JP5999054B2

JP5999054B2 - 溶銑の脱硫処理方法

Info

Publication number: JP5999054B2
Application number: JP2013190100A
Authority: JP
Inventors: 新吾佐藤; 中井　由枝; 由枝中井; 菊池　直樹; 直樹菊池
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: JP2015054999A

Description

本発明は、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法に関し、詳しくは、脱硫剤と溶銑との脱硫反応効率を安定的に効率良く高めることのできる溶銑の脱硫処理方法に関する。

近年、鋼の高付加価値化や鉄鋼材料の使用用途拡大などに伴う材料特性向上の観点から、極低燐及び／または極低硫の鋼種の要求が高まっている。これに対応するためには、溶鋼を精錬する製鋼工程では、製造コストやスラグ発生量の増大を招くことなく、極低燐及び／または極低硫の鋼種を溶製することが必要であり、脱燐剤や脱硫剤などの精錬剤と溶銑との反応効率を高めることが不可欠となっている。加えて、近年の鉄鋼需要の伸びに対応するためには、生産性の向上を図る必要があり、反応速度の向上も重要である。

これらの要求に応える技術として、従来から、機械撹拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫処理方法が広く実用化されている。この技術によれば、インペラー（「回転羽根」、「撹拌羽根」とも呼ぶ）を溶銑中に浸漬させて回転し、溶銑と脱硫剤とを強撹拌することにより、安価なＣａＯ（石灰）を主成分とする脱硫剤（以下、「ＣａＯ系脱硫剤」と記す）を使用しても、硫黄濃度が０．００２〜０．００４質量％の低硫黄濃度域まで、溶銑を短時間で脱硫処理することが可能である。

ところで、ＣａＯ系脱硫剤を用いた機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理は、溶銑湯面に添加された粉状または粒状のＣａＯ系脱硫剤を、インペラーの回転によって形成される溶銑の渦の中に没入し、ＣａＯ系脱硫剤と溶銑との接触界面積を大きくさせてＣａＯ系脱硫剤の反応効率を高めるものである。この際、溶銑は、インペラーの回転によって撹拌され、溶銑中の硫黄が反応界面（脱硫剤表面）に順次供給されることによって、脱硫反応が進行する。通常、溶銑を収容する反応容器は横断面が円形の鍋型であり、インペラーはその容器の上方から反応容器のほぼ中心に挿入されている。

しかし、近年における極低硫鋼に対する要求の高まりに対しては、上記従来技術だけでは対応することが難しくなってきている。そこで、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を更に向上し、且つ、処理時間をより短縮する技術として、インペラーのスクリュー化やインペラーの偏心挿入、反応容器への邪魔板設置などの技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、溶銑を収容した反応容器底部の内面形状が反応容器の中心軸に対して軸対称とはならないように、反応容器底部に施工する耐火物の厚みに変化を持たせ、これにより、インペラーの回転によって形成される渦を偏心させ、溶銑中へのＣａＯ系脱硫剤の巻込みを促進させる技術が提案されている。また、特許文献２には、インペラーの挿入位置を反応容器の中心から偏心させることによって、インペラーの回転によって形成される渦を偏心させ、更に、形成された渦に専用ランスから粉状のＣａＯ系脱硫剤を搬送用ガスとともに吹き付けて脱硫処理し、これにより、高いＣａＯ系脱硫剤の反応効率を実現する技術が提案されている。

特開２０１１−２６６９６号公報特開２０１１−４２８１５号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、特許文献１に提案される方法では、耐火物の高低差によって設けた反応容器底部の高低差が耐火物の損耗によって小さくなり、その効果を長期間に亘って維持できないという問題がある。特に、反応容器に冷鉄源を前装入する場合には、前装入される冷鉄源による底部耐火物の損耗が激しく、この問題は大きい。また、反応容器底部の高低差を長期間に亘って維持する目的で底部に施工される耐火物を厚くすると、反応容器の溶銑収容能力が低下してしまう。

特許文献２に提案される方法では、反応容器とインペラーとの位置関係の調整が難しく、安定した効果が得られないという問題がある。更に、インペラーの挿入位置が目標からずれた場合には、再度の脱硫処理が必要となることも発生し、溶銑温度の低下や生産性の低下を招くおそれがある。

つまり、上記従来技術を適用しても、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率の向上を安定的に享受することができないという問題があった。

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、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、ＣａＯ系脱硫剤と溶銑との反応効率を安定的に高めることが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本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］反応容器に収容された溶銑にインペラーを浸漬し、インペラーを回転させて溶銑とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌し、溶銑を脱硫処理する溶銑の脱硫処理方法において、前記反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、前記反応容器の軸心方向中心線の鉛直方向との傾斜角度αが１．０〜１５．０度となる範囲で前記反応容器を傾斜させ、当該反応容器に収容された溶銑に前記インペラーを鉛直方向から浸漬することを特徴とする、溶銑の脱硫処理方法。
［２］前記反応容器の横断面は、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０〜０．９５の楕円形状であることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の脱硫処理方法。

本発明によれば、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、溶銑を収容した反応容器を傾斜させ、インペラーによって形成される渦を反応容器の中心に対して偏心させるので、ＣａＯ系脱硫剤の溶銑への巻き込みが促進され、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を安定的に高めることが実現される。

機械撹拌式脱硫装置を用いて本発明に係る溶銑の脱硫処理を実施している状況を示す概略図である。図１に示す溶銑鍋の横断面形状の概略図である。溶銑鍋を長軸側へ傾斜させた場合と短軸側へ傾斜させた場合とを比較して、溶銑鍋の傾斜角度αと脱硫率との関係を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

発明者らは、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、溶銑とＣａＯ系脱硫剤との反応効率を高める方法について検討を重ねた。その結果、横断面が楕円形状である反応容器を使用し、この反応容器に溶銑を収容し、溶銑を収容した反応容器を鉛直方向に対して傾斜させ、鉛直方向からインペラーを溶銑に浸漬し、このインペラーを回転することで、インペラーによって形成される渦が反応容器の中心に対して偏心し、これによってＣａＯ系脱硫剤の溶銑への巻き込みが促進され、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率が高まることを見出した。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものである。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、機械撹拌式脱硫装置を用いて本発明に係る溶銑の脱硫処理を実施している状況を示す概略図であり、図１（Ａ）は、溶銑を収容し、輸送台車に積載された溶銑鍋に、その上方からインペラーを鉛直方向に挿入した状態を示す図であり、また、図１（Ｂ）は、溶銑鍋の軸心方向中心線Ｃ_Lの鉛直方向との傾斜角度αを示す図である。図中の符号１は輸送台車、１ａは輸送台車の溶銑鍋受座、２は溶銑鍋、３はインペラー、３ａはインペラー軸、４は集塵フード、５は溶銑、５ａは静止時の溶銑湯面、５ｂは攪拌時の溶銑湯面、６は溶銑鍋のトラニオン取付座、７は溶銑鍋のトラニオン、αは傾斜角度、Ｃ_Lは溶銑鍋の軸心方向中心線である。インペラー３は、電動機（図示せず）に駆動され、インペラー軸３ａを回転軸として回転する。尚、図１は、横断面が楕円形状である溶銑鍋２を楕円の長軸側へ傾斜させた状態を示す図であるが、本発明では、楕円の短軸側へ傾斜させることも可能である。

また、図２に、図１に示す溶銑鍋の横断面形状の概略図を示す。図２に示す符号８は溶銑鍋側壁の耐火物層、Ｄ_Lは、横断面が楕円形である側壁耐火物層の長軸方向の内径、Ｄ_Sは、横断面が楕円形である側壁耐火物層の短軸方向の内径である。

表１に、図１に示す機械撹拌式脱硫装置の仕様及びこの機械撹拌式脱硫装置を用いたときの脱硫処理条件の例を示す。

表１に示した脱硫装置仕様及び脱硫処理条件で、溶銑鍋２の傾斜方向を楕円形状の長軸側または短軸側とし、且つ、溶銑鍋２の傾斜角度αを０〜２０．０度の範囲で種々に変更し、ＣａＯ系脱硫剤を用いて溶銑５に対して脱硫処理試験を行い、その時の脱硫率の変化を調査した。ＣａＯ系脱硫剤としては、蛍石（ＣａＦ₂）を１０質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ₂系脱硫剤を使用し、脱硫剤の使用量は、全ての試験で６．０ｋｇ／溶銑−トンの一定とした。

ここで、脱硫率は、下記の（１）式で定義した。
脱硫率（％）＝[(処理前溶銑中硫黄濃度(質量％))−(処理後溶銑中硫黄濃度(質量％))]×100／(処理前溶銑中硫黄濃度(質量％))…（１）
使用する脱硫剤の原単位が同一の場合には、つまり、溶銑トンあたりの脱硫剤の使用量が同じ条件においては、脱硫率が高いほど脱硫剤と溶銑との反応効率が高いことを意味する。

図３は、溶銑鍋を楕円形状の長軸側へ傾斜させた場合と短軸側へ傾斜させた場合とを比較して、溶銑鍋の傾斜角度αと脱硫率との関係を示したものである。

図３に示すように、傾斜方向が楕円形状の長軸側であるか短軸側であるかに拘わらず、傾斜角度αがおよそ１０．０度までの範囲では、傾斜角度αの増加に伴って脱硫率が向上し、傾斜角度αが３．０度以上で脱硫率は９０％以上、傾斜角度αが６．０度以上で脱硫率は９５％以上になることがわかった。また、傾斜方向が楕円形状の長軸側の場合と短軸側の場合とで、脱硫率に差は見られず、傾斜方向の脱硫率に及ぼす影響はないことが確認できた。尚、脱硫処理中に形成される溶銑浴面５ｂの渦の目視観察からも、傾斜角度αが大きくなると、インペラーの周囲に形成される渦が溶銑鍋の中心から偏心し、添加された脱硫剤の溶銑中への巻込みが促進していることが確認できた。

一方、傾斜角度αがおよそ１０．０度を超えると、脱硫率は低下し始め、傾斜角度αが１５．０度を超えると、脱燐率は溶銑鍋を直立させた場合（α＝０度）と同等またはそれ以下になることがわかった。この原因は、溶銑鍋の側壁面により、溶銑の回転流が抑制されるためである。

即ち、本発明では、図３に示す結果に基づき、反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、溶銑を収容した反応容器の軸心方向中心線Ｃ_Lの鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０〜１５．０度の範囲、好ましくは、２．５〜１５．０度の範囲で反応容器を傾斜させ、インペラーを鉛直方向から溶銑に浸漬し、この状態でインペラーを回転させて溶銑に脱硫処理を実施する。

その際に、反応容器の傾斜方向は、楕円形状の長軸側であっても、また短軸側であってもどちらでも構わない。また、傾斜角度αは、図３に示すように、９５％以上の高い脱硫率が得られることから、６．０〜１３．０度の範囲とすることが特に好ましい。

反応容器は側壁の鉄皮及び耐火物層８の横断面が楕円形状である限り、どのような形状であっても構わないが、楕円の短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０〜０．９５の楕円形状であることが好ましい。比（短軸／長軸）が０．７０未満になると、反応容器の溶銑収容量を確保するには長軸を大きくする必要が生じ、既設の設備の範囲内で行うことが困難になる。一方、比（短軸／長軸）が０．９５を超えると、溶銑の攪拌形態が円形の反応容器の場合と類似した形態となり、脱硫剤と溶銑との反応効率を目標とする値まで高めることが困難となる。

本発明は、反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用いることを必須とする。この理由は、横断面が楕円形状である反応容器では、インペラーの周囲に形成される浴内流動の対称性が崩されることから、横断面が円形の反応容器に比較して、溶銑の攪拌が促進されるからである。

また、使用するＣａＯ系脱硫剤としては、ＣａＯの含有量が５０質量％を超えるものであり、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、焼成ドロマイト（ＭｇＯ・ＣａＯ）などを単独で使用してもよく、また、これらにアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や蛍石（ＣａＦ₂）を混合したものであってもよい。

反応容器を傾斜させて輸送台車に積載する方法として、図１では、輸送台車１の溶銑鍋受座１ａの上端面を水平線に対して傾斜させ、この傾斜した面で、溶銑鍋２のトラニオン取付座６を受けることで、溶銑鍋２が所定の傾斜角度αで輸送台車１に積載されるように構成している。トラニオン取付座６の下端面は、溶銑鍋２を直立させた場合には、水平線と平行になるように形成されている。尚、反応容器を傾斜させて輸送台車に積載する方法として上記の方法に限らず、どのような方法で傾斜させても構わない。

以上説明したように、本発明によれば、機械撹拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、溶銑を収容した反応容器を傾斜させ、インペラーによって形成される渦を反応容器の中心に対して偏心させるので、ＣａＯ系脱硫剤の溶銑への巻き込みが促進されて、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を安定的に高めることが実現される。

図１及び表１に示す機械撹拌式脱硫装置仕様及び脱硫処理条件で、溶銑鍋を傾斜させない従来の条件（従来例）と、傾斜角度αを楕円形状の長軸方向・短軸方向のそれぞれに対して１．０度、７．０度、１５．０度の３水準に変化させた条件（本発明例）と、傾斜角度αを楕円形状の長軸方向・短軸方向のそれぞれに対して１７．０度とした条件（比較例）との合計９水準において、各水準ともに数十チャージの溶銑の脱硫処理試験を行い、脱硫処理前後の溶銑の硫黄濃度を調査した。試験では、ＣａＯ系脱硫剤として、蛍石を１０質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ₂系脱硫剤を使用した。試験条件及び調査結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例では、脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度の平均値を安定して０．０１０質量％未満に脱硫処理できることが確認できた。即ち、本発明を適用することにより、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を安定的に高めることが実現されることが確認できた。

１輸送台車
１ａ溶銑鍋受座
２溶銑鍋
３インペラー
３ａインペラー軸
４集塵フード
５溶銑
６トラニオン取付座
７トラニオン
８耐火物層
α 傾斜角度
Ｃ_L 溶銑鍋の軸心方向中心線
Ｄ_L 長軸方向の内径
Ｄ_S 短軸方向の内径

Claims

反応容器に収容された溶銑にインペラーを浸漬し、インペラーを回転させて溶銑とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌し、溶銑を脱硫処理する溶銑の脱硫処理方法において、
前記反応容器として、横断面が、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０〜０．９５の楕円形状である反応容器を用い、前記反応容器の軸心方向中心線の鉛直方向との傾斜角度αが１．０〜１５．０度となる範囲で前記反応容器を傾斜させ、当該反応容器に収容された溶銑に前記インペラーを鉛直方向から浸漬することを特徴とする、溶銑の脱硫処理方法。