CN117500946A - 钢水的精炼方法 - Google Patents

钢水的精炼方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117500946A
CN117500946A CN202280042959.4A CN202280042959A CN117500946A CN 117500946 A CN117500946 A CN 117500946A CN 202280042959 A CN202280042959 A CN 202280042959A CN 117500946 A CN117500946 A CN 117500946A
Authority
CN
China
Prior art keywords
molten steel
gas
ladle
plasma
stirring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280042959.4A
Other languages
English (en)
Inventor
原田晃史
中井由枝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority claimed from PCT/JP2022/021634 external-priority patent/WO2022270226A1/ja
Publication of CN117500946A publication Critical patent/CN117500946A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0075—Treating in a ladle furnace, e.g. up-/reheating of molten steel within the ladle
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/068—Decarburising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

在炼钢工序中，使向钢包内的钢水赋予氢等离子体时的脱氧、脱氮、脱硫的精炼反应快速进行，高效地熔炼杂质少的高纯度钢水。一种钢水的精炼方法，在向收容于钢包内的钢水(9)吹入搅拌用气体来搅拌钢水的工序中，对通过搅拌处理而处于流动状态的钢水的表面进行从设置于钢包内钢水的上方的等离子体发生装置(11、12)将氢气或包含氢气的非活性气体作为等离子体气体在满足下述(1)式的条件下照射的等离子体处理，减少钢水中包含的选自氧、氮、硫中的1种或2种以上的元素的含量。(1)式中，GP为等离子体气体的流量(Nm3/分钟)，(H2)为等离子体气体中的氢气浓度(体积％)，Q为钢水循环流量(吨/分钟)。(GP×(H2)/Q)≥0.05…(1)。

Description

钢水的精炼方法
技术领域
本发明涉及制造属于杂质元素的氧、氮、硫的含量少的钢水的精炼方法，详细地说，涉及将氢气或包含氢气的非活性气体作为等离子体气体照射到钢包内的钢水表面并通过等离子体气体来去除杂质的钢水的精炼方法。
背景技术
众所周知，铁钢材料中的非金属夹杂物对材料特性、质量产生不良影响。另外，氧化物系的非金属夹杂物在连续铸造中引起浸入式喷嘴的堵塞，由于铸造速度的减少而导致生产率降低，或者在最坏的情况下不得不中断铸造。作为非金属夹杂物，可举出钢水脱氧时生成的氧化物系的脱氧生成物、钢中合金元素的硫化物、氮化物等。为了减少这些非金属夹杂物(以下也简称为“夹杂物”)的量，重要的是尽可能地减少钢水中的氧、氮和硫，并且过去进行了各种努力。
对于钢水中的氧，通过添加铝(Al)、硅(Si)这样的脱氧剂，将钢水中的溶解氧固定为Al2O3、SiO2。生成的氧化物系夹杂物利用与钢水的比重差，通过钢水的气体搅拌处理、RH真空脱气装置中的环流处理等来实现上浮去除。然而，目前不能分离去除所有的氧化物系夹杂物，氧化物系夹杂物不可避免地残留在钢水中。
对于钢水中的氮，通过真空脱气设备中的真空处理来减少。然而，钢水中的氮除了受到作为表面活性元素的氧、硫的影响以外，难以避免由来自真空体系外的大气卷入而引起的吸氮，目前不能稳定地达到低浓度的氮水平。
对于钢水中的硫，通过添加CaO系助熔剂、CaO－Al2O3系助熔剂(添加脱硫剂)来减少。例如，在钢包精炼炉中的钢包精炼中，通过从钢包底将氩气吹入钢水中并进行搅拌，促进钢包内的钢水与CaO－Al2O3系助熔剂的反应，使硫移动到助熔剂侧(炉渣侧)，减少钢水中硫。然而，在这样的钢包精炼炉中的处理中，由于利用石墨电极进行电弧加热，所以产生碳向钢水中的溶入，难以应用于极低碳钢那样的钢种。
另外，在RH真空脱气装置中，有向在真空槽内环流的钢水中添加CaO系助熔剂或CaO－Al2O3系助熔剂从而进行脱硫的方法。进而，也有将氩气这样的非活性气体作为输送用气体从顶吹喷枪向在真空槽内环流的钢水投射(喷吹)CaO系助熔剂或CaO－Al2O3系助熔剂从而进行脱硫的方法。然而，在这些方法中，钢水与助熔剂的反应时间不充分，难以有效地得到低位的硫浓度的钢水。
然而，作为减少金属中的杂质的精炼技术，已知利用氢等离子体。由于等离子体内的温度达到数千度以上，所以等离子体气体中的氢气成为原子或离子状态，成为非常活性的状态。通过将其照射到钢水表面，可以期待仅通过通常的氢气照射无法达到的优异的精炼效果。即，通过下述(6)式至(8)式的反应，能够快速去除钢水中的氧、氮、硫。
2H+[O]＝H2O……(6)
xH+[N]＝NHx……(7)
yH+[S]＝HyS……(8)
这里，[O]表示钢水中的氧，[N]表示钢水中的氮，[S]表示钢水中的硫。
除了能够将钢水中的氧、氮和硫分别以H2O、NHx和HyS的形式作为气体去除到体系外之外，由于在去除氧时(脱氧时)不产生夹杂物，所以可以得到清洁性高的钢。
作为利用这样的氢等离子体的高纯度金属的精制技术，在专利文献1中公开了在使用氢等离子体进行金属的熔融时用于减少金属中的氧、氮或碳的等离子体气体中的氢浓度、炉内压力的优选范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4305792号公报
发明内容
然而，在将上述专利文献1的技术应用于工业规模的炼钢工序时存在以下问题。
在专利文献1所记载的实施例中记载了在等离子体溶解炉中处理数十g至数十kg水平的金属时的精炼效果。然而，在工业规模的炼钢工序中，需要处理超过100吨的钢水，难以向钢水整体照射等离子体气体。因此，专利文献1的公开技术中有可能无法得到快速的杂质去除效果。为了得到快速的杂质去除效果，重要的是不仅要使等离子体条件适当，还要使钢水侧的流动条件适当，高效地进行氢等离子体处理。
另外，在专利文献1的公开技术中没有规定赋予氢等离子体的对象的金属量、金属量与等离子体气体流量的关系。因此，假定如下情况：即使适当地控制等离子体气体组成、气氛压力，但等离子体气体流量、氢量相对于金属量不足，无法得到充分的杂质减少效果。进而，专利文献1不是对已经熔融的铁赋予氢等离子体的技术，还具有利用等离子体对对象金属进行加热熔融的作用。因此，即使像炼钢工序那样对已经熔融的钢应用所公开的等离子体气体条件也有可能无法得到同样的期待效果。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种钢水的精炼方法，其在炼钢工序中，使向钢包内的钢水赋予氢等离子体时的脱氧、脱氮、脱硫的精炼反应快速进行，高效地熔炼杂质少的高纯度钢水。
用于解决上述问题的本发明的主旨如下。
[1]一种钢水的精炼方法，在进行向收容于钢包内的钢水吹入搅拌用气体来搅拌钢包内的钢水的气体搅拌处理的工序中，
对通过上述气体搅拌处理而处于流动状态的钢包内钢水的表面进行从设置于该钢包内钢水的上方的等离子体发生装置将氢气或包含氢气的非活性气体作为等离子体气体在满足下述(1)式的条件下照射的等离子体处理，通过该等离子体处理来减少钢水中包含的选自氧、氮、硫中的1种或2种以上的元素的含量。
这里，GP为等离子体气体的流量(Nm3/分钟)，(H2)为等离子体气体中的氢气浓度(体积％)，Q为钢包内钢水的钢水循环流量(吨/分钟)。
[2]根据上述[1]所述的钢水的精炼方法，其中，使用下述(2)式、(3)式、(4)式算出上述钢包内钢水的钢水循环流量。
Q＝Wm/tC…(2)
tC＝0.555×[(D2/H)2/ε]0.337…(3)
这里，Q为钢包内钢水的钢水循环流量(吨/分钟)，Wm为钢包内钢水的质量(吨)，tc为钢包内钢水的钢水循环时间(分钟)，D为钢包内钢水浴的平均直径(m)，H为钢包内钢水浴的深度(m)，ε为搅拌动力(W/吨)，GB为向钢包内钢水吹入的搅拌用气体总吹入流量(Nm3/分钟)，TL为钢包内钢水的钢水温度(K)，P0为等离子体照射区域的气氛压力(托)。
[3]根据上述[1]或[2]所述的钢水的精炼方法，其中，上述气体搅拌处理通过在上述钢包的底部设置一处或两处以上的气体吹入部并从该气体吹入部向上述钢包内钢水中吹入搅拌用气体来进行，此时由(4)式算出的搅拌动力(ε)为25W/吨以上。
[4]根据上述[3]所述的钢水的精炼方法，其中，对以上述气体吹入部中的至少一处的垂直上方的钢水表面正上方为中心且由下述(5)式算出的等离子体照射范围半径(r)以内的范围照射上述等离子体气体。
r＝0.6×H×(gB 0.3-0.025)0.5…(5)
这里，r为等离子体照射范围半径(m)，gB为搅拌用气体的吹入流量(Nm3/分钟/气体吹入部一处)。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，对上述钢包内钢水照射等离子体气体时的气氛压力为150托以下。
[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，在收容于钢包内的钢水的表面漂浮的炉渣中，铁氧化物的浓度与锰氧化物的浓度的合计为5质量％以下。
[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，通过上述等离子体处理，同时减少钢水中包含的氧、氮、硫这三种元素的含量。
根据本发明，能够对收容于钢包的钢水适当地实施氢等离子体处理，其结果，能够快速地熔炼杂质少的高纯度钢，带来工业上有益的效果。
附图说明
图1是表示一般的钢包精炼炉的一个例子的纵截面示意图。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。
本发明的钢水的精炼方法是一种熔炼方法，其在进行向收容于钢包内的钢水吹入搅拌用气体来搅拌钢包内的钢水的气体搅拌处理的工序中，从设置于钢包内钢水的上方的等离子体发生装置将等离子体化的氢气或等离子体化的氢气与非活性气体的混合气体作为等离子体气体照射到通过气体搅拌处理而处于流动状态的钢包内钢水的表面，通过该等离子体气体的照射来去除钢水中的选自氧、氮、硫中的1种或2种以上的元素，减少其含量。在本说明书中，将氢气或包含氢气的非活性气体作为等离子体气体照射到钢水表面称为“等离子体处理”或“氢等离子体处理”。
能够实施本发明的精炼设备是能够将搅拌用气体吹入钢包内的钢水中来搅拌钢水的二次精炼炉，例如有钢包精炼炉(LF：Ladle Furnace)、VOD炉((真空氧气脱碳炉)Vacuum OxygenDecarburization炉)、VAD炉((真空电弧脱碳炉)Vacuum ArcDecarburization炉)、REDA((革命性脱气活化剂)Revolutionary Degassing Activator)真空脱气装置等。
图1是表示一般的钢包精炼炉的一个例子的纵截面示意图。图1中，符号1为钢包精炼炉，2为钢包，3为上盖，4为石墨电极，5为铁皮，6为炉衬耐火物，7为永久耐火物，8、8a为底吹塞，9为钢水，10为炉渣，11、12为等离子体炬，13为搅拌用气体气泡。收容钢水9的钢包2具有铁皮5作为外壳，在铁皮5的内侧按照永久耐火物7、炉衬耐火物6的顺序施工有耐火物，炉衬耐火物6的至少一部分(主要是炉渣线)由MgO系耐火物施工。另外，在钢包2的底部设置有用于吹入稀有气体等搅拌用气体的底吹塞8、8a作为气体吹入部。等离子体炬11、12是构成等离子体发生装置的一部分的装置，是从其前端部向钢包内的钢水9的表面照射等离子体气体来实施氢等离子体处理的装置，贯通上盖3而设置，能够在由钢包2和上盖3包围的空间内上下移动。图1中，设置有两座等离子体炬，但等离子体炬可以是一座，另外也可以是三座以上。另外，图1中，底吹塞设置在两处，但底吹塞可以是一处，另外也可以是三处以上。
钢包精炼炉1是从底吹塞8、8a向钢包内的钢水9吹入氩气等搅拌用气体并一边搅拌钢水9一边添加精炼用助熔剂和合金材料的设备。并且，钢包精炼炉1也是利用石墨电极4实施通电加热并将钢水9的成分和温度调整为目标值的设备。应予说明，在利用交流电源进行通电加热的设备中，大多设置三根石墨电极4，但在图1中，省略三根石墨电极4中的两根的记载，成为记载有一根石墨电极4的图。另外，在钢包精炼炉1中，添加的精炼用助熔剂熔融而形成所期望的组成的炉渣10，通过该炉渣10与钢水9的反应，进行钢水中夹杂物的形态控制、钢水的脱硫反应。将钢包2的炉渣线的炉衬耐火物6设为MgO系耐火物的理由在于MgO系耐火物对炉渣10的耐腐蚀性高。在钢包精炼炉1中，由钢包2和上盖3包围的空间内气氛的压力与大气压相同。即，在钢包精炼炉1中，不能实施减压下的精炼。
VOD炉(未图示)和VAD炉(未图示)具备与排气装置连接的真空室，将收容钢水9的钢包2配置于真空室的内部。然后，构成为对真空室的内部进行减压，从配置于钢包2的底部的底吹塞8、8a吹入搅拌用的稀有气体或非氧化性气体。是如下设备：这样在搅拌钢包内的钢水9的同时，从贯通真空室而设置的顶吹喷枪将脱硫剂等精炼剂与氧气或输送用气体一起吹到钢包内的钢水9进行精炼。与钢包精炼炉1同样，VAD炉具备用于加热钢水9的石墨电极。在VOD炉和VAD炉中，通常在减压下进行精炼。通过将等离子体炬在真空室的上部贯通真空室而设置，可以实施本发明。
REDA真空脱气装置(未图示)是将利用搅拌用气体的钢包内钢水的底吹搅拌与使前端部浸渍于钢包内钢水的内部减压的大直径浸渍槽组合而得的脱气炉，是一边进行底吹搅拌一边使钢水上升到大直径浸渍槽内进行精炼的装置。在REDA真空脱气装置中，通常在减压下进行精炼。通过将等离子体炬在大直径浸渍槽的上部贯通大直径浸渍槽而设置，可以实施本发明。
在本实施方式的钢水的精炼方法中，在钢包精炼炉1、VOD炉等二次精炼炉中的钢水9的精炼中，从等离子体炬11、12向被氩气等搅拌用气体搅拌的钢水9的表面作为等离子体气体照射氢气或包含氢气的非活性气体。由于等离子体内的温度达到数千度以上，所以等离子体气体中的氢气成为原子或离子状态，成为非常活性的状态。通过将原子或离子状态的活性氢照射到钢水表面，形成下述(6)式、(7)式、(8)式的反应，可以快速地去除钢水中的氧、氮、硫。
2H+[O]＝H2O……(6)
xH+[N]＝NHx……(7)
yH+[S]＝HyS……(8)
(6)式、(7)式、(8)式中，[O]表示钢水中的氧，[N]表示钢水中的氮，[S]表示钢水中的硫。
在图1中，从底吹塞8、8a吹入搅拌用气体，但也可以使注入喷枪(未图示)浸入于钢水9，从注入喷枪的前端部向钢水9吹入搅拌用气体。作为搅拌用气体，可以使用作为非活性气体的氩、作为还原气体的氢气、丙烷。在氢等离子体处理中，在不以脱氮反应为目的的情况下，也可以使用氮气作为搅拌用气体。另外，可以混合使用非活性气体、氮气，或者在氢等离子体处理中适当切换使用。
产生等离子体有各种方式，但一般是如图1所示使用等离子体炬11、12产生等离子体的方式。等离子体炬11、12是主要使用直流电流并通过气流、水冷喷嘴等的作用以适合各种用途的形式稳定且控制良好地产生电弧等离子体的装置之一。
上述使用直流电源的等离子体炬有非转移型和转移型。采用非转移型等离子体炬，无需在钢水侧设置电极，因此设备限制少，另外，设置费用廉价，从该观点考虑，优选使用利用直流电弧放电的非转移型等离子体炬。
应予说明，等离子体发生装置只要是能够设置于钢水9的上方且能够稳定地向钢水表面供给氢等离子体的形式，则方式没有特别限制。例如，可以是在钢包精炼炉1中进行氢等离子体处理时，向由石墨电极4生成的电弧中供给氢气或包含氢的非活性气体，使氢气或包含氢气的非活性气体等离子体化的方式。另外，对于VOD炉这样的没有加热用的电极的工艺，在钢水9的上方设置产生交流电弧的电极，在向该电极间供给氢气或包含氢气的非活性气体，由此可以进行氢等离子体处理。
作为等离子体气体，使用氢气或将氢气与非活性气体混合而成的混合气体。使用氢气的理由是如上所述，通过使氢气等离子体化可以直接去除钢水中的杂质。为了得到快速的杂质去除效果，优选在等离子体气体中混合0.5体积％以上的氢气。氢等离子体气体中的氢气浓度越高，杂质去除效果越上升，因此不特别设置氢等离子体气体中的氢气浓度的上限。作为非活性气体，可以使用氩气、氦气。
为了快速减少钢水中的氧、氮和硫这样的杂质，需要将等离子体气体的流量、等离子体气体中的氢气浓度和钢包内钢水的钢水循环流量这三个要素控制在适当的范围。
即，为了得到快速的杂质去除效果，不仅需要提高等离子体气体中的氢气浓度，还需要对于通过底吹气体搅拌而在钢包内钢水浴内循环的钢水循环流量供给适当的氢气量。具体而言，如下述(1)式所示，等离子体气体的流量(GP)、等离子体气体中的氢浓度(H2)和钢包内钢水的钢水循环流量(Q)这三个要素需要是满足下述(1)式的关系的条件。另外，优选使三个要素的关系(GP×(H2)/Q)为0.1以上，更优选为0.5以上。另一方面，如果(GP×(H2)/Q)大于3.0，则需要大的输出来解离或电离等离子体气体中的氢。进而，随之等离子体炬的损耗变得显著，因此更优选使(GP×(H2)/Q)为3.0以下。
(1)式中，GP为等离子体气体的流量(Nm3/分钟)，(H2)为等离子体气体中的氢气浓度(体积％)，Q为钢包内钢水的钢水循环流量(吨/分钟)。应予说明，等离子体气体的流量的“Nm3/分钟”是表示等离子体气体的体积流量的单位，“Nm3”是指标准状态下的等离子体气体的体积。在本说明书中，将等离子体气体的标准状态设为0℃、1atm(101325Pa)。
钢包内钢水的钢水循环流量(Q)受到钢包内的钢水质量和底吹气体的搅拌动力的影响。因此，对于这些条件中的每一个，在实机的钢包2中测定钢包内钢水中的钢水循环时间，将钢包内的钢水质量除以所测定的钢水循环时间，由此可以求出钢包内的钢水9的钢水循环流量(Q)。
这里，将在钢包内的钢水9中添加示踪元素(例如铜、镍等)，从钢包内按时间顺序采集的成分分析用试样的示踪元素浓度的变动在±5％以内所需的时间设为均匀混合时间时，由于钢水循环时间约为均匀混合时间的1/3，所以可以将成为所得到的均匀混合时间的1/3的时间用作钢水循环时间。
另外，众所周知，钢包内钢水中的钢水循环时间可以通过由下述(3)式表示的经验回归方程来求出，进而，下述(3)式中的搅拌动力(ε)可以通过由下述(4)式表示的经验回归方程来求出。因此，优选使用下述(2)式、(3)式、(4)式求出钢包内钢水的钢水循环流量(Q)。
Q＝Wm/tC…(2)
tC＝0.555×[(D2/H)2/ε]0.337…(3)
(2)式至(4)式中，Q为钢包内钢水的钢水循环流量(吨/分钟)，Wm为钢包内钢水的质量(吨)，tc为钢包内钢水的钢水循环时间(分钟)，D为钢包内钢水浴的平均直径(m)，H为钢包内钢水浴的深度(m)，ε为搅拌动力(W/吨)，GB为向钢包内钢水吹入的搅拌用气体总吹入流量(Nm3/分钟)，TL为钢包内钢水的钢水温度(K)，P0为等离子体照射区域的气氛压力(托)。应予说明，关于向钢包内钢水吹入的搅拌用气体总吹入流量(GB)，“Nm3”是指标准状态下的合计搅拌用气体的体积，将0℃、1atm(101325Pa)设为标准状态。另外，“托”为压力单位，1托为133.32Pa。另外，钢包2的侧壁有时为向上扩展地倾斜的形状，因此，钢包内钢水浴的平均直径为钢包内钢水浴的下端部的直径与上端部的直径的平均值。
收容于钢包内且进行氢等离子体处理前的钢水9可以从转炉或电炉出钢到钢包2，例如经过RH真空脱气装置那样的真空脱气设备中的真空脱气精炼工序，向吹入搅拌用气体来搅拌钢包内的钢水的气体搅拌处理工序输送。
进行氢等离子体处理前的钢水9可以是未脱氧状态，但也可以在进行氢等离子体处理前将氢气、丙烷这样的还原气体供给到钢水9来对钢水9进行预脱氧。通过等离子体处理前的利用还原气体的预脱氧，可以从钢水中氧浓度降低了一定程度的状态开始等离子体处理，因此可以减轻上述(6)式的反应负荷，缩短等离子体处理时间。
另外，在重点进行钢水中的氮和硫的去除的情况下，可以在等离子体处理前添加铝、硅这样的脱氧剂对钢水9进行脱氧，预先减少钢水中氧浓度。在这种情况下，由于钢水中氧浓度已经较低，所以等离子体处理的脱氧效果是有限的。钢水中氧作为表面活性元素发挥功能，通过脱氧来减少钢水中氧浓度，由此可以抑制氮气、氮化氢、硫化氢从钢水表面脱离到气相(钢包内气氛)中。然而，通过利用铝、硅进行脱氧处理使钢水中氧浓度处于低位，可以快速地得到利用氢等离子体去除钢水中的氧、氮、硫等的效果。另外，通过对钢水9进行脱氧，不仅可以期待氢等离子体处理的直接的硫去除效果，还可以期待通过钢水－炉渣间反应来促进脱硫反应。
等离子体输出(E)更优选满足下述(9)式。为了使氢气以高比例解离成原子状态，需要一定以上的输出，但所需的输出根据导入的等离子体气体的流量或等离子体气体中的氢浓度而不同。研究结果发现，等离子体输出优选满足(9)式的关系。当增加输出时，不仅解离成氢原子，而且电离成氢离子的比例也增加，因此杂质去除效果变得更显著。另一方面，随着输出增加，电力成本增加，因此可以根据追求的质量和成本的平衡来选择等离子体输出。
E≥GP×{1.5×(H2)+11.5)…(9)
(9)式中，E为等离子体输出(kW)。
通过在等离子体处理时对钢包内的钢水9赋予一定以上的流动，可以更有效地减少杂质。即，由于等离子体的照射成为钢水表面的比较局部的区域，所以通过钢水搅拌向等离子体照射部持续输送新的钢水9，由此能够快速减少钢包内钢水整体的杂质浓度。
已知钢水表面的流动与由上述(4)式表示的搅拌动力(ε)有相关关系，搅拌动力(ε)越大，钢水表面的流动越大。因此，从使等离子体处理效率化的观点考虑，搅拌动力(ε)优选为25W/吨以上。当搅拌动力(ε)小于25W/吨时，作为等离子体照射部的钢水表面与本体钢水的循环、混合停滞，无法得到快速的杂质减少效果。没有特别设置搅拌动力(ε)的上限，但当搅拌动力(ε)过大时，气体的吹穿、钢水飞散增大，因此优选为150W/吨以下。
另外，照射等离子体的位置有适当的范围。即，优选对从底吹塞8、8a吹入的搅拌用气体成为搅拌用气体气泡13而上浮到钢水表面的位置或其附近照射氢等离子体。图1中，在底吹塞8的垂直上方设置有等离子体炬11，另外在底吹塞8a的垂直上方设置有等离子体炬12。即，在本发明中，优选对以气体吹入部(底吹塞)中的至少一处的垂直上方的钢水表面正上方为中心且由下述(5)式算出的等离子体照射范围半径(r)以内的范围照射等离子体气体。
r＝0.6×H×(gB 0.3-0.025)0.5…(5)
(5)式中，r为等离子体照射范围半径(m)，gB为搅拌用气体的吹入流量(Nm3/分钟/气体吹入部一处)。应予说明，关于搅拌用气体吹込流量(gB)，“Nm3”是指标准状态下的搅拌用气体的体积，将0℃、1atm(101325Pa)设为标准状态。
等离子体照射范围半径(r)的区域内是钢包内钢水表面中流动最快(剧烈)的区域，通过向其照射等离子体，氢等离子体与钢包内钢水的反应快速进行。另外，相当于等离子体照射范围半径(r)的区域是与搅拌用气体气泡13一起上升的钢水9推开炉渣10而使钢水表面露出或者炉渣厚度较薄的区域，因此可以在不受炉渣10阻碍的情况下对钢水表面进行等离子体处理。
另一方面，当在等离子体照射范围半径(r)的区域外照射等离子体时，由于是钢水流动慢的范围，所以被推开的炉渣10堆积而炉渣厚度变大，有等离子体无法到达钢水9的风险。
在对钢包内的钢水表面进行等离子体照射时，其气氛优选为减压下，具体为150托以下。通过在150托以下的减压下照射等离子体气体，可以期待等离子体射流的流速增加、进而促进氢气分子向原子、离子的解离，因此与在大气压下进行等离子体处理相比，钢水中杂质减少效果变大。当气氛压力高于150托时，上述效果小，因此无法得到减压的效果。
以下示出在减压下进行氢等离子体处理的具体例。例如，如VOD炉那样将收容钢水9的钢包2整个放入真空室内，从设置于真空室的上部的等离子体发生装置向钢包内的钢水表面进行氢等离子体的照射。或者，如REDA真空脱气装置那样将大直径浸渍槽浸渍于钢包内钢水，将大直径浸渍槽内真空排气而形成减压气氛，然后从大直径浸渍槽的上部所具备的等离子体发生装置向吸到大直径浸渍槽内的钢水的表面照射等离子体。这些是减压下的处理的一个例子，不限定于这些方法。应予说明，进行等离子体照射时的气氛压力更优选为100托以下，进一步优选为50托以下。
漂浮于钢包内的钢水9的表面的炉渣10的成分中，特别是炉渣中的铁氧化物和锰氧化物可以成为向钢水9的氧供给源。因此，优选使炉渣10中的铁氧化物的浓度与锰氧化物的浓度的合计为5质量％以下，更优选为3质量％以下，进一步优选为1质量％以下。当铁氧化物浓度与锰氧化物浓度的合计浓度高于5质量％时，在等离子体处理中从炉渣10向钢水9的氧供给同时进行，不能充分地得到杂质减少效果。
作为减少炉渣10中的铁氧化物、锰氧化物的方法，在等离子体处理前向漂浮于钢水上的炉渣10中添加金属铝、铝浮渣以用铝进行铁氧化物、锰氧化物的还原是有效地。另外，从钢包2中去除炉渣10然后在钢包内添加造渣剂以重新制造铁氧化物、锰氧化物少的炉渣也是有效的。另外，通过对炉渣10照射氢等离子体气体，也可以进行炉渣中的铁氧化物和锰氧化物的还原处理。
在氢等离子体处理后，铝、硅这样的脱氧剂的添加时期没有特别限定。例如，氢等离子体停止后从大气、炉渣10或钢包耐火物向钢水9供给氧，钢水中的氧浓度上升，因此，优选在氢等离子体处理后向钢水9快速地添加铝、硅这样的脱氧剂，将通过氢等离子体处理而减少的钢水中氧浓度保持在低位。在除了铝、硅这样的脱氧剂以外还需要调整钢水成分的情况下，在氢等离子体处理后，将规定的合金铁、纯金属添加到钢包内的钢水9中。
另外，由于通过氢等离子体处理，钢水中的氢浓度上升到数质量ppm以上，所以优选在氢等离子体处理后，在10托以下的减压下实施脱氢处理5分钟以上。例如，当在钢包精炼炉1中进行等离子体处理时，在后工序中设置RH真空脱气装置等真空脱气设备中的精炼，在真空脱气设备中进行脱氢处理。当在具有脱气功能的VOD炉、REDA真空脱气装置中进行等离子体处理时，在等离子体处理之后继续进行脱氢处理。
通过如上所述的使用氢等离子体处理的精炼方法，能够将钢水中的氧、氮和硫分别快速地减少到30质量ppm以下。
实施例
在一次装料的钢水量为200吨～350吨的规模的实机中，使用钢包精炼炉(LF)，对从转炉出钢的钢水在大气压下实施氢等离子体处理，进行了试验(本发明例1～9、比较例1～3)。另外，在评价减压下的气氛的影响的试验中，在一次装料的钢水量为200吨～350吨规模的实机中，使用VOD炉，对从转炉出钢的钢水在减压下实施氢等离子体处理，进行了试验(本发明例10～19、比较例4，5)。
在钢包精炼炉中，在炉盖的上部设置了利用直流电弧放电的非转移型等离子体炬。另外，在VOD炉中，在真空室的上部设置利用直流电弧放电的非转移型等离子体炬，从这些等离子体炬，改变等离子体气体流量、等离子体气体中的氢气浓度，对钢包内钢水的表面照射氢等离子体。进而，改变钢包精炼炉、VOD炉中的操作条件、钢水组成(氧浓度、氮浓度、硫浓度等)。应予说明，钢包精炼炉中的氢等离子体处理在停止石墨电极的电弧加热的状态下进行。
在氢等离子体处理前后，从钢包内的钢水中采集成分分析用试样，进行钢水中氧浓度、氮浓度、硫浓度的分析，确认等离子体处理的效果。等离子体处理时间统一为15分钟。应予说明，从转炉出钢后到等离子体处理期间，不添加铝等脱氧剂。钢包内炉渣的铁氧化物浓度和锰氧化物浓度在钢包精炼炉或VOD炉中的处理开始前向钢包内的炉渣添加铝浮渣来调整。
表1表示各试验的试验条件，表2表示评价结果。
/>
在本发明例中，通过进行15分钟的氢等离子体处理，钢水中的氧浓度、氮浓度和硫浓度同时且快速地减少到30质量ppm以下。对于从等离子体处理开始前到结束后的各个元素的去除率，钢水中氧为94％以上，钢水中氮为33％以上，钢水中硫为20％以上。
另一方面，在不满足本发明条件的比较例中，即使在氢等离子体处理后，钢水中的氧、氮和硫的减少也不充分，对于等离子体处理开始前到结束后的各个元素的去除率，钢水中氧为90％以下，钢水中氮为19％以下，钢水中硫为15％以下，均为低位。
符号说明
1 钢包精炼炉
2 钢包
3 上盖
4 石墨电极
5 铁皮
6 炉衬耐火物
7 永久耐火物
8 底吹塞
9 钢水
10 炉渣
11 等离子体炬
12 等离子体炬
13 搅拌用气体气泡

Claims (7)

1.一种钢水的精炼方法，在向收容于钢包内的钢水吹入搅拌用气体来搅拌钢包内的钢水而进行气体搅拌处理的工序中，
对通过所述气体搅拌处理而处于流动状态的钢包内钢水的表面进行等离子体处理，通过该等离子体处理来减少钢水中包含的选自氧、氮、硫中的1种或2种以上的元素的含量，所述等离子体处理是从设置于该钢包内钢水的上方的等离子体发生装置将氢气或包含氢气的非活性气体作为等离子体气体并在满足下述(1)式的条件下照射而进行的，
其中，GP为等离子体气体的流量，单位为Nm3/分钟，(H2)为等离子体气体中的氢气浓度，单位为体积％，Q为钢包内钢水的钢水循环流量，单位为吨/分钟。
2.根据权利要求1所述的钢水的精炼方法，其中，使用下述(2)式、(3)式、(4)式算出所述钢包内钢水的钢水循环流量，
Q＝Wm/tC…(2)
tC＝0.555×[(D2/H)2/ε]0.337…(3)
其中，Q为钢包内钢水的钢水循环流量，单位为吨/分钟，Wm为钢包内钢水的质量，单位为吨，tc为钢包内钢水的钢水循环时间，单位为分钟，D为钢包内钢水浴的平均直径，单位为m，H为钢包内钢水浴的深度，单位为m，ε为搅拌动力，单位为W/吨，GB为向钢包内钢水吹入的搅拌用气体总吹入流量，单位为Nm3/分钟，TL为钢包内钢水的钢水温度，单位为K，P0为等离子体照射区域的气氛压力，单位为托。
3.根据权利要求1或2所述的钢水的精炼方法，其中，所述气体搅拌处理是通过在所述钢包的底部设置一处或两处以上的气体吹入部，从该气体吹入部向所述钢包内钢水中吹入搅拌用气体来进行的，此时，由(4)式算出的搅拌动力ε为25W/吨以上。
4.根据权利要求3所述的钢水的精炼方法，其中，以所述气体吹入部中的至少一处的垂直上方的钢水表面正上方为中心且在由下述(5)式算出的等离子体照射范围半径r以内的范围照射所述等离子体气体，
r＝0.6×H×(gB 0.3-0.025)0.5…(5)
其中，r为等离子体照射范围半径，单位为m，gB为搅拌用气体的吹入流量，单位为Nm3/分钟/气体吹入部一处。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，对所述钢包内钢水照射等离子体气体时的气氛压力为150托以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，在收容于钢包内的钢水的表面漂浮的炉渣的、铁氧化物的浓度与锰氧化物的浓度的合计为5质量％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的钢水的精炼方法，其中，通过所述等离子体处理来同时减少钢水中包含的氧、氮、硫这三种元素的含量。
CN202280042959.4A 2021-06-23 2022-05-26 钢水的精炼方法 Pending CN117500946A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-104031 2021-06-23
JP2021104031 2021-06-23
PCT/JP2022/021634 WO2022270226A1 (ja) 2021-06-23 2022-05-26 溶鋼の精錬方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117500946A true CN117500946A (zh) 2024-02-02

Family

ID=84271359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280042959.4A Pending CN117500946A (zh) 2021-06-23 2022-05-26 钢水的精炼方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4339302A1 (zh)
JP (1) JP7180821B1 (zh)
KR (1) KR20240008923A (zh)
CN (1) CN117500946A (zh)
AU (1) AU2022297943A1 (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61149415A (ja) * 1984-12-24 1986-07-08 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶鉄からの脱銅・脱錫法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022297943A1 (en) 2023-12-07
EP4339302A1 (en) 2024-03-20
JP7180821B1 (ja) 2022-11-30
KR20240008923A (ko) 2024-01-19
JPWO2022270226A1 (zh) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015042777A (ja) 高窒素鋼の溶製方法
WO2022270226A1 (ja) 溶鋼の精錬方法
JP7180820B1 (ja) 溶鋼の精錬方法
JP5272479B2 (ja) 溶鉄の脱硫精錬方法
JP5458706B2 (ja) 溶鉄の脱硫精錬方法
JP7180821B1 (ja) 溶鋼の精錬方法
WO2022270225A1 (ja) 溶鋼の精錬方法
CN111172355A (zh) 一种感应加热单嘴真空精炼炉及洁净钢冶炼工艺
JP7211454B2 (ja) 溶鋼の脱窒方法、脱窒及び脱硫同時処理方法および鋼の製造方法
WO2022259806A1 (ja) 溶鋼の脱窒方法および鋼の製造方法
JPH04318118A (ja) 極低炭・極低硫鋼の製造方法
JP7384294B2 (ja) 溶鉄の精錬方法
WO2022270346A1 (ja) 溶鋼の処理方法および鋼の製造方法
JP2000212641A (ja) 溶鋼の高速真空精錬方法
WO2022259807A1 (ja) 溶鋼の二次精錬方法および鋼の製造方法
JP5493878B2 (ja) 溶鉄の脱硫精錬方法
JP2023003384A (ja) 溶鋼の脱窒処理方法
JPH08143932A (ja) 溶湯の精錬方法
JPH05186814A (ja) 極低炭・極低硫鋼の製造方法
KR20030049293A (ko) 칼슘 함량이 높은 용강의 제조방법
JPH07126726A (ja) 溶鉄からの脱銅・脱錫法
JPH08143930A (ja) 溶湯の精錬方法
JPH07126727A (ja) 溶鉄からの脱銅・脱錫法
JPH05239531A (ja) 極低炭素鋼の溶製方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination