專利名稱：：熔融鐵合金的脫硫方法
技術領域：
：本發明涉及除去生鐵水等熔融鐵合金中的硫分的脫硫方法。近年來，隨著對鋼材高品質化需求的提高，強烈希望鋼材的低硫化。將硫除去(以下稱作脫硫)的工藝，大致分為使用魚雷形鐵水罐車或鐵水包的生鐵水階段的脫硫處理，以及在轉爐精煉后進行的鋼水階段的脫硫處理。近年來，伴隨生鐵水預處理技術的發達，生鐵水階段的脫硫處理成為主流。在生鐵水階段的脫硫處理中，使用CaO系脫硫劑、Na2O系脫硫劑、Mg系脫硫劑等。從脫硫處理的費用或脫硫后渣處理的難易程度等觀點出發，希望使用CaO系脫硫劑。因此，要求提高使用CaO系脫硫劑的生鐵水的脫硫效率的技術。歷來，在使用CaO系脫硫劑的生鐵水的脫硫處理時，在鐵水包內進行機械攪拌的脫硫處理。這種脫硫處理是使裝入生鐵水中的攪拌裝置回轉，使浴面上添加的脫硫劑卷入生鐵水內，藉此以高速而且高效率進行脫硫處理。在特開昭55-76005號公報中，揭示了在使用機械攪拌的生鐵水脫硫中，通過攪拌裝置向生鐵水內吹入烴氣體，藉此促進脫硫反應的方法。但是經過本發明人詳細調查后判明通過攪拌裝置向生鐵水內吹入的烴氣體，由于生鐵水和氣體的密度差而有集中在回轉中心的傾向，因此，提高脫硫反應效率的效果不充分。此外，必須在攪拌裝置內設置烴氣體的通路，還必須有對回轉體即攪拌裝置供給氣體的特殊配管和接頭等。因此有攪拌裝置和附屬設備費用上升的問題。在特開平8-337807號公報中，揭示了在向生鐵水中吹入粉體脫硫劑的同時，對生鐵水浴面噴吹還原性氣體，以促進脫硫反應的方法。但是，由于脫硫劑吹入用噴槍的熔損、或者生鐵或渣對生鐵水容器的附著情況，使脫硫劑的上浮區域不一定。因此有難以將還原性氣體準確噴吹到脫硫劑上浮的區域的問題。本發明就是為解決上述問題，其目的在于提供一種在生鐵水等熔融鐵合金的脫硫處理中效率高的脫硫方法。本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，在從保持在容器內的熔融鐵合金的浴面上向熔融鐵合金中投入脫硫劑的同時，對熔融鐵合金進行攪拌，其特征在于，向熔融鐵合金的浴面噴吹含有烴氣體的氣體，或者向熔融鐵合金的浴面添加發生烴氣體的物質。此外，本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，以換算成烴氣體量為每1噸熔融鐵合金3Nl／分以上的數量噴吹含有烴氣體的氣體。此外，本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，含有烴氣體的氣體是焦爐煤氣。此外，本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，發生烴氣體的物質是重油或煤。此外，本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，發生烴氣體的物質是以由廢棄物的熱處理或干餾處理制造的碳作為主體的物質。此外，本發明是一種熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，以換算成烴氣體量為每1噸熔融鐵合金發生3Nl／分以上烴氣體的數量添加發生烴氣體的物質。圖1是顯示適用于本發明脫硫方法的裝置的主要部分的斷面圖。圖2是顯示每1噸生鐵水的烴氣體量和脫硫速度的關系的圖。對附圖的符號簡單說明于下1攪拌裝置2噴槍3罩4脫硫劑5容器6熔融鐵合金7氣體圖1是顯示適用于本發明脫硫方法的裝置主要部分的斷面圖。從保持在容器5內的熔融鐵合金6的浴面上投入脫硫劑4，使用浸漬在熔融鐵合金6中的攪拌裝置1進行攪拌。與攪拌同時，由噴槍2向熔敲鐵合金6的浴面噴吹含有烴氣體的氣體7。另外，在圖1中顯示的回轉式的攪拌裝置作為攪拌裝置1，但本發明中并不限定為回轉式的攪拌裝置，也可使用以機械方式攪拌熔融鐵合金6的攪拌裝置。從熔融鐵合金6的浴面上投入的脫硫劑4由攪拌裝置1進行攪拌，卷入到熔融鐵合金6中。因而熔融鐵合金6和脫硫劑4的反應界面增大，脫硫處理的效率提高。作為脫硫劑4，可使用CaO系脫硫劑、Na2O系脫硫劑、Mg系脫硫劑等，但由脫硫處理的成本或脫硫后渣處理的難易程度等觀點出發，希望使用CaO系脫硫劑。CaO系脫硫劑的脫硫反應一般由下列(1)式表示。(1)式中的[S]及[O]是熔融鐵合金6中的S和O。另外，(1)式中的(CaS)是除去到渣中的CaS。(1)式的脫硫反應是還原反應，通過使反應界面成為還原性氣氛來促進脫硫反應。…(1)另一方面，烴氣體在約300℃完全分解，發生氫氣。烴氣體的分解反應由下列(2)式表示。…(2)由烴氣體的分解發生的氫氣，與氣氛氣體中的氧或熔融鐵合金6中的氧反應使體系內呈還原性氣氛，因此促進了脫硫反應。氫氣和氧的反應由下列(3)式和(4)式表示。…(3)…(4)烴的脫氧反應如(5)式所示。(5)式和(4)式中的平衡[O]濃度(5)式一方低。其與H2相比CnHm一方生成自由能高，換言之，C－H的共價鍵能比H－H的鍵能大。因而，通過使用烴，實現了強還原性，對脫硫反應是有利的。使用攪拌裝置1機械攪拌熔融鐵合金6時，熔融鐵合金6產生如圖1中箭頭所示的流動。由于這種流動，從熔融鐵合金6的浴面上投入的脫硫劑4卷入熔融鐵合金6中，在熔融鐵合金6內循環，因此與單獨吹入脫硫劑的場合相比，反應效率高。此外，由于熔融鐵合金6的流動，其浴面不斷更新，因此當向浴面噴吹含有烴氣體的氣體、或向浴面添加發生烴氣體的物質、實質上由烴氣體覆蓋熔融鐵合金6的浴面時，因熔融鐵合金6浴面的烴促進還原反應，從而使脫硫劑的反應效率提高。噴吹到熔融鐵合金6浴面的含有烴氣體的氣體，不限定為特定的種類。只要是含有丙烷氣體或甲烷氣體等的氣體即可，但優選使用在鋼鐵廠的焦爐中干餾煤時發生的焦爐煤氣。這是由于在焦爐煤氣中，作為主成分含有多量的H2和CH4向熔融鐵合金6的浴面上添加的發生烴氣體的物質，不限定為特定的種類。只要是在熔融鐵合金6的溫度下發生烴氣體的物質即可，但優選使用煤。煤含有由C、H組成的揮發份為10～40Wt％。該揮發份在約800℃完全揮發，因此在向熔融鐵合金6的浴面添加煤時，揮發份蒸發，發生與焦爐煤氣同樣成分的氣體。因而在向熔融鐵合金6的浴面添加煤時，與向熔融鐵合金6的浴面噴吹焦爐煤氣的場合得到同樣的效果。由環境保護的觀點出發，也可將以熱處理或干餾處理一般廢棄物、化學制品廢棄物等產業廢棄物、都市垃圾等制造的碳作為主體的物質作為發生烴氣體的物質使用。這些物質含碳量約50Wt％，含有與煤同樣的揮發份，因此得到與煤同樣的效果。另外，重油也在高溫下發生烴氣體，因此可作為發生烴氣體的物質使用。此外，本發明中的熔融鐵合金6不僅以生鐵水，而且以熔融鉻鐵等含高碳鐵合金和鋼水、熔融純鐵等作為對象。實施例1進行表1所示物質的干餾試驗，調查由各物質發生烴氣體的量。將其結果示于表1。使用容量300噸的鐵水包作為容器5，進行生鐵水的脫硫處理。在鐵水包的中心，配設回轉式攪拌裝置作為攪拌裝置1。將脫硫處理的條件示于表2。各物質的添加速度，根據表1所示的烴氣體發生量，使得每1噸生鐵水烴氣體的添加量為10Nl／分。例如在向浴面噴吹焦爐煤氣的場合，噴吹速度為4300Nl／分，烴氣體發生量70vol％，生鐵水為300噸，因此每1噸生鐵水烴氣體噴吹量為4300Nl／分×0．7÷300=10Nl／分在將含烴氣體的氣體7噴吹到生鐵水的浴面時，噴槍2前端的位置，取離鐵水包中心水平方向150mm或1500mm、離靜止狀態的浴面高度150mm或2000mm的組合中的4處。添加發生烴氣體物質的生鐵水浴面上的位置，取離鐵水包中心水平方向150mm或1500mm的2處。將這些匯總示于表3。在表2所示的條件下進行生鐵水的脫硫處理，調查脫硫前后生鐵水中的硫含量。將向浴面噴吹焦爐煤氣或丙烷氣體時噴槍2的前端位置取表3所示的4處(即A～D)，在向浴面添加重油、煤或都市垃圾干餾物時，將添加位置取表3所示的2處(即E，F)。另外作為比較例，不添加烴氣體進行脫硫處理，調查脫硫處理前后生鐵水中的硫含量。將其結果示于表4。在向浴面噴吹焦爐氣體或丙烷氣體時，越接近鐵水包中心、越接近浴面時脫硫效果越大。在向浴面添加重油等液體或煤等固體時，越接近鐵水包中心時脫硫效果越大。總之，通過使攪拌裝置1的葉片回轉，生鐵水在浴表面流向容器5的中心方向，在容器5的中心部流向浴內的方向。在將含有烴氣體的氣體7噴吹到接近容器5中心的浴面、或將發生烴氣體的物質添加到接近容器中心的浴面時，烴氣體實質上覆蓋浴面。結果促進了脫硫反應。接著，在脫硫效果最大的添加位置A和E變化烴氣體量，調查與脫硫速度常數K的關系。將其結果示于圖2。圖2的橫軸是每1噸生鐵水的烴氣體量。即示出了在噴吹含有烴氣體的氣體時，將氣體中所含的烴氣體量換算成每1噸生鐵水的量、在添加發生烴氣體的物質時，將發生的烴氣體量換算成每1噸生鐵水的量而得到的圖。縱軸的脫硫速度常數K由下列(5)式表示。[S]f脫硫處理后的S含量(wt％)[S]i脫硫處理前的S含量(wt％)tf處理時間(分)由圖2可知，與含有烴氣體的氣體或發生烴氣體的物質的種類無關，每1噸生鐵水的烴氣體量在3Nl／分以上時脫硫速度提高。因而烴氣體量希望對每1噸生鐵水為3Nl／分以上。此外，對于向生鐵水浴面噴吹焦爐煤氣的場合和向生鐵水浴面添加煤的場合，使用氧傳感器測定氣氛氣體中的氧濃度和生鐵水中的氧分壓。將其結果示于表5。向浴面噴吹焦爐煤氣和向浴面添加煤時，氣氛氣體中的氧濃度和生鐵水中的氧分壓同時比比較例低。總之，通過使用烴氣體，能夠使脫硫效率提高，減低生鐵水中殘存的硫。這是因為，在生鐵水和脫硫劑的反應界面處氧分壓降低，促進了脫硫反應。在脫硫處理中，不會發生生鐵水的飛散和突然沸騰等操作上的問題。另外，雖然這里對生鐵水的脫硫處理進行了說明，但本發明不僅適用于生鐵水，而且也能夠適用于熔融鉻鐵等含高碳鐵合金和鋼水、熔融純鐵等的脫硫處理。按照本發明，能夠在熔融鐵合金的脫硫處理中，達到脫硫效率提高、低硫鋼等硫含量少的鐵合金的生產率提高、渣發生量減低和脫硫處理費用減低。表1<tablesid="table1"num="001"><table>烴氣體發生量焦爐煤氣70vol％丙烷氣體100vol％重油1400Nl／kg煤300Nl／kg廢棄物的干餾物200Nl／kg</table></tables>表2<tablesid="table2"num="002"><table>攪拌裝置形狀4枚葉片回轉數150轉／分脫硫劑組成CaO+5wt％CaF2粒度125μm以下添加量每1噸生鐵水7．5kg添加時間攪拌開始3分鐘生鐵水處理量300t脫硫前的組成C4．0wt％，Sitr，Mn0．20wt％，P0．030～0．050wt％烴氣體的添加方法向浴面噴吹焦爐煤氣噴吹速度4300Nl／分向浴面噴吹丙烷氣體噴吹速度3000Nl／分向浴面添加重油添加速度2．1kg／分向浴面添加煤添加速度10kg／分向浴面添加都市垃圾的干餾物添加速度15kg／分</table></tables>表3<tablesid="table3"num="003"><table>烴氣體的添加方法添加的位置A含有烴氣體的氣體向浴面噴吹由離容器中心水平方向150mm，離靜止狀態的浴面高度150mm的位置噴吹B含有烴氣體的氣體向浴面噴吹由離容器中心水平方向1500mm，離靜止狀態的浴面高度150mm的位置噴吹C含有烴氣體的氣體向浴面噴吹由離容器中心水平方向150mm，離靜止狀態的浴面高度2000mm的位置噴吹D含有烴氣體的氣體向浴面噴吹由離容器中心水平方向1500mm。離靜止狀態的浴面高度2000mm的位置噴吹E發生烴氣體的物質向浴面添加由離容器中心水平方向150mm的浴面添加F發生烴氣體的物質向浴面添加由離容器中心水平方向1500mm的浴面添加</table></tables>表4<tablesid="table4"num="004"><table>烴氣體的添加方法添加位置脫硫開始時的生鐵水溫度(℃)脫硫終了時的生鐵水溫度(℃)脫硫前生鐵水中的硫含量(wt％)脫硫后生鐵水中的硫含量(wt％)備考焦爐煤氣浴面噴吹A135113180．0300．0019本發明例B135313110．0300．0038本發明例C134813140．0300．0058本發明例D135513160．0310．0062本發明例丙烷氣體浴面噴吹A134913190．0310．0021本發明例B135213160．0310．0040本發明例C134813210．0300．0061本發明例D134913120．0210．0066本發明例重油浴面添加E135513170．0330．0020本發明例F135213130．0320．0036本發明例煤浴面添加E135313100．0320．0022本發明例F135213160．0300．0041本發明例都市垃圾的干餾物浴面添加E134813210．0300．0019本發明例F134913200．0310．0045本發明例不添加烴氣體-135013150．0290．0070比較例</table></tables>表5<tablesid="table5"num="005"><table>烴氣體的添加方法添加位置氣氛氣體中的氧濃度(vol％)生鐵水中的氧分壓(logPo2)備考焦爐煤氣浴面噴吹A3～5-18．2本發明例煤浴面添加E6～9-17．5本發明例不添加烴氣體-15～20-16比較例</table></tables>權利要求1．一種熔融鐵合金的脫硫方法，該熔融鐵合金的脫硫方法中，其特征在于，從保持在容器內的熔融鐵合金的浴面上向上述熔融鐵合金投入脫硫劑的同時，對上述熔融鐵合金進行攪拌，向上述熔融鐵合金的浴面噴吹含有烴氣體的氣體，或者向上述熔融鐵合金的浴面添加發生烴氣體的物質。2．權利要求1所述的熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，以換算成烴氣體量為每1噸上述熔融鐵合金3Nl／分以上的數量噴吹上述含有烴氣體的氣體。3．權利要求1或2所述的熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，上述含有烴氣體的氣體是焦爐煤氣。4．權利要求1所述的熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，發生上述烴氣體的物質是重油或煤。5．權利要求1所述的熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，發生上述烴氣體的物質是以由廢棄物的熱處理或干餾處理制造的碳作為主體的物質。6．權利要求1、4或5所述的熔融鐵合金的脫硫方法，其特征在于，以換算成烴氣體量為每1噸上述熔融鐵合金發生3Nl／分以上的上述烴氣體的數量添加發生上述烴氣體的物質。全文摘要提供一種脫硫效率高的熔融鐵合金的脫硫方法,在熔融鐵合金的脫硫處理中,在向熔融鐵合金投入脫硫劑進行攪拌的同時,向浴面噴吹含有烴氣體的氣體,或者向浴面添加發生烴氣體的物質。文檔編號C21C1/02GK1279294SQ0010638公開日2001年1月10日申請日期2000年7月5日優先權日1999年7月5日發明者菊池直樹,竹內秀次,杉澤元達,小倉滋申請人:川崎制鐵株式會社