JP6648711B2 - Hot metal desulfurization method - Google Patents
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Description
本発明は、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法に関する。 The present invention relates to a hot metal desulfurization method using a mechanical stirring type desulfurization device.
近年、鋼の高純度化に対する要求が従来にも増して強くなり、これに伴って鋼中の不純物を除去する技術開発が盛んに行われている。今日の製鋼精錬プロセスにおいては、転炉での脱炭精錬に先立って溶銑に含有される燐(P)及び硫黄(S)を除去する方法、即ち、溶銑の予備処理が一般的に行われている。このうち、溶銑の脱硫処理においては、水平断面がほぼ円形を有する精錬容器内で溶銑を保持し、溶銑上に脱硫剤を添加し、攪拌羽根(「インペラ」とも呼ばれる)と称する、羽根を有する回転子を溶銑内に浸漬して回転させ、溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫する方法(「機械攪拌式脱硫法」という)が広く行われている。この脱硫装置を「機械攪拌式脱硫装置」と呼んでいる。 In recent years, the demand for higher purity of steel has become stronger than ever before, and accordingly, technology for removing impurities in steel has been actively developed. In today's steelmaking refining process, a method of removing phosphorus (P) and sulfur (S) contained in hot metal prior to decarburization refining in a converter, that is, pretreatment of hot metal is generally performed. I have. Among these, in the desulfurization treatment of hot metal, the hot metal is held in a refining vessel having a substantially circular horizontal cross section, a desulfurizing agent is added on the hot metal, and a stirring blade (also referred to as an "impeller") is provided. 2. Description of the Related Art A method of immersing a rotor in hot metal, rotating the hot metal, and agitating the hot metal and a desulfurizing agent to desulfurize the material (referred to as “mechanical stirring type desulfurization method”) is widely used. This desulfurization device is called "mechanical stirring type desulfurization device".
この時の脱硫剤としては、酸化カルシウム(以下、「CaO」とも記す)の粉体を主成分とする脱硫剤や、カルシウムカーバイド(CaC2)などが挙げられるが、安価な酸化カルシウムを主成分とする脱硫剤が広く用いられている。この酸化カルシウムによる脱硫反応は、下記の(3)式に示される反応式に基づいて進行する。但し、(3)式において、[S]は溶銑中の硫黄、(CaS)はスラグ中の硫化カルシウム(CaS)、[O]は溶銑中の酸素(O)を表している。 Examples of the desulfurizing agent at this time include a desulfurizing agent containing calcium oxide (hereinafter, also referred to as “CaO”) as a main component, calcium carbide (CaC 2 ), and the like. Is widely used. This desulfurization reaction with calcium oxide proceeds based on the reaction formula shown in the following formula (3). In the formula (3), [S] represents sulfur in the hot metal, (CaS) represents calcium sulfide (CaS) in the slag, and [O] represents oxygen (O) in the hot metal.
[S]+CaO=(CaS)+[O] …(3)
酸化カルシウムは、融点が約2500℃であり、溶銑の脱硫処理時の温度範囲である1250〜1450℃の範囲では溶融せず、脱硫反応は固体の酸化カルシウムと液体の溶銑との固液反応となり、脱硫反応速度は極めて小さい。
[S] + CaO = (CaS) + [O] (3)
Calcium oxide has a melting point of about 2500 ° C, does not melt in the temperature range of 1250 to 1450 ° C, which is the temperature range for hot metal desulfurization, and the desulfurization reaction is a solid-liquid reaction between solid calcium oxide and liquid hot metal. The desulfurization reaction rate is extremely low.
そこで、上記(3)式の反応を進める方法のひとつとして、酸化カルシウムと反応して低融点化合物を形成する物質を添加し、酸化カルシウムの滓化を促進させることが行われている。例えば、アルミナ(Al2O3)やフッ化カルシウム(CaF2)を混合したCaO系脱硫剤が使用されている。但し、アルミナは1400℃程度の比較的高温の溶銑では滓化促進効果を有するが、1300℃程度の溶銑では滓化促進効果が少なく、したがって、1300℃程度の低温の溶銑でも滓化性の良好な、フッ化カルシウムを3〜5質量%配合したCaO系脱硫剤が広く用いられてきた。しかしながら、近年、フッ素の環境への影響が問題視されており、フッ素を低減したCaO系脱硫剤やフッ素を添加しないCaO系脱硫剤の開発が切望されている。
Thus, as one of the methods for promoting the reaction of the above formula (3), a substance that reacts with calcium oxide to form a low melting point compound is added to promote the slagging of calcium oxide. For example,
アルミナやフッ化カルシウムを添加しなくても、CaO系脱硫剤の活性度を高めることで、上記(3)式の反応は促進される。この観点から、例えば特許文献1は、高活性のCaO系脱硫剤として、水酸化カルシウム粉または炭酸カルシウム粉を顆粒に造粒し、この造粒体に所定の加熱処理を施して焼成し、この焼成の後段において二酸化炭素と接触させるか、或いは、焼成後更に二酸化炭素雰囲気中で少なくとも炭酸化率10%になるまで処理して作製した、比表面積が5m2/g以上及び粒径1mm以上の高活性酸化カルシウム多孔質粒子と、その表面に形成された炭酸カルシウム被覆層とからなる酸化カルシウム多孔質粒状複合体を開示している。 Even without adding alumina or calcium fluoride, the reaction of the above formula (3) is promoted by increasing the activity of the CaO-based desulfurizing agent. From this viewpoint, for example, Patent Literature 1 discloses a method of granulating calcium hydroxide powder or calcium carbonate powder as granules as a highly active CaO-based desulfurizing agent, subjecting the granulated body to a predetermined heat treatment and firing. A specific surface area of 5 m 2 / g or more and a particle size of 1 mm or more produced by contacting with carbon dioxide in the latter stage of the calcination or by further treating the calcination in a carbon dioxide atmosphere until the carbonation ratio becomes at least 10%. A porous calcium oxide granular composite comprising highly active calcium oxide porous particles and a calcium carbonate coating layer formed on the surface thereof is disclosed.
また、溶銑の脱硫反応速度を高めるには、溶銑/脱硫剤間の反応界面積を増加させることが効果的であり、この観点からは、使用するCaO系脱硫剤の粒径は細かいほど好ましい。しかし、実機の機械攪拌式脱硫装置では、一般的に、溶銑を保持した精錬容器の上方から投入シュートを介して溶銑の浴面上にCaO系脱硫剤を添加する方法が採られており、また、溶銑鍋の上方位置には集塵機に接続する排気ダクトが備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが排出されるように構成されていることから、細粒の脱硫剤を添加した場合は、飛散によって溶銑上に到達する脱硫剤の量が低下し、脱硫剤の添加歩留が低下する。そのために、脱硫反応効率が低下するといった問題が生じる。更に、酸化カルシウムと溶銑との界面張力は1.75N/mであり、酸化カルシウムは溶銑とは濡れ難い性質を有するので、溶銑に添加された酸化カルシウムは互いに凝集してしまい、凝集粒子群の内部の酸化カルシウムは未反応のままであり、そのために脱硫反応効率が低下するといった問題も生じる。 In order to increase the desulfurization reaction rate of the hot metal, it is effective to increase the reaction interface area between the hot metal and the desulfurizing agent. From this viewpoint, the smaller the particle size of the CaO-based desulfurizing agent used, the better. However, in the actual mechanical stirring type desulfurization apparatus, generally, a method of adding a CaO-based desulfurizing agent onto the bath surface of hot metal through a charging chute from above a refining vessel holding hot metal, and An exhaust duct connected to the dust collector is provided above the hot metal ladle, and gas and dust generated during the desulfurization process are configured to be discharged. In addition, the amount of the desulfurizing agent that reaches the hot metal due to the scattering decreases, and the yield of the desulfurizing agent added decreases. Therefore, there arises a problem that the desulfurization reaction efficiency is reduced. Furthermore, the interfacial tension between calcium oxide and hot metal is 1.75 N / m, and calcium oxide has a property that it is difficult to wet with hot metal. The calcium oxide inside remains unreacted, which causes a problem that the desulfurization reaction efficiency is reduced.
これらのことから、溶銑の脱硫反応を促進させるには、酸化カルシウムのサイズを小さくするとともに、粉体として添加する酸化カルシウムの凝集を抑制し、溶銑浴内への脱硫剤の浸入を向上させ、溶銑浴内での分散を促進させることが有効である。 From these facts, in order to promote the desulfurization reaction of hot metal, the size of calcium oxide is reduced, the aggregation of calcium oxide added as powder is suppressed, and the penetration of the desulfurizing agent into the hot metal bath is improved, It is effective to promote dispersion in the hot metal bath.
これを実現させる技術として、特許文献2には、攪拌羽根の回転軸の下端部に開口する脱硫剤の噴出口を備えた攪拌羽根を用い、この攪拌羽根を浸漬、回転させて溶銑を攪拌しながら、前記噴出口から脱硫剤粉末を搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込んで脱硫する方法が提案されている。また、特許文献3には、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に、上吹きランスを介して脱硫剤粉末を搬送用ガスとともに上吹き添加して脱硫する方法が提案されている。更に、特許文献4には、脱硫剤の添加による温度低下を抑制することで脱硫効率を向上させるため、攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に、バーナーの火炎で加熱した脱硫剤を上吹き添加する脱硫方法が提案されている。
As a technique for realizing this,
特許文献4に提案された、脱硫剤をバーナー火炎で加熱して上吹き添加する技術は、溶銑の脱硫処理だけでなく、脱炭精錬後の二次精錬工程における溶鋼脱硫においても様々な提案がなされている。例えば特許文献5には、真空脱ガス装置において脱硫用精錬剤をバーナー火炎によって溶融させることで脱硫効率を向上させる方法が開示されている。また、特許文献6には、同様に真空脱ガス装置において、脱硫用精錬剤をバーナー火炎によって溶融させる際、燃焼用ガス供給速度と燃料供給速度とを調整して還元性のバーナー火炎を形成させ、これによって還元反応である脱硫反応の効率低下を抑制する方法が開示されている。
The technology proposed in Patent Document 4 in which a desulfurizing agent is heated with a burner flame and blown upward is added. Various proposals have been made not only for desulfurization treatment of hot metal but also for desulfurization of molten steel in a secondary refining process after decarburization refining. It has been done. For example,
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。 However, the above prior art has the following problems.
即ち、特許文献1では、脱硫処理に適した酸化カルシウム多孔質粒状複合体を得るまでに、水酸化カルシウム粉または炭酸カルシウム粉の混練、加熱処理、粉砕といった多くの工程及び処理時間を要するために、製造コストが高くなり、脱硫剤として使用することは現実的ではない。 That is, in Patent Document 1, since many steps and processing times such as kneading of calcium hydroxide powder or calcium carbonate powder, heat treatment, and pulverization are required until a calcium oxide porous granular composite suitable for desulfurization treatment is obtained. However, the production cost is high, and it is not practical to use it as a desulfurizing agent.
特許文献2及び特許文献3では、脱硫剤を添加することによって溶銑の顕熱が脱硫剤に奪われ、溶銑温度が低下して脱硫反応に不利な条件になるという問題がある。還元反応である脱硫反応は、高温になるほど有利である。また、前述したように脱硫剤と溶銑との界面張力は大きいために、特許文献2及び特許文献3の方法を用いても、脱硫剤を溶銑中に侵入させて分散させる効果は限定的であり、脱硫反応の促進効果は十分ではなかった。
In
特許文献4では、機械攪拌式脱硫装置において脱硫剤をバーナー加熱しており、特許文献2及び特許文献3で課題であった溶銑温度低下を解消することはできるが、燃焼用ガス供給速度及び燃料供給速度の適正範囲が明確ではない。また、燃焼用ガスが直接溶銑浴面に到達しないように調整しただけでは、バーナー火炎そのものは酸化性であることも考えられることから、脱硫効率の低下が疑われる。また、特許文献4は、溶銑温度低下の抑制が目的であるが、バーナー火炎による脱硫剤の性状変化による脱硫効率への影響については一切言及していない。
In Patent Literature 4, the desulfurizing agent is heated by a burner in a mechanical stirring type desulfurization apparatus. Although the decrease in hot metal temperature, which was a problem in
特許文献5では、バーナー火炎による加熱で脱硫剤を溶融しており、供給する脱硫剤量に対して必要な燃料量が大きく、脱硫処理コストが増大するという問題がある。また、特許文献6では、還元性火炎を得る方法が開示されているが、真空脱ガス装置内での適正範囲は示されているものの、大気圧下で行う機械攪拌式脱硫装置での脱硫処理における適正範囲は全く言及していない。
In
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、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を脱硫処理するにあたり、CaO系脱硫剤の添加に伴う溶銑温度の低下を抑制し、低コスト且つ簡便な方法で凝集しにくいCaO系脱硫剤を生成するとともに直接的に溶銑浴面に上吹き添加することで、溶銑中における脱硫剤の分散を促進させて、短時間で効率的に脱硫処理することのできる、溶銑の脱硫方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress a decrease in hot metal temperature accompanying the addition of a CaO-based desulfurizing agent in desulfurizing hot metal using a mechanical stirring type desulfurizer. By generating a CaO-based desulfurizing agent that is less likely to coagulate by a low-cost and simple method and directly adding it to the hot metal bath surface, the dispersion of the desulfurizing agent in the hot metal is promoted, so that it is efficient in a short time. It is an object of the present invention to provide a hot metal desulfurization method which can be desulfurized.
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]機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、
粉体状精錬剤供給流路と、燃料供給流路と、燃料燃焼用の酸素含有ガス供給流路とを有する上吹きランスを用い、前記燃料供給流路から燃料を供給すると同時に前記酸素含有ガス供給流路から酸素含有ガスを供給して前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、前記粉体状精錬剤供給流路から水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉体を搬送用ガスとともに供給し、前記水酸化カルシウムを前記火炎の熱で熱分解させ、該熱分解で生成した酸化カルシウム(CaO)を攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に上吹き添加して溶銑を脱硫処理するにあたり、
前記水酸化カルシウムの供給速度をS(kg/min)、前記燃料の低位発熱量をQ(MJ/kg)、前記燃料の供給速度をF(kg/min)、前記酸素含有ガスに含有される酸素ガスの供給速度をG(Nm3/min)としたとき、下記の(1)式及び(2)式を満たすように、前記水酸化カルシウムの供給速度S、前記燃料の供給速度F、前記酸素ガスの供給速度Gのうちのいずれか1種または2種以上を調整することを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] In a method of desulfurizing hot metal using a mechanical stirring type desulfurization apparatus,
Using an upper blowing lance having a powdery refining agent supply passage, a fuel supply passage, and an oxygen-containing gas supply passage for fuel combustion, supplying fuel from the fuel supply passage and simultaneously supplying the oxygen-containing gas while supplying an oxygen-containing gas from the supply channel to form a flame at the tip below the lance on the, transport powder calcium hydroxide (Ca (OH) 2) from the powdery refining agent supply passage And the calcium hydroxide is thermally decomposed by the heat of the flame, and the calcium oxide (CaO) generated by the pyrolysis is added by blowing upward onto the hot metal bath surface stirred by the stirring blade. In desulfurizing hot metal,
The supply rate of the calcium hydroxide is S (kg / min), the lower heating value of the fuel is Q (MJ / kg), the supply rate of the fuel is F (kg / min), and the oxygen-containing gas is contained. Assuming that the supply rate of the oxygen gas is G (Nm 3 / min), the supply rate S of the calcium hydroxide, the supply rate F of the fuel, and the supply rate F of the fuel satisfy the following equations (1) and (2). A method for desulfurizing hot metal, comprising adjusting one or more of the oxygen gas supply rates G.
ここで、(G/F)は、酸素燃料比(=酸素ガス供給速度/燃料供給速度)であり、(G/F)stは、燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値である。
[2]金属アルミニウムを含有するアルミニウムドロスを、前記水酸化カルシウムの熱分解によって生成する酸化カルシウム(CaO)の量に対して4質量%〜35質量%の比率となるように、前記溶銑の浴面上に添加することを特徴とする、上記[1]に記載の溶銑の脱硫方法。
Here, (G / F) is an oxygen fuel ratio (= oxygen gas supply speed / fuel supply speed), and (G / F) st is a stoichiometric value of the oxygen fuel ratio at which the fuel is completely burned. .
[2] The bath of the hot metal so that aluminum dross containing metallic aluminum is in a ratio of 4% by mass to 35% by mass with respect to the amount of calcium oxide (CaO) generated by thermal decomposition of the calcium hydroxide. The hot metal desulfurization method according to the above [1], wherein the hot metal is added to the surface.
本発明によれば、水酸化カルシウムの粉体をバーナー火炎で適性に加熱して酸化カルシウムに熱分解させ、生成した酸化カルシウムを還元性火炎とともに溶銑浴面に吹き付けるので、脱硫剤の添加に伴う溶銑の温度低下が抑制されるとともに、脱硫反応が促進され、脱硫率の向上、脱硫処理時間の短縮、脱硫剤原単位の削減などが実現される。 According to the present invention, calcium hydroxide powder is appropriately heated with a burner flame to thermally decompose it into calcium oxide, and the generated calcium oxide is sprayed on the hot metal bath surface together with the reducing flame, which is accompanied by the addition of a desulfurizing agent. The decrease in the temperature of the hot metal is suppressed, and the desulfurization reaction is promoted, so that the desulfurization rate is improved, the desulfurization treatment time is shortened, and the desulfurizer unit consumption is reduced.
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、本発明に係る脱硫処理の実施形態の1例を示す側面概略図であり、図2は、図1に示す上吹きランスの概略拡大断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic side view showing an example of the embodiment of the desulfurization treatment according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of the upper blowing lance shown in FIG.
高炉から出銑された溶銑3を、台車1に搭載された溶銑鍋2またはトーピードカー(図示せず)で受銑し、受銑した溶銑3を機械攪拌式脱硫装置に搬送する。トーピードカーで受銑した場合には、脱硫処理に先立ち、溶銑鍋2などの取鍋型の処理容器に移し替えることとする。図1は、処理容器として溶銑鍋2を使用した例を示している。本発明において、脱硫処理の対象となる溶銑3は、どのような成分であっても構わず、例えば、予め脱珪処理や脱燐処理が施されていてもよい。脱珪処理とは、脱燐処理を効率良く行うために脱燐処理に先立ち、溶銑3に酸素ガスや鉄鉱石などの酸素源を添加して主に溶銑中の珪素を除去する処理であり、脱燐処理とは、溶銑3に酸素ガスや鉄鉱石などの酸素源とCaO系媒溶剤とを添加して主に溶銑中の燐を除去する処理である。
機械攪拌式脱硫装置は、溶銑鍋2に収容された溶銑3に浸漬し、回転して溶銑3を攪拌するための耐火物製の攪拌羽根4を備えており、この攪拌羽根4は、昇降装置(図示せず)によってほぼ鉛直方向に昇降し、且つ、回転装置(図示せず)によって軸4aを回転軸として回転するようになっている。
The mechanical stirring type desulfurization device is provided with a refractory stirring blade 4 for immersing in the
また、機械攪拌式脱硫装置には、上吹きランス5及びホッパー10が設けられ、上吹きランス5とホッパー10とは、脱硫剤供給管6によって連結されており、ホッパー10に収容された粉体状の水酸化カルシウム(Ca(OH)2)12が、アルゴンガス、窒素ガスなどの非酸化性ガスを搬送用ガスとして、脱硫剤供給管6を介して搬送用ガスとともに上吹きランス5に供給され、上吹きランス5の先端から溶銑鍋2に収容された溶銑3に向けて吹き付けられるようになっている。ホッパー10には、ロータリーフィーダー11が配置されており、脱硫剤としての水酸化カルシウム12の供給量がロータリーフィーダー11によって制御されている。脱硫剤供給管6には搬送用ガスの流量を調節するための流量調節弁(図示せず)が設置されている。
The mechanical stirring type desulfurization apparatus is provided with an
また、上吹きランス5には、ブタンガス、プロパンガス、メタンガス、天然ガスなどの炭化水素系のガス燃料やコークス炉ガスなどのCOガスを含有するガス燃料、重油や灯油などの炭化水素系の液体燃料、コークスや石炭などの炭素系の固体燃料のうちの少なくとも1種を供給するための燃料供給管7と、酸素ガス、酸素富化空気、空気などの酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給管8と、上吹きランス5を冷却するための冷却水を供給・排出するための冷却水給排水管9とが連結されている。燃料供給管7及び酸素含有ガス供給管8には、それぞれの流量を調節するための流量調節弁(図示せず)がそれぞれ設置されている。
Further, the
上吹きランス5は、図2に示すように、円筒状のランス本体13と、このランス本体13の下端に溶接などにより接続された銅製のランスチップ14とで構成されており、ランス本体13は、最外管15、外管16、中管17、内管18、最内管19の同心円状の5種の鋼管、即ち五重管で構成されている。脱硫剤供給管6は、最内管19に連通し、燃料供給管7は、内管18と最内管19との間隙に連通し、酸素含有ガス供給管8は、中管17と内管18との間隙に連通し、冷却水給排水管9は、最外管15と外管16との間隙、及び、外管16と中管17との間隙に連通している。
As shown in FIG. 2, the
つまり、最内管19の内部が粉体状精錬剤供給流路となっていて、粉体状の水酸化カルシウム12が搬送用ガスとともに最内管19の内部を通り、内管18と最内管19との間隙が燃料供給流路となっていて、燃料が内管18と最内管19との間隙を通り、中管17と内管18との間隙が燃料燃焼用の酸素含有ガス供給流路となっていて、酸素含有ガスが中管17と内管18との間隙を通る。最外管15と外管16との間隙及び外管16と中管17との間隙は、冷却水の給水流路及び排水流路となっている。
In other words, the inside of the
最内管19の内部はランスチップ14のほぼ中心位置に配置された中心孔20と連結し、内管18と最内管19との間隙は、中心孔20の周囲に設けられた燃料噴射孔21に連結し、中管17と内管18との間隙は、燃料噴射孔21の近傍に並んで配置された酸素含有ガス噴射孔22に連結している。燃料噴射孔21及び酸素含有ガス噴射孔22は、例えば、複数個且つ同数配置されている。中心孔20は、粉体状の水酸化カルシウム12を吹き込むためのノズルであり、一方、燃料噴射孔21は、燃料を吹き込むためのノズル、酸素含有ガス噴射孔22は、燃料燃焼用の酸素含有ガスを吹き込むためのノズルであり、1つの燃料噴射孔21と1つの酸素含有ガス噴射孔22とで1つのバーナーを形成するように構成されている。つまり、燃料噴射孔21から噴出される燃料が酸素含有ガス噴射孔22から噴出される酸素含有ガス中の酸素ガスによって燃焼し、上吹きランス5の先端部にバーナー火炎が形成されるように構成されている。
The inside of the
尚、図2に示すように、中心孔20は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の2つの円錐体で構成された、所謂、ラバールノズルの形状を採っているが、ストレート形状であってもよい。また、燃料供給流路と酸素含有ガス供給流路とを取り替えてもよい。また更に、図2では、燃料噴射孔21と酸素含有ガス噴射孔22とがランスチップ14の先端部まで別々の流路となっているが、ランスチップ14の途中のノズル内で両者を混合させるようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, the
機械攪拌式脱硫装置には、塊状或いは粉体状の脱酸剤(金属アルミニウムやアルミニウムドロスなど)などの副原料を溶銑3の浴面上に上置き添加するための投入シュート(図示せず)が設置され、更に、溶銑鍋2の上方位置には、集塵機(図示せず)に接続する排気ダクト口(図示せず)が備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが排出されるように構成されている。溶銑3の脱硫反応は還元反応であり、金属アルミニウムを含有するアルミニウムドロスなどの脱酸剤を溶銑浴面上に添加することで、酸素ポテンシャルが低下して脱硫反応が促進される。本発明では、後述するように、粉体状の水酸化カルシウム12をバーナー火炎で加熱しながら上吹き添加するので、フッ素源を使用しなくても、十分に脱硫することができる。
A mechanical churning type desulfurizer has an input chute (not shown) for adding an auxiliary material such as a massive or powdery deoxidizing agent (metal aluminum, aluminum dross, etc.) onto the bath surface of the
上吹き添加する粉体状の水酸化カルシウム12のサイズは、用いる上吹きランス5や溶銑鍋2の寸法などに応じて最適な粒度を選択することができるが、反応界面積を増加させるために、及び、速やかに加熱するために、細粒の水酸化カルシウムを用いた方がよく、例えば、粒径が200μm以下のものが好ましく、更に粒径が100μm以下のものが望ましい。また、水酸化カルシウム12としては、工業用に使用される市販の特号消石灰或いは一号消石灰でも良いし、市販の酸化カルシウム(生石灰)の水和生成物を使用することもできる。
The size of the powdered
攪拌羽根4の位置が溶銑鍋2のほぼ中心になるように、溶銑鍋2を搭載した台車1の位置を調整し、次いで、攪拌羽根4を下降させて溶銑3に浸漬させる。攪拌羽根4が溶銑3に浸漬したならば、攪拌羽根4の回転を開始し、所定の回転数まで昇速する。攪拌羽根4の回転数が所定の回転数に達したならば、ロータリーフィーダー11を起動させて、ホッパー10に収容された粉体状の水酸化カルシウム12を、搬送用ガスとともに溶銑3の浴面に向けて吹き付けて添加する。溶銑3の表面に吹き付ける速度が速いほど、脱硫反応が促進されるので、溶銑3の浴面に衝突する搬送用ガスの流速が10m/s以上となるように、搬送用ガスの流量や上吹きランス5の高さを調整することが好ましい。
The position of the bogie 1 on which the
この、粉体状の水酸化カルシウム12の上吹き添加の開始までに、予め、燃料噴射孔21から、炭化水素系またはCOガス系のガス燃料、炭化水素系の液体燃料、炭素系の固体燃料のうちの少なくとも1種を供給するとともに、酸素含有ガス噴射孔22から、酸素ガスや空気などの酸素含有ガスを供給し、必要に応じて燃料噴射孔21の出口側で燃料を着火させ、上吹きランス5の先端部に火炎を形成する。この場合、中心孔20から噴出する、粉体状の水酸化カルシウム12を含む噴流の周囲に火炎が形成されるように、燃料噴射孔21及び酸素含有ガス噴射孔22を配置することが好ましい。
Before the start of the top-blowing addition of the powdered
粉体状の水酸化カルシウム12を供給するに際し、粉体状の水酸化カルシウム12の供給速度をS(kg/min)、燃料の低位発熱量をQ(MJ/kg)、燃料の供給速度をF(kg/min)、酸素含有ガスに含有される酸素ガスの供給速度をG(Nm3/min)としたとき、下記の(1)式及び(2)式を同時に満足するように、水酸化カルシウム粉体の供給速度S、燃料の供給速度F、酸素ガスの供給速度Gのうちのいずれか1種または2種以上を調整する。尚、「低位発熱量」とは、水素または水分を含有する燃料を燃焼させると、発熱量の一部は水分蒸発の潜熱として燃焼ガス中に蓄えられるが、この潜熱は一般に利用できない。そこで、総発熱量からこれらの潜熱を引いたものを「低位発熱量」という。
When supplying the
ここで、(G/F)は、酸素燃料比(=酸素ガス供給速度(Nm3/min)/燃料供給速度(kg/min))であり、(G/F)stは、燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値である。(G/F)stは、例えば燃料がメタンガスの場合は、2.80(Nm3/kg)であり、プロパンガスの場合は、2.55(Nm3/kg)である。 Here, (G / F) is the oxy-fuel ratio (= oxygen gas supply rate (Nm 3 / min) / fuel supply rate (kg / min)), and (G / F) st indicates that the fuel is completely burned. Is the stoichiometric value of the oxy-fuel ratio. (G / F) st is, for example, 2.80 (Nm 3 / kg) when the fuel is methane gas, and 2.55 (Nm 3 / kg) when the fuel is propane gas.
(1)式を満たすように、粉体状の水酸化カルシウム12の供給速度S、燃料の供給速度F、酸素ガスの供給速度Gのうちのいずれか1種または2種以上を調整することで、上吹き添加される粉体状の水酸化カルシウム12は、上吹きランス5の先端部に形成される火炎によって加熱され、火炎内において下記の(4)式に示す熱分解反応を起こし、粉体状の酸化カルシウム(CaO)及び水蒸気(H2Oガス)に分解され、熱分解反応で生成した酸化カルシウムの粒子が溶銑3の浴面に吹き付けられる。
By adjusting any one or more of the supply rate S of the powdered
Ca(OH)2=CaO+H2O(g) …(4)
適正な加熱条件の火炎中で水酸化カルシウム12から熱分解によって生成した粉体状の酸化カルシウムは比表面積が大きく、BET比表面積は4〜20m2/gであり、多孔質状の形態になっていると考えられる。本発明者らの試験結果によれば、このような比表面積が大きい酸化カルシウムを脱硫剤として用いた場合、脱硫反応速度が著しく向上することを確認している。しかし、後述するように水酸化カルシウムを溶銑温度程度の高温で保持した場合には、上記のような比表面積の増大や脱硫反応の促進効果は生じないことから、上記のような多孔質の構造は、溶銑温度程度の高温下では短時間のうちに焼き締まって消失してしまうと考えられる。
Ca (OH) 2 = CaO + H 2 O (g) (4)
Powdered calcium oxide generated by thermal decomposition of
このため、上記の脱硫反応の促進効果が、比表面積の増大による反応界面積の増大で単純に説明可能な現象であるかは疑問であり、他の機構が関与している可能性がある。これがどのような機構によるものなのかは判然としないが、比表面積が著しく増大していることから、生成した酸化カルシウム粒子の表面の物理的状態或いは化学的状態が、従来の焼成された生石灰を粉砕して製造された酸化カルシウム粒子とは大きく異なる可能性があり、このことが、火炎中で生成した酸化カルシウム粒子の溶銑中への侵入条件に影響を及ぼしている可能性があると考えられる。 For this reason, it is doubtful whether the above-mentioned effect of promoting the desulfurization reaction is a phenomenon that can be simply explained by an increase in the reaction interface area due to an increase in the specific surface area, and another mechanism may be involved. It is not clear what mechanism this is due to, but since the specific surface area has been significantly increased, the physical or chemical state of the surface of the generated calcium oxide particles has changed from that of conventional calcined quicklime. It may be significantly different from pulverized calcium oxide particles, which may have affected the conditions under which the calcium oxide particles generated in the flame enter the hot metal .
即ち、溶銑に供給された酸化カルシウム粒子は、溶銑中に侵入するか、侵入できずに気液界面或いは気相側に留まるかの何れかであるが、比表面積が増大した酸化カルシウム粒子が溶銑中に侵入する効率が高くなれば、一旦溶銑中に分散した酸化カルシウム粒子同士は容易には会合して凝集しないので、溶銑中に巻き込まれた個々の酸化カルシウム粒子の比表面積が低下したとしても、従来の生石灰粉体を使用した場合に比べて脱硫の反応界面積を増大することが可能となる。一方、気液界面或いは気相側には酸化カルシウム粒子が高密度で留まり易いので、酸化カルシウム粒子同士が凝集し易く、その後、機械攪拌によって溶銑中に巻き込まれたとしても、脱硫の反応界面積を効率的に増大させることが困難となる。 In other words, the calcium oxide particles supplied to the hot metal either enter the hot metal or remain at the gas-liquid interface or the gas phase without being able to enter the hot metal. If the efficiency of infiltration into the hot metal increases, the calcium oxide particles once dispersed in the hot metal easily associate and do not agglomerate, so even if the specific surface area of the individual calcium oxide particles entrained in the hot metal decreases, In addition, the reaction interface area of desulfurization can be increased as compared with the case where the conventional quick lime powder is used. On the other hand, calcium oxide particles tend to stay at a high density at the gas-liquid interface or gas phase, so that calcium oxide particles tend to agglomerate with each other. Is difficult to efficiently increase.
また、比表面積が増大した酸化カルシウム粒子では、隣接する粒子同士の直接的な接触面積が小さくなることから、溶銑上に供給された後も凝集しにくいという可能性も考えられる。この場合、その後溶銑中に巻き込まれる際の疑似粒子の大きさが、従来の生石灰粉体を使用した場合に比べて小さくなり、脱硫の反応界面積を増大することが可能になると考えられる。 In addition, in the calcium oxide particles having an increased specific surface area, the direct contact area between adjacent particles is reduced, so that it is possible that the calcium oxide particles are hardly aggregated even after being supplied onto the hot metal. In this case, it is considered that the size of the pseudo particles when subsequently entrained in the hot metal becomes smaller than in the case where the conventional quick lime powder is used, and it becomes possible to increase the reaction interface area of desulfurization.
脱硫効率を最大限に高めるためには、加熱条件としては、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値は、0.28に近い方が、より比表面積が増大し易く好ましい。(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値が0.20未満では、生成した粉体状の酸化カルシウムが焼き締まることで比表面積が低下し、上述したような機構による脱硫促進効果が得られ難くなる。例えば、粒子同士の接触面積が大きくなることから、溶銑上に供給された後に凝集してしまい、脱硫効率が低下すると考えられる。一方、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値が0.28を超える場合は、水酸化カルシウム12が火炎中で十分に加熱されず、全量を熱分解することができず、溶銑に未分解のまま到達した水酸化カルシウムの熱分解によって雰囲気の酸素ポテンシャルが上昇し、脱硫効率が低下する。
In order to maximize the desulfurization efficiency, as the heating condition, the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in equation (1) is close to 0.28. It is preferable that the specific surface area is more easily increased. When the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in the expression (1) is less than 0.20, the specific surface area is increased due to baking of the generated powdery calcium oxide. And it becomes difficult to obtain the desulfurization accelerating effect by the mechanism described above. For example, it is considered that since the contact area between the particles increases, the particles are aggregated after being supplied onto the hot metal, and the desulfurization efficiency is reduced. On the other hand, when the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in equation (1) exceeds 0.28, the
また、酸素含有ガスに含有される酸素ガスの供給速度G及び燃料の供給速度Fが(2)式を満たすことで、バーナー火炎の還元性が確保され、脱硫効率の低下を抑制することができる。(G/F)/(G/F)stの値が0.4より小さい場合は、火炎が形成されず、水酸化カルシウムが熱分解されない。一方、(G/F)/(G/F)stの値が0.8を超える場合は、火炎が酸化性となってしまうことで、還元反応である脱硫反応が阻害されることになる。(G/F)/(G/F)stの値は、0.4に近いほど火炎の還元性は高いが、燃料コストを抑制するためには、0.8に近い方がより好ましい。 Further, when the supply rate G of the oxygen gas contained in the oxygen-containing gas and the supply rate F of the fuel satisfy the formula (2), the reducibility of the burner flame is secured, and a decrease in the desulfurization efficiency can be suppressed. . When the value of (G / F) / (G / F) st is smaller than 0.4, no flame is formed and calcium hydroxide is not thermally decomposed. On the other hand, when the value of (G / F) / (G / F) st exceeds 0.8, the flame becomes oxidizing, and the desulfurization reaction as a reduction reaction is inhibited. The closer the value of (G / F) / (G / F) st is to 0.4, the higher the reducibility of the flame is. However, in order to suppress the fuel cost, the value of (G / F) / (G / F) st is more preferably close to 0.8.
(G/F)/(G/F)stが小さいほど燃料に対する酸素ガス量が減少し、不完全燃焼状態となり、火炎温度も低下することから、水酸化カルシウム12が適正に熱分解されるよう、水酸化カルシウム12の供給速度Sを減じる必要がある。
As (G / F) / (G / F) st is smaller, the amount of oxygen gas with respect to the fuel is reduced, the combustion state is incomplete, and the flame temperature is also reduced, so that the
還元性火炎中を通って加熱分解されて生成した酸化カルシウムは、溶銑3の浴面に吹き付けられ、攪拌羽根4によって攪拌されている溶銑3に巻き込まれる。溶銑3に含有される硫黄(S)は、前述した(3)式にしたがって溶銑3に巻き込まれた酸化カルシウムと反応し、溶銑3の脱硫が進行する。
Calcium oxide generated by being thermally decomposed through the reducing flame is sprayed on the bath surface of the
尚、粉体状の水酸化カルシウム12の上吹き添加と並行して、または、上吹き添加の前に、若しくは脱硫処理期間の全期間に、脱硫反応を促進させるために、金属アルミニウムを含有するアルミニウムドロスなどの脱酸剤を、投入シュート(図示せず)から溶銑3に上置き添加することが好ましい。脱酸剤は、酸化カルシウム粒子が凝集しやすい場合には、酸化カルシウム粒子に伴われて凝集することで、脱酸効果が十分に発揮されない場合があるが、還元性火炎を通して生成された凝集しにくい酸化カルシウム粒子とともに添加される場合には、脱酸剤の凝集も抑制されることでより顕著な脱酸効果を示し、脱硫効率が向上する。
In addition, in order to promote the desulfurization reaction, in parallel with or before the top-blown addition of the powdered
脱酸剤として金属アルミニウムを10〜30質量%含有するアルミニウムドロスを添加する場合、添加する水酸化カルシウムの熱分解によって生じる酸化カルシウムの量に対してアルミニウムドロスの比率が4質量%〜35質量%となるように添加することが好ましい。4質量%未満では脱酸剤の量が少なく、脱硫効率が十分向上しない。一方、35質量%を超える場合、酸化カルシウム成分が希釈されて脱硫効率が低下する。熱分解によって生じる酸化カルシウムの量に対するアルミニウムドロスの比率(質量%)は、下記の(5)式で求められる。 When aluminum dross containing 10-30% by mass of metallic aluminum is added as a deoxidizing agent, the ratio of aluminum dross is 4% by mass to 35% by mass with respect to the amount of calcium oxide generated by thermal decomposition of calcium hydroxide to be added. It is preferable to add them so that If it is less than 4% by mass, the amount of the deoxidizing agent is small, and the desulfurization efficiency is not sufficiently improved. On the other hand, when it exceeds 35% by mass, the calcium oxide component is diluted, and the desulfurization efficiency is reduced. The ratio (% by mass) of aluminum dross to the amount of calcium oxide generated by thermal decomposition is determined by the following equation (5).
アルミニウムドロスの比率(質量%)=アルミニウムドロス供給量(kg/t)×100/[(水酸化カルシウム添加量(kg/t))×(56/74)] …(5)
所定量の粉体状の水酸化カルシウム12を添加完了し且つ所定時間の攪拌が行われたなら、攪拌羽根4の回転数を減少させて停止させる。燃料噴射孔21からの燃料の供給及び酸素含有ガス噴射孔22からの酸素含有ガスの供給は、粉体状の水酸化カルシウム12の添加完了に合わせて終了する。攪拌羽根4の回転が停止したなら、攪拌羽根4を上昇させ、溶銑鍋2の上方に待機させる。生成したスラグが浮上して溶銑表面を覆い、静止した状態で溶銑3の脱硫処理が終了する。脱硫処理後、生成したスラグを溶銑鍋2から排出し、次の精錬工程に溶銑鍋2を搬送する。
Ratio of aluminum dross (mass%) = aluminum dross supply amount (kg / t) × 100 / [(calcium hydroxide addition amount (kg / t)) × (56/74)] (5)
When the addition of a predetermined amount of powdered
このようにして溶銑3に対して脱硫処理を施すことで、細粒の粉体状の水酸化カルシウム12であっても添加時の飛散が少なく、還元性火炎内で加熱生成される酸化カルシウム粒子の添加歩留まりが向上し、そして、加熱生成された酸化カルシウム粒子は、比表面積が大きく、脱硫反応促進効果を有する。しかも、加熱生成された酸化カルシウム粒子の添加により溶銑3の温度低下が抑制され、脱硫反応が促進され、脱硫率が著しく向上し、脱硫処理時間の短縮や脱硫剤原単位の削減などが達成される。
By subjecting the
尚、本発明は上記の説明範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上吹きランス5の周囲に複数のバーナーを配置し、このバーナーを用いて上吹きランス5から吹き込まれる粉体状の水酸化カルシウム12を加熱するようにしてもよい。また、粉体状の水酸化カルシウム12に加えて、脱硫剤の一部として、従来の生石灰粉体を上吹きまたは上投入して併用することも妨げない。
Note that the present invention is not limited to the above description range, and various modifications can be made. For example, a plurality of burners may be arranged around the
前述した図1に示す機械攪拌式脱硫装置において、溶銑搬送用の溶銑鍋に収容された約300トンの溶銑に攪拌羽根を浸漬させて回転し、溶銑トンあたり6.5kgの水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉体(市販品、特号消石灰、平均粒径100μm)を、様々な条件によってバーナー火炎で加熱しながら130〜270kg/minの供給速度Sで上吹き添加し、攪拌羽根を140rpmの回転速度で回転させて、バーナー加熱され、上吹き添加された水酸化カルシウム粉体と溶銑とを20分間攪拌して脱硫処理する試験を行った。 In the mechanical stirring type desulfurization apparatus shown in FIG. 1 described above, the stirring blade is immersed in about 300 tons of hot metal accommodated in the hot metal pot for transferring hot metal and rotated, and 6.5 kg of calcium hydroxide (Ca (OH) 2) powder (commercial product, Japanese Patent slaked lime, the average particle diameter of 100 [mu] m), blown added above at a feed rate S of 130~270kg / min while heating with a burner flame by various conditions, the stirring blade Was rotated at a rotation speed of 140 rpm, and a test was performed in which the calcium hydroxide powder and the hot metal which were heated by the burner and added by blowing upward were stirred for 20 minutes to perform desulfurization treatment.
脱硫処理前の溶銑成分は、いずれも炭素濃度が4.4質量%、珪素濃度が0.3質量%、燐濃度が0.1質量%、硫黄濃度が0.04質量%であった。上吹きランスから供給する燃料としてはメタンガス(低位発熱量Q=57.8MJ/kg)を使用し、酸素含有用ガスとしては純酸素ガス(工業用純酸素ガス)を使用した。 Each of the hot metal components before the desulfurization treatment had a carbon concentration of 4.4% by mass, a silicon concentration of 0.3% by mass, a phosphorus concentration of 0.1% by mass, and a sulfur concentration of 0.04% by mass. Methane gas (lower heating value Q = 57.8 MJ / kg) was used as fuel supplied from the upper blowing lance, and pure oxygen gas (industrial pure oxygen gas) was used as the oxygen-containing gas.
表1には、各試験(試験番号1〜48)での処理条件と脱硫率とを示している。また、表2には、比較として行った、酸化カルシウム(CaO)の粉体(市販品、平均粒径100μm)をバーナー火炎で加熱且つ上吹き添加して同様に脱硫処理を行った試験(試験番号49〜56)の結果を示している。試験番号49〜56では、酸化カルシウムの添加量が、試験番号1〜48において水酸化カルシウムが熱分解して生じる酸化カルシウムの質量と同等になるように調整した。尚、表1及び表2に示す脱硫率(%)は、脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度(0.04質量%)に対する、脱硫処理による硫黄濃度低下量の比率(百分率)で示している。
Table 1 shows treatment conditions and desulfurization rates in each test (test numbers 1 to 48). Table 2 also shows, as a comparison, a test (test in which calcium oxide (CaO) powder (commercial product,
試験番号1〜8は、水酸化カルシウムをバーナー加熱せずに上吹き添加した脱硫処理の結果を示しているが、いずれも脱硫率は77.5%であり、試験番号49〜56に示す、酸化カルシウム粉体をバーナー加熱し且つ上吹き添加した試験における脱硫率90%に比較して低位であった。これは、試験番号1〜8では、水酸化カルシウム粉体が溶銑湯面に達して熱分解することで生じる水蒸気(H2O)による酸化雰囲気が還元反応である脱硫反応を阻害したためと考えられる。 Test Nos. 1 to 8 show the results of desulfurization treatment in which calcium hydroxide was blown up without heating with a burner, and the desulfurization rate was 77.5% for all, and Test Nos. It was lower than the desulfurization rate of 90% in the test in which the calcium oxide powder was heated with a burner and top-blown. This is considered to be because in Test Nos. 1 to 8, the oxidizing atmosphere due to water vapor (H 2 O) generated by the calcium hydroxide powder reaching the hot metal surface and being thermally decomposed inhibited the desulfurization reaction, which is a reduction reaction. .
試験番号9〜16では、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値に応じて脱硫率が変化する傾向が見られるが、全体に脱硫率は低位となっている。これは、燃料の供給速度Fに対して酸素ガスの供給速度Gが大きすぎるために、化学量論的に還元性火炎となる条件であっても、水酸化カルシウム粉体の熱分解によって生じる水蒸気の影響によって雰囲気の酸素ポテンシャルが上昇し、還元反応である脱硫反応を阻害したためと考えられる。このため、試験番号9〜16では、酸化カルシウム粉体のバーナー加熱上吹き添加の試験(試験番号49〜56)での脱硫率を上回ることができなかった。 In Test Nos. 9 to 16, there is a tendency that the desulfurization rate changes according to the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in equation (1). The desulfurization rate is low. This is because the oxygen gas supply rate G is too high with respect to the fuel supply rate F, so that the steam generated by the thermal decomposition of the calcium hydroxide powder can be used even under the condition of stoichiometrically reducing flame. It is considered that the oxygen potential of the atmosphere increased due to the influence of the above, and the desulfurization reaction, which is a reduction reaction, was inhibited. For this reason, in Test Nos. 9 to 16, the desulfurization rate in the test for adding the calcium oxide powder to the burner by heating top blowing (Test Nos. 49 to 56) could not be exceeded.
試験番号17〜21及び試験番号25、26では、酸素ガス供給速度Gに対して、燃料供給速度Fが増大することで、次第に酸化性雰囲気による悪影響が弱まり、試験番号9〜16に対して脱硫率が向上する傾向が見られた。しかし、燃料の燃焼熱に対して加熱する水酸化カルシウム粉体が少なく、粉体が高温になることで溶銑浴面に到達するまでに多孔質の酸化カルシウム粒子が焼き締められて、比表面積が従来の酸化カルシウム粉体(生石灰粉体)と同等まで低下してしまうことによると考えられる。このため、脱硫反応を促進する効果は得られず、上述した酸化性雰囲気による影響で、結果として酸化カルシウム粉体のバーナー加熱上吹き添加の試験(試験番号49〜56)よりも脱硫反応が遅くなったと考えられる。 In Test Nos. 17 to 21 and Test Nos. 25 and 26, the adverse effect of the oxidizing atmosphere was gradually reduced by increasing the fuel supply rate F with respect to the oxygen gas supply rate G. There was a tendency for the rate to improve. However, the amount of calcium hydroxide powder that is heated against the combustion heat of the fuel is small, and as the powder becomes hot, the porous calcium oxide particles are sintered by the time they reach the hot metal bath surface, resulting in a specific surface area. This is considered to be due to the decrease to the same level as the conventional calcium oxide powder (quick lime powder). For this reason, the effect of accelerating the desulfurization reaction cannot be obtained, and as a result, the desulfurization reaction is slower than the test (test numbers 49 to 56) of the addition of the calcium oxide powder to the burner by heating, due to the influence of the oxidizing atmosphere described above. It is thought that it became.
試験番号31、32及び試験番号35〜40では、脱硫率は或る程度高くなるが、90%には到達しない。これは、燃料の燃焼熱に対して加熱する水酸化カルシウム粉体が多すぎて、粉体が低温であったために、溶銑浴面に到達するまでに水酸化カルシウムの熱分解が完了せず、試験番号1〜7と同様に、溶銑浴面で急激に熱分解することで、高い比表面積が得られないことに加え、分解生成した水蒸気により局所的に還元雰囲気が確保されず、脱硫反応が阻害されたと考えられる。 In Test Nos. 31 and 32 and Test Nos. 35 to 40, the desulfurization rate increases to some extent but does not reach 90%. This is because the amount of calcium hydroxide powder to be heated with respect to the heat of combustion of the fuel is too large, and the powder has a low temperature, so the thermal decomposition of calcium hydroxide is not completed before it reaches the hot metal bath surface, As in Test Nos. 1 to 7, rapid thermal decomposition on the hot metal bath surface does not allow a high specific surface area to be obtained, and in addition, a reducing atmosphere is not locally secured by the steam generated by decomposition, and the desulfurization reaction proceeds. It is considered to have been inhibited.
試験番号41〜48では、酸素ガス供給速度Gに対して燃料供給速度Fが大きすぎたことで、バーナー火炎が形成されず、水酸化カルシウム粉体が加熱されず、試験番号1〜7と同様の理由で脱硫率が低位であったと考えられる。 In Test Nos. 41 to 48, the burner flame was not formed and the calcium hydroxide powder was not heated because the fuel supply speed F was too large with respect to the oxygen gas supply speed G. It is considered that the desulfurization rate was low for the reason described above.
試験番号22〜24、試験番号27〜30及び試験番号33、34では、燃料の燃焼熱に対する水酸化カルシウム粉体の供給速度Sが適正であったことで、水酸化カルシウム粉体の熱分解が完了し、生成した酸化カルシウム粒子が焼き締まることなく、比表面積が大きい状態を維持することができたことに加え、酸素ガス供給速度Gに対する燃料供給速度Fが適正であったことで、還元雰囲気を確保し、脱硫効率の低下を抑制できたことから、高い脱硫率を得ることができた。 In Test Nos. 22 to 24, Test Nos. 27 to 30, and Test Nos. 33 and 34, the thermal decomposition of the calcium hydroxide powder was performed because the supply speed S of the calcium hydroxide powder to the combustion heat of the fuel was appropriate. After the completion, the generated calcium oxide particles were able to maintain a large specific surface area without burning, and the fuel supply rate F with respect to the oxygen gas supply rate G was appropriate. , And a decrease in desulfurization efficiency was suppressed, so that a high desulfurization rate could be obtained.
図3に、実施例1における試験番号1〜48のうちで、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値が0.06〜0.34の範囲内である試験での脱硫率と(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値との関係を示す。 FIG. 3 shows that among the test numbers 1 to 48 in Example 1, the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in the expression (1) is 0.06 to 0. 4 shows the relationship between the desulfurization rate in the test within the range of 0.34 and the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in equation (1).
前述した図1に示す機械攪拌式脱硫装置において、溶銑搬送用の溶銑鍋に収容された約300トンの溶銑に攪拌羽根を浸漬させて回転し、溶銑トンあたり6.5kgの水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉体(市販品、特号消石灰、平均粒径100μm)を、様々な条件によってバーナー火炎で加熱しながら145〜295kg/minの供給速度Sで上吹き添加し、攪拌羽根を140rpmの回転速度で回転させて、バーナー加熱され、上吹き添加された水酸化カルシウム粉体と溶銑とを20分間攪拌して脱硫処理する試験を行った。
In the mechanical stirring type desulfurization apparatus shown in FIG. 1 described above, the stirring blade is immersed in about 300 tons of hot metal accommodated in the hot metal pot for transferring hot metal and rotated, and 6.5 kg of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) powder (commercially available product, special name slaked lime,
脱硫処理前の溶銑成分は、いずれも炭素濃度が4.4質量%、珪素濃度が0.3質量%、燐濃度が0.1質量%、硫黄濃度が0.04質量%であった。上吹きランスから供給する燃料としてはプロパンガス(低位発熱量Q=46.4MJ/kg)を使用し、酸素含有ガスとしては純酸素ガス(工業用純酸素ガス)を使用した。 Each of the hot metal components before the desulfurization treatment had a carbon concentration of 4.4% by mass, a silicon concentration of 0.3% by mass, a phosphorus concentration of 0.1% by mass, and a sulfur concentration of 0.04% by mass. Propane gas (lower heating value Q = 46.4 MJ / kg) was used as fuel supplied from the upper blowing lance, and pure oxygen gas (industrial pure oxygen gas) was used as oxygen-containing gas.
表3には、各試験(試験番号61〜100)での処理条件と脱硫率とを示している。脱硫率(%)は、実施例1と同様に、脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度(0.04質量%)に対する、脱硫処理による硫黄濃度低下量の比率(百分率)で示している。 Table 3 shows processing conditions and desulfurization rates in each test (test numbers 61 to 100). As in Example 1, the desulfurization rate (%) is shown as a ratio (percentage) of the sulfur concentration decrease by the desulfurization treatment to the sulfur concentration in the hot metal before the desulfurization treatment (0.04% by mass).
実施例2では燃料としてプロパンガスを使用しているが、燃料としてメタンガスを使用した実施例1と同様の挙動が確認された。 In Example 2, propane gas was used as fuel, but the same behavior as in Example 1 using methane gas as fuel was confirmed.
試験番号61〜68では、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値に応じて脱硫率が変化する傾向が見られるが、全体に脱硫率は低位となっている。これは、燃料の供給速度Fに対して酸素ガスの供給速度Gが大きすぎるために、化学量論的にほぼ完全燃焼となる条件であっても、水酸化カルシウム粉体の熱分解により生じる水蒸気及び燃料の燃焼によって生じるCO2ガス、水蒸気の影響による酸化雰囲気が還元反応である脱硫反応を阻害したと考えられる。このため、試験番号61〜68では、酸化カルシウム粉体のバーナー加熱上吹き添加の試験(実施例1の試験番号49〜56)での脱硫率を上回ることができなかった。 In Test No. 61 to 68, (1) the S / [G × Q × ( G / F) / (G / F) st] Although desulfurization rate in accordance with the values tend to vary seen, the entire The desulfurization rate is low. This is because the oxygen gas supply rate G is too high with respect to the fuel supply rate F, so that the steam generated by the thermal decomposition of the calcium hydroxide powder even under the condition where the combustion becomes almost complete stoichiometrically. It is considered that the oxidizing atmosphere caused by the influence of CO 2 gas and water vapor generated by the combustion of the fuel inhibited the desulfurization reaction as the reduction reaction. For this reason, in Test Nos. 61 to 68, the desulfurization rate in the test of addition of the calcium oxide powder to the burner by heating top blowing (Test Nos. 49 to 56 in Example 1) could not be exceeded.
試験番号69〜72及び試験番号77〜79では、酸素ガス供給速度Gに対して、燃料供給速度Fが増大することで、次第に還元雰囲気化して脱硫効率の向上が見られるが、全体に脱硫率は低位となっている。これは、燃料の燃焼熱に対して加熱する水酸化カルシウム粉体が少なく、粉体が高温になることで溶銑浴面に到達するまでに酸化カルシウム粒子が焼き締められて、比表面積が従来の酸化カルシウム粉体(生石灰粉体)と同等まで低下してしまうことによると考えられる。このため、脱硫反応を促進する効果は得られず、結果として酸化カルシウム粉体のバーナー加熱上吹き添加の試験(実施例1の試験番号49〜56)よりも脱硫反応が遅くなったと考えられる。 In Test Nos. 69 to 72 and Test Nos. 77 to 79, as the fuel supply rate F was increased with respect to the oxygen gas supply rate G, the atmosphere was gradually reduced and the desulfurization efficiency was improved. Is low. This is because the amount of calcium hydroxide powder heated against the combustion heat of the fuel is small, and the calcium oxide particles are sintered by the time the powder reaches a hot metal surface before reaching the hot metal bath surface. This is considered to be due to the decrease to the same level as calcium oxide powder (quick lime powder). For this reason, the effect of accelerating the desulfurization reaction was not obtained, and as a result, it is considered that the desulfurization reaction was slower than the test of adding the calcium oxide powder onto the burner with heating (Test Nos. 49 to 56 in Example 1).
試験番号84及び試験番号88〜92では、脱硫率は或る程度高くなるが、90%には到達しない。これは、燃料の燃焼熱に対して加熱する水酸化カルシウム粉体が多すぎて、粉体が低温であったために、溶銑浴面に到達するまでに水酸化カルシウムの熱分解が完了せず、溶銑浴面で急激に熱分解することで、高い比表面積が得られないことに加え、分解生成した水蒸気によって局所的に還元雰囲気が確保されず、脱硫反応が阻害されたと考えられる。 In Test No. 84 and Test Nos. 88-92, the desulfurization rate is somewhat high, but does not reach 90%. This is because the amount of calcium hydroxide powder to be heated with respect to the heat of combustion of the fuel is too large, and the powder has a low temperature, so the thermal decomposition of calcium hydroxide is not completed before it reaches the hot metal bath surface, It is considered that the rapid thermal decomposition on the hot metal bath surface did not allow a high specific surface area to be obtained, and that the reducing atmosphere was not locally secured by the steam generated by the decomposition, thereby inhibiting the desulfurization reaction.
試験番号93〜100では、酸素ガス供給速度Gに対して燃料供給速度Fが大きすぎたことで、バーナー火炎が形成されず、水酸化カルシウム粉体が加熱されず、実施例1の試験番号1〜7と同様の理由で脱硫効率が低位であったと考えられる。 In Test Nos. 93 to 100, the burner flame was not formed and the calcium hydroxide powder was not heated because the fuel supply speed F was too large with respect to the oxygen gas supply speed G. It is considered that the desulfurization efficiency was low for the same reason as in Nos. 1 to 7.
試験番号73〜76、試験番号80〜83及び試験番号85〜87では、燃料の燃焼熱に対する水酸化カルシウム粉体の供給速度Sが適正であったことで、水酸化カルシウム粉体の熱分解が完了し、生成した酸化カルシウム粒子が焼き締まることなく、比表面積が大きい状態を維持することができたことに加え、酸素ガス供給速度Gに対する燃料供給速度Fが適正であったことで、還元雰囲気を確保し、脱硫効率の低下を抑制できたことから、高い脱硫率を得ることができた。 In Test Nos. 73 to 76, Test Nos. 80 to 83 and Test Nos. 85 to 87, the thermal decomposition of the calcium hydroxide powder was performed because the supply speed S of the calcium hydroxide powder to the combustion heat of the fuel was appropriate. After the completion, the generated calcium oxide particles were able to maintain a large specific surface area without burning, and the fuel supply rate F with respect to the oxygen gas supply rate G was appropriate. , And a decrease in desulfurization efficiency was suppressed, so that a high desulfurization rate could be obtained.
図4に、実施例2における試験番号61〜100のうちで、(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値が0.06〜0.34の範囲内である試験での脱硫率と(1)式のS/[G×Q×(G/F)/(G/F)st]の値との関係を示す。 FIG. 4 shows that among the test numbers 61 to 100 in Example 2, the value of S / [G × Q × (G / F) / (G / F) st ] in the expression (1) is 0.06 to 0. and the desulfurization rate at .34 in the range of the test (1) shows the relationship between the value of S / [G × Q × ( G / F) / (G / F) st] in the formula.
前述した図1に示す機械攪拌式脱硫装置において、溶銑搬送用の溶銑鍋に収容された約300トンの溶銑に攪拌羽根を浸漬させて回転し、溶銑トンあたり6.5kgの水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉体(市販品、特号消石灰、平均粒径100μm)を、様々な条件でバーナー加熱しながら230kg/minの供給速度Sで上吹き添加し、攪拌羽根を140rpmの回転速度で回転させて、バーナー加熱され、上吹き添加された水酸化カルシウム粉体と溶銑とを20分間攪拌して脱硫処理する試験を行った。また、脱硫処理の開始と同時に金属アルミニウムを15質量%含有するアルミニウムドロスを一括で所定量上置き添加した。
In the mechanical stirring type desulfurization apparatus shown in FIG. 1 described above, stirring blades are immersed in about 300 tons of hot metal accommodated in a hot metal ladle for transferring hot metal and rotated to rotate 6.5 kg of calcium hydroxide (Ca) per ton of hot metal. (OH) 2 ) powder (commercially available product, special name slaked lime,
脱硫処理前の溶銑成分は、いずれも炭素濃度が4.4質量%、珪素濃度が0.3質量%、燐濃度が0.1質量%、硫黄濃度が0.04質量%であった。上吹きランスから供給する燃料としてはメタンガス(低位発熱量Q=57.8MJ/kg)を使用し、10.7kg/minで供給した。酸素含有ガスとしては純酸素ガス(工業用純酸素ガス)を使用し、24Nm3/minで供給した。 Each of the hot metal components before the desulfurization treatment had a carbon concentration of 4.4% by mass, a silicon concentration of 0.3% by mass, a phosphorus concentration of 0.1% by mass, and a sulfur concentration of 0.04% by mass. Methane gas (lower heating value Q = 57.8 MJ / kg) was used as fuel supplied from the upper blowing lance, and supplied at 10.7 kg / min. Pure oxygen gas (industrial pure oxygen gas) was used as the oxygen-containing gas, and was supplied at 24 Nm 3 / min.
表4には、各試験(試験番号111〜122)での処理条件と脱硫率とを示している。脱硫率(%)は、実施例1と同様に、脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度(0.04質量%)に対する、脱硫処理による硫黄濃度低下量の比率(百分率)で示している。尚、表4に示すアルミニウムドロスの比率は、前述した(5)式で算出される値である。 Table 4 shows treatment conditions and desulfurization rates in each test (test numbers 111 to 122). As in Example 1, the desulfurization rate (%) is shown as a ratio (percentage) of the sulfur concentration decrease by the desulfurization treatment to the sulfur concentration in the hot metal before the desulfurization treatment (0.04% by mass). The ratio of aluminum dross shown in Table 4 is a value calculated by the above-described equation (5).
試験番号112〜118では、適量のアルミニウムドロスを添加することで、表1及び表3に示したアルミニウムドロスを使用しない本発明例に対して、更に脱硫率が向上した。これは、水酸化カルシウム粉体の熱分解で生じた比表面積の大きい酸化カルシウム粒子による脱硫促進効果に加えて、添加されたアルミニウムドロスによる脱酸効果或いは滓化促進効果が、上記の酸化カルシウム粒子による脱硫反応に有効に寄与したためと考えられる。 In Test Nos. 112 to 118, by adding an appropriate amount of aluminum dross, the desulfurization rate was further improved as compared with the inventive examples not using aluminum dross shown in Tables 1 and 3. This is because, in addition to the desulfurization accelerating effect of the calcium oxide particles having a large specific surface area generated by the thermal decomposition of the calcium hydroxide powder, the deoxidizing effect or the slag accelerating effect of the added aluminum dross is the above-mentioned calcium oxide particles. It is thought that it effectively contributed to the desulfurization reaction by
試験番号111では、添加したアルミニウムドロス量が少なく、十分な脱酸効果が得られなかったため、アルミニウムドロスを使用しない本発明例と同程度の脱硫率であった。一方、試験番号119〜122では、添加したアルミニウムドロス量が多すぎ、酸化カルシウムが希釈されることで脱酸効果と相殺されて、アルミニウムドロスを使用しない本発明例と同程度の脱硫率となったと考えられる。 In Test No. 111, the amount of aluminum dross added was small, and a sufficient deoxidizing effect was not obtained. Therefore, the desulfurization rate was almost the same as that of the inventive example not using aluminum dross. On the other hand, in Test Nos. 119 to 122, the amount of aluminum dross added was too large, and the calcium oxide was diluted to offset the deoxidizing effect, resulting in a desulfurization rate comparable to that of the present invention example using no aluminum dross. It is considered that
図5に、実施例3の各試験におけるアルミニウムドロスの添加比率と脱硫率との関係を示す。 FIG. 5 shows the relationship between the addition ratio of aluminum dross and the desulfurization rate in each test of Example 3.
1 台車
2 溶銑鍋
3 溶銑
4 攪拌羽根
5 上吹きランス
6 脱硫剤供給管
7 燃料供給管
8 酸素含有ガス供給管
9 冷却水給排水管
10 ホッパー
11 ロータリーフィーダー
12 水酸化カルシウム
13 ランス本体
14 ランスチップ
15 最外管
16 外管
17 中管
18 内管
19 最内管
20 中心孔
21 燃料噴射孔
22 酸素含有ガス噴射孔
Reference Signs List 1
Claims (2)
粉体状精錬剤供給流路と、燃料供給流路と、燃料燃焼用の酸素含有ガス供給流路とを有する上吹きランスを用い、前記燃料供給流路から燃料を供給すると同時に前記酸素含有ガス供給流路から酸素含有ガスを供給して前記上吹きランスの先端下方に火炎を形成させながら、前記粉体状精錬剤供給流路から水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の粉体を搬送用ガスとともに供給し、前記水酸化カルシウムを前記火炎の熱で熱分解させ、該熱分解で生成した酸化カルシウム(CaO)を攪拌羽根によって攪拌されている溶銑の浴面上に上吹き添加して溶銑を脱硫処理するにあたり、
前記水酸化カルシウムの供給速度をS(kg/min)、前記燃料の低位発熱量をQ(MJ/kg)、前記燃料の供給速度をF(kg/min)、前記酸素含有ガスに含有される酸素ガスの供給速度をG(Nm3/min)として、下記の(1)式及び(2)式を満たすように、前記水酸化カルシウムの供給速度S、前記燃料の供給速度F、前記酸素ガスの供給速度Gのうちのいずれか1種または2種以上を調整することを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
Using an upper blowing lance having a powdery refining agent supply passage, a fuel supply passage, and an oxygen-containing gas supply passage for fuel combustion, supplying fuel from the fuel supply passage and simultaneously supplying the oxygen-containing gas The powder of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is conveyed from the powdery refining agent supply passage while supplying an oxygen-containing gas from the supply passage to form a flame below the tip of the upper blowing lance. And the calcium hydroxide is thermally decomposed by the heat of the flame, and the calcium oxide (CaO) generated by the pyrolysis is added by blowing upward onto the hot metal bath surface stirred by the stirring blade. In desulfurizing hot metal,
The supply rate of the calcium hydroxide is S (kg / min), the lower heating value of the fuel is Q (MJ / kg), the supply rate of the fuel is F (kg / min), and the fuel is contained in the oxygen-containing gas. the feed rate of oxygen gas as a G (Nm 3 / min), so as to satisfy the equation (1) and (2) below, the feed rate S of the calcium hydroxide, the feed rate F of the fuel, the oxygen A method for desulfurizing hot metal, comprising adjusting one or more of the gas supply rates G.
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