(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、前記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に前記回転軸と同心に接続され、前記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、前記吸入口と内部で連通し、前記回転軸が回転する軸に対して前記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体と
を備える攪拌装置を用いて、
前記容器に収容された溶融金属に前記回転体を浸漬させ、前記回転軸を回転させ、前記回転体を回転させることで、前記吸入口から前記溶融金属を前記回転体の内部に吸入させ、吸入された前記溶融金属に遠心力を働かせて前記吐出口から吐出させて前記溶融金属を攪拌し、
前記吸入口は、前記高さ方向に対向する前記回転体の上面または下面に、前記回転軸と前記回転体との接続部を中心に環状に形成されることを特徴とする溶融金属の攪拌方法。
【請求項２】
前記吐出口が前記回転体の前記上面と前記下面との間の側面に設けられた前記攪拌装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の攪拌方法。
【請求項３】
前記攪拌装置を（３）式の条件で用いることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属の攪拌方法。
【数１】
0006489109.tif 000009
ａ：吐出口の直径（ｍ）
ｄ：回転する軸に垂直な方向における回転体の直径（ｍ）
ｎp：吐出口の数（個）
Ｎ：回転軸の回転数（ｒｐｍ）
h：回転体の浸漬深さ（ｍ）
Ｄ：容器の直径（ｍ）
【請求項４】
溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、前記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に前記回転軸と同心に接続され、前記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、前記吸入口と内部で連通し、前記回転軸が回転する軸に対して前記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体と
を備え、
前記吸入口は、前記容器に収容された前記溶融金属を吸入し、
前記吐出口は、前記吸入口から吸引された前記溶融金属を吐出し、
前記吸入口は、前記高さ方向に対向する前記回転体の上面または下面に、前記回転軸と前記回転体との接続部を中心に環状に形成されることを特徴とする溶融金属の攪拌装置。
【請求項５】
溶銑を収容する容器の高さ方向に延在して配され、前記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に前記回転軸と同心に接続され、前記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、前記吸入口と内部で連通し、前記回転軸が回転する軸に対して前記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体とを備える攪拌装置を用いて、
前記容器に収容された前記溶銑に前記回転体を浸漬させ、前記回転軸を回転させ、前記回転体を回転させることで、前記吸入口から前記溶銑を前記回転体の内部に吸入させ、吸入された前記溶銑に遠心力を働かせて前記吐出口から吐出させて前記溶銑を攪拌し、
前記攪拌装置を用いた前記溶銑の攪拌中に、前記溶銑にＣａＯ系脱硫剤を投入し、
前記吸入口は、前記高さ方向に対向する前記回転体の上面または下面に、前記回転軸と前記回転体との接続部を中心に環状に形成されることを特徴とする溶銑の脱硫方法。
【請求項６】
前記攪拌装置を（３）式の条件で用いることを特徴とする請求項５に記載の溶銑の脱硫方法。
【数２】
0006489109.tif 000010
ａ：吐出口の直径（ｍ）
ｄ：回転する軸に垂直な方向における回転体の直径（ｍ）
ｎp：吐出口の数（個）
Ｎ：回転軸の回転数（ｒｐｍ）
h：回転体の浸漬深さ（ｍ）
Ｄ：容器の直径（ｍ）
【請求項７】
溶銑を収容する容器の高さ方向に延在して配され、前記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に前記回転軸と同心に接続され、前記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、前記吸入口と内部で連通し、前記回転軸が回転する軸に対して前記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体と、
前記容器に収容された前記溶銑にＣａＯ系脱硫剤を投入する投入手段と
を備え、
前記吸入口は、前記容器に収容された前記溶銑を吸入し、
前記吐出口は、前記吸入口から吸引された前記溶銑を吐出し、
前記吸入口は、前記高さ方向に対向する前記回転体の上面または下面に、前記回転軸と前記回転体との接続部を中心に環状に形成されることを特徴とする溶銑の脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶融金属の攪拌方法、攪拌装置、脱硫方法および脱硫装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼の高付加価値化や鉄鋼材料の使用用途の拡大などに伴う材料特性向上の観点から、極低燐や極低硫といった高品質な鋼の要求が高まっている。これらの品質要求に対応するため、溶鋼を精錬処理する製鋼工程では、製造コストやスラグ発生量の増大を招くことなく、これらの品質要求に応じた鋼を溶製することが求められている。このため、製鋼工程の精錬処理では、脱燐剤や脱硫剤等の精錬剤と溶銑との反応効率を高めることが不可欠となっている。加えて、近年の鉄鋼需要の伸びに対応するためには、生産性の向上を図る必要があり、溶銑や溶鋼の精錬処理における反応速度の向上も重要となる。
【０００３】
これらの要求に応える技術として、従来から、機械攪拌式脱硫装置を用いた溶銑の脱硫処理方法が広く実用化されている。この脱硫処理方法では、インペラ（「回転羽根」または「攪拌羽根」とも称する）を溶銑中に浸漬させて回転させ、溶銑と脱硫剤とを強攪拌する。これにより、安価なＣａＯ（石灰）を主成分とする脱硫剤（以下、「ＣａＯ系脱硫剤」と記す）を使用しても、硫黄濃度が０．００２〜０．００４質量％の低硫黄濃度域まで、溶銑を短時間で脱硫処理することが可能である。
【０００４】
ＣａＯ系脱硫剤を用いた機械攪拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理では、溶銑湯面に添加された粉状または粒上のＣａＯ系脱硫剤は、インペラの回転によって形成される溶銑の渦の中に巻き込まれる。これにより、ＣａＯ系脱硫剤と溶銑との接触界面積が大きくなり、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を高めることができる。この際、溶銑がインペラの回転によって攪拌され、溶銑中の硫黄が反応界面（脱硫剤表面）に順次供給されることによって、脱硫反応は進行する。また、通常、溶銑を収容する反応容器は、横断面が円形の鍋型であり、反応容器のほぼ中心にインペラが上方から挿入されている。
【０００５】
しかし、近年における極低硫鋼に対する要求の高まりに対しては、上記従来技術だけでは対応することが難しくなってきている。そこで、機械攪拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、ＣａＯ系脱硫剤の反応効率を更に向上させ、且つ、処理時間をより短縮する技術として、インペラのスクリュー化やインペラの偏心挿入、反応容器への邪魔板設置などによって攪拌能力を向上させる技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、溶銑を収容した反応容器底部の内面形状が反応容器の中心軸に対して軸対称とはならないように、反応容器底部に施工する耐火物の厚みに変化を持たせる脱硫処理方法が提案されている。特許文献１に記載の脱硫処理方法によれば、インペラの回転によって形成される渦が偏心し、溶銑中へのＣａＯ系脱硫剤の巻き込みが促進されることで攪拌能力が向上する。
【０００７】
また、特許文献２には、インペラの挿入位置を反応容器の中心から偏心させることによって、インペラの回転により形成される渦を偏心させ、更に、形成された渦に専用ランスから粉状のＣａＯ系脱硫剤を搬送用ガスとともに吹き付ける脱硫処理方法が提案されている。特許文献２に記載の脱硫処理方法によれば、渦が偏心することによって回転流に十分な強制的な乱れが発生するため、攪拌能力が向上し、ＣａＯ系脱硫剤による高い反応効率を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２６６９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−４２８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の脱硫処理方法では、耐火物の高低差によって設けた反応容器底部の高低差が、耐火物の損耗によって小さくなるため、攪拌能力の向上効果を長期間に亘って維持できないという問題がある。特に、反応容器に冷鉄源を前装入する場合には、前装入される冷鉄源による底部耐火物の損耗が激しくなるため、この問題が顕著になる。
【００１０】
また、特許文献２に提案される脱硫処理方法では、反応容器とインペラとの位置関係の調整が難しいため、安定した攪拌能力の向上効果が得られないという問題がある。インペラの挿入位置が目標からずれた場合には、脱硫効率が低下するため再度の脱硫処理が必要となる場合があり、溶銑温度の低下や生産性の低下を招くおそれがある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされてものであり、溶融金属の攪拌能力を安定的に高めることができる溶融金属の攪拌方法および攪拌装置、または攪拌能力を安定的に高めることで脱硫処理における反応効率を安定的に高めることができる溶融金属の脱硫方法および脱硫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】
【００１１】
本発明の一態様によれば、溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、上記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、上記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に上記回転軸と同心に接続され、上記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、上記吸入口と内部で連通し、上記回転軸が回転する軸に対して上記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体とを備える攪拌装置を用いて、上記容器に収容された溶融金属に上記回転体を浸漬させ、上記回転軸を回転することで上記回転体を回転させて上記溶融金属を攪拌することを特徴とする溶融金属の攪拌方法が提供される。
【００１２】
本発明の一態様によれば、溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、上記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、上記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に上記回転軸と同心に接続され、上記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、上記吸入口と内部で連通し、上記回転軸が回転する軸に対して上記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体とを備えることを特徴とする溶融金属の攪拌装置が提供される。
【００１３】
本発明の一態様によれば、溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、上記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、上記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に上記回転軸と同心に接続され、上記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、上記吸入口と内部で連通し、上記回転軸が回転する軸に対して上記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体とを備える攪拌装置を用いて、上記容器に収容された溶融金属に上記回転体を浸漬させ、上記回転軸を回転することで上記回転体を回転させて上記溶融金属を攪拌し、上記攪拌装置を用いた上記溶融金属の攪拌中に、上記溶融金属にＣａＯ系脱硫剤を投入することを特徴とする溶融金属の脱硫方法が提供される。
【００１４】
本発明の一態様によれば、溶融金属を収容する容器の高さ方向に延在して配され、上記高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸と、上記回転軸の延在する方向の下端または下端と上端との間に上記回転軸と同心に接続され、上記回転軸の回転によって回転し、吸入口と、上記吸入口と内部で連通し、上記回転軸が回転する軸に対して上記吸入口よりも外側に設けられる吐出口とを表面に有する回転体と、上記容器に収容された上記溶融金属にＣａＯ系脱硫剤を投入する投入手段とを備えることを特徴とする溶融金属の脱硫装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、溶融金属の攪拌能力を安定的に高めること、または攪拌能力を安定的に高めることで脱硫処理における反応効率を安定的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】水モデル実験における攪拌装置を示す模式図である。
【図２】インペラを示す平面図および正面図である。
【図３】回転体を示す平面図および正面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線矢視図である。
【図５】水モデル実験におけるトルクと均一混合時間との関係を示すグラフである。
【図６】水モデル実験における吐出流量と浴径に対する凹み深さの比との関係を示すグラフである。
【図７】水モデル実験におけるａ２・ｄ・ｎＰ・Ｎ−０．６２×Ｈ／Ｄと巻き込み個数との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る脱硫装置を示す模式図である。
【図９】回転体の変形例を示す断面図である。
【図１０】実施例におけるトルク比と脱硫率との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例におけるａ２・ｄ・ｎＰ・Ｎ−０．６２×Ｈ／Ｄと脱硫率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても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。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１８】
＜水モデル実験＞
本発明者らは、機械攪拌式脱硫装置における溶銑の脱硫処理方法において、攪拌能力を高め、溶銑とＣａＯ系脱硫剤との反応効率を高める方法について検討を重ねた結果、溶銑に浸漬させる攪拌部に、後述する吸入口と吐出口とを設けることにより、より多くのエネルギーを溶銑に与えられることを見出した。以下に検討内容の詳細を示す。
本発明者らは、図１〜図４に示す実機を模した攪拌装置１を用いて水モデル実験を行い、攪拌部の形状の違いによる攪拌挙動の違いを確認した。図１に示すように、攪拌装置１は、円筒容器２と、回転軸３と、回転用モータ４と、回転数制御盤５と、トルク計６と、攪拌部７とを備える。
【００１９】
円筒容器２は、有底筒状の容器であり、内部に溶銑を模した水８を収容する。円筒容器２の内面底部の直径は、３５０ｍｍとした。回転軸３は、円筒容器２の高さ方向（図１の紙面に対する上下方向）に延在して配される棒状体である。回転用モータ４は、回転軸３の上端側に接続されるモータであり、接続される回転軸３を、回転軸３の軸心を中心に回転させる。回転数制御盤５は、回転用モータ４に電気的に接続される制御装置であり、回転用モータ４を制御することで回転軸３の回転数を制御する。トルク計６は、回転軸３の上端側に設けられ、回転する回転軸３のトルクを計測する。攪拌部７は、回転軸３の下端に、回転軸３と同心に接続され固定される。水モデル実験では、図２〜図４に示す形状の異なる２種類の攪拌部７ａ，７ｂ（７）を用いた。
【００２０】
図２に示す攪拌部７は、インペラ７ａであり、機械攪拌式脱硫装置に一般的に用いられる形状を模したものとなる。インペラ７ａは、回転軸３の下端と穴状の接続部９が接続されることで回転軸３に固定される。また、インペラ７ａは、図２に示すように、回転軸３が延在する高さ方向に延び、且つ回転軸３から高さ方向に垂直な方向にそれぞれ突出する４枚の同形状の羽根１０を有する。４枚の羽根１０は、隣接する羽根１０同士が直角に交わる。また、インペラ７ａの寸法を、高さ方向の長さが５０ｍｍ、対向する２枚の羽根１０の高さ方向に垂直な方向おける一端から他端までの長さが１００ｍｍおよび羽根１０の厚みが２５ｍｍとした。
【００２１】
図３および図４に示す攪拌部７は、本発明の一実施形態における回転体７ｂである。回転体７ｂは、円柱状の形状を有し、高さ方向の上端となる上面中央にインペラ７ａ同様に回転軸３の下端と接続される穴状の接続部１１が形成される。また、インペラ７ａは、吸入口１２と、８個の吐出口１３ａ〜１３ｈとを有する。吸入口１２は、回転体７ｂの上面に、接続部１１を中心に環状に形成される。さらに、回転体７ｂには、吸入口１２から高さ方向に延在する溝が形成される。８個の吐出口１３ａ〜１３ｈは、回転体７ｂの上下端となる上下面の間の側面に、回転体７ｂの周方向に等間隔に並んで円形にそれぞれ形成される。また、８個の吐出口１３ａ〜１３ｈは、回転体７ｂの側面から接続部１１に向かって伸び、吸入口１２の溝に連通する。つまり、吸入口１２と８個の吐出口１３ａ〜１３ｈとは、回転体７ｂの内部で連通する。また、回転体７ｂの寸法を、高さ方向の長さが３０ｍｍ、高さ方向に垂直な直径の長さが１２０ｍｍおよび８個の吐出口１３ａ〜１３ｈの断面における直径が２０ｍｍとした。
【００２２】
水モデル実験では、円筒容器２に収容された水８に攪拌部７を浸漬させ、水８の浴面に溶融金属の精錬剤を模した塩化ビニル製の直径２ｍｍの球体を水８に浮かべておいた。なお、静止状態における円筒容器２の底から水８の浴面までの深さｄ１（ｍｍ）としたき、この深さｄ１における浴面から攪拌部７の上端までの浸漬深さｈ（ｍｍ）が１００ｍｍまたは２００ｍｍとなるように攪拌部７を浸漬させた。そして、回転数を５０ｒｐｍ〜４００ｒｐｍに変化させながら回転軸３および攪拌部７を回転させることで水８を攪拌させた。この際、攪拌開始から１５秒毎に５枚の写真を撮影し、水８の中に侵入している球体の個数を数え、５枚の写真における球体の個数の平均値を巻き込み個数とした。また、静止状態における深さｄ１から、撮影した写真から測定された攪拌時の浴面の中央部の深さｄ２（ｍｍ）を差し引いた渦の凹み深さＨ（ｍｍ）を算出した。さらに、トルク計６を用いて、攪拌中に回転用モータ４に掛かるトルクを測定した。
【００２３】
また、円筒容器２内の水８が均一に混ざるのに要する時間（以下、均一混合時間）を測定するため、円筒容器２の底部の内壁側に電気伝導度検出用セルを固定し、水８の浴面の電気伝導度検出用セルから直線距離で最も遠い場所に２０％ＫＣｌ溶液６０ｍｌを添加した。そして、ＫＣｌ溶液の添加時点を測定開始とし、電気伝導度が平衡に到達した時点までの時間を均一混合時間として測定した。
【００２４】
図５に、攪拌部７が異なる２条件における、トルクと均一混合時間との関係を示す。図５に示すように、同一のトルクにおいては、回転体７ｂを用いた方が、均一混合時間が減少することを確認した。これは、回転体７ｂ本体により物理的に押し出される力、あるいは回転体７ｂの表面の抵抗により水が攪拌される力に加え、回転体７ｂの内部に侵入した水に遠心力が働くことで、回転体７ｂの方がインペラ７ａに比べ攪拌能力が向上していることを示す。また、同じ攪拌部７を用いた場合において、浸漬深さｈが大きいほど均一混合が短いことが確認された。これは、攪拌部７が形成する水平方向の流れが浴壁に衝突して鉛直方向の流れに変わることで、攪拌部７よりも下側の水８を攪拌する際に、攪拌部７の浸漬深さが大きいほど容器底部の攪拌が改善されるためである。
【００２５】
次に、回転体７ｂを用いた結果のなかでも、渦の凹み深さＨが回転体７ｂの浸漬深さｈよりも大きくなることで、巻き込み個数がより大きくなることを確認した。これは、渦の凹み深さＨが大きくなることで、浴面に浮かぶ球体が吸入口１２に吸い込まれ易くなり、さらに吐出口１３ａ〜１３ｈからの吐出流が浴面に近づくことで浴面での攪拌力が大きくなり、球体が水の中に巻き込まれ易くなるためである。
【００２６】
図６に、回転体７ｂを使った場合における、吐出流量と渦の凹み深さＨとの関係を示す。なお、図６において、縦軸を円筒容器２の直径である浴の径で渦の凹み深さＨを除した値とし、横軸を吐出流量Ｑとした。吐出流量Ｑ（Ｎｍ３／ｓ）は、下記（１）式で算出される。（１）式において、ａは吐出口１３ａ〜１３ｈの直径（ｍｍ）、ｎｐは吐出口１３ａ〜１３ｈの数（個）、ωは角速度（ｒａｄ／ｓ）、Ｎは回転軸３の回転数（ｒｐｍ）をそれぞれ示す。
【００２７】
【数１】
0006489109.tif 000002
【００２８】
図６より、回転体７ｂの形状から決まる吐出流量と渦の凹み深さＨとは、下記（２）式で示される関係を有することが確認された。なお、（２）式において、ｄは回転体７ｂの直径（ｍｍ）、Ｈは渦の凹み深さ（ｍｍ）、Ｄは円筒容器２の直径（ｍｍ）をそれぞれ示す。
【００２９】
【数２】
0006489109.tif 000003
【００３０】
さらに、上述のように渦の凹み深さＨを回転体７ｂの浸漬深さｈよりも大きくすることで、攪拌能力をより向上させることができる。図７に、ａ２・ｄ・ｎＰ・Ｎ−０．６２×Ｈ／Ｄを横軸とし、球体巻き込み個数を縦軸に取ったグラフを示す。図７に示すように、横軸の値が０以上となる条件において球体巻き込み個数が増加することが確認された。すなわち、回転体７ｂの形状や攪拌条件等の各種条件について、下記（３）式を満たすようにすることで、渦の凹み深さＨが浸漬深さｈよりも大きくなり、より高い攪拌能力を得ることができることが確認された。
【００３１】
【数３】
0006489109.tif 000004
【００３２】
＜脱硫装置（攪拌装置）＞
本発明は、上記の水モデル実験等の検討結果に基づいてなされたものであり、以下、本発明の一実施形態に係る溶融金属の脱硫装置１４の構成について説明する。本実施形態に係る溶融金属の脱硫装置１４は、溶融金属である溶銑１５から硫黄成分を除去する精錬装置であり、溶銑１５を攪拌させる攪拌装置でもある。脱硫装置１４は、図８に示すように、回転軸３と、攪拌部７である回転体７ｂと、容器１６と、台車１７と、投入シュート１８とを備える。
【００３３】
回転軸３および回転体７ｂは、図１〜図３に示す水モデル実験のものと寸法は異なるものの、同様な形状を有する部材である。つまり、回転軸３は、容器１６の高さ方向に延在して配され、下端に回転体７ｂが接続される。また、回転体７ｂは、上面に設けられた吸入口１２と、吸入口１２に内部で連通する８個の吐出口１３ａ〜１３ｈとを有する。また、回転軸３および回転体７ｂは、表面には耐火物がライニングされる。
【００３４】
容器１６は、内面が耐火物でライニングされた鉄製の溶銑鍋等の容器である。投入シュート１８は、先端が溶銑１５の浴面上方に配され、不図示の原料ホッパーから切り出されるＣａＯ系脱硫剤１９や不図示の使用済み耐火物等の副原料を浴面へと上置き添加する投入手段である。使用済み耐火物は、予め破砕され、粒度調整された耐火物である。
さらに、脱硫装置１４は、不図示の昇降装置や回転装置、集塵フード、排気ダクト、集塵器等の設備を有する。昇降装置は、回転軸３を高さ方向に昇降させる。回転装置は、回転軸３を回転軸３の長手方向の軸を中心に回転させることで、回転軸３および回転体７ｂを所定の回転数で回転させる。集塵フードは、容器１６の上方に、容器１６の高さ方向上端の開口部を覆って設けられる。集塵器は、処理中の排ガスやダストを、集塵フードを貫通して設けられた排気ダクトを介して吸引する。
【００３５】
＜脱硫方法（攪拌方法）＞
上記構成の脱硫装置１４では、以下の攪拌方法および脱硫方法を用いて溶銑１５の脱硫処理が行われる。まず、溶銑１５が収容された容器１６が台車１７に載せられる。次いで、容器１６と回転軸３とが同心となる位置まで、台車１７が移動する。さらに、昇降装置によって、回転体７ｂが所定の浸漬深さｈとなるまで、回転軸３および回転体７ｂが降下し、溶銑１５に浸漬する。その後、回転装置によって、回転軸３および回転体７ｂが回転することで、溶銑１５が攪拌される。次いで、回転体７ｂによって攪拌されている溶銑１５に、投入シュート１８を介してＣａＯ系脱硫剤１９や使用済み耐火物等の副原料が投入される。さらに、回転体７ｂによる攪拌が所定時間行われることで、脱硫処理が完了する。
このような脱硫方法において、本実施形態では、回転体７ｂで溶銑１５を攪拌する際に、攪拌能力を高めるため、（３）式を満たす条件で攪拌が行われることが好ましい。
【００３６】
＜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の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
【００３７】
例えば、上記実施形態では、図３に示す配置で、吸入口１２および吐出口１３ａ〜１３ｈが円柱状の回転体７ｂに設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。回転体７ｂは、自身の回転動作によって、吸入口１２から溶銑１５が吸入され、吸入した溶銑１５が吐出口１３ａ〜１３ｈから吐出される構成であれば、他の形状であってもよい。この場合、吐出口１３ａ〜１３ｈは、回転体７ｂが回転する軸に対して吸入口１２よりも外側に配される必要がある。このため、例えば、図９に示すように、吸入口１２が回転体７ｂの下面側に設けられる構成であってもよい。また、吸入口１２および吐出口の数やその形状・寸法は、十分な攪拌能力および実用に耐え得る強度を有していれば、上記実施形態の例に限定されない。
【００３８】
また、上記実施形態では、溶融金属は溶銑１５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、脱硫処理を目的とする場合には、溶融金属は溶鋼であってもよい。さらに、攪拌を目的とする場合には、溶融金属は鉄以外の金属であってもよい。本発明によれば、他の金属であっても、攪拌能力を向上させることができるため、攪拌による反応促進や均一混合時間の短縮化などの効果を得ることができる。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、脱硫処理を行う際にＣａＯ系脱硫剤等の副原料を上添加するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＣａＯ系脱硫剤等の副原料を投入する投入手段としては、搬送ガスと共に副原料を溶銑１５に吹きつけることで、副原料を添加する投入装置が用いられてもよい。
さらに、上記実施形態では、回転体７ｂは、回転軸３の下端と穴状の接続部９とが接続されることで回転軸３に固定されるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、回転体７ｂは、回転軸３の下端と上端との間に接続されることで回転軸３に固定されてもよい。この際、回転体７ｂは、孔状の接続部９を有し、回転軸３の下端側が回転体７ｂの下面から突出した状態で、回転軸３に固定されてもよい。
【００４０】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る溶融金属の攪拌方法は、溶融金属を収容する容器１６の高さ方向に延在して配され、高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸３と、回転軸３の延在する方向の下端または下端と上端との間に回転軸３と同心に接続され、回転軸３の回転によって回転し、吸入口１２と、吸入口１２と内部で連通し、回転軸３が回転する軸に対して吸入口１２よりも外側に設けられる吐出口１３ａ〜１３ｈとを表面に有する回転体７ｂとを備える攪拌装置（例えば、脱硫装置１４）を用いて、容器１６に収容された溶融金属に回転体７ｂを浸漬させ、回転軸３を回転することで回転体７ｂを回転させて溶融金属を攪拌する。
【００４１】
上記構成によれば、回転体７ｂ本体により物理的に押し出される力、あるいは回転体７ｂの表面の抵抗により溶融金属が攪拌される力に加え、回転体７ｂの内部に侵入した溶融金属に遠心力が働く。これにより、溶融金属に浮かぶ副原料の溶融金属への巻き込み性の向上や、浴面近傍や浴内全体における攪拌強度の向上といった効果が得られるため、例えばインペラ形状の攪拌部７を用いる場合に比べ攪拌能力を高めることができる。
【００４２】
また、上述のように、特許文献１に記載の方法では、反応容器の特殊な形状を用いるため、長期間に亘って攪拌能力を高めることが難しかった。さらに、特許文献１に記載の方法の場合、この問題を解決するために反応容器底部の高低差をより大きくすることが考えられるが、これにより床に施工される耐火物が厚くなり反応容器の収容能力が低下することが問題となる。一方、容器１６自体に特殊な加工をする必要がないため、長期間に渡って攪拌能力を安定的に高めることができる。さらに、容器１６の収容能力を低下させることなく、攪拌能力を高めることができる。
さらに、上記構成によれば、攪拌部７である回転体７ｂの挿入位置を偏心させなくても、攪拌能力を高めることができる。このため、特許文献２に記載の方法に比べ、容器１６を精度よく設置する必要がなくなり、攪拌能力を安定的に高めることができる。
【００４３】
（２）上記（１）の構成において、吸入口１２が高さ方向に対向する回転体７ｂの上面または下面に設けられ、吐出口１３ａ〜１３ｂが回転体の上面と下面との間の側面に設けられた攪拌装置を用いる。
上記構成によれば、簡易な構成で攪拌能力の向上効果を得ることができるようになる。また、吸入口１２を回転体７ｂの上面に設ける構成においては、浴面近傍の溶融金属や浴面に浮かぶ副原料に対して、吸入口１２へと向かう流れが生じるため、副原料の巻き込みの促進を図ることができる。
（３）上記（１）または（２）の構成において、攪拌装置を（３）式の条件で用いる。
上記構成によれば、溶融金属浴面の渦の凹み深さＨを回転体７ｂの浸漬深さｈよりも大きくすることができるようになるため、攪拌能力をより高めることができる。
【００４４】
（４）本発明の一態様に係る溶融金属の攪拌装置（例えば、脱硫装置１４）は、溶融金属を収容する容器１６の高さ方向に延在して配され、高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸３と、回転軸３の延在する方向の下端または下端と上端との間に回転軸３と同心に接続され、回転軸３の回転によって回転し、吸入口１２と、吸入口１２と内部で連通し、回転軸３が回転する軸に対して吸入口１２よりも外側に設けられる吐出口１３ａ〜１３ｈとを表面に有する回転体７ｂとを備える。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。
【００４５】
（５）本発明の一態様に係る溶融金属の脱硫方法は、溶融金属を収容する容器１６の高さ方向に延在して配され、高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸３と、回転軸３の延在する方向の下端または下端と上端との間に回転軸３と同心に接続され、回転軸３の回転によって回転し、吸入口１２と、吸入口１２と内部で連通し、回転軸３が回転する軸に対して吸入口１２よりも外側に設けられる吐出口１３ａ〜１３ｈとを表面に有する回転体７ｂとを備える攪拌装置（例えば、脱硫装置１４）を用いて、容器１６に収容された溶融金属に回転体７ｂを浸漬させ、回転軸３を回転することで回転体７ｂを回転させて溶融金属を攪拌し、攪拌装置を用いた溶融金属の攪拌中に、溶融金属にＣａＯ系脱硫剤１９を投入する。
【００４６】
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。また、この効果により、副原料であるＣａＯ系脱硫剤１９の溶融金属への巻き込み性を向上させることができるようになるため、脱硫反応効率を安定的に高めることができる。さらに、脱硫反応効率を安定的に高めることができるため、脱硫処理に掛かる時間を短縮することができるため、製鋼工程における生産性の向上を図ることができる。
【００４７】
（６）上記（５）の構成において、攪拌装置を（３）式の条件で用いる。
上記構成によれば、溶融金属浴面の渦の凹み深さＨを回転体７ｂの浸漬深さｈよりも大きくすることができるようになるため、攪拌能力をより高めることができる。
（７）本発明の一態様に係る溶融金属の脱硫装置１４は、溶融金属を収容する容器１６の高さ方向に延在して配され、高さ方向の自身の軸を中心に回転可能に設けられる回転軸３と、回転軸３の延在する方向の下端に回転軸３と同心に接続され、回転軸３の回転によって回転し、吸入口１２と、吸入口１２と内部で連通し、回転軸３が回転する軸に対して吸入口１２よりも外側に設けられる吐出口１３ａ〜１３ｈとを表面に有する回転体７ｂと、容器１６に収容された溶融金属にＣａＯ系脱硫剤１９を投入する投入手段（例えば、投入シュート１８）とを備える。
上記構成によれば、上記（５）と同様な効果を得ることができる。
【実施例】
【００４８】
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、図８に示す上記実施形態に係る脱硫装置１４を用いて、溶銑１５の脱硫処理を行った。溶銑１５およびＣａＯ系脱硫剤の条件を、表１に示す。また、実施例では、上端に吸入口１２が設けられた回転体７ｂとして、表２に示す、直径および吐出口の寸法および個数が異なる２種類の回転体Ａおよび回転体Ｂを用いた。ここで、比較例として、従来の機械攪拌式溶銑脱硫プロセスで使用されるものと同様なインペラを用いた溶銑の脱硫処理も行った。インペラの寸法を表２に合わせて示す。さらに、実施例および比較例では、この攪拌部７の種類および回転数を４０ｒｐｍ〜１４０ｒｐｍに変化させた複数の条件で脱硫処理を行い、処理前後における溶銑１５中の硫黄濃度の低下率を脱硫率として測定した。また、脱硫処理では、上記実施形態と同様に、攪拌されている溶銑１５に対して、投入シュート１８からＣａＯ系脱硫剤１９を上添加することで投入した。
【００４９】
【表１】
0006489109.tif 000005
【００５０】
【表２】
0006489109.tif 000006
【００５１】
表３に、実施例の各条件における回転体７ｂの種類、浸漬深さｈ、回転数、Ｘ値、トルク比および脱硫率を示す。ここで、Ｘ値は、ａ２・ｄ・ｎＰ・Ｎ−０．６２×Ｈ／Ｄで計算される値であり、トルク比は比較例４におけるトルクの値を１．００として規格化した時の値（測定されたトルクの値を比較例４のトルクの値で除した値）である。また、比較例のようなインペラによる凹み深さＨの値は、下記（４）式で計算されることが知られている（永田、「攪拌機の選定」、別冊化学工業、化学工業社、１９７０年、第１４巻、7号、ｐ．６４）。（４）式は、下記（５）式〜（６）式を用いて算出される。（４）式〜（６）式において、ｎＢは羽根枚数（枚）、ｂはインペラ高さ（ｍ）、Ｒｅはレイノルズ数、ρは溶銑の密度（７０００ｋｇ/ｍ３と仮定）、μは溶銑の粘度（０．００６５Ｐａ・ｓと仮定）をそれぞれ示す。
【００５２】
【表３】
0006489109.tif 000007
【００５３】
【数４】
0006489109.tif 000008
【００５４】
実施例および比較例における、トルク比と脱硫率との関係を図１０に示す。図１０に示すように、同等の高さのインペラ７ａに対して、同じトルクでは回転体７ｂの方が、脱硫率が高くなることが確認された。これは、前述したように、回転体７ｂにおいて攪拌力が強化される、均一混合時間が短くなったためだと考えられる。また、ａ２・ｄ・ｎＰ・Ｎ−０．６２×Ｈ／Ｄで示されるＸ値と脱硫率との関係を図１１に示す。図１１に示すように、Ｘ値が０以上、即ち（３）式を満たす条件において高い脱硫率が確認された。これは、（３）式を満たすことで、前述のように渦の凹みが回転体７ｂの浸漬深さよりも大きくなり、浴面上の脱硫剤が巻き込まれる量が多くなったためだと考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１  攪拌装置
２  円筒容器
３  回転軸
４  回転用モータ
５  回転数制御盤
６  トルク計
７  攪拌部
７ａ  インペラ
７ｂ  回転体
８  水
９  接続部
１０  羽根
１１  接続部
１２  吸入口
１３ａ〜１３ｈ  吐出口
１４  脱硫装置
１５  溶銑
１６  容器
１７  台車
１８  投入シュート
１９  ＣａＯ系脱硫剤
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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