JP2018178260A - 転炉製鋼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １基の転炉を用いて溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、溶製される溶鋼の燐濃度を低くすることができると同時に生産性及び冷鉄源の溶解効率を高める。
【解決手段】 本発明に係る転炉製鋼方法は、転炉内に溶銑を装入する第１工程と、転炉内の溶銑を脱珪処理する第２工程と、第２工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第３工程と、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第４工程と、第４工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第５工程と、転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第６工程と、からなり、第６工程で発生したスラグを第４工程の脱燐処理で再利用し、且つ、第４工程で発生したスラグを第２工程の脱珪処理で再利用する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転炉内に装入された溶銑を酸素吹錬して、溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法に関する。

製鋼スラグの発生量の低減、及び、溶鋼の品質向上のために、転炉で脱炭精錬する前に、溶銑に対して脱珪処理、脱燐処理、脱硫処理の予備処理が行われている。そのうちで転炉を用いた溶銑の脱燐処理では、酸素ガス供給流量（「送酸速度」ともいう）を大きくすることができ、高速処理が可能である。一方、溶鋼の生産量を増加する場合は、本来、脱炭精錬に使用する転炉を用いて予備処理を行うので、転炉を用いた溶銑の脱燐処理は困難となる。

また、製鋼工程における炭酸ガスの発生量低減のためには、鉄源として冷鉄源を配合して溶銑比率を低下することが有効である。転炉設備はスクラップシュートなどを用いて多量の冷鉄源の投入が可能であるが、冷鉄源を溶解するための熱補償が転炉での精錬で必要となる。

溶銑の脱燐処理は送酸しながら生石灰などのＣａＯ系媒溶剤を添加して行うが、溶銑中の炭素も酸化除去され、その結果、溶銑の潜熱が低下する。したがって、転炉での脱炭精錬で高価なＦｅ−Ｓｉ合金などの発熱材の添加を行わない前提では、溶銑に対して脱燐処理を実施せずに冷鉄源の溶解を促進するか、脱燐処理の実施かの選択を行う必要がある。

従来、転炉での溶銑脱燐と冷鉄源の溶解とを合理的に両立させる目的で、特許文献１及び特許文献２には、脱珪・脱燐処理及び脱炭精錬を、脱珪・脱燐処理で生成したスラグを排滓する排滓工程を挟んで１つの転炉で連続して行う転炉製鋼方法が提案されている。この精錬方法では脱珪・脱燐処理後に転炉を傾動させて排滓し、引き続き脱炭精錬を実施し、脱炭精錬後のスラグは炉内に残留させて次のチャージの溶銑を装入し、次のチャージの脱珪・脱燐処理を開始している。

一方、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６には、転炉を用いた溶銑の予備処理において、前半の脱珪処理後に転炉を傾動させて脱珪処理で生成したスラグを排滓し、引き続き、転炉内に残留させた脱珪処理後の溶銑及びスラグに対してＣａＯ系媒溶剤を添加するとともに酸素ガスを吹錬して溶銑の脱燐処理を行う、溶銑の予備処理方法が提案されている。尚、炉内のスラグを一旦排出し、新たなスラグを炉内に形成する、特許文献１〜６で開示される精錬方法を、「ダブルスラグ法」とも称している。

また、特許文献７には、転炉製鋼工程における冷鉄源溶解の効率向上を目的として、転炉内に冷鉄源と溶銑を装入する第１工程と、酸素ガスを吹込んで脱珪処理及び脱炭精錬を行う第２工程と、次いで酸素ガスの吹込みを停止して転炉内に比表面積０．５〜１１．０ｍ^２／ｔｏｎの冷鉄源を装入する第３工程と、次いで転炉内に生石灰を装入した後に酸素ガスを吹込んで脱炭精錬と同時に脱燐処理を行ない、更に、出鋼する第４工程と、を有する精錬方法が提案されている。つまり、１回の転炉精錬で、冷鉄源を転炉内に２回装入する技術が提案されている。

特開２０００−３２８１２３号公報 特開２００１−１９２７２０号公報 特開２０１３−１８９７１４号公報 国際公開第２０１３／０１２０３９号 特開２０１３−２３１２３７号公報 特開２０１３−２２７６６４号公報 特開２０１３−１３３４８４号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、特許文献１、２に開示される、転炉製鋼方法にダブルスラグ法を適用した、脱珪・脱燐処理→排滓工程→脱炭精錬の場合には、前半の脱珪・脱燐処理の段階で溶銑の燐濃度が十分に低下せず、且つ、排滓を完全に行うことはできないために、後半の脱炭精錬では溶製される溶鋼の低燐化が困難であるという問題がある。

一方、特許文献３〜６に開示される、溶銑予備処理にダブルスラグ法を適用した、脱珪処理→排滓→脱燐処理の場合には、脱燐処理後の溶銑の燐濃度を低くすることができ、且つ、脱炭精錬は別の転炉で行うために、溶製される溶鋼の低燐化が可能であるが、２基の転炉を用いるために生産性が低いという問題がある。

特許文献７に開示される、冷鉄源を転炉内に２回装入する技術では、２回目の冷鉄源装入時に炉内に脱珪処理で生成した低塩基度で高粘性のスラグが存在するので、装入した冷鉄源が炉内のスラグでコーテイングされた状態となり、精錬中の溶解効率が低下するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、１基の転炉を用い、転炉内に装入された溶銑を酸素吹錬して、溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、溶製される溶鋼の燐濃度を低くすることができると同時に、転炉の生産性及び冷鉄源の溶解効率を高めることのできる転炉製鋼方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］１基の転炉で溶銑を精錬して溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法であって、転炉内に溶銑を装入する第１工程と、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内の溶銑を脱珪処理する第２工程と、転炉を傾動させて第２工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第３工程と、転炉を直立位置に戻し、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第４工程と、転炉を再度傾動させて第４工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第５工程と、転炉を直立位置に戻し、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第６工程と、からなり、第６工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第４工程の脱燐処理でＣａＯ系媒溶剤として再利用し、且つ、第４工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第２工程の脱珪処理でＣａＯ系媒溶剤として再利用する転炉製鋼方法。
［２］第１工程での転炉内に溶銑を装入する前、第３工程の後、第５工程の後の期間のうちの少なくとも１つの期間で、冷鉄源を転炉内へ装入する、上記［１］に記載の転炉製鋼方法。
［３］第１工程での転炉内に溶銑を装入する前に冷鉄源を転炉内に装入し、更に、第３工程の後及び／または第５工程の後に、転炉内に冷鉄源を装入する、上記［１］に記載の転炉製鋼方法。
［４］第１工程での転炉内に溶銑を装入する前、第３工程の後、第５工程の後の各期間における冷鉄源の装入量は、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の１０質量％以下とする、上記［２］または上記［３］に記載の転炉製鋼方法。

本発明によれば、１基の転炉で溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、脱珪処理、脱燐処理及び脱炭精錬を別々に実施し、且つ、脱珪処理及び脱燐処理の後にはそれぞれ排滓を行い、炉内にスラグを３回形成させるので、溶銑に含有されていた燐の炉外への排出が促進され、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度を安定して低くすることが実現される。また、脱炭精錬で生成する脱炭スラグをＣａＯ源として次のチャージ以後の脱燐処理に再利用し、且つ、脱燐処理で生成する脱燐スラグをＣａＯ源として次のチャージ以後の脱珪処理に再利用するので、系外に排出されるスラグは脱珪スラグだけとなり、スラグの排出量が軽減されるのみならず、脱珪スラグは塩基度が低く、未溶解ＣａＯによるスラグの膨張がないので、スラグの利材化が容易となる。更に、本発明では、１基の転炉を用いて炉内の溶湯を炉外に排出することなく精錬するので、転炉の生産性の低下が抑制される。

また、本発明においては、冷鉄源を複数回に分けて添加可能であり、冷鉄源の溶解が促進され、炭酸ガス発生量の軽減に寄与する。

本発明に係る転炉製鋼方法を実施する際に用いる転炉の概略断面図である。 本発明に係る転炉製鋼方法を工程順に示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る転炉製鋼方法を実施する際に用いる転炉の概略断面図であり、図２は、本発明に係る転炉製鋼方法を工程順に示す概略図である。尚、図１は、図２−（Ｃ）の第２工程の脱珪処理を示す図である。

本発明に係る転炉製鋼方法では、図１に示すような上底吹き可能な転炉１を用いる。上吹きは、転炉１の内部を昇降可能な上吹きランス２を介して、上吹きランス２の先端から酸素源として酸素含有ガスを溶銑５に向けて供給して行われる。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、酸素富化空気、空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することができる。図１では、酸素含有ガスとして酸素ガス８を使用した例を示している。ここで、酸素ガス８とは工業用純酸素である。底吹きは、転炉１の底部に設けられた底吹き羽口３を介して行われる。底吹きガス９としては、酸素ガスを含むガスでも、或いはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスのみでもよく、溶銑中に吹き込むことにより溶銑５の攪拌を強化して冷鉄源の溶解を促進する機能を有するものであればよい。

本発明においては、溶銑５の精錬に１基の転炉１を使用し、溶銑予備処理のうちの脱珪処理、脱燐処理を実施し、且つ、脱珪処理後及び脱燐処理後に排滓を実施し、更に、脱燐処理を施した溶銑に対して脱炭精錬を実施して、溶銑から溶鋼を溶製する。

本発明に係る転炉製鋼方法では、図２−（Ａ）に示すように、転炉１にスクラップシュート１０を介して冷鉄源７を装入する。尚、冷鉄源７の転炉１への装入は本発明を実施する上で必須条件ではないが、製鋼工程における炭酸ガスの発生量を低減するために、冷鉄源７の転炉１への装入を行うことが好ましい。

次いで、図２−（Ｂ）に示すように、転炉１に、装入鍋１１を介して高炉から出銑され、必要に応じて脱硫処理の施された溶銑５（以下、「高炉溶銑５」と記す）を装入する（第１工程）。

その後、この転炉内の高炉溶銑５に、酸素源として酸素ガス８を供給して、図２−（Ｃ）に示すように、脱珪処理を実施する（第２工程）。高炉溶銑５に含有される珪素と酸素源中の酸素とが反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ_２）して脱珪処理が進行する。この脱珪反応による珪素の酸化熱で溶銑温度が上昇し、溶銑中の冷鉄源７の溶解が促進される。

この脱珪処理前及び／または脱珪処理中に、生成するスラグ６の塩基度（[質量％ＣａＯ]／[質量％ＳｉＯ_２]）（以下、単に「塩基度」とのみ表示することもある）を調整するために、ＣａＯ系媒溶剤を転炉１に添加する。脱珪処理において生成するスラグ６は「脱珪スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱珪処理で生成するスラグ６を「脱珪スラグ６」と記す。

具体的には、脱珪処理後の脱珪スラグ６の塩基度が０．５〜１．５の範囲内となるように、ＣａＯ系媒溶剤を転炉１に添加する。

本発明においては、脱珪処理におけるＣａＯ系媒溶剤として、脱珪処理の後工程の脱燐処理で生成するスラグ（脱燐処理で生成するスラグを「脱燐スラグ」と称す）を再利用する。これにより、脱燐スラグ中のＣａＯ分が脱珪処理におけるＣａＯ源として活用される。当然ではあるが、当該チャージよりも以前に行われた脱燐処理で生成した脱燐スラグを再利用する。

脱珪スラグ６の塩基度を０．５以上に制御する理由は、脱珪スラグ６の塩基度が０．５未満になると、脱珪処理中に、再利用する脱燐スラグに含有されていた３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５なる燐酸化物が分解し、分解した燐が高炉溶銑５に戻り（この現象を「復燐」という）、脱珪処理後の溶銑１４の燐濃度が脱珪処理前よりも高くなることが起こるからである。脱珪スラグ６の塩基度が高くなるほど復燐は起こらず、したがって、脱珪スラグ６の塩基度を０．８以上にすることが好ましい。一方、脱珪スラグ６の塩基度が１．５を超えると、脱珪スラグ６の融点が上昇して、脱珪スラグ６の排滓時に排滓率が悪化するので、脱珪スラグ６の塩基度を１．５以下に制御する。

脱燐スラグを再利用する際に、溶融状態の脱燐スラグをスラグ保持容器に保持し、スラグ保持容器から溶融状態の脱燐スラグを転炉１に装入してもよく、また、脱燐スラグを冷却して固化させ、固化した脱燐スラグを破砕し、または、破砕せず、塊状または粉体状の脱燐スラグを転炉１に装入してもよい。脱燐スラグの塩基度は１．５〜３．５であるので、ＣａＯ系媒溶剤として機能する。脱燐スラグ以外のＣａＯ系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。

脱珪処理のための酸素源としては、上吹きランス２からの酸素ガス８のみでもよく、また、酸素ガス８に酸化鉄（図示せず）を併用してもよい。短時間で行われる脱珪処理中に目標とする塩基度の脱珪スラグ６を形成させるためには、ＣａＯ系媒溶剤の滓化を促進させる機能を有する酸化鉄を使用することが効果的であるが、本発明では、ＣａＯ系媒溶剤として、溶融過程を経たプリメルトの脱燐スラグを使用するので、酸素ガス８のみを用いて脱珪処理を行っても、十分に目標とする塩基度の脱珪スラグ６を形成させることができる。更に、精錬容器として、強攪拌が可能な転炉１を使用するので、酸素ガス８のみを用いても、十分に目標とする塩基度の脱珪スラグ６を形成させることができる。

この脱珪処理のあとに、図２−（Ｄ）に示すように、転炉１を傾動させて、排滓工程を設け、脱珪処理で発生した、ＳｉＯ_２を大量に含む脱珪スラグ６の少なくとも一部を転炉１の炉口から排出する（第３工程）。

脱珪処理で発生したＳｉＯ_２を極力炉外に排出するために、排滓率（排滓率(質量％)＝(排出スラグ質量)×１００／(脱珪処理終了時の炉内スラグ質量)）を５０質量％以上とすることが好ましい。５０質量％以上の排滓率を確保するために、脱珪スラグ６の塩基度を０．５〜１．１の範囲に調整し、且つ、脱珪スラグ６の温度を１２８０℃以上に調整することが好ましい。

脱珪スラグ６の排滓後、転炉１を、炉口を上方に向けた直立位置に戻し、転炉内に残留させた脱珪処理後の溶銑１４（以下、「脱珪溶銑１４」と記す）にＣａＯ系媒溶剤及び酸素源を供給して、図２−（Ｅ）に示すように、脱珪溶銑１４に対して脱燐処理を実施する（第４工程）。脱燐処理において生成するスラグは「脱燐スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱燐処理で生成するスラグ１２を「脱燐スラグ１２」と記す。

脱燐処理においては、炉内の脱燐スラグ１２の塩基度は１．５〜３．５の範囲に調整する。スラグの塩基度が高いほどスラグの燐酸化物（３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５なる）の吸収能が高くなって脱燐反応が促進されるので、脱燐反応を促進するために、脱燐スラグ１２の塩基度を１．５以上に制御する。一方、脱燐スラグ１２の塩基度が３．５を超えると、滓化性が悪くなり、脱燐反応が遅くなるので、脱燐スラグ１２の塩基度を３．５以下に制御する。

本発明では、脱燐スラグ１２の塩基度を調整するためのＣａＯ系媒溶剤として、脱燐処理の後工程の脱炭精錬で生成するスラグ（脱炭精錬で生成するスラグを「脱炭スラグ」と称す）を再利用する。これにより、脱炭スラグ中のＣａＯ分が脱燐処理におけるＣａＯ源として活用される。当然ではあるが、当該チャージよりも以前に行われた脱炭精錬で生成した脱炭スラグを再利用する。

脱炭スラグを再利用する際に、溶融状態の脱炭スラグをスラグ保持容器に保持し、スラグ保持容器から溶融状態の脱炭スラグを転炉１に装入してもよく、また、脱炭スラグを冷却して固化させ、固化した脱炭スラグを破砕し、または、破砕せず、塊状または粉体状の脱炭スラグを転炉１に装入してもよい。脱炭スラグの塩基度は２．５〜５．０であるので、ＣａＯ系媒溶剤として機能する。

脱炭スラグ以外のＣａＯ系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、ＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナなどの他の成分を含有するものも、脱燐処理時のＣａＯ系媒溶剤として使用することができる。このＣａＯ系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス２を介するなどして投入することができる。

この脱燐処理工程において使用する酸素源は、脱珪処理と同様に、上吹きランス２からの酸素ガス８を主体とするが、一部酸化鉄を使用しても構わない。

脱珪溶銑１４に含有される燐は供給される酸素源中の酸素に酸化されて燐酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）となり、この燐酸化物が、ＣａＯ系媒溶剤の滓化によって形成され、脱燐精錬剤として機能する脱燐スラグ１２に３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５なる安定形態の化合物として取り込まれ、脱珪溶銑１４の脱燐反応が進行する。脱燐反応が進行して脱珪溶銑１４の燐濃度が所定の値に低下したなら、脱燐処理を終了する。

後工程の脱炭精錬によって溶製される溶鋼の燐濃度を安定して低下するためには、脱燐処理後の溶銑１５（以下、「脱燐溶銑１５」と記す）の燐濃度が０．０４０質量％以下になるまで、脱燐処理を行うことが好ましい。

この脱燐処理のあとに、図２−（Ｆ）に示すように、転炉１を再度傾動させて、排滓工程を設け、脱燐処理で発生した、３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５を含有する脱燐スラグ１２の少なくとも一部を転炉１の炉口からスラグ保持容器（図示せず）に排出する（第５工程）。

スラグ保持容器内の脱燐スラグ１２を、前述したように、溶融状態のまま、または、冷却して固化させた後に、次のチャージ以後の脱珪処理におけるＣａＯ系媒溶剤として再利用する。

脱燐処理で発生した３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５を極力炉外に排出するために、排滓率（排滓率(質量％)＝(排出スラグ質量)×１００／(脱燐処理終了時の炉内スラグ質量)）を５０質量％以上とすることが好ましい。

脱燐スラグ１２の排滓後、転炉１を、炉口を上方に向けた直立位置に戻し、転炉内に残留させた脱燐処理後の脱燐溶銑１５にＣａＯ系媒溶剤及び酸素源を供給して、図２−（Ｇ）に示すように、脱燐溶銑１５に対して脱炭精錬を実施する（第６工程）。

脱炭精錬においては、炉内のスラグ１３の塩基度は２．５〜５．０に調整する。これは、脱炭精錬では、脱燐処理で得られた脱燐溶銑１５を脱燐処理よりも更に低い濃度まで脱燐する必要があり、そのためには、塩基度の下限値を脱燐処理よりも高める必要があるからである。一方、脱炭精錬は、脱燐処理に比較して上吹き酸素ガス流量が多く、溶湯の攪拌が強いので、塩基度が５．０以下であれば炉内のスラグ１３は十分に滓化する。脱炭精錬において生成するスラグは「脱炭スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱炭精錬で生成するスラグ１３を「脱炭スラグ１３」と記す。

脱炭精錬で使用するＣａＯ系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、ＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナなどの他の成分を含有するものも、脱炭精錬時のＣａＯ系媒溶剤として使用することができる。このＣａＯ系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス２を介するなどして投入することができる。また、脱炭精錬において使用する酸素源は、上吹きランス２からの酸素ガス８を主体とする。

脱炭精錬後、図２−（Ｈ）に示すように、転炉１を出湯口４が設置された側に傾動させて、溶製された転炉内の溶鋼１６を出湯口４を介して取鍋などの溶鋼保持容器（図示せず）に出鋼する。

溶鋼１６の出鋼後、炉口が下方に位置するように転炉１を傾動させ、炉口から炉内の脱炭スラグ１３をスラグ保持容器（図示せず）に排出する。スラグ保持容器内の脱炭スラグ１３を、前述したように、溶融状態のまま、または、冷却して固化させた後に、次のチャージ以後の脱燐処理におけるＣａＯ系媒溶剤として再利用する。

脱炭スラグ１３が排出された後の転炉１に、図２−（Ａ）に示すように冷鉄源７を転炉１に装入し、更に、図２−（Ｂ）に示すように高炉溶銑５を転炉１に装入し、次のチャージの脱珪処理を開始する。

本発明に係る転炉製鋼方法において、生産性の向上及び炭酸ガスの排出量削減のために、冷鉄源７を可能な限り多く装入することが好ましい。この観点から、第１工程での転炉内に溶銑を装入する前、第３工程の後、第５工程の後の期間のうちの少なくとも１つの期間で、転炉内へ冷鉄源を装入することが好ましい。特に、前述したように、第１工程での、高炉溶銑５を転炉１に装入する前に転炉１に冷鉄源７を装入し、更に、脱珪処理（第２工程）で生成した脱珪スラグ６を排滓する第３工程の後、及び／または、脱燐処理（第４工程）で生成した脱燐スラグ１２を排滓する第５工程の後に、転炉内に冷鉄源７を装入することがより好ましい。転炉内への冷鉄源の装入量は、冷鉄源の未溶解を抑制する観点から、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の１０質量％以下とすることが好ましい。冷鉄源７の総装入量が同じ場合も、冷鉄源７を分散して装入することで、冷鉄源７の溶解が促進される。ここで、総鉄源とは、当該チャージにおいて転炉内へ装入される溶銑の質量及び冷鉄源の質量の和である。

また、冷鉄源７の装入量を多くする場合には、冷鉄源７の溶解に高炉溶銑５が含有する珪素の燃焼熱を利用することが好ましい。したがって、その場合には、高炉鋳床での脱珪処理は行わないことが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、１基の転炉１で高炉溶銑５から溶鋼１６を溶製する転炉製鋼方法において、脱珪処理、脱燐処理及び脱炭精錬を別々に実施し、且つ、脱珪処理及び脱燐処理の後にはそれぞれ排滓を行い、炉内にスラグを３回形成（トリプルスラグ法）させるので、高炉溶銑５に含有されていた燐の炉外への排出が促進され、転炉製鋼方法にダブルスラグ法を適用した場合に問題であった、脱炭精錬後の溶鋼１６の低燐化を安定して実現することが可能となる。また、脱炭精錬で生成する脱炭スラグ１３をＣａＯ源として次のチャージ以後の脱燐処理に再利用し、且つ、脱燐処理で生成する脱燐スラグ１２をＣａＯ源として次のチャージ以後の脱珪処理に再利用するので、系外に排出されるスラグは脱珪スラグ６だけとなり、スラグの排出量が軽減されるのみならず、脱珪スラグ６は塩基度が低く、未溶解ＣａＯによるスラグの膨張がないので、スラグの利材化が容易となる。更に、本発明では、１基の転炉１を用いて炉内の溶湯を炉外に排出することなく精錬するので、転炉１の生産性の低下が抑制される。

図１に示すような容量３００トンの転炉を用いて本発明に係る転炉製鋼方法を実施した（本発明例１）。また、比較のために、排滓を脱燐処理後の１回のみとする、脱燐処理後に脱燐溶銑を出湯し、別の転炉に装入して脱炭精錬を行う、または、脱炭スラグや脱燐スラグを再利用しない試験操業（比較例１〜３）も実施した。

表１に、本発明例１及び比較例１〜３における、転炉を用いた脱珪処理、脱燐処理、脱炭精錬での上吹き酸素ガス及び攪拌用の底吹き窒素ガスの供給条件、吹錬時間、精錬する溶銑の質量を示す。

また、表２に本発明例１及び比較例１〜３の試験条件を示す。表２に示すように、本発明例１及び比較例１〜３では冷鉄源を装入しないで試験した。

比較例１は、脱珪・脱燐処理→排滓→脱炭精錬のダブルスラグ法、比較例２は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→出湯→別の転炉に再装入→脱炭精錬のダブルスラグ法、比較例３は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法であるが、脱炭スラグ及び脱燐スラグの再利用を行わない条件である。本発明例１は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法であり、且つ、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用した。

本発明例１におけるスラグの再利用方法は、脱炭精錬で発生した脱炭スラグは、一旦冷却し、１ｍｍ以下に粉砕したものを次のチャージ以後の脱燐処理において上吹きランスから酸素ガスとともに脱珪溶銑に向けて投射した。また、脱燐処理で発生した脱燐スラグは、クレーンで傾動可能な専用スラグ鍋（スラグ保持容器の１種）に溶融状態のまま保持し、次のチャージの脱珪処理において、冷鉄源の装入を行う場合は、冷鉄源の装入→溶銑装入後にスラグ鍋から転炉内に装入し、冷鉄源の装入を行わない場合は、溶銑装入後にスラグ鍋から転炉内に装入して、ＣａＯ源として再利用した。

本発明例１及び比較例１〜３における冶金特性、生産性、ＣａＯ系媒溶剤原単位を表３に示す。表３は、各試験とも２０チャージの平均値であり、表３の総処理時間は、精錬開始の溶銑装入から最終の脱炭精錬終了、出鋼、排滓までの時間である。

比較例１は、脱珪・脱燐処理後の排滓のみであり、したがって、総処理時間が短い。しかしながら、脱珪・脱燐処理後の排滓時点の溶銑中燐濃度が高く（０．０５５質量％）、また、排滓率が６０質量％であったため、脱炭精錬中に炉内に残留する燐量が多く、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度が高かった（０．０１２質量％）。

比較例２は、脱珪処理後の排滓に加え、脱燐処理後に出湯して排滓し、脱燐溶銑を別の転炉に再度装入するので、総処理時間が長いという問題があった。しかし、脱燐処理によって脱燐溶銑は低燐化されており、且つ、脱燐スラグがほぼ完全に炉外に除去されるため、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度は低かった。

比較例３は、トリプルスラグ法であり、比較例１に比べて総処理時間は長いが、出湯・再装入を行う比較例２に対しては総処理時間が短い。また、脱燐溶銑は低燐化されており、脱燐スラグがほぼ完全に炉外に除去される比較例２と比べると脱燐スラグの除去率は低いものの、脱炭精錬後の溶鋼の低濃化が実現されていた。但し、スラグを再利用していないので、生石灰原単位は２８ｋｇ／溶鋼−ｔと高位であった。

比較例１〜３に対して、本発明例１では、比較例３と同等の生産性、冶金特性であり、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、且つ、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用しているので、生石灰原単位は２０ｋｇ／溶鋼−ｔと低位であった。

次に、冷鉄源の転炉への装入時期及び装入量を変化させて冷鉄源の溶解状況を比較する試験を行った（本発明例２〜８）。

精錬方法は、本発明例１と同一であり、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法で、且つ、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用した。本発明例２〜８で、冷鉄源の装入量は、転炉に装入する総鉄源の２５質量％の一定とした。つまり、総鉄源を３００トンとし、１チャージあたり２２５トンの高炉溶銑に対して、１チャージあたり７５トンの冷鉄源を装入した。７５トンの冷鉄源のうちで、６０質量％分の４５トンの冷鉄源は、厚さ１０ｍｍ以上の重量屑を切断したものを使用し、残りの４０質量％分の３０トンは、厚さ１０ｍｍ未満の軽量屑を使用した。本発明例２〜８における冷鉄源の装入条件を表４に示す。

表４に示すように、総鉄源の合計２５質量％分の冷鉄源を溶解するにあたり、本発明例２では、高炉溶銑の装入前に５質量％（軽量屑＝１５トン）、脱珪スラグの排滓後に１０質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝１５トン）、脱燐スラグの排滓後に１０質量％（重量屑＝３０トン）の冷鉄源を転炉内に装入した。

本発明例３では、高炉溶銑の装入前に、７５トンの全ての冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例４では、高炉溶銑の装入前に１５質量％（軽量屑＝３０トン、重量屑＝１５トン）、脱珪スラグの排滓後に１０質量％（重量屑＝３０トン）の冷鉄源を転炉内に装入した。

本発明例５では、高炉溶銑の装入前に１０質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝１５トン）、脱珪スラグの排滓後に１５質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝３０トン）の冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例６では、高炉溶銑の装入前に５質量％（重量屑＝１５トン）、脱珪スラグの排滓後に１５質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝３０トン）、脱燐スラグの排滓後に５質量％（軽量屑＝１５トン）の冷鉄源を転炉内に装入した。

本発明例７では、高炉溶銑の装入前に５質量％（重量屑＝１５トン）、脱珪スラグの排滓後に５質量％（軽量屑＝１５トン）、脱燐スラグの排滓後に１５質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝３０トン）の冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例８では、高炉溶銑の装入前に１５質量％（軽量屑＝１５トン、重量屑＝３０トン）、脱珪スラグの排滓後に５質量％（軽量屑＝１５トン）、脱燐スラグの排滓後に５質量％（重量屑＝１５トン）の冷鉄源を転炉内に装入した。

本発明例３では、脱珪処理後の排滓時、及び、脱燐処理後の排滓時に転炉を傾動させた際に、炉底に未溶解の冷鉄源が確認された。また、脱炭精錬後の出鋼後に、炉内に残留させた脱炭スラグに混じって未溶解の冷鉄源が確認された。

本発明例４及び本発明例５では、本発明例３と同様に、脱珪処理後の排滓時、及び、脱燐処理後の排滓時に未溶解の冷鉄源が一部炉底に観察された。また、脱炭精錬後の出鋼後に、炉内に残留させたスラグに混じって少量の未溶解の冷鉄源が観察された。

本発明例６〜本発明例８では、本発明例４及び本発明例５に比較して、冷鉄源の残留量は少ないものの、炉底や脱炭精錬後の出鋼後に炉内に残留させたスラグに混じって未溶解の冷鉄源が僅かに確認された。

これに対して、本発明例２においては、脱珪処理の排滓時、脱燐処理後の排滓時、及び、脱炭精錬後の排滓時に未溶解の冷鉄源は確認されなかった。

このように、同一量の冷鉄源を装入する場合でも、冷鉄源の装入時期を分散させることで、炉底への未溶解冷鉄源の付着や、スラグとの混合による冷鉄源の未溶解が軽減されることがわかった。また、冷鉄源を分散させる場合でも、各工程、即ち、溶銑装入前、脱珪処理後の排滓後、脱燐処理後の排滓後において、総鉄源の１０質量％を超える量の冷鉄源を装入すると、炉底への未溶解冷鉄源の付着や、スラグとの混合による冷鉄源の未溶解が発生する。したがって、溶銑装入前、脱珪処理後の排滓後、脱燐処理後の排滓後に転炉内に装入する冷鉄源の量は、いずれの期間も、総鉄源の１０質量％以下に制御することが好ましいことが確認できた。尚、冷鉄源の溶解挙動の比較を行った本発明例２〜本発明例８における脱珪反応、脱燐反応及び脱炭反応の冶金特性は本発明例１と同様であった。

１ 転炉
２ 上吹きランス
３ 底吹き羽口
４ 出湯口
５ 高炉溶銑
６ 脱珪スラグ
７ 冷鉄源
８ 酸素ガス
９ 底吹きガス
１０ スクラップシュート
１１ 装入鍋
１２ 脱燐スラグ
１３ 脱炭スラグ
１４ 脱珪溶銑
１５ 脱燐溶銑
１６ 溶鋼

Claims (4)

1. １基の転炉で溶銑を精錬して溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法であって、
   転炉内に溶銑を装入する第１工程と、
   転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内の溶銑を脱珪処理する第２工程と、
   転炉を傾動させて第２工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第３工程と、
   転炉を直立位置に戻し、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第４工程と、
   転炉を再度傾動させて第４工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第５工程と、
   転炉を直立位置に戻し、転炉内にＣａＯ系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第６工程と、
   からなり、
   第６工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第４工程の脱燐処理でＣａＯ系媒溶剤として再利用し、且つ、
   第４工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第２工程の脱珪処理でＣａＯ系媒溶剤として再利用する転炉製鋼方法。
2. 第１工程での転炉内に溶銑を装入する前、第３工程の後、第５工程の後の期間のうちの少なくとも１つの期間で、冷鉄源を転炉内へ装入する、請求項１に記載の転炉製鋼方法。
3. 第１工程での転炉内に溶銑を装入する前に冷鉄源を転炉内に装入し、更に、第３工程の後及び／または第５工程の後に、転炉内に冷鉄源を装入する、請求項１に記載の転炉製鋼方法。
4. 第１工程での転炉内に溶銑を装入する前、第３工程の後、第５工程の後の各期間における冷鉄源の装入量は、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の１０質量％以下とする、請求項２または請求項３に記載の転炉製鋼方法。

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