JP4735169B2

JP4735169B2 - 溶銑の脱燐処理方法

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Publication number: JP4735169B2
Application number: JP2005286908A
Authority: JP
Inventors: 章敏松井; 郁宏鷲見; 英寿松野; 悟郎奥山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2007092158A

Description

本発明は、上吹きランスから酸素ガスと脱燐用媒溶剤とを溶銑に吹き付けて行う溶銑の脱燐処理方法に関するものである。

近年、溶銑段階で予め脱燐処理（「予備脱燐処理」ともいう）を実施し、溶銑中の燐を或る程度除去した後に、この溶銑を転炉に装入して転炉で脱炭精錬を実施して溶鋼を溶製する製鋼方法が発展してきた。この場合、溶銑の脱燐処理は、トーピードカー、溶銑鍋、転炉などの設備を用い、これらの設備に収容された溶銑に酸素ガス及び固体の酸化鉄などの酸素源と、脱燐用媒溶剤としてのＣａＯ系媒溶剤とを添加し、溶銑中の燐を酸素源により酸化させ、生成した燐酸化物をＣａＯ系媒溶剤によって形成されるスラグ中へ取り込むという方法で行われている。

この脱燐処理において、少ないＣａＯ系媒溶剤の使用量で溶銑中の燐を溶銑からスラグへ効率的に移行させるためには、ＣａＯ系媒溶剤を迅速に溶融して滓化させることが極めて重要であるが、熱力学上、溶銑中の燐は温度が低いほど酸化除去されやすいことから、脱燐処理は１３００〜１４００℃の比較的低い温度域で行われるのが一般である。つまり、この温度条件は、ＣａＯ系媒溶剤の滓化には好適な条件とはいえず、従って、１３００〜１４００℃の比較的低温領域でＣａＯ系媒溶剤を滓化するために、従来、ＣａＯの融点降下剤である蛍石（ＣａＦ₂ ）を併用することが広く行われてきた。

しかし、近年、環境保護の観点から、スラグからのフッ素の溶出が問題になっており、このために、蛍石などのフッ素源を使用しないで効率的に脱燐することのできる脱燐技術の開発が望まれていた。そして、これに応えるべく、蛍石などのフッ素源を用いずにＣａＯ系媒溶剤の滓化を促進させて脱燐処理する方法が幾つか提案されている。

例えば特許文献１には、上底吹き転炉に収容された溶銑に、ＣａＯ粉とこのＣａＯ粉に対して質量％で２０％を超え５０％以下のＡｌ₂ Ｏ₃ 粉とを含有する混合粉を、酸素ガスを搬送用ガスとして上吹きランスから吹き付けるとともに、炉底から攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながら脱燐処理を行う方法が開示されている。しかし、特許文献１の方法では、添加するＡｌ₂Ｏ₃ によりＣａＯの融点が降下し、ＣａＯの滓化を促進させることができるものの、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃濃度が高くなるために、炉体耐火物の損耗を招き、却ってコスト高になる懸念がある。また、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 濃度が高くなることから、脱燐速度が低下するという問題もある。

また、特許文献２には、転炉型反応容器に収容された溶銑に対して、スラグの塩基度が１．１以下である場合には、少なくとも粒径が２０ｍｍ以上である塊状生石灰を投入し、また、スラグの塩基度が１．１を超える場合には、上吹きランスから粒度が１００メッシュ（１４９μｍ）以下、好ましくは２００メッシュ（７４μｍ）以下である酸化カルシウム粉（ＣａＯ粉）を酸素ガスとともに吹き付けて、溶銑を脱燐処理する方法が開示されている。ここで、スラグの塩基度とは、スラグ中のＣａＯとＳｉＯ₂ との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）である。一般に脱燐反応は高塩基度のスラグを形成させて、鋼中の燐濃度を必要レベルまで低減しており、脱燐処理におけるスラグの塩基度は１．１を超える場合が一般的である。特許文献２の方法では、塩基度が１．１を超える場合には１００メッシュ以下の生石灰粉を用いており、従って、脱燐処理で使用する生石灰の大部分を１００メッシュ以下にする必要があり、生石灰をこのようなサイズに細粒化するには多大なコストを費やし、従って、工業的に実現性のある方法とはいえない。
特開２０００−３４５２２６号公報特開２０００−７３１１２号公報

このように、ＣａＯ系媒溶剤を主たる脱燐用媒溶剤として使用して溶銑を脱燐処理するに当たり、蛍石などのフッ素源を使用しないで効率的に脱燐することのできる脱燐処理技術の開発が切望されているにも拘わらず、従来の方法はコストの点で工業的には満足できる技術とはいい難く、製造コストの上昇を余儀なくされていた。

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、蛍石などのフッ素源を使用しなくてもＣａＯ系媒溶剤を迅速に滓化させることができ、溶銑を効率的に且つ安価に脱燐することのできる脱燐処理方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。

ＣａＯ系媒溶剤を主たる脱燐用媒溶剤として用いた溶銑の脱燐反応は、ＣａＯ系媒溶剤により生成されるＣａＯ系スラグが、溶銑中の燐と供給される酸素源との反応により生成される燐酸化物（Ｐ₂ Ｏ₅ ）を取り込むことによって進行することから、ＣａＯ系媒溶剤をいかに迅速に滓化させるかが重要なポイントとなる。滓化に必要な時間は、主に、溶銑温度、並びに、ＣａＯ系媒溶剤の低融点化を促進させるための酸化物の添加量に依存する。しかし、先にも述べたように、脱燐反応は熱力学的に低温の方が進行しやすいため、溶銑の温度を大幅に高めることは脱燐反応に対しては必ずしも有効ではない。そこで、本発明者等は、ＣａＯ系媒溶剤の低融点化を促進させる酸化物の配合量、即ち、添加する酸化物を含めた脱燐用媒溶剤全体の組成に着目して検討を進めた。

ＣａＯの滓化を促進させるには酸化物の混合が有効であり、このための安価な酸化物としてはＳｉＯ₂ やＦｅＯが挙げられる。しかし、これら酸化物の配合割合を多くすると、脱燐用媒溶剤中のＣａＯの割合が低下して、脱燐反応に必要なＣａＯ源を確保することができなくなる。しかし、一方でこれら酸化物の配合割合を脱燐反応に必要なＣａＯ源が確保される程度に抑制すると、１３００〜１４００℃程度の溶銑に脱燐用媒溶剤を添加しても、滓化に必要な時間をさほど短縮させることはできず、課題の解決には至らなかった。

そこで、本発明者等は、脱燐用媒溶剤が溶銑と接触する以前に、脱燐用媒溶剤を予め加熱し更には溶融させることが効果的ではないかと考えて検討を進めた。この考えに基づき、脱燐用媒溶剤を予め加熱・溶融するための種々の方法について検討した。

その結果、上吹きランスでバーナーを形成し、脱燐用媒溶剤をこのバーナーによる燃焼火炎中を通過させて加熱・溶融し、この加熱・溶融した脱燐用媒溶剤を溶銑浴面へと供給することが、溶銑と脱燐用媒溶剤との混合・接触の促進、及び、脱燐用媒溶剤の迅速滓化に最適な条件であるとの知見が得られた。

バーナーを形成するランス構造については、ランス構造をできるだけ簡素化するために、ランスの中心孔から脱燐用媒溶剤を搬送用ガスとしての酸素含有ガスとともに供給し、この中心孔の周囲に燃料供給用のノズル孔を設けて燃料を供給し、中心孔から供給する酸素含有ガスによって供給した燃料を燃焼させて火炎を形成し、これにより脱燐用媒溶剤を加熱・溶融する方法を用いることとした。この場合、中心孔から供給される酸素含有ガス中の酸素ガスは燃料の燃焼に消費されるので、溶銑中の燐の酸化にはほとんど寄与しない。従って、燃料供給用のノズル孔の外周に溶銑中の燐を酸化させるための吹錬用酸素含有ガスを供給するノズル孔を設けることとした。尚、ランス先端に幾つかの孔を設け、これらの孔でそれぞれ火炎を形成し、この火炎中を通して脱燐用媒溶剤を供給するようにしても構わないが、その場合はランス構造が複雑化するので設備的に好ましくない。また、加熱・溶融化の他の手段として、脱燐用媒溶剤を予めスラグ溶解炉などで昇温・溶融してから溶銑に添加することも考えられるが、この場合は設備が大掛かりになることから工業的には好ましくない。

上記構成のバーナー方式の上吹きランスを備えた小型実験装置を用いて、種々の条件で試験を実施した。燃料としてはプロパンガスを使用した。実験では、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、酸化鉄を主成分として含有する脱燐用媒溶剤を用い、この脱燐用媒溶剤の組成、脱燐用媒溶剤のサイズ、及び、脱燐用媒溶剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）に対するプロパンガスの供給速度(Ｎｍ³／ｍｉｎ)の比（Ｎｍ³ ／ｋｇ）（この比を「燃料比」と称す）を変更し、バーナーにより形成される火炎を通過させて粉粒状の脱燐用媒溶剤を上吹きランスから吹き付け、この粉粒体を回収して溶融率を測定した。

図１は、脱燐用媒溶剤の平均粒径を３．０ｍｍ、燃料比を０．０２Ｎｍ³ ／ｋｇの一定として、脱燐用媒溶剤の組成を変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。ここで、脱燐用媒溶剤のサイズの定義としては、透過型電子顕微鏡により粒子を撮影し、その平均粒子直径とした。図１では、横軸を脱燐用媒溶剤の塩基度（ＣａＯ含有量（質量％）／ＳｉＯ₂含有量（質量％））で表示し、溶融率を５０％以上と５０％未満の２つに区分して整理している。図１に示すように、脱燐用媒溶剤の塩基度が１．５〜５．０の範囲において、脱燐用媒溶剤の溶融率が５０％以上となる範囲は、脱燐用媒溶剤の塩基度及び脱燐用媒溶剤のＴ．Ｆｅの含有量に相関があり、両者の相関関係を一次の関数で求めると、下記の（１）式を得ることができた。ここで、Ｔ．Ｆｅとは、脱燐用媒溶剤に配合した酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃ やＦｅＯなど）の鉄分の合計値であり、（１）式において、Ｔ．Ｆｅは、脱燐用媒溶剤の酸化鉄中の鉄分の含有量（質量％）、ＣａＯは、脱燐用媒溶剤中のＣａＯの含有量（質量％）、ＳｉＯ₂は、脱燐用媒溶剤中のＳｉＯ₂ の含有量（質量％）である。

即ち、脱燐用媒溶剤の塩基度が１．５〜５．０の範囲において、（１）式の関係を満足するように脱燐用媒溶剤の組成を決定すれば、脱燐用媒溶剤の溶融率は５０％以上が確保されることが分かった。

また、図２は、塩基度が２．５で、Ｔ．Ｆｅの配合質量が１５質量％の組成の脱燐用媒溶剤を用い、燃料比を０．０２Ｎｍ³ ／ｋｇの一定として、脱燐用媒溶剤の平均粒径を０．２ｍｍから３．０ｍｍの範囲に種々変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。図２に示す横軸は、上記したようにして測定した脱燐用媒溶剤の平均粒径である。図２に示すように、脱燐用媒溶剤の粒径を細かくすることで脱燐用媒溶剤の溶融率を更に高めることが可能であり、平均粒径を２ｍｍ以下にすることで８０質量％以上の溶融率を得られることが分かった。

更に、図３は、塩基度が２．５で、Ｔ．Ｆｅの配合質量が１５質量％の組成の脱燐用媒溶剤を用い、脱燐用媒溶剤の平均粒径を３．０ｍｍ一定として、燃料比を０．０２〜０．２Ｎｍ³ ／ｋｇの範囲に変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。図３に示すように、燃料比を大きくすることで脱燐用媒溶剤の溶融率を更に高めることが可能であり、燃料比を０．１Ｎｍ³／ｋｇ以上とすることで８０質量％以上の溶融率を得られることが分かった。

本発明で使用する脱燐用媒溶剤は、上記のようにＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、酸化鉄を主体とし、塩基度が１．５〜５．０の範囲で、且つ（１）式の関係を満たしている限り、どのような原料を用いて脱燐用媒溶剤を調製しても構わないが、コストの低廉化を図るためには、溶銑の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグやＯＧダスト、及び、鉄鉱石の焼結工程で生成する焼結ダストなどを再利用することが好ましい。その際、不可避的に混入するＡｌ₂Ｏ₃ やＭｎＯなどは、本発明の効果を発揮するに当たって何ら問題とはならない。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 及び酸化鉄を主成分として含有し、これらＣａＯ、ＳｉＯ₂及び酸化鉄中のＴ．Ｆｅの各含有量が上記の（１）式の関係を満足し、且つＣａＯ含有量とＳｉＯ₂ 含有量との比（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．５〜５．０の範囲である粉粒状の脱燐用媒溶剤を、上吹きランスの軸心部に配置した中心孔から酸素含有ガスを搬送用ガスとして溶銑に吹き付けると同時に、前記中心孔の周囲に配置した第１の周囲孔から炭化水素系のガス燃料または液体燃料の何れか１種類以上を供給して火炎を形成し、該火炎によって前記脱燐用媒溶剤を加熱・溶融するとともに、前記第１の周囲孔の外側に配置した第２の周囲孔から酸素含有ガスを溶銑に吹き付けることを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１の発明において、前記脱燐用媒溶剤の平均粒径が２．０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。

第３の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１または第２の発明において、前記脱燐用媒溶剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）に対する前記炭化水素系のガス燃料及び液体燃料の供給速度（Ｎｍ³ ／ｍｉｎ）の比が０．１Ｎｍ³ ／ｋｇ以上であることを特徴とするものである。

第４の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記脱燐用媒溶剤は、溶銑の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグ、ＯＧダスト、及び、鉄鉱石の焼結工程で生成する焼結ダストの何れか１種以上を原料として調製されることを特徴とするものである。

本発明によれば、所定の組成に調製した粉粒状の脱燐用媒溶剤を、上吹きランスの先端部に形成されるバーナー火炎によって加熱・溶融させながら溶銑に吹き付けて脱燐処理を行うので、蛍石などのフッ素源を使用しなくても従来と比較して迅速に脱燐用媒溶剤を滓化させ脱燐反応を促進させることができ、燐濃度の低い溶銑を製造することが可能となる。その結果、脱燐処理工程における脱燐用媒溶剤コストの削減が可能になるのみならず、次工程の転炉脱炭精錬において、脱燐に必要な脱燐用媒溶剤が不要になるなど、省資源、省エネルギーが達成されるとともに転炉脱炭操業の安定化が達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明に係る脱燐処理で用いる溶銑は、高炉などの溶銑製造設備で製造された溶銑であり、溶銑製造設備で製造された溶銑を、溶銑鍋、トーピードカーなどの溶銑搬送容器で受銑し、この溶銑を予備脱燐処理設備に搬送する。少ない脱燐用媒溶剤の使用量で効率的に脱燐処理するために、脱燐処理の前に溶銑中の珪素を予め除去（「溶銑の予備脱珪処理」ともいう）してもよい。予備脱珪処理を行う場合には、溶銑の珪素含有量を０．１質量％以下まで低減させることが好ましい。溶銑の珪素含有量をこの範囲まで下げる手段としては、製造された溶銑に酸素ガスまたは酸化鉄などの酸素源を供給し、これらの酸素源によって溶銑中の珪素を酸化させ、珪素を酸化物として強制的に除去する方法を用いることができる。予備脱珪処理を実施した場合には、生成したスラグを脱燐処理の前までに排滓しておく。

このようにして得た溶銑に対して本発明による脱燐処理を施す。本発明による脱燐処理は、溶銑鍋またはトーピードカーなどの溶銑搬送容器内で行うこともできるが、これらの溶銑搬送容器に比べてフリーボードが大きく、溶銑を強攪拌することが可能であり、少ない脱燐用媒溶剤の使用量で迅速に脱燐処理を行うことができることから、転炉型の精錬設備で行うことが好ましい。従って、ここでは、転炉型の精錬設備を用いて脱燐処理する例で説明する。図４は、本発明に最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図、図５は、図４に示す上吹きランスの概略拡大断面図である。

図４に示すように、本発明に係る溶銑の脱燐処理方法で用いる転炉型精錬設備１は、その外殻を鉄皮３で構成され、鉄皮３の内側に耐火物４が施行された炉本体２と、この炉本体２の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス５とを備えている。炉本体２の上部には、脱燐処理終了後に収容した溶銑３２を出湯するための出湯口６が設けられ、また、炉本体２の炉底部には、撹拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口７が設けられている。この底吹き羽口７はガス導入管（図示せず）と接続されている。また、炉本体２の上方には、炉本体２から発生する排ガスを集めるためのフード８が設けられ、また、各種精錬剤を炉本体２の内部に投入するための原料添加装置９が設置されている。この原料添加装置９としては、例えば、ホッパー１０、切出装置１１、シュート１２などからなる慣用の原料供給装置を使用することができる。

上吹きランス５には、脱燐用媒溶剤３４を酸素含有ガスとともに供給するための脱燐用媒溶剤供給管１３と、プロパンガス、天然ガスなどの炭化水素系のガス燃料、或いは、重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料を供給するための燃料供給管１４と、脱燐吹錬用の酸素含有ガスを供給するための吹錬用気体酸素源供給管１５と、上吹きランス５を冷却するための冷却水を供給・排出するための冷却水給排水管（図示せず）とが接続されている。燃料供給管１４には流量調節弁１７が設置され、吹錬用気体酸素源供給管１５には流量調節弁１８が設置されており、各々の流量調節弁によって炭化水素系燃料の供給量及び吹錬用酸素含有ガスの供給量を任意の流量で調整できるようになっている。ここで、酸素含有ガスとは、酸素ガス（純酸素）、空気、酸素富化空気、酸素ガスとＡｒガスとの混合ガスなどを指す。

脱燐用媒溶剤供給管１３は、脱燐用媒溶剤３４を収容したディスペンサー２１に接続されており、ディスペンサー２１を経由した後に上吹きランス５に接後されている。即ち、脱燐用媒溶剤供給管１３を通ってディスペンサー２１に供給された酸素含有ガスは、ディスペンサー２１に収容された脱燐用媒溶剤３４の搬送用ガスとして機能し、脱燐用媒溶剤３４は酸素含有ガスを搬送用ガスとして上吹きランス５に供給され、上吹きランス５の先端から溶銑３２に向けて吹き付けることができるようになっている。また、脱燐用媒溶剤供給管１３には流量調節弁１６が設置されており、任意の流量で搬送用ガスである酸素含有ガスを供給できるようになっている。

脱燐用媒溶剤供給管１３は、ディスペンサー２１に接続する直前に２つの径路に分岐し、分岐した脱燐用媒溶剤供給管１３Ａは、ディスペンサー２１を経由しないで再度脱燐用媒溶剤供給管１３に合流して上吹きランス５に接続されている。脱燐用媒溶剤供給管１３には遮断弁１９が設置され、脱燐用媒溶剤供給管１３Ａには遮断弁２０が設置されており、遮断弁１９及び遮断弁２０の開閉によって酸素含有ガスの径路が設定されるようになっている。尚、脱燐用媒溶剤供給管１３Ａは、炉本体２への脱燐用媒溶剤３４の供給が不要な場合に脱燐用媒溶剤供給管１３Ａを経由して酸素含有ガスを流し、スプラッシュなどによる上吹きランス５の先端の閉塞を防止するためのものである。

上吹きランス５は、図５に示すように、円筒状のランス本体２２と、このランス本体２２の下端に溶接などにより接続された銅製のランスノズル２３とで構成されており、ランス本体２２は、最内管２７、内管２８、中管２９、外管３０、最外管３１の同心円状の５種の鋼管、即ち五重管で構成されている。脱燐用媒溶剤供給管１３は最内管２７に連通し、燃料供給管１４は内管２８に連通し、吹錬用気体酸素源供給管１５は中管２９に連通し、冷却水給排水管は外管３０及び最外管３１に連通しており、従って、脱燐用媒溶剤３４が搬送用ガスとともに最内管２７の内部を通り、プロパンガスなどの炭化水素系燃料が最内管２７と内管２８との間隙を通り、吹錬用酸素含有ガスが内管２８と中管２９との間隙を通り、中管２９と外管３０との間隙及び外管３０と最外管３１との間隙は、冷却水の給排水流路となっている。

最内管２７はランスノズル２３のほぼ軸心位置に配置された中心孔２４と連通し、内管２８は、中心孔２４の周囲に複数個設置された第１の周囲孔２５に連通し、中管２９は、第１の周囲孔２５の周辺に複数個設置された第２の周囲孔２６に連通している。中心孔２４は脱燐用媒溶剤３４を吹き付けるためのノズル、第１の周囲孔２５は炭化水素系の燃料を吹き付けるためのノズル、第２の周囲孔２６は吹錬用酸素含有ガスを吹き付けるためのノズルである。尚、図５において、中心孔２４及び第１の周囲孔２５はストレート形状を採っているが、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されるラバールノズルの形状としてもよい。その逆に、第２の周囲孔２６はラバールノズルの形状を採っているが、ストレート形状であってもよい。

このような構成の転炉型精錬設備１を用い、溶銑３２に対して以下に示すようにして本発明に係る脱燐処理を実施する。

先ず、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 及び酸化鉄を主成分とし、これらＣａＯ、ＳｉＯ₂ 及び酸化鉄中のＴ．Ｆｅの各含有量が上記の（１）式の関係を満足し、且つＣａＯ含有量とＳｉＯ₂含有量との比（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）が１．５〜５．０の範囲である、平均粒径が３．０ｍｍ以下の脱燐用媒溶剤３４の粉粒体を予め準備し、この脱燐用媒溶剤３４をディスペンサー２１に装入しておく。

この状態で、炉本体２の内部へ溶銑３２を装入する。鉄源として鉄スクラップを配合する場合には、溶銑３２を装入する前に、炉本体２へ鉄スクラップを装入する。用いる溶銑３２としてはどのような組成であっても処理することができ、脱燐処理の前に予備脱硫処理や予備脱珪処理が施されていてもよい。因みに、脱燐処理前の溶銑３２の主な化学成分は、炭素：３．８〜５．０質量％、珪素：０．２質量％以下、硫黄：０．０５質量％以下、燐：０．０８〜０．２質量％程度である。但し、脱燐処理時に炉本体２で生成されるスラグ３３の量が多くなると脱燐効率が低下するので、前述したように、炉内のスラグ量を少なくして脱燐効率を高めるために、予備脱珪処理により、溶銑中の珪素濃度を０．１質量％以下まで予め低減しておくことが好ましい。また、溶銑温度は１２００〜１３５０℃の範囲であれば問題なく脱燐処理することができる。

次いで、ディスペンサー２１に酸素含有ガスを供給し、脱燐用媒溶剤３４を上吹きランス５の中心孔２４から酸素含有ガスを搬送用ガスとして溶銑３２の浴面に向けて吹き付ける。脱燐用媒溶剤３４の吹き付けと同時に、上吹きランス５の第１の周囲孔２５から炭化水素系の燃料を供給し、この燃料を中心孔２４から供給する酸素含有ガスによって燃焼させて上吹きランス５の先端部に火炎を形成する。脱燐用媒溶剤３４は、形成される火炎の熱を受けて加熱・溶融し、溶融した状態で溶銑３２の浴面に吹き付けられる。その際に、上吹きランス５の第２の周囲孔２６からは脱燐吹錬用の酸素含有ガスを溶銑３２の浴面に向けて吹き付けるとともに、底吹き羽口７から窒素ガスなどの非酸化性ガスまたはＡｒガスなどの希ガスを撹拌用ガスとして溶銑３２に吹き込み、溶銑３２を攪拌させる。

溶銑浴面に吹き付けられた脱燐用媒溶剤３４は直ちに滓化してスラグ３３を形成し、また、供給された脱燐吹錬用の酸素含有ガスと溶銑中の燐とが反応してＰ₂ Ｏ₅ が形成される。攪拌用ガスによって溶銑３２とスラグ３３とが強攪拌されることも相まって、形成したＰ₂Ｏ₅ がスラグ３３に迅速に吸収されて、溶銑３２の脱燐反応が速やかに進行する。この場合に、脱燐用媒溶剤３４の滓化を促進させて脱燐処理をより一層迅速に行うために、脱燐用媒溶剤３４の平均粒径を２．０ｍｍ以下とすること、及び、燃料比を０．１Ｎｍ³／ｋｇ以上とすることが好ましい。

また、脱燐用媒溶剤３４の調製コストを抑える観点から、溶銑の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグ（ＣａＯ−ＳｉＯ₂ 系スラグ）、ＯＧダスト（酸化鉄）、及び、鉄鉱石の焼結工程で生成する焼結ダスト（ＣａＯと酸化鉄との混合物）を使用し、これらに生石灰や鉄鉱石などを添加して（１）式を満足する組成に調整することが好ましい。脱燐用媒溶剤３４にＡｌ₂Ｏ₃ 源を意図的に混合しても構わないが、本発明においてはバーナーによる加熱・溶融により滓化性を十分確保できるため、特にＡｌ₂Ｏ₃ 源を混合する必要はない。同様に、ＣａＯの融点降下剤である蛍石などのフッ素含有物質も必要としない。特に、スラグ３３からのフッ素の溶出量を抑えて環境を保護する観点から、蛍石などのフッ素含有物質は脱燐用媒溶剤３４として使用しないことが好ましい。但し、フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については使用しても構わない。

脱燐処理時の酸素源が気体の酸素含有ガスのみでは溶銑温度が上昇し過ぎて脱燐反応が阻害される場合もあるので、必要に応じてミルスケールや鉄鉱石などの固体酸素源３５、或いは鉄スクラップを添加してもよい。これらの添加量は、溶銑中の珪素濃度、燐濃度、炭素濃度などに応じて適宜変更することができる。また、脱燐用媒溶剤３４の投入量は、溶銑中の珪素濃度及び燐濃度に応じて変更することとするが、最大でも溶銑トン当たり４０ｋｇ程度であれば十分である。

以上説明したように、本発明に係る溶銑の脱燐処理方法では、所定の組成の脱燐用媒溶剤３４を上吹きランス５の中心孔２４から搬送用ガスの酸素含有ガスとともに供給し、中心孔２４の周囲に配置した第１の周囲孔２５から炭化水素系燃料を供給して火炎を形成し、この火炎によって脱燐用媒溶剤３４を加熱・溶融させて溶銑３２に吹き付けるので、脱燐用媒溶剤３４を迅速に滓化させることができ、従来に比較して迅速に脱燐反応を推進させることができ、燐濃度の低い溶銑を製造することが可能となる。

高炉で製造された溶銑に対して予備脱珪処理を施し、この予備脱珪処理後のスラグを排滓した後、図４に示す転炉型精錬設備と同一構成の５トンの小型転炉型精錬試験設備に溶銑を装入し、条件を変更して合計２４回の脱燐処理試験を実施した。

脱燐処理は、炉底部の底吹き羽口から窒素ガスを０．０５〜０．１５Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔの供給量で吹き込んで溶銑を攪拌しながら、上吹きランスの第２の周囲孔から吹錬用酸素含有ガスとして酸素ガスを吹き付けるとともに、上吹きランスの中心孔から酸素ガスを搬送用ガスとして脱燐用媒溶剤を吹き付けながら、第１の周囲孔からプロパンガスを供給して行った。使用した上吹きランスは、１つの中心孔の周囲に４つの第１の周囲孔を備え、第１の周囲孔の外側に更に４つの第２の周囲孔を備えたものである。

脱燐用媒溶剤の組成は、本発明の範囲外の組成（比較例１〜８）を含め、それぞれの試験毎に予め調製した。脱燐用媒溶剤の平均粒度は２．２ｍｍを基準とし、２．０ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍとする試験も実施した。脱燐用媒溶剤の吹き付け速度は５ｋｇ／ｍｉｎの一定とし、吹錬用酸素ガスの流量は４２０Ｎｍ³ ／ｈｒの一定とした。プロパンガスの流量は２０Ｎｍ³／ｈｒを基準とし、３０〜６０Ｎｍ³ ／ｈｒに変更する試験も実施した。また、ランス先端でバーナーを形成させない試験（比較例１）も実施した。搬送用ガスとしての酸素ガスの流量は、１００Ｎｍ³／ｈｒを基準とし、１５０〜３００Ｎｍ³ ／ｈｒに変更する試験も実施した。溶銑温度は処理前が１２００〜１３００℃の範囲であり、処理後温度は１３４０〜１３６０℃になるように調整した。表１に、各試験の脱燐処理における処理条件及び試験結果を示す。

表１に示すように、脱燐用媒溶剤の組成が（１）式を満足する本発明例１〜８では、（１）式を満足していない比較例１〜８に比べて、脱燐用媒溶剤の原単位及び吹錬用酸素ガスの原単位はほぼ同等でありながら、低い燐濃度レベルまで溶銑を脱燐処理することができた。また、本発明例９〜１６においては、脱燐用媒溶剤の平均粒径が２ｍｍ以下か、或いは燃料比が０．１Ｎｍ³ ／ｋｇ以上の条件を満たしており、更に低い燐濃度まで脱燐処理することができた。

このように、蛍石などのフッ素源を使用しなくても本発明によって燐濃度の低い溶銑を安価に且つ安定して製造できることが確認された。

脱燐用媒溶剤の組成を変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。脱燐用媒溶剤のサイズを変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。燃料比を変化させたときの溶融率の調査結果を示す図である。本発明に最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図である。図４に示す上吹きランスの概略拡大断面図である。

符号の説明

１転炉型精錬設備
２炉本体
３鉄皮
４耐火物
５上吹きランス
６出湯口
７底吹き羽口
８フード
９原料添加装置
１０ホッパー
１１切出装置
１２シュート
１３脱燐用媒溶剤供給管
１４燃料供給管
１５吹錬用気体酸素源供給管
１６流量調節弁
１７流量調節弁
１８流量調節弁
１９遮断弁
２０遮断弁
２１ディスペンサー
２２ランス本体
２３ランスノズル
２４中心孔
２５第１の周囲孔
２６第２の周囲孔
２７最内管
２８内管
２９中管
３０外管
３１最外管
３２溶銑
３３スラグ
３４脱燐用媒溶剤
３５固体酸素源

Claims

ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 及び酸化鉄を主成分として含有し、これらＣａＯ、ＳｉＯ₂ 及び酸化鉄中のＴ．Ｆｅの各含有量が下記の（１）式の関係を満足し、且つＣａＯ含有量とＳｉＯ₂含有量との比（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）が１．５〜５．０の範囲である粉粒状の脱燐用媒溶剤を、上吹きランスの軸心部に配置した中心孔から酸素含有ガスを搬送用ガスとして溶銑に吹き付けると同時に、前記中心孔の周囲に配置した第１の周囲孔から炭化水素系のガス燃料または液体燃料の何れか１種類以上を供給して火炎を形成し、該火炎によって前記脱燐用媒溶剤を加熱・溶融するとともに、前記第１の周囲孔の外側に配置した第２の周囲孔から酸素含有ガスを溶銑に吹き付けることを特徴とする、溶銑の脱燐処理方法。
T.Fe≧4×CaO/SiO₂+4 …(1)
但し、（１）式において、Ｔ．Ｆｅは、脱燐用媒溶剤の酸化鉄中の鉄分の含有量（質量％）、ＣａＯは、脱燐用媒溶剤中のＣａＯの含有量（質量％）、ＳｉＯ₂ は、脱燐用媒溶剤中のＳｉＯ₂ の含有量（質量％）である。
前記脱燐用媒溶剤の平均粒径が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱燐処理方法。
前記脱燐用媒溶剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）に対する前記炭化水素系のガス燃料及び液体燃料の供給速度（Ｎｍ³ ／ｍｉｎ）の比が０．１Ｎｍ³ ／ｋｇ以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の脱燐処理方法。
前記脱燐用媒溶剤は、溶銑の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグ、ＯＧダスト、及び、鉄鉱石の焼結工程で生成する焼結ダストの何れか１種以上を原料として調製されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の溶銑の脱燐処理方法。