JP6156598B2 - 脱硫剤、溶銑脱硫方法および溶銑の製造方法 - Google Patents
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Description
CaO+S →CaS+O ・・・(1)
本発明の一態様によれば、機械攪拌式脱硫装置にて溶銑を脱硫処理する際に、細孔径が0.5μm以上10μm以下となる細孔の容積の和である全細孔容積が0.1mL/g以上であり、平均粒径が210μm以上500μm以下の粉状の生石灰を含む脱硫剤を用いることを特徴とする溶銑脱硫方法が提供される。
本発明の一態様によれば、上記溶銑脱硫方法を用いることを特徴とする溶銑の製造方法が提供される。
はじめに、本発明者らが本発明に至った経緯について説明する。本発明者らは、機械攪拌式脱硫法において、脱硫剤の特性(主に石灰性状)の観点から、各特性による脱硫効率への影響について鋭意研究を行った。その結果、比表面積、活性度などの様々な特性のうち、生石灰の細孔径分布および粒径の影響が大きく、特に細孔径の範囲が0.5μm以上10μm以下の細孔の全細孔容積が大きく影響することを知見した。図1に第1の試験に用いた機械攪拌式脱硫装置1、表1に第1の試験を実施した装置および試験方法の条件をそれぞれ示す。
P×D =−4×σ×cosθ ・・・(2)
第2の試験の結果として、浴面の水平方向の流速と脱硫率との関係を図4に示す。図4に示すように、脱硫剤を吹き付ける位置の浴面の水平方向の流速が1.1m/s以上11.9m/s以下の場合、脱硫反応がより促進されていることが確認できた。脱硫剤をキャリアガスと共に溶銑3の浴面に吹き付ける場合、固体の生石灰が溶銑3の中に侵入する条件として、溶銑3側の速度も重要な要素となることが考えられる。脱硫剤を吹き付ける位置の浴面の水平方向の流速が1.1m/sより遅い場合、溶銑3の中へ添加された脱硫剤が攪拌羽根5により生成した渦中へ移動することができずに、すぐに浴面へ浮上してしまい、脱硫剤と溶銑3とでの反応が促進されない。一方、脱硫剤を吹き付ける位置の浴面の水平方向の流速が11.9m/sよりも速い場合、脱硫剤の垂直方向の速度が溶銑3の水平方向の速度に負けてしまい、一部の脱硫剤が飛散している様子が観察された。このことから、粉状の脱硫剤を吹き付ける位置の浴面の水平方向の流速が1.1m/s以上11.5m/s以下の場合、細孔径容量を調整した効果が発揮され、より効率よく溶銑3の中へ脱硫剤を巻込むことが可能となったと考えられる。
なお、上述の一連の試験では、上記の細孔容積や粒径の条件を満たす生石灰のみを生石灰源として実験を行ったが、これらの細孔容積や粒径の条件を満たさない生石灰を一部混合して脱硫剤としても構わない。この場合は、本発明の細孔径容量の条件を満たす生石灰の混合率に応じた効果が得られる。
次に、上記知見に基づいた、本発明の一実施形態に係る脱硫剤、溶銑脱硫方法および溶銑の製造方法について説明する。本実施形態では、上記第1および第2の試験と同様に、図1に示す機械攪拌式脱硫装置1を用いて溶銑3の脱硫処理を行う。なお、機械攪拌式脱硫装置1は、溶銑鍋2の上部開口部を覆う蓋(不図示)や、この蓋に設けられ排気装置(不図示)に接続される排気ダクト(不図示)を有する。脱硫処理中に生じるガスやダストは、この排気ダクトを通じて排気装置へと排出される。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲および要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
さらに、上記実施形態では、脱硫剤は機械攪拌式溶銑脱硫法に用いられる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。脱硫剤として、細孔径が0.5μm以上10μm以下となる細孔の容積の和である全細孔容積が0.1mL/g以上の生石灰を用いる場合には、図2に示すように、反応界面積が大きくなることで脱硫率が顕著に増加する。この効果は、機械攪拌式溶銑脱硫法だけでなく、例えば、インジェクション脱硫法といった、溶銑を脱硫処理する他の脱硫法においても有効なものとなる。このため、本発明に係る脱硫剤は、機械攪拌式溶銑脱硫法以外の脱硫処理の方法に用いられてもよい。
(1)本発明の一態様に係る脱硫剤は、溶銑脱硫に用いられる脱硫剤であって、細孔径が0.5μm以上10μm以下となる細孔の容積の和である全細孔容積が0.1mL/g以上の生石灰を含む。
上記(1)の構成によれば、生石灰の全細孔容積を上記範囲とすることにより、生石灰による脱硫効率を向上させることができる。これにより、脱硫処理時間の短縮による生産効率の向上、温度ロスの低減および処理コストの低減、ならびに脱硫処理に伴い発生するダストおよびスラグの発生量低減が可能となる。また、反応効率の高いCaO系以外の脱硫剤に比べ、精錬剤に掛かるコストを低減でき、取扱いも容易となる。さらに、機械攪拌式脱硫法における上添加法および投射法の両方の添加手段に対して適用することができる。
上記(2)の構成によれば、生石灰の平均粒径を上記範囲とすることで、生石灰による脱硫効率をより向上させることができる。また、脱硫剤を機械攪拌式溶銑脱硫法に用いることで、上記構成の生石灰による脱硫効率向上効果をより効果的に得ることができる。
上記(3)の構成によれば、上記(2)の構成に比べ、脱硫効率をより向上させることができる。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかの構成において、実質的にフッ素、カリウムおよびナトリウムの少なくともいずれか一つが含まれない。ここで、フッ素、カリウムおよびナトリウムの少なくともいずれか一つの元素が実質的に含まれない状態とは、少なくともいずれか一つの元素が、不可避的な微量の混入を除いて、意図的な添加により含まれていないことをいう。
上記(5)の構成によれば、媒溶剤やCaO系以外の脱硫剤を用いることがないため、精錬剤に掛かるコストを大幅に低減することができる。また、ナトリウムやカリウム等の溶出元素を有する媒溶剤を含まないため、高価な媒溶剤の使用量が削減され、脱硫処理における精錬剤に掛かるコストを低減することができる。さらに、フッ素などの環境への影響が懸念される成分を含まないため、脱硫処理後のスラグを有効的に活用することができる。さらに、ナトリウムを含まないため、排ガス中からのNa除去処理の必要がなく、耐火物コストを低減することができる。
上記(6)の構成によれば、上記(1)および(2)の構成と同様な効果を得ることができる。
(7)上記(6)の構成において、生石灰は、平均粒径が230μm以上500μm以下である。
上記(7)の構成によれば、上記(3)の構成と同様な効果を得ることができる。
上記(8)の構成によれば、上添加法を用いて脱硫剤を添加する場合に比べ、生石灰の脱硫効率の向上効果をより大きくすることができる。
上記(9)の構成によれば、投射法によって脱硫剤を添加する場合において、脱硫効率をさらに向上させることができる。
(10)本発明の一態様に係る溶銑の製造方法は、上記(6)〜(9)のいずれかの構成に記載の溶銑脱硫方法を用いる。
上記(10)の構成によれば、上記(6)〜(9)の構成と同様な効果を得ることができる。
実施例1では、脱硫処理が行われる溶銑3には、高炉から出銑した後、高炉鋳床および受銑容器である溶銑鍋における2段階の脱珪処理を行ったものを用いた。脱硫処理前の溶銑3の組成は、事前の脱珪により[Si]=0.05wt%〜0.10wt%、[C]=4.3wt%〜4.6wt%、[Mn]=0.22wt%〜0.41wt%、[P]=0.10wt%〜0.13wt%、および[S]=0.025wt%〜0.035wt%であった。脱硫処理前の溶銑3の温度は、1280℃〜1330℃であった。
表2に、実施例1における試験水準と脱硫効率の評価結果を示す。表2において、生石灰の比率(%)は、脱硫剤である生石灰のうち、細孔径が0.5μm以上10μm以下、且つ粒径が2mm以下となる生石灰の比率を示す。また、表2において、0.5−10μm細孔全容積(mL/g)は、細孔径が0.5μm以上10μm以下の細孔の容積の和である全細孔容積を示す。なお、用いた生石灰の平均細孔径は、0.1μm〜0.3μmであった。
一方、細孔全容積の和または粒径のいずれかが上記実施形態の条件と異なる比較例1−1〜1−12では、脱硫率が70%以下となり、実施例1−1〜1−17に比べて低位となることが確認された。
2 溶銑鍋
3 溶銑
4 台車
5 攪拌羽根
6 投射手段
7 上添加手段
8 ホッパー
9 ロータリーフィーダ
10 ランス
11 ホッパー
12 ロータリーフィーダ
13 投入シュート
Claims (10)
- 溶銑脱硫に用いられる脱硫剤であって、
細孔径が0.5μm以上10μm以下となる細孔の容積の和である全細孔容積が0.1mL/g以上の生石灰を含むことを特徴とする脱硫剤。 - 前記生石灰は、平均粒径が210μm以上500μm以下の粉状のものであり、
機械攪拌式溶銑脱硫法に用いられることを特徴とする請求項1に記載の脱硫剤。 - 前記生石灰は、平均粒径が230μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項2に記載の脱硫剤。
- フッ素、カリウムおよびナトリウムの少なくともいずれか一つが、不可避的な微量の混入を除いて、意図的な添加により含まれないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の脱硫剤。
- 前記生石灰のみからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の脱硫剤。
- 機械攪拌式脱硫装置にて溶銑を脱硫処理する際に、
細孔径が0.5μm以上10μm以下となる細孔の容積の和である全細孔容積が0.1mL/g以上であり、平均粒径が210μm以上500μm以下の粉状の生石灰を含む脱硫剤を用いることを特徴とする溶銑脱硫方法。 - 前記生石灰は、平均粒径が230μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の溶銑脱硫方法。
- 前記機械攪拌式脱硫装置は、前記溶銑を攪拌する攪拌羽根と、前記溶銑の上方より前記溶銑の浴面に前記脱硫剤をキャリアガスと共に吹き付ける上吹きランスとを備え、
前記溶銑の脱硫処理をする際に、
前記攪拌羽根を用いて前記溶銑を攪拌し、
前記溶銑が攪拌された状態で、前記上吹きランスを用いて前記浴面に前記脱硫剤を吹き付けることを特徴とする請求項6または7に記載の溶銑脱硫方法。 - 前記脱硫剤を前記浴面に吹き付ける際に、前記脱硫剤が吹き付けられる位置の前記浴面の水平方向の流速を、1.1m/s以上11.5m/s以下とすることを特徴とする請求項8に記載の溶銑脱硫方法。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の溶銑脱硫方法を用いることを特徴とする溶銑の製造方法。
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