(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑鍋内の溶銑中に密閉型フリーボードを浸漬し、溶銑中に浸漬したインジェクションランスノズル先端からフラックスを吹き込み、溶銑の脱硫を行う処理方法において、周辺大気からの酸素による脱硫効率低下を抑えるために浸漬フリーボード内面の横断面積を溶銑鍋内面の横断面積の５０％超を確保し、さらに吹き込んだ脱硫剤がフリーボード内にすべて浮上するように、下記（１）式を満足する条件で前記ノズルからキャリアガスを吹込むことを特徴とする密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
０．５Ａ≦Ｌ≦０．９Ａ      ・・・・・（１）
但し、
Ｌ：インジェクションランス中心からのキャリアガス気泡到達距離
Ａ：フリーボード内面半径
【請求項２】
請求項１に記載の溶銑脱硫方法において、ランス浸漬の深さを溶銑鍋中溶銑深さの０．５倍以上確保することを特徴とする密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の溶銑脱硫方法におけるフラックスとしてソーダ灰系脱硫剤を用い、ソーダ灰吹込み速度として０．５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ−ｐｉｇ以下の条件を満たすことを特徴とする密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑の脱硫処理を効率的に行う密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉等で行われる精錬処理に際して、これに先立って高炉溶銑成分や溶製鋼種の成分組成に対応した溶銑予備処理が一般に実施されている。こうした溶銑予備処理の主たる目的は、脱珪・脱燐・脱硫を効率よく実施することにあるが、そのなかで、燐および硫黄については近年高級鋼製造に対する要請が増大するにつれその含有量の低下が強く要望されてきている。
【０００３】
脱硫技術については多くの特許が開示されているが、例えば同時脱燐・脱硫技術として特開平１１−１７２３１４号が提案されている。その概要を述べれば、溶銑鍋内の溶銑中に密閉型のフリーボードを浸漬し、溶銑中に浸漬したランスの先端からＣａＯ系フラックスを溶銑中に吹き込んで、溶銑の脱燐・脱硫を行う処理方法において、該脱燐・脱硫処理中にＣＯガスで充たされた上記フリーボード内に、上方からＣａＯ系および／またはＮａ2 ＣＯ3 系脱硫剤を投入して溶銑の脱燐・脱硫を行う方法で、しかも、上記フリーボード内面の断面積が溶銑鍋内面断面積の２０〜５０％で、かつランスの浸漬深さが浴深の５０％以上とするものである。
【０００４】
しかして、この発明によれば、溶銑の脱燐と脱硫を効率的に行えるので、脱燐・脱硫フラックス原単位の低減が図れると同時に、極低燐・低硫鋼が容易に製造できることから、コスト、品質の両面から多大な効果が得られるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案の処理方法では、溶銑鍋に対するフリーボードの横断面積比を５０％までに抑えているため、溶銑中酸素分増加が効率低下に影響を及ぼす脱硫を狙いとした処理方法においては、フリーボード外周辺の大気からの溶銑中への酸素の溶解が生じ易いことと、脱硫に有利な還元雰囲気となるフリーボード内に含まれる溶銑湯面の比率が十分でないため、酸素の影響を抑制できないことと、フリーボード内が十分に還元雰囲気とならないため、脱硫効率の低下や復硫が起こる惧れが多分にあった。
【０００６】
また、吹込み条件（粉体キャリアガス量を含めて）に関して適確な条件の設定がなされていなかったため、処理条件の如何にによっては脱硫処理剤（粉体）がフリーボード外に浮上してしまう事態の発生をみることがあった。このことによって周囲大気中の酸素との反応による脱硫効率の低下を来していた。
また、インジェクションランスから吹き込んだ脱硫剤を含んだキャリアガスにより発生する噴流がフリーボード内壁や溶銑鍋側壁等に達する場合には、当該部位の耐火物の溶損を著しく促す結果となっていた。
【０００７】
例え、フリーボード外側に脱硫剤が流出しない条件であってもも、適切なランスの浸漬・吹込み条件が設定されないと十分な脱硫効率が得られない状況下にあった。
なお、フリーボードを用いた溶銑鍋脱硫処理では、溶銑の揺動を抑えた高速吹込みが可能であるが、上記の効率低下に伴い高速脱硫が不可能となるため、適切なフリーボードおよび吹込み条件を満たさなければ、前述したような課題が発生する。特に２基以上の転炉を有する製鋼工場では、複数の転炉分の脱硫を賄うために、１つの脱硫ステーションでは対応できず、複数の設備を備えなければならないという不利な問題点を有せざるを得ない状況に置かれていた。
【０００８】
そこで、本発明はフリーボードおよび吹込み条件を適正に規定することで、脱硫効率のよい溶銑処理プロセスを提案し、脱硫剤コスト削減、高速脱硫処理の具現化を図る手法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１）  溶銑鍋内の溶銑中に密閉型フリーボードを浸漬し、溶銑中に浸漬したインジェクションランスノズル先端からフラックスを吹き込み、溶銑の脱硫を行う処理方法において、周辺大気からの酸素による脱硫効率低下を抑えるために浸漬フリーボード内面の横断面積を溶銑鍋内面の横断面積の５０％超を確保し、さらに吹き込んだ脱硫剤がフリーボード内にすべて浮上するように、下記（１）式を満足する条件で前記ノズルからキャリアガスを吹込む密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
０．５Ａ≦Ｌ≦０．９Ａ            ・・・・・（１）
但し、
Ｌ：インジェクションランス中心からのキャリアガス気泡到達距離
Ａ：フリーボード内面半径
【００１０】
（２） （１）に記載の溶銑脱硫方法において、ランス浸漬の深さを溶銑鍋中溶銑深さの０．５倍以上確保する密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
（３） （１）または（２）に記載の溶銑脱硫方法におけるフラックスとしてソーダ灰系脱硫剤を用い、ソーダ灰吹込み速度として０．５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ−ｐｉｇ以下の条件を満たす密閉型フリーボードを用いた溶銑脱硫方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記問題点の解決を図るべく密閉型フリーボードを用いた溶銑の脱硫方法について種々の検討・研究を重ねた結果、脱硫剤吹込み方式を浸漬ランスからのインジェクション方式に改めるとともに、適正なフリーボードの大きさと吹込み条件を選定することによって、効率的な脱硫を行えることを見いだすことができた。
【００１２】
フリーボード内への上部からの脱硫剤添加では、フリーボード内上面の溶銑盛り上がり部分での脱硫剤の巻き込みしか起こらず、効率よく全体を脱硫できないことが判明した。
そこで溶銑鍋内へ深く浸漬したランスからインジェクションすることによって溶銑全体に脱硫剤が行き渡るように考慮した。また浸漬フリーボードは、溶銑鍋上面と溶銑湯面の距離が確保できず、溶銑の盛り上がりによる流出等が懸念される場合において、脱硫剤吹き込みによる溶銑揺動を抑えるためには必須の設備である。
【００１３】
図１は本発明に使用する脱硫設備を示したもので、処理溶銑Ｐを収容した溶銑鍋１内へフリーボード２を浸漬し、フリーボード２の上部より脱硫剤吹き込み用のインジェクションランス３を溶銑鍋１内の溶銑Ｐ中へ浸漬する。なお、５はインジェクションランス３先端のノズル４よりインジェクションされた脱硫剤を含んだキャリアガス体（気泡）である。
フリーボードは大気中の酸素と溶銑を遮断し、酸素による脱硫効率低下を抑制するのに顕著な効果を発揮する。したがって、脱硫に関しては浸漬フリーボードは上記した理由から大きい方が有利である。
【００１４】
本発明者らは多くの試験結果から、図２に示すように溶銑鍋内面において５０％を超える断面積を有するフリーボードが必要があることを見いだした。図２は溶銑鍋断面積に対する浸漬フリーボード断面積の比と脱硫率との関係を示したものである。
また、インジェクションランスより吹き込んだ脱硫剤（粉体）が前述したフリーボード外に流出浮上した場合、大気中酸素による脱硫効率低下、復硫発生等および処理中の白煙発生を伴うため、フリーボード内において脱硫剤を浮上させ脱硫反応を起こさせる必要がある。
【００１５】
本発明者らは、フリーボード内においてインジェクションランスノズルからインジェクションされる脱硫剤を含んだ気泡の到達距離について、多くの実験を行い図３および図４の結果を得ることができた。
図３はフリーボード内での気泡の到達距離（図１のＬ）と脱硫率との関係を示し、図４はフリーボード内での気泡の到達距離とフリーボード側壁面での耐火物溶損指数（図１に示したＬとＡの距離からＬ＝Ａの時の耐火物溶損速度を１００として基準化した）の関係を示した。
これらの図から明らかなように気泡の到達距離が一定の値を確保するように、脱硫剤をインジェクションしなければならない。
【００１６】
しかして、これらの結果から実験式として下記（１）式を導き出した。
０．５Ａ≦Ｌ≦０．９Ａ            ・・・・・（１）
但し、
Ｌ：インジェクションランス中心からのキャリアガス気泡到達距
Ａ：フリーボード内面半径
したがって、上記（１）式を満たす条件下で脱硫剤をインジェクションしなければならない。
【００１７】
上記（１）式での上下限は次の考え方により設定している。すなわち、Ｌ（図１）が小さい場合は、溶銑浴中が撹拌不足となることによる脱硫効率低下が発生する。また、Ｌが大きい場合、溶銑の撹拌は十分に得られるが、浸漬フリーボード内壁（場合によっては溶銑鍋側壁）にインジェクションランスからのキャリアガスにより発生する噴流が当り、当該部位の耐火物を著しく溶損してしまう。
したがって、下限は脱硫効率の評価よりＬ≧０．５Ａとし、上限は耐火物溶損評価よりＬ≦０．９Ａとした。
【００１８】
なお、上記のＬについては、以下の様に表される。
Ｌ＝Ｌ１＋Ｒ
Ｌ１：インジェクションランスノズル先端からのキャリアガス気泡到達距離
Ｒ  ：ランス中心からのノズル先端までの距離
ここでＬ１については、いくつかの文献で紹介されているものを用いればよく、例えば今回用いたものは以下の式であり、ランス浸漬深さ・吹込み（ガス）速度等も条件に含まれている。（出典：鉄と鋼６１（１９７５）Ｎｏ．４  Ｓ１１１）
【００１９】
Ｌ１／ｄo ＝１．６Ｆｒ'1/3
Ｆｒ' ＝Ｆｒ（ｄo ／Ｈo ）
Ｆｒ＝（ρg ／ρ1 ）・（ｕON2 ／（ｄo ・ｇ））
ｄo ：ランス羽口径（ｃｍ）
Ｈo ：ランス浸漬深さ（ｃｍ）
ρg ：キャリアガス密度（ｇ／Ｎｃｍ3 ）
ρ1 ：液体密度（ｇ／ｃｍ3 ）
ｇ  ：重力加速度，９８０ｃｍ／ｓ2
Ｆｒ：フルード数
Ｆｒ' ：修正フルード数
【００２０】
また、上記条件を満たした場合において、さらにインジェクションランスノズル先端から溶銑湯面までの深さを示すランス浸漬深さを十分に深く保つことは、粉体浮上中の反応の寄与が高いインジェクション方式の処理において、脱硫剤浮上距離を確保し、脱硫効率の向上（脱硫剤が溶銑中の硫黄と出会い反応する確率向上）に大きく寄与している。
【００２１】
本発明者らの実験により評価を行ったところ、図５に示すような結果が得られた。図５は溶銑浴深さに対するランス浸漬深さの比と脱硫率との関係を示したものである。すなわち、（ランス浸漬深さ）≧（溶銑鍋中溶銑深さ）×０．５の条件を満たす必要があることが図から判明した。これは吹込み脱硫剤の浮上時間を長く確保することにより、短時間で効率よく脱硫を行うことができることを表している。
【００２２】
脱硫能力が特に大きく、ＭｇやＣａＣ2 と比較して安価な脱硫剤であるソーダ灰（Ｎａ2 ＣＯ3 ）は、上記条件で高速吹込みによる短時間での脱硫が可能であるが、この場合においても図６に示したように適正な条件が存在する。すなわち図６はソーダ灰（粉体）吹き込み速度（ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ−ｐｉｇ）と脱硫率との関係を表したものであり、ソーダ灰吹き込み速度は脱硫剤（粉体）浮上時間確保にとって重要な事項であり、（ソーダ灰吹込み速度）≦０．５ｋｇ／ｍｉｎ・ｔ−ｐｉｇの関係を満たす必要がある。
【００２３】
図６から明らかなように、０．５を超えて吹き込んでもソーダ灰による脱硫効率の向上は認められず、いたずらに脱硫剤を無駄に使用することになる。なお、ここで吹込み速度の下限は、許容できる処理時間や処理設備的能力により別途考慮されるべきものである。
また、ソーダ灰吹込み速度を下げるためには、単純には機械的に吹き込み速度を下げる方法があるが、この場合は流動性の余りよくないソーダ灰を配管中で詰まらせないためには、適当な配管径や吹込み設備を有せざるを得ず効率のよい少量の吹き込みには推奨できない。
【００２４】
これに対して生石灰等と混合することによってソーダ灰量を薄めれば、処理剤全体の吹込み速度を大きくとってもソーダ灰量は生石灰との配合割合によって、その量を少量に止めて置くことができるので、吹込み速度を増してもソーダ灰のみの吹込み速度は低く抑えることができると共に、混合する生石灰等によって良好な流動性を確保できるので好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
１．反応容器と使用設備
図１に示した溶銑鍋１（内面直径：４．５ｍ）、浸漬フリ−ボ−ド２、インジェクションランス３を使用して、溶銑の脱硫処理を行った。
２．脱硫処理前溶銑成分
〔Ｃ〕＝４．１〜４．６％、〔Ｓｉ〕＝０．２０〜０．６０％、〔Ｍｎ〕＝０．１５〜０．４０％、〔Ｐ〕＝０．０９２〜０．１５５％、〔Ｓ〕＝０．０１８〜０．０３５％
【００２６】
３．転炉スラグ代表成分
ＣａＯ＝４５〜５５％、ＳｉＯ2 ＝１５〜２０％、ＭｎＯ＝６〜１２％、ＭｇＯ＝４〜７％、Ｐ2 Ｏ5 ＝２．５〜３％、Ｔ・Ｆｅ＝１２〜１９％
４．溶銑量および溶銑浴の深さ
溶銑量；３５０ｔ、溶銑浴の深さ；３．５ｍ
５．操業条件および結果
本発明実施例を表１に、比較例を表２にまとめて記した。
【００２７】
【表１】
0004344070.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004344070.tif 000003
【００２９】
表１から分かるように、本発明実施例によれば、前記した各種条件を満足するように適正範囲内に設定したため、脱硫率６０％以上を確保しており、良好な脱硫が行われている。
しかし、本発明例１０に関しては請求項２で述べたランス浸漬深さの条件を満たしておらず、脱硫率が６２％と本発明例６の条件よりも低かった。
【００３０】
また本発明例１１では請求項３で述べたソーダ灰吹込み速度が小さく、脱硫率は６０．９％と本発明例１，４よりも低くなった。
さらに本発明例１２はランス浸漬深さ・ソーダ灰吹込み速度ともに小さいため、脱硫率は６０．１％と本発明例１，４，１１よりも低下した。
【００３１】
次に表２に示した比較例においては、比較例１，２はフリーボードの横断面積が適正範囲から外れているため、脱硫率が５６．３％と５６．０％に止まった。逆に比較例３，４は脱硫剤を含んだ気泡の到達距離が短く、脱硫率が５４．２％と５２．４％に低下した。
さらに比較例５では脱硫剤を含んだ気泡の到達距離が長く、脱硫率は良好であったが、耐火物溶損指数が７６と格段に高く耐火物に悪影響を及ぼしていた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のような浸漬フリーボード・吹込み条件を用いることにより、フラックス低減や溶銑鍋耐火物への悪影響を回避しつつ、効率のよい脱硫処理を行うことが可能である。また、浸漬フリーボードを用いることで溶銑揺動を抑制されるため、高速吹込みでの脱硫処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いた脱硫設備の概要を示す図
【図２】溶銑鍋断面積と浸漬フリーボード断面積との比と脱硫率との関係を示した図
【図３】フリーボード内での気泡の到達距離と脱硫率との関係を示した図
【図４】フリーボード内での気泡の到達距離とフリーボード側壁面での耐火物溶損指数の関係を示した図
【図５】溶銑浴深さに対するランス浸漬深さの比と脱硫率との関係を示した図
【図６】ソーダ灰粉体吹き込み速度と脱硫率との関係を示した図
【符号の説明】
１：溶銑鍋
２：フリーボード
３：インジェクションランス
４：インジェクションノズル
５：気泡
Ｐ：溶銑
【図１】
0004344070.tif 000004
【図２】
0004344070.tif 000005
【図３】
0004344070.tif 000006
【図４】
0004344070.tif 000007
【図５】
0004344070.tif 000008
【図６】
0004344070.tif 000009