JP4933032B2 - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑予備処理として、脱硫剤を使用して溶銑の脱硫処理を施す際の処理方法に関するものである。

脱炭精錬される溶銑は、その予備処理として脱硫処理が施される。この脱硫処理は、例えば溶銑をインペラで攪拌しつつ石灰系脱硫剤を投入することで行われる。また、この脱硫処理によってスラグ（一般に、脱硫スラグと呼ばれる）が発生する。この脱硫スラグは、多量のＣａＯ分（例えば６０質量％）を含んでいるので、このＣａＯ分が脱硫剤として寄与する可能性がある。

そこで従来、特許文献１に記載のように、上記脱硫処理で発生した脱硫スラグを脱硫剤の一部として再使用することが提案されている。なお、この特許文献１の方法では、脱硫スラグのみを脱硫剤として使用する方法であり、石灰系脱硫剤を併用して使用することを考慮していない。
特公平４−３７１２８号公報

特許文献１に記載の方法では、熱滓状態の脱硫スラグを、空の溶銑鍋内に落下投入し、その落下衝突時の衝撃によって脱硫スラグを細分化する。その後に、溶銑鍋に溶銑を受銑させる際の攪拌などによって脱硫スラグを更に細粒化させて脱硫能力を高めるものである。
しかし、この方法では、溶銑鍋への溶銑の受銑の前に、脱硫スラグの投入処理が要求される。また、脱硫スラグだけによって目的とする脱硫（反応）が確保されるとは限らない。
本発明は、このような点に着目してなされたもので、石灰系脱硫剤と共に脱硫スラグを脱硫剤として使用しても効率よく脱硫を施すことを可能とすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、脱硫対象の溶銑に対し石灰系脱硫剤を投入すると共に攪拌を行うことで当該溶銑の脱硫処理を行う溶銑の脱硫方法において、
別の溶銑の脱硫処理で発生した脱硫スラグのうちの５００℃以上の高温の脱硫スラグを溶銑脱硫剤の一部として、上記新たな石灰系脱硫剤の投入に前に、上記脱硫対象の溶銑に投入し、
上記溶銑への高温の脱硫スラグ及び新たな石灰系脱硫剤の投入は、まず高温の脱硫スラグを投入し攪拌により当該高温スラグを溶銑中に分散させてから、新たな石灰系脱硫剤を投入することを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対して、上記高温の脱硫スラグの溶銑への投入処理は、脱硫処理によって発生した脱硫スラグを一旦スラグ回収容器に排出し、そのスラグ回収容器を傾けることで当該スラグ回収容器から排出されるスラグを高温の脱硫スラグとして新たな脱硫対象の溶銑に投入することを特徴とするものである。

ここで、「高温の脱硫スラグ」とは、一般に、５００℃以上の脱硫スラグである。多くは赤みを帯びている。

また、発明者らは、脱硫スラグの脱硫効率について調べたところ、一旦冷却した脱硫スラグに比較して熱間の脱硫スラグの方が脱硫効率が良いという知見を得た。一旦冷却した脱硫スラグでは、ＣａＯ分が風化して脱硫効率が低下するものと思われる。
また、冷間状態で脱硫スラグを溶銑に投入すると塊となったままで反応効率が悪いことも確認した。さらに、冷間状態の脱硫スラグを一度破砕して細粒化してから攪拌中の溶銑に投入すると、冷却された脱硫スラグが溶銑と同じ温度になるまでに所定の時間が掛かることとその過程で再度塊状となりやすくこれが反応効率を悪化させることも確認した。また、冷間状態の脱硫スラグを投入することはその分だけ溶銑の温度を下げることに繋がる。

そして、脱硫スラグは、温度が高いほど溶銑に対する濡れ性が高くなり、高温の脱硫スラグを溶銑に投入した場合には、すぐに溶銑に馴染み攪拌によって分解されて脱硫剤として機能することを確認した。つまり、高温の場合には短時間で脱硫スラグを脱硫剤として働かせることができる。
ここで、新たな石灰系脱硫剤を補充しながら脱硫スラグを循環使用することで、目的とする脱硫を確保しつつ閉鎖系に近い状態で脱硫剤の循環使用が可能となる。
また、請求項１のように、脱硫スラグが溶銑内に分散してからつまり脱硫スラグが脱硫剤として働く状態としてから新たな石灰系脱硫剤の投入することで、新たな石灰系脱硫剤を脱硫スラグと一緒に使用しても、当該新たな石灰系脱硫剤が脱硫スラグに取り込まれることなく脱硫剤として働く。

本発明によれば、新たな石灰系脱硫剤を補充しつつ、効率よく脱硫スラグを脱硫剤として再利用することができる。

まず、本発明における高温の脱硫スラグ使用の理由を説明する。
一般に溶銑の脱硫で使用される石灰系脱硫剤（例えばＣａＯ９５％ＣａＦ２５％）は高融点（＞１７００℃）であり、固体の状態で溶銑中の硫黄分と反応して脱硫作用をなす。常温の石灰系脱硫剤を添加すると、溶銑との接触部分が局所的に冷却され、石灰系脱硫剤と凝固した溶銑が混在した直径２〜２０ｍｍ程度の球形に凝集する。その際、未反応の石灰系脱硫剤が球形凝集物内部に入り、封じ込まれて脱硫反応に寄与しにくい。したがって、石灰系脱硫剤を使用して発生する脱硫スラグ中には未反応石灰系脱硫剤が存在し、これを脱硫剤として再使用することができる。しかしながら、脱硫剤として再使用を図る脱硫スラグの再使用も冷間状態で使用する限り同じ現象が生じ反応効率悪化がある。

したがって、本発明においては、脱硫スラグの再使用において、高温の脱硫スラグを使用することとした。高温スラグを使用することで、球形凝集物のバインダーとして作用している銑鉄（溶銑が凝固したもの）が高温で強度が小さな状態で使用されることから、高温スラグを脱硫剤として溶銑中に投入した場合、溶銑の攪拌処理において細分化されやすい。それに加えて、高温であるために溶銑との濡れ性がよく溶銑中に浸入しやすく、投入後直ちに反応に寄与する。

図１は溶銑の脱硫に際して使用する脱硫剤の脱硫への移行フローを示したもので、図１（ａ）は、冷間（常温）での脱硫剤（石灰系脱硫剤および脱硫剤としての脱硫スラグ再使用を含む）使用時の脱硫剤挙動を示した。
図１（ａ）において、石灰系脱硫剤を溶銑に投入した（図１（ａ）（イ））際、溶銑をインペラ（以下単に撹拌翼という）で撹拌して溶銑に流動を生じさせ（図１（ａ）（ロ））ても、その表面に一旦浮遊（図１〈ａ）（ハ））し、溶銑との濡れ状態となった段階で溶銑中に巻き込まれ（図１（ａ）（ハ）〜（ホ））ていく。この濡れ状態になるには、温度に大きく依存し、冷たい状態では溶銑中に巻き込まれるまで、すなわち浸入することができるまで浮遊し待機する（図１（ａ）（ハ）〜（ニ））状態を生じる。

この間に、投入した石灰系脱硫剤中に溶銑が浸入して脱硫剤と浸入凝固した溶銑が混在した球状の凝集物（図１（ａ）（ハ）〜（ニ））となり、球状凝集物に封じ込まれた部分は攪拌翼で砕かれる部分が存在する（図１（ａ）（へ））ものの、反応できずに一部未反応（図１（ａ）（ト）））となっているものである。したがって、前記したように、未反応部分が存在するために脱硫時に生成した脱硫スラグの再利用が可能であった。脱硫スラグの再利用においても冷間状態での再利用では、一旦破砕して細粒としても、前記石灰系脱硫剤と同じように溶銑との濡れが悪く、球状の凝集物を作りやすく、これにより反応効率の低下を生じているということが判明した。

したがって本発明においては、前記再利用脱硫スラグを熱間で再利用することとした。図１（ｂ）は、熱間で再使用する脱硫スラグの使用時の脱硫剤挙動を示したものである。
熱間で再利用することから、溶銑に投入した（図１（ｂ）（イ）（ロ））際、高温であるため溶銑との濡れ性がよく（図１（ｂ）（ハ））、溶銑中に速やかに浸入する（図１（ｂ）（ニ））こと、速やかに浸入した再利用スラグは、凝集物を形成している凝固した溶銑の再溶融を生じやすく細分化が進行（図１（ｂ）（ホ））していることをつきとめた。
そして、細分化が進行することから、冷間使用に比べて反応効率が良い（図１（ｂ）（へ））ことを知見し、本発明の完成に至ったものである。なお、説明上、図１（ａ）（ｂ）において溶銑へ投入（イ）、撹拌処理（ロ）の順序としてフローを示しているが、逆であってもかまわないことはもちろんである。

次に、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２は本実施形態に係る脱硫処理の工程を示す概要図であり、図３は処理設備の配置例を示す平面図である。
この図２及び図３を使用して本実施形態の脱硫処理を説明すると、予め、図２（ａ）に示すように、除滓場１に滓鍋２とは別にスラグ回収容器としてのスラグ回収鍋３を配置しておく（準備工程）。本実施形態では、空の溶銑鍋をスラグ回収鍋３として使用する。
そして、図２（ｂ）に示すように、脱硫処理が終了し、まだ溶銑及び脱硫スラグＳを収容した状態の溶銑鍋４を、トラックやクレーンなどの運搬手段５で上記除滓場１まで搬送して、その溶銑鍋４内のまだ高温状態の脱硫スラグＳを上記スラグ回収鍋３に掻き出す（スラグ回収工程）。

次に、フォークリフト６を使用して、上記スラグ回収鍋３を、脱硫処理の対象となる別の溶銑を受銑した溶銑鍋４の上方に移動する。このとき、スラグ回収から投入までの時間を考慮して、スラグ回収鍋３に蓋をした状態でつまり保温を図った状態で行うとよい。続いて、スラグ回収鍋３内の脱硫スラグＳのうちの高温の脱硫スラグＳ１を、脱硫対象の溶銑を収容した溶銑鍋４内に投入する。

ここで、高温の脱硫スラグＳの投入は、スラグ回収鍋３を傾動することで当該スラグ回収鍋３から自然に落下させることで実現される。高温の脱硫スラグＳは、図２（ｃ）に示すように、スラグ回収鍋３を傾動することで自然落下する。あるいは、スラグ回収鍋３内に回収した脱硫スラグＳを図４に示すように排滓場１０に一旦排出し、この排出された脱硫スラグＳの中から、赤色あるいは赤黒く見える部分を含む高温スラグＳ１を掬い取る、あるいは掴み取ることのできる重機１１を使用して脱硫対象の溶銑を収容した溶銑鍋４内に投入する。
なお、上記処理の後では、スラグ回収鍋３には凝固して固まった脱硫スラグＳがスラグ回収鍋３の内壁に付着した状態となっている。このスラグ回収鍋３に付着残留したいわゆる低温の脱硫スラグＳは、滓鍋２等に掻き出して除去し、空になったスラグ回収鍋３を、除滓場１に待機させて次回の脱硫スラグの回収に使用する。

次に、インペラ脱硫台車７を溶銑鍋５に近づけて、その溶銑鍋５内の溶銑中に攪拌翼８を浸漬して回転させることで、上記投入した高温の脱硫スラグＳ１を溶銑内に分散し、続いて図２（ｄ）に示すように、新たな石灰系脱硫剤９を溶銑内に投入して脱硫処理を行う。
ここで、脱硫スラグＳは、高温の場合には溶銑との濡れ性が高いことから、高温の状態で溶銑内の投入すると攪拌によってすぐにばらばらに分解されて溶銑内に分散し、もって脱硫剤として作用する。

また、脱硫スラグＳだけでは要求される脱硫に必要な脱硫剤が不足するので、その不足分に応じて、上述のように新たな石灰系脱硫剤９を投入することで補い、目的とする脱硫状態まで脱硫処理を行う。
ここで、脱硫対象となる溶銑の量などから必要となる脱硫剤の投入量が分かると共に、高温の脱硫スラグＳ１の脱硫剤として単位量当たりの効率は予め実験などによって求めておくことができるため、新たに追加する石灰系脱硫剤９の量は求めることができる。例えば、高温の脱硫スラグＳ１中のＣａＯの寄与率を５０％として、目的とする脱硫基準量を満足するように新たに追加する石灰系脱硫剤９の使用量を決定する。
また、脱硫スラグＳが分解・分散してから、新たな石灰系脱硫剤９を投入することで当該新たな石灰系脱硫剤９が脱硫スラグＳに取り込まれることが防止でき、脱硫スラグＳと共に新たな石灰系脱硫剤９を使用しても、効率の良い脱硫処理を実現可能である。

上記脱硫処理が終了したら、図２（ｂ）の脱硫スラグ回収処理に移行して、新たに形成された脱硫スラグＳを回収し、その脱硫スラグＳ中の高温の脱硫スラグＳ１を脱硫剤として再使用して、上述の脱硫処理を繰り返す。
これによって、高温の脱硫スラグＳ１が循環して再利用されることとなり、新たに使用される石灰系脱硫剤９の使用量を抑えることができる。

またこのとき、高温の状態の脱硫スラグＳ１を溶銑に投入することで、短い時間で脱硫剤としての働きを生じさせると共に、溶銑に投入した脱硫スラグＳ１が当該溶銑内に分散した後で新たな石灰系脱硫剤９を投入することで、脱硫スラグＳ１と新たな石灰系脱硫剤９とを一緒に使用しても、新たな石灰系脱硫剤９が脱硫スラグＳ１に取り込まれることが抑えられる結果、効率よく脱硫反応を起こさせることができる。
また、溶銑に脱硫剤として投入する脱硫スラグＳ１は高温であるので、当該脱硫スラグＳの投入による溶銑の温度降下を小さく抑えることができる。
実施例を表１に示す。

この表１から分かるように、実施例１及び２とも、比較例に比べ新たな脱硫剤の削減が可能となっており、経済的効果は大きく、温度降下も低く、後工程に支障をきたすことが無い。
ここで、上記実施形態では、脱硫によって生じた脱硫スラグＳを除滓場１に置いたスラグ回収鍋３に排出し、そのスラグ回収鍋３の傾動により直接、高温の脱硫スラグＳ１を溶銑に投入する場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、脱硫によって生じた脱硫スラグＳを除滓場１の土間や滓鍋２に排出し、その排出された脱硫スラグＳのうちの高温のスラグと思われる部分をショベルカーのショベルなどで掬い取って脱硫対象の溶銑に投入するようにしても良い。高温の脱硫スラグＳ１部分は赤熱化しており、高温でない脱硫スラグＳは凝固して固り暗黒色であるので、赤熱化している部分だけを掬いとるようにすればよい。
また、上記高温の脱硫スラグＳ１の投入を、溶銑の攪拌中に行うようにしても良い。
また、先に石灰系脱硫剤９を投入し攪拌させて当該石灰系脱硫剤による脱硫反応が終了した時点で高温の脱硫スラグＳ１を投入・攪拌しても良いが、上述の実施例に比べて処理時間が長くなる。

本発明と従来とを比較する図である。 本発明に基づく実施形態に係る処理工程を示す概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る設備の一例を示す平面図である。 脱硫スラグの再使用の別の例を説明する図である。

符号の説明

Ｓ 脱硫スラグ
Ｓ１ 高温の脱硫スラグ
１ 除滓場
２ 滓鍋
３ スラグ回収鍋
４、５ 溶銑鍋
８ 攪拌翼
９ 新たな石灰系脱硫剤

Claims (2)

1. 脱硫対象の溶銑に対し石灰系脱硫剤を投入すると共に攪拌を行うことで当該溶銑の脱硫処理を行う溶銑の脱硫方法において、
   別の溶銑の脱硫処理で発生した脱硫スラグのうちの５００℃以上の高温の脱硫スラグを溶銑脱硫剤の一部として、上記新たな石灰系脱硫剤の投入に前に、上記脱硫対象の溶銑に投入し、
   上記溶銑への高温の脱硫スラグ及び新たな石灰系脱硫剤の投入は、まず高温の脱硫スラグを投入し攪拌により当該高温スラグを溶銑中に分散させてから、新たな石灰系脱硫剤を投入することを特徴とする溶銑の脱硫方法。
2. 上記高温の脱硫スラグの溶銑への投入処理は、脱硫処理によって発生した脱硫スラグを一旦スラグ回収容器に排出し、そのスラグ回収容器を傾けることで当該スラグ回収容器から排出されるスラグを高温の脱硫スラグとして新たな脱硫対象の溶銑に投入することを特徴とする請求項１に記載した溶銑の脱硫方法。

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