特許 6223217 脱硫方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223217

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】脱硫方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 1/02 20060101AFI20171023BHJP

【ＦＩ】

   C21C1/02 106

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-25411(P2014-25411)

(22)【出願日】2014年2月13日

(65)【公開番号】特開2015-151568(P2015-151568A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】新井 宏忠

(72)【発明者】

【氏名】高橋 大喜

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕基

【審査官】 國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２３７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２５５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１９３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１３０５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ １／００− ３／００

ＣｉＮｉｉ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶銑と冷鉄源のみが装入された溶銑搬送容器に外部から脱硫剤を投入しつつ脱硫を行うに際しては、
前記溶銑搬送容器に投入する脱硫剤の投入量Ｗ（kg/t）とし、溶銑搬送容器に投入する冷鉄源の投入量をｍ’（kg/t）とし、脱硫処理前の溶銑温度をＴ（℃）とし、脱硫処理前後での硫黄濃度差をΔＳ（質量％）としたとき、前記脱硫剤の投入量Ｗを式（１）を満たすように設定することを特徴とする溶銑の脱硫方法。

【数1】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶銑鍋や混銑車などのような溶銑搬送容器に対して、溶銑と冷鉄源とを装入し、さらに脱硫剤を投入しつつ脱硫を行う脱硫方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

製鉄プロセスでは、高炉から出銑した溶銑を転炉で脱炭して鋼とするため、混銑車や鍋型（溶銑鍋）などの耐火物容器で溶銑を高炉から転炉がある製鋼工場に搬送するのが一般的である。上記輸送のフローとしては、第１に高炉鋳床で鍋型の容器で溶銑を受銑した後、そのまま製鋼工場まで搬送し、転炉に溶銑を装入する方式、第２に高炉鋳床で混銑車で溶銑を受銑し、製鋼工場まで搬送したのち、転炉に装入するために鍋型の容器に溶銑を移し変え、そこから転炉に溶銑を装入する方法などが一般的である。近年は、コストダウンおよび品質要求の厳格化に対応するために、鍋型や混銑車などの溶銑搬送容器でも、脱硫処理などの溶銑予備処理が行われることが多くなってきている（例えば、特許文献１などを参照）。

【0003】

ところで、鍋型の容器や混銑車などの溶銑搬送容器で溶銑を受銑する際には、鉄源としてスクラップなどの安価な冷鉄源を投入して、出来るだけ溶銑コストを低減させる操業が行われている。
例えば、特許文献２には、溶銑鍋内の溶銑を受銑容器に払い出し、空となった溶銑鍋に溶銑が装入されるまでの間に該溶銑鍋の鍋底に冷鉄源を入れ置きし、その後、この溶銑鍋に溶銑を装入する冷鉄源投入方法が開示されている。この特許文献２の冷鉄源投入方法では、溶銑鍋に入れ置きする冷鉄源の重量を適正なものとして、冷鉄源による熱ロスを低減し操業への悪影響を防止できるものとされている。

【0004】

また、特許文献３にも、冷鉄源の入れ置きされた溶銑保持搬送容器で高炉から出銑される溶銑を受銑し、この溶銑に対して機械攪拌式脱硫装置を用いて脱硫処理を施す技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−３００４５５号公報

【特許文献2】特開２００７−１１３０５５号公報

【特許文献3】特開２００６−２１９６９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述した冷鉄源は、溶銑量を増やして溶銑コストを低減させるために投入されている。そのため、溶銑搬送容器に投入する冷鉄源量は多い方が望ましいが、一方で溶銑搬送容器に投入する冷鉄源量が多くなりすぎると、冷鉄源の投入による熱ロスが大きくなり、溶銑搬送容器に地金が付着することで、溶銑搬送量の減少や地金除去作業に伴う生産性の低下といった悪影響を及ぼす。

【0007】

さらには、上述した脱硫処理などを溶銑搬送容器で行う際には、冷鉄源の投入により溶銑の温度が低くなりすぎると、脱硫反応の反応効率が悪くなって脱硫能も低下してしまう可能性がある。脱硫反応は、一般に高温であるほど反応が進むため、溶銑搬送容器で脱硫処理を行う際には、脱硫能を大きく下げない範囲で、冷鉄源を可能な限り多く投入することが好ましい。

【0008】

ところが、上述した特許文献１〜特許文献３の技術は、冷鉄源投入による脱硫能の低下を考慮したものではなく、これら文献の技術を採用したとしても、冷鉄源の投入により溶銑量が増加した溶銑搬送容器での脱硫処理において、高い脱硫能を確保することが困難である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、溶銑搬送容器で脱硫を行う際に、安価な冷鉄源を活用しつつも良好な脱硫能を確保することが可能となる脱硫方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明の脱硫方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の脱硫方法は、溶銑と冷鉄源のみが装入された溶銑搬送容器に外部から脱硫剤を投入しつつ脱硫を行うに際しては、前記溶銑搬送容器に投入する脱硫剤の投入量Ｗ（kg/t）とし、溶銑搬送容器に投入する冷鉄源の投入量をｍ’（kg/t）とし、脱硫処理前の溶銑温度をＴ（℃）とし、脱硫処理前後での硫黄濃度差をΔＳ（質量％）としたとき、前記脱硫剤の投入量Ｗを式（１）を満たすように設定することを特徴とするものである。

【0010】

【数1】

【発明の効果】

【0011】

本発明の脱硫方法によれば、溶銑搬送容器で脱硫を行う際に、安価な冷鉄源を活用しつつも良好な脱硫能を確保することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】高炉の出銑から一次精錬処理までの流れを模した模式図である。

【図2】脱硫剤の投入実績値と式（１）で求めた脱硫剤の投入量（Ｗ）との差と、脱硫処理後の溶銑の硫黄濃度との関係をまとめた図である。

【図3】脱硫方法の各工程を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、高炉１から出銑された溶銑の製錬工程を模式的に示した図である。
図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑は、混銑車３にて受銑された後、製鋼工場に運搬され、そこで溶銑鍋５に払い出される。この溶銑鍋５はクレーンにより除滓位置に移動し、溶銑直上に存在する高炉スラグを除去した後、クレーンで転炉正面に運ばれ、鍋中の溶銑を転炉に装入する。溶銑装入終了後の空の溶銑鍋５は再びクレーンにより払出位置に戻され、混銑車３より次チャージの溶銑が払い出される。

【0014】

このような製錬工程において、溶銑搬送容器２（以降、混銑車３及び溶銑鍋５の双方を含めたものを溶銑搬送容器２という）において機械攪拌による脱硫が実施される場合がある。本実施形態では、高炉スラグ除滓後の溶銑鍋５に脱硫剤（脱硫フラックス）を添加し、機械攪拌を行うことで脱硫反応を進行させる。そして、再度除滓位置で脱硫スラグを除去した後、脱硫後の溶銑が転炉に払い出される。

【0015】

なお、近年は粗鋼量を増やしたいといった要望や精錬コストを低く抑えたいという要望が高まっており、高炉から出銑される溶銑の替わりに、あるいはこれらの溶銑に加えてスクラップ等の安価な鉄源の使用が検討されている。そのための方法の一つとして、溶銑搬送容器２、すなわち混銑車３や溶銑鍋５に、冷銑、スクラップ等の鉄源(冷鉄源)を投入し、溶銑と一緒にこれらの冷鉄源６を溶解して溶銑量を増やす操業が行われている。

【0016】

すなわち、図３に示す如く、本実施形態の溶銑鍋５（溶銑搬送容器２）における脱硫処理は、４つの工程を有している。
脱硫処理を構成する第１の工程は、「空の溶銑搬送容器に溶銑を装入する」というものである。図３の例では溶銑搬送容器２として溶銑鍋５を用いたものを挙げて、混練車３から溶銑鍋５に溶銑を装入しているが、溶銑搬送容器２として高炉１を用いて、高炉１から混銑車３に溶銑を装入しても良い。溶銑搬送容器２内には、温度がＴ_pig（℃）の溶銑が重量Ｍ（t）装入されており、この溶銑中には硫黄がＳ_pig（質量％）の濃度で含まれている。

【0017】

脱硫処理を構成する第２の工程は、「冷鉄源を溶銑搬送容器内の溶銑に投入する」というものである。つまり、この第２の工程では、第１の工程で装入された溶銑搬送容器２内の溶銑に、硫黄がＳ_ｃ（質量％）の濃度で含まれた温度がＴ_ｃ（℃）の冷鉄源６が重量ｍ（kg）だけ投入される。
脱硫処理を構成する第３の工程では、脱硫剤７をＷ（kg/t）だけ溶銑搬送容器２内に添加し、溶銑搬送容器２の溶銑内に耐火物のインペラ８を浸漬して、溶銑を強制攪拌しなが
ら脱硫反応を促進させる。このようにすれば、第３の工程で溶銑中の硫黄は脱硫剤へと移行して脱硫スラグが形成され、形成された脱硫スラグを取り除くことで「硫黄分が除かれた溶銑」を得ることができる。なお、この第３工程の溶銑搬送容器２内には、冷鉄源６が溶融することでＭ＋ｍ/1000（t）の重量に増加した溶湯（溶銑）が収容されている。また、このときの溶湯の温度は冷鉄源の昇温・溶解により温度Ｔ（℃）まで低下しており、硫黄の濃度はＳ（質量％）となっている。

【0018】

脱硫処理を構成する第４の工程は、「脱硫処理された溶銑を得る」というものであり。第４の工程では、第３工程の脱硫反応が十分に進み、溶湯中の硫黄分が脱硫スラグとなって取り除かれ、溶湯中の硫黄分の濃度は所望の規制値以下まで低減されている。なお、この第４工程の溶銑搬送容器２内の溶湯は、温度がＴ_ｆ（℃）で、硫黄の濃度がＳ_ｆ（質量％）となっている。

【0019】

上述したような操業においては、冷鉄源６の投入により溶銑搬送容器２内の溶銑の温度が低くなりすぎると、脱硫反応の反応効率が悪くなって脱硫能が低下してしまい、脱硫が不十分になったり、他の工程で脱硫を補足的に行う必要が生じて粗鋼の生産性を損なう可能性がある。そのため、冷鉄源６を投入しても脱硫能が大きく下がらないように、脱硫剤７の投入量には下限値（最低必要量）を設定する必要がある。

【0020】

そこで、本発明では次のように脱硫剤７の投入量（投入量の下限値）を決定している。
すなわち、溶銑搬送容器２に投入する脱硫剤７の投入量をＷ（kg/t）とし、溶銑搬送容器２に投入する冷鉄源６の投入量をｍ’（kg/t）とする。また、脱硫処理前の溶銑温度をＴ（℃）とし、脱硫処理前後での硫黄濃度差をΔＳ（質量％）とする。そのうえで、これらのパラメータ（Ｗ、ｍ’、Ｔ、ΔＳ）と、脱硫剤７の投入量Ｗとが式（１）を満たすように、本発明の脱硫方法では脱硫剤７の投入量Ｗを設定している。

【0021】

【数2】

【0022】

この式（１）の右辺が脱硫剤７の投入量の下限値となり、この投入量の下限値以上となるように脱硫剤７を投入することで、脱硫効率を低下させることなく脱硫処理を実施することが可能となる。
なお、式（１）に使用される各パラメータには、次のような値が用いられる。
まず、１つ目のパラメータである冷鉄源６の投入量ｍ’（kg/t）は、冷鉄源６の投入量（全投入量）をｍ（kg）、冷鉄源６の投入前の溶銑量（溶銑搬送容器２に装入した直後の溶銑量）をＭ（t）とした場合に、式（２）のような関係で導かれる。

【0023】

【数3】

【0024】

なお、この冷鉄源６の全投入量ｍ（kg）には、投入後の溶銑温度が低下しすぎないように、上限値が設定されている。この冷鉄源６の全投入量（の上限値）ｍ（kg）は、式（３）に示されるように、冷鉄源６の投入前の溶銑の温度Ｔ_c（℃）及び冷鉄源６の温度Ｔ_pig（℃）などを用いて示される冷鉄源投入後の溶銑温度Ｔ’（℃）が１２００℃以上となるような値として規定される。

【0025】

【数4】

【0026】

また、２つ目のパラメータである脱硫処理前の溶銑温度Ｔ（℃）は、溶銑搬送容器２に装入された直後の溶銑の温度として示され、既存の温度センサなどを用いて実測される。この脱硫処理前の溶銑温度Ｔ（℃）が１１６５（℃）以下の場合は溶銑の凝固が起こる可能性があり、溶銑温度Ｔは１１６５（℃）より大きくなるように管理されている。
さらに、３つ目のパラメータである脱硫処理前後での硫黄濃度差ΔＳ（質量％）は、脱硫処理前の溶銑の硫黄濃度から脱硫処理後の溶銑の硫黄濃度を差し引いたものであり、冷
鉄源投入前の溶銑銑の硫黄濃度［Ｓ］_pig（質量％）、投入される冷鉄源６の硫黄濃度［Ｓ］_c（質量％）、脱硫処理後の溶銑の硫黄濃度［Ｓ］_f（質量％）を用いて、式（４）のように示される。

【0027】

【数5】

【0028】

上述した３つのパラメータと脱硫剤７の投入量Ｗ（kg/t）との間には、次のような関係が成立すると考えることができる。
つまり、冷鉄源６を投入しつつ脱硫を行う場合を考えたとき、脱硫処理前の溶銑温度が低いと、脱硫反応が進行しにくくなると考えられ、溶銑温度が高いと、脱硫反応は進行しやすくなると考えられる。また、冷鉄源６の投入量が大きくなると溶銑の温度が下がるので、溶銑温度が低い場合と同様に、脱硫反応は進行しにくくなるはずである。さらに、冷鉄源６の投入量が小さくなると溶銑の温度が上がり、脱硫反応が進行しやすくなるはずである。

【0029】

一方、冷鉄源６や溶銑に多量の硫黄が含まれている場合には、脱硫剤７を大量に投入して脱硫能を上げる必要があり、冷鉄源６や溶銑に硫黄があまり含まれていない場合には、脱硫能を上げる必要はなく、脱硫剤７を大量に投入する必要はない。
このような考え方に基づいて、本発明者らは、溶銑搬送容器２に投入する冷鉄源６の投入量ｍ’（kg/t）、脱硫処理前の溶銑温度Ｔ（℃）、脱硫処理前後での硫黄濃度差ΔＳ（質量％）に着目し、様々な実験等によって、これらパラメータ（ｍ’、Ｔ、ΔＳ）と脱硫剤７の投入量Ｗ（kg/t）との関係についてまとめた。その結果、混銑車３や溶銑鍋５などの溶銑搬送容器２に脱硫剤７を投入するにあたって、脱硫剤７の投入量Ｗを、式（１）を満たすようにすれば、脱硫処理後の溶銑中での硫黄濃度を０．００３０質量％以下にすることができることを見出した。

【0030】

このように硫黄濃度を０．００３０質量％以下にできれば、操業上、鋼中の硫黄濃度が規格内に収まるようになり、高品質の鋼を生産することが可能となる。また、上述した対策を全く施さない場合は、硫黄濃度が規格値である０．００３０質量％を超え、硫黄が十分に除去された鋼の精錬が困難になったり、脱硫処理を別工程において追加で実施することが必要となり、鋼の生産性を損なう可能性が生じる。

【0031】

表１は、本発明の脱硫剤７の投入方法で操業を行った実施例と、本発明とは異なる方法で操業を行った比較例とをまとめたものである。

【0032】

【表1】

【0033】

実施例及び比較例では、溶銑搬送容器２の１つである溶銑鍋５に冷鉄源６を投入することとし、「脱硫処理後硫黄濃度」等について評価を行った。なお、溶銑鍋５ではなく、混銑車３のような溶銑搬送容器２に冷鉄源６を投入しても同様の結果が得られることを本発明者らは確認している。
実施例及び比較例は、まず空の溶銑鍋５に、誘導溶解炉内で溶解された溶解量３００kg
の銑鉄を装入し、所定温度となるように加熱・保温することで実施した。その後、この溶銑鍋５の溶銑に冷鉄源６を投入した。

【0034】

溶銑鍋５に投入される冷鉄源６には、「スクラップ」、「冷銑」、「鉄粒」の３種類を使用した。これらの冷鉄源６中には、「スクラップ」については0〜0.003（質量％）、「冷銑」については0.025〜0.03（質量％）、「鉄粒」については0.07（質量％）の濃度で、硫黄が含まれている。
上述した３種類の冷鉄源６がそれぞれ投入された溶銑鍋５に対して、さらに脱硫剤７を添加した。添加した脱硫剤７は、CaOを主成分としてAl分が3〜15質量％含まれたCaO系の脱硫フラックスである。この脱硫剤７をさまざまな投入量で溶銑中に添加し、次に耐火物のインペラ８を溶銑に浸漬して、インペラ８を500rpmで回転させて溶銑を攪拌しながら脱硫処理（機械攪拌式の脱硫処理）を１５分間に亘って行った。

【0035】

なお、上述した脱硫剤７の投入量は、式（１）に従って計算される「投入量の下限値」の計算値を基準として、この計算値よりも大きい投入量から、計算値よりも小さな投入量まで、大小の広い範囲に亘っている。このようにして脱硫処理を行った溶銑をサンプリングし、各溶銑に対して硫黄濃度を計測した。
表１の「No.1」〜「No.6」及び「No.15」の実験例は、いずれも冷鉄源６に「スクラップ」を用いたものであり、「冷鉄源投入量ｍ」を３kg〜１５kgの範囲で変化させたものである。表１の「実績−下限」を見ると、これらの実験例はいずれも、計算結果が「正」となっており、「脱硫剤量（実績）」の方が「脱硫剤量（下限）」よりも大きくなっていて、いずれも式（１）の関係を満足している。

【0036】

次に、表１の「処理後硫黄濃度」を見ると、これら「No.1」〜「No.6」及び「No.15」の実験例は、いずれも硫黄濃度の規格値である０．００３０質量％より小さくなっている。つまり、「No.1」〜「No.6」及び「No.15」の実験例では、脱硫処理後の硫黄濃度がいずれも規格を満足しており、溶銑から硫黄分が十分に脱硫されていることがわかる。
ところが、表１の「No.7」〜「No.14」の実験例も、冷鉄源６に「スクラップ」を用いたものであるが、「実績−下限」の結果は「負」となっていて、「脱硫剤量（実績）」の方が「脱硫剤量（下限）」よりも小さくなっている。それゆえ、上述した実験例とは異なり、「No.7」〜「No.14」の実験例は、式（１）の関係を満足していない。

【0037】

次に、表１の「処理後硫黄濃度」を見ると、これら「No.7」〜「No.14」の実験例は、いずれも硫黄濃度の規格値である０．００３０質量％より大きくなっている。このことから、「No.7」〜「No.14」の実験例では、脱硫処理後の硫黄濃度がいずれも規格を満足しておらず、溶銑から硫黄分が十分に脱硫されていないことがわかる。
なお、上述した実験例は、冷鉄源６が「スクラップ」の場合であったが、冷鉄源６が「冷銑」である「No.16」〜「No.30」の実験例や、冷鉄源６が「鉄粒」である「No.31」〜「No.45」の実験例においても、同様な傾向が得られている。以上述べた実施例でのデータを回帰分析することで、式（１）を導いている。

【0038】

上述したような傾向は、硫黄濃度の「実績−下限」に対する、脱硫処理後の溶銑中の硫黄濃度の関係をグラフ上にまとめて示すことで、より明確に示される。
図２は、上述した実施例及び比較例をまとめたものである。図２に示すように、硫黄濃度の実績値から下限値（式（１）の右辺）を引いた値が０以上である場合、すなわち溶銑搬送容器２に投入する脱硫剤７の投入量Ｗ（kg/t）、溶銑搬送容器２に投入する冷鉄源６の投入量ｍ’（kg/t）、脱硫処理前の溶銑温度Ｔ（℃）、脱硫処理前後での硫黄濃度差ΔＳ（質量％）が、式（１）を満たしている場合、脱硫処理後の硫黄濃度を確実に規格値（０．００３０質量％）以下にすることができていることがわかる。

【0039】

以上述べたように、冷鉄源６が投入された溶銑鍋５で脱硫剤７を投入しつつ脱硫するに際して、式（１）を満たすように脱硫剤７を投入することで、良好な脱硫能を確保しつつも安価な冷鉄源６の活用が可能となる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能
な事項を採用している。

【符号の説明】

【0040】

１ 高炉
２ 溶銑搬送容器
３ 混銑車
５ 溶銑鍋
６ 冷鉄源
７ 脱硫剤
８ インペラ

【図1】

【図2】

【図3】