WO2016142970A1 - 溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置 - Google Patents

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hot metal
reaction vessel
impeller
desulfurization
axis
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Inventor
新吾 佐藤
中井　由枝
菊池　直樹
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/02—Dephosphorising or desulfurising

Definitions

  • the present invention relates to a hot metal desulfurization treatment method and a hot metal desulfurization treatment apparatus.
  • a hot metal desulfurization method using a mechanical stirring type desulfurization processing apparatus has been widely put into practical use.
  • an impeller also called “rotary blade” or “stirring blade”
  • the hot metal and the desulfurizing agent are vigorously stirred, so that inexpensive CaO (lime) is mainly used.
  • CaO-based desulfurizing agent a desulfurizing agent
  • the hot metal is desulfurized in a short time to a low sulfur concentration range of 0.002 to 0.004 mass%. Is possible.
  • the hot metal desulfurization treatment in the mechanical stirring type desulfurization processing apparatus using the CaO-based desulfurization agent is performed by using a powdered or granular CaO-based desulfurization agent added to the hot metal surface, and a hot metal vortex formed by rotating an impeller.
  • the contact area between the CaO-based desulfurizing agent and the molten iron is increased to increase the reaction efficiency of the CaO-based desulfurizing agent.
  • the hot metal is stirred by the rotation of the impeller, and the sulfur in the hot metal is sequentially supplied to the reaction interface (desulfurization agent surface), whereby the desulfurization reaction proceeds.
  • the reaction vessel containing the hot metal is a pan-shaped cross section, and the impeller is inserted from the upper part of the vessel to the approximate center of the reaction vessel.
  • Patent Document 1 the thickness of the refractory to be applied to the bottom of the reaction vessel is changed so that the inner shape of the bottom of the reaction vessel containing the hot metal is not axially symmetric with respect to the central axis of the reaction vessel.
  • a technique has been proposed in which the vortex formed by the rotation of the impeller is decentered and the CaO-based desulfurization agent is entrained in the hot metal.
  • Patent Document 2 the vortex formed by the rotation of the impeller is decentered by decentering the insertion position of the impeller from the center of the reaction vessel, and further, a powdered CaO system is formed on the formed vortex from a dedicated lance.
  • a technique has been proposed in which a desulfurization agent is sprayed together with a carrier gas to perform a desulfurization treatment, thereby realizing a high reaction efficiency of a CaO-based desulfurization agent.
  • the height difference of the reaction vessel bottom provided by the height difference of the refractory is reduced by the wear of the refractory, and the effect cannot be maintained for a long time.
  • the bottom refractory is worn by the pre-charged cold iron source, and this tendency is large.
  • the refractory material applied to the bottom is made thicker for the purpose of maintaining the height difference of the bottom of the reaction vessel over a long period of time, the hot metal storage capacity of the reaction vessel is lowered.
  • the above prior art has room for improvement from the viewpoint of stably enjoying the improvement in the reaction efficiency of the CaO-based desulfurization agent.
  • an object of the present invention is to provide a hot metal desulfurization treatment method and a hot metal desulfurization treatment apparatus capable of stably increasing the reaction efficiency between the desulfurization agent and the hot metal.
  • Hot metal desulfurization treatment in which an impeller is immersed in hot metal contained in a reaction vessel, a desulfurizing agent is added while rotating the impeller, the hot metal and the desulfurizing agent are stirred, and the hot metal is desulfurized.
  • a method Using a reaction vessel having an elliptical cross section as the reaction vessel, A hot metal desulfurization treatment method, wherein the desulfurization treatment is performed in a state where an angle ⁇ formed by an axial center line of the reaction vessel and an axis of the impeller is 1.0 to 15.0 degrees.
  • the impeller is immersed in the hot metal with the axis of the impeller as a vertical direction, The hot metal as described in [1] above, wherein the desulfurization treatment is performed by inclining the reaction vessel in a range where an inclination angle ⁇ with respect to a vertical direction of an axial center line of the reaction vessel is 1.0 to 15.0 degrees. Desulfurization treatment method.
  • the cross section of the reaction vessel has an elliptical shape in which the ratio of the minor axis to the major axis (minor axis / major axis) is 0.70 to 0.95, and any one of the above [1] to [3]
  • the hot metal desulfurization characterized in that the reaction vessel and the impeller are installed so that an angle ⁇ formed by an axial center line of the reaction vessel and an axis of the impeller is 1.0 to 15.0 degrees. Processing equipment.
  • the impeller is installed such that its axis is in the vertical direction,
  • the reaction vessel is installed with its axial centerline fixed in the vertical direction, and the impeller has an inclination angle ⁇ with respect to the vertical direction of the shaft in the range of 1.0 to 15.0 degrees.
  • the reaction efficiency between the desulfurizing agent and the hot metal can be stably increased.
  • (A) is the schematic of the mechanical stirring desulfurization processing apparatus 10 by one Embodiment of this invention
  • (B) is the desulfurization processing method of the hot metal by one Embodiment of this invention using the said desulfurization processing apparatus 10
  • It is the schematic which shows the condition which is implementing. It is the schematic of the cross-sectional shape of the hot metal ladle 2 shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between the inclination-angle (alpha) with respect to the perpendicular direction of the axial center direction centerline of a hot metal ladle, and a desulfurization rate.
  • the inventors have repeatedly studied a method for increasing the reaction efficiency between the hot metal and the desulfurizing agent in the hot metal desulfurization processing method in the mechanical stirring type desulfurization processing apparatus.
  • a reaction vessel having an elliptical cross section is used, and the vortex formed by the impeller reacts by performing the desulfurization process with the axial center line of the reaction vessel inclined with respect to the impeller axis. It has been found that it is decentered with respect to the center of the container, which promotes the entrainment of the desulfurizing agent into the hot metal and increases the reaction efficiency of the desulfurizing agent.
  • FIG. 1 shows a situation in which a hot metal desulfurization method according to an embodiment of the present invention is implemented using a mechanical stirring desulfurization processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (A) shows a state in which an impeller 3 is inserted in a vertical direction from above into a hot metal ladle 2 as a reaction vessel that accommodates the hot metal and is loaded on the transport carriage 1.
  • Figure 1 (B) is a diagram showing an inclination angle ⁇ with respect to the vertical direction of the axial center line C L of hot metal pan 2.
  • the hot metal ladle 2 includes a trunnion 7 and a trunnion mounting seat 6 to which the trunnion 7 is attached.
  • the upper end surface of the hot metal ladle seat 1A of the transport carriage 1 is inclined with respect to the horizontal line, and the trunnion mounting seat 6 of the hot metal pan 2 is received by the inclined upper surface.
  • the lower end surface of the trunnion mounting seat 6 is formed to be parallel to the horizontal line when the hot metal ladle 2 is upright. As a result, the hot metal ladle 2 is loaded on the transport carriage 1 with a predetermined inclination angle ⁇ with respect to the vertical direction.
  • Hot metal 5 is accommodated in hot metal pan 2.
  • the impeller 3 is driven by an electric motor (not shown) and rotates around the impeller shaft 3a as a rotation shaft.
  • the impeller shaft 3A is set in the vertical direction, the impeller 3 is immersed in the hot metal 5 and the desulfurizing agent is added while rotating the impeller 3, and the desulfurization process is performed in the state of FIG.
  • the vortex formed by the impeller 3 is decentered with respect to the center of the hot metal ladle 2, and as a result, entrainment of the desulfurizing agent into the hot metal 5 is promoted, and the reaction efficiency of the desulfurizing agent is increased.
  • the line 5A indicates the hot metal surface when stationary, and the line 5B indicates the hot metal surface when stirring.
  • the hot metal ladle 2 is protected by a dust collection hood 4.
  • FIG. 1B shows a state where the impeller 3 is positioned on the axial center line C L of the hot metal ladle 2, but the dimensionless distance (r / r 0 ) from the center line is 0. If it is within the range of 0.25, the vortex formed by the impeller 3 is decentered with respect to the center of the hot metal ladle 2, so that the entrainment of the desulfurizing agent into the hot metal 5 is promoted, and the reaction efficiency of the desulfurizing agent is increased.
  • r is the shortest distance between the axial center line C L and the center of the hot metal pan 2 of the impeller 3 (m), r 0 represents the radius (m) of the hot metal pan. That is, according to the present invention, it is suggested that even when the insertion position of the impeller deviates from the target, the desulfurization process is not required again.
  • FIG. 1 shows a state in which a hot metal ladle 2 having an elliptical cross section is inclined toward the major axis with the minor axis of the ellipse as the center of rotation.
  • the major axis of the ellipse may be tilted toward the minor axis with the rotation center.
  • FIG. 2 the schematic of the cross-sectional shape of the hot metal ladle 2 shown in FIG. 1 is shown.
  • Reference numeral 8 is refractory layer of hot metal pan sidewalls shown in FIG. 2
  • D L is the long axis direction of the inner diameter of the sidewall refractory layer cross-section is oval
  • D S is the cross section is oval sidewall refractories This is the inner diameter in the minor axis direction of the material layer.
  • the structure of the hot metal ladle itself is not particularly limited, but as shown in FIG. 1B, the bottom surface of the hot metal ladle is substantially flat, and the wall surface is attached substantially perpendicular to the bottom surface. A structure is desirable.
  • Table 1 shows the specifications of the mechanical stirring type desulfurization processing apparatus shown in FIG. 1 and examples of desulfurization processing conditions when this mechanical stirring type desulfurization processing apparatus is used.
  • the inclination direction of the hot metal ladle 2 is the major axis side or the short axis side of the elliptical shape, and the inclination angle ⁇ of the hot metal ladle 2 is 0 to 20.0 degrees.
  • the desulfurization treatment test was performed on the hot metal 5 using a desulfurizing agent, and the desulfurization rate at that time was measured.
  • the impeller 3 was inserted in the vertical direction.
  • the desulfurizing agent a CaO—CaF 2 desulfurizing agent containing 10% by mass of fluorite (CaF 2 ) was used, and the amount of desulfurizing agent used was constant 6.0 kg / molten iron-ton in all tests. .
  • Desulfurization rate (%) ⁇ (Sulfur concentration in hot metal before treatment (mass%))-(Sulfur concentration in hot metal after treatment (mass%)) ⁇ x 100 / (Sulfur concentration in hot metal before treatment (mass%)) ... ( 1)
  • the basic unit of desulfurizing agent used is the same, that is, under the same amount of desulfurizing agent used per ton of hot metal, the higher the desulfurization rate, the higher the reaction efficiency between the desulfurizing agent and hot metal. .
  • FIG. 3 shows the relationship between the tilt angle ⁇ of the hot metal ladle and the desulfurization rate by comparing the case where the hot metal ladle is tilted to the major axis side and the minor axis side of the elliptical shape. is there.
  • the inclination angle ⁇ increases with an increase in the inclination angle ⁇ in the range up to about 10.0 degrees. It was found that the desulfurization rate was improved, the desulfurization rate was 90% or more when the inclination angle ⁇ was 3.0 degrees or more, the desulfurization rate was 95% or more when the inclination angle ⁇ was 6.0 degrees or more. In addition, there was no difference in the desulfurization rate between the case of the elliptical major axis side and the minor axis side, and it was confirmed that there was no effect on the desulfurization rate in the tilt direction.
  • the inclination direction of the reaction vessel may be either the elliptical long axis side or the short axis side.
  • the inclination angle ⁇ is particularly preferably in the range of 6.0 to 13.0 degrees because a high desulfurization rate of 95% or more can be obtained.
  • the reaction vessel may have any shape as long as the cross section of the refractory layer 8 on the side wall is elliptical, but the ratio of the minor axis to the major axis of the ellipse (minor axis / major axis) DS / D L is preferably an elliptical shape of 0.70 to 0.95.
  • the ratio (minor axis / major axis) is less than 0.70, it is necessary to increase the major axis in order to ensure the hot metal capacity of the reaction vessel, and it is difficult to carry out within the range of existing equipment.
  • the hot metal stirring form is similar to that of a circular reaction vessel, and the reaction efficiency of the desulfurizing agent and hot metal is increased to a target value. It becomes difficult.
  • reaction vessel having an elliptical cross section it is essential to use a reaction vessel having an elliptical cross section as the reaction vessel.
  • the reason for this is that in a reaction vessel having an elliptical cross section, the symmetry of the flow in the bath formed around the impeller is broken, so that the hot metal is stirred compared to a reaction vessel having a circular cross section. Because it is promoted.
  • group desulfurization agent whose content of CaO exceeds 50 mass% is preferable.
  • quick lime (CaO), slaked lime (Ca (OH) 2 ), limestone (CaCO 3 ), calcined dolomite (MgO ⁇ CaO), etc. may be used alone, and alumina (Al 2 O 3 ) may be used. and fluorite may be a mixture of (CaF 2).
  • the means for inclining the reaction vessel and loading it onto the transport carriage is not limited to that shown in FIG. 1, and any means may be used.
  • a reaction vessel is installed with its axial center line fixed in the vertical direction, and the impeller has an inclination angle ⁇ of 1.0 to 1.0 with respect to the vertical direction of the shaft. It can also be installed with an inclination in the range of 15.0 degrees.
  • the axial center line of the reaction vessel is fixed in the vertical direction, and the impeller is inclined in the range where the inclination angle ⁇ with respect to the vertical direction of the impeller shaft is 1.0 to 15.0 degrees.
  • desulfurization treatment can also be performed.
  • the vortex formed by the impeller is decentered with respect to the center of the reaction vessel.
  • the desulfurization agent is entrained in the hot metal, and the reaction efficiency of the desulfurization agent is increased. That is, in the present invention, it is important to perform the desulfurization treatment in a state where the angle ⁇ formed by the axial center line of the reaction vessel and the impeller axis is 1.0 to 15.0 degrees.
  • the conventional conditions in which the hot metal ladle is not inclined in the mechanical stirring type desulfurization apparatus specification and desulfurization treatment conditions shown in FIG. 1 and Table 1, and the inclination angle ⁇ in the major axis direction and the minor axis direction of the elliptical shape, respectively.
  • the conditions changed to three levels of 1.0 degrees, 7.0 degrees, and 15.0 degrees with respect to the inclination angle ⁇ in the major axis direction and the minor axis direction of the elliptical shape, respectively.
  • hot metal desulfurization treatment tests were carried out on several levels for each level, and the sulfur concentration of the hot metal before and after the desulfurization treatment was investigated. Furthermore, for some conditions, the position of the impeller is changed so that the above-described dimensionless distance (r / r 0 ) becomes three levels of 0 , 0.25, and 0.3, and several tens of charges are obtained.
  • a hot metal desulfurization treatment test was conducted, and the sulfur concentration of the hot metal before and after the desulfurization treatment was investigated. In the test, the impeller was inserted vertically.
  • CaO-based desulfurizing agent a CaO—CaF 2 -based desulfurizing agent containing 10% by mass of fluorite was used. Test conditions and survey results are shown in Table 2.
  • “average value of sulfur concentration in hot metal” means the average value of all charges in each example, and “maximum value of sulfur concentration in hot metal” means the maximum of all charges in each example. This means the sulfur concentration of the charge that indicates the sulfur concentration of the metal.
  • the ratio of the charge in which the sulfur concentration in the molten iron after treatment exceeds 0.010 mass% is the percentage of the total molten metal in each example. It means the ratio of the charge in which the sulfur concentration exceeds 0.010 mass%.
  • the reaction efficiency between the desulfurizing agent and the hot metal can be stably increased.

Abstract

　脱硫剤と溶銑との反応効率を安定的に高めることができる溶銑の脱硫処理方法を提供する。　本発明の溶銑の脱硫処理方法は、反応容器２に収容された溶銑５にインペラー３を浸漬し、該インペラーを回転させつつ脱硫剤を添加して、溶銑と脱硫剤とを攪拌し、溶銑を脱硫処理する溶銑の脱硫処理方法であって、前記反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、反応容器の軸方向中心線ＣLとインペラーの軸３Ａとのなす角を１．０～１５．０度とした状態で、脱硫処理を行うことを特徴とする。

Description

溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置
　本発明は、溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置に関する。
　近年、鋼の高付加価値化や鉄鋼材料の使用用途拡大などに伴う材料特性向上の観点から、極低燐及び／又は極低硫の鋼種の要求が高まっている。これに対応するためには、溶銑を精錬する製鋼工程では、製造コストやスラグ発生量の増大を招くことなく、極低燐及び／又は極低硫の鋼種を溶製することが必要であり、脱燐剤や脱硫剤などの精錬剤と溶銑との反応効率を高めることが不可欠となっている。加えて、近年の鉄鋼需要の伸びに対応するためには、生産性の向上を図る必要があり、反応速度の向上も重要である。
　これらの要求に応える技術として、従来から、機械撹拌式脱硫処理装置を用いた溶銑の脱硫処理方法が広く実用化されている。この技術によれば、インペラー（「回転羽根」、「撹拌羽根」とも呼ぶ）を溶銑中に浸漬して回転させ、溶銑と脱硫剤とを強撹拌することにより、安価なＣａＯ（石灰）を主成分とする脱硫剤（以下、「ＣａＯ系脱硫剤」と記す。）を使用しても、硫黄濃度が０．００２～０．００４質量％の低硫黄濃度域まで、溶銑を短時間で脱硫処理することが可能である。
　ところで、ＣａＯ系脱硫剤を用いた機械撹拌式脱硫処理装置における溶銑の脱硫処理は、溶銑湯面に添加された粉状又は粒状のＣａＯ系脱硫剤を、インペラーの回転によって形成される溶銑の渦の中に没入し、ＣａＯ系脱硫剤と溶銑との接触界面積を大きくさせてＣａＯ系脱硫剤の反応効率を高めるものである。この際、溶銑は、インペラーの回転によって撹拌され、溶銑中の硫黄が反応界面（脱硫剤表面）に順次供給されることによって、脱硫反応が進行する。通常、溶銑を収容する反応容器は横断面が円形の鍋型であり、インペラーはその容器の上方から反応容器のほぼ中心に挿入される。
　しかし、近年における極低硫鋼に対する要求の高まりに対しては、上記従来技術だけでは対応することが難しくなってきている。そこで、機械撹拌式脱硫処理装置における溶銑の脱硫処理方法において、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を更に向上し、且つ、処理時間をより短縮する技術として、インペラーのスクリュー化やインペラーの偏心挿入、反応容器への邪魔板設置などの技術が提案されている。
　例えば、特許文献１には、溶銑を収容した反応容器底部の内面形状が反応容器の中心軸に対して軸対称とはならないように、反応容器底部に施工する耐火物の厚みに変化を持たせ、これにより、インペラーの回転によって形成される渦を偏心させ、溶銑中へのＣａＯ系脱硫剤の巻込みを促進させる技術が提案されている。また、特許文献２には、インペラーの挿入位置を反応容器の中心から偏心させることによって、インペラーの回転によって形成される渦を偏心させ、更に、形成された渦に専用ランスから粉状のＣａＯ系脱硫剤を搬送用ガスとともに吹き付けて脱硫処理し、これにより、高いＣａＯ系脱硫剤の反応効率を実現する技術が提案されている。
特開２０１１－２６６９６号公報 特開２０１１－４２８１５号公報
　しかしながら、上記従来技術には以下の点で改善の余地があった。
　即ち、特許文献１に提案される方法では、耐火物の高低差によって設けた反応容器底部の高低差が耐火物の損耗によって小さくなり、その効果を長期間に亘って維持できない。特に、反応容器に冷鉄源を前装入する場合には、前装入される冷鉄源による底部耐火物の損耗が激しく、この傾向が大きい。また、反応容器底部の高低差を長期間に亘って維持する目的で底部に施工される耐火物を厚くすると、反応容器の溶銑収容能力が低下してしまう。
　特許文献２に提案される方法では、インペラーの反応容器中心に対する偏心の許容範囲が狭すぎるので、反応容器とインペラーとの位置関係の調整が難しく、安定した効果が得られない。更に、インペラーの挿入位置が目標からずれた場合には、再度の脱硫処理が必要となることもあり、溶銑温度の低下や生産性の低下を招くおそれがある。
　つまり、上記従来技術には、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率の向上を安定的に享受するという観点で改善の余地があった。
　上記課題に鑑み、本発明の目的は、脱硫剤と溶銑との反応効率を安定的に高めることができる溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置を提供することである。
　上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
　［１］反応容器に収容された溶銑にインペラーを浸漬し、該インペラーを回転させつつ脱硫剤を添加して、前記溶銑と前記脱硫剤とを攪拌し、前記溶銑を脱硫処理する溶銑の脱硫処理方法であって、
　前記反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、
　前記反応容器の軸方向中心線と前記インペラーの軸とのなす角θを１．０～１５．０度とした状態で、前記脱硫処理を行うことを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
　［２］前記インペラーの軸を鉛直方向として前記インペラーを前記溶銑に浸漬させ、
　前記反応容器の軸心方向中心線の鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０～１５．０度となる範囲で前記反応容器を傾斜させて前記脱硫処理を行う、上記［１］に記載の溶銑の脱硫処理方法。
　[３]前記反応容器の軸心方向中心線を鉛直方向に固定し、
　前記インペラーの軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲で前記インペラーを傾斜させて前記脱硫処理を行う、上記［１］に記載の溶銑の脱硫処理方法。
　[４]前記反応容器の横断面は、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０～０．９５の楕円形状である、上記[１]～［３］のいずれか一項に記載の溶銑の脱硫処理方法。
　[５]溶銑を収容し脱硫剤が添加される、横断面が楕円形状の反応容器と、
　前記溶銑を撹拌され、回転させて前記溶銑と前記脱硫剤とを撹拌するインペラーと、を有し、
　前記反応容器の軸方向中心線と前記インペラーの軸とのなす角θが１．０～１５．０度となるように、前記反応容器及び前記インペラーが設置されることを特徴とする溶銑の脱硫処理装置。
　［６］前記インペラーは、その軸が鉛直方向となるように設置され、
　前記反応容器は、その軸心方向中心線の鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０～１５．０度となる範囲で傾斜して設置される、上記［５］に記載の溶銑の脱硫処理装置。
　[７]前記反応容器は、その軸心方向中心線が鉛直方向に固定されて設置され、前記インペラーは、その軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲で傾斜して設置される、上記［５］に記載の溶銑の脱硫処理装置。
　［８］前記反応容器の横断面は、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０～０．９５の楕円形状である、上記［５］～［７］のいずれか一項に記載の溶銑の脱硫処理装置。
　本発明の溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置によれば、脱硫剤と溶銑との反応効率を安定的に高めることができる。
（Ａ）は、本発明の一実施形態による機械撹拌式脱硫処理装置１０の概略図であり、（Ｂ）は、当該脱硫処理装置１０を用いて本発明の一実施形態よる溶銑の脱硫処理方法を実施している状況を示す概略図である。 図１に示す溶銑鍋２の横断面形状の概略図である。 溶銑鍋の軸心方向中心線の鉛直方向に対する傾斜角度αと脱硫率との関係を示すグラフである。
　発明者らは、機械撹拌式脱硫処理装置における溶銑の脱硫処理方法において、溶銑と脱硫剤との反応効率を高める方法について検討を重ねた。その結果、横断面が楕円形状である反応容器を使用し、かつ、反応容器の軸方向中心線をインペラーの軸に対して傾斜した状態で脱硫処理を行うことでインペラーによって形成される渦が反応容器の中心に対して偏心し、これによって脱硫剤の溶銑への巻き込みが促進され、脱硫剤の反応効率が高まることを見出した。
　本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものである。以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を具体的に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態による機械撹拌式脱硫処理装置１０を用いて本発明の一実施形態による溶銑の脱硫処理方法を実施している状況を示す。図１（Ａ）は、溶銑を収容し、輸送台車１に積載された反応容器としての溶銑鍋２に、その上方からインペラー３を鉛直方向に挿入した状態を示す。図１（Ｂ）は、溶銑鍋２の軸心方向中心線ＣLの鉛直方向に対する傾斜角度αを示す図である。
　溶銑鍋２は、トラニオン７と、これを取り付けるトラニオン取付座６を具える。本実施形態では、輸送台車１の溶銑鍋受座１Ａの上端面を水平線に対して傾斜させ、この傾斜した上端面で、溶銑鍋２のトラニオン取付座６を受けている。トラニオン取付座６の下端面は、溶銑鍋２を直立させた場合には、水平線と平行になるように形成されている。これにより、溶銑鍋２が鉛直方向に対して所定の傾斜角度αで傾斜して輸送台車１に積載される。
　溶銑５は溶銑鍋２に収容される。インペラー３は、電動機（図示せず）に駆動され、インペラー軸３ａを回転軸として回転する。本実施形態では、インペラー軸３Ａを鉛直方向としてインペラー３を溶銑５に浸漬し、インペラー３を回転させつつ脱硫剤を添加して、図１（Ｂ）の状態で脱硫処理を行う。これにより、インペラー３によって形成される渦が溶銑鍋２の中心に対して偏心し、その結果脱硫剤の溶銑５への巻き込みが促進され、脱硫剤の反応効率が高まる。なお、図１（Ｂ）中、符号５Ａのラインは静止時の溶銑湯面を示し、符号５Ｂのラインは攪拌時の溶銑湯面を示す。脱硫処理中、溶銑鍋２は集塵フード４で保護される。
　図１（Ｂ）では、インペラー３は溶銑鍋２の軸心方向中心線ＣL上に位置している状態を示しているが、中心線からの無次元距離（ｒ／ｒ0）が０から０．２５の範囲内であれば、インペラー３によって形成される渦が溶銑鍋２の中心に対して偏心するため、その結果脱硫剤の溶銑５への巻き込みが促進され、脱硫剤の反応効率が高まる。ここで、ｒはインペラー３の中心と溶銑鍋２の軸心方向中心線ＣLとの最短距離（ｍ）、ｒ0は溶銑鍋の半径（ｍ）を示している。つまり、本発明によればインペラーの挿入位置が目標からずれた場合にも、再度の脱硫処理が必要となることがなくなることが示唆される。
　なお、図１は、横断面が楕円形状である溶銑鍋２を楕円の短軸を回転中心として長軸側へ傾斜させた状態を示している。しかし本発明では、楕円の長軸を回転中心として短軸側へ傾斜させてもよい。
　図２に、図１に示す溶銑鍋２の横断面形状の概略図を示す。図２に示す符号８は溶銑鍋側壁の耐火物層、ＤLは、横断面が楕円形である側壁耐火物層の長軸方向の内径、ＤSは、横断面が楕円形である側壁耐火物層の短軸方向の内径である。なお、溶銑鍋自体の構造は特に限定されるものではないが、図１（Ｂ）に示すように、溶銑鍋の底面は略平面であり、底面に対して略垂直に壁面が取り付けられている構造であることが望ましい。
　表１に、図１に示す機械撹拌式脱硫処理装置の仕様及びこの機械撹拌式脱硫処理装置を用いたときの脱硫処理条件の例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示した脱硫処理装置仕様及び脱硫処理条件で、溶銑鍋２の傾斜方向を楕円形状の長軸側又は短軸側とし、かつ、溶銑鍋２の傾斜角度αを０～２０．０度の範囲で種々に変更し、脱硫剤を用いて溶銑５に対して脱硫処理試験を行い、その時の脱硫率を測定した。インペラー３は鉛直方向に挿入した。脱硫剤としては、蛍石（ＣａＦ2）を１０質量％配合したＣａＯ－ＣａＦ2系脱硫剤を使用し、脱硫剤の使用量は、全ての試験で６．０ｋｇ／溶銑－トンの一定とした。
　ここで、脱硫率は、下記の（１）式で定義した。
脱硫率（％）＝｛（処理前溶銑中硫黄濃度(質量％)）－（処理後溶銑中硫黄濃度(質量％)）｝×100／（処理前溶銑中硫黄濃度(質量％)）…（１）
　使用する脱硫剤の原単位が同一の場合には、つまり、溶銑トンあたりの脱硫剤の使用量が同じ条件においては、脱硫率が高いほど脱硫剤と溶銑との反応効率が高いことを意味する。
　図３は、溶銑鍋を楕円形状の長軸側へ傾斜させた場合と短軸側へ傾斜させた場合とを比較して、溶銑鍋の傾斜角度αと脱硫率との関係を示したものである。
　図３に示すように、傾斜方向が楕円形状の長軸側であるか短軸側であるかに拘わらず、傾斜角度αがおよそ１０．０度までの範囲では、傾斜角度αの増加に伴って脱硫率が向上し、傾斜角度αが３．０度以上で脱硫率は９０％以上、傾斜角度αが６．０度以上で脱硫率は９５％以上になることがわかった。また、傾斜方向が楕円形状の長軸側の場合と短軸側の場合とで、脱硫率に差は見られず、傾斜方向の脱硫率に及ぼす影響はないことが確認できた。尚、脱硫処理中に形成される溶銑浴面５Ｂの渦の目視観察からも、傾斜角度αが大きくなると、インペラーの周囲に形成される渦が溶銑鍋の中心から偏心し、添加された脱硫剤の溶銑中への巻込みが促進していることが確認できた。
　一方、傾斜角度αがおよそ１０．０度を超えると、脱硫率は低下し始め、傾斜角度αが１５．０度を超えると、脱硫率は溶銑鍋を直立させた場合（α＝０度）と同等またはそれ以下になることがわかった。この原因は、溶銑鍋の側壁面により、溶銑の回転流が抑制されるためである。
　即ち、本発明の一実施形態では、図３に示す結果に基づき、反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、溶銑を収容した反応容器の軸心方向中心線ＣLの鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０～１５．０度の範囲、好ましくは、２．５～１５．０度の範囲で反応容器を傾斜させ、インペラーを鉛直方向から溶銑に浸漬し、この状態でインペラーを回転させて溶銑に脱硫処理を実施する。
　その際に、反応容器の傾斜方向は、楕円形状の長軸側であっても、また短軸側であってもどちらでも構わない。また、傾斜角度αは、図３に示すように、９５％以上の高い脱硫率が得られることから、６．０～１３．０度の範囲とすることが特に好ましい。
　反応容器は側壁の耐火物層８の横断面が楕円形状である限り、どのような形状であっても構わないが、楕円の短軸と長軸との比（短軸／長軸）ＤS／ＤLが０．７０～０．９５の楕円形状であることが好ましい。比（短軸／長軸）が０．７０未満になると、反応容器の溶銑収容量を確保するには長軸を大きくする必要が生じ、既設の設備の範囲内で行うことが困難になる。一方、比（短軸／長軸）が０．９５を超えると、溶銑の攪拌形態が円形の反応容器の場合と類似した形態となり、脱硫剤と溶銑との反応効率を目標とする値まで高めることが困難となる。
　本発明は、反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用いることを必須とする。この理由は、横断面が楕円形状である反応容器では、インペラーの周囲に形成される浴内流動の対称性が崩されることから、横断面が円形の反応容器に比較して、溶銑の攪拌が促進されるからである。
　また、使用する脱硫剤としては、ＣａＯの含有量が５０質量％を超えるものであるＣａＯ系脱硫剤が好ましい。しかし、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)2）、石灰石（ＣａＣＯ3）、焼成ドロマイト（ＭｇＯ・ＣａＯ）などを単独で使用してもよく、また、これらにアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や蛍石（ＣａＦ2）を混合したものであってもよい。
　反応容器を傾斜させて輸送台車に積載する手段は図１に限られず、どのような手段で傾斜させても構わない。
　本発明の脱硫処理装置の他の実施形態として、反応容器を、その軸心方向中心線が鉛直方向に固定して設置し、インペラーを、その軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲で傾斜して設置することもできる。この脱硫処理装置を用いて、反応容器の軸心方向中心線を鉛直方向に固定し、インペラーの軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲でインペラーを傾斜させて、脱硫処理を行うこともできる。この場合も、インペラーによって形成される渦が反応容器の中心に対して偏心し、その結果脱硫剤の溶銑への巻き込みが促進され、脱硫剤の反応効率が高まる。すなわち本発明では、反応容器の軸方向中心線とインペラーの軸とのなす角θを１．０～１５．０度とした状態で、脱硫処理を行うことが重要である。
　図１及び表１に示す機械撹拌式脱硫処理装置仕様及び脱硫処理条件で、溶銑鍋を傾斜させない従来の条件（従来例）と、傾斜角度αを楕円形状の長軸方向・短軸方向のそれぞれに対して１．０度、７．０度、１５．０度の３水準に変化させた条件（本発明例）と、傾斜角度αを楕円形状の長軸方向・短軸方向のそれぞれに対して１７．０度とした条件（比較例）との合計９水準において、各水準ともに数十チャージの溶銑の脱硫処理試験を行い、脱硫処理前後の溶銑の硫黄濃度を調査した。さらに一部条件に対して、既述の無次元距離（ｒ／ｒ0）が０、０．２５、０．３の３水準となるようにインペラーの設置位置を変化させて、数十チャージの溶銑の脱硫処理試験を行い、脱硫処理前後の溶銑の硫黄濃度を調査した。試験では、インペラーは鉛直方向に挿入した。また、ＣａＯ系脱硫剤として、蛍石を１０質量％配合したＣａＯ－ＣａＦ2系脱硫剤を使用した。試験条件及び調査結果を表２に示す。なお、表２中、「溶銑中硫黄濃度の平均値」とは、各例における全チャージの平均値を意味し、「溶銑中硫黄濃度の最大値」とは、各例における全チャージのうち最大の硫黄濃度を示すチャージの硫黄濃度を意味し、「処理後の溶銑中の硫黄濃度が0.010質量％超えとなったチャージの比率」とは、各例において、全チャージのうち、処理後の溶銑中の硫黄濃度が0.010質量％超えとなったチャージの比率を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、本発明例では、脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度の平均値を安定して０．０１０質量％未満に低減できることが確認できた。即ち、本発明を適用することにより、脱硫剤の反応効率を安定的に高めることができることが確認できた。
　本発明の溶銑の脱硫処理方法及び溶銑の脱硫処理装置によれば、脱硫剤と溶銑との反応効率を安定的に高めることができる。
　１０　脱硫処理装置
　１　輸送台車
　１Ａ　溶銑鍋受座
　２　溶銑鍋
　３　インペラー
　３Ａ　インペラー軸
　４　集塵フード
　５　溶銑
　５Ａ　静止時の溶銑湯面
　５Ｂ　攪拌時の溶銑湯面
　６　トラニオン取付座
　７　トラニオン
　８　耐火物層
　α　傾斜角度
　ＣL　溶銑鍋の軸心方向中心線
　ＤL　長軸方向の内径
　ＤS　短軸方向の内径

Claims (8)

  1. 　反応容器に収容された溶銑にインペラーを浸漬し、該インペラーを回転させつつ脱硫剤を添加して、前記溶銑と前記脱硫剤とを攪拌し、前記溶銑を脱硫処理する溶銑の脱硫処理方法であって、
    　前記反応容器として横断面が楕円形状である反応容器を用い、
    　前記反応容器の軸方向中心線と前記インペラーの軸とのなす角θを１．０～１５．０度とした状態で、前記脱硫処理を行うことを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
  2. 　前記インペラーの軸を鉛直方向として前記インペラーを前記溶銑に浸漬させ、
    　前記反応容器の軸心方向中心線の鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０～１５．０度となる範囲で前記反応容器を傾斜させて前記脱硫処理を行う、請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。
  3. 　前記反応容器の軸心方向中心線を鉛直方向に固定し、
    　前記インペラーの軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲で前記インペラーを傾斜させて前記脱硫処理を行う、請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。
  4. 　前記反応容器の横断面は、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０～０．９５の楕円形状である、請求項１～３のいずれか一項に記載の溶銑の脱硫処理方法。
  5. 　溶銑を収容し脱硫剤が添加される、横断面が楕円形状の反応容器と、
    　前記溶銑に浸漬され、回転させて前記溶銑と前記脱硫剤とを撹拌するインペラーと、を有し、
    　前記反応容器の軸方向中心線と前記インペラーの軸とのなす角θが１．０～１５．０度となるように、前記反応容器及び前記インペラーが設置されることを特徴とする溶銑の脱硫処理装置。
  6. 　前記インペラーは、その軸が鉛直方向となるように設置され、
    　前記反応容器は、その軸心方向中心線の鉛直方向に対する傾斜角度αが１．０～１５．０度となる範囲で傾斜して設置される、請求項５に記載の溶銑の脱硫処理装置。
  7. 　前記反応容器は、その軸心方向中心線が鉛直方向に固定されて設置され、
    　前記インペラーは、その軸の鉛直方向に対する傾斜角度βが１．０～１５．０度となる範囲で傾斜して設置される、請求項５に記載の脱硫処理装置。
  8. 　前記反応容器の横断面は、短軸と長軸との比（短軸／長軸）が０．７０～０．９５の楕円形状である、請求項５～７のいずれか一項に記載の溶銑の脱硫処理装置。
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