JP2001020006A - 溶融鉄合金の脱硫方法 - Google Patents

溶融鉄合金の脱硫方法

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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 溶融鉄合金の脱硫処理において、脱硫効率
の高い脱硫方法を提供する。 【解決手段】 溶融鉄合金に脱硫剤を投入して攪拌する
と同時に、炭化水素ガスを含むガスを浴面に吹き付ける
か、または炭化水素ガスを発生する物質を浴面に添加す
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、溶銑等の溶融鉄合
金中の硫黄分を除去する脱硫方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、鋼材の高品質化のニーズが高まる
につれて、鋼材の低硫黄化が強く望まれている。硫黄を
除去（以下、脱硫という）するプロセスは、トーピード
カーもしくは溶銑鍋を用いた溶銑段階での脱硫処理、お
よび転炉精錬の後に行なう溶鋼段階での脱硫処理に大別
される。近年、溶銑予備処理技術の発達に伴って、溶銑
段階での脱硫処理が主流となっている。
【０００３】溶銑段階での脱硫処理には、CaＯ系脱硫
剤， Na2Ｏ系脱硫剤，Mg系脱硫剤等が使用される。脱硫
処理のコストあるいは脱硫後のスラグ処理の難易度等の
観点から、CaＯ系脱硫剤を使用するのが望ましい。その
ためCaＯ系脱硫剤による溶銑の脱硫効率を向上する技術
が必要である。従来、CaＯ系脱硫剤による溶銑の脱硫処
理では、溶銑鍋において機械攪拌による脱硫処理が行な
われている。この脱硫処理は、溶銑中に装入した攪拌装
置を回転させ、浴面上の添加した脱硫剤を溶銑内に巻き
込ませることによって、高速かつ高効率で脱硫処理を行
なうものである。
【０００４】特開昭55-76005号公報には、機械攪拌によ
る溶銑脱硫において、攪拌装置を通じて溶銑内に炭化水
素ガスを吹き込むことによって脱硫反応を促進する方法
が開示されている。しかし本発明者らが詳細に調査した
ところ、攪拌装置を通じて溶銑中に吹き込まれた炭化水
素ガスは、溶銑とガスとの密度差によって回転の中心に
集まる傾向があり、そのため脱硫反応の効率を向上させ
る効果が不十分であることが判明した。また、攪拌装置
内に炭化水素ガスの通路を設ける必要があり、回転体で
ある攪拌装置にガスを供給するための特殊な配管やジョ
イント等も必要であるから、攪拌装置や周辺機器のコス
トが上昇するという問題がある。
【０００５】特開平8-337807号公報には、溶銑中に粉体
脱硫剤を吹き込むと同時に、溶銑浴面に還元性ガスを吹
き付けることによって脱硫反応を促進する方法が開示さ
れている。しかし脱硫剤の吹き込み用ランスの溶損、あ
るいは溶銑容器への地金やスラグの付着状況によって、
脱硫剤が浮上する領域が一定しない。したがって脱硫剤
が浮上する領域に正確に還元性ガスを吹き付けることが
難しいという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消するべく、溶銑等の溶融鉄合金の脱硫処理に
おける効率の高い脱硫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】本発明は、容器内に保持
した溶融鉄合金の浴面上から溶融鉄合金に脱硫剤を投入
すると共に溶融鉄合金を攪拌する溶融鉄合金の脱硫方法
において、炭化水素ガスを含むガスを溶融鉄合金の浴面
に吹き付けるか、または炭化水素ガスを発生する物質を
溶融鉄合金の浴面に添加する溶融鉄合金の脱硫方法であ
る。
【０００８】また本発明は、炭化水素ガスを含むガス
を、炭化水素ガス量に換算して溶融鉄合金１トンあたり
３Ｎｌ／分以上となるように吹き付ける溶融鉄合金の脱
硫方法である。また本発明は、炭化水素ガスを含むガス
がコークス炉ガスである溶融鉄合金の脱硫方法である。
【０００９】さらに本発明は、炭化水素ガスを発生する
物質が重油または石炭である溶融鉄合金の脱硫方法であ
る。さらに本発明は、炭化水素ガスを発生する物質が、
廃棄物の熱処理または乾留処理によって製造される炭素
を主体とする物質である溶融鉄合金の脱硫方法である。
【００１０】さらに本発明は、炭化水素ガスを発生する
物質を、炭化水素ガス量に換算して溶融鉄合金１トンあ
たり３Ｎｌ／分以上の炭化水素ガスが発生するように添
加する溶融鉄合金の脱硫方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の脱硫方法を適用
する装置の要部を示す断面図である。容器５内に保持し
た溶融鉄合金６の浴面上から脱硫剤４を投入し、溶融鉄
合金６に浸漬された攪拌装置１を用いて攪拌する。攪拌
と同時に、ランス２から炭化水素ガスを含むガス７を溶
融鉄合金６の浴面に吹き付ける。なお図１には攪拌装置
１として回転式の攪拌装置を示したが、本発明において
は回転式の攪拌装置に限定せず、機械的に溶融鉄合金６
を攪拌する攪拌装置を使用すれば良い。
【００１２】溶融鉄合金６の浴面上から投入された脱硫
剤４は、攪拌装置１で攪拌されて溶融鉄合金６中に巻き
込まれる。したがって溶融鉄合金６と脱硫剤４との反応
界面が増大し、脱硫処理の効率が高くなる。脱硫剤４と
しては、CaＯ系脱硫剤， Na2Ｏ系脱硫剤，Mg系脱硫剤等
が使用できるが、脱硫処理のコストあるいは脱硫後のス
ラグ処理の難易度等の観点から、CaＯ系脱硫剤を使用す
るのが望ましい。
【００１３】一般に、CaＯ系脱硫剤による脱硫反応は下
記の (1)式で表わされる。 (1)式中の［Ｓ］および
［Ｏ］は、溶融鉄合金６中のＳおよびＯである。また
(1)式中の（CaＳ）はスラグ中に除去されたCaＳであ
る。 (1)式の脱硫反応は還元反応であり、反応界面を還
元性雰囲気にすることによって脱硫反応が促進される。 ［Ｓ］＋CaＯ→（CaＳ）＋［Ｏ］ ・・・(1) 一方、炭化水素ガスは約 300℃で完全に分解して水素ガ
スを発生する。炭化水素ガスの分解反応は下記の (2)式
で表わされる。
【００１４】 Ｃn Ｈm →ｎＣ＋ｍ／２Ｈ2 ・・・(2) 炭化水素ガスの分解によって発生した水素ガスは、雰囲
気ガス中の酸素あるいは溶融鉄合金６中の酸素と反応し
て系内を還元性雰囲気にするので、脱硫反応が促進され
る。水素ガスと酸素との反応は、下記の (3)式および
(4)式で表わされる。
【００１５】 １／２Ｏ2 ＋Ｈ2 →Ｈ2 Ｏ ・・・(3) ［Ｏ］＋Ｈ2 →Ｈ2 Ｏ ・・・(4) 攪拌装置１を用いて溶融鉄合金６を機械的に攪拌する
と、図１中に矢印で示したように、溶融鉄合金６の流動
が生じる。この流動によって溶融鉄合金６の浴面上から
投入した脱硫剤４が溶融鉄合金６中に巻き込まれ、溶融
鉄合金６内を循環するので、脱硫剤を単に吹き込んだ場
合に比べて反応効率が高い。
【００１６】また溶融鉄合金６の流動によってその浴面
が常に更新されるので、炭化水素ガスを含むガスを浴面
に吹き付けたり、または炭化水素ガスを発生する物質を
浴面に添加して、溶融鉄合金６の浴面を炭化水素ガスに
よって実質的に覆うようにすると、溶融鉄合金６の浴面
の炭化水素による還元反応が促進され、脱硫剤の反応効
率が向上する。
【００１７】溶融鉄合金６の浴面に吹き付ける炭化水素
ガスを含むガスは、特定の種類に限定されない。プロパ
ンガスやメタンガス等を含むガスであれば良いが、製鉄
所のコークス炉で石炭を乾留する時に発生するコークス
炉ガスを使用するのが望ましい。コークス炉ガスには、
主成分としてＨ2 やＣＨ4 が多量に含まれるからであ
る。
【００１８】溶融鉄合金６の浴面に添加する炭化水素ガ
スを発生する物質は、特定の種類に限定されない。溶融
鉄合金６の温度で炭化水素ガスを発生する物質であれば
良いが、石炭を使用するのが望ましい。石炭はＣ，Ｈか
らなる揮発分を10〜40wt％含有している。この揮発分は
約 800℃で完全に揮発するため、石炭を溶融鉄合金６の
浴面に添加すると、揮発分が蒸発してコークス炉ガスと
同様の成分のガスを発生する。したがって石炭を溶融鉄
合金６の浴面に添加すると、コークス炉ガスを溶融鉄合
金６の浴面に吹き付ける場合と同様の効果が得られる。
【００１９】環境保護の観点から、産業廃棄物や都市ご
み等を熱処理または乾留処理して製造される炭素を主体
とする物質を、炭化水素ガスを発生する物質として使用
しても良い。この物質は炭素含有量が約50wt％であり、
石炭と同様の揮発分を含んでいるので、石炭と同様の効
果が得られる。また重油も高温で炭化水素ガスを発生す
るので、炭化水素ガスを発生する物質として使用でき
る。
【００２０】なお本発明における溶融鉄合金６は、溶銑
のみならず、溶融クロム銑等の高炭素含有鉄合金や溶
鋼、溶融純鉄等も対象とする。
【００２１】
【実施例】表１に示した物質の乾留実験を行ない、各物
質からの炭化水素ガスの発生量を調査した。その結果を
表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】容器５として容量 300トンの溶銑鍋を用い
て、溶銑の脱硫処理を行なった。攪拌装置１として、回
転式の攪拌装置を溶銑鍋の中心に配設した。脱硫処理の
条件を表２に示す。各物質の添加速度は、表１に示した
炭化水素ガス発生量を考慮して、溶銑１トンあたり炭化
水素ガスの添加量が10Ｎｌ／分となるようにした。たと
えばコークス炉ガスを浴面に吹き付ける場合は、吹き付
け速度4300Ｎｌ／分，炭化水素ガス発生量 70vol％，溶
銑 300トンであるから、溶銑１トンあたり炭化水素ガス
の吹き付け量は 4300Ｎｌ／分 × 0.7 ÷ 300 ＝ 10Ｎｌ／分 である。
【００２４】
【表２】
【００２５】炭化水素ガスを含むガス７を溶銑の浴面に
吹き付ける際のランス２の先端の位置は、溶銑鍋の中心
から水平方向に150mm または1500mm、静止状態の浴面か
ら高さ150mm または2000mmの組み合わせで４ケ所とし
た。炭化水素ガスを発生する物質を添加する溶銑の浴面
上の位置は、溶銑鍋の中心から水平方向に150mm または
1500mmの２ケ所とした。それらをまとめて表３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】表２に示した条件で溶銑の脱硫処理を行な
い、脱硫処理の前後の溶銑中の硫黄含有量を調査した。
コークス炉ガスまたはプロパンガスの浴面吹き付けの場
合はランス２の先端の位置を表３に示した４ケ所（すな
わちＡ〜Ｄ）とし、重油、石炭または都市ごみの乾留物
の浴面添加の場合は添加位置を表３に示した２ケ所（す
なわちＥ，Ｆ）とした。
【００２８】また比較例として、炭化水素ガスを添加せ
ずに脱硫処理を行ない、脱硫処理の前後の溶銑中の硫黄
含有量を調査した。その結果を表４に示す。
【００２９】
【表４】
【００３０】コークス炉ガスあるいはプロパンガスを浴
面に吹き付ける場合は、溶銑鍋の中心に近く、浴面に近
い方が脱硫効果が大きい。重油等の液体または石炭等の
固体を浴面に添加する場合は、溶銑鍋の中心に近い方が
脱硫効果が大きい。つまり攪拌装置１の羽根を回転させ
ることによって、溶銑は浴表面で容器５の中心方向へ流
れ、容器５の中心部で浴内方向へ流れる。炭化水素ガス
を含むガス７を容器５の中心に近い浴面に吹き付ける
か、または炭化水素ガスを発生する物質を容器５の中心
に近い浴面に添加すると、炭化水素ガスが実質的に浴面
を覆うようになる。その結果、脱硫反応が促進される。
【００３１】次に、脱硫効果が最も大きい添加位置Ａお
よびＥにおいて、炭化水素ガス量を変化させて、脱硫速
度定数Ｋとの関係を調査した。その結果を図２に示す。
図２の横軸は溶銑１トンあたりの炭化水素ガス量であ
る。つまり炭化水素ガスを含むガスを吹き付ける場合は
ガス中に含まれる炭化水素ガス量を溶銑１トンあたりの
量に換算し、炭化水素ガスを発生する物質を添加する場
合は発生する炭化水素ガス量を溶銑１トンあたりの量に
換算してグラフに示した。
【００３２】縦軸の脱硫速度定数Ｋは下記の (5)式で表
わされる。 Ｋ（分-1）＝−ln（［Ｓ］f ／［Ｓ］i ）／ｔf ・・・(5) ［Ｓ］f ：脱硫処理後のＳ含有量（wt％） ［Ｓ］i ：脱硫処理前のＳ含有量（wt％） ｔf ：処理時間（分） 図２から明らかなように、炭化水素ガスを含むガスある
いは炭化水素ガスを発生する物質の種類に関わらず、溶
銑１トンあたりの炭化水素ガス量が３Ｎｌ／分以上で脱
硫速度が向上する。したがって炭化水素ガス量は、溶銑
１トンあたり３Ｎｌ／分以上が望ましい。
【００３３】さらに、コークス炉ガスを溶銑浴面に吹き
付けた場合および石炭を溶銑浴面に添加した場合につい
て、雰囲気ガス中の酸素濃度と溶銑中の酸素分圧を、酸
素センサーを用いて測定した。その結果を表５に示す。
【００３４】
【表５】
【００３５】コークス炉ガスの浴面吹き付けと石炭の浴
面添加では、雰囲気ガス中の酸素濃度および溶銑中の酸
素分圧が、ともに比較例より低くなっている。つまり炭
化水素ガスを使用することによって脱硫効率が向上し、
溶銑中に残存する硫黄を低減できる。これは溶銑と脱硫
剤との反応界面において酸素分圧が低下し、脱硫反応が
促進されたためである。
【００３６】脱硫処理中に溶銑の飛散や突沸等の操業上
の問題は発生しなかった。なおここでは溶銑の脱硫処理
について説明したが、本発明は溶銑のみならず、溶融ク
ロム銑等の高炭素含有鉄合金や溶鋼、溶融純鉄等の脱硫
処理にも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】本発明では、溶融鉄合金の脱硫処理にお
いて脱硫効率が向上し、低硫鋼等の硫黄含有量の少ない
鉄合金の生産性向上，スラグ発生量の低減，脱硫処理コ
ストの低減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱硫方法を適用する装置の要部を示す
断面図である。
【図２】溶銑１トンあたりの炭化水素ガス量と脱硫速度
との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 攪拌装置 ２ ランス ３ フード ４ 脱硫剤 ５ 容器 ６ 溶融鉄合金 ７ ガス
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆターム(参考） 4K014 AA02 AB00 AB02 AB03 AB21 AC08 AC11 AC17 AD01 AD23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器内に保持した溶融鉄合金の浴面上か
    ら前記溶融鉄合金に脱硫剤を投入すると共に前記溶融鉄
    合金を攪拌する前記溶融鉄合金の脱硫方法において、炭
    化水素ガスを含むガスを前記溶融鉄合金の浴面に吹き付
    けるか、または炭化水素ガスを発生する物質を前記溶融
    鉄合金の浴面に添加することを特徴とする溶融鉄合金の
    脱硫方法。
  2. 【請求項２】 前記炭化水素ガスを含むガスを、炭化水
    素ガス量に換算して前記溶融鉄合金１トンあたり３Ｎｌ
    ／分以上となるように吹き付けることを特徴とする請求
    項１に記載の溶融鉄合金の脱硫方法。
  3. 【請求項３】 前記炭化水素ガスを含むガスがコークス
    炉ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載
    の溶融鉄合金の脱硫方法。
  4. 【請求項４】 前記炭化水素ガスを発生する物質が重油
    または石炭であることを特徴とする請求項１に記載の溶
    融鉄合金の脱硫方法。
  5. 【請求項５】 前記炭化水素ガスを発生する物質が、廃
    棄物の熱処理または乾留処理によって製造される炭素を
    主体とする物質であることを特徴とする請求項１に記載
    の溶融鉄合金の脱硫方法。
  6. 【請求項６】 前記炭化水素ガスを発生する物質を、炭
    化水素ガス量に換算して前記溶融鉄合金１トンあたり３
    Ｎｌ／分以上の前記炭化水素ガスが発生するように添加
    することを特徴とする請求項１、４または５に記載の溶
    融鉄合金の脱硫方法。
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