪剤の可能投入重量の全量を投入後、溶銑中のSiが酸化されSiO2として発生する過程において石灰等スラグ調整用添加剤を投入し、脱珪スラグの塩基度が過度に高くならにようにするのである。そしてその際、脱珪処理中における塩基度を調整すべく石灰の投入速度を調整することが望ましい。これが第２の発明である。
【００２１】
一方、受銑容器内の脱珪スラグは、通常、溶銑の排出と共に排出されるが、排出状況の違い、スラグの粘性等により受銑容器内に残留してしまうことがある。
受銑容器内の残留量が多量の場合、その残留量分受銑量が少なくなるため受銑時間が短くなる。
脱珪剤は受銑容器内で流下溶銑流による攪拌作用により、脱珪反応が進行しているので受銑時間が短いと、その分脱珪スラグを含めた攪拌時間も減少し未反応の脱珪剤（FeO ）が多量に脱珪スラグ中に残存することになる。脱珪スラグ中の脱珪剤（FeO ）は、溶銑との界面で溶銑中の濃度の高い［Ｃ］と反応してCOガスを発生させる。 それ故、受銑末期ないし受銑終了後にフォーミングが激しく発生する。
【００２２】
また、受銑容器内に脱珪スラグが残留している状態で、脱珪処理を実施した場合、脱珪処理により発生する脱珪スラグに加えて、時間の経過で粘性の高くなった残留脱珪スラグもフォーミングを助長させるため、受銑量の極端な低下、受銑容器からの脱珪スラグの溢出、飛散等が起こる。これらが、後者の脱珪時にフォ−ミング量が多くなる理由である。
【００２３】
このため、上記第１、第２の発明においては、予め受銑容器内の残留物の量を測定し、これらによるフォーミングへの影響が許容範囲であるように脱珪剤の量を規定することが望ましい。これが第３の発明である。具体的には、受銑前に受銑容器内に残留している溶銑重量を算出し、予め定められた溶銑残留量と受銑時間との相関関係から、前記算出した残留溶銑重量に対する受銑時間を求め、別途定められたスラグフォーミングを起こさない脱珪スラグ中の限界残存FeO 濃度から、予め定められた受銑時間と限界残存FeO 濃度と脱珪剤投入重量との関係より、前記求めた受銑時間に対応する可能投入重量の脱珪剤を全量投入するのである。これが第４の発明である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を出銑量5000ton/日の高炉において実施した実験例に基づいて、更に詳細に説明する。
図１は、本発明の実験例を示した模式図である。
高炉から出銑された溶銑６を溶銑樋１、傾注樋２を介して、受溶容器であるトーピドカー３に注入する際に、別途脱珪剤を収容した脱珪剤収容容器４、生石灰（以下単に石灰と称する）を収容した石灰収容容器５の下端にその所定量を切出すことのできる切出しバルブ４１、５１を設け、前記切出しバルブ４１、５１で切出された脱珪剤および石灰を、空気輸送し、トーピドカー３に流下する直前の溶銑に対し、脱珪剤および石灰の所定量を直接吹付けた。
【００２５】
図１の実験位置は、高炉出銑口に近い出銑樋に設けられたスキンマー、すなわち溶銑と高炉スラグの分離器で高炉スラグが分離された後の溶銑のみが流れる位置であって、溶銑に対し脱珪剤および石灰を直接吹付けられる位置である。
また石灰は、本発明におけるアルカリ金属及び／またはアルカリ土類金属化合物を代表したもので、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属化合物には、MgO, MnO, K2O, NaO, CaO, CaCO3等がある。
実験条件を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003750588.tif 000002
【００２７】
まず、本発明の効果を確認する前に、脱珪剤の投入時期について、検討した。
脱珪剤である固体酸素（FeO ）と溶銑中のSiとの反応は、攪拌域（溶銑流下位置）が最も激しいことが予想され、今回の実験でも確認された。 図２は、上記の条件で、脱珪剤の投入量を1000kgとし、受銑開始直後から毎分200 kgの割合で約５分間投入した時の受銑開始から受銑完了までのSiO2発生量を調査した場合の実験結果である。
【００２８】
この図２より、SiO2の生成量は、受銑開始から30分経過後の受銑完了時では220kg であるのに対し、受銑開始から18分経過後では140kg であり、脱珪剤の投入からの受銑時間が長いほど、脱珪に有利なことがわかる。この脱珪反応は、溶銑の受銑容器への流下による攪拌が主で、受銑時間が長くなるほど攪拌時間が長くなり、より反応が進むと思われる。
したがって、  脱珪剤の投入は、受銑量が半分以下、望ましくは25％以下の受銑初期にすべきであり、遅くなれば不利である。
また、投入した未反応の脱珪剤は浮上してSiO2（脱珪スラグ）中に残留しているものと思われる。よって、脱珪剤の投入後であって、脱珪剤の投入によりSiO2が生成し始めた後に石灰の投入を行うのである。本実施例では、石灰投入量は脱珪剤の投入量の約80％とし、最終塩基度は0.8 を目標とした。
【００２９】
なお、石灰投入の効果は、先にも述べた通り、脱珪反応で生成するSiO2を主成分とし酸化鉄含有スラグと溶銑との界面での活量が低下し、返ってSiの酸化反応が促進され、相対的に脱炭反応が抑制されることである。また、生成する脱珪スラグの粘性は、FeO −SiO2−CaO 系のスラグでありSiO2のみのスラグ粘性よりも低下し、ひいては発生するCOガスの離脱を容易にし、スラグフォーミングが抑制される。
【００３０】
特に、本発明では、望ましい脱珪方法として、生成するSiO2重量にあわせて、石灰を投入し、脱珪スラグの塩基度を調整することとしている。
図３は、横軸に生成した脱珪スラグの塩基度（C/Sは塩基度を示す）を、縦軸に脱珪量（ΔSi（％））を表示している。この図３より、脱珪スラグの塩基度が0.8近傍で脱珪量（ΔSi（％））が最も多く、この値を境にして塩基度が高くても低くても低下していることが分る。したがって、生成するSiO2重量に合わせて石灰を投入し、脱珪スラグの塩基度を調整し、例えば0.4〜1.2の範囲に合わせれば効率の良い脱珪が可能となる。
【００３１】
生成するSiO2重量の把握方法は、図２に示した相関関係を利用して、予測SiO2重量に応じて所定重量の石灰を経時的に投入すればよい。
【００３２】
さらに本発明は、受銑前の受銑容器内の残留溶銑重量に応じて脱珪剤を投入することとしている。
この発明では、受銑前に、受銑容器内の残留物とその残留量を算出する必要がある。残留物は主として溶銑と脱珪スラグであり、その残留量の算出は、受銑容器内に残留物が存在した状態で、歪み重量計、またはロードセル重量計等により重量の測定を行うと共に、容器底部のレベルをマイクロ波レベル計等で測定することにより行う。
一方で、受銑容器内に残留物が存在しない状態を、事前に、重量の測定を行うと共に、容器底部のレベルをマイクロ波レベル計等を用いて測定しておく。
そして、上記の重量差を算出し、前記算出値を残留物重量とすると共に、上記のレベル差を算出し、前記算出値を基に補正を加味しながら残留物体積を求める。
【００３３】
これら残留物重量と前記残留物体積、および、すでに既知となっている溶銑、溶滓の比重から、受銑容器内の残存溶銑および溶滓の重量と体積を定めることができる。
残存溶銑の重量より受銑可能重量が分かり、受銑速度（ton/min)と併せて受銑時間が予測できる。受銑速度は、受銑位置に設置され受銑容器載置台に取付けられた、例えば歪み重量計の増加速度値、または、高炉の大きさから決まる過去の実績値を採用してもよい。
図４は、上記関係を表したもので、横軸に受銑前の受銑容器内残留溶銑量（ton ）と縦軸に受銑時間（分）の関係を示している。
【００３４】
一方、脱珪スラグ中に含有する未反応の脱珪剤（FeO ）濃度と、そのスラグ厚さの関係を調べると、ある一定の関係のあることが判明した。これを図示したのが図５である。
図５に示すように、スラグ中に含有するFeO 濃度が、15質量％を境にスラグ厚さが急激に増加している。すなわち、未反応のFeO 濃度が15質量％を超えた時点からスラグフォーミングが発生し始めたと言うことができる。したがって、スラグフォーミングの発生を抑えるには、スラグ中の未反応FeO 濃度を15質量％以下に抑える必要がある。
【００３５】
以上整理してみると、脱珪剤1000kgを受銑直後から５分間に投入し、塩基度1.3 を目標にした処理では、受銑時間（横軸）と、受銑末期脱珪スラグ中FeO 濃度（％）（縦軸）の関係は、図６の様になった。
また、図中破線は、図５で示したスラグフォーミング発生の予想点で、スラグ中FeO 濃度が15質量％の値である。
脱珪剤を受銑直後から例えば５分間で投入すると定め、このような関係を、例えば投入脱珪剤重量の異なる900kg 、800kg 、700kg 等について想像線に示す様に定めておくと、残留溶銑重量から受銑時間が分れば、スラグフォーミングが発生しない脱珪剤の投入重量が容易に決定できる。
【００３６】
また、図２からの予測SiO2重量より求まる脱珪時の予想発生スラグ体積と、受銑前の残存スラグ体積の総和を求めることで、受銑容器内スラグ体積が推定されるので、脱珪スラグの溢出が予想された場合は投入脱珪剤重量の微調整を行う。
以上、受銑前の受銑容器内の残留溶銑溶滓量から求まる最適脱珪剤重量を投入することにより、フォーミングによる受銑重量の低減、スラグの溢出等を発生させることなく脱珪処理を実施することができる。
【００３７】
上記実験例では脱珪剤として焼結鉱を使用したが、ミルスケール、その他鉄鉱石等身近なものを使用しても構わないし、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属化合物も石灰以外のものを使用しても構わない。また、脱珪剤、石灰の投入場所は高炉出銃口から受銑容器間のどの場所で行っても構わないし、その搬送は気体輸送でなくともよい。
【００３８】
（実施例１）
石灰の投入時期について表１の実験条件と同条件で下記により実施した。脱珪剤の投入時期はそれぞれ受銑直後から５分間、石灰の投入時期は、図２の発生SiO2重量に従い塩基度1.0を目標に、比較例では脱珪剤投入前に一括投入し、本発明例では受銑から10分後より５分間隔に分散して投入した。
この結果、下記表２に示すように、石灰を脱珪剤より先に投入した場合と比較して、本発明の塩基度調整投入方法はスラグフォーミング発生頻度は低下し、受銑量の低下も抑制できた。
【００３９】
【表２】
0003750588.tif 000003
【００４０】
（実施例２）
受銑容器内の溶銑残留時の脱珪について、表１の実験条件と同じ条件で下記により実施した。脱珪剤の投入時期はそれぞれ受銑直後から５分間、石灰の投入時期は、図２の発生SiO2重量に従い塩基度1.0 を目標に、受銑から10分後より５分間隔に分散して投入した。なお、溶銑残留重量の算出は、前述の様に、その重量はロードセル重量計により、体積はマイクロ波レべル計により測定し、溶銑・溶滓の比重を加味した算出方法を採用した。
この結果、表３に示すように受銑容器内残留量が変化しても、脱珪時にスラグフォーミングを起こさず安定した受銑が可能となった。
【００４１】
【表３】
0003750588.tif 000004
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る溶銑の脱珪方法によれば、スラグフォーミングの発生が抑制でき、受銑容器に必要量の溶銑が受銑でき、かつ、スラグの溢出等のない状態で最大限の脱珪剤投入量を維持しつつ安定的に脱珪処理を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱珪剤および石灰を投入する設備を模式的に示す図である。
【図２】受銑開始時に脱珪剤を投入した時の受銑開始からの時間と、SiO2発生量との関係を示す図である。
【図３】脱珪スラグの塩基度と、溶銑中含有Siの低減量との関係を表す図である。
【図４】受銑前の受銑容器内残留溶銑量（ｔ）と、受銑時間（分）との関係を表す図である。
【図５】脱瑳スラグ中のFeO 濃度（％）と、スラグ厚さ（cm）の関係を示す図である。
【図６】受銑時間と、受銑末期の脱珪スラグ中FeO 濃度（％）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  溶銑樋
２  傾注樋
３  トーピドカー
４  脱珪剤収容容器
４１  切出しバルブ
５  石灰収容容器
５１  切出しバルブ
６  溶銑
【図１】
0003750588.tif 000005
【図２】
0003750588.tif 000006
【図３】
0003750588.tif 000007
【図４】
0003750588.tif 000008
【図５】
0003750588.tif 000009
【図６】
0003750588.tif 000010