JP3496545B2 - 溶銑の脱硫方法 - Google Patents

溶銑の脱硫方法

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

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
(S)分を除去する溶銑脱硫方法の改良に関し、脱硫効
率向上を有利に実現するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の鋼材の高品質化ニーズに伴い、低
硫化が強く望まれるようになっている。そのため、製鋼
工程において脱硫が行われるが、そのプロセスとして
は、トピードカーもしくは溶銑鍋による溶銑段階での処
理、及び、転炉以降で溶鋼を脱酸した後に行う処理の2
種類を挙げることができる。
【0003】しかしながら、溶鋼中のS濃度が10ppm 以
下となる極低硫鋼以外では、前者の溶銑段階での脱硫処
理を行うことが主流である。溶銑段階における脱硫処理
において、以前は、脱硫フラックスとしてCaO系フラ
ックス、Na2 O系フラックス、CaC2 系フラックス
等が使用されていたが、フラックスのコストとスラグ処
理の困難さから、現在では、酸化物系あるいは炭酸塩系
のフラックスが多く用いられるようになってきている。
【0004】また、特に極低硫鋼を溶製する際には金属
Mgを含有するMg系フラックスが使用されている。上
記いずれのフラックスを用いる場合でも、脱硫コストを
可能な限り低減させることは不可欠であり、そのため、
脱硫効率をいかに高めるかが最重要課題となっている。
そして、そのコスト低減のために、フラックスを溶銑に
吹き込む際のキャリアガスが注目されるようになってき
た。
【0005】特公平5-43763 号公報では、脱硫反応が還
元反応であることに着目して、キャリアガスとして還元
性ガスである水素ガスを用いた脱硫促進技術が開示され
ている。すなわち、脱硫フラックスであるCaO系フラ
ックスを溶銑に吹き込む際に用いるキャリアガスを水素
ガスとすることで、キャリアガスとして不活性ガスを用
いた場合に比べてCaO系フラックスでの脱硫がより促
進されるようになるとしている。
【0006】その他にも、高炉の出銑樋の溶銑流に対し
て上方からフラックスを添加し、下方から炭化水素系ガ
スの吹き込みを行い、溶銑の脱硫を促進する方法(特公
昭63-19562号公報)、CaO系フラックスに石炭系炭化
水素を3〜20%含む有機物質を混合する方法(特開昭60
-26607号公報)等も開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ここで、特公平5-4376
3 号公報では、キャリアガスを全て水素ガスとすること
が特徴であるが、ランス溶損による破損、フラックス詰
まり等のトラブル時の爆発危険性等の問題があり、実用
上問題がある。また溶銑中のS濃度のレベルに関わら
ず、常に水素を吹き込む必要があることから効率が悪
く、コストアップとなる。
【0008】また、特公昭63-19562号公報では、フラッ
クスと炭化水素系ガスの吹き込み位置が異なり、フラッ
クスとガスが十分混合しないという問題がある。更に、
特開昭60-26607号公報で開示されている有機物を混合す
る方法は、コスト的に高価であり、かつ、溶銑のS濃度
レベルに応じた供給方法を選択出来ないという問題点が
ある。
【0009】本発明は、フラックスの投入による溶銑脱
硫処理を、以上のような問題が発生することなく、高効
率で行なえるようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶銑中に脱硫
フラックスをキャリアガスと共に吹き込んでSを除去す
る溶銑の脱硫方法であって、脱硫開始時のキャリアガス
を不活性ガスとし、脱硫開始後、溶銑中のS濃度が0.01
wt 以下となったら、キャリアガスに炭化水素系ガスを
混合するか又はキャリアガスを炭化水素系ガスに切り換
えることを特徴とする溶銑の脱硫方法によって上記課題
を解決したのである。
【0011】 また、溶銑中に脱硫フラックスをキャリ
アガスと共に吹き込んでSを除去する溶銑の脱硫方法で
あって、脱硫開始時のキャリアガスを不活性ガスと炭化
水素系ガスの混合ガスとし、脱硫開始後、溶銑中のS濃
度が0.01wt 以下となったら、キャリアガス中の炭化水
素系ガスを更に増やすか又はキャリアガスを炭化水素系
ガスに切り換えることを特徴とする溶銑の脱硫方法によ
って上記課題を解決したのである。
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】本実施の形態では、以下、脱硫フ
ラックスとしてCaOを適用した場合について説明する
が、他の脱硫フラックスを適用することもできる。一般
に溶銑段階でのCaOによる脱硫反応は(1)式で表さ
れる。 〔S〕+CaO+〔C〕 → (CaS)+CO …(1) ただし、〔 〕は溶銑中の成分を示し、( )はスラグ
中の成分を示す(以下、同じ。)。
【0014】ここで、(1)式中の還元剤であるCは溶
銑中に存在する炭素成分である。還元性ガスである炭化
水素系ガス(Cn m )を溶銑に吹き込んだ場合、分解
して水素ガスが生成する(下記(2)式)。 Cn m → n C + m/2 H2 … (2) ここで(2)式の反応によって発生するCは溶銑中にす
でに4%以上存在しているCに対してはごくわずかであ
り、無視できる量である。
【0015】そして、脱硫反応は(3)式のようになる
が、(1)式のCによる還元に比べて還元力が高い分有
利といえる。 〔S〕+CaO+H2 → (CaS)+H2 O… (3) 本発明者らは、この有利な点に着目し、脱硫フラックス
のキャリアガスとして炭化水素系ガスを用いる可能性に
ついて詳細な実験と検討を実施したのである。
【0016】本発明者らは、まず、4ton 規模の精錬容
器を用い、下記の実験を行った。表1にその実験条件を
示す。
【0017】
【表1】
【0018】実験はCaO系フラックスを用い、キャリ
アガスとして、N2 ガス、H2 ガス、炭化水素系ガスで
あるプロパンガス( C3 8 )の3種のガスを適用して
行った。図2にその実験結果を示す。図2では、横軸に
脱硫開始からの時間をとり、縦軸に溶銑中のS濃度を示
している。
【0019】図2から、キャリアガスとして、N2 ガス
を適用するよりも、H2 ガス、C38 ガスを適用する
方が脱硫速度の大きいことが分かる。ここで、フラック
スの供給速度はいずれも一定としている。そして、脱硫
反応が進行してきて、溶銑中のS濃度が低下してくる
と、図2に示すように、H2 ガスとC3 8 ガスの脱硫
効率が大きくなり、特に溶銑中のS濃度が0.01wt%未満
の低S濃度域において、その差が顕著となる。また、キ
ャリアガスとしてH2 ガスを適用するよりもC3 8
スを適用する方が低S濃度域での脱硫速度が大きいこと
も分かった。
【0020】この時、各条件において処理中の温度降下
に差異は認められず、同レベルの温度降下であった。以
上述べたように、本発明者らは、溶銑のS濃度のレベル
が低下し、一般に脱硫速度が低下する領域において、炭
化水素系ガスの脱硫効果が特に顕著となることを初めて
見出したのである。
【0021】脱硫反応は、基本的には、固体物質である
CaO系フラックスとSの反応であり、反応界面におけ
る酸素ポテンシャルが反応速度を決定する。溶銑脱硫の
場合、系の酸素ポテンシャルは、すでにCが飽和状態に
ある溶銑のFeに対するC量で決まるものと考えるのが
一般的であり、一定となるものと考えられてきたが、今
回キャリアガス種によって差異が認められたことから、
フラックスが吹き込まれる時の雰囲気を含めたフラック
ス/キャリアガス/溶銑の3相共存状態において系の酸
素ポテンシャルが決まり、とくにキャリアガスの酸素ポ
テンシャルが大きな影響を及ぼすという新たな知見を得
たのである。
【0022】そして、実験結果からわかるように、脱硫
速度が小さくなって低下する低S濃度域において、その
影響が大きくなる。従って、脱硫反応の点から、キャリ
アガスを用いたフラックスの溶銑への吹き込みにおい
て、キャリアガスに炭化水素系のガスを混合することが
最も良い方法であると考えられる。
【0023】ただし、キャリアガスを全量炭化水素系ガ
スとすると、酸素ポテンシャルを低下させる点では有利
であるが、フラックスである粉体の搬送特性上、処理中
に流量を大きく変化させることができなくなる欠点があ
る。図2からも明らかなように、相対的に炭化水素系ガ
スの効果が小さい溶銑中のS濃度が0.01wt%以上の場合
においても常に多量の炭化水素系ガスを供給し続けるこ
とは炭化水素系ガスの原単位(コスト)増大に繋がり、
得策でない。
【0024】つまり、炭化水素系ガスの脱硫促進効果を
効率良く利用するためには、溶銑中のS濃度が0.01wt%
以上にある場合には炭化水素系ガスを少量混合、又は、
混合せず、溶銑中のS濃度が0.01wt%未満になってから
炭化水素系ガスの割合を増加させる、もしくは、キャリ
アガスを炭化水素系ガスに置き換えるようにすることが
最も効果的である。
【0025】ここで、炭化水素系ガスの替わりに水素ガ
スを用いることも可能ではあるが、炭化水素系ガスと水
素ガスとを比較すると、 水素ガスは、炭化水素系ガスに比べて低S濃度域で
の脱硫速度が小さい。 炭化水素系ガスの場合、転炉を有する製鋼工場にお
いては、炉底の酸素吹き込み羽口の冷却ガスとして利用
しているプロパンガスを流用することができる。 炭化水素系ガスの場合、製銑工程のコークス炉で発
生するガスを利用することもできる。 炭化水素系ガスに比べて水素は酸素との反応による
爆発性が高い。
【0026】以上の理由から水素ガスに比べて炭化水素
系ガスを適用することが好ましく、また、有利でもあ
る。炭化水素系ガスについては今回C3 8 ガスを適用
しているが、CH4 ガス、コークス炉より発生するCガ
スであっても良い。キャリアガスはN2 のみならず、A
r等の不活性ガスであれば良い。
【0027】また、溶銑中に炭化水素系ガス、CaO系
フラックスを同一サイトに吹き込むことができれば、精
錬容器としてはどのようなものであっても良い。脱硫フ
ラックスとしては、CaOを主成分とするものが安価で
あり、かつ、脱硫処理後のスラグ処理が容易であるので
最も好ましい。主たる脱硫反応成分であるCaOの他
に、熱分解によってCaOを生成すると共に、フラック
スの溶銑中への分散を助けるCaCO3 、フラックスの
滓化を促進するCaF2 、CaCl2 、吹き込まれたフ
ラックスの周辺の溶銑を還元性に保つためのC、Alな
どを適宜添加するようにしても良い。
【0028】また、同様の酸化物系脱硫フラックスであ
るNa2 CO3 を適用することも可能である。さらに
は、特に極低硫鋼向けとして金属Mgを用いることもで
きる。金属Mgは、酸化ロスを防止し、脱硫反応を優先
的に生じさせることができる。金属Mgを含有するフラ
ックスも適用可能である。
【0029】溶銑中へのフラックスの吹き込み処理方法
としては、トピードカーあるいは溶銑鍋などの溶銑搬送
容器に浸漬ランスを用いて行う方法、転炉などの精錬炉
内で底吹き羽口から吹き込む方法等があるが、そのいず
れであっても良いことは当然である。
【0030】
【実施例】250tonトピードカーを用い、本発明の実機テ
ストを行った。図1に実機テストにおけるトピードカー
の模式図を示す。図1において、原料ホッパ1に貯留さ
れた脱硫フラックス2(ここでは、CaOを主成分とす
るフラックス)は、キャリアガス2aと混合され、吹き込
みランス4によってトピードカー6内の溶銑5に吹き込
まれる。ここで、吹き込みランス4は、ランス固定台車
3に保持されている。7は集塵フードである。
【0031】ここで、表2に本発明の実機テストの実施
条件、表3に実機テスト実施時のキャリアガスの供給条
件を示す。表3では、本発明例と比較のための比較例
1、2の条件も示している。
【0032】
【表2】
【0033】
【表3】
【0034】ここで、比較例1はCaO系フラックスを
全量N2 のキャリアガスで吹き込んだ場合、比較例2は
同フラックスを全量C3 8 ガスのキャリアガスで吹き
込んだ場合について示している。また、本発明例として
は、同フラックスをまずN2ガス+プロパンガス混合の
キャリアガスで吹き込み、処理後半にプロパンガスの流
量を増加させた場合について示している。
【0035】表3に各水準毎のキャリアガス流量条件を
示しており、結果を表4に示す。
【0036】
【表4】
【0037】また本発明法では比較例2に比べて少ない
プロパンガス原単位でフラックス原単位当たりの脱硫効
率が向上している。溶銑温度は、プロパンガス量により
大きく変化しなかった。
【0038】
【発明の効果】本発明によって、溶銑脱硫処理における
脱硫速度とくに低S領域での脱硫速度を少量の還元性ガ
スで効率良く促進することが可能となり、溶銑予備処理
における生産性向上、脱硫フラックスの削減によるコス
ト低下が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】脱硫フラックス吹き込み中のトピードカーの部
分断面図である。
【図2】溶銑中S濃度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 原料ホッパ 2 脱硫フラックス 2a キャリアガス 3 ランス固定台車 4 吹き込みランス 5 溶銑 6 トピードカー 7 集塵フード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 昭51−101712(JP,A) 特開 昭52−81011(JP,A) 特開 平8−337807(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 1/00 - 3/00 C21C 5/02 - 5/06 C21C 5/52 - 5/56

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶銑中に脱硫フラックスをキャリアガス
    と共に吹き込んでSを除去する溶銑の脱硫方法であっ
    て、脱硫開始時のキャリアガスを不活性ガスとし、脱硫
    開始後、溶銑中のS濃度が0.01wt 以下となったら、キ
    ャリアガスに炭化水素系ガスを混合するか又はキャリア
    ガスを炭化水素系ガスに切り換えることを特徴とする溶
    銑の脱硫方法。
  2. 【請求項2】 溶銑中に脱硫フラックスをキャリアガス
    と共に吹き込んでSを除去する溶銑の脱硫方法であっ
    て、脱硫開始時のキャリアガスを不活性ガスと炭化水素
    系ガスの混合ガスとし、脱硫開始後、溶銑中のS濃度が
    0.01wt 以下となったら、キャリアガス中の炭化水素系
    ガスを更に増やすか又はキャリアガスを炭化水素系ガス
    に切り換えることを特徴とする溶銑の脱硫方法。
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