JPS62280574A - 溶融金属の精錬容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 溶融金属の炉外精錬用の容器に関し、とくに精錬フラッ
クスと溶融金属の接触混合を促進して、迅速にしかも高
純度域までに至る金属中不純物元素の低減を実現するこ
とができる電磁力を応用した溶融金属の精錬に、を利に
適合する精錬用容器を提供しようとするものである。

金属材料の清浄度向上や不純物濃度低減の要求が強く、
例えば転炉等の１次精錬炉から出鋼された溶銅をさらに
石灰等の精錬フラックスを用いて精錬する炉外精錬が行
われている。炉外精錬では溶鋼とそれに添加されたフラ
ックスとの接触を高めるために、容器内の溶鋼中に攪拌
用ガス（以下単にガスと称す）を吹込んで攪拌すること
が一般に行われている。しかしながらガス攪拌の場合攪
拌力を増大させようとすると、気泡が溶鋼から離脱する
際のスプラッシュが大きくなり溶鋼が精錬容器外へ噴出
して、歩留りが低下し、はなはだしい場合は操業困難と
なる問題があった。

これに対して電磁力投入により溶融金属を攪拌する方法
は、気泡によるスプラッシュの問題を回避した大攪拌力
投入が可能な利点があり、最近各種プロセスに利用され
ている。

（従来の技術） 電磁力による撹拌力をフラックスと溶融金属の接触、混
合に利用することは特公昭５９−２９０８３号公報にて
、溶融金属に回転磁界による水平回転流を生じさせ、そ
の際に形成される溶融金属表面の冨み部にフラックスを
投入する方法が開示されている。

また同号証には溶融金属に対し比重の小さい精錬フラッ
クスを溶融金属中に巻込ませて、精錬フラツクスと溶融
金属との反応界面積を増して反応速度を速めるため、精
錬容器内面に設けた耐火物製の突出部（以下じゃま板と
いう）又はガスジェットにより、溶融金属流の一部の向
きを上下方向に転換する操作についての記載がある。

ところで工業的規模での溶融金属の精錬容器としては数
トン−数百トンの溶融金属を保持しうるものが一般的に
用いられ、このような容器に耐火物性のじゃま板を設け
ると、スポーリングや溶融金属流による損耗等が生じる
ために、じゃま板の寿命は１〜２ヒ一ト程度で耐火物コ
ストが著るしく増大する問題がある。

一方、ガスジェットを用いて溶融金属流の方向を転換す
る場合、ガス吹込み流量は厖大で、したがって精錬コス
トが著るしく増大し、実際的ではない。

（発明が解決しようとする問題点） そこで回転磁界を用いて、溶融金属を攪拌精錬する際に
、寿命の短かいじゃま板を用いたり、大２ｉｔｌのガス
吹込みを行うことなく、精錬フラツクスの利用効率を高
め、精錬反応速度を増大し、より短時間でかつ少ないフ
ラックス原単位で精錬を行うことが可能な精錬容器の提
供が、この発明の目的である。

（問題点を解決するための手段） 上述のように、回転磁界を用いて、容器内の溶融金属に
水平回転流を与えて精錬する際に、精錬フラックスを溶
融金属中に巻き込ませるには、何らかの方法で溶融金属
中に上下方向の流れを生ぜしめれば良い。

発明者らは上下方向の溶融金属の流れを作り出すための
障害物の形成をじゃま板のように突起させるのではなく
、容器の内壁面の形状を変化させることによって、とり
わけ耐火物施工上の容易さを考慮して、容器の内壁面の
一部を平面とすることによって達成できることを見出し
た。

すなわちこの発明は、溶融金属を収容する容器の外周に
回転磁界発生装置を配設し、該回転磁界発生装置により
容器内の熔融金属に水平回転力を付与する精錬容器にお
いて、上記容器の内径の１７５以上にわたる幅の平面壁
を、容器の内周壁に少なくとも１箇所は設けることを特
徴とする溶融金属の精錬容器である。

またこの発明に用いて好適な精錬容器を、第１図ないし
第３図に示す。

この精錬容器は、鉄皮１で囲った耐火物２よりなる取鍋
３の内周壁に耐火物製の平面壁４を設けてなる。平面壁
４は取鍋３の内径の１７５以上の幅を備え、第１図では
１箇所、第２図では２箇所、第３図では３箇所にそれぞ
れ設けた例を示した。

なお５は回転磁界発生装置、６は溶鋼、そして７は精錬
フラックスである。

（作　用） 内径２５０酊、深さ５００報の透明アクリルからなる有
底の円筒状容器を用い、蒸溜水を溶融金属、流動パラフ
ィンを精錬フラツクスにそれぞれ見たてて行った水モデ
ル実験について述べる。

蒸溜水１０β、流動パラフィンを３００ｍｆ用い、流動
パラフィンに予め溶解した安息香酸の、流動パラフィン
から蒸溜水への移行速度をスラグ−メタル反応速度を評
価する尺度とした。

なお上記容器の内底部において幅１０個、長さ２０ｃｍ
、厚さ５１のステンレス板製インペラを電動機により水
平回転することによって、蒸溜水に水平回転流を付与し
た。

インペラの回転数は３５０　ｒｐｍとした。これは円筒
状容器での水面の冨み深さが静止浴面高の１７２となる
回転条件であり、富み深さが静止浴面高の１７２をこえ
ると、円筒状容器底部のインペラ近傍で高速回転する水
流域に引き込まれる流動パラフィンが分散、微細滴化す
るので、上記の回転条件とした。

第４図にこの実験に用いた円筒容器内面の平面形状を示
す。図中−〇は平面壁の幅、Ｄｏは容器内直径で、両者
の比Ｗ０／Ｄｏを１／１０．１１５．２１５．３１５゜
４７５の各条件で実験を行った。また比較例として第５
図に示すような容器の内周壁にじゃま板を設けた容器に
ついても同様の実験を行った。この比較例ではじゃま板
の幅、突出し長さ共１／１０Ｄ０としたものを用いた。

安息香酸の移動速度は下記（１）式に示す１次の反応速
度式に従い、物質移動係数ｋ　（ｍｉｎ−’）　は下記
（２）式より求まる。

記 Ｃ −＝−ｋ　　（Ｃ−Ｃｏｏ）　　　　−−−−・−−−
一−−−・−（１）ｔ ここにＣ：水中の安息香酸の平衡濃度 （ｍｏｌｅ／　Ｉｔ　） Ｃ：時刻ｔにおける水中の安息香酸 濃度（ｍｏｌｅム０ ｋ　＝　　　Ｉｌｎ　　（（ＣＣｏｏ　）　／　（Ｃｏ
　−Ｃｏｏ）　）　−（２）ただしＣ０：時刻Ｏにおけ
る水中の安息香酸濃度（ｍｏｌｅム０ 第６図に、物質移動係数にと、比ｗｏ１０ｅの関係を示
す。同図から−。１００　≧１１５で、じゃま板付容器
と同程度以上のｋの値が得られることがわかる。

第７図に平面壁の数ｎとｋの関係を示す。同図から讐。

／Ｄ、が１１５以上ではｎが増すほどｋが増大する結果
となった。

以上の水モデルを用いた実験結果より、円筒形容器内に
おいて水平回転する溶湯と、その上に存在するスラグ間
の物質移動を促進する手段として、円筒形容器内面に、
幅Ｗ０が容器内直径Ｄ０との比讐。１００が１１５以上
となる平面壁を少なくとも１箇所に設けることの有効性
をｆｌＩ　Ｌｍできた。

（実施例） ス１１ロー 先に第１図に示した内径１ｍ、深さ２ｍの取鍋に５トン
の溶鋼（静止溶鋼深さ約Ｌｍ）を収容し、次いで精錬フ
ラックスを添加し、溶鋼に回転磁界発生装置（回転磁界
周波数４Ｈｚ、中心磁束密度６００Ｇａｕｓｓ　）によ
り水平回転力を付与して攪拌し、脱硫精錬を行った。

平面壁の幅は２０ｃｍ　（Ｗｏ／Ｄｏ　＝　１１５　）
であり、耐火物にＭｇＯＣｒｚＣｈ系れんが（以下マグ
クロれんがという）を用いた。

溶鋼の温度は１６５０℃、初期組成は、Ｃ：　０．１０
ｗｔ％、　　Ｓｉ　：　０．２５　ｗｔ　　％、　　Ｍ
ｎ　：　１．３０　ｗｔ　　％、　　Ｐ　　：０．００
５−ｔ％、　　Ｓ　：０．００５　ｗｔ％、　　Ａｊ２
　：０．０４　ｗｔ％であり、フラックスは、５０−ｔ
％　ＣａＯ−５０Ｈｔ、％　Ｃａｂ。

を１０ｋｇ／ｌで添加した。

精錬結果を表１に示す。なお同表中脱硫速度定数ｋｓ　
（ｍｉｎ−’）は脱硫反応速度が、下記（３）式の１次
の速度式に従うものとし下記（４）式より求めた。

記 ｔ 但し〔χＳ〕。ニスラグと平衡する溶鋼中のＳ濃度（ｗ
ｔχ） 但し、本フラックス使用条件下 では〔χＳ）、＝０とみなせる 〔χＳ〕：時刻ｔ　（ｍｉｎ）における溶鋼中のＳ濃度
（ｗｔχ） 嬌−−（６ｎ（χＳ〕　／　〔χＳ）　　、　　）　　
−−−−−−−−−（４）但し〔χＳ〕。：時刻０　（
ｍｉｎ）における溶鋼中Ｓ濃度（ｗｔχ） 処理中の溶融金属表面では第１図中に矢印で示すような
溶融金属の流れが認められ、平面壁および円筒状壁の接
点と回転中心とを結ぶ線の近辺で上下方向の流れを示唆
するような、溶融金属の湧き出しともぐり込みが認めら
れた。

処理時間６分で０．０００４％のｓ　？Ｍ度まで脱硫で
きた。また、処理前後のスラグ分析値からＭｇｏ、　Ｃ
ｒ２０ｎの増加量を求め、これより、処理中の取鍋耐火
物（マグクロれんが）の溶湯量を推算し、表１中に示す
。実施例１での値は２．５　ｋｇ／ヒートであった。

失血■１ 実施例１の取鍋における平面壁を幅４０ｃｍ（Δ。／Ｄ
。

＝２１５）のものに変更し、他は実施例１と同じ条件で
脱硫精錬を行った。表１にその結果を示すように、処理
時間６分で到達５ｆｉｉ度０．０００３％が得られ、ｋ
、　＝０．４１３（ｍｉｎ−’）が得られた。このとき
の耐火物溶損量は３．１　ｋｇ／ヒートであった。また
溶融金属表面において実施例１と同様の溶融金属の流れ
が認められた。

災血炎１ 取鍋の平面壁の幅を６０ｃ＋＋＋　（Ｗｏ／Ｄｏ　＝　
３１５）　、処理時間４分とし、他は実施例１と同様の
条件で脱硫精錬を行った。

表１にその結果を示すように、処理時間４分で到達Ｓ濃
度０．０００３％が得られ、ｋＳ−０，７１（ｍｉｎ−
’）と、実施例１．２よりも短時間で同様の極低Ｓ値が
得られた。耐火物溶損量は、処理時間が短かいため２．
８　ｋｇ／ヒートと、実施例２より少ない値となった。

この実施例においても溶融金属表面において、実施例１
，２と同様の溶融金属の流れが認められた。

スＪＬｆｌ土 第２図に示した平面壁を２ケ所に設けた取鍋を用い、平
面壁の幅をそれぞれ４０ｃｍ　（−６／Ｄ、　＝　２１
５）とし他は実施例３と同様の条件で、脱硫精錬を行っ
た。表１にその結果を示すように、処理時間４分で到達
ｓ　４度０．０００３％、　　ｋ−＝０．７０（ｍｉｎ
−’）が得られ、耐火物溶損量２．９　ｋｇ／ヒートと
実施例３と同様の結果が得られた。

この際、溶融金属表面では、第２図に示したように平面
壁と円筒状壁の接点と回転中心を結ぶ線および、平面壁
同志の接点と回転中心を結ぶ線の近辺で、上下方向の流
れを示唆する溶融金属の湧き出しと、もぐり込みが認め
られた。

大旌拠工 第３図に示した平面壁を３ケ所に設けた取鍋の平面壁を
それぞれ幅４０ｃｍ　（Ｗ、／Ｄｏ　＝　２１５）とし
他は実施例１と同様の条件で脱硫精錬を行った。

表１にその結果を示すように、処理時間４分で到達Ｓ濃
度０．０００２％、　　ｋ−＝０．８１（ｍｉｎ−’）
が得られ、実施例１〜４よりさらに低い到達Ｓ濃度と高
い脱硫速度定数が得られた。耐火物溶損量は、実施例２
と同等であった。

この際、溶融金属表面では第３図に示すように、平面壁
と同筒状壁の接点と回転中心を結ぶ線および、平面壁同
志の接点と回転中心を結ぶ線の近辺で、上下方向の流れ
を示唆する溶融金属の湧き出しともぐり込みが認められ
た。

尖崖開工 実施例４と同様の取鍋を用い、フラックス量を実施例４
の半分の５ｋｇ／ｌ、処理時間を６分として、他は実施
例４と同様の条件で脱硫精錬を行った。その結果を表１
に示すように、到達Ｓ濃度０．０００３％、およびに、
　＝０．４７　（ｍｉｎ−’）が得られ、半分のフラッ
クス原単位でも実施例２，３．および４と同等の到達Ｓ
　Ｒ度が得られた。耐火物溶損量は２．８　ｋｇ／ヒー
トで、実施例３と同等であった。

上記した実施例１〜６のいずれにおいても溶融金属の湧
き出しともぐり込みがみられた。これは溶融金属内部の
状況は見えないが、水モデル実験での観察からフラツク
スが溶融金属中に引き込まれ、微細な滴となるような動
きをしていたものと思われる。

ル較貫よ 第８図に示す平面壁・に替えてじゃま板を設置した取鍋
にて、脱硫精錬を行った。取鍋本体は、実施例１〜６に
て用いたものを用い、幅Ｗ＋　１０ｃｍと同様の条件で
、脱硫精錬を行った結果を表１に示す。

処理時間６分で到達Ｓ濃度０．０００３％、に８＝０．
４７（ｍｉｎ−’）で、実施例２と同等の精錬結果が得
られたが、耐火物溶損量は３５ｋｇ／ヒートと、実施例
１〜６の１０倍以上と著るしく大きな値となった。

実験後溶鋼、スラグを排出して、取鍋内部を観察したと
ころ、溶鋼に浸漬していたじゃま板のほぼ全体で損失が
認められた。

工較拠主 第９図に示す取鍋を用いて、ガスジェットによって溶銅
の流れる方向を転換して脱硫精錬を行った。取鍋本体は
実施例１〜６にて用いたもので、溶鋼の静止浴面直上に
設けた内径１５龍のステンレス製羽口９よりＡｒガスを
３．５　Ｎｍ：ｌ／ｍｉｎ　　＜０．ｌＮｍｆｆ／ｍ１
ｎ−ｔ　）の流量で吹込んだ。実施例１と同じ条件で脱
硫精錬を行った結果を、表１に示す。

処理時間６分で到達Ｓ濃度０．０００４％、に３＝０．
４２（ｍｉｎ−’）で、実施例１と同等の精錬結果が得
られたが、耐火物溶ｔｉ量は１８ｋｇ／ヒートと、実施
例１〜６の６〜７倍の大きな値となった。また実験後、
溶鋼、スラグを排出して取鍋内部を観察したところ、羽
口周辺の耐火物が著るしく損耗していた。

此１ｕ１１ 本発明の好適範囲外の例として、第１０図に示す幅１０
ｃｍ　　（Ｗｏ／Ｄｏ　＝−）の平面壁を１ケ所設置し
た取鍋を用いて脱硫精錬を行った。取鍋本体は、実施例
１〜６にて用いたものと同様である。実施例１と同じ条
件で脱硫精錬を行った結果を、表１に示す。

処理時間６分で到達Ｓ濃度０．００２３％、に３＝０．
１３（ｍｉｎ−’）と、実施例１〜６の１／３〜１／６
の脱硫速度定数しか得られず、Ｓ濃度も、通常のフラッ
クスインジェクション法での到達レベルの０．００１０
〜０．０００３％にも到らぬ高い値であった。

脱硫精錬中の溶鋼の流れは第１０図Ｄ−Ｄ断面図に示す
ように、同心円的な水平回転流のみで、実施例１〜６に
おいて観察された溶鋼の湧き出し、もぐり込み現象は認
められなかった。

（発明の効果） この発明の精錬容器を用いれば、著るしい耐火物溶損を
伴うことなく、脱硫精錬を行うことができ、かつ、到達
Ｓ濃度を極低値まで短時間に低減することできる。

また、平面壁の幅と数を適当な範囲にすることによって
、より短時間およびより少ないフラックス原単位での脱
硫処理が可能となる。

なおこの発明はスラグ−メタル反応を促進する精錬に有
利に適合するものであるから、溶鋼の脱硫精錬のみなら
ず、脱りん精錬あるいはその他の溶融金属のフラックス
精錬においても、著るしい効果を発渾するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の好適例を示す精錬容器
の説明図、 第４図および第５図は水モデル実験に用いた容器の説明
図、 第６図は平面壁の幅と物質移動係数との関係を示すグラ
フ、 第７図は平面壁の設置数と物質移動係数との関係を示す
グラフ、 第８図ないし第１０図はこの発明の比較例である精錬容
器を示す説明図、 である。 ３・・・取鍋　　　　　　　４・・・平面壁５・・・回
転磁界発生装置　６・・・溶鋼７・・・精錬フラックス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属を収容する容器の外周に回転磁界発生装置
   を配設し、該回転磁界発生装置により容器内の溶融金属
   に水平回転力を付与する精錬容器において、 上記容器の内径の１／５以上にわたる幅の平面壁を、容
   器の内周壁に少なくとも１箇所は設けることを特徴とす
   る溶融金属の精錬容器。