JP5906664B2

JP5906664B2 - 溶銑の脱硫方法

Info

Publication number: JP5906664B2
Application number: JP2011236609A
Authority: JP
Inventors: 孝彦前田; 田中　高太郎; 高太郎田中; 雅之古家; 俊朗石毛
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: JP2013095924A

Description

本発明は、機械攪拌式脱硫装置で攪拌されている溶銑に脱硫剤を搬送用ガスとともに上吹き添加して溶銑を脱硫する方法に関する。

高炉から出銑された溶銑には、鋼の品質に悪影響を及ぼす硫黄（元素記号：Ｓ）が高濃度に含有されており、この溶銑を主原料として溶製される鋼中の硫黄含有量を低減させることを目的として、脱硫反応効率の高い溶銑段階で脱硫処理が施されている。この脱硫処理は、Ａｒガスなどの不活性ガスとともに脱硫剤を溶銑中に吹き込んで行う脱硫剤吹き込み法、予め溶銑浴面上に脱硫剤を添加しておき、溶銑中にＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込んで溶銑と脱硫剤とを攪拌して行うガス吹き込み攪拌法、或いは、インペラー（「攪拌羽根」、「攪拌翼」とも呼ぶ）と称する、羽根を有する回転子を溶銑内に浸漬して回転させ、この回転によって溶銑及び脱硫剤を攪拌する機械攪拌式脱硫装置を用いて脱硫する機械攪拌式脱硫法が一般的であり、特に、安価なＣａＯ系の脱硫剤を使用した場合でも高い脱硫効率が得られることから、近年では、機械攪拌式脱硫法が主流になっている。

ＣａＯ系脱硫剤を用いた機械攪拌式脱硫法において、脱硫反応効率を向上させるためには、反応界面積を増大させることが効果的であり、従って、添加する脱硫剤の粒径を細粒化すると脱硫反応効率は向上する。しかし、シュートなどを用いて溶銑浴面に脱硫剤を上置き添加する方法では、脱硫剤を細粒化すると、飛散する脱硫剤や上昇気流によって舞い上がる脱硫剤が多くなり、溶銑表面に到達する脱硫剤の量が減少して効率的な脱硫処理ができない。

そこで、この問題を解決することを目的として、特許文献１には、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、多重管構造である上吹きランスの先端部から搬送用ガスとともに脱硫剤を上吹き添加するとともに、脱硫剤を上吹きする部位の外周に設けた前記上吹きランス先端部の部位から、還元性ガス、不活性ガス、非酸化性ガスの内の何れか１種または２種以上のガスを溶銑浴面に向けて同時に吹き付けて溶銑を脱硫する方法が提案されている。

特許文献１では、脱硫剤の吹き付け部位よりも外周の上吹きランス先端の部位からガスを溶銑浴面に向けて吹き付けるので、このガスによるガスカーテン効果によって、内側から吹き付けられる反応性に優れた細粒脱硫剤の飛散が抑制され、脱硫剤の添加歩留まりが向上して脱硫反応が促進され、少ない脱硫剤で所望する脱硫処理が実現されている。

特開２０１１−１１７０１５号公報

特許文献１によって溶銑の脱硫処理は効率化され、機械攪拌式脱硫法における生産性が大幅に向上した。しかしながら、特許文献１は、多重管構造である上吹きランスを使用しており、多重管構造の上吹きランスは製作費が高価であるという欠点があり、また、多重管構造であることから上吹きランスの自重が増加し、上吹きランスを支持する装置も負荷荷重の大きな設備が必要となり、設備コストが高くなるという問題点がある。更に、脱硫剤の外周に吹き込むための還元性ガス、不活性ガス、非酸化性ガスの何れかが必要であり、運転コストも上昇するという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、機械攪拌式脱硫装置で攪拌されている溶銑に脱硫剤を搬送用ガスとともに上吹き添加して溶銑を脱硫するにあたり、脱硫剤の外周に吹き込むガスによるガスカーテンを形成しなくても、つまり、上吹きランスが単管構造であっても、反応性に優れる細粒の脱硫剤の飛散を抑制することができ、少ない脱硫剤使用量で効率良く溶銑を脱硫することのできる、溶銑の脱硫方法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］機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、軸心が鉛直方向を向き且つ鉛直方向に移動可能に配置された上吹きランスであって、その先端の面が水平面に対して前記インペラー側に向いて傾斜している上吹きランスを介して搬送用ガスとともに粉状のＣａＯ系脱硫剤を上吹き添加して脱硫処理することを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
［２］前記上吹きランスは単管構造であり、且つ、前記上吹きランスの先端の面は、水平面に対して２０〜７０°の範囲で傾斜していることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の脱硫方法。
［３］前記ＣａＯ系脱硫剤は、粒径が０．０６５〜０．８００ｍｍの生石灰であることを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の溶銑の脱硫方法。

本発明によれば、先端の面が水平面に対してインペラー側に向いて傾斜している上吹きランスを介して粉状のＣａＯ系脱硫剤を搬送用ガスとともに溶銑浴面に吹き付けるので、粉状脱硫剤は溶銑を収容する処理容器の中心側に向いて噴出され、処理容器と該処理容器の上方に配置される昇降式集塵フードとの隙間から飛散する脱硫剤が減少し、少ない脱硫剤の使用量で効率良く溶銑を脱硫することが実現される。

機械攪拌式脱硫装置を用いて本発明に係る溶銑の脱硫処理を実施している状態を示す側面概略図である。本発明で使用する上吹きランスの先端部の構造を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。

図１は、機械攪拌式脱硫装置を用いて本発明に係る溶銑の脱硫処理を実施している状態を示す側面概略図であり、図１は、溶銑を収容する処理容器として取鍋型の溶銑鍋２を使用した例を示している。処理容器の形状については、機械攪拌式脱硫装置で脱硫処理を行うことから、図１に示すように取鍋型の処理容器が最適であり、以下、処理容器として溶銑鍋２を使用した例で説明する。

高炉から出銑された溶銑３を台車１に搭載された溶銑鍋２或いは混銑車で受銑し、受銑した溶銑３を機械攪拌式脱硫装置に搬送する。混銑車で受銑した場合には、脱硫処理に先立ち、取鍋型の処理容器に移し替える。本発明による脱硫処理の対象となる溶銑３は、どのような成分であっても構わず、例えば、予め脱珪処理や脱燐処理が施されていてもよい。脱珪処理とは、脱燐処理を効率良く行うために脱燐処理に先立ち、溶銑３に酸素ガスや鉄鉱石などの酸素源を添加して主に溶銑中の珪素を酸化・除去する処理である。

機械攪拌式脱硫装置は、溶銑鍋２に収容された溶銑３に浸漬・埋没し、旋回して溶銑３を攪拌するための耐火物製のインペラー４を備えており、このインペラー４は、昇降装置（図示せず）によってほぼ鉛直方向に昇降し、且つ、回転装置（図示せず）によって軸４ａを回転軸として旋回するようになっている。また、機械攪拌式脱硫装置には、粉状のＣａＯ系脱硫剤を溶銑鍋内の溶銑３に向けて搬送用ガスとともに上吹きして添加するための上吹きランス５が設置されている。更に、溶銑鍋２の上方位置には、集塵機（図示せず）に接続する排気ダクト７と接続する昇降式集塵フード６が備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが昇降式集塵フード６を介して集塵されるようになっている。軸４ａ及び上吹きランス５は昇降式集塵フード６を貫通して配置されている。

上吹きランス５は、その軸心（長手方向中心軸）がほぼ鉛直方向を向いて配置され、昇降装置（図示せず）によってほぼ鉛直方向に昇降するように構成されている。この上吹きランス５は粉体供給管８と連結し、一方、粉体供給管８の経路の途中にはディスペンサー９が設置されている。つまり、ディスペンサー９に搬送用ガスを導入することにより、ディスペンサー９に収容された粉状のＣａＯ系脱硫剤が、ディスペンサー内に導入された搬送用ガスとともに粉体供給管８及び上吹きランス５を順に通り、上吹きランス５の先端から溶銑３の浴面に向けて噴出するように構成されている。

粉体供給管８はディスペンサー９を経由せずに上吹きランス５に直接接続する供給管８ａに分岐しており、粉体供給管８に設置された遮断弁１０及び供給管８ａに設置された遮断弁１１を切り替えることにより、搬送用ガスのみを上吹きランス５に供給することも可能になっている。また、図１では、搬送用ガスとして窒素ガスを使用した例を示しているが、搬送用ガスとしては非酸化性ガス或いは還元性ガスであれば何れのガス種であっても構わず、Ａｒガスなどの希ガスも搬送用ガスとして使用可能である。溶銑３の脱硫反応は還元反応であるので、酸化性ガスは搬送用ガスとして使用することができない。

本発明で使用する上吹きランス５の先端部の構造を図２に示す。上吹きランス５はステンレス鋼鋼管からなる単管構造であり、その先端の面５ａが水平面に対して角度θで傾斜している。具体的には、角度θで先端部が切断されたステンレス鋼鋼管を上吹きランス５として使用する。角度θは２０〜７０°の範囲とすることが好ましい。そして、この面５ａがインペラー４の方向、つまり、処理容器（溶銑鍋２）の中心を向くように、上吹きランス５が配置されている。尚、本発明において、上吹きランス５を単管構造にすることは必須条件ではなく、内部水冷型の３重管構造、或いは、特許文献１に提案されるような多重管構造（２重管構造または４重管構造）としても構わない。但し、単管構造は極めて安価であり、製造コストの低減に寄与する。

先端の面５ａが水平面に対して傾斜していない上吹きランスの場合には、上吹きランスからのガス噴流はほぼ鉛直方向に噴出されるが、先端の面５ａが水平面に対して傾斜し、且つ、先端の面５ａがインペラー４の方向を向いている場合には、上吹きランス５からのガス噴流は、図１に示すようにインペラー４の方向に傾斜して噴出される。即ち、本発明に係る溶銑３の脱硫処理においては、粉状のＣａＯ系脱硫剤が、上吹きランス５からインペラー４の方向を向いて噴出されるように構成されている。角度θが２０°未満では、噴流の傾斜角度が小さく、インペラー４の方向を向いて噴出される脱硫剤が少なく、一方、角度θが７０°を超えると、上吹きランス５から噴出する噴流の幅が広がることから噴流の流速が低下し、溶銑３への衝突速度が低下して脱硫反応が阻害される。

機械攪拌式脱硫装置には、金属ＡｌやＡｌドロス（JIS G 2402を参照）などの脱酸剤を溶銑３の浴面上に添加するためのホッパーやシュートが更に配置されるが、図１では省略している。

このように構成される機械攪拌式脱硫装置において、インペラー４の位置が溶銑鍋２のほぼ中心になるように、溶銑鍋２を搭載した台車１の位置を調整し、次いで、インペラー４を下降させて溶銑３に浸漬させる。インペラー４が溶銑３に浸漬したならば、インペラー４の旋回を開始し、所定の回転数まで昇速する。インペラー４の回転数が所定の回転数に達したならば、ディスペーサー９を経由させて窒素ガスの吹き込みを開始し、ディスペーサー９に収容された粉状のＣａＯ系脱硫剤を、窒素ガスとともに溶銑３の浴面に向けて吹き付けて添加する。このＣａＯ系脱硫剤の上吹き添加と並行して、または、上吹き添加の前後に、若しくは脱硫処理期間の全期間に、脱硫反応を促進させるために、前述した脱酸剤を溶銑鍋内に供給することが好ましい。

所定量の脱硫剤を添加完了し、且つ、所定時間の攪拌が行われたなら、インペラー４の回転数を減少させ停止させる。インペラー４の旋回が停止したなら、インペラー４、上吹きランス５及び昇降式集塵フード６を上昇させ、これらを溶銑鍋２の上方に待機させる。生成したスラグが浮上して溶銑表面を覆い、静止した状態で溶銑３の脱硫処理が終了する。脱硫処理後、生成したスラグを溶銑鍋２から排出し、次の精錬工程に溶銑３を収容した溶銑鍋２を搬送する。

ＣａＯ系脱硫剤としては、生石灰（ＣａＯ）、ドロマイト（ＭｇＣＯ₃・ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、及びこれらの混合物などを使用することができる。また、環境対策や発生するスラグの再利用が容易であることから、蛍石などのフッ素源を併用せずに、ＣａＯ系脱硫剤のみを使用することが好ましい。本発明では、ＣａＯ系脱硫剤を上吹き添加するので、ＣａＯ系脱硫剤は強制的に溶銑３に巻き込まれ、フッ素源を使用しなくても十分に脱硫することができる。但し、フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については使用しても構わない。

使用するＣａＯ系脱硫剤のサイズは、用いる上吹きランス５や溶銑鍋２の寸法などに応じて最適な粒度を選択することができるが、反応界面積を増加させ且つ飛散ロスを少なくする観点から、粒径が０．０６５〜０．８００ｍｍのＣａＯ系脱硫剤を用いることが好ましい。特に好ましくは、粒径が０．０６５〜０．８００ｍｍの生石灰を使用することである。

このようにして溶銑３に対して脱硫処理を施すことで、粉状のＣａＯ系脱硫剤は溶銑３を収容する溶銑鍋２の中心側に向いて噴出され、溶銑鍋２と該溶銑鍋２の上方に配置される昇降式集塵フード６との隙間から飛散する脱硫剤が減少し、少ない脱硫剤の使用量で効率良く溶銑３を脱硫することが実現される。

溶銑容量が２５０トンの溶銑鍋に収容された溶銑に対して、図１に示す機械攪拌式脱硫装置を用いて本発明に係る溶銑脱硫を適用した。上吹きランスとしては単管のステンレス鋼鋼管を用い、角度θが４５°となるように先端部を切断したものを使用した。インペラーの回転数は１分間あたり１３０回、脱硫剤の搬送用ガスは窒素ガス、脱硫剤は、粒径が０．０６５〜０．８００ｍｍの生石灰を使用した。

脱硫処理中に、溶銑鍋と昇降式集塵フードとの間隙から流出する脱硫剤を集塵機で回収し、昇降式集塵フードを介して回収された脱硫剤との合計量を脱硫剤の飛散量とし、供給した脱硫剤に対する飛散量をダスト発生率（ダスト発生率（％）＝飛散量×１００／脱硫剤供給量）と定義し、このダスト発生率を調査した。

本発明の脱硫処理においては月間のダスト発生量の平均値が２１．６％であった。本発明を適用する以前のダスト発生量の月間平均値が２７．３％であり、本発明を適用することにより、ダスト発生量が５．７％低減することが確認できた。発生したダストは脱硫剤としてリサイクル使用されることから、本発明の適用前後で、使用する脱硫剤の増減は無いが、ダスト発生量が低下することでダストの回収及びリサイクルに費やす費用が大幅に削減され、本発明を適用することで製造コストが大幅に削減される。

１台車
２溶銑鍋
３溶銑
４インペラー
４ａ軸
５上吹きランス
６昇降式集塵フード
７排気ダクト
８粉体供給管
９ディスペンサー
１０遮断弁
１１遮断弁

Claims

機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫方法において、インペラーによって攪拌されている溶銑の浴面上に、軸心が鉛直方向を向き且つ鉛直方向に移動可能に配置された上吹きランスであって、該上吹きランスの先端部の内面が前記軸心と平行であり、前記上吹きランスの先端の面が水平面に対して前記インペラー側に向いて傾斜している上吹きランスを介して搬送用ガスとともに粉状のＣａＯ系脱硫剤を上吹き添加して脱硫処理することを特徴とする、溶銑の脱硫方法。
前記上吹きランスは単管構造であり、且つ、前記上吹きランスの先端の面は、水平面に対して２０〜７０°の範囲で傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱硫方法。
前記ＣａＯ系脱硫剤は、粒径が０．０６５〜０．８００ｍｍの生石灰であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の脱硫方法。