JP2009079261A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械撹拌式の溶銑脱硫処理に際し、比較的簡便な設備を用いるだけで、脱硫剤粉体を効率よく溶銑浴に浸入させ、浴内での脱硫剤の分散を促進させて脱硫の反応効率の向上が可能な溶銑の脱硫方法を提案する。
【解決手段】溶銑へ添加する脱硫剤を分割し、該脱硫剤の一部は溶銑処理容器に収容された溶銑浴面上に上置き添加する一方、残りの脱硫剤は撹拌羽根によって撹拌されている溶銑の浴面上に上吹きランスを介して搬送ガスとともに上吹き添加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械撹拌式溶銑脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法に関し、特に溶銑浴内への脱硫剤の分散を促進させることにより脱硫率の有利な向上を図ろうとするものである。

高炉から出銑された溶銑中には鋼の品質に悪影響を及ぼすりん（元素記号Ｐ）や硫黄（元素記号Ｓ）等の不純物が高濃度に含有されているため、これらを除去する必要がある。今日の精錬プロセスでは、転炉での脱炭精錬に先立って、溶銑に含有されるＰやＳを除去するための処理、すなわち溶銑の予備処理が一般的に行われている。

このうち、溶銑の脱硫処理においては、断面がほぼ円形を有する精錬容器内に溶銑を保持し、脱硫剤を溶銑上に添加し、インペラと称する羽根を有する回転子を溶銑内に浸漬して回転させ、溶銑を撹拌させることにより脱硫反応を促進させる技術（以下、機械撹拌式脱硫という）が知られている。この時使用する脱硫剤としては、石灰（CaO）粉を主成分とする脱硫剤やカルシウムカーバイドCaC₂などが挙げられるが、処理コストの面からCaO粉を主成分とする脱硫剤が多用されてきた。
このCaOによる脱硫反応は一般的に次式で示される。
〔Ｓ〕＋ CaO ＝（CaＳ）＋〔Ｏ〕
ここで、〔Ｓ〕は溶銑中の硫黄、(CaＳ)はスラグ中のCaＳ、〔Ｏ〕は溶銑中の酸素を示す。

上掲式の反応を進める方法の一つとして、スラグの滓化促進が挙げられる。このため、CaO系の脱硫剤には滓化を促進する目的でフッ化カルシウム（CaF₂）などが少量添加 されている。その一方で、溶銑脱硫処理時に生成するスラグは、セメント原料や石灰源として高炉等に通常リサイクルされているが、脱硫スラグ中にフッ素が含有されていると土壌への浸食等、環境上の問題が生じる。
このため、フッ素を使用しない脱硫剤の開発が望まれている。

しかしながら、フッ素を使用しない場合には、固体石灰CaOと溶銑との反応が主体となるため、反応効率が極端に低下し、石灰使用量およびスラグ発生量とも増大するという問題が生じる。なお、フッ素を使用する脱硫処理においても、生成するスラグ中における未反応の石灰量は依然として高いため、生産量増大時には同様にスラグ発生量の増加が問題となる。

溶銑の脱硫反応速度を高めるには、溶銑／脱硫剤間の反応界面積を増加させることが有効であり、そのための一手段として脱硫剤の粒径を細かくすることが考えられる。しかしながら、実機の機械撹拌式脱硫設備では、溶銑を保持した容器の上方から投入シュートより脱硫剤を添加する方法が採られているため、細粒の脱硫剤を添加した場合には、飛散により溶銑内に到達する脱硫剤の量が低下し、脱硫剤の添加歩留りの低下を余儀なくされる。このため、反応効率が低下するという問題が生じる。さらに、CaO粉体と溶銑との界面張力は1.75 N/mであり、溶銑との濡れ性は良くない。このため、溶銑に添加されたCaOは互いに凝集してしまい、凝集内部のCaOは未反応のまま残るために、反応効率が低下するという問題が生じる。また、飛散した脱硫剤はダストとして蓄積されるため、生産量を増大させた場合にはダスト処理量が増大するという問題も生じる。

従って、溶銑の脱硫反応を促進させるためには、粉体として添加するCaOの凝集を抑制し、溶銑浴内への脱硫剤の浸入を向上させ、溶銑浴内での分散を促進させることが有効であると考えられる。
これを実現させる技術の一つとして、特許文献１には、溶銑を保持している容器壁に整流体を設け、回転撹拌した溶銑を上記整流体に衝突させて下降流を生成させ、この下降流により脱硫剤を巻き込ませる方法が提案されている。また、特許文献２には、回転するインペラの軸下から脱硫剤を溶銑中に吹込みながら脱硫を行う方法が提案されている。
特開昭51−112416号公報 特開2005−68506号公報

しかしながら、上記したような従来技術には、以下に述べるような問題があった。
すなわち、特許文献１に開示のような整流体を設置する技術では、インペラによる回転撹拌力が非常に強いため、整流体として強靱な材質のものを用い、容器壁に強固に設置する必要が生じる。そのため、整流体の製作、メンテナンスに多くの労力、費用を要する不利が生じる。
また、特許文献２に開示されたインペラ軸下から粉体を吹き込む場合、搬送用ガス（キャリアガス）と脱硫剤粉体とが一緒に溶銑内に供給される。このとき、ガス気泡中に脱硫剤粉体が補足された状態で浴面上に上昇し、その結果脱硫剤を浴面上方から添加する場合と同じになり、反応効率の向上が望めないおそれがある。さらに、インペラの軸下からの粉体吹込みを行うには、インペラの構造が複雑になるだけでなく、ガスや粉体を回転軸内へ供給するための装置（ロータリージョイントなど）が別途必要となるため、製作時間の増加と共に設備費用の増大という問題が生じる。

本発明は、上記の実状に鑑み開発されたもので、機械撹拌式の溶銑脱硫処理に際し、比較的簡便な設備を用いるだけで、脱硫剤粉体を効率よく溶銑浴に浸入させ、浴内での脱硫剤の分散を促進させて脱硫の反応効率を向上させることができる溶銑の脱硫方法を提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．機械撹拌式溶銑脱硫装置を用いる溶銑の脱硫方法において、溶銑へ添加する脱硫剤を分割して添加するものとし、該脱硫剤の一部は溶銑処理容器に収容された溶銑浴面上に上置き添加する一方、残りの脱硫剤は撹拌羽根によって撹拌されている溶銑の浴面上に上吹きランスを介して搬送ガスとともに上吹き添加することを特徴とする溶銑の脱硫方法。

２．溶銑処理容器内の溶銑浴面上に上置き添加する前記脱硫剤が、製鉄工程において副次的に発生する石灰（ＣａＯ）含有物質であることを特徴とする上記１記載の溶銑の脱硫方法。

３．溶銑処理容器内の溶銑浴面上に上置き添加する前記脱硫剤が、機械撹拌式溶銑脱硫処理において発生した脱硫スラグであることを特徴とする上記１または２記載の溶銑の脱硫方法。

４．前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する前記製鉄工程において副次的に発生する石灰（ＣａＯ）含有物質または前記脱硫スラグの比率が、ＣａＯ換算で70質量％以下であることを特徴とする上記３記載の溶銑の脱硫方法。

５．前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する上吹き添加脱硫剤の比率が、ＣａＯ換算で30質量％以上であることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

６．上吹きランスを介して搬送用ガスと共に上吹き添加する前記脱硫剤の供給速度Ｗ（Flux）が 1.6（kg/min・t）以下であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

７．上吹き添加時における前記上吹きランスの高さｈ(m)がランスノズル径Ｄ(m)に対して
ｈ≦48.0×Ｄ
の関係を満足することを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

８．前記上吹きランスから供給する搬送ガスのランスノズル出口における流速Ｕg(m/s)を、ノズル径Ｄ(m)および上吹きランスの高さｈ(m)に応じて
Ｕg≧1.67×ｈ／Ｄ
を満足する条件で供給することを特徴とする上記１〜７のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

９．上吹き添加する前記脱硫剤が、フッ素を含有しないものであることを特徴とする上記１〜８のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

本発明によれば、溶銑浴内への脱硫剤の分散を促進させて脱硫の反応効率を向上させることができるので、たとえフッ素を含有しない脱硫剤を用いても、高速かつ高効率で溶銑の脱硫処理が可能となり、その結果、処理時間の削減および脱硫剤原単位の削減が達成できる。

以下、本発明を具体的に説明する。
機械撹拌式の溶銑脱硫方法において、脱硫反応効率を向上させるには、脱硫剤粉体の凝集を抑制し、脱硫剤の浴内での分散を促進させることが有効と考えられる。その手段の一つとして、上吹きランスを介して脱硫剤を連続的に上吹き添加する方法が考えられる。また、機械撹拌式溶銑脱硫処理時に発生したスラグを再度脱硫処理に再利用することにより、石灰原単位の削減が期待できる。さらに、上記脱硫スラグにはAl₂O₃、SiO₂等の脈石分が含まれるが、かような脈石成分が溶融スラグ相を形成し、さらなる脱硫反応促進の可能性も期待できる。
そこで、発明者らは、これら脱硫挙動に及ぼすリサイクルスラグの影響を解明するために各種の実験および調査を行った。

図１に、実験に用いた脱硫装置の概略図を示す。図中、番号１は坩堝容器、２は誘導加熱コイル、３はインペラ羽根、４は回転シャフト、５はモータ、６は脱硫剤の上置き添加用の投入シュート、７は脱硫剤の上吹き添加用の上吹きランスであり、８で溶銑を示す。
坩堝容器１内に保持した溶銑８中にインペラ３を浸漬して回転撹拌を行った。実験条件を表１に、また実験水準を表２に示す。なお、投入する石灰（CaO）量の総量はいずれも 7.0 kgとした。

表２中、水準１は、純石灰（CaO）を単身で上方から一括して上置き添加した場合である。水準２は、投入石灰量の50％をリサイクル脱硫スラグ、残りを純石灰とし、いずれも上置き添加とした場合である。水準３は、投入石灰量のうち50％は純石灰として処理初期に一括して上置き添加し、残りは溶銑の浴面上に上吹きランスを用いてキャリアガスとともに上吹き添加した場合である。水準４は、投入石灰量のうち50％は脱硫スラグを用いて処理初期に一括して上置き添加し、残りは溶銑の浴面上に上吹きランスを用いてキャリアガスとともに上吹き添加した場合である。その際、脱硫剤の供給速度、ノズル径およびランス高さ等の上吹き条件を変化させた。なお、脱硫スラグの投入量は、CaO濃度から石灰純分に相当する量を決定して添加した。

上記の実験において、メタル中のＳの推移について調べた結果を、各水準ごと比較して図２に示す。
同図に示したとおり、石灰を単身で一括して上置き添加した水準１を基準とした場合、投入石灰量の50％分は脱硫スラグを添加した水準２はほぼ同等の脱硫挙動を示した。これに対し、投入石灰量の50％を上吹き添加とした水準３は脱硫反応が向上した。さらに、投入石灰量の50％を脱硫スラグとして上置き添加し、残りを上吹き添加とした水準４では、脱硫反応がさらに促進され、最も良好な結果が得られた。

次に、脱硫スラグの組織観察を行った結果を、各水準別に図３(a)〜(d)に示す。
図３(a)に示したとおり、水準１ではCaOの凝集体の周囲にＳが分布していた。水準２でも同様にCaO凝集体の周囲にＳが分布していたが、リサイクル脱硫スラグの周囲に新たにスラグ層が形成されており、Ｓの濃縮層は２層になっていた。水準３では、水準１と同様にCaO凝集体の周囲にＳ濃縮相が形成されていたが、スラグの粒径は水準１，２に比較して小さくなっていた。水準４では、水準２と同様に、Ｓ濃縮域が２層になっていたが、スラグの粒径は水準３と同様に小さく、また外側のＳ濃縮域の一部に溶融したと見られるスラグ相が観察された。

上記の結果から、水準３においては、上吹き添加により、浴中にCaOが微細状態で浸入した結果、反応界面積が増大し、脱硫反応が促進したと考えられる。
また、水準４のように、リサイクル脱硫スラグを上置き添加とし、CaO粉体を上吹き添加とすることにより、脱硫反応が促進した理由は、以下のとおりと考えられる。
リサイクル脱硫スラグには、CaO以外に脈石分（SiO₂、Al₂O₃等）が含有されている。リサイクル脱硫スラグの投入時、および回転撹拌開始時において、粒状のスラグが一部分断され、脈石分も微細な状態で溶銑浴中に混入する。また、上吹き添加により微細な状態で浴中に浸入したCaO粒子は浴中でリサイクル脱硫スラグからの脈石分と結びつき、CaO粒の一部が脈石粒に溶融する。これにより、CaO粒の周囲に比較的脱硫能の高位な溶融スラグ相が形成され、脱硫反応が促進する。そして、撹拌時間がある程度経過すると、個々のスラグ流が互いに凝集し、または分断されずに浴中に混入したリサイクル脱硫スラグの周囲に凝集する。
以上により、CaO単身および（CaO＋リサイクル脱硫スラグ）の上置き添加と比較すると、CaO粉の上吹き添加の作用により、脱硫反応は促進するものと考えられる。さらに、リサイクル脱硫スラグの上置き添加とCaO粉の上吹き添加とを併用することで、両者を単独で使用したときの脱硫速度以上の脱硫効果が得られるものと考えられる。

そこで、発明者らはさらに、水準４の条件の一部を変更し、リサイクル脱硫スラグとCaO粉の比率を変更した場合の脱硫挙動について調査した。
図４に、リサイクル脱硫スラグ比率と脱硫反応効率との関係を示す。ここで、リサイクル脱硫スラグ比率はリサイクル脱硫スラグ中に含有するCaO分を考慮し、次式(1)で定義した。また、脱硫反応効率は、次式(2)で示されるように、添加したCaOのうち、溶銑中のＳと反応したCaOの割合で示した。
・リサイクル脱硫スラグ比率（質量％）
＝〔｛リサイクル脱硫スラグ中のCaO量（kg/t）｝/｛リサイクル脱硫スラグ中のCaO量 （kg/t）＋ヴァージンCaO量（kg/t）｝〕×100 --- (1)
・脱硫反応効率η（％）
＝〔｛溶銑中の[Ｓ]と反応したCaO量（kg/t）｝/｛溶銑に添加したCaO量（kg/t）｝〕 ×100 --- (2)

図４に示したとおり、リサイクル脱硫スラグ比率が70質量％以下の領域において、脱硫反応効率は高位安定した。これに対し、リサイクル脱硫スラグ比率が70質量％を超えた場合には、CaO-SiO₂-Al₂O₃系状態図上でCaO飽和領域から外れるため、脱硫効率が悪化したものと考えられる。
従って、本発明においては、リサイクル脱硫スラグ比率は70％質量以下とすることが望ましい。

また、本発明において、上置きする脱硫剤中に含まれるCaOと上吹きする脱硫剤中に含まれるCaOの比率については、全CaO量に対する上吹き脱硫剤中に含まれるCaO量の比率で 30質量％以上とすることが好ましい。
というのは、上吹き脱硫剤中に含まれるCaO量の比率が30質量％に満たないと、脱硫剤の分散効果が低下し、脱硫反応効率の点で問題が残るからである。なお、上吹き脱硫剤中に含まれるCaO量の比率の上限は95質量％程度とするのが好適である。

さらに、発明者らは、上吹きランスからの脱硫剤の添加速度を変化させ、脱硫反応効率に及ぼす脱硫剤供給速度の影響について調査した。
得られた結果を図５に示す。
同図に示したとおり、脱硫剤の上吹きランスからの供給速度Ｗ(flux)（単位：kg/(min・t)）が1.6以下の条件下で脱硫反応効率が大きく向上し、逆に供給速度Ｗ(flux)が1.6超になると脱硫反応効率は漸減する傾向を示した。

そこで、上記の現象を解明するために、実験後のスラグの調査およびモデル実験を行った。その結果、上吹き添加速度が1.6 kg/min・t以下の場合には、脱硫剤が溶銑中に効果的に巻込まれ、溶銑浴中に浸入する際、脱硫剤同士の凝集が抑制され、分散が促進されることが判明した。一方、上吹き添加速度が1.6kg/min・t超になると単位時間当たりの脱硫剤添加量が多すぎるため、凝集が促進して脱硫剤一括添加の場合と見かけ上同等となることが判明した。なお、上吹き添加速度があまりに小さいと、脱硫剤の分散効果が低下する不利が生じるので、上吹き添加速度の下限は0.6 kg/min・t程度とすることが好ましい。

次に、脱硫剤の供給速度を1.6 kg/min・tと一定にし、上吹きランスのノズル径およびランス高さを種々に変化させた場合の脱硫挙動（粒子の浸入臨界値）について調査した。
得られた結果を図６に示す。
同図に示したとおり、脱硫反応効率は、ランス高さｈとノズル径Ｄとの比ｈ／Ｄが48.0以下の場合、すなわち次式(3)
ｈ≦48.0×Ｄ --- (3)
の関係を満足する場合に向上することが判明した。

そこで、この理由を解明すべく、キャリアガスにより噴出された脱硫剤粒子の運動に関して種々の検討を行った。
その結果、脱硫剤粒子が溶銑浴面に到達したとき、粒子が浸入するか否かは、ランス高さとノズル径が大きく関与し、図７に示すように、ｈ／Ｄ＝48.0を臨界値として、ｈ／Ｄ≦48.0とすることにより、溶銑浴面に到達した脱硫剤粒子が溶銑中に効果的に浸入し、それが回転撹拌によって溶銑中に広く分散するようになることが判明した。

また、脱硫剤の供給速度を1.6kg/min・tの一定とした条件の下で、各種ノズル径およびランス高さごとにキャリアガス流量を変化させた場合の脱硫挙動について調査した。
その結果、図８に示すように、溶銑浴面到達時のガスの流速を10m/s以上とすることにより、脱硫反応効率が向上することが判明した。
また、このときのノズル径、ランス高さの条件と、ノズル出口におけるガス流速との関係を整理すると図９に示すようになり、ノズル出口でのガス流速Ｕg (m/s)と、ランス高さとノズル径の比ｈ／Ｄとが1.67以上の場合に脱硫反応効率が向上することが判明した。
そこで、上述したところと同様に、キャリアガスにより噴出された脱硫剤粒子の運動に関して解析検討したところ、脱硫剤粒子が溶銑浴面に到達したとき、粒子が浸入する臨界条件として、ノズル出口でのガス流速Ｕg(m/s)が、次式(4)
Ｕg(m/s)≧1.67×ｈ／Ｄ --- (4)
を満足する場合に脱硫剤粒子が溶銑中に効果的に浸入し、それが回転撹拌によって溶銑中に広く分散するようになることが解明された。

以上の調査結果より、添加した脱硫剤同士の凝集を抑制するためには、上吹き添加する脱硫剤の供給速度を1.6 kg/min・t以下とすることが望ましいことが判明した。
また、溶銑浴面に到達した脱硫剤粒子を溶銑中に効果的に浸入させ、それを回転撹拌によって溶銑中に広く分散させるためには、ランス高さとノズル径の比ｈ／Ｄが48.0以下とするようにランス高さを決定し、さらにノズル出口でのガス流速Ｕg(m/s)とランス高さとノズル径の比ｈ／Ｄが1.67以上となるようにガス流量を決定すると脱硫剤粒子の溶銑浴中への浸入がさらに促進されるため、脱硫のより一層の高効率化が期待できることが判明した。

なお、本発明において用いるリサイクル脱硫スラグとしては、脱硫処理終了後に除滓したスラグを一度常温付近まで冷却し、その後に使用しても構わない。また、脱硫処理後に除滓したスラグを高温状態のまま再使用しても構わない。望ましくは高温状態のまま再使用する方が脱硫剤の顕熱の低下が少なくなり、脱硫処理中の温度降下が回避されるのでより好ましい。
また、上吹き添加する脱硫剤は、CaO中にホタル石（CaF₂）を含有する系でも勿論効果があるが、今日の環境問題を鑑みるに脱硫剤の組成としてホタル石を用いない脱硫剤を使用することが望ましい。このとき、CaO粉に脱酸源を有するAl灰などを添加しても構わないが、CaO粉単体のみの使用でも十分な効果がある。
さらに、脱硫剤粉体を搬送するキャリアガスとしては、不活性ガス、非酸化性ガスおよび還元性ガスのいずれかの一種類以上を使用することができる。しかし、酸化性ガスは溶銑中の酸素ポテンシャルを上昇させ、脱硫に不利な条件となるため適当ではない。但し、酸化性ガスの含有量が微量な不活性ガスや非酸化性ガス、還元性ガスは十分に適用可能である。

図10に、実施例で使用した脱硫装置の概略図を示す。この装置の構成の骨子は、前掲図１と共通するので同一の符号を付して示し、番号９が脱硫剤、10がディスペンサーである。共通の実験条件を表３に示す。
溶銑搬送用の溶銑鍋１内に保持した約300ｔの溶銑８中にインペラ３を浸漬させ、脱硫剤９を溶銑浴面上に添加し、所定時間回転撹拌を行った。脱硫剤（T.CaO原単位換算値）の添加量は7.0kg/tとした。なお、脱硫剤としては、生石灰粉体および溶銑脱硫処理時に発生した脱硫スラグ（ＲＳ）を使用した。
実施水準を表４に示す。発明例１〜７では、溶銑の浴面上に粉体吹き付け用ランスを降下させ 、回転撹拌中にキャリアガスとともに脱硫剤の上吹き添加を行った。なお、キャリアガスとしては窒素ガスを用いた。

発明例１は、脱硫剤としてCaO粉体のみを使用した。このうち、溶銑中へ添加する全CaO粉体量の50％を処理前に上置き添加し、残り50％を上吹き添加とした。
発明例２は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグ（ＲＳ）を使用した。脱硫スラグ量は全CaO量の72％であり、脱硫スラグは処理前に一括で上置き添加した。残りのCaO粉は全て上吹き添加とした。
発明例３も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用した。脱硫スラグは全CaO量の30％であり、処理前に一括で上置き添加した。一方、CaO粉はその20％を上方からの一括上置き添加、80％を上吹き添加とした。
発明例４も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用した。脱硫スラグは全CaO量の60％であり、処理前に一括で上置き添加した。CaO粉はその全てを上吹き添加とした。
発明例５も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後に、CaO粉の上吹き添加を行った。このとき、脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。また、ランス高さｈ、ノズル径Ｄはそれぞれ0.7m、0.05m、ガス流量Ｑは5.0Nm³/minとした。従って、このときのノズル出口でのガスの流速Ｕgは42m/sである。
発明例６も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後に、CaO粉の上吹き添加を行った。このとき、脱硫剤供給速度：0.5kg/min・tで上吹き添加を行った。ランス高さｈ、ノズル径Ｄはｈ/Ｄ≦48を満足するようにそれぞれ0.5m、0.05mとした。また、ガス流量Ｑは5.0Nm³/minとした。
発明例７も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後、CaO粉の上吹き添加を行った。脱硫剤供給速度は0.5kg/min・tとした。また、ランス高さｈ、ノズル径Ｄはｈ/Ｄ≦48を満足するようにそれぞれ0.5m、0.05mとした。さらに、ガス流量Ｑは10Nm³/minとした。従って、このときのノズル出口でのガスの流速Ｕgは1.67×ｈ/Ｄ以上を満足する85m/sであった。

これに対し、比較例１は、CaO粉体を回転撹拌初期に一括して溶銑浴面上に上置き添加した。
比較例２は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを用い、回転撹拌初期にこれらを一括して溶銑浴面上に上置き添加した。なお、脱硫スラグの比率は50％とした。
比較例３は、脱硫剤としてCaO粉を使用し、投入シュートからCaOを連続的に上置き添加した。脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。
比較例４は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグの比率は40％とした。脱硫スラグは回転撹拌初期に一括して溶銑浴面上に添加した。また、CaO粉については上吹きランスを用いず、投入シュートからCaOを連続的に上置き添加した。なお、脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。

上述した発明例および比較例ともに、処理前後のメタルサンプリングを行い、脱硫率を測定した。ここで、脱硫率は次式(4)で定義される値である。また、処理後スラグを回収し、スラグの粒子径についても調査した。さらに、排ガスからのダストサンプリングを行い、CaO粉の添加歩留りを調査した。
・脱硫率（％）
＝｛（処理前溶銑中Ｓ濃度−処理後溶銑中Ｓ濃度）/（処理前溶銑中Ｓ濃度）｝×100 --- (4)
得られた結果を表５に示す。

溶銑浴面上への上置き添加と上吹きランスからのCaO粉体の上吹き添加を併用した発明例１〜７は全て、比較例１〜４よりも脱硫率が向上していた。また、処理後スラグの粒子径も低下しており、脱硫剤の浴中分散性が向上したことを示している。さらに、添加歩留りも発明例の方が向上しており、そのため系外飛散石灰量も低減している。その結果、労働環境が向上し、安全かつ衛生的な操業が可能となる。
また、1.6 kg/min・t以下のCaO供給速度の下で添加方法が（上置き＋上吹き）添加である発明例６，７と、上置き添加のみの比較例３，４とを比較した場合、発明例の方で脱硫率がよくなっている。
また、発明例１と発明例２を比較すると、脱硫スラグを使用した発明例２の方が高い脱硫率が得られている。特に、脱硫スラグの比率を70％以下とした発明例３，４の場合には、発明例２と比較しても脱硫率の一層の向上が見られた。なお 、CaO粉体の全量を上吹き添加とした発明例４と一部の量を上置き添加とした発明例３とでは、脱硫効果はほぼ同等であった。
さらに、上吹き添加時のCaO供給速度を1.6kg/min・t以下に規定した発明例５は、発明例１〜４よりも脱硫率が良くなっており、またランス高さｈがｈ/Ｄ≦48の条件を満足する発明例６は発明例１〜５よりも脱硫率が良くなっている。
また、ガス流量Ｕgが1.67×ｈ／Ｄ以上となるように設定した発明例７は、脱硫剤の分散が最も良く、脱硫剤の浴中浸入も向上したため、発明例１〜６よりも脱硫率がさらに良くなっている。

実験に用いた脱硫装置の概略図である。 メタル中のＳの推移を、各水準ごと比較して示した図である。 脱硫スラグの組織観察結果を、各水準別に比較して示した図である。 リサイクル脱硫スラグ比率と脱硫反応効率との関係を示した図である。 脱硫剤供給速度が脱硫反応効率に及ぼす影響を示した図である。 上吹きランスのランス高さｈとノズル径Ｄとの比ｈ／Ｄが脱硫反応効率に及ぼす影響を示した図である。 上吹きランスのランス高さｈおよびノズル径Ｄが脱硫挙動（粒子の浸入臨界値）に及ぼす影響を示した図である。 溶銑浴面到達時のガス流速が脱硫反応効率に及ぼす影響を示した図である。 脱硫反応効率に及ぼすノズル出口でのガス流速Ｕgおよび上吹きランスのランス高さｈとノズル径Ｄとの比ｈ／Ｄの影響を示した図である。 実施例で使用した脱硫装置の概略図である。

符号の説明

１ 坩堝容器
２ 誘導加熱コイル
３ インペラ羽根
４ 回転シャフト
５ モータ
６ 投入シュート
７ 上吹きランス
８ 溶銑
９ 脱硫剤
10 ディスペンサー

Claims (9)

1. 機械撹拌式溶銑脱硫装置を用いる溶銑の脱硫方法において、溶銑へ添加する脱硫剤を分割して添加するものとし、該脱硫剤の一部は溶銑処理容器に収容された溶銑浴面上に上置き添加する一方、残りの脱硫剤は撹拌羽根によって撹拌されている溶銑の浴面上に上吹きランスを介して搬送ガスとともに上吹き添加することを特徴とする溶銑の脱硫方法。
2. 溶銑処理容器内の溶銑浴面上に上置き添加する前記脱硫剤が、製鉄工程において副次的に発生する石灰（ＣａＯ）含有物質であることを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱硫方法。
3. 溶銑処理容器内の溶銑浴面上に上置き添加する前記脱硫剤が、機械撹拌式溶銑脱硫処理において発生した脱硫スラグであることを特徴とする請求項１または２記載の溶銑の脱硫方法。
4. 前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する前記製鉄工程において副次的に発生する石灰（ＣａＯ）含有物質または前記脱硫スラグの比率が、ＣａＯ換算で70質量％以下であることを特徴とする請求項３記載の溶銑の脱硫方法。
5. 前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する上吹き添加脱硫剤の比率が、ＣａＯ換算で30質量％以上であ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の脱硫方法。
6. 上吹きランスを介して搬送用ガスと共に上吹き添加する前記脱硫剤の供給速度Ｗ（Flux）が 1.6（kg/min・t）以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。
7. 上吹き添加時における前記上吹きランスの高さｈ(m)がランスノズル径Ｄ(m)に対して
   ｈ≦48.0×Ｄ
   の関係を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。
8. 前記上吹きランスから供給する搬送ガスのランスノズル出口における流速Ｕg(m/s)を、ノズル径Ｄ(m)および上吹きランスの高さｈ(m)に応じて
   Ｕg≧1.67×ｈ／Ｄ
   を満足する条件で供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。
9. 上吹き添加する前記脱硫剤が、フッ素を含有しないものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。

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