JP2006063418A - 溶融金属の精錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶融金属に粉粒体の精錬剤を添加して連続式の精錬を施すに際し、反応性に優れる粉粒体の精錬剤を効率良く溶融金属中へ添加すると同時に、落下する溶融金属の位置のエネルギーを利用して攪拌・混合し、溶融金属を効率的に精錬する。
【解決手段】 筒３の内部を充填させながら溶融金属８を落下させ、溶融金属の筒内の落下流に精錬剤添加用ランス４の下端を浸漬させて当該精錬剤添加用ランスから溶融金属の落下流に精錬剤９を添加し、溶融金属の落下によるエネルギーを利用して溶融金属と精錬剤とを混合させ、溶融金属と精錬剤との反応を進行させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶融金属に精錬剤を添加して溶融金属を連続式に精錬する溶融金属の精錬方法に関するものである。

溶融金属を精錬する方法の１つとして、例えば、粉状の脱硫剤を溶銑に添加して行なう脱硫処理のように、粉粒体の精錬剤を溶融金属に添加し、精錬剤と溶融金属とを攪拌・混合して精錬する方法が広く行なわれている。このような粉粒体の精錬剤を用いた精錬方法では、一般に、溶融金属に比較して密度の小さい精錬剤をいかに溶融金属中へ分散させるかが重要な課題であると共に、精錬剤と溶融金属との反応を進行させるための攪拌力をいかに与えるかが重要な課題である。以下、粉粒体の精錬剤を添加する精錬方法の例として溶銑の脱硫処理を挙げ、これらの課題に対する従来の対策を説明する。

溶銑の脱硫方法としては、バッチ式脱硫方法と連続式脱硫方法とが行なわれている。バッチ式脱硫方法とは、高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋或いはトーピードカーなどの溶銑搬送容器に収容し、脱硫設備に移動して溶銑搬送容器内で脱硫剤を添加して脱硫処理を行なう方法であり、一方、連続式脱硫方法とは、高炉から出銑されて溶銑樋などを流れる溶銑に連続的に脱硫剤を添加して脱硫する方法である。

バッチ式脱硫方法としては、（１）インペラーと呼ばれる攪拌羽根によって溶銑を攪拌しながら脱硫剤を投入し、脱硫処理を行なう機械攪拌式脱硫法、（２）脱硫剤を搬送用ガスと共に溶銑中に吹き込み、脱硫処理を行なうインジェクション法、（３）脱硫剤を溶銑へ投入し、脱硫剤とは別に溶銑中に吹き込まれたガスによって溶銑を攪拌し、脱硫処理を行なうガスバブリング法などが行なわれている。

これら従来のバッチ式脱硫方法を用いた場合には、脱硫設備として、攪拌装置、ガス及び脱硫剤の吹き込み装置、脱硫剤の添加装置、集塵装置、排滓装置及び排滓場所などの多くの装置を必要とするため、高額な設備費を必要とする。特に、機械攪拌式脱硫法では、脱硫反応の効率は高いが、巨大なインペラーを回転させ更に昇降させる必要があることから設備費が増大する。また、脱硫処理のための準備時間、脱硫処理のための時間及び排滓処理のための時間をそれぞれ必要とし、これら処理時間が長くなることによって溶銑温度が低下するという弊害を招く。更に、インペラーの顕熱、搬送用ガスの顕熱、攪拌用ガスの顕熱など、溶銑温度の低下を来す熱ロスの要因が大きいという欠点もある。

また更に、ガスバブリング法では、吹き込んだガスによって溶銑と脱硫剤とを攪拌・混合させるが、溶銑の湯面上に一旦浮上してしまった脱硫剤を溶銑中に分散させるという作用効果は期待できず、満足な混合状態が得られない。また、インジェクション法では、脱硫剤は全て溶銑中に搬送されるが、搬送用ガスの気泡内にも脱硫剤が存在し、気泡内の脱硫剤は溶銑と反応しないまま、気泡と共に溶銑湯面上に浮上してしまい、やはり脱硫剤の溶銑中への効果的な分散は期待できない。

このように、溶銑のバッチ式脱硫方法では、脱硫反応効率は高いが、設備費が高く、また処理時間が長くなるという問題点が大きいため、この問題点を解決すべく、高炉からの出銑時、流れる溶銑に対して脱硫剤を添加して行なう連続式脱硫方法が多数提案されている。

例えば、特許文献１には、高炉出銑樋の途中に湯溜部を設け、出銑中、湯溜部に溜まっている溶銑に上吹きランスから脱硫剤を吹き込み、連続的に脱硫する方法が提案されている。しかし、出銑樋の途中に湯溜部を形成することは、バッチ式脱硫方法と同様に高額な設備費を必要とするのみならず、湯溜部とはいうものの溶銑は流れており、湯溜部での脱硫処理では十分な攪拌が得られず、バッチ式脱硫方法に比べて脱硫効率が低下するという欠点もある。

また、脱硫反応の効率を向上させるために、特許文献２には、出銑樋を流れる溶銑表面に向けてガスと共に脱硫剤を吹き付ける方法が提案され、特許文献３には、出銑樋を落差のある２段の樋に二分し、上流側の樋を流れる溶銑に脱硫剤を添加し、落差によって生ずる攪拌流に脱硫剤を巻き込ませると共に、攪拌流の近傍にガスを吹き付けて脱硫剤を攪拌流に巻き込ませる方法が提案されている。しかし、これらの方法では、脱硫剤吹き付け用ランス或いはガス吹き付け用ランスが必要であり、設備は複雑で設備費用も安価とはいえず、また、攪拌力が弱く、脱硫効率は余り向上しないという欠点がある。

また、特許文献４には、出銑樋を流れる溶銑に脱硫剤を添加し、出銑樋から溶銑搬送容器に落下する溶銑の落下エネルギーを攪拌力に利用すると同時に、溶銑搬送容器に浸漬させたインジェクションランスから攪拌用ガスを吹き込みながら脱硫する方法が提案されている。しかし、この方法は、バッチ式のインジェクション法を組み合せた方法であり、バッチ式脱硫方法の設備費が高いという欠点を解決していない。

更に、特許文献５には、その内部に脱硫剤導入管を具備し、この脱硫剤導入管の下端位置よりも下側では内径が小さくなった溶銑導入管を通して下方に配置した溶銑搬送容器に溶銑を落下させる際に、溶銑導入管の下端を溶銑搬送容器内の溶銑に浸漬させると共に脱硫剤導入管から溶銑導入管内の溶銑落下流に脱硫剤を添加することにより、溶銑導入管下端部ではガスの巻き込みがなく、脱硫剤の混合された溶銑流を形成して脱硫する方法が提案されている。この技術の特徴は、（１）気泡の巻き込みを防止するために搬送用ガスの代わりに溶銑自体を搬送用液体として利用する点、（２）溶銑導入管の下端部の流路断面積を減少させ、ガスを上方へ押し戻し、脱硫剤のみを溶銑中に混合させる点、（３）溶銑導入管の下端部を溶銑中に浸漬させ、溶銑搬送容器内における脱硫剤の混合分散を促進させる点である。

しかしながら、特許文献５の技術を高炉からの出銑時に適用した場合には、以下の問題点がある。即ち、（１）搬送用ガスを用いないで粉状の脱硫剤を脱硫剤導入管へ輸送することは実際には不可能であること、（２）溶銑導入管の下端部分の流路断面積を減少させる必要があるために溶銑導入管の形状設計が複雑になり、実際に使用した場合には溶損などによって所定の形状を維持できなくなり、使用命数が極めて短くなる可能性が高いこと、（３）溶銑導入管の下端部を溶銑に浸漬させる必要があることから、溶銑搬送容器内で使用する場合には、溶銑搬送容器の高さと同等の長い導入管を必要とする、或いは、溶銑搬送容器内の溶銑の湯面上昇に合わせて溶銑導入管を上昇させるための昇降装置が必要になるなどとといった欠点がある。
特開昭５３−４５６９３号公報 特開昭５８−１３０２０８号公報 特開昭４９−３４４１６号公報 特開平５−１７８０９号公報 特開昭５５−１５９８３０号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高炉鋳床における溶銑の連続式脱硫処理方法などのように、溶融金属に粉粒体の精錬剤を添加して連続式の精錬を施すに際し、反応性に優れる粉粒体の精錬剤を効率良く溶融金属中へ添加すると同時に、落下する溶融金属の位置のエネルギーを利用して攪拌・混合し、溶融金属を効率的に精錬することのできる溶融金属の精錬方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、前述した種々の脱硫方法の欠点に着目し、溶銑の脱硫方法において反応効率を向上させる方法について鋭意研究を進めた。その結果、機械攪拌式脱硫法及びガスと共に脱硫剤を吹き付ける脱硫方法における反応効率の低下原因として、脱硫剤添加の際に脱硫剤が溶銑表面まで達することなく、飛散してしまうことによる添加歩留まりの低下が原因であり、また、機械攪拌式脱硫法においては強攪拌によって脱硫剤が凝集し、この脱硫剤の凝集による反応界面積の低下が反応効率の低下につながっていることが判明した。更に、溶銑浴中への脱硫剤の添加歩留まりを上げるべくインジェクション法を用いた場合には、脱硫剤と同時に浴中へ吹き込まれる搬送用ガスの気泡の上昇が脱硫剤の浮上を促進してしまい、反応時間を減少させるのみならず、脱硫剤が気泡と共に浴中へ添加されるため、脱硫剤と溶銑との反応が阻害されるという欠点があることが分かった。

これらの結果から、インジェクション法における脱硫剤の浴中への添加歩留まりが良いという長所を生かし、欠点である気泡の存在を極力減少させることが達成されれば、脱硫反応に及ぼす気泡の悪影響を抑制することができ、高効率の脱硫反応が得られるとの知見が得られた。更に、鉛直方向に向いた筒状の容器内に溶銑の落下流が充填して形成されている場合には、その落下流中にガス吹き込み用ランスを浸漬するだけで、落下流による吸引力によってランスの内部を通って気体が吸い込まれる現象に着目し、例えば、高炉鋳床から溶銑搬送容器へ落下する溶銑の落下流による吸引力を利用することで、少ない搬送用ガスによって脱硫剤を溶銑中へ添加することができると共に脱硫剤を溶銑中に効率的に分散させることができるとの知見を得た。

そこで、図１に示す水モデル装置を用い、落下流による吸引力によってランスから気体が吸い込まれる現象を調査した。先ず、容器２１に給水管２２から水２７を連続的に供給し、容器２１に水２７を滞留させながら容器２１の底面に接続した液体落下用筒２３を経由して水２７を落下させた状態で、粉体添加用ランス２４を容器２１の上方から液体落下用筒２３の中心へ次第に降下させていった。その結果、粉体添加用ランス２４の下端が液体落下用筒２３の上端よりも鉛直方向下方に位置した時点から、急速に、空気が粉体添加用ランス２４の内部を通って液体落下用筒２３を落下する水２７の落下流に巻き込まれることが確認された。この時、巻き込まれた空気は、水２７の落下流の中心部で筒状の連続した層を形成していた。

この場合、流量計２６で確認しながら流量調整弁２５を用いて巻き込まれる空気の流量を調整し、粉体添加用ランス２４に吸引される空気の流量を、液体落下用筒２３における水の落下速度ｕ（ｍ／秒）と粉体添加用ランス２４の下端の断面積Ａ₁ （ｍ² ）とから計算される流量Ｖ₁'（ｍ³ ／秒）（Ｖ₁'＝Ａ₁ ×ｕ）よりも減少させたところ、巻き込まれる空気は連続した筒状の形状から非連続的な分散した形状に変化することが確認された。巻き込まれる空気が分散した状態で、粉体添加用ランス２４の上部から粉体を添加したところ、空気層の分散に伴って粉体が気泡から分離され、水２７の落下流中へ分散していく状態が確認された。これは、落下流による剪断力により巻き込まれた空気が剪断されたものと考えられる。また、巻き込まれる空気の量を少なくするにつれ、落下流中へ分散する気泡の径は小さくなることが分かった。更に、巻き込まれる空気の量を極小にした場合には、空気はほとんど落下流中へ巻き込まれず、粉体のみが巻き込まれていく様子が確認できた。

このことから、巻き込まれる気泡を少なくするためには、粉体添加用ランスからの気体の流量Ｖ₁'（ｍ³ ／秒）と、液体落下用筒における液体の落下速度ｕ（ｍ／秒）及び粉体添加用ランスの下端の断面積Ａ₁ （ｍ² ）との関係をＶ₁'＜Ａ₁ ×ｕとすればよいことが分かった。粉体添加用ランスの下端の外径をｄ₁ とするとＡ₁ ＝π×（ｄ₁ ／２）² であり、従って、粉体添加用ランスの搬送用ガスの流量をＶ₁ （Ｎｌ／分）で表示すると、前記関係式は下記の（１）式で表される。即ち、粉体添加用ランスからの搬送用ガスの流量Ｖ₁ （Ｎｌ／分）と、精錬剤添加用ランスの下端部の外径ｄ₁ （ｍｍ）と、溶融金属の筒内の落下速度ｕ（ｍ／秒）とを、下記の（１）式を満足するように調整することで、巻き込まれる気泡が少ない状態で粉粒体の精錬剤を溶融金属に添加することができる。

尚、ここで溶融金属の筒内の落下速度ｕは、容器内に滞留した溶融金属の滞留深さＨ（ｍ）により定まる速度であり、溶融金属の密度ρ（ｋｇ／ｍ³ ）と重力加速度ｇ（ｍ／秒² ）とを用い、位置エネルギーと運動エネルギーとの関係を示す下記の（２）式を整理した、下記の（３）式によって求めることができる。

更に、粉体添加用ランスを液体落下用筒中に挿入した状態でも、液体落下用筒中に充填した落下流を形成するためには、粉体添加用ランスの断面積（Ａ₁ ）と液体落下用筒の流路の断面積（Ａ₂ ）との比が重要であり、粉体添加用ランスの断面積Ａ₁ が液体落下用筒の流路の断面積Ａ₂ に対して大きくなり過ぎると充填流が形成されない傾向にあることが分かった。即ち、液体落下用筒の流路の断面積Ａ₂ に対する粉体添加用ランスの断面積Ａ₁ の比（Ａ₁ ／Ａ₂ ）が１／４以下の場合に充填流が形成されることが判明した。液体落下用筒や粉体添加用ランスの断面が円形の場合には、粉体添加用ランスの外径をｄ₁ 、液体落下用筒の内径をｄ₂ とすると、比（Ａ₁ ／Ａ₂ ）が１／４となる条件は下記の（４）式で表すことができる。即ち、精錬剤添加用ランスの下端部の外径ｄ₁ と液体落下用筒の内径ｄ₂ とを、下記の（４）式を満足するように調整することで、液体落下用筒の内部に安定して充填する落下流を形成させることができる。

本発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶融金属の精錬方法は、筒の内部を充填させながら溶融金属を落下させ、溶融金属の筒内の落下流に精錬剤添加用ランスの下端を浸漬させて当該精錬剤添加用ランスから溶融金属の落下流に精錬剤を添加し、溶融金属の落下によるエネルギーを利用して溶融金属と精錬剤とを混合させ、溶融金属と精錬剤との反応を進行させることを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第１の発明において、前記筒の下端は、大気中へ開放されており、溶融金属の落下流は大気中を落下していくことを特徴とするものである。

第３の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第１または第２の発明において、前記精錬剤は、精錬剤添加用ランスから搬送用ガスと共に添加されることを特徴とするものである。

第４の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第３の発明において、前記搬送用ガスの流量Ｖ₁ （Ｎｌ／分）と、溶融金属の筒内の落下速度ｕ（ｍ／秒）と、精錬剤添加用ランスの下端部の外径ｄ₁ （ｍｍ）とが、上記の（１）式の関係を満足することを特徴とするものである。

第５の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記筒の内径ｄ₂ （ｍｍ）と精錬剤添加用ランスの下端部の外径ｄ₁ （ｍｍ）とが、上記の（４）式の関係を満足することを特徴とするものである。

第６の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、添加する精錬剤として、粒度が１００μｍ以下の精錬剤を使用することを特徴とするものである。

第７の発明に係る溶融金属の精錬方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記溶融金属が溶銑であり、前記精錬剤が脱硫剤であって、高炉鋳床から溶銑搬送容器に溶銑を注入する際に前記落下流を形成し、溶銑に対して脱硫処理を施すことを特徴とするものである。

本発明によれば、筒内を充填して落下する溶融金属の落下流による吸引力を利用して粉粒体の精錬剤を落下流中に添加するので、少ない搬送用ガスで粉粒体の精錬剤を溶融金属中に添加することが可能となり、その結果、添加された精錬剤は搬送用ガスの気泡を介在することなく溶融金属中に分散され、且つ、溶融金属と共に落下して下方の溶融金属の浴に衝突するので、精錬剤と溶融金属とが直接接触する機会が従来の方法に比較して大幅に増大すると同時に、落下エネルギーによって精錬剤と溶融金属とが強力に混合され、溶融金属と精錬剤との反応が促進される。

以下、本発明を、高炉から出銑された溶銑の溶銑樋から溶銑搬送容器内に落下する過程における脱硫処理に適用した場合を例とし、添付図面を参照して具体的に説明する。図２は、本発明に係る溶銑の脱硫精錬を実施する際に用いた高炉鋳床及び受銑設備の１例を示す概略側面図である。

図２において、１は、高炉鋳床に設置され、高炉（図示せず）から出銑される溶銑を流出させるための溶銑樋、５は、溶銑樋１の出側直下に設置される傾注樋、６は、傾注樋５からの溶銑の落下位置に配置される溶銑搬送容器としての溶銑鍋である。ここで、傾注樋５は、長い舟形の形状であり、溶銑樋１から連続して流出してくる溶銑８を舟形形状の中央部で受け、その長手方向中央部を軸として両側に傾動することにより、傾注樋５の両側の落下位置下方に配置された溶銑鍋６に注入方向を切り替えながら溶銑８を注入することの可能な装置であり、また、溶銑鍋６は、搬送用台車に積載されているが、図では搬送用台車を省略している。更に、図では溶銑搬送容器として溶銑鍋６を使用しているが、溶銑鍋６の代わりにトーピードカーを用いることもできる。

この構成の高炉鋳床及び受銑設備において、溶銑樋１と傾注樋５との間の溶銑樋１の直下には、溶銑樋１から落下する溶銑８を受けて滞留させると同時に、下方の傾注樋５に向けて溶銑８を落下させるための容器２が配置されている。即ち、容器２の底部には、溶銑８を通すための落下用筒３が略鉛直方向に向いて配置されている。この落下用筒３の内部を通って落下する溶銑８が、傾注樋５に注入するようになっている。落下用筒３の設置方向は略鉛直方向であるが、溶銑８の落下が可能であるならば斜め下方を向いた方向であってもよい。

また、容器２の上方には、上下方向の移動が可能で、その先端が落下用筒３の内部に挿入可能である、長い筒状の精錬剤添加用ランス４が配置されている。図２では精錬剤添加用ランス４の昇降装置は省略している。精錬剤添加用ランス４の上端部は、粉粒体の精錬剤としての脱硫剤９を収容するホッパー７と気送管１０を介して連結しており、粉状の脱硫剤９がＡｒガス、窒素ガスなどの搬送用ガスと共に、精錬剤添加用ランス４の先端部から精錬剤添加用ランス４の内部に供給されるようになっている。精錬剤添加用ランス４の外径はｄ₁ 、落下用筒３の流路となる内径はｄ₂ であり、精錬剤添加用ランス４の外表面及び落下用筒３は耐火物製である。

搬送用ガスとしてはどのようなガス種であっても使用することができるが、ここでは溶銑８の脱硫処理を前提としており、脱硫反応が還元反応であることから、搬送用ガスとしては、Ａｒガスなどの希ガス、窒素ガスなどの非酸化性ガス、或いは、プロパンガスなどの還元性ガスを使用することが好ましい。脱硫剤９としては、通常、溶銑８の脱硫処理に使用するフラックスであれば何でも使用することができる。安価な脱硫剤９としては、例えば、生石灰或いは生石灰に蛍石を混合したものなどが使用できる。

このようにして構成される高炉鋳床及び受銑設備において、本発明に係る脱硫処理方法を以下のようにして溶銑８に対して実施する。

高炉からスラグと共に出銑された溶銑８を、溶銑樋１の上流側に設置される大樋（図示せず）に設置したスキンマー（図示せず）によってスラグと分離し、分離した溶銑８を溶銑樋１から容器２に連続的に注入する。容器２に注入された溶銑８は、容器２の底部に設置された落下用筒３の内部を通って傾注樋５に落下する。落下用筒３の内部には精錬剤添加用ランス４を配置する。精錬剤添加用ランス４は、予め配置しても、溶銑８を受けてから配置してもどちらでも構わない。

溶銑８は、落下用筒３の内壁面と精錬剤添加用ランス４の外表面との間隙を通って流下するが、本発明においては、流下する溶銑８で落下用筒３の内部を充填させる必要があり、そのためには、容器２の内部に溶銑８を溜め、落下用筒３の上端部で溶銑８の静圧を作用させる必要がある。所定値以上の静圧が作用することで、容器２に滞留する溶銑８に渦巻きなどによる空気の巻き込みを形成させずに、落下用筒３の内部で溶銑８の充填流を形成させることができる。溶銑樋１からの溶銑８の供給量が或る所定の範囲にある場合、前記間隙の面積を大きくし過ぎると落下用筒３を流下する溶銑８の流量が増え、容器２に滞留する溶銑８が少なくなり、静圧が小さくなって充填流を形成しにくくなるので、落下用筒３の内径（ｄ₁ ）は溶銑樋１から供給される溶銑８の流量に応じて設定する必要がある。具体的には、容器２に滞留する溶銑８の湯面高さ（Ｈ）が１００ｍｍ以上確保されるように、溶銑８の供給量に応じて落下用筒３の内径（ｄ₁ ）を設定することが好ましい。

また、落下用筒３の内部に安定して溶銑８の充填流を形成させるために、精錬剤添加用ランス４の下端部の外径（ｄ₁ ）と落下用筒３の内径（ｄ₂ ）とが、上記の（４）式の関係を満足するように設定すること、即ち、精錬剤添加用ランス４の外径（ｄ₁ ）を落下用筒３の内径（ｄ₂ ）の１／２以下にすることが好ましい。

落下用筒３の内部で流下する溶銑８の充填流が形成されることで、精錬剤添加用ランス４の先端部には溶銑８の流路が拡大することに基づいて負圧が発生し、少ない搬送用ガス流量であっても粉状の脱硫剤９が精錬剤添加用ランス４の先端から吸い込まれるようにして溶銑８に供給される。溶銑８に供給された脱硫剤９は、溶銑８と混合しながら落下用筒３の内部を流下し、落下用筒３の下端を抜けた以降は空気中を落下し、傾注樋５に溜まった溶銑８に衝突して傾注樋５に注入される。この衝突の際の落下エネルギーによって溶銑８と脱硫剤９とは激しく混合される。このように、落下用筒３の内部、落下用筒３からの落下時及び傾注樋５において溶銑８と脱硫剤９とは激しく混合されるので、溶銑８の脱硫反応が促進される。更に、溶銑８は、傾注樋５から溶銑鍋６へも落下して供給されるので、この落下エネルギーによっても強攪拌され、脱硫反応が促進される。

この場合、落下用筒３の下端を傾注樋５の溶銑８に浸漬させる必要はない。従って、傾注樋５に溜まる溶銑８の湯面高さに応じて落下用筒３を昇降させるなどといった作業は全く必要なく、また、落下用筒３を短くすることもできる。

また、多量のガス気泡を溶銑８に介在させずに溶銑８と脱硫剤９との混合を促進させるには、搬送用ガスの流量は少ないほど好ましく、従って、搬送用ガスの流量Ｖ₁ （Ｎｌ／分）と、溶銑８の落下用筒３の内部での落下速度ｕ（ｍ／秒）と、精錬剤添加用ランス４の下端部の外径ｄ₁ （ｍｍ）とが、上記の（１）式の関係を満足するように設定することが好ましい。落下速度ｕ及び精錬剤添加用ランス４の外径ｄ₁ は、脱硫処理中には変更することが実質不可能であるので、搬送用ガスの流量Ｖ₁ を調整して（１）式の関係を満足するようにする。

このように、本発明方法によれば、落下用筒３の内部を充填して落下する溶銑８の落下流による吸引力を利用して粉体の脱硫剤９を落下流中に添加するので、少ない搬送用ガスで粉体の脱硫剤９を溶銑８に添加することが可能となり、添加された脱硫剤９は搬送用ガスの気泡を介在することなく溶銑８に分散され、且つ、溶銑８と共に落下して下方の傾注樋５に滞留する溶銑８の浴に衝突するので、脱硫剤９と溶銑８とが直接接触すると同時に、落下エネルギーによって脱硫剤９と溶銑８とが強力に混合され、溶銑８の脱硫剤９による脱硫処理が促進される。

尚、本発明は上記説明に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では溶銑樋１から落下する溶銑８に対して本発明方法を適用したが、溶銑樋１から落下する溶銑８の代わりに傾注樋５から落下する溶銑８に対しても上記説明に沿って本発明方法を適用することができる。また、脱硫処理に適用した例で説明したが、溶銑８の脱珪処理にも、脱硫剤９の代わりに酸化鉄を脱珪剤として使用することで適用することができる。脱珪処理の場合には搬送用ガスとして酸素ガス、空気などの酸化性ガスを使用することができる。

また、本発明方法で対象とする溶融金属は、溶銑及び溶鋼以外の非鉄金属であってもよい。溶融金属を落下させるための容器２の形状についても、略鉛直方向への溶融金属の排出が可能な形状である限り、どのような形状であってもよい。また、容器２を用いず、樋状の流路に溶融金属の湯溜まり部分を形成し、そこから溶融金属を連続的に落下させるようにしてもよい。更に、容器２を用いず、傾注樋５に落下用筒３を設置してもよい。

使用する精錬剤の粒度は、用いる精錬剤添加用ランス４の形状、精錬剤の種類、精錬の種類などに応じて最適な粒度を選択するものとする。反応界面積を増加させるためには細粒の精錬剤を用いることが好ましく、一般的に粒径が１ｍｍ以下の精錬剤を用いることが多いが、本発明方法においては、溶融金属と精錬剤との反応を促進させる観点から、使用する精錬剤は、例えば５００μｍ以下の粒度のものが好ましく、更に、１００μｍ以下の粒度のものが望ましい。最適な粒度分布は装置の大きさや精錬剤添加用ランス４の形状などによって異なるため、使用する設備の能力に応じた粒子径を選択することが望ましい。

本発明方法を、図２に示す設備を用い、高炉から出銑された溶銑の脱硫処理に適用した例で説明する。

先ず、精錬剤添加用ランスを容器の上方の所定位置に設置し、精錬剤添加用ランス先端の詰まりを防止するために所定量のガスを流した。この状態で高炉からの出銑に備えた。高炉からの出銑時、連続的に出銑される溶銑は大樋及び溶銑樋を経由して容器に流入する。出銑時の溶銑の組成は、珪素：０．２〜０．３質量％、炭素：４．５〜４．８質量％、硫黄：０．０３５〜０．０４質量％であり、溶銑温度は１４８０〜１５５０℃であった。

溶銑は、容器内に溜まると同時に落下用筒を流下して傾注樋に落下する。容器内に所定量の溶銑が溜まり、落下用筒の内部に溶銑の充填落下流が形成されたなら、落下用筒の内部の所定位置に精錬剤添加用ランスの先端位置を設置し、所定量の脱硫剤を搬送用ガスのＡｒガスと共に連続的に添加した。溶銑の充填落下流による吸引力によって脱硫剤が精錬剤添加用ランスから溶銑中に吸い込まれ、落下用筒内で分散しながら溶銑と共に傾注樋に落下し、更に、傾注樋から溶銑鍋に落下する。このようにして溶銑と脱硫剤とを混合させて脱硫処理を施した。溶銑鍋に所定量の溶銑が収容された時点で傾注樋を反対側に傾動させ、待機していた別の溶銑鍋に溶銑を注入しながら引き続き脱硫処理を行なった。

脱硫剤としては、生石灰を主成分とし、これに約５質量％の蛍石を添加したものを使用し、脱硫剤の添加量は溶銑トン当たり約５ｋｇの一定値とした。落下用筒の内部を落下する溶銑の落下速度（ｕ）、精錬剤添加用ランス先端の外径（ｄ₁ ）、落下用筒の内径（ｄ₂ ）、使用した脱硫剤の粒度、搬送用Ａｒガスの流量（Ｖ₁ ）などの処理条件を変化させて脱硫処理を実施した。処理条件及び脱硫結果を下記の表１に示す。

表１に示すように、本発明に係る脱硫方法を実施することにより、高炉から出銑された溶銑に対して溶銑搬送容器に受銑する工程で連続的に脱硫処理を施すことが可能となり、しかも、処理後の溶銑中硫黄濃度を０．０２質量％程度以下の低いレベルに安定させることができた。また、４０％以上の脱硫率で脱硫処理することができた。

更に、精錬剤添加用ランス先端の外径（ｄ₁ ）と落下用筒の内径（ｄ₂ ）との関係を前述した（１）式の範囲とした場合（本発明例２）や、溶銑の落下速度（ｕ）と搬送用Ａｒガスの流量（Ｖ₁ ）との関係を前述した（４）式の範囲とした場合（本発明例３）には、５０％以上の高い脱硫率が得られた。また更に、その両方の条件を兼ね備えた場合（本発明例４）には、脱硫率は更に上昇して５５％であった。

また、脱硫剤を細かくしていくにつれて脱硫率は上昇した。本発明方法を用いれば、ホッパーなどからの切り出し投入による通常の上置き添加では飛散して使用できないような微粉の脱硫剤でも、歩留まり良く溶銑中へ添加することが可能であり、微粉の脱硫剤を使用することにより、脱硫反応の反応界面積が増大し、脱硫率が上昇したと考えられる。

水モデル装置の概略図である。 本発明に係る溶銑の脱硫精錬を実施する際に用いた高炉鋳床及び受銑設備の１例を示す概略側面図である。

符号の説明

１ 溶銑樋
２ 容器
３ 落下用筒
４ 精錬剤添加用ランス
５ 傾注樋
６ 溶銑鍋
７ ホッパー
８ 溶銑
９ 脱硫剤
１０ 気送管
２１ 容器
２２ 給水管
２３ 液体落下用筒
２４ 粉体添加用ランス
２５ 流量調整弁
２６ 流量計
２７ 水

Claims (7)

1. 筒の内部を充填させながら溶融金属を落下させ、溶融金属の筒内の落下流に精錬剤添加用ランスの下端を浸漬させて当該精錬剤添加用ランスから溶融金属の落下流に精錬剤を添加し、溶融金属の落下によるエネルギーを利用して溶融金属と精錬剤とを混合させ、溶融金属と精錬剤との反応を進行させることを特徴とする、溶融金属の精錬方法。
2. 前記筒の下端は、大気中へ開放されており、溶融金属の落下流は大気中を落下していくことを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属の精錬方法。
3. 前記精錬剤は、精錬剤添加用ランスから搬送用ガスと共に添加されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶融金属の精錬方法。
4. 前記搬送用ガスの流量と、溶融金属の筒内の落下速度と、精錬剤添加用ランスの下端部の外径とが、下記の（１）式の関係を満足することを特徴とする、請求項３に記載の溶融金属の精錬方法。
   Ｖ₁＜0.047×ｄ₁ ²×ｕ …(1)
   但し、（１）式において、Ｖ₁ は搬送用ガスの流量（Ｎｌ／分）、ｄ₁ は精錬剤添加用ランスの下端部の外径（ｍｍ）、ｕは溶融金属の筒内の落下速度（ｍ／秒）であり、下記の（３）式によって求められる。但し、（３）式において、ｇは重力加速度（ｍ² ／秒² ）、Ｈは容器内に滞留する溶融金属の深さ（ｍ）である。
   ｕ＝(2×ｇ×Ｈ) ^1/2 …(3)
5. 前記筒の内径と精錬剤添加用ランスの下端部の外径とが、下記の（４）式の関係を満足することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の溶融金属の精錬方法。
   ｄ₁/ｄ₂ ＜1/2 …(4)
   但し、（４）式において、ｄ₁ は精錬剤添加用ランスの下端部の外径（ｍｍ）、ｄ₂ は筒の内径（ｍｍ）である。
6. 添加する精錬剤として、粒度が１００μｍ以下の精錬剤を使用することを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の溶融金属の精錬方法。
7. 前記溶融金属が溶銑であり、前記精錬剤が脱硫剤であって、高炉鋳床から溶銑搬送容器に溶銑を注入する際に前記落下流を形成し、溶銑に対して脱硫処理を施すことを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の溶融金属の精錬方法。

Images