JP2002030320A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は効率的な溶銑の脱硫方法を提供す
る。 【解決手段】 溶銑に生石灰と酸素源を添加して脱珪処
理を行い、脱珪スラグを残存させて、次いで脱硫剤を溶
銑中に吹込み、脱硫反応を生じさせる溶銑の脱硫方法。
脱硫処理後のスラグが脱珪スラグと脱硫スラグの双方か
らなるので、スラグ中の硫黄濃度が低減して、後工程で
の溶銑への復硫を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は効率的な溶銑の脱硫
方法に関するものであり、鋼の精錬プロセスに広く利用
される。

【０００２】

【従来の技術】鋼材使用環境の厳格化に対応し、その中
に含まれる不純物低減に対するニーズは絶えることがな
い。例えば、ラインパイプ向けの鋼板素材では硫黄濃度
を１０ｐｐｍ以下に低減することが要求される。一方、
精錬プロセスにおいてはそのニーズを満足するために溶
銑予備処理、転炉、二次精錬という分割精錬プロセスが
広く採用されている。また、これらのプロセス中では溶
銑段階での脱珪、脱りん、脱硫をになう溶銑予備処理技
術の進歩が著しい。この技術を更に発展させる上では、
トータルの効率的な不純物除去方法を開発・確立するこ
とが重要であり、製造コスト低減のニーズに応えること
もできる。

【０００３】従来、上記分割精錬においては脱りん、脱
硫等個々の単一機能についての効率化に関する研究・開
発の視点で提案された技術は多いが、分割精錬において
は、例えば脱硫処理後に脱りん処理を行う場合に脱硫工
程で生成したスラグが混入すれば、スラグからの汚染、
つまり復硫反応が生じ、前工程の脱硫工程ではその分を
見越して、過剰な脱硫剤を使用して過脱硫処理を行う
か、あるいはスラグを残さないためにドラッガー、真空
スラグクリーナー等の排滓設備で排滓する等の対策をと
っている。しかし、排滓を完全に行う技術は未だ完成さ
れておらず、排滓を確実に行おうとすると、処理時間が
伸びて生産性を落としたり、放熱ロスを増加する、ある
いはスラグに除去される鉄分が増えて歩留が悪化する、
等の問題を生じる。

【０００４】そのため、例えば特開平11−193413号公報
には転炉吹錬とその後の二次精錬で起こり得る復りん量
を見越した溶銑脱りんを行う旨の記述がある。しかし、
例えば脱硫処理では、少ない精錬剤でも脱硫処理が行え
る効率的な脱硫方法を適用すると、スラグ側に硫黄が高
濃度で濃化しているため、後工程に混入するスラグ量が
同一でも多量の精錬剤で処理した場合に比べて復硫反応
量が増加するので、益々排滓に完璧を期す必要が生じる
という矛盾を抱えている。また、後工程に混入するスラ
グ量がばらつくので、復硫量がばらついて精錬精度を落
とし、このばらつきが更に過剰精錬を行う理由となる。
こうしたキャリーオーバースラグからの汚染の問題は、
特に要求される不純物元素の濃度レベルが低下する程重
要となるものである。

【０００５】また、少量スラグにて脱りん、脱硫等のス
ラグ精錬を行うとスラグ中の不純物濃度が高くなり、当
該チャージにて炉内に付着したスラグ中のりんや脱硫が
次チャージでの汚染源として作用する、という問題もあ
る。従って、製鋼プロセスにおけるスラグ量減少のメリ
ットはあるものの、この様な場合にはむしろ生石灰等の
精錬剤を多量に添加してスラグの精錬能力を上げる必要
が生じるので、更にその精錬剤の使用量が増えて、結果
として排出スラグ量がそれほど減らせない、といった結
果に陥る。

【０００６】一方、分割精錬を指向すると、反応容器を
分け、各々の不純物元素を除去するのに理想的な物理化
学的条件を作り出せるという意味では効率化の可能性が
高いが、一方、それぞれの反応容器を設けることは設備
費用が膨大になること、また、その間の溶銑・溶鋼の移
し替えが必要となり、また上記理由から排滓が必要とな
り、熱ロス増、排滓に必要な時間増、スラグによって除
去される鉄分が増えて歩留が悪化する等のマイナス面も
ある。

【０００７】従って、分割精錬プロセスにおいては、単
一の精錬工程の効率化のみならず、上記復反応の影響、
排滓、熱ロス、歩留ロス、設備費用等のマイナス面も鑑
みて総合的な最適化が必要である。そのため、精錬機能
をある程度集約して実施するのが現実的であり、経済効
果も高い。

【０００８】従来、溶銑の脱硫処理に関しては様々な検
討がなされているが、例えば特開昭59−93813 号公報に
は単一の反応容器で脱珪処理と脱硫処理を連続で行う方
法が開示されているが、その間、脱珪時に生じたスラグ
を排滓する旨の記述があり、上記問題、即ち、脱硫スラ
グに濃化した硫黄がキャリーオーバースラグに高濃度で
含まれるために後工程の酸化精錬時に復硫反応を生じ
る。

【０００９】更に、特開平４−157111号公報には溶銑の
予備脱硫ないし予備脱りんを行って転炉吹錬を行う工程
において、予備脱硫または予備脱りん処理するに際し、
ＣａＯを１０ｋｇ／ｌ以上添加してスラグ量を確保して
処理し、排滓することなく転炉に装入する、という方法
が示されている。しかし、この方法ではＣａＯを多量に
使用するので、そのコストが高くなるということと、更
にはＣａＯ自体、高融点物質であり、多量の滓化促進剤
が必要となり、滓化促進剤のコスト増、耐火物コストの
増加を招いたり、滓化剤といて蛍石を使用すると排出ス
ラグからのフッ素の溶出を生じるという環境問題が生じ
る。また、短時間処理を行うために高速でガス、精錬剤
を吹込む必要のある場合にはスラグの泡立ち、即ちフォ
ーミングが助長され、スラグや地金が反応容器から溢れ
出すことになり操業上甚大な障害をもたらす。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上の様に、現在で
は、特に不純物元素の含有量を下げる必要がある場合に
は、多くの場合、分割精錬において、後工程で生じるで
あろう復反応分を見越して、過精錬を行う、または、排
滓を徹底して行う、という対策が取られているわけであ
るが、前者の対策では精錬剤の原単位が増大したり、ス
ラグの塩基度を確保するために生石灰の原単位を増やし
たり、蛍石等のハロゲン化物を添加して生石灰の滓化を
促進するのであるが、原単位を増やせばコスト高とな
り、ハロゲン化物を使うとスラグからのフッ素等ハロゲ
ンの溶出が問題となる。一方、後者の対策では完全には
復反応を防止出来ないことと、排滓に伴う時間延長、熱
ロス増加、鉄ロスの増加を招く、といった問題がある。
更に、多量の生石灰を添加してスラグ量を確保する方法
では、コスト高となるだけでなく、蛍石等の滓化促進剤
も多量に必要となり、スラグからのハロゲン溶出の問題
を招くが、滓化促進剤を添加しない場合には、未滓化の
ＣａＯが多量にスラグ中に含まれることになり、スラグ
の利材化の観点から好ましくない。更には、生産性向上
のために高速処理を行う上ではスラグの泡立ちによる生
産障害が問題となる。

【００１１】更に、硫黄はりんに比べて低濃度化に対す
る要求は厳しく、例えば僅か１０ｐｐｍという極低レベ
ルの要求がある。脱硫反応は他の脱珪、脱りん、脱炭反
応が酸化精錬であるのに対し、還元反応で進行するもの
であるが、その後での酸化精錬である転炉吹錬を控えて
いるので、復硫反応による影響は大きい。また転炉吹錬
後に硫黄が溶鋼に戻った場合、二次精錬での脱硫処理が
必要となるが、1600℃前後の高温の溶鋼状態で脱硫処理
を行うと一般には耐火物を著しく消耗し、熱ロスも増え
るので処理コストが高価になり、望ましくは溶銑段階で
極低硫黄濃度まで脱硫処理を施し、復硫反応を抑えるの
が望ましい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、(1) 転
炉型の反応容器を用い、溶銑に生石灰と酸素源を添加し
て脱珪処理を行い、脱珪スラグを排滓することなく存在
させ、次いで、脱硫剤を溶銑中に吹込み、脱硫剤が溶銑
中を浮上する間に脱硫反応を生じさせ、脱硫処理後に脱
珪スラグと脱硫スラグの双方を排滓することなく、多量
のトップスラグを存在させることによりスラグ中硫黄濃
度を低減させ、後工程での復硫を少なくすることを特徴
とする溶銑の脱硫方法、(2) 転炉型の反応容器に予め転
炉スラグおよび／または二次精錬スラグを投入すること
を特徴とする(1) 記載の溶銑の脱硫方法、にある。

【００１３】即ち、本発明は溶銑脱硫処理を行うにあた
り、出鋼孔をもつ転炉型の反応容器を用いる。そのよう
にすると脱硫材吹込みによって生成する脱硫スラグは固
相率１００％に近く、転炉吹錬後の液体状スラグの様に
スラグが出鋼流に巻き込まれることも少ないため、出湯
時に確実・迅速かつ簡便に脱硫スラグと溶銑の分離を行
うことができる。更に、溶銑の脱硫処理に先立ち、溶銑
に酸素源と生石灰源を添加して脱珪処理を行うと、脱珪
処理に伴って生成するスラグが存在するので、脱硫処理
後のスラグ量が増加し、スラグ中の硫黄濃度は低値に抑
えることができ、後工程での復硫を極めて少ないレベル
に抑制することができる。

【００１４】また、溶銑の脱硫処理時に転炉スラグある
いは二次精錬スラグを添加することにより、スラグ量を
確保することによりスラグ中の硫黄分を希釈することで
も後工程での復硫を最小に抑制することができる。な
お、脱珪処理を行って塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂)重
量濃度比（以下塩基度）が低いスラグが溶銑上に存在し
ても、蛍石等の滓化促進材を使用しておらず、ある程度
の塩基度を確保しておけば、スラグの固相率が高く保た
れる。

【００１５】一方、脱硫期には脱硫剤を上方添加ではな
く、溶銑中に吹込むことによって脱硫反応は脱硫剤が溶
銑中を浮上する間に充分生じ、かつトップスラグが高固
相率で流動性、反応性に乏しいため、脱硫剤粒子中に濃
化した硫黄トップスラグ中に再溶解して更に溶銑中に復
硫してくることは抑えられることが明らかとなった。従
って、先に脱珪処理を行ってスラグ量を増やすこと、あ
るいは転炉スラグや二次精錬スラグをリサイクルするこ
とは脱硫処理後のスラグ量を増加することによって平均
の硫黄濃度を低下させることになる。この場合でもスラ
グをミクロに見ると硫黄を高濃度でトラップしたままの
フラックス粒子が観察され、極めて不均一なスラグとな
っている。

【００１６】このように、スラグ量を確保した精錬を行
うためには、転炉型反応容器を用いない場合には特に脱
珪期のスラグフォーミングにより炉内からスラグ・地金
があふれ、操業上重大な支障をきたすので、転炉型の反
応容器を用いる必要がある。一方、また転炉スラグや二
次精錬スラグをリサイクルすることはその中のＣａＯ分
が塩基度確保のために有効に利用できる。更に転炉スラ
グを使用するとその中の有用成分であるＭｎＯやＦｅＯ
を還元、回収することができる。また、系外に排出する
スラグ量を減少させることもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は以下のとお
りである。転炉型の反応容器１に、必要に応じて転炉ス
ラグまたは二次精錬スラグを装入する。スクラップ３は
反応熱が生じる脱珪処理を行う時の様に熱的余裕のある
場合、必要に応じて装入しても良い。脱珪処理を行う場
合には酸素源と生石灰源を炉上ホッパー４から添加し
て、更に上吹きランス５より酸素ガス１１を吹き付けて
脱珪処理を施す。次に、ブロータング６から窒素ガス７
をキャリアーガスとして脱硫材を底吹き羽口８より溶銑
中に吹込むことによって脱硫処理を行う。脱硫処理終了
後、溶銑は炉を傾動して出鋼孔９より取鍋等に排出して
スラグとの分離をはかった後、最後にスラグ１０を排出
する。

【００１８】

【実施例１】転炉型の精錬炉に溶銑２７０ｔを装入し、
底吹き羽口から石灰石粉を吹込みながら攪拌を与えつ
つ、生石灰添加し、ガス酸素ガスを上吹きしつつ脱珪処
理を行った。珪素濃度は処理０．３％から脱珪後０．１
５％に低下した。引き続き、酸素ガス上吹きを止めて底
吹き羽口から脱硫剤１．３ｔを吹込み脱硫処理を行っ
た。その後、溶湯を出鋼孔から鍋に移した。出湯時間
（スラグ・メタル分離時間）は４分であった。硫黄濃度
は脱硫処理前が０．０２２％であり、脱硫処理後、０．
００１％まで低下した。後工程の転炉吹錬後は０．００
２％であり復硫量は１０ｐｐｍに抑えられた。

【００１９】

【実施例２】転炉型の精錬炉にて溶銑２６０ｔに二次精
錬スラグを６ｔ添加し、底吹き羽口から石灰石粉を吹込
みながら攪拌を与えつつ、生石灰添加し、酸素ガスを上
吹きしつつ脱珪処理を行った。珪素濃度は処理０．３％
から脱珪後０．１５％に低下した。引き続き、酸素ガス
上吹きを止めて底吹き羽口から脱硫剤１．２ｔを吹込
み、脱硫処理を行った。その後、出鋼孔より鍋に溶湯を
移したが、出湯時間（スラグ・メタル分離時間）は４分
であった。硫黄濃度は脱硫処理前０．０２０％から脱硫
処理後０．００２％まで低下した。後工程の転炉吹錬後
の硫黄濃度は０．００２％となり復硫は見られなかっ
た。

【００２０】

【比較例】溶銑鍋にて溶銑２９０ｔに脱硫剤１．５ｔを
吹込み、脱硫処理を施した後、ドラッガー設備でスラグ
を除去した。これに要した時間は１５分であった。この
時の硫黄濃度は脱硫処理前０．０２１％、脱硫処理後
０．００１％であり、後工程の転炉吹精後は０．００５
％となり４０ｐｐｍ分もの復硫が起きた。そのため、極
低硫黄鋼が製造できなかった。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、ハロゲン化物を一切使用
することなく、排滓に伴う熱ロス、歩留ロスを助長する
ことなく、脱珪と脱硫、スクラップ溶解の工程集約を果
たしつつ、低硫黄濃度の溶銑、溶鋼が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による溶銑の脱硫方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 転炉型の反応容器 ２ 溶銑 ３ スクラップ ４ 炉上ホッパー ５ 上吹きランス ６ ブロータンク ７ 窒素ガスホルダー ８ 底吹き羽口 ９ 出鋼孔 10 スラグ 11 酸素ガスホルダー

フロントページの続き (72)発明者 田崎 智晶 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 務川 進 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K002 AB01 AC07 AD05 AE01 AE06 4K014 AA01 AA02 AB03 AB12 AC04 AC08 AC14 AD23 AD27 AE01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転炉型の反応容器を用い、溶銑に生石灰
   と酸素源を添加して脱珪処理を行い、脱珪スラグを排滓
   することなく存在させ、次いで、脱硫剤を溶銑中に吹込
   み、脱硫剤が溶銑中を浮上する間に脱硫反応を生じさ
   せ、脱硫処理後に脱珪スラグと脱硫スラグの双方を排滓
   することなく、多量のトップスラグを存在させることに
   よりスラグ中硫黄濃度を低減させ、後工程での復硫を少
   なくすることを特徴とする溶銑の脱硫方法。
2. 【請求項２】 転炉型の反応容器に予め転炉スラグおよ
   び／または二次精錬スラグを投入することを特徴とする
   請求項１記載の溶銑の脱硫方法。