(57)【要約】      （修正有）【課題】  機械式攪拌装置を用いた脱硫において、溶銑中へ吹き込まれた粉状の脱硫剤が、インペラ羽根の下方に形成されるガス溜まりに捕捉されることなく、溶銑中へ効率的に分散されるようにする反応効率の高い溶銑の脱硫方法を提供する。【解決手段】  鍋に装入した溶銑に、インペラ軸５を回転中心として回転する複数枚のインペラ羽根２を有する機械式攪拌装置を浸漬し、このインペラ軸を回転しながら溶銑を脱硫するに際し、粉状の脱硫剤７をインペラ軸の側壁に設けた吹き込み孔１０から溶銑に略水平方向へ向けて吹き込む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑鍋に装入した溶銑に、インペラ軸を回転中心として回転する複数枚のインペラ羽根を有する機械式攪拌装置を浸漬し、該インペラ軸を回転しながら溶銑を脱硫するに際し、粉状の脱硫剤を前記インペラ軸の側壁に設けた吹き込み孔から溶銑に略水平方向へ向けて吹き込むことを特徴とする溶銑の脱硫方法。
【請求項２】
前記吹き込み孔は、前記インペラ軸の軸方向について前記インペラ羽根の下端位置から上端位置までの範囲内に設置される請求項１に記載された溶銑の脱硫方法。
【請求項３】
前記吹き込み孔は、隣接する前記インペラ羽根の間に設置される請求項１又は請求項２に記載された溶銑の脱硫方法。
【請求項４】
前記吹き込み孔は、前記インペラ軸に対して対称の位置に２つ又は４つ設けられる請求項1から請求項３までのいずれか１項に記載された溶銑の脱硫方法。
【請求項５】
インペラ軸を回転中心として回転する複数枚のインペラ羽根を有し、前記インペラ軸の側壁に、粉状の脱硫剤を略水平方向へ向けて吹き込むための吹き込み孔を備えることを特徴とする機械式攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍋中へ装入した溶銑を機械式攪拌装置を用いて脱硫する際における溶銑の脱硫方法及び機械式攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑用脱硫剤の主成分として現在使用されている生石灰は、融点が２０００℃超と高い。このため、塊状の脱硫剤と溶銑中のＳとの反応は、脱硫剤の表面のみで起こってしまい、脱硫剤の内部では殆ど発生しない。そこで、反応効率の向上を目的として脱硫剤の比表面積(単位体積当たりの表面積)を大きくするために、脱硫剤を粉体として用いるインジェクション法が用いられるようになった。ところが、脱硫剤は溶銑に比較すると比重が１／３〜１／７程度である。このため、インジェクション法における脱硫剤と溶銑中のＳとの反応は、溶銑中に吹き込まれた脱硫剤が溶銑中を溶銑上まで浮上する数秒間という非常に短い時間しか起こらず、いったん溶銑上に浮上した脱硫剤が再び溶銑中へ戻って再度反応に寄与することはない。
【０００３】
このため、現在では、取鍋内の溶鋼に浸漬した複数枚のインぺラ羽根を高速回転して渦流陥没部を形成しながら脱硫する機械式攪拌装置を用いた手段が主流となっている。この手段によれば、脱硫剤を溶銑中へ何度も巻き込むことができるため、脱硫剤の反応効率を極めて高めることができる。
【０００４】
しかしながら、この機械攪拌方式による脱硫では、脱硫剤の溶銑への着地効率が、取鍋内の溶鋼の上方から投入された脱硫剤が集塵機へ吸引されたり、周辺雰囲気へ拡散すること等による飛散によって極端に低下することを防止するために、脱硫剤を塊状にしなければならない。このため、脱硫剤の比表面積が低下し、機械式攪拌装置を用いた脱硫では、機械式攪拌による溶銑内への継続的な脱硫剤の巻き込みを実現することはできるものの、脱硫剤の内部まで反応を進行することができない。
【０００５】
このように、機械式攪拌装置を用いた脱硫における脱硫剤の反応効率は、インジェクション法による脱硫剤の反応効率よりも確かに優れるものの、まだまだ向上の余地が多分にある。そこで、機械式攪拌装置を用いた脱硫のこのような問題点を解決するために、特許文献１には、粉状の精錬剤を溶銑中であって高速回転する複数枚のインペラ羽根の下端より鉛直下方の溶銑へ向けて吹き込む発明が開示されている。特許文献１によれば、機械攪拌方式による脱硫において粉状の精錬剤を溶銑中にインペラ軸の内部を介して直接供給することができるため、粉状の精錬剤を上方から添加した場合の飛散を解消しながら、精錬剤の反応面積を向上することにより反応効率を大幅に向上することができるとしている。
【特許文献１】特開２００３−１１９５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に記載された発明には、以下に列記する課題１〜３があるため、機械式攪拌装置を用いた脱硫において用いる脱硫剤の反応効率を確実に高めることができない。
【０００７】
（課題１）
特許文献１の図１に示すように、粉状の精錬剤を溶銑中へ吹き込むための吹き込み孔が、インペラ軸の下端に鉛直下方へ向けて設けられているため、この吹き込み孔にかかる溶銑の静圧が大きくなり、吹き込み孔へ溶銑が差し込んでしまうために閉塞し易い。
【０００８】
（課題２）
特許文献１に記載された発明を実施するには、複数枚のインペラ羽根の回転数をある程度高く設定して強い攪拌条件で粉状の精錬剤を溶銑中に効率良く分散しなければならない。そして、本発明者らが水モデル実験を行って確認した結果によると、このような攪拌条件では、操業条件によっては、インペラ羽根の下方にガス溜まりが発生することがある。このガス溜まりが発生した状態で粉状の精錬剤をインペラ羽根の下端から下方へ向けて吹き込むと、吹き込まれた粉状の精錬剤の多くが、このガス溜まりに捕捉されて滞留するために溶銑中へは分散せず、脱硫反応に寄与し難くなってしまう。
【０００９】
（課題３）
粉状の精錬剤をインペラ羽根の下端から下方に吹き込もうとすると、精錬剤を搬送するためのキャリアガスも相当程度溶銑中深くまで吹き込まれる。吹き込まれたキャリアガスがある程度合体して大きな気泡となってインペラ-軸付近の溶銑中を浮上することによって生じる溶銑の上昇流が、インペラ羽根の回転によって生じる溶銑の旋回・下降流の一部を相殺し、この旋回・下降流を弱めてしまう。このため、機械式攪拌装置を用いた脱硫の特徴である「浴面上に浮いている精錬剤を溶銑中へ巻き込む能力」を低下させてしまい、これにより、脱硫剤の脱硫反応への寄与率を十分に向上できない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、溶銑鍋に装入した溶銑に、インペラ軸を回転中心として回転する複数枚のインペラ羽根を有する機械式攪拌装置を浸漬し、このインペラ軸を回転しながら溶銑を脱硫するに際し、粉状の脱硫剤をインペラ軸の側壁に設けた吹き込み孔から溶銑に略水平方向へ向けて吹き込むことを特徴とする溶銑の脱硫方法である。
【００１１】
この本発明に係る溶銑の脱硫方法では、吹き込み孔が、インペラ軸の軸方向についてインペラ羽根の下端位置から上端位置までの範囲内に設置されることが望ましい。
また、これらの本発明に係る溶銑の脱硫方法では、吹き込み孔が、隣接するインペラ羽根の間に設置されることが望ましい。
【００１２】
また、これらの本発明に係る溶銑の脱硫方法では、吹き込み孔が、インペラ軸に対して対称の位置に２つ又は４つ設けられることが望ましい。
別の観点からは、本発明は、インペラ軸を回転中心として回転する複数枚のインペラ羽根を有し、このインペラ軸の側壁に、粉状の脱硫剤を略水平方向へ向けて吹き込むための吹き込み孔を備えることを特徴とする機械式攪拌装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、機械式攪拌装置を用いた脱硫において、溶銑中へ吹き込まれた粉状の脱硫剤が、インペラ羽根の下方に形成されるガス溜まりに捕捉されることなく、溶銑中へ効率的に分散される。これにより、機械攪拌方式による脱硫における脱硫剤の反応効率を飛躍的に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る溶銑の脱硫方法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
はじめに、本発明の原理を簡単に説明する。
【００１５】
上述したように、特許文献１に記載された発明では、粉状の脱硫剤の吹き込み孔へ溶銑が差し込んで吹き込み孔が閉塞し易いこと（課題１）、溶銑中に深く吹き込まれた粉状の脱硫剤の多くが複数枚のインペラ羽根の下端に形成されるガス溜まりに捕捉されて反応効率を高められないこと（課題２）、及び、溶銑中深く吹き込まれたガスにより発生する溶銑の上昇流によって、浴面上に浮遊している脱硫剤が溶銑中へ巻き込まれ難くなってしまうこと（課題３）という課題がある。
【００１６】
そこで、本実施の形態では、これらの課題１〜３を解決するために、インペラ軸の側壁から溶銑中へ粉状の脱硫剤を吹き込む。これによれば、溶銑中へ吹き込まれた粉状の脱硫剤が複数枚のインペラ羽根の下方に形成されるガス溜まりに多くを捕捉されることなく、溶銑中へ効率良く分散され、これにより、脱硫剤の反応効率が飛躍的に増大する。
【００１７】
次に、本実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
図１は、特許文献１により開示された発明を模擬した水モデル実験の状況を模式的に示す説明図であり、図２は、図１におけるインペラ軸５の下端部付近を拡大して示す説明図である。
【００１８】
図１に示すように、機械式攪拌装置を用いた溶銑の脱硫を模擬した水モデル実験により、容器１に収容された４枚のインペラ羽根２の上端２ａが静止浴面３よりも約８０ｍｍ下方の位置になるように４枚のインペラ羽根２を容器１に収容された水６に浸漬した後、４枚のインペラ羽根２を矢印方向に３００ｒｐｍ以上の回転速度で回転しながら、インペラ軸５の内部中心に下方へ向けて形成した吹き込み孔９からプラスチック製の粉体７（密度：約０．９５ｇ／ｃｍ３、粒径：０．２ｍｍ以下）を、水６へ吹き込んだ。
【００１９】
その結果、図２に示すように、４枚のインペラ羽根２の下端２ｂのどの位置から粉体７を水６へ吹き込んでも、吹き込まれた粉体７の多くが、４枚のインペラ羽根２の下方において水浴面６ａが湾曲して形成されたガス溜まり８の内部に捕捉されてしまい、水６の中へ効率良く分散することができなかった。
【００２０】
次に、図３に示すように、２つの吹き込み孔１０を、インペラ軸５の中心から水平方向へ向けて対称に、４枚のインペラ羽根２の間であってインペラ軸５の側壁に位置するように配置して、これら吹き込み孔１０、１０から粉体７を水６へ吹き込んだ。
【００２１】
その結果、吹き込み孔１０、１０から水６の中へ水平方向に吹き込まれた粉体７の多くは、インペラ羽根２の下方に位置するガス溜まり８に捕捉されることなく、比較的効率よく水６の中へ分散された。
【００２２】
さらに、図４に示すように、吹き込み孔１０の設置位置をインペラ軸５の上方へ徐々に移動したところ、吹き込み孔１０の設置位置がインペラ羽根２の上端位置よりも上になると、吹き込み孔１０から噴出された粉体７の多くが水浴面６ａに衝突した後に気相１１中へ飛散してしまい、水６の中へ分散される粉体７の量が極端に減少した。
【００２３】
したがって、インペラ軸５の中心から水平方向に吹き込み孔１０、１０を対称に設けて粉体７を吹き込む場合には、吹き込み孔１０、１０をインペラ羽根２の設置位置の下端位置から上端位置までの間（図４における範囲Ｈ）に配置することが望ましい。
【００２４】
また、図５に示すように、各吹き込み孔１０を各インペラ羽根２の間のインペラ軸５の側壁に設置し、インペラ軸５の中心から水平方向へ各吹き込み孔１０を対称に４孔貫通させて、同様に粉体を水６中へ吹き込んだところ、粉体７を水６中へ効率良く分散させることができる条件は、図４に示す場合と同様に、吹き込み孔１０をインペラ羽根２の下端位置から上端位置までの間（図４における範囲Ｈ）にすることであった。
【００２５】
次に、図６に示すように、４つの吹き込み孔１０をインペラ軸５の中心軸５ａから左右対称もしくは四方対象に，下方へ向けて貫通させた。このとき、インペラ−軸５の側壁に設置した吹き込み孔１０の位置が、以下の条件（ａ）〜（ｂ）を満たすようにすれば、噴出された粉体が効率良く水中へ分散される。
（ａ）８０°≦θ＜９０°の場合、０.０５≦Ｈ／Ｈ０≦１
（ｂ）６０°≦θ＜８０°の場合、０.１  ≦Ｈ／Ｈ０≦１.５
ただし、符号Ｈ０はインペラ羽根５の高さであり、符号Ｈはインペラ羽根５の下端２ｂから吹き込み孔１０の下端までの長さであり、符号θはインペラ軸５の中心軸５ａと吹き込み孔１０の中心軸とがなす角度である。
【００２６】
（ａ）の場合、Ｈ／Ｈ０が０.０５未満になると、吹き込み孔１０から噴出した粉体７の多くがインペラ羽根５の下方に存在するガス溜まり８に捕捉されてしまい、粉体７を効率良く水６中へ分散することができなかった。一方、Ｈ／Ｈ０が１を超えると、吹き込み孔１０から噴出した粉体７が気相１１中へ飛散し、粉体７を効率良く水６中へ分散できなかった。
【００２７】
（ｂ）の場合、Ｈ／Ｈ０が０.１未満になると、吹き込み孔１０から噴出した粉体７の多くがインペラ羽根５の下方に存在するガス溜まり８に捕捉されてしまい、粉体７を効率良く水６中へ分散することができなかった。一方、Ｈ／Ｈ０が１.５を超えると、吹き込み孔１０から噴出した粉体７が気相１１中へ飛散し、粉体７を効率良く水６中へ分散できなかった。
【００２８】
次に、１８０ｋｇ溶銑を用いた機械攪拌脱硫実験を行った。具体的には、内径３２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３製ルツボに溶銑（［Ｃ］４．５％、［Ｓｉ］０．４％、［Ｓ］０．０２５％）１８０ｋｇを装入し、約１３５０℃に保持した。そこへ、Ａｌ２Ｏ３製インペラ(軸径６０ｍｍ、インペラ羽根高さ８０ｍｍ、インペラ羽根直径１４０ｍｍ)を、インペラ羽根の下端が静止浴面から約１８０ｍｍ下方の位置までインペラ羽根を溶銑中へ浸漬し、約３２０ｒｐｍで約２０分間回転させた後、回転を停止した。
【００２９】
そして、インペラ羽根の回転停止５分前までに、粉状の脱硫剤（９０％ＣａＯ＋１０％Ｎａ２ＣＯ３混合粉、粒径０．１５ｍｍ以下)０．９ｋｇを添加した。なお、粉状の脱硫剤は、インペラ軸の側壁の左右対称に設置した吹き込み孔(２孔、径３ｍｍ)から溶銑へＡrガス（０．０４Ｎｍ３／ｍｉｎ）とともに吹き込む（一部条件では吹き付ける）ことにより、吹き込んだ。
【００３０】
結果を表１に示す。なお、表１における記号Ｈ０は溶銑の浴深を示し、記号Ｈはインペラ羽根の下端から吹き込み孔の下端までの距離を示し、さらに、記号θはインペラ軸と吹き込み孔との間の角度を示す。
【００３１】
【表１】
2006028615.tif 000003
【００３２】
表１から、水モデル実験で粉体が水中へ効率良く分散された条件と、１８０ｋｇ溶銑の機械攪拌脱硫実験で目標の［％Ｓ］（０．００３０％以下）にまで低下できた、θ及びＨ／Ｈ０により定義される条件は一致したことがわかる。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、インペラ軸５を回転中心として回転する４枚のインペラ羽根２を有する機械式攪拌装置を浸漬し、このインペラ軸５を回転しながら溶銑６を脱硫するに際し、粉状の脱硫剤７をインペラ軸５の側壁に設けた吹き込み孔１０から溶銑６に略水平方向へ向けて吹き込むようにしたため、溶銑６中へ吹き込まれた粉状の脱硫剤７が、インペラ羽根２の下方に形成されるガス溜まり８に捕捉されることなく、溶銑６中へ効率的に分散される。これにより、機械攪拌方式による脱硫における脱硫剤７の反応効率を飛躍的に向上することができる。
【実施例１】
【００３４】
（比較例）
内径３２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３製ルツボに溶銑（［Ｃ］４．５％、［Ｓｉ］０．４％、［Ｓ］０．０２５％）１８０ｋｇを装入し、約１３５０℃に保持した。そこへ、Ａｌ２Ｏ３製インペラ(インペラ軸径６０ｍｍ、インペラ羽根高さ８０ｍｍ、インペラ羽根直径１４０ｍｍ)を、インペラ羽根の下端が静止浴面から約１８０ｍｍの下方の位置までインペラ羽根を溶銑中へ浸漬し、約３２０ｒｐｍで約２０分間回転させた後、回転を停止した。
【００３５】
そして、インペラ羽根の回転停止５分前までに、粉状の脱硫剤（９０％ＣａＯ＋１０％Ｎａ２ＣＯ３混合粉、粒径０．１５ｍｍ以下）０．９ｋｇを、インペラ軸の下端の吹き込み孔からＡｒガス（０．０４Ｎｍ３／ｍｉｎ）ととも吹き込んだ。
【００３６】
処理後［Ｓ］は０．００３９％と目標[Ｓ](０．００３５％以下)に達しなかった。
なお、実験途中から脱硫剤の吹き込み速度が低下していったので、吹き込み孔の出口を観察したところ、吹き込み孔の内部に溶銑が多少差し込んでおり、閉塞気味だった。
【００３７】
（実施例１）
内径３２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３製ルツボに溶銑（［Ｃ］４．５％、［Ｓｉ］０．４％、［Ｓ］０．０２５％）１８０ｋｇを装入し、約１３５０℃に保持した。そこへ、Ａｌ２Ｏ３製インペラ(インペラ軸径６０ｍｍ、インペラ羽根高さ８０ｍｍ、インペラ羽根直径１４０ｍｍ)を、インペラ羽根の下端が静止浴面から約１８０ｍｍの下方の位置までインペラ羽根を溶銑中へ浸漬し、約３２０ｒｐｍで約２０分間回転させた後、回転を停止した。
【００３８】
そして、インペラ羽根の回転停止５分前までに、粉状の脱硫剤（９０％ＣａＯ＋１０％Ｎａ２ＣＯ３混合粉、粒径０．１５ｍｍ以下）０．９ｋｇを、インペラ−軸側壁のノズル出口(２孔、それぞれ３ｍｍ径、θ＝９０°、Ｈ／Ｈ０＝０．８５)からＡｒガス（０．０４Ｎｍ３／ｍｉｎ）ととも吹き込んだ。
【００３９】
処理後［Ｓ］は０．００１６％と目標[Ｓ](０．００３５％以下)を充分に達成した。
なお、実験中の脱硫剤の吹き込み速度は略一定であった。実験後に吹き込み孔の出口を観察したところ、吹き込み孔の内部へ溶銑は全く差し込んでいなかった。
【００４０】
（実施例２）
内径３２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３製ルツボに溶銑（［Ｃ］４．５％、［Ｓｉ］０．４％、［Ｓ］０．０２５％）１８０ｋｇを装入し、約１３５０℃に保持した。そこへ、Ａｌ２Ｏ３製インペラ(インペラ軸径６０ｍｍ、インペラ羽根高さ８０ｍｍ、インペラ羽根直径１４０ｍｍ)を、インペラ羽根の下端が静止浴面から約１８０ｍｍの下方の位置までインペラ羽根を溶銑中へ浸漬し、約３２０ｒｐｍで約２０分間回転させた後、回転を停止した。
【００４１】
そして、インペラ羽根の回転停止５分前までに、粉状の脱硫剤（９０％ＣａＯ＋１０％Ｎａ２ＣＯ３混合粉、粒径０．１５ｍｍ以下）０．９ｋｇを、インペラ−軸側壁のノズル出口(４孔、それぞれ２.１ｍｍ径、θ＝９０°、Ｈ／Ｈ０＝０．８５)からＡｒガス（０．０４Ｎｍ３／ｍｉｎ）ととも吹き込んだ。
【００４２】
処理後［Ｓ］は０．００１７％と目標[Ｓ](０．００３５％以下)を充分に達成した。
なお、実験中の脱硫剤の吹き込み速度は略一定であった。実験後に吹き込み孔の出口を観察したところ、吹き込み孔の内部へ溶銑は全く差し込んでいなかった。
【００４３】
（実施例３）
内径３２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３製ルツボに溶銑（［Ｃ］４．５％、［Ｓｉ］０．４％、［Ｓ］０．０２５％）１８０ｋｇを装入し、約１３５０℃に保持した。そこへ、Ａｌ２Ｏ３製インペラ(インペラ軸径６０ｍｍ、インペラ羽根高さ８０ｍｍ、インペラ羽根直径１４０ｍｍ)を、インペラ羽根の下端が静止浴面から約１８０ｍｍの下方の位置までインペラ羽根を溶銑中へ浸漬し、約３２０ｒｐｍで約２０分間回転させた後、回転を停止した。
【００４４】
そして、インペラ羽根の回転停止５分前までに、粉状の脱硫剤（９０％ＣａＯ＋１０％Ｎａ２ＣＯ３混合粉、粒径０．１５ｍｍ以下）０．９ｋｇを、インペラ−軸側壁のノズル出口(２孔、それぞれ３ｍｍ径、θ＝４５°、Ｈ／Ｈ０＝０．９５)からＡｒガス（０．０４Ｎｍ３／ｍｉｎ）ととも吹き込んだ。
【００４５】
処理後［Ｓ］は０．００１５％と目標[Ｓ](０．００３５％以下)を充分に達成した。
なお、実験中の脱硫剤の吹き込み速度は略一定であった。実験後に吹き込み孔の出口を観察したところ、吹き込み孔の内部へ溶銑は全く差し込んでいなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】特許文献１により開示された発明を模擬した水モデル実験の状況を模式的に示す説明図である。
【図２】図１におけるインペラ軸の下端部付近を拡大して示す説明図である。
【図３】本発明の一例を模擬した水モデル実験の状況を模式的に示す説明図である。
【図４】図３におけるインペラ軸の下端部付近を拡大して示す説明図である。
【図５】本発明の他の一例を模擬した水モデル実験の状況を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明のさらに他の一例を模擬した水モデル実験の状況を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  容器
２  インペラ羽根
２ａ  上端
３  静止浴面
６  水
６ａ  水浴面
７  プラスチック製の粉体
８  ガス溜まり
９，１０  吹き込み孔
１１  気相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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