JP2017133058A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できる溶銑の脱硫方法を提供する。【解決手段】本発明の溶銑の脱硫方法は、全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定する決定工程と、全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の４０質量％以上６０質量％の石灰量Ｗ１［ｋｇ］の石灰及びアルミニウムドロスを投入する第１投入工程と、全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の上記石灰量Ｗ１［ｋｇ］を除く石灰量Ｗ２［ｋｇ］の石灰及びアルミニウム金属材料を投入する第２投入工程とを備える。上記第１工程では、アルミニウムドロスの投入工程後３０ｓｅｃ以内に上記石灰量Ｗ１［ｋｇ］の石灰を投入する。上記第２投入工程では、アルミニウム金属材料の投入後３０ｓｅｃ以内、かつ上記第１投入工程での石灰投入から下記式（１）に示す時間ｐ［ｍｉｎ］経過後、上記石灰量Ｗ２［ｋｇ］の石灰を投入する。０．００６５×Ｗ１≦ｐ≦０．０１０６×Ｗ１・・・（１）【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑の脱硫方法に関する。

高炉から出銑される溶銑には鋼材の特性を低下させる硫黄が多量に含まれているため、鋼材に要求される硫黄濃度まで硫黄を低減する脱硫処理が行われる。この脱硫処理は溶銑又は溶鋼の段階で行われるが、近年の鋼材品質に対する要求の高まりから溶銑段階での脱硫処理が広く行われている。

溶銑の脱硫処理方法として、混銑車などの溶銑搬送容器内の溶銑に脱硫剤を吹き込んで脱硫を行う方法や、溶銑鍋内に溶銑を装入し、この溶銑鍋内で機械攪拌しつつ脱硫を行う方法が採用される。これらの中でも、脱硫処理剤の反応効率が高く低硫黄濃度化が可能な点から、機械攪拌による脱硫方法が主に用いられる。

機械攪拌による脱硫では、脱硫剤としてＣａＯを主成分とする石灰が主に用いられる。溶銑中の硫黄が、このＣａＯと反応することで硫化カルシウムとして固定され、脱硫が進行する。機械攪拌による脱硫は、脱硫処理時間が長いほど硫黄濃度を低減できるが、脱硫処理に利用できる時間は、工場での操業状況に応じて制限される。そのため、より短時間で硫黄濃度を低減できるよう脱硫反応効率の向上が求められる。

このような機械攪拌による脱硫において脱硫反応効率を向上させる方法として、金属Ａｌを８５質量％以上の割合で含むアルミニウム混合物を石灰に対して２質量％以上の割合で添加する脱硫方法が提案されている（特開２０１４−９１８３６号公報参照）。この脱硫方法では、アルミニウムを添加することにより、脱硫によりＣａＯから放出された酸素をアルミニウムと結合させ、Ａｌ_２Ｏ_３とすることで、溶銑の酸素濃度（酸素ポテンシャル）が低減される。これにより脱硫反応効率を向上させている。

また、脱硫反応効率を向上させる他の方法として、ＣａＯ系脱硫剤（石灰）を３段階以上に分割し、かつ３分間以上の間隔を隔てて溶銑鍋に添加する脱硫方法が提案されている（特開２００９−１９１３００号公報参照）。この脱硫方法は、ＣａＯ系脱硫剤を分割添加することで、一括添加する場合に比べてＣａＯの凝集する比率を低減し、これにより脱硫反応効率を向上させている。

しかし、上記公報で提案される脱硫方法では、いずれも脱硫処理の経過と共にＣａＯが凝集し易くなるため、十分な脱硫促進効果が維持できず、その結果、脱硫後の硫黄濃度にばらつきが生じ易い。この硫黄濃度のばらつきにより硫黄濃度が十分に低減されない溶銑は、再処理による生産コストの増加や、廃棄による生産量の減少を生じさせる。

特開２０１４−９１８３６号公報 特開２００９−１９１３００号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できる溶銑の脱硫方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、溶銑鍋内での攪拌羽根の回転により脱硫を行う機械攪拌式脱硫装置を用い、石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料をフラックスとし、硫黄濃度が０．０１質量％以上の溶銑を対象とする脱硫方法であって、脱硫処理時間、脱硫処理前の上記溶銑の硫黄濃度及び脱硫処理後の溶銑の目標硫黄濃度に基づき全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定する石灰投入量決定工程と、上記全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の４０質量％以上６０質量％の石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰及びアルミニウムドロスを投入する第１投入工程と、上記全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］を除く石灰量Ｗ_２［ｋｇ］及びアルミニウム金属材料を投入する第２投入工程とを備え、上記第１投入工程が、上記アルミニウムドロスを投入するアルミニウムドロス投入工程と、上記アルミニウムドロス投入工程後３０ｓｅｃ以内に上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰を投入する第１石灰投入工程とを有し、上記第２投入工程が、上記アルミニウム金属材料を投入するアルミニウム金属材料投入工程と、上記アルミニウム金属材料投入工程後３０ｓｅｃ以内、かつ上記第１石灰投入工程後下記式（１）に示す時間ｐ［ｍｉｎ］経過後に上記石灰の石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰を投入する第２石灰投入工程とを有し、上記アルミニウムドロス投入工程で投入するアルミニウムドロスの量を、第１石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量比が１／７０以上１／１２以下、石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中の金属Ａｌの質量比が１／２１６以上１／３９以下になるように決定し、上記アルミニウム金属材料投入工程で投入するアルミニウム金属材料の量を、第２石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウム金属材料中の金属Ａｌの質量比が１／７５以上１／１５以下になるように決定し、回転軸を中心とする攪拌羽根の半径をｒ［ｍ］、攪拌羽根の先端と溶銑鍋の側壁との距離をＬ［ｍ］とした場合、上記アルミニウムドロス投入工程及びアルミニウム金属材料投入工程で投入するアルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料の投入位置を上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］以上の領域とし、上記第１石灰投入工程及び第２石灰投入工程で投入する石灰の投入位置を上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］未満の領域とする。
０．００６５×Ｗ_１≦ｐ≦０．０１０６×Ｗ_１ ・・・（１）

当該溶銑の脱硫方法は、第１投入工程及び第２投入工程の２回に分割して上記石灰量で溶銑に石灰を投入するので、石灰に含まれるＣａＯが未反応のまま凝集することを抑止できる。また、当該溶銑の脱硫方法は、第１投入工程で石灰と共にアルミニウムドロスを投入する。上記アルミニウムドロスに含まれるＡｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌは、第１石灰投入工程で投入する石灰中のＣａＯに対する質量比がそれぞれ上記範囲内である。このため、当該溶銑の脱硫方法は、適量のＡｌ_２Ｏ_３により、ＣａＯの脱硫反応の低下を抑止しつつＣａＯの滓化を促進できる。また、当該溶銑の脱硫方法は、適量の金属ＡｌによりＣａＯから放出された酸素をＡｌ_２Ｏ_３として固定する。これにより、当該溶銑の脱硫方法は、溶銑の酸素濃度の増加を抑止すると共に、金属Ａｌの酸化時の発熱によりＣａＯの滓化を促進できる。さらに、当該溶銑の脱硫方法は、第１投入工程でアルミニウムドロスを投入後、所定時間以内に石灰を投入する。これにより、溶銑の熱がアルミニウムドロスに伝わり、かつアルミニウムドロス中の金属Ａｌの大気による酸化が進み過ぎない状態で石灰が投入されるので、当該溶銑の脱硫方法はＣａＯの滓化が促進される。また、当該溶銑の脱硫方法は、第２投入工程で石灰と共にアルミニウム金属材料を投入する。上記アルミニウム金属材料に含まれる金属Ａｌは、第２石灰投入工程で投入する石灰中のＣａＯに対する質量比が上記範囲内である。このため、当該溶銑の脱硫方法は、上記第１投入工程で消費された金属Ａｌが補われるので、第２投入工程において溶銑の酸素濃度の増加を抑止すると共に、金属Ａｌの酸化時の発熱によりＣａＯの滓化を促進できる。また、当該溶銑の脱硫方法は、第２投入工程でアルミニウム金属材料を投入後、所定時間以内に石灰を投入する。これにより、当該溶銑の脱硫方法はＣａＯの滓化を促進できる。さらに、当該溶銑の脱硫方法は、第１投入工程で石灰を投入後、所定時間以内に第２投入工程で石灰を投入する。石灰の粒子は時間経過と共に凝集が進む。この石灰粒子の凝集は石灰の投入量が多いほど早く進む。第２投入工程での石灰の投入を第１投入工程での石灰投入後、所定時間以内に行うことで、第１投入工程でＣａＯの滓化により生じた液相の滓化スラグが石灰粒子を覆い、投入された石灰粒子同士が直接接して凝集することを抑止する。このため、当該溶銑の脱硫方法は、石灰の脱硫反応界面積が減少することを抑止できる。また、当該溶銑の脱硫方法は、攪拌羽根の回転軸から所定距離以上の領域にアルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入することにより、溶銑内に巻き込まれる大気による金属Ａｌの酸化が抑制されるので、金属Ａｌによる脱硫促進効果の低下を抑制できる。また、当該溶銑の脱硫方法は、上記回転軸から所定距離未満の領域に石灰を投入することにより、石灰が溶銑内へ巻き込まれ易くなり、脱硫反応効率が向上し易い。以上のように、当該溶銑の脱硫方法は、ＣａＯの凝集の抑止及び溶銑内の酸素濃度の増加の抑止により脱硫促進効果が維持できるので、脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できる。

ここで、「アルミニウム金属材料」とは、金属Ａｌを主成分とする材料であり、金属Ａｌを９０質量％以上含む材料を指す。また、アルミニウム金属材料には、不可避的に含まれるＡｌ_２Ｏ_３を除きＡｌ_２Ｏ_３が含まれない。

以上説明したように、本発明の溶銑の脱硫方法は、脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できる。

本発明の一実施形態に係る溶銑の脱硫方法の手順を示すフロー図である。 図１の溶銑の脱硫方法を用いる溶銑脱硫装置の概略を示す模式的断面図である。 図２Ａの溶銑脱硫装置の模式的平面図である。 第１投入工程での石灰量Ｗ_１と石灰投入間隔との関係を示すグラフである。 実施例における第１投入工程での石灰投入比率（Ｗ_１／Ｗ）と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第１投入工程での石灰量Ｗ_１の石灰に含まれるＣａＯに対するアルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量比（Ａｌ_２Ｏ_３／ＣａＯ）と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第１投入工程での石灰量Ｗ_１の石灰に含まれるＣａＯに対するアルミニウムドロス中の金属Ａｌの質量比（金属Ａｌ／ＣａＯ）と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第２投入工程での石灰量Ｗ_２の石灰に含まれるＣａＯに対するアルミニウム金属材料中の金属Ａｌの質量比（金属Ａｌ／ＣａＯ）と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第１投入工程でのアルミニウムドロスの投入位置と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第１投入工程での石灰の投入位置と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第２投入工程でのアルミニウム金属材料の投入位置と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における第２投入工程での石灰の投入位置と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例にお行ける第１投入工程でのアルミニウムドロス及び石灰の投入間隔と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例にお行ける第２投入工程でのアルミニウム金属材料及び石灰の投入間隔と処理後硫黄濃度との関係を示すグラフである。 実施例における処理後硫黄濃度の低減効果を示すグラフである。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の溶銑の脱硫方法の実施形態について説明する。

当該溶銑の脱硫方法は、溶銑鍋内での攪拌羽根の回転により脱硫を行う機械攪拌式脱硫装置を用い、石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料をフラックスとし、硫黄濃度が０．０１質量％以上の溶銑を対象とする脱硫方法である。当該溶銑の脱硫方法は、図１に示すように脱硫処理時間、脱硫処理前の上記溶銑の硫黄濃度及び脱硫処理後の溶銑の目標硫黄濃度に基づき全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定する石灰投入量決定工程Ｓ１と、石灰及びアルミニウムドロスを投入する第１投入工程Ｓ２と、石灰及びアルミニウム金属材料を投入する第２投入工程Ｓ３とを備える。

当該溶銑の脱硫方法は、図２Ａのような機械攪拌方式の溶銑脱硫装置を用いて、石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料をフラックスとし溶銑Ｍを脱硫する方法である。高炉から出銑された溶銑Ｍは、溶銑鍋１に装入されて精錬工程を行う転炉などへ移送されるが、転炉に達するまでの間に上記脱硫処理が行われる。この溶銑脱硫装置は、溶銑鍋１の中心に挿入される耐火物製の攪拌羽根２を備える。つまり、攪拌羽根２は、回転軸が平面視円形の溶銑鍋１の中心と一致するよう溶銑鍋１内に挿入される。この攪拌羽根２は、回転軸の先端から径方向に突出する羽根を有する。上記羽根の枚数は特に限定されないが、例えば４枚とできる。この溶銑脱硫装置は、攪拌羽根２の回転により溶銑Ｍを攪拌しながら石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を混合することで溶銑Ｍの脱硫処理を行う。

上記攪拌羽根２の回転数の下限としては、８０ｒｐｍが好ましく、９０ｒｐｍがより好ましい。一方、上記攪拌羽根２の回転数の上限としては、１５０ｒｐｍが好ましく、１４０ｒｐｍがより好ましい。上記回転数が上記下限未満である場合、脱硫剤である石灰が溶銑Ｍに混合され難く、脱硫反応効率が低下するおそれがある。逆に、上記回転数が上記上限を超える場合、攪拌羽根２の回転に要する動力が大きくなり、設備コストが増加するおそれがある。なお、脱硫処理の初期における回転数上昇時や処理終了直前における回転数低下時など、攪拌羽根２の回転数は脱硫処理中常に一定とは限らない。従って、上記回転数とは脱硫処理中の平均回転数を意味する。

ここで、溶銑中の硫黄（Ｓ）は、下記式（２）に示すように、石灰の主成分であるＣａＯとの反応により硫化カルシウム（ＣａＳ）として固定化される。また、下記式（２）と金属Ａｌ（Ａｌ）の酸化反応を示す下記式（３）とを合せた下記式（４）から分かるように、金属Ａｌを添加することにより、脱硫によってＣａＯから放出された酸素（Ｏ）を金属ＡｌによりＡｌ_２Ｏ_３として固定できる。従って、金属Ａｌを添加することで、溶銑Ｍの酸素濃度を低減できるので、より脱硫が進行し易くなる。従って、当該溶銑の脱硫方法は、脱硫反応効率を向上させるため、主成分がＣａＯである石灰と共に、金属のアルミニウムを含有するアルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料をフラックスとして用いる。なお、下記式（２）〜（４）において、（）内はスラグ中又は脱硫剤中の成分を表し、［］内は溶銑中の成分を表す。
（ＣａＯ）＋［Ｓ］→（ＣａＳ）＋［Ｏ］ ・・・（２）
２［Ａｌ］＋３［Ｏ］→（Ａｌ_２Ｏ_３） ・・・（３）
３（ＣａＯ）＋３［Ｓ］＋２［Ａｌ］→３（ＣａＳ）＋（Ａｌ_２Ｏ_３） ・・・（４）

＜石灰投入量決定工程＞
石灰投入量決定工程Ｓ１では、脱硫処理時間、脱硫処理前の溶銑Ｍの硫黄濃度及び脱硫処理後の溶銑Ｍの目標硫黄濃度に基づき全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定する。

ここで、機械攪拌による脱硫処理において、処理時間が長いほど脱硫は進行するが、長時間の処理は鋼材の生産量の低下を招く。そのため、チャージ毎の脱硫処理時間は、次工程の処理開始までの時間余裕や溶銑鍋１の物流の状況等によって決定される。一方、溶銑Ｍ中の硫黄濃度の低減量は、石灰の投入量を多くすることで大きくできる。また、脱硫処理後の溶銑Ｍ中の目標硫黄濃度は、鋼種によって決定される。従って、脱硫処理時間を決定すると、脱硫処理後の溶銑Ｍ中の目標硫黄濃度から必要な石灰の投入量が決定できる。なお、攪拌羽根２は、脱硫処理時間中、回転し続け、その間溶銑Ｍの攪拌が行われる。

溶銑１ｔｏｎ当たりの全石灰投入量の下限としては、２．４ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、３ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。一方、上記全石灰投入量の上限としては、１０ｋｇ／ｔｏｎが好ましく、７ｋｇ／ｔｏｎがより好ましい。上記全石灰投入量が上記下限未満である場合、十分に硫黄濃度の低減ができないおそれがある。逆に、上記全石灰投入量が上記上限を超える場合、スラグ量が増加するため、スラグ処理に要する時間や費用が不必要に増大するおそれがある。

＜第１投入工程＞
第１投入工程Ｓ２は、アルミニウムドロスを投入するアルミニウムドロス投入工程Ｓ２１と、上記アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１後に石灰を投入する第１石灰投入工程Ｓ２２とを有する。

（アルミニウムドロス投入工程）
アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１では、攪拌羽根２の回転により溶銑Ｍを攪拌している溶銑鍋１内に上記アルミニウムドロスを投入する。

ここで、第１投入工程Ｓ２においてＡｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌを含むアルミニウムドロスを投入する理由について説明する。溶銑Ｍ中の硫黄と石灰中のＣａＯとの反応は、固体のＣａＯ表面がある程度溶ける、すなわち滓化する状態の方が進み易い。ＣａＯの融点は２５００℃程度であり、溶銑Ｍの温度は一般に１３００℃程度である。このため、ＣａＯをそのまま溶銑Ｍに投入しても滓化しない。しかし、Ａｌ_２Ｏ_３の投入によりＣａＯの融点を１４００℃程度まで下げることができるので、ＣａＯの滓化を助長することができる。従って、第１投入工程Ｓ２においてＡｌ_２Ｏ_３の投入が有効である。なお、このＡｌ_２Ｏ_３によりＣａＯが滓化した滓化スラグは、後述する第２投入工程Ｓ３において、いわゆる種湯として機能し、第２投入工程Ｓ３においてもＣａＯの滓化を促進する。また、第１投入工程Ｓ２において金属Ａｌを投入することで、上述の（４）式に示すように脱硫反応が金属Ａｌと酸素との反応により促進され、かつ金属Ａｌと酸素との反応熱により１３００℃程度の溶銑温度であってもＣａＯの滓化を促進することができる。従って、第１投入工程Ｓ２において金属Ａｌの投入が有効である。このように第１投入工程Ｓ２はＡｌ_２Ｏ_３の投入と金属Ａｌの投入とが有効であるので、両者を含むアルミニウムドロスが投入される。

第１石灰投入工程Ｓ２２で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量比の下限としては、１／７０であり、１／５０がより好ましく、１／３０がさらに好ましい。一方、上記Ａｌ_２Ｏ_３の質量比の上限としては、１／１２であり、１／２０がより好ましい。上記Ａｌ_２Ｏ_３の質量比が上記下限未満である場合、ＣａＯの滓化が十分に進まず、脱硫反応の向上効果が不足するおそれがある。逆に、上記Ａｌ_２Ｏ_３の質量比が上記上限を超える場合、過剰のＡｌ_２Ｏ_３により脱硫能（サルファイドキャパシティ）が低下するおそれがある。

第１石灰投入工程Ｓ２２で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中の金属Ａｌの質量比の下限としては、１／２１６であり、１／１５０がより好ましく、１／１００がさらに好ましい。一方、上記金属Ａｌの質量比の上限としては、１／３９であり、１／５０がより好ましい。上記金属Ａｌの質量比が上記下限未満である場合、金属Ａｌと酸素との反応による脱硫反応の促進効果やＣａＯの滓化促進効果が不足するおそれがある。逆に、上記金属Ａｌの質量比が上記上限を超える場合、金属Ａｌと酸素との反応が進み過ぎ、この反応で過剰に生じたＡｌ_２Ｏ_３により脱硫能が低下するおそれがある。

また、アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１では、回転軸を中心とする攪拌羽根２の半径をｒ［ｍ］、攪拌羽根２の先端と溶銑鍋１の側壁との距離をＬ［ｍ］とした場合、図２Ｂに示すような上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］以上の外側領域Ａ_１に上記アルミニウムドロスを投入する。

ここで、上記アルミニウムドロスを溶銑鍋１の外側領域Ａ_１に投入する理由について説明する。攪拌羽根２により溶銑鍋１内を攪拌しているときの鉛直方向の溶銑Ｍの動きＦは、図２Ａに示すように攪拌羽根２の挿入位置を中心として外周部が上向き、中心部は下向きとなる。つまり、アルミニウムドロスを中心部に投入した場合、溶銑Ｍ内へ巻き込まれ易いのに対し、アルミニウムドロスを外周部へ投入した場合、溶銑Ｍ内へ巻き込まれ難い。一方、攪拌羽根２を用いる機械攪拌では大気も溶銑Ｍ中に巻き込まれるが、大気が巻き込まれた場合、渦中心付近では大気が溶銑Ｍ中に溶解した状態又は気体のままの状態で存在するため、酸素ポテンシャルの高い状態、すなわち酸化し易い状態となる。このような状態で金属Ａｌを渦中心付近に投入すると、大気によって金属Ａｌの酸化される量が多くなる。発明者らが確認したところ、攪拌羽根２の回転数によっては巻込み大気の影響が大きくなり、金属Ａｌによる脱硫促進効果がほとんど得られない場合もあった。これにより、発明者らは、回転数によらず確実に酸素ポテンシャルを低減するために、アルミニウムドロスは溶銑鍋１の外周部に投入し、脱硫反応で溶銑Ｍ中の硫黄と結合する石灰は溶銑鍋１の中心付近に投入すればよいことを見出した。さらに、発明者らは、攪拌羽根２の回転数によらず確実に酸素ポテンシャルを低減できる投入位置について鋭意検討した結果、ｒ＋Ｌ／３の位置を閾値として、アルミニウムドロスは上記閾値より外側に投入し、石灰は上記閾値より内側に投入すればよいことを見出した。具体的には、アルミニウムドロスは例えば図２Ａの添加位置Ｐ_１から直下に投入するとよい。

（第１石灰投入工程）
第１石灰投入工程Ｓ２２では、上記アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１後３０ｓｅｃ以内に、つまりアルミニウムドロス投入よりも後で、かつアルミニウムドロス投入時から３０ｓｅｃ以内に、石灰を投入する。

全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］に対する第１石灰投入工程Ｓ２２における石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の比率の下限は、４０質量％であり、４５質量％がより好ましい。一方、上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の比率の上限は、６０質量％であり、５５質量％がより好ましい。ここで、溶銑Ｍ中の硫黄濃度はＣａＯと溶銑Ｍとの接触角、すなわち濡れ易さに影響を及ぼし、上記硫黄濃度が０．０１質量％以上であればＣａＯと溶銑Ｍとが濡れ易く、ＣａＯは凝集し難いと考えられる。従って、硫黄濃度が０．０１質量％以上の溶銑Ｍを対象とする脱硫において脱硫反応の初期はＣａＯの凝集抑制効果が期待できる。従って、石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の比率が上記下限に満たない場合、脱硫反応効率が低下するおそれがある。一方、機械攪拌による脱硫処理において石灰は互いに凝集し、脱硫反応に寄与する界面積が減少する。また、凝集後の石灰粒子の粒径は石灰の投入量に依存する。従って、石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の比率が上記上限を超える場合、ＣａＯが未反応のまま凝集し易くなり、脱硫反応効率が低下するおそれがある。

次に、第１石灰投入工程Ｓ２２で、上記アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１でのアルミニウムドロス投入よりも後で、かつアルミニウムドロス投入時から３０ｓｅｃ以内に石灰を投入する理由について説明する。上述したように、攪拌羽根２を用いる機械攪拌では大気も溶銑Ｍ中に巻き込まれるため、溶銑Ｍ中の大気によりアルミニウムが酸化されると考えられる。そこで、発明者らは、石灰の投入タイミングを変えて調査したところ、アルミニウムドロスの投入から３０ｓｅｃ経過時以降に石灰を投入した場合、金属Ａｌによる脱硫促進効果が得られなくなることを見出した。従って、第１石灰投入工程Ｓ２２では、アルミニウムドロス投入時から３０ｓｅｃ以内に石灰を投入する。また、アルミニウムドロスに含まれる金属Ａｌは、周囲をＡｌ_２Ｏ_３に覆われている場合が多い。このような金属Ａｌが溶銑Ｍに接触した場合、Ａｌ_２Ｏ_３を介して溶銑Ｍの熱が伝わり、金属Ａｌが固体から液体へと相変化する。この相変化により周囲を覆うＡｌ_２Ｏ_３の外部へ金属Ａｌが露出し、脱硫反応や、脱硫反応熱によるＣａＯの滓化が促進される。ところが、石灰をアルミニウムドロスよりも先に、又はアルミニウムドロスと同時に投入した場合、石灰の粒子が溶銑Ｍから金属Ａｌへの伝熱を阻害してしまい、脱硫反応やＣａＯの滓化が進行しないままＣａＯが凝集する時間帯が生じるため、反応効率が低下する。従って、第１石灰投入工程Ｓ２２では、アルミニウムドロス投入後に石灰を投入する。

また、第１石灰投入工程Ｓ２２では、図２Ｂに示すような上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］以内の内側領域Ａ_２に上記石灰を投入する。上述したように、発明者らは、攪拌羽根２の回転数によらず、ｒ＋Ｌ／３の位置を閾値として石灰を上記閾値よりも内側に投入することで高い反応効率が得られることを見出した。具体的には、石灰は例えば図２Ａの添加位置Ｐ_２から直下に投入するとよい。

＜第２投入工程＞
第２投入工程Ｓ３は、アルミニウム金属材料を投入するアルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１と、上記アルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１後に石灰を投入する第２石灰投入工程Ｓ３２とを有する。

（アルミニウム金属材料投入工程）
アルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１では、上記第１石灰投入工程Ｓ２２後、溶銑鍋１内に上記アルミニウム金属材料を投入する。

ここで、第２投入工程Ｓ３において金属Ａｌを主成分とし、不可避的に含まれるＡｌ_２Ｏ_３を除きＡｌ_２Ｏ_３が含まれないアルミニウム金属材料を投入する理由について説明する。上述の（４）式に示すように脱硫反応は金属Ａｌと酸素との反応により促進される。つまり、脱硫反応効率を高めるには、金属Ａｌが必要である。一方、例えばアルミニウムドロスのようにＡｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌを含む材料を投入する場合、もともと存在する滓化スラグにさらにＡｌ_２Ｏ_３が溶け込み、脱硫能が低下する。この場合、第１投入工程Ｓ２で滓化スラグに取り込まれ硫黄が溶銑Ｍ中に再び溶解する、いわゆる復硫が生じ、溶銑Ｍ中の脱硫が困難となる。このため、第２投入工程Ｓ３では、金属Ａｌ材料を投入する。

第２石灰投入工程Ｓ３２で投入する石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウム金属材料中の金属Ａｌの質量比の下限としては、１／７５であり、１／５０がより好ましく、１／４０がさらに好ましい。一方、上記金属Ａｌの質量比の上限としては、１／１５であり、１／２０がより好ましい。上記金属Ａｌの質量比が上記下限未満である場合、金属Ａｌと酸素との反応による脱硫反応の促進効果が不足するおそれがある。逆に、上記金属Ａｌの質量比が上記上限を超える場合、金属Ａｌと酸素との反応が進み過ぎ、この反応により生じたＡｌ_２Ｏ_３により金属Ａｌと酸素との反応が抑制され、脱硫能が低下するおそれがある。

また、アルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１では、アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１と同様に、攪拌羽根２の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］以上の溶銑鍋１の外側領域Ａ_１に上記アルミニウム金属材料を投入する。攪拌羽根２の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］未満の溶銑鍋１の内側領域Ａ_２へ上記アルミニウム金属材料を投入すると、アルミニウムによる脱硫促進効果が十分に得られないおそれがある。

（第２石灰投入工程）
第２石灰投入工程Ｓ３２では、アルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１後３０ｓｅｃ以内、つまりアルミニウム金属材料投入よりも後であってアルミニウム金属材料投入時から３０ｓｅｃ以内、かつ上記第１石灰投入工程Ｓ２２後上述の式（１）に示す時間ｐ［ｍｉｎ］経過後に石灰を投入する。第２石灰投入工程Ｓ３２で投入する石灰量Ｗ_２［ｋｇ］は上記全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］を除く石灰量であり、Ｗ_２＝Ｗ−Ｗ_１の関係が成り立つ。

ここで、第２石灰投入工程Ｓ３２で、第１石灰投入工程Ｓ２２後上述の式（１）に示す時間ｐ［ｍｉｎ］経過後に石灰を投入する理由について以下に説明する。

機械攪拌による脱硫方法では、石灰は処理中に互いに凝集し脱硫反応に寄与する界面積が減少すること、及び凝集後の石灰粒子の粒径は石灰投入量に依存することから、発明者らは、第１投入工程での石灰の投入量に応じて第２投入工程での石灰の投入タイミングを制御することで脱硫反応効率を向上できると推測した。その結果、発明者らは、第１投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰と、第１投入工程での石灰投入及び第２工程での石灰投入の間隔との間に脱硫反応効率に関連づけられる関係があることを見出した。

具体的には、以下の方法で、上記第１投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］に対する上記石灰の投入間隔の範囲のうち、脱硫反応効率を向上できる範囲が得られる下記式（１）を導出した。まず、後述する実施例の全脱硫処理時間が１２ｍｉｎであるチャージのデータを用いて、横軸を第１投入工程での石灰量Ｗ_１、縦軸を第１投入工程及び第２投入工程での石灰投入間隔の実績値とし、データを撒布図としてグラフ化した。このグラフを図３に示す。図３から、処理後の硫黄濃度が０．００５質量％以下となる脱硫効率の高いチャージと、処理後の硫黄濃度が０．００５質量％超となる脱硫効率の低いチャージとは、石灰量Ｗ_１の一次近似式を境界として区別できることが分かる。また、石灰量Ｗ_１が０［ｋｇ］である場合、上記投入間隔は０となると考えられる。従って、脱硫効率の高いチャージのうち上限の１点及び下限の１点を用い、それぞれ一次近似を行い、下記式（１）が導出された。
０．００６５×Ｗ_１≦ｐ≦０．０１０６×Ｗ_１ ・・・（１）

脱硫効率の高いチャージと脱硫効率の低いチャージとの境界が一次近似式により表せるのは以下の理由と推察される。上記境界のうち、石灰投入間隔の上限は、石灰の脱硫反応界面積と石灰量Ｗ_１との積により決まると考えられる。第１投入工程Ｓ２において石灰中のＣａＯに対するＡｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌの投入量を所定範囲に制御しているため、液相の滓化スラグが生成されている。この滓化スラグにより第２投入工程Ｓ３で投入された石灰の表面が覆われるので、石灰粒子は、直接石灰粒子の表面同士が接するのではなく、液相の滓化スラグを介して凝集していると考えられる。従って、石灰の脱硫反応界面積は石灰の凝集後も維持され、減衰しないと考えられる。このため、上限の境界は石灰量Ｗ_１に比例すると考えられる。一方、石灰投入間隔の下限は、第２投入工程Ｓ３での石灰投入により凝集が発生しない程度に溶銑中の石灰が減少するために必要な時間で決まると考えられ、石灰量Ｗ_１に比例すると考えられる。以上から、上限及び下限いずれにおいても、第１投入工程及び第２投入工程での石灰投入間隔の好適な範囲は、第１投入工程での石灰量Ｗ_１を変数とした一次近似でその境界が表せると考えられる。

なお、上記アルミニウム金属材料投入工程Ｓ３１でのアルミニウム金属材料投入後３０ｓｅｃ以内に石灰を投入する理由は、上記アルミニウムドロス投入工程Ｓ２１でのアルミニウムドロス投入後３０ｓｅｃ以内に石灰を投入する理由と同じである。

また、第２石灰投入工程Ｓ３２では、第１石灰投入工程Ｓ２２と同様に、攪拌羽根２の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］未満の内側領域Ａ_２に石灰を投入する。このように、領域Ａ_２に石灰を投入することで、反応効率が向上し易い。

＜利点＞
以上のように、当該溶銑の脱硫方法は、ＣａＯの凝集の抑止及び溶銑内の酸素濃度の増加の抑止により脱硫促進効果が維持できるので、脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実機設備を用いて、溶銑の脱硫効果を評価する実験を行った。具体的には、溶銑鍋として、内径が４ｍの取鍋を用い、溶銑量を２５０ｔｏｎ以上２６０ｔｏｎ以下、溶銑温度を１２５０℃以上１３５０℃以下、攪拌羽根の回転開始から停止までの全脱硫処理時間を８分以上１５分以下として脱硫処理を行った。攪拌羽根は、４枚の羽根を有し、羽根の高さが０．８ｍ、羽根の直径が１．４ｍ、羽根のねじれ角が９０°のものを用い、溶銑鍋の平面視で中心となる位置に挿入し、回転数９０ｒｐｍ以上１４０ｒｐｍ以下で回転させた。なお、攪拌羽根の先端と溶銑鍋の側壁との距離Ｌは、１．３ｍであった。

石灰としては、ＣａＯ濃度が９０質量％のものを用いた。また、アルミニウムドロスとしては、製鋼用アルミドロスのうち、表１に示す量のＡｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌを含有する４種類のアルミニウムドロスを用いた。なお、Ａｌ_２Ｏ_３及び金属Ａｌの質量濃度は、ＪＩＳ−Ｇ−２４０２：２００９に準拠して測定した値である。また、アルミニウム金属材料としては、金属Ａｌを９４質量％含有するものを用いた。これらの石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料は、溶銑鍋の上方から溶銑の浴面に向けて投入した。

なお、ここで用いた溶銑は、炭素（Ｃ）の含有量が４．２質量％以上４．５質量％以下、硫黄（Ｓ）の含有量が０．０１５質量％以上０．０２５質量％以下、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．１質量％以上０．３質量％以下、リン（Ｐ）の含有量が０．０９質量％以上０．１３質量％以下であった。

また、全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］については、実操業時には次工程までの時間余裕等で決まる脱硫処理時間において、処理前溶銑の硫黄濃度と処理後の目標硫黄濃度に応じて決めるのが一般的である。この当業者常法によりチャージ毎の全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定した。具体的には、目標硫黄濃度０．００５質量％に対して、全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］は、８００ｋｇ以上１８２０ｋｇ以下となった。

このような実機設備を用いて、表２〜表７に示す条件でＮｏ．１〜Ｎｏ．１８２の各チャージにおける脱硫処理を行った。なお、表２〜表４には、第１投入工程における条件を示し、表５〜表７には、第２投入工程における条件を示している。これらのうち、Ｎｏ．１８０〜Ｎｏ．１８２のチャージでは、全投入量の石灰を第１投入工程で投入し、第２投入工程を行っていないので、表７中の第２投入工程の欄に「−」を記載している。また、Ｎｏ．１６６〜Ｎｏ．１６８のチャージでは、第２投入工程においてアルミニウム金属材料と共にアルミニウムドロスを投入している。このため、投入量にアルミニウムドロスの欄を設けると共にアルミニウム投入にＡｌ_２Ｏ_３の欄を設けている。なお、アルミニウムドロスの投入を行っていない他のチャージについては、これらの欄には「−」を記載している。

また、表２〜表４中の「Ａｌ_２Ｏ_３／ＣａＯ」は、第１投入工程において投入する石灰に含まれるＣａＯの質量に対するアルミニウムドロスに含まれるＡｌ_２Ｏ_３の質量の割合を示す。この割合は、アルミニウムドロスの投入量とアルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量濃度との積を、石灰量Ｗ_１と石灰中のＣａＯの質量濃度との積で除して算出した値である。

また、表２〜表７中の「Ａｌ／ＣａＯ」は、各工程において投入する石灰に含まれるＣａＯの質量に対する金属Ａｌの質量の割合を示す。この割合は、各工程においてアルミニウムドロス又はアルミニウム金属材料の投入量と金属Ａｌの質量濃度との積を、石灰量Ｗ_１と石灰中のＣａＯの質量濃度との積で除して算出した値である。

また、表２〜表７中の「アルミニウムドロス投入位置」、「アルミニウム投入位置」及び「石灰投入位置」とは、それぞれアルミニウムドロス、アルミニウム金属材料及び石灰を投入した位置であり、攪拌羽根の回転軸中心からの距離を示している。ここで用いた溶銑鍋及び攪拌羽根においてｒ＋Ｌ／３の距離は１．１３ｍである。

また、表２〜表４中の石灰投入の「ドロス投入後」は、アルミニウムドロス投入から石灰投入までの時間を示し、この間隔が０とは、石灰をアルミニウムドロスと同時に投入したことを意味する。また、表５〜表７中の「第１石灰投入後」とは、第１石灰投入から第２石灰投入までの時間を示す。表５〜表７中の「Ａｌ投入後」は、アルミニウム金属材料投入から石灰投入までの時間を示す。

＜脱硫評価＞
上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８２の各チャージにおける脱硫処理前後の溶銑中の硫黄濃度を計測し、脱硫効果を評価した。具体的には、脱硫処理後の硫黄濃度が０．００５質量％以下となった場合、特に脱硫効率が高いものとして評価「Ａ」とし、脱硫処理後の硫黄濃度が０．００５質量％超のものを評価「Ｂ」とした。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８２の評価結果を表５〜表７に示す。

また、各チャージにおける脱硫処理の脱硫石灰効率η_{ＣａＯ，Ｓ}［％］を算出した。脱硫石灰効率η_{ＣａＯ，Ｓ}は、脱硫に寄与したＣａＯの比率を表す指標であり、同じ溶銑量及び石灰量であれば、脱硫が進行するほどこの数値が大きくなる。この脱硫石灰効率η_{ＣａＯ，Ｓ}［％］は、各チャージの処理前溶銑硫黄濃度をＳ_ｉ［質量％］、処理後溶銑硫黄濃度をＳ_ｆ［質量％］及びＣａＯ原単位をＷ_ＣａＯ［ｋｇ／ｔｏｎ］とするとき、以下の式（５）で求まる。なお、ＣａＯ原単位Ｗ_ＣａＯは、石灰投入量［ｋｇ］と石灰のＣａＯ濃度［質量％］との積で求まる値を溶銑量［ｔｏｎ］で除することで算出できる。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８２の評価結果を表５〜表７に示す。
η_{ＣａＯ，Ｓ}＝（Ｓ_ｉ−Ｓ_ｆ）×（１０００×５６／３２）／Ｗ_ＣａＯ ・・・（５）

表２〜表７において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０９は、本発明に規定する溶銑の脱硫方法により石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したものである。一方、Ｎｏ．１１０〜Ｎｏ．１８２は、本発明の規定のいずれかを満たなさない比較例である。

［評価結果］
表２〜表７の結果より、本発明に規定する溶銑の脱硫方法により石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したＮｏ．１〜Ｎｏ．１０９では脱硫後の硫黄濃度が０．００５質量％以下であり、脱硫石灰効率η_{ＣａＯ，Ｓ}が５．５％以上である。一方、本発明の規定のいずれかを満たなさないＮｏ．１１０〜Ｎｏ．１８２は、脱硫後の硫黄濃度が０．００５質量％超であり、脱硫石灰効率η_{ＣａＯ，Ｓ}が５．５％未満である。

さらに詳細に見るため、石灰の全投入量に対する第１投入工程での石灰量（Ｗ_１／Ｗ）と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を図４に示す。図４において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記Ｗ_１／Ｗの範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図４からＷ_１／Ｗの範囲を４０質量％以上６０質量％以下とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図５は、第１石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対するアルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量比（Ａｌ_２Ｏ_３／ＣａＯ）と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図５において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記Ａｌ_２Ｏ_３／ＣａＯの範囲のみが本発明に規定する範囲外であるチャージである。図５からＡｌ_２Ｏ_３／ＣａＯの範囲を１／７０以上１／１２以下とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図６は、第１石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対するアルミニウムドロス中の金属Ａｌの質量比（金属Ａｌ／ＣａＯ）と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図６において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記金属Ａｌ／ＣａＯの範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図６から金属Ａｌ／ＣａＯの範囲を１／２１６以上１／３９以下とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図７は、第２石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対するアルミニウム金属材料中の金属Ａｌの質量比（金属Ａｌ／ＣａＯ）と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図７において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記金属Ａｌ／ＣａＯの範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図７から第２投入工程における金属Ａｌ／ＣａＯの範囲を１／７５以上１／１５以下とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図８は、第１投入工程のアルミニウムドロス投入位置と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図８において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記アルミニウムドロス投入位置の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図８から第１投入工程のアルミニウムドロス投入位置を攪拌羽根の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３の距離に相当する１．１３ｍ以上の領域とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図９は、第１投入工程の石灰投入位置と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図９において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記石灰投入位置の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図９から第１投入工程の石灰投入位置を攪拌羽根の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３の距離に相当する１．１３ｍ未満の領域とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図１０は、第２投入工程のアルミニウム金属材料投入位置と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図１０において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記アルミニウム金属材料投入位置の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図１０から第２投入工程のアルミニウム金属材料投入位置を攪拌羽根の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３の距離に相当する１．１３ｍ以上の領域とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図１１は、第２投入工程の石灰投入位置と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図１１において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記石灰投入位置の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図１１から第２投入工程の石灰投入位置を攪拌羽根の回転軸中心からｒ＋Ｌ／３の距離に相当する１．１３ｍ未満の領域とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図１２は、第１投入工程のアルミニウムドロス及び石灰の投入間隔と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図１２において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記投入間隔の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図１２から第１投入工程のアルミニウムドロス及び石灰の投入間隔をアルミニウムドロス投入後３０ｓｅｃ以内とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

図１３は、第２投入工程のアルミニウム金属材料及び石灰の投入間隔と脱硫処理後の硫黄濃度との関係を示す。図１３において、「○」のプロットは本発明に規定する範囲内で石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入したチャージであり、「×」のプロットは上記投入間隔の範囲が本発明に規定する範囲外であるチャージである。図１３から第２投入工程のアルミニウム金属材料及び石灰の投入間隔をアルミニウム金属材料投入後３０ｓｅｃ以内とすることで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

また、表５〜表７の第１石灰投入工程の石灰と第２石灰投入工程の石灰との投入間隔が上述の式（１）を満たさない比較例は、脱硫後の硫黄濃度が０．００５質量％超となっている。上記投入間隔が式（１）を満たさないため、石灰粒子の凝集が生じ脱硫反応効率が低下したと考えられる。

また、表５〜表７の第２投入工程においてアルミニウムドロスを投入した比較例は、脱硫後の硫黄濃度が０．００５質量％超となっている。第２投入工程においてＡｌ_２Ｏ_３が投入されることで、もともと存在する滓化スラグにさらにＡｌ_２Ｏ_３が溶け込み、脱硫能が低下したと考えられる。このため、脱硫後の硫黄濃度が０．００５質量％超となったと考えられる。

以上から、本発明に規定する溶銑の脱硫方法により石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入することで、高い脱硫効率が得られることが分かる。

＜脱硫後硫黄濃度のばらつき評価＞
脱硫後の硫黄濃度のばらつきを評価するため、溶銑の脱硫効果を評価する実験と同じ実機設備を用いて実験を行った。

（実施例）
表８に示す条件で７０チャージの脱硫処理を行った。

（比較例）
表８に示す条件で７０チャージの脱硫処理を行った。

［評価結果］
図１４に実施例及び比較例の７０チャージの脱硫後の硫黄濃度をそれぞれヒストグラムに表したグラフを示す。なお、実施例の処理後硫黄濃度の平均値は０．００４０質量％であり、ばらつき（σ）は０．０００２質量％であった。一方、比較例の処理後硫黄濃度の平均値は０．００６９質量％であり、ばらつき（σ）は０．００１２質量％であった。

図１４から、実施例の脱硫後硫黄濃度のばらつきは、比較例の脱硫後硫黄濃度のばらつきより小さい。比較例は、第２投入工程においてアルミニウムドロスを投入したため、脱硫後硫黄濃度のばらつきが大きくなったと考えられる。このことから、本発明に規定する溶銑の脱硫方法により石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料を投入することで、脱硫後硫黄濃度のばらつきが低減できることが分かる。

以上説明したように、当該溶銑の脱硫方法は、脱硫反応効率を向上できると共に、脱硫ばらつきを低減できるので、高品質が要求される鋼材の製造に有用である。

１ 溶銑鍋
２ 攪拌羽根
Ｍ 溶銑
Ｆ 溶銑の動き

Claims (1)

1. 溶銑鍋内での攪拌羽根の回転により脱硫を行う機械攪拌式脱硫装置を用い、石灰、アルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料をフラックスとし、硫黄濃度が０．０１質量％以上の溶銑を対象とする脱硫方法であって、
   脱硫処理時間、脱硫処理前の上記溶銑の硫黄濃度及び脱硫処理後の溶銑の目標硫黄濃度に基づき全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］を決定する石灰投入量決定工程と、
   上記全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の４０質量％以上６０質量％の石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰及びアルミニウムドロスを投入する第１投入工程と、
   上記全石灰投入量Ｗ［ｋｇ］の上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］を除く石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰及びアルミニウム金属材料を投入する第２投入工程と
   を備え、
   上記第１投入工程が、
   上記アルミニウムドロスを投入するアルミニウムドロス投入工程と、
   上記アルミニウムドロス投入工程後３０ｓｅｃ以内に上記石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰を投入する第１石灰投入工程と
   を有し、
   上記第２投入工程が、
   上記アルミニウム金属材料を投入するアルミニウム金属材料投入工程と、
   上記アルミニウム金属材料投入工程後３０ｓｅｃ以内、かつ上記第１石灰投入工程後下記式（１）に示す時間ｐ［ｍｉｎ］経過後に上記石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰を投入する第２石灰投入工程と
   を有し、
   上記アルミニウムドロス投入工程で投入するアルミニウムドロスの量を、第１石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中のＡｌ_２Ｏ_３の質量比が１／７０以上１／１２以下、石灰量Ｗ_１［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウムドロス中の金属Ａｌの質量比が１／２１６以上１／３９以下になるように決定し、
   上記アルミニウム金属材料投入工程で投入するアルミニウム金属材料の量を、第２石灰投入工程で投入する石灰量Ｗ_２［ｋｇ］の石灰中のＣａＯに対する上記アルミニウム金属材料中の金属Ａｌの質量比が１／７５以上１／１５以下になるように決定し、
   回転軸を中心とする攪拌羽根の半径をｒ［ｍ］、攪拌羽根の先端と溶銑鍋の側壁との距離をＬ［ｍ］とした場合、上記アルミニウムドロス投入工程及びアルミニウム金属材料投入工程で投入するアルミニウムドロス及びアルミニウム金属材料の投入位置を上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］以上の領域とし、
   上記第１石灰投入工程及び第２石灰投入工程で投入する石灰の投入位置を上記回転軸中心からｒ＋Ｌ／３［ｍ］未満の領域とする脱硫方法。
   ０．００６５×Ｗ_１≦ｐ≦０．０１０６×Ｗ_１ ・・・（１）
   

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