(57)【要約】【課題】ＣａＯ系脱硫材の高速吹き込み処理において脱硫ＣａＯ効率が低下しない溶銑の脱硫材を提供する。【解決手段】ＣａＯ濃度が９０質量％以上であり、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率が５０％以上であることを特徴とする溶銑の脱硫材である。この脱硫材をインジェクション方式で溶銑中に吹き込み、溶銑への吹き込み速度が１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎであると好ましい。インジェクション方式の脱硫において、脱硫ＣａＯ効率を低下させることなく短時間で脱硫することができるので、脱硫処理時間の短縮、精練コストの削減、スラグ排出量の削減といった効果を享受することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ濃度が９０質量％以上であり、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率が５０％以上であることを特徴とする、溶銑の脱硫材。
【請求項２】
請求項１に記載の脱硫材をインジェクション方式で溶銑中に吹き込むことを特徴とする溶銑の脱硫方法。
【請求項３】
溶銑への吹き込み速度が１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項２に記載の溶銑の脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の脱硫材および脱硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を製造する際の脱硫処理は溶銑予備処理工程で行うのが一般的である。インジェクション脱硫においては、粉体の脱硫材を搬送ガスとともに溶銑中に吹き込むことで脱硫を行っており、溶銑温度（１３５０〜１４５０℃）で分解あるいは蒸発を起こしにくいＣａＯ系脱硫材が使用される。ＣａＯは融点が２５００℃超であるため溶銑温度においては固体である。固体ＣａＯによる脱硫反応はＣａＯ内のＳ拡散律速で進行するが、この反応は非常に遅いことが一般に知られている。
【０００３】
そこで、Ｍｇ、ＣａＣ2のようなＳと反応しやすい物質とＣａＯを混合した脱硫材を使用して脱硫速度を向上させることが従来から行われているが、脱硫材コストが高くなるのに加えて、Ｍｇの気化あるいはＣａＣ2の熱分解による温度低下が起こるので、復硫が生じる場合がある。
【０００４】
また脱硫速度を向上させる別の方法としては、脱硫材粒径を細かくすることが挙げられる。これは、比表面積を増大させて溶銑に接触する面積を多くし、脱硫速度を向上させる方法である。例えば、特許文献１では、ＣａＯ粉体の粒径を４５μｍが８０質量％以上とし、吹き込み速度を４０〜６０ｋｇ／ｍｉｎとする溶融金属の脱硫方法が開示されている。特許文献２では、粒径３０μｍ以上６０μｍ未満の粉体構成率が５０％以上である溶銑の脱硫材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１３１３１３号公報
【特許文献２】特開２００６−２４１５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年生産性向上のため溶銑予備処理時間の短縮が求められ、脱硫材粉体の吹き込み速度を速くすることが行われる。これは、より多くの脱硫材粒子を連続的に溶銑中に供給することで、単位時間あたりに脱硫材粒子と溶銑が接触する面積を増大させることを指向した方法である。
【０００７】
しかしながら、吹き込み速度を高くすると脱硫ＣａＯ効率が低下するという問題がある。これは、溶銑内に侵入せずＳと反応しないまま浮上してしまう脱硫材粉体が多くなるためとされている。
【０００８】
ここで脱硫ＣａＯ効率とは、脱硫材に含まれるＣａＯ質量に対する、Ｓと反応したＣａＯ質量の割合であり、式（１）で定義する。
脱硫ＣａＯ効率（％）＝（Ｓ0−Ｓ）×(56/32)／（Ｗ×ＸCaO／１０）×100    （１）
Ｓ0：処理前Ｓ濃度（質量％）
Ｓ：処理後Ｓ濃度（質量％）
Ｗ：脱硫材原単位（ｋｇ／ｔ）
ＸCaO：脱硫材のＣａＯ濃度（質量％）
【０００９】
脱硫ＣａＯ効率が低下すると、目標とするＳ濃度まで脱硫するのにより多量の脱硫材を使用する必要があるので、これは精錬コストおよびスラグ排出量の増加を招く。
【００１０】
このような問題に鑑み、本発明は、ＣａＯ系脱硫材の高速吹き込み処理において脱硫ＣａＯ効率が低下しない溶銑の脱硫材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】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その手段は、以下の通りである。
（１）ＣａＯ濃度が９０質量％以上であり、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率が５０％以上であることを特徴とする、溶銑の脱硫材。
ここで粉体構成率とは、粉体全体の質量に対する、当該粒径範囲における粒子の質量の割合である。
（２）（１）に記載の脱硫材をインジェクション方式で溶銑中に吹き込むことを特徴とする溶銑の脱硫方法。
（３）溶銑への吹き込み速度が１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎであることを特徴とする（２）に記載の溶銑の脱硫方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インジェクション方式の脱硫において、脱硫ＣａＯ効率を低下させることなく短時間で脱硫することができる。これにより脱硫処理時間の短縮、精練コストの削減、スラグ排出量の削減といった効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】脱硫材粒子の粒径と、脱硫ＣａＯ効率の関係を示す図。
【図２】５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率と、脱硫ＣａＯ効率の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明における脱硫材の組成はＣａＯ濃度が９０質量％以上である。ＣａＯ系脱硫材にはその原料である石灰石（ＣａＣＯ3）に含まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3などが不純物として存在している。これらが１０質量％以上含有されるようになるとＣａＯと化合物を生成しやすくなり、Ｓと反応するＣａＯが減ってしまうので、脱硫ＣａＯ効率が低下しやすくなる。
【００１５】
ＣａＯ濃度については、例えばＸ線回折法とＩＣＰ発光分光分析法を組み合わせることによって測定することができる。まず、Ｘ線回折法により、Ｃａ含有化合物についてＣａＯ、ＣａＣ2、ＣａＣＯ3などの相対比率を算出する。次にＩＣＰ発光分光分析法でトータルＣａ濃度を求め、上記Ｘ線回折法で測定した比率を用いて按分することにより、試料中のＣａＯ濃度を求めることができる。
【００１６】
次に本発明を完成するに至った実験について説明する。
【００１７】
混銑車において、溶銑５００ｔへ脱硫材粉体（ＣａＯ濃度：９５質量％）２ｔを、吹き込み速度１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎでインジェクションする脱硫実験を行い、インジェクション前、インジェクション中、インジェクション後にそれぞれ溶銑をサンプリングした。インジェクション中およびインジェクション後のサンプル断面を走査型電子顕微鏡で調査したが、いずれもＣａＯ粒子は発見されなかった。さらに、サンプルのＣａ濃度を化学分析したが、インジェクション前からインジェクション後にかけてほとんど変動していなかった。
【００１８】
これらの結果から、吹き込んだ脱硫材粉体はガス気泡内に留まったまま溶銑表面に浮上していると推定された。即ち、インジェクション方式における脱硫機構は、従来いわれているような吹き込んだ脱硫材粒子が吹き込みガスから溶鉄内に侵入し溶銑に接触した状態で浮上しながらＳと反応するのではなく、吹き込まれた脱硫材粒子は気泡内にそのほとんどが滞留し、溶銑表面に浮上した後に溶銑と接触して脱硫反応が進むという機構である。
【００１９】
従来は脱硫材粉体が細かすぎると溶銑中に吹き込まれたガスが溶銑表面に浮上するまでの間に、ガス気泡から脱硫材粒子が脱出できないままで終わる確率が増大し、脱硫効率が低下すると考えられていたが、発明者らが新たに見出した脱硫機構であれば、従来言われているよりも細かい脱硫材でも脱硫効率が低下しない可能性がある。
【００２０】
そこで次に発明者らは、ＣａＯ含有率が９５質量％の脱硫材粉末を、目開き５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍのメッシュクロスを用いて選別した。そしてこのように目標粒径別に選別を行った脱硫材を用い、吹き込み速度１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎの条件下において、脱硫試験を行った。
【００２１】
図１にその結果を示す。脱硫材粒径が５μｍ以上３０μｍ未満の範囲で良好な脱硫効率が得られた。溶銑上に浮上した脱硫材による脱硫反応は溶銑と接触した表面で進行するため、脱硫材の粒径が大きくなると単位質量あたりの脱硫材の表面積は小さくなる。このため、脱硫材の粒径が大きくなるほど脱硫効率が低下したものと考えられる。一方、脱硫材粒径が小さくなり過ぎると溶銑上に浮上したあとも溶銑と接触しない割合が増え、それらは脱硫に寄与しないため、５μｍ未満においても脱硫効率の低下が起こったものと考えられる。この結果から、本発明における脱硫材粒径は５μｍ以上３０μｍ未満、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ未満と規定した。脱硫材粒径分布の測定については、目開き３０μｍと５μｍのメッシュクロスを用いて選別し、３０μｍの篩下かつ５μｍの篩上の比率（質量％）をもって粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率とすることができる。
【００２２】
次に、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の構成比率を種々変えて、それぞれについて脱硫効率の評価を行った。脱硫処理条件は上記の実験を同様とした。その結果を図２に示す。図２から明らかなように、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成比率が５０％以上であれば脱硫効率が良好な値を示すことが明らかとなった。
【００２３】
即ち、吹き込み速度１００〜３００ｋｇ／ｍｉｎの条件下においてＣａＯを主体とする脱硫材において、粒径５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成比率が５０％以上とすることによって高い脱硫効率を得ることができる。
【００２４】
なお、吹き込み速度の上限を３００ｋｇ／ｍｉｎとするのは、過度に高くすると溶銑の揺動が激しくなり、浮上したＣａＯおよび溶銑が処理容器の外に飛散しやすくなるためである。また、吹き込み速度の下限を１００ｋｇ／ｍｉｎとするのは、脱硫材は粒径が細かいほどランス内部あるいはランス孔周辺に付着・堆積しやすく，過度に低い速度で吹き込むと、吹き込みが安定しなくなったりランス孔が閉塞したりしやすくなるためである。
【００２５】
以上に説明した本発明の脱硫材を溶銑中にインジェクションすることにより、脱硫ＣａＯ効率の向上を図ることができる。なお、搬送ガスは不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ）を使用すれば良い。
【実施例】
【００２６】
以下に表１を基にして本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２７】
溶銑４００ｔを混銑車から溶銑鍋に装入し、ランスを溶銑に浸漬し、Ｎ2を搬送ガスとして脱硫材粉体を吹き込んだ。その結果を表１に示す。本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
実施例１〜５は発明例であり、いずれも脱硫材吹き込み速度：１９０〜２９５ｋｇ／ｍｉｎの高速吹き込み条件下において、本発明の条件を満足たす脱硫材を使用したので、脱硫ＣａＯ効率を７％超としながら１０分未満でＳ＝０．００３〜０．００５％まで脱硫することができた。
【００３０】
一方、実施例６では脱硫材のＣａＯ濃度が８５％と低かったため、脱硫材原単位が実施例１〜５と同等でもＳ＝０．００９％までしか脱硫できず、脱硫ＣａＯ効率が５．９％に低下した。
【００３１】
実施例７では脱硫材の５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率が４０％と低かったため、脱硫材原単位が実施例１〜５と同等でもＳ＝０．００７％までしか脱硫できず、脱硫ＣａＯ効率が５．７％に低下した。
【００３２】
実施例８では脱硫材の５μｍ以上３０μｍ未満の粉体構成率が４１％と低かったため、脱硫ＣａＯ効率は６．０％に低下し、実施例１〜５と同等のＳ濃度域まで脱硫するのに１２分超の時間を必要とした。
【図１】
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【図２】
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