JP5433955B2 - 溶銑への脱硫剤供給装置及び脱硫剤供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑への脱硫剤供給装置及び脱硫剤供給方法に係わり、詳しくは機械的撹拌手段を備えた取鍋に溶銑を保持し、該溶銑へ脱硫剤を添加して脱硫する技術に関する。

高炉から出銑された溶銑には、通常、鋼材の品質にマイナスの影響を与える不純成分としての硫黄が０．０１０〜０．０５０質量％程度含有されている。そのため、従来、製鋼工程の転炉操業では、要求される鋼材が許容される硫黄含有量（厳しいものでは、０．００１０質量％以下）に応じて、素材である溶銑の脱硫が行われていた。近年、この転炉での脱硫負荷を低減する等の理由で、転炉へ供給される溶銑の硫黄を予め除去する所謂「溶銑予備処理」が普及している。この溶銑予備処理による脱硫技術の一つに、図２に例示するように、機械的撹拌手段（インペラーと称する耐火物製の回転翼）１を備えた取鍋２に溶銑３を保持し、該溶銑３へ脱硫剤４を添加して撹拌することで脱硫するものがある。

この脱硫剤４としては、脱硫反応をＣａＯ＋Ｓ→（ＣａＳ）＋Ｏとして進行させるため、ＣａＯを主成分とした物質が用いられる。ここで、（ ）はスラグ中にあること、下線は溶銑中に溶解していることを表す。そして、この脱硫剤は高融点で溶け難いので、その滓化（スラグ化）を促進するために、滓化促進剤として蛍石（ＣａＦ_２）が混合されたり、あるいは同時に添加されることが多かった。

ところで、溶銑脱硫処理時に発生するスラグは、セメント原料や石灰源として高炉等にリサイクルされて再利用されているが、フッ素を含有しているので、それが土壌へ侵食すると、環境上の問題が生じる恐れがある。従って、フッ素の環境へ与える悪影響が強く叫ばれるようになっている今日では、蛍石を使用せずに脱硫することが切望される。

そこで、本出願人は、蛍石を添加せずに、脱硫剤を従来より細粒にして取鍋に保持した溶銑へ供給するようにしている。細粒であると、脱硫剤が滓化し易く、効率が良いからである。そのような脱硫剤の供給装置を例示したのが図２であり、貯蔵タンク５からスクリュー・フィーダー６で切り出した脱硫剤４としての生石灰を、気体で加圧したリフトタンク７と称する搬送手段を介して取鍋２の上方に配設したサービス・タンク８に送り、計量ホッパー９で投入量を調整してからシュート１０を経て、取鍋２へ自然落下させるものである。つまり、一言するならば、回転翼１を備えた取鍋２内に保持した溶銑３に自然落下で添加する脱硫剤４の搬送及び投入経路を備えた脱硫剤供給装置であった。

また、本出願人は、先に、粒、塊状の脱硫剤を添加するのに加えて、別の経路で反応性に優れた細粒の脱硫剤を上吹きランスを介して搬送用ガスで溶銑上に吹き付けて、脱硫する方法をも提案している（特許文献１参照）。

しかしながら、前者の脱硫剤供給装置（図２参照）では、溶銑３の上方からシュート１０を介して細粒の脱硫剤４を添加するが、シュート１０の落下端より溶銑３の表面まで距離があり、その空間で飛散して、溶銑３に到達する脱硫剤４の量が低下し、脱硫剤４の添加歩留りが著しく低下してしまったり、あるいは添加された脱硫剤が溶銑浴面上で凝集した後溶銑に浸入するので、反応界面積が小さく、脱硫効率が劣るという問題があった。また、後者の特許文献１記載の脱硫剤供給装置では、投射により、脱硫剤が凝集していない状態のまま溶銑浴面下に供給するので、細粒の脱硫剤の溶銑浴内での均一分散を図ることができる利点があるが、前者のような自然落下による脱硫剤供給設備を既に備えている脱硫装置の場合には、新たに脱硫剤投射用の設備全体を新設しなくては、そのような利点を享受することができない。そのため、建設のためのコストが嵩むという問題があった。
特開２００５−１７９６９０公報

本発明は、かかる事情に鑑み、小規模な設備改造だけで安価に、細粒の脱硫剤の添加歩留りを従来より向上可能な溶銑への脱硫剤供給装置及び脱硫剤供給方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
すなわち、本発明は、回転翼を備えた取鍋内に保持した溶銑に、貯蔵タンクに貯めた脱硫剤を切り出し、気体で加圧したリフト・タンクを介して、取鍋上方のサービス・タンクに送り、計量ホッパーで投入量を調整してからシュートを経て自然落下で添加する脱硫剤の搬送及び投入経路を備えた溶銑への脱硫剤供給装置において、前記貯蔵タンクの下流に前記脱硫剤の受け入れ容器を設け、該受け入れ容器から前記リフト・タンクに前記脱硫剤を気送する搬送経路の途中で脱硫剤の供給管を分岐して、別の搬送経路を形成する供給管を設けると共に、該分岐した供給管を経由して脱硫剤を溶銑に吹き付ける上吹きランスを前記取鍋の上方に追設することを特徴とする溶銑への脱硫剤供給装置である。この場合、前記自然落下で添加する搬送経路と前記別の搬送経路の各配管には、それぞれの配管内を通過する脱硫剤及び搬送用ガスの量を調整する流量調整弁を設けてなることが好ましい。

また、本発明は、回転翼を備えた取鍋に溶銑を保持し、回転翼で撹拌しつつ脱硫剤を添加して該溶銑の脱硫を行うに際して、請求項１記載の装置を用い、前記自然落下で添加する搬送経路と前記別の搬送経路とを用いて脱硫剤を供給し、前記上吹きランスを介しての溶銑への吹き付けを行うと共に、脱硫を行う前の除滓後に取鍋内に残留するスラグ量に応じて、前記シュートから脱硫剤を投入することを特徴とする溶銑への脱硫剤供給方法である。この場合、前記脱硫剤の粒径を１ｍｍ以下としたり、あるいは前記脱硫剤が、蛍石を含まないものであることが好ましい。さらに、前記上吹きランス先端の溶銑面からの高さｈ（ｍ）を、該上吹きランスのノズル径Ｄ（ｍ）に対して、ｈ≦４８．０Ｄとするのが一層良い。

本発明では、既存の装置に簡単な工夫を凝らすだけで、細粒の脱硫剤を溶銑中に吹き付ける機能を備えるようにしたので、滓化促進剤としてフッ素を含有する蛍石を用いずとも、効率良く溶銑の脱硫ができるようになる。また、脱硫剤の添加歩留りが従来より格段に向上する。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

既設の脱硫剤供給装置は、図２に示したように、貯蔵タンク５と、該貯蔵タンク５から切り出された脱硫剤４を搬送するスクリュー・フィーダー６と、該脱硫剤４を回転翼１を備えた取鍋２の上方に配設したサービス・タンク８に送るため、気体で加圧されたリフトタンク７と、前記サービス・タンク８の直下に設けられ、取鍋２への脱硫剤４の投入量を調整する計量ホッパー９と、計量された脱硫剤４を取鍋２へ自然落下させるシュート１０とからなる搬送及び投入経路を備えるものであった。

そこで、発明者は、溶銑への脱硫剤の添加歩留りを向上させるには、自然落下による飛散を低減させる必要があると考え、特許文献１に記載されているような溶銑への脱硫剤の吹き付けを加えることにした。ただし、引用文献１の脱硫剤供給装置のように、大掛かりな吹き付け用脱硫剤の搬送経路と自然落下させる脱硫剤の搬送経路とを２系列で個別に設けるのでは、設備費が増大するので、既設の装置の改造だけで小型化を図ることにした。

そして、図１に示すように、搬送経路の途中、つまり気送に必要な前記リフトタンク７の上流側で脱硫剤４の供給管を分岐させ、別の搬送経路を形成する分配手段１１を設けると共に、該分岐した方の脱硫剤４の供給管に、溶銑３に吹き付ける上吹きランス１２を前記取鍋２の上方に追設するようにしたのである。このような改造であれば、既設設備のレイアウトを大幅に変更する必要がなく、容易に行えるからである。

なお、本発明では、前記分配手段１１を特に限定するものではない。しかしながら、図１に示したような脱硫剤４の受け入れ容器１３と、該容器１３から切り出された脱硫剤４を気送する搬送用ガスを供給するコンプレッサー１４と、前記自然落下で添加する搬送経路と前記別の搬送経路の各配管内を通過する脱硫剤及び搬送用ガスの量を調整する流量調整弁１６とで形成するのが良い。このような分配手段１１は、粉体の気送手段としての利用実績があり、信頼性があるからである。また、本発明では、搬送及び投入経路で利用する脱硫剤の貯蔵容器、搬送手段、投入手段等も特に限定するものではない。例えば、貯蔵容器がホッパー、タンク等、搬送手段がスクリュー・フィーダー、チェーン・コンベアー等、シュートが樋状、平板状、円筒状等でのいずれであっても良いからである。

次に、上記した脱硫剤供給装置を用いる脱硫剤の供給方法を説明する。
それは、回転翼１を備えた取鍋２に溶銑３を保持し、回転翼１で撹拌しつつ脱硫剤４を添加して該溶銑３の脱硫を行うに際して、前記脱硫剤４の添加を、シュート１０を介した自然落下投入と、上吹きランス１２を介しての溶銑３への吹き付けとのいずれか一方、若しくは双方を併用して行うものである。

基本的には、脱硫剤の利用効率の高い、投射法を主として行う。すなわち、分配手段１１から上吹ランス１２に脱硫剤を供給し、シュート１０からの供給を停止する。なお、脱硫前の溶銑は、その前の、高炉スラグや溶銑脱珪スラグ等が残存しないように、予め除滓を行うが、１００％の除滓は困難である。除滓が不充分である場合には、そのようなスラグが、脱硫反応でスラグ中に移行したＣａＳを再度酸化し、Ｓが溶銑中に戻る、所謂「復硫」を生じせしめることになる。このような場合には、機械撹拌脱硫を行う前、あるいは行っている間に、シュートから脱硫剤を投入して、浴面上のスラグを改質（ＣａＯの添加によって塩基度を高め、復硫しがたい条件とすること）が好ましい。

また、本発明では、脱硫剤の吹き付け速度（搬送ガスの流速で評価）を１０（ｍ／秒）以上とする。１０ｍ／秒未満では、遅すぎて飛散防止効果が小さいからである。脱硫剤の吹付け速度の上限は特に定めるものでないが、高速化するためには、搬送ガスの供給圧を高めたり、ランス内の磨耗対策が難しくなるので、設備上の制約から１００ｍ／秒以下程度にとどめるのが良い。なお、上吹きランスの角度は特に限定しないが、通常は湯面に垂直で良い。

本発明で用いる脱硫剤としては、石灰系の生石灰（ＣａＯ）が好ましく、石灰石（ＣａＣＯ_３）やドロマイトを利用しても良い。また、脱硫処理後の取鍋から回収したスラグを再利用して使用しても良い（リサイクル脱硫という）。滓化促進剤としては、フッ素含有物質をできるだけ使用しない観点からは、アルミナ含有物質が好ましく使用できる。特にアルミニウムの精錬や溶解の際に発生するアルミ滓は、安価でしかも金属アルミニウム分を含むため、溶銑中の溶存酸素を低減し、脱硫反応に有利な還元雰囲気に保持する効果も得られるので、特に好ましく使用できる。なお、特にＳ含有量の上限が厳しく制限される超極低硫鋼（Ｓ含有量が５ｐｐｍ未満）を溶製するための溶銑については、環境に負荷を与えない程度の少量の蛍石を併用することを妨げない。また、脱硫剤の粒径を１ｍｍ以下とすると、反応界面積の増大と併せて、滓化の促進を図ることができるので、好ましい。

さらに、本発明では、上吹きランス先端の溶銑面からの高さｈ（ｍ）を、該上吹きランスのノズル径Ｄ（ｍ）に対して、ｈ≦４８．０Ｄとするのが一層良い。この条件を満足すると、先に出願人が特願２００７−２４９４２１号にて知見し開示したように、脱硫効率が高いからである。

本発明に係る図１の機械撹拌式脱硫装置を用い、溶銑３の予備脱硫処理を行った。取鍋２内の溶銑保持量は２８０トン（記号：ｔ）とした。この処理対象の溶銑３は、高炉から出銑された後、他の予備処理装置で脱珪及び脱燐が施されており、その平均組成は、［Ｓｉ］：０．２０〜０．５０質量％、［Ｃ］：４．０〜４．５質量％、［Ｍｎ］：０．１５〜０．３５質量％、［Ｐ］：０．０８０〜０．１５０質量％、［Ｓ］：０．０１０〜０．０４０質量％であり、脱硫時の溶銑の温度は１２５０〜１４００℃で、回転翼の回転数を８０〜１４０ｒｐｍとした。

脱硫剤４は、生石灰単未とし、粒径を１ｍｍ以下に調整したものである。搬送ガスとしては、流量５〜２０ｍ^３（標準状態）／分として不活性なアルゴン・ガスを用いた。なお、発明の効果を確認するため、図２に示した従来の脱硫剤供給装置を用い、脱硫剤４の自然落下で脱硫処理することも行った。この場合に用いる溶銑３は、上記した本発明のものと同一である。

操業結果を一括して表１に整理した。

なお、表１における脱硫剤４の添加歩留りは、下記で定義した値であり、溶銑３の脱硫効率は、脱硫処理前後の溶銑中Ｓの差を、処理開始前の溶銑中Ｓに対して百分率で示した値である。
脱硫効率（％）＝［処理後スラグ中ＣａＯ（ｋｇ／ｔ）］／［装入した脱硫剤中のＣａＯ（ｋｇ／ｔ）］×１００
ここで、脱硫剤にはリサイクルスラグを含めても良い。

表１より、本発明によれば、脱硫剤の添加歩留りが７０〜８５の範囲で、脱硫効率が６７〜９６％と、従来操業より非常に良い操業結果が達成されることが確認できた。

本発明に係る脱硫剤供給装置を示す側断面図である。 従来の脱硫剤供給装置を示す側断面図である。

符号の説明

１ 機械的撹拌手段（回転翼）
２ 取鍋
３ 溶銑
４ 脱硫剤
５ 貯蔵タンク
６ スクリュー・フィーダー
７ リフト・タンク
８ サービス・タンク
９ 計量ホッパー
１０ シュート
１１ 分配手段
１２ 上吹きランス
１３ 受け入れ容器
１４ コンプレッサー
１５ チェーン・コンベアー
１６ 流量調整弁

Claims (6)

1. 回転翼を備えた取鍋内に保持した溶銑に、貯蔵タンクに貯めた脱硫剤を切り出し、気体で加圧したリフト・タンクを介して、取鍋上方のサービス・タンクに送り、計量ホッパーで投入量を調整してからシュートを経て自然落下で添加する脱硫剤の搬送及び投入経路を備えた溶銑への脱硫剤供給装置において、
   前記貯蔵タンクの下流に前記脱硫剤の受け入れ容器を設け、該受け入れ容器から前記リフト・タンクに前記脱硫剤を気送する搬送経路の途中で脱硫剤の供給管を分岐して、別の搬送経路を形成する供給管を設けると共に、該分岐した供給管を経由して脱硫剤を溶銑に吹き付ける上吹きランスを前記取鍋の上方に追設することを特徴とする溶銑への脱硫剤供給装置。
2. 前記自然落下で添加する搬送経路と前記別の搬送経路の各配管には、それぞれの配管内を通過する脱硫剤及び搬送用ガスの量を調整する流量調整弁を設けてなることを特徴とする請求項１記載の溶銑への脱硫剤供給装置。
3. 回転翼を備えた取鍋に溶銑を保持し、回転翼で撹拌しつつ脱硫剤を添加して該溶銑の脱硫を行うに際して、
   請求項１記載の装置を用い、前記自然落下で添加する搬送経路と前記別の搬送経路とを用いて脱硫剤を供給し、前記上吹きランスを介しての溶銑への吹き付けを行うと共に、脱硫を行う前の除滓後に取鍋内に残留するスラグ量に応じて、前記シュートから脱硫剤を投入することを特徴とする溶銑への脱硫剤供給方法。
4. 前記脱硫剤の粒径を１ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３記載の溶銑への脱硫剤供給方法。
5. 前記脱硫剤が、蛍石を含まないものであることを特徴とする請求項３又は４記載の溶銑への脱硫剤供給方法。
6. 前記上吹きランス先端の溶銑面からの高さｈ（ｍ）を、該上吹きランスのノズル径Ｄ（ｍ）に対して、ｈ≦４８．０Ｄとすることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の溶銑への脱硫剤供給方法。

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