JP6237293B2

JP6237293B2 - 溶銑の脱硫処理方法

Info

Publication number: JP6237293B2
Application number: JP2014021206A
Authority: JP
Inventors: 務川　進; 進務川; 功太郎三浦; 周松本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: JP2015147971A

Description

本発明は、溶銑の脱硫処理方法に関するものである。

本発明者らは、溶銑予備処理工程における脱硫率の向上を図る技術として、スラグをホットリサイクル（高温の脱硫スラグを高温のままリサイクルし、次チャージの溶銑の脱硫処理に使用）する技術を開示している（特許文献１）。

特許文献１では、スラグのホットリサイクルによって、脱硫スラグ中に含まれる脱硫剤の未反応部分を有効に利用し、脱硫剤の使用量低減を図ることで溶銑予備処理工程における脱硫率の向上を実現している。

しかし、転炉型反応容器を使用して溶銑予備処理を行う場合、転炉型反応容器を傾動させて出湯孔から溶銑を出湯させるため、出湯末期には、脱硫スラグが出湯流に巻き込まれて溶銑とともに流出する現象が不可避的に観察され、後工程で、この溶銑とともに流出した脱硫スラグからの復硫が生じてしまうので、あらかじめ後工程での復硫分を見越して過剰に脱硫したり、Ｓ含有量が０．００３質量％以下という低硫鋼を製造する際には、後工程で、再度、脱硫処理を行う必要があり、生産効率やコスト面から好ましくない、という問題があった。

特開２００４−２４４７０６号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、溶銑予備処理工程や後工程で行われる脱硫処理において、脱硫剤の使用量低減を図るとともに、低硫鋼の製造において、溶銑予備処理工程の後工程で再度行われていた追加の脱硫処理を不要とし、従来に比べ、高効率でかつ低コストな脱硫処理技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の溶銑の脱硫処理方法は、転炉型反応容器内の溶銑に、ＣａＯを主成分とする脱硫剤を供給して脱硫を行う溶銑の脱硫処理方法であって、前記脱硫剤として、該転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用し、溶銑上に存在するスラグの塩基度（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）が１．７以上となるように、前記脱硫剤の添加量を調整するとともに、さらに脱硫剤として、脱炭滓および造塊滓のうち、少なくとも何れかを脱硫スラグの上方から添加してスラグのボリュームを増加させ、脱硫処理後の出湯時には、出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行うことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の溶銑の脱硫処理方法において、前記脱硫剤として、更に、１００μm以下の微粉ＣａＯを添加することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の溶銑の脱硫処理方法において、同一の転炉型反応容器を用いて、「脱硫処理〜出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残した出湯〜脱硫スラグ排出をせず、続けて新たな溶銑装入」からなる処理サイクルを７回以上、１４回以下連続して繰り返し処理を行った後に脱硫スラグの排出を行うことを特徴とするものである。

本発明に係る溶銑の脱硫処理方法では、転炉型反応容器内の溶銑に、ＣａＯを主成分とする脱硫剤を吹き込んで脱硫を行う溶銑の脱硫処理方法において、前記脱硫剤として、該転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用することにより、脱硫スラグ中に含まれる脱硫剤の未反応部分を有効に利用し、脱硫剤の使用量低減を図ることで溶銑予備処理工程における脱硫率の向上を実現している。

また、本発明に係る溶銑の脱硫処理方法では、溶銑上に存在するスラグの塩基度（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）が１．７以上となるように、前記脱硫剤の添加量を調整することにより、スラグの脱硫能力を向上し脱硫反応を促進するとともに、転炉型反応容器内における復硫を抑制することにより、溶銑予備処理工程における脱硫率の向上を実現している。

更に、本発明に係る溶銑の脱硫処理方法では、脱硫処理後の出湯時には、出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行うことにより、脱硫スラグが出湯流に巻き込まれて溶銑とともに流出して、次工程において、脱硫スラグ中に濃縮された硫黄が溶銑中に復硫する現象を回避可能としている。

上記の全構成からなる本発明によれば、Ｓ含有量が０．００３質量％以下という低硫鋼を製造するに際し、脱硫剤の使用量低減を図ることができる。また、後工程の脱炭炉や二次精錬での復硫が最小限に抑制されるため、後工程での復硫を見越した過剰な脱硫処理や、従来後工程で復硫が大きかった場合に偶発的に行われていた追加の脱硫処理を不要とし、従来に比べ、高効率でかつ低コストな脱硫処理技術を実現することができる。これにより、溶銑予備処理工程と後工程の整流化がはかられ、連続鋳造サイクルタイムとのマッチング向上がはかられ、溶鋼待ち時間発生等の物流の乱れによる熱ロス、生産性低下などのロスが回避できる。また、本発明によれば、極低硫鋼（Ｓ≦０．００１質量％）の製造においても、後工程において、脱硫処理の一部を省略したり、また簡素化できることを、本発明者らは確認している。

また、前記脱硫剤として、脱炭滓および造塊滓のうち、少なくとも何れかを添加することにより、スラグのボリュームを増加させ、脱硫スラグ中の硫黄濃度を希釈させることができる。これにより、脱硫スラグが次工程に持ち込まれた場合の、復硫量を低減させることができる。なお、本明細書において、「脱炭滓」とは、転炉で脱炭し溶鋼を生成した後に転炉に残ったスラグをスラグ収納容器に排出したもの(冷間スラグ含む)、及び又はその排出物を凝固後、破砕して鉄分を分離除去した後の分離物を意味する。また、「造塊滓」とは、鋳造時に取鍋内に残ったスラグ及び又はタンデッシュ内に残ったスラグ又を破砕して鉄分を分離除去した後の残存物を意味する。

請求項３記載の発明のように、同一の転炉型反応容器を用いて、「脱硫処理〜出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残した出湯〜脱硫スラグ排出をせず、続けて新たな溶銑装入」からなる処理サイクルを７回以上行うことにより、脱硫スラグ中に含まれる脱硫剤の未反応部分を最大限有効に利用することができる。

本発明の実施形態の説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明では、図１に示すように、高炉から出鋼された溶銑１を、転炉型反応容器２に装入して脱硫処理を行う。

転炉型反応容器２は、出湯孔３を備え、脱硫処理の完了後には、転炉型反応容器２を傾動させて出湯孔３から溶銑４を出湯することができる。溶銑４の比重は脱硫スラグ５に比べて大きいため、転炉型反応容器２を傾動させた際、溶銑４が脱硫スラグに先んじて鍋に排出され、脱硫スラグ５が炉内に残存する。なお、転炉型反応容器２は、内容積が大きいため、鍋やトーピードカーに比べ、大量のスラグを保持することができるという利点がある。

脱硫処理は、脱硫剤６を投入して行われ、溶銑中の硫黄がＣａＳ，Ｎａ_２Ｓ等としてスラグ側に移行し、転炉型反応容器２内に脱硫スラグ５が生成される。脱硫スラグ３には脱硫剤の未反応成分がなお多量に含まれているので、そのままリサイクルして次チャージの溶銑の脱硫に用いることができ、任意回数のリサイクルが可能である。

本発明では、脱硫剤として、同一の転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用している。このように、脱硫剤として、該転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用することにより、脱硫スラグ中に含まれる脱硫剤の未反応部分を有効に利用し、脱硫剤の使用量低減を図ることで溶銑予備処理工程における脱硫率の向上を実現することができる。

更に、本発明では、必要に応じて、脱硫剤として、脱炭滓および造塊滓のうち、少なくとも何れかを添加して使用し、溶銑上に存在するスラグの塩基度（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）が１．７以上となるように、前記各脱硫剤の添加量を調整している。以下、スラグの塩基度は、Ｃ／Ｓと表す。Ｃ／Ｓ≧１．７は、スラグの脱硫能力を向上し脱硫反応を促進するとともに、転炉型反応容器内における復硫を抑制ために必要である。Ｃ／Ｓの上限は規定されないが、Ｃ／Ｓ＞４．０とするには、多量のＣａＯ源の供給が必要であり、コストが高くなり、また、処理時間が長くなるので好ましくはない。

脱硫剤として、脱炭滓および造塊滓のうち、少なくとも何れかを添加することにより、スラグのボリュームを増加させ、脱硫スラグ中の硫黄濃度を希釈させる効果も得ることができる。これにより、脱硫スラグが次工程に持ち込まれた場合の、復硫量を低減させることができる。脱炭滓、造塊滓（連鋳滓含む）は、脱硫スラグの上方からフィーダーやシューターを用いて投入（添加）することが好ましい。脱炭滓、造塊滓のサイズ：２５mm〜３５mmあれば十分である。これより小さいもの、大きいものは、脱硫処理の処理時間の著しい遅延を生じなければも含んでいても構わない。

脱硫剤としては、更に、必要に応じて、１００μm以下の微粉ＣａＯが添加される。具体的には、脱硫スラグの繰返し脱硫スラグ中のＣａＯ源が多量になった場合には、新規のＣａＯを脱硫剤として添加しなくても良い。特に、要求される製品規格[％Ｓ]が例えば０．０１０％以下のような緩い鋼種を連続処理する場合、顕著である。また、製品規格[％Ｓ]が０．００３％以下のような低硫黄鋼の場合も、１１回以上の繰返しでは、新規ＣａＯの吹込みを省略できる場合があることを発明者らは確認している。微粉ＣａＯの吹込みは、転炉底部インジェクション口からキャリアガス（Ｎ_２またはＡｒ）とともに行うのがより好ましいが、溶銑中に装入したランスの噴出口からキャリアガス（Ｎ_２またはＡｒ）とともに行っても構わない。吹き込んだ微粉ＣａＯが溶銑中を上昇する過程で溶銑の脱硫反応が進行する。

脱硫処理が完了したのち、転炉型反応容器２を傾動させて出湯孔５から溶銑を出湯する。前記のように、溶銑の比重は脱硫スラグに比べて大きいため、この操作により溶銑が脱硫スラグに先んじて鍋に排出され、脱硫スラグが炉内に残存する。しかし、傾動により転炉型反応容器内の溶銑全量を出湯しようとすると、出湯末期には、出湯流に巻き込まれた脱硫スラグ４も溶銑１とともに転炉型反応容器２から鍋に流出してしまう。

ここで、本発明では、脱硫処理後の出湯に伴う脱硫スラグ４の流出を回避すべく、該転炉型反応容器２内に溶銑１を一部残留させて出湯を行っている。具体的には、出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行う。なお、１０％超を残す操業を行おうとする場合、過度に容量の大きな転炉を製造する必要があり、建屋の強度向上、転炉の傾動装置能力アップの改造が必要になる場合があるので得策ではない。

出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行うことで、出湯孔５から出湯された溶銑中への脱硫スラグの混入が、従来手法に比べて格段に抑制され、脱硫スラグ中に濃縮された［Ｓ］の次工程への持ち越し量を大幅に減少することができる。なお、転炉型反応容器内に残す溶銑質量は、出湯した溶銑質量を秤量して求めることが出来る。

上記のように、本発明では、脱硫剤として、該転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用し、溶銑上に存在するスラグの塩基度（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）が１．７以上となるように、前記脱硫剤の添加量を調整するとともに、脱硫処理後の出湯時には、出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行うことにより、Ｓ含有量が１０ｐｐｍ以下という極低硫鋼を製造するに際し、脱硫剤の使用量低減を図るとともに、溶銑予備処理工程の後工程で再度行われていた追加の脱硫処理を不要とし、従来に比べ、高効率でかつコストの低い脱硫処理技術を実現している。

なお、本発明において「熱間状態の脱硫スラグ」とは、６００℃以上の脱硫スラグを意味する。本発明者らは、各種知見から、６００℃以上の温度条件下において、脱硫スラグ中のＣａＯが、脱硫スラグと溶銑の界面で脱硫反応が進行しやすくなると推測している。このように、脱硫スラグを高温のままリサイクルすることにより、熱量のロスを少なくすることができるうえに、冷却されたスラグとは異なり脱硫剤が高温で活性を保った状態のまま新たな溶銑が注入されるため、脱硫率の向上を図ることができる。また脱硫スラグに付着した鉄分は次のチャージにおいて回収されるので鉄分の歩留まりの低下がなく、脱硫剤の使用量も削減できる。

任意回数のリサイクルの後、最終的に脱硫スラグはスラグパンに排滓され廃棄されるが、その発生量は従来の数分の一になるため、後処理も容易となる。リサイクル回数は７回以上、１４回以下とすることが好ましく、７回未満では、連続処理の初期頃に生成した脱硫スラグ中のＣａＯ源が必ずしも十分脱硫反応に寄与していない場合があり、微粉ＣａＯ源を新たに多量に吹き込んで供給することがあるので好ましくない。一方、１５回以上は脱硫スラグの体積が過大となり、通常のスラグ収納容器では収納しきれず、特殊サイズの収納容器が必要になり、また収納容器の搬送手段も必要になる可能性があり好ましくない。

熱間状態の脱硫スラグを使用する際は、同一の転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により生成した高温の脱硫スラグ４を転炉型反応容器に残したまま、新たに溶銑を注入すればよい。この方法によれば一回の処理ごとに脱硫スラグ４を転炉型反応容器２から排出する必要がないため、従来、それに要していた１チャージ当たり２〜３分のタイムロスを削減することができる。

次に本発明の実施例を示す。
表１に、各条件で溶銑の処理を行った時の、脱硫剤効率および復硫率を示す。表１に示されるように、本発明によれば従来よりも高い脱硫剤効率が得られる。また、後工程での復硫を最小限に抑制することができるので、低硫鋼を製造する際に、本発明の実施例では、後工程での追加脱硫処理は不要であった。

なお、リサイクルスラグの組成は、下記表２に示す通りである。

１溶銑
２転炉型反応容器
３出湯孔
４溶銑
５脱硫スラグ
６脱硫剤

Claims

転炉型反応容器内の溶銑に、ＣａＯを主成分とする脱硫剤を供給して脱硫を行う溶銑の脱硫処理方法であって、
前記脱硫剤として、該転炉型反応容器を用いて先に行われた脱硫処理により発生した熱間状態の脱硫スラグを使用し、
溶銑上に存在するスラグの塩基度（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）が１．７以上となるように、前記脱硫剤の添加量を調整するとともに、さらに脱硫剤として、脱炭滓および造塊滓のうち、少なくとも何れかを脱硫スラグの上方から添加してスラグのボリュームを増加させ、
脱硫処理後の出湯時には、出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残して出湯を行うことを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
前記脱硫剤として、１００μm以下の微粉ＣａＯを添加することを特徴とする請求項１記載の溶銑の脱硫処理方法。
同一の転炉型反応容器を用いて、「脱硫処理〜出湯前の転炉内溶銑質量の１〜１０質量％を転炉型反応容器内に残した出湯〜脱硫スラグ排出をせず、続けて新たな溶銑装入」からなる処理サイクルを７回以上、１４回以下連続して繰り返し処理を行った後に脱硫スラグの排出を行う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処理方法。