JPH10317037A

JPH10317037A - 溶湯攪拌方法および装置

Info

Publication number: JPH10317037A
Application number: JP12888597A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nakano; 敏彦中野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳鉄溶湯に比重の小さな脱硫剤を添加し、溶
湯の中央で攪拌翼を回転して行う脱硫処理等において、
添加剤が湯面に浮遊して周壁側に偏在する状態を生じさ
せず、反応処理効率を向上し得る溶湯攪拌方法および装
置を提供する。【解決手段】攪拌翼２における回転軸心から径方向に
突出する翼部６を、その径方向の寸法が取鍋３の内径の
１／３以上となるように形成し、かつ、湯面４ｂに盛り
上がりを生じて取鍋３の周壁側から中央側に向かう溶湯
流れＹｂが形成されるように、翼部６の浸漬深さを定め
て溶湯４中に没入させ、攪拌翼２を回転駆動する。これ
により、湯面４ｂに浮遊する比重の小さな脱硫剤７など
も溶湯４中に巻き込まれて溶湯の攪拌が行われ、反応処
理効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば溶融した鉄
類または鉄合金の脱硫や加炭などの処理を行うに際して
利用される溶湯攪拌方法および装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】製銑・製鋼などに際し、例えば脱硫や加
炭処理に、インペラーによる攪拌法が従来より採用さ
れ、このような処理を行うための装置の一例が特公昭42
-12343号公報に記載されている。その装置は、図４に示
すように、モータ31によって駆動される回転軸32の下端
に攪拌翼（インペラー）33が設けられ、これらは昇降用
モータ34によって上下動されるように構成されている。
なお、図示の攪拌翼33は、径方向に突出する翼部33ａを
十字状に備えた４枚羽根構造で形成されている。

【０００３】この装置で、取鍋35中の例えば鋳鉄溶湯36
の脱硫を行う場合、溶湯36に石灰やソーダ灰等の脱硫剤
37を添加し、溶湯36の中央に攪拌翼33を上方から浸漬さ
せてこれを回転する操作が行われる。このとき、上記の
ような脱硫剤37は比重が２〜３と軽いために溶湯36の湯
面に浮いた状態となる。そこで上記装置では、翼部33ａ
を、その径方向外方端の回転軌跡の直径、いわゆる代表
径ｄが取鍋35の内径の1/10〜1/3 となるように形成し、
この小型の攪拌翼33が溶湯36の湯面中央部で150 〜300
r.p.mの高速度で回転される。これにより、溶湯36の湯
面には、その中央部に局所的なくぼみを伴う渦流が形成
される。この渦流へ脱硫剤37を巻き込ませることによっ
て、脱硫剤37と溶湯36との接触面積を大きくし、脱硫効
率を向上するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の溶湯攪拌装置においては、湯面中央部から離れ
た領域で浮遊する脱硫剤37が、湯面上を次第に外側へと
押しやられ、取鍋35の周壁側に偏在した状態となり易
い。つまり、中央部から離れた領域の溶湯36は、全体的
にゆるやかに取鍋35内を周方向に回転する程度で、その
湯面はほぼ水平状態で維持される。このため、この領域
で湯面に浮遊する脱硫剤37は、溶湯36の回転流れに乗っ
て湯面上を回転し、この回転動作に伴う遠心力によって
次第に外側へと押しやられることになる。

【０００５】特に、攪拌翼33の回転を開始し、その回転
速度が所定の高速回転に達して前記の渦流が形成される
ようになるまでの間で、湯面の中央側に浮遊していた脱
硫剤37も、その大半が上記同様に外側に押しやられてし
まう。この結果、渦流が形成された後でも多くの脱硫剤
37が取鍋35の周壁側に偏在したままで処理が継続される
ことになるため、充分な脱硫効率が得られないという問
題を生じている。

【０００６】本発明は、上記した問題点に鑑みなされた
ものであって、その目的は、金属溶湯に添加される脱硫
剤などの比重の小さな反応剤と溶湯との反応処理効率を
向上し得ると共に、処理コストをより安価なものとする
ことが可能な溶湯攪拌方法および装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の溶湯攪拌方法は、溶湯鍋に収容された金属
溶湯中に攪拌翼を上方より浸漬させてほぼ鉛直方向の軸
心回りに回転することにより溶湯を攪拌する溶湯攪拌方
法であって、上記攪拌翼における軸心から径方向に突出
する翼部を、その径方向外方端の回転軌跡の直径が溶湯
鍋の内径の1/3以上となるように形成し、この翼部を溶
湯中に没入させると共に、湯面に盛り上がりを生じて溶
湯鍋の周壁側から中央に向かう溶湯流れが湯面側に形成
されるように上記翼部の浸漬深さを定めて攪拌翼を回転
することを特徴とする。

【０００８】このような攪拌方法によれば、攪拌翼の回
転に伴って金属溶湯は全体的に溶湯鍋内を周方向に流動
するが、このときの縦断面での流動状態を想定すると、
回転する翼部によって径方向外方へと押し出された溶湯
は、溶湯鍋の内壁に当たって上下方向に流れを変える。
そして、上方向に向かった溶湯は、湯面に沿って外方か
ら中央部に向かい、翼部に吸引される。すなわち、翼部
が溶湯中に没入されて回転されることにより、翼部と湯
面との間の領域に、上記のように循環する溶湯の流動経
路が形成される。

【０００９】このとき、上記の翼部は、その径方向外方
端の回転軌跡の直径が溶湯鍋の内径の1/3 以上となるよ
うに形成されており、これによって、翼部から径方向外
方へと押し出された溶湯が溶湯鍋の内壁に達するまでの
距離が短かく、溶湯鍋の内壁に沿って上方向へ向かうと
きの流動速度が大きくなる。そして、この溶湯の上向き
の慣性力により、自重に抗する湯面の盛り上がりが生じ
るように、翼部の浸漬深さを定めて攪拌翼の回転操作が
行われる。

【００１０】したがって、例えば鋳鉄溶湯に比重の小さ
な脱硫剤を添加して脱硫処理等を行う場合でも、湯面上
の脱硫剤の外方への移動は湯面の盛り上がりによって阻
止され、しかも、湯面側の溶湯は外方から中央部へ向か
って流動しているので、脱硫剤はこの流れに乗って外方
から中央部へと移動し、翼部の回転に伴って生じる中央
の渦流に溶湯と共に巻き込まれる。

【００１１】この結果、溶湯鍋の周壁側の湯面上に脱硫
剤が偏在する状態は生じず、殆どの脱硫剤が溶湯と共に
流動するので、処理効率が向上する。本発明の溶湯攪拌
装置は、溶湯鍋に収容された金属溶湯中に上方より浸漬
されてほぼ鉛直方向の軸心回りに回転される攪拌翼を備
える溶湯攪拌装置であって、上記攪拌翼に、径方向外方
端の回転軌跡の直径が溶湯鍋の内径の1/3 以上となるよ
うに径方向に突出する翼部が設けられ、かつ、該翼部
に、回転に伴って溶湯を斜め上方へと押動すべく鉛直方
向に交差する傾斜面が設けられていることを特徴とする
ものである。

【００１２】すなわち、上記装置においては、翼部の回
転に伴って中央側から径方向外方に押し出される溶湯に
は、傾斜面によってその流動方向に上方向の成分が付与
され、したがって、溶湯鍋の内壁に沿って上方向へ向か
うときの流動速度が大きくなる。この結果、例えば、攪
拌翼の回転数をより低くしても、湯面側での盛り上がり
を生じさせた流動状態とすることができ、これによっ
て、例えば溶湯中で回転させる攪拌翼の損耗量がより小
さくなってその寿命が向上するので、全体的な処理コス
トをより安価なものとするとができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態につい
て、図１および図２を参照して説明する。本実施形態に
係る溶湯攪拌装置は、図１に示すように、鉛直方向に沿
って上方から垂下する回転軸１と、この回転軸１の下端
に固定された攪拌翼２とを備えている。回転軸１の上方
には、図示してはいないが、これを回転駆動する回転駆
動機構と、上下に昇降させる昇降機構とが設けられてい
る。取鍋（溶湯鍋）３に所定量収容された鋳鉄溶湯４の
例えば脱硫処理を行う場合、回転軸１の下方に移動され
てきた取鍋３内へと攪拌翼２が回転軸１と共に下降され
る。

【００１４】攪拌翼２は、鋼材を芯金としてSiO₂やAl₂O
₃系の耐火材で形成され、回転軸１の下端に同軸状に連
なるように形成されたやや径大な円柱状の軸部５と、こ
の軸部５の下端に垂下状に連設された翼部６とを設けて
構成されている。この翼部６は、図２に示すように、水
平方向に直線状に延びる断面四角形の形状を有し、その
上面6aにおける長手方向Ｌの中央位置に、上記の軸部５
が連設されている。したがって、この翼部６は、軸部５
の中心を通る軸（回転軸心）から両側に各々突出する二
枚の羽根を構成している。

【００１５】上記翼部６は、長手方向Ｌに直交する断面
形状が、その上辺よりも下辺の長さが長くかつ左右対称
な台形状となるように形成されている。したがって、長
手方向Ｌに沿う側面6b（以下、翼面という）は、鉛直方
向に対して交差する傾斜面となっている。また、長手方
向Ｌに平行な断面形状も、上記同様に台形状に形成さ
れ、したがって、長手方向Ｌに交差する側面6c（以下、
端面という）も、鉛直方向に対して交差する傾斜面とな
っている。

【００１６】このような形状の翼部６の具体的な寸法を
例示すれば、以下のようである。まず、翼面6bにおい
て、その上辺の長さＡは、前記した取鍋３の内径、詳し
くは、所定量の溶湯４の湯面にほぼ相当する高さでの内
径（例えば800 mm）に対し、その1/3 以上、4/5 未満に
設定されている。そして、翼面6bの下辺の長さＢは、Ａ
＋（20〜200)mmに設定されている。一方、端面6cにおけ
る上辺の長さＣは前記軸部５の直径と同寸で、70〜150
mmである。また、下辺の長さＤは、Ｃ＋（20〜200)mmで
ある。そして、翼面6bにおける左右の辺と下辺とのなす
角α、および、端面6cにおける左右の辺と下辺とのなす
角βは、それぞれ40〜80度に設定されている。また、翼
部６の高さ寸法Ｅ、および軸部５の軸方向長Ｆは、それ
ぞれ 100〜300mm である。

【００１７】上記構成の溶湯攪拌装置を用いて鋳鉄溶湯
４の脱硫処理を行う場合、図１に示すように、取鍋３内
の溶湯４に例えばソーダ灰やCaC₂、CaＯなどの脱硫剤７
を所定量添加し、その後、回転軸１を下降させ、翼部６
を溶湯４中に没入させる。そして、溶湯４の湯面（詳し
くは、図中破線で示すように、攪拌翼２を回転する前の
水平状態の湯面）4aから、翼部６の上面6aまでの距離
が、100 〜200 mmとなるように、翼部６の浸漬深さを定
めて下降操作を停止する。この状態で、回転軸１を 100
〜200r.p.mの回転速度で５〜10分間回転させる。

【００１８】この回転操作により、溶湯４の全体に、翼
部６の回転に伴う周方向の回転流れが生じる。さらに、
図１に示す縦断面では、翼部６の上面6aおよび下面6d間
の高さ領域において、溶湯４は翼部６によって径方向外
側に押し出される。特に、本実施形態では、翼面6bが前
記したように傾斜面であることにより、図中矢印Yaで示
すように、上向き方向の速度成分を伴って外側に向かっ
て押し出される。そして、この溶湯４は取鍋３の内壁に
当たり、この内壁に沿って上方に向かう流れとなる。

【００１９】一方、翼部６は溶湯４中に没入した状態で
回転していることから、この翼部６よりも上方に、翼部
６からの径方向外方への押動力が作用しない領域が存在
し、この領域における中央部側では、その下側で翼部６
により外方に押し出された溶湯４を補うべく、翼部６の
回転領域に引き込まれるような流動が生じて渦流が形成
される。

【００２０】この結果、前記のように取鍋３の周壁に沿
って上方へと流動する溶湯４は、翼部６よりも上方の湯
面側の領域で、図中矢印Ybで示すように、取鍋３の周壁
側から中央部へと向かう流動状態となる。こうして、湯
面から翼部６までの深さ領域の溶湯４に、矢印Ya・Ybに
沿ったループ状の流動経路が形成される。このとき、上
記翼部６は、径方向の長さ寸法が取鍋３の内径の1/3 以
上としているので、翼部６によって径方向外方に押し出
された溶湯４が取鍋３の内壁に達するまでの距離が短
く、また、翼部６における傾斜した翼面6bによって上方
に向かう速度成分が付与されて押し出されるので、取鍋
３の内壁に沿って上方に向かうときの流動速度が大きな
ものとなっている。

【００２１】さらに、取鍋３の内周面は全体的に上広が
りのテーパ状に形成されているが、翼部６の下面6dにほ
ぼ相当する高さ位置に、その上下のテーパ角よりも大き
く傾斜させた上方案内面3aが設けられている。したがっ
て、翼部６から径方向外方に押し出された溶湯４は、こ
の上方案内面3aによって、流れ方向が上向きに変化する
際の速度の低下が極力抑えられ、上方に向かう流動速度
がより高速で維持される。

【００２２】これらの結果、上方に向かう溶湯４の慣性
力がその自重に抗して図中破線で示す前記の湯面4aを越
えるまで持続し、これによって、溶湯４は、図示するよ
うな盛り上がりを生じた湯面4bを形成して、前記した流
動経路を循環する。したがって、湯面4b上に浮遊する脱
硫剤７は、全体的に周方向に回転する溶湯４の流れに乗
って周方向に回転するとしても、この回転に伴う遠心力
の作用による外方への移動は、湯面4bの盛り上がりによ
って阻止される。しかも、湯面4b側の溶湯４は、攪拌翼
２の回転方向に沿って全体的に周方向に回転しながら、
外方から中央部へ向かって流動しているので、この流れ
に乗って、脱硫剤７は外方から中央へと移動し、中央の
渦流に溶湯４と共に巻き込まれていくことになる。

【００２３】これにより、取鍋３の周壁側に脱硫剤７が
浮遊して偏在する状態が生じることはなく、殆どの脱硫
剤７が溶湯４中に巻き込まれて流動するので、溶湯４と
脱硫剤７との反応が速やかに進行し、この結果、より短
時間で効率的な脱硫処理が行われる。実際に、上記装置
で、例えば 0.060％の硫黄（Ｓ）を含有する鋳鉄溶湯
に、CaC₂から成る脱硫剤を0.８％添加し、攪拌翼２の７
分間の回転駆動で、Ｓの含有量が0.006 ％まで低下した
処理結果が得られている。

【００２４】以上の説明のように、本実施形態では、湯
面4bに盛り上がりを生じた状態の溶湯４の流動を生じさ
せて攪拌することにより、殆どの脱硫剤７が溶湯４中に
巻き込まれ、これにより、効率的な脱硫処理を行うこと
が可能となっている。特に本実施形態では、翼部６の回
転に伴って中央側から径方向外方に押し出される溶湯４
に、傾斜した翼面6bによって上方向の速度成分が付与さ
れ、また、取鍋３における前記上方案内面3aによって、
周壁側での上向き方向への流れ方向の変化時にも速度の
低下が極力抑えられるように構成されているので、例え
ば攪拌翼２の回転数をそれほど大きくしなくとも、湯面
の盛り上がりがより確実に生じた状態とすることができ
る。この結果、溶湯４中での回転に伴う攪拌翼２の損耗
量が低減しその寿命が向上するので、全体的な処理コス
トをより安価なものとすることができる。

【００２５】また本実施形態では、翼部６の全体を溶湯
４中に完全に没入した状態で回転を開始するので、回転
開始時における溶湯の静止状態から急激な流動状態への
変化は、溶湯の内部で生じる。これにより、回転開始時
に溶湯４が液面4aから跳ね上がって飛散することが回避
される。さらに、前記した耐火材を用いて形成される翼
部６は、各側面6b・6cを傾斜面として全体的には真直状
の簡単な形状であるので、その製作が容易であると共
に、割れや欠けが生じにくく、これによっても、より長
寿命の特性を備えた攪拌翼２とすることができる。

【００２６】図３には、本発明の他の実施形態における
攪拌翼２を示している。この攪拌翼２は、前記実施形態
同様に、水平方向に直線状に延びる真直部11の上面中央
に軸部５を連設した二枚羽根構造を有しているが、上記
真直部11の両側に、この真直部11とは平面視でく字状と
なるように所定の角度方向に延出されたく字状端部12・
12を設けて構成されている。これら真直部11やく字状端
部12・12における各垂直方向に沿う側面も、それぞれ傾
斜面として形成されている。その他の構成は、図１を参
照して説明した前記実施形態と同様であるので、同一番
号を付して説明を省略する。

【００２７】本実施形態における攪拌翼２の具体的な形
状寸法を例示すれば、長手方向Ｌにおける両く字状端部
12・12の最外方点間の寸法Ｈが、前記の取鍋３内径（例
えば800mm)の1/3 〜4/5 であり、真直部11における上辺
の長さＧがＨ−(100〜200)mmである。また、長手方向に
直交する方向の寸法は、真直部11における上面での幅寸
法Ｃが70〜 150mm、両く字状端部12・12における幅方向
の最外方点間の寸法ＩがＣ＋(100〜200)mmである。ま
た、真直部11やく字状端部12・12の各側面の傾斜角α・
βは、それぞれ40〜80度の範囲に設定され、また、真直
部11とく字状端部12とのなす角γは、95〜 135度に設定
されている。また、翼部６の高さ寸法Ｅ、および軸部５
の軸方向長Ｆは、それぞれ 100〜300 mmである。

【００２８】上記形状の攪拌翼２を、前記実施形態同様
に、取鍋３の溶湯４中に浸漬させて回転することによ
り、湯面に盛り上がりが生じるような溶湯４の流動状態
を生じさせて脱硫処理等を行う。この場合、前記したく
字状端部12・12が設けられていることにより、翼部６の
回転に伴って中央側から取鍋３の周壁側に押し出される
溶湯４には、より大きな上向きの速度成分が付与される
ことになる。

【００２９】すなわち、翼部６の回転に伴い、図３に破
線矢印で示すように、中央部側の溶湯４は、真直部11で
の傾斜した翼面11ａに沿って上方向の速度成分が付与さ
れながら径方向外方に流動するが、く字状端部12の傾斜
面12ａに達すると、径方向外方に向かう方向の流動が堰
き止められ、その分、このく字状端部12の傾斜面12ａに
よって、さらに上向き方向の速度成分が増大せしめられ
て、取鍋の周壁側に押し出される。

【００３０】このように、この実施形態においては、翼
部６によって溶湯４にさらに大きな上向きの速度成分が
付与される結果、攪拌翼２の回転速度をより低速として
も、前記したような湯面4bの盛り上がりを生じさせた溶
湯の流動状態をさらに確実に形成することが可能にな
る。これにより、脱硫処理効率をさらに向上することが
でき、また、溶湯中で回転させる攪拌翼２の損耗度合い
が低減されて寿命が向上する。

【００３１】なお、上記した各実施形態は本発明を限定
するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能
である。例えば上記では、いわゆる二枚羽根構造の翼部
６を有する攪拌翼２を例に挙げて説明したが、例えば４
枚羽根構造などのその他の構成とすることが可能であ
る。また、上記各実施形態では、翼部６の側面の全てを
傾斜面として形成したが、回転に伴って溶湯４を押動す
る側の面のみを傾斜面とし、その他の面は例えば鉛直面
とした形状などの構成とすることができる。

【００３２】さらに、本発明の請求項１記載の範囲にお
いては、溶湯４を押動する側の面も鉛直面とした平板状
の翼部構成とすることも可能である。この場合も、例え
ば前記したテーパ状内壁面を有する取鍋等との組み合わ
せで、翼部の回転によって径方向外方に押し出された溶
湯に、上方に向かう速度成分を充分に付与し、これによ
って、湯面に盛り上がりを生じるような溶湯の流動状態
を形成することで、脱硫処理などにおける反応処理効率
を向上することができる。

【００３３】また、上記各実施形態では、鋳鉄溶湯の脱
硫処理を例に挙げて説明したが、例えば加炭処理や、さ
らに、鉄系金属以外の金属溶湯に比重の軽い反応剤を添
加して行うその他の精錬処理などに本発明の溶湯攪拌方
法および装置を適用することが可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、攪拌
翼の翼部が、その径方向外方端の回転軌跡の直径を溶湯
鍋の内径の1/3 以上にして形成され、この攪拌翼を用い
て、溶湯の湯面に盛り上がりを生じさせ、かつ、外方か
ら中央に向かう溶湯の流動状態を形成して溶湯の攪拌を
行う。これにより、例えば鋳鉄溶湯に比重の小さな脱硫
剤を添加して脱硫処理を行う場合でも、溶湯鍋の周壁側
に脱硫剤が浮遊して偏在する状態が解消され、殆どの脱
硫剤を溶湯と共に流動させることができるので、処理効
率が向上する。

【００３５】また、上記攪拌翼の翼部に、回転に伴って
溶湯を斜め上方へと押動すべく鉛直方向に交差する傾斜
面が設けられていると、攪拌翼の回転数をそれほど大き
くしなくとも、湯面側での盛り上がりがより確実に生じ
た状態とすることができる。これによって、溶湯中で回
転する攪拌翼の損耗量が低減し、その寿命を向上するこ
とができるので、脱硫処理等における全体的な処理コス
トをより安価なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る溶湯攪拌装置での攪
拌状態を示す要部縦断面模式図である。

【図２】上記溶湯攪拌装置における攪拌翼の斜視図であ
る。

【図３】本発明の他の実施形態に係る溶湯攪拌装置にお
ける攪拌翼の斜視図である。

【図４】従来の溶湯攪拌装置の全体構成を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１回転軸２攪拌翼３取鍋（溶湯鍋）４溶湯 4a・4b 湯面５軸部６翼部 6b 翼面（傾斜面）７脱硫剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯鍋に収容された金属溶湯中に攪拌翼
を上方より浸漬させてほぼ鉛直方向の軸心回りに回転す
ることにより溶湯を攪拌する溶湯攪拌方法であって、上記攪拌翼における軸心から径方向に突出する翼部を、
その径方向外方端の回転軌跡の直径が溶湯鍋の内径の1/
3 以上となるように形成し、この翼部を溶湯中に没入さ
せると共に、湯面に盛り上がりを生じて溶湯鍋の周壁側
から中央に向かう溶湯流れが湯面側に形成されるように
上記翼部の浸漬深さを定めて攪拌翼を回転することを特
徴とする溶湯攪拌方法。
【請求項２】溶湯鍋に収容された金属溶湯中に上方よ
り浸漬されてほぼ鉛直方向の軸心回りに回転される攪拌
翼を備える溶湯攪拌装置であって、上記攪拌翼に、径方向外方端の回転軌跡の直径が溶湯鍋
の内径の1/3 以上となるように径方向に突出する翼部が
設けられ、かつ、該翼部に、回転に伴って溶湯を斜め上
方へと押動すべく鉛直方向に交差する傾斜面が設けられ
ていることを特徴とする溶湯攪拌装置。