JP2007262501A - インペラーを用いた溶融金属の攪拌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インペラーを用いて溶融金属を攪拌するに当たり、処理容器の形状、インペラーの形状、処理する溶融金属の質量に応じて、どのような場合であっても最適な攪拌条件で攪拌することができる溶融金属の攪拌方法を提供する。
【解決手段】 処理容器２の溶融金属３にインペラー４を浸漬させ、該インペラーを回転させて溶融金属の浴面に渦を形成させて溶融金属を攪拌するに際し、処理容器内の溶融金属の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離である渦中心の凹み深さ（Ｈ）を所定の計算式によって算出したときに、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が、前記静止湯面１３からインペラー上端までの距離であるインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなるように、好ましくは、インペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和（ｈ＋ｂ）よりも大きくなるように、攪拌条件を定める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、処理容器に収容された溶銑や溶鋼などの溶融金属中にインペラーを浸漬させ、このインペラーを回転させて溶融金属を攪拌する方法に関し、詳しくは、溶融金属の浴面上に添加した精錬用フラックスを効率良く溶融金属中に分散させることのできる溶融金属の攪拌方法に関するものである。

高炉から出銑された溶銑には、通常、鋼の品質に悪影響を及ぼす硫黄（Ｓ）が高濃度で含まれており、しかも、次工程の転炉精錬工程では、酸化精錬による不純物の除去を目的としていることから、主として還元反応により除去される硫黄の除去は期待できず、そこで、要求される品質に応じて、種々の方法によって溶銑の予備脱硫処理或いは溶鋼の脱硫処理が行われている。

これらの脱硫処理においては、近年、安価なＣａＯ系の脱硫剤を用いても高い脱硫率を得られることから、溶銑中にインペラー（「攪拌羽根」或いは「回転翼」とも呼ぶ）を浸漬させ、このインペラーを回転させて溶銑を攪拌し、溶銑と脱硫剤とを攪拌させて脱硫する機械攪拌式脱硫法が主流になっている。また、使用するＣａＯ系脱硫剤においても、蛍石（ＣａＦ₂ ）やアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などがＣａＯの滓化促進用に配合されるなど、反応効率を高めるために種々の脱硫剤が開発されている。しかしながら、この機械攪拌式脱硫法を用いて溶銑を脱硫する場合には、効率良く脱硫するためには、どのような脱硫剤を用いたとしても、これらの脱硫剤をいかに効率良く溶銑中へ分散させるかが非常に重要となる。

脱硫剤の溶銑中への分散を良くするために、様々な形状のインペラーが開発されているが、インペラーの羽根枚数を増加させるなどして形状を複雑にした場合には、インペラーの製作が困難になるなどの弊害が予想される。また、機械攪拌式脱硫装置の攪拌力及び処理容器の形状などは各々の脱硫装置により種々雑多で、様々なものが用いられているのが実状である。また更に、同一装置、同一処理容器を用いた場合においても、処理する溶銑量の変化などによって最適な攪拌条件は異なってくるが、インペラーの浸漬位置などの攪拌条件は、通常一定で行われているのが実状である。

つまり、脱硫剤を溶銑中へ効率的に巻込ませて脱硫効率を向上させるには、溶銑量の変化などに応じて各々の設備の最適な条件で常に攪拌することが必要となる。

これに対処するべく、特許文献１には、上記のように処理条件が変更する場合に最適な攪拌条件を求める方法として、インペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの回転直径（ｄ）とインペラーの回転数（Ｎ）とが、所定の関係式を満足する範囲内で攪拌させる方法が提案されている。しかしながら、この方法は、インペラーのサイズ、浸漬深さ及び回転数のみを考慮したものであり、処理容器のサイズを全く考慮しておらず、処理容器のサイズが変化した場合には最適条件を求めることができないという欠点がある。

また、特許文献２には、インペラーを使用した最適な溶銑の攪拌方法を確立するために、溶銑湯面の渦凹み深さ（Ｈ）に対するインペラー浸漬深さ（ｈ）の比（ｈ／Ｈ）を０．６〜０．８とする方法が記載されている。しかしながら、実際には溶銑湯面の渦凹み深さ（Ｈ）を測定することは非常に困難であることから、実操業においては比（ｈ／Ｈ）を最適値に制御することは容易ではない。

特許文献３には、機械攪拌式脱硫法による溶銑の脱硫処理において、静止湯面の溶銑の深さ（Ｌ₀ ）に対する攪拌により形成される凹み深さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ₀）が０．０２以上になるように攪拌しながら、水素ガスまたは炭化水素ガスを含むガスを溶銑に吹き付けて脱硫する方法が記載されている。しかしながら、前述したように溶銑湯面の凹み深さ（Ｈ）を測定することは非常に困難であることから、実操業においては、比（Ｈ／Ｌ₀）を最適値に制御することは容易ではない。

特許文献４には、処理容器の内径（Ｄ）に対する計算凹み深さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）が０．８５以上になるようにインペラーで攪拌しながら脱燐処理する方法が提案されている。しかしながら、この方法では比（Ｈ／Ｄ）のみを考慮しており、溶銑の収容量が変われば凹み深さ（Ｈ）の最適値は変化することになるが、それを考慮しておらず、常に最適条件で攪拌するには不十分である。

特許文献５には、インペラーを用いて溶銑を攪拌する際に、溶銑浴面をカメラによって撮影し、この撮影画面から溶銑の流速を算出し、算出された流速が目標とする流速になるように、インペラーの浸漬深さ及び回転数を制御する方法が提案されている。しかしながら、溶銑湯面に浮遊するスラグの移動速度と溶銑の流速とは一致しないことから、正確には対処することができない。また、溶銑の流速が目標値から乖離した時点で修正しており、つまり溶銑の流速が目標値から乖離した場合の対処方法を提案するのみで、目標値となる最適な条件を予め設定することはできない。
特開２００１−２２０６２０号公報 特開２００１−２４７９１０号公報 特開２００３−１６６００９号公報 特開２００４−６８０３６号公報 特開２００３−３０６７１０号公報

上述したように、インペラーを用いて溶融金属を攪拌する場合に、種々の条件に適合する最適な攪拌条件を見出すことは困難であり、処理容器及びインペラーの形状によっては最適でない条件で攪拌させている場合が多く、改善を要する点が数多く存在しているのが現状である。

本発明は、こうした従来の問題点を解決するためになされたものであり、機械攪拌式脱硫法による溶銑の脱硫処理などのように、インペラーを用いて溶融金属を攪拌するに当たり、処理容器の形状、インペラーの形状、処理する溶融金属の質量に応じて、どのような場合であっても最適な攪拌条件で攪拌することができ、脱硫剤などの精錬剤を溶融金属中に効率良く分散させることのできる溶融金属の攪拌方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に検討・研究結果を説明する。

本発明者等は、上記課題を解決する要素として、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理する際の特徴的な現象である、攪拌時の溶銑浴面の形状に着目した。つまり、溶銑の機械撹拌式脱硫法においては、インペラーの回転数の増加に伴い、溶銑浴面中央部の凹みが深くなり、反対に処理容器側壁付近の溶銑は盛上っていき、インペラーの回転軸を中心とした渦が形成されており、この渦中心の凹み深さ及び処理容器側壁付近の溶銑の盛上り高さは、処理容器のサイズ、溶銑の処理量、インペラーの形状及びインペラーの回転数などによって異なることに着目した。

そこで先ず、機械攪拌式脱硫装置の水モデル実験装置を用いて、渦を形成したときの渦中心の凹み深さを定量的に求めることを検討した。図１に、機械攪拌式脱硫装置で攪拌して渦を形成させたときの概要を示す。図１において、２は処理容器である溶銑鍋、３は溶銑、４はインペラー、１３は溶銑の静止湯面であり、内径がＤである溶銑鍋２に収容された溶銑３に、回転直径がｄ、高さがｂ、羽根の傾斜角がθであるインペラー４を浸漬させて溶銑３を攪拌する様子を示している。但し、溶銑の静止湯面１３はインペラー４を浸漬させた時の湯面レベルである。溶銑３にはインペラー４の回転軸を中心とする渦が形成され、この渦中心の凹み深さ（Ｈ）は静止湯面１３からの距離として解析し、また、インペラーの浸漬深さ（ｈ）は静止湯面１３からの距離として解析している。

種々の攪拌条件における渦中心の凹み深さ（Ｈ）を測定し、インペラーの回転数、処理容器の内径（Ｄ）、インペラーの回転直径（ｄ）、インペラーの高さ（ｂ）、インペラーの羽根の傾斜角（θ）などを用いて、渦中心の凹み深さ（Ｈ）を計算式により求めた。つまり、下記に示す（１）式〜（４）式を用いることで、渦中心の凹み深さ（Ｈ）を算出できることを見出した。但し、（１）式〜（４）式において、Ｈは渦中心の凹み深さ（ｍ）、Ｎはインペラーの回転数（回／分）、Ｄは処理容器の内径（ｍ）、θはインペラーの羽根の傾斜角（rad ）、ｂはインペラーの高さ（ｍ）、ｄはインペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_P はインペラーの羽根枚数、ｇは重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅはレイノズル数（−）、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³ ）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。

この水モデルにおいて、（１）式〜（４）式を用いて計算される静止湯面からの渦中心の凹み深さ（Ｈ）と、溶銑における凹み深さの実測値とを比較した結果、両者は良く一致しており、インペラーを用いた溶銑の攪拌において、実測しなくても上記の式を用いて渦中心の凹み深さ（Ｈ）が推定可能であることを確認した。

また、実機において、これらの式を用いて算出される渦中心の凹み深さ（Ｈ）及びインペラーの浸漬深さ（ｈ）を変化させて溶銑の脱硫試験を実施し、これらの位置関係の脱硫率に及ぼす影響を調査した結果、これらの位置関係と脱硫率とには大きな相関があることを見出した。これは、渦中心の凹み深さ（Ｈ）とインペラーの浸漬深さ（ｈ）との関係が、脱硫剤の溶銑中への分散状態を決定しており、それが脱硫率に大きな影響を与えるからである。ここで脱硫率とは、処理前後の溶銑中硫黄濃度の差分を処理前の溶銑中硫黄濃度に対して百分率で表示したものである。

試験では、インペラーの浸漬深さ（ｈ）を一定とし、つまり溶銑の処理量と浸漬位置とを一定とし、インペラーの回転数を種々変更させて、渦中心の凹み深さ（Ｈ）とインペラーの浸漬深さ（ｈ）との位置関係、並びに、そのときの脱硫率を調査した。

インペラーの回転数が低く、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの上端よりも浅い場合には、つまり渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも小さい場合（Ｈ＜ｈ）には、脱硫剤はほとんど溶銑中へ分散せず、脱硫反応もわずかしか進行せず、２０％以下の低い脱硫率しか得られなかった。

渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの上端に達した時点（Ｈ＝ｈ）から脱硫剤の溶銑中への分散が促進され、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きい場合（Ｈ＞ｈ）には、脱硫率は７０％以上と高くなった。更に回転数を上げて渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの下端位置よりも深くなった場合（Ｈ＞ｈ+ｂ）には、大半の脱硫剤は溶銑中へ分散し、脱硫率は９０％以上と非常に高くなった。更に回転数を上げて渦中心の凹み深さ（Ｈ）が処理容器の底近辺迄に到達しても脱硫効率が向上する結果が得られた。

また、処理容器やインペラーのサイズ、溶銑の処理量、インペラーの浸漬深さ（ｈ）を変化させた場合にも同様の結果が得られた。これらの結果から、効率的に脱硫するためには、インペラーの回転によって生じる渦中心の凹み深さ（Ｈ）とインペラーの浸漬深さ（ｈ）との関係が非常に重要であり、渦中心の凹み深さ（Ｈ）をインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きくする、つまり「Ｈ＞ｈ」とする必要があり、望ましくは、渦中心の凹み深さ（Ｈ）をインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和よりも大きくする、つまり「Ｈ＞ｈ+ｂ」とすることが好ましいことが分かった。ここで重要なことは、効率的な脱硫処理に必要な事柄は、渦中心の凹み深さ（Ｈ）とインペラーの浸漬深さ（ｈ）との比ではなく、インペラーの浸漬深さ（ｈ）によって決まるインペラーの上端及び下端の位置と、渦中心の凹み深さ（Ｈ）との絶対的な位置関係である。

静止湯面を基準とする渦中心の凹み深さ（Ｈ）は、（１）式〜（４）式に示すように、処理容器のサイズ、溶融金属の処理量、インペラーの形状及び回転数、溶融金属の物性値などによって一義的に決定されるので、それによって求められる渦の形状とインペラーとの位置関係を上記の適切な位置に配置することで、どのような条件であっても最適な攪拌条件で溶融金属を攪拌することが可能となる。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係るインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法は、処理容器内の溶融金属にインペラーを浸漬させ、該インペラーを回転させて溶融金属の浴面に渦を形成させて溶融金属を攪拌するに際し、処理容器内の溶融金属の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離である渦中心の凹み深さ（Ｈ）を上記の（１）式〜（４）式によって算出したときに、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離であるインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなるように、攪拌条件を定めることを特徴とするものである。

第２の発明に係るインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法は、処理容器内の溶融金属にインペラーを浸漬させ、該インペラーを回転させて溶融金属の浴面に渦を形成させて溶融金属を攪拌するに際し、処理容器内の溶融金属の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離である渦中心の凹み深さ（Ｈ）を上記の（１）式〜（４）式によって算出したときに、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離であるインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和（ｈ＋ｂ）よりも大きくなるように、攪拌条件を定めることを特徴とするものである。

第３の発明に係るインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法は、第１または第２の発明において、前記溶融金属は、溶銑または溶鋼であることを特徴とするものである。

第４の発明に係るインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法は、第１または第２の発明において、前記溶融金属の攪拌方法は、脱硫剤を溶銑の浴面に供給して行う溶銑の脱硫処理プロセスにおける溶銑の攪拌方法であることを特徴とするものである。

本発明によれば、例えば機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑の脱硫処理を行う場合のように、インペラーを用いて溶融金属を攪拌するに当たり、使用する処理容器のサイズ及び処理する溶融金属量がどのようであっても、また、使用するインペラーの形状がどのようであっても、処理容器のサイズ、溶融金属の処理量、インペラーの形状などに応じて最適な攪拌条件を求めることができ、従って、どのような場合においても最適な攪拌条件下で溶融金属を攪拌することができる。その結果、脱硫剤などの精錬剤を溶融金属中に効率良く分散させることができ、脱硫剤などの精錬剤の削減、これによる発生スラグ量の削減などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を機械攪拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理プロセスに適用した場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。図２は、本発明を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の１例を示す概略断面図であり、図２は、溶銑を収容する処理容器として取鍋型の溶銑鍋を使用した例を示している。尚、本発明においては、形成される渦中心の凹み深さ（Ｈ）を、処理容器の内径（Ｄ）を用いて算出することから、使用する処理容器は、水平断面形状が円形の容器または楕円形の容器であることが必要である。但し、楕円形容器の場合の内径は長円方向の径と短円方向の径の平均値を内径Ｄとする。この点から、取鍋型の溶銑鍋は処理容器として最適である。

高炉から出銑された溶銑３を台車１に搭載された溶銑鍋２、或いは、トーピードカーで受銑し、受銑した溶銑３を機械攪拌式脱硫装置に搬送する。トーピードカーで受銑した場合には、脱硫処理に先立ち、取鍋型の処理容器に移し替えることが必要である。本発明による脱硫処理の対象となる溶銑３は、どのような成分であっても構わず、例えば、予め脱珪処理や脱燐処理が施されていてもよい。脱珪処理とは、脱燐処理を効率良く行うために脱燐処理に先立ち、溶銑３に酸素ガスや鉄鉱石などの酸素源を添加して主に溶銑中の珪素（Ｓｉ）を除去する処理である。

機械攪拌式脱硫装置には、図２に示すように、溶銑鍋２に収容された溶銑３に浸漬・埋没し、旋回して溶銑３を攪拌するための耐火物製のインペラー４が備えられており、このインペラー４は、昇降装置（図示せず）によってほぼ鉛直方向に昇降し、且つ、回転装置（図示せず）によって軸４ａを回転軸として旋回するようになっている。溶銑鍋２の上方位置には、集塵機（図示せず）に接続する排気ダクト口（図示せず）が備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが排出されるようになっている。

また、機械攪拌式脱硫装置には、ＣａＯを主体とするＣａＯ系脱硫剤５を収容するホッパー６と、金属Ａｌやアルミドロス粉末などの脱硫助剤９を収容するホッパー１０とが備えられている。ポッパー６に収容されたＣａＯ系脱硫剤５は、切出装置７によって切り出され、シュート８を介して任意のタイミングで溶銑鍋２の内部に供給できるようになっている。同様に、ホッパー１０に収容された脱硫助剤９は、切出装置１１によって切り出され、シュート１２を介して任意のタイミングで溶銑鍋２の内部に供給できるようになっている。これらのＣａＯ系脱硫剤５及び脱硫助剤９は、各々独立して溶銑鍋２の内部に供給できるようになっている。ここで、脱硫助剤とは、溶銑中或いはスラグ中の酸素と優先的に反応して、溶銑及びスラグの酸素ポテンシャルを低減させ、脱硫剤による脱硫反応を促進させるためのもので、脱硫助剤としては、主として金属Ａｌやアルミドロス粉末が使用され、この他に、アルミニウム融液をガスでアトマイズして得られるアトマイズ粉末や、アルミニウム合金を研磨、切削する際に発生する切削粉などの他のＡｌ源や、フェロシリコンのようなＳｉ合金や、Ｍｇ合金なども用いられている。

ＣａＯを主体とするＣａＯ系脱硫剤５としては、ＣａＯを含有し、溶銑３の脱硫処理ができるものであれば特にＣａＯの含有量に制約はないが、通常は、ＣａＯ単味またはＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてその他の成分としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＦ₂ 、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂などの滓化促進剤を含有するものである。ＣａＯ源としては、生石灰（ＣａＯ）、ドロマイト（ＭｇＣＯ₃ ・ＣａＣＯ₃ ）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、石灰石（ＣａＣＯ₃ ）などを使用することができる。

脱硫処理を開始する前に、処理容器である溶銑鍋２の内径（Ｄ：ｍ）、インペラー４の羽根の傾斜角（θ：rad ）、インペラー４の高さ（ｂ：ｍ）、インペラー４の回転直径（ｄ：ｍ）、インペラー４の羽根枚数（ｎ_P ）、重力加速度（ｇ）、溶銑３の密度（ρ：ｋｇ／ｍ³）、溶銑３の粘度（μＰａ・秒）と、予定とするインペラー４の回転数（Ｎ：回／分）とを、前述した（１）式〜（４）式に代入し、静止湯面１３を基準とする、渦中心の凹み深さ（Ｈ）を算出する。ここで、インペラー４の羽根とは、インペラー４の水平断面形状における突出部のことであり、羽根の傾斜角（θ）とは、羽根側面と水平線とのなす角度であり、図２では、傾斜角（θ）がないもの、つまり傾斜角（θ）が９０°（＝π／２）の羽根を供えたインペラー４を示している。また、溶銑鍋２の側壁が傾斜面である場合には、内径（Ｄ）は静止湯面１３の位置における内径とする。インペラー４の側壁が、傾斜面の場合には、上端の直径をｄとする。

また、脱硫処理の開始前に、静止湯面１３の位置を測定し、静止湯面１３を基準とした、インペラーの浸漬深さ（ｈ）を把握する。インペラー４は、昇降可能ではあるが、一般的には、任意の位置で停止して固定される構造、或いは、複数の浸漬高さ位置で停止して固定される構造にはなっておらず、通常、下限値まで下降し、そこで回転する。従って、このインペラー４の下限位置及び測定した静止湯面１３の位置に基づき、インペラーの浸漬深さ（ｈ）を求めることができる。尚、インペラー４が任意の位置で固定される構造の場合には、インペラーの浸漬深さ（ｈ）を、インペラー４を下限位置とした場合を最大値として、０からこの最大値までの範囲で任意に設定することができる。同様に、複数の浸漬高さ位置で停止して固定される構造にも、複数のインペラーの浸漬深さ（ｈ）を設定することができる。静止湯面１３は、前述したように、インペラー４を浸漬させた時の湯面レベルである。

算出した渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）と同等かそれよりも小さい場合には、インペラー４の回転数（Ｎ）を増大させて、再度、渦中心の凹み深さ（Ｈ）を算出する。このようにして、算出される渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなる条件を設定し、望ましくは、算出される渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラー４の高さ（ｂ）との和（ｈ＋ｂ）よりも大きくなる条件を設定する。インペラー４が任意の位置で固定される構造の場合、及び、複数の浸漬高さ位置で停止して固定される構造の場合には、溶銑３の処理量に応じてインペラーの浸漬深さ（ｈ）が小さくなるようにインペラー４の位置を設定することにより、インペラー４の回転数（Ｎ）を余り増大しなくても、目的とする攪拌条件とすることができる。

攪拌条件が設定されたなら、インペラー４を下降させて溶銑３に浸漬させる。この場合、インペラー４の位置が溶銑鍋２のほぼ中心になるように、溶銑鍋２を搭載した台車１の位置を予め調整しておく。インペラー４が溶銑３に浸漬したならば、インペラー４の旋回を開始し、設定した所定の回転数まで昇速する。インペラー４の回転数が所定の回転数に達したならば、ＣａＯ系脱硫剤５をシュート８を介して上置き投入する。ＣａＯ系脱硫剤５の上置き添加と並行して、または、上置き添加の前後に、若しくは脱硫処理期間の全期間に、脱硫反応を促進させるために、脱硫助剤９を溶銑鍋２の内部に供給することが好ましい。

そして、所定量のＣａＯ系脱硫剤５の投入が完了した以降も、インペラー４を旋回させて脱硫処理を継続し、所定時間の攪拌を行ったなら、インペラー４の回転数を減少させて停止させる。インペラー４の旋回が停止したなら、インペラー４を上昇させ、溶銑鍋２の上方に待機させる。生成したスラグ（図示せず）が浮上して溶銑表面を覆い、静止した状態で溶銑３の脱硫処理が終了する。脱硫処理終了後、生成したスラグを溶銑鍋２から排出し、次の精錬工程に溶銑鍋２を搬送する。

このようにして溶銑３に対して脱硫処理を施すことで、使用する溶銑鍋２のサイズ及び処理する溶銑量がどのように変化しても、また、使用するインペラー４の形状がどのようであっても、溶銑鍋２のサイズ、溶銑３の処理量、インペラー４の形状などに応じて最適な攪拌条件を求めることができ、従って、どのような場合においても最適な攪拌条件下で溶銑３を攪拌することができる。その結果、ＣａＯ系脱硫剤５を溶銑中に効率良く分散させることができ、換言すれば脱硫効率を向上させることができ、ＣａＯ系脱硫剤５の削減、これによる発生スラグ量の削減などが達成される。

尚、本発明は上記の説明範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では本発明を溶銑の脱硫処理プロセスに適用した例で説明したが、溶銑の脱燐処理プロセスであっても上記に沿って適用することができる。

図２に示す機械攪拌式脱硫装置を用い、脱硫剤として５質量％のＣａＦ₂ を含有した生石灰粉を使用して脱硫処理を行った結果を示す。使用したインペラーは、４枚の羽根を有し、羽根に傾斜角度のないもの（θ＝π／２）である。用いた溶銑の化学成分は、Ｃ：３．５〜５．０質量％、Ｓｉ：０．１〜０．３質量％、Ｓ：０．０２〜０．０４質量％、Ｐ：０．１０〜０．１５質量％で、溶銑温度は１３００〜１４５０℃の範囲であった。脱硫処理は、１５０〜３５０トンの溶銑が収納可能な溶銑鍋を処理容器として用いた。

内径（Ｄ）が３．９ｍで、３５０トンの溶銑を収容することのできる溶銑鍋に、インペラーの回転直径（ｄ）が１．４ｍ、インペラーの高さ（ｂ）が０．８ｍのインペラーを浸漬させ、インペラーの回転数とインペラーの浸漬深さ（ｈ）を変化させて脱硫処理を実施した。インペラーの浸漬深さ（ｈ）はインペラーの下降位置を変化させて調整した。表１に攪拌条件及び脱硫率を示す。表１に示す渦中心の凹み深さ（Ｈ）は（１）式〜（４）式を用いて算出した計算値である。

表１に示すように、インペラーの回転数が９０回／分及び１１０回／分の何れの場合であっても、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも小さい攪拌条件（Ｈ＜ｈ）では、脱硫率は１５％以下であり、脱硫はほとんど進行しなかった。これに対して、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きい攪拌条件（Ｈ＞ｈ）の場合には、脱硫率は７０％以上となり、更に、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和よりも大きい攪拌条件（Ｈ＞ｈ＋ｂ）の場合には、脱硫率は９０％以上となった。

また、使用する溶銑鍋及びインペラーのサイズを変えて、上記と同様に脱硫処理を実施し、溶銑鍋及びインペラーのサイズによる影響を調査した。

即ち、内径（Ｄ）が３．５ｍで、２００トンの溶銑を収容することのできる溶銑鍋に、インペラーの回転直径（ｄ）が１．３ｍ、インペラーの高さ（ｂ）が０．６ｍのインペラーを浸漬させ、インペラーの回転数とインペラーの浸漬深さ（ｈ）を変化させて脱硫処理を実施した。インペラーの浸漬深さ（ｈ）はインペラーの下降位置を変化させて調整した。表２に攪拌条件及び脱硫率を示す。表２に示す渦中心の凹み深さ（Ｈ）は（１）式〜（４）式を用いて算出した計算値である。

表２に示すように、インペラーの回転数が１００回／分の場合において、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも小さい攪拌条件（Ｈ＜ｈ）では、脱硫率は１８％であり、脱硫はほとんど進行しなかった。これに対して、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きい攪拌条件（Ｈ＞ｈ）の場合には、脱硫率は７８％となり、インペラーの回転数が１００回／分及び１３０回／分の何れの場合においても、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和よりも大きい攪拌条件（Ｈ＞ｈ＋ｂ）の場合には、脱硫率は９０％以上となった。

これらの結果から、どのようなサイズの溶銑鍋及びインペラーを用いた場合においても、本発明により最適な攪拌条件を求めることができ、脱硫効率の高い脱硫処理が可能となった。

機械攪拌式脱硫装置で攪拌して渦を形成させたときの概要を示す図である。 本発明を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 台車
２ 溶銑鍋
３ 溶銑
４ インペラー
５ ＣａＯ系脱硫剤
６ ホッパー
７ 切出装置
８ シュート
９ 脱硫助剤
１０ ホッパー
１１ 切出装置
１２ シュート
１３ 静止湯面

Claims (4)

1. 処理容器内の溶融金属にインペラーを浸漬させ、該インペラーを回転させて溶融金属の浴面に渦を形成させて溶融金属を攪拌するに際し、処理容器内の溶融金属の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離である渦中心の凹み深さ（Ｈ）を下記の（１）式〜（４）式によって算出したときに、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離であるインペラーの浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなるように、攪拌条件を定めることを特徴とする、インペラーを用いた溶融金属の攪拌方法。
   

   

   但し、これらの式において、Ｈは渦中心の凹み深さ（ｍ）、Ｎはインペラーの回転数（回／分）、Ｄは処理容器の内径（ｍ）、θはインペラーの羽根の傾斜角（rad ）、ｂはインペラーの高さ（ｍ）、ｄはインペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_P はインペラーの羽根枚数、ｇは重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅはレイノズル数（−）、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³ ）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。
2. 処理容器内の溶融金属にインペラーを浸漬させ、該インペラーを回転させて溶融金属の浴面に渦を形成させて溶融金属を攪拌するに際し、処理容器内の溶融金属の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離である渦中心の凹み深さ（Ｈ）を下記の（１）式〜（４）式によって算出したときに、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離であるインペラーの浸漬深さ（ｈ）とインペラーの高さ（ｂ）との和（ｈ＋ｂ）よりも大きくなるように、攪拌条件を定めることを特徴とする、インペラーを用いた溶融金属の攪拌方法。
   

   

   但し、これらの式において、Ｈは渦中心の凹み深さ（ｍ）、Ｎはインペラーの回転数（回／分）、Ｄは処理容器の内径（ｍ）、θはインペラーの羽根の傾斜角（rad ）、ｂはインペラーの高さ（ｍ）、ｄはインペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_P はインペラーの羽根枚数、ｇは重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅはレイノズル数（−）、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³ ）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。
3. 前記溶融金属は、溶銑または溶鋼であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法。
4. 前記溶融金属の攪拌方法は、脱硫剤を溶銑の浴面に供給して行う溶銑の脱硫処理プロセスにおける溶銑の攪拌方法であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のインペラーを用いた溶融金属の攪拌方法。

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