JP2000017324A

JP2000017324A - 溶鋼の精錬方法

Info

Publication number: JP2000017324A
Application number: JP10207189A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Aoki; 裕幸青木; Kohei Kimura; 晃平木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】精錬炉及び減圧精錬炉の地金付着や耐火物等
の損耗を少なくし、溶鋼中の有価金属等の酸化物を抑制
して酸化物による溶鋼の品質の低下を防止する溶鋼の精
錬方法を提供する。【解決手段】精錬炉により脱炭精錬を行なって、低炭
素濃度の溶鋼１２を目標温度より低く溶製して、溶鋼１
２を取鍋１１に受鋼した後、溶鋼１２内に浸漬した浸漬
管１３内を減圧して、浸漬管１３内の溶鋼１２に発熱剤
を添加して吹酸を行って、溶鋼１２の温度を目標温度に
高めてから減圧脱炭精錬を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精錬炉と減圧精錬
装置を用いて、精錬炉による優先脱炭と減圧精錬装置に
よる昇温と脱炭を行うことにより、精錬炉の耐火物の負
荷を軽減して高純度の溶鋼を溶製する溶鋼の精錬方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶鋼は、転炉、電気炉等の精錬炉
を用いて大気圧下で経済的に行える限界炭素濃度までの
脱炭により溶製されている。この精錬炉により溶製され
る溶鋼は、脱炭に加えて、ＰやＳ等の不純物の除去を行
うと共に、出鋼や鋳造工程における温度の低下を考慮し
て所定の温度に設定する必要があり、通常における温度
としては略１５５０〜１７００℃の高い値になる。しか
し、精錬炉を用いて、脱炭（低炭素濃度化）と昇温の両
方を十分に満足させると、精錬炉に内張りしている耐火
物の損耗が大きくなり、精錬炉の寿命や稼働率が低下す
る等の問題があった。この対策として、特開平２−１９
４１１６号公報に記載されているように、精錬炉により
溶製した未脱酸もしくは弱脱酸の溶鋼を取鍋内に受湯し
てから、この溶鋼に真空脱ガス処理槽（浸漬管）を浸漬
して、上吹きランスから供給する酸素を溶鋼の炭素濃度
に応じて、不活性ガスにより希釈して溶鋼の表面に吹き
付けることにより極低炭素溶鋼を容易に溶製することが
提案されている。この精錬によって、精錬炉で酸素濃度
を低減し、低温度の溶鋼にすることにより耐火物等の負
荷を軽減することができ、浸漬管や真空槽内に付着する
地金を防止できる等が期待できる。また、特開平８−１
３４５２７号公報に記載されているように、取鍋内の溶
鋼に、浸漬管の内径Ｄ／取鍋内径Ｄ₀が０．５〜０．８
となる１本足筒状の浸漬管を浸漬し、この浸漬管内を減
圧して溶鋼を吸い上げると共に、下方から不活性ガスを
供給しながら、Ａｌを添加して酸化性ガスを吹き付ける
ことにより溶鋼を加熱する方法が用いられており、浸漬
管等の耐火物の損耗を抑制し、溶鋼中の有価金属の酸化
ロスを少なくし、溶鋼の清浄度が悪化するのを防止して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１９４１１６号公報に記載された方法では、希釈し
た酸素を吹き付けて１０ｐｐｍ以下の極低炭素溶鋼にす
るために、長い時間にわたり吹き付けを継続する必要が
ある。その結果、吹き付けられた酸素が鉄あるいは溶鋼
中の有価金属に直接に接触して酸化され、金属の酸化物
が生成する。この酸化物は、脱炭精錬中に浸漬管内から
排出され、取鍋内の溶鋼中に混濁して介在物を形成する
ことになり溶鋼の品質が低下する。また、浸漬管内で希
釈した酸素による吹酸脱炭精錬を行う場合は、脱炭反応
に伴うスプラッシュや突沸が発生し、浸漬管の内面に地
金が付着する事態を招く。この付着した地金は、炭素の
含有濃度が高く、脱炭精錬中に再溶解して溶鋼中の炭素
濃度を高め、脱炭速度が相対的に低下して精錬時間の延
長を招くことになる。一方、長時間の吹酸及びスプラッ
シュの発生等により、耐火物等が損耗し、炉の稼働率の
低下や補修等の増加を招く等の問題がある。一方、特開
平８−１３４５２７号公報に記載された方法では、浸漬
管の内径を大きくして不活性ガスを供給することによ
り、浸漬管内及び取鍋内の溶鋼に強い攪拌の流れを付与
できるので、吹酸によって発生した熱を効率良く溶鋼に
付与できる利点がある。しかし、精錬炉により溶製され
た溶鋼の炭素濃度が高くなると、浸漬管を用いた減圧の
脱炭精錬の負荷が増大して、脱炭反応に伴うスプラッシ
ュや突沸が生じる。その結果、浸漬管の内面に地金が付
着して、脱炭精錬中に再溶解して溶鋼中の炭素濃度を高
めるために、精錬時間が大幅に長くなり耐火物等の損耗
が急増する。更に、炭素濃度が高くなり脱炭精錬が長く
なると、鉄あるいは溶鋼中の有価金属が酸化され、これ
等の酸化物が脱炭精錬中に浸漬管内から排出され、取鍋
内の溶鋼中に混濁して介在物となり溶鋼の品質が低下す
る等の問題がある。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、精錬炉及び減圧精錬炉の地金付着や耐火物の損耗を
少なくし、溶鋼中の有価金属等の酸化物の生成を抑制し
て溶鋼の品質の低下を防止できる溶鋼の精錬方法を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の溶鋼の精錬方法は、精錬炉により脱炭精錬を行な
って、低炭素濃度の溶鋼を目標温度より低く溶製して、
該溶鋼を取鍋に受鋼した後、前記溶鋼内に浸漬した浸漬
管内を減圧して、該浸漬管内の溶鋼に発熱剤を添加して
吹酸を行って、前記溶鋼の温度を前記目標温度に高めて
から減圧脱炭精錬を行う。

【０００６】請求項２記載の溶鋼の精錬方法は、請求項
１記載の溶鋼の精錬方法において、前記取鍋に受鋼する
溶鋼の温度を前記目標温度よりも５〜１００℃低くして
いる。ここで、溶鋼の温度が目標温度に対して５℃未満
低い場合では、浸漬管内の溶鋼に発熱剤を添加して吹酸
を行った際に生成する酸化物の分離と除去に時間を要
し、溶鋼の加熱効果が小さくなる。一方、溶鋼の温度が
目標温度に対して１００℃を超えて低いと溶鋼に添加す
る発熱剤の量が増加し、吹酸による酸化物の溶鋼中への
混濁量が増加して溶鋼の品質の低下や浸漬管の耐火物の
損耗が大きくなる。

【０００７】請求項３記載の溶鋼の精錬方法は、請求項
１又は２記載の溶鋼の精錬方法において、前記精錬炉に
より脱炭精錬した前記溶鋼の炭素濃度が０．０１〜０．
２０重量％である。

【０００８】請求項４記載の溶鋼の精錬方法は、請求項
１〜３のいずれか１項に記載の溶鋼の精錬方法におい
て、前記発熱剤としてＡｌあるいはＡｌ合金を連続して
添加する。

【０００９】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は、本発明の一実施の形態に係
る溶鋼の精錬方法を適用する減圧精錬装置１０の全体図
である。まず、減圧精錬装置１０は、取鍋１１内の溶鋼
１２に浸漬された浸漬管１３と、この浸漬管１３にフラ
ンジ１４等の締結手段により固定した真空槽１５と、浸
漬管１３及び真空槽１５の内部を吸引して減圧するエゼ
クターに連接した排気ダクト１６と、浸漬管１３内に発
熱剤の一例であるＡｌを添加するシュート１７及びＡｌ
の貯蔵ホッパー１８を備えている。また、真空槽１５の
上部には、浸漬管１３内の溶鋼面１９に酸素を吹き付け
るためのランス２０が自在に昇降できるように設けてい
る。更に、取鍋１１の底には、不活性ガスの供給源に接
続されたポーラスプラグ２１を設けており、このポーラ
スプラグ２１から不活性ガスが溶鋼１２内に吹き込まれ
る。なお、１９ａは、取鍋１１内に形成された溶鋼１２
の溶鋼面である。

【００１０】次に、減圧精錬装置１０を適用した溶鋼の
精錬方法について説明する。精錬炉の一例である転炉を
用いて吹酸による脱炭精錬を行い炭素濃度を０．０１〜
０．２０重量％とし、その時の溶鋼の通常の出鋼温度
（すなわち目標温度）より５〜１００℃低い温度にした
溶鋼１２を３５０トンの容量の取鍋１１に出鋼した。こ
の出鋼する溶鋼１２の炭素濃度が０．０１重量％より少
ないと転炉の脱炭精錬の負荷が増加して耐火物の損耗が
増加する。更に、炭素濃度が０．２０重量％を超える
と、引き続く減圧下の脱炭精錬の負荷が増加して極低炭
素溶鋼が溶製できない。また、出鋼温度が目標温度より
５℃未満低い場合では、Ａｌを添加して昇熱する手間を
要し、Ａｌの燃焼による着熱効果が悪くなる。一方、出
鋼温度が目標温度より１００℃を超えて低くなるとＡｌ
の添加量の増加と吹酸による酸素量が増加して、生成し
たＡｌ₂Ｏ₃の一部が溶鋼１２中に混濁して介在物の原
因となる場合が生じる。この取鍋１１内の溶鋼１２は、
取鍋１１内の溶鋼１２に直径２．０ｍの浸漬管１３を浸
漬して、浸漬管１３及び真空槽１５内を２００ｔｏｒｒ
以上の低い真空度に減圧し、ポーラスプラグ２１から不
活性ガスの一例であるアルゴンガスを０．５〜２ＮＬ／
（分・溶鋼トン）吹き込みながら、図１の矢印で示す流
れを形成することにより溶鋼１２の連続した攪拌を行っ
た。そして、貯蔵ホッパー１８のＡｌを５０ｋｇ切り出
して、シュート１７から浸漬管１３内に添加すると共
に、浸漬管１３内に形成された溶鋼面１９にランス２０
から酸素を吹き付けて、Ａｌを燃焼させる。更に、最初
の吹酸を開始してから１分経過後に、浸漬管１３内に、
さらに１５０ｋｇのＡｌを３回に分けて添加し、合計の
Ａｌの添加量を２００ｋｇとし、合わせて４分間の吹酸
を行った。このＡｌの燃焼により（１）式で表す化学反
応により７４０７ｋｃａｌ／ｋｇの熱が発生し、この発
熱により溶鋼１２を１６００℃にまで昇温した。２Ａｌ＋３Ｏ→Ａｌ₂Ｏ₃ ・・・（１）従って、吹酸する酸素量を化学量的に（１）式の反応に
必要な量にすることにより、余剰の酸素の供給をなくし
て溶鋼１２の有価金属の酸化ロスを防止することができ
る。また、浸漬管１３内へのＡｌの添加により、浸漬管
１３内の溶鋼１２のＡｌの濃度を予め高くしておき、こ
の溶鋼面１９に酸素を吹き付けるので、Ａｌを優先的に
燃焼させることができ、溶鋼１２中の有価金属の酸化を
少なくした状態で溶鋼１２の昇温ができる。この理由か
らＡｌの添加は、吹き付ける酸素量に応じて連続的に添
加すると好ましい結果が得られる。また、Ａｌの添加と
吹酸を開始する際の真空度は、２００〜７００ｔｏｒｒ
の低減圧下で行う。この真空度を２００ｔｏｒｒ未満の
高真空度にすると、添加したＡｌが溶鋼１２中の酸化物
や酸素と急激な異常反応（テルミット反応）を起こして
突沸が発生し、突沸により飛散した地金が浸漬管１３及
び真空槽１５内に付着して炭素のピックアップ等の原因
となる。一方、７００ｔｏｒｒを超える低真空度にする
と、浸漬管１３及び真空槽１５内に外気が侵入して溶鋼
１２中の有価金属の酸化、あるいは浸漬管１３内に吸い
上げる量が減少して溶鋼１２の攪拌が弱くなって、溶鋼
１２への着熱効率が低下する。この理由からＡｌの添加
と吹酸を行う際の真空度は、３００〜７００ｔｏｒｒに
減圧して行うとより好ましい結果が得られる。

【００１１】昇温を行った後の溶鋼１２は、吹酸を停止
して、浸漬管１３及び真空槽１５内を５０ｔｏｒｒ未満
の高真空度に減圧すると共に、アルゴンガスを３〜１５
ＮＬ／（分・溶鋼トン）に調整して溶鋼１２の攪拌を強
めて１０分間の脱炭精錬を行った。この脱炭精錬は、ポ
ーラスプラグ２１から吹き込むアルゴンガスによる攪拌
に伴って、溶鋼１２の炭素と酸素が接触して起きる脱炭
反応と、アルゴンガスによって形成された気泡内のＣＯ
ガス分圧が低いために、脱炭反応により生成したＣＯが
気泡内に取り込まれて溶鋼１２内の脱炭反応の促進と、
気泡が溶鋼面１９に浮上して減圧下で膨張しながら破泡
する際の広い反応面によって起きる脱炭反応等が相乗的
に発生する。この相乗的な脱炭は、脱炭速度が極めて速
く、短時間で極低炭素域までの脱炭が行われる特徴があ
る。ところで、吹酸する酸素量及び脱炭精錬の生成酸化
物から見ると、転炉を用いた場合は、吹酸により低炭素
濃度域までの脱炭を行うために、大量の酸素の供給によ
る鉄や有価金属の酸化を招くと共に、生成したスラグ中
の酸化物が増加して耐火物の損耗が増加し、低炭素濃度
域になるにつれてこの傾向が顕著になる。しかし、低炭
素濃度域の脱炭であっても、溶鋼１２の温度を低く抑え
た脱炭では、鉄及び有価金属の酸化が少なく、生成した
スラグ中の酸化物も差程増加せずに耐火物の損耗も大幅
に減少できる。その後、前述したように減圧下での溶鋼
１２の昇熱と減圧下の脱炭を行うことにより、少ない吹
酸で温度を高め、低炭素域での脱炭速度を速くでき、し
かも、極低炭素域にもかかわらず脱炭精錬によって生成
する酸化物の発生を少なくできる。また、脱炭精錬の際
に、溶鋼１２の酸素が脱炭反応に積極的に消耗されるの
で、取鍋１１内に転炉から混入した酸化物（スラグ）の
還元が行われ、高清浄度の溶鋼１２を溶製することがで
きる。そして、減圧下の脱炭精錬によって、炭素濃度を
１０ｐｐｍ以下に脱炭された溶鋼１２は、連続鋳造等に
より鋳片にしてから圧延加工されて薄板等の製品が製造
される。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の溶鋼の精錬方法の実施例につ
いて説明する。表１に示すように、実施例１では、転炉
を用いて吹酸を行い炭素濃度が０．０５重量％、その時
の溶鋼の通常の出鋼温度より３０℃低い温度である１５
７０℃にした溶鋼を３００トンの容量の取鍋に出鋼し
た。この取鍋内にポーラスプラグからアルゴンガスを１
ＮＬ／（分・溶鋼トン）吹き込みながら、溶鋼中に直径
２．０ｍの浸漬管を浸漬して、浸漬管及び真空槽内を３
００ｔｏｒｒの低真空度に減圧すると共に、溶鋼を連続
して攪拌した。そして、浸漬管内にＡｌを８０ｋｇ添加
して吹酸を開始し、最初の吹酸を開始してから１分経過
後に、浸漬管内に、さらに２４０ｋｇのＡｌを３回に分
けて添加し、合計のＡｌの添加量を３２０ｋｇとし、合
わせて４分間の吹酸（昇熱処理）を行って、１６００℃
に昇温した。この溶鋼を引き続き浸漬管内を５ｔｏｒｒ
の高真空度に減圧して、ポーラスプラグからのアルゴン
ガスを５ＮＬ／（分・溶鋼トン）に増量して供給しなが
ら、脱炭精錬を行って７ｐｐｍの到達炭素濃度に脱炭し
た。その結果、転炉を含めた耐火物損耗指数が０．７
（従来例を１．０とした場合）と大幅に減少でき、吹酸
を行っているにもかかわらず溶鋼の清浄度評価も介在物
等の無い良好（○）な状態であり、総合評価として優れ
た（◎）結果が得られた。実施例２では、転炉で吹酸を
行い炭素濃度が０．１０重量％、その時の溶鋼の通常の
出鋼温度より２０℃低い温度である１５５０℃にした溶
鋼を３００トンの容量の取鍋に出鋼した。この取鍋内に
ポーラスプラグからアルゴンガスを２ＮＬ／（分・溶鋼
トン）吹き込みながら、溶鋼中に直径２．０ｍの浸漬管
を浸漬して、浸漬管及び真空槽内を５００ｔｏｒｒの低
真空度に減圧すると共に、溶鋼を連続して攪拌した。そ
して、浸漬管内にＡｌを１０５ｋｇ添加してから吹酸を
開始し、最初の吹酸を開始してから１分経過後に、浸漬
管内に、さらに１０５ｋｇのＡｌを添加し、Ａｌの合計
の添加量が２１０ｋｇ、合わせて３分間の吹酸（昇熱処
理）を行って、１５７０℃に昇温した。この溶鋼を引き
続き浸漬管内を２ｔｏｒｒの高真空度に減圧して、ポー
ラスプラグからのアルゴンガスを５ＮＬ／（分・溶鋼ト
ン）に増量して供給しながら、脱炭精錬を行って１０ｐ
ｐｍの到達炭素濃度に脱炭した。その結果、転炉を含め
た耐火物損耗指数が０．７（従来例を１．０とした場
合）と大幅に減少でき、吹酸を行ったにもかかわらず溶
鋼の清浄度評価も介在物等の無い良好（○）な状態であ
り、総合評価として優れた（◎）結果が得られた。

【００１３】

【表１】

【００１４】これに対して、従来例では、転炉で吹酸を
行い炭素濃度が０．０５重量％、その時の溶鋼の通常の
出鋼温度１６００℃にした溶鋼を３００トンの容量の取
鍋に出鋼した。この取鍋内の溶鋼の昇熱を行うことな
く、直径２．０ｍの浸漬管を浸漬して、浸漬管及び真空
槽内を５ｔｏｒｒの高真空度に減圧して、ポーラスプラ
グからのアルゴンガスを５ＮＬ／（分・溶鋼トン）に増
量して供給しながら、脱炭精錬を行って７ｐｐｍの到達
炭素濃度に脱炭した。その結果、転炉を含めた耐火物損
耗指数が１．０となり、転炉の補修や稼働時間の低下、
炉の寿命が短くなり、溶鋼の清浄度評価に差異はなかっ
たが総合評価としは悪い（×）結果となった。

【００１５】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨
を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、添加する発熱剤として、Ａｌを用いた場合
について説明したが、Ａｌ合金、金属ＭｇやＭｇ合金、
金属ＳｉやＳｉ合金等を用いることができ、添加方法も
連続的に添加しても良い。また、浸漬管の形状について
も円筒状の他に楕円状の断面形状を有するものを用いる
ことができ、真空槽の形状についても浸漬管と同じ直径
のもの以外に、真空槽の一部、又は、真空槽の全体を浸
漬管の直径よりも大きくしたものを用いることができ
る。

【００１６】

【発明の効果】請求項１〜４記載の溶鋼の精錬方法にお
いては、精錬炉により脱炭精錬を行なって、低炭素濃度
の溶鋼を目標温度より低く溶製して該溶鋼を取鍋に受鋼
した後、溶鋼内に浸漬した浸漬管内を減圧して、浸漬管
内の前記溶鋼に発熱剤を添加して吹酸を行って、溶鋼の
温度を目標温度に高めてから減圧脱炭精錬を行うので、
溶鋼の昇熱を容易に、かつ効率良く行うことができ、精
錬炉及び減圧精錬炉の地金付着や耐火物の損耗を少なく
した溶製が可能となる。

【００１７】特に、請求項２記載の溶鋼の精錬方法にお
いては、前記溶鋼の温度が目標の温度よりも５〜１００
℃低くしているので、溶鋼の昇熱を効率良く行ない、し
かも、溶鋼中に混入する酸化物を抑制でき、精錬炉の耐
火物の損耗を少なくして減圧精錬炉を含めた総合の耐火
物の消費を低減できる。

【００１８】請求項３記載の溶鋼の精錬方法において
は、前記精錬炉により脱炭精錬した前記溶鋼の炭素濃度
を０．０１〜０．２０重量％にしているので、精錬炉の
耐火物の損耗を抑制すると共に、減圧精錬炉における脱
炭精錬の負荷の軽減が可能となり、精錬時間が短縮で
き、耐火物のコストを大幅に節減できる。

【００１９】請求項４記載の溶鋼の精錬方法において
は、前記発熱剤がＡｌあるいはＡｌ合金を連続して添加
するので、少ない添加量により溶鋼の温度を上げること
ができ、しかも、生成した酸化物による溶鋼の品質の低
下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る溶鋼の精錬方法を
適用する減圧精錬装置の全体図である。

【符号の説明】１０減圧精錬装置１１取鍋１２溶鋼１３浸漬管１４フランジ１５真空槽１６排気ダクト１７シュート１８貯蔵ホッパー１９溶鋼面１９ａ溶鋼面２０ランス２１ポーラスプラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K013 BA02 CA02 CA04 CA11 CA12 CC02 CD07 CE04 CE06 CE08 CE09 CF11 DA03 DA05 DA08 DA12 DA13 DA14 EA19 FA01 FA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】精錬炉により脱炭精錬を行なって、低炭
素濃度の溶鋼を目標温度より低く溶製して、該溶鋼を取
鍋に受鋼した後、前記溶鋼内に浸漬した浸漬管内を減圧
して、該浸漬管内の溶鋼に発熱剤を添加して吹酸を行っ
て、前記溶鋼の温度を前記目標温度に高めてから減圧脱
炭精錬を行うことを特徴とする溶鋼の精錬方法。
【請求項２】前記取鍋に受鋼する溶鋼の温度を前記目
標温度よりも５〜１００℃低くしていることを特徴とす
る請求項１記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項３】前記精錬炉により脱炭精錬した前記溶鋼
の炭素濃度が０．０１〜０．２０重量％であることを特
徴とする請求項１又は２記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項４】前記発熱剤としてＡｌあるいはＡｌ合金
を連続して添加することを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の溶鋼の精錬方法。