TW201536925A - 鐵水的脫硫方法及脫硫劑 - Google Patents

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Shuei Tanaka
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Abstract

本發明提供在不使用氟而獲得特定之脫硫能亦可減低脫硫處理產生之成本之鐵水之脫硫方法及脫硫劑。攪拌鐵水(16)進行脫硫處理時，係於鐵水(16)中添加脫硫劑(18)，該脫硫劑(18)係以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為0.01以上0.20以下，且脫硫劑(18)中之鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合鋁酸鈣與生石灰而成。

Description

鐵水的脫硫方法及脫硫劑
本發明係有關鐵水的脫硫方法及脫硫劑。
自鼓風爐(blast furnace)熔礦出之鐵水中，因焦炭等之於鼓風爐所用之原料而含有高濃度硫(S)。硫係基本上對鋼的品質帶來影響之成分。因此，於製鋼步驟中，對應於所要求之鋼的品質而進行鐵水脫硫及溶鋼脫硫。因此，於鐵水脫硫時，使用添加以便宜之生石灰(CaO)為主體之脫硫劑並攪拌、混合之方法。
此種脫硫處理中，為了促進所添加之脫硫劑之渣化而使用造渣劑。作為脫硫劑之渣化促進優異之造渣劑已知有螢石(CaF2)系造渣劑。然而，螢石中所含之氟(F)有對環境及人體帶來不良影響之顧慮，且係設置排出基準之元素。因此，使用螢石之脫硫處理後之礦渣經回收時，自回收製品溶出氟將成為問題，因此要求脫硫能高且不含氟成分之脫硫劑。
例如，專利文獻1中，作為脫硫時使用之不含氟成分之脫硫劑，揭示含有熔點低的CaO．Al2O3系礦 物(鋁酸鈣)之鐵鋼添加劑。
又，例如專利文獻2中，作為不含氟之脫硫劑，揭示有化學成分以質量比計為CaO：40~60%，Al2O3：60~40%之鋁酸鈣，以及將上述鋁酸鈣與生石灰(CaO)混合而成之脫硫劑。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-129122號公報
[專利文獻2]日本特開2007-46083號公報
然而，專利文獻1中揭示之鐵鋼添加劑由於製造成本高的鋁酸鈣於脫硫劑中之混合比例高如100%，故導致脫硫處理成本增大。
且，專利文獻2中揭示之鐵鋼添加劑由於製造成本高的鋁酸鈣於脫硫劑中之混合比例高如77%~100%，故與專利文獻1同樣地，導致脫硫處理成本增大。
因此，本發明係著眼於上述課題而成者，目的係提供在不使用氟而獲得特定之脫硫能亦可減低脫硫處理產生之成本之鐵水之脫硫方法及脫硫劑。
為了達成上述目的，依據本發明之一實施形態，係提供脫硫方法，係攪拌鐵水進行脫硫處理時，於鐵水中，添加脫硫劑，該脫硫劑係以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合前述鋁酸鈣與生石灰而成。
又，依據本發明之一實施形態，係提供脫硫劑，其係以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合鋁酸鈣與生石灰而成之混合物。
依據本發明之鐵水之脫硫方法及脫硫劑，不使用氟而獲得特定之脫硫能亦可減低脫硫處理產生之成本。
12‧‧‧台車
14‧‧‧鐵水鍋
16‧‧‧鐵水
18‧‧‧脫硫劑
20a、20b‧‧‧機械攪拌式脫硫裝置
21‧‧‧葉輪
211‧‧‧葉輪軸
24‧‧‧脫硫劑添加部(上添加)
241‧‧‧料斗
242‧‧‧切出裝置
243‧‧‧投入槽
25‧‧‧脫硫劑添加部(頂吹添加)
251‧‧‧分配器
252‧‧‧切出裝置
253‧‧‧粉體供給管
254‧‧‧頂吹噴槍
G‧‧‧搬送用氣體
圖1係顯示礦渣中氧化鋁比率與礦渣中S濃度之關係的圖表。
圖2係顯示本發明之第1實施形態所用之機械攪拌式脫硫裝置之概略圖。
圖3係顯示本發明之第2實施形態所用之機械攪拌式脫硫裝置之概略圖。
以下詳細說明用以實施本發明之形態(以下稱為實施形態)。以下之詳細說明係以提供本發明之實施形態能完全理解之方式針對多個特定細部加以記載。然而，應理解即使無該特定細部亦可實施1個以上之實施形態。此外，為使圖式簡潔，周知之構造及裝置以簡圖表示。
在本發明之前，本發明人等注意到脫硫劑中之鋁酸鈣所含之氧化鋁比率對脫硫能會帶來影響，而於鐵水中投入將生石灰(CaO)與鋁酸鈣以各種混合比混合而作成之脫硫劑，針對所生成之礦渣分別調查礦渣中之氧化鋁比率與礦渣中之S濃度(質量%)。又，氧化鋁比率係基於(1)式所示之礦渣中之CaO與Al2O3之質量%算出之比率。(1)式中，(%Al2O3)表示礦渣中之Al2O3之質量%，(%CaO)表示礦渣中之CaO之質量%。
又，本調查中，係使用以質量濃度比計成為CaO/Al2O3=1/2之方式，將生石灰與氧化鋁混合後，將混合之生石灰與氧化鋁預熔融而製造之鋁酸鈣。進而，使用將以上述方法製造之鋁酸鈣粉碎，將粉碎之鋁酸鈣與生石 灰以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)成為超過0且0.46以下之範圍之特定質量濃度比之方式混合而製造之脫硫劑。又，以該方法所製造之脫硫劑中不含氟。
圖1中顯示針對由上述脫硫劑所生成之礦渣中之氧化鋁比率與礦渣中S濃度之調查結果。調查結果可了解，礦渣中之氧化鋁比率超過0%且20%以下之區域，礦渣中S濃度提高為2%以上。該結果推測原因在於氧化鋁比率低如超過0%且20%以下時，藉由事先均一混合鋁酸鈣與生石灰，而可防止鋁酸鈣偏向存在，藉由鋁酸鈣在生石灰粒子周圍無偏差地存在，而效率良好地獲得改善石灰之脫硫能之效果。此處，本調查之脫硫劑中之氧化鋁比率超過0%且20%以下之區域相當於脫硫劑中之鋁酸鈣之比率超過0%且30%以下之區域。亦即，本發明人等想到於脫硫劑中之鋁酸鈣比率較低之區域，獲得鋁酸鈣之作用的因氧化鋁所致之脫硫劑低熔點化效果、以及因鋁酸鈣熔融而生成之液相所致之脫硫劑溶解速度提高效果，而有效地促進脫硫劑之石灰熔融。
另一方面，可了解於礦渣中之氧化鋁比率超過20%之區域，礦渣中之S濃度急遽降低，使礦渣中之S濃度成為未達2%。此推測係因為與添加氧化鋁之脫硫劑之低熔點化所致之液相率提高效果相比，氧化鋁對使礦渣中之S分配比(礦渣中之S濃度相對於鐵水中之S濃度之比)降低之效果有較大影響。
由以上調查結果，本發明人等了解於氧化鋁 比率及鋁酸鈣之比率較低之脫硫劑中，定性上相較於氧化鋁比率較高之脫硫劑，液相率雖降低，但由於礦渣中之S分配比變高，故使氧化鋁均一分散而可有效地促進石灰之熔融。藉此，本發明人等想到藉由將脫硫劑之質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)成為超過0且0.20以下，即使在鋁酸鈣之混合比較低、液相率提高效果較低之脫硫劑中，仍可獲得特定之脫硫能，因而完成本發明。又，特定之脫硫能係至少與使用螢石之脫硫劑或鋁酸鈣之混合率較高之脫硫劑等同等之脫硫能。
<第1實施形態> [機械攪拌式脫硫裝置之構成]
接著，參照圖2，針對本發明第1實施形態之鐵水16之脫硫方法加以說明。第1實施形態之鐵水16的脫硫方法係使用機械攪拌式脫硫裝置20a之機械攪拌式脫硫方法。首先，針對第1實施形態之鐵水16之脫硫方法所用之機械攪拌式脫硫裝置20a之構成加以說明。
機械攪拌式脫硫裝置20a具備由設於葉輪軸211之一端之耐火物所成之葉輪21、儲存脫硫劑18並添加於鐵水16之脫硫劑添加部24、集塵通風櫥22及排氣管23。
葉輪21係浸漬．埋沒於由台車12所荷載之鐵水鍋14中收容之鐵水16中，藉由旋轉而攪拌鐵水16之攪拌翼。又，葉輪21係構成為藉由設於葉輪軸211另一端側 之未圖式之升降裝置及旋轉裝置而可於垂直方向升降，且以葉輪軸211作為旋轉軸而可旋轉。
脫硫劑添加部24具有：料斗241，其對鐵水16上添加脫硫劑18且儲存脫硫劑18；切出裝置242，其自料斗241切出脫硫劑18；及投入槽243，其將切出之脫硫劑18投入鐵水16中。
脫硫劑18係藉由使脫硫劑18中之顯示氧化鋁比率之質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)成為超過0且0.20以下，且脫硫劑18中之鋁酸鈣之混合率超過0質量%且75質量%以下之方式，將鋁酸鈣與生石灰均勻混合而製造。此處，上述調查中，本發明人等了解到藉由使脫硫劑18之氧化鋁比率成為20%以下且使脫硫劑18中之鋁酸鈣之混合率設為超過0質量%且30質量%以下，可提高礦渣中之S分配比。進而，如後述實施例所說明，本發明人等確認藉由使脫硫劑18之氧化鋁比率成為20%以下，即使脫硫劑18中之鋁酸鈣之混合率在超過30質量%且75質量%以下之範圍，亦能獲得特定之脫硫能。
鋁酸鈣係以特定質量比混合生石灰與氧化鋁後，進行預熔融並粉碎而製造。此處，所謂鋁酸鈣之生石灰與氧化鋁之特定質量比為脫硫劑18中之氧化鋁比率及鋁酸鈣之混合率均滿足上述條件之方式所算出之質量比，係以質量比CaO/Al2O3表示。例如，脫硫劑18中之氧化鋁之比率為20%且鋁酸鈣之混合率為50%時，算出鋁酸鈣之質量比CaO/Al2O3為3/2。
集塵通風櫥22係設為覆蓋鐵水鍋14之上部。排氣管23安裝於集塵通風櫥22上。機械攪拌式脫硫裝置20a通過排氣管23，將處理中發生之排氣或粉塵吸引至與排氣管23連接之集塵機(未圖示)。
又，第1實施形態之鐵水16可使用任何鐵水。亦即，鐵水16係使用自鼓風爐熔礦出之狀態之鐵水、或熔礦後預先進行脫矽或脫磷之至少一處理之鐵水等。
[鐵水之脫硫方法]
接著，針對第1實施形態之鐵水16之脫硫方法加以說明。首先，以使葉輪21之位置成為鐵水鍋14之大致中心之方式，使負載鐵水鍋14之台車12移動。接著，使葉輪21下降浸漬於鐵水16中，使葉輪21旋轉。進而，以切出裝置242將收容於料斗241之脫硫劑18切出必要量，經由投入槽243上添加於鐵水16中。脫硫劑18之添加量係由脫硫劑18之脫硫能、鐵水16之成分．溫度、成為目標之處理後的S濃度、處理時間等各種條件而決定。隨後，進行特定時間之攪拌後，停止葉輪21之旋轉，使葉輪21上升，結束脫硫處理。
如以上，第1實施形態之鐵水16之脫硫方法係使用將脫硫劑18上添加之機械攪拌式脫硫裝置20a之脫硫方法，其中使用將鋁酸鈣與生石灰以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合而成之混 合物作為脫硫劑18。因此，可有效地獲得因氧化鋁所致之脫硫劑18之低熔點化及因鋁酸鈣熔融所生成之液相所致之脫硫劑18之溶解速度提高效果。藉此，可獲得與使用鋁酸鈣之混合率高如超過75%之脫硫劑或含氟脫硫劑等時至少同等之特定脫硫能。因此，與使用鋁酸鈣之混合率高如超過75%之脫硫劑時相比，可削減昂貴的鋁酸鈣之使用量，而可減低脫硫處理產生之成本。且，與使用含氟脫硫劑時相比，可減低處理後之礦渣中之含氟量。
又，質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為0時，由於無法獲得因氧化鋁所致之液相率提高效果，故無法獲得高的脫硫能。
<第2實施形態> [機械攪拌式脫硫裝置之構成]
接著，參照圖3，針對本發明第2實施形態之鐵水16之脫硫方法加以說明。首先，針對第2實施形態之鐵水16之脫硫方法所用之機械攪拌式脫硫裝置20b之構成加以說明。
第2實施形態之機械攪拌式脫硫裝置20b相對於第1實施形態之機械攪拌式脫硫裝置20a，脫硫劑添加部25之構成不同，關於其以外之構成則與第1實施形態相同。亦即，機械攪拌式脫硫裝置20b與第1實施形態同樣，具備葉輪21、集塵通風櫥22與排氣管23。進而，機械攪拌式脫硫裝置20b具備儲存脫硫劑18並頂吹添加 之脫硫劑添加部25。脫硫劑添加部25具有：分配器251，其儲存脫硫劑18；切出裝置252，其自分配器251切出脫硫劑18；粉體供給管253，其供給經切出之脫硫劑18與搬送用氣體G；及頂吹噴槍254，其連接至粉體供給管253之前端使脫硫劑18與搬送用氣體G一起噴射至鐵水16。
搬送用氣體G可為惰性氣體、非氧化性氣體及還原性氣體之任一種以上，亦可為例如氮氣或氬氣等。
脫硫劑18與第1實施形態之脫硫劑18相同。
[鐵水之脫硫方法]
接著，針對第2實施形態之鐵水16之脫硫方法加以說明。首先，以使葉輪21之位置成為鐵水鍋14之大致中心之方式，使負載鐵水鍋14之台車12移動。接著，使葉輪21下降浸漬於鐵水16中，使葉輪21旋轉。進而，以切出裝置252將收容於分配器251之脫硫劑18切出必要量，經由粉體供給管253及頂吹噴槍254將切出之脫硫劑18與搬送用氣體G一起噴射至鐵水16中進行頂吹添加。脫硫劑18之添加量係由脫硫劑18之脫硫能、鐵水16之成分．溫度、成為目標之處理後的S濃度、處理時間等各種條件而決定。隨後，進行特定時間之攪拌後，停止葉輪21之旋轉，使葉輪21上升，結束脫硫處理。
如以上，第2實施形態之鐵水16之脫硫方法係使用將脫硫劑18頂吹添加之機械攪拌式脫硫裝置20b 之脫硫方法，其中使用將鋁酸鈣與生石灰以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且脫硫劑18中之鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式均一混合而成之脫硫劑18。因此，與第1實施形態同樣，可有效地獲得因氧化鋁所致之脫硫劑之低熔點化及因鋁酸鈣熔融所生成之液相所致之脫硫劑之溶解速度提高效果。
再者，第2實施形態之鐵水16的脫硫方法藉由頂吹添加脫硫劑18，相對於上添加脫硫劑18之情況，可效率良好地添加粒度小的脫硫劑18。因此，第2實施形態之鐵水16的脫硫方法相比於第1實施形態，可使用粒度小的脫硫劑18而提高反應界面積，可獲得高的脫硫能。
<變形例>
以上，參考特定實施形態說明本發明，但並無意圖由該等說明限制本發明。藉由參考本發明之說明，本技藝者當可明瞭所揭示之實施形態之各種變形例以及本發明之其他實施形態。因此，申請專利範圍應解釋為亦網羅本發明及要旨所包含之該等變形例或實施形態。
例如，本發明之鐵水之脫硫方法中，脫硫處理中除了脫硫劑18以外，亦可添加金屬鋁、鋁灰、矽等之氧化劑。此時，氧化劑亦可儲存於設於機械攪拌式脫硫裝置20a、20b之與料斗241或分配器251不同之容器 中，與脫硫劑18同樣地以切出特定量而添加。
又，例如本發明之機械攪拌式脫硫裝置亦可具備2個脫硫劑添加部24、25。此時，脫硫劑18以合計添加量成為特定添加量之方式，分別由2個脫硫劑添加部24、25添加。
又，第2實施形態中，係構成為以分配器251儲存使生石灰與鋁酸鈣混合而成之脫硫劑18，並添加於鐵水16中，但本發明不限於此。例如，亦可為分配器251係至少設置2個，以不同之分配器251分別儲存生石灰與鋁酸鈣，將生石灰與鋁酸鈣切出特定量，並與搬送用氣體G一起頂吹添加至鐵水16。此時，所添加之生石灰與鋁酸鈣係切出為鋁酸鈣所含之氧化鋁相對於總添加量之比率為超過0%且20%以下，且鋁酸鈣相對於總添加量之混合率為超過0質量%且75質量%以下。進而，生石灰與鋁酸鈣係同時切出且藉由搬送用氣體G在以粉體供給管253及頂吹噴槍254進行搬送時被均一混合。如此脫硫劑18在正要噴射前進行混合，相較於第2實施形態之脫硫劑添加部25，可更均一分散脫硫劑18之氧化鋁。
又，上述實施形態中，鐵水鍋14中之鐵水16雖使用利用葉輪21進行攪拌．混合之機械攪拌式脫硫裝置20a、20b，但本發明不限於此。例如，鐵水16之攪拌中亦可不使用葉輪21等之機械攪拌式之脫硫裝置，而藉由自頂吹噴槍噴射之氣體或自浸漬於鐵水16中之噴槍或自設於鐵水鍋14之底部之翼口噴射之氣體進行攪拌之氣 體攪拌式之脫硫裝置。此時，脫硫劑18可如第1實施形態般進行上添加，亦可與來自噴射攪拌氣體之噴槍之攪拌氣體一起噴射。進而，此種氣體攪拌式之脫硫裝置亦可使用轉爐或魚雷(torpedo)等之可收容鐵水16之其他容器代替鐵水鍋14。
又，上述實施形態中，係使生石灰與氧化鋁混合後，進行預熔融，而製造鋁酸鈣，但本發明不限於此。例如，鋁酸鈣亦可使用由主要成分為CaO及Al2O3所成之複數種礦物(3CaO．Al2O3、12CaO．7Al2O3、CaO．Al2O3、CaO．2Al2O3等)、生石灰及氧化鋁，以CaO/Al2O3成為與上述實施形態同樣之特定質量比之方式，選擇及混合複數種原材料，進而進行預熔融者。
[實施例]
接著，以實施例說明本發明人所進行之實驗及其結果。
本實施例中，如圖1所示，針對相當於第1及第2實施形態之2水準之實施例及3水準之比較例進行實驗。實驗係以表1所示之各種條件，對於200t之鐵水16進行脫硫處理，針對處理前及處理後之鐵水中之S濃度進行調查。
實施例1、3、4中，使用質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為0.20且鋁酸鈣之混合率為30質量%、75質量%、50質量%之脫硫劑，分別以第1實施形態之脫硫 方法進行處理。又，實施例2中，使用質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為0.20且鋁酸鈣之混合率為30質量%之脫硫劑，以第2實施形態之脫硫方法進行處理。再者，比較例1中，作為脫硫劑係使用質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為0.50且鋁酸鈣之調配率為75質量%之生石灰與鋁酸鈣之混合物，與第1實施形態同樣地進行上添加。進而，比較例2，作為使用螢石之脫硫劑，係使用使生石灰97質量%與螢石3質量%混合而成之混合物，與第1實施形態同樣地進行上添加。再者，比較例3中，僅使用生石灰作為脫硫劑，與第1實施形態同樣地進行上添加。又，葉輪21之旋轉數或處理時間等其他條件，在所有水準中均相同。
實驗結果，實施例1~4中，相較於比較例3之僅使用生石灰作為脫硫劑之情況，可確認脫硫率提高。 又實施例1~4中，成為與比較例1~2同等之脫硫率，確認可獲得與比較例1~2同等之脫硫能。藉此，依據本實施例之脫硫方法及脫硫劑，可確認不使用氟而能獲得特定之脫硫能亦可減低脫硫處理產生之成本。

Claims (6)

  1. 一種鐵水的脫硫方法，其特徵係攪拌鐵水進行脫硫處理時，於前述鐵水中，添加脫硫劑，該脫硫劑係以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合前述鋁酸鈣與生石灰而成。
  2. 如請求項1之鐵水的脫硫方法，其中使前述鐵水脫硫時，使用機械攪拌式脫硫裝置。
  3. 如請求項1或2之鐵水的脫硫方法，其中將前述脫硫劑添加於前述鐵水時，係上添加前述脫硫劑。
  4. 如請求項1或2之鐵水的脫硫方法，其中於前述鐵水中添加前述脫硫劑時，係將前述脫硫劑透過頂吹噴槍(top-blown lance)，與前述脫硫劑之搬送用氣體一起頂吹添加。
  5. 如請求項4之鐵水的脫硫方法，其中在朝前述頂吹噴槍之搬送中混合前述鋁酸鈣與前述生石灰。
  6. 一種脫硫劑，其特徵係以質量濃度比Al2O3/(Al2O3+CaO)為超過0且0.20以下，且前述鋁酸鈣之混合率為超過0質量%且75質量%以下之方式混合鋁酸鈣與生石灰而成之混合物。
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