JP2009191300A

JP2009191300A - 溶銑の脱硫処理方法

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Publication number: JP2009191300A
Application number: JP2008031198A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Oyama; 智史大山; Yoshinori Inoue; 祥規井上; Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Tomoo Izawa; 智生井澤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP5458499B2

Abstract

【課題】機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理する際に、新たな設備改造費用を必要とせずに、従来に比べて脱硫反応効率を高めることができ、溶銑を効率良く脱硫処理する方法を提供する。
【解決手段】本発明の溶銑の脱硫処理方法は、ＣａＯ系脱硫剤６を使用して機械攪拌式脱硫装置で溶銑３を脱硫処理するに際し、インペラー４によって攪拌されている溶銑に、ＣａＯ系脱硫剤を、３段階以上に分割し且つ３分間以上の間隔を隔てて、上置き添加して脱硫する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理する方法に関し、詳しくは、脱硫剤の凝集を防止して、高い脱硫反応効率で脱硫することのできる脱硫処理方法に関するものである。

高炉で溶製される溶銑から鋼を製造するにあたり、高炉から出銑された溶銑には、鋼の品質に悪影響を及ぼす硫黄（Ｓ）が０．０４〜０．０５質量％程度の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、他の含有成分などの影響から脱硫しやすい溶銑の段階において、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が行われている。

この予備脱硫処理は、Ａｒガスなどの不活性ガスを溶銑中へ吹き込んで溶銑を攪拌しながら脱硫剤を搬送用ガスとともに溶銑中に吹込み添加する方法や、溶銑中に浸漬させたインペラー（「回転羽根」または「回転翼」とも呼ぶ）を回転させて溶銑を攪拌しながら脱硫剤を上置き添加して行う方法が一般的であり、特に、安価なＣａＯ系脱硫剤を使用した場合でも高い脱硫率が得られることから、近年は機械攪拌方式による脱硫方法が主流になっている。この場合、ＣａＯ系脱硫剤としては、生石灰単独、或いは、生石灰に蛍石（ＣａＦ₂）またはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を加えたものが使用されている。このＣａＯ系脱硫剤による脱硫反応は、「ＣａＯ＋Ｓ→ＣａＳ＋Ｏ」に示される反応式に基づいて進行する。尚、機械攪拌方式による脱硫装置を機械攪拌式脱硫装置と呼んでいる。

しかしながら、機械攪拌式脱硫装置における脱硫処理で使用されるＣａＯ系脱硫剤は、集塵機に吸引されたり、周囲に飛散したりすることを防止するために、０．５〜２ｍｍ程度の粒子状として使用される。また、ＣａＯの融点は２０００℃を超える高温であることから溶銑中では溶融せず、溶銑中硫黄との反応は、粒子状ＣａＯ系脱硫剤の表面のみで起こり、ＣａＯ系脱硫剤の内部は脱硫反応に寄与しない。また更に、ＣａＯ系脱硫剤は、溶銑との濡れ性が悪く、溶銑中へ巻き込まれにくい上に、溶銑浴上へ添加されたＣａＯ系脱硫剤が、強攪拌されている溶銑の浴表面または浴中で凝集してしまい、反応界面積はより一層低下する。

このために、ＣａＯ系脱硫剤の脱硫反応効率は、７％程度と低いのが現状である。ここで、脱硫反応効率とは、脱硫剤として添加したＣａＯの質量に対する脱硫反応に寄与したＣａＯの質量の比率であり、従って、添加されるＣａＯ系脱硫剤中のＣａＯの９０％以上は脱硫反応に寄与しないことを示している。

そこで、ＣａＯ系脱硫剤の脱硫反応効率を高める技術が多数提案されている。例えば、特許文献１には、インペラーを低速回転させながら上方から溶銑面に近づけ、インペラーが溶銑中に浸漬したときからインペラーの回転速度を上げて溶銑上のスラグを処理容器の外周寄りに振り分け、その状態で容器中央部付近に露出する溶銑面上にＣａＯ系脱硫剤を投入し、投入したＣａＯ系脱硫剤と溶銑とを、全体が溶銑中に漬かった位置で高速回転させるインペラーによって撹拌する脱硫方法が提案されている。特許文献１によれば、ＣａＯ系脱硫剤は露出した溶銑浴面上に添加されるので、ＣａＯ系脱硫剤の全量が直ちに溶銑と接触し反応するので、短時間で十分に脱硫できるとしている。

特許文献２には、粉状のＣａＯ系脱硫剤を、インペラー軸の側壁に設けた吹込み孔から溶銑中に略水平方向に向けて吹き込んで脱硫する方法が提案されている。特許文献２によれば、略水平方向に向けて吹き込むことにより、インペラーの下方に形成されるガス溜りに捕捉されるＣａＯ系脱硫剤は大幅に減少し、ＣａＯ系脱硫剤の凝集が抑制されて、溶銑中に効率的に分散されるとしている。

また、特許文献３には、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理するに際し、インペラーによって攪拌されている溶銑に、鉄系シース材でＣａＯ系脱硫剤を被覆した鉄被覆脱硫用ワイヤーを供給して脱硫処理する方法が提案されている。特許文献３によれば、超微粒のＣａＯ系脱硫剤であっても添加時の飛散が無く、脱硫剤の添加歩留まりが向上し、そして、添加された脱硫剤は溶銑と強攪拌されるので、脱硫反応界面積が増加して脱硫反応が促進され、脱硫反応効率を向上させることができるとしている。
特開２０００−１７１０号公報特開２００６−２８６１５号公報特開２００７−２４７０４５号公報

上記特許文献１〜３によって、溶銑の脱硫処理は迅速化された。しかしながら、上記特許文献１〜３には以下の問題点がある。即ち、上記特許文献１〜３の方法を採用しても、溶銑上へのＣａＯ系脱硫剤の添加後、２分間程度経過すると、脱硫反応効率は低下してしまい、改善効果は持続しないという点である。

また、本発明者等の試験結果によれば、１回あたりのＣａＯ系脱硫剤の投入量が多くなると、投入したＣａＯ系脱硫剤のうちで凝集するものの比率が高くなることが確認されており、この現象に則して上記特許文献１〜３を検証すると、上記特許文献１〜３の方法では、必要とするＣａＯ系脱硫剤の全量を、一括投入するまたは連続して投入しており、凝集するＣａＯ系脱硫剤が多くなり、反応界面積が減少して脱硫反応効率の低下を招く虞が極めて高いという点である。

また更に、特許文献２では、インペラーに吹込み孔を設置する必要があり、特許文献３では、鉄被覆脱硫用ワイヤーを供給するための装置が必要であり、両者ともに従来の機械攪拌式脱硫装置に新たな装置を追加しなければならず、新たな設備改造費用が必要であるという問題点もある。

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、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理するに際し、新たな設備改造費用を必要とせずに、従来に比べて脱硫反応効率を高めることができ、溶銑を効率良く脱硫処理する方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するべく鋭意検討・研究を実施した。その結果、インペラーで攪拌されている溶銑上にＣａＯ系脱硫剤を添加して２分間程度経過すると、ＣａＯ系脱硫剤の脱硫反応効率は、添加当初は高いものの、一定値に収束することが分かった。また、脱硫処理に必要な量のＣａＯ系脱硫剤を一括投入すると、凝集するＣａＯ系脱硫剤の比率が高くなって、脱硫反応効率を高める上で不利であり、分割添加する必要のあることが分かった。また更に、分割添加する場合にも、添加する間隔を２分間以内にすると凝集する比率が高くなることも分かった。

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の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、ＣａＯ系脱硫剤を使用して機械攪拌式脱硫装置で溶銑を脱硫処理するに際し、インペラーによって攪拌されている溶銑に、ＣａＯ系脱硫剤を、３段階以上に分割し且つ３分間以上の間隔を隔てて、上置き添加することを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、第１の発明において、ＣａＯ系脱硫剤の各段階での添加量を、直前の段階での添加量に対して同等かまたは同等未満とし、全体的には脱硫処理時間の経過に伴って少なくなるように設定することを特徴とするものである。

本発明によれば、脱硫処理に必要な量のＣａＯ系脱硫剤を、３段階以上に分割し且つ３分間以上の間隔を隔てて添加するので、脱硫剤添加直後の脱硫反応効率の高い時期を従来に比較して３倍以上の長時間にわたって得ることができるとともに、各段階における添加量が少ないことからＣａＯ系脱硫剤の凝集が抑制され、添加されたＣａＯ系脱硫剤は、凝集することなく迅速に溶銑中に巻き込まれて溶銑と反応するので、脱硫反応界面積が増加して脱硫反応が促進され、その結果、脱硫反応効率が従来に比較して向上し、効率良く脱硫処理することが達成される。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明による脱硫処理を実施する際に使用した機械攪拌式脱硫装置の概略側断面図であり、図１では、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。処理容器の形状については、インペラーによる溶銑の旋回・攪拌が得られやすいことから、水平断面形状が円形であることが好ましく、従って、処理容器としては、取鍋型の溶銑鍋や転炉装入鍋などが好適である。以下、処理容器として溶銑鍋を使用した例で説明する。

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で受銑するか、或いは、トーピードカーで受銑した溶銑３を、トーピードカーから溶銑鍋２に移し、高炉から出銑された溶銑３を機械攪拌式脱硫装置に搬送する。尚、本発明において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り、脱燐処理とは、溶銑３に酸素ガスや鉄鉱石などの酸素源を添加するとともに、生成するＰ₂Ｏ₅を吸収するための脱燐用フラックスとしての生石灰（ＣａＯ）を添加して、主に溶銑中の燐（Ｐ）を除去する処理である。脱硫処理前に脱珪処理や脱燐処理を施した場合には、脱硫処理前に、脱珪処理や脱燐処理で生成したスラグを溶銑鍋２から除去する。

図１に示すように、機械攪拌式脱硫装置は、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を備えており、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。また、機械攪拌式脱硫装置には、ＣａＯ系脱硫剤６を収容するホッパー（図示せず）、及び、金属Ａｌやアルミドロス粉末などの脱硫助剤を収容するホッパー（図示せず）が備えられており、これらのＣａＯ系脱硫剤６及び脱硫助剤は、シュート５を介して任意のタイミングで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。また更に、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（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。

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、ＣａＯ系脱硫剤６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合金なども用いることができる。脱硫助剤は、必要とする全量を脱硫処理開始時に投入してもよく、また、脱硫処理中、連続的にまたは断続的に投入してもよい。また更に、脱硫助剤とＣａＯ系脱硫剤６とを別々に供給する必要はなく、予め混合して同時に添加してもよい。

ＣａＯ系脱硫剤６としては、生石灰単独、或いは、生石灰に蛍石（ＣａＦ₂）またはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を加えたものを使用し、そのサイズは、脱硫反応効率を高めるために、最大径を２ｍｍ程度以下の粒子状とする。ＣａＯ系脱硫剤６は、脱硫反応界面積を高めるためには微粉であることが好ましく、従って、シュート５を介した添加時の飛散が問題とならない範囲内で、そのサイズを決定すればよい。通常、１ｍｍ以下或いは０．５ｍｍ以下程度とする。

本発明においては、ＣａＯ系脱硫剤６を一括投入せず、３段階以上に分割して添加する。従って、脱硫処理前に分割添加する回数と、各添加時期の添加量とを設定しておく。この場合、各添加時期の間隔を３分間以上とするので、脱硫処理時間に応じて添加回数を設定する。通常、溶銑３の脱硫処理時間は１５〜２０分間程度であるので、添加回数は３〜５回程度となる。尚、添加回数が２回では、１回あたりの添加量が多くなり、添加したＣａＯ系脱硫剤６が凝集しやすくなるので、３段階以上に分割して添加する。

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の位置を調整し、次いで、インペラー４を下降させて溶銑３に浸漬させる。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、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、シュート５を介して所定量のＣａＯ系脱硫剤６を溶銑３に上置き添加し、第１段階目のＣａＯ系脱硫剤６の添加を実施する。

第１段階目のＣａＯ系脱硫剤６の添加完了後、３分間以上経過した時点で、シュート５を介して所定量のＣａＯ系脱硫剤６を溶銑３に上置き添加し、第２段階目のＣａＯ系脱硫剤６の添加を実施する。第３段階目以降も、同様に、３分間以上の間隔を隔ててシュート５を介して所定量のＣａＯ系脱硫剤６を添加する。そして、最終段階の添加完了後も更にインペラー４による攪拌を３分間以上継続し、最終段階時に添加したＣａＯ系脱硫剤６による脱硫を十分に進行させる。

ＣａＯ系脱硫剤６の各段階での添加量は、基本的には、脱硫処理開始時を多くし、脱硫処理の経過に伴って少なくなるように設定することが好ましい。但し、直前の添加時期での添加量と同等の場合があっても構わない。脱硫処理開始時での添加量を多くし、脱硫処理の経過に伴って少なくなるように設定する理由は、脱硫反応効率が低下するといえども脱硫処理の初期に添加したＣａＯ系脱硫剤６による脱硫反応は脱硫処理中継続して起こっており、脱硫処理時間を短くする上で必要であるからである。インペラー４は、途中で回転数の変更があっても構わないが、ＣａＯ系脱硫剤６の添加時期であっても、また添加時期でなくでも、脱硫処理中は連続して回転させる。

そして、所定量のＣａＯ系脱硫剤６の投入が完了し、且つ、所定時間のインペラー４による攪拌が完了したなら、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の回転が停止したなら、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、ＣａＯ系脱硫剤添加直後の脱硫反応効率の高い時期を従来に比較して３倍以上の長時間にわたって得ることができるとともに、各段階における添加量が少ないことからＣａＯ系脱硫剤６の凝集が抑制され、添加されたＣａＯ系脱硫剤６は、凝集することなく迅速に溶銑中に巻き込まれて溶銑３と反応するので、脱硫反応界面積が増加して脱硫反応が促進され、脱硫反応効率を向上させることができる。

高炉から出銑された溶銑をトーピードカーで受銑し、この溶銑に、先ず、酸素ガスを主体とする酸素源並びに生石灰を供給して脱燐処理を施し、脱燐処理で生成したスラグを除去した後、溶銑をトーピードカーから溶銑鍋に移し、溶銑鍋に収容された溶銑を図１に示す機械攪拌式脱硫装置に搬送して脱硫処理を施した。脱硫処理時の溶銑の処理量は１チャージあたり１８０〜２２０トン、脱硫処理前の溶銑温度は１２５０〜１３５０℃、脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度は０．０１５〜０．０３０質量％であった。

ＣａＯ系脱硫剤としては、粒径が１．０ｍｍ以下であり、ＣａＦ₂を含有するＣａＯ系脱硫剤を使用し、また、脱硫助剤としてはアルミドロス粉末を使用した。これらのＣａＯ系脱硫剤及び脱硫助剤を予め混合し、混合して作成した脱硫用フラックスを使用した。脱硫用フラックスの組成は、およそＣａＯが９０質量％、ＣａＦ₂が７質量％、アルミドロスが３質量％であった。この脱硫用フラックスを１チャージあたり５００ｋｇ添加して脱硫処理した。

本発明の実施例（本発明例）では、５００ｋｇの脱硫用フラックスを３分割して添加することとし、且つ、各添加時期での脱硫用フラックスの添加量の比率を、第１段階：第２段階：第３段階＝４：４：２とした。インペラーの回転数は８０〜１２０ｒｐｍとし、脱硫処理時間は約１５分間とした。

また、比較のために、同一組成、同一質量の脱硫用フラックスを、脱硫処理開始時に一括上置きのみで添加する脱硫処理（従来例）も実施し、そのときの脱硫反応効率を調査し、上記の本発明例と比較した。

その結果、脱硫反応効率は従来例では平均値で６．８％であったが、本発明例では平均値で７．９％に向上することが分かった。つまり、脱硫反応効率は従来例に比較して１７％向上し、その向上する分、脱硫用フラックスの使用量を削減できることが確認できた。

本発明で使用した機械攪拌式脱硫装置の概略側断面図である。

符号の説明

１台車
２溶銑鍋
３溶銑
４インペラー
５シュート
６ＣａＯ系脱硫剤

Claims

ＣａＯ系脱硫剤を使用して機械攪拌式脱硫装置で溶銑を脱硫処理するに際し、インペラーによって攪拌されている溶銑に、ＣａＯ系脱硫剤を、３段階以上に分割し且つ３分間以上の間隔を隔てて、上置き添加することを特徴とする、溶銑の脱硫処理方法。
ＣａＯ系脱硫剤の各段階での添加量を、直前の段階での添加量に対して同等かまたは同等未満とし、全体的には脱硫処理時間の経過に伴って少なくなるように設定することを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。