JP7575684B2 - 転炉型精錬炉による溶鉄の溶製方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉型精錬炉を使って、溶銑予備処理工程と中間排滓工程と脱炭処理工程を続けて行い溶鉄を精錬する、転炉型精錬炉による溶鉄の溶製方法に関するものである。

転炉型精錬炉では、溶銑に酸素を供給することで脱Ｃし、鋼を溶製する吹錬が行われる。この脱Ｃ処理に先立ち、溶銑中のＳｉやＰを予め除去する、溶銑予備処理を行うことが一般的であり、脱Ｃ処理までのプロセスは一次精錬処理と呼ばれている。溶銑予備処理の方法としては、溶銑搬送容器であるトーピードカーにおける脱Ｓｉ処理や、転炉型精錬炉１基を脱Ｐ専用炉として用いる方法もあるが、転炉型精錬炉１基で脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｃを行う手法が広く使われている。

特許文献１では、第１工程として、屑鉄、溶銑を上底吹転炉に装入し、第２工程（溶銑予備処理工程）として、フラックス添加と吹酸により脱Ｐ処理を行い、直ちに第３工程（中間排滓工程）として、転炉を横転させて第２工程で生成したスラグを排滓し、第４工程（脱炭処理工程）として、フラックス添加と吹酸により所定の［Ｃ］、［Ｐ］まで脱Ｃ、脱Ｐ処理を行い、第５工程として、第４工程で生成したスラグを残したまま出鋼し、第６工程として、炉を正立させ、底吹攪拌を施しつつ炭材を添加してスラグ中（ＦｅＯ）を低減し、再び第１工程に戻って、以降は第２工程でのフラックス中石灰添加量をゼロないしは前記第２工程における同添加量の２５％以下として第６工程までを繰返し実施することを特徴とする技術が開示されている。この技術はスラグを熱間リサイクル可能であり、スクラップを多量に投入でき、スラグ発生量も抑えられることから、一次精錬手法として広く使われている。

上述した手法を使って溶鉄を精錬する場合、中間排滓工程において排出するスラグの排滓率（＝排出したスラグ質量／排出前の炉内スラグ質量）が、脱炭処理工程以降の精錬能に大きく影響する。脱Ｐ反応においては、スラグ中のＣａＯとＳｉＯ_２の比率（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比、以後、塩基度Ｃ／Ｓと呼ぶ）に応じて溶鉄中のＰとスラグ中のＰの比率（以後、Ｐ分配と呼ぶ）が決まる。そのため、脱炭処理工程での仕上げ脱Ｐにおいては、中間排滓工程の排滓率が大きいほど、溶銑予備処理工程で転炉内に生成したスラグのうちで炉内に残留するスラグが少なくなるため、その後の脱炭処理工程で添加するＣａＯ源を節約できる。

スラグを排滓する中間排滓工程に先んじて、溶銑予備処理工程では溶銑中のＣとスラグ中のＦｅＯが反応することで不可避的にＣＯガスが発生し、スラグが泡立つ現象、いわゆるフォーミングが生じる。中間排滓工程では転炉型精錬炉を傾動して、このフォーミングしたスラグを炉外に排出するが、溶銑予備処理工程において操業阻害とならない範囲でできるだけスラグをフォーミングさせた状態にすることで、中間排滓前における転炉内のスラグ体積が増大し、排滓するスラグ量を増やすことができる。しかしながら、吹錬中の転炉型精錬炉内を直接観察することは困難であることから、マイクロ波を使ってスラグの上面（以下、スラグ面と称す。）面の高さを把握する技術が開発されてきた。

特許文献２では、精錬炉内のスラグ高さを、マイクロ波レーダー式のスラグレベル計を使って測定する技術が開示されている。この技術を使えば、転炉での吹錬中のスラグ面の時間変化挙動をリアルタイムで把握できることから、スラグ面高さ（以下、スラグレベルともいう。）に応じて送酸速度といった吹錬条件を変更する等のアクションを取ることが可能であり、スラグ面高さが転炉型精錬炉の上部に達した段階で吹錬を停止することで、排滓するスラグ量を増やすことが可能となっている。

溶銑予備処理工程では転炉型精錬炉内のスラグレベルが一定以上に達するとスラグが精錬炉からオーバーフローする懸念が生じるので、それ以上脱Ｐ処理を続けることができない。このため、特許文献３では、「溶銑鍋内のスラグレベルを計測し、他方、溶銑鍋内の溶銑重量を計測し、得られた値から溶銑のレベルを計算し、計測した値と計算した値との差が所定の値を超える場合には所定量のフォーミング抑制剤を溶銑鍋に投入し、溶銑の脱珪反応を進行させる」技術が開示されている。この技術は、測定したスラグレベルそのものを活用するものである。

一方で、中間排滓工程で排滓されるスラグ質量を増やすことを考えた場合、転炉型精錬炉の容積は変わらず炉内の溶銑体積はほぼ一定であり、操業トラブルを生じさせない臨界のスラグ面高さも決まっているため、中間排滓前に転炉内に占める臨界のスラグ面高さまで上昇したスラグの体積は一定である。排滓時の精錬炉の傾動角度も一定であれば中間排滓時に転炉内に残留するスラグ体積が一定であるので、排滓スラグの体積も一定となる。従って、排滓スラグ質量を増やすためには、排滓スラグとして可能な限り密度の高いフォーミングスラグを作る必要がある。

フォーミングスラグの密度を調整する技術として、特許文献４では、精錬処理中における転炉型精錬炉中で発生するＣＯガスの発生速度を変化させることで、精錬炉内のスラグの密度を調整する技術が開示されている。この技術によると、炉内に供給された気体酸素源および固体酸素源と溶銑中の炭素が反応して発生するＣＯガスの発生速度によってスラグフォーミング度合いを変化させることができ、ＣＯガス発生速度が大きいほどスラグ密度が小さくなる傾向となっている。

特開平０５－１４０６２７号公報 特開平０３－２８１７１７号公報 特開平０８－１４３９２５号公報 特開２０１５－２１８３３８号公報

特許文献１の手法によって溶鉄を処理する場合、前ｃｈのスラグ質量およびスラグ成分と、溶銑予備処理工程前までに添加する副原料の質量および成分から、溶銑予備処理工程における初期スラグ質量および成分を計算できる。溶鉄中のＳｉは溶銑予備処理工程においてほぼ全量が酸化されることから、溶銑予備処理工程で添加する副原料の質量および成分とから溶銑予備処理終了時のスラグ質量および成分が計算でき、中間排滓されるスラグ質量が分かると、目標のＰ濃度に応じて脱炭処理工程におけるＣａＯを含む副原料の添加質量を算出できる。

このとき問題となるのが、中間排滓されるスラグ質量のバラつきである。溶銑予備処理工程終了時の炉内のスラグ面高さを一定とし、中間排滓工程での転炉型精錬炉の傾動角度を一定に保ったとき、前述のように、排滓されるフォーミングスラグの体積を一定の値として見積もることができる。排滓されるフォーミングスラグの体積に、排滓されるフォーミングスラグの見掛け密度を乗ずることで、排滓されるスラグの質量を見積もることができる。しかしながら、中間排滓工程で排滓されるスラグの質量を秤量機で測定すると、スラグレベル計で同じ高さまでフォーミングさせたスラグを同一の傾動角度で排滓する、すなわち、同じ体積のスラグを排滓したとしても、排滓されるスラグ質量にはバラつきが生じることがわかった。このバラつきが大きく、排滓されるスラグ質量を実際に排滓されるよりも少なく見積もってしまうと、転炉型精錬炉内に実際には計算よりも多い質量のスラグが残っている状態で副原料を添加することになるため、目標のＰ濃度に応じて設定されるスラグの塩基度Ｃ／Ｓよりも低い塩基度Ｃ／Ｓとなり、脱Ｐ不良が生じることになる。脱Ｐ不良を回避するため、バラつきを考慮して、目標のＰ濃度に応じて設定される塩基度Ｃ／Ｓよりも大きくなるよう、過剰にＣａＯ源を添加せざるを得ないことが課題となっていた。

そこで本発明は、過剰にＣａＯ源を添加することなく溶鉄を溶製することのできる、転炉型精錬炉による溶鉄の溶製方法を提供することを目的とする。

上述した課題の解決に向けて、本発明者らが鋭意検討した結果、排滓されるスラグ質量のバラつきが生じる要因は排滓されるフォーミングスラグの密度が異なることであり、溶銑予備処理工程末期における転炉型精錬炉内スラグ面の到達高さは同じであっても、スラグ面高さの上昇速度によって排滓されるスラグの質量が異なることを知見した。すなわち、従来排滓されるスラグ質量を見積もる際の排滓されるスラグの見掛け密度は一定値として取り扱っていたが、スラグ面高さの上昇速度が遅い場合はフォーミングスラグ内の泡が小さく排滓されるフォーミングスラグの見掛け密度は大きく、逆に、スラグ面高さの上昇速度が速い場合はフォーミングスラグ内の泡が大きく排滓されるフォーミングスラグの見掛け密度が小さいことが判明した。中間排滓においては、転炉型精錬炉内のスラグのうち、上層部のスラグが優先的に排滓される。スラグ面高さの上昇速度が速い場合と比較し、スラグ面高さの上昇速度が遅い場合は、中間排滓前の転炉型精錬炉内のスラグのうち、上層部のスラグの密度が比較的に大きくなるものと推定することができる。

この知見に基づけば、溶銑予備処理工程後の中間排滓工程で排滓されるスラグ体積は一定であっても、排滓されるスラグの密度はスラグ面高さの上昇速度によって変化するので、スラグ面高さの上昇速度に応じて排滓されるスラグ質量の推定に用いる見掛け密度を調整できることから、排滓されるスラグ質量の推定精度が向上することになる。また、スラグ面高さの上昇速度と脱炭処理工程で添加する副原料の質量との関係を求め、直接副原料の投入量を調整することもできる。なお、秤量機を使って排滓されるスラグ質量を直接測定すれば、上述のような操作は不要であるように見えるが、排滓されるスラグには溶銑予備処理工程中の吹錬によってスラグ内に飛散した粒鉄が含まれていることから、秤量機で測定されたスラグ質量を直接使用すると誤差が生じることに加え、秤量機によって排滓されたスラグの質量が判明するのは、中間排滓工程後であるため、脱炭処理工程の前半で添加する副原料を準備するのに間に合わなくなる。

本発明は、上述の検討から着想を得て考案されたもので、スラグ面高さの上昇速度と添加する副原料の質量の関係を明らかにすることで本発明を完成するに至った。具体的な手段は下記に示す通りである。
［１］転炉型精錬炉を用い、スラグと溶銑が共存する状態で吹錬することで脱Ｓｉおよび脱Ｐする溶銑予備処理工程と、炉を傾動させて前記転炉型精錬炉内のスラグを排滓する中間排滓工程と、前記転炉型精錬炉内にＣａＯ系の副原料を添加して吹錬することで脱Ｃおよび仕上げ脱Ｐする脱炭処理工程を続けて行うにあたり、前記溶銑予備処理工程末期のスラグ面高さを測定し、前記スラグ面高さの変化速度に応じて、前記脱炭処理工程で添加する前記副原料中のＣａＯ原単位を決定することを特徴とする、溶鉄の溶製方法。
［２］上記［１］に記載の溶鉄の溶製方法で溶鉄を溶製するにあたり、（１）式に従って添加する副原料中のＣａＯ原単位を決定することを特徴とする、溶鉄の溶製方法。
Ｗ’_ＣａＯ＝ａ・（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’_ｆｏａｍ）＋Ｗ_ＣａＯ＋Ｅ_ＣａＯ （１）
Ｗ’_ＣａＯ：添加する副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）
ｈ’ _ｆｏａｍ：実測のスラグ面高さの変化速度（ｍ／ｓ）
ａ：定数
ｈ_ｆｏａｍ：平均のスラグ面高さの変化速度（ｍ／ｓ）
Ｗ_ＣａＯ：スラグ面高さの変化速度がｈ_ｆｏａｍとなる条件において、目標Ｐ濃度、温度に応じて決める、熱力学的に必要な副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）
Ｅ_ＣａＯ：脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）

本発明により、脱炭処理工程で過剰に添加していた副原料を削減できることに加え、脱炭処理工程での脱Ｐ不良の割合を低減できる。

処理フロー 添加した副原料中のＣａＯ原単位と脱炭処理後［％Ｐ］の関係

［用語の定義］
本発明において、溶鉄とは、溶銑および溶鋼のことを指す。脱炭処理工程では、溶銑中Ｃが低下して溶鋼になるが、本発明においては炉内の溶融鉄を総じて溶鉄と呼ぶこととする。

副原料とは、主に、溶銑予備処理工程、脱炭処理工程、および、これらの工程の前後に転炉型精錬炉内に添加される、造滓を目的とした精錬剤のことであり、生石灰、石灰石、脱りん滓、脱炭滓、鉄鉱石、焼結鉱、ダスト、ドロマイト、カルシウムフェライト、硅石、マンガン鉱石、高炉を含む製鉄プロセスで発生する酸化物を含むリサイクル品等を指す。なお、副原料の成分は予め分析してあることから、添加量に応じて各成分の質量を算出できる。ＣａＯ系の副原料とは、Ｃａ含有量がＣａＯ換算で５０％以上となる副原料を意味する。
ＣａＯ原単位とは、ＣａＯを含む副原料の質量にＣａＯ濃度を乗じて算出したＣａＯ質量を、溶銑質量で除した、溶銑質量あたりのＣａＯ量を指し、ｋｇ／ｔｏｎの単位で使われることが多い。

［処理手順］
本発明は、転炉型精錬炉を使って、スラグと溶銑が共存する状態で吹錬することで脱Ｓｉおよび脱Ｐする溶銑予備処理工程と、炉を傾動させて前記炉内のスラグを排滓する中間排滓工程と、前記炉内にＣａＯ系の副原料を添加して吹錬することで脱Ｃおよび仕上げ脱Ｐする脱炭処理工程を続けて行う処理によって溶鉄を精錬し、主に脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｃ処理する一連の処理のうち、溶銑予備処理工程末期から脱炭処理工程初期にかけて実施することを想定している。以下、図１を用いて説明する。図１において、（Ａ）は溶銑装入工程、（Ｂ）は溶銑予備処理工程、（Ｃ）は中間排滓工程、（Ｄ）は脱炭処理工程、（Ｅ）は出鋼を示している。

転炉型精錬炉１を１基使って溶鉄を溶製する場合、前ｃｈ（チャージ）の脱炭処理工程終了後に溶鉄３を出鋼（図１（Ｅ）参照）した後にスラグの一部を炉内に残存させるよう、炉体を傾動させてスラグを排出する（図示せず）。炉内に残留する前ｃｈのスラグ体積は、炉体の傾動角度に応じて計算することができる。この時の転炉型精錬炉内のスラグはフォーミングしていないことから、予め求めておいたスラグ密度を掛けることでスラグ質量に換算できる。

その後、当ｃｈの溶鉄を精錬するため、図１（Ａ）に示すように注銑鍋２から転炉型精錬炉１へ溶銑を装入し、加えて、スクラップ等の鉄源、造滓用の副原料を添加する。図１（Ｂ）に示す溶銑予備処理工程で必要なＣａＯ系の副原料の添加量は、溶銑中のＳｉ、溶銑温度、高炉溶銑配合率、前ｃｈからの持ち越しスラグ質量といった情報から算出できる。溶銑予備処理工程での送酸用ランス５を用いた吹錬によって、溶銑中のＳｉはほぼ全量が酸化されることから、溶銑予備処理末期のスラグ塩基度Ｃ／Ｓを求めることができる。溶銑予備処理末期は、溶銑中のＳｉが酸化され、送酸用ランス５から吹き付ける酸素と溶銑中のＣとの反応に加え、スラグ中のＦｅＯと溶銑中のＣとの反応が活発になることから、炉内のスラグ４が泡立つフォーミングが生じるようになる。フォーミングしたスラグ４が、直接炉頂から噴出すると操業阻害となることに加え、炉頂まで到達した状態で炉体を傾動させると、傾動中に排滓されたスラグが転炉の付帯設備を焼損させる場合があるため、通常はフォーミングしたスラグ４の上面（スラグ面）が決められた高さに到達した時点で溶銑予備処理における吹錬を停止し、中間排滓工程に移る。本発明では、スラグ面計６を用いて、溶銑予備処理末期のスラグ面高さの測定結果を溶銑予備処理工程の終了判定の他、脱炭処理工程での副原料添加量計算に活用する。副原料添加量計算に用いるスラグ面高さの変化速度は、吹錬停止前の１分間程度の間にスラグ面高さを複数回測定し、最小二乗法等の手法で算出する。

図１（Ｃ）に示す中間排滓工程では、脱炭処理工程でのＣａＯ添加量を削減できるように、溶鉄が排出されない範囲で最大限スラグが排出されるように、転炉型精錬炉１の炉体を傾動して排滓を行う。台車８上に排滓鍋７が配置され、転炉型精錬炉１から排出されたスラグ４が排滓鍋７に収容される。

排滓されるスラグの体積は、溶銑予備処理終了時のフォーミングスラグの高さと炉体の傾動角に応じてほぼ決まるが、前述したように排滓されるフォーミングスラグの密度がばらつくため、排滓されるスラグの体積が一定でも質量は変化する。したがって、脱炭処理工程で添加するＣａＯ量の算出に必要な中間排滓後の炉内に残留するスラグ質量も変化するため、排滓されるスラグの体積が同じであっても目標とするＰ濃度を得るために必要なＣａＯ量は変化する。

従来法においては、図１（Ｄ）に示す脱炭処理工程で添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｄ_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）は以下のように決定できる。脱炭処理後の溶鉄は転炉型精錬炉内の高温環境で強攪拌されることから、脱炭処理末期は概ね温度とスラグ組成、特に塩基度Ｃ／Ｓによってスラグ中Ｐ濃度と溶鉄中のＰ濃度の比であるＰ分配が決まる。Ｐ分配は熱力学的な要素を含む指標の一つであり、スラグ中の塩基度Ｃ／Ｓの影響が大きい。Ｐ分配が決まると、溶鉄およびスラグ量に応じて溶鉄中のＰ濃度およびスラグ中のＰ_２Ｏ_５濃度を算出できる。脱炭処理工程末期での目標Ｐ濃度と目標温度に応じて熱力学的に必要な塩基度Ｃ／Ｓが決まることから、中間排滓工程後のスラグ状況に応じて、熱力学的に必要な副原料中のＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）が決まる。Ｄ_ＣａＯはＷ_ＣａＯにバラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｅ_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）を加えた値である。

発明法においては、溶銑予備処理工程末期で測定したスラグ面高さの変化速度ｈ’_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）に応じて、次の（１）式から添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）を計算することができる。なお後述のように、従来法でのＥ_ＣａＯに比較して本発明のＥ_ＣａＯを小さくできることが本発明の特徴となる。
Ｗ’_ＣａＯ＝ａ・（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’_ｆｏａｍ）＋Ｗ_ＣａＯ＋Ｅ_ＣａＯ （１）

（１）式の導出
ここで、（１）式の導出について説明する。溶銑予備処理工程でのスラグ質量（中間排滓前の炉内スラグ質量）をＷ_１（ｋｇ）、該スラグの塩基度Ｃ／ＳをＢ_１（－）、スラグ中のＣａＯ濃度を％ＣａＯ、ＳｉＯ_２濃度を％ＳｉＯ_２、中間排滓工程で排滓されるフォーミングスラグ体積をＶ_１（ｍ^３）、排滓されるフォーミングスラグ密度をρ_１（ｋｇ／ｍ^３）とし、中間排滓後炉内に残留したスラグ質量をＷ_２（ｋｇ）、脱炭処理工程でのスラグ塩基度Ｃ／ＳをＢ_２（－）と置く。排滓されるフォーミングスラグ体積Ｖ_１については、溶銑予備処理工程終了時の炉内のスラグ面高さから排滓前のスラグ体積を見積もり、中間排滓時の排滓傾動角度から炉内残留スラグ体積を見積もることができるので、両体積の差分としてＶ_１を求めることができる。塩基度Ｂ_２は、溶製する品種ごとに予め定めておくと良い。また、脱炭処理工程で添加するＣａＯ量をＡ_ＣａＯ（ｋｇ）とする。
この時、（２）、（３）式が成り立つ。
Ｂ_１＝％ＣａＯ／％ＳｉＯ_２ ・・・（２）
Ｂ_２＝（Ｗ_２×％ＣａＯ/100＋Ａ_ＣａＯ）／（Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100） ・・・（３）
また、マスバランスを考えると、（４）式が成り立つ。
Ｗ_２＝Ｗ_１－Ｖ_１×ρ_１ ・・・（４）

ここで、スラグ面高さの変化速度が大きいほど排滓されるフォーミングスラグ密度が小さくなることを踏まえた上で、排滓されるフォーミングスラグ密度ρ_１を、基準とする平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）で記述すると、ρ_１＝ｂ１／ｈ_ｆｏａｍと記述できることが、実験から明らかとなった。ここで、ｂ１は定数である。また、基準とする平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍは、同様の精錬条件、すなわち、処理前溶銑中のＳｉ濃度、前ｃｈからの持ち越しスラグ量、溶銑予備処理工程での副原料添加量および目標塩基度Ｃ／Ｓが近い条件のスラグ面高さの変化速度の実績を用い、数チャージ分平均して算出すればよい。

さらに、（２）、（３）、（４）式を変形して脱炭処理工程で添加するＣａＯ量Ａ_ＣａＯ（ｋｇ）を括りだすと、（５）式が得られる。
（参考：途中式）
Ｂ_２＝（Ｗ_２×％ＣａＯ/100＋Ａ_ＣａＯ）／（Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100） （３）式
Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100×Ｂ_２＝Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100×Ｂ_１＋Ａ_ＣａＯ （３）式変形、（２）式代入
Ａ_ＣａＯ＝Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100×Ｂ_２－Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100×Ｂ_１
Ａ_ＣａＯ＝Ｗ_２×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１）
Ａ_ＣａＯ＝（Ｗ_１－Ｖ_１×ｂ１／ｈ_ｆｏａｍ）×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１） ・・・（５）
（５）式におけるＡ_ＣａＯ（ｋｇ）を溶鉄量（ｔｏｎ）で除した値が、上記（１）式におけるＷ_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）であり、基準とする平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）の条件での脱炭処理工程で添加するＣａＯ原単位であることが分かる。また、Ｂ_２は目標Ｐ濃度を得るために熱力学的に必要な設定塩基度Ｃ／Ｓである。

（５）式で示したＡ_ＣａＯ（ｋｇ）は基準とする平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）の条件において必要なＣａＯ量であるが、スラグ面高さの変化速度がｈ’_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）に変化した場合は、その変化速度に応じてρ_１が変化し炉内残留スラグ質量が変化するので、変化に対応した量のＣａＯを添加する必要がある。この時、（４）式及び「ρ_１＝ｂ１／ｈ_ｆｏａｍ」式を元に考えると、スラグ面高さの変化速度ｈ’_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）の場合に必要なＣａＯ量Ａ’_ＣａＯ（ｋｇ）は、（６）式で表すことができる。
Ａ’_ＣａＯ＝（Ｗ_１－Ｖ_１×ｂ１／ｈ’_ｆｏａｍ）×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１） ・・・（６）
（６）式－（５）式
Ａ’_ＣａＯ－Ａ_ＣａＯ＝（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’_ｆｏａｍ）×Ｖ_１×ｂ１×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１）
Ａ’_ＣａＯ＝（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’_ｆｏａｍ）×Ｖ_１×ｂ１×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１）＋Ａ_ＣａＯ
ここで、
Ｖ_１×ｂ１×％ＳｉＯ_２/100×（Ｂ_２－Ｂ_１）＝ｂ２ （８）
と置き換えると
Ａ’_ＣａＯ＝ｂ２×（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’_ｆｏａｍ）＋Ａ_ＣａＯ ・・・（７）

（７）式で示したＡ’_ＣａＯはスラグ面高さの変化速度がｈ’_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）に変化した条件において必要なＣａＯ量であり、溶鉄量（ｔｏｎ）で除し、上記（８）式のｂ２の部分をａと置きかえたものが、前記（１）式における右辺第１項、第２項である。（８）式の左辺はＶ_１、％ＳｉＯ_２、Ｂ_２、Ｂ_１を変数とする関数であるが、これら変数は、同一品種の精錬であればほぼ定数として扱うことができるので、同一品種を溶製する場合はａについても定数として扱うことができる。

（１）式右辺のＥ_ＣａＯは上述してきたＣａＯに加えて、スラグの脱Ｐ能力およびＰ濃度のバラつきに対して脱Ｐ不足にならないように添加するＣａＯであり、脱炭処理末期のスラグ組成およびＰ濃度の実績に基づいて決定することができる。一般的には３ｋｇ／ｔｏｎ程度までの値を設定すれば良く、１～２ｋｇ／ｔｏｎ程度で設定される場合が多い。本発明においては、スラグ面高さの変化速度を考慮していることから、フォーミングスラグの密度のばらつきの影響を受ける従来の製法で過剰に添加していたＣａＯ量よりも少ない量に設定できる。

（１）式における定数ａは、スラグ面高さの変化速度とＣａＯ原単位、脱炭処理後の溶鉄中Ｐ濃度の実績値から求めることができる。（１）式を使うことで、溶銑予備処理が終わった段階で得られるｈ’_ｆｏａｍ（ｍ／ｓ）が判明すると直ちに副原料中のＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯ（ｋｇ／ｔｏｎ）を算出可能であり、中間排滓中に副原料の切り出しを進めておくことができる。

以上、スラグ面高さの変化速度から脱炭処理工程で添加するＣａＯ原単位を算出する（１）式について説明したが、ＣａＯ原単位を算出する方法はこれに限定されず、スラグ面高さの変化速度とフォーミングスラグの密度との関係を求めて、スラグ面高さ変化速度に応じたフォーミングスラグの密度を使ってＣａＯ原単位を算出してもよいし、スラグ面高さの変化速度と排滓されるスラグ質量との関係を求めて、スラグ面高さ変化速度に応じた排滓されるスラグ量を使ってＣａＯ原単位を算出してもよい。

［効果の確認方法］
同一鋼種を溶製した際の、脱炭処理後の到達Ｐ濃度を比較し、添加するＣａＯ量を低減した場合は、ＣａＯ添加量を減らしても到達Ｐ濃度が変わらないこと、添加するＣａＯ量を増やした場合は、到達Ｐ濃度が低減することを確認することで、発明の効果を確認した。

図１に示すフローに従い、同一の転炉型精錬炉内で溶銑を脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｃ処理した。転炉型精錬炉１内での処理量はスクラップ等の鉄源を含めて約４２０トンであり、溶銑予備処理前半に塩基度Ｃ／Ｓ調整および冷却用の副原料として、生石灰、石灰石、鉄鉱石等の副原料を添加した。図１（Ｂ）に示す溶銑予備処理末期の計算スラグ量は約３０ｔｏｎで、塩基度Ｃ／Ｓは約１．１である。溶銑予備処理中は、炉体上部に取り付けたスラグ面計６を使って炉内のスラグ面高さを測定しながら吹錬した。溶銑予備処理後半にはスラグフォーミングが発生し、スラグ面高さが予め決めていた臨界高さに達した段階で吹錬を停止した。発明例と比較例は、それぞれ８ｃｈずつであり、条件を揃えるために、溶銑予備処理後に採取したサンプル分析結果のＰ濃度が０．０７７％であったｃｈとした。

比較例では、脱炭処理工程末期での狙いＰ濃度＝０．０１５％、温度＝１６３０℃、スラグ排出量＝一定と仮定して予め決めてある、脱炭処理中の塩基度Ｃ／Ｓ＝３．０に調整するのに必要なＣａＯ原単位Ｄ_ＣａＯ＝２１．０ｋｇ／ｔｏｎを満たす副原料を比較例全ての条件で添加した。この精錬条件では、熱力学的に必要なＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯは１９．５ｋｇ／ｔｏｎ、脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｅ_ＣａＯは１．５ｋｇ／ｔｏｎで計算した。その結果、Ｄ_ＣａＯ＝Ｗ_ＣａＯ＋Ｅ_ＣａＯ＝２１．０ｋｇ／ｔｏｎとなる。

一方、発明例では、左記のＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯと、溶銑予備処理末期６０秒間のスラグ面高さの経時変化から求めたスラグ面高さの変化速度ｈ’_ｆｏａｍと、同様の精錬条件のスラグ面高さの経時変化から予め求めておいた平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ＝０．０６ｍ／ｓそれぞれを（１）式に代入して、脱炭処理中の塩基度Ｃ／Ｓに調整するのに必要なＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯを算出した。標準とする平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ＝０．０６ｍ／ｓの条件では、熱力学的に必要なＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯは１９．５ｋｇ／ｔｏｎ、脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｅ_ＣａＯは０．５０ｋｇ／ｔｏｎの一定値で扱えることがわかったので、これらの値を採用し計算した。定数ａは、過去実績を参照して、脱炭処理工程末期の［％Ｐ］が０．０１５％であった条件での、ＣａＯ添加量およびスラグ面高さの変化速度の相関関係を算出し、本精錬条件では定数ａ＝０．１５と設定した。

図１（Ｄ）に示す脱炭処理工程では、準備しておいたＣａＯを含む副原料を処理前半に添加して吹錬し、仕上げ脱Ｐおよび脱Ｃ処理を行った。処理後に溶鉄サンプルを採取し、溶鉄中の［％Ｐ］濃度を分析した。本発明例および比較例のスラグ面高さの変化速度、添加した副原料中のＣａＯ原単位、および脱炭処理後の溶鉄中の［％Ｐ］濃度を表１に示す。

本発明例で求めたＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯを添加した場合と、比較例としてＤ_ＣａＯを添加した場合の、副原料中ＣａＯ原単位と脱炭処理後の［％Ｐ］の関係を図２に示す。比較例（黒三角）では、Ｄ_ＣａＯを２１．０ｋｇ／ｔｏｎとして添加した結果、処理後の［％Ｐ］は０．０１３％から０．０１５％であった。（全て目標の［％Ｐ］≦０．０１５を満たしたが、一部過剰脱Ｐ傾向であった。）

一方、脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｅ_ＣａＯを０．５０ｋｇ／ｔｏｎに低減した上で、（１）式により計算したＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯを添加した発明例（図２中の白丸）では、処理後の［％Ｐ］が０．０１４％から０．０１５％となった。発明例では、（１）式から求めたＷ’_ＣａＯが、比較例で添加したＤ_ＣａＯ＝２１．０ｋｇ／ｔｏｎよりも少なくなった。フォーミングによるスラグ面高さの変化速度が最も大きかった条件（発明例１８）のＷ’_ＣａＯは２０．９ｋｇ／ｔｏｎと比較例に近い添加量になったが、これはフォーミングによるスラグ面高さの変化速度が大きかったことから中間排滓工程で排滓されたスラグの見掛け密度は小さく、炉内に残存するＳｉＯ_２量が多かったためと考えられる。また、フォーミングによるスラグ面高さの変化速度が最も小さかった条件（発明例１）のＷ’_ＣａＯは１８．９ｋｇ／ｔｏｎとなったが、これはフォーミングによるスラグ面高さの変化速度が小さかったことから、中間排滓工程で排滓されるスラグの見掛け密度は大きく、炉内に残存するＳｉＯ_２量は少なかったと考えらえる。上述したように、溶銑予備処理末期のスラグ面高さの変化速度ｈ’_ｆｏａｍに応じて（１）式によってＣａＯ原単位Ｗ’_ＣａＯを最適化することで、脱Ｐ能力を維持したままでＣａＯ原単位削減の効果が得られたことが分かった。

なお、実施例では定数ａが０．１５、平均のスラグ面高さの変化速度ｈ_ｆｏａｍ＝０．０６ｍ／ｓ、脱炭処理中の塩基度Ｃ／Ｓに調整するのに必要なＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯ＝１９．５ｋｇ／ｔｏｎ、脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位Ｅ_ＣａＯが１．５ｋｇ／ｔｏｎから０．５ｋｇ／ｔｏｎに低減した例としたが、これらの値は目標のＰ濃度、温度等の精錬条件に応じて調整すれば良く、実施例に記載された事例に限定されない。

１：転炉型精錬炉
２：注銑鍋
３：溶鉄
４：スラグ
５：送酸用ランス
６：スラグ面計
７：排滓鍋
８：台車

Claims (2)

1. 転炉型精錬炉を用い、スラグと溶銑が共存する状態で吹錬することで脱Ｓｉおよび脱Ｐする溶銑予備処理工程と、炉を傾動させて前記転炉型精錬炉内のスラグを排滓する中間排滓工程と、前記転炉型精錬炉内にＣａＯ系の副原料を添加して吹錬することで脱Ｃおよび仕上げ脱Ｐする脱炭処理工程を続けて行うにあたり、前記溶銑予備処理工程末期のスラグ面高さを測定し、前記スラグ面高さの変化速度に応じて、前記脱炭処理工程で添加する前記副原料中のＣａＯ原単位を決定することを特徴とする、溶鉄の溶製方法。
2. 請求項１に記載の溶鉄の溶製方法で溶鉄を溶製するにあたり、（１）式に従って添加する副原料中のＣａＯ原単位を決定することを特徴とする、溶鉄の溶製方法。
   Ｗ’_ＣａＯ＝ａ・（１／ｈ_ｆｏａｍ－１／ｈ’ _ｆｏａｍ）＋Ｗ_ＣａＯ＋Ｅ_ＣａＯ （１）
   Ｗ’_ＣａＯ：添加する副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）
   ｈ’ _ｆｏａｍ：実測のスラグ面高さの変化速度（ｍ／ｓ）
   ａ：定数
   ｈ_ｆｏａｍ：平均のスラグ面高さの変化速度（ｍ／ｓ）
   Ｗ_ＣａＯ：スラグ面高さの変化速度がｈ_ｆｏａｍとなる条件において、目標Ｐ濃度、温度に応じて決める、熱力学的に必要な副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）
   Ｅ_ＣａＯ：脱Ｐ不良、バラつき低減のために添加する副原料中のＣａＯ原単位（ｋｇ／ｔｏｎ）

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