説明

連続脱珪方法

【課題】脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができるようにする。
【解決手段】インペラ10の羽根16の枚数,羽根16の基部の高さb0と先端部の高さb1と関係,羽根16の幅dと溶銑流路の直径又は幅との関係,溶銑流路内に流れる溶銑の深さZと羽根先端の上端から溶銑上面までの距離h1との関係、溶銑流路内に流れる溶銑の深さZと羽根先端の下端から溶銑流路の底部までの距離h2との関係を設定することで、脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができるようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶銑中の珪素を連続的に除去する連続脱珪方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高炉で還元されて出銑された溶銑は、通常0.3〜0.7%程度の珪素[Si]の他に、4.3〜4.6%程度の炭素[C],0.09〜0.13%程度のりん[P]を含んでいる。この溶銑を精錬して鋼とするには、炭素[C]やりん[P]を所定濃度まで低減する必要があるが精錬効率の観点から脱炭,脱りんに先立って珪素[Si]や硫黄[S]を極力低濃度(例えば、珪素[Si]0.25%)まで除去しておくことが望ましい。そこで、従来から、高炉から出銑した溶銑に対して脱珪,脱硫等の予備処理が行われている(例えば、特許文献1,特許文献2)。
【0003】
特許文献1には脱硫処理の方法が開示されており、取鍋内に収容された溶銑に脱硫剤を添加し、当該溶銑にインペラ(攪拌羽根)を浸漬してインペラを回転させることにより、脱硫を行う方法である。
一方で、特許文献2には脱珪処理の方法が開示されており、高炉鋳床の溶銑流路に脱珪反応槽を設けて、脱珪搬送槽内の溶銑中に脱珪剤を添加して当該溶銑をインペラで攪拌することにより脱珪を行う方法である。
【特許文献1】特公昭45−31053号
【特許文献2】特開昭54−137420号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したように脱硫処理及び脱珪処理では、両処理ともに溶銑をインペラで攪拌して処理を行う方法であるが、脱硫処理では取鍋に溶銑を収容した状態で溶銑を攪拌するのに対し、脱珪処理においては、脱硫処理とは異なり、高炉鋳床の溶銑流路を連続的に流れる溶銑を攪拌している。
したがって、特許文献1の脱硫処理のように、滞留している溶銑を満遍なく攪拌して脱硫処理を行うことは比較的容易であるが、特許文献2のように、連続的に流れる溶銑を満遍なくインペラで攪拌して脱珪処理を行うことは未だ難しく、脱珪効率が低下すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができないという問題が現場から挙がってきている。
【0005】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができる連続脱珪方法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】
【0006】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記溶銑に浸漬して回転させる前記インペラの羽根の枚数を3〜6枚し、且つ当該羽根を式(1),式(2)を満たすようにしておくと共に、当該インペラを、式(3),式(4)を満たすように溶銑に浸漬する点にある。
b0≧b1 ・・・(1)
0.2≦d/D≦0.8 ・・・(2)
0<h1/Z≦0.4 ・・・(3)
0<h2/Z≦0.4 ・・・(4)
ただし、
d:羽根の幅(m)
D:溶銑流路の直径又は幅(m)
b0:羽根の基部の高さ(m)
b1:羽根の先端部の高さ(m)
Z:溶銑流路内に流れる溶銑の深さ(m)
h1:羽根先端の上端から溶銑上面までの距離(m)
h2:羽根先端の下端から溶銑流路の底部までの距離(m)
発明者は、高炉鋳床の溶銑流路を流れる溶銑を満遍なく攪拌することで、脱珪処理時に脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行う方法について様々な角度から検証した。
【0007】
具体的には、インペラの枚数及び羽根の幅を変更した複数のインペラを製作し、当該インペラを用いて、溶銑に対するインペラの浸漬度合い(羽根先端の上端から溶銑上面までの距離h1,羽根先端の下端から溶銑流路の底部までの距離h2)を変更しながら、脱珪処理を行う実験を行った。
実験の結果、前記溶銑に浸漬して回転させる前記インペラの羽根の枚数を3〜6枚し、且つ当該羽根を式(1),式(2)を満たすようにしておくと共に、当該インペラを、式(3),式(4)を満たすようにすることで、溶銑流路を連続的に流れる場合であっても脱珪効率が向上し且つバラツキ無く安定的に脱珪を行うことができることを見出した。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
まず、本発明の連続脱珪方法を適用する高炉設備の一例について説明する。ただし、本発明の連続脱珪方法はこの設備のみに適用されるものではない。
図1〜3に示すように、高炉の周りには高炉鋳床1が設けられており、この高炉鋳床1は高炉2から出銑された溶銑が流れる出銑樋4(溶銑流路)を有している。
前記出銑樋4の中途部には排滓樋5が分岐形成されており、出銑樋4の分岐部分の下流近傍には、排滓樋5に溶銑のスラグ6が流れるように案内する潜り堰7が設けられている。
【0010】
また、出銑樋4の分岐部分よりも下流側には、平面視略円形状の反応槽8が設けられている。出銑樋4には複数のインペラ10が配置されている。詳しくは、反応槽8に出銑樋4を流れる溶銑を攪拌するインペラ10a(攪拌羽根)が配置されるか、又は、前記分岐部分と反応槽8との間にインペラ10bが配置されている。インペラ10a又はインペラ10bの近傍に脱珪剤11を添加する添加装置12が設けられている。
したがって、高炉2から出銑した溶銑は出銑樋4を上流から下流に向かって流れ、溶銑上のスラグ6は潜り堰7で堰止められて排滓樋5に流れると共に、溶銑自体は反応槽8に向かって流れることとなる。そして、添加装置12で脱珪剤11を溶銑に添加しつつ溶銑に浸漬させたインペラ10a又はインペラ10bを回転させることによって連続的に流れる溶銑の脱珪処理を行うことができる。
【0011】
次に、連続脱珪方法で使用するインペラの構造について詳しく説明する。
図3,4に示すように、インペラ10a又はインペラ10bは耐火物などで構成されており、筒状又は棒状の回転軸15と、回転軸15の先端に設けられた複数の羽根16とを有している。各羽根16は回転軸15の先端から径外方向に突出した略矩形状のものである。各羽根16の基部(回転軸15との接合部)の高さb0は、羽根16の先端部(突出先端部)の高さb1よりも大きくなるように設定されている。
即ち、インペラ10a又はインペラ10bの各羽根16の高さb0,b1は式(1)を満たすように設定されている。
【0012】
b0≧b1 ・・・(1)
言い換えれば、図5(a)〜(c)に示すように、羽根16の先端部の縦壁17と羽根16の横壁18との角度θが90°以上となるように、インペラ10a又はインペラ10bの羽根16は構成されている。インペラ10a又はインペラ10bの羽根部16の形状は、図5に示すように、側面視で長方形状であっても、台形状であっても、円弧状(先端部の面取り状)であってもよい。
インペラ10a又はインペラ10bの枚数は3〜6枚に設定されている。具体的には、この実施例では、図1〜5及び図6(a)に示すように、羽根16の枚数は4枚とされている。各羽根16はその枚数に対応して回転軸15に対し均等な角度で回転軸15に取り付けられている。羽根16の枚数が4枚であるときは、各羽根16間の配置角度が略90°となるように各羽根16は回転軸15に取り付けられている。
【0013】
なお、図6(b)に示すように、羽根16の枚数が3枚であるときは、各羽根16間の配置角度が略120°となるように各羽根16は回転軸15に取り付けられている。
図6(c)に示すように、羽根16の枚数が6枚であるときは、各羽根16間の配置角度が略60°となるように各羽根16は回転軸15に取り付けられている。
さて、図4に示すように、羽根16の幅dを、最も離れている2枚の羽根16に着目し、それぞれの突出長さ(羽根16の基部から羽根16の先端部までの長さ)を合計したもの、言い換えれば、基準となる1つの羽根16の突出長さd1と、この羽根16より最も離れている他の羽根16の突出長さd2との合計としたとき、当該羽根16の幅dは式(2)を満たすように設定される。
【0014】
0.2≦d/D≦0.8 ・・・(2)
ただし、
D:溶銑流路の直径又は幅(m)
具体的には、図6(a)に示すように、羽根16の枚数が4枚であるときは、第1の羽根16aの突出長さd1と第2の羽根16bの突出長さd2との合計が羽根16の幅dとされる。
図6(b)に示すように、羽根16の枚数が3枚であるときは、第1の羽根16aの突出長さd1と第2の羽根16cの突出長さd2との合計が羽根16の幅dとされる。
【0015】
図6(c)に示すように、羽根16の枚数が6枚であるときは、例えば、第1の羽根16aの突出長さd1と、第4の羽根16dの突出長さd2との合計が羽根16の幅dとされる。
式(2)のDは、反応槽8に配置するインペラ10aに対しては、溶銑流路(出銑樋4)の直径、即ち、反応槽8の直径が適用される。また、式(2)のDは、反応槽8と分岐部分との間に配置するインペラ10bに対しては、溶銑流路(出銑樋4)の幅(溶銑流路の直線部分における幅)が適用される。
【0016】
ゆえに、インペラ10a又はインペラ10bの羽根16の幅dはそれぞれのインペラ10a,10bの配置場所に応じて変更されるようになっている。
インペラの構成は以上であるが、このように構成したインペラを下記のように用いることによって効率的な連続脱珪処理を行うことができる。以下、連続脱珪方法ついて説明する。
まず、高炉2の出銑口から出銑樋4に溶銑を出銑した際、出銑樋4を流れる溶銑に添加装置12を用いて脱珪剤11を添加する。このとき、上記のように構成したインペラ10a,10bを式(3),式(4)を満たすように溶銑内に浸漬して回転させ、溶銑と脱珪
剤とを混合する。
【0017】
0<h1/Z≦0.4 ・・・(3)
0<h2/Z≦0.4 ・・・(4)
ただし、
Z:溶銑流路内に流れる溶銑の深さ(m)
h1:羽根16先端の上端から溶銑上面までの距離(m)
h2:羽根16先端の下端から溶銑流路の底部までの距離(m)
なお、インペラ10を溶銑に浸漬した際、h1/Z+h2/Z+b1/Z=1.0の関係式を満たしており、この式と式(3)及び式(4)とを満たすように、羽根16の高さb1を設定するようにしている。
【0018】
脱珪処理が終了した溶銑は、下流に流れて溶銑を運搬する混銑車(トピートカー)に装入される。
このようにすることで、脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができる。
【実施例】
【0019】
以下、羽根16の枚数が3〜6枚で且つ式(1),式(2)を満たすようにインペラ10製作し、当該インペラ10を用いて脱珪処理を行った実施例と、式(1),式(2)を満たさないインペラ10製作し、当該インペラ10を用いて脱珪処理を行った比較例とを例示して説明する。なお、実施条件は表1の通りである。
【0020】
【表1】

【0021】
溶銑中の珪素[Si]は、脱珪剤11中の酸素[O]と反応して、Si+2O=SiO2の反応式にしたがって(SiO2)として溶銑から除去される。溶銑へ添加された脱珪剤11が効率的に脱珪反応に寄与したかを表す指標として、式(5)に示される脱珪酸素効率を用いた。
脱珪酸素効率は、脱珪剤11中の酸素分に対して溶銑中のSiの酸化に使用された酸素分の割合を示したものである。
【0022】
【数1】

【0023】
表2,図7〜10は複数のインペラ10を用いて脱珪処理を行った際の脱珪酸素効率についてまとめたものである。以下、表2,図7〜10に示した結果について説明をする。
なお、表2の攪拌位置の欄での「樋」とは出銑樋4の直線部分であることを示し、「円形反応樋」とは反応槽8であることを示している。
実際の操業においては、溶銑通過速度と脱珪剤の投入速度との制約から投入できる脱珪剤の最大原単位は60kg/tonであり、脱珪酸素効率が60%未満の場合、出銑時の最大珪素[Si]が約0.7mass%と高濃度のときには、過半量の処理後の珪素[Si]
が0.25mass%を超えることになってしまう。ゆえに、脱珪酸素効率を60%以上確保
する必要がある。
【0024】
【表2】

【0025】
[インペラの羽根の枚数について]
表2や図7に示すように、羽根16の枚数が3枚未満であり羽根16の枚数が少ないと、脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例12,13)。これは羽根16の枚数が少ないのでインペラ10を回転させたときに脱珪剤11を溶銑に巻き込ませる能力(攪拌能力)が低くなったことが原因と考えられる。
一方で、羽根16の枚数を6枚よりも多くすると脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例14)。これは、羽根16の枚数が多すぎるため、インペラ10を回転させたときに脱珪反応で生じるスラグ6が羽根16に付着し易くなってスラグ6が当該羽根16にまとわり着いて団子状に固まってしまうことが原因と考えられる。団子状のスラグ6が付着したままインペラ10を回転しても攪拌力は弱く、そのため反応効率が悪くなる。
【0026】
したがって、羽根16の枚数は、攪拌能力を高くできると共に、スラグ6がまとわりつき難い3枚〜6枚にするのがよく、このようにすることで、脱珪酸素効率を60%以上にすることができた。
[羽根の幅と溶銑流路の直径又は幅の関係について]
表2や図8に示すように、羽根16の幅と溶銑流路の直径又は幅との関係がd/D<0.2であるとき、脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例19,20)。
これはインペラ10を浸漬したときに溶銑流路の直径や幅に対してインペラ10の浸漬幅(幅d)が小さいことを意味しており、インペラ10を回転させても、インペラ10の近傍を流れる一部の溶銑にしか攪拌力を与えることができず、インペラ10から離れて流れる溶銑に対して十分な攪拌力を与えることができないことが原因と考えられる。
【0027】
即ち、出銑樋4を形成する側壁4a側を流れる溶銑はインペラ10の羽根16から離れた所を通過するため、あまり攪拌されることがない。攪拌力を十分に与えられていない溶銑は、そのまま上流から下流に向けて流れてしまい脱珪剤11との混合が十分に行われない。
一方で、羽根16の幅と溶銑流路の直径又は幅との関係がd/D>0.8であるとき、脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例15,16)。
これは、インペラ10を浸漬したときに溶銑流路の直径や幅に対してインペラ10の浸漬幅(幅d)が大きすぎることを意味しており、インペラ10を回転させても脱珪剤11を当該溶銑内に引き込ませるための渦を溶銑の表面に発生させることができず、反対に反応効率が悪くなった。
【0028】
したがって、羽根16の幅dと溶銑流路の直径又は幅の関係は、溶銑流路の直径又は幅に対して羽根16の幅dが大き過ぎず小さ過ぎない式(2)のようにするのがよく、このようにすることで、脱珪酸素効率を60%以上にすることができた。
[溶銑の深さと、羽根の先端の上端から溶銑上面までの距離について]
表2や図9に示すように、羽根16の先端の上端が溶銑上面と面一になっている、即ち、溶銑の深さと羽根16の先端の上端から溶銑上面までの距離との関係がh1/Z=0であるとき、脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例14,15,21)。
【0029】
これはインペラ10を回転させても、羽根16の先端の上端が溶銑の上面(浴面)、即ち、脱珪剤11と溶銑の浴面との界面を回転しているだけになり、脱珪剤11を十分に溶銑内に巻き込ませることができないことが原因と考えられる。
一方で、溶銑の深さと羽根16の先端の上端から溶銑上面までの距離との関係がh1/Z>0.4であるとき、脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例20)。
これは溶銑に対してインペラ10の羽根16を深く沈めてインペラ10を回転させても、インペラ10の近傍を流れる一部の溶銑にしか攪拌力を与えることができず、羽根16の上方を流れる溶銑に対しては十分な攪拌力を与えることができないことが原因と考えら
れる。羽根16の上方を流れる溶銑は、そのまま上流から下流に向けて流れてしまい脱珪剤11との混合が十分に行われることがない。
【0030】
したがって、溶銑の深さと羽根16の先端の上端から溶銑上面までの距離との関係は、インペラ10が溶銑に対して浮き過ぎず沈み過ぎない式(3)のようにするのがよく、このようにすることで、脱珪酸素効率を60%以上にすることができた。
[溶銑の深さと、羽根の先端の下端から溶銑流路の底部までの距離について]
表2や図10に示すように、羽根16の先端の下端が溶銑流路の底部に接触している状態になっている。即ち、h2/Z=0のときは、溶銑流路の底部と羽根16とが接触して操業自体が成り立たない。
【0031】
一方で、インペラ10の羽根16を溶銑流路の底部から離し、溶銑の深さと羽根16の先端の下端から溶銑流路の底部までの距離との関係を、h2/Z>0.4にしたとき脱珪酸素効率が60%未満となった(比較例13,21,22)。
これは溶銑に対してインペラ10の羽根16をあまり沈めていないために、インペラ10の近傍を流れる一部の溶銑にしか攪拌力を与えることができず、羽根16の下方を流れる溶銑に対しては十分な攪拌力を与えることができないことが原因と考えられる。羽根16の下方を流れる溶銑は、そのまま上流から下流に向けて流れてしまい脱珪剤11との混合が十分に行われることがない。
【0032】
したがって、溶銑の深さと羽根16の先端の下端から溶銑流路の底部までの距離との関係は、インペラ10が溶銑に対して浮き過ぎず沈み過ぎない式(4)のようにするのがよく、このようにすることで、脱珪酸素効率を60%以上にすることができた。
以上、インペラ10の羽根16の枚数を3〜6枚にすると共に、羽根を式(1),式(2)を満たすようにし、このインペラ10を、脱珪処理を行う際に、式(3),式(4)を満たすように溶銑に浸漬して回転させることによって、脱珪効率が向上すると共に、バラツキ無く安定的に脱珪を行うことができる。
【0033】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。上記の実施形態では1つのインペラ10で溶銑を攪拌して脱珪処理を行っているが、インペラ10は樋4(出銑樋4の直線部分)或いは反応槽8内に複数設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明は、高炉から出銑した溶銑を連続的に精錬する方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】図1は、高炉設備における高炉鋳床の概略平面図である。
【図2】図2は、高炉鋳床の概略側面図である。
【図3】図3は、溶銑供給路及びインペラの斜視図である。
【図4】図4は、インペラの浸漬状態を示す浸漬図である。
【図5】図5は、インペラの羽根の概略形状図である。
【図6】図6は、羽根の配置を説明する配置図である。
【図7】図7は、羽根の枚数と脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。
【図8】図8は、d/Dと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。
【図9】図9は、h1/Zと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。
【図10】図10は、h2/Zと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。
【符号の説明】
【0036】
1 高炉鋳床
2 高炉
4 出銑樋
5 排滓樋
8 反応槽
10 インペラ
12 添加装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
高炉鋳床の溶銑流路内を流れる溶銑に脱珪剤を添加し、インペラを溶銑に浸漬して回転させることにより溶銑と脱珪剤とを混合して溶銑中の珪素を連続的に除去する連続脱珪方法おいて、
前記溶銑に浸漬して回転させる前記インペラの羽根の枚数を3〜6枚にし、且つ当該羽根を式(1),式(2)を満たすようにしておくと共に、当該インペラを、式(3),式(4)を満たすように溶銑に浸漬することを特徴とする連続脱珪方法。
b0≧b1 ・・・(1)
0.2≦d/D≦0.8 ・・・(2)
0<h1/Z≦0.4 ・・・(3)
0<h2/Z≦0.4 ・・・(4)
ただし、
b0:羽根の基部の高さ(m)
b1:羽根の先端部の高さ(m)
d:羽根の幅(m)
D:溶銑流路の直径又は幅(m)
Z:溶銑流路内に流れる溶銑の深さ(m)
h1:羽根先端の上端から溶銑上面までの距離(m)
h2:羽根先端の下端から溶銑流路の底部までの距離(m)

【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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【公開番号】特開2007−182624(P2007−182624A)
【公開日】平成19年7月19日(2007.7.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−300643(P2006−300643)
【出願日】平成18年11月6日(2006.11.6)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】