JP2009127111A - Method for desulfurizing molten iron - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精錬容器に装入された溶銑に対し機械撹拌しながら脱硫処理を行う溶銑脱硫方法に関する。 The present invention relates to a hot metal desulfurization method for performing a desulfurization process while mechanically stirring hot metal charged in a refining vessel.
周知の如く、高炉から出銑される溶銑には、鋼材の特性を低下させる硫黄が多量に含まれているため、鋼材に要求される硫黄濃度まで硫黄を取り除く脱硫処理が行われる。脱硫処理は溶銑及び溶鋼の段階で行われるが、近年の鋼材品質に対する要求の高まりから溶銑段階での脱硫処理が広く行われている。
溶銑の脱硫処理方法としては、高炉鋳床を流れる溶銑に脱硫剤を投入する方法や精錬容器内に溶銑を装入し、この精錬容器内で機械撹拌をしつつ脱硫を行う方法（以降、取鍋溶銑脱硫と呼ぶこともある）が採用されている。
As is well known, since the hot metal discharged from the blast furnace contains a large amount of sulfur that lowers the properties of the steel material, a desulfurization treatment is performed to remove sulfur to a sulfur concentration required for the steel material. The desulfurization treatment is performed at the hot metal and molten steel stages, but the desulfurization treatment at the hot metal stage is widely performed due to the recent increase in demand for steel material quality.
The hot metal desulfurization treatment method includes a method of introducing a desulfurizing agent into the hot metal flowing through the blast furnace casting bed, or a method of charging the hot metal into a refining vessel and performing desulfurization while mechanically stirring in the refining vessel (hereinafter referred to as the removal). (Sometimes called pot hot metal desulfurization).
取鍋溶銑脱硫は、取鍋内の一定量の溶銑に対してインペラによる機械攪拌を行うため、脱硫能力の少ない脱硫剤でも低濃度まで脱硫することができ、溶銑脱硫処理の主流になってきている。
図９に、従来の溶銑脱硫装置１００の模式図を示す。脱硫剤を効率よく反応させるためには、脱硫剤を取鍋１０１内の溶銑中に分散させて当該脱硫剤の反応に関与する面積（反応界面積）を増加させることが重要である。そのため、溶銑脱硫装置１００では、インペラ１０２による撹拌で浮上した脱硫剤を繰り返し溶銑中に分散させている。
In ladle hot metal desulfurization, a certain amount of hot metal in the ladle is mechanically stirred by an impeller, so even a desulfurization agent with a low desulfurization capacity can be desulfurized to a low concentration, and it has become the mainstream of hot metal desulfurization treatment. Yes.
In FIG. 9, the schematic diagram of the conventional hot metal desulfurization apparatus 100 is shown. In order to react the desulfurizing agent efficiently, it is important to disperse the desulfurizing agent in the hot metal in the ladle 101 and increase the area (reaction interface area) involved in the reaction of the desulfurizing agent. Therefore, in the hot metal desulfurization apparatus 100, the desulfurizing agent that has been levitated by the impeller 102 is repeatedly dispersed in the hot metal.
以上述べた取鍋溶銑脱硫において、溶銑に対する脱硫剤の分散量を増やし反応効率を高めるための技術は既に数多く開発されている。
例えば、特許文献１の技術は、インペラの羽根に螺旋型の攪拌翼を付加し、脱硫剤を溶銑に深く分散させて滞留時間を増加させることで反応効率を高めている。
特許文献２の技術は、精錬容器の内壁に邪魔材を設置することで攪拌効率を高めている。邪魔材は溶銑の攪拌を活発にして脱硫剤を溶銑に深く分散させる。
特許文献３の技術は、溶銑中への脱硫剤の分散を促進するためにインペラを偏心させて回転させている。
In the ladle hot metal desulfurization described above, many techniques for increasing the dispersion amount of the desulfurizing agent in the hot metal and increasing the reaction efficiency have already been developed.
For example, in the technique of Patent Document 1, reaction efficiency is improved by adding a spiral stirring blade to the impeller blade and dispersing the desulfurization agent deeply in the molten iron to increase the residence time.
The technique of patent document 2 is improving stirring efficiency by installing a baffle material in the inner wall of a refining container. The baffle material actively stirs the hot metal and disperses the desulfurizing agent deeply in the hot metal.
The technique of Patent Document 3 rotates the impeller eccentrically in order to promote the dispersion of the desulfurizing agent in the hot metal.
特許文献４の技術は、精錬容器内での脱硫処理に関するものであって、溶銑中への脱硫剤の分散を促進するために、直径ＤCのカラム（邪魔棒）を精錬容器中心から水平距離Ｌ、溶銑湯面から深さＨCのところに配置している。
しかしながら、特許文献１の技術は、螺旋型の攪拌翼を構成する耐火物の損耗が起こるたびに当該攪拌翼を交換・修繕しなければならずコストの上昇を招く。
特許文献２の技術においては、邪魔材の損耗は避けられず、攪拌効果を維持するには精錬容器の修繕回数の増加は避けられない。また、溶銑の流れを乱すことで攪拌動力が増大するため、攪拌装置への負荷が大きくなるという問題もある。
特許文献３の技術に関しては、偏心した位置に配備されたインペラは、溶銑に対し大きな攪拌動力を与えることができるため、実使用にあたってはインペラの回転数を低減させて攪拌動力を抑えつつ用いねばならない。したがって、脱硫能力は、通常のもの（精錬容器中心でインペラを攪拌したもの）と同程度に留まり、脱硫能力が向上したとは言いがたい。
However, the technique of Patent Document 1 requires replacement and repair of the stirring blade every time the refractory constituting the spiral stirring blade is worn, resulting in an increase in cost.
In the technique of Patent Document 2, wear of the baffle is inevitable, and an increase in the number of repairs of the refining vessel is inevitable in order to maintain the stirring effect. Moreover, since the stirring power is increased by disturbing the hot metal flow, there is also a problem that the load on the stirring device increases.
Regarding the technique of Patent Document 3, since the impeller arranged at an eccentric position can give a large stirring power to the hot metal, it must be used while reducing the stirring power by reducing the rotation speed of the impeller in actual use. Don't be. Therefore, the desulfurization capacity stays at the same level as that of a normal one (the impeller stirred at the center of the refining vessel), and it cannot be said that the desulfurization capacity is improved.
また、特許文献４の技術は、水モデルから得られた知見であり溶銑の挙動を正確に反映したものとはなっていない。加えて、カラムを配置するための様々な条件（カラムの幅、使用する精錬容器の大きさと水平距離Ｌとの関係）などが明確なものとなっておらず、実際の溶銑脱硫処理に採用することが難しく、脱硫効率を上げることが困難である。
このように、精錬容器内の溶銑に対し機械攪拌しつつ脱硫を行う処理に関し、溶銑中への脱硫剤の巻き込み効率を向上させるという技術は多々開発・開示されているものの、実際の現場へ適応可能なものは殆ど見当たらないのが現状である。
Moreover, the technique of patent document 4 is the knowledge acquired from the water model, and does not reflect the behavior of hot metal correctly. In addition, various conditions for arranging the columns (the relationship between the column width, the size of the smelting vessel used and the horizontal distance L) are not clear, and are adopted for the actual hot metal desulfurization treatment. It is difficult to increase the desulfurization efficiency.
As described above, regarding the process of desulfurization while mechanically stirring the hot metal in the smelting vessel, many technologies have been developed and disclosed to improve the efficiency of the desulfurization agent in the hot metal. The current situation is that there is almost no possibility.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、溶銑に機械攪拌式の脱硫処理を施すに際し、脱硫剤の溶銑中への巻き込み効率を高め、その反応効率を高めることのできる溶銑脱硫方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a hot metal desulfurization method capable of increasing the entrainment efficiency of the desulfurizing agent into the hot metal and performing the reaction efficiency when subjecting the hot metal to mechanical stirring type desulfurization treatment. The purpose is to provide.
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、精錬容器に装入された溶銑に上方からインペラと棒部材とを浸漬した状態で、当該溶銑に対し脱硫剤を加えつつ攪拌しながら脱硫を行う溶銑脱硫方法において、式（１）〜式（３）を満たすように前記棒部材を配置し、前記溶銑をインペラで攪拌して脱硫処理を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the present invention relates to a hot metal desulfurization method in which desulfurization is performed with stirring while adding a desulfurizing agent to the hot metal in a state where the impeller and the rod member are immersed from above in the hot metal charged in the refining vessel. The rod members are arranged so as to satisfy 1) to Formula (3), and the hot metal is stirred with an impeller to perform a desulfurization process.
まず、本願発明人らは、精錬容器を用いた機械撹拌式の溶銑脱硫方法についてそのメカニズムを考えることとした。
溶銑脱硫に用いる脱硫剤はＣａＯを主体としていて溶銑に比べて低密度であるから、溶銑中に分散してもやがては溶銑上まで浮上する。その後、インペラの撹拌により再び溶銑中に巻き込まれる。以降はこの繰り返しとなる。そこで従来は、溶銑中に存在する脱硫剤の個数を増加させるために、溶銑上までの浮上時間を長くさせようという着眼点に立った技術が提案されていた。
First, the inventors of the present application have considered the mechanism of a mechanical stirring type hot metal desulfurization method using a refining vessel.
Since the desulfurization agent used for hot metal desulfurization is mainly composed of CaO and has a lower density than hot metal, even if dispersed in the hot metal, it will eventually rise to the hot metal. Then, it is caught in hot metal again by stirring the impeller. This is repeated thereafter. Therefore, conventionally, in order to increase the number of desulfurizing agents present in the hot metal, a technique with a focus on increasing the ascent time until hot metal has been proposed has been proposed.
これに対し、本願発明人らは、溶銑上に浮上してから再度溶銑中へ巻き込まれるまでに要する時間を短くすると、溶銑上に存在する脱硫剤は減少するため、結果として溶銑中の脱硫剤を増加させることができると考えた。
そこで、機械攪拌式の脱硫処理における溶銑上の脱硫剤粒子の挙動を解析し、次のような知見を得た。
精錬容器の中心に位置するインペラを回転させると、溶銑湯面上の脱硫剤粒子は渦を描きながらインペラの所へ移動し、インペラの位置に達するとインペラの羽根によって溶銑中に弾き出される。しかし、このとき脱硫剤粒子には渦運動による遠心力が働くためインペラに向かって引き込まれる障害になっており、脱硫剤粒子の巻き込みに要する時間を増大させている。なかには、力の釣り合いにより溶銑湯面上で移動が停滞している粒子や、遠心力が勝って容器内壁まで飛ばされ付着してしまう粒子もあり、反応効率を低下させる一因となっている。
On the other hand, the inventors of the present application reduced the amount of desulfurization agent present on the hot metal after reducing the time required to rise again on the hot metal and to be entangled again into the hot metal. Thought that can be increased.
Therefore, the behavior of the desulfurizing agent particles on the hot metal in the mechanical stirring type desulfurization treatment was analyzed, and the following knowledge was obtained.
When the impeller located at the center of the refining vessel is rotated, the desulfurizing agent particles on the hot metal surface move to the impeller while drawing a vortex, and when the impeller reaches the position, it is ejected into the hot metal by the impeller blades. However, at this time, centrifugal force due to vortex motion acts on the desulfurizing agent particles, which is an obstacle to be drawn toward the impeller, increasing the time required for the desulfurizing agent particles to be involved. Among them, there are particles that are stagnant on the surface of the molten metal due to the balance of forces, and particles that win the centrifugal force and adhere to the inner wall of the container, which contributes to a reduction in reaction efficiency.
上述のような障害は「精錬容器の内壁近傍であって溶銑が盛り上がった部分」で生じやすい。なぜなら、この盛り上がり部分は、容器中心に向けた溶銑湯面の傾斜が小さく略水平に近く、脱硫剤粒子がインペラへ向けて移動しづらいエリアだからである。
そこで、本願発明者らは、精錬容器に装入された溶銑に上方から棒部材を浸漬した状態で、当該溶銑に対し脱硫剤を加えつつインペラで攪拌しながら脱硫を行うに際し、式（１）〜式（３）を満たすように棒部材を配置することとした。その結果、溶銑湯面での溶銑流れを変えることができ、脱硫剤粒子をインペラへ向けて移動させると共に脱硫剤の溶銑中への巻き込み効率を高め、脱硫剤の反応効率を高めることができるに至った。
The obstacles as described above are likely to occur at “the portion near the inner wall of the smelting vessel where the molten metal is raised”. This is because the bulging portion is an area where the molten metal surface inclined toward the center of the container is small and almost horizontal, and it is difficult for the desulfurizing agent particles to move toward the impeller.
Therefore, the inventors of the present application perform desulfurization while stirring with an impeller while adding a desulfurizing agent to the hot metal in a state where the rod member is immersed in the hot metal charged in the refining vessel. ~ The rod member was arranged to satisfy the formula (3). As a result, the hot metal flow at the hot metal surface can be changed, the desulfurizing agent particles can be moved toward the impeller, and the desulfurization agent can be efficiently entrained in the hot metal, thereby increasing the reaction efficiency of the desulfurizing agent. It came.
本発明に係る溶銑脱硫方法によれば、溶銑に機械攪拌式の脱硫処理を施すに際し、脱硫剤の溶銑中への巻き込み効率を高め、脱硫剤の反応効率を高めることができる。 According to the hot metal desulfurization method according to the present invention, when the hot metal is subjected to mechanical stirring type desulfurization treatment, the entrainment efficiency of the desulfurization agent into the hot metal can be increased, and the reaction efficiency of the desulfurization agent can be increased.
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
図１〜図３は、本発明に係る溶銑脱硫方法を行うことのできる溶銑脱硫装置１の概略を示した図である。
図１に示されるように、高炉２から出銑された溶銑３は、精錬容器４（以降、取鍋と呼ぶこともある）に装入された上で転炉５などの精錬工程に移送される。転炉５に達するまでに、取鍋４に装入された溶銑３に対しては脱硫処理が施される。
図２は溶銑脱硫装置１を示したものである。本装置１は、溶銑３が装入される取鍋４とこの取鍋４の中心に上方から挿入されるインペラ６とを有している。インペラ６は回転軸を有すると共に、この回転軸の先端から径方向に突出する複数枚の羽根６Ａを備えている。さらに、溶銑３内への脱硫剤の巻き込みを促進させるべく、取鍋４の上方から溶銑３の表面に向けて棒部材７が挿入されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 are diagrams showing an outline of a hot metal desulfurization apparatus 1 capable of performing the hot metal desulfurization method according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the molten iron 3 discharged from the blast furnace 2 is transferred to a refining process such as a converter 5 after being charged into a refining vessel 4 (hereinafter also referred to as a ladle). The Before reaching the converter 5, the hot metal 3 charged in the ladle 4 is subjected to desulfurization treatment.
FIG. 2 shows the hot metal desulfurization apparatus 1. The apparatus 1 has a ladle 4 in which the hot metal 3 is charged and an impeller 6 inserted from above into the center of the ladle 4. The impeller 6 has a rotating shaft and is provided with a plurality of blades 6A protruding in the radial direction from the tip of the rotating shaft. Further, a rod member 7 is inserted from above the ladle 4 toward the surface of the hot metal 3 in order to promote the entrainment of the desulfurizing agent into the hot metal 3.
脱硫処理は、取鍋４内の溶銑３に脱硫剤を投入すると共にインペラ６を挿入し撹拌を行いつつ進める。棒部材７はインペラ６による溶銑表面流れを乱し、脱硫剤をインペラ６の方へ向かわせ、脱硫剤が溶銑３上に浮上してから再び溶銑３中へ巻き込まれるまでに要する時間を短くする作用を有している。
詳しくは、図２（ａ）に示すように、断面円柱状の棒部材７（丸棒部材と呼ぶこともある）を溶銑３上方から溶銑３の上部に浸漬させると、図２（ｂ）に示すように、溶銑３表面の渦流れは丸棒部材７に衝突して、取鍋４の中心方向への流れと内壁８方向への流れへと分流する。分流した２つの流れは丸棒部材７の後方に回り込み合流しようとするが、中心方向への流れはそのままインペラ６近傍へ引き込まれる。取鍋４の内壁８方向への流れは丸棒部材７に沿いつつその後方へ回り込み、その後、中心方向の流れを追う形でインペラ６近傍へ流れる。
In the desulfurization treatment, the desulfurizing agent is introduced into the hot metal 3 in the ladle 4 and the impeller 6 is inserted to proceed with stirring. The rod member 7 disturbs the hot metal surface flow caused by the impeller 6, directs the desulfurizing agent toward the impeller 6, and shortens the time required for the desulfurizing agent to float on the hot metal 3 and to be taken into the hot metal 3 again. Has an effect.
Specifically, as shown in FIG. 2 (a), when a rod member 7 (sometimes referred to as a round bar member) having a columnar cross section is immersed from above the hot metal 3 into the upper part of the hot metal 3, FIG. As shown, the vortex flow on the surface of the hot metal 3 collides with the round bar member 7 and is divided into a flow toward the center of the ladle 4 and a flow toward the inner wall 8. The two separated flows circulate behind the round bar member 7 and try to join, but the flow in the central direction is directly drawn near the impeller 6. The flow in the direction of the inner wall 8 of the ladle 4 wraps around the round bar member 7 and then moves backward, and then flows in the vicinity of the impeller 6 in a form that follows the flow in the center direction.
結果的に、丸棒部材７に衝突した溶銑３の流れは全て中心方向に向くようになり、ひいては、溶銑３上の脱硫剤粒子は移動距離を短縮してより短時間でインペラ６による渦の中心へと向かう。また、取鍋４の内壁８付近で停滞していている脱硫剤も前述した分流に乗せて溶銑３内に巻き込ませることができるようになり、脱硫効果を著しく増加できる。
かかる丸丸棒部材７をどの位置に配備するかにより、溶銑３に投入された脱硫剤の反応効率は大きく異なる。本願発明人らは、数々の実験を通して、式（１）〜式（３）を満たすように丸棒部材７を配備することとしている。
As a result, the flow of the hot metal 3 colliding with the round bar member 7 is all directed toward the center direction. As a result, the desulfurizing agent particles on the hot metal 3 are reduced in moving distance, and the vortex generated by the impeller 6 is shortened in a shorter time. Head to the center. In addition, the desulfurization agent stagnating in the vicinity of the inner wall 8 of the ladle 4 can also be entrained in the hot metal 3 by being put on the above-described diversion, and the desulfurization effect can be remarkably increased.
The reaction efficiency of the desulfurizing agent put into the hot metal 3 varies greatly depending on where the round bar member 7 is arranged. The inventors of the present application have arranged the round bar member 7 so as to satisfy the expressions (1) to (3) through many experiments.
こうすることで、脱硫剤の反応効率ηSを９０％以上とすることが可能となる。脱硫剤の反応効率ηSを９０％以上としておけば、高硫黄濃度の溶銑（例えば、３００ｐｐｍ程度）が高炉から出銑されたとしても、処理後の硫黄濃度を、通常の製品鋼で最低限必要とされる３０ｐｐｍ以下とすることができる。
なお、溶銑３に投入された脱硫剤の反応効率（脱硫率）ηSは式（４）で算出される。脱硫率ηSは、処理前に溶銑３に含有されていた硫黄のうち、処理により除去された硫黄の割合を示すものである。
By doing so, the reaction efficiency η S of the desulfurizing agent can be set to 90% or more. If the reaction efficiency η S of the desulfurizing agent is set to 90% or more, even if hot iron with a high sulfur concentration (for example, about 300 ppm) is discharged from the blast furnace, the sulfur concentration after treatment is minimized with ordinary product steel. The required amount can be 30 ppm or less.
Note that the reaction efficiency (desulfurization rate) η S of the desulfurizing agent charged into the hot metal 3 is calculated by the equation (4). The desulfurization rate η S indicates the proportion of sulfur removed by the treatment among the sulfur contained in the hot metal 3 before the treatment.
以下、式（１）〜式（３）の根拠について説明する。
まず、式（１）に関し、丸棒部材７は、前述の如く、溶銑表面の流れを乱した上でインペラ６へ向かわせ、脱硫剤が溶銑３上に浮上してから再び溶銑３中へ巻き込まれるまでに要する時間を短くするものであるため、脱硫剤が滞留しやすい部分すなわち溶銑３の盛り上がり部分Ｍに浸漬すればよい。
なお、溶銑３の盛り上がり部分Ｍとは、図３に示すように、インペラ６攪拌時に、静止状態の溶銑湯面位置Ｈより高くなる溶銑部分である。盛り上がり部分Ｍは、溶銑湯面の中心へ向けた傾きが小さく脱硫剤が滞留しやすいエリアとなっている。
Hereinafter, the grounds of the equations (1) to (3) will be described.
First, regarding the formula (1), as described above, the round bar member 7 disturbs the flow of the hot metal surface and is directed to the impeller 6, and after the desulfurizing agent floats on the hot metal 3, the round bar member 7 is entangled again in the hot metal 3. Since the time required for the heat treatment is shortened, the desulfurizing agent may be immersed in the portion where the desulfurizing agent tends to stay, that is, the swelled portion M of the hot metal 3.
As shown in FIG. 3, the bulging portion M of the hot metal 3 is a hot metal portion that becomes higher than the hot metal surface position H in a stationary state when the impeller 6 is stirred. The raised portion M is an area where the inclination toward the center of the hot metal surface is small and the desulfurizing agent tends to stay.
図２の如く、溶銑３の盛り上がり部分Ｍについて、取鍋４中心から盛り上がり始めまでの距離をＬ0とすると、Ｌ0は以下のようにして求められる。
まず、流体工学及び化学工学の知見から、インペラ６攪拌時の溶銑湯面は式（５）〜式（１０）を用いて表される。（例えば、別冊化学工学 撹拌装置の設計と操作，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．７，１９７０，６４頁，化学工業社を参照）
As shown in FIG. 2, when the distance from the center of the ladle 4 to the beginning of the swell portion M of the hot metal 3 is L 0 , L 0 is obtained as follows.
First, from the knowledge of fluid engineering and chemical engineering, the hot metal surface at the time of impeller 6 stirring is expressed using equations (5) to (10). (For example, see the separate chemical engineering stirrer design and operation, Vol. 14, No. 7, 1970, page 64, Chemical Industries, Ltd.)
ここで、盛り上がり部分Ｍの「盛り上がり始めまでの距離Ｌ0」を明らかにすべく、式（６）においてｘ＝Ｌ0とする。すると、 Here, in order to clarify the “distance L 0 to the beginning of the swell” of the swelled portion M, x = L 0 is set in Equation (6). Then
が成り立つ。
式（１１）から明らかなように、盛り上がり始めＬ0は、固体回転部（インペラ６の羽根６Ａと等角速度で回転する溶銑部分）の半径ｒc，インペラ６の回転数Ｎ，取鍋４中心での渦深さΔＨの関数である。また、式（８）よりわかるように、固体回転部の半径ｒcは、インペラ６の回転数Ｎ，取鍋４の内径Ｄ，インペラ６の羽根６Ａの直径ｄ，羽根６Ａの高さｂ，羽根６Ａの枚数ｎp，羽根６Ａの捩れ角θ（図２参照）の関数である。一見すると、盛り上がり始めＬ0は様々なファクタに左右されるように見える。
Holds.
As is apparent from the equation (11), the rising start L 0 is the radius r c of the solid rotating part (the hot metal part rotating at the same angular velocity as the blade 6A of the impeller 6), the rotational speed N of the impeller 6, and the center of the ladle 4 Is a function of the vortex depth ΔH. As can be seen from equation (8), the radius r c of the solid rotating portion, the rotation speed N of the impeller 6, the inner diameter D of the ladle 4, the diameter d of the blade 6A of the impeller 6, the height b of the blades 6A, This is a function of the number n p of the blades 6A and the twist angle θ (see FIG. 2) of the blades 6A. At first glance, it appears that L 0 begins to rise, depending on various factors.
ところが、式（１１）に式（１０）を代入し、さらに両辺をＮ2で割ると、両辺からＮ2の項を消すことができる。また、式（８）からわかるように、固体回転部の半径ｒcに対する羽根６Ａの高さｂ，羽根６Ａの枚数ｎp，羽根６Ａの捩れ角θの影響は小さいため無視できる。加えて、実際の溶銑脱硫ではレイノルズ数Ｒｅが１０3より十分大きい（１０5〜１０6）ので、式（８）のＲｅ／（１０3＋１．４３Ｒｅ）＝１／１．４３となり、レイノルズ数Ｒｅの影響も無視できる。
以上のことより、式（１１）において、盛り上がり始めＬ0は羽根６Ａの直径ｄと取鍋４の内径Ｄ（または、羽根６Ａの半径ｒと取鍋４の内半径Ｒ）のファクタの影響を強く受け、羽根６Ａの枚数ｎp，羽根６Ａの捩れ角θなどの他のファクタ影響は非常に小さいことがわかる。
However, by substituting equation (10) into equation (11) and further dividing both sides by N 2 , the term N 2 can be deleted from both sides. Moreover, as can be seen from equation (8), the height b of the blade 6A to the radius r c of the solid rotation section, the number n p of the blades 6A, the influence of the twist angle θ of the blade 6A negligible for small. In addition, since the Reynolds number Re is sufficiently larger than 10 3 (10 5 to 10 6 ) in actual hot metal desulfurization, Re / (10 3 +1.43 Re) = 1 / 1.43 in the formula (8), and the Reynolds number The influence of Re can also be ignored.
From the above, in equation (11), the start of swell L 0 is influenced by the factors of the diameter d of the blade 6A and the inner diameter D of the ladle 4 (or the radius r of the blade 6A and the inner radius R of the ladle 4). It can be seen that the influence of other factors such as the number n p of the blades 6A and the twist angle θ of the blades 6A is very small.
かかる次元解析を基にした上で、式（１１）ならびに式（８）〜式（１０）を用いて、盛り上がり始めＬ0と羽根６Ａの半径ｒと取鍋４の内半径Ｒとの関係を計算により求めた。図４がその結果である。この図よりＬ0／Ｒとｒ／Ｒとの関係が式（１２）で近似できることがわかる。 Based on this dimensional analysis, the relationship between the start of swell L 0 , the radius r of the blade 6A, and the inner radius R of the ladle 4 is obtained using Equation (11) and Equations (8) to (10). Obtained by calculation. FIG. 4 shows the result. From this figure, it can be seen that the relationship between L 0 / R and r / R can be approximated by equation (12).
丸棒部材７を盛り上がり部分Ｍに浸漬するには、丸棒部材７の浸漬位置Ｌ≧盛り上がり始めＬ0であればよいから、式（１２）にＬ≧Ｌ0の関係を適用し、浸漬させるための条件として、式（１）の左辺の関係が得られる。
ところで、図５は、様々に条件を変えた溶銑モデル実験（実際の溶銑を用いた実験）の結果から得られた「Ｌ／（０．３８ｒ＋０．３４Ｒ）と脱硫率ηSの関係」を示したものである。この図からわかるように、式（１）の左辺の関係を満たすと、脱硫率ηSを９０％以上とすることができる。
In order to immerse the round bar member 7 in the swelled portion M, the immersion position L of the round bar member 7 ≧ starting swell L 0 suffices. Therefore, the relation of L ≧ L 0 is applied to the equation (12) and immersed. As a condition for this, the relationship of the left side of Expression (1) is obtained.
FIG. 5 shows the “relationship between L / (0.38r + 0.34R) and the desulfurization rate η S ” obtained from the results of the hot metal model experiment (experiment using actual hot metal) under various conditions. It is a thing. As can be seen from this figure, the desulfurization rate η S can be 90% or more when the relationship of the left side of the equation (1) is satisfied.
一方、丸棒部材７は内壁８に接触する位置まで移動できる(Ｌ≦Ｒ−Ｗ／２)が、内壁８と丸棒部材７の間の距離が小さいと、丸棒部材７と内壁８側との間の流れが滞ってしまい、丸棒部材７の付近で脱硫剤が滞ってしまう。そのため、脱硫剤の巻き込み効率向上の効果が小さくなる。このような状況を溶銑モデル実験を通じて再現し、図６のような結果を得た。
図６から明らかなように、容器内壁８と丸棒部材７の間の距離Ｌ１(＝Ｒ−Ｗ／２−Ｌ)と、盛り上がり部分Ｍの長さ(Ｒ−Ｌ0＝０．６６Ｒ−０．３８ｒ)との関係が、０．１≦Ｌ１／(０．６６Ｒ−０．３８ｒ)であるときに、脱硫率ηS≧９０％を満足する。この関係を展開することで、式（１）の右辺が規定できる。
On the other hand, the round bar member 7 can move to a position in contact with the inner wall 8 (L ≦ R−W / 2), but if the distance between the inner wall 8 and the round bar member 7 is small, the round bar member 7 and the inner wall 8 side And the desulfurization agent stagnate in the vicinity of the round bar member 7. Therefore, the effect of improving the entrainment efficiency of the desulfurizing agent is reduced. Such a situation was reproduced through a hot metal model experiment, and a result as shown in FIG. 6 was obtained.
As apparent from FIG. 6, the distance L1 (= R−W / 2−L) between the container inner wall 8 and the round bar member 7 and the length of the raised portion M (R−L 0 = 0.66R−0). .38r) satisfies 0.1 ≦ L1 / (0.66R−0.38r) and satisfies the desulfurization rate η S ≧ 90%. By expanding this relationship, the right side of equation (1) can be defined.
０．１≦Ｌ１／(０．６６Ｒ−０．３８ｒ)という関係から、盛り上がり部分Ｍの小さいとき、つまりインペラ６の径が大きいときには丸棒部材７と内壁８との距離は小さくてもよいことがわかる。これはインペラ６径が大きいと内壁８付近でも溶銑３流れが速く、内壁８と丸棒部材７の間の流れが滞らないためである。逆に、インペラ６の径が小さいときには丸棒部材７と内壁８との距離は大きくする必要があることがわかる。これは、インペラ６径が小さいときには、盛り上がり部分Ｍが大きく内壁８付近の流れが遅くなり、内壁８と丸棒部材７との間の距離を大きくしないと溶銑３の流れが滞ってしまうためである。 From the relationship of 0.1 ≦ L1 / (0.66R−0.38r), the distance between the round bar member 7 and the inner wall 8 may be small when the rising portion M is small, that is, when the diameter of the impeller 6 is large. I understand. This is because if the diameter of the impeller 6 is large, the hot metal 3 flows fast even in the vicinity of the inner wall 8 and the flow between the inner wall 8 and the round bar member 7 does not stagnate. Conversely, it can be seen that when the diameter of the impeller 6 is small, the distance between the round bar member 7 and the inner wall 8 needs to be increased. This is because when the diameter of the impeller 6 is small, the rising portion M is large and the flow in the vicinity of the inner wall 8 becomes slow, and unless the distance between the inner wall 8 and the round bar member 7 is increased, the flow of the hot metal 3 is delayed. is there.
次に、式（２）の根拠について述べる。
まず、丸棒部材７の最大幅Ｗが大きくなりすぎて、盛り上がり部分Ｍからはみ出したとしたら、溶銑３流れに影響しない部分が増え非効率である。この観点より、盛り上がり部分Ｍの長さ(０．６６Ｒ−０．３８ｒ)よりも小さいことが望ましい。
しかしながら、丸棒部材７の最大幅Ｗが盛り上がり部分Ｍからはみ出ないとしても、最大幅Ｗは大きすぎても小さすぎてもよくない。丸棒部材７の最大幅Ｗが大きいほど広範囲の溶銑３の流れを変えることができ、より多くの脱硫剤を巻き込ませることができるが、最大幅Ｗが大きくなるにつれ溶銑流れへの抵抗が大きくなり、丸棒部材７の溶損等が激しくなる虞がある。
Next, the basis of the formula (2) will be described.
First, if the maximum width W of the round bar member 7 becomes too large and protrudes from the swelled portion M, the portion not affecting the hot metal 3 flow increases and is inefficient. From this viewpoint, it is desirable that the length is larger than the length of the raised portion M (0.66R−0.38r).
However, even if the maximum width W of the round bar member 7 does not protrude from the raised portion M, the maximum width W may not be too large or too small. The larger the maximum width W of the round bar member 7, the more the flow of the hot metal 3 can be changed, and more desulfurization agent can be entrained. However, as the maximum width W increases, the resistance to the hot metal flow increases. Therefore, there is a possibility that the round bar member 7 may be severely damaged.
すなわち、丸棒部材７の最大幅Ｗには最適値が存在することが予想され、かかる考えのもと、丸棒部材７の最大幅Ｗを種々変えた溶銑モデル実験を行った。
図７は、溶銑モデル実験から得られた最大幅Ｗと脱硫率ηSの変化曲線である。丸棒部材７の最大幅Ｗと盛り上がり部分Ｍの長さ(０．６６Ｒ−０．３８ｒ)との比が、０．３≦Ｗ/(０．６６Ｒ−０．３８ｒ)≦０．９であるときに、脱硫率ηS≧９０％を満足する。この式を展開すると、式（２）が得られる。
式（２）は、盛り上がり部分Ｍが大きいときは、流れを改善しなければならない領域が大きいため、それに応じて大きな丸棒部材７を浸漬させ、逆に盛り上がり部分Ｍが小さいときには小さな丸棒部材７を浸漬させることを示している。
That is, it is expected that there is an optimum value for the maximum width W of the round bar member 7, and based on this idea, a hot metal model experiment was performed in which the maximum width W of the round bar member 7 was variously changed.
FIG. 7 is a change curve of the maximum width W and the desulfurization rate η S obtained from the hot metal model experiment. The ratio of the maximum width W of the round bar member 7 to the length of the raised portion M (0.66R−0.38r) is 0.3 ≦ W / (0.66R−0.38r) ≦ 0.9. Sometimes, the desulfurization rate η S ≧ 90% is satisfied. When this expression is expanded, Expression (2) is obtained.
In the formula (2), when the raised portion M is large, the area where the flow must be improved is large. Therefore, the large round bar member 7 is immersed accordingly, and conversely, when the raised portion M is small, the small round bar member 7 is immersed.
次に、式（３）の根拠について述べる。
取鍋４内の溶銑３に対する丸棒部材７の浸漬深さｈは、例えば、式（１）で規定された領域では攪拌により溶銑湯面が上昇するから、浸漬深さｈ＝０であっても、攪拌処理中に溶銑３に浸漬することになる。しかし、浸漬深さｈが小さくては流れに与える影響が小さいため巻き込み促進効果も小さい。逆に浸漬深さｈが大きくなると溶銑３から受ける抵抗が大きくなり溶損等が激しくなることが予想される。
このように、丸棒部材７の浸漬深さｈにも最適範囲が存在することが予想され、かかる考えのもと、丸棒部材７の浸漬深さｈを種々変えた溶銑モデル実験を行った。
Next, the basis of the formula (3) will be described.
The immersion depth h of the round bar member 7 with respect to the hot metal 3 in the ladle 4 is, for example, the immersion depth h = 0 because the hot metal surface rises by stirring in the region defined by the formula (1). Is immersed in the hot metal 3 during the stirring process. However, if the immersion depth h is small, the effect on the flow is small, so the effect of entrainment is small. Conversely, when the immersion depth h is increased, the resistance received from the hot metal 3 is increased, and it is expected that the melting loss and the like become severe.
Thus, it is expected that there is an optimum range for the immersion depth h of the round bar member 7, and based on this idea, hot metal model experiments were conducted with various changes in the immersion depth h of the round bar member 7. .
図８は、溶銑モデル実験から得られた浸漬深さｈと脱硫率ηSの変化曲線である。この図から明らかなように、０≦（ｈ＋δ）／Ｈ≦０．３であれば、脱硫率ηS≧９０％を満足する。この式を展開すると式（３）が得られる。
なお、式（３）においては、浸漬深さにスラグの厚さδを考慮しているため、−δ／Ｈ≦ｈ／Ｈ≦０．３−δ／Ｈとなっている。
つまり、溶銑３の流れと共に脱硫剤（脱硫スラグ）も移動し、丸棒部材７に衝突することで運動エネルギを失う。スラグ厚さδが大きくなれば、脱硫スラグが失う運動エネルギが大きくなるため、脱硫スラグの巻き込みが遅くなってしまう。ゆえに、脱硫スラグが厚くなっただけ浸漬深さを小さくして溶銑３が失う運動エネルギーを小さくすればよい。
FIG. 8 is a change curve of the immersion depth h and the desulfurization rate η S obtained from the hot metal model experiment. As is apparent from this figure, when 0 ≦ (h + δ) /H≦0.3, the desulfurization rate η S ≧ 90% is satisfied. When this formula is expanded, formula (3) is obtained.
In formula (3), since the slag thickness δ is taken into consideration in the immersion depth, −δ / H ≦ h / H ≦ 0.3−δ / H.
That is, the desulfurization agent (desulfurization slag) moves with the flow of the molten iron 3 and collides with the round bar member 7 to lose kinetic energy. If the slag thickness δ increases, the kinetic energy lost to the desulfurized slag increases, and therefore the entrainment of the desulfurized slag becomes slow. Therefore, it is only necessary to reduce the kinetic energy lost to the molten iron 3 by reducing the immersion depth as the desulfurized slag becomes thicker.
本発明の溶銑脱硫方法を用いて、実際の溶銑３に対する脱硫処理を行った。
実験条件としては、５ｔｏｎの銑鉄を低周波炉で溶解後、内半径Ｒ＝５９０ｍｍの取鍋４に装入し、脱硫剤を添加して羽根半径ｒ＝２５０ｍｍのインペラ６（羽根６Ａの捩れ角θ＝９０°）で攪拌処理を施した。脱硫剤はＣａＯにＡｌ灰を添加したものを５ｋｇ／ｔｏｎ添加した。インペラ６の回転数は２００ｒｐｍ、処理時間は１０ｍｉｎとした。
表１に実施例の条件と結果を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４が本発明の溶銑脱硫方法を適用した場合（実施例）、Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２６が未適用の場合（比較例）である。また、Ｎｏ．２７は丸棒部材７を浸漬させない場合である。
Using the hot metal desulfurization method of the present invention, the actual hot metal 3 was desulfurized.
As experimental conditions, 5 ton of pig iron was melted in a low-frequency furnace, charged into a ladle 4 having an inner radius R = 590 mm, a desulfurizing agent was added, and an impeller 6 having a blade radius r = 250 mm (the twist angle of the blade 6A) A stirring process was performed at θ = 90 °. As the desulfurizing agent, CaO added with Al ash was added at 5 kg / ton. The rotation speed of the impeller 6 was 200 rpm, and the processing time was 10 min.
Table 1 shows the conditions and results of the examples. No. 1-No. No. 14 applies the hot metal desulfurization method of the present invention (Example). 15-No. This is a case where 26 is not applied (comparative example). No. Reference numeral 27 denotes a case where the round bar member 7 is not immersed.
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４のいずれの場合でも、丸棒部材７の配備位置は、式（１）〜式（３）を満たしており、脱硫率がηSが９０％以上である。それに対して、Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２６では脱硫率ηSが７０〜８０％台と悪く、丸棒部材７を浸漬させない場合（Ｎｏ．２７）の脱硫率は６５％と最も悪い。
以上の実施例からもわかるように、本願発明の溶銑脱硫方法は、脱硫剤を用いて溶銑３に機械攪拌式の脱硫処理を施すに際し、脱硫剤の溶銑３中への巻き込み効率を高め、脱硫剤の反応効率を高めることができる。
No. 1-No. In any case of 14, the deployment position of the round bar member 7 satisfies the formulas (1) to (3), and the desulfurization rate η S is 90% or more. In contrast, no. 15-No. 26, the desulfurization rate η S is as bad as 70 to 80%, and the desulfurization rate when the round bar member 7 is not immersed (No. 27) is the worst as 65%.
As can be seen from the above examples, the hot metal desulfurization method of the present invention increases the efficiency of entrainment of the desulfurizing agent into the hot metal 3 when the hot metal 3 is subjected to mechanical stirring type desulfurization treatment using the desulfurizing agent. The reaction efficiency of the agent can be increased.
本願発明は、化学工学分野で一般的に邪魔材または邪魔棒と称される技術に一見似ているが、物理的に発揮する効果は異なるものである。すなわち、邪魔材は溶銑３中の流れを変えて攪拌を活発にするものであるが、本発明の棒部材７は、溶銑３表面のわずかな部分の流れを変えるものであるから、技術としては全く異なるものである。
邪魔材の挿入により攪拌流れを変えると攪拌動力が増大することが知られているが、本発明の棒部材７において、流れを変えているのは溶銑３表面のわずかな部分であり、溶銑３全体の流れを変えるわけではないので、攪拌動力の増加はほとんどない。棒部材７は、攪拌動力を増加させることなく脱硫剤の溶銑３中への分散量を増加させることができる。
The present invention is similar to a technique generally referred to as a baffle or baffle rod in the chemical engineering field, but is physically different in effect. That is, the baffle material changes the flow in the hot metal 3 to make the stirring active, but the rod member 7 of the present invention changes the flow of a small part of the surface of the hot metal 3, It is completely different.
It is known that when the stirring flow is changed by inserting a baffle, the stirring power increases. However, in the rod member 7 of the present invention, the flow is changed only in a small part on the surface of the hot metal 3. Since the overall flow is not changed, there is almost no increase in stirring power. The rod member 7 can increase the dispersion amount of the desulfurizing agent in the molten iron 3 without increasing the stirring power.
以上、本発明に係る溶銑脱硫方法は、上述した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、棒部材７は丸棒に限定されない。断面三角形や四角形であってもよく、板状であってもよい。
As described above, the hot metal desulfurization method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, the bar member 7 is not limited to a round bar. The cross section may be a triangle, a quadrangle, or a plate.
１ 溶銑脱硫装置
２ 高炉
３ 溶銑
４ 取鍋（精錬容器）
５ 転炉
６ インペラ
７ 丸棒部材（棒部材）
８ 内壁
Ｍ 盛り上がり部分
１００ 溶銑脱硫装置（従来例）
１０１ 取鍋（従来例）
１０２ インペラ（従来例）
1 Hot metal desulfurization equipment 2 Blast furnace 3 Hot metal 4 Ladle (smelting vessel)
5 Converter 6 Impeller 7 Round bar member (Bar member)
8 Inner wall M Swelling part 100 Hot metal desulfurization equipment (conventional example)
101 Ladle (conventional example)
102 Impeller (conventional example)
Claims (1)
式（１）〜式（３）を満たすように前記棒部材を配置し、前記溶銑をインペラで攪拌して脱硫処理を行うことを特徴とする溶銑脱硫方法。
The hot metal desulfurization method, wherein the rod member is arranged so as to satisfy formulas (1) to (3), and the hot metal is stirred with an impeller to perform a desulfurization treatment.
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| KR101149257B1 (en) | 2009-06-26 | 2012-05-25 | 현대제철 주식회사 | Method of molten pig iron preliminary treatment for improving desulfuration Effiency |
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