JP2000239727A - 溶鋼のMg脱硫方法 - Google Patents

溶鋼のMg脱硫方法

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JP2000239727A
JP2000239727A JP11041093A JP4109399A JP2000239727A JP 2000239727 A JP2000239727 A JP 2000239727A JP 11041093 A JP11041093 A JP 11041093A JP 4109399 A JP4109399 A JP 4109399A JP 2000239727 A JP2000239727 A JP 2000239727A
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Shinya Kitamura
村 信 也 北
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はMgを用いた溶鋼脱硫処理におい
て、少ないフラックス量で、しかも蛍石のような造滓剤
を用いることなく効果的に脱硫精錬することを可能とす
る方法を提供すること。 【解決手段】 酸素濃度が10〜100ppmの溶鋼に対
して、Mgと生石灰とを含んでなる脱硫フラックスを搬
送ガスと共に吹き込むことを特徴とする溶鋼の脱硫方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は溶鋼の脱硫方法に関
し、特に、少ないスラグ量で、かつ、蛍石のような造滓
剤を用いることなく効果的に脱硫精錬することを可能に
するための溶鋼のMg脱硫方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶鋼の脱硫技術は従来広く実施されてい
る。例えば、鉄と鋼、第70巻(1984年発行)S1
002項、鉄と鋼、第71巻(1985年発行)S19
1項、には、取鍋へ生石灰と蛍石の混合フラックスをイ
ンジェクションする方法が開示されている。しかし、こ
れらの方法においては、脱硫のために蛍石を多量に用い
るため耐火物溶損が激しく、このため処理コストが上昇
するという問題がある。また、鉄と鋼、第63巻、19
77年発行、S586項にはCa−Si合金をインジェ
クションする方法が開示されている。この方法ではCa
の脱硫効率が十分ではないため、フラックスコストが著
しく増大するという問題がある。
【0003】一方、Mgを用いた溶鉄の脱硫は、主とし
て溶銑において実施されている。例えば、特開6−81
020号公報には、混銑車を用いた処理において、フラ
ックスを吹き込み脱珪、脱燐を行い、その後除滓する段
階と、CaOを含むフラックスを溶銑中に吹き込むか、
もしくは該フラックスを溶銑上に添加してスラグの塩基
度CaO/SiO2を2以上に調整する段階と、前記溶
銑に金属MgおよびCaOを含む脱硫剤をフラックスと
してガス吹き込みを行うか、もしくは該粉体脱硫剤を溶
銑上に添加する段階と、前記溶銑中に気体を吹き込みバ
ブリング攪拌を行う段階とを有してなる方法が開示され
ている。しかし、この方法においては、脱硫処理に先立
って塩基度調整をする段階を設け、さらに、脱硫処理後
にバブリング攪拌を行う段階を持つため、処理時間が長
くなるという問題がある。
【0004】また、Mg系の脱硫剤としては、特開平8
−176632号公報に、金属Mg5〜30%、CaO
95〜60%の範囲の組成物を重量割合で90%以上含
有したものに、更にCaF2を3〜10%配合した脱硫
剤が開示されている。しかし、この場合は、CaF2
配合したことにより耐火物溶損が著しく大きくなるとい
う問題がある。
【0005】しかし、Mg脱硫を溶鋼に対して実施する
ことは一般に考えられていない。その理由としては、高
温のため脱硫平衡上不利であること、炭素濃度が低いた
め溶鉄中硫黄の活量が小さいこと、酸素濃度が高いため
Mgが脱硫では無く脱酸に優先的に消費されるため供給
したMgがMgSとして脱硫に寄与する割合である脱硫
効率が極めて低く、また高価な金属Mgを多量に必要と
する等が挙げられる。
【0006】本発明者は溶鋼のMg脱硫時の反応挙動に
ついて詳細に研究した結果、吹き込まれた金属Mgは直
ちに気化しMgガスとなり、浮上中に脱硫反応をする
が、平衡的に反応が進みにくいため、溶銑へ吹き込んだ
場合と比較すると、MgSとなる効率は低いこと、さら
に、溶鋼中に酸素が存在する場合には、まずMgOの生
成が優先されること、生成したMgSはトップスラグに
入るが、鉱物学的調査結果では、トップスラグにはMg
Sが存在せず、脱硫されたSはCaSとして存在してい
ることが判明した。従って、トップスラグのサルファイ
ドキャパシティーを増加させる必要があり、これは、通
常のCaOによる脱硫と何ら変わりがなく、トップスラ
グのサルファイドキャパシティーを確保するために不可
避的に蛍石を添加する必要が生じてしまう。すなわち、
高価な金属Mgを吹き込んだとしても、脱硫に優先して
脱酸にこれが消費され、さらに、最終的な脱硫能はトッ
プスラグのサルファイドキャパシティーに支配されてし
まうことになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
に、高価な金属Mgを吹き込んでだとしても、最終的な
脱硫能はトップスラグのサルファイドキャパシティーに
支配されてしまい、通常のCaOによる脱硫と何ら変わ
りがない反応工程が進行するという知見に基づいて、こ
の問題を効果的に解消しようとするものであり、少ない
フラックス量で、しかも蛍石のような造滓剤を用いるこ
となく効果的に精錬することを可能とする溶鋼の脱硫方
法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明に係る溶鋼の脱硫方法は、酸素濃度が10
〜100ppmの溶鋼に対して、Mgと生石灰とを含んで
なる脱硫フラックスを搬送ガスと共に吹き込むことを特
徴とするものである。
【0009】また、本発明の第1の好ましい態様におい
ては、上記フラックス中のMg含有量を5〜30%と
し、上記混合フラックスが蛍石を実質的に含有しないこ
とを特徴とする。
【0010】本発明の第2の好ましい態様においては、
上記脱硫フラックスを溶鋼中にインジェクションし、該
インジェクション深さを125cm以上とする。
【0011】本発明の第3の好ましい態様においては、
脱硫後のトップスラグの(SiO2+TiO2+MnO+
T・Fe+Al23)を40〜10%の範囲に制御し、
かつ、(CaO+MgO)/(SiO2+Al23)を
2.5〜4.5の範囲に制御する工程を含む。
【0012】また、本発明の第4の好ましい態様におい
ては、脱硫中において、脱硫のための装置の上部空間中
の酸素濃度を2%以下に制御する工程を含む。
【0013】本発明の第5の好ましい態様においては、
脱硫後のトップスラグ量を10〜20kg/tの範囲に
制御する工程を含む。
【0014】さらに、本発明の第6の好ましい態様にお
いては、更に、フラックス成分として、Al、Alドロ
スおよびカルシウムカーバイドの1種または2種以上を
合計で5〜20重量%含有させることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係る溶鋼の脱硫方法は、
酸素濃度が10〜100ppmの溶鋼に対して、Mgと生
石灰とを含んでなる脱硫フラックスを搬送ガスと共に吹
き込むことを特徴とする。ここで「酸素濃度」とは、溶
解酸素と酸化物として溶鋼中に懸濁ないし溶存している
酸素の合計量([T・O])を意味する。また、本発明に
おいては、この酸素濃度を上記の範囲内に制御するた
め、必要に応じて、転炉出鋼後の溶鋼を、Al、Si、
Mn、Tiの1種または2種以上によって脱酸すること
が望ましい。
【0016】本発明者は、溶鋼のMgによる脱硫機構を
詳細に解析した結果、Mgをインジェクションすること
によって溶鋼中のSと反応して生成したMgSは、トッ
プスラグに移行した後、スラグ中の低級酸化物と反応し
てMgOと(S)とに分解し、この(S)がトップスラ
グの液相に溶解固定されて系全体としての脱硫が進行す
ることを見出した。この場合の脱硫速度は、MgSを生
成する実際の脱硫速度と、分解生成した(S)による復
硫速度の差として決定される。低級酸化物とはSi
2、TiO2、MnO、FeO等のMgOよりも不安定
な酸化物を指すが、これをMeOnと一般化した式で表
すと、この分解反応は(1)式のようになる。
【0017】 nMgS+MeOn=nMgO+Me+(S) ・・・・・・ (1) この式からも明確に示されているように、右辺のMgO
濃度を高くするか、(S)を高くすれば、この反応は進
みにくくなる。これを得るための条件が、酸素濃度10
0ppm以下の溶鋼にMgと生石灰の混合フラックスを吹
き込むことである。
【0018】すなわち、図1に示すように酸素濃度が1
00ppmを超えるレベルの場合においては、予想外なこ
とに、MgOが多量に生成するもののスラグの融点が上
がり、分解して生成した(S)を吸収する脱硫能を持っ
た液相が十分な量だけスラグに形成されず復硫が大きく
なるのに対して、酸素濃度が100ppm以下であれば、
溶解酸素とMgが反応してMgOが適度に生成するため
上記(1)式の右辺のMgOが大きくなるため反応が進
みにくく、復硫しにくくなる現象が生じる。逆に、酸素
濃度が10ppmよりも低い場合にあっては、上記(1)
式のMgO濃度が十分増大しないため復硫が早くなり脱
硫効率は低下するので好ましくない。また、フラックス
に生石灰をともに吹き込むことによって、スラグに生成
される液相が高塩基度となるためサルファイドキャパシ
ティーが大きくなり、高濃度まで(S)を安定的に存在
させられることができる点で有利である。
【0019】ここでMg脱硫効率(η)は下記(2)式
で定義される。
【0020】 η=7.58×△S/WMg ・・・・・・・・ (2) ここで、△Sは処理前後の溶鋼中硫黄濃度の差(%)で
あり、WMgは添加したMg原単位(kg/t)である。
【0021】本発明においては、Mg源の形態としては
特に限定されず、金属Mgの他にMgOとAlやMgO
と炭素を混合させ加熱することによって生成したMgガ
スや、Mgと非酸化性ガスの混合ガスを吹き込んだ場合
の何れ場合であっても本発明の効果は得られる。
【0022】本発明における脱硫フラックスの吹き込み
量としては、0.1〜1.0kg/分/トンの範囲であ
ることが望ましい。0.1kg/分/トンよりも少ない
場合には復硫速度に比べて脱硫速度が遅くなる傾向が生
じ、このため脱硫効率が上がりにくくなる。一方、脱硫
フラックスの吹き込み量が1.0kg/分/トンよりも
大きい場合には、必然的に搬送ガス流量も多くなるため
揺動が激しくなるため好ましくない。
【0023】吹き込み時のガス流量は0.002〜0.
01Nm3/分/トンの範囲であることが望ましい。ガ
ス流量が0.01Nm3/分/トンよりも多い場合は、
Mgが溶鋼中で気化して生成するMgガスの濃度が多量
の搬送ガスにより薄くなるため脱硫効率が上がりにくく
なる。逆に、ガス流量が0.002Nm3/分/トンよ
りも少ない場合には、搬送できるフラックスが少なくな
るため脱硫速度が遅くなる。搬送ガスは非酸化性ガスで
ある必要があり、Ar、窒素、COなどの非酸化性ガス
を使用することが望ましい。
【0024】本発明の第1の好ましい態様においては、
上記フラックス中のMg含有量を5〜30%とし、上記
混合フラックスが蛍石を実質的に含有しないことを特徴
とする。図2に示されているように、脱硫フラックス中
のMg含有量が5%よりも少ない場合には、生成するM
gOやMgSに対してCaOが相対的に多くなりすぎる
傾向がみられ、このためスラグが高融点化し分解して生
成した(S)を吸収する脱硫能を持った液相が十分な量
だけスラグに形成されなくなり、結局復硫が大きくなる
ことがみとめられる。逆に、Mg含有量が30%よりも
多くなると、MgOやMgSに対してCaOが少なすぎ
るために、スラグに生成される液相のサルファイドキャ
パシティーが低下しこのため復硫が大きくなる。また、
フラックスに蛍石を含ませた場合には、トップスラグが
低融点化して液相が多く生成するものの液相中の(S)
が薄められて低濃度化するため、かえって復硫が進行し
てしまう。よって、本発明においては、フラックス中の
Mg含有量を5〜30%とし、上記混合フラックスが蛍
石を実質的に含有しないことが好ましい。
【0025】本発明の第2の好ましい態様においては、
上記脱硫フラックスを溶鋼中にインジェクションし、該
インジェクション深さを125cm以上とする。Mgは沸
点が低く気化しやすいため溶鋼の深い位置で静圧の大き
い場所に供給すると反応効率が上がる。従って、上方添
加ではなく溶鋼中にインジェクションし、しかも、イン
ジェクション深さを125cm以上とすることが肝要であ
る。インジェクション深さが125cmよりも浅い場合に
は、気化したMgガスが反応しないまま浮上する割合が
多くなるため脱硫速度が上がらない傾向がみられる。イ
ンジェクション深さの上限は特に定める必要はなく、容
器底部からフラックスを拭き込んでも本発明が目的とす
る効果は得られる。なお、Mgの吹き込み速度は0.0
4〜0.18kg/分/トンであることが望ましい。
【0026】本発明の第3の好ましい態様においては、
脱硫後のトップスラグの(SiO2+TiO2+MnO+
T・Fe+Al23)を40〜10%の範囲に制御し、
かつ、(CaO+MgO)/(SiO2+Al23)を
2.5〜4.5の範囲に制御する工程を含む。前述した
(1)式からもわかるように、この反応を進行させない
方法の1つは、左辺のMeOnの濃度を低下させること
にある。それは、図3に示すようにトップスラグの脱硫
後の(SiO2+TiO2+MnO+T・Fe+Al
23)を40〜10%に制御することで可能となる。す
なわち、トップスラグの(SiO2+TiO2+MnO+
T・Fe+Al23 )が40%よりも高い場合には、
生成したMgSが非常に速い反応速度で分解する上に、
スラグ液相の塩基度が低下するため分解生成した(S)
を溶解させるだけのサルファイドキャパシティーを持た
ず、このため、脱硫速度よりも復硫速度が大きくなる。
逆に、10%よりも低い場合にはMgSの分解は起こり
にくいものの、スラグが高融点化するため分解して生成
した(S)を吸収する脱硫能を持った液相が十分な量だ
けスラグに形成されず、やはり復硫が大きくなる。ま
た、前記(1)式の右辺の(S)濃度を高めるためにサ
ルファイドキャパシティーの高い液相を生成させる条件
が、(CaO+MgO)/(SiO2+Al23)を
2.5〜4.5とすることである。この比が2.5より
も低い場合には液相のサルファイドキャパシティーが低
いため復硫が大きくなり、一方、4.5よりも大きい場
合にはスラグが高融点化するため液相が十分な量だけス
ラグに形成されずやはり復硫が大きくなる傾向が認めら
れる。
【0027】また、低級酸化物の生成を抑制するには、
脱硫中の上部空間の酸素濃度を制御することも重要であ
る。このため、本発明の第4の好ましい態様において
は、脱硫中において、脱硫のための装置の上部空間中の
酸素濃度を2%以下に制御する工程を含む。すなわち、
上部空間の酸素が高い場合には、これが溶鉄と反応して
容易にFeOやMnOを酸化生成させるため、前述した
(1)式の左辺のMeOnの濃度が実質的に低下せず、
MgSの分解反応速度が大きくなってしまい復硫を抑制
し得ない状況が生じる。この限界の酸素濃度が、図4に
示すように2%である。酸素濃度の下限は特に定める必
要はなく、0%でも本発明の目的とする効果は得られ
る。
【0028】本発明の第5の好ましい態様においては、
脱硫後のトップスラグ量を10〜20kg/tの範囲に
制御する工程を含む。上記の酸化反応を抑制するには、
スラグ量を確保し溶鉄と雰囲気ガスとが接触しにくい状
況を形成することも重要である。その条件が脱硫後のト
ップスラグ量を10〜20kg/tとすることである。
トップスラグ量が10kg/tよりも少ない場合には、
搬送ガスや気化生成したMgガスにより溶鉄表面に生成
する波立ちスラグを破り、直接、溶鉄と雰囲気ガスが接
触するため、 FeOやMnOの酸化生成を完全には抑
制できず、このため脱硫速度が低下する傾向が生じる。
一方、トップスラグ量が20kg/tよりも多い場合に
は、スラグを生成するために別途フラックスを添加する
必要が生じるため、コストの上昇をもたらし、また、フ
ラックス顕熱による温度低下が生じるので好ましくな
い。
【0029】さらに、本発明の第6の好ましい態様にお
いては、更に、フラックス成分として、Al、Alドロ
スおよびカルシウムカーバイドの1種または2種以上を
合計で5〜20重量%含有させることを特徴とする。こ
のように、上記のようなフラックス成分を合計で5〜2
0重量%含有することにより、Mgの酸化ロスが抑制さ
れるためMg歩留まりが向上し、このためMg脱硫効率
が著しく向上するという効果が得られる。 Al、Al
ドロス、およびカルシウムカーバイドの1種または2種
以上が合計で5重量%未満では酸化抑制効果が少なく、
一方、その合計が20重量%より多いい場合は吹き込ま
れるフラックス量が勢い多くなるためフラックス顕熱に
より溶銑温度低下が大きくなるので好ましくない。
【0030】本発明を実施するための装置の一例として
は、上部空間の酸素濃度を制御するために、図5の概略
断面図に示すように、溶鋼1を保持した取鍋2にインジ
ェクションランス3を浸漬させた上で、取鍋上部に蓋4
を設置し外気と遮断し、インジェクションランスから脱
硫フラックスの搬送ガスとして供給される窒素やArと
いった不活性ガスで、上部空間5の酸素濃度を低下させ
る装置が用いられ得る。図6は本発明を実施するための
他の態様に係る装置を示すものであり、溶鋼1を保持し
た取鍋2にインジェクションランス3を浸漬させた上
で、取鍋上部に浸漬管6を設置し外気と遮断し、インジ
ェクションランスから脱硫フラックスの搬送ガスとして
供給される窒素やArのような不活性ガスで、上部空間
7の酸素濃度を低下させるものである。
【0031】
【実施例】実施例1 実施例1は350トン規模の取鍋を用いて実施した。転
炉吹き止め成分がC:0.08%、O:400ppmの溶
鋼を第5図に示す装置を用いて脱硫した。脱硫処理の前
にFe−Si合金とFe−Ti合金でOが55ppmにな
るまで予備脱酸し、その後、インジェクションランスよ
り金属Mgと生石灰からなるの脱硫フラックス(Mgの
混合比は20%)をArガスをキャリアーガスとして
0.5kg/分/トン(Mgの吹き込み速度としては
0.1kg/分/トン)の速度で2.5mの深さ位置か
ら吹き込んだ。
【0032】ガス流量は0.005Nm3/分/トンと
し、吹き込み深さは1.75mとした。
【0033】上部空間の酸素は、処理開始後約3分で2
%以下となった。処理後のトップスラグ量は12kg/
tで、組成は、CaO:61%、MgO:14%、Si
2:2%、MnO:1%、TiO2:1%、Al23
20%、T・Fe:1%であり、 (SiO2+TiO2
+MnO+T・Fe+ Al23)は25%、(CaO
+MgO)/(SiO2+Al23)は3.4であっ
た。この結果、脱硫効率は75%と高かった。比較例1 比較例1の場合には、転炉出鋼後の溶鋼を予備脱酸せず
に溶鋼中O=400ppmのまま、インジェクションラ
ンスより金属Mgと生石灰の混合フラックスを吹き込ん
で脱硫した。他の条件は実施例と同一としたが、脱硫効
率は41%と極めて低かった。実施例2 実施例2の場合には、予備脱酸を実施した後にインジェ
クションランスより金属Mgと生石灰の混合フラックス
を吹き込んで脱硫したが、取鍋には蓋をせず大気雰囲気
下で処理をした。その他の条件は実施例1と同様とし
た。この結果、脱硫効率は62%と実施例1より低かっ
た。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、少ないフラックス量
で、しかも蛍石のような造滓剤を用いることなく、効率
的なMgを用いた溶鋼脱硫を実施することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】酸素濃度と脱硫効率との関係を示す実験結果の
グラフ。
【図2】脱硫フラックス中に含まれるMg含有量と脱硫
効率との関係を示す実験結果のグラフ。
【図3】トップスラグの(SiO2+TiO2+MnO+
T・Fe+ Al23)と脱硫効率との関係を示す実験
結果のグラフ。
【図4】上部空間雰囲気の酸素濃度と脱硫効率との関係
を示す実験結果のグラフ。
【図5】本発明の方法に用いる脱硫装置の一実施例を示
す断面図。
【図6】本発明の方法に用いる脱硫装置の一実施例を示
す断面図。
【符号の説明】
1 溶鋼 2 取鍋 3 インジェクションランス 4 取鍋上部に設けた蓋 5 上部空間 6 取鍋上部に設置した浸漬管 7 上部空間

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素濃度が10〜100ppmの溶鋼に対し
    て、Mgと生石灰とを含んでなる脱硫フラックスを搬送
    ガスと共に吹き込むことを特徴とする、溶鋼のMg脱硫
    方法。
  2. 【請求項2】前記フラックス中のMg含有量を5〜30
    %とし、前記混合フラックスが蛍石を実質的に含有しな
    い、請求項1に記載の溶鋼のMg脱硫方法。
  3. 【請求項3】前記脱硫フラックスを溶鋼中にインジェク
    ションし、該インジェクション深さを125cm以上とす
    る、請求項1または2に記載の溶鋼のMg脱硫方法。
  4. 【請求項4】脱硫後のトップスラグの(SiO2+Ti
    2+MnO+T・Fe+Al23)を40〜10%の
    範囲に制御し、かつ、(CaO+MgO)/(SiO2
    +Al23)を2.5〜4.5の範囲に制御する、請求
    項1〜3のいずれか1項に記載の溶鋼のMg脱硫方法。
  5. 【請求項5】脱硫中において、脱硫のための装置の上部
    空間中の酸素濃度を2%以下に制御する、請求項1〜4
    のいずれか1項に記載の溶鋼のMg脱硫方法。
  6. 【請求項6】脱硫後のトップスラグ量を10〜20kg
    /tの範囲に制御する、請求項1〜5のいずれか1項に
    記載の溶鋼のMg脱硫方法。
  7. 【請求項7】更に、フラックス成分として、Al、Al
    ドロスおよびカルシウムカーバイドの1種または2種以
    上を合計で5〜20重量%含有させる、請求項1〜6の
    いずれか1項に記載の溶鋼のMg脱硫方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012012648A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Jfe Steel Corp 溶鋼の脱硫処理方法
CN104492440A (zh) * 2015-01-12 2015-04-08 华北电力大学(保定) 一种用于镁法脱硫副产物回收的固相催化剂及其制备方法

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