JP2001262212A

JP2001262212A - 溶銑の脱硫方法及び脱硫装置

Info

Publication number: JP2001262212A
Application number: JP2000082373A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Tadama; 智明田玉; Mototatsu Sugisawa; 元達杉澤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、機械式撹拌による溶銑の脱硫を、従
来より低コストで実施可能にする溶銑の脱硫方法及び装
置を提供することを目的としている。【解決手段】ほぼ円形平断面の精錬容器に溶銑を保持
し、該溶銑に、脱硫剤を添加すると共に、回転軸をほぼ
鉛直にして、該精錬容器内径（ｄ）の１／１０〜１／２
に相当する代表幅（Ｄ）の翼を有するインペラを浸漬し
て回転し、溶銑を撹拌する溶銑の脱硫方法において、前
記回転軸を、前記精錬容器の中心からの距離（Ｌ）でｄ
／２０から精錬容器内壁に翼が接触しない位置までの領
域内で偏心させて、回転させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑の脱硫方法及
び装置に係わり、特に、脱硫剤を添加した溶銑を機械撹
拌して脱硫する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶銑から鋼を製造するには、溶銑が含有
する不純物元素である硫黄をできるだけ除去する必要が
ある。そのため、溶銑の脱硫方法や脱硫装置に関して
は、従来より研究開発が盛んに行なわれ、実用化された
技術も多い。その一つに、取鍋等の精錬容器に保持した
溶銑中に脱硫剤を投入すると共に、翼を有するインペラ
と称する回転体の軸を、平断面視で溶銑の中心位置にほ
ぼ鉛直に浸漬して回転させ、該溶銑を撹拌することで脱
硫効率を高める技術がある。

【０００３】例えば、特公昭４２−１２３４３号公報
は、前記インペラの取鍋半径方向における翼の代表幅を
取鍋内径の１／１０〜１／３とし、該インペラの回転軸
を１５０〜３００ｒｐｍという高速で一定方向に回転さ
せて脱硫する技術を開示している。また、特公昭４５−
３１０５４号公報は、上記技術を改良し、インペラ翼の
有効表面積比を０．０９〜０．９６とし、上記と同様に
溶銑の中心で一定方向に９０〜３００ｒｐｍの速度で回
転させる技術としている。この場合、インペラ翼の有効
表面積比とは、翼が長方体の場合、次式で表される。

【０００４】｛（ｘ・ａ＋２ｘ・ｂ）ｈ｝／Ｈ・ｄここで、Ｈ；溶銑浴の深さ、ｄ；精錬容器内径、ｘ；翼
の枚数、ａ；翼の厚み、ｂ；翼の幅、ｈ；翼の高ささらに、特開昭５７−１２２９１号公報は、脱硫効率を
一層向上させるため、精錬容器である取鍋を、側壁から
底部にかけてひづめ型に切り欠いたり、ひづめ型耐火物
を埋め込んで特殊な形状にすると共に、インペラを正逆
方向に一定時間間隔で交互に切り換えて回転させる技術
を提案している。この回転を正逆方向へ交互に切り換え
るだけの技術としては、特公昭６３−６６０５号公報記
載のものもある。

【０００５】加えて、特公昭６１−２２３１１５号公報
は、取鍋内で溶銑の流れを乱して撹拌を強めるため、溶
銑中に邪魔板を設けるようにした技術を、あるいは特公
平４−０９９２１２号公報は、上記したインペラの正逆
交互回転に加えて、インペラ軸に上下２段に翼を配設し
た技術を開示している。さらに加えて、特開平１０−１
４７８１０号公報は、インペラの回転によって脱硫剤が
取鍋の側壁側に流れ、その部分に停滞するのを防止する
ため、脱硫剤を中央部へ戻すかき寄せ冶具を設ける技術
を、特開平１０−３１７０３７号公報は、インペラ翼の
形状を台形にして流動する溶銑の表面を、中央部寄りで
盛り上がらせる技術を提案している。

【０００６】そして、これらの技術により、現在では、
溶銑中の硫黄をかなり低い値にまで効率良く低減できる
ようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
技術では、インペラを高速で回転しなければ、比重の軽
い脱硫剤（主としてＣａＯ）を溶銑中に分散できないの
で、インペラ翼の溶損が激しくて寿命が短いばかりでな
く、修繕費が嵩むという問題が残されている。しかも、
このインペラ翼の寿命が短いことは、脱硫装置の稼働率
を低下させるので、溶銑の脱硫に時間がかかり過ぎると
いう問題もある。さらに、正逆回転させる技術では、使
用装置の製作やメンテナンスに費用がかかり、また稼動
させるためのシーケンスが複雑になって、作業が従来よ
り難しくなるという問題もある。加えて、取鍋にかき寄
せ冶具、邪魔板、ひづめ型耐火物の埋設等、付帯手段を
つけると、装置の製作やメンテナンスのための費用が一
層上昇し、経済的には好ましくない。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑み、機械式撹拌
による溶銑の脱硫を、従来より低コストで実施可能にす
る溶銑の脱硫方法及び装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、インペラの回転速度を従来より低速にする
ことに着眼し、研究を進め、その成果を本発明に具現化
した。

【００１０】すなわち、本発明は、ほぼ円形平断面の精
錬容器に溶銑を保持し、該溶銑に、脱硫剤を添加すると
共に、回転軸をほぼ鉛直にして該精錬容器内径（ｄ）の
１/１０〜１／２に相当する代表幅（Ｄ）の翼を有する
インペラを浸漬して回転し、溶銑を撹拌する溶銑の脱硫
方法において、前記回転軸を、前記精錬容器の中心から
の距離（Ｌ）でｄ／２０から精錬容器内壁に翼が接触し
ない位置までの領域内で偏心させて、回転させることを
特徴とする溶銑の脱硫方法である。

【００１１】また、本発明は、溶銑を保持するほぼ円形
平断面の精錬容器と、該溶銑に脱硫剤を添加する脱硫剤
投入手段と、回転軸をほぼ鉛直にして溶銑に浸漬され、
該精錬容器内径（ｄ）の１/１０〜１／２に相当する代
表幅（Ｄ）の翼を有するインペラとを備えた溶銑の脱硫
装置において、前記回転軸を、前記精錬容器の中心から
の距離（Ｌ）でｄ／２０から精錬容器内壁に翼が接触し
ない位置までの領域内に偏心させて配置したことを特徴
とする溶銑の脱硫装置である。

【００１２】なお、ほぼ円形平断面の精練容器とは、例
えば溶銑鍋のような容器を指す。また、「ほぼ」円形平
断面とは、耐火物施工必然的に生じる凹凸やスラグの付
着による多少の凹凸は許容しうることを意味する。さら
に、インペラの回転軸を「ほぼ」鉛直にする意味は、回
転時のモータの負荷を考慮すると鉛直が最も好ましい
が、据付等の誤差程度は許容することを意味する。加え
て、上記インペラ翼の代表幅（Ｄ）とは、インペラの回
転軸に垂直な方向すなわち、回転時のインペラの描く回
転円の直径方向での最大長さを意味する。

【００１３】本発明によれば、従来並みの脱硫効率を維
持して、インペラの回転速度を従来より低減できるよう
になる。その結果、インペラ翼の溶損速度が低減してそ
の寿命が延長したばかりでなく、修繕費が低減した。ま
た、脱硫装置の稼働率が上昇するので、溶銑の脱硫時間
が短くなり、生産性も向上した。さらに、インペラを正
逆回転させる必要がないので、使用装置の製作やメンテ
ナンスに費用がかかったり、また稼動させるためのシー
ケンスが複雑になって、作業が従来より難しくなるとい
う問題も解消された。加えて、取鍋にかき寄せ冶具、邪
魔板、ひづめ型耐火物の埋設等、付帯手段をつける必要
もなくなった。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
交え、本発明の実施形態について説明する。

【００１５】まず、発明者は、既存の機械撹拌式脱硫装
置の１／５規模で溶銑脱硫のシュミレーション・モデル
実験を行なった。その実験では、図２に示すように、透
明アクリル板製の模型取鍋１に、溶銑を凝するものとし
て水２を保持し、脱硫剤を凝するものとして比重が０．
５のポリプロピレン粒子３を用いた。また、インペラ４
には、１／５規模で実機に幾何学に相似する板状の翼を
４枚有するものを用いた。

【００１６】そして、このインペラ４を、図２に示すよ
うに、模型取鍋１に保持した水２に浸漬した後、この水
２に一定量のポリプロピレン粒子３を添加すると共に、
所定の回転速度（５０〜２６０ｒｐｍ）で回転する。そ
の際、インペラ４の回転軸５は、模型取鍋１の中心ある
いは該中心から所定距離だけ離れた（つまり、偏心させ
た）位置に、種々変更して配置するようにした。また、
溶銑中での脱硫剤の分散状態に見立てるポリプロピレン
粒子３の分散状態は、模型取鍋１の外からのビデオ撮影
によって評価した。つまり、ビデオの静止画像から水中
に分散しているポリプロピレン粒子３の個数を数え、実
機相当の回転数における分散個数をべースに各回転数で
の相対評価を行った。なお、モデル実験でのインペラ回
転数の上記実機相当の回転数は、下記に基づき演算で定
めることができる。

【００１７】液体の回転撹拌の強さは、容器壁面での液
体の盛上り高さ（通常、容器内径ｄで無次元化した盛り
上がり高さＴ／ｄを用いる）で評価できることが知られ
ている。ここで、Ｔは液体の盛り上り高さである。そこ
で、発明者は、実機と水モデルでの相対条件を決めるた
め、両者の無次元盛り上り高さが同一となる条件で、回
転数（実機の回転数ｎ，水モデルの回転数ｎ′）と容器
内径（実機の容器内径ｄ，水モデルの容器内径ｄ′）と
の関係を実験によって整理したところ、次式が成り立つ
ことを見出した。

【００１８】ｎ＝ｎ′×（ｄ／ｄ′）^-0.14 従って、実機の１／５の縮尺の水モデルを使用する場
合、水モデルでの回転数ｍと同等の無次元盛上り高さが
得られる実機での回転数ｎ（実機相当の回転数）は、ｎ
＝０．８ｍとなる。

【００１９】上記水によるシュミレーション・モデル実
験の一例として、回転軸を模型取鍋１の中心（図中の記
号イ）、該中心から距離０．０５・（ｄ′／２）（記号
ロ）、０．１・（ｄ′／２）（記号ハ）及び０．４１・
（ｄ′／２）（記号ニ）だけそれぞれ離れた位置に配置
した場合のポリプロピレン粒子３の分散結果を、図３に
示す。図３は、横軸をインペラの回転数、縦軸をポリプ
ロピレンの水中分散度としてデータを整理したものであ
るが、縦軸の水中分散度は、実機相当のインペラ回転数
（１８０ｒｐｍ）での分散個数を１．０として相対比較
値で示してある。

【００２０】図３より、インペラ４の回転軸５が（ｄ′
／２）の０．１の位置に偏心していれば、従来の中心位
置で回転させた場合と同等な分散が得られる回転数を１
００ｒｐｍまでに低減できることがわかる。また、偏心
程度（Ｌ／ｄ′／２）をさらに大きくしていくと、図４
に示すように、その回転数はますます低減できることが
明らかである。この現象は、アクリル板を通しての観察
によれば、模型取鍋１の平断面がほぼ円形である限り、
回転軸５の偏心で水２の流が同心円状にならず、インペ
ラ軸に衝突して盛上り、落下するためと考えられる。つ
まり、この浴面の盛り上がり落下の効果があるので、従
来より低速な回転でもポリプロピレン粒子３は分散し易
く、水２中に混合されるようになる。

【００２１】そこで、発明者は、この現象が溶銑に比重
の軽い脱硫剤（比重３．０以下）を添加する実機におい
ても同様に生じるものと考え、インペラ回転軸５の位置
をずらして（偏心して）回転し、溶銑を撹拌する本発明
を完成させたのである。なお、本発明では、インペラ回
転軸５の移動可能な領域を、精錬容器の中心からの距離
で、０．１・（ｄ／２）すなわちｄ／２０から該精錬容
器内壁に翼１０が接触しない位置までとした。ｄ／２０
未満であると、脱硫剤の分散度が図３に示したように従
来の中心位置でインペラを回転させた場合と大差がな
く、その場合より脱硫効率が上昇することが望めないか
らである。偏心の上限を精錬容器内壁にインペラ翼１０
が接触しな位置としたのは、偏心が大きくなるほど撹拌
効果は増すが、一方でインペラ４や精錬容器の破損が起
きるので、それを防止するためである。

【００２２】ところで、実機でインペラ４の位置を偏心
させるには、回転軸５を水平方向に移動自在で、且つ昇
降自在にしたインペラ４を、精錬容器１の上方に設けれ
た脱硫装置を設ければ良い。しかし、取鍋を精錬容器１
として用いる場合には、位置を固定したインペラ４の下
方に、溶銑２を保持した溶銑鍋１を台車６に載置して搬
送してから、台車位置の微調整移動でインペラ回転軸５
の位置合わせをすれば良い。つまり、新たな装置を設け
なくても、既存装置の利用で本発明の実施が十分に可能
である。

【００２３】

【実施例】台車に載置した図１に示す溶銑鍋１に、表１
に示す組成の溶銑２を３５０トン装入し、該溶銑鍋１を
インペラ４の設置してある脱硫工場に搬送して、インペ
ラ４の直下に配置した。そして、インペラ４の回転軸５
が溶銑鍋１の平断面視で中心から２００ｍｍずらした位
置（溶銑鍋内径ｄの０．０５５倍に相当）になるよう、
台車６の移動で調整した。ついで、該溶銑に、投入手段
７（生石灰を主成分とした脱硫剤を貯蔵するホッパ８と
それを落下させるシュート９とで形成）を介して、溶銑
１トンあたり２．４ｋｇの脱硫剤３を添加してからイン
ペラ４の回転を始め、溶銑２を撹拌した。なお、インペ
ラ翼の下端は、溶銑２の静止湯面から溶銑深さで１／２
の位置とし、回転数７５ｒｐｍ、撹拌時間は１５分間で
ある。

【００２４】

【表１】

【００２５】かかる条件で多数チャージ行なった実施成
績を、溶銑鍋１の中心にインペラ４の回転軸５を配置
し、回転数１４０ｒｐｍとした従来の脱硫方法での実施
成績と比較して表２に示す。表２より、本発明によれ
ば、脱硫効率は従来並みであるが、従来よりも著しく低
い回転数でインペラを回転させれば良いので、インペラ
４の寿命を延長できることが明らかである。つまり、従
来より安価に溶銑２の脱硫が実施できるようになると共
に、インペラの補修や交換に要するダウンタイムを低減
できる。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、脱硫
効率を従来より低減させずに、インペラの回転数を低減
した操業が可能となる。その結果、インペラ翼の溶損速
度が低減してその寿命が延長したばかりでなく、修繕費
が低減した。また、脱硫装置の稼働率が上昇するので、
溶銑の脱硫時間が短くなり、生産性も向上した。さら
に、インペラを正逆回転させる必要がないので、使用装
置の製作やメンテナンスに費用がかかったり、また稼動
させるためのシーケンスが複雑になって、作業が従来よ
り難しくなるという問題も解消された。加えて、取鍋に
かき寄せ冶具、邪魔板、ひづめ型耐火物の埋設等、付帯
手段をつける必要もなくなった。つまり、溶銑の脱硫が
従来より格段と安価に実施できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いた脱硫装置を示す縦断面図
である。

【図２】本発明に係る脱硫方法をなすに至った実験で使
用した透明アクリル板製の模型取鍋とインペラを示す図
である。

【図３】シュミレーション・モデル実験の一例を示す図
である。

【図４】シュミレーション・モデル実験で得たポリプロ
ピレン粒子の分散比が１となる回転数とインペラ回転軸
の偏心程度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１模型取鍋（精錬容器、溶銑鍋等）２水（溶銑）３ポリプロピレン粒子（脱硫剤）４インペラ５回転軸６台車７脱硫剤投入手段８ホッパ９シュート１０インペラ翼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K013 AA00 BA05 CC09 EA03 4K014 AA02 AB03 AC08 AD00 4K056 AA02 BA00 CA02 EA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ円形平断面の精錬容器に溶銑を保持
し、該溶銑に、脱硫剤を添加すると共に、回転軸をほぼ
鉛直にして、該精錬容器内径（ｄ）の１/１０〜１／２
に相当する代表幅（Ｄ）の翼を有するインペラを浸漬し
て回転し、溶銑を撹拌する溶銑の脱硫方法において、前記回転軸を、前記精錬容器の中心からの距離（Ｌ）で
ｄ／２０以上で精錬容器内壁に翼が接触しない位置まで
の領域内で偏心させて、回転させることを特徴とする溶
銑の脱硫方法。
【請求項２】溶銑を保持するほぼ円形平断面の精錬容
器と、該溶銑に脱硫剤を添加する脱硫剤投入手段と、回
転軸をほぼ鉛直にして溶銑に浸漬され、該精錬容器内径
（ｄ）の１/１０〜１／２に相当する代表幅（Ｄ）の翼
を有するインペラとを備えた溶銑の脱硫装置において、前記回転軸を、前記精錬容器の中心からの距離（Ｌ）で
ｄ／２０から精錬容器内壁に翼が接触しない位置までの
領域内に偏心させて配置したことを特徴とする溶銑の脱
硫装置。