(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混銑車内に収容した溶銑中に、キャリア・ガスで搬送した酸化鉄及びＣａＯ系フラックス、並びに酸素ガスを、該溶銑に浸漬したランスを介して吹き込む溶銑の脱燐方法において、
前記ランスを２本とし、第１のランスについては、その浸漬深さ（ＨＬ1）が下記（１）式、吹き込む酸素ガスの比率（Ｒ1）が下記（２）式を満し、第２のランスについては、その浸漬深さ（ＨＬ2）が下記（３）式、吹き込む酸素ガス比率（Ｒ2）が下記（４）式を満足する条件で、前記酸化鉄及びＣａＯ系フラックス、並びに酸素ガスを吹き込むことを特徴とする溶銑の脱燐方法。
記
０．５Ｈ＜ＨＬ1≦０．７Ｈ                    …（１）
Ｒ1≦２５                                    …（２）
０．２Ｈ≦ＨＬ2≦０．５Ｈ                    …（３）
２５＜Ｒ2≦５０                              …（４）
ここに、
ＨＬ1：第１のランスの浸漬深さ（ｍ）
Ｈ：溶銑の浴深さ（ｍ）
Ｒ1：第１のランスから吹き込まれる酸化鉄中の酸素と酸素ガスの合計酸素量に対する該第１のランスから吹き込まれる酸素ガス量の比率（％）
ＨＬ2：第２のランスの浸漬深さ（ｍ）
Ｒ2：第２のランスから吹き込まれる酸化鉄中の酸素と酸素ガスの合計酸素量に対する該第２のランスから吹き込まれる酸素ガス量の比率（％）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑の脱燐方法に係わり、特に、混銑車を反応容器に用い、該容器内に保持した溶銑中に脱燐剤をキャリア・ガスと共に吹き込んで脱燐処理するにあたり、脱燐反応の効率を向上させる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製鋼工程においては、溶銑が含有する珪素（記号Ｓｉ）、燐（記号Ｐ）、硫黄（記号Ｓ）を転炉で脱炭吹錬する前に予め除去する所謂「溶銑予備処理」が普及している。この場合、脱燐は酸化精錬であり、脱燐剤として、気体状及び固体状の酸素（例えば、酸素ガス及び酸化鉄）、塩基性フラックス（ＣａＯ系）等が用いられる。その精錬方式は、様々であるが、使用する反応容器に基づき、主に転炉型、溶銑鍋型、混銑車型（以下、トピード処理）に分類される。このうち、図５に示すような混銑車１を用いるトピード処理は、転炉を用いた処理方式に比べると、脱燐剤の反応効率が高く、処理コストが安価であるという利点を有するが、その反面、フリー・ボード５（容器１内で溶銑３浴上方に形成される空間）が小さいため、吹き込む酸素ガス８の供給速度を制限せざるを得ず、そのため脱燐速度が小さくならざるを得ないという問題がある。
【０００３】
また、酸素ガス８の供給は、溶銑３に浸漬したランス２（長尺の鋼製筒体）を介して行うが、脱燐に必要なすべての酸素源を酸素ガス８で供給すると、発熱によりランス２が溶損するので、酸素源の大部分を酸化鉄等の金属酸化物で供給しなければならない。しかしながら、このような金属酸化物を酸化剤として用いると、それ自体を溶銑温度に到達させる顕熱分の熱が必要であり、加えて金属酸化物の分解反応によって吸熱が生じるので、脱燐処理中の溶銑温度の降下量が大きいという問題がある。
【０００４】
さらに、反応容器の混銑車１は、溶銑３の搬送中に該溶銑の温度降下をできるだけ小さくするため、形状が前後に長い紡錘形（魚雷形ともいわれる）としている。そのため、溶銑の撹拌が行ない難く、特に、紡錘形の両端部９（混銑車の先端側及び後端側）には、溶銑３が流動しない領域（図示せず、デッド・ゾーンと称する）が発生し、脱燐反応の進行が停滞して、脱燐速度が頭打ちとなってしまうという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トピード処理における上記した種々の問題点、すなわち
「（１）酸素ガスの供給速度が制限されるために脱燐速度が小さくならざるを得ない、
（２）酸化鉄等の金属酸化物を酸化剤に使用するために、その顕熱、分解吸熱に起因して溶銑の温度降下が大きい、
（３）混銑車内の溶銑の撹拌が不十分であり、それによって脱燐が停滞し、脱燐速度が頭打ちとなる」
を一挙に解決可能な溶銑の脱燐方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【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鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、混銑車内に収容した溶銑中に、キャリア・ガスで搬送した酸化鉄及びＣａＯ系フラックス、並びに酸素ガスを、該溶銑に浸漬したランスを介して吹き込む溶銑の脱燐方法において、前記ランスを２本とし、第１のランスについては、その浸漬深さ（ＨＬ1）が下記（１）式、吹き込む酸素ガスの比率（Ｒ1）が下記（２）式を満し、第２のランスについては、その浸漬深さ（ＨＬ2）が下記（３）式、吹き込む酸素ガス比率（Ｒ2）が下記（４）式を満足する条件で、前記酸化鉄及びＣａＯ系フラックス、並びに酸素ガスを吹き込むことを特徴とする溶銑の脱燐方法である。
【０００８】
記
０．５Ｈ＜ＨＬ1≦０．７Ｈ                    …（１）
Ｒ1≦２５                                    …（２）
０．２Ｈ≦ＨＬ2≦０．５Ｈ                    …（３）
２５＜Ｒ2≦５０                              …（４）
ここに、
ＨＬ1：第１のランスの浸漬深さ（ｍ）
Ｈ：溶銑の浴深さ（ｍ）
Ｒ1：第１のランスから吹き込まれる酸化鉄中の酸素と酸素ガスの合計酸素量に対する該第１のランスから吹き込まれる酸素ガス量の比率（％）
ＨＬ2：第２のランスの浸漬深さ（ｍ）
Ｒ2：第２のランスから吹き込まれる酸化鉄中の酸素と酸素ガスの合計酸素量に対する該第２のランスから吹き込まれる酸素ガス量の比率（％）
本発明では、２本のランスを用い、それぞれの適切な条件で溶銑中に脱燐剤を吹き込むようにしたので、従来より脱燐酸素効率を高く、且つ溶銑温度の降下量を少なくして、溶銑の脱燐ができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
溶銑からの脱燐は、メタル／スラグ間で（５）式のような反応を進行させるものである。
【００１１】
２［Ｐ］＋５［Ｏ］＝（Ｐ2Ｏ5）              …（５）
ここで、［Ｐ］：溶銑中の燐
［Ｏ］：溶銑中の酸素（酸素ガス、あるいは酸化鉄から溶銑中に供給される）
（Ｐ2Ｏ5）：スラグ中のＰ2Ｏ5
まず、発明者は、容量３５０〜４６０トンの混銑車１に、図５に概略を示したように、脱燐剤吹き込み用のランス２を従来通りの深さ（０．７Ｈ）で１本浸漬し、溶銑１トンあたりの酸素供給速度を種々変化させて脱燐剤１０を吹き込む実験を行い、その時の酸素効率（脱珪外脱燐酸素効率といい、下記（６）式で定義する）を調査した。その実験条件は、表１に示す通りである。
【００１２】
【数１】
0003823733.tif 000002
【００１３】
ここで、溶銑３中に吹き込んだ全酸素量は、酸化鉄中の酸素分を酸素ガスに換算したものと、実際にガスとして吹き込んだ酸素ガスとの合計量である。
【００１４】
【表１】
0003823733.tif 000003
【００１５】
そして、実験結果を図２に示すが、この図２より、溶銑１トンあたりの酸素供給速度（Ｎｍ3／ｍｉｎ／ｔ）を低下させると、上記脱珪外脱燐酸素効率（以下、単に脱燐酸素効率という）が向上することがわかった。この結果から、本発明者は、２本のランスを用いて、１本から半分ずつの酸素供給速度で脱燐剤を供給すると、１本あたりの脱燐酸素効率を高く維持した状態で脱燐速度の増加が可能であると推定した。つまり、１本のランス２を介して例えば０．４Ｎｍ3／ｍｉｎ／ｔの酸素を供給するよりも、２本のランスでそれぞれ０．２Ｎｍ3／ｍｉｎ／ｔの酸素を供給した方が、全体的な脱燐酸素効率が高くなると推定したのである。また、この場合、溶銑３中で燐と酸化鉄との反応が促進され、スラグ中の未反応酸化鉄の量が減少する。さらに、酸素効率が向上した分だけ、酸化鉄量を低減することができるので、脱燐量あたりの溶銑温度の降下が抑制されるものと考えた。
【００１６】
そこで、発明者は、引き続き、この溶銑温度の降下抑制を確実にするための実験を行った。この実験では、１本のランス２（１本あたりの酸素供給速度は、全酸素供給速度の１／２）について浸漬深さと酸素ガス比率を変化させ、脱燐酸素効率、溶銑温度の降下量、ランス損耗速度に及ぼすランス浸漬深さの影響を調査した。ここで、酸素ガス比率とは、ランス２から吹き込んだ酸化鉄中の酸素を酸素ガスに換算した量及び酸素ガスの合計量に対する酸素ガス量の比率（％）である。また、実験に先立ち、酸素供給速度を一定にした条件下で、ランス一本あたりの上記酸素ガス比率とランス損耗量との関係も調査した。そして、酸素ガス比率が５０％を超えると、ランス損耗速度が急増し、処理開始５分以内にランスが損耗消失することを知り、この実験では、酸素ガス比率の上限を５０％に抑えることにした。表２に、実験条件を一括して示しておく。
【００１７】
【表２】
0003823733.tif 000004
【００１８】
該実験で得たランス浸漬深さと脱燐酸素効率との関係を整理し、図３に示す。大きな脱燐酸素効率を実現するには、酸素ガス比率が２５％以下では、該浸漬深さを従来より浅く、溶銑浴深さ（記号Ｈ）の０．５倍超え０．７倍以下、酸素ガス比率が２５超え、５０％以下では、浸漬深さをさらに浅い０．２Ｈ以上０．７Ｈが適正範囲であることがわかった。ここで、ランス浸漬深さ（記号ＨＬ）とは、溶銑の静止浴面から溶銑中に浸漬したランスの脱燐フラックス吹き出し孔中心までの深さ（ｍ）である。
【００１９】
ここに、酸素ガス比率が小さい場合（酸化鉄の割合が大きい場合）、酸化鉄の分解反応が遅く、十分な溶銑中の浮上時間が確保されないと脱燐酸素効率が低くなり、一方、酸素ガス比率が大きい場合、酸素ガスは、酸化鉄に比べて反応速度が速く、浸漬深さが小さいところまで適正範囲が拡大するものと考えられる。さらに、酸素ガス比率が２５％未満の場合に比べ、酸素ガス比率が２５％超え５０％以下では、脱燐酸素効率がやや低い結果となった。これは、酸素ガス比率が大きい方が酸化鉄の顕熱、分解熱による急熱反応が小さく、吹き込み口近傍での溶銑温度が高くなるためと考えられる。加えて、脱燐量あたりの溶銑温度の降下量は、酸素ガス比率が５０％以下では、酸素ガス比率が大きい程小さくなった。これは、酸化鉄の場合、それ自身の顕熱と分解熱との合計量が酸素ガスの顕熱に比べて大きいことに起因する結果である。
【００２０】
さらに加えて、ランス損耗速度に及ぼすランス浸漬深さ、あるいは酸素ガス比率の影響を図４に示す。ランス浸漬深さが０．５Ｈ以下の場合、ランスの損耗速度は、ランス浸漬深さに依存して大きく変化することはない。しかし、ランス浸漬深さが０．５Ｈを超えると、酸素ガス比率を２５％超えにすると、ランス損耗速度が急増する。また、酸素ガス比率が大きくなると、ランスからのガス発生量が増加するため、ランスの振動が大きくなることもわかった。この場合、ランス浸漬深さが大きいと、溶銑からの反力でランス本体に亀裂が入り、損耗する様子が観察できた。
【００２１】
次に、発明者は、以上述べたランス１本での実験結果を基に、ランスを２本使用する場合には、各ランスの浸漬深さや酸素ガス比率をどのようにすれば良いかについての実験を行った。実験方法は、図１で模式的に示すように、２本のランス（第１のランス２ａ，又は第２のランス２ｂ）を溶銑３中に浸漬し、脱燐剤１０を吹き込むものである。実験条件を表３に示すが、前記１本のランスを使用した実験結果に基づき、ランス浸漬深さ及び酸素ガス比率について２つの水準（ＣａｓｅＡ及びＣａｓｅＢ）を定め、これら水準を２本のランスに交互に組合せて採用し、実験を行ったのである。なお、ＣａｓｅＡとは、ランス浸漬深さが０．３Ｈで酸素ガス比率が４１．１％以上の場合であり、ＣａｓｅＢとは、ランス浸漬深さが０．５Ｈ超え０．７Ｈ以下で、酸素ガス比率が２２．２％以下の場合である。また、ＣａｓｅＡ、ＣａｓｅＢにおいて使用した酸化鉄は、大略Ｆｅ1.05Ｏなる化学式で記載しうる（言いかえると、Ｏを２１．４質量％含有する）ものであった。従って、酸化鉄１ｋｇ当たりに含まれる酸素を酸素ガスに換算すると、０．２１４×２２．４／３２＝０．１５Ｎｍ3となるので、酸素ガス比率＝酸素ガス流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）／（酸化鉄吹込速度（ｋｇ／ｍｉｎ）×０．１５＋酸素ガス流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ））と計算された。
【００２２】
【表３】
0003823733.tif 000005
【００２３】
実験結果を表４に一括して示す。表４より、２本のランスとも同じＣａｓｅＡ水準にした（ＣａｓｅＡ＋ＣａｓｅＡ）での実験では、脱燐量あたりの温度降下は最も小さいが、脱燐酸素効率が低いことが明らかである。また、２本のランスともＣａｓｅＢ水準にした（ＣａｓｅＢ＋ＣａｓｅＢ）の実験では、脱燐酸素効率は高いが、脱燐量あたりの温度降下が大きくなってしまった。これに対して、２本のランスで異なる水準を組合せた（ＣａｓｅＡ＋ＣａｓｅＢ）の実験では、脱燐量あたりの温度降下が小さく、脱燐酸素効率も高くなった。つまり、２本のランスのを浸漬深さ及び酸素ガス比率を互いに異ならせ、つまり（ＣａｓｅＡ＋ＣａｓｅＢ）の条件にして操業すれば、非常に効率の良い脱燐が可能であることがわかる。
【００２４】
【表４】
0003823733.tif 000006
【００２５】
これは、ＣａｓｅＢを採用したランスでは、脱燐剤が溶銑を浮上する際の反応促進、ＣａｓｅＡを採用したランスでは、トップスラグへの撹拌と酸素の付与という組み合わせにより、それぞれの効果が相乗的に影響したためと考えられる。なお、ＣａｓｅＡ、ＣａｓｅＢでのいずれのランスも、その損耗速度は、１２〜１５ｍｍ／ｃｈであり、図４に示す予備実験結果から予測される範囲であり、特に問題はない。
【００２６】
また、これらの実験では、溶銑中に添加する酸化鉄として、焼結鉱、製鉄ダスト、また圧延スケール等を使用したが、いずれを用いてもほぼ同様な実験結果になった。さらに、本発明では、２本のランスのうち、いずれを第１あるいは第２のランスとしても良い。
【００２７】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、図１に示した装置を用いて、溶銑脱燐の試験操業を行った。操業条件を表５に、操業結果を表６に、一括して示す。なお、使用した酸化鉄は、予備実験に用いたものと同様、Ｏを２１．４質量％含有するものであった。
【００２８】
【表５】
0003823733.tif 000007
【００２９】
【表６】
0003823733.tif 000008
【００３０】
表６より、本発明によれば、同一の脱燐剤の供給条件において、従来の１本のランスを使用した場合（比較例）に比べて、各ランスの寿命を低下させることなく、脱燐酸素効率の向上、脱燐中での溶銑温度の降下抑制を実現できることが明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、混銑車を反応容器とし、脱燐剤をランスを介して吹き込む溶銑の脱燐処理が、従来よりも高効率で、且つ溶銑温度の降下少なく行えるようになる。また、溶銑の脱燐処理コストの低減という副次効果もあった。
【図面の簡単な説明】
【図１】混銑車及び２本ランスを用いて、本発明に係る溶銑の脱燐を行う状況を示す図である。
【図２】１本のランスを用いた実験で得た送酸速度と脱珪外脱燐酸素効率との関係を示す図である。
【図３】１本のランスを用いた実験で得たランス浸漬深さ、酸素ガス比率と脱珪外脱燐酸素効率との関係を示す図である。
【図４】１本のランスを用いた実験で得たランス浸漬深さ、酸素ガス比率とランス損耗速度との関係を示す図である。
【図５】従来通りに混銑車及び１本ランスを用いて溶銑の脱燐を行う状況を示す図である。
【符号の説明】
１    混銑車（トピード・カー）
２    ランス（２ａ：第１のランス、２ｂ：第２のランス）
３    溶銑
４    スラグ
５    フリー・ボード
６    脱燐剤のディスペンサー
７    キャリア・ガス
８    酸素ガス
９    混銑車の両端部
１０  脱燐剤（脱硫フラックス又は酸化鉄）
【図１】
0003823733.tif 000009
【図２】
0003823733.tif 000010
【図３】
0003823733.tif 000011
【図４】
0003823733.tif 000012
【図５】
0003823733.tif 000013