JP5477704B2 - Hot metal dephosphorization method - Google Patents
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Description
本発明は、F源を用いることなく、優れた特性の低りん鋼材の提供と安定なスラグ副産物の提供を両立することができる溶銑の脱珪脱りん方法を提供する。なお、本明細書、および請求項において、特に断りが無い限り%は質量%を表すものとする。 The present invention provides a hot metal dephosphorization and dephosphorization method capable of providing both a low phosphorus steel material having excellent characteristics and a stable slag by-product without using an F source. In the present specification and claims, “%” represents “% by mass” unless otherwise specified.
近年、炭酸ガスなどによる地球温暖化を抑制するため、CO2の排出量削減の必要性が高まっており、鉄鋼材料においては、例えば自動車用鋼材において、軽量化のため、高い強度と、加工性を両立した鋼板素材の開発が求められている。 In recent years, there has been an increasing need to reduce CO 2 emissions in order to suppress global warming caused by carbon dioxide, etc. In steel materials, for example, steel materials for automobiles, high strength and workability have been achieved to reduce weight. Development of steel plate materials that satisfy both requirements is demanded.
こうした高性能の鉄鋼材料を製造するためには、基本的に、鋼材中に含まれるりん、硫黄などの不純物を低減することが求められる。1980年代以降、溶銑段階における予備処理工程において脱りん、脱硫処理を行う技術が開発され、近年では、高炉一貫製鉄所において広く普及するに至っている。これら大量生産鋼の脱りん、脱硫処理においては、精錬コスト低減も重要な課題であり、精錬剤として、安価で安定的に入手可能なCaO系のフラックスが用いられる。しかし、CaO自体は融点の高い酸化物であり、このままでは溶融して脱りん、脱硫能力の高いスラグを形成しないので、従来、融剤としてCaF2を主成分とする蛍石が多用されていた。即ち、スラグを液体とすることによって、激しい攪拌の下で、溶銑へのスラグ滴の巻き込み、あるいはスラグへの溶銑滴の巻き込みを行わせ、著しい反応界面積の増大を図って反応速度を高めることにより、工業規模での処理を可能としていた。ところが、土壌環境基準においてFが土壌からの溶出規制対象物質となり、土木用材料としての製鋼スラグがF溶出の規制を受けるため、事実上、CaF2を使用することができなくなった。そのため、CaF2などのハロゲン化物を使用せずにCaOを脱りん、脱硫反応に有効に作用させるための方法が種々提案されている。 In order to produce such a high-performance steel material, it is basically required to reduce impurities such as phosphorus and sulfur contained in the steel material. Since the 1980s, technology for dephosphorization and desulfurization treatment has been developed in the preliminary treatment process in the hot metal stage, and in recent years, it has been widely spread in blast furnace integrated steelworks. In the dephosphorization and desulfurization treatment of these mass-produced steels, reduction of refining costs is also an important issue, and inexpensive and stably available CaO-based fluxes are used as refining agents. However, since CaO itself is an oxide with a high melting point and does not melt and form slag with high dephosphorization and desulfurization capacity, fluorite containing CaF 2 as the main component has been conventionally used as a flux. . That is, by using slag as a liquid, the slag droplets are entrained in the hot metal or the hot metal droplets are entrained in the slag under vigorous stirring, and the reaction rate is increased by significantly increasing the reaction interface area. Therefore, processing on an industrial scale was made possible. However, F becomes the elution regulated substances from the soil in the soil environment standard, because the steel slag as civil engineering materials to be regulated in the F elution, it becomes impossible to effect, using CaF 2. Therefore, various methods have been proposed for causing CaO to effectively act on dephosphorization and desulfurization reactions without using a halide such as CaF 2 .
製鋼スラグ中において、りんは最終的に、燐酸カルシウム、あるいは燐酸カルシウムとダイカルシウムシリケートの固溶体中に存在することがわかっている。そのため、精錬反応中にこれら、りんを固溶した固体を積極的に利用する試みがなされている。しかしながら、この方法はスラグが固体と液体の混相状態となり、現象は複雑であり、如何なるメカニズムでりんを固定しているか、といった基本的な部分も未解明であり、研究が盛んになされている。 In steelmaking slag, it has been found that phosphorus is finally present in the solid solution of calcium phosphate or calcium phosphate and dicalcium silicate. For this reason, attempts have been made to positively utilize these solids in which phosphorus is dissolved during the refining reaction. However, in this method, the slag is in a mixed phase of solid and liquid, the phenomenon is complicated, and the basic part such as how the phosphorus is fixed by the mechanism has not been elucidated, and research has been actively conducted.
Fを含まない脱りん剤を用いた脱りん方法として、特開平11-173244公報には、CaO源を供給する前に、気体酸素を供給する方法、および、CaO源を供給する前に固体酸素源を供給することが開示されている。これは、CaF2を使用できない中で、液相スラグを生成するためには、FeOを早期に生成させる、という思想に基づいており、FeOリッチなスラグを早期に生成させ、その中にCaOを溶解する、という思想に基づくものと思われる。しかし、当該発明者らの検討によると、酸素ガスを供給した場合、溶銑中の珪素濃度が高い場合には珪素の優先酸化が進むので、FeO融体は十分には生成せず、中途半端な量のFeOを生成させた場合、却ってCaO源同士の合体、焼結を促進する結果、スラグが急速に流動性を失って脱りんに寄与しない、ということが分かった。また、酸化鉄源を添加した場合でも、その見かけ密度、粒径によっては、作用が不十分であることが分かった。本開示内容は、その文脈からして特に、事前脱珪処理を施した低珪素濃度溶銑を対象に開示されたものと思われる。これに対し、後述のように、本願発明は、事前脱珪処理を行っていない、高珪素濃度の溶銑に対する効果が大きい。 As a dephosphorization method using a dephosphorization agent not containing F, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-173244 discloses a method of supplying gaseous oxygen before supplying a CaO source, and a solid oxygen before supplying a CaO source. Supplying a source is disclosed. This is based on the idea that in order to produce liquid phase slag while CaF 2 cannot be used, FeO is produced at an early stage, FeO rich slag is produced at an early stage, and CaO is contained therein. It seems to be based on the idea of melting. However, according to the study by the inventors, when oxygen gas is supplied, preferential oxidation of silicon proceeds when the silicon concentration in the hot metal is high, so that the FeO melt is not sufficiently formed, and it is halfway. It was found that when a large amount of FeO was generated, coalescence between CaO sources and sintering were promoted, and as a result, slag rapidly lost fluidity and did not contribute to dephosphorization. Moreover, even when an iron oxide source was added, it turned out that an effect | action is inadequate depending on the apparent density and particle size. In view of the context, the present disclosure is considered to have been disclosed particularly for low silicon concentration hot metal that has been subjected to pre-silicon removal treatment. On the other hand, as will be described later, the present invention has a great effect on hot metal having a high silicon concentration in which pre-silicon removal treatment is not performed.
同様の開示が特開2002-161304号公報にも見られる。即ち、CaO源を添加する前に酸素源を添加することにより、スラグ中FeO濃度を高めておき、しかる後に、CaO源を添加するとの方法が開示されている。しかし、後述するように、脱りん反応、およびCaO源の滓化反応に必要なFeOを確保するためには、単に気体酸素を吹き付ける、あるいは酸化鉄源を添加するだけでは、特に、処理前珪素濃度が高い場合や、短時間処理を行いたい場合には不十分であることが明らかになった。即ち、FeO濃度の高い溶融スラグを早期に大量に生成することが重要であるが、酸化鉄源の比重が小さい、あるいは、その粒径が小さ過ぎた場合には、泡立ち状態にあるスラグ層の中を沈降できず、温度が高いスラグ−溶銑界面には容易に到達しないため、未反応状態でスラグ中に残留するケースがあることが明らかになった。また、CaO源の添加を遅らせると、その後、CaO源の添加能力が不足して所定のCaO源を添加するのに要する時間が長くなって処理サイクルタイムが不足したり、高速でCaO源を添加するので、液体スラグの量が少ない場合には凝集・合体して反応性に乏しいスラグとなり、脱りん効率が低下することがあるので好ましくない。特に、溶銑の珪素濃度が高い場合、脱珪反応で生じるSiO2に応じて塩基度を確保するために必要なCaO量が多くなるので、サイクルタイムが足りない、という問題が生じる。この点について、本願発明では、固体酸素源を速やかにスラグ−溶銑界面に到達し、速やかに溶融FeOを形成し得るような状態とすることによって速やかに液体FeOを生成させることによってこのようなCaO添加速度に制約を課すことなく、即ち、処理サイクルタイムを伸ばすことなく、未脱珪溶銑の効率的な脱珪脱りん処理を可能にした。一方、同公報には、また、CaO源を添加する前に、気体酸素を使用してFeOを確保する、という趣旨の記載があるが、後述するように、気体酸素ではFeOの生成速度が十分ではなく、本願発明の目的には不適当である。 A similar disclosure can be found in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-161304. That is, a method is disclosed in which the oxygen source is added before the CaO source is added to increase the FeO concentration in the slag, and then the CaO source is added. However, as will be described later, in order to secure FeO necessary for the dephosphorylation reaction and the hatching reaction of the CaO source, it is particularly necessary to simply spray gaseous oxygen or add an iron oxide source, in order to ensure the pre-treatment silicon. It became clear that it was insufficient when the concentration was high or when it was desired to perform a short-time treatment. That is, it is important to produce a large amount of molten slag with a high FeO concentration at an early stage, but when the specific gravity of the iron oxide source is small or the particle size is too small, the slag layer in the foamed state It was clarified that there was a case in which slag remained in the unreacted state because it could not settle inside and did not easily reach the high temperature slag-hot metal interface. In addition, if the addition of the CaO source is delayed, then the addition capacity of the CaO source is insufficient and the time required to add the predetermined CaO source becomes longer, the processing cycle time becomes insufficient, or the CaO source is added at high speed. Therefore, when the amount of the liquid slag is small, it is not preferable because it is agglomerated and coalesced to form a slag having poor reactivity, and the dephosphorization efficiency may be lowered. In particular, when the concentration of silicon in the hot metal is high, the amount of CaO necessary for ensuring basicity increases according to SiO 2 generated by the desiliconization reaction, resulting in a problem that the cycle time is insufficient. In this regard, in the present invention, such a CaO is produced by promptly generating liquid FeO by quickly bringing the solid oxygen source to the slag-molten metal interface and capable of forming molten FeO quickly. An efficient desiliconization and dephosphorization treatment of undesiliconized hot metal was made possible without imposing restrictions on the addition rate, that is, without increasing the processing cycle time. On the other hand, the publication also mentions that the use of gaseous oxygen to secure FeO before adding the CaO source, but as will be described later, the production rate of FeO is sufficient with gaseous oxygen. Rather, it is inappropriate for the purposes of the present invention.
また、効率的な脱りん処理と排出スラグの安定化を両立させる技術として、特開2009-114494号公報が開示されている。同公報、請求項1には、使用する生石灰の75%以上を粉体状にして、気体酸素源とともに上吹きランスから溶銑浴面に吹き付けるとともに、脱りん処理後のスラグ塩基度(%CaO)/(%SiO2)を2.3以上、3.5以下とし、Al2O3濃度を5〜10%にする、と述べている。しかし、Al2O3はスラグの泡立ちを促進する成分であることが知られていて、特に炉内容積が小さい場合には、炉口からスラグや溶銑が溢れ出す、いわゆるスロッピングが激しくなり、処理中断を余儀なくされ、安定操業が困難になる。また、微粉CaOも使用条件によっては、却って脱りん効率を悪化させる場合があり、本願開示条件のように、限定する必要がある。
以上のように、F源を用いない条件での脱りん反応効率化の努力はなされているが、これまでの検討は主に、CaO源の粒径や添加条件、あるいは気体酸素を吹き付ける条件に対しては多数の開示があるが、酸素源の使用方法に関して述べたものは、特開2002-161304号公報に上記の記載があるが、固体酸素源の種類や、粒径、あるいはその制御による効果に言及した開示例は見当たらない。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-114494 is disclosed as a technique for achieving both efficient dephosphorization treatment and stabilization of discharged slag. In the same publication,
As described above, efforts have been made to improve the efficiency of the dephosphorylation reaction without using the F source, but the studies so far have mainly focused on the CaO source particle size, the addition conditions, or the conditions for blowing gaseous oxygen. Although there are a number of disclosures, what has been described regarding the method of using the oxygen source is described above in JP-A-2002-161304, it depends on the type of solid oxygen source, the particle size, or its control. There are no disclosure examples referring to the effects.
本発明は、高炉溶銑を主たる原料とし、溶銑の事前脱珪処理を行わない溶銑の脱珪脱りん処理を行う方法において、CaF2などのハロゲン源を用いることなく、安価で効率的な脱りん処理を行なう技術を確立することを課題とする。 The present invention is an inexpensive and efficient dephosphorization method without using a halogen source such as CaF 2 in a method of performing desiliconization and dephosphorization treatment of hot metal without using pre-desiliconization treatment of hot metal as a main raw material. It is an object to establish a technique for processing.
上記課題を解決するために成された本願発明は、珪素濃度0.20%以上の溶銑に固体酸素源及びCaO源を添加し、脱珪処理に引き続いて脱りん処理を行なう溶銑の脱珪脱りん方法であって、添加する固体酸素源の粒径を、0.003m以上、0.03m未満、粒子の見かけ密度を3000kg/m3以上とし、CaO源として脱炭滓を初期から添加し、溶銑中珪素濃度が0.05%以下に低下した後に、粒径1mm以下のCaO源を添加することを特徴とするものである。 The present invention made to solve the above problems is a method for desiliconization and dephosphorization of hot metal in which a solid oxygen source and a CaO source are added to hot metal having a silicon concentration of 0.20% or more, and dephosphorization is performed following desiliconization. a is, the particle diameter of the solid oxygen source to be added, 0.003 m or more to less than 0.03 m, and an apparent density of the particles 3000 kg / m 3 or more, decarburization slag added from the initial as CaO source, the hot metal in the silicon concentration Is reduced to 0.05% or less, and then a CaO source having a particle size of 1 mm or less is added .
溶銑の脱りん反応は、言わば、酸素ガスやFeOなどの酸素源で酸化したりんをCaO分によって固定する反応である。その速度を高めるためには、従前、CaF2を多量に使用することによって、流動性が高く、かつ塩基度の高い液体スラグを生成させて、溶銑からスラグへのりんの移動を容易にし、短時間での脱りん処理を行っていた。しかし、土壌からのF溶出が法律で規制されることとなり、製鋼スラグを路盤材等、土木用に利用する際には、CaF2を使用しなくても脱りんが十分進行する方法を開発することが課題となった。一方で、FeO自体は、CaOと溶融し合い、低融点のスラグを形成するので、早期にFeOを多量に生成させることはCaOを液相スラグと成すために有効であることは従前より良く知られている。しかし、本願発明の場合のように未脱珪溶銑を処理する場合には、溶銑中の珪素濃度が高い初期段階では、珪素の酸化にFeOが消費されるので、溶融FeO量を確保し難く、かつスラグ中のSiO2濃度が高まるので相対的にFeOの濃度が低下する。更に、ここにCaOが存在するとカルシウムシリケート2CaO・SiO2が生成するが、2CaO・SiO2自体は2100℃以上という高融点のため、1300〜1400℃程度の溶銑予備処理温度ではCaOの表面を固体として覆い、それ以上CaOが溶解することを妨げることになる。従って、CaO源を添加することは、2CaO・SiO2が生成しないような適正な速度即ちSiO2の生成速度とのバランスを考慮する必要がある。 The hot metal dephosphorization reaction is a reaction in which phosphorus oxidized by an oxygen source such as oxygen gas or FeO is fixed by CaO. In order to increase the speed, a large amount of CaF 2 has been used in the past to generate liquid slag with high fluidity and high basicity, facilitating transfer of phosphorus from hot metal to slag, Dephosphorization treatment was performed in time. However, it is the F elution from the soil is regulated by law, such as the steel slag roadbed material, when utilized in civil engineering is to develop a method without using CaF 2 is dephosphorization sufficiently proceed It became a problem. On the other hand, FeO itself melts together with CaO to form a low-melting slag, so it is better known than before that producing a large amount of FeO is effective for forming CaO as a liquid phase slag. It has been. However, when processing the non-desiliconized hot metal as in the case of the present invention, in the initial stage where the silicon concentration in the hot metal is high, FeO is consumed in the oxidation of silicon, so it is difficult to ensure the amount of molten FeO, Moreover, since the SiO 2 concentration in the slag increases, the FeO concentration relatively decreases. Furthermore, when CaO is present, calcium silicate 2CaO · SiO 2 is produced, but 2CaO · SiO 2 itself has a high melting point of 2100 ° C or higher, so the surface of CaO is solid at a hot metal pretreatment temperature of about 1300 to 1400 ° C. And will prevent further dissolution of CaO. Therefore, it is necessary to consider the balance between the addition of the CaO source and an appropriate rate at which 2CaO · SiO 2 is not generated, that is, the generation rate of SiO 2 .
ここに、CaO源として、微粉CaOを添加すると、小さな粒子同士が僅かな液体FeOのキャピラリー効果によって凝集・合体し、その中に閉じ込められたCaOやFeOは溶銑と接触することが無く、有効に作用せず、脱りん効率が悪化する。CaO粒子の凝結を回避するには、液体FeOを増すことが重要になる。そこで、このような初期の溶銑温度が低く、酸素を加えても脱珪反応が優先して液体FeOが生成し難い状況では、微粉CaOではなく、ある程度粒径の大きなCaO源を添加することが凝集合体・焼結反応の進行を妨げる上で重要である。即ち、上記、粒子間に存在する液体により、粒子同士に作用するキャピラリー圧力はその粒径が小さいほど程強く作用するからである。しかし、粒径の大きい純CaOを加えると、脱りん終了までに溶融を完了することが無いので、脱炭滓を利用するのが、スラグ中の未反応CaOを少なくし、脱炭滓の有効利用をはかる点でも都合が良い。 When fine powder CaO is added here as a CaO source, small particles agglomerate and coalesce due to the capillary effect of a small amount of liquid FeO, and CaO and FeO trapped in it do not come into contact with hot metal and are effective. Dephosphorization efficiency deteriorates without acting. Increasing liquid FeO is important to avoid condensation of CaO particles. Therefore, in such a situation where the initial hot metal temperature is low and even if oxygen is added, the desiliconization reaction is prioritized and liquid FeO is difficult to generate, it is possible to add a CaO source having a large particle size rather than fine powder CaO. It is important in hindering the progress of agglomeration and sintering reactions. That is, the capillary pressure acting between the particles due to the liquid existing between the particles acts more strongly as the particle size becomes smaller. However, if pure CaO with a large particle size is added, melting will not be completed by the end of dephosphorization, so using decarburized soot reduces the amount of unreacted CaO in the slag and is effective for decarburizing soot. Convenient in terms of use.
本願発明において、固体酸化源の見かけ密度を3000kg/m3以上、粒径を0.003m以上とした理由を以下に述べる。本願発明者らが、詳細な解析を行った結果、酸化鉄源を炉内に添加しても、その比重が小さい場合には、フォーミングしたスラグ層の中を沈降して反応の進行サイトであるスラグ−溶銑界面に到達する時間が長いケースがあり、溶融FeOとなることに長時間を要し、著しい場合には、スラグ表面に浮いた状態で反応に全く寄与することが無いこともあることを見出した。これまで、このような現象は、一般には無視されており、添加した副原料はCaO源を除いては、直ぐにその効果を発揮するものと考えられていた。スラグ−溶銑界面におけるFeOの欠乏は、段落0010に記したように、溶銑中の珪素濃度が高い、基本的に未脱珪処理溶銑を処理する初期の段階において、より顕著になるため、尚更、スラグ層中を速やかに沈降させて、界面に到達させる必要がある。一般に、ガスあるいは液体中の固体粒子は、回りの流体との比重差、流体の粘度、粒子径によって決まる速度で沈降、あるいは浮上する。これは、均一流体中に存在する球形粒子の場合、(2)式のStokesの法則で決まる速度で、沈降、あるいは、浮上する。
vt = Dp 2(ρp - ρ)g / 18 η (1)
ここに、vt:終末速度(m/s)、Dp:粒子径(m)、ρp:粒子の見かけ密度(kg/m3)、ρ:スラグの見かけ密度(kg/m3)、η:スラグの粘性係数(Pa・s)、g:重力加速度(m/s2)
ここで、見かけ密度とは、粒子の重量を、粒子内部に存在する気孔も含めた体積で除したものであり、真密度ではない。見かけ密度を指標とするのは、(1)式において、沈降速度は、気孔を除いて評価した真密度ではなく、見かけ密度によって決まるからである。
ただし、(1)式は下向きの速度を正としている。また、球以外の形状の場合、Dpは球相当径を表す。
The reason why the apparent density of the solid oxidation source is 3000 kg / m 3 or more and the particle size is 0.003 m or more in the present invention will be described below. As a result of detailed analysis by the inventors of the present application, even when the iron oxide source is added to the furnace, if the specific gravity is small, the inside of the formed slag layer settles and is the progressing site of the reaction. In some cases, it takes a long time to reach the slag-hot metal interface, and it takes a long time to become molten FeO, and in some cases, it may not contribute at all to the reaction while floating on the slag surface. I found. Until now, such a phenomenon has been generally ignored, and it has been considered that the added auxiliary material exhibits its effect immediately except for the CaO source. As described in paragraph 0010, the lack of FeO at the slag-hot metal interface becomes more prominent in the initial stage of treating the non-desiliconized hot metal, which has a high silicon concentration in the hot metal, and more particularly, It is necessary to quickly settle in the slag layer to reach the interface. In general, solid particles in a gas or liquid settle or float at a speed determined by the specific gravity difference from the surrounding fluid, the viscosity of the fluid, and the particle diameter. In the case of spherical particles existing in a uniform fluid, this settles or flies at a speed determined by Stokes' law in equation (2).
v t = D p 2 (ρ p -ρ) g / 18 η (1)
Where, v t : terminal velocity (m / s), D p : particle size (m), ρ p : particle apparent density (kg / m 3 ), ρ: slag apparent density (kg / m 3 ), η: Viscosity coefficient of slag (Pa · s), g: Gravitational acceleration (m / s 2 )
Here, the apparent density is obtained by dividing the weight of the particle by the volume including pores existing inside the particle, and is not a true density. The reason why the apparent density is used as an index is that, in the equation (1), the sedimentation speed is determined by the apparent density, not the true density evaluated excluding the pores.
However, in the formula (1), the downward speed is positive. In the case of a shape other than a sphere, Dp represents a sphere equivalent diameter.
一般に、スラグの粘性は普通の液体より高く、かつ低温程高い。従って脱珪脱りん初期の低温の条件で非常に高いと思われる。実際のスラグは、溶銑とスラグ中FeOとの反応で生じるCOガスがスラグ−溶銑界面で発生し、泡立ち状態となっており、また、溶銑滴の巻込みも起きているので、スラグが均一液体ではなく、その中を沈降する固体粒子の速度に(1)式を単純には適用できない。泡立った状態の液体中を固体粒子が沈降する場合、現象は複雑である。 In general, the viscosity of slag is higher than that of ordinary liquids and is higher at lower temperatures. Therefore, it seems to be very high under low temperature conditions in the initial stage of desiliconization and dephosphorization. In the actual slag, CO gas generated by the reaction between hot metal and FeO in the slag is generated at the slag-hot metal interface and is bubbling, and entrainment of hot metal droplets is also occurring, so the slag is a uniform liquid Rather, the equation (1) cannot simply be applied to the velocity of solid particles that settle in it. The phenomenon is complicated when solid particles settle in a foamed liquid.
実際に、固体酸素源として3000kg/m3以上、粒径として0.003m以上であれば、スラグ層中を2min以内で沈降するので、溶銑表面に到達して温度が高くなり、速やかに溶融FeOとなって反応に寄与する。しかし、粒径が0.03m以上の大きさになると、内部への伝熱が溶融の律速となり、好ましくない。また、大きな塊が溶銑に直接接触すると、急激な脱炭反応が起き、スロッピングを併発し、また短時間では溶融しないので好ましくない。そのため粒径は0.03m未満とするのが望ましい。 In fact, if the solid oxygen source is 3000 kg / m 3 or more and the particle size is 0.003 m or more, it will settle in the slag layer within 2 minutes, so that it will reach the hot metal surface and the temperature will rise. And contribute to the reaction. However, if the particle size is 0.03 m or more, the heat transfer to the inside becomes the rate of melting, which is not preferable. In addition, when a large lump is in direct contact with the hot metal, a rapid decarburization reaction occurs, causing slopping, and is not preferable because it does not melt in a short time. Therefore, the particle size is desirably less than 0.03 m.
一方、溶銑脱りん処理では気体酸素源も使用されるが、特に珪素濃度が0.2%以上と高い場合には、気体酸素上吹き法ではFeOの生成が十分ではない。これは、気体酸素と溶銑との反応界面は高温であるため、脱炭反応速度が大きく、FeO生成に使われる酸素が固体酸素源に比べて不十分であることと、珪素濃度が高い場合には更に脱珪反応に使われるため更にFeOが生成し難くなるためである。 On the other hand, a gaseous oxygen source is also used in the hot metal dephosphorization treatment, but particularly when the silicon concentration is as high as 0.2% or more, the generation of FeO is not sufficient by the gaseous oxygen top blowing method. This is because when the reaction interface between gaseous oxygen and hot metal is hot, the decarburization reaction rate is large, and the oxygen used to produce FeO is insufficient compared to the solid oxygen source and when the silicon concentration is high. Is more difficult to produce FeO because it is used for desiliconization reaction.
ここで、固体酸素源添加によって速やかに液体FeOを形成すると、上にも述べたように、スロッピングが激しくなって場合によっては安定な操業が困難になるので、スラグの泡立ちを抑制するために、滓化性の良いCaO源を初期から添加し、塩基度を高めるのが望ましい。しかし、この場合、粒径の小さなCaO源では、段落0010に述べたように、特に温度が低く、スラグの粘性が高い処理初期においては液相のキャピラリー作用によって凝集合体し、塊となって流動性を失ってしまうので、この目的には、溶銑を鋼に変える工程である転炉で生成したスラグをヤードにて冷却凝固させた後、破砕し地金を回収したものを再利用するのが、コストも安価であり、非常に都合が良い。融点は1400℃程度と比較的低く、粒度として0.005〜0.025m程度のものを利用できる。 Here, as soon as liquid FeO is formed by adding a solid oxygen source, as described above, slopping becomes intense and stable operation becomes difficult in some cases, so in order to suppress foaming of slag. It is desirable to increase the basicity by adding a CaO source with good hatchability from the beginning. However, in this case, as described in paragraph 0010, when the CaO source has a small particle size, it is agglomerated and coalesced by the capillary action of the liquid phase in the initial stage of processing, particularly at a low temperature and a high slag viscosity. Therefore, the purpose of this is to recycle the slag generated in the converter, which is a process of converting the hot metal into steel, after cooling and solidifying in the yard, and then collecting the bullion and recovering the metal. The cost is also low and it is very convenient. The melting point is relatively low at about 1400 ° C., and a particle size of about 0.005 to 0.025 m can be used.
しかし、溶銑中の珪素濃度が0.05%以下となって脱珪反応が終了すると、脱炭反応速度が増加し、COガス発生速度が大きくなるので、その状態となった以降は、更に塩基度を速やかに高めるため、粒径1mm以下のCaO源を添加するのが望ましい。そうすることにより、カルシウムシリケート相が晶出し、その中にすでに、スラグの取り込まれた燐酸が固溶して安定に固定されるとともに、スラグの液相率が低下し、フォーミングが抑制される。添加開始するタイミングは、脱珪反応終了後、即ち、珪素濃度が0.05%以下になった時点から添加する。これ以前から添加すると、温度が十分上昇していないため、液体スラグと微粉が共存する状態となって、液体のキャピラリー効果によってスラグが固化し、CaOなどがその粒子内に閉じ込められて脱りん反応に寄与しないことになるので好ましくない。 However, when the silicon concentration in the hot metal is 0.05% or less and the desiliconization reaction is completed, the decarburization reaction rate increases and the CO gas generation rate increases. It is desirable to add a CaO source having a particle size of 1 mm or less in order to increase it quickly. By doing so, a calcium silicate phase is crystallized, in which phosphoric acid in which slag has already been taken in is solid-solved and is stably fixed, and the liquid phase rate of slag is lowered and forming is suppressed. The timing of starting the addition is added after the desiliconization reaction is completed, that is, when the silicon concentration becomes 0.05% or less. If it is added before this time, the temperature has not risen sufficiently, so liquid slag and fine powder coexist, and the slag solidifies due to the capillary effect of the liquid, and CaO is trapped in the particles to remove phosphorus. It is not preferable because it does not contribute to the above.
また、粒径1mm以下のCaO源を添加するには、上方から落下させるだけでは、気流に乗って炉外で吹き飛ばされてしまうので、底吹き羽口やランスから溶銑中に吹き込む、ないし、上吹きランスから溶銑面に吹きつけを行うことで飛散を防止し、確実にスラグ−溶銑界面に到達させることが望ましい方法である。 In addition, to add a CaO source with a particle size of 1 mm or less, simply dropping it from above causes it to be blown off outside the furnace by riding on an air current, so it blows into the hot metal from the bottom blowing tuyere or lance, or It is a desirable method to prevent scattering by spraying the hot metal surface from the blowing lance and surely reach the slag-hot metal interface.
以上のように、本発明によれば、脱珪脱りん初期より、FeOが有効に作用し、脱珪脱りん処理において脱りん反応が速やかに進行する。また、脱珪反応終了後、りんがカルシウムシリケート固相に固溶されるので、脱りんが処理末期まで速やかに進行する。更に、スロッピングも抑制されるので、事前脱珪処理を省略し、かつ短時間で効率的な脱珪脱りん処理が可能になる。 As described above, according to the present invention, FeO acts effectively from the initial stage of desiliconization and dephosphorization, and the dephosphorization reaction proceeds promptly in the desiliconization and dephosphorization treatment. Moreover, since phosphorus is dissolved in the calcium silicate solid phase after completion of the desiliconization reaction, dephosphorization proceeds promptly until the end of the treatment. Furthermore, since slopping is also suppressed, it is possible to omit the prior desiliconization process and perform an efficient desiliconization and dephosphorization process in a short time.
図1は、本発明を実施するに最適な設備構成の例を示す。溶銑脱りん炉1、脱炭炉から構成され、各々、酸素ガスを供給する上吹きランスを備えた転炉形式の炉からなる。脱炭炉にて脱炭吹錬を行い、生成した脱炭滓は、一部、炉内に残し、残りをスラグパンに排滓し、一旦、冷却強固させられた後、破砕工程にて破砕し、磁選工程にて地金を除去する。その後、必要に応じ、破砕、篩分けを行う。その後、溶銑脱りん炉に使用される。
FIG. 1 shows an example of an optimum equipment configuration for carrying out the present invention. It comprises a hot
脱りん炉において、更に粒径1mm以下のCaO源を加える場合には、上吹きランス5、あるいは底吹きノズル8から粉状の脱りん剤11、13を添加するのが望ましい。このようにすることにより、飛散を防止し、溶銑−スラグ界面に着実に供給することができる。
When a CaO source having a particle size of 1 mm or less is further added in the dephosphorization furnace, it is desirable to add
表1に、本願発明による実施例を、比較例とともに示す。
転炉形式の溶銑予備処理炉にスクラップ3 30tを装入し、更に溶銑2 270tを装入した。上吹きランス5より酸素ガス6を供給開始した。同時に、固体酸素源と脱炭滓を上方より連続的に添加開始した。固体酸素源、脱炭滓ともに珪素濃度が0.05%以下に低下する前に添加を終えるようにした。引き続き、粉状の脱りん剤13を上吹きランス5より溶銑面に吹き付けを開始し、処理終了まで継続した。所定時間の経過後、上吹き酸素ガスを停止し、炉を傾動して出湯孔15より、取鍋に溶銑を出湯した。
本実施例1においては、固体酸素源として、製鋼工程における副産物である転炉ダストを造粒後、焼成して見かけ密度を3760kg/m3と高め、粒径を5〜15mmのものを使用した。脱りん用のCaO源として、表3に組成を示す脱炭滓を17.3kg/t(ここで、tは、溶銑+スクラップの合計トン数を示す。以下同じ)の割合で使用した。更に、1mm以下の微粉CaOをメインランスより14.0kg/tを供給した。脱りん処理後のりん濃度は0.015%と十分低い値であった。
Table 1 shows examples according to the present invention together with comparative examples.
In the converter type hot metal pretreatment furnace, 30 tons of scrap was charged, and 2270 tons of hot metal was charged. Supply of oxygen gas 6 from the top blowing lance 5 was started. At the same time, the solid oxygen source and decarburization soot were continuously added from above. Addition of both solid oxygen source and decarburized soot was completed before the silicon concentration dropped below 0.05%. Subsequently, the
In Example 1, as the solid oxygen source, the converter dust, which is a by-product in the steel making process, was granulated and then fired to increase the apparent density to 3760 kg / m 3 and the particle size was 5 to 15 mm. . As a CaO source for dephosphorization, decarburized soot whose composition is shown in Table 3 was used at a rate of 17.3 kg / t (where t represents the total tonnage of hot metal + scrap, the same applies hereinafter). Furthermore, 14.0 kg / t of fine powder CaO of 1 mm or less was supplied from the main lance. The phosphorus concentration after dephosphorization was a sufficiently low value of 0.015%.
表2には、実施例2を比較例とともに示す。
実施例2では、見かけ密度の大きな鉄鉱石を固体酸素源に用い、CaO源として脱炭滓、および1mm以下の微粉CaOを用いた。スクラップ3 50tを溶銑予備処理炉1に装入し、更に溶銑2 251tを装入した。その後、メインランス5を介して酸素ガス6の上吹きを開始するとともに、炉上ホッパー4より、固体酸素源と脱炭滓の上方添加を開始し、上方添加は溶銑中Si濃度が0.05%以下になるまでに終了した。引き続き、1mm以下のCaOをメインランス6を介して吹き付けを開始し、処理終了まで連続添加した。その後、出鋼孔15より、溶銑を取鍋に出湯した。溶銑中のりん濃度は0.009%と極めてよい結果が得られた。
Table 2 shows Example 2 together with a comparative example.
In Example 2, iron ore having a large apparent density was used as a solid oxygen source, decarburized soot and 1 mm or less fine powder CaO were used as a CaO source. Scrap 3550t was charged into the hot
(比較例)
一方、比較例のものは、実施例に比べて脱りん効率は劣っていた。比較例1では、ダストペレットを用いたが、転動造粒法によって製造したため、気孔率が高く、見かけ密度が低かった。実施例1とほぼ同様の条件で処理を行ったが、りんは、0.038%までしか低下していなかった。比較例2は、固体酸素源として、見掛け比重の大きな鉄鉱石を用いたが、粒径2mm程度の粉を用いたので、沈降しなかったと推定され、到達[%P]は0.045%と高かった。比較例3は、実施例1と同様のペレットを用いたが、粒径42mmの大塊を使用したため、溶融・滓化が遅く、脱りんには有効ではなかった。
比較例4は、固体酸素源に見掛け比重の大きな鉄鉱石を用い、1mm以下の微粉CaO添加を最初から行った。そのため、スラグが固まって流動性を失い、比較例1〜3と比較すれば良いが、それ程、脱りんが進行しなかった。比較例5では、スロッッピングが激しく、処理中断を余儀なくされたので、処理に15分以上と長時間を要し、次工程である脱炭炉とでの待ち時間が発生し、生産性が低下した。
(Comparative example)
On the other hand, the dephosphorization efficiency of the comparative example was inferior to that of the example. In Comparative Example 1, dust pellets were used, but since they were produced by the rolling granulation method, the porosity was high and the apparent density was low. Treatment was carried out under substantially the same conditions as in Example 1, but phosphorus was reduced only to 0.038%. In Comparative Example 2, iron ore having a large apparent specific gravity was used as the solid oxygen source, but since powder with a particle size of about 2 mm was used, it was presumed that it did not settle, and the achieved [% P] was as high as 0.045%. . In Comparative Example 3, the same pellets as in Example 1 were used, but since a large mass having a particle diameter of 42 mm was used, melting and hatching were slow and it was not effective for dephosphorization.
In Comparative Example 4, iron ore having an apparent specific gravity was used as a solid oxygen source, and fine powder CaO of 1 mm or less was added from the beginning. Therefore, the slag solidifies and loses fluidity, and may be compared with Comparative Examples 1 to 3. However, the dephosphorization did not progress so much. In Comparative Example 5, since the slopping was intense and the process was forced to be interrupted, the process took a long time of 15 minutes or more, and a waiting time occurred in the decarburization furnace as the next process, resulting in a decrease in productivity. .
本発明は、溶銑を原料とし、溶銑脱りんと脱炭工程を擁する製鋼法に広く応用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to steel making methods using hot metal as a raw material and having hot metal dephosphorization and decarburization processes.
1 溶銑脱りん炉
2 溶銑
3 スクラップ
4 脱りん剤の上方添加用炉上ホッパー
5 上吹きランス
6 酸素ガス
7 脱りん剤吹き込みブロータンク
8 底吹き羽口
9 窒素ガス
10 上方添加脱りん剤
11 脱りん剤
12 上吹き用脱りん剤ブロータンク
13 脱りん剤
14 スラグ
15 出湯孔
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