JPH03170609A - 鋼スクラップ溶解時の不純物除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スクラップ等の鉄鋼材料を溶解する際の不純
物の蒸発除去、特に、Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｓ，Ｄｉｐｂ等の
トランブエレメントと称する不純物元素の除去を行なう
方法に関する。

［従来の技術］ 鋼スクラップの組成は、鉄が主成分であるが、それ以外
にも幾つかの金属が含まれている。特に、メッキに起因
するＳｎ，除去しきれない電気配線材料残材の混入に起
因し、かつ、含有量も比較的多いＣｕ、及び、それらに
比べると含有量は少な，いが、合金元素等として混入し
ているＡｓ，Ｂｉ，Ｐｂ等のトランブエレメントと呼ば
れる元素がある。これらの元素は何れも、普通の製銑・
製鋼工程で行なわれるのと同様の滓化反応により分離除
去することが難しいため、その除去には苦労する。

しかしながら、これらトランプエレメントの除去に対し
て、既にいくつかの方法が公知となっている。すなわち
、スクラップ溶解時における上記の元素Ｓｎ，Ｃｕ，Ａ
ｓ，Ｂｉ．Ｐｂ等の除去方法としては、大きく分けて次
の三つがある。

第一の方法は、例えば、特開昭５７−１３７４１４号等
の公報に見られるように、金属Ｃａ，　Ｃａ合金、ある
いはＣａ化合物（例えば、ＣａＣ２　，　ＣａＣｔＪ２
　）等のＣａ（カルシウム）を主要構成元素とする、反
応性に富む物質を添加し、その滓化により生成するスラ
グを分離除去する方法である。

第二の方法は、例えば、特開昭６１−２６６５１５号等
の公報に見られるように、添加剤としてＮａ２Ｓ，Ｈ２
ＳＪ：ａｓあるいはＮａ２ＳＯ，等のＳ（イオウ）を含
む硫化物・硫酸塩を用い、第一の方法と同じように、そ
の滓化により生成するスラグを分離除去する方法である
。

以上二つの方法は、何れも滓化によるスラグを分離除去
してトランプエレメントの低減を図っている。それに対
して、第三の方法は、例えば、特開昭６１−１４９４１
４号、特開昭８１−１４９４１５号等の公報に見られる
ように、必要に応じて添加剤（ガス及び／または酸化物
）を投入し、真空下で、あるいはプラズマ・アークを用
いて、トランブエレメント、ないしはトランプエレメン
トを含む化合物を蒸発除去する方法である。

［発明が解決しようとする課題コ 前述の第一の方法は、そこで用いる添加物質がＣａを主
要構成元素としていて、反応性に富むため、取扱い上注
意を要する（特に、ＣａＣ２は危険物第３類に指定され
ている）場合があり、また、このような物質を用いるこ
とは割高でもあるため、コスト高に繋る。さらに、この
方法は、主としてトランプエレメント中のＳｎ（錫〉を
除去す゛る方法であり、もう一つの主要トランブエレメ
ントであるＣｕ　（銅）の除去も同時に行なうためには
、ＣａＳあるいはＣａＳＯ４のようなＳも含んだ化合物
を用いる必要がある。

また、第二の方法であるＳ含有化合物添加の場合には、
第一の方法とは異なり、主にＣｕの除去を行なうために
、（：ａＳ等のようなＣａも含んだ化合物を添加すれば
、Ｓｎの除去も同時に促進されて都合が良い。しかし、
この方法によりＣｕ及びその他のトランブエレメント除
去を行なう場合には、スラグー溶銑間のＳの分配関係に
基づいて溶銑中のそれら元素の含有量低減が図られるた
め、除去しきれないＳが残存して、銑鉄の品質特性を悪
化させることが問題となる。この問題は、第一の方法で
Ｓも含んだ化合物を添加する際にも同様に生ずる。

さらに、これら第一の方法、及び第二の方法では、トラ
ンブエレメントの除去方法として、滓化によりスラグを
生成させ、これを分離除去する方法を採用している。し
かしながら、この際のスラグ除去により有効戒分も除去
してしまう可能性があり、歩留り低下に繋る。特に、こ
のトランプエレメントの十分な除去を必要とするような
銑鉄を製造する場合には、上記の添加剤投入からスラグ
除去に至る工程を繰返し実施する必要が生じ、歩留り低
下は避けられない。

また、このスラグ除去は作業性があまり良くないことか
ら、その操返しは好ましいことではない． 一方、第三の方法は、真空雰囲気の実現、あるいはプラ
ズマ発生装置の導入等に対する配慮が必要なため、その
設備化にはコストと時間を要し、従来の設備のままで即
対応はできず、簡単に実施とはいかない。

以上述べてきたことからもわかるように、前記三つの方
法には、危険物等反応性に富む物質の取扱いによる煩わ
しさ、コスト高、残存Ｓによる銑鉄の品質不良、低歩留
り、作業性不良、あるいは即応性欠如等の問題が内在し
ているため、好ましい方法とは言えず、より簡便で、効
率よく上記トランプエレメントを除去できる方法を見出
す必要がある。本発明は、かかる問題を解決し、容易に
、しかも効率的に実施可能なトランブエレメント除去技
術を提供するものである． ［課題を解決するための手段］ 本発明は、ガスを上吹き可能な反応容器に鋼スクラップ
を装入して溶解する際に、酸素ガス吹込みと同時に粉体
吹込みも可能な上吹きランスを用いて、アルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属の、硫化物または硫酸塩の内の１
種ないし２種を、該ランスの粉体吹込みノズルによって
酸素ガス吹き付け点に供給し、生成した溶銑中の不純物
元素　（Ｓｎ，Ｃｕ．Ａｓ，Ｂｉ，Ｐｂ等）の気化除去
を促進することを特徴とする、鋼スクラ・ソブ溶解時の
不純物除去方法である。

以下、本発明について作用とともに詳細に説明する。

［作　　　用］ 第１図に示すように、上吹き可能な転炉等の反応容器４
を用い、この中に鋼スクラップ等を投入した後、例えば
炉内の下方にある底吹き羽口１を通して微粉炭を炉内へ
吹込み、一方、上方から炉内へ挿入したランス２を通し
て酸素ガスを供給し、このとき発生する微粉炭の燃焼熱
を熱源として利用しながら、スクラップの加炭溶解を行
ない、Ｃ（カーボン）　ｖＡ度が３〜４　ｗｔ．零の溶
銑６を製造する。同時に、酸素ガスの吹込みにより、生
成した溶銑中に含まれている不要元素の中で酸素との親
和力が大きい元素、例えば、Ｓｉ等が酸化し、また、Ｚ
ｎのように蒸気圧の高いものは気化する。しかし、この
状態では、前記のトランプエレメント（Ｓｎ，Ｃｕ．八
ｓ，Ｂｌ．Ｐｂ等）と酸素との親和力は、Ｓｉ等と比べ
て小さいためにこのトランブエレメントの酸化による除
去は全く進行せず、また、蒸気圧も小さいので気化も進
行せずに、そのまま溶銑中に残留することになる。

そこで、これらトランブエレメントの除去を促進させる
ために、Ｎａ２Ｓ，　ＣａＳ，　Ｎａ２Ｓ０４．　Ｃａ
Ｓ０４等のＳ化合物を溶銑中へ添加する。ところが、こ
のＳ化合物を、単に溶銑表面に浮遊しているスラグ層５
の中に投入したのでは、スラグー溶銑間のＳ分配関係か
ら溶銑全体のＳ含有量増加を招き、そのままではＳが銑
鉄中に残存して、その品貿特性を著しく低下させること
になる。

そのため、この後の工程で溶銑の脱硫を実施する必要が
生じることから、このような投入方法は好ましくない。

このような不都合を解消するために、上記Ｓ化合物の粉
末を、粉体吹込み用ノズルを併せ持つランスを用いて、
溶銑のランス２直下の酸素ガス吹き付け点、すなわち火
点３へ投入し、Ｓポテンシャルを高くしてトランブエレ
メント硫化物の生戒を促す。酸化性雰囲気にあるこの火
点３では、トランプエレメント（Ｓｎ，Ｃｕ，＾ｓ．Ｂ
ｉ，Ｐｂ等）とＳとの結合反応、すナワち次式（１）〜
（５）に示すような硫化反応が容易に進行し、高温のた
めに気化が進行する。

Ｓｎ＋Ｓ＝ＳｎＳ　（ｂ．ｐ．約１２３０℃）及び２Ｓ
ｎ”２Ｓ−ＳｎｘＳｚ　　　　　　　　　　　　　”’
　（１）２Ｃｕ”Ｓ−Ｃｕ２Ｓ　　　　　　　　　　　
　　　　　ｍ　（２）２ＡＳ”３Ｓ−ＡＳａＳｓ　　（
ｂ．ｐ．７０７　　℃）　　　　　　−（３）２Ｂｉ◆
３Ｓ−ＢｈＳｓ　　（＜　６８５　　℃）　　　　　　
　　　・−（４）Ｂｉ２Ｓ３−２Ｂｉ◆３５　　（≧６
８５　℃）　　　　　　・・・（４゜）ｐｂ＋ｓ−ｐｂ
ｓ　　及び　２Ｐｂ◆２Ｓ”ＰｂｉＳｚ　　　・・・（
５）さらに、この火点３では、炉内の他のどの場所より
も温度が高く（スクラップ溶解における溶銑温度は１３
００〜１４００℃）　，　２５００℃前後にまで達する
ため、生成した硫化物の蒸気圧が大きくなり、その蒸発
が促進される．また、この蒸発した硫化物ガス、あるい
は分解による生成ガスは、ランス２から供給される過剰
の酸素ガスと共に、集塵機等により一方的に系外へ排出
・除去されるため、溶銑中に生成したトランブエレメン
トの硫化物が次から次へと蒸発し、その結果、溶銑中ト
ランブエレメント濃度は、容易に低下していく．本発明
によれば、このように火点を上手に利用することによっ
て、トランプエレメント（Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｓ，８１，Ｐ
ｂ等）の除去を容易に連戒することができる。

なお、トランブエレメントの硫化物の中で、ＳｎＳ．Ｓ
ｎ２Ｓ２，＾Ｓ．Ｓ，の気化温度は比較的低くて高いも
のでもせいぜい１２３０℃である．それに対して、Ｃｕ
ｚＳ，ＰｂＳ，Ｐｂ２Ｓ２の気化温度は高くて２０００
℃以上になるが、火点３の２５００℃前後の温度では、
後述の実施例にもあるように、十分なトランブエレメン
ト除去効果が得られてお−り、本発明による方法は非常
に有効である．また、ＢｉｚＳｓは、６８５℃で分解し
、Ｂｉを生成するが、この気化温度は１５６０℃であり
、この場合もＢｉの除去が十分に行なわれていることか
ら、本発明が有効であることがわかる。

この方法で添加するＳ化合物としては、前述のごとく、
ＣａＳ，Ｎａ２Ｓ等のアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の硫化物、あるいはＧａＳＯ４．Ｎａ，Ｓｏ４等の
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硫酸塩があり、
これらの内の１種ないし２種を用いる。しかしながら、
Ｎａ化合物は、炉材の損傷等を招きやすいため、Ｎａ化
合物だけを使用するのは好ましくなく、Ｃａ化合物等と
一緒に添加する方がトラブルが少ない。

ここで、添加するＳ化合物の粒度は、キャリアガス（普
通は窒素ガスを用いることが多い）を用いて粉体供給装
置からランスヘ送り出すときにトラブルを生じないよう
なもの、すなわち粒径３ｍｍ以下の粉体が良く、できれ
ば細かい方が反応性は高く有利である。しかしながら、
細か過ぎると、ランス２から吹き出す酸素ガスによって
周囲へ飛散し、そのためロスが多くなることから、粒径
０．２〜１．Ｏ　ｍｍ位のものが最も扱いやすい。

また、この添加剤（Ｓ化合物）の投入量は、各トランブ
エレメントの硫化物生成に必要な理論量合計値の３倍位
が適当である。投入方法は、特に制約しないが、この量
を一気に投入するよりも、スクラップ溶解に要する時間
の１７５〜１／２、具体的には、５〜１０分位かけて連
続的に定量投入する方が、反応の均一化に有効である。

以下、本発明の実施例を示す。

［実　施　例］ １７０ｔ規模の転炉で、１００ｔの溶銑にスクラップを
７０ｔ装入して溶解を行なった。比較例では、上吹きラ
ンス２から酸素ガスだけを吹き、方、本発明による実施
例Ｎｏ　１では硫化カルシウム（Ｇａｓ）を、実施例Ｎ
ｏ　２では硫化カルシウム（ＣａＳ）と硫化ナトリウム
（ＮａｚＳＯ４）の混合物を、また、実施例Ｎｏ　３で
は硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）の粉をあわせて吹込ん
だ。得られた結果は第１表に示す通りである。

比較例と比べてわかるように、ほぼ同一のメタル原料を
使用したにもかかわらず、硫化物または／及び硫酸塩の
粉の吹付けを行なって火点３の硫黄ポテンシャルを高め
た場合には、Ｓｎを始めとするトランブエレメント類の
レベルが低くなっているのがわかる。この低下分に相当
するトランブエレメントがダストの中に捕捉されており
、硫化物として気化除去されたことを裏付けている。

なお、メタルのＳレベル上昇はわずかであり、後工程へ
の影響は顕著ではない。

除去率が４６％の場合のＳｎとＳの濃度積は９．２　Ｘ
　ｔｏ−’［（’ｌｉ；）”］と著しく低く、通常の真
空溶解定おける場合よりも１桁ないし２桁ほど低い値と
なっている。このように硫化物の気化が促進されたのは
、酸素吹付け点（火点）３が高温であることとその場所
のＳポテンシャルが高いことの組み合わせによって得ら
れた独特の効果といえる。

第 １ 表 ［発明の効果］ 本発明では、反応容器内の最高温度域でトランプエレメ
ント（Ｓｎ，（：ｕ，＾ｓ．Ｂｉ，Ｐｂ等）の硫化反応
を進行させ、それによって生成した硫化物、あるいはそ
の後の分解生成物を、効果的に蒸発させ、かつ、一方的
に系外に除去するため、反応速度的にも極めて効率良く
トランブエレメント除去が可能であり、非常に有用な方
法である。

また、本発明で使用する添加剤は、安価であり、かつ、
取扱い上も特に配慮を必要としないＣａＳ，Ｎａ２Ｓ０
４等の・Ｓ化合物を用いており、設備面でも、現在製鋼
工程で一般的に使用されている転炉、あるいは、それに
相当する反応容器をそのまま転用すればよく、結局、設
備新設・改造・付加等の必要も伴わないため、既存の何
れの方法よりも低コストで実施できる。また、滓化によ
り生成したスラグの排滓を繰返し行なうことも不要とな
ることから、操業面でも既存の操炉と変りなく、特に問
題はない。

従って、トランプエレメント除去に関する既知の方法と
比べると、本発明の実施により処理時間短縮・低コスト
化・操業性向上等を図れることから、高生産性指向の操
業には十分な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る溶解設備の一例で、上底吹き転
炉の断面図である。 １・・・底吹き羽口　　　　２・・・ランス３・・・火
点　　　　　　　４・・・反応容器５・・・スラグ　　
　　　　６・・・溶銑他４名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ガスを上吹き可能な反応容器に鋼スクラップを装入
   して溶解する際に、酸素ガス吹込みと同時に粉体吹込み
   も可能な上吹きランスを用いて、アルカリ金属またはア
   ルカリ土類金属の、硫化物または硫酸塩の１種ないし２
   種を、該ランスの粉体吹込みノズルによって酸素ガス吹
   き付け点に供給し、生成した溶銑中の不純物元素（Ｓｎ
   、Ｃｕ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｐｂ等）の気化除去を促進するこ
   とを特徴とする、鋼スクラップ溶解時の不純物除去方法
   。