JP2003193121A - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉脱炭工程においてマンガン歩留を極限ま
で高めることができ、これにより溶鋼に添加するマンガ
ン合金鉄を極少まで低減することができる溶銑の精錬方
法を提供する。 【解決手段】 高炉溶銑を溶銑予備処理した後に転炉で
脱炭処理する溶銑の精錬方法において、溶銑予備処理と
して行われる脱燐処理により溶銑中の燐濃度を［製品の
燐濃度＋０．０１５］mass％以下の濃度まで低下させ、
次いで脱炭工程でマンガン鉱石を添加して脱炭吹錬を行
い、該脱炭吹錬における吹錬後半の少なくとも一部期間
又は／及び吹錬終了後にスラグ中に粉粒状の炭素源又は
／及びアルミニウム源を添加することにより、吹錬後半
におけるスラグの酸化度を低下させ、マンガン歩留を向
上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、省資源、省エネル
ギーで、且つスラグ発生量も極力少なくできる、環境に
優しい溶銑の精錬方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉で製造された溶銑から鋼材を製造す
るには、溶銑に含まれる不純物成分を精錬工程において
所定濃度まで低減させた上で、鋼材に要求される成分に
調整することが必要である。溶銑中に含まれる不純物成
分としては、４mass％以上含まれる炭素の他に燐、硫黄
等があり、鋼材の要求成分としては強度や靭性を高める
マンガン、珪素等がある。

【０００３】高炉溶銑から燐や炭素を除くためには、溶
銑を脱燐スラグと反応させたり、大量の酸素を添加して
酸化反応を進行させる精錬方法が採られるが、転炉を用
いて炭素と燐を同時に除去していた旧来の方法に対し
て、最近では溶銑段階で燐のみを事前に除去する溶銑予
備脱燐処理が行われている。この溶銑予備脱燐処理を行
うことにより、転炉脱炭工程においては脱燐のために必
要なスラグを減らすことが可能になり、マンガン鉱石を
投入して行われる脱炭吹錬の終了時点でスラグからのマ
ンガン還元率を高められ、出鋼中または出鋼後に添加さ
れるマンガン合金鉄の使用量を旧来の方法に較べて削減
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような溶
銑予備脱燐処理を経て転炉脱炭吹錬を行っても、添加さ
れたマンガンの一部は吹錬終点時のスラグ中に残留し、
マンガン歩留を十分に高くすることは困難であった。特
に、脱炭吹錬終点でマンガン歩留を高くするためには、
反応原理からしてスラグとメタル（溶鋼）のマンガン分
配比を低くすることが必要であるが、現実には非常に難
しい。これは、転炉脱炭吹錬の終期においては、メタル
中の炭素濃度が減少してスラグの酸化度が増加するた
め、マンガンが酸化マンガンとなってスラグ中に移行す
る量が増加するためである。このため従来では、スラグ
の酸化度を高めないように脱炭終期での送酸量を脱炭最
盛期よりも減少させるようにしたり、或いは上吹きジェ
ットや底吹きガスによる撹拌を強化したりすることが行
われてきたが、これらの対策による効果にも限界があ
る。また、マンガン分配比を低めるためにスラグ塩基度
を高めに制御する方法が用いられるが、マンガンのスラ
グとメタルへの収支上、マンガン歩留を高めるためには
脱炭工程でのスラグ量を少なくすることも必要である。
しかし、元々マンガン鉱石は酸化珪素（ＳｉＯ_２）を主
体とした脈石を含むため、その塩基度調整用に石灰の添
加が必要であり、さらに事前の脱燐工程での燐濃度の低
下が不十分である場合には、脱燐剤としての石灰の添加
が必要となるため石灰の添加量がさらに増加し、このた
めスラグ量を少なくすることは困難であった。この場
合、スラグ中のマンガン酸化物の濃度は減少しても、ス
ラグ量自体が多くなるため、スラグ中に存在するマンガ
ン量自体もそれほど減少しないという問題があった。

【０００５】したがって本発明の目的は、このような従
来技術の課題を解決し、転炉脱炭工程においてマンガン
歩留を極限まで高めることができ、これにより溶鋼に添
加するマンガン合金鉄を極少まで低減することができる
溶銑の精錬方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】転炉脱炭工程では大量の
酸素を溶湯に吹き込んで吹錬するものであるため、特に
メタル（溶鋼）中の炭素濃度が減少する吹錬終期におい
てスラグの酸素ポテンシャル（酸化度）を低下させるこ
とが非常に困難であることは前述した。このような課題
に対して本発明者らは、高炉溶銑を予備処理する工程で
脱燐を十分に行い（好ましくは実質的な脱燐を完了
し）、転炉脱炭工程では可能な限り少ないスラグ量で吹
錬を行うとともに、吹錬後半（特に好ましくは吹錬後
期）においてスラグ中に炭素源やアルミニウム源等の還
元剤を添加することにより、選択的にスラグの酸素ポテ
ンシャルを低下させることができることを見い出した。

【０００７】本発明は、以上のような知見に基づきなさ
れたもので、その特徴は以下の通りである。 [1] 高炉溶銑を溶銑予備処理した後に転炉で脱炭処理す
る溶銑の精錬方法において、溶銑予備処理として行われ
る脱燐処理により溶銑中の燐濃度を［製品の燐濃度＋
０．０１５］mass％以下の濃度まで低下させ、次いで脱
炭工程でマンガン鉱石を添加して脱炭吹錬を行い、吹錬
後半の少なくとも一部期間又は／及び吹錬終了後にスラ
グ中に粉粒状の炭素源又は／及びアルミニウム源を添加
することを特徴とする溶銑の精錬方法。 [2] 上記[1]の精錬方法において、少なくとも、脱炭工
程における溶銑の全脱炭量の２／３の脱炭が完了した以
降の吹錬後期においてスラグ中に粉粒状の炭素源又は／
及びアルミニウム源を添加することを特徴とする溶銑の
精錬方法。

【０００８】[3] 上記[1]又は[2]の精錬方法において、
脱燐処理により溶銑中の燐濃度を実質的に製品の燐濃度
レベルまで低下させた後、脱炭処理を行うことを特徴と
する溶銑の精錬方法。 [4] 上記[1]〜[3]のいずれかの精錬方法において、高炉
溶銑を脱珪処理して溶銑中の珪素濃度を０．２mass％以
下とした後、脱燐処理を行い、該脱燐工程でのスラグ量
を３０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下とすることを特徴とする溶
銑の精錬方法。 [5] 上記[1]〜[4]のいずれかの精錬方法において、脱燐
処理後の溶銑中の燐濃度を０．０２mass％以下とし、脱
炭工程でのスラグ量を２０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下とする
ことを特徴とする溶銑の精錬方法。

【０００９】[6] 上記[1]〜[5]のいずれかの精錬方法に
おいて、脱炭工程で添加されるマンガン鉱石中のマンガ
ン純分が２ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上であることを特徴とす
る溶銑の精錬方法。 [7] 上記[1]〜[6]のいずれかの精錬方法において、脱炭
工程における炭素源又は／及びアルミニウム源の添加
を、主たる送酸を行う上吹き送酸ランスを通じて行うこ
とを特徴とする溶銑の精錬方法。 [8] 上記[1]〜[7]のいずれかの精錬方法において、脱炭
工程で添加する炭素源が、コークス又は／及び石炭であ
ることを特徴とする溶銑の精錬方法。

【００１０】[9] 上記[1]〜[8]のいずれかの精錬方法に
おいて、脱炭工程で添加する炭素源が、硫黄含有量が
０．１％mass以下、窒素含有量が０．１％mass以下の炭
素源であることを特徴とする溶銑の精錬方法。 [10] 上記[9]の精錬方法において、脱炭工程で添加する
炭素源が、人造黒鉛、土壌黒鉛、プラスチックの中から
選ばれる１種又は２種以上の炭素源であることを特徴と
する溶銑の精錬方法。 [11] 上記[1]〜[10]のいずれかの精錬方法において、脱
炭工程で添加するアルミニウム源が金属アルミニウムを
２０mass％以上含有するアルミドロスであることを特徴
とする溶銑の精錬方法。

【００１１】このような本発明法によれば、転炉脱炭工
程の吹錬後半（特に好ましくは吹錬後期）におけるメタ
ル（溶鋼）中の炭素濃度の低下に伴うスラグの酸素ポテ
ンシャルの上昇を適切に抑制することができる。すなわ
ち、添加された炭素源やアルミニウム源が選択的にスラ
グ中の鉄やマンガンを還元し、このためメタルの酸素ポ
テンシャルが高いにも拘わらず、マンガン損失を極限ま
で低減させることができる。なお、本発明において粉粒
状の炭素源又は／及びアルミニウム源をスラグ中に添加
するとは、炭素源又は／及びアルミニウム源をスラグ中
に直接投入する以外に、炭素源又は／及びアルミニウム
源がメタル相やメタル−スラグ混合相に投入された後、
スラグ相に取り込まれるような場合も含む。このような
添加形態は、スラグ中に直接添加する形態に較べて効率
は若干低下するものの、投入された炭素源又は／及びア
ルミニウム源はメタル・スラグの流動にしたがい直ぐに
スラグ相に取り込まれることになり、本発明による所望
の効果が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明法は、高炉溶銑を溶銑予備
処理した後に転炉で脱炭処理する溶銑の精錬方法であっ
て、溶銑予備処理として行われる脱燐処理により溶銑中
の燐濃度を［製品の燐濃度＋０．０１５］mass％以下の
レベル（好ましくは実質的な製品の燐濃度レベル）まで
低下させ、次いで脱炭工程でマンガン鉱石を添加して脱
炭吹錬を行い、この吹錬後半の少なくとも一部期間又は
／及び吹錬終了後においてスラグ中に粉粒状の炭素源又
は／及びアルミニウム源を添加することを特徴とする精
錬法である。

【００１３】本発明法では、脱燐処理する溶銑の珪素濃
度ができるだけ低いことが望ましく、このため高炉溶銑
の珪素濃度によっては脱燐工程前に高炉溶銑を脱珪処理
することが望ましい。一般に、高炉から出銑された溶銑
は高炉鋳床を経由して溶銑鍋や混銑車などの溶銑搬送容
器に注湯されて貯留されるが、脱珪処理は高炉鋳床若し
くは溶銑搬送容器内のいずれか、またはその両方で実施
してよい。また、高炉鋳床から溶銑搬送容器への溶銑の
注湯過程において脱珪処理を実施してもよい。必要な脱
珪量と各処理位置での脱珪処理能力に応じて、それらの
中から選択された処理形態の脱珪処理を行うことができ
る。

【００１４】脱珪処理では、脱珪剤として酸素源が添加
され、また必要に応じて媒溶剤として生石灰などのＣａ
Ｏ分が添加され、スラグの塩基度が調整される。脱珪剤
としては、鉄鉱石やミルスケールなどの固体酸素源、若
しくは酸素や酸素含有ガスなどの気体酸素源のいずれを
用いてもよく、また両者を併用してもよい。

【００１５】脱珪処理では、溶銑をガス撹拌などにより
十分に撹拌し、脱珪剤と溶銑とを強制的に混合すること
が、脱珪効率を高める上で有効である。この点、溶銑鍋
などの容器内で行う脱珪処理は、その容器形状のために
溶銑を撹拌できるため、他の方法、例えば高炉鋳床での
脱珪処理などよりも効率がよい。したがって、特に優れ
た脱珪効率を得るためには、溶銑鍋などの容器内での脱
珪処理を実施すること、或いは高炉鋳床で脱珪処理を実
施してから容器内での脱珪処理を実施することが好まし
い。このような容器としては、媒溶剤や脱珪剤などの供
給手段と溶銑の撹拌手段能とを備えたものであればよ
く、先に述べた溶銑鍋などの取鍋、混銑車、その他の脱
珪専用容器のいずれでもよい。

【００１６】脱珪剤や媒溶剤の添加は、溶湯流或いは溶
銑浴面上への上置きや浴中への吹き込みにより行われ
る。例えば、溶銑鍋を用いた脱珪処理では、溶銑浴面に
送酸用ランスを通じて気体酸素源が吹き付けられるとと
もに、浸漬ランスを通じて撹拌ガスや生石灰粉などの媒
溶剤が溶銑中に吹き込まれ、さらに必要に応じて固体酸
素源が溶銑浴面に上置き装入される。

【００１７】図１は、溶銑鍋１を用いた脱珪処理状況の
一例を模式的に示しており、溶銑鍋１内に送酸ランス２
を通じて気体酸素源が吹き込まれるとともに、浸漬ラン
ス３を通じて撹拌ガスや媒溶剤が浴中に吹き込まれ、さ
らに必要に応じて固体酸素源（例えば、鉄鉱石やミルス
ケール等）が鍋上方の原料投入装置４から上置き装入で
きるようになっている。

【００１８】脱珪工程では溶銑を珪素濃度０．２mass％
以下まで脱珪するのが好ましい。このような低珪素濃度
まで脱珪することにより次工程の脱燐工程において燐濃
度を十分に低減することができるとともに、脱燐工程で
のスラグ量の低減化にも有効である。また、このような
観点から溶銑を珪素濃度０．１mass％以下まで脱珪する
ことがより望ましい。なお、高炉溶銑の珪素濃度が十分
に低い場合、例えば珪素濃度が０．２mass％以下、好ま
しくは０．１mass％以下の場合には、上述した脱珪処理
を行うことなく下記する脱燐処理を行ってもよい。ま
た、高炉溶銑の珪素濃度が０．２mass％以下であって
も、これを上述のように脱珪処理し、珪素濃度をさらに
低下（例えば、０．１mass％以下とする）させるように
してもよい。

【００１９】上記のように脱珪処理され若しくは高炉か
ら出銑されたままの低珪素溶銑は、脱燐工程に供され
る。この脱燐工程では、溶銑中の燐濃度を［製品（脱炭
吹錬終了後の溶銑）の燐濃度＋０．０１５］mass％以
下、好ましくは実質的に製品の燐濃度レベルまで低減さ
せる。脱燐工程で溶銑を効率的に脱燐するには、極力少
ないスラグ量で精錬を行う必要があり、このためには脱
燐能が高いスラグを生成させる必要がある。スラグの脱
燐能を高めるにはスラグ塩基度を高めることが必要であ
り、したがって、脱珪スラグなどの混入は極力抑制する
ことが好ましい。そのため、脱燐工程では前工程のスラ
グが分離・除去された溶銑を用いる。スラグの分離・除
去は機械式排滓装置や手作業などにより行うことができ
る。

【００２０】脱燐工程で使用する容器に特別な制約はな
く、溶銑鍋などの取鍋型容器、混銑車、転炉型容器など
を用いて脱燐処理することができる。また、脱燐処理
は、前記脱珪処理に引き続き同一容器内で行ってもよ
く、また、転炉などの別の容器に移し換えて行ってもよ
い。

【００２１】この脱燐処理では、通常、脱燐反応を効果
的に高めるために溶銑中に酸素源として気体酸素（酸素
ガスまたは酸素含有ガス）及び／又は固体酸素源（例え
ば、焼結粉やミルスケールなどの酸化鉄）を媒溶剤とと
もに添加する。このうち気体酸素についてはランスによ
る上吹きや溶銑中へのインジェクション或いは底吹きな
どの任意の方法により、また、固体酸素源や媒溶剤につ
いては上置き装入やインジェクションなどの任意の方法
により、それぞれに溶銑中に供給される。また、脱燐を
効率的に行うためのより基本的な条件として、溶銑に対
して適正な撹拌を行う必要がある。この撹拌としては、
一般に浸漬ランスや炉体の浴面下に装備された羽口など
を用いたガス撹拌が行われる。

【００２２】脱燐工程では３０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下の
スラグ量で効率的に処理を行うことが好ましい。そのた
めに溶銑の適正な珪素濃度とそれに応じた媒溶剤量が設
定される。また、脱燐処理後の溶銑中の燐濃度は実質的
に製品の燐濃度レベルであることが最も好ましいが、
［製品の燐濃度＋０．０１５］mass％以下であれば脱炭
工程でのスラグ量を十分少なくすることができるので、
本発明法では脱燐処理により溶銑中の燐濃度を［製品の
燐濃度＋０．０１５］mass％以下まで低減させる。ま
た、このような観点からは脱燐処理後の溶銑中の燐濃度
は［製品の燐濃度＋０．００５］mass％以下とすること
が好ましい。

【００２３】図２は転炉型容器を用いた脱燐処理状況の
一例を模式的に示しており、この例では転炉５内に送酸
ランス６を通じて酸素が吹き込まれるとともに、炉底に
設置した羽口７（底吹きノズル）から撹拌ガスが浴中に
吹き込まれ、さらに、精錬剤や固体酸素源などの原料が
転炉５の上方の原料投入装置８から上置き添加されるよ
うになっている。

【００２４】上記のように脱燐処理された後の低珪素・
低燐溶銑は、転炉での脱炭工程に供される。この転炉脱
炭工程では、事前の脱燐工程において溶銑中の燐濃度が
十分に低下しているため、十分に少ないスラグ量で脱炭
吹錬を行うことができる。また、脱燐工程において溶銑
中の燐濃度が実質的に製品の燐濃度レベルまで低下して
いる場合には、脱炭工程では実質的な脱燐は必要とされ
ない。このため、吹錬時に生成する酸化鉄の希釈剤とし
て、及び浴面からの粒滴の飛散や放熱を抑制するための
カバースラグとして少量のスラグは必要であるが、脱燐
のためのスラグは必要としない。したがって、この場合
の脱炭吹錬は、媒溶剤で生成させるスラグ量はマンガン
鉱石の脈石分などに応じた塩基度調整分のみの少量でよ
い。また、スラグの精錬能は必須ではなく、スラグ組成
の多少の変動も問題ないため、炉内でのスラグ残し操業
などにより、スラグを繰り返し使用することもできる。
マンガン鉱石の使用量にもよるが、通常、本発明法（特
に、脱燐工程で溶銑中の燐濃度を実質的に製品の燐濃度
レベルまで低下させた場合）の転炉脱炭工程では２０ｋ
ｇ／溶銑ｔｏｎ以下のスラグ量で脱炭吹錬を行うことが
可能であり、このような少ないスラグ量で脱炭吹錬を行
えることはマンガン歩留の向上に寄与する。

【００２５】転炉脱炭工程では、上吹き送酸ランスや底
吹きノズルなどを通じて酸素又は酸素含有ガスが供給さ
れ（送酸）、脱炭吹錬がなされる。送酸により溶銑の脱
炭が進行し、同時に酸化鉄も生成して溶湯温度が上昇す
る。吹錬初期から中期にかけてマンガン鉱石や石灰が添
加され、マンガン鉱石の溶融や溶銑中炭素による還元が
進行する。

【００２６】転炉脱炭工程で添加されるマンガン鉱石
は、マンガン純分として２ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上とする
ことが好ましい。この添加量は溶銑中のＭｎ量のほぼ
０．２mass％程度に相当する量であり、本発明法ではス
ラグ側に残留するＭｎ量（マンガンロス分）は少なくて
済むので、通常の脱燐溶銑に含まれるＭｎ量である０．
１〜０．３mass％分を加えると、溶鋼成分として十分な
Ｍｎ量を確保することができる。

【００２７】先に述べたように転炉脱炭工程では、メタ
ル（溶鋼）の脱炭の進行に伴うスラグの酸化度の上昇に
応じてマンガンがＭｎＯの形でスラグ中に移行し、この
マンガンが吹錬終点でスラグ中に残留してしまうので、
このようなスラグ中へのマンガンの残留を極力抑制する
ため、本発明法の転炉脱炭工程では吹錬後半の少なくと
も一部期間又は／及び吹錬終了後において、スラグに対
して粉粒状の炭素源及び／又はアルミニウム源（還元
剤）を添加し、スラグ中の酸化鉄（主にＦｅＯ）や酸化
マンガンを還元する。これにより吹錬終点においてスラ
グ中に残留するマンガンの量を極少まで低減させること
ができる。また、このような還元剤の添加による効果
は、スラグ量を２０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下として脱炭吹
錬を行うことにより、さらに高められる。

【００２８】ここで、スラグに対して粉粒状の炭素源及
び／又はアルミニウム源（以下、これらを総称して“還
元剤”という）を添加する脱炭吹錬後半とは、吹錬全期
間（時間）の中間点を過ぎた以降の期間を指す。上記還
元剤の添加は、転炉脱炭工程における吹錬後半の全期間
又は一部期間で行うことができ、この添加する期間は脱
炭の進行の程度（メタル中炭素濃度）等に応じて適宜選
択される。先に述べたように脱炭吹錬後半ではメタル中
の炭素濃度の低下に伴いスラグの酸化度が上昇してマン
ガン損失の増大を招くが、本発明法ではこの時期にスラ
グ中に上記還元剤を添加することにより、スラグの酸化
度の上昇が適切に抑制され、マンガン損失を極限まで低
減させることができる。一方、吹錬後半よりも前の段階
（すなわち吹錬前半）での上記還元剤の添加は、吹錬後
半開始の時点でのスラグ酸化度を低減する効果はあるも
のの、大量に添加すると必要酸素量や酸素吹錬時間の増
加を招くため好ましくない。

【００２９】また、スラグに対して上記還元剤を添加す
る時期は、吹錬後半のうち少なくとも吹錬後期を含むこ
とが好ましい。この吹錬後期とは、脱炭工程における溶
銑の全脱炭量の２／３の脱炭が完了した以降の期間であ
る。例えば、メタル中の炭素濃度［Ｃ］が吹錬前の３．
７mass％から０．１mass％まで脱炭される吹錬工程にお
いては、メタル中炭素濃度［Ｃ］が約１．３mass％とな
った以降の時期が吹錬後期であり、少なくともこの吹錬
後期においてスラグに対する上記還元剤の添加を行うこ
とが好ましい。

【００３０】この理由を脱炭吹錬の反応機構から説明す
ると、以下のようになる。すなわち、脱炭吹錬において
酸素を添加（送酸）して脱炭する場合、メタルが未だ高
炭素域にある段階では、添加された酸素のほぼ全量が最
終反応として脱炭に消費され、添加された酸素により酸
化鉄（ＦｅＯ）の生成量が増加することはない。これに
対して脱炭が進んでメタルが低炭素域に入ると、添加さ
れた酸素の一部がＦｅＯの生成に消費されるようにな
る。すなわち、この段階になると添加された酸素による
ＦｅＯの生成量に対してメタル中のＣによるＦｅＯの還
元が遅れるため、ＦｅＯが増加していくことになる。こ
のＣによるＦｅＯに還元反応は、メタル中のＣのスラグ
中のＦｅＯへの拡散移動が律速すると言われており、こ
の場合の脱炭速度（或いはＦｅＯの還元速度）はメタル
中のＣ濃度に比例するので、メタル中のＣ濃度が低いほ
どＦｅＯの蓄積量は増大することになる。そして、上記
のように酸素供給律速からメタル中のＣの移動律速に遷
移する際のＣ濃度は、メタルの撹拌や送酸速度によって
も変動するものの、通常は溶銑中炭素濃度［Ｃ］が１ma
ss％以下（多くの場合、０．３％mass以下）である。す
なわち、このＣ濃度以下になるとＦｅＯが急激に増加し
始めることから、少なくともこのＣ濃度になる時点若し
くはそれ以前に上記還元剤の添加を開始すれば、ＦｅＯ
の急激な増加を抑えることができる。ここで、脱炭工程
における全脱炭量のほぼ２／３の脱炭が完了した時点
が、上述したＣ濃度の低下によりＦｅＯの急激な増加が
始まる段階又はその少し前の段階であり、したがって、
少なくともその時点以降の吹錬後期において上記還元剤
をスラグ中に添加することにより、メタルのＣ濃度の低
下によるＦｅＯの急激な増加を抑制することができる。
また、この吹錬後期に上記還元剤を集中的に添加するこ
とにより、既に生成しているＦｅＯを還元してスラグの
酸化度をより低減させることができる利点もある。この
ようにしてスラグの酸化度が抑えられることにより、メ
タル中のマンガンがＭｎＯとしてスラグ中に移行するこ
とが抑えられ、マンガン損失を効果的に低減することが
できる。なお、脱炭吹錬中に添加された還元剤は、その
全量が添加と同時に還元に消費される訳ではなく、通
常、吹錬終了の前に添加された還元剤の一部はスラグ中
に滞留し、吹錬終了後も還元作用が継続することにな
る。

【００３１】また本発明法では、上述した吹錬期間（吹
錬後半）中の還元剤の添加に加えて、或いは吹錬期間
（吹錬後半）中の還元剤の添加に代えて、吹錬終了後の
段階でスラグ中に還元剤を添加してもよい。但し、この
場合には還元反応を促進させるために浴の撹拌を行うこ
とが好ましい。このように吹錬終了後の段階でスラグ中
に還元剤を添加することにより、既に生成している酸化
鉄を還元することができる。特に、吹錬期間（吹錬後
半）中の還元剤の添加に加えて、吹錬終了後にも還元剤
を添加した場合には、上述した作用に加えて、一旦生成
した酸化鉄の還元作用が強化されるため、全体としての
酸化鉄の低減効果は大きい。

【００３２】上記のようにして添加された還元剤による
吹錬終了後の還元反応は、この段階では送酸がないため
に、還元剤のうち酸素や酸素による生成が進行中の酸化
物との直接反応で消費される分が少ないため、還元効率
が高くなる利点がある。但し、還元剤として炭素源を使
用する場合には、炭素源がＦｅＯを還元する反応は吸熱
反応であり、吹錬中は酸素による酸化発熱反応で熱的な
補償があるため問題はないが、吹錬終了後ではそのよう
な熱補償がないため、メタル温度の低下による問題を生
じないよう事前に溶銑温度を高目にしたり、後工程で昇
温させる等の配慮が必要な場合もある。なお、還元剤と
してアルミニウム源を使用する場合には、アルミニウム
源がＦｅＯを還元する反応は発熱反応であるため、上記
のような熱的な問題を配慮する必要はない。

【００３３】脱酸剤として炭素源、アルミニウム源は略
同等の機能を有するため、炭素源、アルミニウム源のい
ずれを添加してもよいし、両者を併用して添加してもよ
い。これらの還元剤の供給量には特別な制限はないが、
吹錬後半の送酸や撹拌の条件、メタル中Ｃ濃度等の終点
条件等によって決まる、スラグ中に蓄積される或いは蓄
積されると予測される酸化鉄量、酸化マンガン量に応じ
て供給することが望ましい。

【００３４】一般的な脱炭吹錬操業では吹錬途中で送酸
量を極端に減少させることはできない。これは、吹錬途
中で送酸量を極端に減少させる（例えば、通常の半分以
下の流量にする）と酸素ジェットが著しく弱くなり、ラ
ンスに損傷を与えない程度のランス高さを確保する通常
の操業条件では、メタル面への酸素の到達率が少なくな
り、効率的な脱炭吹錬を行うことができなくなるためで
ある。このため吹錬後期においても送酸量を極端に減少
させることはできず、反応上の脱炭速度限界に見合った
送酸量を超える量の送酸を行う必要があり、その結果、
過剰な酸素は脱炭以外に消費され、酸化鉄が生成量が増
加することになる。一般に吹錬後期においてスラグ中に
蓄積される酸化鉄量は数ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上にもな
り、これを全量還元するには約１ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上
の還元剤の添加が必要となる。但し、実際には同時に送
酸も行っているので、還元剤が１００％酸化鉄の還元に
消費されることは期待できないことから、これよりも多
い添加量（例えば、その数倍程度の添加量）が必要とな
る場合もある。

【００３５】炭素源としては、コークス及び／又は石炭
を用いることができる。また、メタルの硫黄濃度や窒素
濃度の上昇を抑えるという観点からは、炭素源として硫
黄含有量が０．１％mass以下、窒素含有量が０．１％ma
ss以下のものを用いることが好ましく、そのような炭素
源としては、例えば人造黒鉛、土壌黒鉛、プラスチック
等が挙げられ、これらの中から選ばれる１種又は２種以
上の炭素源を用いることができる。

【００３６】また、アルミニウム源としては、例えば、
金属アルミニウム、アルミ溶解や精錬で発生するアルミ
ニウム灰などを用いることができる。アルミニウム灰は
金属アルミニウムを３０〜７０％程度含有するものが多
いが、そのアルミニウム含有率に拘りなく使用すること
ができる。また、例えば、金属アルミニウムを２０mass
％以上含むアルミドロスを用いることもできる。このア
ルミドロスはアルミ精錬やアルミ地金の再溶解時に発生
するスカム又はこれから金属アルミニウムを分離した後
の残渣であり、後者の場合にはスカムから搾り出しなど
の処理により金属アルミニウム分を分別し、その残渣を
利用する。このアルミドロスをアルミニウム源として用
いることにより、含有する金属アルミニウムの還元力
が強い、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が通常の酸化吹錬時
の高塩基度スラグの融点を下げ、還元反応を促進させ
る、元々アルミニウムの純度が低く、用途も限られて
いたものを有効利用できる、などの効果が得られる。

【００３７】粉粒状の炭素源やアルミニウム源の粒度
は、スラグへの投入が確実に行われ、且つスラグ中の酸
化鉄や酸化マンガンを迅速に還元するという観点から、
投入系やスラグの撹拌条件等に応じて適宜選択される。
すなわち、炭素源やアルミニウム源の粒度があまりに大
きいと還元の効率が低下し、一方、小さ過ぎると添加時
に飛散等の問題を生じる。通常、数十μｍ〜数ｍｍ程度
の粒度を有するものが使用できる。

【００３８】本発明法において、上記のような還元剤を
スラグに添加する方法に特別な制約はなく、所謂上置き
装入により添加してもよいが、脱炭吹錬の既存設備を前
提とした場合に特に好ましいのは、主たる送酸を行うた
めの上吹き送酸ランスを通じた添加である。これは、上
吹き送酸ランスであれば還元剤をその反応域であるスラ
グ中に直接且つ正確に添加でき、反応を効率的に行わせ
ることができるからである。また、上吹き送酸ランス
は、そのノズル孔の構造を選択することにより噴射方向
や範囲を任意に設定できるため、還元剤の粉体をスラグ
全体に分散して添加したり、或いはスラグが少量で偏在
する傾向がある場合にスラグが存在する場所に向けて還
元剤の粉体を正確に投射することができるため、還元剤
の添加手段として特に有効である。

【００３９】上吹き送酸ランスを通じて還元剤を添加す
る場合、通常、複数のノズル孔（ガス噴射孔）を有する
多孔ノズル式ランスを用い、一部のノズル孔（例えば、
ランス先端中央のノズル孔又はランス先端側の側壁部に
形成されたノズル孔）からは酸素を供給するとともに、
他のノズル孔（例えば、ランス先端側の側壁部に形成さ
れたノズル孔又はランス先端中央のノズル孔）から酸素
以外の適当なキャリアガス（例えば、アルゴン、窒素等
の不活性ガス）を用いて上記還元剤を供給する。

【００４０】炉内でのスラグの存在形態は底吹き羽口の
位置やスラグ量などによって異なり、例えば、底吹き羽
口が炉底中心部を主体に設置されている場合にはスラグ
は炉内壁周辺部に偏在し、一方、底吹き羽口が炉底の炉
壁周辺部側や炉底の片側に配置されている場合には、ス
ラグは炉中心部や炉片側に偏在する傾向がある。したが
って、上吹き送酸ランスの還元剤供給用のノズル孔は、
上記のような炉内でのスラグの存在形態に応じて、その
傾角（鉛直方向に挿入されるランスの軸芯に対するノズ
ル孔軸芯の角度）が適宜選択される。通常、ノズル傾角
は０〜５０°程度の範囲で選択される。また、還元剤の
添加は上記のような上吹き送酸ランスではなく、専用の
ランスなどの添加手段を用いて行ってもよい。

【００４１】図３は、本発明法における転炉脱炭吹錬の
実施状況の一例を模式的に示したもので、この例では転
炉９内に上吹き送酸ランス１０を通じて酸素が供給され
て脱炭吹錬が行われるとともに、吹錬後半の全期間又は
一部期間において、同じ上吹き送酸ランス１０の送酸用
とは別の流路及びノズル孔を通じて還元剤が不活性ガス
などをキャリアガスとして供給され、還元剤がスラグに
添加される。また、吹錬中、炉底に設置した羽口１１
（底吹きノズル）から撹拌ガスが浴中に吹き込まれる。
さらに、吹錬初期〜中期にはマンガン鉱石（さらに必要
に応じて少量の媒溶剤）が転炉９の上方の原料投入装置
１２から上置き添加されるようになっている。

【００４２】

【実施例】［実施例１］高炉から出銑された溶銑に対
し、鋳床脱珪−鍋（溶銑鍋）脱珪−転炉脱燐−転炉脱炭
のー連の工程からなる精錬処理を実施した。鋳床及び溶
銑鍋での脱珪時には、塊状の酸化鉄を上投入を通じて溶
銑中に約２０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ添加した。溶銑鍋内では
浸漬ランスを通じて窒素ガスを約０．０１Ｎｍ^３／ｍｉ
ｎ／溶銑ｔｏｎの供給量で浴中へ吹き込み溶銑を撹拌し
た。この鋳床及び溶銑鍋での脱珪により、脱珪処理後の
溶銑中の珪素濃度は０．１mass％まで低下した。この脱
珪工程で生成したスラグを排滓後、溶銑を転炉に装入し
て脱燐工程を実施した。この脱燐処理は計９ｋｇ／溶銑
ｔｏｎの石灰と蛍石を添加するとともに、上吹き送酸ラ
ンスから１０Ｎｍ^３／溶銑ｔｏｎの酸素を添加して行
い、脱燐処理後の溶銑中の燐濃度は０．０１２mass％ま
で低下した。

【００４３】上記脱燐処理を経た溶銑を一旦鍋に出湯
し、別の転炉に再装入して転炉脱炭を行った。転炉は３
００トン容量であり、この脱炭工程では吹錬初期に炉内
にマンガン源を上投入によって添加した。マンガン源と
しては、マンガン含有量：４８mass％、珪酸（Ｓｉ
Ｏ_２）含有量：６mass％のマンガン鉱石を用い、このマ
ンガン源をマンガン純分として８ｋｇ／溶銑ｔｏｎ添加
した。炉底部からは窒素又はアルゴンガスを０．１Ｎｍ
^３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎの供給量で浴中に吹き込んで浴
の撹拌を行いつつ、上吹き送酸ランスを通じて送酸を行
った。送酸量は、吹錬初期から３分までは３．５Ｎｍ^３
／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ、３分から６分までは２．９Ｎｍ
^３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ、６分から１１分までは３．５
Ｎｍ^３／ｍｉｎ／溶銑ｔｏｎ、以降は１．９Ｎｍ^３／ｍ
ｉｎ／溶銑ｔｏｎとした。また、スラグの塩基度を３．
５に調整するため、必要な量の石灰源を転炉上部ホッパ
ーから切り出し、シューターを経由して添加した。

【００４４】脱炭吹錬の後半の一部期間に、上吹き送酸
ランスを通じて炭素源を投入した。使用した上吹き送酸
ランスは４重管構造（水冷式）であり、ランス中心の流
路内にキャリアガスを介して粉体を圧送して先端噴射孔
から粉体を噴射し、またその外側の流路に高圧酸素を流
して先端噴射孔から噴射するようになっている。本実施
例では、ランス中心の流路及びその先端噴射孔を通じて
アルゴンガスをキャリアガスとして炭素源を噴射した。
炭素源としては、粒径２〜５ｍｍのものが８５mass％以
上を占め、粒径２ｍｍ未満のものが１５mass％を占める
粒状土壌黒鉛を用いた。所定量の炭素源を吹錬終了時ま
でに添加できるように、吹錬の途中（後期）から炭素源
を３００〜９００ｋｇ／分の投入速度で添加した。脱炭
吹錬の終了時は、溶鋼中の炭素濃度が略０．０６mass
％、溶鋼温度が１６５０℃になるように制御した。

【００４５】脱炭終了後のスラグ成分、メタル成分、マ
ンガン歩留などを調べた結果を、脱炭処理条件とともに
表１に示す。これによれば、本発明法に従い脱炭吹錬の
後半にスラグに対して炭素源を添加することにより、炭
素源の添加を行わない比較例に較べてマンガン損失を大
幅に低減することができ、吹錬終了時のメタル中のマン
ガン濃度を十分に高くできることが判る。また、本発明
では発生スラグ量も少なくできることが判る。

【００４６】

【表１】

【００４７】［実施例２］高炉から出銑してから転炉脱
炭までの工程及び各工程での処理条件、転炉での吹錬条
件は実施例１と同様とした。脱炭吹錬の後期の一部期間
に、上吹き送酸ランスを通じてアルミニウム灰を投入し
た。使用した上吹き送酸ランスは４重管構造（水冷式）
であり、ランス中心の流路はランス先端部から３０ｃｍ
上部で３方に分岐し、ランス側壁部に通じる噴射孔から
粉体が噴射されるようになっている。また、その外側の
流路に高圧酸素を流して先端噴射孔（５孔）から噴射さ
れるようになっている。本実施例では、ランス中心の流
路及びランス側壁部の噴射孔を通じてアルゴンガスをキ
ャリアガスとしてアルミニウム灰を噴射した。アルミニ
ウム灰は、粒径１〜５ｍｍ、アルミニウム含有量３０〜
７０mass％のものを用いた。添加するアルミニウム純分
量が１ｋｇ／溶銑ｔｏｎとなるように、吹錬終了の２分
前から吹錬終了までの間にアルミニウム灰を２２０〜５
００ｋｇ／分の投入速度で添加した。

【００４８】脱炭吹錬の終了時は、溶鋼中の炭素濃度が
略０．０５mass％、溶鋼温度が１６５０℃になるように
制御した。脱炭終了後のスラグ成分、メタル成分、マン
ガン歩留などを調べた結果を、脱炭処理条件とともに表
２に示す。これによれば、本発明法に従い脱炭吹錬の後
半にスラグに対してアルミニウム源を添加することによ
り、マンガン損失を大幅に低減することができ、吹錬終
了時のメタル中のマンガン濃度を十分に高くできること
が判る。また、本発明では発生スラグ量も少なくできる
ことが判る。

【００４９】

【表２】

【００５０】

【発明の効果】以上述べた本発明法によれば、脱炭吹錬
工程で高いマンガン歩留が得られるため、鋼材に必要な
マンガン成分を製鋼段階で合理的に高めることができ、
省資源及び省エネルギーに寄与でき、且つスラグ等の発
生物も極力少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法における溶銑の脱珪処理状況の一例を
模式的に示す説明図

【図２】本発明法における溶銑の脱燐処理状況の一例を
模式的に示す説明図

【図３】本発明法における転炉脱炭吹錬の実施状況の一
例を模式的に示す説明図

【符号の説明】

１…溶銑鍋、２…上吹き送酸ランス、３…浸漬ランス、
４…原料投入装置、５…転炉、６…上吹き送酸ランス、
７…羽口、８…原料投入装置、９…転炉、１０…上吹き
送酸ランス、１１…羽口、１２…原料投入装置

フロントページの続き (72)発明者 松野 英寿 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 川畑 涼 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4K014 AA01 AA03 AC03 AD01 AD23 AD27 4K070 AB02 AB03 AB06 AC02 AC03 AC11 AC21 AC24 AC32 BA05 BA11 BC01 BD00 BD08 EA01 EA30

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉溶銑を溶銑予備処理した後に転炉で
   脱炭処理する溶銑の精錬方法において、 溶銑予備処理として行われる脱燐処理により溶銑中の燐
   濃度を［製品の燐濃度＋０．０１５］mass％以下の濃度
   まで低下させ、次いで脱炭工程でマンガン鉱石を添加し
   て脱炭吹錬を行い、吹錬後半の少なくとも一部期間又は
   ／及び吹錬終了後にスラグ中に粉粒状の炭素源又は／及
   びアルミニウム源を添加することを特徴とする溶銑の精
   錬方法。
2. 【請求項２】 少なくとも、脱炭工程における溶銑の全
   脱炭量の２／３の脱炭が完了した以降の吹錬後期におい
   てスラグ中に粉粒状の炭素源又は／及びアルミニウム源
   を添加することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の精
   錬方法。
3. 【請求項３】 脱燐処理により溶銑中の燐濃度を実質的
   に製品の燐濃度レベルまで低下させた後、脱炭処理を行
   うことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑の精錬
   方法。
4. 【請求項４】 高炉溶銑を脱珪処理して溶銑中の珪素濃
   度を０．２mass％以下とした後、脱燐処理を行い、該脱
   燐工程でのスラグ量を３０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以下とする
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の溶銑の精
   錬方法。
5. 【請求項５】 脱燐処理後の溶銑中の燐濃度を０．０２
   mass％以下とし、脱炭工程でのスラグ量を２０ｋｇ／溶
   銑ｔｏｎ以下とすることを特徴とする請求項１、２、３
   又は４に記載の溶銑の精錬方法。
6. 【請求項６】 脱炭工程で添加されるマンガン鉱石中の
   マンガン純分が２ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上であることを特
   徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の溶銑の精
   錬方法。
7. 【請求項７】 脱炭工程における炭素源又は／及びアル
   ミニウム源の添加を、主たる送酸を行う上吹き送酸ラン
   スを通じて行うことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５又は６に記載の溶銑の精錬方法。
8. 【請求項８】 脱炭工程で添加する炭素源が、コークス
   又は／及び石炭であることを特徴とする請求項１、２、
   ３、４、５、６又は７に記載の溶銑の精錬方法。
9. 【請求項９】 脱炭工程で添加する炭素源が、硫黄含有
   量が０．１％mass以下、窒素含有量が０．１％mass以下
   の炭素源であることを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６、７又は８に記載の溶銑の精錬方法。
10. 【請求項１０】 脱炭工程で添加する炭素源が、人造黒
    鉛、土壌黒鉛、プラスチックの中から選ばれる１種又は
    ２種以上の炭素源であることを特徴とする請求項９に記
    載の溶銑の精錬方法。
11. 【請求項１１】 脱炭工程で添加するアルミニウム源が
    金属アルミニウムを２０mass％以上含有するアルミドロ
    スであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、８、９又は１０に記載の溶銑の精錬方法。