JP2015218392A - 溶銑脱硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化することができる溶銑脱硫方法を提供すること。
【解決手段】高炉より出銑された溶銑を、転炉での脱炭工程前の溶銑段階で機械式攪拌により脱硫処理を実施するにあたり、以下に示す条件を満たす組成のフラックスを用いる。
【数１】

【選択図】図１

Description

本発明は、転炉での脱炭工程の前段階で溶銑を脱硫するための溶銑脱硫方法に関する。

現在、硫黄含有量の少ない低硫鋼製造の要求に対応するために、高炉より出銑された溶銑に対して、転炉での脱炭工程前の溶銑段階において脱硫処理を実施するのが一般的となってきているが、近年では、自動車用高張力鋼など、鋼中硫黄濃度が０.００３ｗｔ％以下である、所謂極低硫鋼のニーズが高まっている。このような鋼を製造するために、溶銑段階のみならず、更に転炉出鋼後の溶鋼段階でも脱硫処理が行われるが、溶鋼での脱硫処理は溶銑の脱硫処理に要するコストよりも高いため、溶銑段階で可能な限り硫黄濃度を低減して溶鋼処理での脱硫負荷を下げることが望ましい。

なお、溶銑段階における脱硫処理の手法としては、特許文献１〜３に開示される技術がある。
特許文献１に開示の溶銑の脱硫方法は、ＣａＯ及びＭｇＯを主成分とする精錬剤を用いて溶銑の脱硫を行う方法において、溶銑のＡｌ濃度を０．００５〜０．１質量％に調整して、カルシューム−アルミネートの生成を抑制することを特徴とする。これは、浸漬させたランスからフラックスをインジェクションする方法(所謂インジェクション脱硫)である。

特許文献２に開示の低珪素濃度溶銑の脱硫方法は、生石灰を主成分とするフラックスとＡｌ灰の混合フラックスによる溶銑の脱硫処理に際し、脱硫剤中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３の混合比がＡｌ_２Ｏ_３で３３〜３７．７重量％の範囲となるように混合したもの、または添加後のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３の混合比がＡｌ_２Ｏ_３で３３〜３７．７重量％の範囲となる量の生石灰、Ａｌ灰を添加することを特徴とする。

また、特許文献３に開示の溶銑の脱硫剤は、生石灰と、金属アルミニウムの含有量が１０質量％以上で残部が実質的にアルミナであるアルミニウム系脱酸剤と、の混合体からなる脱硫剤であり、脱硫剤中のアルミニウム系脱酸剤の配合比率がアルミナ換算で７質量％以上であることを特徴とする。
このような脱硫処理の技術に加えて、特許文献４に開示されるように、容器に収容された溶銑にフラックスを上置きし、耐火物の攪拌羽(インペラ）を浸漬及び回転させて、上置きされたフラックスを溶銑中に巻き込むことにより脱硫する機械式脱硫方法(所謂ＫＲ脱硫)も存在する。

特許文献４に開示の溶銑の脱硫方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、ＣａＯ粉体に対して、金属Ａｌを１０〜５０質量％含有するアルミナ−金属Ａｌ混合体を脱硫処理対象の溶銑の脱硫処理前温度に応じて下記の（２）式、（３）式及び（４）式で求められるＸ質量％以上、Ｘ＋１５質量％以下の範囲で添加した脱硫剤を、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面に添加し、溶銑を脱硫処理することを特徴とする。溶銑温度が１２５０℃以下の場合Ｘ(質量％)＝２０…(２)、溶銑温度が１２５０℃超え１３４０℃未満の場合Ｘ(質量％)＝２９５−０.２２×Ｔ…(３)、溶銑温度が１３４０℃以上の場合Ｘ(質量％)＝０.２…(４)であり、但し、（３）式において、Ｔは脱硫処理前の溶銑温度（℃）である。

特開２０１２−２６０１２号公報 特開平９−３５１５号公報 特開２０１０−２２９４３９号公報 特開２０１１−１３２５６６号公報

上述の各特許文献に対して、特許文献１及び特許文献２では、脱硫剤として高価な金属
Ａｌについてしか記述されておらず、同様の脱酸効果を持つ安価なＡｌＮを考慮していないために、脱硫剤としては高価なものとなるという欠点がある。さらに、機械式脱硫方法を前提とした場合、特許文献１及び特許文献２の技術は、インジェクション/ブラスティング脱硫を前提としているため、機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化するための指針とすることは困難である。

特許文献３では、脱硫反応に大きく影響する溶銑温度に関する記述が全く無く、効率のよい脱硫処理を実現するための指針としては不十分である。また、特許文献３の記載内容では、機械式脱硫方法を前提としていないため、脱硫反応に大きな影響を及ぼす攪拌動力を算出することができず、機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化するための指針とすることは困難である。

さらに、機械式脱硫方法を前提としている特許文献４では、理想的なＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ.Ａｌ系に限定されているが、実施例で開示されているＡｌ灰にはＭｇＯやＳｉＯ_２等の不純物が含まれており、それら不純物の影響が考慮されていない。従って特許文献４に開示の技術では、そもそも溶銑を効率良く極低硫化するための指針としては不十分である。加えて、特許文献４に開示の内容のみでは脱硫の反応効率に重要な役割を果たす攪拌動力を算出することができず、機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化するための指針とすることは困難である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化することができる手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の溶銑脱硫方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の溶銑脱硫方法は、高炉より出銑された溶銑を、転炉での脱炭工程前の溶銑段階で機械式攪拌により脱硫処理を実施するにあたり、以下に示す条件を満たす組成のフラックスを用いることを特徴とする。

本発明の溶銑脱硫方法によれば、機械攪拌式脱硫方法によって溶銑を効率良く極低硫化することができる。

本発明の実施形態による高炉から出銑された溶銑の製錬工程を模式的に示す図である。 本実施形態による溶銑鍋及びインペラの構成を模式的に示す図である。 溶銑の脱硫実験について、脱硫率を従属変数、溶銑温度と換算Ｍ.Ａｌを独立変数とした重回帰分析の結果を表すグラフを示す図である。 本実施形態による実施例の脱硫結果と比較例１の脱硫結果を表すグラフを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、高炉１から出銑された溶銑の精錬工程の一例を模式的に示す図である。
図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑は、混銑車３にて受銑された後、製鋼工場に運搬され、そこで混銑車３から溶銑鍋４へ払い出される。この溶銑鍋４は、クレーンによって除滓位置に移され、鍋中の溶銑表面に存在する高炉スラグが除去（除滓）された後、クレーンによって転炉正面に運ばれる。除滓されて転炉正面に運ばれた溶銑は、溶銑鍋４から転炉へ装入される。転炉への溶銑の装入を終了した空の溶銑鍋４は、再びクレーンによって払出位置に戻され、混銑車３から溶銑鍋４へ次チャージの溶銑が払い出される。

本実施形態では、このような精錬工程において、溶銑鍋４内で、後述する機械式攪拌（ＫＲ攪拌）による脱硫処理を行う。具体的には、溶銑鍋４において、高炉スラグを除去（除滓）した後の溶銑に脱硫剤（脱硫フラックス又は、単にフラックスという）を添加し、フラックスが添加された溶銑に対して機械式攪拌を行うことで脱硫反応を進行させる。そして、再度除滓位置において脱硫反応により生じたスラグを除去した後、脱硫後の溶銑が溶銑鍋４から転炉へ払い出される。

ここで、図１及び図２に示すように、機械式攪拌とは、溶銑鍋４の溶銑内に耐火物で形成された羽根であるインペラ５を浸漬して回転させ、フラックスが添加された溶銑を強制攪拌しながら脱硫反応を促進させる処理のことである。
図２は、溶銑を貯留する溶銑鍋４、及び溶銑鍋４に貯留された溶銑に浸漬されたインペラ５の構成を示す図である。この図２に示す構成によって機械式攪拌を行えば、溶銑中の硫黄は脱硫剤へと効果的に移行して脱硫スラグが形成され、形成された脱硫スラグを取り除くことで「硫黄分が除かれた溶銑」を得ることができる。

このような機械式攪拌は、後述する攪拌動力Ｐ及び攪拌動力密度εによってその脱硫効果が変化する。
攪拌動力Ｐは、以下に示す永田の式(例えば、化学工学便覧、丸善(1998),P893-897)などを参照）を用いて得られる。

上記の永田の式において、Ａ，Ｂ，ｐは定数であり、その他の記号の意味を以下の表１及び図２に示す。

このように求められる攪拌動力Ｐに基づいて、攪拌動力Ｐ（例えば、ｋｗ）を溶銑鍋４内の溶銑重量（ｔ）で除すことで攪拌動力密度ε[kw/t]を得ることができる。
上述のように、本実施形態による上述の脱硫処理は、溶銑鍋４に、脱硫剤であるフラックスを添加する添加処理と、フラックスが添加された溶銑鍋４内の溶銑に対して機械式攪拌を施す攪拌処理とを有している。具体的に、本実施形態による脱硫処理は、添加処理に用いられるフラックスの成分の規定に特徴を有すると共に、攪拌処理における攪拌動力密度εの規定に特徴を有する。

以下に、添加処理について説明し、続いて、添加処理を終えた溶銑に対する攪拌処理について説明する。
上述の脱硫処理における脱硫反応は吸熱反応であるため、高温の方が進みやすく低温では進みにくいという、溶銑の温度に依存した特性がある。従って、フラックスに必要とされる条件が溶銑温度に依存して異なり、溶銑温度によって同一フラックスによる脱硫効率が大きく変化する。

その理由は、溶銑温度が低温になると、脱硫反応自体の効率が悪くなる上、添加されたフラックス中の石灰の滓化が顕著に遅くなり、フラックス中の石灰の利用効率が大幅に低下するからである。
尚、本実施形態においては溶銑温度の下限を定めないが、溶銑の温度があまりにも低いと脱硫以前に溶銑鍋４への地金の付着が顕著となるため、１２５０℃程度を溶銑温度の下限と考えることができる。

そこで、脱硫処理前の溶銑温度を考慮すると共に、溶銑中に含まれるケイ素Ｓｉの濃度を考慮して、以下に説明する組成を満足するフラックスを脱硫剤として添加する。銑中に含まれるケイ素Ｓｉの濃度である溶銑Ｓｉ濃度を考慮する理由については、後述する。
まず、フラックスは、換算Ｍ.Ａｌについて以下の式（１）に示す条件を満足する。

Ｍ.Ａｌとは金属アルミニウム（金属Ａｌ）であり、このＭ.ＡｌとＡｌ窒化物（ＡｌＮ）に含まれるアルミニウムとの合計を、フラックス中に含まれる金属アルミニウムの量を表す「換算Ｍ.Ａｌ」とする。なお、本実施形態において、単位[kg/t]は、溶銑１ｔ（トン）あたりの金属アルミニウムやフラックスの重量（ｋｇ）を表す。
ここで、脱硫反応は、[Ｓ]＋(Ｏ)＝(Ｓ)＋[Ｏ]・・式(ア)で表される。なお、記号［ ］は溶銑中に溶解していることを示し、記号（ ）は、スラグ中に溶解していることを示す。この式（ア）から分かるように、脱硫反応を効率良く進めるためには、第１に、溶銑中の酸素ポテンシャルを低減させる必要があり（第１の条件）、第２に、スラグ中の硫黄の活量を低下させる必要がある（第２の条件）。

式（１）に示す換算Ｍ.Ａｌについての条件は、上述の第１の条件に関するものであり、溶銑に添加される換算Ｍ.Ａｌ量が式（１）に示す条件を満足することで、溶銑の酸素ポテンシャルを、脱硫反応が効率良く進行するレベルまで低下させることができる。逆に、溶銑に添加される換算Ｍ.Ａｌの量が式（１）に示す条件を満たさなければ、溶銑の酸素ポテンシャルを充分に低くすることができず、脱硫反応が効率良く進行しない。

ここで、フラックスとして投入される金属Ａｌは溶銑中の酸素ポテンシャルを低下させるためのものであるから、すでに酸素と結合しているＡｌ_２Ｏ_３中のＡｌでは効果がない。酸素ポテンシャルを低減できるＡｌの形態としては、金属Ａｌ（Ｍ.Ａｌ）が一般的であるが、Ａｌ窒化物（ＡｌＮ）中のＡｌは酸素と反応してＡｌ_２Ｏ_３となるため、ＡｌＮ中のＡｌも金属Ａｌと同様に酸素ポテンシャルの低減に貢献する。

上述のＭ.ＡｌやＡｌＮを含有する物質としては、金属Ａｌの他、アルミ精錬で発生するドロス(所謂アルミドロス)、このアルミドロスを灰絞り処理によって金属Ａｌ分を回収したもの(所謂アルミ灰)、及びアーク炉処理により金属Ａｌ分を回収したもの(所謂アーク炉灰)などを用いることができる。
上述したように、脱硫反応は吸熱反応であるため、低温ほど反応しにくいという特徴がある。このため、溶銑が低温になるほど、より投入Ａｌ量を増やし溶銑の酸素ポテンシャルを低下させる必要があり、上記式（１）による換算Ｍ.Ａｌについての条件は、溶銑温度に基づいて必要となる換算Ｍ.Ａｌ量を規定するものである。

また、溶銑は、高炉において鉱石中脈石およびコークス中灰分の一部が還元され、最大で１％（max１％）程度のＳｉを含むのが一般的である。ＳｉはＡｌ程では無いが、酸素親和性の高い元素であるため、換算Ａｌ量が同じであれば、Ｓｉ濃度の低い溶銑の方が、酸素ポテンシャルが高くなる。このため、効率良く溶銑を極低硫化するためには、溶銑Ｓｉ濃度の違いまで考慮してフラックス投入量を規定する必要がある。

近年、脱硫処理と同様に、溶銑段階で酸素及び石灰を溶銑に加えて脱りん処理をすることが一般的である。脱硫処理と脱りん処理の順序は各製鉄所のレイアウトや保有設備等によってどちらが先である場合も存在するが、脱りん処理では酸素を加えるため、溶銑Ｓｉ濃度が大きく低下する。
このため、脱硫処理の前に脱りん処理を行う場合、脱硫処理開始時には溶銑中のＳｉ濃度が大きく低下しているため、酸素ポテンシャルが高くなりやすく、脱りん処理を事前に実施していない溶銑と比較して、より多くの換算Ａｌ量が必要となる。

上記式（１）に示す条件は、これら脱硫反応の特徴を鑑み、溶銑温度および溶銑Ｓｉ濃度に応じて極低硫溶銑の製造に必要となる換算Ｍ.Ａｌ量を規定するものである。
以下に、式（１）の算出経緯を示す。
I．３００ｋｇ溶銑の脱硫実験を実施し、図３に示すような、脱硫率を従属変数、溶銑温度と換算Ｍ.Ａｌを独立変数として重回帰を実施し、以下の式（Ａ）を得た。図３は、溶銑の脱硫実験について、脱硫率を従属変数、溶銑温度と換算Ｍ.Ａｌを独立変数とした重回帰分析の結果を表すグラフを示す図である。

脱硫率[％] ＝ 126.7×換算Ｍ.Ａｌ[kg/t]＋0.189×Ｔ[℃]＋8.44×[Si][wt%]-228.77
−(Ａ)
なお、溶銑の脱硫実験において、脱硫率[％]を次の式によって求めた。

II.次いで、例えば特開２０１１−６７６１号公報に示されているように、極低硫溶銑を得るための条件としての目安である脱硫率≧９０％を達成するために、上記式（Ａ）から以下の式（Ｂ）と得る。
脱硫率[％] ＝ 126.7×換算Ｍ.Ａｌ[kg/t]＋0.189×Ｔ[℃]＋8.44×[Si][wt%]-228.77
≧90 −(Ｂ)
III. 上記式（Ｂ）を変形することで、脱硫処理前の溶銑温度Ｔ及び溶銑Ｓｉ濃度を勘案した換算Ｍ.Ａｌ量を定義する上記式（１）が導かれる。つまり、効果的に極低硫溶銑を製造するためには、式（１）で計算される量よりも多くの換算Ｍ.Ａｌ量を溶銑に投入すれば良い。

次に、フラックスは、以下の式（２）に示す条件を満足する。

式（２）に示す条件は、上述の式(ア)に対応してスラグ中の硫黄活量に関する条件である。一般的に、スラグ中に含まれる塩基性酸化物がスラグ中の硫黄（Ｓ）の活量を顕著に低下させ、脱硫反応を促進させることが知られている。塩基性酸化物としては、Ｎａ_２ＯやＫ_２Ｏといったアルカリ金属酸化物、ＣａＯやＭｇＯといったアルカリ土類金属酸化物などがある。しかし、アルカリ金属酸化物は、高価であるという問題、耐火物の侵食が大きいという問題、さらに処理後のスラグ処理の問題を有しており、現在、脱硫剤の主成分としてはあまり用いられない。

通常、脱硫剤の主成分として使用されるのはＣａＯやＭｇＯといったアルカリ土類金属の酸化物であり、上記式（２）はその投入量を規定したものである。ＣａＯとＭｇＯの投入量が８ｋｇ／ｔ未満となると、酸素ポテンシャルを下げたとしてもスラグの脱硫能が低くなり、極低硫溶銑の製造が困難となる。
尚、式（２）中、ＣａＯ及びＭｇＯの含有量の単位は [kg/t]で、溶銑１ｔ（トン）あたりのＣａＯ及びＭｇＯの重量（ｋｇ）を表す。

ここで注意しなくてはならないのは、上述の通り、Ｍ.Ａｌ及びＡｌＮは、脱硫処理中に酸化されて、処理後にはほぼ全量がＡｌ_２Ｏ_３になるという点である。Ａｌ_２Ｏ_３はスラグの脱硫能を低下させるので、Ｍ.Ａｌ及びＡｌＮから転化するＡｌ_２Ｏ_３の量を考慮した上で、フラックスの組成を設計しなくてはならない。
上記式（１）及び式（２）を満たすフラックスとしては、例えば、生石灰、金属Ａｌ粒、及び２種類のアルミ灰の計４種の原料を混合して使用することができる。このうち、金属Ａｌ粒は実質的に１００％Ｍ.Ａｌであり、残り３種の原料の組成は、夫々下に示す表の通りである。

下の表２において、アルミ灰(１)とは、アルミ二ウム精錬で発生するアルミドロスを灰絞り処理し、含有するＭ.Ａｌを回収したあとの残渣である。また、アルミ灰(２)とは、上述のアルミドロスを、アーク炉処理（例えば、特開２００６−２８３０８３号公報を参照）によりＭ.Ａｌを回収した後の残渣であり、ＡｌＮの含有量がアルミ灰(１)より高いのが特徴である。

上述のアルミ灰、アーク炉灰については、金属アルミニウム(Ｍ.Ａｌ)、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、Ａｌ_２Ｏ_３を全て含有する物質であるため、以下のような手法により夫々の成分の重量分率を測定した。
まず、被検体であるフラックスのＭ.Ａｌ[wt%]を、臭素メタノール分解−ＩＣＰ発光分析法により測定する。ここで、単位[wt%]は、重量パーセントを示す。

次に、臭素メタノール分解した残渣中の窒素(Ｎ)分を中和適定法により測定し、検出し
た窒素量Ｎ[wt%]は、全て窒化アルミニウム(ＡｌＮ)由来としてＡｌＮ[wt%]を算出する。
さらに、この残渣をＩＣＰ発光分析によりアルミニウム(Ａｌ)の総量Ｔ.Ａｌ[wt%]を測定し、下式（３）に示すように、アルミニウム(Ａｌ)の総量Ｔ.Ａｌ[wt%]からＡｌＮ中のＡｌ量を除いたものがＡｌ_２Ｏ_３中のＡｌの量であるとしてＡｌ_２Ｏ_３[wt%]を計算した。

次に、添加処理を終えた溶銑に対する攪拌処理について説明する。本実施形態による攪拌処理は、上述のとおり、溶銑鍋４の溶銑内に浸漬されたインペラ５によって、フラックスが添加された溶銑を強制攪拌しながら脱硫反応を促進させる処理のことであり、上述の攪拌動力密度ε[kw/t]の用い方に特徴がある。
本実施形態による攪拌処理では、攪拌動力密度ε[kw/t]を以下の式（４）に示すように用いる。

本実施形態による機械式の攪拌処理においては、溶銑中に、フラックスと同時に大気も巻き込むため、脱酸のために投入したＭ.Ａｌ及びＡｌＮの比率が重要となる。溶銑に添加されたＭ.Ａｌ及びＡｌＮは、どちらも最終的には酸素と反応してＡｌ_２Ｏ_３となるが、Ｍ.Ａｌは酸素との反応が激しい（脱酸反応の進行が速い）ため、全量がＡｌ_２Ｏ_３になるまでの時間が短く、また、ＡｌＮは反応が緩やかである（脱酸反応の進行が遅い）ため、全量が反応するのに要する時間がより長いという特徴がある。

脱酸のための成分として、ＡｌＮを用いず全量Ｍ.Ａｌを用いた場合、添加した直後は急速に酸素ポテンシャルが低下するが、一度Ａｌ_２Ｏ_３に転化するともはや脱酸には寄与できない。そのため、その後攪拌によって巻き込まれた酸素とは反応することができず、溶銑中の酸素ポテンシャルが上昇することとなり、脱硫能が低下する。
一方、Ｍ.Ａｌを用いず全量ＡｌＮを用いた場合、脱酸反応の進行が遅いため、添加後すぐには酸素ポテンシャルが下がらず脱硫能を低下させるため、Ｍ.ＡｌとＡｌＮの比率には最適範囲が存在すると考えられ、効率良く脱硫反応を進行させるためには、Ｍ.ＡｌとＡｌＮの比率を最適範囲に調整した上で操業する必要がある。

このようなＭ.ＡｌとＡｌＮの比率に加えて、溶銑への大気巻き込み量は、インペラ５による攪拌の強さによって決まるため、上記Ｍ.ＡｌとＡｌＮの比率の最適範囲は攪拌の強さを表す攪拌動力密度εによって変化する。
つまり、攪拌動力が大きい場合は巻き込み大気量（巻き込み酸素量）が多いため、遅効性の（脱酸反応の進行が遅い）ＡｌＮの比率が高い必要があるし、また攪拌動力が小さい場合は即効性の（脱酸反応の進行が速い）Ｍ.Ａｌの比率が高い必要がある。

そこで、上記式（４）に示すように、Ｍ.Ａｌ及びＡｌＮによる比Ｘ（＝ＡｌＮ／（ＡｌＮ＋Ｍ.Ａｌ））と攪拌動力密度εとの商（Ｘ／ε）によって、Ｍ.ＡｌとＡｌＮの比率とインペラ５による攪拌動力との関係を表す。つまり、式（４）は、脱酸成分における遅効性のＡｌＮの比率と攪拌動力の関係を定量的に表す指標とも言える。従って、商Ｘ／εが０.５より小さい場合、攪拌動力の大きさに対するＡｌＮの量が少なすぎるので、投入したＭ.Ａｌはもちろんのこと、ＡｌＮも早期に巻き込み空気によって酸化して消費されてしまい、脱硫能が低下する。また、商Ｘ／εが０.８より大きい場合、攪拌動力の大き
さに対するＡｌＮの量が多すぎるので、脱酸反応の進行が遅くなりすぎ、脱硫能が低下する。

なお、ＡｌＮの絶対量については、上述の換算Ｍ.Ａｌの条件を満足するために、ＡｌＮ ＞ ０.０２ｋｇ/ｔであることが望ましく、また、機械式攪拌脱硫の攪拌動力密度εは一般的には、０.４〜１.２ｋｗ/ｔ程度である。なお、攪拌動力密度εの算出方法については、上述したとおりである。
以上に説明したとおり、上述の式（１）,（２）及び（４）を満たすフラックスの組成及び攪拌動力密度εによる脱硫処理を行うことで、脱硫処理前の溶銑温度に合わせて溶銑を効果的に脱硫することができる。

以下、上述の添加処理及び攪拌処理を実施した脱硫処理の実験結果（脱硫結果）について説明する。
まず、実験条件について述べる。実験には高周波溶解炉を用いた。炉の内径(Ｄ)は４００ｍｍ、浴深さ(Ｚ)は３４０ｍｍ、溶銑量は３００ｋｇである。また、処理時間は攪拌開始より１０分(ｍｉｎ)とし、フラックスは、炉上方より攪拌開始直前に一括投入した。フラックスとしては、粒径が全て３ｍｍ未満である３ｍｍアンダー品を用いた。

溶銑を攪拌するインペラのサイズについて、高さ(ｂ)は９０ｍｍ、幅(ｄ)は１４０ｍｍ、羽根枚数(ｎ_ｐ)は４、ねじれ角(θ)は９０°であり、攪拌動力はインペラの回転数の制御によって制御した。
溶銑成分について、溶銑中の炭素Ｃの含有量である溶銑[Ｃ]は３．７７〜４.６７重量％、同じく硫黄Ｓの含有量である溶銑[Ｓ]は０.０１９〜０.０２９重量％、ケイ素Ｓｉの含有量である溶銑[Ｓｉ]は０.０１〜０.４６重量％であった。

最後に、脱硫処理後の溶銑中の硫黄Ｓの含有量である処理後Ｓ（処理後溶銑Ｓ）について、脱硫が良好に行われたか否かを判断するための閾値を、例えば特開２０１１−６７６１号公報に示されているように、極低硫溶銑及び極低硫鋼を製造するための条件としての目安である脱硫率≧９０％とした。
以下の表３は、上記式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌ、式（２）で規定する塩基度、及び式（４）で規定する脱酸パラメータＺの３つの条件を全て満たした場合の脱硫処理の結果（実験結果）を実施例として示している。

上記の表３によれば、全ての実験番号において脱硫率が９０％以上となっているので、実験結果の評価として、極低硫鋼としての脱硫が良好に行われたことを示す記号「○」が付されている。
以下の表４は、式（２）で規定する塩基度、及び式（４）で規定する脱酸パラメータＺの２つの条件を満たしているが、上記式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌを満たしていない
場合の脱硫処理の結果（実験結果）を比較例１として示している。

上記の表４によれば、式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌを満たしていないので、脱硫率が９０％未満となっており、実験結果の評価として、極低硫鋼としての脱硫が良好に行われなかったことを示す記号「×」が付されている。
図４は、表３に示す実施例の結果と表４に示す比較例１の結果を表すグラフである。図
３に示すグラフによると、式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌを満たしていない場合、つまり換算Ｍ.Ａｌの下限値を下回っている場合は、脱硫率が９０％未満となっているので、式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌが下限値を下回らない成分のフラックスを用いて脱硫処理を行うことが望まれる。

以下の表５は、式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌ、及び式（２）で規定する塩基度の２つの条件を満たしているが、上記式（４）で規定する脱酸パラメータＺの条件を満たしていない場合の脱硫処理の結果（実験結果）を比較例２として示している。

上記の表５によれば、式（４）で規定する脱酸パラメータＺの条件を満たしていない、つまり、ＡｌＮ/（ＡｌＮ＋Ｍ.Ａｌ）と攪拌動力の関係が条件を満たしていないので、脱硫率が９０％未満となっており、実験結果の評価として、極低硫鋼としての脱硫が良好に行われなかったことを示す記号「×」が付されている。
式（４）で規定する脱酸パラメータＺを満たしていない場合、つまり、脱酸パラメータ
Ｚである、Ｍ.Ａｌ及びＡｌＮによる比Ｘ（＝ＡｌＮ／（ＡｌＮ＋Ｍ.Ａｌ））と攪拌動力密度εとの商（Ｘ／ε）が、０.５以上０.８以下の範囲にない場合は、脱硫率が９０％未満となっている。従って、０.５以上０.８以下の脱酸パラメータＺにおいて脱硫処理を行うことが望まれる。

以下の表６は、式（１）で規定する換算Ｍ.Ａｌ、及び式（４）で規定する脱酸パラメータＺの条件の２つの条件を満たしているが、上記式（２）で規定する塩基度を満たしていない場合の脱硫処理の結果（実験結果）を比較例３として示している。

上記の表６によれば、式（２）で規定する塩基度を満たしていないので、脱硫率が９０％未満となっており、実験結果の評価として、極低硫鋼としての脱硫が良好に行われなかったことを示す記号「×」が付されている。
式（２）で規定する塩基度を満たしていない場合、つまり、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３の含有量に対するＣａＯやＭｇＯの含有量の比が大きい場合は、脱硫率が９０％未満となって
いる。従って、式（２）で規定する塩基度が８（ｋｇ／ｔ）以上となる成分のフラックスを用いて脱硫処理を行うことが望まれる。

以上に説明した本実施形態による溶銑脱硫方法によれば、溶銑を非常に効率良く脱硫して極低硫鋼を製造することができるが、特に、溶銑温度の違いに応じて可能な限り少ないフラックスで溶銑を効率良く脱硫することができる。このため、アルミ灰等の高価なフラックスの使用量が低下するため、脱硫処理コストを低位に抑えることが可能である他、発生するスラグ量も少なくなるため、スラグ処理コストの削減にも繋がる。

以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 高炉
３ 混銑車
４ 溶銑鍋
５ インペラ

Claims (1)

1. 高炉より出銑された溶銑を、転炉での脱炭工程前の溶銑段階で機械式攪拌により脱硫処理を実施するにあたり、
   以下に示す条件を満たす組成のフラックスを用いることを特徴とする溶銑脱硫方法。