JP2011149087A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 攪拌羽根を備えた機械攪拌式脱硫装置を用い、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑浴面に上吹きランスを介して脱硫剤を吹き付け添加して溶銑を脱硫するにあたり、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】 上記課題を解決するための本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３の脱硫方法において、攪拌羽根４によって攪拌されている溶銑の浴面上に、粒径が３０〜４００μｍの石灰系脱硫剤７を、上吹きランス５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。
【選択図】 図１

Description

本発明は、攪拌羽根を備えた機械攪拌式脱硫装置を用い、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑浴面に上吹きランスを介して脱硫剤を吹き付け添加して溶銑を脱硫する方法に関する。

近年の低硫鋼の生産量増加に伴い、溶銑段階での効率的な脱硫処理が必須となっている。溶銑の脱硫処理は、従来から、石灰（ＣａＯ）などの固体の脱硫剤を用いる方法が一般的であり、トピードカーや溶銑鍋などの溶銑搬送容器に収容された溶銑にインジェクションランスを用いて石灰系脱硫剤を吹き込み添加するインジェクション脱硫方法や、溶銑搬送容器内の溶銑に攪拌羽根（「インペラ−」とも呼ぶ）を浸漬させ、回転する攪拌羽根によって溶銑を攪拌しながら石灰系脱硫剤を上置き添加する機械攪拌式脱硫方法が行われてきた。

この石灰系脱硫剤を用いた脱硫反応では、反応界面積を増大させることが脱硫反応の効率化に効果的であり、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された投入口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。

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、攪拌羽根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方法が提案されている。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においては、上吹きされた脱硫剤を溶銑中に効率的に分散させる観点から、攪拌羽根の中心から脱硫剤の吹き付け位置までの水平距離Ｒを、「ｄ／３≦Ｒ≦ｄ／２＋１／３×（Ｄ−ｄ）」の関係を満足させることが好ましいとしている（但し、Ｄは溶銑を収容する処理容器の内径、ｄは攪拌羽根の直径）。

特開２００５−１７９６９０号公報

脱硫剤の単位質量あたりの脱硫反応効率を向上させるためには、実質的な反応界面積の増加が重要である。特許文献１では、処理容器上方から脱硫剤を上置き添加する際に問題となる脱硫剤の凝集を回避し、実質的な反応界面積を増加させるために、上吹きランスを用いて粉状脱硫剤を搬送用ガスとともに溶銑浴面上に吹き付けている。ここで、凝集とは、添加された粉状脱硫剤が添加後に溶銑中または溶銑上で合体して球状に成長する現象であり、実質的な反応界面積の増加のためには、凝集を抑制する必要がある。凝集を抑制し、凝集径を小さくするためには、より微細な脱硫剤を添加するという方法が考えられる。しかし一方で、上吹きランスからの吹き付け添加であっても、脱硫剤を微細化しすぎると添加歩留まりが悪化するという問題がある。

この観点から特許文献１を検証すれば、特許文献１は、脱硫剤の粒径を規定しておらず、従って、高い添加歩留まりで脱硫剤を添加するともに添加した脱硫剤の凝集を防止した脱硫処理を安定して得ることは困難といわざるを得ない。

また、溶銑の予備処理工程においては、溶銑に脱硫処理を施す前に、溶銑に対して脱珪処理、脱燐処理を行う場合がある。この場合、前工程の脱珪処理或いは脱燐処理で生成したスラグを除去した後に脱硫処理を実施するが、前工程のスラグを完全に除去することはできず、前工程のスラグが不可避的に混入し、また、その混入量は変動する。脱珪処理及び脱燐処理は、ともに酸化反応を利用した精錬であるので、混入したスラグは酸化度が高い。この混入したスラグは、攪拌羽根により溶銑を攪拌した際に溶銑中に巻き込まれ、溶銑中の炭素によって還元される。この現象は、溶銑に酸素を添加したと同等の現象であるので、還元精錬である脱硫反応に対して不利にはたらく。つまり、混入したスラグによって脱硫反応が阻害される。この現象は、脱硫剤の上置き添加法に比べて上吹きランスによる吹き付け添加で影響が大きい。これは、上置き添加法では混入スラグと脱硫剤（上添加フラックス）とが浴面上で凝集し、混入スラグが直接溶銑に巻き込まれず、混入スラグによって脱硫反応が阻害され難いが、上吹きランスによる吹き付け添加では、溶銑湯面上に存在する脱硫剤（上添加フラックス）が少なく、混入したスラグはそのまま巻き込まれることが多くなるからである。

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、攪拌羽根を備えた機械攪拌式脱硫装置を用い、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑浴面に上吹きランスを介して脱硫剤を吹き付け添加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、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に、粒径が３０〜４００μｍの石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに上吹き添加して脱硫処理を行う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方法は、第１の発明において、前記上吹きランスは鉛直方向下方を向いて配置され、溶銑を収容する処理容器の内壁半径をＤ、攪拌羽根の半径をＲ、処理容器の中心から前記上吹きランス中心までの水平距離をＡとしたときに、前記攪拌羽根の半径（Ｒ）が前記処理容器の内壁半径（Ｄ）に対して下記の（１）式の関係を満足する範囲内であって、且つ、前記水平距離（Ａ）が、前記内壁半径（Ｄ）及び前記攪拌羽根の半径（Ｒ）に対して下記の（２）式の関係を満足する範囲内であることを特徴とするものである。
Ｒ≦（１／２）×Ｄ …（１）
Ｒ≦Ａ≦（１／２）×Ｄ …（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｄは、溶銑を収容する処理容器の内壁半径（ｍ）、Ｒは、攪拌羽根の半径（ｍ）、Ａは、処理容器の中心から上吹きランス中心までの水平距離（ｍ）である。

第３の発明に係る溶銑の脱硫方法は、第１または第２の発明において、予め回収した、石灰系脱硫剤による脱硫処理にて発生した脱硫スラグを、前記溶銑の浴面上に添加した後に前記攪拌羽根によって溶銑を攪拌し、その後、前記脱硫剤を添加することを特徴とするものである。

本発明によれば、粒径を３０〜４００μｍの範囲内に規定した石灰系脱硫剤を上吹きランスから吹き付けて添加するので、飛散しやすい微粉が含まれておらず、吹き付け添加時の飛散が防止されるとともに、反応界面積が小さい粗大粒が含まれておらず、添加した脱硫剤の凝集が防止されて脱硫反応界面積が増大し、高効率での脱硫処理を安定して実現することができる。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。

本発明で使用した機械攪拌式脱硫装置の概略図である。 石灰系脱硫剤の粒径と飛散率との関係を示す図である。 石灰系脱硫剤の粒径と脱硫スラグの平均径との関係を示す図である。 石灰系脱硫剤の粒径と処理後の溶銑中硫黄濃度との関係を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明者らは、機械攪拌式脱硫装置を用い、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに石灰系脱硫剤を上吹き添加して行う溶銑の脱硫処理において、添加する脱硫剤の最適な粒径範囲を確認するべく、実機の機械攪拌式脱硫装置を用い、脱硫剤の粒径を種々変更して溶銑の脱硫試験を行った。図１に、脱硫試験で使用した機械攪拌式脱硫装置の概略図を示す。

図１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攪拌羽根４を備えており、この攪拌羽根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、石灰系脱硫剤７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が設置されている。上吹きランス５は、粉体状の石灰系脱硫剤７を収容するディスペンサー８とディスペンサー８から定量切り出すための切り出し装置９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、粉体状の石灰系脱硫剤７を搬送用ガスとともに任意のタイミングで供給できる構造になっている。搬送用ガスとしては、還元性のガス、不活性ガスまたは非酸化性のガスを使用する。また、溶銑鍋２の上方には、溶銑鍋２を覆う集塵フード６が備えられ、集塵フード６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。本脱硫装置の場合、攪拌羽根４の軸４ａ及び上吹きランス５は、集塵フード６を貫通し且つ上下移動が可能なように設置されている。

脱硫試験では、石灰系脱硫剤７として粒径が１０〜１０００μｍの範囲のＣａＯ−２０質量％Ａｌ₂Ｏ₃を使用し、この石灰系脱硫剤７の飛散挙動、処理後の脱硫スラグの径、及び脱硫挙動を調査した。表１に、脱硫処理条件を示す。尚、本発明における脱硫剤の粒径は、篩い分けによって定義されるものであり、長径が篩分器の目開き寸法よりも大きい紡錘形であっても、その篩分器を通過する限り、その篩分器の目開き寸法よりも小さいと定義する。また、この脱硫剤の粒径を変更する脱硫試験においては、使用する石灰系脱硫剤７として、平均粒径±１０％に粒度調整したものを使用した。

１２８０〜１３２０℃の３００トンの溶銑３を収容した溶銑鍋２を台車１に搭載し、攪拌羽根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、攪拌羽根４を下降させて溶銑３に浸漬させた。攪拌羽根４が溶銑３に浸漬したならば、攪拌羽根４の旋回を開始し、所定の回転数（１２０ｒｐｍ）まで昇速した。攪拌羽根４の回転数が所定の回転数に達したならば、切り出し装置９を起動させて、ディスペンサー８に収容された石灰系脱硫剤７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し、脱硫処理した。この脱硫試験において、上吹きランス５の設置位置は、処理容器である溶銑鍋２の内壁半径をＤ（ｍ）、溶銑鍋２の中心から上吹きランス５の中心までの水平距離をＡ（ｍ）とすると、距離（Ａ）が（１／２）×Ｄとなり、溶銑鍋内の溶銑３の静止湯面から上吹きランス５の先端までの距離（「ランス高さ」という）が１．０ｍとなる位置とした。尚、前記距離（Ａ）はインペラーの半径（Ｒ）より大である。そして、この位置に上吹きランス５を鉛直下方に向けて配置し、搬送用ガスとしては窒素ガスを使用した。

所定量（７ｋｇ／溶銑トン）の石灰系脱硫剤７を添加完了し、そして、所定時間（１５分間）の攪拌が行われたなら、攪拌羽根４の回転を停止させた。攪拌羽根４の旋回が停止したなら、攪拌羽根４を上昇させ、溶銑鍋２の上方に待機させた。生成した脱硫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。

この脱硫処理終了後、溶銑３からサンプルを採取して溶銑の硫黄含有量を調査するとともに、溶銑上に浮遊する脱硫スラグを１０ｋｇ採取し、粒径分布測定により、脱硫スラグの平均径を算出した。また、脱硫処理中に上記集塵機のフィルターに捕捉された石灰系脱硫剤７の量を測定し、脱硫剤の添加量に対する比率（百分率）を飛散率として評価した。尚、脱硫スラグの粒径は、前述した脱硫剤の粒径と同様に、篩い分けによって定義されるものであり、長径が篩分器の目開き寸法よりも大きい紡錘形であっても、その篩分器を通過する限り、その篩分器の目開き寸法よりも小さいと定義する。また、脱硫スラグの平均粒径測定方法は、「粉体工学叢書、第１巻、粉体の基礎物性、編者：粉体工業会、発行所：日刊工業新聞社、Ｐ８〜Ｐ１２」に記載される方法に基づき、分布の基準ｒ（０（個数）、１（長さ）、２（面積）、３（体積）のいずれか）を１として（即ち、分布の基準を長さとして）、重み付き平均粒子径を測定した。

図２に、石灰系脱硫剤の粒径と飛散率との関係を、図３に、石灰系脱硫剤の粒径と脱硫スラグの平均径との関係を示す。図２及び図３からも明らかなように、脱硫剤の粒径が３０μｍ未満の場合、飛散率は急激に上昇し、８０％以上に達する。一方、脱硫剤の粒径が大きくなるほど脱硫スラグの平均径は大きくなるが、脱硫剤の粒径が４００μｍ以下の範囲では、脱硫スラグの平均径は余り大きくはならない。脱硫剤の粒径が４００μｍを超える範囲では、飛散率は低いが脱硫スラグの平均径が大きくなり、反応界面積の増加は期待できない。

図４に、石灰系脱硫剤の粒径と処理後の溶銑中硫黄濃度との関係を示す。飛散率及び脱硫スラグの平均径から予測されるように、石灰系脱硫剤７の粒径を３０〜４００μｍの範囲内とすることで、低硫鋼域まで安定した脱硫処理が可能とあることが分かった。尚、図２〜４の横軸の脱硫剤粒径は、粒度を平均粒径±１０％の範囲に調整した脱硫剤の平均粒径を示している。

本発明は上記試験に基づきなされたもので、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に、粒径が３０〜４００μｍの石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに上吹き添加して脱硫処理を行うことを特徴とする。

また更に、粒径が３０〜４００μｍの範囲内の石灰系脱硫剤７を使用して、上吹きランス５の溶銑鍋２の半径方向での設置位置を変更する試験も実施した。この場合、攪拌羽根４の半径をＲ（ｍ）とすると、攪拌羽根半径（Ｒ）は溶銑鍋２の内壁半径（Ｄ）の１／２以下（Ｒ≦（１／２）×Ｄ）であり、また、上吹きランス５は鉛直方向下向きであり、ランス高さは１．０ｍの一定とした。攪拌羽根４は溶銑鍋２のほぼ中心位置に設置した。

その結果、溶銑鍋２の中心から上吹きランス５の中心までの水平距離（Ａ）を、攪拌羽根４の外周位置つまり攪拌羽根半径（Ｒ）から溶銑鍋２の内壁半径（Ｄ）の１／２までの範囲とした場合（Ｒ≦Ａ≦（１／２）×Ｄ）に、脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度の平均値が０．０００７質量％（ばらつきの範囲：０．０００６〜０．００１５質量％）、脱硫剤の飛散率が５〜１０％、脱硫スラグの粒径が５〜１０ｍｍとなり、安定して良好な結果が得られた。

上吹きランス５の設置位置が、この好適範囲よりも溶銑鍋２の中心側（溶銑鍋の中心から攪拌羽根４の外周位置未満、０≦Ａ＜Ｒ）の場合には、添加位置近傍で巨大な脱硫剤の塊が形成され、脱硫スラグの粒径が過大となるとともに、脱硫剤が攪拌羽根４の軸４ａに付着して脱硫反応が悪化した。一方、好適範囲よりも外側の場合（（１／２）×Ｄ＜Ａ≦Ｄ）には、外側になるほど脱硫剤の飛散率が高くなり、且つ、脱硫スラグの粒径が大きくなった。

これは、攪拌羽根４で形成される渦流によって浴面及び浴内での流れが鉛直方向下向きとなる範囲が形成され、この範囲に脱硫剤７を上吹き添加することで、脱硫剤７が浴内に巻き込まれて脱硫反応が進行することによる。溶銑鍋２の中心に近すぎる場合には、攪拌羽根４の周囲に在る共回り部に脱硫剤７が蓄積して塊を形成し、一方、外側すぎる場合には、浴面及び浴内での流れが鉛直方向上向きであり、浴内に巻き込まれるまでに時間を費やし、その間に飛散、凝集が進行するからである。

即ち、攪拌羽根半径（Ｒ）が溶銑鍋２の内壁半径（Ｄ）に対して下記の（１）式の関係を満足する範囲内である条件下において、上吹きランス５を鉛直下向き方向に配置したときには、上吹きランス５の設置位置を、下記の（２）式の関係を満足する範囲とするときに、高い脱硫率が得られることが分かった。
Ｒ≦（１／２）×Ｄ …（１）
Ｒ≦Ａ≦（１／２）×Ｄ …（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｄは、溶銑を収容する処理容器の内壁半径（ｍ）、Ｒは、攪拌羽根の半径（ｍ）、Ａは、処理容器の中心から上吹きランス中心までの水平距離（ｍ）である。

操業においては上記条件などにより、脱硫剤の飛散率を４０％以下、脱硫スラグを粒径１４ｍｍ以下の範囲にそれぞれ管理することが好ましい。尚、攪拌羽根４（及び回転軸）を処理容器の中心に位置させることは必須ではなく、偏心させても攪拌に問題はない。また、攪拌羽根４や処理容器のサイズは、目的とする溶銑処理量（一般に２５０〜３５０トン）及び必要とされる攪拌の程度に応じて決定すればよい。目安としては、攪拌羽根４の半径Ｒは、攪拌の観点からＤ／３以上であることが好ましい。

上吹きランス５から石灰系脱硫剤７を吹き込む際の搬送用ガスとしては、還元性のガス、不活性ガスまたは非酸化性のガスを使用する。還元性のガスとしては炭化水素ガスなどが挙げられ、不活性ガスとしてはアルゴンガスなどが挙げられ、また、非酸化性ガスとしては窒素ガスなどが挙げられる。溶銑の脱硫反応は還元反応であるので、上記のガス種のなかでは還元性ガスが搬送用ガスとして最適である。つまり、還元性ガスによる搬送は、反応界面での酸素分圧を低下させて脱硫反応を促進させるので、他のガスに比べて有利である。特に、微細な粉状脱硫剤が溶銑に浸入する条件では理想的な溶銑―脱硫剤界面での低酸素分圧化が実現される。

石灰系脱硫剤７としては、石灰（ＣａＯ）を主成分とするもの、換言すれば、ＣａＯを５０質量％以上含有するものであればどのような物質であっても使用可能であり、具体的には、生石灰や石灰石などを単独で使用しても、これらにＡｌ₂Ｏ₃やＣａＦ₂などを滓化促進剤として混合したもの、更には、ドロマイト（ＣａＯ−ＭｇＯ）なども石灰系脱硫剤７として使用可能である。しかし、例えばＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃（残部不純物５質量％以下）の石灰系脱硫剤でＡｌ₂Ｏ₃の比率を増加すると、液相の生成量が増加するが、過剰な液相生成は粉状脱粒剤の凝集を促進し、反応界面積の低下につながることから得策ではない。つまり、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃脱硫剤において、Ａｌ₂Ｏ₃の比率に適正な領域が存在することが調査により分かった。ここで、添加する金属Ａｌ（例えばアルミ灰を原料とした場合に含まれる）は、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃質の石灰系脱硫剤のＡｌ₂Ｏ₃源の有効成分とみなす。

本発明においては、当該脱硫処理よりも以前に実施した、石灰系脱硫剤を用いた脱硫処理にて発生した脱硫スラグを予め回収しておき、この回収した脱硫スラグを攪拌羽根４による溶銑３の攪拌開始前に、溶銑鍋２の溶銑上に添加し、攪拌羽根４によって溶銑３を攪拌して添加した脱硫スラグを溶銑中に巻込ませる、或いは、撹拌羽根４によって撹拌されている溶銑３に、回収した脱硫スラグを上置き添加し、添加した脱硫スラグを溶銑中に巻込ませ、その後、上吹きランス５からの石灰系脱硫剤７の添加を開始することが好ましい。脱硫スラグを溶銑中に巻込ませた後に上吹きランス５からの石灰系脱硫剤７の添加を開始する理由は、上吹きランス５から添加する粉状の石灰系脱硫剤７を効率良く溶銑中に浸入させるためである。つまり、添加した脱硫スラグは、溶銑３が撹拌羽根４による撹拌状態であっても暫くの期間、溶銑浴面上に存在しており、この状態では上吹きランス５からの脱硫剤の溶銑３への浸入を妨害するからである。添加した回収スラグが溶銑内に巻き込まれるまでの所要時間は設備や操業条件により異なるが、目視観察などで容易に確認することができる。

高炉から出銑された溶銑には、最初に脱珪処理及び／または脱燐処理が施されることが一般的であり、これら脱珪処理及び／または脱燐処理の処理後には当該処理工程にて発生した酸化鉄を含有するスラグは排出されるが、スラグを完全に収容容器から排出することは困難であり、酸化鉄を含有するスラグが残留する。つまり、脱硫処理を開始する前に溶銑鍋２には、酸化鉄を含有するスラグが残留している。また、脱硫処理工程が第１工程の場合でも、高炉スラグや高炉鋳床脱珪スラグが溶銑鍋２に流入し、脱硫処理工程に持ち来たされる。この場合、脱硫処理工程に持ち来たされるスラグの中で、脱珪剤及び脱燐剤に含まれる酸化鉄や、脱珪スラグ、脱燐スラブ、高炉スラグに含まれるＳｉＯ₂が脱硫反応に悪影響を及ぼす。即ち、酸化鉄は還元反応である脱硫反応に不利であり、ＳｉＯ₂は脱硫剤の主成分であるＣａＯと共存することで、反応サイトの塩基性低下を招き脱硫能を低下させる。

このような場合に、予め回収した脱硫スラグを、石灰系脱硫剤７の溶銑３への添加前に溶銑鍋内に添加し、添加した脱硫スラグを溶銑３と攪拌することで、残留した酸化鉄含有スラグ或いはＳｉＯ₂含有スラグは添加した脱硫スラグと混じり合い、酸化鉄含有スラグ或いはＳｉＯ₂含有スラグの表面に脱硫スラグが付着し、脱硫スラグによって被覆されたような形態となる。このような形態になると、溶銑中に巻き込まれても、外周は高融点の脱硫スラグで囲まれていることから、酸化鉄含有スラグ或いはＳｉＯ₂含有スラグは溶銑３と直接接触せず、酸化鉄含有スラグ及びＳｉＯ₂含有スラグの脱硫反応への悪影響が防止される。

即ち、予め回収した脱硫スラグを添加することにより、残留する酸化鉄含有スラグからの溶銑３への酸素の供給が防止される、或いは、残留するＳｉＯ₂含有スラグによる反応サイトの塩基性低下が防止されるので、残留するスラグによって還元反応である脱硫反応が阻害されることを未然に防止することができる。特に、上吹きランス５により脱硫剤を浴面に投射する場合には脱硫スラグの添加効果がより顕著になる。尚、本発明者らは、脱珪処理後に脱硫処理を実施する場合に、予め回収した脱硫スラグを攪拌羽根４による溶銑３の攪拌開始前に溶銑鍋内に添加することで、中心部は、酸化鉄濃度が高くＳｉＯ₂を主体とし、その周囲は、ＣａＯを主体とする脱硫スラグが生成されることを確認している。

以上説明したように、本発明によれば、粒径を３０〜４００μｍの範囲内に規定した石灰系脱硫剤７を上吹きランス５から吹き付けて添加するので、吹き付け添加時の飛散が防止されるとともに、添加した脱硫剤の凝集が防止されて脱硫反応界面積が増大し、高効率での脱硫処理が安定して実現される。

図１に示す機械攪拌式脱硫装置を用い、石灰系脱硫剤としてＣａＯ−２０質量％Ａｌ₂Ｏ₃を使用して（脱硫剤添加量：７ｋｇ／溶銑トン）溶銑の脱硫処理を行った結果を示す。石灰系脱硫剤の搬送用ガスとしては窒素ガスを使用した。使用した攪拌羽根は４枚の羽根を有し、羽根に傾斜のないものである。攪拌羽根の位置は溶銑鍋のほぼ中心とした。

操業条件としては、石灰系脱硫剤の粒径を、２０μｍ以下の範囲（比較例１）、５００〜１０００μｍの範囲（比較例２）、２００〜４００μｍの範囲（本発明例１）及び３０〜１００μｍの範囲（本発明例２〜５）の４水準とし、比較例１、２及び本発明例１、２では上吹きランスの設置位置を上記の（２）式を満たす範囲に配置し、脱硫反応に及ぼす脱硫剤の粒径の影響を調査した。本発明例３、４では、上吹きランスを上記の（２）式を満たさない範囲に設置し、脱硫反応に及ぼす上吹きランスの設置位置の影響を調査した。また、本発明例５では、上吹きランスの設置位置を上記の（２）式を満たす範囲に設置し、且つ予め回収した脱硫スラグを攪拌羽根の回転前に溶銑上に添加した。石灰系脱硫剤の粒径及び上吹きランスの設置位置以外のその他の操業条件は、表１に準じた。何れの試験も１００チャージ（ｃｈ）実施した。操業条件及び操業結果を表２に示す。

表２に示すように、比較例１及び比較例２に比べ、本発明例１及び本発明例２では脱硫処理後の溶銑の平均硫黄濃度が低下した。また、上吹きランスの設置位置を好適な範囲以外とした本発明例３及び本発明例４と、上吹きランスの設置位置が好適な範囲である本発明例２とを比較すると、本発明例２での脱硫効率が高いことが分かった。また更に、脱硫スラグをリサイクル使用した本発明例５では、脱硫処理後の溶銑の平均硫黄濃度が更に低下し、しかもばらつきが小さくなることが確認できた。

前記の特許文献１においては、脱硫剤の溶銑中への分散の観点から、上吹きランスの設置位置について検討している。そこで本発明において好適な上吹きランス設置位置との関係を確認するために、表３に示す諸条件で、溶銑の脱硫処理を行った。表３に示された以外の操業条件は実施例１と同様とした。何れの試験も１００チャージ実施した。

本発明例６〜９は、上吹きランスの位置が、特許文献１で好適とする、ｄ／３≦Ｒ≦ｄ／２＋１／３×（Ｄ−ｄ）（本発明の記号で表すと（２／３）Ｒ≦Ａ≦Ｒ＋（１／３）×（２Ｄ−２Ｒ）で、右辺は（１／３）×Ｒ＋（２／３）×Ｄと整理される）を満足するが、本発明で好適とするＲ≦Ａ≦（１／２）×Ｄは満足しない試験である。本発明例６〜９では、従来の上置き添加法である比較例３に比べると、脱硫効率が改善されているが、本発明の好適範囲である本発明例１０及び本発明例１１では、更に格段に脱硫効率が改善されている。即ち、処理後の最高Ｓ濃度及びＳ＜０．００３質量％の比率にみられるように、本発明例１０及び本発明例１１では非常に小さいばらつきで低硫化することが実現された。

表４に示す諸条件で、脱硫処理を行い、得られた結果も表４に併せて示した。表４に示された以外の操業条件は実施例１と同様とした。ここで表４の本発明例１２〜１６においては、リサイクルされた脱硫スラグ（回収スラグ）を予め投入してから、上吹きランスからの脱硫剤添加開始までの攪拌時間の影響を確認した。また、本発明例１７〜２２においては、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃脱硫剤におけるＡｌ₂Ｏ₃混合量の影響を確認し、本発明例２３，２４においては、脱硫剤の搬送用ガスの影響を確認した。何れの試験も１００チャージ実施した。

本実施例で用いた機械攪拌式脱硫装置においては、添加した脱硫スラグが溶銑中に巻き込まれるまでに１分間程度要することを確認しているが、本発明例１２〜１６においては、攪拌時間を２分間及び３分間とした本発明例１５及び本発明例１６で脱硫効率が特に良好であった。尚、４分以上攪拌した本発明例１３，１４では脱硫効率が低下したが、これは攪拌時間を同一とした結果、脱硫剤添加後の時間を十分に確保できなかったためと考えられる。従って、本機械攪拌式脱硫装置では３分間以下の攪拌時間が特に好適であった。

また、本発明例１７〜２２から、本実施例で用いた機械攪拌式脱硫装置においては、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃脱硫剤におけるＡｌ₂Ｏ₃の混合量は１０〜３０％（内掛質量％）が特に好適であることが分った。また、本発明例２３及び本発明例２４から、搬送用ガスとして還元性のガス（本発明例２４のプロパンガス（炭化水素系ガス））を用いると、脱硫効率が更に改善されることが確認できた。

尚、上記実施例で使用した以外の周知の脱硫剤、搬送用ガスにおいても特に問題なく本発明の効果が得られることを確認したが、発明効果の観点からは、脱硫剤としてＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃脱硫剤を使用することが有利であった。

１ 台車
２ 溶銑鍋
３ 溶銑
４ 攪拌羽根
５ 上吹きランス
６ 集塵フード
７ 石灰系脱硫剤
８ ディスペンサー
９ 切り出し装置

Claims (3)

1. 機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に、粒径が３０〜４００μｍの石灰系脱硫剤を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに上吹き添加して脱硫処理を行うことを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
2. 前記上吹きランスは鉛直方向下方を向いて配置され、溶銑を収容する処理容器の内壁半径をＤ、攪拌羽根の半径をＲ、処理容器の中心から前記上吹きランス中心までの水平距離をＡとしたときに、前記攪拌羽根の半径（Ｒ）が前記処理容器の内壁半径（Ｄ）に対して下記の（１）式の関係を満足する範囲内であって、且つ、前記水平距離（Ａ）が、前記内壁半径（Ｄ）及び前記攪拌羽根の半径（Ｒ）に対して下記の（２）式の関係を満足する範囲内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。
   Ｒ≦（１／２）×Ｄ …（１）
   Ｒ≦Ａ≦（１／２）×Ｄ …（２）
   但し、（１）式及び（２）式において、Ｄは、溶銑を収容する処理容器の内壁半径（ｍ）、Ｒは、攪拌羽根の半径（ｍ）、Ａは、処理容器の中心から上吹きランス中心までの水平距離（ｍ）である。
3. 予め回収した、石灰系脱硫剤による脱硫処理にて発生した脱硫スラグを、前記溶銑の浴面上に添加した後に前記攪拌羽根によって溶銑を攪拌し、その後、前記脱硫剤を添加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の脱硫方法。

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