(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状の脱燐用フラックス及び酸化鉄をキャリア・ガスで搬送させる内管と、該内管との隙間に冷却ガスを流す流路を形成する外管とで２重管構造を形成し、該外管の一部の表面を耐火物で覆ってなる粉体吹込み用ランスを、溶銑の脱燐に使用するに際して、
前記内管から供給する酸化鉄中の酸素と該酸化鉄を搬送するガス中に含まれる酸素ガスとの合計重量に対する酸素ガス重量の比率を０．３以上０．８以下とし、内管と外管の隙間から供給する冷却ガスの流量を、前記酸素ガスの流量に対し０．０１以上０．１０以下とすることを特徴とする粉体吹込み用ランスの使用方法。
【請求項２】
前記冷却ガスの供給配管に、フレキシブル管を用いることを特徴とする請求項１記載の粉体吹込み用ランスの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑の予備処理プロセスに係わり、特に、溶銑の脱燐を行う際に使用する粉体吹き込み用ランスの使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で溶製された溶銑を転炉精錬する前段階として行う所謂溶銑予備処理には、溶銑の脱珪、脱燐及び脱硫処理が含まれている。そのうち、特に、溶銑の脱燐処理は、後工程の製鋼で使用する精錬剤の量が削減でき、これにより製鋼で形成されるスラグの量を低減できる効果がある。また、転炉に持ち込まれる溶銑中の燐濃度が低下するので、高純度で且つ高清浄度の鋼を、容易に且つ経済的に溶製できるようになる。かかる利点があるので、我国では、高炉−転炉設備を有するほとんどの一貫製鉄所が、該溶銑予備処理を実施している。その実施形態は、多種存在するが、トピード・カーや溶銑鍋等の溶銑搬送容器を用いるものと、製鋼用転炉自体を用いるものとに大別できる。
【０００３】
本願発明は、前者に関するもので、まず、高炉溶銑を製鋼工場に搬送する途中で、トピード車や溶銑搬送鍋内の溶銑に対し、生石灰、ダスト、熱延工程から発生する鉄スケール、鉄鉱石等を混合した粉粒状物を吹き込む。その際、該粉粒状物の吹き込みに利用するキャリア・ガスには、窒素ガス、空気が用いられていた。しかし、最近は、酸素ガスを別途吹き込んだり、あるいは混合して吹込むようになった。それは、以下に説明するように、溶銑の脱燐にとって非常に重要なことである。
【０００４】
すなわち、脱燐反応は、酸化反応であり、酸素の存在が必須である。ところが、前記したように、ダスト、熱延工程から発生する鉄スケール、鉱石等、固体状の酸化鉄を酸素源に使用すると、それらの溶銑中炭素による還元が大きな吸熱反応であるのに加え、溶銑温度までの顕熱が大きいので、溶銑の温度を低下させてしまう。そのため、次工程の転炉精錬で熱不足が生じ、円滑な操業ができなくなるという問題が発生した。そこで、溶銑中に供給する酸素源の一部を、温度上昇のための顕熱が小さく、還元吸熱の無い酸素ガスに置き換えて、前記キャリア・ガスと共に溶銑中に供給するようになったのである。
【０００５】
また、吹込みに粉粒状物を用いるのは、精錬時にそれらの溶融が瞬時に起こるのに加え、溶銑との反応界面積が大きくなり、反応速度が大きくなって、精錬効率が良くなるからである。さらに、溶銑の搬送容器、特にトピード・カーのような形状の容器を使用すると、溶銑の表面上に存在する所謂トップ・スラグと溶銑との混合があまり期待できず、反応効率も低いので、吹き込み物は、粉粒状にするのが通例である。
【０００６】
かかる搬送容器を用いた溶銑の予備脱燐処理に関しては、例えば、鉄と鋼、ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．１１、ｐ．１８０１〜１８０８に、詳細が報告されている。また、特開昭６０−１６２７１２号公報は、２重管構造のランスを用い、造滓剤と酸化鉄をそれぞれ異なる流路で吹込み、且つ造滓剤（生石灰等）のキャリア・ガスとして酸素ガスを用いる方法を開示している。さらに、本出願人は、特開昭５８−２２１２１０号公報で、先に、酸素源として粉粒状物と酸素ガスを併用する際に、ランスを２重管構造とし、内管と外管の間隙に炭化水素ガスを供給し、この炭化水素ガスの分解による吸熱反応によりランス先端を冷却保護する方法を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の粉体吹き込み用ランスには、次のような問題点があった。それは、吹き込み用ランスのガス吹出口近傍の溶銑中で、酸素ガスと溶銑とが直接反応し、大きな発熱が生じ、ランスの先端を溶損して本来の粉体吹き込み機能を果たせなくなることである。
【０００８】
この問題点を解決するため、以前は、ランスの構造を、図２（ｂ）のように、２重管の外管１と内管２の隙間３から酸化鉄４を供給するようにし、内管２からの酸素ガス５に起因するランス先端６の溶損を酸化鉄４による冷却で防止するようにしていた。
しかしながら、このランス構造では、外管１と内管２の隙間３に粉体が閉塞するトラブルが頻発した。また、粉粒状物（脱燐用フラックス）７及びキャリア・ガス８を供給する配管９を、内外管それぞれに直接連結する構造であるため、溶接で連結せざるを得なかった（図２（ｂ）の１０、１１の部位）。さらに、前記配管９もランスと一緒にハンドリングせねばならず、耐火物１３を伴うランス重量が非常に大きくなった。そのため、ランスの交換に時間がかかったり、大がかりなランスの支持機構、交換装置などが必要になる等の問題点もあった。
【０００９】
かかるランスとしては、図２（ａ）に示すように、粉粒状物７やキャリア・ガス８の配管９に工夫を凝らし、構造を比較的簡単にしたものもあった。
しかしながら、このランスでは、キャリア・ガス８に混合する酸素ガス５の比率を増加していくと、ランス先端６の溶損が顕著になるという問題は解消できなかった。つまり、このランスでは、ガス吹き出し口が容易に高温となるため、ランスの溶損が発生し、安定した溶銑脱燐操業ができなかったのである。
【００１０】
なお、前記特開昭５８−２２１２１０号公報は、２重管方式としたランスの外管と内管の間に炭化水素ガスを供給することで、ランス先端の溶損問題を回避する提案をしている。しかしながら、該公報には、ランスの構造に関する詳細な記載がないためか、実際に実施されたことはない。
本発明は、かかる事情に鑑み、溶銑の脱燐処理に際して、溶銑に吹込む酸素ガス比率を従来より増加可能な粉体吹込み用ランスの使用方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、前記従来技術を見直すため、溶銑に供給する全酸素源（固体酸化鉄も含める）のうちの酸素ガス比率を変更した溶銑脱燐の試験操業を行った。そして、図３に示すような、この酸素ガス比率と脱燐石灰効率との関係を得た。ここで、脱燐石灰効率とは、脱燐反応の生成物が３ＣａＯ・Ｐ2 Ｏ5 であると仮定して計算され、溶銑中に供給した石灰の全量に対する脱燐反応に利用された量の割合である。
【００１２】
この図３によれば、酸素ガスの比率が８０％になるまでの範囲では、該酸素ガス比率を大きくすれば、前記脱燐石灰効率が増加することがわかる。すなわち、多量の酸素ガスの使用で、少ない石灰量で脱燐反応が起こったわけであり、精錬コストもスラグ処理コストも共に低減できることが期待される。
ところが、図４に示すように、この酸素ガス比率を増大すると、吹き込み用ランスの寿命が顕著に短くなった。それは、酸素ガスと溶銑との発熱反応でランスのガス吹き出し口の溶損が激しくなるためであり、特に、酸素ガス比率が３０％を超えると、１本のランスで１チャージ分のトピード・カー内の溶銑を処理できなくなり、実操業として成立しないことも知見した。
【００１３】
そこで、発明者は、前記した従来の粉体吹き込みランスの改良を試み、該ランスに簡単で費用のかからない工夫を加え、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、粉粒状の脱燐用フラックス及び酸化鉄をキャリア・ガスで搬送させる内管と、該内管との隙間に冷却ガスを流す流路を形成する外管とで２重管構造を形成し、該外管の一部の表面を耐火物で覆ってなる粉体吹込み用ランスを、溶銑の脱燐に使用するに際して、前記内管から供給する酸化鉄中の酸素と該酸化鉄を搬送するガス中に含まれる酸素ガスとの合計重量に対する酸素ガス重量の比率を０．３以上０．８以下とし、内管と外管の隙間から供給する冷却ガスの流量を、前記酸素ガスの流量に対し０．０１以上０．１０以下とすることを特徴とする粉体吹込み用ランスの使用方法である。
【００１５】
加えて、本発明は、前記冷却ガスの供給配管に、フレキシブル管を用いることを特徴とする粉体吹込み用ランスの使用方法でもある。
本発明に係るランスを溶銑の脱燐処理に使用すれば、溶銑に吹込む酸素ガス比率を従来より大幅に増加しても、ランス先端の溶損が抑制されるようになる。また、該ランスは、重量が小さいので、その交換作業負荷が減少し、従来より短時間に脱燐処理ができるようになる。さらに、吹込み酸素源の酸素ガス比率を従来より大幅に増加できるようになるので、溶銑脱燐石灰効率が向上するようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明に係る粉体吹込み用ランス（以下、ランスという）の使用方法の実施の形態を説明する。
本発明で使用するランスは、図１に示すように、冷却ガス１２を流す外管１の長さが、従来の２重管構造のランス（例えば、図２（ｂ））に比べて短い。そして、該外管１と内管２とが形成する冷却ガス１２を流す通路３は、溶銑中に浸漬させない側の外管端部１４で閉じてあり、冷却ガス１２の該通路３への導入は、該端部１４に設けた開口１５から行うようにしてある。この開口１５には、冷却ガス１２の供給配管１６との接続、あるいは取り外しの便を配慮して、継手１７を設けてある。従って、本発明で使用するランスは、粉粒状の脱燐用フラックス７及び酸化鉄４をキャリア・ガス８で搬送させる内管２を、それらの配管９と前記フランジ１８で外し、外管１を前記継手１７で外せば、非常にコンパクトになり、重量が従来の８０％と、軽くなる。つまり、従来のランスより、配管の接合、取り外しが簡便であり、ランス交換が容易であるので、ランス交換装置などが簡単な構造ですむ。
【００１７】
一方、冷却ガスは、特開昭５８−２２１２１０号公報記載の技術と同様に、炭化水素系ガスを使用すれば良い。炭化水素系ガスは、比較的低温で熱分解し、その分解吸熱が大きいので、製鋼プロセスで広く使用されているからである。例えば、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、メタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、ブタン（Ｃ4 Ｈ10）等が利用し易い。本発明のランスでは、これらを単独でも、他の非酸化性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ＣＯ等）との混合で使用しても良い。従って、内管２を介して多量の酸素ガス５を含む粉粒状フラックス７等のキャリア・ガス８を溶銑に吹込んでも、これら冷却ガスが分解して吸熱するので、ランス先端６は冷却されて、溶損はほとんど生じなくなる。なお、本発明のランスを使用するに際しては、冷却ガス１２の供給配管１６をフレキシブル管とすれば、非常に接合、取り外し作業が円滑に行えた。
【００１８】
次に、本発明に係る上記ランスの使用方法であるが、それは、前記内管２から供給する酸化鉄４中の酸素と該酸化鉄４を搬送するキャリア・ガス８中に含まれる酸素ガス５との合計重量に対する酸素ガス重量の比率を０．３以上０．８以下とし、内管２と外管１との隙間３から流す冷却ガス１２の流量を、前記酸素ガス５の流量に対し０．０１以上０．１０以下とすることである。つまり、冷却ガス１２として外管１から吹込む炭化水素系ガスの使用量を、内管２から吹込む酸素ガス５の量に応じて変更させ、酸素ガス５の吹込み量増大に伴うランス先端６の溶損防止を図ることである。例えば、冷却ガス１２にプロパンを使用する場合には、内管２から供給する酸素ガス流量の３〜８％の少量で良い。
【００１９】
炭化水素系ガスの使用量を酸素ガス５の流量に対して０．０１以上０．１以下としたのは、０．１を超えて冷却ガス１２をあまり大量に供給すると、冷却が過度になり、ランス先端６に溶銑の凝固物が付着してランスの閉塞を招くし、０．０１未満では、ほとんど冷却効果がないからである。
また、内管２から供給する酸素ガス５の酸化鉄中の酸素との合計量に対する比率を、０．３以上０．８以下としたのは、前記図３で明らかにしたように、０．８までの範囲なら、該酸素ガス比率が大きければ大きいほど脱燐石灰効率が高くなるからである。下限を０．３としたのは、従来のランスでも、１チャージの操業で１本の消耗を覚悟すれば、０．３までは操業可能であるため、その領域を外したのである。したがって、本発明のランスを使用する優位性は、従来のランスを使用しては操業できない酸素ガス比率が０．３超えで特に顕著と言える。
【００２０】
【実施例】
３５０ｔｏｎ容量のトピード・カーに、高炉鋳床にて脱珪された表１に組成を示す溶銑を２８５ｔｏｎ受け、溶銑予備処理所に搬入した。該溶銑の測温とサンプル採取後、直ちに表２に示す組成の脱燐剤７をランスを介して、該溶銑中に吹き込みを行い、溶銑の脱燐処理を行った。使用したランスは、本発明の実施では、図１に示したものであり、成績比較のため行った処理（比較例）では、図２（ａ）に示した従来のランスである。なお、表２の脱燐剤７には、固体酸素源としてのミルスケールが含まれている。
【００２１】
【表１】
0003858413.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003858413.tif 000003
【００２３】
上記脱燐剤の吹き込み速度は、３５０〜４００ｋｇ／ｍｉｎであり、ランスの内管２を通して、酸素ガス５を３０（Ｎｍ3 ／ｍｉｎ）供給した。この酸素ガス５は、全酸素源に対して５０％の酸素ガス比率である。この酸素ガス比率に対して、本発明に係るランスを使用した場合には、内外管の隙間３を通してプロパン・ガスと窒素ガスをそれぞれ１Ｎｍ3 ／ｍｉｎ混合した冷却ガスを流した。
【００２４】
まず、従来ランスを使用した脱燐処理では、これらの冷却ガス１２は供給できないので、処理開始１５分後にランスの先端が溶損してしまい、操業の継続が不可能となった。つまり、１チャージを１本のランスで処理できず、操業を中断することになった。
これに対して、本発明に係るランスを使用した場合には、予定量の脱燐剤を２５分間吹き込み、途中で溶銑温度の降下やランス先端６の溶損を起こさず、脱燐処理を円滑に終了することができた。得られた溶銑の組成は、表１に示してあるように、通常の溶銑脱燐での成績と遜色がない。
【００２５】
そこで、本発明に係るランスを使用した脱燐処理を、８チャージ継続して実施した。その結果、石灰原単位の平均は、１１．５ｋｇ／ｔｏｎ−溶鋼と少量であり、この数値は、前記脱燐石灰効率で２４％に相当する。また、本発明に係るランスは、この間の継続使用に耐え、その寿命が従来に比べて大幅に延長した。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、溶銑の脱燐において、酸素ガスの多量吹込みが円滑に行えるようになり、脱燐のための石灰利用効率が従来の２倍となった。また、ランスの溶銑が殆ど無くなったので、操業時にランスを交換する作業もなくなり、短時間内に確実に溶銑の脱燐処理ができるようになった。加えて、酸素ガスを適切に使用することにより、溶銑の温度効果も従来に比べて非常に小さくなった。
【００２７】
酸素ガスを多量に使用すれば、これらの効果が得られることは従来からわかっていたが、それを実現する手段を持っていなかった。本発明により、それが実現され、経済的に大きな効果が得られるようになった。また、使用する石灰量が少なくなり、我国の石灰資源確保のためにも有効である。生石灰使用量が減少できることは、生石灰が石灰石の焼成により製造することを考えると、この焼成時に発生するＣＯ2 の低減にも繋がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粉体吹き込み用ランスを示す縦断面図である。
【図２】従来の粉体吹き込み用ランスを示す縦断面図であり、（ａ）は単管構造のもの、（ｂ）は２重管構造のものである。
【図３】溶銑脱燐時の酸素ガス比率と脱燐石灰効率との関係を示す図である。
【図４】従来の吹き込み用ランスの寿命に及ぼす酸素ガス比率の影響を示す図である。
【符号の説明】
１    外管
２    内管
３    隙間（通路）
４    酸化鉄
５    酸素ガス
６    ランス先端
７    粉粒状物（脱燐用フラックス）
８    キャリア・ガス
９    配管
１０  外管溶接部
１１  内管溶接部
１２  冷却ガス
１３  耐火物
１４  外管端部
１５  開口
１６  供給配管
１７  継手
１８  フランジ
【図１】
0003858413.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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