JP3718263B2 - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶銑予備処理時の温度降下を低減し、転炉吹錬時の熱的余裕度を向上させるための溶銑を製造する溶銑予備処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉等で行われる精錬処理に際して、これに先立って高炉溶銑成分や溶製鋼種の成分組成に対応した溶銑予備処理が一般に実施されている。こうした溶銑予備処理の主たる目的は、脱珪・脱燐・脱硫の予備処理精錬処理にあるが、その他予備処理工程でＭｎ鉱石を添加して銑成分を調整することも行われており、これらの結果として転炉での精錬負荷並びに成分調整負荷を軽減することができ、転炉では専ら脱炭反応を進行せしめることができる。
【０００３】
すなわち転炉精錬を実施するまでに脱燐等の処理がほぼ完了しているので転炉では、脱燐フラックス等の精錬剤の添加が殆ど不必要となり、また予備処理工程でＭｎ鉱石を添加して溶銑中のＭｎ量を高めることができるので、転炉では高価なＭｎ系合金鉄の添加を極力少なくすることができ、これらの結果、転炉精錬コストの大幅な低減という経済効果を得ることができる。
こうした要求を解決する技術として、たとえば特開平２−２２８４１２等に溶銑予備処理時に、脱燐剤と炭材を混合して溶銑中に吹き込み、処理中に溶銑炭素濃度の低下を低減する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように溶銑予備処理は多くの利益をもたらすものであるが、その一方溶銑予備処理過程では、溶銑中珪素（以下Ｓｉと記す）や溶銑中炭素（以下Ｃと記す）が消費されてこれらの含有量が低下し過ぎるきらいがあり、転炉における熱源不足の原因の一つとなっている。
そこで熱源不足を補うために、転炉精錬における溶銑配合率を高めたり（溶銑の顕熱は重量な熱源の一つである）、昇熱用炭素源を添加する等の対応がとられている。
【０００５】
しかるに転炉操業において溶銑配合率を高めるとその分だけフラックス等の投入量が制限されることになり、いわゆるリターンスクラップバランスが崩れて生産能力が低下するという問題が発生する。また転炉における昇熱用炭素源の添加は、炭素源中に不純物として含まれる硫黄（以下Ｓと記す）の混入を招き、吹止め鋼中のＳ濃度が高くなる等の問題を引き起こす。
さらに予備処理工程におけるＭｎ鉱石の添加は、溶銑温度の低下を招いて溶銑配合率を一層高めなければならない要因となっており、また添加されたＭｎ鉱石を予備処理工程で還元する際に、ＳｉやＣが酸化消費されて熱源成分残存量を一層低下させていることも事実である。
【０００６】
また、溶銑予備処理中に脱燐剤と炭材を混合して吹き込む方法は、炭材と脱燐剤に含まれる酸素含有物（酸化鉄あるいはスケールあるいは酸素ガス）が、同一の羽口から吹き込まれることにより、吐出直後の羽口近傍での炭材と酸素が反応し、炭材の歩留低下および炭材燃焼による局所的な発熱による羽口近傍の耐火物溶損が著しく低下するという課題があった。
一方酸素との反応により発生した熱の大部分は、ＣＯガス気泡に閉じ込められて、溶銑に着熱することなく系外に捨てられてしまうという、経済的な無駄を避けられないという課題があった。
【０００７】
さらに、吹き込まれた炭材のうち飽和Ｃを越えた分、あるいは未反応のまま浮上してスラグ中に懸濁した炭材は、スラグ中にキッシュグラファイト、あるいは炭材粉としてスラグ中に析出・浮遊・懸濁することとなり、事前に脱燐処理を実施している場合は、脱燐反応生成物（燐酸化物）としてスラグ中に捕捉されていた燐酸化物を還元してしまう結果、復燐が助長され、脱燐効率を悪化させていた。
さらに、脱燐処理を実施せず、脱硫処理のみ実施した場合や、脱燐処理と脱硫処理を共に実施した場合においても、スラグ中の懸濁したグラファイトは、スラグ処理に際して環境問題を引き起こすという課題があった。
本発明は、こうした事情に着目してなされたものであって、熱源を十分に含有する予備処理溶銑の生産方法を開発することによって、転炉精錬における上記問題点を解決するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、溶銑鍋、転炉または混銑車に収容された溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあたり、脱硫処理中の生成スラグ中に炭素源を添加すると同時に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法によって達成される。
また上記目的は、溶銑鍋、転炉または混銑車に収容された溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあたり、脱硫処理中の溶銑および生成スラグ中に炭素源を添加すると同時に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法によって達成される。
【０００９】
【作用】
溶銑中のＣ濃度は飽和点に近く、そのため従来は溶銑中への炭素源の添加は困難であると考えられていた。また精錬に対する従来の常識では、炭素源は還元性材料であり、これを溶銑予備処理時、特に脱燐処理時あるいは脱燐処理後に添加すれば酸化反応である脱燐反応が阻害され、あるいは復燐反応が起こって脱燐性能が低下すると考えられていた。
こうした状況の中で、たとえば特開平２−２２８４１２号等において、溶銑中に炭材を脱燐剤と混合して吹き込む溶銑予備処理方法が開示されているが、上記課題で記述した理由により実操業への適用には大きな技術的課題があった。
【００１０】
こうした状況の中で、本発明者らは、前記課題について、種々の改善検討を実施した結果、予備処理時に溶銑中に炭材を吹き込むだけの前記方法では、課題解決方法がなく、操業への適用は困難であるとの結論を得るに至った。
そこで、本発明者らは、予備処理時の熱源確保という観点から、溶銑中にＣを供給するという従来の考え方に対して、発想の転換をはかり、処理中の温度低下を防止するという観点で鋭意検討を重ねた結果、スラグ中の酸素ポテンシャルを制御して、冶金反応に影響を及ぼさずにスラグ中で炭素源を燃焼させ、その燃焼熱を溶銑に着熱させることにより予備処理時の熱源を向上させる技術を発明した。
【００１１】
すなわち、スラグ中に炭素源を添加すると、炭素源は還元剤として作用し、スラグ中の酸素ポテンシャル（代表としてＦｅＯ量）を低下させる。すなわち、
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ ・・・（１）
の反応が起こる。
一般に脱硫反応は、反応雰囲気が還元性であるほど反応が進行しやすくなる。逆に雰囲気の酸化性が高いと脱硫効率は低下し、同様の理由から、スラグ酸素ポテンシャルが上昇すると復硫が発生する。したがって、従来から脱硫処理時は酸素を使用せず、また脱燐スラグ等のスラグ酸化度の高いスラグが存在しないタイミングで脱硫を実施することが必要であると一般に考えられてきた。
【００１２】
したがって、本発明法によるスラグ中への炭素源酸化は、上記（１）式の反応によりスラグ酸化度を低減することから、炭素源添加のみであれば脱硫反応効率が向上することになる。しかし、本発明の目的である炭素源のスラグ中での燃焼による溶銑顕熱向上を実現するために、スラグ中に酸素源を供給し、炭素源を燃焼させるにあたっては、必要量以上の酸素源を供給すると結果的にスラグ酸化度上昇を引き起こすこととなる。
本発明法においては、上記炭素源による還元と燃焼用酸素源供給による酸化のバランスを制御すれば、冶金反応に悪影響を及ぼすことなく溶銑の熱源向上を実現するものである。
【００１３】
以下本発明方法をさらに詳細に説明する。
第１の方法では、スラグ中に添加された炭素源は、同時にスラグ中に供給される酸素源およびスラグ中のＦｅＯを始めとする酸化物と反応を起こし、発熱する。
本発明者らの実機での調査によれば、スラグ以外の酸素源（本発明請求項に記述する酸素源）によって供給される酸素量が、化学量論的に炭素源から供給される炭素量と反応する量より少なくすることにより、スラグの酸素ポテンシャルの上昇による復硫反応を防止できることが判明した。
【００１４】
すなわち、脱燐処理スラグの存在しない条件下では、スラグ酸素ポテンシャル低下による復燐を考慮する必要がないため、スラグ中に供給された炭素は、外部からスラグ中に供給された酸素およびスラグ中のＦｅＯを始めとする酸化物の還元により供給される酸素の合計量が化学量論的に炭素燃焼に必要な酸素量であれば良い。
その際に、本発明者らの調査によれば、スラグ中に純炭素換算１ｋｇあたり外部から供給される酸素源量は、純酸素換算で０．５〜１．９Ｎｍ³ が適当である。純酸素換算量が０．５Ｎｍ³ 未満であると、スラグ中にグラファイトが析出してスラグの処理が困難となり、また１．９Ｎｍ³ より大きくなるとスラグの酸素ポテンシャルが上昇して脱硫効率の悪化を引き起こす。
【００１５】
また、脱硫時に脱燐処理スラグが存在する場合は、スラグ中に供給した炭素がスラグ中の酸化物と反応してスラグの酸素ポテンシャルが低下することにより復燐が発生する。したがって、スラグの酸素ポテンシャルが上昇しない範囲で外部から炭素燃焼に必要な酸素量を全量供給する必要がある。
したがって、必要な酸素量は本発明者らの調査結果によれば、スラグ中に純炭素換算１ｋｇあたり外部から供給される酸素量は、純酸素換算で０．７〜１．９Ｎｍ³ が適当である。０．７Ｎｍ³ 未満であるとスラグ中の酸素ポテンシャルが低下して復燐あるいはスラグ中へのグラファイト析出が問題となる。１．９Ｎｍ³ より多量の酸素を供給すると復硫が発生し、脱硫効率が悪化する。
【００１６】
第２の方法では、従来の方法では、Ｃ飽和によるスラグ中へのグラファイト析出の課題があり、飽和まで溶銑中にＣを吹き込むことが不可能であった。本発明では、スラグ中への供給酸素量を適当な量として設定することにより、スラグ中に析出することの懸念なしに溶銑中に飽和までＣを吹き込むことが可能となる。さらに、スラグ中への供給酸素量および吹き込み条件を上述した第１の方法に準じて適当な条件とすることにより、溶銑Ｃの低下なしにＣ燃焼による温度上昇を得ることが可能となり、第１の方法をさらに効果的なものとする。
上記方法は、Ｃ燃焼により多量のＣＯガスが発生することから、スラグ中をＣＯガスが通過する際にスラグのフォーミングを引き起こす。その防止策として、フォーミングしたスラグを収容可能な反応機を使用することが必要であり、本発明にかかる予備処理方法実施の際は、溶銑鍋に払いだされた溶銑中にフリーボードを浸漬した反応容器あるいは、転炉あるいは混銑車を使用することが望ましい。
【００１７】
【実施例】
図１は脱硫処理中に、スラグ中に炭素源として最大粒径５ｍｍの粉コークス（炭素含有率８８％）を溶銑１ｔ当たり１〜２０ｋｇ投入し、同時に純酸素または２１％酸素＋７９％窒素の混合ガスを酸素源として純酸素換算で、脱燐スラグが存在する場合は、純炭素換算１ｋｇ当たり０．７〜１．９Ｎｍ³ 、脱燐スラグが存在しない場合は、純炭素換算１ｋｇ当たり０．５〜１．９Ｎｍ³ 吹き込んだ際の溶銑温度上昇効果を示す。
酸素源は、上方からスラグに吹きつけるまたは、スラグ中に浸漬したノズルから供給した。同時に脱硫処理中溶銑には、溶銑中に浸漬したインジェクションノズルから脱硫剤と同時に粉コークスを溶銑１ｔ当たり０〜１０ｋｇ吹き込んだ。溶銑１ｔ当たり純炭素１ｋｇ燃焼させることにより溶銑温度は５〜１３℃向上し、着熱効率は４０〜１００％であった。また、従来の溶銑中に炭素源を添加した際に課題となっていたスラグへのキッシュグラファイト析出の発生も全くなく、予備処理後スラグの処置も従来方法を変更する必要はなかった。
表１および表２に本発明の実施例と比較例を示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
また、フリーボードを使用することにより、スラグ中での炭素源燃焼の際発生するＣＯガスによるスラグフォーミングによる操業への影響は全くなかった。反応容器として混銑車を使用した場合についても同様にフォーミングによる操業への悪影響は発生しなかった。
炭素源としては、コークス、石炭、土壌黒鉛等、炭素を主成分とするものであれば炭素純分当たりの効果は同様に得られた。また、スラグ中に供給する炭素源の粒度としては、集塵系に飛散することによるロスのない範囲で細粒であるほど反応効率が向上あるいは反応速度向上の効果が得られた。
【００２１】
すなわち、スラグ中に炭素源を吹き込む際には、最大粒径が０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下また上方からスラグ中に添加する場合は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭素源を使用した。
さらに、スラグ中炭素源燃焼に使用するガスとしては、酸素ガスあるいは酸素ガスと窒素ガスの混合ガス（空気を含む）が望ましいが、その中の窒素ガスは酸素ガスの希釈ガスとしての役割をはたしており、炭素と反応せずに火点近傍の冷却を実現するためであるならば、窒素ガスに代替して例えばＡｒ，ＣＯ₂ ，ＣＯあるいはそれらの混合ガスを使用することも同等の効果が得られる。ただし、ガスコスト上昇を引き起こすため、工業生産的には窒素ガスが最も望ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されており、製鋼工程における熱源（溶銑予備処理後の温度）向上を実現した結果、転炉におけるＭｎ鉱石投入量増大による吹止Ｍｎ向上と、高価なＦｅ−Ｍｎ合金鉄使用量削減という点で、多大な経済的効果を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ中への炭素源供給量と溶銑温度上昇の関係

Claims (2)

1. 溶銑鍋、転炉または混銑車に収容された溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあたり、脱硫処理中の生成スラグ中に炭素源を添加すると同時に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
2. 溶銑鍋、転炉または混銑車に収容された溶銑の予備処理として脱硫処理を行うにあたり、脱硫処理中の溶銑および生成スラグ中に炭素源を添加すると同時に、スラグ中に酸素源を吹き込んで前記炭素源を燃焼させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。

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