JP2001152234A - 取鍋内溶鋼への炭材添加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取鍋精錬炉により高炭素鋼を溶製するための
効率的な、かつスラグフォーミングなどの操業トラブル
を起さない炭材添加方法を提供することにある。 【解決手段】 粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグ
に吹き付けることにより、前記炭材を溶鋼または前記ス
ラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材
添加方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炭素溶鋼を製造
するために取鍋溶鋼中へ炭材を添加する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、設備装置としては極めて単純な簡
易取鍋精錬法が種々実用化されているが、なかでも特公
昭５５−３８２１７に開示された発明は、取鍋スラグを
耐火物でできた密閉槽（以下、浸漬管）により排除、分
離し、この槽に向かって取鍋底部から不活性ガスを送り
つつ、浸漬管内の裸の溶鋼面に合金を添加するもので、
スラグまたは空気による合金の酸化が防止され、合金成
分の歩留りの高位安定と、したがってばらつきの減少が
はかられる方法として注目される。また同法の改良技術
として、浸漬管内で酸化反応材を添加するとともに酸化
性ガスを吹き付けることによる昇熱方法が開発され精錬
時間を大幅に短縮できるようになった（特開昭５３−１
４９８２６、特公平２−９６４５）。

【０００３】さらに、上記の方法にて炭素量０．３質量
％以上の高炭素溶鋼を精錬できれば、簡易な設備で効率
よく清浄度の高い高炭素溶鋼を製造できるので操業コス
トの低減効果が大きい。

【０００４】転炉にても送酸量を減少することにより溶
鋼の残留炭素を高くすることは可能であるが、吹錬作業
末期にサンプリングした試料の炭素分析結果から吹錬作
業終了時における炭素分析値を予測する方法を採用して
いるため吹錬終了時の炭素成分値を規格に満足させるこ
とは容易でなく、最終的には取鍋による炭素量の調整が
必要となる。また通常、高炭素鋼の製造ロットは低炭素
鋼に比べ小さいので転炉１ヒート分すべての溶鋼の炭素
レベルを高くすることは得策ではなく、転炉では十分低
い炭素レベルまで脱炭しておき、必要分だけ別の取鍋で
加炭するほうが合理的である。したがって、上記の簡易
取鍋精錬法においても加炭を行うことが望まれている
が、これまで企てられたことがなかった。

【０００５】なお、炭材を精錬炉に添加する先行技術と
して以下の方法が提案されている。 （１）粒状の炭材を精錬炉の溶鋼の上方から重力で落下
させて添加する方法 （２）アーク炉において炭素質材料を、アルミ灰および
Ｏ₂ とともに吹き込むことにより溶鋼の昇熱および溶鋼
への加炭を行う精錬方法（特公平６−９２６） （３）転炉などの精錬炉に、酸素吹き込みランスを用い
て、酸素の流路とは別の流路から炭素粉末を吹き付ける
溶鋼の加炭方法（特開平１０−８８２１８）

【０００６】提案（１）の方法は、設備はシンプルであ
るが、炭材が溶鋼表面に浮遊した状態で溶鋼への溶解が
進行するため、加炭が完了するに要する時間が長くな
り、結果として全体の精錬時間が延長され、生産性が低
い問題がある。

【０００７】提案（２）の方法は、電力消費量の低減、
鉄歩留まりの向上等が目的であり、アルミ灰から生じる
Ａｌ₂ Ｏ₃ によりスラグの粘性を上昇させてフォーミン
グを助長し、これでアークを包み込んで熱損失を低減す
るとともに、吹込みＯ₂ でＦｅが酸化して生成したＦｅ
Ｏを、吹き込み炭材により発生するＣＯガスによるフォ
ーミングで効率的に還元することを特徴としており、溶
鋼の高炭素化が目的ではなく溶鋼の炭素レベルは最高で
０．２質量％程度に過ぎない。また、この方法では電力
が主要熱源のため、吹き込む炭材、アルミ灰、およびＯ
₂ はそれほど多量に必要としないが、上記簡易取鍋精錬
炉ではすべての熱源を炭材、Ａｌ、Ｏ₂等に依存するた
めアーク炉に比べ発生Ａｌ₂ Ｏ₃ 量およびＣＯガス量は
格段に多くなり、むしろ逆にスラグフォーミングによる
操業停止などのトラブルが懸念されるので同様の方法を
採用し難い。

【０００８】提案（３）の方法は、上吹きランスを用い
て粉状炭素を酸素ガス噴流に巻き込まれることなく溶鋼
に吹き付けるものであり、加炭歩留まりの悪化を防止
し、炉内耐火物の熱負荷を軽減することができるもので
あるが、上記簡易取鍋精錬炉に同様の方法を採用する
と、折角加炭された溶鋼が吹込み酸素により脱炭される
こと、および溶鋼に溶け込まず溶鋼上に浮上した吹込み
炭材の一部が吹込み酸素により燃焼すること等の理由で
溶鋼の高炭素化は達成できず、むしろ脱炭反応および炭
材の燃焼反応により生じたＣＯガスが吹き込み酸素によ
り浸漬管内で燃焼（二次燃焼）することにより、浸漬管
内面の耐火物を損傷するおそれも高い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、上記簡易取鍋精錬炉により高炭素鋼を溶製するため
の効率的な、かつスラグフォーミングなどの操業トラブ
ルを起さない炭材添加方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【００１０】本発明者は、上記簡易取鍋内溶鋼へ炭材を
添加する方法に関して種々検討を重ねた結果、炭材を高
歩留まりで、かつスラグフォーミングを起さず、清浄度
の高い高炭素溶鋼を製造できる取鍋内溶鋼への炭材添加
方法を発明するに至った。

【００１１】本発明の具体的解決手段は以下の通りであ
る。

【００１２】（請求項１）粉粒状の炭材を不活性ガスに
よりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を溶鋼
または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内
溶鋼への炭材添加方法。

【００１３】（請求項２）さらに、炭材吹き込みノズル
の先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方とし
て行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。

【００１４】（請求項３）取鍋内に挿入する浸漬管を有
し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保
持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に
設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活
性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭
材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴
とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。

【００１５】（請求項４）前記炭材吹き込みノズルの先
端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行
う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図１の前記簡
易取鍋の概略図を用いて以下に説明する。

【００１６】転炉で吹酸されて炭素量約０．０３質量％
まで脱炭した後、転炉からの出鋼時に必要に応じてあら
かじめ脱酸および昇熱用として酸化反応剤（例えば、Ａ
ｌ、フェロシリコン、フェロマンガン、シリコマンガン
等）を投入した溶鋼を取鍋２に装入する。この際、酸化
鉄（以下、ＦｅＯで代表させる）を高濃度（約１５質量
％）に含有する転炉スラグの一部６が取鍋２に流入し溶
鋼１の表面を覆う。

【００１７】次に、スラグ面より上方で、炭材が溶鋼１
またはスラグ６に捕捉されるような高さにセットしたノ
ズル５から不活性ガス（例えばＡｒ、Ｎ₂ またはそれら
の混合ガス）をキャリアガスとして用い、粉粒状の炭材
（例えば、黒鉛、コークス等）を、目標の加炭炭素成分
上昇分に到達するまでスラグ６に吹き付ける。

【００１８】ノズル５を溶鋼中に浸漬して炭材を吹き込
むのではなく、上方からスラグに吹き付ける理由は以下
の通りである。

【００１９】ノズル５の先端の位置を溶鋼中に浸漬して
炭材の吹込みを行うと、炭材は溶鋼中を浮上する間にそ
の一部は溶鋼中の溶解［Ｏ］と反応してＣＯガスを生成
するとともに溶鋼中に［Ｃ］として溶け込み、残りはス
ラグの下面（溶鋼１とスラグ６の界面）近傍でほとんど
捕捉される。その捕捉された炭材は、スラグ６中のＦｅ
ＯをＦｅに還元してＣＯガスを発生させ、前記溶解
［Ｏ］との反応から生成したＣＯガスと一緒にスラグ層
の最下部からスラグ層内を通過して上昇しなければなら
ずスラグがフォーミングしやすく、ひどい場合には操業
停止に至ってしまう。

【００２０】一方、ノズル５の先端の位置をスラグ６上
面より上方として炭材を空間部から炭材が溶鋼１または
スラグ６に捕捉されるように吹き付けると炭材の一部は
スラグ層を突き抜けて溶鋼１中に浸入し、残りはスラグ
６に直接捕捉され、空間に飛散する炭材はほとんど存在
しない。溶鋼１中に浸入した炭材は、上述と同様、再浮
上中にその一部は溶鋼中［Ｏ］を除去するとともに溶鋼
１に溶け込み、残りはスラグ６の下面（溶鋼１とスラグ
６の界面）近傍に捕捉される。スラグ６に直接捕捉され
た炭材はスラグ層の上面近傍に配置される。したがっ
て、スラグ６中のＦｅＯを還元して生成するＣＯガスの
逃出経路はノズル５を溶鋼１中に浸漬した場合に比べて
短くなるのでスラグ６のフォーミングは起こり難くな
る。また同時に、スラグ中のＦｅＯが還元されてＦｅが
回収されるのでＦｅ歩留まりも向上する。

【００２１】ただし、ノズル５の先端位置をスラグ６上
面より高く離しすぎると、空間に飛散する炭材量が増加
して炭素歩留まりが低下し、一方、ノズル５の先端位置
をスラグ６上面に近づけすぎると、ほとんどの炭材がス
ラグ層を突き抜けて溶鋼１に浸入してスラグフォーミン
グが起こりやすくなるので、後述の実施例で示すように
ノズル５の先端の位置はスラグ６上面から上方５〜１５
ｃｍとすることが好ましい。

【００２２】その後、取鍋２の底部に設けられたポーラ
スプラグ３から不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ₂または
それらの混合ガス）を吹き込みながら（以下、「底吹き
ガス」と記す）、取鍋の内径の１／５〜１／３程度の内
径の浸漬管４をその最下端が溶鋼中に完全に没するまで
下降させる。この際、前記スラグ６は底吹きガスで取鍋
２の周辺部に押しやられているため、浸漬管４内はスラ
グがほとんど存在しない溶鋼面が剥き出しの状態とな
る。

【００２３】一方、浸漬管４の外側には底吹きガスが洩
れ出さないように浸漬管４の内径を定めているので浸漬
管４の外側の溶鋼表面は前記スラグ６に完全に覆われた
状態となる。必要により、浸漬管４に設けられた合金投
入口８から酸化反応剤や溶鋼成分調整用合金を追加し、
酸素ランス７で酸素を吹き付けることにより溶鋼１中の
金属（例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ等）を酸化してその酸
化発熱により底吹きガスによる溶鋼１の冷却を防止しな
がら溶鋼１中の［Ｏ］などの不純物を除去することによ
り清浄な高炭素溶鋼が得られる。

【００２４】ノズル５は浸漬管４の外側に設置すること
が好ましい。

【００２５】もし浸漬管４の内側にノズルを設け、酸素
吹錬中に炭材の吹き付けを行うと、前記Ａｌが酸素で酸
化されたＡｌ₂ Ｏ₃ を高濃度に含有する粘性の高いスラ
グが生成すると同時に酸素による溶鋼からの脱炭反応に
よるＣＯガスの発生量も増大して、浸漬管４内でスラグ
フォーミングが発生する可能性が著しく高くなる。

【００２６】それに対して、浸漬管４の外側に設けられ
たノズルから炭材を吹き込むと、酸素吹錬中であっても
酸素から隔離された場所に炭材を添加でき上述のスラグ
フォーミングの問題は生じないので、炭材添加と酸素吹
錬を同時に行うことが可能となり、精錬時間の短縮が図
れる。

【００２７】ノズル５は昇降できるようにして、スラグ
成分、スラグ厚さ等に応じて適量の炭材が溶鋼中まで到
達するようノズル先端の高さ方向の位置を調整できるよ
うにしておくのが好ましい。

【００２８】なお、炭材の吹き付けは取鍋２への溶鋼装
入直後に限るものではなく、ポーラスプラグ３から不活
性ガスを底吹きしていてもよく、また浸漬管４を溶鋼１
中に浸漬した状態でもよく、さらに酸素ランス７よりの
酸素上吹き中でも差し支えない。いずれの場合にも底吹
きガス導入以後はスラグ６に捕捉された炭材はスラグと
ともに浸漬管４の外側に押しやられるので上述の反応機
構によりスラグフォーミングを起さず、高い歩留まりで
加炭されることになる。

【００２９】なお本発明は、上述の反応機構を満足させ
るものであればよく、上記簡易取鍋精錬法に限らず、Ｌ
Ｆ、アルゴンバブリング等他の取鍋精錬法にも適用でき
るものである。

【００３０】

【実施例】まず、転炉からの出鋼時にあらかじめ適量の
金属Ａｌ、フェロシリコン等の酸化反応剤を投入した溶
鋼１を容量２４０ｔの取鍋２に装入した後、内径２８ｍ
ｍのノズル５の先端の高さ位置をセットして粒径０．７
ｍｍ以下の炭材を吹込み圧力０．５〜０．７ＭＰａ、吹
込み流量１．０〜１．５ｍ³ （標準状態）／ｍｉｎのＡ
ｒをキャリアガスとして８０〜１００ｋｇ／ｍｉｎの供
給速度で目標の加炭炭素成分上昇分に到達するまで吹き
込んだ。そして炭材吹込み中に、ポーラスプラグ３から
Ａｒ＋Ｎ₂ の混合ガスを０．００１２ｍ³ （標準状態）
／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で吹き込みつつ、溶鋼１内に内径
約１．５ｍの浸漬管４を浸漬し、酸素ランス７より酸素
を０．１ｍ³ （標準状態）／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で浸漬
管４内の溶鋼面に吹き付けて前記金属Ａｌ、フェロシリ
コン中のＳｉ等を酸化させて、その反応熱により昇熱を
行い、底吹きガスによる溶鋼の冷却やスラグ中ＦｅＯの
炭材による還元吸熱を補償しながら精錬を行った。

【００３１】ヒートごとにノズル５の先端の高さ位置の
みを変更した試験を行い、各ヒートにおけるスラグフォ
ーミングの高さ、精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度、および
炭素歩留まりを測定した。ここに、スラグフォーミング
の高さは、取鍋に受鋼した後、溶鋼中に鉄パイプを挿入
して付着したスラグ部分の長さを初期のスラグ厚みＬ ₁
とし、炭材添加中に同様に鉄パイプを溶鋼に挿入し付着
したスラグ部分の最大の長さをＬ₂ とし、Ｌ₂ −Ｌ₁ に
より求めた。また、炭素歩留まりは、取鍋による精錬前
後の溶鋼質量と溶鋼炭素濃度から計算される加炭された
炭素質量を、供給された炭材中の全炭素質量で割ること
により求めた。

【００３２】試験結果を図２〜４に示す。なお、各図の
横軸のノズル５下端からスラグ６上面までの距離（以
下、「ノズル先端高さ」と記す）については、プラス
（＋）であればスラグ６上面より上方の空間から炭材を
吹き込むことを意味し、マイナス（−）であればスラグ
６あるいは溶鋼１中へノズルを浸漬して炭材を吹き込む
ことを意味する。

【００３３】図２から明らかなように、ノズル先端高さ
が高くなるほどスラグフォーミング高さは低下し、ノズ
ル先端高さが約５ｃｍ以上になるとほとんどスラグフォ
ーミングは無視でき、炭材のスラグ層上面近傍への配置
の効果が現れたものと想定される。

【００３４】一方、図３からは、ノズル先端高さが約５
ｃｍを超えると精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度が上昇し始
め、ノズル先端高さが約１５ｃｍを超えると精錬後溶鋼
中Ｔ．［Ｏ］濃度が約３０質量ｐｐｍを超え、加炭が不
十分となることがわかった。ノズル先端高さが高くなる
にしたがって炭材の溶鋼への浸入量が減少するためと考
えられる。

【００３５】さらに図４からは、ノズル先端高さが約５
〜１５ｃｍのとき炭素歩留まりが約８５％以上確保でき
ることが判明した。ノズル先端高さが約１５ｃｍを超え
ると炭材の空間への飛散量が増大するため炭素歩留まり
が低下し、一方、ノズル先端高さが約５ｃｍより低くな
るとスラグフォーミングの発生が著しくなり、より早期
に試験を中断せざるを得ず、溶鋼中［Ｏ］との反応に消
費された炭材量の割合が試験中断までに吹き込まれた全
炭材量に対して相対的に上昇して炭素歩留まりが低下し
た。

【００３６】したがって、浸漬管外に設置したノズルを
用いて、ノズル先端高さ約５〜１５ｃｍから炭材を吹き
込むことにより、残留Ｔ．［Ｏ］濃度の十分低い清浄な
高炭素溶鋼を、スラグフォーミングによる操業停止など
のトラブルを起さず、かつ高い炭素歩留まりで製造でき
ることを確認した。

【００３７】

【発明の効果】本発明のうち請求項１に記載の発明は、
粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けるこ
とにより、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させ
ることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であ
り、スラグフォーミングによるトラブルを回避しなが
ら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い炭素歩留まり
で製造できる。

【００３８】また、請求項２に記載の発明は、炭材吹き
込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃ
ｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材
添加方法であり、請求項１に記載の発明の効果をより確
実にするものである。

【００３９】請求項３に記載の発明は、取鍋内に挿入す
る浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有
する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前
記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状
の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによ
って、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させ
ることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であ
り、前記取鍋によりスラグフォーミングによるトラブル
を回避しながら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い
炭素歩留まりで製造できることに加え、精錬時間を短縮
でき生産性を向上できる。

【００４０】さらに、請求項４に記載の発明は、前記炭
材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜
１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼へ
の炭材添加方法であり、請求項３に記載の発明の効果を
より確実にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による炭材添加方法の概略を示す図であ
る。

【図２】炭材吹込み用ノズル先端高さとスラグフォーミ
ング高さとの関係を示す図である。

【図３】炭材吹込み用ノズル先端高さと精錬後の溶鋼中
の残留Ｔ．［Ｏ］濃度との関係を示す図である。

【図４】炭材吹込み用ノズル先端高さと炭素歩留まりと
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 溶鋼 ２ 取鍋 ３ ポーラスプラグ ４ 浸漬管 ５ ノズル ６ スラグ ７ 酸素ランス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグ
   に吹き付けることによって、前記炭材を溶鋼または前記
   スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭
   材添加方法。
2. 【請求項２】 炭材吹き込みノズルの先端の位置を前記
   スラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１
   に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
3. 【請求項３】 取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底
   部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼
   への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭
   材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによ
   りスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶
   鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋
   内溶鋼への炭材添加方法。
4. 【請求項４】 前記炭材吹き込みノズルの先端の位置を
   スラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３
   に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。