JP7266939B1 - Desulfurization method for desulfurization slag in steelmaking process - Google Patents

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Abstract

【課題】 電炉製鋼における取鍋精錬に供された脱酸脱硫スラグの再使用を図る。【解決手段】 鋳込終了時に取鍋内に残存した脱酸脱硫スラグをスラグポットに流入し、該スラグを酸素バーナーにより加熱・酸化してスラグ中のS分をSOxとして気化除去する。排ガスは洗浄等に誘導してアルカリ水溶液のスプレイ洗浄により中和する。脱硫されたスラグは直ちに元の取鍋に流入し、受鋼する。スラグがホットリサイクルされる。アルカリにアンモニアを使用すると副産物として硫安が得られる。【選択図】 図1An object of the present invention is to reuse deoxidizing and desulfurizing slag used for ladle refining in electric furnace steelmaking. SOLUTION: The deoxidizing and desulfurizing slag remaining in the ladle at the end of casting is flowed into a slag pot, the slag is heated and oxidized by an oxygen burner, and the S content in the slag is vaporized and removed as SOx. Exhaust gas is guided to cleaning or the like and neutralized by spray cleaning with an alkaline aqueous solution. The desulfurized slag immediately flows into the original ladle and receives steel. Slag is hot recycled. Ammonium sulfate is obtained as a by-product when ammonia is used as an alkali. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、電炉製鋼において精錬後半を担う取鍋精錬に適用される脱酸・脱硫スラグを脱硫して再使用する方法に関している。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for desulfurizing and reusing deoxidizing/desulfurizing slag applied to ladle refining, which plays the latter half of refining in electric furnace steelmaking.

電炉製鋼法における現在の主流プロセスは、屑鉄を主原料とし、アーク炉によって該原料を溶解・酸化精錬し、次いで直ちに取鍋に出鋼し、通称LF(Ladle Furnace)によって取鍋内溶鋼をアーク再加熱しつつ還元・脱酸・脱硫に適切なスラグを生成して脱酸・脱硫を終了した後、所定成分・所定温度に誘導・調整する2段処理を経て連続鋳造に供される。 The current mainstream process in the electric furnace steelmaking process uses scrap iron as the main raw material, melts and oxidizes the raw material in an arc furnace, then immediately taps the steel into a ladle, and uses a so-called LF (Ladle Furnace) to arc the molten steel in the ladle. After reheating to produce slag suitable for reduction, deoxidation, and desulfurization to complete deoxidation and desulfurization, the slag is subjected to continuous casting through a two-step process of induction and adjustment to a predetermined composition and temperature.

精錬後段の作業は以下の段階を経る。
1) 溶解炉内溶鋼を取鍋へ出鋼する。溶解炉スラグの一部が取鍋に流出する。
2) 出鋼中に取鍋へ成分調整材、脱酸剤及び生石灰を主とする造滓材を投入する。
3) 取鍋台車をアーク加熱装置(LF)に誘導し、再加熱し、造滓材を溶解する。
4) 取鍋底に設けた通気プラグから不活性ガスを吹込み溶鋼を撹拌し続ける。
5) スラグを還元する炭材を投入し、保持し、脱酸・脱硫スラグを生成する。
6) 測温・サンプリングし、成分調整、温度調整する。
7) 取鍋をアーク加熱装置から引き出し、連続鋳造装置の架台に上置し、鋳込に供する。
The post-refining work goes through the following steps.
1) The molten steel in the melting furnace is tapped into a ladle. Part of the melting furnace slag flows into the ladle.
2) During tapping, a composition adjusting material, a deoxidizing agent, and a slag forming material consisting mainly of quicklime are added to the ladle.
3) Introduce the ladle truck to the arc heating device (LF) to reheat and melt the slag forming material.
4) Continue to stir the molten steel by blowing inert gas through the ventilation plug provided at the bottom of the ladle.
5) A carbonaceous material for reducing slag is charged and held to generate deoxidized/desulfurized slag.
6) Measure and sample temperature, adjust ingredients, and adjust temperature.
7) Pull out the ladle from the arc heating device, place it on the pedestal of the continuous casting device, and use it for casting.

脱酸・脱硫スラグの生成は以下の反応に依存する。
a) 上記5)の段階でスラグ組成は以下の塩基性である。
CaO45~55%、SiO2 15~20%、Al2310~15%、MgO5~10%、(FeO+MnO)5~10%である。
b) 炭材の投入によりスラグ中の低級酸化物(FeO+MnO)は容易に還元される。 C+CO2=2CO
(FeO+MnO)+2CO=Fe+Mn+2CO2
c) スラグの脱酸によりSの分配が溶鋼からスラグ側へ移行する。
[FeS]=(FeS)
d) 炭材の一部はアーク下でCaOをも還元し、Caカーバイドを生成する。
CaO+3C=CaC2+CO
e) Caカーバイドはスラグ中のSを固定し、脱硫が完了する。
(FeS)+(CaC2)=(CaS)+Fe+2C
精錬によりスラグ中の低級酸化物FeO+MnOの濃度は約1.0%以下に低下し、
CaS濃度は0から約2~3%に増加する。その過程で溶存酸素濃度は約0.01%から約0.003%、Sは約0.03%から約0.01%に低下する。
The formation of deoxidized/desulfurized slag depends on the following reactions.
a) At the stage of 5) above, the slag composition is basic as follows.
CaO 45-55%, SiO 2 15-20%, Al 2 O 3 10-15%, MgO 5-10%, (FeO+MnO) 5-10%.
b) Low oxides (FeO+MnO) in the slag are easily reduced by charging the carbon material. C+ CO2 =2CO
(FeO+MnO)+2CO=Fe+Mn+ 2CO2
c) Deoxidation of the slag shifts the distribution of S from the molten steel to the slag side.
[FeS] = (FeS)
d) Part of the carbonaceous material also reduces CaO under arc to form Ca carbide.
CaO+3C= CaC2 +CO
e) Ca carbide fixes S in the slag and desulfurization is completed.
(FeS) + ( CaC2 ) = (CaS) + Fe + 2C
Refining reduces the concentration of lower oxides FeO + MnO in the slag to about 1.0% or less,
The CaS concentration increases from 0 to about 2-3%. In the process, the dissolved oxygen concentration drops from about 0.01% to about 0.003%, and the S drops from about 0.03% to about 0.01%.

精錬開始から鋳込終了までの取鍋中のスラグの機能は、アークの安定化・溶鋼の大気による汚染の防止・保温・脱酸・脱硫等である。鋳込終了後、スラグは廃棄される。脱硫能が消費されたので再使用は不能である。
鋳込終了後の当該スラグは通常冷却途上で風滓化(粉体に変成)する。粉塵処理、埋め立て処理の困難等、廃棄には問題多々で、種々の策が講じられているが、いずれも産業廃棄物としての処理が煩雑且つ費用高である。
The functions of the slag in the ladle from the start of refining to the end of casting are to stabilize the arc, prevent atmospheric contamination of molten steel, retain heat, deoxidize, and desulfurize. After casting is finished, the slag is discarded. Since the desulfurization capacity has been consumed, it cannot be reused.
After completion of casting, the slag is usually fluffed (transformed into powder) during cooling. There are many problems in disposal, such as dust disposal and difficulty in landfill disposal, and various measures have been taken, but all of them are complicated and expensive to dispose of as industrial waste.

処理方法の事例を検討する。取鍋スラグが冷却時に風砕化せず、固化するようスラグ成分を調整する。具体的には取鍋からスラグポットへの流し込み時に硼砂を主成分とする固化剤をスラグ中に混合する。しばしば実施されているが、混合性が不十分で、固化強度が地盤材として不足する、スラグ量が増加する等の問題がある。 Consider examples of treatment methods. The slag composition is adjusted so that the ladle slag solidifies without air-crushing upon cooling. Specifically, when the slag is poured from the ladle into the slag pot, a solidification agent containing borax as a main component is mixed into the slag. Although it is often practiced, there are problems such as insufficient mixability, insufficient solidification strength as a ground material, and an increase in the amount of slag.

特許文献1には、当該スラグは通常冷却途上で風砕化するが、超徐冷すると石化するという新規の知見に基づいて、スラグを保温鋳型中で数10時間保持すると言う方法が開示されている。花崗岩に匹敵する強度が得られる。
原理は、冷却・凝固過程で平衡状態図に従う鉱物組成が凝固・析出・変態の進行に合わせて発現することであろう。
問題は、出鋼サイクルが1時間以内に対して保持時間が数10倍になり、処理スペース、
処理鋳型台数等が過大で実施不能である。
Patent Document 1 discloses a method of holding slag in a heat-insulating mold for several tens of hours based on the new knowledge that the slag is usually air-crushed during cooling, but becomes petrified by ultra-slow cooling. there is Provides strength comparable to granite.
The principle is that the mineral compositions that follow the equilibrium phase diagram during the cooling and solidification process will appear in accordance with the progress of solidification, precipitation and transformation.
The problem is that the holding time is several tens of times longer than the tapping cycle is within 1 hour, and the processing space,
The number of molds to be processed is too large to implement.

特許文献2には、上記方法(スラグの石化)において石化時間を大幅に短縮する方法が開示されている。
それによると、脱酸・脱硫スラグの生成時に石化促進剤として廃石膏(CaS・2H2O)をスラグ質量の約2%を添加することにより石化時間は数時間に短縮される。本方法は実用され、製品は魚礁材に使用されている。
問題は、廃石膏の添加量は多くはないとは言え、CaSによりスラグの脱硫能が低下すること、水和水から溶鋼中へHが侵入して品質上の問題が生ずること等が挙げられる。
Patent Document 2 discloses a method for greatly shortening the petrification time in the above method (slag petrification).
According to it, the petrification time can be shortened to several hours by adding waste gypsum (CaS.2H 2 O) as a petrification accelerator in an amount of about 2% of the slag mass when deoxidizing and desulfurizing slag is produced. The method has been put into practice and the product is used for fish reef material.
Although the amount of waste gypsum added is not large, the problem is that CaS reduces the desulfurization ability of the slag, and H enters the molten steel from the hydration water, causing quality problems. .

特許文献3には、溶鋼ではなく溶銑に対する脱硫処理に適用されたスラグの脱硫と脱硫後の再使用方法が開示されている。
それによると、溶銑脱硫スラグは粉化せず固化する。固化したスラグを粉砕(5mm径以下)して、ロータリーキルンに装入、適切な加熱・酸化条件の下で、燃焼し、固体スラグからS分をSOxガスとして抜き取り、石灰CaOを主成分とする残スラグは製鋼工程に移送して再使用する。
脱硫スラグから安定して脱硫するためには酸化条件が重要であり、酸化が過剰であるとスラグ中の鉄粒子が酸化してFeOとなり、これが石灰CaOと反応して低融点のCaフェライトを生成し、粉粒体を溶着・固着させ、脱硫反応を抑制する。最適値が提示されている。
スラグ中の硫化物を加熱・燃焼処理してS分ををSOxとして分離する方式は非鉄精錬における金属硫化物を燃焼( Roasting )する操作と類似する。
Patent Literature 3 discloses a method for desulfurizing slag applied to desulfurization of molten pig iron instead of molten steel and a method for reusing the slag after desulfurization.
According to it, hot metal desulfurization slag is solidified without pulverizing. The solidified slag is pulverized (5 mm diameter or less), charged into a rotary kiln, burned under appropriate heating and oxidation conditions, the S content is extracted from the solid slag as SOx gas, and the residue mainly composed of lime CaO The slag is transferred to the steelmaking process and reused.
Oxidizing conditions are important for stable desulfurization from desulfurization slag. Excessive oxidation oxidizes iron particles in the slag to form FeO, which reacts with lime CaO to form Ca ferrite with a low melting point. It welds and adheres the powder particles and suppresses the desulfurization reaction. Optimal values are presented.
The method of heating and burning the sulfides in the slag to separate the S content as SOx is similar to the operation of burning (roasting) metal sulfides in non-ferrous refining.

本方法の問題点は、1)事前にスラグの粉砕工程が必要であること、2)粉粒体を加熱燃焼させる設備(ロータリーキルン)と燃料を必要とすること、3)脱硫速度が小さいこと等、電炉製鋼への応用には魅力に欠ける。しかしスラグ中のSのガス化処理は大いに参考になる。 The problems of this method are 1) that a slag pulverization process is required in advance, 2) that equipment (rotary kiln) and fuel for heating and burning the powder are required, and 3) the desulfurization rate is low. , is unattractive for application to electric furnace steelmaking. However, the gasification treatment of S in slag is very informative.

特許文献4には、鋳込後の取鍋内スラグを次回受鋼に向けて同一取鍋にホットリサイクルする方法が開示されている。それによると塩基度1.5以下の中性スラグを使用する特殊高級精錬において、鋳込終了後の取鍋補修のための水平転倒に際して、取鍋に設けられた一種のダムによりスラグの流出を止め、補修後の正転時には底部に溶融スラグを保持したまま次回の受鋼を行う。
造滓材及び造滓材に起因する産業廃棄物が大幅に削減されるだけでなく省エネルギーにも有効である。
Patent Document 4 discloses a method of hot recycling the slag in the ladle after casting into the same ladle toward the next receiving steel. According to it, in special high-grade refining using neutral slag with a basicity of 1.5 or less, when the ladle is turned over horizontally for repair after casting, a kind of dam installed in the ladle prevents slag from flowing out. When the machine is rotated forward after repairing, the next steel reception is carried out while the molten slag is held at the bottom.
Not only is the slag-forming material and the industrial waste caused by the slag-forming material significantly reduced, but it is also effective in saving energy.

本方法の問題点は、中性スラグは脱酸には有効でも脱硫機能が全く無い。従って原料を良質材に限定するか事前の脱硫処理が必要になる。量産普通鋼には適さない。 The problem with this method is that although neutral slag is effective for deoxidizing, it has no desulfurizing function at all. Therefore, it is necessary to limit the raw materials to high-quality materials or to perform desulfurization in advance. Not suitable for mass-produced ordinary steel.

公開特許公報2015-36350Published Patent Publication 2015-36350 公開特許公報2021-014382Published Patent Publication 2021-014382 公開特許公報2014-201805Published Patent Publication 2014-201805 公開特許公報平成11-092817Published patent publication 1999-092817

電炉製鋼において精錬の後段は、取鍋において溶鋼をアークによって再加熱しつつ、塩基性スラグを形成し、適時炭材を投入して還元性を強化し、溶鋼の脱酸・脱硫を進行させ、溶鋼中のSをスラグ中にCaSとして固定する。脱酸・脱硫に供されたスラグは鋳込終了後には廃棄されるが、冷却途上で風化・粉化して産業廃棄物としての処理が煩雑・処理費高となっている。
スラグの石化処理(一種の恒温熱処理)は投棄に際して問題が無いが、処理能率が極めて小さく実用不能、解決策としての促進剤廃石膏の添加は製品の品質に問題が生ずる。
溶銑脱硫に使用されたスラグの酸化処理による脱硫はスラグの再使用は可能となるが、設備・エネルギー・能率に問題があり電炉製鋼には向かない。
中性スラグを使用する高級鋼の取鍋精錬ではスラグの再使用は可能であるが、中性故に脱硫能が無く、量産普通鋼には適さない。
In electric furnace steelmaking, the latter stage of refining involves reheating molten steel in a ladle with an arc, forming basic slag, adding carbonaceous materials at appropriate times to enhance reducibility, and deoxidizing and desulfurizing the molten steel. S in molten steel is fixed as CaS in slag. The slag that has been subjected to deoxidation and desulfurization is discarded after casting, but it is weathered and pulverized during cooling, making the disposal of industrial waste complicated and expensive.
Petrochemical treatment of slag (a type of constant temperature heat treatment) poses no problems when discarded, but the treatment efficiency is extremely low and impractical, and the addition of accelerator waste gypsum as a solution causes problems in product quality.
Desulfurization by oxidation treatment of the slag used for hot metal desulfurization makes it possible to reuse the slag, but it is not suitable for electric furnace steelmaking due to problems with equipment, energy and efficiency.
In ladle refining of high grade steel using neutral slag, it is possible to reuse slag, but because it is neutral, it has no desulfurization ability and is not suitable for mass production of ordinary steel.

本願発明は、電炉製鋼の取鍋において仕上げ精錬に供される脱酸・脱硫スラグを脱硫処理してスラグの再使用を可能とすること、脱硫を高速処理し、溶融状態のまま後続のチャージの精錬に供すること、即ちスラグのホットリサイクルを可能とすることの2点を解決すべき課題とする。 The present invention is to desulfurize the deoxidized / desulfurized slag that is subjected to finish refining in the ladle of electric steelmaking to enable reuse of the slag, perform desulfurization at high speed, and perform subsequent charging while in a molten state. There are two problems to be solved: providing for refining, that is, enabling hot recycling of slag.

第1の発明は、電炉製鋼における取鍋精錬に供された塩基性の脱酸・脱硫スラグを鋳込み終了後直ちにスラグポットに移し替え、該脱酸・脱硫スラグに溶融状態で酸素ガスを吹き込んでスラグ中のSをSOxガスとして分離・除去することを特徴とする取鍋精錬スラグの脱硫・再生方法である。 In the first invention, basic deoxidized/desulfurized slag that has been subjected to ladle refining in electric steelmaking is transferred to a slag pot immediately after casting is completed, and oxygen gas is blown into the deoxidized/desulfurized slag in a molten state. A desulfurization/regeneration method for ladle refining slag characterized by separating/removing S in slag as SOx gas.

第2の発明は、下記4条件、
1) 酸素を吹き込む方法が酸素ガスランサーと共用の酸素ガスバーナーによること、
2) 燃焼排ガスの煙道中にSOxセンサーを設けて脱硫の進行を把握すること、
3) 燃焼排ガスを洗浄塔に誘導し、アルカリ水溶液のシャワーによりのSOxを溶解除去すること、
4) 脱硫後のスラグを溶融状態で元の取鍋に直ちに回帰させること、
のうちどれか一つ以上を組み込んだことを特徴とする第1発明に記載した取鍋精錬スラグの脱硫・再生方法である。
The second invention has the following four conditions,
1) The method of blowing oxygen is by an oxygen gas burner shared with the oxygen gas lancer,
2) to grasp the progress of desulfurization by installing a SOx sensor in the flue of the combustion exhaust gas;
3) guiding the flue gas to a scrubbing tower and dissolving and removing SOx by showering with an alkaline aqueous solution;
4) immediately return the slag after desulfurization to the original ladle in a molten state;
The desulfurization/regeneration method for ladle refining slag according to the first invention, characterized in that one or more of the above is incorporated.

取鍋精錬に供された脱酸・脱硫スラグは、鋳込終了後溶融状態で酸素ガス吹込みにより酸化処理され、スラグ中のSがSOxガスとして分離・除去され、該スラグは造滓材として再使用に供することが可能になる。造滓材の使用量及び廃スラグの産業廃棄物処理量とも大幅に削減される。多少の燃料の消費があるとは言え、産業廃棄物の削減は余りある。 The deoxidized/desulfurized slag that has been subjected to ladle refining is oxidized by blowing oxygen gas in a molten state after casting, and S in the slag is separated and removed as SOx gas, and the slag is used as a slag forming material. It becomes possible to provide for reuse. Both the amount of slag forming material used and the amount of industrial waste disposal of waste slag are greatly reduced. Although there is some consumption of fuel, the reduction of industrial waste is more than enough.

取鍋精錬に必要な脱酸・脱硫スラグは溶融状態で供されるので溶解熱量が不要になり、且つ取鍋精錬能率が向上するので電力省エネルギーが得られる。 Since the deoxidized/desulfurized slag required for ladle refining is provided in a molten state, the heat of dissolution is not required, and the efficiency of ladle refining is improved, so that power and energy can be saved.

スラグの脱硫処理により発生したSOxガスは、大気中に放散されることなく、簡単なアルカリ洗浄装置により水中に中和処理され、大気汚染にはならない。沈澱晶出したアルカリ硫酸塩は、例えば硫安となって肥料として有効利用される。 The SOx gas generated by desulfurization of the slag is neutralized in water by a simple alkali cleaning device without being released into the atmosphere, and does not cause air pollution. The precipitated and crystallized alkali sulfate becomes, for example, ammonium sulfate and is effectively used as a fertilizer.

脱酸・脱硫に供された取鍋精錬スラグの脱硫処理を実施する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of performing desulfurization treatment of ladle refining slag that has been subjected to deoxidation and desulfurization. 取鍋精錬スラグをリサイクルする作業方法を示す。A method of working to recycle ladle smelting slag is shown.

取鍋精錬に当たり、塩基性の生石灰を主とする造滓材が出鋼中取鍋内に装入される。出鋼に際して炉内スラグの一部も取鍋に持ち越される。
精錬開始時のスラグ組成は、CaO45~55%、Si
2 15~20%、Al2310~15%、MgO5~10%、低級酸化物(FeO+MnO)は5~15%である。
精錬はアーク加熱しつつ、密閉に近づけた状態で炭材を投入して、C,COにより低級酸化物を還元し、還元後FeSの分配が溶鋼からスラグに移行(脱硫反応)する。
3C+CaO=CaC2+CO
FeO+CO=Fe+CO2
MnO+CO=Mn+CO2
[FeS]=(FeS)
(FeS)+CaC2=CaS+Fe+2C
取鍋精錬が終了した段階でスラグ組成は、(FeO+MnO)が2.0%以下に低下、
CaSが0からCaSが2~4%に増加する。
In ladle refining, a slag-forming material mainly composed of basic quicklime is charged into an intermediate ladle. A part of the slag in the furnace is also carried over to the ladle during tapping.
The slag composition at the start of refining is CaO 45-55%, Si
15-20% O 2 , 10-15% Al 2 O 3 , 5-10% MgO, and 5-15% lower oxides (FeO+MnO).
During refining, carbonaceous materials are introduced in a closed state while arc heating, and lower oxides are reduced by C and CO. After reduction, distribution of FeS shifts from molten steel to slag (desulfurization reaction).
3C+CaO= CaC2 +CO
FeO+CO=Fe+ CO2
MnO+CO=Mn+ CO2
[FeS] = (FeS)
(FeS)+ CaC2 =CaS+Fe+2C
At the stage when the ladle refining is completed, the slag composition (FeO + MnO) drops to 2.0% or less,
CaS increases from 0 to 2-4% CaS.

上記脱酸脱硫後のSを含有するスラグからSを除去する方法を図1に従って説明する。
鋳込終了後、取鍋(図示せず)に残留した脱酸脱硫スラグは、スラグポット1に流入される。スラグポット1内の脱酸脱硫スラグ2には少量の残溶鋼が混入する。
流入後直ちに酸素ランスを共用する酸素バーナー3により該脱酸脱硫スラグ2を加熱する。該酸素バーナー3はコヒーレント酸素ジェットバーナーとして市販され広く使用されており、ランサーとしても共用可能であり、これを適時操作して酸化と吹付圧による撹拌を付加する。
A method for removing S from the S-containing slag after deoxidation and desulfurization will be described with reference to FIG.
After the casting is finished, the deoxidized and desulfurized slag remaining in the ladle (not shown) is flowed into the slag pot 1 . A small amount of residual molten steel is mixed in the deoxidizing and desulfurizing slag 2 in the slag pot 1 .
Immediately after the inflow, the deoxidizing/desulfurizing slag 2 is heated by the oxygen burner 3 sharing the oxygen lance. The oxygen burner 3 is commercially available and widely used as a coherent oxygen jet burner, and can also be used as a lancer.

酸素ジェットは残溶鋼に作用すると酸化によって溶鋼が昇温し、且つFeOを生成し、スラグの融点を下げ、流動性が増し、スラグの酸化促進に有利に作用する。 When the oxygen jet acts on the residual molten steel, the temperature of the molten steel rises due to oxidation, and FeO is produced, the melting point of the slag is lowered, the fluidity is increased, and the oxidation of the slag is favorably promoted.

酸素バーナーによる酸化・加熱によってスラグ中のSは燃焼してSOxガスとなって排ガス中に放散する。
CaS+2O2=CaO+SO3
CaS+4FeO=CaO+4Fe+SO3
SOxの生成は燃焼ガスの臭気からも知覚することができる。燃焼ガスは煙道4を介して洗浄塔5に送られる。洗浄塔5でアルカリ性水溶液のシャワー6によってSOxガスが吸収除去され大気に放出される。洗浄塔5の底部の水溶液はポンプによりシャワー6へ循環される。分岐弁8により一部は冷却沈殿槽9へ移相され硫酸塩10が沈澱晶出し系外へ移送される。洗浄水とアルカリは適宜補充する。
反応の終点は、煙道4内に設置されたSOxセンサー11の連続測定により適時判断する。
S in the slag is combusted by oxidation and heating by an oxygen burner to become SOx gas and diffuse into the exhaust gas.
CaS+ 2O2 =CaO+ SO3
CaS+4FeO=CaO+4Fe+ SO3
SOx production can also be perceived from the odor of combustion gases. Combustion gases are sent to scrubber 5 via flue 4 . The SOx gas is absorbed and removed by the alkaline aqueous solution shower 6 in the washing tower 5 and released to the atmosphere. The aqueous solution at the bottom of washing tower 5 is circulated to shower 6 by a pump. A portion of the solution is phase-shifted to a cooling sedimentation tank 9 by a branch valve 8, and the sulfate 10 is transferred out of the precipitation and crystallization system. Washing water and alkali are replenished as needed.
The end point of the reaction is timely determined by continuous measurement of the SOx sensor 11 installed in the flue 4 .

上記脱酸脱硫スラグの脱硫処理を現行製鋼作業に効果的に活用する方法を図2に従って説明する。
鋳込終了後の取鍋21を傾転して脱酸脱硫スラグ22をスラグポット23に流入させる。該スラグポット23は酸素バーナー24と前記排煙洗浄塔等とから成る脱硫装置へ誘導し、直ちに酸素バーナー24により加熱・酸化・撹拌を作用させる。約20分の処理によりスラグ中のSの過半が気化して除去される。
他方、該取鍋21は横転状態でノズル26等の補修を行い、直立して次回受鋼に待機する。前記スラグポット23内の脱硫処理がなされたスラグ25を該取鍋21に流入し、回帰する。
A method for effectively utilizing the desulfurization treatment of the deoxidation-desulfurization slag in the current steelmaking work will be described with reference to FIG.
After casting, the ladle 21 is tilted to allow the deoxidizing and desulfurizing slag 22 to flow into the slag pot 23 . The slag pot 23 is guided to a desulfurization apparatus comprising an oxygen burner 24 and the flue gas scrubbing tower, etc., and is immediately heated, oxidized and stirred by the oxygen burner 24 . About 20 minutes of treatment vaporizes and removes most of the S in the slag.
On the other hand, the ladle 21 is overturned to repair the nozzle 26, etc., and stands upright to stand by for the next receiving steel. The desulfurized slag 25 in the slag pot 23 flows into the ladle 21 and returns.

スラグの酸化処理によりスラグ中のCaS濃度は約2~4%から約1%以下に減少、
FeOは約1%から約5%に増加する。
スラグの燃焼により生ずる化学反応を検討する。
3反応A,B,Cが想定される。
(A) <CaS>+(O2)= <CaO>+SO)
ΔG°=-37170-0.7T (298-1760K)
(B) <CaS>+3/2(O2)= <CaO>+(SO2
ΔG°=-108390-16.61T (298-2000K)
(C) <CaS>+2(O2)= <CaO>+(SO3
ΔG°=-130990-37.97T (298-1800K)
1800K(1523℃)で比較すると
ΔG°(A)=-38430cal/mol
ΔG°(B)=-138288cal/mol
ΔG°(C)=-199336cal/mol
ΔG°=-RTlnK (R=1.987cal/deg・mol) で平衡定数を求めると
K(A)=a(CaO)xP(SO)/a(CaS)xP(O2)=46390
K(B)=a(CaO)xP(SO2)/a(CaS)x(P(O2))3/2=6.19x1016
K(C)=a(CaO)xP(SO3)/a(CaS)xP(O2)=1.615x1024
となる。固体CaSを高温で酸化すると三酸化硫黄(SO3:無水硫酸)ガスが主として生じ、空気中の水分と反応して硫酸霧が生成すると推測される。
平衡定数値からはCaSの活量と気相の酸素分圧が可成り低くても、Cの反応が優先して起こりそうである。
The CaS concentration in the slag is reduced from about 2 to 4% to about 1% or less by the slag oxidation treatment.
FeO increases from about 1% to about 5%.
Consider the chemical reactions caused by slag combustion.
Three reactions A, B, C are envisioned.
(A) <CaS> + ( O2 ) = <CaO> + SO)
ΔG°=-37170-0.7T (298-1760K)
(B) <CaS> + 3/2 ( O2 ) = <CaO> + ( SO2 )
ΔG°=-108390-16.61T (298-2000K)
(C) <CaS> + 2 ( O2 ) = <CaO> + ( SO3 )
ΔG°=-130990-37.97T (298-1800K)
Comparing at 1800K (1523℃)
ΔG°(A) = -38430 cal/mol
ΔG°(B) = -138288 cal/mol
ΔG°(C) = -199336 cal/mol
ΔG°=-RTlnK (R=1.987cal/deg・mol) to find the equilibrium constant
K(A)=a(CaO)xP(SO)/a(CaS)xP( O2 )=46390
K(B)=a(CaO)xP( SO2 )/a(CaS)x(P( O2 )) 3/2 = 6.19x1016
K(C)=a(CaO)xP( SO3 )/a(CaS)xP( O2 )= 1.615x1024
becomes. It is presumed that when solid CaS is oxidized at high temperature, sulfur trioxide (SO 3 : sulfuric anhydride) gas is mainly produced, and reacts with moisture in the air to form sulfuric acid fog.
From the equilibrium constant values, it is likely that the reaction of C occurs preferentially even if the activity of CaS and the partial pressure of oxygen in the gas phase are considerably low.

前記のスラグのホットリサイクル方式の操業による効果は、造滓材の使用量が格段に減少する。理論的には原単位は0%に接近する。産業廃棄物が大幅削減される効果は付随の手作業・管理作業を軽減する。
従来方式では出鋼時に造滓材が投入され、精錬スラグに変性するには加熱時間と電力を消費するが、それらが短縮・軽減され、能率改善に寄与する。
The effect of the operation of the slag hot recycling method is that the amount of slag-forming material used is remarkably reduced. Theoretically, the basic unit approaches 0%. The effect of greatly reducing industrial waste is to reduce the associated manual and administrative work.
In the conventional method, slag-making materials are added at the time of tapping, and heating time and electric power are consumed to transform them into refined slag.

溶鋼中のS分の多くは一時的にはスラグに移行するが、本発明の脱硫処理により硫酸塩として沈澱・晶出する。アルカリ水溶液にアンモニアを使用するなら副産物として肥料になる硫安が得られる。 Most of the S content in the molten steel temporarily shifts to slag, but precipitates and crystallizes out as sulfate due to the desulfurization treatment of the present invention. If ammonia is used in the alkaline aqueous solution, ammonium sulfate, which can be used as a fertilizer, is obtained as a by-product.

取鍋精錬によって生成され、脱酸脱硫反応に供されたスラグの少量を鋳込み終了後、溶融状態で約1リットル(約2kg)採取して耐火物るつぼ内に保持し、溶融状態のまま鋼溶断用の酸素ガストーチによって10分間加熱・酸化処理を行った。
処理前のスラグ中のS濃度は1.2%、処理後は0.2%、脱硫効果が確認された。
実際では1回のスラグ量は500~2000kgあって、反応速度が問題となりそうである。撹拌が律速となり、酸素ランスが有効となると推測される。
After casting a small amount of slag produced by ladle refining and subjected to deoxidation and desulfurization reaction, approximately 1 liter (approximately 2 kg) of molten slag is sampled, held in a refractory crucible, and cut into steel while in a molten state. Heating and oxidation treatment was performed for 10 minutes with an oxygen gas torch for the above.
The S concentration in the slag before treatment was 1.2%, and after treatment it was 0.2%, confirming the desulfurization effect.
In practice, the amount of slag in one cycle is 500 to 2000 kg, and the reaction speed seems to be a problem. It is presumed that stirring becomes rate-limiting and the oxygen lance is effective.

1;スラグポット 2;脱酸脱硫スラグ 3;酸素バーナー 4;煙道 5;洗浄塔 6;スプレイ 7;ポンプ 8;分岐弁 9;冷却沈殿槽 10;硫酸塩 11;SOxセンサー 21;取鍋 22;脱酸脱硫スラグ 23;スラグポット 24;酸素バーナー 25;脱酸脱硫スラグ 26;ノズル 1; slag pot 2; deoxidation and desulfurization slag 3; oxygen burner 4; flue 5; deoxidation and desulfurization slag 23; slag pot 24; oxygen burner 25; deoxidation and desulfurization slag 26; nozzle

Claims (1)

電炉製鋼における取鍋精錬に供された塩基性の脱酸・脱硫スラグを鋳込み終了後直ちにスラグポットに移し替え、該脱酸・脱硫スラグを溶融状態で酸素ガスランサーと共用の酸素ガスバーナーによって加熱・酸化・撹拌を作用させ、該脱酸脱硫スラグ中のSをSOxガスとして分離・除去し、直ちに元の取鍋に流入・回帰させ、次回の受鋼に供することを特徴とする取鍋精錬スラグの脱硫・再生方法。 Basic deoxidized/desulfurized slag that has been subjected to ladle refining in electric steelmaking is transferred to a slag pot immediately after casting, and the deoxidized/desulfurized slag is heated in a molten state by an oxygen gas lancer and an oxygen gas burner in common.・ Ladle refining characterized by oxidizing and stirring, separating and removing S in the deoxidized and desulfurized slag as SOx gas, immediately flowing into and returning to the original ladle, and supplying it to the next receiving steel. Slag desulfurization/regeneration method.
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