JP7156006B2

JP7156006B2 - 溶銑の脱硫方法

Info

Publication number: JP7156006B2
Application number: JP2018241602A
Authority: JP
Inventors: 義明権田; 丈司小原; 弘安藝; 大樹加藤; 麗司岩谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: JP2020100889A

Description

本発明は、溶銑に脱硫精錬剤を投入し、機械攪拌式脱硫処理を行うことにより、溶銑の脱硫を行う溶銑の脱硫方法に関するものである。

通常、高炉から出銑された溶銑には数パーセント程度の炭素と硫黄が含まれていることから、溶銑を転炉に装入して脱炭を行う前に、溶銑から硫黄を除去（脱硫）する必要がある。
溶銑の脱硫方法としては、溶銑に対して脱硫剤の粉体を吹き込む粉体吹き込み法、及び、溶銑に脱硫精錬剤を投入して機械攪拌する機械攪拌式脱硫処理法（ＫＲ法）があるが、特に最近では、機械攪拌式脱硫処理法が広く用いられるようになってきている。

この機械攪拌式脱硫処理法において用いられる脱硫精錬剤としては、脱硫能力が高いこと、及び、機械攪拌によって溶銑中に容易に巻き込まれること、といった特性を有するものが求められている。
そこで、例えば特許文献１，２には、機械攪拌式脱硫処理法に適した脱硫精錬剤が提案されている。

特許文献１においては、脱硫精錬剤における粒鉄量、ＦｅＯ濃度、ＣａＯ濃度を規定したものが提案されている。なお、この特許文献１においては、生石灰に製鋼スラグを配合し、上述の脱硫精錬剤の組成を調整するものとされている。
また、特許文献２においては、金属Ａｌ及びＡｌ窒化物を含み、これらの含有量を溶銑温度に応じて規定したものが提案されている。

特開２００８－１３８２５３号公報特開２０１５－２１８３９２号公報

ところで、上述の特許文献１に記載された脱硫精錬剤を用いた場合においても、溶銑の温度が低い場合には、十分な脱硫効果を得ることができないことがあった。
ここで、特許文献２に記載された脱硫精錬剤においては、溶銑の温度を考慮して脱硫精錬剤の組成を規定しているが、この特許文献２の脱硫精錬剤においては、アルミ精錬で発生するドロス（アルミドロス）を混合したものであり、脱硫剤の使用コストが高く、かつ、アルミニウムの含有量が高いために液相率が過多となり、十分な脱硫効果を得ることができないことがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、溶銑の温度が変化した場合でも、溶銑の脱硫を効率的にかつ安定して行う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。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、機械攪拌式脱硫処理を行う際に、脱硫精錬剤の液相率が一定の範囲内となるように制御することにより、溶銑の脱硫を効率的にかつ安定して行うことが可能であるとの知見を得た。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明に係る溶銑の脱硫方法は、溶銑に脱硫精錬剤を投入し、機械攪拌式脱硫処理を行うことにより、溶銑の脱硫を行う溶銑の脱硫方法であって、質量比で、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量を（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量を（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量を（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量を（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を（Ａｌ_２Ｏ_３％）とし、溶銑の温度をＴ（℃）とした場合において、下記の式によって算出される液相率η（％）が１５％以上３０％以下の範囲内となるように、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ _２の含有量（ＳｉＯ _２％）、ＦｅＯの含有量（ＦｅＯ％）、Ａｌ _２Ｏ _３の含有量（Ａｌ _２Ｏ _３％）を調整し、かつ、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％以上となる条件で、前記溶銑に前記脱硫精錬剤を投入することを特徴としている。
η＝－０．２０×（（ＣａＯ％）＋（ＭｇＯ％））＋０．１５×（（ＳｉＯ_２％）＋（ＦｅＯ％））＋１．３４×（Ａｌ_２Ｏ_３％）＋０．０２６×Ｔ－１１．７１

この構成の溶銑の脱硫方法によれば、上述の式から算出される前記脱硫精錬剤の液相率η（％）が１５％以上３０％以下となるように、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３％）を調整することにより、溶銑の脱硫処理を安定して行うことができる。また、上述の式においては、溶銑の温度を考慮しているので、溶銑の温度条件が変化した場合であっても、安定して脱硫処理を行うことができる。
さらに、本発明においては、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％以上とされているので、脱硫精錬剤の脱硫能力が確保され、効率的に溶銑の脱硫を行うことができる。

ここで、本発明の溶銑の脱硫方法においては、前記脱硫精錬剤は、ＣａＯと二次精錬スラグの混合物であり、前記溶銑の温度に応じて、前記ＣａＯと前記二次精錬スラグの配合比を調整することにより、前記液相率ηを制御する構成としてもよい。
この場合、前記脱硫精錬剤は、低温で液相となり難いＣａＯと、低温で液相となり易い二次精錬スラグの混合物とされており、これらの配合比によって前記液相率ηを制御するので、溶銑の温度条件が変化した場合であっても、安定して脱硫処理を行うことが可能となる。
なお、二次精錬スラグの組成を予め測定しておくことにより、上述の式を満足するように、前記脱硫精錬剤の組成を調整することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、溶銑の温度が変化した場合でも、溶銑の脱硫を効率的にかつ安定して行うことが可能な溶銑の脱硫方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る溶銑の脱硫方法を実施する機械攪拌式脱硫処理装置の一例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る溶銑の脱硫方法において用いられる二次精錬スラグの製造方法のフロー図である。実施例における溶銑温度と脱Ｓ率との関係を示すグラフである。図３の結果を溶銑温度で層別したものを示すグラフである。実施例における溶銑温度と液相率との関係を示すグラフである。実施例における液相率と脱Ｓ率との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態である溶銑の脱硫方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態である溶銑の脱硫方法は、高炉から出銑された溶銑から硫黄分を除去するものである。
まず、本実施形態である溶銑の脱硫方法を実施する機械攪拌式脱硫処理装置の一例について図１を用いて説明する。

この機械攪拌式脱硫処理装置１０は、図１に示すように、溶銑１が貯留された溶銑鍋５が支持される鍋支持部１１と、鍋支持部１１に支持された溶銑鍋５の溶銑１を攪拌する攪拌手段２０と、鍋支持部１１に支持された溶銑鍋５の溶銑１に対して脱硫精錬剤を添加する脱硫精錬剤投入手段３０と、を備えている。

攪拌手段２０は、図１に示すように、鍋支持部１１に支持された溶銑鍋５の上部に配設されたフレーム２１と、このフレーム２１に昇降可能に配置されたインペラー２２と、このインペラー２２を昇降する昇降手段２３と、インペラー２２を回転させる回転駆動部２４と、を備えている。

脱硫精錬剤投入手段３０は、図１に示すように、ＣａＯが貯留されるＣａＯホッパー３１と、二次精錬スラグが貯留される二次精錬スラグホッパー３２と、これらＣａＯホッパー３１から供給されたＣａＯと二次精錬スラグホッパー３２から供給された二次精錬スラグを混合する混合ホッパー３３と、混合ホッパー３３から溶銑鍋５に対して脱硫精錬剤を投入する投入シュータ３４と、を備えている。
なお、ＣａＯホッパー３１と混合ホッパー３３との間には、ＣａＯの供給量を調整する調整バルブ３５が配設され、二次精錬スラグホッパー３２と混合ホッパー３３との間には、二次精錬スラグの供給量を調整する調整バルブ３６が配設されている。

ここで、上述の機械攪拌式脱硫処理装置１０においては、鍋支持部１１に溶銑鍋５を載置し、脱硫精錬剤投入手段３０によって溶銑１中に脱硫精錬剤を添加する。そして、昇降手段２３によってインペラー２２を下降させて溶銑鍋５の内部に挿入し、回転駆動部２４でインペラー２２を回転させることにより、溶銑１を機械攪拌する。
これにより、脱硫精錬剤が溶銑１の内部に巻き込まれ、この脱硫精錬剤が溶銑１と反応し、溶銑１中の硫黄が除去されることになる。

そして、本実施形態である溶銑の脱硫方法においては、溶銑１の温度に応じて、投入する脱硫精錬剤の組成を調整している。
具体的には、質量比で、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量を（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量を（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量を（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量を（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を（Ａｌ_２Ｏ_３％）とし、溶銑の温度をＴ（℃）とした場合において、下記の式によって算出される液相率η（％）が１５％以上３０％以下の範囲内となるように、かつ、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％以上となる条件で、溶銑１に脱硫精錬剤を投入する。
η＝－０．２０×（（ＣａＯ％）＋（ＭｇＯ％））＋０．１５×（（ＳｉＯ_２％）＋（ＦｅＯ％））＋１．３４×（Ａｌ_２Ｏ_３％）＋０．０２６×Ｔ－１１．７１

すなわち、本実施形態においては、溶銑１の温度Ｔ（℃）に応じて、上記に式に基づいて、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３％）を調整し、脱硫精錬剤の液相率η（％）を制御しているのである。

以下に、本実施形態である溶銑の脱硫方法において、上述の式で算出される液相率η（％）、及び、ＣａＯの含有量を、上述のように規定した理由について説明する。

（液相率η）
脱硫精錬剤の液相率ηが１５％未満の場合には、液相が不足し、溶銑１の中に十分に脱硫精錬剤を巻き込むことができず、脱硫精錬剤による脱硫効果が不十分となるおそれがある。一方、脱硫精錬剤の液相率ηが３０％を超える場合には、液相が過多となり、巻き込まれた液相の脱硫精錬剤が凝集して粗大化してしまい、その結果、反応面積が小さくなり、脱硫精錬剤による脱硫効果が不十分となるおそれがある。
このため、本実施形態においては、脱硫精錬剤の液相率ηを１５％以上３０％以下の範囲内に設定している。
なお、脱硫精錬剤の液相率ηの下限は２１％以上とすることが好ましい。一方、脱硫精錬剤の液相率ηの上限は２８％以下とすることが好ましい。

（ＣａＯの含有量）
脱硫精錬剤に含まれるＣａＯは、以下の式に示すように、溶銑１中の硫黄（Ｓ）と炭素（Ｃ）とが反応することによって、溶銑１から硫黄を除去することが可能となる。
２（ＣａＯ）＋２［Ｓ］＋［Ｃ］ → ２（ＣａＳ）＋ＣＯ_２（ｇ）
ここで、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％未満の場合には、脱硫精錬剤の脱硫能力が不足してしまい、効率的に溶銑１から硫黄を除去できなくなるおそれがある。
このため、本実施形態においては、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量を７０％以上に設定している。

そして、本実施形態では、図１に示すように、ＣａＯと二次精錬スラグの配合比を調整することで、脱硫精錬剤の組成を調整している。すなわち、ＣａＯの供給量を調整する調整バルブ３５の開度と、二次精錬スラグの供給量を調整する調整バルブ３６の開度と、を調整することで、脱硫精錬剤の組成を調整している。
ここで、本実施形態で用いられる二次精錬スラグの製造工程について、図２を用いて説明する。

二次精錬プロセスで発生した二次精錬スラグ原鉱は、一次磁選機によって分別され、磁着したもの（一次磁着物）がメタルホッパーに貯留され、磁着しなかったもの（一次未磁着物）がバラスホッパーに貯留される。
未磁着物は、破砕機で破砕され、二次磁選機によって分別され、磁着したもの（二次磁着物）は一次磁着物と混合され、磁着しなかったもの（二次未磁着物）は、バラスとなる。上述のバラスは、例えばセメントの原料として使用される。
そして、一次磁着物及び二次磁着物は、破砕機で破砕され、本実施形態で用いられる二次精錬スラグとなる。なお、この二次精錬スラグの平均粒径は、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内とされている。

この二次精錬スラグは、上述のように磁選機によって磁着した磁着物であることから、金属Ｆｅを含有するものとされている。
ここで、二次精錬スラグは、金属Ｆｅの含有量が多く、セメント原料には適さないものである。
本実施形態では、このようにセメント原料には適さない二次精錬スラグを、脱硫精錬剤の一部として再利用している。

以上のような構成とされた本実施形態である溶銑の脱硫方法によれば、上述の式から算出される液相率η（％）が１５％以上３０％以下の範囲内となるように、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量（Ａｌ_２Ｏ_３％）を調整する構成としているので、溶銑１の脱硫処理を安定して行うことができる。
また、上述の式においては、溶銑１の温度を考慮しているので、溶銑１の温度条件が変化した場合であっても、安定して脱硫処理を行うことができる。
さらに、脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％以上とされているので、脱硫精錬剤の脱硫能力が確保され、効率的に溶銑１の脱硫を行うことができる。

また、本実施形態においては、脱硫精錬剤として、ＣａＯと二次精錬スラグの混合物を用いており、ＣａＯと二次精錬スラグの配合比を調整することにより、脱硫精錬剤の液相率ηを制御するように構成しているので、溶銑１の温度条件が変化した場合であっても、安定して脱硫処理を行うことが可能となる。
さらに、本実施形態においては、二次精錬スラグの組成を予め測定しておき、上述の式を満足するように脱硫精錬剤の組成を調整しているので、比較的容易に脱硫精錬剤の組成を調整することが可能となる。
また、セメント原料として使用不可である二次精錬スラグを脱硫精錬剤として再利用しているので、脱硫精錬剤の使用コストの削減を図ることができる。

以上、本発明の実施形態である溶銑の脱硫方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示す機械攪拌式脱硫処理装置１０で実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の構成の機械攪拌式脱硫処理装置において適用してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。

二次精錬スラグの配合比を変更した脱硫精錬剤を用いて、溶銑の脱硫処理を行った。このとき、溶銑温度と脱Ｓ率との関係を確認した。なお、脱Ｓ率は、以下の式で算出した。結果を図３に示す。
脱Ｓ率（％）＝（処理前硫黄量－処理後硫黄量）／（処理前硫黄量）×１００
図３に示すように、溶銑温度が低くなると、溶銑における脱Ｓ率が大きくばらつくことが確認される。

そこで、溶銑温度を、（ａ）１３００±２０℃、（ｂ）１３５０±２０℃、（ｃ）１４００±２０℃、の３水準で層別し、二次精錬スラグの配合比と脱Ｓ率の関係を確認した。この結果を図４に示す。
図４に示すように、溶銑温度によって、脱Ｓ率が高くなる二次精錬スラグの配合比が異なることが確認される。

そこで、二次精錬スラグの配合比を変更した脱硫精錬剤の組成と溶銑温度とから、上述の式によって液相率ηを算出した。そして、溶銑温度と液相率ηとの関係を図５に示す。また、液相率ηと脱Ｓ率との関係を図６に示す。
図６に示すように、液相率を１５％以上３０％以下の範囲内とすることで、脱Ｓ率が安定して高くなることが確認される。

以上のことから、本発明によれば、溶銑の温度が変化した場合でも、溶銑の脱硫を効率的にかつ安定して行うことが可能な溶銑の脱硫方法を提供できることが確認された。

Claims

溶銑に脱硫精錬剤を投入し、機械攪拌式脱硫処理を行うことにより、溶銑の脱硫を行う溶銑の脱硫方法であって、
質量比で、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量を（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量を（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ_２の含有量を（ＳｉＯ_２％）、ＦｅＯの含有量を（ＦｅＯ％）、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を（Ａｌ_２Ｏ_３％）とし、溶銑の温度をＴ（℃）とした場合において、
下記の式によって算出される液相率η（％）が１５％以上３０％以下の範囲内となるように、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量（ＣａＯ％）、ＭｇＯの含有量（ＭｇＯ％）、ＳｉＯ _２の含有量（ＳｉＯ _２％）、ＦｅＯの含有量（ＦｅＯ％）、Ａｌ _２Ｏ _３の含有量（Ａｌ _２Ｏ _３％）を調整し、かつ、前記脱硫精錬剤におけるＣａＯの含有量が質量比で７０％以上となる条件で、前記溶銑に前記脱硫精錬剤を投入することを特徴とする溶銑の脱硫方法。
η＝－０．２０×（（ＣａＯ％）＋（ＭｇＯ％））＋０．１５×（（ＳｉＯ_２％）＋（ＦｅＯ％））＋１．３４×（Ａｌ_２Ｏ_３％）＋０．０２６×Ｔ－１１．７１
前記脱硫精錬剤は、ＣａＯと二次精錬スラグの混合物であり、前記溶銑の温度に応じて、前記ＣａＯと前記二次精錬スラグの配合比を調整することにより、前記液相率ηを制御することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱硫方法。