JP2003119509A

JP2003119509A - 溶銑予備処理方法及びインペラー装置

Info

Publication number: JP2003119509A
Application number: JP2001313572A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Horii; 和弘堀井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】粉状の精錬剤を溶銑中に直接供給することに
より精錬剤投入時の課題を解決するとともに、反応効率
の大幅な向上を図るものである。【解決手段】インペラー２から吐出する粉体吹き込み
用配管１を単管とし、粉体圧送用タンクに直接または粉
体圧送用タンクと吐出孔の間の１ヶ所以上にキャリアガ
ス３を挿入し、（Ｗ×ｄ）／（Ｑ×Ｄ）≦１７、およ
び、２≦Ｐ≦３０、を共に満たす範囲で処理することを
特徴とする溶銑の予備処理方法。Ｄ：吐出孔内径（ｍ
ｍ）、ｄ：精錬剤粉体の最大外径（ｍｍ）、Ｗ：粉体吹
き込み速度（Ｋｇ／ｍｉｎ）、Ｑ：キャリアガス流量
（Ｋｇ／ｍｉｎ）、Ｐ：粉体吹き込みタンク元圧（Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶銑鍋などの容器に
入った溶銑から硫黄分などの不純物を除去するための溶
銑予備処理方法およびそれに用いる装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のインペラーを用いた溶銑予備処理
方法としては特開昭５９−９３８１４号公報および特開
平４−９９２１２号公報および特公昭４７−５１６８１
号公報ならびに特許第２９４５３８５号公報に記載の方
法などがある。

【０００３】特開昭５９−９３８１４号公報には攪拌体
に放射状に穿設したノズルより脱燐剤を純酸素ガスをキ
ャリアーにして溶銑中に吹き込み、羽根にて攪拌する方
法が提案されている。これは脱燐が酸化雰囲気の方が有
利に進行するためキャリアーを純酸素にしたものであ
り、還元雰囲気で反応を行う脱硫には使えない。

【０００４】さらに、酸素を粉体のキャリアガスとする
ことに伴う配管溶損等への影響を回避する目的で、吹き
込み酸素ガス（キャリアガス）流量、粉体吹き込み速度
に制約が必要であることから、不活性ガスをキャリアガ
スとする脱硫反応時には粉体吹き込み速度が早すぎ、一
般に脱硫処理時には粉体吹き込み速度が低い方が反応効
率が高いという周知の知見に相反することから、工業的
には適用できないのが実状であり、不活性ガスをキャリ
アガスとして粉体を吹き込むことを前提とする本発明と
は相違するものである。

【０００５】特開平４−９９２１２号公報はインペラー
による攪拌効果に加圧ガスの攪拌効果を加えるものであ
るため脱硫の促進効果は期待できるが、軸上に二段のイ
ンペラーを設けて各インペラーにガス噴出孔を形成する
など構成が複雑である。高温の溶銑中に浸漬されるイン
ペラーは消耗品であって多数を製作する必要があるた
め、そのインペラーの構成が複雑であると相当のコスト
を必要としてしまう。

【０００６】特公昭４７−５１６８１号公報には、転炉
などである程度精錬を既におこなった溶鋼を回転攪拌す
るとともに、この回転攪拌するインペラーの両端にある
吐出孔から高圧不活性ガスにより脱硫剤、脱燐剤、合金
成分調整剤などを吹き出す方法および装置が提案されて
いる。しかし、インペラーの内部を２重管構造とし、内
筒からキャリアガス、内筒と外筒の間隙から粉体圧送用
のガス（内筒のキャリアガスとは別制御）により、脱硫
剤を吹き出し、粉体吹き込み用の吐出孔直前で上記キャ
リアガスと粉体を混合して溶銑内に吐出する方法および
装置となっていることから、単管を使用し、配管内およ
び吐出孔での詰まりを防止しつつ精錬剤を吹き込む本発
明とは相違するものである。即ち、従来不活性ガスを溶
銑中に吹き込む際には、吐出孔周辺では溶銑が不活性ガ
スで冷却され、吐出孔閉塞が課題であったことから、粉
体と吐出ガスを別系統で制御し、キャリアガス中の粉体
量を吐出孔の開口度に応じて変化させることが必要であ
ったことから、配管を２重構造とし、粉体の吐出量また
はキャリアガス量を調節することが必須であった。

【０００７】さらに、特公昭４７−５１６８１号公報に
ある方法および装置では、インペラー内に２重管を設置
することから、上記特開平４−９９２１２号公報での方
法による課題と同様にインペラーの構成が複雑となり、
相当なコストを必要としてしまうことから、工業的に適
用するには課題があった。

【０００８】特許第２９４５３８５号公報は容器内径と
インペラーとのサイズの比を規程し、処理初期に低速回
転としてスラグを容器縁側に振り分け、インペラーの回
転速度を高速化するものであり、本発明とは相違するも
のである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来は上方から精錬剤
を投入することから、インペラーを回転して溶銑を攪拌
しているものの、溶銑中に巻き込まれずに未反応または
殆ど反応しない精錬剤が残留し、反応効率低下、反応時
間延長、反応効率／反応時間のバラツキの原因となって
いた。

【００１０】上方から投入するために、精錬剤の飛散防
止（集塵機への吸引、周辺雰囲気への拡散防止）の為、
従来は精錬剤の性状として一定以上の大きさ／重量をも
つことが必要であったが、結果として精錬剤の反応比表
面積（単位重量あたりの表面積：反応速度に大きく影響
する）が小さくなり、反応速度の低下および精錬剤の溶
解性悪化を招いていた。

【００１１】また、それを防止するため（溶解性向上に
よる反応速度／精錬剤の反応効率向上）には、造滓剤
（ホタル石、アルミ灰等）を投入する必要があるもの
の、造滓剤（蛍石、アルミ灰）はフッ素を含有すること
から、処理により生成するスラグの再使用が不可能とな
り、従来路盤材等に再生使用されていたスラグが産業廃
棄物となるという課題があった。

【００１２】本発明は、粉状の精錬剤（反応比表面積が
大により、反応速度向上、溶解性良好）を溶銑中に直接
供給することにより、上記投入時の課題を解決するとと
もに、反応効率の大幅な向上を図るものである。

【００１３】ここで、溶銑予備処理法のメカニズムとし
ては、精錬剤と溶銑中の不純物成分が溶銑内で遭遇し、
精錬剤と化合物を形成することにより不純物除去をおこ
なっている。したがって、予備処理の反応効率向上（＝
精錬剤原単位削減、処理時間短縮）の為のアプローチ
は、大きく２つに分けられる。

【００１４】即ち、第一のアプローチは精錬剤と溶銑中
不純物成分との遭遇する確率を向上させるものであり、
第二のアプローチは精錬剤の反応面積を大きくするもの
である。

【００１５】第一のアプローチでは溶銑の攪拌を行う。
具体的には、機械的攪拌方式では、溶銑にインペラーを
浸漬し、精錬剤を巻き込みながら溶銑の攪拌を実施して
いるとともに、さらに溶銑と精錬剤の巻き込みを効率化
するために種々のインペラー形状の改善をおこなってい
る。しかし、通常、精錬剤の比重が溶銑に対して著しく
低い（精錬剤：１〜２ｇ／ｃｍ³、溶銑：７〜８ｇ／ｃ
ｍ³）ことから、うまく巻き込まれない精錬剤が多数発
生し、これらは溶銑上に浮上したまま殆ど反応しないこ
とから、反応効率向上の上で課題が残されているのが現
状である。

【００１６】また、別の具体的策として、溶銑中にラン
スを浸漬し、この先端付近からガスと粉体を溶銑中に吹
き込み、吹き込まれたガスによる溶銑の攪拌をおこなう
方法（インジェクション法）もあるが、この方法では機
械的攪拌に比べて攪拌力が低く、また、前述したように
精錬剤と溶銑の比重差があることから、反応は溶銑中を
精錬剤が浮上する数秒の非常に短い時間しか起こらず、
溶銑上に浮上した精錬剤は殆ど再び溶銑中に戻って再び
反応に寄与することが無い。結果、インジェクション法
では、精錬剤の反応効率が低いという課題があり、反応
時間を短縮しようとした場合には、精錬剤の供給速度を
上げることが可能であるが、この場合は、さらに精錬剤
の反応効率が悪化する（製造コストの悪化）という課題
があった。

【００１７】第二のアプローチでは、通常、溶銑中に投
入された精錬剤は、融点が高い（＞２０００℃）ことか
ら、精錬剤と溶銑中不純物との反応は、精錬剤表面のみ
で起こっており、精錬剤内部では反応は殆どおこらな
い。したがって、精錬剤の反応効率を向上させるために
は比表面積（単位体積あたりの表面積）を大きくするこ
とが重要となる。この観点から、インジェクション法で
は精錬剤として粉体を使用することから、機械的攪拌方
式より有利である。機械的攪拌方式では、上方から塊状
の精錬剤を投入することから、精錬剤の比表面積は小さ
くならざるをえず、機械攪拌による溶銑内への継続的な
巻き込みを実現するものの、精錬剤が溶融するのは困難
である。したがって、この方式の場合は、精錬剤の融点
を低下させる媒溶剤として、ホタル石、アルミ灰等のア
ルミナ含有物質を投入する。しかし、これらの媒溶剤に
は土壌・水質環境への規制物質であるＦ（フッ素）を含
有することから、添加により精錬剤の反応効率の向上は
見込めるものの、予備処理により生成するスラグの処分
が困難となるという課題がある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる上記の
課題に対し、従来の予備処理方法に対して、精錬剤の反
応効率を飛躍的に高めることにより、鉄鋼製造コストの
低減、処理時間短縮による作業効率向上を実現しつつ、
媒溶剤添加による上記生成スラグの処分問題についても
解決を図る方法を提供するものである。

【００１９】すなわち溶銑鍋５に溶銑４を装入して精錬
剤を用いると共にインペラー２を溶銑中に浸漬し該イン
ペラーを回転させることによって溶銑と精錬剤とを混合
・反応する予備処理において、粉状の精錬剤を溶銑中で
あってインペラーの攪拌手の下端より下方に吹き込む溶
銑予備処理方法である。

【００２０】この時、インペラー２の一部に粉体噴出孔
を設けて吹き込むのが良い。

【００２１】またインペラー２の一部に設けた粉体噴出
孔とは別にガスの吹き込み孔を該インペラーに設けてガ
スを吹き込むのが好ましい。

【００２２】溶銑鍋５の底部または壁部から粉体を吹き
込むと良い。

【００２３】さらに粉体粒度を１０ｍｍ以下とするのが
好ましい。

【００２４】特にインペラー２から吐出する粉体吹き込
み用配管１を単管とし、粉体圧送用タンクに直接または
粉体圧送用タンクと吐出孔の間の１ヶ所以上にキャリア
ガスを挿入し、第１式：（Ｗ×ｄ）／（Ｑ×Ｄ）≦１
７、第２式：２≦Ｐ≦３０、の内少なくともいずれか一
方を満たす範囲で処理するのが最適である。ここで、
Ｄ：吐出孔内径（ｍｍ）、ｄ：精錬剤粉体の最大外径
（ｍｍ）、Ｗ：粉体吹き込み速度（Ｋｇ／ｍｉｎ）、
Ｑ：キャリアガス流量（Ｋｇ／ｍｉｎ）、Ｐ：粉体吹き
込みタンク元圧（Ｋｇｆ／ｃｍ²）である。

【００２５】上記の溶銑の予備処理方法のために用いる
インペラー２であって、そのインペラーから吐出する粉
体吹き込み用配管１を単管とし、粉体圧送用タンクに直
接または粉体圧送用タンクと吐出孔の間の１ヶ所以上に
キャリアガスを挿入し、第１式：（Ｗ×ｄ）／（Ｑ×
Ｄ）≦１７、第２式：２≦Ｐ≦３０、の内少なくともい
ずれか一方を満たす構造を有するインペラー装置とする
のが良い。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図１を用いて詳細に説明す
る。本発明では、溶銑予備処理における不純物除去のメ
カニズムに基づき、攪拌力向上、反応面積の向上を同時
に達成するとともに、精錬剤の融点調整を不要とするも
のである。図１に本発明による予備処理方法の概要を示
す。精錬剤は比表面積向上のため、粉状のものを使用す
る。粉状の精錬剤３はインペラー２の下端中央部から下
向きに溶銑中に吹き込まれる。吹き込まれた粉体は、直
ちに溶銑中の不純物と反応しながら溶銑中を浮上する。
この際、溶銑４はインペラー２により攪拌されており、
浮上する精錬剤は溶銑の攪拌流に巻き込まれて溶銑中を
螺旋状に旋回しつつ浮上することにより、浮上時間が従
来より数倍から数十倍延長し、結果として溶銑中不純物
との遭遇の確率が飛躍的に向上する。さらに、浮上しお
わって、溶銑の上部に到達した後についても、再び溶銑
の渦に巻き込まれて再度溶銑中を懸濁し、反応に寄与す
る。これにより反応効率が向上するものである。

【００２７】なお、図１では、インペラー軸６の下端か
ら下方に粉体を吹き込む方法について図示したものであ
るが、インペラーの一部に粉体吐出孔を設けて、そこか
ら精錬剤を吹き込む方法、および溶銑を収容した容器
（溶銑鍋）の底部または壁面から精錬剤を吹き込む方法
についても全く同様のメカニズムに基づき、上述の効果
と同等の効果が享受できることを確認した。また本発明
の主旨に合致する方法であれば、いかなる方法も有効で
ある。例えば、溶銑中に浸漬したランスから粉体を吹き
込む方法等単独または請求項１または２記載の方法との
組み合わせについても有効である。

【００２８】また、吹き込む精錬剤については、本発明
の主旨である比表面積向上の主旨からすると粒径は１０
ｍｍ以下が望ましいが、これより大きくなった場合に
は、若干反応効率は落ちるものの、従来の課題について
の対策として否定されるものではなく、従来からの改善
は享受できる。

【００２９】さらに、本方法では従来の機械的攪拌のみ
の方法に加えて、粉体噴出用のキャリアガスによる攪拌
効果も本効果の主な技術要素の一つとなっているが、そ
れ以外にインペラーの一部に粉体噴出孔とは別にガスの
吹き込み孔を設けてガスを吹き込むことにより、更なる
攪拌力を向上が可能となり、精錬剤と溶銑との遭遇確率
が更に向上することによる更なる反応効率向上が可能と
なる。ガス吹き込み孔については、本発明の主旨に合致
すれば、インペラーへの設置にはこだわらず、インペラ
ーと独立またはインペラーに固定されて設置されている
ガス吹き込み専用ランスから吹き込むこと、または、溶
銑鍋の鍋底から吹き込んでも同様の効果が期待できる。

【００３０】一方、従来の機械的攪拌時における脱硫剤
等の吹き込みに際して、粉体吹き込み配管は２重管が必
須であったことに対して、本発明では、単管を使用する
ことによりインペラーの構造を簡易かつ安価なものとす
ることが主な技術要素の一部を構成している。以下それ
について詳述する。

【００３１】本発明者らは、従来の不活性ガスによる精
錬剤の吹き込みに際する従来の課題と２重管が必須であ
るメカニズムを鋭意研究してきた。結果、一般に実施さ
れているランスからの精錬剤吹き込みに対して、機械的
な攪拌を実施するとともに粉体を吹き込んだ場合につい
て以下のことが判明した。

【００３２】即ち、通常のランスから精錬剤を吹き込ん
だ場合、溶銑に押し戻された精錬剤を含むガスが噴出口
付近に逆流してくることにより、噴出孔近傍の付着物が
洗浄・除去（一般にバックラッシュと呼ばれる周知の現
象）されるのに対し、溶銑鍋内での流動シミュレーショ
ンの結果、インペラーから噴出ガスの一部は、機械的攪
拌により生成された溶銑の流動にあたかも流されるよう
に流動し、噴出孔への逆流が通常のランスから吹き込ん
だ場合に比べて少ないことから、閉塞物の排除が困難と
なっていることを解明した。

【００３３】上記現象は、比較的溶鋼流動の多いインペ
ラー先端部において顕著である。インペラー先端では溶
鋼流動は比較的大きく、閉塞物の除去という点では比較
的有利なものの、噴出ガスによる噴出孔近傍の冷却にと
もなう付着物の生成速度が除去速度より大きいことか
ら、閉塞物の成長速度はおそいもののいずれ噴出孔の閉
塞に到る。また、インペラー中心部下端については、溶
鋼流動は少ないものの、渦中心部特有の不規則な乱流が
発生しており、通常のランスインジェクション時のよう
に、噴出孔近傍に集中して噴出ガスが押し戻されるので
はなく、散逸してしまうことから、適正な条件で操業し
ないと、配管詰まりのみならず噴出孔周囲の耐火物損耗
を増長し、インペラー寿命を低下させることが判明し
た。

【００３４】また、閉塞物の除去という観点では、粉体
の吹き込み速度を増大して噴出ガスエネルギーを増大す
ることも可能であるが、一方で配管詰まりを起こす懸念
があり、また、吹き込み速度増大による反応効率低下も
あり、安定操業および製造コストの観点からは課題があ
る。したがって、従来技術では粉体の噴出速度を調整す
ることにより、閉塞物を内部から吹き飛ばすことが必要
となり、２重管構造が必須となっていたのである。

【００３５】上記のような課題に以上のメカニズムに対
し、本発明者らは単管での単純な構造で所期の効果を享
受するための技術要件を鋭意研究した結果、噴出ガス中
の精錬剤粉体の噴出エネルギーとキャリアガスの噴出エ
ネルギーのバランスを適当な範囲に制御することによ
り、閉塞を防止できることを見いだした。即ち、Ｗ×ｄ
は粉体の噴出エネルギーを表現する技術指標であり、Ｑ
×Ｄはキャリアガスの噴出エネルギーを表現する指標で
ある。したがってこの比を指標として１７以下に操業条
件を制御することにより、粉体の詰まり、噴出口の閉塞
を共に防止することが可能である。この比が１７より大
きくなると、配管内での粉体詰まりあるいは噴出孔近傍
でのキャリアガスの噴出エネルギー低下による閉塞物の
除去低下となり、インペラーの使用中止に至る。

【００３６】また、その際の吹き込みガスの元圧につい
ては、２Ｋｇｆ／ｃｍ²〜３０Ｋｇｆ／ｃｍ²に制御する
必要がある。２Ｋｇｆ／ｃｍ²未満であると、噴出口出
口近傍での噴出ガス速度が低く、溶銑の吹き込みノズル
への逆流が発生する。一方、３０Ｋｇｆ／ｃｍ²より大
きいと、急激な圧力で閉塞物を吹き飛ばすことになり、
閉塞物と一緒に近傍の耐火物を吹き飛ばすことから、イ
ンペラー寿命低下を引き起こす。

【００３７】

【実施例】本発明法と機械的攪拌のみ（比較例）の場合
の溶銑予備処理テストの結果を表１および図２に示す。
本発明法と比較例では、表１および図２に示す操業諸元
以外は全て同一の条件とした。

【００３８】

【表１】

【００３９】即ち、予備処理前の溶銑温度は１４００〜
１４５０℃、インペラーの回転数１２０ｒｐｍ、インペ
ラーは羽根の直径１４１５ｍｍ、長さ８５５ｍｍの４枚
羽根構成とした。回転軸の直径は６００ｍｍであり、本
発明法については、回転軸内に粉体配管（直径２０ｍ
ｍ）を敷設した。溶銑鍋に３００トンの溶銑を装入し、
その中に上記インペラーを浸漬した。

【００４０】脱硫剤としては、本発明法では最大粒径１
ｍｍの粉体を４Ｋｇ／ｔ吹き込んだ場合と２Ｋｇ／Ｔの
粉体脱Ｓ剤を吹き込むとともに、上方から塊状の脱硫剤
を２Ｋｇ／Ｔ投入した。

【００４１】一方、比較法では、最大粒径５０ｍｍの塊
状の脱硫剤を４Ｋｇ／Ｔ上方からのみ添加した。

【００４２】その結果、比較例では処理開始５分時の脱
硫率は５８〜６２％であり、８５％の脱硫率を得るため
には１０〜１３分かかっている。また到達脱硫率につい
ても平均８５％であり、本発明法と同等の脱硫率を実現
するためには、脱硫剤の追加投入が必要と判断されるの
に対し、本発明法で脱硫剤を全量吹き込んだ場合では処
理開始５分で脱硫率が９０〜９３％に達し、脱硫効率の
大幅な向上を達成することができた。

【００４３】

【発明の効果】以上により精錬剤の反応効率向上による
精錬剤使用量低減、すなわち製造コスト低減を達成し
た。また、反応効率向上による処理時間短縮、つまり安
価な方法による予備処理能力を向上できた。さらに、生
成するスラグの資源化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉体吹き込み用配管を有する溶銑予備
処理用インペラー装置を示す断面図である。

【図２】処理開始後時間と脱硫率の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１粉体吹き込み用配管２インペラー３紛状精錬剤＋キャリアガス４溶銑５溶銑鍋６インペラー軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶銑鍋に溶銑を装入して精錬剤を用いる
と共にインペラーを溶銑中に浸漬し該インペラーを回転
させることによって溶銑と精錬剤とを混合・反応する予
備処理において、粉状の精錬剤を溶銑中であってインペ
ラーの攪拌手の下端より下方に吹き込むことを特徴とす
る溶銑予備処理方法。
【請求項２】インペラーの一部に粉体噴出孔を設けて
吹き込むことを特徴とする請求項１記載の溶銑予備処理
方法。
【請求項３】インペラーの一部に設けた粉体噴出孔と
は別にガスの吹き込み孔を該インペラーに設けてガスを
吹き込むことを特徴とする請求項１または２記載の溶銑
予備処理方法。
【請求項４】溶銑鍋の底部または壁部から粉体を吹き
込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
溶銑予備処理方法。
【請求項５】粉体粒度を１０ｍｍ以下とすることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶銑予備処理
方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の方法に
おいて、インペラーから吐出する粉体吹き込み用配管を
単管とし、粉体圧送用タンクに直接または粉体圧送用タ
ンクと吐出孔の間の１ヶ所以上にキャリアガスを挿入
し、第１式：（Ｗ×ｄ）／（Ｑ×Ｄ）≦１７、第２式：
２≦Ｐ≦３０、の内少なくともいずれか一方を満たす範
囲で処理することを特徴とする溶銑の予備処理方法。Ｄ：吐出孔内径（ｍｍ）、ｄ：精錬剤粉体の最大外径
（ｍｍ）Ｗ：粉体吹き込み速度（Ｋｇ／ｍｉｎ）、Ｑ：キャリア
ガス流量（Ｋｇ／ｍｉｎ）Ｐ：粉体吹き込みタンク元圧（Ｋｇｆ／ｃｍ²）
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の溶銑の
予備処理方法のために用いるインペラーであって、該イ
ンペラーから吐出する粉体吹き込み用配管を単管とし、
粉体圧送用タンクに直接または粉体圧送用タンクと吐出
孔の間の１ヶ所以上にキャリアガスを挿入し、第１式：
（Ｗ×ｄ）／（Ｑ×Ｄ）≦１７、第２式：２≦Ｐ≦３
０、の内少なくともいずれか一方を満たす構造を有する
ことを特徴とする溶銑予備処理用インペラー装置。Ｄ：吐出孔内径（ｍｍ）、ｄ：精錬剤粉体の最大外径
（ｍｍ）、Ｗ：粉体吹き込み速度（Ｋｇ／ｍｉｎ）、
Ｑ：キャリアガス流量（Ｋｇ／ｍｉｎ）、Ｐ：粉体吹き
込みタンク元圧（Ｋｇｆ／ｃｍ²）