JP2016530402A - 溶湯の精錬方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、脱リンのために常温の固相脱リン剤を溶湯に投入するため、溶湯の温度が下がって脱リン効果が低下し、後続する工程において溶湯の温度を上昇させるための昇温工程が必要となるという問題がある。
本発明の他の目的は、溶湯中のリン(P)の濃度を効率よく制御する溶湯の精錬方法、及びその装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、溶湯の温度の低下を抑えて脱リン効率を増大させる溶湯の精錬方法、及びその装置を提供することにある。
前記インペラーは、インペラー胴体と、前記インペラー胴体の上部の外周面に配設されるブレードと、前記インペラー胴体の内部に前記インペラー胴体の長さ方向に沿って配設されて、パウダー状態の固相脱リン剤及び輸送ガスが供給される供給管と、前記インペラー胴体の下部の一部を貫通して前記供給管と連通される吹込みノズルと、を備えることを特徴とする。
また、好ましくは、前記ブレードは、前記溶湯の全体の深さに対して前記溶湯の湯面から10〜30%の領域に配置される。
更にまた、好ましくは、前記ブレードは、上部の幅が下部の幅よりも長く形成される。
更にまた、好ましくは、前記ブレードは、前記容器の内部の直径に対して35〜45%の幅を有するように形成される。
更にまた、好ましくは、前記ブレードの一方の面は、前記ブレードの上部面と10〜30°の角度を有するように傾設される。
また、好ましくは、前記インペラーを浸漬する過程において、前記インペラーのブレードを前記溶湯の全体の深さの1/2地点の上方領域に配置し、前記インペラーの吹込みノズルを前記溶湯の全体の深さの1/2地点の下方領域に配置する。
更にまた、好ましくは、前記攪拌する過程は、前記インペラーのブレードにより発生される溶湯の攪拌の流れ方向と、前記溶湯に吹き込まれる固相脱リン剤により発生される溶湯の攪拌の流れ方向とが一致するように攪拌する過程を含む。
更にまた、好ましくは、前記固相脱リン剤を供給する過程において、前記固相脱リン剤とともに不活性ガスを供給する。
更にまた、好ましくは、前記溶湯を攪拌する過程後に、鉱滓を排除する。
また、液状脱リン剤の投入により溶湯の温度の低下が抑えられて脱リン効率がなお一層向上する。
以下に、電気炉において生産された溶湯に脱リン剤を投入して溶湯中に含有されているリン(P)の濃度を制御する装置及び方法について説明するが、本発明はこれにのみに限定されるものではなく、操業条件により溶湯中に様々な物質を投入して溶湯中に含有されている様々な元素の濃度を制御する。
図1は、本発明の実施形態による溶湯の精錬装置の概略的な構成を示す図である。
図1に示すように、本発明の実施形態による溶湯の精錬装置は、溶湯及び鉱滓が収容された取鍋100と、取鍋100の上部に上下方向に移動可能なように配設され、内部に固相脱リン剤の移動経路が形成されたインペラー200と、取鍋100の上方に設けられ取鍋100内に装入された溶湯の上に液状脱リン剤を注入する液状脱リン剤供給部300と、を備える。溶湯の精錬装置は、液状脱リン剤供給部300を介して取鍋100内に収容されている溶湯の上面に液状脱リン剤を供給し、インペラーを介して溶湯の内部にパウダー状態の固相脱リン剤を供給しながら溶湯を攪拌して溶湯中のリンの濃度を制御する。
図2に示すように、インペラー200は、取鍋100に収容された溶湯と、溶湯の精錬のために投入される液状及び固相の脱リン剤と、を攪拌する攪拌器である。インペラー200は、インペラー胴体210と、インペラー胴体210の下部に設けられて溶湯に固相脱リン剤及び輸送ガスを吹込む吹込みノズル230と、インペラー胴体210の外周面に取り付けられた複数のブレード220と、を備える。
このように、インペラー200の吹込みノズル230が溶湯の下部領域に配設され、ブレード220が吹込みノズル230の上側に配設されることにより、攪拌効率が従来に比べて向上する。
図5は、本発明の実施形態による溶湯の精錬方法を順次に示す手順図である。
まず、電気炉において生産されたフェロマンガン溶湯を取鍋100に出湯した後、取鍋炉設備において昇温させた後、脱リンのための操業場所に移動させる。脱リンのための操業場所には、溶湯を攪拌するためのインペラーと、溶湯に脱リン剤を投入するための液状脱リン剤供給部300と、が設けられている。このとき、液状脱リン剤供給部300は、固相脱リン剤を溶融させた液状脱リン剤を投入する。
鉱滓を排除した後、取鍋100の上部に配設されるインペラーを下降させて溶湯に浸漬(ステップS120)させる。このとき、インペラーの下部に形成された吹込みノズルが閉鎖されることを防ぐために、インペラーの内部の供給管を介して輸送ガスを供給して吹込みノズル230を介して排出する。
インペラー胴体210が回転すると、前記インペラー胴体210とともにブレード220が回転する。また、図1に示すように、ブレード220の回転により発生する攪拌の流れ(実線の矢印)は、ブレード220から取鍋100の内壁に向かって発生して衝突した後、取鍋100の内壁に乗って上下方向に分かれて流れる。このとき、ブレード220は、湯面と隣り合うように配設されているため、ブレード220の上側方向における溶湯の攪拌の流量に比べて、ブレード220の下側方向における溶湯の攪拌の流量の方が大きい。より具体的には、取鍋100の内壁と衝突した後、一部は取鍋100の内壁に乗って上側方向に移動し、次いで、湯面の上側の液状脱リン剤を経てインペラー胴体210及びブレード220の外周面に乗って下降し、再び上昇する。
図6は、本発明の実施形態による溶湯の精錬装置及び方法を用いた脱リン工程の適正化のための実験結果を示すグラフである。
その後、粉体状の固相脱リン剤及び液状脱リン剤を溶湯に投入しながらインペラーを用いて溶湯を攪拌した。固相脱リン剤は、アルゴンガスを輸送ガスとして用いてインペラーの吹込みノズルを介して溶湯の内部に投入し、液状脱リン剤は、シリコンカーバイド(SiC)発熱体を用いた間接加熱方式の溶融炉を用いて溶融させた後、溶湯の上面に投入した。
次いで、誘導結合プラズマ分光測定法(ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrometry)を用いた湿式分析を用いて採取した試片の成分を確認した。
また、溶湯の実際の歩留まりは、脱リン工程後に溶湯の温度にかなり敏感に挙動する。脱リン後の溶湯の温度が1280℃前半であるときの溶湯の実際の歩留まりは80〜90%のレベルであることが確認された。しかしながら、図示していないが、脱リン後の溶湯の温度が約10℃低い1270℃前半であるときの溶湯の実際の歩留まりは65〜75%のレベルであり、溶湯の温度が下がるにつれて溶湯の実際の歩留まりが低下することが確認された。このため、溶湯の実際の歩留まりを向上させるためには、脱リン工程の前後の溶湯の温度を厳密に管理する必要がある。
実験のために、同じ大きさの第1の容器乃至第6の容器に同じ量の水を投入し、それぞれの容器に水及びオイルへの平衡分配比の値が350以上となるチモール(C10H14O)を投入して溶解させて溶湯中のリン成分を模写した。次いで、インペラーを水に浸漬し、所定の速度にて回転攪拌を行う。攪拌中に液状脱リン剤に対応するパラフィンオイルを水の上面に供給した。このとき、パラフィンオイルの供給速度を制御するために、パラフィンオイルの排出をオン/オフにする弁及び供給速度を調節する弁を用いた。パラフィンオイルを供給する位置は、実際の工程の脱リン剤排出管の位置を考慮して、容器の上部の半径の外側の約25%の地点とした。
実験は、下記表1に記載されている条件で複数回行った。
水中のチモール分析を行い、下記の物質伝達方程式を用いて解析した。ここで、水相側に存在する物質伝達抵抗層内におけるチモール拡散速度により、全体の反応速度が流速となる。このような物質伝達方程式は、数式1の通りである。
界面における平衡分配比(β)は、下記式2の通りである。
まず、実験例1と、実験例3及び実験例5に示すように、ブレードの浸漬深さを水の湯面(水面)から70%の位置に配置した場合、チモール分析値を用いて導き出したKwA/Vw値(反応効率)が、図7の(a)に示すように、実験例1>実験例3>実験例5の順に現れた。すなわち、インペラーの攪拌とともに、液状脱リン剤及び固相脱リン剤を用いた場合、攪拌効果が最も良好であった。
ここでは、本発明の実施形態による溶湯の精錬装置及び従来の技術による溶湯の精錬装置を用いた場合における脱リン反応効率を互いに比較した。従来の技術による溶湯の精錬装置を用いた例は、上述した実験例1と、実験例3及び実験例5の通りである。図8を参照すると、本発明の実施形態と略同じ構成及び方法により行われた実験において、溶湯の脱リン反応効率が最も良好であった。
実験は、本発明が適用されたインペラー及び従来の技術によるインペラーを用いて行った。実験は、本発明が適用されたインペラー及び従来の技術によるインペラーを用いて、同じ脱リン剤原単位を適用して行った
Claims (18)
- 溶湯を精錬する装置であって、
溶湯が装入された容器の上部に上下方向に延設されるインペラーと、
前記容器の上方に配設されて前記溶湯の上面に溶融状態の液状脱リン剤を供給する液状脱リン剤供給部と、
を備え、
前記インペラーは、
インペラー胴体と、
前記インペラー胴体の上部の外周面に配設されるブレードと、
前記インペラー胴体の内部に前記インペラー胴体の長さ方向に沿って配設されて、パウダー状態の固相脱リン剤及び輸送ガスが供給される供給管と、
前記インペラー胴体の下部の一部を貫通して前記供給管と連通される吹込みノズルと、
を備えることを特徴とする溶湯の精錬装置。 - 前記ブレードは、前記溶湯の全体の深さに対して1/2地点の上方領域に配設され、
前記吹込みノズルは、前記溶湯の全体の深さに対して1/2地点の下方領域に配設される請求項1に記載の溶湯の精錬装置。 - 前記ブレードは、前記溶湯の全体の深さに対して前記溶湯の湯面から10乃至30%の領域に配置されることを特徴とする請求項2に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記液状脱リン剤供給部には、前記液状脱リン剤を加熱する加熱器が配設された排出管が連結されることを特徴とする請求項1に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記ブレードは、上部の幅が下部の幅よりも長く形成されることを特徴とする請求項1に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記ブレードの上部の幅は、前記下部の幅よりも前記上部の幅の全体の長さの5乃至20%長く形成されることを特徴とする請求項5に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記ブレードは、前記容器の内部の直径に対して35乃至45%の幅を有するように形成されることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記ブレードは、前記インペラー胴体を中心として複数隔設され、隣り合うブレードと対向する少なくとも一方の面には傾斜面が形成されることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の溶湯の精錬装置。
- 前記ブレードの一方の面は、前記ブレードの上部面と10乃至30°の角度を有するように傾斜して設置されることを特徴とする請求項7に記載の溶湯の精錬装置。
- 溶湯の精錬方法であって、
溶湯を設ける過程と、
前記溶湯にインペラーを浸漬する過程と、
前記溶湯の上面に液状脱リン剤を供給する過程と、
前記インペラーを回転させて前記溶湯を攪拌する過程と、
を含み、
前記溶湯を攪拌する過程において、前記インペラーの下部を介して粉末状態の固相脱リン剤を供給することを特徴とする溶湯の精錬方法。 - 前記インペラーを浸漬する過程前に、以前の工程において生成された鉱滓を排除することを特徴とする請求項10に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記インペラーを浸漬する過程において、
前記インペラーのブレードを前記溶湯の全体の深さの1/2地点の上方領域に配置し、
前記インペラーの吹込みノズルを前記溶湯の全体の深さの1/2地点の下方領域に配置することを特徴とする請求項11に記載の溶湯の精錬方法。 - 前記インペラーのブレードを前記溶湯の湯面から10乃至30%の領域に配置することを特徴とする請求項12に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記攪拌する過程は、前記インペラーのブレードにより発生される溶湯の攪拌の流れ方向と、前記溶湯に吹き込まれる固相脱リン剤により発生される溶湯の攪拌の流れ方向と、が一致するように攪拌する過程を含むことを特徴とする請求項10に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記ブレードにより発生された攪拌の流れは、上下方向に分かれて流れ、前記ブレードの下方方向に向かう溶湯の攪拌の流量の方が、前記ブレードの上方方向における溶湯の攪拌の流量に比べて多いことを特徴とする請求項14に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記溶湯に供給される液状脱リン剤は、前記液状脱リン剤及び固相脱リン剤の総重量に対して50乃至70重量%であることを特徴とする請求項10乃至請求項15のうちのいずれか一項に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記固相脱リン剤を供給する過程において、前記固相脱リン剤とともに不活性ガスを供給することを特徴とする請求項16に記載の溶湯の精錬方法。
- 前記溶湯を攪拌する過程後に、鉱滓を排除することを特徴とする請求項17に記載の溶湯の精錬方法。
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