JP2013019011A - 生石灰を有効利用した製鋼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑えて生石灰を製造し、含有Ｓ濃度により分別してその全部を各製鋼プロセスの特性に合わせて使い分けることによって生石灰の利用効率を高め、製鋼方法全体を合理化する方法を提供する。
【解決手段】焼成された生石灰表面を研磨して、Ｓ含有率が高い表層部分とＳ含有率が低い内層部分とに分別し、該表層部分は溶銑脱硫工程において脱硫用副原料として用い、
該内層部分は溶銑脱燐工程において、または溶銑の脱燐・脱炭工程において、脱燐用副原料として用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は生石灰を効率的に使用することを特徴とする製鋼方法に関する。

製鋼工程において、主に造滓剤として使用されるものに生石灰がある。生石灰は、溶銑脱硫工程では溶銑中の［Ｓ］除去、溶銑脱燐工程では溶銑中の［Ｐ］除去、溶銑の脱燐・脱炭工程ではカバースラグ形成を主たる目的として多量に使用されている。しかし、生石灰は、Ｓ分を含有する熱源（石炭、コークス、重油等）を用いて石灰石を焼成して製造するため、製造された生石灰の表面は内部に比べてＳ濃度が高くなる。この生石灰を原料として使用することにより、溶銑や溶鋼中の［Ｓ］ピックアップが起こり、それを除去する為のロスコストが発生するという問題点がある。従って、製鋼を効率よく行うためには、生石灰自体の不純物が少ない方が良い。Ｓ含有濃度の低い生石灰を製造するには、焼成用の熱源としてＳ含有量が低いものを使用する必要があり、コストアップは避けられない。

これまで報告されている生石灰の不純物低減技術として、焼成された生石灰表面を研磨して、Ｓ含有率が高い表層部分とＳ含有率が低い内層部分とに分別することが提案されている。そのための手段として、特許文献１には、筒状回転体の内部に生石灰を入れ、回転運動による転動摩耗作用を利用して、生石灰表面の汚染物質を除去する方法が紹介されている。しかし、特許文献１には、除去されたＳ含有率が高い表層部分の利用に関しては全く記載が無い。

一方、製鋼工程における溶銑中の［Ｓ］を除去する方法として、溶銑脱硫工程において脱Ｓ剤として生石灰を添加し、インペラーと呼ばれる攪拌棒を用いて機械的に溶銑を攪拌し、化学反応によって硫黄を除去するＫＲ法が広く用いられている。この方法は、脱Ｓ剤として添加する生石灰を溶解させ、化学反応によって［Ｓ］を除去する方法であるが、生石灰単体の融点は２０００℃以上と高温であり、溶解が困難である。そのため、融点を低下させるための滓化促進剤が一般的には用いられる。しかし、最近では環境問題の観点から一般的な滓化促進剤であるホタル石などのハロゲン化合物を使わない技術の開発が行われている。

そのＫＲでの脱硫能向上方法として、特許文献２などに、ＫＲで溶銑上方から生石灰を吹き付け、脱硫能の向上を図る方法が提案されている。この特許文献には、材料粒径、吹き込み速度は規定されているが、使用材料の成分に関しては明記されていない。

また、溶銑中の［Ｐ］を除去する方法として、溶銑脱燐工程として上底吹き転炉に溶銑を装入した後、造滓剤として生石灰を添加し、底吹きガスによる撹拌を行いながら、溶銑上方より酸素ガスを吹き付け、化学反応により［Ｐ］を除去する方法が用いられている。

さらに、溶銑中の［Ｃ］を除去する方法として、溶銑の脱燐・脱炭工程として上底吹き転炉に溶銑を装入した後、上方より酸素ガスを吹き付けるに際し、溶銑上にカバースラグ形成用の生石灰を投入して、溶銑中の［Ｃ］をＣＯガスとして除去する際のスピッティングやダストロスの発生を抑制する方法が用いられている。

特開昭５９−９７５５６号公報 特開２００９−１９１２８８号公報

本発明の目的は、コストアップを抑えて生石灰を製造し、それを含有Ｓ濃度により分別して、その全部を各製鋼プロセスの特性に合わせて使い分けることによって、生石灰の利用効率を高め、製鋼方法全体を合理化する方法を提供することである。

上記課題を解決すべく提供される本発明は次のとおりである。
焼成された生石灰表面を研磨して、Ｓ含有率が高い表層部分とＳ含有率が低い内層部分とに分別し、該表層部分は溶銑脱硫工程において脱硫用副原料として用い、該内層部分は溶銑脱燐工程または溶銑の脱燐・脱炭工程において、脱燐用副原料として用いることを特徴とする製鋼方法。

前記研磨は、前記表層部分の割合が３５〜４５質量％になるように管理して行うことが好ましい。

本発明により、Ｓ分を含む熱源（石炭、コークス、重油等）を用いて焼成を行うことによりコストアップを抑えて生石灰を製造し、製造された生石灰をＳ含有率により分別し、その全部を各製鋼プロセスの特性に合わせて使い分けることによって、製鋼方法全体を合理化することができる。

従来のＫＲ法に用いられる生石灰の粒径分布と、その粒径分布と同等の粒径分布を有するようにＳ分を含む熱源（石炭、コークス、重油等）を用いて焼成した生石灰を、特許文献１に記載されている方法と同様な転動摩耗を利用した方法を用いて表層部分を研磨した後であって、その研磨された表層部分を分別する前の生石灰の粒径分布とを、対比して示すグラフである。 脱硫用生石灰原単位と脱硫率との関係に生石灰の形状等の特性が与える影響を示すグラフである。 脱燐炉での生石灰使用原単位と［Ｓ］ピックアップとの関係に生石灰の形状等の特性が与える影響を示すグラフである。

（１）生石灰の製造と分別
生石灰は石灰石を原料としてロータリーキルン等で焼成することにより製造されるが、その焼成の際に加熱源としてＳ分を含んでいる炭材や重油を用いるために、製造された生石灰の表層部分はその内部に比べてＳ含有濃度が高いことが知られている。そのため、特許文献１のように、生石灰の表層部分を研磨して除去する方法が開発されている。しかし、特許文献１では、研磨して除去した生石灰の表層部分の用途は記載されていない。したがって、その除去基準についても記載されていない。

一方、製鋼工程には溶銑の脱硫を目的とする溶銑脱硫工程と、溶銑の脱燐を目的とする溶銑脱燐工程と、溶銑の脱燐・脱炭を目的とする溶銑の脱燐・脱炭工程とがあり、それぞれに生石灰に対する品質要求基準が異なっている。この点に着目して、生石灰の製造と分離工程において適切な製造・分離基準を設定することによって、製造した生石灰の全量を有効利用し、しかも製鋼工程全体の効率を落とさない合理的な製鋼方法が実現できるという着想を得た。

そこで、最初に生石灰の製造と分離に係る適切な基準を検討する。
まず、従来ＫＲで使用していた生石灰の粒径分布と、その粒径分布と同等の粒径分布を有するようにＳ分を含む熱源（石炭、コークス、重油等）を用いて焼成した生石灰を、特許文献１に記載されている方法と同様な転動摩耗を利用した方法を用いて表層部分を研磨した後であって、その研磨された表層部分を分別する前の生石灰の粒径分布とを、図１に対比して示す。従来の生石灰は、焼成後に粒径が３.８ｍｍ以下になるように粉砕したものを使用していて、その粒径分布は２ｍｍ近辺を中心（最頻値）とし、その全体のＳ含有濃度は、採取したサンプルにより異なるが、０.０１５〜０.０３０質量％の範囲内であった。

一方、本発明に係る生石灰の「表層高Ｓ部分」とは、焼成された生石灰を特許文献１に記載されたような方法と同様な転動摩耗を利用した方法を用いて表面研磨して得られる表層部分を分別採取したものであり、図１に示す粒径分布（粒径１ｍｍ以下が３５〜６０質量％である分布）を有するものから、その粒径１ｍｍ以下の部分を篩い分けて得ることができる。今回の検討調査で得た「表層高Ｓ部分」のＳ含有濃度は、０.１００〜０.３００質量％の範囲内であった。従って、表層部のＳ含有濃度は、従来ＫＲで使用していた生石灰に比べて約７〜１０倍も高かった。

表層部分を分離した後に残る内層部分は、後述するように、脱燐用の副原料となる。この内層部分の粒径分布は、図１に示した粒径分布のうちの粒径１ｍｍより大きい部分であって、今回の検討調査におけるその部分の粒径分布の最頻値は、表面研磨前とほぼ同じ２ｍｍ近辺であった。また、そのＳ含有濃度は０.０１５〜０.０３０質量％の範囲内で、従来ＫＲで使用していた生石灰と同等レベルであった。したがって、表層高Ｓ部分が除去されているために、Ｓ分を多く含む熱源を用いて焼成した影響を排除することができていると確認された。

ここで、生石灰の表面を研磨する際の製造管理基準としては、製造された生石灰の３５〜６０質量％を削り落すように設定することが好ましい。それにより、Ｓ含有濃度が高い表層部分を実質的に完全に削り落すことができる。また、表層部分を削り落す方法は、表層部研磨後の粒径１ｍｍ以下の部分の質量比率が全体の３５〜６０％であれば、特許文献１に記載されている方法には限られない。但し、製造された生石灰の３５〜４５質量％を削り落せば、表層が高Ｓ濃度化した影響を実質的に排除することができるので、Ｓ含有濃度の高い粉状生石灰（表層高Ｓ部分）の生成量増加を避けたい場合には、３５〜４５質量％を削り落すように管理することが有利であるといえる。

この表面研磨後の、微粉状の表層高Ｓ部分と、より粗大な内層低Ｓ部分との分別は、篩分けにより行うことができる。図１に示した例では、目の大きさが１.０ｍｍの篩を用いた篩分けにより、篩下である表層高Ｓ部分と篩上である内層低Ｓ部分とに分離した。篩の目の大きさは、表面研磨前の生石灰の粒径に応じて適宜変更しうる。

（２）溶銑脱硫工程での使用
溶銑の脱硫工程では、一般に表１に示すような成分を有する溶銑を対象として、脱硫処理後の溶銑中Ｓ濃度を高くとも０.０１０質量％以下であって、製造する鋼種によっては０.００１０質量％以下にすることが可能な脱硫能力が要求される。このとき、溶銑から除去されるＳ質量は、対象溶銑１トン当たり０.１０〜０.１９ｋｇ以上である。

一方、溶銑の脱硫工程で使用する生石灰量は、対象とする溶銑１トン当たり約１０ｋｇ以下であるから、その生石灰中に含有されるＳ％が０.２質量％違うと、脱硫工程に持ち込まれるＳ質量は０.０１〜０.０２ｋｇ違うことに相当する。このＳ質量の違いは、前述した溶銑から除去されるＳ質量が、対象溶銑１トン当たり０.１０〜０.１９ｋｇ以上であることと比べて、約１／１０程度に過ぎない。

従って、溶銑脱硫処理を少し改善すれば、脱硫剤に付随して持ち込まれるＳ質量の増加を、脱硫処理後の溶銑中Ｓ％に影響させないようにすることができる。つまり、脱硫工程では、除去されるＳ量が大きいために、表面研磨で分離された、Ｓ含有濃度が０.１００〜０.３００質量％の表層高Ｓ部分の生石灰でも、十分に脱硫用の副原料として使用できるのである。

前記したように、表面研磨した後に分離される表層高Ｓ部分の生石灰は粉状であって、従来のＫＲ用生石灰よりも粒径が細かい。したがって、溶銑脱硫剤として好ましい細粒条件を満たしており、脱硫用に好都合である。

そこで、ＫＲ法による脱硫について従来技術と本発明との比較評価試験を行った。その結果の一例を以下に示す。

表２で示した溶銑成分で脱硫処理をＫＲ法で実施した。
図２に脱硫用生石灰原単位と脱硫率との関係を示す。横軸は投入した生石灰量、縦軸は(処理前[Ｓ]−処理後[Ｓ])／処理前[Ｓ]×１００で得られる脱硫率を示している。処理した溶銑は２２０〜２３０トンであり、温度は１３２０℃〜１３５０℃で撹拌時間は１２分であった。

図２における本発明とは、表層高Ｓ部分の生石灰を添加する方法を意味する。一方、従来法とは、ＫＲにて脱Ｓ処理される溶銑上方のホッパーより、従来ＫＲ用として図１に示した生石灰を添加する方法を意味する。また、比較法とは、従来ＫＲ用生石灰を粉砕し、粒度を表層高Ｓ部分とほぼ同等にして添加する方法を意味する。

図２に示される結果より、従来法よりも粉状生石灰を使用する比較法および本発明の方が、同程度の脱硫用生石灰量でも脱硫率が向上する効果が得られた。さらに、本発明である表層高Ｓ部分を使用しても、比較法と比べて脱硫率の悪化は見られず、生石灰を有効利用できるという結果が得られた。

本発明に係る表層高Ｓ部分の生石灰を用いても、その生石灰が細かいために、その含有Ｓ％が高いことによる溶銑脱硫率への影響が現われず、表層高Ｓ部分の生石灰を用いることによる脱硫能率やコストへの影響を回避できることが確認された。

なお、焼成された生石灰における表層が除去された部分、つまり内層部分はＳ含有濃度が低いため、溶銑脱硫処理において使用される副原料の生石灰として、表層高Ｓ部分に加えてこの内層部分が含まれていたとしても、その処理に悪影響が及ぼされることはない。

（３）溶銑の脱燐工程、脱燐・脱炭工程での使用
溶銑の脱燐工程は、多くの場合は溶銑脱硫後の溶銑を対象とし、上底吹き転炉等を用いて脱燐処理後の溶銑中Ｐ％を０.０２０質量％以下程度にする。その場合、生石灰を溶銑１トン当たり１０〜３０ｋｇ程度を用いるが、脱燐は酸化反応なので同時に脱硫することは殆ど期待できない。この状況は、溶銑を脱炭して溶鋼を製造する脱燐・脱炭工程においても同様である。

このような状況で、その生石灰中に含有されるＳ％が０.２質量％違うと、脱燐工程に持ち込まれるＳ質量は０.０２〜０.０６ｋｇ違うことに相当する。このＳ質量の違いは、前述した脱硫処理後の溶銑に含まれるＳ質量が、対象溶銑１トン当たり０.０１〜０.１０ｋｇ以下であることと比べて同程度である。したがって、図１に示した生石灰を脱燐剤として上底吹き転炉に投入し、脱燐処理を行うと、図３に示すように溶銑に含まれるＳ％は大きく上昇してしまう。つまり、［Ｓ］ピックアップを生じてしまう。

この結果より、本発明に係る表層高Ｓ部分の生石灰は、溶銑の脱燐工程または脱燐・脱炭工程で用いることは適切でなく、(２)で述べたように溶銑の脱硫工程で用いることが合理的であると判断される。

一方、表層高Ｓ部分が分離された後に残る内層低Ｓ部分は、Ｓ含有濃度が低減しているため、溶銑の脱燐工程または脱燐・脱炭工程で使用しても、［Ｓ］ピックアップを生じる恐れがないので、これらの工程に使用することが合理的である。

ロータリーキルンを用いて、主として微粉炭からなる熱源により石灰石を焼成して生石灰を製造した後、粒径が３.８ｍｍ以下になるように篩って、従来ＫＲ用の生石灰と同等の粒径分布を有する生石灰を得た。そのＳ濃度は全体平均で０.０８５質量％であった。

得られた生石灰を、特許文献１に開示された装置に類似する表面研磨装置を用いて、表面研磨を行った。その際に、表層高Ｓ部分とする質量比率が、表面研磨装置に投入した生石灰の３５質量％となるように表面研磨処理を管理した結果、その粒径分布は図１に示したのと同様であった。表面研磨装置から取り出した生石灰を、目の大きさが１.０ｍｍの篩で分級して、篩下の表層高Ｓ部分と、篩上の内層低Ｓ部分とに分別した結果、表層高Ｓ部分の生石灰のＳ濃度は０.２０質量％であった。一方、内層低Ｓ部分の生石灰のＳ濃度は０.０２３質量％であった。

その表層高Ｓ部分の生石灰を、表２に示した溶銑２２０〜２３０トンを対象としてＫＲ脱硫装置を用いて脱硫処理する際の脱硫用副原料とした。その生石灰の使用は、インペラーを回転させてから対象溶銑トン当たり４〜６ｋｇを連続的に供給する方法を用い、処理後の溶銑中Ｓ濃度を０.００１〜０.０１０質量％と安定して所定濃度以下にすることができた。

また、表面研磨と分別後に表層から分離された残り６５質量％の内層低Ｓ部分の生石灰は、その全量を、上底吹き型転炉を用いる溶銑脱燐工程の脱燐用副原料として用い、通常の溶銑脱燐処理と同等の処理結果を得ることができた。

Claims (2)

1. 焼成された生石灰表面を研磨して、Ｓ含有率が高い表層部分とＳ含有率が低い内層部分とに分別し、
   該表層部分は溶銑脱硫工程において脱硫用副原料として用い、
   該内層部分は溶銑脱燐工程において、または溶銑の脱燐・脱炭工程において、脱燐用副原料として用いることを特徴とする製鋼方法。
2. 前記研磨を、前記表層部分の割合が３５〜４５質量％になるように管理して行う、請求項１記載の製鋼方法。

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