JP7568922B2

JP7568922B2 - 精錬方法

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Publication number: JP7568922B2
Application number: JP2021000481A
Authority: JP
Inventors: 基紘坂元; 良門脇; 太一中江
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2024-10-17
Anticipated expiration: 2041-01-05
Also published as: JP2022105879A

Description

本発明は、精錬方法に関する。

転炉に代表される転炉型容器における溶銑の精錬処理とは、転炉型容器へ高炉溶銑を装入し、生石灰を主体とするフラックス投入と、酸素吹錬（吹酸）とにより、溶銑に対し、脱珪（Ｓｉ）処理、脱リン（Ｐ）処理及び脱炭（Ｃ）処理を施し、鋼を溶製する方法である。近年では、低Ｐ鋼等の高純度鋼の溶製や、転炉精錬の副産物である製鋼スラグの発生量の削減に対応するために、脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理と、脱Ｃ工程とを分割した転炉型容器の精錬方法（以下、転炉精錬法と略記する。）が用いられている。

上記のような転炉精錬法の中でも、脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理（以下、「脱Ｓｉ／Ｐ処理」と略記する。）後に、処理後の溶銑を転炉外に出銑することなく、転炉を傾動させることにより炉口からスラグを排出し（以下、中間排滓と称する。）、次に連続して、転炉内の溶銑に対し脱Ｃ処理を実施する転炉精錬法（いわゆる、ＭＵＲＣ法）が広く行われている。

ＭＵＲＣ法の特徴としては、吹錬を行う工程を、中間排滓を挟んで、脱Ｓｉ／Ｐ処理と脱Ｃ処理と、の二つに分割することにより、脱Ｓｉ／Ｐ処理と、脱Ｃ処理のそれぞれにおいて、別個にスラグ組成や吹錬条件の最適化が可能となることが挙げられる。これにより、脱Ｓｉ処理、脱Ｐ処理、及び、脱Ｃ処理を一度に行う転炉精錬法（いわゆる、１ブロー（Ｂｌｏｗ）吹錬）と比較して、高純度鋼の製造やスラグ発生量の削減が可能となる。

また、ＭＵＲＣ法では、中間排滓時に溶湯を炉外に出銑することなく、炉体の傾動によりスラグを排滓することから、処理後の溶湯とスラグとを高速に分離することが可能である。これにより、脱Ｓｉ／Ｐ処理後に一度溶湯を炉外に出銑し、再度転炉に装入し、脱Ｃ処理を実施する転炉精錬法と比較すると、生産性向上に寄与している。

かかるＭＵＲＣ法では、中間排滓を実施するために脱Ｓｉ／Ｐ処理中にスラグ組成や吹酸条件を制御することで、投入した酸素と溶銑中の炭素との反応で生じるＣＯやＣＯ_２でスラグを膨張させる、フォーミングという現象を利用している。ＭＵＲＣ法では、かかるフォーミングによりスラグを適度に膨張させたうえで転炉を傾動させることにより、スラグのみを炉外に排出することを可能としている。

しかしながら、脱Ｓｉ／Ｐ処理中に過度なフォーミングが発生すると、炉口からスラグが吹きこぼれるスロッピングを引き起こし、生産性低下を招いてしまう。

そのため、スロッピングを防止するための転炉内でのフォーミングの高さ（フォーミングレベルとも呼ばれる。）を測定する技術や、更に、中間排滓が容易なフォーミングの高さまでの脱Ｓｉ処理方法といった各種の技術が、従来、開示されている。

例えば、以下の特許文献１では、炉内におけるフォーミングの高さを測定する際のマイクロ波測定装置と、かかる測定装置による計測方法とが開示されている。

また、以下の特許文献２では、１つの転炉型精錬炉を用いて溶銑の脱Ｓｉ処理と脱Ｐ処理とを途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑予備処理方法において、マイクロ波レベル計を用いて所定の高さで脱Ｓｉ処理を終了することで、脱Ｓｉ処理後の排滓工程での突発的なスラグの流出（スロッピング）を抑えた上で、目標とする所定量の脱Ｓｉスラグを速やかに短時間で炉外に排滓する手法が開示されている。

また、以下の特許文献３では、一つの転炉型精錬炉を用いて、溶銑の一次吹錬工程と二次の吹錬工程とを、途中の排滓工程を挟んで連続的して行う溶銑の精錬方法に関して、一次精錬工程でのフォーミングの高さをマイクロ波レベル計で測定して、処理に利用する技術が開示されている。より詳細には、以下の特許文献３では、フォーミングの高さ比率（転炉内のフリーボードに対するスラグの高さの比率）が０．６以上になるまで吹錬を実施し、０．６～０．８未満でフォーミング鎮静剤を投入することによりフォーミングの高さを制御し、高さ比率が０．５以上０．７以下となっている状態で一次精錬工程を終了することにより、一次吹錬工程での突発的なスラグの流出を抑えた上で、一次吹錬工程後の排滓工程では目標とする所定量のスラグを速やかに短時間で炉外に排出することが可能な方法を開示している。

また、以下の特許文献４では、一つの転炉型精錬炉を用いて、溶銑の一次吹錬工程と二次の吹錬工程とを、途中の排滓工程を挟んで連続的して行う溶銑の精錬方法において、一次吹錬工程を、炉内のスラグ高さ比率が０．３以上０．６未満の時に終了し、その後、底吹ガスを１分間以上５分間以下保持し、次いで、スラグ高さ比率が０．３以上０．６未満の時にスラグの排出を開始することにより、排滓したスラグがスラグポット内でフォーミングすることを抑制でき、これにより目標とする所定量の炉内スラグを速やかに短時間で炉外に排出する技術が開示されている。

このように、炉内のフォーミング状況を監視する技術、炉内のフォーミング状況を利用した精錬中の突発的なスラグ流出の抑制技術、フォーミング制御技術、中間排滓時にスラグを短時間で排滓する技術が開示されている現状にある。

特開２０１８－８７３６４号公報国際公開第２０１４／１１５５２６号特開２０１６－２９２１２号公報特開２０１７－１３３０６０号公報

しかしながら、上記特許文献１では、炉内のフォーミング状況を監視する手法は開示されているものの、スロッピングを回避したりスラグの排滓量を一定としたりするような技術は、開示されていない。

また、上記特許文献２～特許文献４では、スロッピングを防止してスラグを速やかに排出する技術は開示されている。しかしながら、本発明者による検証の結果、これら特許文献２～特許文献４に開示されている技術を用い、炉内においてスラグが少ない状態でスラグを適正にフォーミングさせた場合に、中間排滓時にスラグを十分に排滓させることが困難となることを見出した。これにより、中間排滓後の精錬処理において、溶湯へ供給したフラックスの効果が低減する等の支障が生じてしまう。

更に、本発明者による検討の結果、上記特許文献２～特許文献４の技術では、炉内における初期の溶銑組成やスラグ量によって、中間排滓後に炉内に残留するスラグ量にバラつきが発生することが明らかとなった。このような現象が発生した場合、中間排滓後の精錬処理において、スラグ量バラつきに起因した支障が生じてしまう。例えば、中間排滓後の精錬処理が脱炭処理である場合、脱炭時の復リン量にバラつきが生じ、復リン量のバラつきを抑制するためのＣａＯの過剰使用を抑制できない状態を招いてしまう。

このように、上記特許文献２～特許文献４に開示された技術を用いたとしても、転炉における溶銑予備処理（脱珪処理や脱リン処理）後に生成したスラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することについては、未だ改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、転炉型容器における溶銑予備処理後に生成したスラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することが可能な、精錬方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らが更なる検討を行った結果、転炉型容器内におけるスラグのフォーミング挙動に着目することを知見し、以下に示す本発明を完成するに至った。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。

［１］転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法であって、溶銑を前記転炉型容器に装入する第１工程と、石灰系フラックスを前記転炉型容器内に添加して吹酸することで、前記溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、前記転炉型容器を傾動させることで、前記スラグを前記転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、中間排滓後の前記転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、を含み、前記第２工程の開始時における前記溶銑のＳｉ濃度は、０．６質量％以下であり、前記第２工程の吹酸停止時における前記スラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上５．０質量％以下、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した塩基度を、０．８以上１．５以下とし、前記第２工程では、前記フォーミングの高さを測定しておき、前記中間排滓前の前記吹酸の停止時における前記フォーミングの高さが、下記式（１）を満足する、精錬方法。
０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率・・・式（１）
ここで、上記式（１）において、フォーミング高さ比率とは、前記転炉型容器における炉内フリーボードの高さに対する、測定した前記フォーミングの高さの比率である。
［２］転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法であって、溶銑を前記転炉型容器に装入する第１工程と、石灰系フラックスを前記転炉型容器内に添加して吹酸することで、前記溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、前記転炉型容器を傾動させることで、前記スラグを前記転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、中間排滓後の前記転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、を含み、前記第２工程の吹酸停止時における前記スラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上５．０質量％以下、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した塩基度を、０．８以上１．５以下とし、前記第２工程では、前記フォーミングの高さを測定しておき、前記中間排滓前の前記吹酸の停止時における前記フォーミングの高さが、下記式（２）を満足する、精錬方法。
０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率 ≦ ０．８－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％））・・・式（２）
ここで、上記式（２）において、フォーミング高さ比率とは、前記転炉型容器における炉内フリーボードの高さに対する、測定した前記フォーミングの高さの比率である。
［３］前記第２工程での前記フォーミングの高さの測定に、マイクロ波レベル計を用いる、［１］又は［２］に記載の精錬方法。
［４］前記第４工程は、脱炭精錬を行う工程であり、前記脱炭精錬後に生成した溶融スラグを炉内に一部残留させ、残留させた前記溶融スラグを、次のチャージの前記第２工程において前記石灰系フラックスの一部又は全部として使用する、［１］～［３］の何れか１つに記載の精錬方法。
［５］前記第４工程は、脱炭精錬を行う工程であり、前記脱炭精錬後に生成した溶融スラグを冷却固化した凝固スラグを、他のチャージの前記第２工程において前記石灰系フラックスの一部又は全部として使用する、［１］～［３］の何れか１つに記載の精錬方法。

以上説明したように本発明によれば、転炉型容器における溶銑予備処理後に生成したスラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することが可能となる。更に、中間排滓時に、安定して多量のスラグを排出可能となることで、転炉内に残留するスラグの量のバラつきを抑制することが可能となる。

本発明の実施形態で着目する上吹精錬プロセスにおける精錬方法の流れを模式的に示した説明図である。転炉型容器の傾動角について説明するための模式図である。溶銑Ｓｉ濃度と、中間排滓開始時の傾動角との関係を示したグラフ図である。同実施形態で用いるマイクロ波レベル計を模式的に示した説明図である。同実施形態で用いるマイクロ波レベル計を模式的に示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（本発明者による検討内容と得た知見について）
本発明の実施形態に係る精錬方法について説明するに先立ち、本発明者による検討内容と、本実施形態に係る精錬方法を着想するに至った知見について、図１～図３を参照しながら、具体的に説明する。
図１は、本実施形態で着目する上吹精錬プロセスにおける精錬方法の流れを模式的に示した説明図である。図２は、転炉型容器の傾動角について説明するための模式図である。図３は、溶銑Ｓｉ濃度と、中間排滓開始時の傾動角との関係を示したグラフ図である。

以下で詳述する本実施形態において着目する、上吹精錬プロセスにおける精錬方法は、図１に模式的に示したように、溶銑を転炉型容器に装入する第１工程と、溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施す第２工程と、転炉型容器を傾動させることで、スラグを転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、上吹精錬処理を実施する第４工程と、を含む。また、図１に示したように、第４工程の上吹精錬処理が終了した溶湯は、転炉型容器の出鋼口から、炉外へと出湯される（第５工程）。

＜第１工程＞
第１工程は、図１に示したように、転炉型容器の内部に溶銑を装入する工程である。ここで、図１では、転炉型容器の一例としての上吹き転炉を用い、上吹き転炉に挿入された上吹きランスから酸素を供給することで精錬処理を実施する場合に着目するが、上吹き転炉以外の転炉型容器を用いて、異なる吹酸方法により酸素の供給を行う場合についても、以下で説明するものと同様のことがいえる。

第１工程では、前のチャージにおいて炉内に残留させた溶融スラグや、かかる溶融スラグを冷却固化させた凝固スラグ等が存在している転炉型容器の内部に、取鍋等の容器から、溶銑が装入される。転炉型容器の内部に上記のようなスラグを存在させることで、後段の第２工程で用いられる石灰系フラックスの添加量を削減することが可能となり、フラックスコストを抑制することが可能となる。また、転炉型容器の内部に装入される溶銑の量は、特に規定されるものではなく、用いる転炉型容器の大きさ等により適宜設定される。

第１工程に供される溶銑の化学組成については、特に限定されるものではないが、一般的に、溶銑は、０．３～１．２質量％のＳｉと、０．０８～０．１８質量％のＰと、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有している。

＜第２工程＞
第２工程は、炉内の溶銑に対して、脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施す工程である。かかる脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理は、転炉型容器の炉内には、各種の石灰系フラックス（造滓剤）が添加され、上吹きランスから酸素含有ガス（例えば、酸素ガスや空気等の酸化性ガス）を吹き込む（吹酸する）ことで行われる。また、第２工程では、かかる吹酸に伴い、生成されるスラグをフォーミングさせる。ここで、用いる石灰系フラックスは、特に規定されるものではないが、例えば、生石灰、石灰石、脱炭スラグを含む各種のリサイクルスラグ等といった、各種のＣａＯ源が用いられる。なお、石灰系フラックスは、吹酸を開始する前に添加してもよいし、吹酸中に添加してもよく、所定の精練目的が達成できればよい。

ここで、吹酸して溶銑に脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を実施する、とは、溶銑に酸素を供給して溶銑中のＳｉを酸化させてＳｉＯ_２とし、溶銑中のＳｉをスラグ化すること（すなわち、脱Ｓｉすること）を意味する。また、脱Ｓｉ処理を目的とした吹酸は、溶銑中のＰの除去（脱Ｐ処理）も不可避的に発生させる。そのため、脱Ｐ処理を目的とした吹酸であれば、脱Ｓｉ処理についても不可避的に発生する。なお、溶銑予備処理として吹酸による脱Ｐ処理は、一般に行われる。このような吹酸処理により、ＳｉやＰと同様な酸化特性を持つ物質は、溶銑中から酸化除去される。例えば、一般に知られているエリンガム図によれば、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ、等の不純物と扱われる場合が多い元素を、溶銑中から除去することができる。

また、上吹きランスからの吹酸量についても、特に規定されるものではなく、処理対象とする溶銑の化学組成や容量に応じて、適宜設定される。

第２工程において発生させるスラグのフォーミングの度合い（より詳細には、フォーミングの高さ）は、例えば、マイクロ波レベル計等の公知の測定機器により測定することができる。かかる測定機器による測定結果に即して、スラグのフォーミングの高さがどの程度であるかを、把握することができる。

このようなフォーミングの高さは、ある基準の高さに対する割合として表すことが有用である。以下では、転炉型容器における炉内フリーボードの高さを基準として、この炉内フリーボードの高さに対する、スラグのフォーミング高さの比率を、フォーミング高さ比率として取り扱う。

より詳細には、転炉型容器を正立静置させた状態で、溶湯浴面（溶湯の最上面）を基準位置とし、転炉型容器の炉口までの垂直方向の高さを、炉内フリーボードの高さとする。その上で、かかる炉内フリーボードの高さに対する、測定した基準位置からのスラグ高さ（フォーミングしたスラグの最上面の位置）の比率を算出し、フォーミング高さ比率とする。

＜第３工程＞
第３工程は、転炉型容器を傾動させることで、スラグを前記転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する工程である。ここで、転炉型容器の傾動角は、図２に模式的に示したように、転炉型容器が正立している（垂直に立っている）状態での炉の中心線（図２における、炉垂時の中心線）と、転炉型容器を傾動させたときの炉の中心線（図２における、傾動時の中心線）とのなす角として定義する。この傾動角は、転炉型容器が正立状態にあるときをゼロ度とし、転炉型容器が傾動するほど傾動角は増大していき、炉口が水平方向を向いた状態で傾動角は９０°となる。

図２に模式的に示したように、第２工程終了時の転炉型容器の内部では、炉底側に、脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理が施された溶湯が位置し、その上方に、液化したままのスラグが存在し、かかる液化したままのスラグの上方に、フォーミングした状態のスラグが存在している。転炉型容器を傾動させていき、ある傾動角となると、フォーミングした状態のスラグが、炉口から系外へと排滓されるようになる。フォーミングした状態のスラグが炉口から排滓され始めたときの傾動角を、以下では、中間排滓開始時の傾動角として取り扱う。なお、液化したままのスラグは、高い粘性を有しているために、転炉型容器を傾動させたとしても、炉口から排滓しにくい。スラグをフォーミングさせてスラグの粘性を低下させることで初めて、炉内のスラグを系外へと排滓することが可能となる。

＜第４工程＞
第４工程は、中間排滓後の転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する工程である。ここで、第４工程で実施される上吹精錬処理については、特に限定されるものではなく、脱Ｃ処理であってもよいし、例えば溶鋼リン濃度が１００ｐｐｍ以下であるような低リン鋼の製造を目的としたような脱Ｐ処理であってもよい。かかる第４工程により、処理対象である溶湯に更なる上吹精錬処理が施され、所望の状態となった溶湯（溶鋼）を得ることができる。

＜本発明者の検討内容＞
以上のような流れで実施される上吹精錬プロセスにおいて、本発明者は、先だって言及したような中間排滓時の問題点を解決するために、鋭意検討を行った。
本発明者は、転炉での溶銑予備処理（脱Ｓｉ処理や脱Ｐ処理）後に生成したスラグを中間排滓する際に、スラグ排出量不足や、転炉型容器内に残留するスラグ量のバラつきが発生する原因について鋭意検討を行い、スラグのフォーミング挙動に着目することを知見した。

先だって説明したように、中間排滓のためには、スラグが適切にフォーミングしていることが重要であり、中間排滓時における、中間排滓開始時の傾動角（以下、単に、中間排滓開始角度ともいう。）は、スラグのフォーミングの高さに依存する。そのため、転炉型容器内でのスラグのフォーミングの高さが、処理チャージごとに変動すると、処理チャージごとに炉内に残留するスラグ量のバラつきの原因となり、また、スラグ排出量不足の原因にもなるものと推察された。かかる着想のもと、本発明者は、スラグのフォーミングの高さを一定とした操業を実施したが、スラグのフォーミングの高さのバラつきは、抑制できなかった。そこで、本発明者は、上記第２工程におけるスラグのフォーミングの実態と、第３工程（中間排滓工程）における中間排滓開始角度との関連性について、詳細に調査を行った。

その結果、フォーミングの高さをある値に一定として操業を実施した場合であっても、中間排滓開始角度は変動することが明らかとなった。更には、かかる中間排滓開始時の傾動角は、溶銑（溶銑予備処理開始前）のＳｉ濃度に相関を持つものであることが判明した。以下に、図３を参照しながら、かかる調査結果の一例を示す。

図３は、横軸を溶銑（溶銑予備処理開始前）のＳｉ濃度（質量％）とし、縦軸を中間排滓開始角度（度）としたグラフである。図３に示した調査では、第２工程の吹酸停止時のフォーミングの高さは、フォーミング高さ比率で０．６～０．７の一定となるように制御を行っており、吹酸停止時のスラグにおけるＡｌ_２Ｏ_３濃度は、０．１～０．３質量％の範囲内であった。

図３に示したように、フォーミング高さ比率を０．６～０．７で一定となるように制御しても、中間排滓開始角度は、概ね５５°～７３°の範囲で変動していることがわかる。また、溶銑Ｓｉ濃度を横軸として整理すると、中間排滓開始角度が、溶銑Ｓｉ濃度と強い相関を持って整理できることがわかる。

例えば、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下という低い値の場合、プロットのバラつきがやや見受けられるものの、概ね６５°以上に転炉型容器を傾動しなければ、中間排滓を開始できないことがわかる。フォーミングしたスラグは、吹酸停止と共に泡からガスが放出され、フォーミングの高さの減少が開始するものと考えられる。すなわち、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下という低い値の場合には、スラグのフォーミングの沈静化が顕著なものとなっていると推察される。本発明者は、図３から示唆される上記知見を踏まえ、溶銑Ｓｉ濃度に応じてフォーミングの高さの減少速度が変化することに想到した。

溶銑Ｓｉ濃度が低い０．６質量％以下の場合に着目すると、第２工程において吹酸停止後に転炉型容器の傾動を開始しても、フォーミングの高さの減少速度が比較的早いために、概ね６５°以上まで転炉型容器を傾動させないと、スラグの排滓は開始しない。更に、フォーミングの高さが減少したスラグは、液化したスラグ（ガスが抜けた密度の高いスラグ）となって粘性が高い状態となるため、傾動角を大きくしても、フォーミングスラグに比べて排出が容易ではなく、溶湯の排出の開始（中間排滓完了タイミング）時には多量の液化スラグが炉内に残留してしまうことが推察された。

また、処理チャージごとに溶銑Ｓｉ濃度が変動することは、比較的頻繁に生じうるものであり、過去の操業結果から推察すると、溶銑Ｓｉ濃度は、例えば０．１～１．２質量％（頻繁には０．３～１．２質量％）の間で変動しうる。そのため、処理チャージごとにフォーミング高さ減少速度にバラつきが生じ、結果として、処理チャージごとに転炉型容器の炉内に残留するスラグ量がバラつくものと推察された。

以上のような知見から、本発明者は、スラグのフォーミング高さ減少速度を低減し、また、フォーミング高さ減少速度の溶銑Ｓｉ濃度依存性を弱めることに着想し、かかる状況を実現可能な操業因子として、従来その濃度が着目されてこなかったスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が考えられることを知見した。

また、本発明者は、上記知見に基づき更なる検討を行った結果、スラグのフォーミングの高さに着目することで、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下と低い場合から溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％超過と高い場合までを含む複数チャージの処理において、スラグを中間排滓する際に安定して多量のスラグを排出可能な方法に想到した。

上記知見に基づき、以下に示す本発明の第１の実施形態では、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下と低い場合に、スラグを中間排滓する際に安定して多量のスラグを排出可能な精錬方法について説明する。また、以下に示す本発明の第２の実施形態では、溶銑Ｓｉ濃度に依らず、スラグを中間排滓する際に安定して多量のスラグを排出可能な精錬方法について説明する。

（第１の実施形態）
以下に示す第１の実施形態では、溶銑Ｓｉ濃度（第２工程開始時の溶銑Ｓｉ濃度）が０．６質量％以下である場合の精錬方法について、詳細に説明する。なお、溶銑のＳｉ濃度の下限値は、特に規定するものではないが、通常、０．１質量％程度である。

本発明の第１の実施形態に係る精錬方法は、転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法である。かかる精錬方法は、図１にも模式的に示したように、溶銑を転炉型容器に装入する第１工程と、石灰系フラックスを転炉型容器内に添加して吹酸することで、溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、転炉型容器を傾動させることで、スラグを転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、中間排滓後の転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、を含む。

ここで、先だって説明したように、溶銑（第２工程の吹酸処理前の溶湯）のＳｉ濃度が０．６質量％以下である場合、フォーミング高さ減少速度が大きく、中間排滓後であっても転炉型容器の内部に多量のスラグが残留する傾向があった。

しかしながら、本実施形態に係る精錬方法では、以下で詳述するように、第２工程の終了時におけるスラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度と、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した塩基度と、を所定の範囲内とするとともに、第２工程におけるフォーミングの高さについて、特定の条件を満足するように制御を行うことで、スラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することが可能となる。

＜第２工程の吹酸停止時におけるスラグの化学組成＞
本実施形態に係る吹錬方法では、第２工程の吹酸の停止時におけるスラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を０．５質量％以上５．０質量％以下の範囲内とし、かつ、上記塩基度を、０．８以上１．５以下の範囲内とする。

［塩基度］
本実施形態に係る精錬方法の第２工程において、吹酸によるスラグのフォーミングは、重要な因子である。ここで、通常適用される吹酸量でスラグのフォーミングを所望の量だけ発生させるために、本実施形態に係る精錬方法では、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した値であるスラグの塩基度を、０．８以上１．５以下の範囲内とする。スラグの塩基度が０．８未満である場合には、フォーミングしたスラグがスロッピング（転炉型容器からフォーミングしたスラグが溢れること）を起こす傾向が強くなるため、好ましくない。第２工程の終了時におけるスラグの塩基度は、好ましくは０．９以上であり、より好ましくは１．０以上である。

一方、スラグの塩基度が１．５を超える場合には、スラグの滓化不足となり、フォーミングが発生しにくくなるため、好ましくない。スラグの塩基度は、好ましくは１．４以下であり、より好ましくは１．３以下である。

［Ａｌ_２Ｏ_３濃度］
本発明者による知見によれば、第２工程において発生したフォーミングは、吹酸停止後にフォーミング沈静が発生し、吹酸停止からスラグの中間排滓開始までの時間（通常、０．５分～１０分程度）の間に、フォーミングの高さが減少する。かかるフォーミングの高さの減少が概ね一定ではない場合に、先だって言及したように、中間排滓開始角度が一定とならずにバラつきが生じ、炉内におけるスラグ残留量のバラつきの原因となる。

先だって言及したような本発明者による検証によれば、フォーミング高さの減少速度は、従来その濃度が着目されてこなかったスラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度に影響される傾向があることが判明した。

具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３濃度が０．５質量％未満である場合には、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が偏在する場合がある。その結果、フォーミングした炉内スラグの位置によっては、フォーミング高さの減少速度が高くなる場所が存在する一方で、他の場所はフォーミング高さの減少速度が低くなる、というような、フォーミング高さの減少速度のバラつきを招いてしまう。これにより、処理チャージごとのフォーミング高さの減少速度が一定しなくなってしまう。かかる観点から、第２工程の終了時におけるスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上とする。第２工程の終了時におけるスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度は、好ましくは１．０質量％以上である。Ａｌ_２Ｏ_３濃度が１．０質量％以上となることで、フォーミング高さの減少速度のバラつきを、より顕著に抑制することが可能となる。

本発明者による検証の結果、Ａｌ_２Ｏ_３濃度の増加と共に、フォーミング高さの減少速度を、より低減することが可能となる。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３濃度４．０質量％程度で、上記のようなフォーミング高さの減少速度のバラつき抑制効果が飽和し始め、Ａｌ_２Ｏ_３濃度５．０質量％で、上記効果の増加が顕著には見られなくなる。かかる観点から、第２工程の終了時におけるスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を、５．０質量％以下とする。

なお、脱りん作用を阻害しない程度のＡｌ_２Ｏ_３濃度は、６質量％程度が上限である。また、一般に、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度は、造滓材添加によって制御するが、コスト抑制の観点からは、Ａｌ_２Ｏ_３濃度は低いことが望ましい。

以上のように、第２工程の終了時におけるスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上５．０質量％以下とすることで、フォーミング高さの減少速度を低減することが可能となり、所望のフォーミング量を通常適用される吹酸量で実現することが可能となる。

なお、スラグ中には、上記の成分に加えて、酸化鉄がＦｅ濃度換算で１０～４０％程度含有されていることが多く、更にその他の成分が含有されていてもよい。ただし、本実施形態に係る精錬方法の効果を得るためには、上記のような成分の範囲で十分であり、詳細な濃度を規定するものではない。

また、スラグ中におけるＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｉＯ_２等の成分の含有量は、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分光分析法等のような公知の測定手法により、特定することが可能である。

＜第２工程の吹酸停止時におけるスラグのフォーミングの高さ＞
本発明者が得た知見によれば、先だって説明したように、フォーミング高さの減少速度には、上記のＡｌ_２Ｏ_３濃度以外に溶銑中のＳｉ濃度が関係している。

第２工程では、吹酸によって溶銑中のＳｉはほぼ全量が酸化されて、Ｓｉ濃度に応じたＳｉＯ_２が発生し、スラグの一部となる。吹酸時に発生するスラグは、Ｓｉが酸化したＳｉＯ_２、及び、吹酸によって生成する酸化鉄、酸化マンガン、リン酸があり、これらの成分の合計量は、吹酸停止後のスラグの７割程度となる。溶銑のＳｉ濃度に応じて精錬材であるＣａＯ源も決定される場合が通例であり、炉内スラグ量は、概ね溶銑Ｓｉ濃度に応じて決まる。

上記の観点より図３を見ると、スラグのフォーミングの高さが同じであっても、炉内スラグ量（横軸相当）に応じて、フォーミング高さの減少速度が変動することを示していることがわかる。なお、図３は、塩基度を０．８～１．５の範囲内とし、ＣａＯ源はＣａＯ換算した量を１００％として、生石灰（粉体上のＣａＯ）に転炉脱炭スラグを０～７０質量％混合したものを用いており、ＣａＯの由来による中間排滓開始角度への影響は、確認できなかった。

先だって言及したように、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下である場合には、中間排滓後の炉内に多量のスラグが残存してしまう程度に、フォーミング高さの減少速度が大きいことが判明している。

従って、本実施形態で着目しているように、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下である場合には、フォーミング高さの減少速度が大きいことを前提として、第２工程の吹酸精錬後は予め高めのフォーミング高さを実現しておき、その後に第３工程の中間排滓を実施すればよい。これにより、フォーミングスラグが液化する前に多量に系外に排出することができ、炉内に残留するスラグ量を低減することが可能となる。

このように、第２工程においては、スラグの高さを随時把握しておき、フォーミングの程度がどのくらいであるのかを特定することが重要となる。そのため、本実施形態に係る第２工程では、フォーミングの高さを測定しておくようにする。

［フォーミングの高さの測定］
ここで、本実施形態に係る第２工程では、フォーミングの高さの測定のために、図４Ａ及び図４Ｂに模式的に示したようなマイクロ波レベル計を使用することが好ましい。これにより、フォーミングの高さを非接触で測定することが可能となり、操業の利便性をより向上させることが可能となる。

マイクロ波レベル計の装置構成や使用方法を、以下に簡単に示す。図４Ａ及び図４Ｂに模式的に示した装置構成はあくまでも一例であり、本実施形態で使用するマイクロ波レベル計が、図４Ａ及び図４Ｂに示したものに限定されるものではない。

マイクロ波レベル計は、マイクロ波を用いて、転炉型容器の炉内でのスラグ面の高さを測定する装置である。マイクロ波レベル計は、図４Ａに模式的に示したように、アンテナ部と、アンテナ部を制御する装置本体と、を有している。アンテナ部は、図４Ｂに模式的に示したように、炉内に向けてマイクロ波を照射する送信アンテナと、炉内からのマイクロ波を受信する受信アンテナと、を有している。また、送信アンテナ及び受信アンテナの各先端には、アンテナ利得を高める（信号の強度を高める）ためのレンズ部が設けられており、レンズ部の更に炉体側には、炉内からの熱を防止するための断熱板が設けられている。マイクロ波レベル計のアンテナ部は、図４Ａ及び図４Ｂに模式的に示したように、炉口上方の排気フードに設けられた、サブランスを差し込むための開口部に装着される。

かかるマイクロ波レベル計を用い、送信アンテナから１０［ＧＨｚ］超過９０［ＧＨｚ］以下の周波数のマイクロ波を、転炉型容器の炉内に向かって送信し、フォーミングしたスラグ面から反射して受信アンテナで受信したマイクロ波を測定することで、マイクロ波の送信から受信までの時間を特定する。特定した時間の間にマイクロ波が進む距離の半分が、スラグ面までの距離に対応する。かかる関係より、スラグのフォーミングの高さを特定することができる。

このようなマイクロ波レベル計を用いることで、熱間であっても迅速にフォーミングの高さを決定することができ、スラグ残留量の低減や残留スラグ量のバラツキ抑制に結び付けることが可能となる。

［フォーミングの高さが満たすべき条件］
本発明者は、上記知見に基づき、溶銑Ｓｉ濃度と、スラグのフォーミング高さ比率と、中間排滓時の炉内に残留するスラグの量と、の間の相関関係について詳細に検証し、溶銑Ｓｉ濃度と、スラグのフォーミング高さ比率と、で規定される座標平面において、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましい状態となる領域と、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましくない状態となる領域と、の境界線を規定することができた。

より詳細には、溶銑のＳｉ濃度を変えながら操業を実施し、各操業について、スラグのフォーミング高さ比率を特定するとともに、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が、好ましい状態であるか否かを決定していく。得られた結果を、溶銑Ｓｉ濃度と、スラグのフォーミング高さ比率と、で規定される座標平面内に、好ましい状態に対応するマーカーと、好ましくない状態に対応するマーカーと、を使い分けながら、得られた結果をプロットしていく。得られたプロットを用い、２つの領域の境界を表す直線を、線形の最小二乗法により決定することで、境界線を表す式を得ることができる。

上記のようにして、本発明者は、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましい状態となる領域と、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましくない状態となる領域と、の境界線を表す式として、以下の式（１）を得ることができた。

０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率・・・式（１）

すなわち、本実施形態に係る精錬方法において、第２工程の吹酸停止時におけるスラグのフォーミング高さ比率を、上記式（１）を満足するように制御することで、スラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することが可能となる。更に、中間排滓時に、安定して多量のスラグを排出可能となることで、転炉内に残留するスラグの量のバラつきを抑制することが可能となる。

なお、転炉型容器の炉内に残留するスラグ量を低減するという観点では、上記吹酸停止時のフォーミング高さ比率について、上限値を設ける必要はない。ただし、スロッピングの発生を抑制することで、精錬操業の円滑な実施が可能であることから、吹酸停止時のフォーミング高さ比率は、１．０以下であることが好ましい。

＜第２工程における溶銑の終点温度＞
また、第２工程において、溶銑の終点温度は、１２８０～１３８０℃の範囲内とすることが好ましい。溶銑の終点温度を１２８０℃以上とすることで、溶銑の脱Ｓｉ反応及び脱Ｐ反応の進行レベルを、適切な状態に確保することが可能となる。これらの反応をより進行させるために、溶銑の終点温度は、１３００℃以上とすることが好ましく、１３１０℃以上とすることがより好ましい。一方、溶銑の終点温度を１３８０℃以下とすることで、脱Ｓｉ効率及び脱Ｐ効率の低下を抑制しながら、これらの反応を進行させることが可能となる。溶銑の終点温度は、１３６０℃以下であることが好ましく、１３５０℃以下とすることがより好ましい。

なお、第２工程において、スラグ塩基度、Ａｌ_２Ｏ_３濃度、及び、フォーミング高さ比率が上記の条件を満足するのであれば、酸素の供給時間（吹酸時間）は特に規定するものではないが、所望のスラグフォーミング量をより安定して実現するために、酸素の供給時間（吹酸時間）は、１～６分の範囲内とすることが好ましい。

以上、本実施形態に係る精錬方法における第２工程について、詳細に説明した。

＜その他の工程について＞
本実施形態に係る精錬方法において、第１工程及び第３工程については、特に限定されるものではなく、先だって図１を参照しながら説明したような方法で、各工程を実施すればよい。

また、第４工程についても、先だって図１を参照しながら説明したような方法で、中間排滓後の転炉型容器内にフラックスを添加して、脱Ｃ処理や脱Ｐ処理等の上吹精錬処理を実施すればよい。

ここで、第４工程における溶鋼の終点温度については、特に規定するものではなく、目的とする処理に応じて適宜設定すればよいが、例えば脱Ｐ処理であれば、１３００～１３８０℃の範囲内とすることが好ましい。溶鋼の終点温度を１３００℃以上とすることで、溶鋼の脱Ｐ反応の進行レベルを、適切な状態に確保することが可能となる。脱Ｐ反応をより進行させるために、溶鋼の終点温度は、１３２０℃以上とすることが好ましく、１３３０℃以上とすることがより好ましい。一方、溶鋼の終点温度を１３８０℃以下とすることで、脱Ｐ効率の低下を抑制しながら、これらの反応を進行させることが可能となる。溶鋼の終点温度は、１３６０℃以下であることが好ましく、１３５０℃以下とすることがより好ましい。

また、第４工程における溶鋼の終点温度は、例えば脱Ｃ処理であれば、１５６０～１７５０℃の範囲とすることが好ましい。溶鋼の終点温度を１５６０℃以上とすることで、溶鋼の脱Ｃ反応の進行レベルを、適切な状態に確保することが可能となる。脱Ｃ反応をより進行させるためには、溶鋼の終点温度は、１５８０℃以上とすることが好ましく、１６００℃以上とすることがより好ましい。一方、溶鋼の終点温度を１７５０℃以下とすることで、脱Ｃ処理に後続する合金添加処理などの溶鋼温度低下要因となる作業を実施しても、転炉から出鋼した後の溶鋼温度の低温化を抑制でき、過度の溶鋼温度の高温化を回避できる。

また、第４工程において、酸素の供給時間（吹酸時間）は特に規定するものではないが、酸素の供給時間（吹酸時間）は、例えば脱Ｐ処理であれば１～６分の範囲内、脱Ｃ処理であれば７～２５分の範囲内とすることが好ましい。

なお、第４工程として、溶鋼の脱Ｃ処理を実施する場合に、かかる脱Ｃ処理で発生した溶融スラグの一部又は全部を転炉型容器の炉内に残存させて、次のチャージの第２工程の石灰系フラックスとして用いてもよい。かかる溶融スラグの利用方法を採用することで、第２工程におけるフラックスコストを削減することが可能となる。

また、第４工程として、溶鋼の脱Ｃ処理を実施する場合に、かかる脱Ｃ処理で発生して排出されたスラグの一部又は全部を冷却固化して回収し、得られた凝固スラグを他のチャージの第２工程の石灰系フラックスとして用いてもよい。かかる凝固スラグの利用方法を採用することで、第２工程におけるフラックスコストを削減することが可能となる。

以上、本発明の第１の実施形態に係る精錬方法について、詳細に説明した。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る精錬方法によれば、転炉における溶銑予備処理（脱Ｓｉ処理や脱Ｐ処理）後に生成したスラグを中間排滓する際に、多量のスラグ排出することが可能となる。

これにより、例えば、中間排滓後の処理（すなわち、第４工程）が脱Ｃ処理である場合に、脱Ｃ処理時の復リン量を低減することが可能となる。また、中間排滓後の処理が脱Ｐ処理である場合には、炉内に残留したスラグが少量であるために、第４工程において炉内装入する生石灰量を少なくして、脱リン効果を得ることが可能となる。

また、かかる精錬方法を用いることで、複数チャージ処理した場合のスラグ残留量の平均値を、低減することが可能となる。

（第２の実施形態）
以上説明した第１の実施形態では、溶銑Ｓｉ濃度が０．６質量％以下と低い場合における、中間排滓後のスラグ多量残留を解消する精錬方法について説明した。かかる精錬方法を用いることで、複数チャージ処理した場合のスラグ残留量の平均値を、低減することが可能となる。

ここで、複数チャージ処理を想定すると、スラグ残留量が低い値ながらバラつきが生じうるために、中間排滓後の精錬処理において復リン量のバラつき（脱Ｃ処理の場合）、脱リン量のバラつき（脱Ｐ処理の場合）等のような、精錬処理のバラつきを招く原因となる可能性がある。

そこで、以下に示す第２の実施形態では、溶銑Ｓｉ濃度に依らず、複数チャージ間のスラグ残留量のバラつきを抑制可能な精錬方法について、詳細に説明する。なお、溶銑のＳｉ濃度の下限値は、特に規定するものではないが、０．１質量％程度の場合があるが、通例では０．３質量％程度である。同様に、溶銑のＳｉ濃度の上限値についても、特に規定するものではないが、通常、１．２質量％程度である。

本発明の第２の実施形態に係る精錬方法は、転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法である。かかる精錬方法は、図１にも模式的に示したように、溶銑を転炉型容器に装入する第１工程と、石灰系フラックスを転炉型容器内に添加して吹酸することで、溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、転炉型容器を傾動させることで、スラグを転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、中間排滓後の転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、を含む。

＜第２工程の終了時におけるスラグの化学組成＞
本実施形態に係る吹錬方法においても、第１の実施形態と同様に、第２工程の終了時におけるスラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を０．５質量％以上５．０質量％以下の範囲内とし、かつ、塩基度を、０．８以上１．５以下の範囲内とする。

スラグの塩基度及びＡｌ_２Ｏ_３濃度を上記の範囲内とする理由、及び、かかる範囲内とすることで得られる効果については、第１の実施形態と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。

＜第２工程の吹酸停止時におけるスラグのフォーミングの高さ＞
本実施形態で着目する複数チャージ処理に関して、各チャージにおいて炉内スラグ残留量がバラつくことで、フォーミング高さの減少速度のバラつきが生じるが、このような一連のバラつきの主原因の一つが、各チャージにおける溶銑Ｓｉ濃度である。そのため、フォーミング高さの設定値を、溶銑Ｓｉ濃度に応じた数値範囲とすることで、溶製Ｓｉ濃度のバラつきによる各チャージにおける炉内スラグ残留量のバラつき抑制が可能となる。

より詳細には、本実施形態に係る精錬方法では、フォーミング高さの減少速度が遅い溶銑Ｓｉ濃度が高めの場合には、フォーミングの高さを比較的低めに設定して、フォーミング高さ減少の開始位置を低めに設定する。一方、フォーミング高さの減少速度が速い溶銑Ｓｉ濃度が低めの場合には、第１の実施形態と同様に、フォーミングの高さを比較的高めに設定して、フォーミング高さ減少の開始位置を高めに設定する。これにより、中間排滓終了時の炉内のスラグ残留量のバラつきを、抑制することが可能となる。

本発明者は、かかる方針のもと、上記第１の実施形態と同様に、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましい状態となる領域と、中間排滓時に炉内に残留するスラグの量が好ましくない状態となる領域と、の境界線を表す式を特定する検討を行った。その結果、境界線を表す式を特定することができ、以下の式（２）で表される条件を得ることができた。

０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率 ≦ ０．８－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％））・・・式（２）

上記式（２）は、フォーミング高さ比率の上限値及び下限値を規定している。例えば、溶銑Ｓｉ濃度が低い場合には、速い値を示すフォーミング高さの減少速度に応じた、高めのフォーミング高さ比率の範囲を設定している。一方、溶銑Ｓｉ濃度が高い場合には、遅い値を示すフォーミング高さの減少速度に応じた、低めのフォーミング高さ比率の範囲を設定している。本実施形態に係る精錬方法では、上記スラグの化学組成によってフォーミング高さの減少速度を遅くしている効果も含めて、溶銑Ｓｉ濃度にバラつきが生じた場合であっても、中間排滓終了時の炉内スラグのフォーミング状況（フォーミング割合）のバラつきを概ね抑制している。その結果、本実施形態に係る精錬方法では、炉内に残留するスラグ量のバラつきが抑制可能となる。

すなわち、本実施形態に係る精錬方法において、第２工程の吹酸停止時におけるスラグのフォーミング高さ比率を、上記式（２）を満足するように制御することで、溶銑Ｓｉ濃度が変動したとしても、炉内に残留するスラグ量のバラつきが少なくなり、スラグを中間排滓する際に、安定して多量のスラグを排出することが可能となる。更に、中間排滓時に、安定して多量のスラグを排出可能となることで、転炉内に残留するスラグの量のバラつきを抑制することが可能となる。加えて、上記式（２）を満足するように制御を行うことで、複数チャージ間のスラグ残留量バラつきを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態に係る精錬方法において、フォーミングの高さの測定には、第１の実施形態と同様に、マイクロ波レベル計を用いることが好ましい。マイクロ波レベル計の装置構成及び使用方法と、これにより得られる効果については、第１の実施形態と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。

＜第２工程におけるその他の条件＞
また、第２工程において、溶銑の終点温度や吹酸時間等のその他の条件についても、第１の実施形態と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。

ここで、第４工程における溶鋼の終点温度や吹酸時間等のその他の条件についても、第１の実施形態と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。

また、第４工程として、溶鋼の脱Ｃ処理を実施する場合に、かかる脱Ｃ処理で発生した溶融スラグの一部又は全部を転炉型容器の炉内に残存させて、次のチャージの第２工程の石灰系フラックスとして用いてもよいし、かかる脱Ｃ処理で発生して排出されたスラグの一部又は全部を冷却固化して回収し、得られた凝固スラグを他のチャージの第２工程の石灰系フラックスとして用いてもよい。このようなスラグの利用方法を採用することで、第２工程におけるフラックスコストを削減することが可能となる。

以上、本発明の第２の実施形態に係る精錬方法について、詳細に説明した。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る精錬方法によれば、炉内の溶銑Ｓｉ濃度の高低に関わらず、転炉型容器における溶銑予備処理（脱Ｓｉ処理や脱Ｐ処理）後に生成したスラグを中間排滓する際に、多量のスラグ排出することが可能となり、また、中間排滓後に炉内に残留するスラグ量のバラつきを抑制することができる。

これにより、例えば、中間排滓後の処理（すなわち、第４工程）が脱Ｃ処理である場合に、脱Ｃ処理時の復リン量のチャージごとのバラつきを抑制することが可能となる。また、中間排滓後の処理が脱Ｐ処理である場合に、脱Ｐ処理後の溶湯リン濃度を安定させることが可能となり、例えばＰ含有量が１００ｐｐｍ以下という低リン鋼を、安定して溶製することが可能となる。

以下では、実施例を示しながら、本発明に係る精錬方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す例は、本発明に係る精錬方法の一例にすぎず、本発明に係る精錬方法が下記の例に限定されるものではない。

転炉型容器の一例として、容量が３５０トンの上底吹き転炉を用いた。かかる転炉の底部には、二重管羽口が複数本設置されている。かかる転炉の内部に、溶銑を３００～３３０トンの範囲内となるように装入した（第１工程）。ここで、溶銑の組成は、以下の表１に示した通りであり、残部は、Ｆｅ及び不純物である。

上記のような溶銑を装入後、炉口の上に配置されている上吹きランスを下降させて、溶銑に対して酸素ガスや空気等の酸素含有ガスを吹き込んだ。また、同時に、副原料として、転炉の上部から焼結鉱、鉄鉱石、ダスト等の酸化鉄源、精錬剤である石灰石や生石灰、脱Ｃ工程で排出後回収したスラグなどの石灰原料、造塊滓やＡｌ_２Ｏ_３粉等のＡｌ_２Ｏ_３原料、また、耐火物保護材であるドロマイトを添加した。この時、反応速度向上のために、転炉底部の内管からは酸化性ガスである酸素、空気を吹き込むとともに、外管からは冷却ガス用のＬＰＧ、窒素、ＣＯ_２を吹き込み、転炉内の溶銑、溶鋼を常時撹拌した。

これにより、第２工程の一例としての脱Ｓｉ／Ｐ処理では、酸素を吹き込むことにより炉内で脱Ｓｉ反応が進行し、ＳｉＯ_２が形成されるとともに、更に添加したＣａＯ系溶媒剤と反応することで、スラグが形成された。また、脱Ｓｉ反応終了末期頃になると、脱Ｐ反応が開始した。この時、吹き込んだ一部の酸素が溶銑中のＣと反応することにより、ＣＯ、ＣＯ_２気泡が発生し、これらの気泡により、脱Ｓｉ／Ｐ処理末期において、スラグのフォーミングが進行した。

第２工程におけるスラグ組成は、添加する石灰原料や造塊滓等のＡｌ_２Ｏ_３源の使用量を調整することにより、塩基度は０．８～１．５の間に、Ａｌ_２Ｏ_３濃度は０．５％以上５％以下に調整した。なお、以下の表１及び表２に示した具体的な値については、ＩＣＰ発光分光分析により測定した。

上記の第２工程では、転炉の上部に位置するサブランス孔に設置したマイクロ波レベル計を用いて、スラグのフォーミングの高さを常時測定した。その上で、スラグのフォーミングの状態が、上記式（１）（以下の表１の場合）又は式（２）（以下の表２の場合）を満足している時に吹錬を停止し、上吹きランスを上昇させた。その後、転炉を傾動させることにより、炉口から炉内のスラグを排出する中間排滓を実施した（第３工程）。なお、スラグは、転炉の下に設置したスラグポットに排出させた。この時、転炉を傾動させスラグが流出を開始した角度を、中間排滓開始角度として記録した。また、炉内の溶銑が流出する直前に炉体を垂直に戻し、中間排滓を終了した。

中間排滓終了後は、再度上吹きランスを下降させて酸素含有ガスを吹き込み、同時に、精錬剤である生石灰や石灰石を投入することにより、スラグの塩基度を３．０以上として、脱Ｃ処理を実施した（第４工程）。脱Ｃ処理後は、転炉を傾動させて、転炉の出鋼口より溶鋼を取鍋に取り出し、精錬を終了した。

＜炉内スラグ残留量の測定方法＞
投入したフラックス量と溶銑Ｓｉ濃度及びスラグ組成に基づき、炉内のスラグ量を計算した。排出したスラグ量は、排滓鍋に設置されている重量計から求め、炉内に残留されたスラグ量は、計算した全スラグ量と重量計から得られた値との差分を算出することで、求めた。

＜第１の実施形態に対応する試験例である表１の評価判定基準＞
第１の実施形態に対応する試験例である表１においては、炉内スラグ残留量が２６ｋｇ／ｔ未満であった場合に、評点「Ａ」を付与し、炉内スラグ残留量が２６ｋｇ／ｔ以上の場合に、評点「Ｂ」を付与した。

なお、判断基準として、閾値２６ｋｇ／ｔを採用した理由は、以下の通りである。すなわち、本発明では、高炉スラグが混入しうる状態、かつ、溶銑中のＳｉが酸化される状態で吹酸を行うために、中間排滓前のスラグ量が多い傾向があり、炉内スラグ残留量が多くなる傾向がある。そのため、閾値として、やや多めの数値である２６ｋｇ／ｔを採用した。

＜第２の実施形態に対応する試験例である表２の評価判定基準＞
第２の実施形態に対応する試験例である表２においては、特定の溶銑組成範囲内で２０チャージ分の操業を実施し、残留スラグ量を測定して、残留スラグ量の最小値と最大値とを評価した。その上で、最大値と最小値との差分を、バラつきの代表値とした。得られたバラつきが１０ｋｇ／ｔ以下であった場合に、評点「Ａ」を付与し、バラつきが１０ｋｇ／ｔを超えた場合に、評点「Ｂ」を付与した。

得られた結果を、以下の表１及び表２にまとめて示した。
なお、以下の表２において、「ｘ－ｙ」という表記は、該当する欄の数値が「ｘ以上ｙ以下」の範囲内であったことを表している。

上記表１から明らかなように、本発明の範囲内であるＮｏ．１～７に関しては、炉内スラグ残留量が２６ｋｇ／ｔ未満となった。

なお、別途、Ｎｏ．５（Ａｌ_２Ｏ_３濃度が５．０質量％の場合であって残留スラグが２０ｋｇ／ｔ）と同様のスラグ組成のＡｌ_２Ｏ_３濃度を、６．０質量％まで増加させたところ、Ｎｏ．５と同様に残留スラグが２０ｋｇ／ｔとなった。かかる結果から明らかなように、Ａｌ_２Ｏ_３濃度の増加の効果は、得られなかった。

一方、フォーミング高さ比率が式（１）の下限値未満で吹酸を停止したＮｏ．８～１０では、吹酸停止後から中間排滓開始までにフォーミングの高さが顕著に減少し、炉内にスラグ量が過剰に残留した。

塩基度が下限値である０．８未満のＮｏ．１１では、吹錬中に過剰なスロッピングが発生し、予定の吹錬を実施することができなかった。また、塩基度が上限値である１．５を超えたＮｏ．１２では、添加したフラックスの滓化不良により、スラグをフォーミングさせることができず、中間排滓を実施してもスラグを排滓することができなかった。

アルミナ濃度が下限値である０．５質量％未満であるＮｏ．１３は、炉内でフォーミングの減少速度がバラつき、フォーミング減少速度が速い部分が多かったため、中間排滓量が低下し、炉内のスラグ残留量が増加した。

また、上記表２に示した範囲で操業を実施したところ、いずれのＳｉ濃度範囲であっても、第２の実施形態で規定したスラグ組成及びフォーミング高さ比率の範囲内であれば、最大値と最小値との差が１０ｋｇ／ｔ以下となり、中間排滓後に炉内に残留するスラグ量のバラつきを抑制することができた。

一方、フォーミング高さ比率が式（２）の上限値を超える値で操業を止めた場合、中間排滓でスラグを過剰に排滓してしまい、炉内に残留するスラグ量の最大値と最小値との差が１０ｋｇ／ｔを超えて、バラつきが大きくなった。

なお、表１及び表２のいずれにおいても、脱炭時の復リン量及び生石灰投入量は、スラグ残留量の多寡やスラグ残留量バラつきの多寡に応じた本発明の効果を得ることができた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims

転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法であって、
溶銑を前記転炉型容器に装入する第１工程と、
石灰系フラックスを前記転炉型容器内に添加して吹酸することで、前記溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、
前記転炉型容器を傾動させることで、前記スラグを前記転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、
中間排滓後の前記転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、
を含み、
前記第２工程の開始時における前記溶銑のＳｉ濃度は、０．６質量％以下であり、
前記第２工程の吹酸停止時における前記スラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上５．０質量％以下、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した塩基度を、０．８以上１．５以下とし、
前記第２工程では、前記フォーミングの高さを測定しておき、前記中間排滓前の前記吹酸の停止時における前記フォーミングの高さが、下記式（１）を満足する、精錬方法。

０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率・・・式（１）

ここで、上記式（１）において、フォーミング高さ比率とは、前記転炉型容器における炉内フリーボードの高さに対する、測定した前記フォーミングの高さの比率である。
転炉型容器を用いて鋼を精錬する上吹精錬プロセスにおける精錬方法であって、
溶銑を前記転炉型容器に装入する第１工程と、
石灰系フラックスを前記転炉型容器内に添加して吹酸することで、前記溶銑に対して脱Ｓｉ処理及び脱Ｐ処理を施し、スラグをフォーミングさせる第２工程と、
前記転炉型容器を傾動させることで、前記スラグを前記転炉型容器の炉口から排滓する中間排滓を実施する第３工程と、
中間排滓後の前記転炉型容器内にフラックスを添加して、上吹精錬処理を実施する第４工程と、
を含み、
前記第２工程の吹酸停止時における前記スラグについて、Ａｌ_２Ｏ_３濃度を、０．５質量％以上５．０質量％以下、ＣａＯ濃度（単位：質量％）をＳｉＯ_２濃度（単位：質量％）で除した塩基度を、０．８以上１．５以下とし、
前記第２工程では、前記フォーミングの高さを測定しておき、前記中間排滓前の前記吹酸の停止時における前記フォーミングの高さが、下記式（２）を満足する、精錬方法。

０．６－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％）） ≦ 吹酸停止時のフォーミング高さ比率 ≦ ０．８－０．３×（第２工程開始時の溶銑のＳｉ濃度（単位：質量％））・・・式（２）

ここで、上記式（２）において、フォーミング高さ比率とは、前記転炉型容器における炉内フリーボードの高さに対する、測定した前記フォーミングの高さの比率である。
前記第２工程での前記フォーミングの高さの測定に、マイクロ波レベル計を用いる、請求項１又は２に記載の精錬方法。
前記第４工程は、脱炭精錬を行う工程であり、
前記脱炭精錬後に生成した溶融スラグを炉内に一部残留させ、残留させた前記溶融スラグを、次のチャージの前記第２工程において前記石灰系フラックスの一部又は全部として使用する、請求項１～３の何れか１項に記載の精錬方法。
前記第４工程は、脱炭精錬を行う工程であり、
前記脱炭精錬後に生成した溶融スラグを冷却固化した凝固スラグを、他のチャージの前記第２工程において前記石灰系フラックスの一部又は全部として使用する、請求項１～３の何れか１項に記載の精錬方法。