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技術 溶銑の脱硫処理方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 松野英寿澤義孝村井亮太高橋幸雄
出願日 2007年8月25日 (13年4ヶ月経過) 出願番号 2007-219127
公開日 2009年3月12日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2009-052079
状態 特許登録済
技術分野 銑鉄の精製;鋳鉄の製造;転炉法以外の製鋼
主要キーワード 熱風管 製鉄設備 シャフト型 操業形態 酸化鉄濃度 一貫製鉄所 鋳物用コークス 生産弾力性
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年3月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

鉄系スクラップ主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(A)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(B)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理する。

解決手段

溶銑(A)を脱硫処理することなく、溶銑(B)と合わせ湯した後、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理する。好ましくは、合わせ湯する溶銑(A)の質量aと溶銑(B)の質量bが、0<a/(a+b)≦0.5を満足するよう脱硫処理を行う。

概要

背景

鉄鋼需要の増加に伴い、高炉溶銑を製造する一貫製鉄所においても、市中に出回っている鉄系スクラップ鉄屑)を有効に活用して、溶銑の生産弾力性を高める生産方式が検討されている。鉄系スクラップは、熱源電気を用いる電気炉法で溶解されて溶鋼が製造されるのが一般的であるが、一貫製鉄所においては、温度が低下しても液相線温度が低いことや、次工程の転炉で吹錬するため低窒素化等の高品質化が得られる利点があるため、鉄系スクラップからの溶銑製造が望まれる場合もある。その場合には、溶銑を直接製造できるプロセスが効率的であるため、コークスを熱源とするシャフト型キュポラスクラップ溶解炉)を使用するのが有効である。

キュポラは、原料の違いにより高炉に較べてスラグ比が少ないことや、一般に熱源として鋳物用コークスを使用するため溶銑と接する雰囲気中の酸素分圧が高い影響などにより、溶銑中のS(硫黄)濃度が高炉溶銑よりも高いのが特徴である。一般のキュポラでは、基本的に鋳鉄鋳鋼を製造するため、厚板薄板鋼管等の鋼材に比較してSの規格は高く、一貫製鉄所で要求されているS≦0.003mass%までの低硫化は必要とされない。そのため、(i)出銑された溶銑を取鍋に受けて接種を兼ねたMg処理を行う(例えば、非特許文献1)、(ii)出銑樋の途中で溶銑に脱硫剤を吹き込む(例えば、特許文献1)、などの脱硫処理を行うのが一般的である。
クリモト技報,No.41(1999.9),p.70−73
特開平2−250912号公報

概要

鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(A)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(B)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理する。溶銑(A)を脱硫処理することなく、溶銑(B)と合わせ湯した後、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理する。好ましくは、合わせ湯する溶銑(A)の質量aと溶銑(B)の質量bが、0<a/(a+b)≦0.5を満足するよう脱硫処理を行う。

目的

これらの方法では、Mgを使用するため熱力学的平衡上、低硫化が困難であること(上記(i)の方法)、連続処理であるため反応処理時間を長くすることが難しいこと(上記(ii)の方法)、などの理由から、キュポラ溶銑をS≦0.003mass%まで安定して処理することは困難である。
したがって本発明の目的は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理することができる溶銑の脱硫処理方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

鉄系スクラップ主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(A)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(B)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑(A)を脱硫処理することなく溶銑(B)と合わせ湯した後、該合わせ湯した溶銑を脱硫処理することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法

請求項2

合わせ湯する溶銑(A)の質量aと溶銑(B)の質量bが下記(1)式を満足することを特徴とする請求項1に記載の溶銑の脱硫処理方法。0<a/(a+b)≦0.5…(1)

技術分野

0001

本発明は、鉄系スクラップ主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を効率的に脱硫処理するための方法に関するものである。

背景技術

0002

鉄鋼需要の増加に伴い、高炉で溶銑を製造する一貫製鉄所においても、市中に出回っている鉄系スクラップ(鉄屑)を有効に活用して、溶銑の生産弾力性を高める生産方式が検討されている。鉄系スクラップは、熱源に電気を用いる電気炉法で溶解されて溶鋼が製造されるのが一般的であるが、一貫製鉄所においては、温度が低下しても液相線温度が低いことや、次工程の転炉で吹錬するため低窒素化等の高品質化が得られる利点があるため、鉄系スクラップからの溶銑製造が望まれる場合もある。その場合には、溶銑を直接製造できるプロセスが効率的であるため、コークスを熱源とするシャフト型キュポラスクラップ溶解炉)を使用するのが有効である。

0003

キュポラは、原料の違いにより高炉に較べてスラグ比が少ないことや、一般に熱源として鋳物用コークスを使用するため溶銑と接する雰囲気中の酸素分圧が高い影響などにより、溶銑中のS(硫黄)濃度が高炉溶銑よりも高いのが特徴である。一般のキュポラでは、基本的に鋳鉄鋳鋼を製造するため、厚板薄板鋼管等の鋼材に比較してSの規格は高く、一貫製鉄所で要求されているS≦0.003mass%までの低硫化は必要とされない。そのため、(i)出銑された溶銑を取鍋に受けて接種を兼ねたMg処理を行う(例えば、非特許文献1)、(ii)出銑樋の途中で溶銑に脱硫剤を吹き込む(例えば、特許文献1)、などの脱硫処理を行うのが一般的である。
クリモト技報,No.41(1999.9),p.70−73
特開平2−250912号公報

発明が解決しようとする課題

0004

これらの方法では、Mgを使用するため熱力学的平衡上、低硫化が困難であること(上記(i)の方法)、連続処理であるため反応処理時間を長くすることが難しいこと(上記(ii)の方法)、などの理由から、キュポラ溶銑をS≦0.003mass%まで安定して処理することは困難である。
したがって本発明の目的は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理することができる溶銑の脱硫処理方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは、溶銑鍋を利用したインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置と、キュポラの鋳床傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用いた実験を行い、キュポラから出銑した溶銑(キュポラ溶銑)と、高炉から出銑した溶銑(高炉溶銑)が並存する場合に、溶銑を効率的に脱硫処理できる方法について検討を行った。その結果、キュポラ溶銑は高炉溶銑よりも溶銑中のS濃度が高いため、処理後のS濃度が0.01mass%以下程度のレベルであれば、初期S濃度が高い効果により脱硫石灰効率も高いが、処理後のS濃度が0.003mass%以下の低濃度まで脱硫する場合には、脱硫石灰効率が非常に低くなることが判った。これに対して、キュポラ溶銑を脱硫処理することなく高炉溶銑と合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑に脱硫処理を施した場合には、高炉溶銑とキュポラ溶銑が併存する製鉄設備においてキュポラ溶銑自体を脱硫処理する工程を有する場合に較べ、トータルの石灰(脱硫剤)使用量を少なくできることが判った。

0006

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(A)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(B)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑(A)を脱硫処理することなく溶銑(B)と合わせ湯した後、該合わせ湯した溶銑を脱硫処理することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
[2]上記[1]の脱硫処理方法において、合わせ湯する溶銑(A)の質量aと溶銑(B)の質量bが下記(1)式を満足することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
0<a/(a+b)≦0.5 …(1)

発明の効果

0007

本発明の溶銑の脱硫処理方法によれば、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(A)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑(B)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑(A)を脱硫処理することなく溶銑(B)と合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理することにより、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理することができる。

発明を実施するための最良の形態

0008

本発明は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑A(=キュポラ溶銑に代表されるので、以下便宜上「キュポラ溶銑A」という)を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑B(=高炉溶銑に代表されるので、以下便宜上「高炉溶銑B」という)を製造する工程とが併存する製鉄設備において、キュポラ溶銑Aを脱硫処理することなく高炉溶銑Bと合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理するものである。
以下の説明において、“キュポラ”とは、炉頂部から鉄系スクラップとコークス等を装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解し、溶銑を製造する竪型溶解炉を意味するものとする。

0009

ここで、キュポラの操業は、(i)原料の違いから高炉操業に較べてスラグ量が1/5程度と少ないこと、(ii)炉内の酸化度が高く、スラグ中酸化鉄濃度が高い上、スラグ塩基度も低いため、スラグ側への脱硫が行われにくく、硫黄分が溶銑側に分配されること、などのために溶銑中S濃度が高くなる。
また、本発明において、合わせ湯した溶銑(キュポラ溶銑A+高炉溶銑B)の脱硫処理後のS濃度は特に限定しないが、一般には、0.003mass%以下である。

0010

図1は、溶銑Aを製造するキュポラとその基本的な操業形態を模式的に示している。図において、1は炉頂に設けられる原料装入部、2は炉下部の周方向において適当な間隔で設けられる複数の羽口(送風羽口)、3はこの羽口2に熱風を供給する熱風管、4は排ガス出口、5は出銑口である。このキュポラの大きさ等に本質的な制限はないが、実質的に操業可能若しくは操業上有利なサイズとして、通常は、羽口位置での炉内径が2〜4m程度、炉高が6〜10m程度である。

0011

このようなキュポラでは、炉頂の原料装入部1から鉄系スクラップとコークスなどを装入するとともに、複数の羽口2から熱風を吹き込み、コークスの燃焼ガスの熱で鉄系スクラップを溶解し、溶銑とする。生成した溶銑は炉底部の出銑口5から炉外に取り出される。
原料である鉄系スクラップとコークスは、炉内に同時に装入してもよいし、交互に装入してもよい。また、主たる炉装入原料は鉄系スクラップとコークスであるが、それ以外に、例えば、銑鉄還元鉄ダストスラッジ類の塊成物、鉄鉱石等の鉄源石灰石木炭無煙炭等の炭材などを装入してもよい。

0012

溶銑の脱硫反応では、溶銑中のSが下記(2)式の反応によりCaSの形態でスラグ中に取り込まれるが、この時のスラグの脱硫能は、一般に下記(3)式(見かけ平衡式)に示す分配比Lsで評価される。
CaO+S=CaS+O …(2)
Ls=(S)/[S]=([S]i/[S]f−1)/ws …(3)
但し Ls:分配比(−)
(S):スラグ中の硫黄濃度(mass%)
[S]:溶銑中の硫黄濃度(mass%)
[S]i:処理前の溶銑中の硫黄濃度(mass%)
[S]f:処理後の溶銑中の硫黄濃度(mass%)
ws:スラグ比(−)

0013

上記のように分配比Lsはスラグの脱硫能であり、スラグ組成が一定であれば、[S]i濃度に応じた[S]f濃度が決まることになる。したがって、[S]i濃度が高くなれば[S]f濃度も高くなってしまう。そこで、[S]f濃度を下げるためには、スラグ比(石灰の原単位)を増加させる必要がある。
一般に、キュポラ溶銑Aは高炉溶銑BよりもS濃度が数倍も高いため、キュポラ溶銑Aを1回の処理でS≦0.003mass%まで低濃度化するには、スラグ比を大きくしなければならなず、さきに述べたように脱硫石灰効率が非常に低くなる。これに対して、キュポラ溶銑Aを高炉溶銑Bと合わせ湯した後、脱硫処理した場合には、キュポラ溶銑AのS濃度が高炉溶銑Bで薄まるため、脱硫石灰効率が悪化するまでには至らない。

0014

また、キュポラ溶銑Aを高炉溶銑Bに合わせ湯した際に、初期S濃度が高いほどスラグ比も高くなるが、スラグ比が高くなりすぎると処理容器(通常、溶銑鍋)のフリーボードが足りなくなり、スラグおよび溶銑が処理容器から溢れ出てしまい、実質的に処理が行えなくなる場合があることも判明した。そして、その限界が、合わせ湯するキュポラ溶銑A(質量a)と高炉溶銑B(質量b)の質量比として[a/(a+b)]≦0.5であることも判った。したがって、本発明では、下記(1)式を満足するようにキュポラ溶銑Aと高炉溶銑Bを合わせ湯することが好ましい。
0<a/(a+b)≦0.5 …(1)
以上のようにして溶銑の脱硫処理を行うことにより、キュポラ溶銑Aと高炉溶銑Bとが併存する製鉄設備において、全体として少ない石灰原単位で溶銑のS濃度を目標値まで低下させることができる。

0015

本発明例として、次のような脱硫処理を行った。高炉で出銑した高炉溶銑B(平均S濃度:0.03mass%)を溶銑鍋に受銑し、この溶銑鍋をキュポラセンターまで鉄道で移動させて、キュポラで出銑したキュポラ溶銑A(平均S濃度:0.08mass%)と合わせ湯し、その後、溶銑鍋を脱硫センターへ移動させ、図2に示すようなインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置を用い、溶銑鍋内の溶銑をS濃度:0.002mass%まで脱硫処理した。この脱硫処理では、溶銑鍋6内の溶銑11に対してシューター8から脱硫剤13を添加し、インペラー7を用いて溶銑11とスラグ12を撹拌した。その他、図面において、9は溶銑鍋1を保持する台車、10は脱硫剤用のホッパー5である。溶銑の処理量は230〜240t/chであり、処理前の溶銑温度は1400〜1410℃とした。粒径が30mm以下の石灰を脱硫剤として使用し、インペラーの回転数は120〜130rpm、脱硫処理時間は8〜10minとした。

0016

また、比較例として、次のような脱硫処理を行った。キュポラで出銑したキュポラ溶銑A(平均S濃度:0.08mass%)を、図3に示すようなキュポラの鋳床と傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用い、S濃度:0.002mass%まで脱硫処理した。この脱硫処理では、溶銑樋14内を流れる溶銑11に、溶銑樋14の上方に設置した上吹きランス15から脱硫剤を添加し、脱硫された溶銑11が傾注樋を介して溶銑鍋内に落下し、溶銑鍋で受銑されるようにした。キュポラ溶銑Aの平均通過量1.5t/min、平均出銑温度1530℃であり、上吹きには3mm以下の石灰を脱硫剤として使用した。

0017

前記溶銑鍋中には、事前に脱硫処理された高炉溶銑B(平均S濃度:0.002mass%)が規定量装入されており、上記のように出銑樋で脱硫処理されたキュポラ溶銑Aの受銑時に、高炉溶銑Bが合わせ湯されるようにした。高炉溶銑Bの脱硫処理方法は、高炉溶銑Bを受銑した溶銑鍋を脱硫センターへ移動させ、本発明例と同様にインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置(図2)を用い、溶銑鍋内の溶銑をS濃度:0.002mass%まで脱硫処理した。溶銑の処理量は230〜240t/chであり、処理前の溶銑温度は1400〜1410℃とした。粒径が30mm以下の石灰を脱硫剤として使用し、インペラーの回転数は120〜130rpm、脱硫処理時間は8〜10minとした。

0018

以上のように、本発明例ではキュポラ溶銑Aを脱硫処理することなく、高炉溶銑Bと合わせ湯し、しかる後、インペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置で脱硫処理した。これに対して、比較例ではキュポラ溶銑Aを脱硫処理した後、既に脱硫処理した高炉溶銑Bと合わせ湯した。
合わせ湯するキュポラ溶銑A(質量a)と高炉溶銑B(質量b)について、質量比[a/(a+b)]とトータルの石灰原単位との関係を図4に示す。ここで、比較例でのトータルの石灰原単位は、キュポラ溶銑Aを脱硫する石灰と高炉溶銑Bを脱硫する石灰の合計である。図4によれば、質量比[a/(a+b)]に関わりなく、比較例に較べて本発明例の方がトータルの石灰原単位が少なく、効率的な処理が行われていることが判る。なお、本発明例において質量比[a/(a+b)]が0.5を超えると、脱硫剤の量が多くなりすぎるため、スラグや溶銑が溶銑鍋から溢れ、安定した処理ができなくなる場合があった。

図面の簡単な説明

0019

キュポラとその基本的な操業形態を模式的に示す説明図
インペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置を用いた脱硫処理の実施状況を示す説明図
キュポラの鋳床と傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用いた脱硫処理の実施状況を示す説明図
実施例において、合わせ湯するキュポラ溶銑A(質量a)と高炉溶銑B(質量b)について、質量比[a/(a+b)]とトータルの石灰原単位との関係を示すグラフ

符号の説明

0020

1原料装入部
2羽口
3熱風管
4排ガス出口
5出銑口
6溶銑鍋
7インペラー
8シューター
9台車
10ホッパー
11溶銑
12スラグ
13脱硫剤
14溶銑樋
15 上吹きランス

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