JPH0920911A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高炉の主樋（大樋）における効果
的な溶銑脱硫を行う方法を提供する。 【構成】 高炉の主樋（大樋）に１以上の仕切板を設
け、その上流側（出銑口側）においてガスを吹き込み、
溶銑と溶滓とを攪拌し、溶銑の脱硫を行う方法である。
この際、前記仕切板の上流側（出銑口側）の溶銑と溶滓
の界面より５０ｍｍ以下の深さの位置において、直径９
ｍｍφ以下の孔を少くとも２つ以上を有するランスを１
以上浸漬し、ガスを溶銑中に吹き込み、溶銑と溶滓を攪
拌することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は溶銑の脱硫方法に関
し、高炉の主樋（大樋）においてに効率よく溶銑の脱硫
を行う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、低硫鋼及び極低硫鋼製造が増加す
る傾向にある。一般に、製鋼工程において、脱硫する場
合には造滓剤や脱硫剤を多量に使用するため、製造原価
を増加させる。一方、高炉炉内において、溶銑中の硫黄
（Ｓ）の濃度を低下させるには造滓剤の増加させ、或い
は溶銑温度を上昇させることが必要であり、そのため燃
料比を増加させる必要があり、そのため溶銑の製造原価
が上昇する。

【０００３】そこで、低硫鋼及び極低硫鋼を製造する場
合、高炉と転炉間に脱硫設備を設け、処理するプロセス
によることが一般的になった。これらの方法は、製造工
程が一工程増えるので作業員の工数も増加し、製造原価
が上昇する。

【０００４】また、これらの対策として、高炉の炉前の
溶銑大樋中において脱硫する方法が特開平３−２６４６
１１号公報において提案がされている。この方法に用い
られる装置の概念図を図７に示した。

【０００５】この装置は、高炉炉前の鋳床における溶銑
大樋の中間に設けた電磁攪拌装置を備えた連続式脱硫反
応槽からなるものである。高炉出銑後の溶銑３１を溶銑
大樋上でスキンマー３７にて溶滓流３８を除いた後、脱
硫反応槽３２に導入したインジェクションランス３３を
用い、脱硫剤としてＣａＯ又はＣａＣＯ₃ の粉末３９を
インジェクションしつつ電磁攪拌装置３４を用いて溶銑
を回転攪拌し、脱硫反応を行わせることができる。

【０００６】脱硫反応後、脱硫剤を含む脱硫溶滓３５は
分離樋３６で溶銑と分離され、溶銑３１は下方から下流
に流出する。この方法ではＣａＯ又はＣａＣＯ₃ の粉末
が約１５００℃の溶銑に吹き込まれて脱硫反応が促進さ
れることが特徴である。

【０００７】さらに、特開昭５７−５７８１２号公報に
おいては、図８に示すように、出銑口２２からスキンマ
ー４に至る樋部２３に、溶銑と溶滓を攪拌する手段２７
を設けた脱硫装置が提案されている。出銑樋２３の中間
に回転翼からなる攪拌手段２７を複数設け、溶銑と溶滓
とを機械的に混合、攪拌するだけで十分な脱硫を行うも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−２
６４６１１号公報の方法では、脱硫剤として用いられる
ＣａＯ又はＣａＣＯ₃ の量が多いために莫大な費用がか
かる。また、本提案の方法は強力な電磁攪拌装置を必要
とするので設備費が嵩み、更に脱硫剤の使用により耐火
物損耗速度が増大し、樋材原単価が上昇し、また、スラ
グ塩基度が上昇するため水砕スラグの品質が変化する等
の問題が生ずる。

【０００９】一方、特開昭５７−５７８１２号公報にお
いては、主に回転翼からなる攪拌手段が記載されている
が、当業者が実施できる程度に技術が開示されていな
い。即ち、どのような攪拌装置であるか等の基本的な技
術が不明であり、当業者が実施できない。本発明はこの
ような事情を考えてなされたもので、設備費を低減し、
且つ脱硫反応理論に立脚し、適切な脱硫方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、高炉から排
出された溶滓と溶銑は硫黄（Ｓ）の分配についてはいま
だ化学平衡に達しておらず、従って溶滓と溶銑を十分攪
拌することにより溶銑の脱硫が可能であるとの知見を得
た。

【００１１】そこで、高炉炉前の大樋（主樋）に仕切板
を設け、その上流にＮ₂ ガス等のガスを吹込むことが可
能な手段、例えばランスを設置し、ガス吹き込みの吹き
込み位置、量、圧力の条件を適切に設定することによ
り、溶銑と溶滓の攪拌を行うと同時に反応界面のＣＯガ
ス分圧を低下させることにより、溶銑と溶滓のＳの分配
比を平衡分配比に近づけることにより、溶銑脱硫を行う
ことができるとの知見を得て下記の発明をするに至っ
た。

【００１２】（１）請求項１の発明は、高炉の主樋（大
樋）に１以上の仕切板を設け、その上流側（出銑口側）
においてガスを吹き込み、溶銑と溶滓とを攪拌すること
を特徴とする溶銑の脱硫を行う方法を提供する。

【００１３】（２）請求項２の発明は、前記仕切板の上
流側（出銑口側）の溶銑と溶滓の界面より５０ｍｍ以下
の深さの位置において、直径９ｍｍφ以下の孔を少くと
も２つ以上を有するランスを１以上浸漬し、ガスを溶銑
中に吹き込み、溶銑と溶滓を攪拌し、脱硫することを特
徴とする請求項１に記載された溶銑の脱硫を行う方法を
提供する。

【００１４】

【作用】従来高炉の大樋（主樋）において溶銑と溶滓と
は脱硫反応に関してはいまだ平衡状態に達していないた
め、溶銑と溶滓とを攪拌するだけで溶銑の脱硫が行われ
る。

【００１５】溶銑と溶滓との間における脱硫反応は１次
反応であり、溶銑と溶滓間におけるＳの分配、反応時間
等を考慮すると下式で表すことができる。 〔Ｓ〕＝〔Ｓ〕_i ＋（Ｌ_S Ｓ（〔Ｓ〕_i −（Ｓ）_i ／Ｌ_S ）〔ｅｘｐ｛−（１ ＋１／Ｌ_S Ｓ）Ｋ_O Ａρ_m ｔ／Ｗｍ｝−１〕／（１＋Ｌ_S Ｓ）−−−（１）

【００１６】ここで〔Ｓ〕：溶銑中硫黄濃度（％） （Ｓ）：溶滓中硫黄濃度（％） 〔Ｓ〕_i ：初期の溶銑中硫黄濃度（％） （Ｓ）_i ：初期の溶滓中硫黄濃度（％） Ｌ_S ：平衡分配比 （−） Ａ ：反応界面積 （ｍ² ） Ｗｍ：溶銑重量 （ｋｇ） Ｓ：反応容器の断面積（ｍ² ） Ｋ_O ：物質移動係数 （ｍ／ｓ） ρ_m ：溶銑の密度 （ｋｇ／ｍ³ ） ｔ ：反応時間 （ｓ）

【００１７】上記Ｌ_S は、溶銑滓の界面のＣＯ分圧を低
下すると、大きくなり、その効果は次の（２）式により
示される。 Ｌ_S ＝（１／Ｐｃｏ）ｅｘｐ（０．２６３〔Ｃ〕 ＋０．１４５〔Ｓｉ〕−０．０６〔Ｍｎ〕＋２．３０３ＬｏｇＣｓ −３０７６／Ｔ＋１３．５６） −−−−（２）

【００１８】ここで（Ｓ）：溶滓中硫黄濃度 （％） 〔Ｓ〕：溶銑中硫黄濃度 （％） Ｃｓ：溶滓脱硫能 Ｔ ：溶銑温度 （Ｋ） Ｐｃｏ：溶銑／溶滓反応界面のＣＯ分圧

【００１９】上記Ｃｓ（溶滓脱硫能）は下式により評価
することができるとされている（例えば、鉄と鋼、６７
（１９８１）１６号、７１頁）。 Ｃｓ＝（Ｓ）・（Ｐ_O2／Ｐ_S2）^1/2 ， Ｐ_O2 ^1/2 ＝Ｐ_CO・ｅｘｐ（−１４１９２／Ｔ−１０．１５）

【００２０】以上の数式により、溶銑の脱硫反応を評価
できる。先ず、（１）式で示される溶銑の〔Ｓ〕の濃度
変化を図１に示した。所定のＫ_O Ａに対し大樋での溶銑
中の〔Ｓ〕濃度は図１に示すように低下し、また、Ｋ_O
Ａを２倍にすると脱硫反応がより速く進行する。

【００２１】ここで、Ａは反応界面積であるから、溶銑
と溶滓とを、例えばガスにより攪拌するとＡが大きくな
り、脱硫反応がより速く進行する。また、（１／Ｐｃ
ｏ）を大きくするとＬ_S が大きくなり、溶銑中の硫黄は
溶滓へ移行する。

【００２２】上記式から、（１／Ｐｃｏ）を大きくし、
且つ、溶銑滓を十分攪拌すると溶銑のＳが低下すること
が明らかである。そこで、高炉炉前の大樋（主樋）に仕
切板を設け、その上流にガス、例えばＮ₂ ガス等のガス
の吹き込み可能な手段、例えばランスを設置し、吹き込
み位置、量、圧力の条件を適切に設定し、溶銑と溶滓の
攪拌を行う。

【００２３】同時に反応界面のＣＯガス分圧を低下させ
ることにより、溶銑と溶滓のＳの分配比を平衡分配比へ
近づけることにより溶銑脱硫を行うことができる。上記
ガスとしては、例えばＮ₂ ガス等の不活性ガス、Ａｒガ
ス、高炉ガス等の非酸化性のガスであればいかなるガス
でもよい。

【００２４】

【実施例】本発明は上記原理に基づき実施される。以下
に本発明の一実施例を図２に基づいて説明する。図２に
おいて溶銑３は右側の高炉（図示しない）から出銑して
大樋１を流れ、仕切板４により溶滓２と分離され、溶銑
鍋等に受けられる。仕切板４の上流（図面の右側）で
は、高炉より出た溶銑、溶滓は一時的に滞留するので、
この場所を利用してガス吹き込み用ランス５により攪拌
し、溶銑脱硫を行う。

【００２５】図３は主樋１におけるランス５の位置と溶
銑３のレベル（ＭＬ）と溶滓２のレベル（ＳＬ）の関係
を示したものである。出銑中は溶銑レベル（ＭＬ）３０
０ｍｍに対し、不活性ガス吹き込み孔６の深さは溶銑レ
ベル（ＭＬ）から少くとも５０ｍｍ以下で、望ましくは
１００ｍｍまでの位置となるようランスを設ける。ま
た、この大樋は完全貯銑型でないため、ランス５は溶銑
レベル３００ｍｍ以上となる領域を選択して設置されて
いる。

【００２６】図４はランスの一例である。鋼製パイプ７
（例えば内径４０ｍｍφ）の底部のガス吹出孔６は例え
ば直径９ｍｍで２孔（１孔は省略）備えており、後述す
るように所定の攪拌効果を得るように設けられている。
鋼製パイプ７は耐火物８、９で保護されている。耐火物
８の全長は例えば２．３ｍである。Ｎ₂ 等のガスは４０
Ｎｍ³ ／ｍｉｎ以上の量で吹き込まれる。

【００２７】表１はガス吹き込み孔径とバブル全表面積
及び脱硫の効果をまとめたものである。ここで、バブル
の大きさはガス吹き込み孔径と等しいと仮定して求め
た。これより、バブル全表面積が２．８×１０⁴ ｍ² ／
ｈｒ以上になると、脱硫効果が得られることが判明し
た。

【００２８】従って、上記の通り直径９ｍｍ以下のガス
吹き込み孔を少なくとも２孔以上設けることが必要であ
る。即ち、直径９ｍｍより小さい直径の孔を２孔以上設
けてガスを吹き込み、バブル全表面積を２．８×１０⁴
ｍ² ／ｈｒ以上にすることにより脱硫反応が進行する。

【００２９】図５は図１に示した溶銑樋において、鋼製
パイプ７（内径４０ｍｍφ）の底部の直径９ｍｍで２孔
のガス吹出孔からガスを吹き出して攪拌を行った場合に
おける脱硫効果を示す。ガス吹き込み中において脱硫効
果が認められた。

【００３０】以上のように、この発明によればガスの吹
き込みにより、溶銑と溶滓を攪拌のみで脱硫が行える。
図６は１回の出銑時間中に使用されたランスの耐火材損
耗状況を示す。耐火材がＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系では耐
用性は悪く（図６の右側）、耐スラグ性を有するＡｌ₂
Ｏ₃ −ＳｉＣ系を用いることにより耐用性が大幅に改善
された（図６の左側）。Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＣ系耐火材よ
りなるランスを用いることにより脱硫作業を低コストで
行えることが判明した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、高炉炉前の大樋
（主樋）に仕切板を設け、その上流にガス、例えばＮ₂
ガス等のガスを吹き込み可能な手段、例えばランスを設
置し、吹き込み位置、量、圧力の条件を適切に設定する
ことにより、溶銑と溶滓の攪拌を行うと、溶銑と溶滓間
のＳの分配比を平衡分配比へ近づけることが可能であ
り、溶銑の脱硫を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶銑と溶滓の攪拌状態と脱硫反応速度との関係
を示す図である。

【図２】主樋における本発明を実施する状況を示す図で
ある。

【図３】ランス位置と溶銑、溶滓レベルの関係を示す図
である。

【図４】溶銑滓を攪拌するランスの一例を示す図であ
る。

【図５】本発明を実施した場合における溶銑中のＳの経
過を示す図である。

【図６】本発明において利用されたランスの耐火物の溶
損状況を示す図である。

【図７】従来の高炉樋における脱硫装置の１例を示す図
である。

【図８】従来の高炉樋における脱硫装置の他の１例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 高炉の主樋 ２ 溶滓 ３ 溶銑 ４ 仕切り板 ５ ランス ６ ランスのガス吹き込み孔 ７ 鋼製パイプ ８ ランスの耐火物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の主樋（大樋）に１以上の仕切板を
   設け、その上流側（出銑口側）においてガスを吹き込
   み、溶銑と溶滓とを攪拌することを特徴とする溶銑の脱
   硫方法。
2. 【請求項２】 前記仕切板の上流側（出銑口側）の溶銑
   と溶滓の界面より５０ｍｍ以下の深さの位置において、
   直径９ｍｍφ以下の孔を少くとも２つ以上を有するラン
   スを１以上浸漬し、ガスを溶銑中に吹き込み、溶銑と溶
   滓を攪拌し、脱硫することを特徴とする請求項１に記載
   された溶銑の脱硫方法。