JP2000345224A - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

溶銑の脱硫方法

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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 溶銑中にCaO系の脱硫剤を吹き込んでの脱
S処理を行なうにあたって、脱硫剤の脱S効率を向上さ
せ、脱S処理の生産性の向上、脱S処理のスラグ発生量
の低減を達成する脱S方法を提供する。 【解決手段】 溶銑中に脱硫剤を吹き込むキャリアガス
として不活性ガスと炭化水素系ガスの混合ガスを使用
し、脱硫剤と炭化水素系ガスの比率を適正範囲に維持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑中の硫黄分の
除去、つまり脱硫方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の鋼材の高品質化のニーズに伴い、
鋼材の低硫化が強く望まれるようになった。製鋼工程に
おける脱硫(以下、脱Sという)プロセスは、トーピー
ドカーあるいは溶銑鍋における溶銑段階での脱S処理、
および転炉以降の溶鋼を脱Oした後に行なう溶鋼段階で
の脱S処理の2種類に大別される。現在は、溶鋼中のS
含有量が10ppm 以下の極低S鋼種は溶銑段階と溶鋼段階
での脱S処理、その他は溶銑段階での脱S処理を行なう
のが主流である。
【0003】溶銑段階での脱S処理にはCaO系脱硫剤、
Na2O系脱硫剤、Mg系脱硫剤等が使用される。溶銑段階
での脱S処理ではスラグ処理やコストの観点からCaO系
脱硫剤が望ましいので、CaO系脱硫剤を用いて溶銑脱S
処理の効率を向上する技術が必要である。脱S反応が還
元反応であることから、特公平5-43763 号公報には水素
ガスによる脱S促進方法が開示されている。すなわちCa
O系脱硫剤の吹き込みに用いるキャリアガスとして水素
ガスを用いる場合は、不活性ガスをキャリアガスとして
用いる場合と比べて、CaO系脱硫剤による脱S反応が促
進されるとしている。
【0004】また特公平7-5953号公報では、比較例とし
て、同じく還元性を有する炭化水素系ガスのテストを行
ない、その結果、炭化水素系ガスを吹き込んだ時の分解
吸熱によって溶銑温度が低下するため、炭化水素系ガス
は脱S反応に適さないとしている。その他には、特公昭
63-19562号公報に高炉の溶銑樋において溶銑の上方から
脱硫剤を添加し、下方から炭化水素系ガスを吹き込んで
脱S反応を促進する方法が開示されている。また特開昭
60-26607号公報には、石炭系炭化水素を3〜20重量%含
む有機物質をCaO系脱硫剤に混合する方法が開示されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般にキャリアガスと
して水素ガスを使用すると、ランスの溶損や破損等の問
題が生じる。特に脱硫剤がランスに詰まった場合は爆発
の危険があるので、実用上、大きな問題がある。一方、
炭化水素系ガスを溶銑中に吹き込むと、炭化水素系ガス
の分解吸熱反応によって溶銑温度が低下する。しかし炭
化水素系ガスを溶銑中に吹き込み、かつ溶銑温度を高温
に保持すると脱S反応の効率が向上する。そのため、炭
化水素系ガスを溶銑中に吹き込む場合は、炭化水素系ガ
スの使用量の適正範囲を限定する必要がある。
【0006】また脱硫剤を吹き込む位置と炭化水素系ガ
スを吹き込む位置が異なると、脱硫剤と炭化水素系ガス
の混合が不十分になり、脱S反応の効率が低下する。石
炭系炭化水素を含有する有機物質を脱硫剤として用いる
方法は、このような有機物質が高価であるため、コスト
アップの要因になる。本発明は上記のような問題を解消
するべく、CaO系脱硫剤を溶銑中に吹き込んで脱S処理
を行なう際に、脱硫剤の脱S効率を向上させ、脱S処理
の生産性の向上、脱S処理のスラグ発生量の低減を達成
する脱S方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】一般にCaO系脱硫剤によ
る溶銑の脱S反応は下記の (1)式で表わされる。(1)式
中の[S]は溶銑中のSを示す。また(1) 式中で還元剤
として脱S反応に寄与する[C]は溶銑中のCである。
また(CaS)はスラグ中にCaSが除去されることを示
す。
【0008】 [S]+CaO+[C]→(CaS)+CO ・・・(1) 還元性ガスである炭化水素系ガスを溶銑中に吹き込んだ
場合は、炭化水素系ガスが分解して水素ガスを発生す
る。その反応を (2)式に示す。 Cn m →nC+m/2H2 ・・・(2) 水素ガスとCaO系脱硫剤による脱S反応は (3)式で示す
通りであり、溶銑中のCによる還元反応に比べて還元力
が高いため、脱S反応に有利である。
【0009】 [S]+CaO+H2 →(CaS)+H2 O ・・・(3) しかし (2)式に示した炭化水素系ガスの分解は吸熱反応
であるため、溶銑温度が低下する要因になる。つまり炭
化水素系ガスを大量に吹き込むと、溶銑温度が低下して
脱S反応を妨げる。したがって炭化水素系ガスの使用量
の適正範囲を限定する必要がある。
【0010】本発明は、溶銑中にキャリアガスとともに
固体酸化物を主体とする粉状の脱硫剤を吹き込む溶銑の
脱硫方法において、キャリアガスとして不活性ガスと炭
化水素系ガスとの混合ガスを使用し、脱硫剤に対する炭
化水素系ガスの比率を 2.0〜50Nl/kg以上とする溶銑
の脱硫方法である。さらに本発明は、溶銑中に吹き込む
脱硫剤の吹き込み速度が、溶銑1トンあたり 1.0kg/分
以下である溶銑の脱硫方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、炭化水素系ガスが
脱S反応に及ぼす効果を調査するために、4トン炉を用
いて実験を行なった。実験条件は表1に示す通りであ
る。脱硫剤は粉状のCaO系脱硫剤を使用した。なお脱硫
剤の吹き込み速度は単位時間当たりの脱硫剤吹き込み重
量(kg/分)で示す。
【0012】
【表1】
【0013】キャリアガスとしてN2 ガス,H2 ガスお
よび炭化水素系ガスであるプロパンガス(すなわちC3
8 ガス)を使用して、溶銑中のS量の経時変化を調査
した。その結果を図4に示す。図4から明らかなよう
に、プロパンガスを溶銑中に吹き込むと脱S速度が向上
することが分かった。次に、プロパンガスの流量や脱硫
剤の吹き込み速度が脱S速度に及ぼす効果を調査するた
めに、脱硫剤に対するプロパンガスの比(すなわちプロ
パンガス流量/脱硫剤(Nl/kg))と脱S速度KS
の関係を調査した。その結果を図1および図2に示す。
なお脱S速度KS は、溶銑中のSの物質移動によって律
速されるので、下記の (4)式で計算される。
【0014】 KS (kg/t )-1= ln ([%S]i /[%S]f )/Wflux ・・(4) [%S]i :脱S処理前の溶銑中のS含有量(重量%) [%S]f :脱S処理後の溶銑中のS含有量(重量%) Wflux :溶銑1トンあたりの脱硫剤添加量(kg/t) 図1は脱硫剤の吹き込み速度Qfluxが溶銑1トンあたり
1.0kg/分以下の場合のプロパンガス流量/脱硫剤(N
l/kg)と脱S速度KS との関係の示したグラフ、図2
は脱硫剤の吹き込み速度Qfluxが溶銑1トンあたり 1.0
kg/分を超える場合のプロパンガス流量/脱硫剤(Nl
/kg)と脱S速度KS との関係を示したグラフである。
【0015】図1に示す通り、脱硫剤の吹き込み速度Q
fluxが溶銑1トンあたり 1.0kg/分以下の場合は、脱硫
剤に対するプロパンガスの比(すなわちプロパンガス流
量/脱硫剤)が 2.0Nl/kg以上の範囲において、プロ
パンガスが脱S反応を促進することが分かる。プロパン
ガスが脱S反応を促進したのは、溶銑−脱硫剤間の反応
界面におけるOポテンシャルを低下させたためである。
【0016】またプロパンガス流量/脱硫剤の比率が50
Nl/kgより大きい場合には、脱硫速度の低下が認めら
れた。これは脱硫剤が吹き込まれる脱硫反応領域におい
て、炭化水素の分解反応に伴う温度低下によるものと考
えられる。一方、脱硫剤の吹き込み速度Qfluxが溶銑1
トンあたり 1.0kg/分を超える場合は、図2に示す通
り、脱硫剤に対するプロパンガスの比(すなわちプロパ
ンガス流量/脱硫剤)が 2.0Nl/kg以上の範囲におい
ても脱S速度は改善されない。これは脱硫剤の溶銑中で
の分散が不十分で、溶銑−脱硫剤間の反応界面が少ない
ため、反応界面における炭化水素の効果が十分でないた
めである。
【0017】以上のことから、溶銑,脱硫剤,ガスの3
相共存状態が脱S反応に大きな影響を及ぼすことが明ら
かであり、脱硫剤に対するプロパンガスの比(すなわち
プロパンガス流量/脱硫剤)は 2.0Nl/kg以上、50N
l/kg以下、脱硫剤の吹き込み速度Qfluxが溶銑1トン
あたり 1.0kg/分以下であることが望ましい。なお図1
および図2において、いずれも脱S処理中に溶銑温度の
著しい低下は見られなかった。これはプロパンガスの吹
き込み量が少ないために、プロパンガスの分解反応熱
(すなわち吸熱)が溶銑の温度降下に及ぼす影響が小さ
いことを示している。つまり炭化水素量や脱硫剤の供給
条件を適切にすれば、溶銑温度の低下を招くことなく脱
硫反応を促進できる。
【0018】
【実施例】容量 250トンのトーピードカー7を用いて脱
P処理を行なった。脱S装置の概要を図3に示す。ホッ
パー1内の粉状の脱硫剤2は、キャリアガス3によって
ランス5から溶銑6中に吹き込まれる。使用した脱硫剤
とその粒径およびランス浸漬深さを表2に示す。キャリ
アガスや脱硫剤の吹き込み速度等の脱S処理条件は表3
に示す通りである。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】比較例1はN2 ガスを単体でキャリアガス
として使用した例、比較例2はN2ガスとプロパンガス
の混合ガスをキャリアガスとして使用し、かつ脱硫剤に
対するプロパンガスの比が小さい例、比較例3はN2
スとプロパンガスの混合ガスをキャリアガスとして使用
し、かつ脱硫剤の吹き込み速度が大きい例である。これ
らの比較例1〜3の脱S速度KS は0.08〜0.16であっ
た。
【0022】一方、発明例の脱S速度KS は0.44であ
り、比較例1〜3と比べて脱S速度が大きいことは明ら
かである。なお、ここでは炭化水素系ガスとしてプロパ
ンガス(すなわちC3 8 ガス)を用いる場合について
説明したが、その他の炭化水素系ガス(例えばCH4
ス等)やコークス炉から発生するガス(いわゆるCガ
ス)のようなガスを用いても同様の効果が得られる。ま
た炭化水素系ガスと混合してキャリアガスとして使用す
る不活性ガスについて、ここではN2 ガスを用いる場合
について説明したが、その他の不活性ガス(例えばArガ
ス等)でも良い。
【0023】溶銑の容器は、ここではトーピードカーに
ついて説明したが、キャリアガスと脱硫剤を溶銑中の同
じ位置に吹き込む構成の容器であれば、いかなる精錬容
器を使用しても良い。
【0024】
【発明の効果】本発明では、脱S処理において溶銑予備
処理の生産性の向上、脱硫剤の削減、スラグ発生量の低
減によるコストダウンが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プロパンガス流量/脱硫剤と脱S速度との関係
を示すグラフである。
【図2】プロパンガス流量/脱硫剤と脱S速度との関係
を示すグラフである。
【図3】脱S装置の例を示す概略図である。
【図4】溶銑中のS含有量の経時変化を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 ホッパー 2 脱硫剤 3 キャリアガス 4 ランス固定台車 5 ランス 6 溶銑 7 トーピードカー 8 集塵フード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年4月25日(2000.4.2
5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】本発明は、溶銑中にキャリアガスとともに
固体酸化物を主体とする粉状の脱硫剤を吹き込む溶銑の
脱硫方法において、キャリアガスとして不活性ガスと炭
化水素系ガスとの混合ガスを使用し、脱硫剤に対する炭
化水素系ガスの比率を 2.0〜50Nl/kgとする溶銑の脱
硫方法である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 反町 健一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 杉澤 元達 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 小倉 滋 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Fターム(参考) 4K013 BA05 CA01 CA05 CA07 CB03 EA03 4K014 AA02 AB03 AC14 AC16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶銑中にキャリアガスとともに固体酸化
    物を主体とする粉状の脱硫剤を吹き込む溶銑の脱硫方法
    において、前記キャリアガスとして不活性ガスと炭化水
    素系ガスとの混合ガスを使用し、前記脱硫剤に対する前
    記炭化水素系ガスの比率を 2.0〜50Nl/kg以上とする
    ことを特徴とする溶銑の脱硫方法。
  2. 【請求項2】 前記脱硫剤の吹き込み速度が、前記溶銑
    1トンあたり 1.0kg/分以下であることを特徴とする請
    求項1に記載の溶銑の脱硫方法。
  3. 【請求項3】 前記脱硫剤がCaO系脱硫剤であることを
    特徴とする請求項2に記載の溶銑の脱硫方法。
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