JP2008184667A - 溶銑の脱硫処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理において回収されるＣａＯ系の集塵ダストを、溶銑の脱硫剤として再利用する場合に、高い脱硫効率で安定して脱硫処理する。
【解決手段】 ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された集塵ダストを脱硫剤の一部として再利用して溶銑を脱硫処理するに際し、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を９０質量％以下、好ましくは２０〜８０質量％とした脱硫剤を用いて脱硫処理する。このようにすることで、微粉である集塵ダストの飛散が抑えられ、且つ、溶鉄／脱硫剤間の反応界面積が大きい集塵ダストによる脱硫反応効率の向上が発現し、脱硫剤の全量を新規原料の脱硫剤とした場合と同等或いはそれ以上の脱硫効率で、安定して溶銑を脱硫処理することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、脱硫処理時に発生した集塵ダストを溶銑の脱硫剤として再利用した脱硫処理方法に関するものである。

高炉から出銑された溶銑には、通常、鋼の品質に悪影響を及ぼす硫黄（Ｓ）が高濃度で含まれており、要求される鋼の品質に応じて、溶銑段階及び溶鋼段階で種々の脱硫処理が行われている。但し、溶銑と溶鋼とを比較すると、酸素ポテンシャルが低く脱硫反応に有利である、或いは、硫黄の活量を増大させる成分、つまり脱硫反応を促進させる成分の含有量が高いなどの理由から、溶銑の方が脱硫反応は効率的であり、従って、通常、溶銑段階で脱硫処理が実施されている。この溶銑の脱硫方法にも、石灰（以下、「ＣａＯ」と記す）系脱硫剤、カルシウムカーバイド系脱硫剤、ソーダ灰系脱硫剤、金属Ｍｇなど種々の脱硫剤が用いられているが、安価であることから、近年では、ＣａＯを主成分とするＣａＯ系脱硫剤が広く用いられている。この場合の脱硫反応は、「ＣａＯ＋Ｓ→ＣａＳ＋Ｏ」に示される反応式に基づいて進行する。

ＣａＯ系脱硫剤を使用して溶銑を脱硫する方法としては、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込むインジェクション法（吹き込み法）、機械的に攪拌している溶銑に上置き添加する機械攪拌式脱硫法、溶銑湯面に向けて吹き付けて添加する投射法などがあるが、ＣａＯ粒子が小さいほど脱硫反応に優れることから使用するＣａＯ系脱硫剤は１．０ｍｍ以下が大半であり、粒子が小さいことから脱硫処理中にダストとなって飛散する。

回収されるダストは埋め立て地などに投棄処分されるのが一般的であるが、回収されるダストはＣａＯを主成分としていることから、脱硫剤として再利用することが提案されている。例えば、特許文献１には、溶銑または溶鋼の脱硫処理工程で発生するＣａＯ系集塵ダストを、細粒ダスト（粒径５ｍｍ未満）と粗粒ダスト（粒径５ｍｍ以上）とに分級し、細粒ダストをインジェクション法における脱硫剤として利用し、粗粒ダストを機械攪拌式脱硫法などの上置き添加用の脱硫剤として利用する方法が提案されている。
特開平６−２２０５１４号公報

溶銑の脱硫処理工程で発生するダストには一般的にＣａＯが６０質量％以上含まれており、特許文献１に提案されるように脱硫剤として再利用可能である。しかしながら、ダストであることから粒子径が極めて小さく、脱硫剤として使用した場合、溶鉄／脱硫剤間の反応界面積が大きいことから脱硫反応には優れるものの、再度ダストとなって系外に排出してしまい、脱硫反応に寄与しないものが発生する。特許文献１は、この点を考慮しておらず、脱硫効率が安定しないという恐れがあった。

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、ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理で回収されるＣａＯ系の集塵ダストを、溶銑の脱硫剤として再利用する場合に、飛散ロス分を減少して、高い脱硫効率で安定して脱硫処理することのできる、溶銑の脱硫処理方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された集塵ダストを脱硫剤の一部として再利用して溶銑を脱硫処理するに際し、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を９０質量％以下とした脱硫剤を用いて脱硫処理することを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、第１の発明において、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を２０〜８０質量％とした脱硫剤を用いることを特徴とするものである。

第３の発明に係る溶銑の脱硫処理方法は、第１または第２の発明において、前記脱硫処理方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を攪拌しながら行う脱硫方法であることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された集塵ダストを、脱硫剤の一部として再利用するに当り、集塵ダストの脱硫剤中の配合量を９０質量％以下、好ましくは２０〜８０質量％とした脱硫剤を用いるので、微粉である集塵ダストの飛散が抑えられ、且つ、溶鉄／脱硫剤間の反応界面積が大きい集塵ダストによる脱硫反応効率の向上が発現し、脱硫剤の全量を新品原料の脱硫剤とした場合と同等或いはそれ以上の脱硫効率で、安定して溶銑を脱硫処理することができ、脱硫処理コストの削減や脱硫スラグ発生量の低減などが達成され、産業上及び地球環境上、有益な効果がもたらされる。

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、本発明による脱硫処理を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の概略断面図である。

図１に示すように、機械攪拌式脱硫装置１は、溶銑鍋などの処理容器３に収容された溶銑４に浸漬・埋没し、旋回して溶銑４を攪拌するための耐火物製の攪拌羽根（「インペラー」ともいう）５を備えており、この攪拌羽根５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５ａ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１には、脱硫剤７を処理容器３に収容された溶銑４の浴面に上置き添加するための投入シュート６も設置されている。更に、処理容器３の上方位置には、集塵機（図示せず）に接続する排気ダクト口（図示せず）が備えられ、脱硫処理中に発生するガスやダストが集塵機によって集められ、ＣａＯ系のダストが集塵機で回収されるようになっている。

このように構成される機械攪拌式脱硫装置１において、以下のようにして本発明を実施する。

攪拌羽根５の位置が処理容器３のほぼ中心になるように、処理容器３を搭載した台車２の位置を調整し、次いで、攪拌羽根５を下降させて溶銑４に浸漬させる。尚、処理容器３を台車２に搭載させず、その代わりに攪拌羽根５を台車に搭載させ、処理容器３を固定しておき、処理容器３の直上に攪拌羽根５が位置するように、攪拌羽根５を搭載した台車を移動させてもよい。また、処理容器３の形状も図１に示すような形状とする必要はなく、平底の取鍋型の形状であっても構わない。

攪拌羽根５が溶銑４に浸漬したならば、攪拌羽根５の旋回を開始し、所定の回転数まで昇速する。攪拌羽根５の回転数が所定の回転数に達したならば、脱硫剤７を投入シュート６から上置き添加する。添加された脱硫剤７は、回転する溶銑４に巻き込まれ、溶銑４の脱硫反応が進行する。

使用する脱硫剤７はＣａＯ系脱硫剤であり、この脱硫処理よりも以前に実施した、ＣａＯ系脱硫剤を用いた脱硫処理において予め回収した集塵ダスト（「ＣａＯ系集塵ダスト」と記す）と、新品原料のＣａＯ系脱硫剤（「新品原料脱硫剤」と記す）との混合物を使用する。ここで、新品原料脱硫剤としては、ＣａＯ単体であっても、ＣａＯにＣａＦ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ などのＣａＯの滓化を促進させるための滓化促進剤を混合させたものであっても、ＣａＯを５０質量％以上含有するものである限り、どちらでも構わない。但し、ＣａＯ系集塵ダストと新品原料脱硫剤とを混合した脱硫剤７において、ＣａＯ系集塵ダストの配合量が９０質量％以下、好ましくは２０〜８０質量％となるように脱硫剤７を調製する。

脱硫剤７におけるＣａＯ系集塵ダストの配合量を上記の範囲に決めた理由は以下の通りである。即ち、図２は、新品原料脱硫剤として９５質量％ＣａＯ−５質量％ＣａＦ₂ の混合物を用い、この新品原料脱硫剤に対するＣａＯ系集塵ダストの配合量を変化させた脱硫剤を使用し、脱硫剤中のＣａＯ純分の添加量を一定として溶銑を脱硫処理したときの脱硫反応効率を調べた結果である。図２では、ＣａＯ系集塵ダストを配合せず、新品原料脱硫剤のみを使用して脱硫処理したときの脱硫効率を基準として指数化して表示している。

図２に示すように、ＣａＯ系集塵ダストの配合量が増加していくと、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が上昇することが分かった。これは、ＣａＯ系集塵ダストは微粉であり、溶鉄／脱硫剤間の反応界面積が増加することに基づく。但し、ＣａＯ系集塵ダストの配合量が６０質量％程度のときに脱硫反応効率が最大値となり、配合量がそれ以上になると脱硫反応効率は徐々に減少していき、ＣａＯ系集塵ダストの配合量が９０質量％以上になると、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が低下することが分かった。これは、ＣａＯ系集塵ダストは微粉であり、配合量の増加に伴って、脱硫反応に関与することなく飛散するものが多くなることに基づく。つまり、ＣａＯ系集塵ダストの配合量が９０質量％を超えた範囲は、所望する脱硫反応が得られないことが分かった。

これらの結果から、本発明では、ＣａＯ系集塵ダストの配合量を９０質量％以下、好ましくは２０〜８０質量％と設定した。ＣａＯ系集塵ダストの配合量が２０〜８０質量％の範囲は、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合に比べて脱硫効率が約１０％以上向上する。

脱硫処理の際に、脱硫反応を促進させるために、脱硫剤７の添加と同時に、または添加の前後に、若しくは脱硫処理期間の全期間に亘って、脱硫助剤を溶銑４に上置き添加することが好ましい。ここで、脱硫助剤とは、溶銑中の酸素或いは溶銑上に存在するスラグ中の酸素と優先的に反応して、溶銑４及びスラグ（図示せず）の酸素ポテンシャルを低減させ、脱硫剤７による脱硫反応を促進させるためのものである。従来、脱硫剤７と脱硫助剤とを混合したものを脱硫剤と称する場合もあるが、本発明においては、脱硫剤７は脱硫助剤を含まないものとする。脱硫助剤としては、主として金属Ａｌやアルミドロス粉末が使用され、この他に、アルミニウム融液をガスでアトマイズして得られるアトマイズ粉末や、アルミニウム合金を研磨、切削する際に発生する切削粉などの他のＡｌ源や、フェロシリコンのようなＳｉ合金や、Ｍｇ合金なども用いることができる。

所定量の脱硫剤７を添加完了し、そして、所定時間の攪拌が行われたなら、攪拌羽根５の回転数を減少させ停止させる。攪拌羽根５の旋回が停止したなら、攪拌羽根５を上昇させ、処理容器３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４の脱硫処理が終了する。

この脱硫処理においても、集塵機でＣａＯ系集塵ダストを回収し、次回以降の脱硫処理における脱硫剤７として有効利用する。脱硫処理後、生成したスラグを処理容器３から排出し、次の精錬工程に処理容器３を搬送する。

以上説明したように、本発明によれば、溶銑４の脱硫処理時に回収されたＣａＯ系集塵ダストを、脱硫剤７の一部として再利用するに当り、ＣａＯ系集塵ダストの脱硫剤中の配合量を９０質量％以下、好ましくは２０〜８０質量％とした脱硫剤７を用いるので、微粉であるＣａＯ系集塵ダストの飛散が抑えられ、且つ、溶鉄／脱硫剤間の反応界面積が大きいＣａＯ系集塵ダストによる脱硫反応効率の向上が発現し、脱硫剤の全量を新品原料脱硫剤とした場合と同等或いはそれ以上の脱硫効率で、安定して溶銑４を脱硫処理することが可能となる。

図１に示す機械攪拌式脱硫装置を用いて本発明を実施した。溶銑の脱硫処理において回収したＣａＯ系集塵ダストの化学成分の例を表１に示す。

表１に示すように、ＣａＯ系集塵ダストのＣａＯ純分は７７質量％であり、新品原料のＣａＯ粒子のＣａＯ純分は９３質量％程度であることから、新品原料脱硫剤のＣａＯ源である生石灰に比べて若干ＣａＯ純分が少ないが十分に脱硫剤として使用できる。

新品原料脱硫剤として、生石灰と蛍石とを混合した９５質量％ＣａＯ−５質量％ＣａＦ₂ の混合物を用い、この新品原料脱硫剤の配合量を５０質量％、ＣａＯ系集塵ダストの配合量を５０質量％として、ＣａＯ系脱硫剤を調製した。そしてこの脱硫剤を用いて溶銑の脱硫処理を実施した（本発明例）。脱硫処理前の溶銑温度は１２１５℃、脱硫処理前の溶銑の硫黄濃度は０．０３０質量％であった。脱硫助剤としてフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）を溶銑トン当り０．３ｋｇ添加し、脱硫処理した。１４分間の処理時間で硫黄濃度が０．０００６質量％の溶銑を溶製することができた。

図３は、溶銑温度、溶銑中硫黄濃度、脱硫助剤の使用量などが本発明例と類似した脱硫処理条件において、ＣａＯ系集塵ダストを配合せず、９５質量％ＣａＯ−５質量％ＣａＦ₂ の新品原料脱硫剤のみを脱硫剤として使用した脱硫処理（比較例）と、本発明例とを比較して、脱硫剤中のＣａＯ原単位と脱硫率との関係を示す図である。尚、図３の縦軸に示すＳｉは脱硫処理前の溶銑中硫黄濃度、Ｓｆは脱硫処理後の溶銑中硫黄濃度であり、縦軸はＳｉ／Ｓｆの自然対数で表示しており、Ｓｉ／Ｓｆが大きいほど脱硫率が高いことを示している。また、図３では、脱硫剤中のＣａＯ原単位を算出する際に、ＣａＯ系集塵ダストのＣａＯ純分を７７質量％、新品原料脱硫剤のＣａＯ純分を９３質量％として算出している。

図３からも明らかなように、本発明によってＣａＯ系集塵ダストを使用しても従来方法と同等以上に溶銑を脱硫処理できることが確認できた。

本発明を実施する際に用いた機械攪拌式脱硫装置の概略断面図である。 脱硫剤中のＣａＯ系集塵ダストの配合量と脱硫反応効率との関係を調べた図である。 本発明例と比較例とを比較して、脱硫剤中のＣａＯ原単位と脱硫率との関係を示す図である。

符号の説明

１ 機械攪拌式脱硫装置
２ 台車
３ 処理容器
４ 溶銑
５ 攪拌羽根
６ 投入シュート
７ 脱硫剤

Claims (3)

1. ＣａＯ系脱硫剤を用いた溶銑の脱硫処理時に回収された集塵ダストを脱硫剤の一部として再利用して溶銑を脱硫処理するに際し、前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を９０質量％以下とした脱硫剤を用いて脱硫処理することを特徴とする、溶銑の脱硫処理方法。
2. 前記集塵ダストの脱硫剤中の配合量を２０〜８０質量％とした脱硫剤を用いることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。
3. 前記脱硫処理方法は、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を攪拌しながら行う脱硫方法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処理方法。

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