JP2023003056A

JP2023003056A - 溶銑の脱硫処理方法及び脱硫剤

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Publication number: JP2023003056A
Application number: JP2021103994A
Authority: JP
Inventors: 大樹北尾; Daiki Kitao; 由枝中井; Yoshie Nakai
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-01-11

Abstract

【課題】所定の脱酸能及び脱硫能を得ることができ、脱硫処理により発生する脱硫スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減させることができる、溶銑の脱硫処理方法及び脱硫剤を提供すること。
【解決手段】容器（例えば、溶銑鍋１４）中に保持された溶銑１６を撹拌しながら、溶銑１６に脱硫剤１８を添加する、溶銑１６の脱硫処理方法であって、脱硫剤１８は、ＣａＳｉとＣａＯとを含み、（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である。ｒ＝Ｃ_ＣａＳｉ／（Ｃ_ＣａＳｉ＋Ｃ_ＣａＯ）・・・（１）、Ｃ_ＣａＳｉ：脱硫剤中のＣａＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）、Ｃ_ＣａＯ：脱硫剤中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑の脱硫処理方法及び脱硫剤に関する。

高炉から出銑された溶銑には、高炉で用いられるコークス等の原料に起因して、硫黄（Ｓ）が含まれる。硫黄は、様々な鋼種において、品質に悪影響を与える成分である。このため、溶銑を原料として成分調整を行なう製鋼工程では、要求される鋼の品質に応じて、溶銑脱硫および溶鋼脱硫が行われる。このうち、溶銑脱硫では、安価な生石灰（ＣａＯ）を主体とする脱硫材を添加し、撹拌・混合することで溶銑中の硫黄をスラグへ抽出する方法が用いられている。

このような脱硫処理工程においては、添加する脱硫剤の滓化を促進させるために造滓剤が用いられる。脱硫剤の滓化促進に優れた造滓剤としては、蛍石（ＣａＦ２）系造滓剤が知られている。しかし、蛍石に含まれるフッ素（Ｆ）は、環境や人体に悪影響を与える懸念があり、排出基準が設けられている元素である。このため、蛍石を用いた脱硫処理後のスラグをリサイクルして利用する際に、リサイクル製品からのフッ素の溶出が問題となることがあるため、脱硫能が高く、フッ素成分を含まない脱硫剤が求められている。

例えば、特許文献１には、脱硫に用いるフッ素成分を含まない脱硫剤として、融点の低いＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系鉱物（カルシウムアルミネート）を含有する鉄鋼添加剤が開示されている。
また、特許文献２には、フッ素を含有しない脱硫剤として、化学成分が質量比でＣａＯ：４０～６０％、Ａｌ_２Ｏ_３：６０～４０％であるカルシウムアルミネート、及びこのカルシウムアルミネートと生石灰（ＣａＯ）とを混合させた脱硫剤が開示されている。
さらに、特許文献３には、カルシウムアルミネートと生石灰とを、質量濃度比Ａｌ_２Ｏ_３／（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ）が０超０．２０以下、かつカルシウムアルミネートの混合率が０ｍａｓｓ％超７５ｍａｓｓ％以下となるように混合させた脱硫剤が開示されている。

脱硫反応は還元反応であるため、脱硫効率は溶銑中の溶存酸素（「［Ｏ］」とも称する。）量に大きく依存しており、［Ｏ］量が低いほど脱硫反応は進行しやすい。一般に脱酸剤としてはＡｌ系の脱酸剤が用いられている。

特開２００３－１２９１２２号公報特開２００７－４６０８３号公報国際公開第２０１５／１２９１７３号

しかし、Ａｌ系の脱酸剤を使用すると、脱硫処理により発生する脱硫スラグ中Ａｌ_２Ｏ_３濃度が増加する。また、特許文献１及び２に開示された鉄鋼添加剤を使用すると、脱硫処理により発生する脱硫スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が増加する。
脱硫スラグは従来、焼結工程へリサイクルされているが、焼結工程への投入原料中Ａｌ_２Ｏ_３濃度が増加すると、リサイクルコストが増加する。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、所定の脱酸能及び脱硫能を得ることができ、脱硫処理により発生する脱硫スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減させることができる、溶銑の脱硫処理方法及び脱硫剤を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、容器中に保持された溶銑を撹拌しながら、上記溶銑に脱硫剤を添加する、溶銑の脱硫処理方法であって、上記脱硫剤は、ＣａＳｉとＣａＯとを含み、（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である、溶銑の脱硫処理方法が提供される。
ｒ＝Ｃ_ＣａＳｉ／（Ｃ_ＣａＳｉ＋Ｃ_ＣａＯ）・・・（１）
Ｃ_ＣａＳｉ：脱硫剤中のＣａＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）
Ｃ_ＣａＯ：脱硫剤中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）
本発明の一態様によれば、溶銑の脱硫処理に用いられる脱硫剤であって、ＣａＳｉとＣａＯとを含み、（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である、脱硫剤が提供される。

本発明の一態様によれば、所定の脱酸能及び脱硫能を得ることができ、脱硫処理により発生する脱硫スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減させることができる、溶銑の脱硫処理方法及び脱硫剤が提供される。

本発明の一実施形態における機械撹拌式脱硫装置を示す模式図である。

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

＜溶銑の脱硫処理方法＞
本発明の一実施形態に係る溶銑の脱硫処理方法について説明する。本実施形態では、溶銑の脱硫処理方法として、機械撹拌法（「ＫＲ法」ともいう。）を用いる。図１には、機械撹拌法による脱硫処理方法の概念図を示す。
はじめに、溶銑１６の脱硫処理方法で用いられる機械撹拌式脱硫装置２０ａの構成について説明する。機械撹拌式脱硫装置２０ａは、インペラ軸２１１の一端に設けられた耐火物からなるインペラ２１と、脱硫剤１８を貯蔵し溶銑１６に添加する脱硫剤添加部２４と、集塵フード２２と、排気ダクト２３とを備える。インペラ２１は、台車１２に積載された溶銑鍋１４に収容される溶銑１６に浸漬・埋没し、回転することにより溶銑１６を撹拌する撹拌羽根である。また、インペラ２１は、インペラ軸２１１の他端側に設けられる不図示の昇降装置および回転装置により、鉛直方向に昇降可能に、且つインペラ軸２１１を回転軸として回転可能に構成される。

次に、溶銑１６の脱硫処理方法について詳細に説明する。まず、インペラ２１の位置が溶銑鍋１４のほぼ中心となるように、溶銑鍋１４を積載した台車１２を移動する。次いで、インペラ２１を下降させて溶銑１６に浸漬させ、インペラ２１を回転させることで、溶銑鍋１４に保持された溶銑１６を撹拌する。さらに、溶銑１６を撹拌しながら、ホッパ２４１に収容された脱硫剤１８を切り出し装置２４２で必要量だけ切り出し、投入シュート２４３を介して溶銑１６に散布することで上添加する。

脱硫剤１８の添加量は、脱硫剤１８の脱硫能、溶銑１６の成分・温度、目標とする処理後のＳ濃度、処理時間等の種々の条件から決定される。その後、処理時間の撹拌が行われたら、インペラ２１の回転を停止し、インペラ２１を上昇させ、脱硫処理が終了する。
脱硫剤１８は、カルシウムシリコン（ＣａＳｉ）と生石灰（ＣａＯ）とを含み、下記（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である。なお、（１）式において、Ｃ_ＣａＳｉは脱硫剤１８中のＣａＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）、Ｃ_ＣａＯは脱硫剤１８中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）をそれぞれ示す。
ｒ＝Ｃ_ＣａＳｉ／（Ｃ_ＣａＳｉ＋Ｃ_ＣａＯ）・・・（１）

本実施形態では、脱硫剤１８として、カルシウムシリコンと生石灰とを質量濃度比ｒが０超０．２以下となるように混合したものを用いる。これにより、Ａｌ系の脱酸剤を用いずに所定の脱酸能及び脱硫能を得ることが可能となる。ここで、所定の脱酸能及び脱硫能とは、Ａｌ系の脱酸剤を用いた場合と同程度の脱酸能及び脱硫能であることをいう。添加されたＣａＳｉは、脱酸剤として機能し、溶銑中の溶存酸素と反応することで、ＣａＯとＳｉＯ_２が生成される。このため、Ａｌ系の脱酸剤を用いずとも、溶銑１６中の溶存酸素を低減することができ、脱酸能及び脱硫能を向上させることができる。また、生成されたＳｉＯ_２は、滓化を促進させるため、脱硫能の向上にさらに寄与する。なお、質量濃度比ｒが０．２超となる場合、スラグ中のＳｉＯ_２濃度が高くなり、スラグの塩基度が低くなることによって、脱硫能が低くなってしまう。また、Ａｌ系の脱酸剤を用いる場合と比べ、処理後のスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減することができるため、焼結工程へのリサイクルコストを低減することが可能となる。なお、質量濃度比ｒが０．２以下であれば、脱酸能及び脱硫能の面で問題はないが、質量濃度比ｒが小さいほど、スラグの塩基度が高くなるため、脱硫剤の必要量が増加する。これはスラグのリサイクルコストの増加を招くため、質量濃度比ｒは０．０３以上であることが好ましい。
なお、カルシウムシリコンや生石灰は工業的に流通している材料を使用することができ、それぞれ、ＣａＳｉやＣａＯを９０ｍａｓｓ％以上程度含有するものを使用できる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、ＫＲ法により攪拌を行いながら上添加により脱硫剤１８を添加する態様について説明としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶銑浴の攪拌方法としては、溶銑に浸漬させたインジェクションランスを通じて、不活性ガス等を溶銑に吹き込むことで攪拌が行われてもよい。また、このようなインジェクションランスからの気流輸送を通じて、キャリアガスと共に脱硫剤が添加されてもよい。また、脱硫剤１８の添加方法として、キャリアガスと共に溶銑１６の上方から投射することで添加する方法が用いられてもよい。

また、上記実施形態では、溶銑１６が溶銑鍋１４に収容されて、保持されるものとしたが、本発明はかかる例に限定されない。溶銑１６が保持される容器は、溶銑１６を収容可能なものであればよく、例えば混銑車などのように、溶銑鍋１４以外の容器が用いられてもよい。

さらに、上記実施形態では、脱硫剤としてＣａＳｉとＣａＯとを含むものを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。脱硫剤は、上記の成分に加えて、ＡｌやＡｌ_２Ｏ_３をさらに含むものであってもよい。この場合、脱硫剤に含まれるＡｌは脱酸剤として機能し、Ａｌ_２Ｏ_３を生成するものであるが、脱硫剤としてＣａＳｉを添加するため、従来よりもＡｌの添加量が少なくとも、より高い脱酸能・脱硫能を得ることができる。また、脱硫剤に含まれるＡｌ_２Ｏ_３は、スラグの滓化を促進させるものであるが、脱硫剤としてＣａＳｉを添加するため、従来よりもＡｌの添加量が少なくとも、より高い脱硫能を得ることができる。このため、脱硫剤に含まれるＡｌやＡｌ_２Ｏ_３が少なくとも、ＣａＳｉを添加しない従来の方法に比べて、脱酸能・脱硫能をより高めることができ、脱硫スラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減することができる。

次に、本発明者が行った実験とその結果を、実施例として説明する。実施例では、表２に組成を示した脱硫剤１８を適宜組み合わせて、表１に示す各種条件で３００ｔの溶銑１６に対して脱硫処理を行い、処理前および処理後の溶銑中のＳ濃度について調査した。

表２に示すように、実施例１，５，６では、質量濃度比ｒが０超０．１０以下となるようにカルシウムシリコンと生石灰とを配合した脱硫剤１８を使用し、上記実施形態と同じ方法でそれぞれ脱硫処理を行った。また、実施例２，３，４，７では、質量濃度比ｒが０．１０超０．２０以下となるようにカルシウムシリコンと生石灰とを配合した脱硫剤１８を使用し、上記実施形態と同じ方法でそれぞれ脱硫処理を行った。
さらに、比較例では、脱硫剤としてＡｌ系脱酸剤と生石灰とを使用し、脱硫剤以外の条件については上記実施形態と同様な方法で脱硫処理を行った。
なお、インペラ２１の回転数や、処理時間等の他の条件は、全ての水準で同等である。一例として、本実施例では、インペラ２１の回転数を１２０回転／ｍｉｎ、処理時間は１２ｍｉｎで行った。

実験の結果、実施例１～７では、比較例の脱硫剤としてＡｌ系脱酸剤を用いた場合に比べ、同等の脱硫率となっており、同等の脱硫能が得られることが確認できた。つまり、本実施例における脱硫処理方法及び脱硫剤によれば、Ａｌ系脱酸剤を用いずに所定の脱硫能を得ることができ、処理後のスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減することができることが確認できた。

表３に、本実験例で発生した脱硫処理後のスラグであるＫＲスラグの組成を示す。Ａｌ系脱酸剤を用いた場合はＡｌ_２Ｏ_３濃度が１１．３ｍａｓｓ％と高く、焼結工程での成分調整用材料として利用できる量が限定された。しかし、ＣａＳｉを使用した本発明の適用例においては、Ａｌ_２Ｏ_３濃度が０．４１ｍａｓｓ％と低いことが確認でき、焼結工程での使用に当たり、Ａｌ_２Ｏ_３濃度による使用量の制限を受けることなく、リサイクルコストを低減できることが確認できた。

１２台車
１４溶銑鍋
１６溶銑
１８脱硫剤
２０ａ機械撹拌式脱硫装置
２１インペラ
２１１インペラ軸
２４脱硫剤添加部（上添加）
２４１ホッパ
２４２切りだし装置
２４３投入シュート

Claims

容器中に保持された溶銑を撹拌しながら、前記溶銑に脱硫剤を添加する、溶銑の脱硫処理方法であって、
前記脱硫剤は、ＣａＳｉとＣａＯとを含み、（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である、溶銑の脱硫処理方法。
ｒ＝Ｃ_ＣａＳｉ／（Ｃ_ＣａＳｉ＋Ｃ_ＣａＯ）・・・（１）
Ｃ_ＣａＳｉ：脱硫剤中のＣａＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）
Ｃ_ＣａＯ：脱硫剤中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）
前記溶銑を撹拌する際に、機械撹拌式脱硫装置を用いる、請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。
前記脱硫剤を添加する際に、前記溶銑の上から前記脱硫剤を上添加する、請求項１又は２に記載の溶銑の脱硫処理方法。
溶銑の脱硫処理に用いられる脱硫剤であって、
ＣａＳｉとＣａＯとを含み、
（１）式で示される質量濃度比ｒが０超０．２以下である、脱硫剤。
ｒ＝Ｃ_ＣａＳｉ／（Ｃ_ＣａＳｉ＋Ｃ_ＣａＯ）・・・（１）
Ｃ_ＣａＳｉ：脱硫剤中のＣａＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）
Ｃ_ＣａＯ：脱硫剤中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）