JP2011149064A

JP2011149064A - 溶銑の脱硫方法

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Publication number: JP2011149064A
Application number: JP2010011871A
Authority: JP
Inventors: Maki Iwaasa; 麻希岩浅; Naoki Kikuchi; 直樹菊池; Yuichi Uchida; 祐一内田; Yasuo Kishimoto; 康夫岸本; Masaki Koizumi; 正樹小泉; Takashi Yamauchi; 崇山内; Kenji Shiotsuki; 健司塩月
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP5418248B2

Abstract

【課題】機械攪拌式脱硫装置で攪拌されている溶銑に、投入シュートからの上置き添加と上吹きランスからの上吹き添加とを併用して石灰系脱硫剤を供給して溶銑を脱硫処理するにあたり、高い添加歩留まりで脱硫剤を添加することができると同時に、添加した脱硫剤の凝集を防止することができ、これにより、安定して高効率で脱硫する。
【解決手段】機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラー４によって攪拌されている溶銑３の浴面上に、先ず、石灰系脱硫剤６を上置き添加し、次いで、当該上置き添加の終了後、石灰系脱硫剤を、上吹きランス５を介して搬送用ガスとともに前記溶銑の浴面上に上吹き添加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法に関し、詳しくは、脱硫反応を促進して効率良く溶銑を脱硫する方法に関する。

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燐（元素記号：Ｐ）、硫黄（元素記号：Ｓ）が高濃度に含有されており、これらを除去する種々の技術が開発されている。今日の鉄鋼精錬プロセスにおいては、転炉での脱炭精錬に先立って溶銑に含有される燐及び硫黄を予め除去する方法、所謂、「溶銑の予備処理」が一般的に行われている。このうち、溶銑の脱硫処理は、水平断面がほぼ円形を有する精錬容器に溶銑を保持し、脱硫剤を溶銑上に添加し、インペラー（「攪拌羽根」、「攪拌翼」とも呼ぶ）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、溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫する方法（以下、「機械攪拌式脱硫法」という）が広く行われている。この機械攪拌式脱硫法においては安価なＣａＯ（石灰）を主成分とする石灰系脱硫剤が用いられている。

この石灰系脱硫剤を用いた脱硫反応において、脱硫反応速度を高めるためには、溶銑と脱硫剤との反応界面積を増加させることが効果的であることが分かっており、従って、添加する脱硫剤の粒径を細粒化すれば脱硫反応効率が向上する。しかし、実機での機械攪拌式脱硫方法においては、ホッパーから脱硫剤を切り出し、溶銑鍋などの処理容器の上方に設置した投入シュートから脱硫剤を処理容器内に上置き添加する方法が一般的であり、このような方法で細粒の脱硫剤を添加すると、飛散する脱硫剤や上昇気流で舞い上がる脱硫剤が多くなり、脱硫剤の添加歩留まりが低下し、結局、効率的な脱硫処理は得られない。その上、飛散した脱硫剤はダストとして蓄積し、ダスト処理が頻発するという問題も発生する。

また、石灰系脱硫剤の主成分であるＣａＯ粉体と溶鉄との界面張力は１．７５Ｎ／ｍであり、ＣａＯは溶銑とは濡れ難い性質を有する。このため、溶銑に添加された粉体のＣａＯは互いに凝集してしまい、凝集体内部のＣａＯは未反応のままであるため、脱硫剤を微細化する効果が得られないという問題も生ずる。

この問題を解決するべく、特許文献１には、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに上吹き添加して脱硫処理を行うことが提案されている。特許文献１によれば、反応性に優れる細粒の脱硫剤を搬送用ガスとともに上吹き添加するので、添加時の飛散が少なくなり、脱硫剤の添加歩留まりが向上し、そして、細粒の脱硫剤は、反応界面積が大きく、そのため、脱硫反応が促進され、脱硫率を著しく向上させることができるとしている。また、特許文献１は、脱硫剤の投入シュートからの上置き添加と上吹きランスからの上吹き添加との併用も可能であることを記載している。

特開２００５−１７９６９０号公報

本発明者らは、特許文献１に提案された溶銑の脱硫方法を採用することで、石灰系脱硫剤を使用して効率的な脱硫処理が可能になることを確認した。特に、脱硫剤の上置き添加と上吹き添加とを併用することにより、効率的な脱硫処理が可能になることを確認した。但し、脱硫剤の上置き添加と上吹き添加とを併用する場合に、双方の添加時期を的確に調整しないと、効率的な脱硫処理が得られないことを確認した。例えば、上置き添加と上吹き添加とを同時に行うと、上置き添加される脱硫剤は、上吹き添加のための搬送用ガスによって飛散し、添加歩留りが低下して効率的な脱硫処理は得られない。この点に関して、特許文献１は何ら記載していない。

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で攪拌されている溶銑に、投入シュートからの上置き添加と上吹きランスからの上吹き添加とを併用して石灰系脱硫剤を供給して溶銑を脱硫処理するにあたり、高い添加歩留まりで脱硫剤を添加することができると同時に、添加した脱硫剤の凝集を防止することができ、これにより、安定して高効率で脱硫処理することのできる、溶銑の脱硫方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る溶銑の脱硫方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、先ず、石灰系脱硫剤を上置き添加し、次いで、当該上置き添加の終了後、石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに前記溶銑の浴面上に上吹き添加することを特徴とする。

第２の発明に係る溶銑の脱硫方法は、第１の発明において、石灰系脱硫剤の上置き添加の終了時から上吹き添加の開始時までの時間が２〜５分であることを特徴とする。

本発明によれば、機械攪拌式脱硫装置を用い、石灰系脱硫剤の上置き添加と上吹き添加とを併用して溶銑を脱硫処理するにあたり、上置き添加の終了後に上吹き添加を実施するので、上置き添加された脱硫剤は、浴面上から飛散せずに高い添加歩留りで添加でき、その後の上吹き添加される脱硫剤の添加歩留りが高いこともあいまって、脱硫反応が促進され、少ない脱硫剤で所望する脱硫処理が実施可能となる。その結果、脱硫剤原単位の削減、これに伴う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。

機械攪拌式脱硫装置を模擬した実験装置の概略図である。本発明を実施した機械攪拌式脱硫装置の側面概略図である。本発明例及び比較例での脱硫剤の添加パターンを示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。

本発明者らは、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫処理において、溶銑を効率良く脱硫する手段を種々検討した。その結果、格段に脱硫効率の向上を得られることから、特許文献１に開示された、石灰系脱硫剤の投入シュートからの上置き添加と上吹きランスからの上吹き添加とを併用して脱硫する方法が優れていることを確認した。

しかしながら、実機における試験結果から、上置き添加された脱硫剤が溶銑浴面上に多く存在する状態で上吹きランスからの添加を行うと、上吹きランスを介して供給される搬送用ガスにより、上置き添加された脱硫剤が浴面上から飛散してしまい、上置き添加された脱硫剤の添加歩留りが低下して脱硫効率が向上しないことが分かった。

そこで、本発明者らは、機械攪拌式脱硫装置を模擬した実験装置を用いて、石灰系脱硫剤の上置き添加と上吹き添加とを併用した場合の脱硫挙動を調査した。図１に、機械攪拌式脱硫装置を模擬した実験装置の概略図を示す。

実験装置は高周波加熱コイル１７を備えており、高周波加熱コイル１７によって加熱され溶融した、坩堝容器１３に保持された溶銑３に、インペラー１５を浸漬させ、電動機１６によってインペラー１５を回転させて溶銑３を攪拌した。そして、溶銑３の攪拌が定常状態になった後、溶銑３の浴面上方に設置した上吹きランス１４及び投入シュート１８から粉体状の石灰系脱硫剤を添加して溶銑３を脱硫した。上吹きランス１４からは、窒素ガスを搬送用ガスとして上吹き添加した。この場合に、上吹きランス１４からの上吹き添加の時期と、投入シュート１８からの上置き添加の時期とを種々変更して脱硫挙動を調査した。

その結果、最初に投入シュート１８からの上置き添加を実施し、上置き添加の終了後に上吹きランス１４からの上吹き添加を実施することで、上置き添加した脱硫剤の浴面からの飛散が防止され、脱硫効率が向上することが分かった。これは、このようにして添加することで、上置き添加された脱硫剤の滓化が進行し、或る程度スラグ化した後に上吹き添加が開始されるので、上吹きランスからの搬送用ガスによる、上置き添加された脱硫剤の飛散が抑制され、上置き添加された脱硫剤の添加歩留りが高くなるためである。

この場合、上置き添加の終了後から上吹き添加の開始までの時間は特に規定する必要はなく、上置き添加の終了後に直ちに上吹き添加を開始してもよく、また、数分ないし十数分経過した後に上吹き添加を開始してもよい。但し、両者の間隔を長くすると、脱硫処理時間が長くなるので、経験的に得られる脱硫処理時間の２／３以内の時間とすることが好ましく、特に、上置き添加された脱硫剤の滓化と脱硫処理時間との両方を考慮すれば、石灰系脱硫剤の上置き添加の終了時から上吹き添加の開始時までの時間を２〜５分とすることが望ましい。

本発明は、上記試験結果に基づくものであり、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、先ず、石灰系脱硫剤を上置き添加し、次いで、当該上置き添加の終了後、石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに前記溶銑の浴面上に上吹き添加することを特徴とする。

次に、図面を参照して本発明に係る溶銑の脱硫処理方法を説明する。

図２は、本発明を実施した機械攪拌式脱硫装置の側面概略図であり、図２は、溶銑を収容する処理容器として水平断面が円形である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、機械攪拌式脱硫装置で脱硫処理を行うことから、図２に示すように水平断面が円形である処理容器が最適である。

図２において、高炉から出銑された溶銑３を収容する溶銑鍋２が、台車１に搭載されて機械攪拌式脱硫装置に搬入されている。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、脱硫剤６を溶銑鍋２に収容された溶銑３に向けて上吹きして添加するための上吹きランス５と、脱硫剤６を溶銑鍋２に収容された溶銑３に上置き添加するための投入シュート１０とが設置されている。上吹きランス５はほぼ鉛直方向下方を向いて設置されている。

上吹きランス５は、粉体状の脱硫剤６を収容するディスペンサー７とディスペンサー７から定量切り出すための切り出し装置８とからなる供給装置と接続しており、上吹きランス５から、搬送用ガスとともに、粉体状の脱硫剤６を任意のタイミングで供給できる構造になっている。脱硫剤６の搬送用ガスとしては、還元性ガス、不活性ガスまたは非酸化性ガスを使用する。一方、投入シュート１０は、粉体状または細粒の脱硫剤６を収容するホッパー１１とホッパー１１から定量切り出すためのロータリーフィーダー１２とからなる供給装置と接続しており、投入シュート１０から、粉体状または細粒の脱硫剤６を任意のタイミングで供給できる構造になっている。

また、溶銑鍋２の上方位置には、溶銑鍋２を覆うための、上下移動可能な集塵フード９が備えられ、集塵フード９に取り付けられた排気ダクト（図示せず）を介して処理中の排ガスやダストが集塵機（図示せず）に吸引されるようになっている。この場合、インペラー４の軸４ａ、上吹きランス５、投入シュート１０は、集塵フード９を貫通し且つ上下移動が可能なように設置されている。

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、ロータリーフィーダー１２を起動させて、ホッパー１１に収容された脱硫剤６を、溶銑３の浴面上に投入シュート１０を介して上置き添加する。所定量の脱硫剤６の上置き添加が終了したならば、切り出し装置８を起動させて、ディスペンサー７に収容された脱硫剤６を、搬送用ガスとともに溶銑３の浴面に向けて上吹きランス５から吹き付けて添加する。上置き添加の終了時から上吹き添加の開始時までの時間は、上記の通り、任意とすることができる。

所定量の脱硫剤６の上吹き添加が完了し、そして、所定時間の攪拌が行われたなら、インペラー４の回転数を減少させ停止させる。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。

使用する脱硫剤６としては、安価であることから石灰系脱硫剤を使用する。石灰系脱硫剤としては、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。また、これらに、ＣａＯの滓化促進剤として機能するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や蛍石（ＣａＦ₂）などを混合したものも使用可能である。

以上説明したように、本発明によれば、石灰系脱硫剤の上置き添加と上吹き添加とを併用して溶銑３を脱硫処理するにあたり、上置き添加の終了後に上吹き添加を実施するので、上置き添加された脱硫剤６は、浴面上から飛散せずに高い添加歩留りで添加でき、その後の上吹き添加される脱硫剤６の添加歩留りが高いこともあいまって、脱硫反応が促進され、少ない脱硫剤６で所望する脱硫処理が実施可能となる。

図２に示す機械攪拌式脱硫装置を用い、脱硫剤として生石灰粉を使用して溶銑の脱硫処理を行った結果（本発明例１〜５及び比較例１）を示す。

本発明例及び比較例ともに、上吹き添加の際の脱硫剤の搬送用ガスとしては窒素ガスを使用し、インペラーは４枚の羽根を有し、羽根に傾斜のないものを使用した。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％、Ｐ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓ：０．０４〜０．０５質量％で、溶銑温度は１２００〜１３５０℃の範囲であった。脱硫処理は２００〜５００トンの溶銑の処理が可能な溶銑鍋を処理容器として用いた。脱硫剤の溶銑トンあたりの添加量は本発明例及び比較例ともに一定とした。また、脱硫処理は脱硫剤の上置き添加開始から３０分間の一定とした。

本発明例及び比較例での脱硫剤の添加パターンを図３に示す。図３に示すように、本発明例１では上置き添加の終了後直ちに上吹き添加を行い、本発明例２では上置き添加の終了後から２分経過後に上吹き添加を行い、本発明例３では上置き添加の終了後から５分経過後に上吹き添加を行い、本発明例４では上置き添加の終了後から１０分経過後に上吹き添加を行い、本発明例５では上置き添加の終了後から１２分経過後に上吹き添加を行い、比較例１では上置き添加と同時に上吹き添加を行った。

本発明例及び比較例ともに、処理前後の溶銑から試料を採取し、脱硫率を調査した。ここで、脱硫率は下記の（１）式で定義される値である。

本発明例及び比較例の実施結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１では、脱硫率が７５％であるのに対し、本発明例１〜５では脱硫率が８０％以上であり、脱硫処理が効率的に行われることが確認できた。尚、本発明例５では、脱硫率の改善効果が少ないが、これは、脱硫処理時間が脱硫剤の上置き添加開始から３０分間の一定であり、本発明例５では上吹き添加終了からの攪拌時間が少なくなったためである。脱硫処理時間を延長させずに且つ高い脱硫率を得るためには、本発明例２及び本発明例３の添加パターンが好ましいことも確認できた。

１台車
２溶銑鍋
３溶銑
４インペラー
５上吹きランス
６脱硫剤
７ディスペンサー
８切り出し装置
９集塵フード
１０投入シュート
１１ホッパー
１２ロータリーフィーダー
１３坩堝容器
１４上吹きランス
１５インペラー
１６電動機
１７高周波加熱コイル
１８投入シュート

Claims

機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、先ず、石灰系脱硫剤を上置き添加し、次いで、当該上置き添加の終了後、石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに前記溶銑の浴面上に上吹き添加することを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
石灰系脱硫剤の上置き添加の終了時から上吹き添加の開始時までの時間が２〜５分であることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱硫方法。