JP5949637B2 - 脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、脱硫処理を施した溶銑に対して次工程の脱炭精錬などを行って溶銑から溶鋼を溶製する工程において、溶銑の脱硫処理時に生成し、脱硫処理後に溶銑中に懸濁するなどして処理容器内に残留する脱硫スラグに起因する復硫を防止する方法に関する。

近年、鋼材の高純度化や高機能化のニーズ増大により、極低硫及び／または極低燐の鋼種の比率が高まっている。このような環境下、製鋼工程では、コスト上昇やスラグ発生量の増加を招くことなく、極低硫及び／または極低燐の鋼種を溶製する技術が必要となっている。

低硫鋼や極低硫鋼を溶製する場合、溶銑段階で脱硫処理が行われ、この脱硫処理後には脱硫処理によって生成した、硫黄含有量の高い脱硫スラグが処理容器から排出され、その後、処理容器内の溶銑は、次工程の脱燐処理や脱炭精錬に供される。この場合、脱硫スラグは処理容器から排出されるが、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグは次工程に持ち越され、また、処理容器の側壁に付着した脱硫スラグも次工程に持ち越される場合がある。次工程に持ち越された脱硫スラグに含有される硫黄は、脱硫処理が還元精錬であるのに対して次工程の脱燐処理及び脱炭精錬は酸化精錬であることから、酸化されて溶銑或いは溶鋼に戻り、溶銑或いは溶鋼の硫黄濃度が上昇する、所謂「復硫」が発生する。

復硫によって溶銑或いは溶鋼の硫黄濃度が高くなり、硫黄の成分規格を満足できない場合には、転炉での脱炭精錬後の二次精錬で溶鋼中の硫黄を除去することが必要となる。二次精錬として行う溶鋼脱硫精錬は、溶銑の脱硫処理に比較して製造コストが高いのみならず、予定していなかった溶鋼脱硫精錬を行う必要が生じた場合は当然のこととして、本来、溶鋼脱硫精錬を行う前提の場合にも、溶鋼中硫黄濃度が高くなると、増加した分の硫黄を除去するために相当する分の精錬時間を延長する必要が生じ、生産性が低下する。

即ち、低硫鋼や極低硫鋼を安定して溶製しようとする場合には、脱硫処理後の溶銑の復硫を防止し、溶銑の硫黄濃度を溶銑脱硫処理終了時の値に維持することが極めて重要となる。

従来、溶銑の脱硫処理は、ＣａＯ系脱硫剤を溶銑中にインジェクションする方法や、機械攪拌式脱硫装置を用いてＣａＯ系脱硫剤と溶銑とを攪拌・混合する方法、或いは、金属Ｍｇ系脱硫剤を溶銑中にインジェクションする方法などが一般的である。ここで、機械攪拌式脱硫装置とは、複数個の羽根を有するインペラー（「回転翼」、「撹拌翼」とも呼ぶ）を溶銑内に浸漬させ、このインペラーを回転させて溶銑と脱硫剤とを撹拌して脱硫する装置である。

これらの脱硫処理においては、脱硫剤の反応効率を向上させるために、インジェクション或いは機械攪拌によって脱硫剤を溶銑中に分散させている。分散状態が良好な場合には、脱硫反応は効率的に行われるが、分散状態が良好な場合ほど、微細な脱硫スラグが溶銑中に懸濁することになり、分散した脱硫スラグの粒径が小さい場合には溶銑から浮上し難い状態になる。脱硫処理後に溶銑を長時間に亘って静置すれば、溶銑中に懸濁した微細な脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させて処理容器から除去することができるが、長時間の静置は生産性の低下及び溶銑温度の低下を招くことから、このような処置は工程的には行われない。

精錬工程では、溶鋼中に懸濁する酸化物系非金属介在物の浮上を促進させることを目的として、取鍋内やタンディッシュ内の溶鋼に攪拌用ガスを吹き込む手法は広く行われており、また、溶銑の脱硫処理においても、攪拌用ガスを利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１における攪拌用ガスの吹き込みは、溶銑中に吹き込まれた脱硫剤の浮上過程における反応界面積を増加させることを目的としており、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグの浮上分離を促進させ、脱硫処理後の溶銑の復硫を防止するという技術ではない。

また、復硫防止を目的とする技術も提案されている。例えば、特許文献２には、転炉型反応容器を用いて溶銑の脱珪処理と脱硫処理とを連続して行う際に、脱珪スラグを排滓することなく、次いで、脱硫剤を溶銑中に吹き込んで脱硫処理を行う技術が提案されている。特許文献２によれば、脱硫スラグは脱珪スラグと脱硫剤との双方で形成され、脱硫スラグ中の硫黄濃度が低下し、その後の工程での脱硫スラグからの復硫が抑制されるとしている。しかしながら、特許文献２は、溶銑上に滞留する脱硫スラグからの復硫を防止する技術であり、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグの浮上分離を促進させるという技術ではない。

また、特許文献３には、脱硫処理で生成した脱硫スラグを除去することなく、脱硫処理に引き続いて脱珪処理及び／または脱燐処理を連続して行う際に、脱珪処理及び脱燐処理では、生成するスラグの塩基度を高く調整し、脱珪処理及び脱燐処理での復硫を防止するという技術が提案されている。しかしながら、特許文献３も、溶銑上に滞留する脱硫スラグからの復硫を防止する技術であり、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグの浮上分離を促進させるという技術ではない。

即ち、従来、脱硫処理後に溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグの浮上分離を促進させ、脱硫処理後の溶銑の復硫を防止するという技術は提案されていない。

尚、脱硫処理後の溶銑に攪拌用ガスを吹き込めば、溶鋼中に懸濁する酸化物系非金属介在物と同様に、懸濁している微細な脱硫スラグは浮上分離すると考えられる。しかしながら、脱硫処理後の溶銑に攪拌用ガスを吹き込めば、溶銑の温度低下を招くという問題が生じる。また、脱硫処理後の溶銑に攪拌用ガスを吹き込む方法を採用した場合、脱硫剤を溶銑中にインジェクションして行う脱硫処理を定常的に行っている場合には新たな攪拌用ガスのインジェクション設備は不要であるが、機械撹拌式脱硫装置を用いて脱硫処理を行っている場合には、新たに攪拌用ガスのインジェクション設備が必要となるという問題もある。

特開平８−２６９５１９号公報 特開２００２−３０３２０号公報 特開昭６３−８６８１０号公報

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系脱硫剤を用いて機械攪拌式脱硫装置で脱硫処理を施した溶銑に対して次工程の脱炭精錬などを行って溶銑から溶鋼を溶製する工程において、溶銑の脱硫処理時に生成し、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグ或いは処理容器の側壁に付着した脱硫スラグに起因する復硫を防止する方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］処理容器内の溶銑の静止湯面からこの溶銑に浸漬させたインペラーの回転によって形成される渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも大きくなるように設定した条件で、インペラーを回転させて処理容器内の溶銑とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌して溶銑を脱硫処理し、当該脱硫処理後、前記静止湯面から渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも小さくなるように、インペラーの設置位置及び／またはインペラーの回転数を変更し、この変更した条件下で前記インペラーによって溶銑を攪拌して、溶銑中に懸濁する脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させ、浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、処理容器内の溶銑を次工程に搬送することを特徴とする、脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
［２］前記静止湯面から渦中心の凹みまでの距離を下記の（１）式〜（４）式によって算出することを特徴とする、上記［１］に記載の脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。

但し、これらの式において、Ｈは、溶銑の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離（ｍ）、Ｎは、インペラーの回転数（回／分）、Ｄは、処理容器の内径（ｍ）、θは、インペラーの羽根の傾斜角（rad）、ｂは、インペラーの高さ（ｍ）、ｄは、インペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_Pは、インペラーの羽根枚数、ｇは、重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅは、レイノズル数（−）、ρは、溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。
［３］前記インペラーの底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴深さの１／２以上の深い位置とすることを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
［４］処理容器の中心からインペラー回転軸の中心までの水平距離をＲとしたときに、水平距離（Ｒ）が処理容器の内径（Ｄ）に対して０．１４×Ｄ以上０．３６×Ｄ以下の範囲内となるように、前記インペラーを前記処理容器の中心に対して偏心して設置した状態で、脱硫処理後に前記変更した条件下でインペラーを回転させることを特徴とする、上記［１］ないし上記［３］の何れか１項に記載の脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
［５］脱硫処理後、生成した脱硫スラグを前記処理容器から排出し、その後、前記変更した条件下でインペラーによって溶銑を攪拌することを特徴とする、上記［１］ないし上記［４］の何れか１項に記載の脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。

本発明によれば、機械攪拌式脱硫装置でＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理を施した溶銑に対して次工程の脱燐処理や脱炭精錬を行って溶銑から溶鋼を溶製する工程において、脱硫処理後、インペラーの回転によって生成する渦がインペラー上端位置に到達しない条件で溶銑を撹拌するので、つまり、非巻込み条件で溶銑を攪拌するので、溶銑の脱硫処理時に生成し、脱硫処理後に溶銑中に懸濁するなどして処理容器内に残留する脱硫スラグは強制的に浮かび上げられ、そして、強制的に浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、溶銑を次工程の脱燐処理や脱炭精錬に供するので、脱燐処理や脱炭精錬を実施する際には復硫の原因となる脱硫スラグの大半が除去されており、脱燐処理や脱炭精錬における復硫を低減することが実現される。これによって、溶鋼段階で二次精錬としての脱硫精錬を施さなくても低硫鋼や極低硫鋼の溶製が可能となり、従来に比較して大幅に製造コストの削減並びに生産性の向上が達成される。

機械攪拌式脱硫装置においてインペラーで攪拌して渦を形成させたときの概要図である。 インペラー設置位置の偏心率と復硫量との関係を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

機械攪拌式脱硫装置におけるＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理では、反応界面積を高めるべく、インペラーによってＣａＯ系脱硫剤と溶銑とを処理容器内で攪拌し、ＣａＯ系脱硫剤を溶銑中に分散させている。溶銑中の硫黄と、溶銑中に分散したＣａＯ系脱硫剤とが、「ＣａＯ＋Ｓ→ＣａＳ＋Ｏ」の反応式に沿って反応し、ＣａＳを含有する、硫黄濃度の高い脱硫スラグが生成する。この脱硫スラグは、一般的には、脱硫処理終了時に溶銑浴面上に浮上し、溶銑浴面は脱硫スラグで覆われる。溶銑浴面を覆う脱硫スラグは、脱硫処理後にスラグ掻き出し機などによって処理容器から排出され（「脱硫スラグ排滓工程」と呼ぶ）、そして、脱硫スラグ排滓工程後に、処理容器内の溶銑は次工程の脱燐処理工程や脱炭精錬工程に搬送される。

但し、脱硫スラグの溶銑中における浮上速度は、ストークスの法則に則って脱硫スラグの粒径に比例することから、溶銑中に懸濁する微細な脱硫スラグの浮上速度は遅く、微細な脱硫スラグは溶銑中に懸濁した状態のまま脱硫処理が終了する。また、処理容器内壁に付着した脱硫スラグも浮上しにくく、処理容器内壁に付着した脱硫スラグも脱硫処理終了時にはそのまま残留する。つまり、溶銑中に懸濁した微細な脱硫スラグ及び処理容器内壁に付着した脱硫スラグの大半は、上記の脱硫スラグ排滓工程では、処理容器から排出されず処理容器内に残留する。

次工程の脱燐工程や脱炭精錬は酸化精錬であるので、脱硫スラグ排滓工程時に処理容器から排出されず処理容器内に残留した脱硫スラグが、脱燐処理工程や脱炭精錬工程に持ち越されると、脱硫スラグ中のＣａＳが酸化されてＣａＯが生成し、ＣａＳから解離した硫黄（Ｓ）が溶銑或いは溶鋼に移行し、溶銑或いは溶鋼の硫黄濃度が上昇する復硫が発生する。

本発明者らは、この復硫の防止を目的として、溶銑中に懸濁した微細な脱硫スラグ及び処理容器内壁に付着した脱硫スラグの浮上分離を促進させることを検討した。その結果、機械攪拌式脱硫装置における脱硫処理では、溶銑浴面に供給された、溶銑よりも比重の小さいＣａＯ系脱硫剤を溶銑に巻き込ませるべく、回転するインペラーによって溶銑浴面に形成される渦の中心位置での凹み深さが、インペラー上端位置（羽根の上面位置）の深さよりも深い位置になるように、インペラーで溶銑を攪拌しているが、渦の中心位置での凹み深さがインペラー上端位置の浸漬深さよりも浅い位置になる条件で攪拌すれば、ＣａＯ系脱硫剤は溶銑中に巻き込まれず、逆に、溶銑中の脱硫スラグの浮上が促進されることを見出した。

尚、本発明では、回転するインペラーによって形成される渦の形状及びインペラーの設置位置を特定するために、「インペラーによって溶銑浴面に形成される渦の中心位置での凹み深さ」とは、「処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離」で定義し、また、「インペラー上端位置の浸漬深さ」とは、「処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止湯面からインペラー上端位置（羽根の上面位置）までの距離」で定義する。

つまり、インペラーを用いた脱硫処理後に、渦の中心位置での凹み深さ（以下、「渦中心の凹み深さ」と記す）がインペラー上端位置の浸漬深さよりも小さくなる条件で攪拌すれば、溶銑中に懸濁している微細な脱硫スラグの浮上分離が促進され、同時に、攪拌によって処理容器内壁に付着した脱硫スラグの内壁からの分離が促進されることから、処理容器内壁に付着した脱硫スラグの浮上も促進され、後工程の脱燐処理工程や脱炭精錬工程における復硫を防止できるとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、本発明では、渦の中心位置での凹み深さがインペラー上端位置の浸漬深さよりも大きくなる条件で攪拌して行う機械撹拌式脱硫装置における脱硫処理後、渦中心の凹み深さがインペラー上端位置の浸漬深さよりも小さくなる条件で、溶銑に浸漬させたインペラーを用いて溶銑を攪拌し、これにより、溶銑中に懸濁する脱硫スラグ或いは処理容器内壁に付着した脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させる。そして、浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、処理容器内の溶銑を次工程の脱燐処理工程及び脱炭精錬工程に搬送する。ここで、本発明では、脱硫処理後に行う、渦中心の凹み深さがインペラー上端位置の浸漬深さよりも小さくなる条件で溶銑を攪拌して溶銑中に懸濁する脱硫スラグ或いは処理容器内壁に付着した脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させる処理を、「脱硫スラグ浮上分離工程」と呼ぶ。

本発明では、溶銑中に懸濁する脱硫スラグ或いは処理容器内壁に付着する脱硫スラグが処理容器から除去されることで、次工程の脱燐処理工程及び脱炭精錬工程に持ち越される脱硫スラグが減少し、脱燐処理工程や脱炭精錬工程における復硫が抑制される。

この場合、脱硫スラグ浮上分離工程において、渦中心の凹み深さがインペラー上端位置の浸漬深さよりも小さいことは目視でも確認できるが、渦中心の凹み深さは、インペラーの形状、処理容器の形状及びインペラーの回転数などの攪拌条件から算出することができることを、本発明者らは提案している（特許第４９９８６７６号を参照）。

図１に、機械攪拌式脱硫装置においてインペラーで溶銑を攪拌して渦を形成させたときの概要を示す。図１において、１は処理容器である溶銑鍋、２は溶銑、３は複数の羽根を有するインペラー、４はインペラーの回転軸、５は溶銑の静止湯面、Ｈは渦中心の凹み深さ、ｈはインペラー上端位置の浸漬深さであり、内径がＤである溶銑鍋１に収容された溶銑２に、回転直径がｄ、高さがｂ、羽根の傾斜角がθであるインペラー３を浸漬させて溶銑２を攪拌する様子を示している。但し、溶銑２の静止湯面５は、インペラー３を溶銑２に浸漬させた時の湯面レベルである。溶銑２にはインペラー３の回転軸４を中心とする渦が形成され、この渦中心の凹み深さ（Ｈ）は静止湯面５からの距離として解析し、また、インペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）は静止湯面５からの距離として解析する。

機械攪拌式脱硫装置の水モデル実験装置を用いて、種々の攪拌条件における渦中心の凹み深さ（Ｈ）を測定し、インペラーの回転数、処理容器の内径（Ｄ）、インペラーの回転直径（ｄ）、インペラーの高さ（ｂ）、インペラーの羽根の傾斜角（θ）などを用いて、渦中心の凹み深さ（Ｈ）を計算式により求めた。その結果、渦中心の凹み深さ（Ｈ）は、下記の（１）式〜（４）式を用いることで算出できることを見出した。但し、（１）式〜（４）式において、Ｈは渦中心の凹み深さ（ｍ）、Ｎはインペラーの回転数（回／分）、Ｄは処理容器の内径（ｍ）、θはインペラーの羽根の傾斜角（rad）、ｂはインペラーの高さ（ｍ）、ｄはインペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_Pはインペラーの羽根枚数、ｇは重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅはレイノズル数（−）、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。

この水モデル実験において得られた、（１）式〜（４）式を用いて計算される静止湯面からの渦中心の凹み深さ（Ｈ）と、実機での溶銑２における渦中心の凹み深さ（Ｈ）の実測値とを比較した結果、両者は良く一致しており、インペラー３を用いた溶銑２の攪拌において、実測しなくても上記の式を用いて渦中心の凹み深さ（Ｈ）が推定可能であることを確認した。また、処理容器やインペラーのサイズ、溶銑の処理量、インペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）を変化させた場合にも同様の結果が得られることを確認した。

つまり、本発明者らは、静止湯面５を基準とする渦中心の凹み深さ（Ｈ）は、上記（１）式〜（４）式に示すように、処理容器のサイズ、溶銑の処理量、インペラーの形状及び回転数、溶銑の物性値などによって一義的に決定されることを確認した。

従って、本発明において、脱硫処理では、（１）式〜（４）式で算出される渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなる条件で溶銑２を攪拌し、脱硫処理後の脱硫スラグ浮上分離工程では、（１）式〜（４）式で算出される渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも小さくなる条件で溶銑２を攪拌すればよい。

溶銑２の脱硫処理は、処理容器として溶銑鍋１或いは装入鍋のような取鍋型の容器を用い、取鍋型の処理容器に収容された溶銑２にインペラー３を浸漬し、このインペラー３を回転させて溶銑２とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌して実施する。使用するＣａＯ系脱硫剤としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、ドロマイト（ＣａＯ−ＭｇＯ）や、これらに蛍石（ＣａＦ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのＣａＯ滓化促進剤を５〜３０質量％程度混合させたものなどを使用することができる。

この脱硫処理後、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも小さくなる条件で溶銑２を攪拌する。この条件を満たすためには、（１）式〜（４）式からも明らかなように、インペラーの回転数（Ｎ）を低下させればよいことがわかる。（１）式〜（４）式において、処理容器及びインペラー３を変更しない限り、その他の条件は変えることができない。また、渦中心の凹み深さ（Ｈ）が脱硫処理時と同一であって、インペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）を渦中心の凹み深さ（Ｈ）よりも大きくすれば、目的とする脱硫スラグ浮上分離工程を行うことができる。

従って、本発明では、インペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）を大きくする、及び／またはインペラーの回転数（Ｎ）を低下して、脱硫スラグ浮上分離工程を実施する。この脱硫スラグ浮上分離工程を行う際に、脱硫処理中の撹拌状態から、一旦インペラー３の回転を停止させ、その後、インペラー３の浸漬位置を深くする、及び／または、インペラー３を再び低速で回転させてもよいし、脱硫処理中の撹拌状態から、インペラー３の回転数を低減する、または、インペラー３の回転数を低減していき、所定の回転数になった以降、インペラー３の浸漬位置を深くしてもよい。

脱硫スラグ浮上分離工程において、インペラー３の底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑２にインペラー３を浸漬させたときの溶銑２の静止状態の浴深の１／２の位置或いは浴深の１／２よりも深い位置にすることで、より高い脱硫スラグの浮上分離効果が得られる。また、その際のインペラー３の回転数は、回転数を低下しすぎると、インペラー下部に生成する下降流の流速が減少し、脱硫スラグの浮上分離効果が低減してしまうので、インペラー３の回転により生じる渦により脱硫スラグが溶銑内に巻込まれない程度の低速回転が望ましい。

また、脱硫スラグ浮上分離工程において、インペラー３の設置位置を処理容器の中心に対して偏心させると、より高い脱硫スラグの浮上分離効果が得られる。インペラー３の設置位置を偏心させる方法としては、インペラー３の回転装置（図示せず）の位置を移動させてもよいし、処理容器を移動させることにより相対的にインペラー３の設置位置を偏心させてもよい。

脱硫スラグ浮上分離工程における撹拌時間は、長いほど有効であるが、長時間の実施は、処理時間の延長を招くため、３０秒以上３分以下とすることが好ましい。３０秒以上３分以下で十分な効果が得られる。

強制的に浮上させた脱硫スラグの処理容器からの除去方法としては、溶銑２が流出しない程度に処理容器を傾動させ、スラグ掻き出し機などを用いて機械的に描き出す方法、或いは、真空式スラグ除去装置を用いて吸引・除去する方法などを用いることができる。脱硫スラグを排出した後は、溶銑温度の低下を防止するために、処理容器内に保温剤を添加することが好ましい。

尚、使用する溶銑２は、高炉やシャフト炉で溶製された溶銑であり、脱硫処理を施す前に、脱珪処理や脱燐処理が施されていても構わない。

以上説明したように、本発明によれば、機械攪拌式脱硫装置でＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理を施した溶銑に対して次工程の脱燐処理や脱炭精錬を行って溶銑から溶鋼を溶製する工程において、脱硫処理後、インペラーの回転によって生成する渦がインペラー上端位置に到達しない条件で溶銑を撹拌するので、つまり、非巻込み条件で溶銑を攪拌するので、溶銑の脱硫処理時に生成し、脱硫処理後に溶銑中に懸濁するなどして処理容器内に残留する脱硫スラグは強制的に浮かび上げられ、そして、強制的に浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、溶銑を次工程の脱燐処理や脱炭精錬に供するので、脱燐処理や脱炭精錬を実施する際には復硫の原因となる脱硫スラグの大半が除去されており、脱燐処理や脱炭精錬における復硫を低減することが実現される。

鋼製品の硫黄濃度規格が０．００２４質量％以下である低硫鋼を溶製するにあたり、（１）渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなる条件で溶銑を攪拌して溶銑鍋内の溶銑の脱硫処理を行い、この脱硫処理後、溶銑鍋内の溶銑浴面を覆う脱硫スラグを除去し、脱硫スラグを除去した後、脱硫スラグ浮上分離工程を行わずに、直ちに、次工程の脱燐処理工程及び脱炭精錬工程を経て低硫鋼を溶製する従来溶製方法と、（２）渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも大きくなる条件で溶銑を攪拌して溶銑鍋内の溶銑の脱硫処理を行い、この脱硫処理後、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも小さくなる条件で溶銑を攪拌する脱硫スラグ浮上分離工程を行い、この脱硫スラグ浮上分離工程後に溶銑鍋内の脱硫スラグを除去し、その後、次工程の脱燐処理工程及び脱炭精錬工程を経て低硫鋼を溶製する溶製する本発明溶製方法とを、それぞれ１５０チャージづつ実施し、脱炭精錬終了時の溶鋼中硫黄濃度を比較する試験を行った。脱炭精錬終了時の溶鋼中硫黄濃度に差が生じれば、それは復硫量が異なることに起因する。

具体的な試験方法は、ＣａＯ系脱硫剤としてＣａＯ−ＣａＦ₂脱硫剤を使用し、機械攪拌式脱硫装置で溶銑の脱硫処理を行って溶銑の硫黄濃度を０．００１０質量％まで低下させた。使用したインペラーは、回転直径（ｄ）が１．４ｍ、インペラーの高さ（ｂ）が０．８ｍで、４枚の羽根を有し、羽根に傾斜角度のないもの（θ＝π／２）である。用いた溶銑の脱硫処理前の化学成分は、Ｃ：３．５〜５．０質量％、Ｓｉ：０．１〜０．３質量％、Ｓ：０．０２５〜０．０３５質量％、Ｐ：０．１０〜０．１５質量％で、溶銑温度は１２５０〜１３５０℃の範囲であった。脱硫処理は、処理容器として２５０〜３５０トンの溶銑が収納可能な溶銑鍋（内径Ｄ＝３．９ｍ）を用い、処理対象の溶銑量は約３００トンとした。用いた脱硫剤の原単位は５．０〜７．５ｋｇ／溶銑-tonとした。

従来溶製方法では、溶銑浴面を覆う脱硫スラグの溶銑鍋からの除去、溶銑鍋から装入鍋への溶銑の装入、装入鍋から転炉への溶銑の装入、転炉での溶銑の脱燐処理、脱燐処理後の装入鍋への出湯、出湯後の脱燐スラグの装入鍋からの除去、装入鍋から転炉への溶銑の装入、転炉での溶銑の脱炭精錬を、この順に行った。

一方、本発明溶製方法では、脱硫処理後、脱硫スラグの浮上分離、浮上した脱硫スラグの溶銑鍋からの除去、溶銑鍋から装入鍋への溶銑の装入、装入鍋から転炉への溶銑の装入、転炉での溶銑の脱燐処理、脱燐処理後の装入鍋への出湯、出湯後の脱燐スラグの装入鍋からの除去、装入鍋から転炉への溶銑の装入、転炉での溶銑の脱炭精錬を、この順に行った。

本発明溶製方法での脱硫スラグ浮上分離工程では、インペラーを溶銑鍋の中心位置に設置し、且つ、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止湯面からインペラー底面までの距離（Ｚ_ｉ）が、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴高さ（Ｚ_０）の０．３０倍〜０．７０倍となる位置にインペラーを設置し、且つ、（１）式〜（４）式を用いて、渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも小さくなるように、インペラーの回転数を求め、求めた回転数でインペラーを回転させた。渦中心の凹み深さ（Ｈ）がインペラー上端位置の浸漬深さ（ｈ）よりも明らかに小さくなることが目視で確認できる場合には、（１）式〜（４）式を用いずにインペラーの回転数を設定した。

表１に、従来溶製方法及び本発明溶製方法における復硫量の平均値を示す。復硫量は、脱炭精錬終了時の溶鋼中硫黄濃度と脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度との差とした。

従来溶製方法では、復硫によって溶鋼中硫黄濃度は上昇し、復硫量は、試験した１５０チャージの平均で０．００３８質量％であったのに対し、本発明溶製方法では、復硫量は平均で０．００１４質量％であり、著しく低減していた。

従来溶製方法では、転炉出鋼時の硫黄濃度が規格値を上回ったチャージがあり、転炉からの出鋼後、取鍋精錬設備（ＬＦ設備）において取鍋内の溶鋼に対して脱硫精錬を実施する必要が生じた。しかし、本発明溶製方法では、全チャージで脱炭精錬後の溶鋼中硫黄濃度を、低硫鋼種の規格値の０．００２４質量％以下に制御できることが確認できた。従って、本発明溶製方法では、出鋼後の取鍋精錬設備（ＬＦ設備）における脱硫精錬を完全に省略することが可能であった。

更に、本発明溶製方法における脱硫スラグ浮上分離工程において、溶銑鍋の中心位置に対してインペラーを偏心して設置し、インペラーの設置位置、つまり、設置位置の偏心率が復硫量に及ぼす影響を調査する試験を行った。インペラー設置位置の偏心率は、処理容器の中心からインペラーの回転軸の中心までの水平距離（Ｒ）の処理容器の内径（Ｄ）に対する比率で評価した。０．５×Ｄは処理容器の半径となる。

この試験では、インペラーの浸漬深さの影響を無視するために、インペラー底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止湯面からインペラー底面までの距離（Ｚ_ｉ）と、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴高さ（Ｚ_０）との比（Ｚ_ｉ／Ｚ_０）が０．４０となる位置に固定した。また、インペラーの回転数も全ての試験で同一とした。

表２に、インペラーを偏心させたときの復硫量を示す。また、図２に、インペラー設置位置の偏心率と復硫量との関係を示す。

表２及び図２に示すように、インペラーを偏心させることにより、復硫量が異なることがわかった。また、インペラー設置位置の偏心率が０．１４〜０．３６の範囲内である本発明例３、５〜８では、復硫量は０．０００５〜０．０００８質量％であって０．００１０質量％未満となり、インペラー設置位置の偏心率がこの範囲以外である本発明例１、２、４、９の復硫量（復硫量＝０．００１３〜０．００１６質量％）と比較して半分相当まで復硫量が低減しており、インペラー設置位置の偏心率が０．１４〜０．３６の範囲で、特に、復硫量が低減することがわかった。

また更に、本発明溶製方法における脱硫スラグ浮上分離工程において、インペラーの浸漬深さの復硫量に及ぼす影響を調査する試験を行った。この試験では、インペラー底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止湯面からインペラー底面までの距離（Ｚ_ｉ）と、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴高さ（Ｚ_０）との比（Ｚ_ｉ／Ｚ_０）が、それぞれ、０．６５、０．６０、０．５０となる位置とした。また、インペラーの回転数は本発明例１〜９と同一とした。

表３に、試験結果を示す。表３では、インペラー浸漬深さの復硫量に及ぼす影響を比較するために、表２に示した本発明例１〜３の結果を併せて示す。

比（Ｚ_ｉ／Ｚ_０）が０．５０以上となるようにインペラーを設置した本発明例１０〜１２では、インペラーの浸漬深さ以外は同一である、それぞれ本発明例１〜３に比較して復硫量が少ないことがわかった。即ち、インペラーの底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴深さの１／２以上の深い位置とすることで、復硫量を低減できることが確認できた。

１ 溶銑鍋
２ 溶銑
３ インペラー
４ 回転軸
５ 静止湯面

Claims (3)

1. 処理容器内の溶銑の静止湯面からこの溶銑に浸漬させたインペラーの回転によって形成される渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも大きくなるように設定した条件で、インペラーを回転させて処理容器内の溶銑とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌して溶銑を脱硫処理し、
   当該脱硫処理後、前記インペラーの底面の浸漬位置を、処理容器内の溶銑にインペラーを浸漬させたときの溶銑の静止状態の浴深さの１／２以上の深い位置とした状態で、前記静止湯面から渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも小さくなるように、インペラーの設置位置及び／またはインペラーの回転数を変更し、この変更した条件下で前記インペラーによって溶銑を攪拌して、溶銑中に懸濁する脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させ、
   浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、処理容器内の溶銑を次工程に搬送することを特徴とする、脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
2. 処理容器内の溶銑の静止湯面からこの溶銑に浸漬させたインペラーの回転によって形成される渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも大きくなるように設定した条件で、インペラーを回転させて処理容器内の溶銑とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌して溶銑を脱硫処理し、
   当該脱硫処理後、処理容器の中心からインペラー回転軸の中心までの水平距離をＲとしたときに、水平距離（Ｒ）が処理容器の内径（Ｄ）に対して０．１４×Ｄ以上０．３６×Ｄ以下の範囲内となるように、前記インペラーを前記処理容器の中心に対して偏心して設置した状態で、前記静止湯面から渦中心の凹みまでの距離が、前記静止湯面からインペラー上端までの距離よりも小さくなるように、インペラーの設置位置及び／またはインペラーの回転数を変更し、この変更した条件下で前記インペラーによって溶銑を攪拌して、溶銑中に懸濁する脱硫スラグを溶銑浴面に浮上させ、
   浮上させた脱硫スラグを処理容器から排出し、その後、処理容器内の溶銑を次工程に搬送することを特徴とする、脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
3. 前記静止湯面から渦中心の凹みまでの距離を下記の（１）式〜（４）式によって算出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の脱硫処理後の溶銑の復硫防止方法。
   

   

   但し、これらの式において、Ｈは、溶銑の静止湯面から渦中心の凹みまでの距離（ｍ）、Ｎは、インペラーの回転数（回／分）、Ｄは、処理容器の内径（ｍ）、θは、インペラーの羽根の傾斜角（rad）、ｂは、インペラーの高さ（ｍ）、ｄは、インペラーの回転直径（ｍ）、ｎ_Pは、インペラーの羽根枚数、ｇは、重力加速度（＝９．８ｍ／秒²）、Ｒｅは、レイノズル数（−）、ρは、溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、μは溶融金属の粘度（Ｐａ・秒）である。

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