JP5066923B2 - 溶銑の脱硫処理方法 - Google Patents

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本発明は、脱硫処理時に発生した集塵ダストを溶銑の脱硫剤として再利用した脱硫処理方法に関するものである。
高炉から出銑された溶銑には、通常、鋼の品質に悪影響を及ぼす硫黄(S)が高濃度で含まれており、要求される鋼の品質に応じて、溶銑段階及び溶鋼段階で種々の脱硫処理が行われている。但し、溶銑と溶鋼とを比較すると、酸素ポテンシャルが低く脱硫反応に有利である、或いは、硫黄の活量を増大させる成分、つまり脱硫反応を促進させる成分の含有量が高いなどの理由から、溶銑の方が脱硫反応は効率的であり、従って、通常、溶銑段階で脱硫処理が実施されている。この溶銑の脱硫方法にも、石灰(以下、「CaO」と記す)系脱硫剤、カルシウムカーバイド系脱硫剤、ソーダ灰系脱硫剤、金属Mgなど種々の脱硫剤が用いられているが、安価であることから、近年では、CaOを主成分とするCaO系脱硫剤が広く用いられている。この場合の脱硫反応は、「CaO+S→CaS+O」に示される反応式に基づいて進行する。
CaO系脱硫剤を使用して溶銑を脱硫する方法としては、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込むインジェクション法(吹き込み法)、機械的に攪拌している溶銑に上置き添加する機械攪拌式脱硫法、溶銑湯面に向けて吹き付けて添加する投射法などがあるが、CaO粒子が小さいほど脱硫反応に優れることから使用するCaO系脱硫剤は1.0mm以下が大半であり、粒子が小さいことから脱硫処理中にダストとなって飛散する。
回収されるダストは埋め立て地などに投棄処分されるのが一般的であるが、回収されるダストはCaOを主成分としていることから、脱硫剤として再利用することが提案されている。例えば、特許文献1には、溶銑または溶鋼の脱硫処理工程で発生するCaO系集塵ダストを、細粒ダスト(粒径5mm未満)と粗粒ダスト(粒径5mm以上)とに分級し、細粒ダストをインジェクション法における脱硫剤として利用し、粗粒ダストを機械攪拌式脱硫法などの上置き添加用の脱硫剤として利用する方法が提案されている。
特開平6−220514号公報
溶銑の脱硫処理工程で発生するダストには一般的にCaOが60質量%以上含まれており、特許文献1に提案されるように脱硫剤として再利用可能である。しかしながら、ダストであることから粒子径が極めて小さく、脱硫剤として使用した場合、溶鉄/脱硫剤間の反応界面積が大きいことから脱硫反応には優れるものの、再度ダストとなって系外に排出してしまい、脱硫反応に寄与しないものが発生する。特許文献1は、この点を考慮しておらず、脱硫効率が安定しないという恐れがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、CaO系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理で回収されるCaO系の集塵ダストを、溶銑の脱硫剤として再利用する場合に、飛散ロス分を減少して、高い脱硫効率で安定して脱硫処理することのできる、溶銑の脱硫処理方法を提供することである。
上記課題を解決するための第1の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、CaO系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された、CaOを60質量%以上含有する集塵ダストを脱硫剤の一部として再利用して溶銑を脱硫処理するに際し、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量90質量%以下となるように、前記集塵ダストとCaOを50質量%以上含有する新品原料のCaO系脱硫剤とを混合して得た脱硫剤を溶銑上に上置き添加して脱硫処理することを特徴とするものである。
第2の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、第1の発明において、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を20〜80質量%とした脱硫剤を用いることを特徴とするものである。
第3の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、第1または第2の発明において、前記脱硫処理方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を攪拌しながら行う脱硫方法であることを特徴とするものである。
本発明によれば、CaO系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された集塵ダストを、脱硫剤の一部として再利用するに当り、集塵ダストの脱硫剤中の配合量を90質量%以下、好ましくは20〜80質量%とした脱硫剤を用いるので、微粉である集塵ダストの飛散が抑えられ、且つ、溶鉄/脱硫剤間の反応界面積が大きい集塵ダストによる脱硫反応効率の向上が発現し、脱硫剤の全量を新品原料の脱硫剤とした場合と同等或いはそれ以上の脱硫効率で、安定して溶銑を脱硫処理することができ、脱硫処理コストの削減や脱硫スラグ発生量の低減などが達成され、産業上及び地球環境上、有益な効果がもたらされる。
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図1は、本発明による脱硫処理を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の概略断面図である。
図1に示すように、機械攪拌式脱硫装置1は、溶銑鍋などの処理容器3に収容された溶銑4に浸漬・埋没し、旋回して溶銑4を攪拌するための耐火物製の攪拌羽根(「インペラー」ともいう)5を備えており、この攪拌羽根5は、昇降装置(図示せず)によってほぼ鉛直方向に昇降し、且つ、回転装置(図示せず)によって軸5aを回転軸として旋回するようになっている。また、機械攪拌式脱硫装置1には、脱硫剤7を処理容器3に収容された溶銑4の浴面に上置き添加するための投入シュート6も設置されている。更に、処理容器3の上方位置には、集塵機(図示せず)に接続する排気ダクト口(図示せず)が備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが集塵機によって集められ、CaO系のダストが集塵機で回収されるようになっている。
このように構成される機械攪拌式脱硫装置1において、以下のようにして本発明を実施する。
攪拌羽根5の位置が処理容器3のほぼ中心になるように、処理容器3を搭載した台車2の位置を調整し、次いで、攪拌羽根5を下降させて溶銑4に浸漬させる。尚、処理容器3を台車2に搭載させず、その代わりに攪拌羽根5を台車に搭載させ、処理容器3を固定しておき、処理容器3の直上に攪拌羽根5が位置するように、攪拌羽根5を搭載した台車を移動させてもよい。また、処理容器3の形状も図1に示すような形状とする必要はなく、平底の取鍋型の形状であっても構わない。
攪拌羽根5が溶銑4に浸漬したならば、攪拌羽根5の旋回を開始し、所定の回転数まで昇速する。攪拌羽根5の回転数が所定の回転数に達したならば、脱硫剤7を投入シュート6から上置き添加する。添加された脱硫剤7は、回転する溶銑4に巻き込まれ、溶銑4の脱硫反応が進行する。
使用する脱硫剤7はCaO系脱硫剤であり、この脱硫処理よりも以前に実施した、CaO系脱硫剤を用いた脱硫処理において予め回収した集塵ダスト(「CaO系集塵ダスト」と記す)と、新品原料のCaO系脱硫剤(「新品原料脱硫剤」と記す)との混合物を使用する。ここで、新品原料脱硫剤としては、CaO単体であっても、CaOにCaF2 、Al23 などのCaOの滓化を促進させるための滓化促進剤を混合させたものであっても、CaOを50質量%以上含有するものである限り、どちらでも構わない。但し、CaO系集塵ダストと新品原料脱硫剤とを混合した脱硫剤7において、CaO系集塵ダストの配合量が90質量%以下、好ましくは20〜80質量%となるように脱硫剤7を調製する。
脱硫剤7におけるCaO系集塵ダストの配合量を上記の範囲に決めた理由は以下の通りである。即ち、図2は、新品原料脱硫剤として95質量%CaO−5質量%CaF2 の混合物を用い、この新品原料脱硫剤に対するCaO系集塵ダストの配合量を変化させた脱硫剤を使用し、脱硫剤中のCaO純分の添加量を一定として溶銑を脱硫処理したときの脱硫反応効率を調べた結果である。図2では、CaO系集塵ダストを配合せず、新品原料脱硫剤のみを使用して脱硫処理したときの脱硫効率を基準として指数化して表示している。
図2に示すように、CaO系集塵ダストの配合量が増加していくと、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が上昇することが分かった。これは、CaO系集塵ダストは微粉であり、溶鉄/脱硫剤間の反応界面積が増加することに基づく。但し、CaO系集塵ダストの配合量が60質量%程度のときに脱硫反応効率が最大値となり、配合量がそれ以上になると脱硫反応効率は徐々に減少していき、CaO系集塵ダストの配合量が90質量%以上になると、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が低下することが分かった。これは、CaO系集塵ダストは微粉であり、配合量の増加に伴って、脱硫反応に関与することなく飛散するものが多くなることに基づく。つまり、CaO系集塵ダストの配合量が90質量%を超えた範囲は、所望する脱硫反応が得られないことが分かった。
これらの結果から、本発明では、CaO系集塵ダストの配合量を90質量%以下、好ましくは20〜80質量%と設定した。CaO系集塵ダストの配合量が20〜80質量%の範囲は、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が約10%以上向上する。
脱硫処理の際に、脱硫反応を促進させるために、脱硫剤7の添加と同時に、または添加の前後に、若しくは脱硫処理期間の全期間に亘って、脱硫助剤を溶銑4に上置き添加することが好ましい。ここで、脱硫助剤とは、溶銑中の酸素或いは溶銑上に存在するスラグ中の酸素と優先的に反応して、溶銑4及びスラグ(図示せず)の酸素ポテンシャルを低減させ、脱硫剤7による脱硫反応を促進させるためのものである。従来、脱硫剤7と脱硫助剤とを混合したものを脱硫剤と称する場合もあるが、本発明においては、脱硫剤7は脱硫助剤を含まないものとする。脱硫助剤としては、主として金属Alやアルミドロス粉末が使用され、この他に、アルミニウム融液をガスでアトマイズして得られるアトマイズ粉末や、アルミニウム合金を研磨、切削する際に発生する切削粉などの他のAl源や、フェロシリコンのようなSi合金や、Mg合金なども用いることができる。
所定量の脱硫剤7を添加完了し、そして、所定時間の攪拌が行われたなら、攪拌羽根5の回転数を減少させ停止させる。攪拌羽根5の旋回が停止したなら、攪拌羽根5を上昇させ、処理容器3の上方に待機させる。生成したスラグが浮上して溶銑表面を覆い、静止した状態で溶銑4の脱硫処理が終了する。
この脱硫処理においても、集塵機でCaO系集塵ダストを回収し、次回以降の脱硫処理における脱硫剤7として有効利用する。脱硫処理後、生成したスラグを処理容器3から排出し、次の精錬工程に処理容器3を搬送する。
以上説明したように、本発明によれば、溶銑4の脱硫処理時に回収されたCaO系集塵ダストを、脱硫剤7の一部として再利用するに当り、CaO系集塵ダストの脱硫剤中の配合量を90質量%以下、好ましくは20〜80質量%とした脱硫剤7を用いるので、微粉であるCaO系集塵ダストの飛散が抑えられ、且つ、溶鉄/脱硫剤間の反応界面積が大きいCaO系集塵ダストによる脱硫反応効率の向上が発現し、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合と同等或いはそれ以上の脱硫効率で、安定して溶銑4を脱硫処理することが可能となる。
図1に示す機械攪拌式脱硫装置を用いて本発明を実施した。溶銑の脱硫処理において回収したCaO系集塵ダストの化学成分の例を表1に示す。
表1に示すように、CaO系集塵ダストのCaO純分は77質量%であり、新品原料のCaO粒子のCaO純分は93質量%程度であることから、新品原料脱硫剤のCaO源である生石灰に比べて若干CaO純分が少ないが十分に脱硫剤として使用できる。
新品原料脱硫剤として、生石灰と蛍石とを混合した95質量%CaO−5質量%CaF2 の混合物を用い、この新品原料脱硫剤の配合量を50質量%、CaO系集塵ダストの配合量を50質量%として、CaO系脱硫剤を調製した。そしてこの脱硫剤を用いて溶銑の脱硫処理を実施した(本発明例)。脱硫処理前の溶銑温度は1215℃、脱硫処理前の溶銑の硫黄濃度は0.030質量%であった。脱硫助剤としてフェロシリコン(Fe−Si)を溶銑トン当り0.3kg添加し、脱硫処理した。14分間の処理時間で硫黄濃度が0.0006質量%の溶銑を溶製することができた。
図3は、溶銑温度、溶銑中硫黄濃度、脱硫助剤の使用量などが本発明例と類似した脱硫処理条件において、CaO系集塵ダストを配合せず、95質量%CaO−5質量%CaF2 の新品原料脱硫剤のみを脱硫剤として使用した脱硫処理(比較例)と、本発明例とを比較して、脱硫剤中のCaO原単位と脱硫率との関係を示す図である。尚、図3の縦軸に示すSiは脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度、Sfは脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度であり、縦軸はSi/Sfの自然対数で表示しており、Si/Sfが大きいほど脱硫率が高いことを示している。また、図3では、脱硫剤中のCaO原単位を算出する際に、CaO系集塵ダストのCaO純分を77質量%、新品原料脱硫剤のCaO純分を93質量%として算出している。
図3からも明らかなように、本発明によってCaO系集塵ダストを使用しても従来方法と同等以上に溶銑を脱硫処理できることが確認できた。
本発明を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の概略断面図である。 脱硫剤中のCaO系集塵ダストの配合量と脱硫反応効率との関係を調べた図である。 本発明例と比較例とを比較して、脱硫剤中のCaO原単位と脱硫率との関係を示す図である。
符号の説明
1 機械攪拌式脱硫装置
2 台車
3 処理容器
4 溶銑
5 攪拌羽根
6 投入シュート
7 脱硫剤

Claims (3)

  1. CaO系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された、CaOを60質量%以上含有する集塵ダストを脱硫剤の一部として再利用して溶銑を脱硫処理するに際し、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量90質量%以下となるように、前記集塵ダストとCaOを50質量%以上含有する新品原料のCaO系脱硫剤とを混合して得た脱硫剤を溶銑上に上置き添加して脱硫処理することを特徴とする、溶銑の脱硫処理方法。
  2. 前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を20〜80質量%とした脱硫剤を用いることを特徴とする、請求項1に記載の溶銑の脱硫処理方法。
  3. 前記脱硫処理方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を攪拌しながら行う脱硫方法であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の溶銑の脱硫処理方法。
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