JP3097474B2 - 溶銑の脱りん方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶銑の脱りん方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低りん鋼の要請がますます強くな
っているが、純酸素上吹転炉による脱りん脱炭同時処理
で所期の低りん鋼を得るには、媒溶剤が大量に必要であ
り、また転炉１基吹錬では炉壁へスラグが付着すること
により、〔％Ｐ〕を下げることが困難であった。そこ
で、低りん鋼の安定溶製および媒溶剤量の節減による溶
製コスト合理化を目的とする溶銑脱りん法が行われるよ
うになった。具体的には、トーピードカー、鍋中または
転炉で溶銑中に生石灰、CaF₂、Na₂CO₃等を添加して撹拌
する（インジェクションする）方法がとられてきた。し
かし、生石灰、CaF₂、Na₂CO₃等は比較的高価であり、コ
スト面から媒溶剤量の更なる節減が望まれている。

【０００３】本出願人は、特公昭55-30042号公報におい
て、上吹転炉滓は溶銑段階における脱りん処理に用いて
有効であることを開示した。すなわち、上吹転炉滓の脱
りん能力は1600〜1750℃という高温の転炉終点では、ほ
ぼ飽和状態となっているが、溶銑のように1250〜1400℃
程度の低温で、熱力学的に脱りんに有利な条件で、かつ
転炉終点に比べ未だ脱りんされていない高いりん含有量
の溶銑に対しては、まだ充分な脱りん能力を有する。

【０００４】上記公報の方法は、上吹転炉滓を溶銑脱り
んに使用し、低りん鋼のみならず一般鋼溶製のトータル
コストミニマム化を図る新プロセスであって、転炉滓系
媒溶剤を用いるメリットを最大限に活用した２段の階分
式向流精錬法を具現化したものであり、反応容器として
は、例えば脱りん炉、脱炭炉と呼ばれる２基の上底吹転
炉形式の炉を用いる製鋼法である。

【０００５】このような溶銑脱りん法における脱りん処
理剤（フラックス）として従来は、「鉄と鋼」、第76年
(1990)第11号の第1817〜1822頁、同第1801〜1808頁）ま
たは上記特公昭55-30042号公報に示されているように、
生石灰系または転炉滓系の脱りん剤が用いられていた。
フラックスとして転炉滓を使用することにより、スラグ
の滓化が促進されるため、効率的な脱りんが可能となる
とともに、しかも脱りん、脱炭に必要なトータルの媒溶
剤量を約半減し、かつ発生スラグ量も大幅に低減するこ
とができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、脱炭末
期スラグ（転炉滓）を脱りん用上底吹転炉形式の炉に脱
りんフラックスとしてリターン使用することにより、大
幅な媒溶剤節減と発生スラグ量の大幅低減等、非常に有
益な効果がもたらされた。通常、低りん鋼溶製の際は、
スラグの塩基度(CaO／SiO₂) を２以上とし、滓化促進の
ためCaF₂を添加した組成のフラックスを用いるのが一般
的であった。しかし、媒溶剤使用量を更に低減するため
には、CaF₂使用量をミニマムにし、かつ低い塩基度で脱
りんすることが必要である。

【０００７】さらに、スラグ塩基度が２以下になると、
滓化不良やスラグが凝固する際の３CaO ・SiO₂→２CaO
・SiO₂＋ f−CaO (f−CaO ：遊離石灰）反応により生じ
る遊離石灰がスラグ中にほとんど存在しないため、エー
ジング処理を省略しても処理後スラグを路盤材として利
用できる可能性がある。

【０００８】特開昭62−207810号公報には、CaF₂を使用
しない脱りんフラックスとして、CaO −Al₂O₃ −Fe₂O₃
系で CaO：Al₂O₃ ＝ 2.5〜20：１、(SiO₂)で10％以下の
ものが提案されている。この発明では、生石灰、天然ボ
ーキサイト、鉄鉱石等を事前に混合して上記組成の脱り
ん剤としているが、その場合、粉砕および混合の費用が
発生する。さらに、単に混合しただけでは滓化に時間が
かかってしまう。短時間に滓化させようとすれば、混合
後プリメルトにする必要があり、さらにコストが増大す
る。したがって、低コストでしかも良好な滓化性を得る
ためには、転炉滓を使用することが必要となる。

【０００９】特開昭62−207810号公報には、脱りん処理
初期に添加するフラックスの組成のみが示されている
が、脱りん処理中に溶銑中の〔Si〕が酸化してSiO₂を生
成し、スラグ中(%SiO₂) が増大するので、スラグ塩基度
が低下してしまう。そのため、初装フラックス組成、特
に CaO／Al₂O₃ 比を規定するだけでは、安定した脱りん
能を達成することができない可能性がある。また、脱り
ん処理中にスラグ中の(%FeO)は低下していくが、処理末
期まで或る値以上の高(%T.Fe) を維持しなければ脱りん
は充分に進行しない。つまり、脱りん処理中のスラグ組
成〔塩基度、Al₂O₃ 濃度および(%T.Fe) 〕を規定しなけ
れば、高脱りん率を達成することができない。

【００１０】CaF₂を含む転炉滓を脱りん処理に使用する
場合、脱りん処理スラグ中の(%F)が高いとスラグへの(M
gO) 溶解度が増大し、耐火物原単位が悪化してしまう。

【００１１】本発明の目的は、転炉滓を用いる溶銑脱り
ん法において、さらに脱りん用フラックスおよび耐火物
のコストを低減し、かつ脱りん処理後スラグを低コスト
で路盤材等に利用するための脱りんスラグ系において、
特に脱りんに有効なスラグ組成および脱りん方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)〜(3) の溶銑の脱りん方法にある。 (1)上底吹転炉形式の炉において、転炉滓と酸化鉄とを
主成分とする脱りん用フラックスを用い、酸素を上吹き
して溶銑を脱りん処理する際、処理中のスラグ条件を重
量％で、塩基度(% CaO／% SiO₂) ＝ 1.2〜2.0 、かつ
(Al₂O₃)＝２〜16％、(T.Fe)＝７〜30％に制御して脱り
んすることを特徴とする溶銑の脱りん方法。

【００１３】(2)上記(1) において、さらにスラグ条件
を重量％で、(%F)を２％以下に制御して脱りんすること
を特徴とする溶銑の脱りん方法。

【００１４】(3)上記(1) または(2) において、Al₂O₃
源として鋼の連続鋳造滓および／または造塊滓を用いる
ことを特徴とする溶銑の脱りん方法。

【００１５】上記の「転炉滓」とは脱炭転炉滓を、「連
続鋳造滓」および「造塊滓」とは、取鍋からタンディッ
シュに注鋼した後取鍋内に残ったスラグや、連続鋳造後
タンディッシュ内および鋳型内に残ったスラグを、それ
ぞれ意味する。

【００１６】

【作用】図１に基づいて、本発明方法を実現する装置と
方法の例を説明する。図１は、転炉滓、酸化鉄、鋼の連
続鋳造滓および／または造塊滓からなるフラックスを用
いる本発明の溶銑の脱りん方法の工程例を説明する概略
図である。

【００１７】図１の例では、先ず上底吹脱りん転炉で脱
硫溶銑の脱りん処理を行う。このとき、フラックスとし
て、媒溶剤（造滓剤、酸化鉄）および別の上底吹脱炭転
炉で用いた媒溶剤（造滓剤、CaF₂）から発生した脱炭末
期の低りん転炉滓、必要に応じて、さらに鋼の連続鋳造
滓および／または造塊滓を配合して用いる。

【００１８】脱りん転炉滓は路盤材などとして有効活用
される。一方、脱りん転炉で脱りん処理された溶銑は、
別の上底吹脱炭炉に移され、媒溶剤を添加して脱炭処理
を行い、溶鋼とする。すなわち、反応容器として、脱り
ん炉、脱炭炉の２基の上底吹転炉形式の炉を用い、スラ
グとメタルの流れが向かい合う２段階分式向流精錬法の
一つである。

【００１９】鋼の連続鋳造滓および造塊滓は、後述する
ようにAl₂O₃ を含有し、しかも、いったん溶融した滓で
あり、脱りんフラックスへの添加剤として好適である。

【００２０】本発明方法は、高価なCaF₂の使用、脱
りん処理後スラグを路盤材等に利材化するためのエージ
ング処理によるコスト増大を解決するために、CaF₂レス
で、低塩基度(CaO／SiO₂）のフラックスを用いて低りん
鋼溶製に必要な脱りん処理を行うものである。「CaF₂レ
ス」とは、上底吹脱炭転炉で用いたCaF₂が転炉滓中に残
存して含まれている以外は、脱りんフラックスへＦ分を
新たに添加せず、または、Ｆを或る値以下に維持すると
いう意味である。

【００２１】種々検討した結果、 CaO−SiO₂−Fe_t O −
Al₂O₃ 系フラックスの組成を適正化することにより、低
りん鋼溶製に必要な脱りん率90％以上、処理後の〔Ｐ〕
0.01重量％以下を達成することが可能であることが判明
した。これを、図２〜図５により詳細に説明する。以
下、組成を示す％は重量％を意味する。

【００２２】２kg規模のルツボ実験により、溶銑脱りん
に及ぼすスラグ組成の影響について検討した。処理温度
は1300〜1400℃とし、脱りんフラックスは予めプリメル
トしたものを用いた。近年需要の高い低りん鋼を溶製す
るためには、脱りん処理後の〔Ｐ〕を0.010 ％以下とす
る必要があるので、これを目標とした。

【００２３】図２は、溶銑脱りん処理中のスラグ中(%Al
₂O₃)と処理後〔％Ｐ〕との関係を示す図である。図示す
るように、(%Al₂O₃)が２％未満では、Al₂O₃ 添加による
スラグ融点の低下が充分でないため、目標〔％Ｐ〕が達
成できない。一方、(%Al₂O₃)が16％を超えると、(%CaO)
が相対的に低下することによりフォスフェイトキャパシ
ティが低下してしまうため、脱りんが不十分となる。

【００２４】図３は、脱りん処理中のスラグ塩基度と処
理後〔％Ｐ〕との関係を示す図である。図示するよう
に、スラグ中(%Al₂O₃)を２〜16％に調整しても、目標
〔％Ｐ〕を達成するにはスラグ塩基度を適正な範囲に制
御する必要があることがわかる。

【００２５】処理中スラグ塩基度が1.2 未満の場合に、
処理後〔％Ｐ〕が目標値に到達しないのは、スラグ塩基
度が低いためにフォスフェイトキャパシティが低下した
ことによる。また、塩基度が2.0 を超えるとスラグの滓
化が悪化して脱りんが進行しにくくなり、目標〔％Ｐ〕
を達成することができない。

【００２６】図４は、脱りん処理中のスラグ中(%T.Fe)
と処理後〔％Ｐ〕との関係を示す図である。図示するよ
うに、スラグ中(%Al₂O₃)＝２〜16％、スラグ塩基度＝1.
2 〜2.0 と適正な条件としても、さらに適正な(%T.Fe)
の範囲が存在することがわかる。すなわち、(%T.Fe) が
７％未満ではスラグの酸素ポテンシャルが低いため、脱
りんが十分に進行しない。一方、(%T.Fe) が30％を超え
るとスラグ中の(%CaO)が相対的に低下してしまうため、
フォスフェイトキャパシティが低下し、脱りんが不十分
となる。

【００２７】以上の検討結果から、脱りん処理中のスラ
グ条件を、塩基度(% CaO／% SiO₂)＝ 1.2〜2.0 、かつ
(Al₂O₃)＝２〜16％、(T.Fe)＝７〜30％に制御すること
とした。

【００２８】Al₂O₃ 源としては、天然のボーキサイト、
ダイアスポア、赤泥、連続鋳造滓、造塊滓および精製ア
ルミナのうちの一種以上を混合したものを使用すること
ができる。連続鋳造滓および造塊滓は、Al脱酸時に生成
したAl₂O₃ を含有する CaO−−Al₂O₃ −SiO₂系鋼滓であ
り、スムーズな滓化が期待できる一種のプリメルトスラ
グであるので、Al₂O₃ 源としては連続鋳造滓および／ま
たは造塊滓を選んで用いるのが最も望ましい。これらを
使用することにより、効率的でしかも低コストで脱りん
処理を行うことができる。

【００２９】図５は、溶銑２kgを以下の(a) 〜(d) の条
件で混合したフラックスで脱りんした場合について、処
理中スラグの滓化率および脱りん率の時間変化を示す図
である。

【００３０】(a) 転炉滓、鉄鉱石、造塊滓を混合 (b) 転炉滓、鉄鉱石、ボーキサイトを混合 (c) 生石灰、鉄鉱石、造塊滓を混合 (d) 生石灰、鉄鉱石、ボーキサイトを混合 上記の各使用材の組成の一例を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】図５に示すように、(a) は滓化が最も速
く、処理末期には滓化率、脱りん率とも最も高い。(b)
は滓化が(a) に比べてやや遅いが、処理末期の滓化率、
脱りん率はともに(a) とほぼ同等である。(c) は(a) 、
(b) に比べ滓化時期が遅く、処理末期の滓化率、脱りん
率はともに低い。(d) は滓化が最も遅く、処理末期の滓
化率、脱りん率とも最も低くなっている。よって、転炉
滓を使用することは、滓化を促進して溶銑脱りんを効率
よく行うために必要であり、造塊滓をAl₂O₃ 源として添
加すると更に滓化が促進されることがわかる。すなわ
ち、CaO 源として滓化性の良い転炉滓を用いることによ
り、スラグ滓化促進剤であるCaF₂の替わりにAl₂O₃ を用
いても、十分スラグを滓化させ、脱りんを効率よく行う
ことができるのである。

【００３３】また、CaO 源、Al₂O₃ 源としてそれぞれ使
用する転炉滓、造塊滓および連続鋳造滓は安価であるの
で、溶銑脱りんコストを低減することができる。

【００３４】図６は、脱りん処理中のスラグ中(%F)と耐
火物溶損指数との関係を示す図である。ここで耐火物溶
損指数は、スラグ中(%F)＝０％の時の耐火物溶損量を1.
0 として指数化したものである。図６から、(%F)が２％
を超えると耐火物溶損が急激に増大することがわかる。
脱りん処理に使用する転炉滓中に含まれるCaF₂により脱
りん処理スラグ中(%F)が増加するので、 (%F)の低い転炉滓を使用する 高(%F)の転炉滓を使用する場合には、生石灰、MgO 等
の添加量を増やして、(%F)を希釈する 等の方法により、脱りん処理時スラグ中(%F)を２％以下
に制御すれば、耐火物溶損を抑制し、かつ脱りんを効率
的に行うことができる。

【００３５】なお、(%F)＝２％でも耐火物溶損は若干増
大する傾向があり、(%F)は可能であれば１％以下に低減
することがさらに望ましい。

【００３６】溶銑脱りん処理は1250〜1400℃の温度範囲
で行うのが望ましい。これは、スラグが滓化していれ
ば、熱力学的に低温ほど脱りんに有利となるためであ
る。また、脱りんフラックスをペレットやブリケットに
合成化して使用すると、スラグの滓化促進上有利であ
る。

【００３７】本発明方法による脱りん処理後の高りん転
炉滓は、遊離石灰の含有量が低いため、エージング処理
を施すことなく低コストで路盤材などとして有効に活用
することが可能となる。

【００３８】

【実施例】上下吹試験転炉に装入された溶銑２トンに転
炉滓（重量％組成、CaO:48.4％−SiO₂:5.1％−Al₂O₃:0.
5 ％−T.Fe:23 ％−P₂O₅: ２％）約25kg/t、鉄鉱石10〜
30kg/t、造塊滓（重量％組成、CaO:47％−Al₂O₃:18.6％
−SiO₂:11 ％−P₂O₅: １％）約10kg/tを添加し、更に珪
砂、ボーキサイトを添加して塩基度、(%Al₂O₃)および(%
F)を調整して表２に示すスラグ条件とし、酸素を上吹き
して脱りん処理を実施した。(%T.Fe) 調整は、鉄鉱石添
加量や上吹酸素ランス−湯面間距離を調整することによ
り行い、吹錬時間は約10分間とした。処理後〔Ｐ〕目標
は0.01％以下とし、この目標の達成可否および処理後ス
ラグのエージング処理なしでの路盤材としての使用可否
を調査した。

【００３９】表２に、脱りん処理前後における溶銑中
〔Ｐ〕、上吹送酸速度(Nm³/min・t)、処理後温度（℃）
および評価結果を併せて示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２に示すように、本発明で定めるスラグ
条件で処理した場合は、スラグの融点が低下し、目標
〔Ｐ〕0.01％以下を達成することができた。

【００４２】評価が○印の処理後スラグでは、遊離石灰
の含有率が0.5 重量％以下と小さく、特にエージング処
理を実施しなくとも水和膨張の恐れがなく、エージング
処理コストをかけずに安価に路盤材などへの利材化を図
ることができるスラグであった。

【００４３】

【発明の効果】本発明方法によれば、脱りんフラックス
に蛍石(CaF₂)を添加することなく、低CaO ／SiO ₂ の安
価なフラックスを使用して脱りん処理が可能であり、低
りん鋼溶製コストの低減を達成することができる。脱り
ん処理後スラグは、エージング処理を省略して路盤材等
へ有効に活用することができ、本発明方法は処理後スラ
グの利材化の観点からも経済的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶銑脱りん方法の工程例を説明する概
略図である。

【図２】脱りん処理中のスラグ中（Al₂O₃)と処理後
〔Ｐ〕との関係を示す図である。

【図３】脱りん処理中のスラグ塩基度と処理後〔Ｐ〕と
の関係を示す図である。

【図４】脱りん処理中のスラグ中(T.Fe)と処理後〔Ｐ〕
との関係を示す図である。

【図５】フラックス種類による処理時スラグの滓化率お
よび脱りん率の時間変化を示す図である。

【図６】脱りん処理中のスラグ中(F) と耐火物溶損指数
との関係を示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−207810（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−157084（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−140632（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−30042（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 1/02 110

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上底吹転炉形式の炉において、転炉滓と酸
   化鉄とを主成分とする脱りん用フラックスを用い、酸素
   を上吹きして溶銑を脱りん処理する際、処理中のスラグ
   条件を重量％で、塩基度(% CaO／% SiO₂) ＝ 1.2〜2.0
   、かつ (Al₂O₃)＝２〜16％、(T.Fe)＝７〜30％に制御
   して脱りんすることを特徴とする溶銑の脱りん方法。
2. 【請求項２】上底吹転炉形式の炉において、転炉滓と酸
   化鉄とを主成分とする脱りん用フラックスを用い、酸素
   を上吹きして溶銑を脱りん処理する際、処理中のスラグ
   条件を重量％で、塩基度(% CaO／% SiO₂) ＝ 1.2〜2.0
   、かつ (Al₂O₃)＝２〜16％、(T.Fe)＝７〜30％、(%F)
   を２％以下に制御して脱りんすることを特徴とする溶銑
   の脱りん方法。
3. 【請求項３】Al₂O₃ 源として鋼の連続鋳造滓および／ま
   たは造塊滓を用いて、スラグ条件を重量％で、 (Al₂O₃)
   ＝２〜16％に制御することを特徴とする請求項１または
   請求項２のいずれかに記載の溶銑の脱りん方法。