JP5487959B2

JP5487959B2 - 溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法

Info

Publication number: JP5487959B2
Application number: JP2009296860A
Authority: JP
Inventors: 剛司中嶋; 進務川; 和徳吹上; 航阪井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011137196A

Description

本発明は、転炉型の溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法に関するものであり、特に脱Ｓｉ処理を行った後に中間排滓を行う溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法に関するものである。

転炉型の炉内で溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐなどの溶銑予備処理を行うことは、特許文献１に示されるように従来から行われており、脱Ｓｉ脱Ｐ処理された溶銑はさらに転炉内で脱Ｃ処理されたうえ、鋳造工程に送られている。また特許文献１には、脱Ｓｉ処理と脱Ｐ処理との間で脱Ｓｉスラグをスラグパンに排出する中間排滓を行うことにより、脱Ｓｉ脱Ｐに要するＣａＯ源を節減できることも開示されている。

この中間排滓は転炉型の精錬炉を傾動させ、溶銑の表層に浮上しているスラグのみを流出させることによって行われるが、中間排滓を円滑に行うためには、脱Ｓｉ処理工程において発生するスラグの流動性が十分に高いことが必要である。このためには脱Ｓｉ処理終了時のスラグのＣａＯ/ＳｉＯ２を０．３〜１．３の範囲に調整することが必要であると特許文献1に開示されている。例えば主に塊生石灰を用いてＣａＯ分の調整を行うと、塊生石灰はＣａＯ：９４％、その他：６％の組成を有し、その融点は２９２７℃であり溶解に長時間を要するため、従来は融点が１３５０℃である蛍石を併用し、１０分程度の短時間で中間排滓できる程度までスラグの流動性を高めていた。ところが、フッ素を含有する蛍石を使用した処理工程から発生したスラグを地中に埋設したり路盤材などとして使用したりすることは土壌規制に抵触することとなったため、現状では蛍石を使用することができなくなっており、脱Ｓｉ後に中間排滓を行う操業形態は実施困難である。

また、蛍石を併用して１０分程度の短時間で脱Ｓｉを終了し中間排滓を行ったとしても、その間に溶銑中のＳｉ濃度が０．１％以下になるまで脱Ｓｉが進行していた。このように脱Ｓｉが進行すると続いて脱Ｃ反応が開始し、Ｃ＋（１/２）Ｏ２→ＣＯの反応によりＣＯが発生し、溶銑を激しく撹拌する。その結果、脱Ｓｉスラグ中に粒鉄が巻き込まれて外部に排出されることとなり、溶鋼歩留まりを悪化させていた。なお本明細書において％はすべて質量％を意味するものとする。

また、脱Ｓｉ処理後にスラグをスラグパンに中間排滓するとき、スラグパン内で粒鉄とスラグがＣ＋ＦｅＯ→Ｆｅ＋ＣＯの反応を生じて突沸し、発生するＣＯガスによってスラグが流出するというトラブルが発生することがあった。このように、中間排滓によるＣａＯ源の節減を図ろうとすると、溶鋼歩留まりを悪化させたり、スラグパンからのスラグの流出が生じたりすることがあった。

特開平１０−１５２７１４号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、蛍石を使用することなく中間排滓時のスラグの流動性を改善して溶鋼歩留まりの悪化やスラグの流出を防止するとともに、中間排滓によるＣａＯ源の削減を図ることができる溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、転炉型の炉内で溶銑の脱Ｓｉ処理を行った後に、中間排滓を行い、同一の炉内でさらに脱Ｐ処理を行う溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法において、中間排滓を溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を超えた状態で行い、前記脱Ｐ処理より後工程において発生するスラグを脱Ｓｉ処理を行う炉内に投入し、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．５〜１．８の範囲に調整して脱Ｓｉ処理を行うことを特徴とするものである。なお、脱Ｐ処理より後工程において発生するスラグとして、脱Ｃ炉において発生する転炉スラグあるいは鋳造工程において発生する造塊スラグを用いることが好ましい。

本発明の溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法は、転炉型の炉内で溶銑の脱Ｓｉ処理を行った後に、溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を超えた状態で中間排滓を行うことにより、ＣａＯ源を節減できることは従来と同様であるが、従来とは異なり脱Ｐ処理よりも後工程において発生するスラグ、代表的には転炉スラグを脱Ｓｉ処理を行う炉内に投入することにより、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．５〜１．８の範囲に調整して脱Ｓｉ処理を行う。転炉スラグは融点が蛍石と同様に約１３５０℃であるから溶け易く、特にスラグ塩基度を０．５〜１．８の範囲に調整すると、１３００℃においてスラグの液相率が高く、流動性が高まるので中間排滓を円滑に行うことができる。このためＣａＯ源として塊生石灰のみ、もしくは蛍石を併用した場合よりも溶解時間を大幅に短縮でき、例えば５分程度で脱Ｓｉ処理を終了することができる。

この段階では溶銑中のＳｉ濃度は０．２％を超えたレベルにあり、未だ溶銑の脱Ｃ反応は生じない。従って従来のように脱Ｃ反応に伴って発生するガスによる溶銑の撹拌がなくなり、脱Ｓｉスラグ中に粒鉄が巻き込まれることもなくなるので、溶鋼歩留まりが向上する。また、脱Ｓｉ処理後にスラグをスラグパンに中間排滓するとき、スラグパン内で粒鉄とスラグが反応することもなくなり、発生するガスによるスラグの流出も防止することができる。従って本発明によれば、蛍石を使用することなく中間排滓によるＣａＯ源の節減を図ることができ、しかも溶鋼歩留まりを悪化させたり、スラグパンからのスラグの流出が生じたりすることをなくすることができる。

本発明の工程説明図である。ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＦｅＯの３元図である。中間排滓による溶鋼歩留変化を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す説明図であり、高炉により製造された銑鉄は転炉型の炉（精錬炉）１に注入され、例えば上吹ランス２から高圧酸素を吹き込んで脱Ｓｉ処理を行う。この脱Ｓｉ処理において生ずるＳｉＯ２を捕捉させるため、本発明では脱Ｐ処理よりも後工程において発生するスラグを脱Ｓｉ処理工程に返送して使用する。脱Ｐ処理よりも後工程は一般的には転炉３における脱Ｃ工程及び鋳造工程であるから、脱Ｐ処理よりも後工程において発生するスラグとは、脱Ｃ工程から発生した転炉スラグまたは鋳造工程から発生した造塊スラグ（取鍋内に残留するスラグ）を意味する。

本発明ではこれらの転炉スラグや造塊スラグを炉１内に投入し、脱Ｓｉ処理終了時におけるスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が０．５〜１．８の範囲となるように調整しながら、脱Ｓｉ処理を行う。図２はＳｉＯ２−ＣａＯ−ＦｅＯの３元図の１３００℃における等温断面図であり、グラフ中にＣａＯ／ＳｉＯ２が０．５の直線と、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．８の直線を示した。このグラフに示されるように、この範囲内においてはスラグは液相を形成し易く、優れた流動性を得ることができるが、塩基度がこの範囲を外れると融点が上昇する。グラフ中に楕円で示した範囲がスラグ組成の目標組成である。

このように組成調整を行えばスラグの融点は低下し、炉１に投入されたスラグも短時間で溶けることとなる。このため本発明では、融点が約２９３０℃の塊生石灰を投入した従来法のように長時間を要することなく、５分程度で完全溶融させることができる。そこで本発明では溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を超えた状態で脱Ｓｉスラグのみをスラグパン４に排出する中間排滓を行う。これに対し、塊状生石灰を使用した場合には、５分程度では殆ど溶融しないので中間排滓時のスラグ排出性が著しく悪く、また排出したスラグ中には未反応のＣａＯが多量に残り、スラグを路盤材等に再利用する際、強アルカリ化や膨張の問題の原因となる。また、これを避けるため脱珪処理を長時間行えば、炉のサイクルタイムが長くなって生産性を落とすことになり、また珪素濃度が０．２%以下まで脱珪反応が進行してしまうので、歩留まり悪化が避けられない。Ｓｉ濃度が０．２％を超えた状態では未だ銑鉄の脱Ｃ反応は生じないので、脱Ｃ反応により発生したＣＯが溶銑を激しく撹拌するトラブルを回避することができ、脱Ｓｉスラグ中に粒鉄が巻き込まれることもない。またスラグパン４内における粒鉄とスラグが反応することもなくなり、突沸によるスラグの流出も防止することができる。

従って従来のように脱Ｓｉスラグ中に粒鉄が巻き込まれ外部に排出されることもなくなり、溶鋼歩留まりが向上する。図３はそのグラフであり、中間排滓を行わない場合の溶鋼歩留まりを基準（０．０％）として表示している。図３に示すように、溶銑中のＳｉ濃度が０．２％以下に低下するまで脱Ｓｉ処理を行い中間排滓を行うと、巻き込まれた粒鉄が排出されるために溶鋼歩留まりはマイナス０．１４％となるが、本発明のように溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を超えた段階で中間排滓を行った場合には、プラス０．２８％となる。また、中間排滓を行わない場合に比べて歩留まりが向上するのは、脱Ｐ時に生成するスラグ量が減少し、脱Ｐスラグに巻き込まれてロスする鉄分が減少するためである。

なお中間排滓によるＣａＯ削減効果は既知であるが具体的な平均値を示すと、装入Ｓｉが０．６％の場合には中間排滓なしでは脱Ｓｉ脱Ｐ工程に要するＣａＯが１７ｋｇ/トンであるのに対して、中間排滓を行うと１３ｋｇ/トンまで減少し、装入Ｓｉが０．８％の場合には中間排滓なしでは脱Ｓｉ脱ＰＣａＯが２２ｋｇ/トンであるのに対して、中間排滓を行うと１５ｋｇ/トンまで減少する。

中間排滓により脱Ｓｉスラグを排出した後、再び上吹ランス２から高圧酸素を吹き込んで脱Ｐ処理を行う。この脱Ｐ処理自体は従来と同様であり、このようにして脱Ｓｉと脱Ｐが行われた溶銑は鍋５に移し変えられ、転炉３において脱Ｃ処理が行われる。この工程で発生する転炉スラグは前記したように脱Ｓｉ処理工程に返送される。また造塊スラグも同様に脱Ｓｉ処理工程に返送される。

上記のように、本発明の精錬工程においてはＣａＯ源として蛍石を使用していないので、発生したスラグは土壌規制に抵触せず、路盤材などとして再利用することができる。

本発明の効果を確認するため行った実験の結果を表１にまとめた。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４は本発明の実施例であり、蛍石を使用せず転炉スラグ及び造塊スラグを用いて、転炉スラグを脱Ｓｉ工程に返送し、Ｓｉ濃度が０．２％超〜０．３％である段階で中間排滓を行った例である。脱Ｓｉ脱Ｐ処理後の溶銑中のＳｉ濃度は検出限界以下にまで低減し、Ｐ濃度は０．０１２〜０．０５３％にまで低減している。このときの脱Ｓｉ脱Ｐ処理に要したＣａＯ量は表中に示されるとおりであり、１０.０〜２１．０ｋｇ/トンの範囲にある。なお使用した転炉スラグは、ＣａＯ：４６％、ＳｉＯ_２：１４％、ＦｅＯ：２４％、その他：１６％の組成を有するもので、その融点は１３２０℃である。使用した造塊スラグは、ＣａＯ：３４％、ＳｉＯ_２：１３％、ＦｅＯ：１２％、その他：４１％の組成を有するもので、その融点は１１５０℃である。

Ｎｏ．１５及びＮｏ．１６に示す比較例１は、脱Ｓｉ処理終了後のスラグ塩基度が０．５を下回った場合である。中間排滓後、処理を開始すると炉口からスラグが激しく流出して処理が困難であった。また、Ｎｏ１７及びＮｏ１８に示す比較例２は、脱Ｓｉ処理終了後のスラグ塩基度が１．８を上回った場合である。塩基度の上昇に伴って中間排滓時のスラグ排出性が悪化した。

またＮｏ．１９〜Ｎｏ．２２に示す比較例３は、脱Ｓｉ処理終了後の溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を下回った場合である。脱Ｓｉ処理終了後の溶銑中のＳｉ濃度が０．１％より低い場合は、脱Ｓｉ中に炉口からスラグが流出した。また中間排滓後のスラグパンからもスラグが流出した。脱Ｓｉ処理終了後の溶銑中のＳｉ濃度が０．１％〜０．２％では、脱Ｓｉ中に炉口からスラグは流出しなくなったものの、中間排滓後のスラグパンからスラグが流出した。

表１のＮｏ２３〜Ｎｏ２７に示す比較例４は、中間排滓を行わなかった場合である。操業性に支障はないものの、脱Ｓｉ脱Ｐ処理に使用するＣａＯ原単位が悪化した。Ｎｏ２８〜Ｎｏ３２に示す比較例５は、脱Ｓｉ処理時の副原料としてのスラグをリサイクルしなかった場合である。脱Ｓｉ処理時のスラグ形成に時間を要したため、試験的に蛍石を使用した。しかしながら、蛍石を使用しても脱Ｓｉ処理後の溶銑中のＳｉ濃度が０．２％超で処理を終えることができず、中間排滓後のスラグパンからスラグが流出した。

表２は脱Ｓｉ終了時のスラグ塩基度を変化させて、操業性を調査した結果である。スラグ塩基度は転炉スラグおよび塊生石灰を用いて調整し、溶銑中のＳｉ濃度が０．２５％前後で中間排滓を実施した。スラグ塩基度の値は、投入した副原料量および溶銑成分変化からの計算値である。

中間排滓時のスラグ排出性に注目すると、スラグ塩基度が１．８以下であれば、炉の傾動に応じて飴状のスラグがゆっくりと流出し、スラグがある程度炉外に排出された後で溶銑が流出を始めることが目視で確認できた。これは、短時間で液相率が高いスラグを形成できたためと考えられる。一方、塩基度を１．８以上に調整すると、炉を傾けてもなかなかスラグが排出されず、さらに炉を傾けるとスラグに先んじて溶銑が流出した。これは、塩基度を高めるために多量の転炉スラグおよび塊生石灰を投入する必要が生じたため短時間では溶解しきらず、液相率が低いスラグになっていたためと考えられる。スラグが炉外に排出できないと、Ｓｉの炉外除去効果が得られず、脱Ｐ時のＣａＯ使用量を低減することができないので、脱Ｓｉスラグの塩基度を１．８以下に調整することが望ましい。

一方、中間排滓後の脱Ｐ処理状況に注目すると、スラグ塩基度が０．５以上であれば特に問題なく操業できたのに対し、塩基度が０．５以下だと、脱Ｐのために酸素供給を開始してしばらくすると炉口から激しくスラグが流出して、処理を継続できなくなった。これは、脱Ｓｉスラグの塩基度が低いほどスラグの粘度は高くなるため、脱Ｓｉスラグの塩基度が低すぎると、酸素供給による脱Ｃで生じたＣＯガスがスラグを通過できず、炉口までスラグを押し上げてしまったためと考えられる。脱Ｐ処理の操業性のためには脱Ｓｉスラグの塩基度を０．５以上に調整することが望ましい。

以上２点より、脱Ｓｉスラグの塩基度は０．５〜１．８の範囲に調整するのが望ましいことを確認した。

表３は、脱Ｓｉ後の溶銑[Ｓｉ]に応じて操業性がどのように変化するか試験結果を示したものである。溶銑[Ｓｉ]＜０．１０％まで脱Ｓｉした後に排滓を試みた場合、脱Ｓｉ処理中の炉口からのスラグ流出および中間排滓後のスラグパンからのスラグ漏出が激しく、操業性は非常に悪かった。溶銑[Ｓｉ]＝０．１０〜０．２０％の範囲まで脱Ｓｉした後に排滓を試みると、脱Ｓｉ処理中の炉口からのスラグ流出は起こらなくなったが、中間排滓後のスラグパンからのスラグ漏出は引き続き起こり、操業性は悪かった。一方、溶銑[Ｓｉ]＞０．２０％の範囲で中間排滓を行うと中間排滓後のスラグパンからのスラグ漏出も起こらなくなり、操業性が改善された。脱Ｓｉ時の塩基度調整に用いた副原料の種類と中間排滓時のスラグ排出性の関係を調査すると、溶銑[Ｓｉ]≦０．２０％であれば使用する副原料の種類によらずスラグ排出性は良好であったが、溶銑[Ｓｉ]＞０．２０％になると生石灰および蛍石を使用した場合にはスラグ排出性が悪く、炉外にＳｉを排出できないため、中間排滓によるＣａＯ削減効果が得られなくなってしまった。一方、本発明により転炉スラグあるいは造塊スラグを用いた場合には、溶銑[Ｓｉ]＞０．２０％の領域でもスラグ排出性は良好であり、ＣａＯ削減効果が享受できた。

１炉
２上吹ランス
３転炉
４スラグパン
５鍋

Claims

転炉型の炉内で溶銑の脱Ｓｉ処理を行った後に、中間排滓を行い、同一の炉内でさらに脱Ｐ処理を行う溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法において、中間排滓を溶銑中のＳｉ濃度が０．２％を超えた状態で行い、前記脱Ｐ処理より後工程において発生するスラグを脱Ｓｉ処理を行う炉内に投入し、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．５〜１．８の範囲に調整して脱Ｓｉ処理を行うことを特徴とする溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法。
脱Ｐ処理より後工程において発生するスラグとして、脱Ｃ炉において発生する転炉スラグを用いることを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法。
脱Ｐ処理より後工程において発生するスラグとして、鋳造工程において発生する造塊スラグを用いることを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱Ｓｉ脱Ｐ処理方法。