JP5194678B2 - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Description
このCaOによる脱硫反応は一般的に次式で示される。
〔S〕+ CaO =(CaS)+〔O〕
ここで、〔S〕は溶銑中の硫黄、(CaS)はスラグ中のCaS、〔O〕は溶銑中の酸素を示す。
このため、フッ素を使用しない脱硫剤の開発が望まれている。
これを実現させる技術の一つとして、特許文献1には、溶銑を保持している容器壁に整流体を設け、回転撹拌した溶銑を上記整流体に衝突させて下降流を生成させ、この下降流により脱硫剤を巻き込ませる方法が提案されている。また、特許文献2には、回転するインペラの軸下から脱硫剤を溶銑中に吹込みながら脱硫を行う方法が提案されている。
すなわち、特許文献1に開示のような整流体を設置する技術では、インペラによる回転撹拌力が非常に強いため、整流体として強靱な材質のものを用い、容器壁に強固に設置する必要が生じる。そのため、整流体の製作、メンテナンスに多くの労力、費用を要する不利が生じる。
また、特許文献2に開示されたインペラ軸下から粉体を吹き込む場合、搬送用ガス(キャリアガス)と脱硫剤粉体とが一緒に溶銑内に供給される。このとき、ガス気泡中に脱硫剤粉体が補足された状態で浴面上に上昇し、その結果脱硫剤を浴面上方から添加する場合と同じになり、反応効率の向上が望めないおそれがある。さらに、インペラの軸下からの粉体吹込みを行うには、インペラの構造が複雑になるだけでなく、ガスや粉体を回転軸内へ供給するための装置(ロータリージョイントなど)が別途必要となるため、製作時間の増加と共に設備費用の増大という問題が生じる。
1.機械撹拌式溶銑脱硫装置を用いる溶銑の脱硫方法において、溶銑へ添加する脱硫剤を分割して添加するものとし、該脱硫剤の一部は溶銑処理容器に収容された溶銑浴面上に上置き添加する一方、残りの脱硫剤は撹拌羽根によって撹拌されている溶銑の浴面上に上吹きランスを介して搬送ガスとともに上吹き添加するに際し、上置き添加する前記脱硫剤が、製鉄工程において副次的に発生する石灰(CaO)含有物質としての、機械撹拌式溶銑脱硫処理において発生した脱硫スラグであり、前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する前記脱硫スラグの比率が、CaO換算で5質量%以上70質量%以下であることを特徴とする溶銑の脱硫方法。
h≦48.0×D
の関係を満足することを特徴とする上記1または2に記載の溶銑の脱硫方法。
Ug≧1.67×h/D
を満足する条件で供給することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。
機械撹拌式の溶銑脱硫方法において、脱硫反応効率を向上させるには、脱硫剤粉体の凝集を抑制し、脱硫剤の浴内での分散を促進させることが有効と考えられる。その手段の一つとして、上吹きランスを介して脱硫剤を連続的に上吹き添加する方法が考えられる。また、機械撹拌式溶銑脱硫処理時に発生したスラグを再度脱硫処理に再利用することにより、石灰原単位の削減が期待できる。さらに、上記脱硫スラグにはAl2O3、SiO2等の脈石分が含まれるが、かような脈石成分が溶融スラグ相を形成し、さらなる脱硫反応促進の可能性も期待できる。
そこで、発明者らは、これら脱硫挙動に及ぼすリサイクルスラグの影響を解明するために各種の実験および調査を行った。
坩堝容器1内に保持した溶銑8中にインペラ3を浸漬して回転撹拌を行った。実験条件を表1に、また実験水準を表2に示す。なお、投入する石灰(CaO)量の総量はいずれも 7.0 kgとした。
同図に示したとおり、石灰を単身で一括して上置き添加した水準1を基準とした場合、投入石灰量の50%分は脱硫スラグを添加した水準2はほぼ同等の脱硫挙動を示した。これに対し、投入石灰量の50%を上吹き添加とした水準3は脱硫反応が向上した。さらに、投入石灰量の50%を脱硫スラグとして上置き添加し、残りを上吹き添加とした水準4では、脱硫反応がさらに促進され、最も良好な結果が得られた。
図3(a)に示したとおり、水準1ではCaOの凝集体の周囲にSが分布していた。水準2でも同様にCaO凝集体の周囲にSが分布していたが、リサイクル脱硫スラグの周囲に新たにスラグ層が形成されており、Sの濃縮層は2層になっていた。水準3では、水準1と同様にCaO凝集体の周囲にS濃縮相が形成されていたが、スラグの粒径は水準1,2に比較して小さくなっていた。水準4では、水準2と同様に、S濃縮域が2層になっていたが、スラグの粒径は水準3と同様に小さく、また外側のS濃縮域の一部に溶融したと見られるスラグ相が観察された。
また、水準4のように、リサイクル脱硫スラグを上置き添加とし、CaO粉体を上吹き添加とすることにより、脱硫反応が促進した理由は、以下のとおりと考えられる。
リサイクル脱硫スラグには、CaO以外に脈石分(SiO2、Al2O3等)が含有されている。リサイクル脱硫スラグの投入時、および回転撹拌開始時において、粒状のスラグが一部分断され、脈石分も微細な状態で溶銑浴中に混入する。また、上吹き添加により微細な状態で浴中に浸入したCaO粒子は浴中でリサイクル脱硫スラグからの脈石分と結びつき、CaO粒の一部が脈石粒に溶融する。これにより、CaO粒の周囲に比較的脱硫能の高位な溶融スラグ相が形成され、脱硫反応が促進する。そして、撹拌時間がある程度経過すると、個々のスラグ流が互いに凝集し、または分断されずに浴中に混入したリサイクル脱硫スラグの周囲に凝集する。
以上により、CaO単身および(CaO+リサイクル脱硫スラグ)の上置き添加と比較すると、CaO粉の上吹き添加の作用により、脱硫反応は促進するものと考えられる。さらに、リサイクル脱硫スラグの上置き添加とCaO粉の上吹き添加とを併用することで、両者を単独で使用したときの脱硫速度以上の脱硫効果が得られるものと考えられる。
図4に、リサイクル脱硫スラグ比率と脱硫反応効率との関係を示す。ここで、リサイクル脱硫スラグ比率はリサイクル脱硫スラグ中に含有するCaO分を考慮し、次式(1)で定義した。また、脱硫反応効率は、次式(2)で示されるように、添加したCaOのうち、溶銑中のSと反応したCaOの割合で示した。
・リサイクル脱硫スラグ比率(質量%)
=〔{リサイクル脱硫スラグ中のCaO量(kg/t)}/{リサイクル脱硫スラグ中のCaO量 (kg/t)+ヴァージンCaO量(kg/t)}〕×100 --- (1)
・脱硫反応効率η(%)
=〔{溶銑中の[S]と反応したCaO量(kg/t)}/{溶銑に添加したCaO量(kg/t)}〕 ×100 --- (2)
従って、本発明においては、リサイクル脱硫スラグ比率は70%質量以下とすることが望ましい。
というのは、上吹き脱硫剤中に含まれるCaO量の比率が30質量%に満たないと、脱硫剤の分散効果が低下し、脱硫反応効率の点で問題が残るからである。なお、上吹き脱硫剤中に含まれるCaO量の比率の上限は95質量%程度とするのが好適である。
得られた結果を図5に示す。
同図に示したとおり、脱硫剤の上吹きランスからの供給速度W(flux)(単位:kg/(min・t))が1.6以下の条件下で脱硫反応効率が大きく向上し、逆に供給速度W(flux)が1.6超になると脱硫反応効率は漸減する傾向を示した。
得られた結果を図6に示す。
同図に示したとおり、脱硫反応効率は、ランス高さhとノズル径Dとの比h/Dが48.0以下の場合、すなわち次式(3)
h≦48.0×D --- (3)
の関係を満足する場合に向上することが判明した。
その結果、脱硫剤粒子が溶銑浴面に到達したとき、粒子が浸入するか否かは、ランス高さとノズル径が大きく関与し、図7に示すように、h/D=48.0を臨界値として、h/D≦48.0とすることにより、溶銑浴面に到達した脱硫剤粒子が溶銑中に効果的に浸入し、それが回転撹拌によって溶銑中に広く分散するようになることが判明した。
その結果、図8に示すように、溶銑浴面到達時のガスの流速を10m/s以上とすることにより、脱硫反応効率が向上することが判明した。
また、このときのノズル径、ランス高さの条件と、ノズル出口におけるガス流速との関係を整理すると図9に示すようになり、ノズル出口でのガス流速Ug (m/s)と、ランス高さとノズル径の比h/Dとが1.67以上の場合に脱硫反応効率が向上することが判明した。
そこで、上述したところと同様に、キャリアガスにより噴出された脱硫剤粒子の運動に関して解析検討したところ、脱硫剤粒子が溶銑浴面に到達したとき、粒子が浸入する臨界条件として、ノズル出口でのガス流速Ug(m/s)が、次式(4)
Ug(m/s)≧1.67×h/D --- (4)
を満足する場合に脱硫剤粒子が溶銑中に効果的に浸入し、それが回転撹拌によって溶銑中に広く分散するようになることが解明された。
また、溶銑浴面に到達した脱硫剤粒子を溶銑中に効果的に浸入させ、それを回転撹拌によって溶銑中に広く分散させるためには、ランス高さとノズル径の比h/Dが48.0以下とするようにランス高さを決定し、さらにノズル出口でのガス流速Ug(m/s)とランス高さとノズル径の比h/Dが1.67以上となるようにガス流量を決定すると脱硫剤粒子の溶銑浴中への浸入がさらに促進されるため、脱硫のより一層の高効率化が期待できることが判明した。
また、上吹き添加する脱硫剤は、CaO中にホタル石(CaF2)を含有する系でも勿論効果があるが、今日の環境問題を鑑みるに脱硫剤の組成としてホタル石を用いない脱硫剤を使用することが望ましい。このとき、CaO粉に脱酸源を有するAl灰などを添加しても構わないが、CaO粉単体のみの使用でも十分な効果がある。
さらに、脱硫剤粉体を搬送するキャリアガスとしては、不活性ガス、非酸化性ガスおよび還元性ガスのいずれかの一種類以上を使用することができる。しかし、酸化性ガスは溶銑中の酸素ポテンシャルを上昇させ、脱硫に不利な条件となるため適当ではない。但し、酸化性ガスの含有量が微量な不活性ガスや非酸化性ガス、還元性ガスは十分に適用可能である。
溶銑搬送用の溶銑鍋1内に保持した約300tの溶銑8中にインペラ3を浸漬させ、脱硫剤9を溶銑浴面上に添加し、所定時間回転撹拌を行った。脱硫剤(T.CaO原単位換算値)の添加量は7.0kg/tとした。なお、脱硫剤としては、生石灰粉体および溶銑脱硫処理時に発生した脱硫スラグ(RS)を使用した。
実施水準を表4に示す。参考例1,2および発明例3〜7では、溶銑の浴面上に粉体吹き付け用ランスを降下させ 、回転撹拌中にキャリアガスとともに脱硫剤の上吹き添加を行った。なお、キャリアガスとしては窒素ガスを用いた。
参考例2は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグ(RS)を使用した。脱硫スラグ量は全CaO量の72%であり、脱硫スラグは処理前に一括で上置き添加した。残りのCaO粉は全て上吹き添加とした。
発明例3も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用した。脱硫スラグは全CaO量の30%であり、処理前に一括で上置き添加した。一方、CaO粉はその20%を上方からの一括上置き添加、80%を上吹き添加とした。
発明例4も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用した。脱硫スラグは全CaO量の60%であり、処理前に一括で上置き添加した。CaO粉はその全てを上吹き添加とした。
発明例5も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後に、CaO粉の上吹き添加を行った。このとき、脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。また、ランス高さh、ノズル径Dはそれぞれ0.7m、0.05m、ガス流量Qは5.0Nm3/minとした。従って、このときのノズル出口でのガスの流速Ugは42m/sである。
発明例6も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後に、CaO粉の上吹き添加を行った。このとき、脱硫剤供給速度:0.5kg/min・tで上吹き添加を行った。ランス高さh、ノズル径Dはh/D≦48を満足するようにそれぞれ0.5m、0.05mとした。また、ガス流量Qは5.0Nm3/minとした。
発明例7も、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグを処理前に一括上置き添加した後、CaO粉の上吹き添加を行った。脱硫剤供給速度は0.5kg/min・tとした。また、ランス高さh、ノズル径Dはh/D≦48を満足するようにそれぞれ0.5m、0.05mとした。さらに、ガス流量Qは10Nm3/minとした。従って、このときのノズル出口でのガスの流速Ugは1.67×h/D以上を満足する85m/sであった。
比較例2は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを用い、回転撹拌初期にこれらを一括して溶銑浴面上に上置き添加した。なお、脱硫スラグの比率は50%とした。
比較例3は、脱硫剤としてCaO粉を使用し、投入シュートからCaOを連続的に上置き添加した。脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。
比較例4は、脱硫剤としてCaO粉および脱硫スラグを使用し、脱硫スラグの比率は40%とした。脱硫スラグは回転撹拌初期に一括して溶銑浴面上に添加した。また、CaO粉については上吹きランスを用いず、投入シュートからCaOを連続的に上置き添加した。なお、脱硫剤供給速度は1.0kg/min・tとした。
・脱硫率(%)
={(処理前溶銑中S濃度−処理後溶銑中S濃度)/(処理前溶銑中S濃度)}×100 --- (4)
得られた結果を表5に示す。
また、1.6 kg/min・t以下のCaO供給速度の下で添加方法が(上置き+上吹き)添加である発明例6,7と、上置き添加のみの比較例3,4とを比較した場合、発明例の方で脱硫率がよくなっている。
また、参考例1と参考例2を比較すると、脱硫スラグを使用した参考例2の方が高い脱硫率が得られている。特に、脱硫スラグの比率を70%以下とした発明例3,4の場合には、参考例2と比較しても脱硫率の一層の向上が見られた。なお 、CaO粉体の全量を上吹き添加とした発明例4と一部の量を上置き添加とした発明例3とでは、脱硫効果はほぼ同等であった。
さらに、上吹き添加時のCaO供給速度を1.6kg/min・t以下に規定した発明例5は、参考例1,2および発明例3,4よりも脱硫率が良くなっており、またランス高さhがh/D≦48の条件を満足する発明例6は参考例1,2および発明例3〜5よりも脱硫率が良くなっている。
また、ガス流量Ugが1.67×h/D以上となるように設定した発明例7は、脱硫剤の分散が最も良く、脱硫剤の浴中浸入も向上したため、参考例1,2および発明例3〜6よりも脱硫率がさらに良くなっている。
2 誘導加熱コイル
3 インペラ羽根
4 回転シャフト
5 モータ
6 投入シュート
7 上吹きランス
8 溶銑
9 脱硫剤
10 ディスペンサー
Claims (5)
- 機械撹拌式溶銑脱硫装置を用いる溶銑の脱硫方法において、溶銑へ添加する脱硫剤を分割して添加するものとし、該脱硫剤の一部は溶銑処理容器に収容された溶銑浴面上に上置き添加する一方、残りの脱硫剤は撹拌羽根によって撹拌されている溶銑の浴面上に上吹きランスを介して搬送ガスとともに上吹き添加するに際し、
上置き添加する前記脱硫剤が、製鉄工程において副次的に発生する石灰(CaO)含有物質としての、機械撹拌式溶銑脱硫処理において発生した脱硫スラグであり、
前記溶銑処理容器内に投入する全脱硫剤に対する前記脱硫スラグの比率が、CaO換算で5質量%以上70質量%以下であることを特徴とする溶銑の脱硫方法。 - 上吹きランスを介して搬送用ガスと共に上吹き添加する前記脱硫剤の供給速度W(Flux)が 1.6(kg/min・t)以下であることを特徴とする請求項1に記載の溶銑の脱硫方法。
- 上吹き添加時における前記上吹きランスの高さh(m)がランスノズル径D(m)に対して
h≦48.0×D
の関係を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の溶銑の脱硫方法。 - 前記上吹きランスから供給する搬送ガスのランスノズル出口における流速Ug(m/s)を、ノズル径D(m)および上吹きランスの高さh(m)に応じて
Ug≧1.67×h/D
を満足する条件で供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。 - 上吹き添加する前記脱硫剤が、フッ素を含有しないものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の溶銑の脱硫方法。
Priority Applications (1)
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