(57)【要約】【課題】脱硫スラグを用いた脱硫処理において脱硫効率を向上させることができる、脱硫スラグの再使用方法及び投入装置を提供すること。【解決手段】溶銑５の脱硫処理において、脱硫処理後の脱硫スラグ３を他の脱硫処理にて精錬剤として再使用する脱硫スラグの再使用方法であって、脱硫処理前の溶銑５に、脱硫スラグ３を投入する際に、内部に複数の突起部を有するバケットを用いて、脱硫スラグ３を投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑の脱硫処理において、脱硫処理後の脱硫スラグを他の脱硫処理にて精錬剤として再使用する脱硫スラグの再使用方法であって、
脱硫処理前の溶銑に、前記脱硫スラグを投入する際に、
内部に複数の突起部を有するバケットを用いて、前記脱硫スラグを投入することを特徴とする脱硫スラグの再使用方法。
【請求項２】
前記バケットとして、クラムシェル型のものを用いることを特徴とする請求項１に記載の脱硫スラグの再使用方法。
【請求項３】
前記脱硫スラグを投入する前に、
スラグ鍋に収容された前記脱硫スラグを前記バケットで掬い上げ、掬い上げた前記脱硫スラグを前記スラグ鍋内に落とすことで、前記脱硫スラグを粉砕することを特徴とする請求項１または２に記載の脱硫スラグの再使用方法。
【請求項４】
脱硫処理後の脱硫スラグを溶銑に投入する脱硫スラグの投入装置であって、
回動可能に設けられるアームと、
該アームの先端に回動可能に取り付けられ、内部に複数の突起部を有するバケットと
を備え、
前記バケットを用いて前記脱硫スラグを前記溶銑に投入することを特徴とする脱硫スラグの投入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硫スラグの再使用方法及び投入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業において、近年の鋼材の高純度化や高機能化の需要増加により極低硫鋼の比率が高まっている。これより、製鋼工程では、低硫鋼溶製のため、さらなる製鋼コストの削減やスラグ発生量を低減するための技術が必要となっている。一般的に、硫黄（Ｓ）は、コークス等の高炉で用いられる原料に起因して、高炉から出銑される溶銑中に含まれる。硫黄は、基本的に鋼の品質に悪影響を与える成分であるため、要求される鋼の品質に応じて、溶銑脱硫および溶鋼脱硫が行われる。このうち、溶銑脱硫では、溶銑に安価な生石灰（ＣａＯ）を主体とする精錬剤を添加し、攪拌・混合する方法が用いられている。この場合の脱硫反応は、「ＣａＯ＋Ｓ→ＣａＳ＋Ｏ」に示される反応式に基づいて進行する。
【０００３】
ところで、近年、省資源及び省エネルギーの推進が、製造コスト削減の目的のみならず、地球環境の保全の観点からも要求されており、石灰系脱硫剤に関しても脱硫処理で発生した脱硫スラグの再利用が行われるようになっている（例えば、特許文献１）。このような脱硫スラグの再使用方法では、機械攪拌式脱硫法による溶銑の脱硫処理後の脱硫スラグを他の脱硫処理にて精錬剤として再使用する際に、バケットを有する重機を用いて、脱硫スラグを溶銑に投入することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８８４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、機械攪拌式脱硫法による溶銑の脱硫処理では、生石灰を主体とする精錬剤を溶銑に投入し、精錬剤と溶銑とを反応させることで、脱硫処理が行われる。この際、機械攪拌式脱硫装置に設けられた攪拌羽根を溶銑に浸漬させ、回転させることで、溶銑と精錬剤とを攪拌させて脱硫反応を促進させている。そして、添加された精錬剤は、溶銑の浴面上で脱硫スラグを形成する。機械攪拌式脱硫法では、投入された精錬剤中のＣａＯは全て反応せずに、脱硫スラグには未反応のＣａＯが含まれることとなる。一般的には、石灰系の精錬剤の脱硫効率は１０％程度であり、残りの９０％程度は脱硫に寄与していないと考えられている。このため、この脱硫スラグを精錬剤として他の脱硫処理にて添加することで、新規の脱硫剤の使用量を低減することができ、脱硫スラグの発生量を抑えることが可能となる。しかしながら、脱硫スラグを用いた脱硫処理では、脱硫スラグによる脱硫効率にバラツキが大きく、脱硫効率が低くなることが問題であった。また、製造コストの削減やスラグ発生量の抑制の観点から、脱硫効率のさらなる向上が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、脱硫スラグを用いた脱硫処理において脱硫効率を向上させることができる、脱硫スラグの再使用方法及び投入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、溶銑の脱硫処理において、脱硫処理後の脱硫スラグを他の脱硫処理にて精錬剤として再使用する脱硫スラグの再使用方法であって、脱硫処理前の溶銑に、上記脱硫スラグを投入する際に、内部に複数の突起部を有するバケットを用いて、上記脱硫スラグを投入することを特徴とする脱硫スラグの再使用方法が提供される。
【０００８】
本発明の一態様によれば、脱硫処理後の脱硫スラグを溶銑に投入する脱硫スラグの投入装置であって、回動可能に設けられるアームと、このアームの先端に回動可能に取り付けられ、内部に複数の突起部を有するバケットとを備え、上記バケットを用いて上記脱硫スラグを上記溶銑に投入することを特徴とする脱硫スラグの投入装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、脱硫スラグを用いた脱硫処理において脱硫効率を向上させることができる、脱硫スラグの再使用方法及び投入装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における脱硫スラグ投入工程を示す説明図である。
【図２】バケットを示す斜視図である。
【図３】バケットを示す斜視図である。
【図４】スラグの粉砕状況を示す説明図である。
【図５】脱硫工程を示す説明図である。
【図６】脱硫スラグ排出工程を示す説明図である。
【図７】脱硫スラグの再使用方法の変形例を示す説明図である。
【図８】実施例における新規石灰添加量に対する脱硫効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１２】
＜脱硫スラグの投入装置＞
初めに、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る脱硫スラグの投入装置について説明する。投入装置１は、スラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３を、溶銑鍋４に収容された溶銑５へと投入する油圧ショベル等の重機である。投入装置１は、下部走行体１０と、上部旋回体１１と、ブーム１２と、アーム１３と、２つの連結部１４，１７と、一対のバケット１５，１６とを備える。
【００１３】
下部走行体１０は、クローラー式の走行体である。上部旋回体１１は、エンジン等を有し、下部走行体１０に旋回可能に搭載される。ブーム１２は、上部旋回体１１に俯仰可能に連結される。アーム１３は、連結部１４を介してブーム１２に上下回動可能に連結される。
一対のバケット１５，１６は、金属製のクラムシェル型のバケットであり、互いに対向して設けられ、連結部１７を介してアーム１３に回動可能に連結される。一対のバケット１５，１６は、図２及び図３に示すように、矩形状の導入口１５０，１６０と、導入口１５０，１６０から掬い上げた対象物を収容可能な本体部１５１，１６１とをそれぞれ有する。また、一対のバケット１５，１６は、不図示の駆動機構により連結部１７を中心にそれぞれ回動することで、開閉動作する。さらに、一対のバケット１５，１６は、複数の爪部１５２，１６２と、複数の突起部１５３，１６３とをそれぞれ有する。
【００１４】
複数の爪部１５２，１６２は、連結部１７とは反対側のバケット１５，１６の先端に設けられる金属製の爪状部材であって、溶接によって本体部１５１，１６１に固定される。複数の突起部１５３，１６３は、金属製の丸棒（φ３２ｍｍ、高さ１００ｍｍ）であり、本体部１５１，１６１の底面内側の先端側に溶接によって固定される。また、複数の突起部１５３，１６３は、本体部１５１，１６１の幅方向（図１における前後方向）に対して、千鳥状に並んだ２列に配される。
【００１５】
＜脱硫スラグの再使用方法＞
次に、本実施形態に係る脱硫スラグの再使用方法について説明する。
まず、図１に示すように、投入装置１を用いて、スラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３を、溶銑鍋４に収容された溶銑５に投入する（脱硫スラグ投入工程）。脱硫スラグ３は、予め行われた脱硫処理にて発生したスラグであり、後述する脱硫スラグ排出工程にて、スラグ鍋２に回収される。脱硫スラグ投入工程では、予め、図１に示すように、スラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３内で一対のバケット１５，１６を開閉させることで、脱硫スラグ３を攪拌させる。これにより、後述するように、脱硫スラグ３を形成する凝集体が粉砕される。脱硫スラグ３を攪拌した後、投入装置１の一対のバケット１５，１６でスラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３を掬い上げ、一対のバケット１５，１６を閉じた状態（導入口１５０，１６０が閉じた状態）で溶銑５の上方へ移動させる。そして、一対のバケット１５，１６を開けた状態（導入口１５０，１６０が開いた状態）にすることで、本体部１５１，１６１に収容された脱硫スラグ３を、導入口１５０，１６０の下側から落として投入する。この際、本体部１５１，１６１に収容された脱硫スラグ３は、本体部１５１，１６１の内部で突起部１５３，１６３に衝突しながら落下することとなる。
【００１６】
ここで、生石灰を主体とする精錬剤を用いた機械攪拌式脱硫法では、精錬剤は、投入方法によって異なるものの、一般的に数百μｍ〜数ｍｍ程度の粉粒状のものとなる。このような精錬剤は、脱硫処理中に凝集し、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の凝集体を形成する。図４（ａ）の断面図に示すように、脱硫スラグ３は、主にこの凝集体からなり、外側は反応済のＣａＯとなるが、内側は未反応のＣａＯとなる。脱硫スラグ３を再使用する際には、図４（ｂ）に示すように、この凝集体を粉砕して、未反応のＣａＯが表面に露出した状態で脱硫処理を行うことが肝要となる。
【００１７】
本実施形態では、まず、スラグ鍋２内で脱硫スラグ３を攪拌することで、脱硫スラグ３をある程度粉砕することができる。この際、先端に複数の爪部１５２，１６２を有した一対のバケット１５，１６で攪拌を行うことで、脱硫スラグ３を効果的に粉砕することができる。しかし、スラグ鍋２内での脱硫スラグ３の粉砕は、大型の重機である投入装置１によって行われるものであるため、スラグ鍋２内の脱硫スラグ３を均一に粉砕することは難しいものとなる。このため、本実施形態では、脱硫スラグ３を溶銑５投入する際に、内部に複数の突起部１５３，１６３を設けた一対のバケット１５，１６を用いることで、投入時において、脱硫スラグ３が複数の突起部１５３，１６３と衝突し、粉砕される。これにより、脱硫スラグ３がさらに粉砕され、スラグ鍋２内での粉砕時に粉砕しきれなかった脱硫スラグ３も粉砕されるようになる。
【００１８】
脱硫スラグ投入工程の後、図５に示すように、機械攪拌式脱硫装置６を用いて、溶銑５の脱硫処理が行われる（脱硫工程）。脱硫工程では、耐火物製の攪拌羽根６０を溶銑５に浸漬させて、回転させることで、脱硫スラグ投入工程で投入された脱硫スラグ３や石灰系の新規の精錬剤と溶銑５が接触し、脱硫反応が進行する。なお、脱硫スラグ投入工程で投入された脱硫スラグ３のみで脱硫が十分に行うことができる場合には、必ずしも新規の精錬剤が用いられなくてもよい。つまり、本実施形態では、精錬剤として、脱硫スラグ３が投入され、さらに必要に応じて石灰系の新規の精錬剤が投入されることで、脱硫処理が行われる。なお、精錬剤としては、ＣａＯの溶融促進や脱硫効率の向上を目的に、ＣａＦやＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ等の成分を含む添加剤がさらに含まれてもよい。
【００１９】
脱硫工程の後、図６に示すように、脱硫処理後の脱硫スラグ３が金属製の掻き棒７によって掻き出されることで、溶銑鍋４から排出される（脱硫スラグ排出工程）。溶銑鍋４から排出された脱硫スラグ３は、溶銑鍋４の下方に配されたスラグ鍋２へと収容される。そして、スラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３は、脱硫スラグ投入工程で用いられ、他の溶銑５の脱硫処理に再使用される。
【００２０】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【００２１】
例えば、脱硫スラグ投入工程では、予め一対のバケット１５，１６を用いてスラグ鍋２内で脱硫スラグ３を攪拌するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、スラグ鍋２内で脱硫スラグ３を攪拌せずに、脱硫スラグ３を直接溶銑５に投入してもよい。脱硫工程では、時間的な制約から、脱硫スラグ３を攪拌する時間が十分にとれない場合もある。このような場合においても、上記実施形態における一対のバケット１５，１６を用いて脱硫スラグ３の投入を行うことで、脱硫スラグ３の粉砕を行うことができる。さらに、例えば、スラグ鍋２内で脱硫スラグ３の攪拌を行う際に、図７に示すように、スラグ鍋２内で一対のバケット１５，１６を用いて脱硫スラグ３を掬い上げて（図７（ａ）及び図７（ｂ））、落下させる（図７（ｃ））動作を行うことで、脱硫スラグ３を粉砕させてもよい。攪拌動作に加えて、図７に示す動作を行うことで、脱硫スラグ３をより均一に粉砕することができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、丸棒状の複数の突起部１５３，１６３が、本体部１５１，１６１の幅方向に並んで千鳥状に２列設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。上述のように、複数の突起部１５３，１６３は、脱硫スラグ３の投入時に脱硫スラグ３と衝突することで、脱硫スラグ３の粉砕をするものである。このため、複数の突起部１５３，１６３は、一対のバケット１５，１６の収容容量や運用上の問題（例えば、製造やメンテナンスに掛かるコスト等）を鑑みて、適宜適正な個数や寸法、形状、配置となるように設けられることが好ましい。なお、粉砕降下や部材のコスト、取り付けの容易性等を考慮すると、複数の突起部１５３，１６３には、外径がφ２０ｍｍ以上φ８０ｍｍ以下、且つ高さが５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の円柱状のものを用いることが好ましい。
さらに、上記実施形態では、投入装置１のバケットが、クラムシェル型の一対のバケット１５，１６であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、投入装置１のバケットは、バケット１５，１６と同様な形状の一つのバケットであってもよい。
【００２３】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る脱硫スラグ３の再使用方法は、溶銑５の脱硫処理において、脱硫処理後の脱硫スラグ３を他の脱硫処理にて精錬剤として再使用する脱硫スラグの再使用方法であって、脱硫処理前の溶銑５に、脱硫スラグ３を投入する際に、内部に複数の突起部１５３，１６３を有するバケット１５，１６を用いて、脱硫スラグ３を投入する。
上記（１）の構成によれば、脱硫スラグ３を溶銑５に投入する際に、脱硫スラグ３を複数の突起部１５３，１６３に衝突させて、脱硫スラグ３を粉砕することができる。このため、内側に突起のない従来のバケット１５，１６を用いて脱硫スラグ３を投入する場合に比べて、投入した脱硫スラグ３の表面には未反応のＣａＯが露出した状態となるため、脱硫処理における脱硫効率を向上させることができる。さらに、脱硫効率の向上によって、新規の精錬剤の使用量を抑えることができ精錬コストを低減することができる。また、脱硫スラグ３の発生量も抑制することができる。
【００２４】
（２）上記（１）の構成において、バケット１５，１６として、クラムシェル型のものを用いる。
上記（２）の構成によれば、バケットが１つのものに比べて脱硫スラグ３を大量に投入することができる。また、スラグ鍋２内での脱硫スラグ３を攪拌し易くなるため、脱硫スラグ３をより粉砕することができる。
【００２５】
（３）上記（１）または（２）の構成において、脱硫スラグ３を投入する前に、スラグ鍋２に収容された脱硫スラグ３をバケット１５，１６で掬い上げ、掬い上げた脱硫スラグ３をスラグ鍋２内に落とすことで、脱硫スラグ３を粉砕する。
上記（３）の構成によれば、上記（１）に加えて脱硫スラグ３をより均一に粉砕することができる。
【００２６】
（４）本発明の一態様に係る脱硫スラグ３の投入装置１は、脱硫処理後の脱硫スラグ３を溶銑５に投入する脱硫スラグ３の投入装置１であって、回動可能に設けられるアーム１３と、アーム１３の先端に回動可能に取り付けられ、内部に複数の突起部１５３，１６３を有するバケット１５，１６とを備え、バケット１５，１６を用いて脱硫スラグ３を溶銑５に投入する。
上記（４）の構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。また、複数の突起部１５３，１６３は、バケット１５，１６に溶接等によって取り付ければいいだけなので、既存の投入装置においても簡易な改造で、安価に適用することが可能となる。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、上記実施形態に係る脱硫スラグ３の再使用方法を用いて、脱硫スラグ３を再使用して脱硫処理を行い、脱硫効率を調査した。また、実施例では、比較例として、突起部１５３，１６３のない一対のバケット１５，１６を用いて脱硫スラグ３を添加して脱硫処理を行った条件（比較例１）、及び脱硫スラグ３を用いずに脱硫処理を行った条件（比較例２）についても、脱硫効率を調査した。なお、実施例及び比較例１では、脱硫スラグ投入工程の前に、一対のバケット１５，１６を用いて、スラグ鍋２内の脱硫スラグ３を攪拌させる処理を同様に行った。
【００２８】
また、実施例及び比較例１，２では、処理条件として、新規の精錬剤の添加方法は、投入シュートからの自然落下による上添加とし、処理時間は１３分とした。また、処理する溶銑５は、温度が１２４０℃以上、Ｐ濃度が０．０８０ｍａｓｓ％以上、Ｓ濃度が０．０３０ｍａｓｓ％以下とした。さらに、実施例及び比較例１では、再使用する脱硫スラグ３の溶銑ｔｏｎ当たりの投入量を３ｋｇ／ｔ以上７ｋｇ／ｔ以下とした。
図８に、実施例及び比較例１，２の脱硫効率の調査結果を示す。図８において、横軸は、溶銑１ｔｏｎ当たりの新規の精錬剤中の石灰の量（新規石灰添加量［ｋｇ／ｔ］）であり、縦軸は、脱硫処理前の溶銑のＳ濃度［ｍａｓｓ％］に対する脱硫処理後のＳ濃度［ｍａｓｓ％］の比の自然対数をとった値となる脱硫効率である。
【００２９】
図８からわかるように、実施例と比較例１とを比較した場合、新規の精錬剤の使用量が同じ条件では、実施例の方が、脱硫効率が向上することを確認した。また、実施例の方が比較例１に対して脱硫効率のバラつきが少なくなり、特に新規の精錬剤の使用量が少ない条件ではこの傾向が顕著となった。これは、スラグ鍋２内での攪拌のみでは、粉砕が均一に行われず、大きな凝集体が粉砕されずに残る可能性があるためであると考えられる。しかし、投入時に突起部１５３，１６３を用いてさらに粉砕することで、実施例の方がより均一かつ細かく粉砕されることを示している。なお、スラグ鍋２内での攪拌のみでも時間をかければより均一に粉砕することができるが、通常の操業形態では時間制約があることに加えて、攪拌によって脱硫スラグ３の温度が低下することが問題となる。脱硫反応は高温であるほど脱硫効率が高くなるため、脱硫スラグ３の温度が低下してしまうと、脱硫効率が低下することとなる。
【００３０】
また、実施例と比較例２とを比較した場合、新規の精錬剤の使用量が同じ条件では、脱硫スラグ３を精錬剤として使用した実施例の方が、脱硫効率が向上することが確認された。
さらに、本発明者らは、実施例及び比較例１における脱硫処理後の脱硫スラグ３を回収し、回収した脱硫スラグ３の断面を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）で分析し、脱硫スラグ３中のＳの分布を測定した。
電子線マイクロアナライザによる測定の結果、実施例では、脱硫スラグ３の凝集体の内部までＳが分布していることが確認され、粉砕が十分に行われたことが確認できた。一方、比較例１では、外側にのみＳが分布している脱硫スラグ３の凝集体が確認され、粉砕が十分に行われていないことが確認された。
【符号の説明】
【００３１】
１  投入装置
１０  下部走行体
１１  上部旋回体
１２  ブーム
１３  アーム
１４  連結部
１５，１６  バケット
１５０，１６０  導入口
１５１，１６１  本体部
１５２，１６２  爪部
１５３，１６３  突起部
１７  連結部
２  スラグ鍋
３  脱硫スラグ
４  溶銑鍋
５  溶銑
６  機械攪拌式脱硫装置
６０  攪拌羽根
７  掻き棒
【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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【図７】
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【図８】
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