JP2002241825A

JP2002241825A - 溶銑の脱硫方法及び脱硫装置

Info

Publication number: JP2002241825A
Application number: JP2001036513A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Tadama; 智明田玉; Tomonori Kamiyama; 朋典神山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、従来より低回転速度のインペラで溶
銑を攪拌して、該溶銑の脱硫を行なっても、従来並みの
脱硫効率が確保でき、且つインペラの寿命を従来より延
長可能な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、該回転軸から放射状に設けた複数枚の翼を
有するインペラを浸漬、回転させ、溶銑を撹拌する溶銑
の脱硫方法において、前記回転軸の放射状翼上方に位置
する部分に、別途らせん状撹拌翼を設け、前記溶銑の浴
面が常に該らせん状撹拌翼の高さ内にあるように回転軸
を回転させ、前記脱硫剤を溶銑中へ深く浸入させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、キャスタブル製の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、従来より低
回転速度のインペラで溶銑を攪拌して、該溶銑の脱硫を
行なっても、従来並みの脱硫効率が確保でき、且つイン
ペラの寿命を従来より延長可能な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
ことに着眼して鋭意研究を進め、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、該回転軸から放射状に
設けた複数枚の翼を有するインペラを浸漬、回転させ、
溶銑を撹拌する溶銑の脱硫方法において、前記回転軸の
放射状翼上方に位置する部分に、別途らせん状撹拌翼を
設け、前記溶銑の浴面が常に該らせん状撹拌翼の高さ内
にあるように回転軸を回転させ、前記脱硫剤を溶銑中へ
深く浸入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、溶銑にほぼ鉛直にして浸漬される回転軸に
放射状に設けた複数枚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、前記回転軸の放射状翼上方に
位置する部分に、らせん状の撹拌翼を追設したことを特
徴とする溶銑の脱硫装置である。

【００１２】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。

【００１３】

【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。

【００１４】まず、発明者は、既存の機械撹拌式脱硫装
置（図１参照）の１／５規模で溶銑脱硫のシミュレーシ
ョン・モデル実験を行なった。その実験では、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、図２
に示すように、回転軸の下端に放射状に４枚設けたもの
を用いた。これは、従来のインペラに相当する。

【００１５】この従来のインペラ４を、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（撹拌軸）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（撹拌軸と模型取
鍋中心との距離は、該取鍋半径の０．０５、０．１とし
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。

【００１６】つまり、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似対条件
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。

【００１７】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。

【００１８】上記の水によるシミュレーション・モデル
実験の一例として、回転軸を模型取鍋１の中心とし、従
来のインペラを使用してポリプロピレン粒子３の分散状
況を調査し、その結果を図４の記号イに示す。図４は、
横軸をインペラの回転数（水モデルと実機相当の２種
類）と、縦軸をポリプロピレン（見なし脱硫剤）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（１８０ｒｐ
ｍ）での分散個数を１．０として相対比較値で示してあ
る。従来のインペラ（図４参照）を使用した場合、ポリ
プロピレン粒子（模擬脱硫剤）の水中への分散は、回転
数が１００ｒｐｍを超えると、急激に大きくなる。この
回転数が１００ｒｐｍの時の状況をアクリル板を通して
目視観察すると、水の中央部が凹んで渦が発生し、そこ
にポリプロピレン粒子が集まっており、渦の先端が翼の
上端に達している。この事実より、比重の小さい固形粒
子が良好に分散させるには、該粒子を浮力に逆らわせ
て、翼の上端に到達させることが必要と考えられる。

【００１９】しかしながら、従来のインペラのように、
４枚の翼の上端が同一高さにあると、水（模擬溶銑）
は、回転方向に流れる。そのため、実際の工程では、イ
ンペラ軸に陣笠のように地金が付着し、脱硫剤がインペ
ラ翼の上端位置へ到達するのを阻害する。つまり、脱硫
剤の分散が不十分となり、脱硫効率を低下させる結果に
なる。

【００２０】そこで、発明者は、回転軸の放射状翼の上
方位置に、図３に示すような「らせん状撹拌翼」１１を
取り付けたインペラを試作した。そして、上記した従来
のインペラと同じ条件でポリプロピレン粒子の水中分散
度を調査した。その結果を図４の記号ロに示すが、「ら
せん状撹拌翼」１１があると、従来の放射状翼１０を有
するインペラを回転させた場合と同等な分散が得られる
回転数（１８０ｒｐｍ）を１４０ｒｐｍまでに低減でき
ることがわかる。これは、放射状翼の上方に「らせん状
撹拌翼」１１を取り付けたことで、水面から放射状翼１
０の上端間に下向きにらせん流が生じ、ポリプロピレン
粒子はこのらせん流に乗せられて強制的に下降させられ
たためと考えられる。つまり、比重が小さい粒子を、浮
力に逆らって浴の下方へ運ぶ手段が見出されたのであ
る。また、図４によれば、「らせん状撹拌翼」１１の利
用で、ポリプロピレン粒子の分散が始まる回転数は、７
５ｒｐｍであり、従来の１００ｒｐｍよりかなり低回転
数であることもわかった。

【００２１】そこで、発明者は、このようなインペラを
低速度で回転させて浴面下に下向きらせん流を発生さ
せ、脱硫剤を強制的に浴中へ侵入させることを本発明の
要件としたのである。

【００２２】なお、上記例では、「らせん状撹拌翼」１
１を１枚の連続した板をらせん状にひねったものとした
が、本発明は、それに限るものではない。浴面下に下向
きにらせん流を起こさせる条件にあれば、いかなる形状
のものであっても良いからである。また、「らせん状攪
拌翼」１１のひねり数、長さ及び幅についても特に限定
するものではない。それらは、実際の工程への適用時に
設計事項として定めれば良いからである。

【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の平断面視で中心位置になるよう、台車の移動
で調整した。ついで、該溶銑に、投入手段（生石灰を主
成分とした脱硫剤を貯蔵するホッパとそれを落下させる
シュートとで形成）を介して、溶銑１トンあたり２．４
ｋｇ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４は、高アルミ
ナ質耐火物製であり、放射状の４枚の翼１０は、高さを
８５５ｍｍとし、それら翼の下端は、溶銑２の静止湯面
から溶銑深さで１／２の位置になるよう溶銑中に浸漬し
た。また、「らせん状撹拌翼」１１は回転軸に、厚さ１
０ｍｍ、幅３００ｍｍの鋼板にＶアンカー溶接した芯金
を２回らせん状にひねったものを取り付け、そこにアル
ミナキャスタブル耐火物を施工して形成した。なお、ら
せん状攪拌翼の高さは１４００ｍｍであった。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施成績は、多数チャージの平均脱硫率
（％）で評価し、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とした従来の脱硫装置
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、従来よりも著しく低いインペラの回転数（１
００ｒｐｍ）で、従来と同等の脱硫効率が得られること
が明らかである。従って、インペラ４の寿命を従来より
延長できることも期待できる。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ことに
なる。

【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。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る。

【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】従来のインペラを示す斜視図である。

【図３】本発明に係る脱硫装置に採用したらせん状撹拌
翼を有するインペラの一例を示す斜視図である。

【図４】本発明の根拠となったシミュレーション・モデ
ル実験の結果を示す図である。

【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１０放射状翼１１らせん状撹拌翼

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、該回転軸から放射状に設けた複数枚の翼を
有するインペラを浸漬、回転させ、溶銑を撹拌する溶銑
の脱硫方法において、前記回転軸の放射状翼上方に位置する部分に、別途らせ
ん状撹拌翼を設け、前記溶銑の浴面が常に該らせん状撹
拌翼の高さ内にあるように回転軸を回転させ、前記脱硫
剤を溶銑中へ深く浸入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、溶
銑にほぼ鉛直にして浸漬される回転軸に放射状に設けた
複数枚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、前記回転軸の放射状翼上方に位置する部分に、らせん状
の撹拌翼を追設したことを特徴とする溶銑の脱硫装置。