JP6634337B2

JP6634337B2 - 溶銑の脱硫方法

Info

Publication number: JP6634337B2
Application number: JP2016092333A
Authority: JP
Inventors: 一平位; 幹雄東; 利則御手洗; 希生田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Technology Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Technology Co Ltd
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-05-02
Also published as: JP2017201046A

Description

本発明は、金属Ｍｇを用いた溶銑の脱硫方法に関する。

金属Ｍｇ（金属マグネシウム）は、高い脱硫能を持つことが知られており、溶銑の脱硫剤として広く用いられている。
この金属Ｍｇを用いた溶銑の脱硫方法としては、例えば、特許文献１、２に開示の技術がある。

特許文献１には、溶銑中の硫黄濃度が０．０１２％以上では金属Ｍｇ１５〜２０重量％、ＣａＯ８５〜８０重量％配合の脱硫剤を用い、溶銑中の硫黄濃度が０．０１２％以下では金属Ｍｇ５〜１０重量％、ＣａＯ９５〜９０重量％配合の脱硫剤を用いる技術が開示されている。
特許文献２には、金属Ｍｇ５〜３０重量％、ＣａＯ９５〜７０重量％の範囲の組成物を重量割合で９０％以上含有したものに、更にＣａＦ_２を３〜１５重量％配合した脱硫剤を用いる技術が開示されている。

特開平７−１７９９１９号公報特開平８−１７６６３２号公報

一方で、金属Ｍｇの価格は高く、脱硫に要するコストが高くなるため、原単位の削減が求められている。特に、脱硫効率のばらつきを低減させ、過不足なく脱硫剤を添加することが重要である。
また、上記した特許文献１、２のように、脱硫剤として金属Ｍｇ粉体を用いるインジェクション方式の脱硫処理では、脱硫効率がばらつき、目標とする硫黄濃度にするための過不足ない脱硫剤量を決定することが難しかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、脱硫効率のばらつきを従来よりも低減でき、金属Ｍｇの過剰な使用量を抑制することが可能な溶銑の脱硫方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属Ｍｇの脱硫効率がばらつく原因について調査した結果、金属Ｍｇは製造後、時間の経過と共に酸化などにより劣化し、この劣化部分が脱硫反応に寄与しないことを見出した。更に、劣化部分は微粉となるため、篩分け処理により劣化部分の割合が求まることを見出した。
本発明は、以上の知見をもとになされたものであり、その要旨は以下の通りである。

（１）金属Ｍｇ粉体とＣａＯ系粉体の混合物を有する脱硫剤を、溶銑に浸漬させたランスを用いて溶銑に吹込む溶銑の脱硫方法において、
前記金属Ｍｇ粉体の一部を篩分け処理して、篩上の金属Ｍｇ粉体Ａと篩下の金属Ｍｇ粉体Ｂとに分け、前記金属Ｍｇ粉体中の前記金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合を求め、該質量割合で溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を除して、溶銑に吹込む前記金属Ｍｇ粉体の量を求めることを特徴とする溶銑の脱硫方法。

（２）前記篩分け処理に用いる篩の目の大きさは、１００μｍ〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする（１）に記載の溶銑の脱硫方法。

本発明に係る溶銑の脱硫方法は、金属Ｍｇ粉体の一部を篩分け処理することで、主として脱硫反応に寄与する金属Ｍｇ粉体Ａを篩上に、主として脱硫反応に寄与しない劣化部分である金属Ｍｇ粉体Ｂを篩下に、分けることができるため、金属Ｍｇ粉体の酸化や吸湿による劣化具合を迅速かつ容易に判定できる。この篩分け処理の結果から、金属Ｍｇ粉体中の金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合を求め、この質量割合で溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を除すことにより、溶銑に吹込む金属Ｍｇ粉体の量を求めることができる。
従って、脱硫効率のばらつきを従来よりも低減でき、金属Ｍｇ粉体の過剰な使用量を抑制できる。

特に、篩分け処理に用いる篩の目の大きさが、１００μｍ〜３００μｍの範囲内である場合、金属Ｍｇ粉体の劣化部分の篩分け処理をより短時間に実施でき、作業性も良好にできる。

本発明の一実施の形態に係る溶銑の脱硫方法の説明図である。（Ａ）は比較例に係る溶銑の脱硫方法で得られた溶銑の脱硫率の狙い値と実績値との関係を示すグラフ、（Ｂ）は実施例に係る溶銑の脱硫方法で得られた溶銑の脱硫率の狙い値と実績値との関係を示すグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の溶銑の脱硫方法に想到した経緯について説明する。

溶銑脱硫に用いられる金属Ｍｇ粉体（以下、金属Ｍｇともいう）は、一般に製造されてすぐに使用されることはなく、保管や運搬等により一定期間が経過した後に使用される。この間、金属Ｍｇは、製造方法や外気環境などの条件により程度は異なるが、時間の経過に伴って酸化などにより劣化する。なお、劣化部分は、脱硫反応に寄与しないため、劣化部分を含んだ金属Ｍｇの脱硫能力は低下する。
従って、金属Ｍｇそのものの脱硫能が一定であっても、劣化の割合が変動するため、結果として脱硫効率にばらつきが発生する。

このため、脱硫剤の適切な投入量を決定するには、金属Ｍｇ粉体中のＭｇ品位（含有率）を分析する必要がある。
Ｍｇ品位の分析方法としては、ＥＤＴＡキレート滴定法や、ＩＣＰ分析法、ＸＲＤ（Ｘ線回折）等がある。しかし、それぞれの分析を行う装置は高額であるため経済的な負担が大きい上、分析時間が長くかかるため、その結果を金属Ｍｇ粉体量の調整に即日反映させることは難しい。

上記したように、金属Ｍｇ粉体の劣化の程度は、経過時間の他に、製造方法や外気環境などによって異なり、脱硫効率のばらつきの一因となっている。
このため、金属Ｍｇ粉体の劣化具合を判定しない場合は、ばらつきを考慮した量を溶銑に吹込む必要があるため、過剰な金属Ｍｇ粉体を使用することになり、経済的な負担が大きい。更に、金属Ｍｇ粉体の劣化が特にひどい場合は、脱硫量の不足を招く懸念がある。

Ｍｇは危険物であり、大気中での反応性を抑えるため、あるいは溶銑への侵入のための運動エネルギーを得やすくするため、粒径が１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように形成され、３００μｍ以上の粒径が９０質量％以上であることがほとんどである。
これに対し、酸化や吸湿により劣化して酸化マグネシウム（ＭｇＯ）となった部位は、上記した金属Ｍｇの粒から剥がれて分離し、この反応は微小な範囲で起こるため、剥がれたＭｇＯは粒径が１００μｍ未満の微粒となっていることを見出した。
そこで、篩を用いることで金属Ｍｇ粉体から劣化部分を篩分けることに想到した。

ここで、金属Ｍｇ粉体を篩目１００μｍで篩ったときの篩上に残った粉体と、篩下に落下した粉体のＭｇ品位を、ＩＣＰ分析法によって分析した結果を、表１に示す。

表１に示すように、篩上のＭｇ品位は９０質量％を超え、篩下のＭｇ品位は３５質量％程度であった。更に、篩下の粉体をＸ線回折で調査した結果、ＭｇＯ主体であることが判明し、篩分けによって劣化部分を分離することができることがわかった。

以上の知見をもとに、本発明者らは、本発明の溶銑の脱硫方法に想到した。
即ち、本発明の一実施の形態に係る溶銑の脱硫方法は、図１に示すように、金属Ｍｇ粉体とＣａＯ系粉体の混合物を有する脱硫剤を、取鍋１０内の溶銑１１に浸漬させた浸漬ランス（ランスの一例）１２を用いて溶銑１１に吹込む方法であり、脱硫剤を溶銑１１に吹込む前に、金属Ｍｇ粉体の一部を篩分け処理して、溶銑１１に吹込む金属Ｍｇ粉体の量を求める方法である。
以下、詳しく説明する。

金属Ｍｇ粉体は、ジェットパック車１３（搬送手段）で搬送される。
この金属Ｍｇ粉体を、ジェットパック車１３から搬送用配管１４を介して搬送し、受入れホッパー１５に受け入れる。そして、この金属Ｍｇ粉体を、受入れホッパー１５から吹込みタンク１６に所定量切出し、他の受入れホッパー１７から吹込みタンク１６に所定量切出されたＣａＯ系粉体（ここでは、ＣａＯ粉体）と混合して脱硫剤とする。この脱硫剤は、金属Ｍｇ（金属マグネシウム）とＣａＯ（酸化カルシウム）を基本成分とするものであり、脱硫対象となる溶銑の組成に応じて、他の成分が含まれてもよく、また、金属ＭｇとＣａＯ（ＣａＯ系）の割合を種々変更することもできる。

ここで、金属Ｍｇ粉体をジェットパック車１３から受入れホッパー１５に搬送する際に、金属Ｍｇ粉体の一部を取出して（サンプリングして）篩分け処理する。
篩分け処理は、受入れホッパー１５に搬入する金属Ｍｇ粉体全てに対して行うのではなく、例えば、数十グラム程度をサンプリングして行う。このサンプリングは、１回の搬入につき１回でもよいが、複数回行うほうが望ましい。なお、金属Ｍｇ粉体の搬送が、時間をあけて断続的に行われる場合は、ジェットパック車１３から搬送するごとに、サンプリングを行うことが好ましい。

金属Ｍｇ粉体の篩分け処理に用いる篩は、主として脱硫反応に寄与する金属Ｍｇ粉体（金属Ｍｇ粉体Ａ）を篩上に、主として脱硫反応に寄与しない劣化部分（金属Ｍｇ粉体Ｂ）を篩下に、篩分け可能な篩目を有するものである。
この金属Ｍｇ粉体は、前記したように、例えば、粒径が１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように形成され、３００μｍ以上の粒径が９０質量％以上のものであるため、この粒径と、劣化して剥がれ落ちる微粒のＭｇＯ（劣化部分）の粒径とを考慮して、篩目の大きさを以下のように決定する。

篩目の大きさは、例えば、１００μｍ〜３００μｍ（好ましくは、下限を２００μｍ、更には２５０μｍ）の範囲内にする。
なお、篩目の大きさは、金属Ｍｇ粉体の最小粒径である１００μｍより小さくすると劣化部分だけを篩分けることができる。しかし、篩目の大きさを１００μｍ未満にした場合、篩分け処理に時間を要し、また、作業性も悪くなるため、１００μｍ以上とすることが好ましく、特に、３００μｍ程度の篩を用いて、篩分け処理に要する時間を短縮するのが実用的である。なお、篩目の大きさを３００μｍ超にした場合、脱硫反応に寄与する金属Ｍｇ粉体が篩下になる割合が増加し、溶銑に吹込む金属Ｍｇ量を多目に見積もってしまうことになる。

次に、金属Ｍｇ粉体中の篩上の金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合を求める。この質量割合は、秤量機で計測した篩上の金属Ｍｇ粉体Ａの質量を、前記したサンプリング量（又は、篩上の金属Ｍｇ粉体Ａと篩下の金属Ｍｇ粉体Ｂの合計量）で除すことにより求まる。
なお、金属Ｍｇ粉体中の篩上の金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合が求まれば、上記した算出方法に限定されるものではなく、例えば、上記したサンプリング量と、秤量機で計測した篩下の金属Ｍｇ粉体Ｂの質量との差から、篩上の金属Ｍｇ粉体Ａの質量を求め、上記した質量割合を求めることもできる。

続いて、求めた質量割合で、溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を除して、溶銑に吹込む金属Ｍｇ粉体の量を求める。算出式は、以下の通りである。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ
ここで、Ｘは溶銑に吹込む金属Ｍｇ粉体の量、Ｙは溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量、Ｚは篩上の金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合、である。
なお、溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量とは、所定の脱硫量を得るために必要な金属Ｍｇ量であり、過去の脱硫処理における処理前後の硫黄濃度と溶銑温度を変数とする重回帰分析などから計算できる。
上記した質量割合と溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量の算出には、演算手段を用いる。

以上の方法で得られた溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を含む脱硫剤を、キャリアガス１８（不活性ガス：例えば、窒素ガス（Ｎ_２ガス）やアルゴンガス（Ａｒガス）等）を用いて浸漬ランス１２へ供給し、浸漬ランス１２の先部（下部）に形成された吐出口１９から溶銑１１中に吹込む。
これにより、金属Ｍｇ粉体の劣化割合の変動による脱硫効率のばらつきを、従来よりも低減することが可能になるため、金属Ｍｇ粉体の過剰な使用量を抑制できる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、直径５ｍ、高さ６ｍの溶銑鍋（取鍋）に収容された４００トンの溶銑に、インジェクションランス（浸漬ランス）を浸漬させ、金属Ｍｇ粉体とＣａＯ粉体からなる脱硫剤をインジェクションランスから溶銑に吹込んだ。
なお、脱硫剤中のＣａＯ量は金属Ｍｇ量の１０倍とし、脱硫剤の溶銑への吹込み速度は２００ｋｇ／分とした。また、脱硫剤のキャリアガスにはＮ_２ガスを用い、流量は１１Ｎｍ^３／分とした。そして、インジェクションランスの浸漬深さは２．２ｍとした。

ここで、実施例では、脱硫剤に用いる金属Ｍｇ粉体を、ジェットパック車から受け入れる際に一部をサンプリングし、金属Ｍｇ粉体の篩分け処理を行った。この篩分け処理に用いた篩の目の大きさは、３００μｍとした。この篩分け処理の結果から、脱硫剤の吹込み量を決定し、脱硫処理を行った。
一方、比較例として、金属Ｍｇ粉体を篩分け処理せず、過去の操業実績をもとに狙いとする脱硫率を得るために必要な脱硫剤の吹込み量を決定する従来の方法で、脱硫処理を行った。

それぞれの溶銑の脱硫率の狙い値（目標値）と実績値について整理した結果を、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。
図２（Ａ）は、篩分け処理を行わない比較例であり、狙い値に対して実績値のばらつきが大きく、特に脱硫率が高い側にばらついている。これは、過去の操業実績自体のばらつきが大きく、脱硫不足にならないように脱硫剤を多目に吹込んだためである。
図２（Ｂ）は、篩分け処理の結果を用いた実施例であり、狙いの脱硫率に対する実績値のばらつきは小さい。

なお、図２（Ａ）、（Ｂ）の各縦軸に記載した溶銑の脱硫率（実績値）は、以下の式で求めた。
（脱硫率）＝｛１−（脱硫処理後の［％Ｓ］）／（脱硫処理前の［％Ｓ］）｝×１００
ここで、［％Ｓ］は、溶銑中の硫黄濃度（質量％）である。

図２（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、篩分け処理の結果を用いることで、脱硫率のばらつきを少なくできる金属Ｍｇ量を決定できることが分かった。
従って、本発明の溶銑の脱硫方法を用いることで、脱硫効率のばらつきを従来よりも低減でき、金属Ｍｇの過剰な使用量を抑制できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の溶銑の脱硫方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を、過去の脱硫処理の実績値を用いて算出した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、溶銑中の硫黄濃度、脱硫後の目標とする硫黄濃度、及び、溶銑温度から、理論的に求めることもできる。なお、この場合、必要に応じて、金属Ｍｇの脱硫効率を考慮し、溶銑の脱硫に必要な過剰の金属Ｍｇ量（安全率）を付加することもできる。

１０：取鍋、１１：溶銑、１２：浸漬ランス（ランス）、１３：ジェットパック車、１４：搬送用配管、１５：受入れホッパー、１６：吹込みタンク、１７：受入れホッパー、１８：キャリアガス、１９：吐出口

Claims

金属Ｍｇ粉体とＣａＯ系粉体の混合物を有する脱硫剤を、溶銑に浸漬させたランスを用いて溶銑に吹込む溶銑の脱硫方法において、
前記金属Ｍｇ粉体の一部を篩分け処理して、篩上の金属Ｍｇ粉体Ａと篩下の金属Ｍｇ粉体Ｂとに分け、前記金属Ｍｇ粉体中の前記金属Ｍｇ粉体Ａの質量割合を求め、該質量割合で溶銑の脱硫に必要な金属Ｍｇ量を除して、溶銑に吹込む前記金属Ｍｇ粉体の量を求めることを特徴とする溶銑の脱硫方法。
請求項１記載の溶銑の脱硫方法において、前記篩分け処理に用いる篩の目の大きさは、１００μｍ〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする溶銑の脱硫方法。