JP2002012908A

JP2002012908A - 含窒素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP2002012908A
Application number: JP2000194343A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamauchi; 崇山内; Shigeru Ogura; 滋小倉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、溶鋼中窒素濃度が９０質量ｐｐｍ以
上で、且つ酸素や硫黄の含有量が少ない溶鋼を製造可能
な含窒素鋼の溶製方法を提供することを目的としてい
る。【解決手段】ガス底吹き機能を有する転炉に保持した溶
銑を酸素ガスで脱炭すると共に、炭素濃度の低下した溶
鋼に窒素ガスを吹込み、含窒素鋼とするに際して、前記
溶鋼中への窒素ガスの吹き込みを、溶鋼中の炭素濃度が
０．２５〜０．１５質量％の領域で行なう。また、引き
続き、転炉出鋼後の溶鋼を、撹拌ガス又は環流ガスにア
ルゴン・ガスを使用して真空脱ガス精錬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含窒素鋼の溶製方
法に係わり、特に、底吹き又は上底吹き転炉を用い、酸
素や硫黄の含有量が少ない清浄な含窒素鋼を製造する技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼用精錬炉で含窒素鋼を溶製するに
は、特開昭５３−１２８５２０号公報、特開昭５４−１
２５１１３号公報、特開昭５８−１６７７０８号公報に
開示されているように、炉内の溶湯（溶銑の場合もある
し、溶鋼の場合もある）中窒素濃度のレベルを推定した
上で、ランス、出鋼口、炉口、あるいは底吹ノズルか
ら、溶製する溶鋼の目標窒素濃度に応じた窒素ガスを所
定量吹き込む方法が採られている。また、特公平７−６
５０９１号公報に開示されているように、底吹き又は上
吹き転炉で溶銑を脱炭し、溶湯（溶銑の場合もあるし、
溶鋼の場合もある）中炭素濃度が１．０〜０．３重量％
になった時期に、コークスを該溶湯中に投入する方法も
ある。なお、この溶湯中炭素濃度の限定は、それ以前の
技術によって加窒を行うと吹込んだ窒素の歩留りがばら
つくので、それを回避するためである。

【０００３】これらの従来技術のうち、ランスを用いて
溶湯の浴面に上方から窒素ガスを吹き付ける特開昭５３
−１２８５２０号公報記載の技術では、吹錬中のスロッ
ピング（フォーミングしたスラグが炉口から溢れ出る現
象）やスピッティング（溶鋼飛沫が炉口から噴出する現
象）による操業の阻害や溶鋼歩留りの低下を防止しよう
とすると、窒素ガスの歩留り（吹き込んだ窒素ガスのう
ちの製品溶鋼中に留まる割合のことで、以下単に窒素歩
留りという）を高くするのに最適な窒素ガスの吹込条件
を維持できるとは限らず、従って、溶製に際しての窒素
歩留りが安定しないという問題があった。また、炉口や
出鋼口から空気や窒素を吹込む特開昭５４−１２５１１
３号公報記載の技術では、炉内で形成されたスラグの量
やフォーミング状況により、溶湯と窒素ガスとの接触
条件が大きく変化するので、やはり窒素歩留りが安定し
ない傾向があった。さらに、底吹ノズルや羽口から窒素
ガスを吹込む特開昭５８−１６７７０８号公報あるいは
特公平７−０６５０９１号公報に記載の技術では、上記
したスラグの影響を回避する点では有利であったが、そ
の一方で、窒素歩留りの値が高くならないという問題が
あった。加えて、別途特公昭６１−２４３１１１号公報
に開示されているように、吹錬初期の溶湯中窒素濃度及
び目標とする窒素濃度に基づき吹込んだ窒素ガスからの
所要ピックアップ量を計算で求めたり、特開昭５８−１
６７７０８号公報に開示されたように、溶銑中のＴｉレ
ベルから銑鉄中の窒素濃度を推定し、これに応じて底吹
窒素ガス原単位を定める技術もあるが、窒素歩留りのば
らつきは前記技術と同様に大きかった。なお、上記特開
昭５８−１６７７０８号公報記載の技術では、吹錬初期
から窒素ガスを吹き込んだとしても、最終窒素濃度はせ
いぜい６５質量ｐｐｍ程度に止まり、９０質量ｐｐｍ以
上の高窒素含有鋼は溶製できない。また、窒素歩留りの
低い領域で底吹ノズルから窒素ガスを吹き続けるので、
目標窒素濃度を達成するに要する窒素ガス量が多くなる
ばかりでなく、脱炭を終了するまでに必要な時間が長く
なり、溶製能率の低下や耐火物損耗速度の増大といった
別の問題も生じている。

【０００４】一方、コークスを投入してばらつきを解消
させた前記特公平７−６５０９１号公報記載の技術は、
確かに、窒素歩留りのばらつき低減というメリットがあ
った。しかしながら、コークス添加原単位を８ｋｇ／ｔ
まで増大しても、吹止め時の窒素濃度は最大６１質量ｐ
ｐｍ程度にしかならなかった。それ以上のコークス添加
は、添加時の急激なＣＯガス発生による突沸の危険が伴
うため、実施できない。また、コークスを添加すると、
コークス中に含有される硫黄分によって鋼中硫黄濃度が
上昇するので（コークス８ｋｇ／ｔ添加で、硫黄は４０
質量ｐｐｍ増大）、硫黄含有量の規制が厳しい自動車用
足まわり部品に使用されるハイテン系材料の溶製には適
用できない。さらに、最終吹止め窒素濃度が６０〜７０
質量ｐｐｍと低いので、９０質量ｐｐｍ程度の含窒素鋼
を得るには、転炉出鋼後に真空脱ガス槽や取鍋で追加的
に行なう所謂「２次精錬」で、再び窒素ガスによる環流
（ＲＨ真空脱ガス槽の場合）や底吹、あるいは上吹ノズ
ルからの窒素ガスの導入により（取鍋やＶＯＤ真空脱ガ
ス槽の場合）溶湯を攪拌することが必要になる。しかし
ながら、窒素ガスは可溶性ガスであるためにＡｒガスに
比べて撹拌力が著しく弱く、非金属介在物の浮上分離効
果が小さいので、二次精錬を行なっても酸素や硫黄含有
量の高い、つまり清浄度の低い素材しか得られてない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の技術では、窒素ガスの歩留りが安定しないことによ
る窒素含有量のばらつき増大、コークス添加に伴う硫黄
のピックアップ、精錬時間の増大による溶製能率の低
下、耐火物損耗度の増大、吹止時の溶鋼中窒素濃度が低
いことによる二次精錬での窒素ガスの再使用、これに伴
う撹拌力の低下、清浄度の低下といった数多くの問題が
あった。

【０００６】本発明は、かかる問題をすべて克服し、溶
鋼中窒素濃度が９０質量ｐｐｍ以上で、且つ酸素や硫黄
の含有量が少ない溶鋼を製造可能な含窒素鋼の溶製方法
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、転炉精錬にて溶湯に窒素ガスを吹き込む際
の溶湯中炭素濃度領域に着眼した研究を行ない、その成
果を本発明に具現化した。

【０００８】すなわち、本発明は、ガス底吹き機能を有
する転炉に保持した溶銑を酸素ガスで脱炭すると共に、
炭素濃度の低下した溶鋼に窒素ガスを吹込み、含窒素鋼
とするに際して、前記溶鋼中への窒素ガスの吹き込み
を、溶鋼中の炭素濃度が０．２５〜０．１５質量％の領
域で行なうことを特徴とする含窒素鋼の溶製方法であ
る。

【０００９】また、本発明は、引き続き、転炉出鋼後の
溶鋼を、撹拌ガス又は環流ガスにアルゴン・ガスを使用
して真空脱ガス精錬することを特徴とする含窒素鋼の溶
製方法である。

【００１０】本発明では、溶鋼中炭素濃度［Ｃ］が０．
２５〜０．１５質量％の領域で該溶鋼に底吹きで窒素ガ
スを吹き込むようにしたので、窒素ガスの歩留りを従来
の２％から６％以上にまで増大できるようになる。ま
た、転炉吹き止め時の溶鋼中窒素濃度を従来の６０〜８
８質量ｐｐｍ程度から１００〜１２０質量ｐｐｍに高め
ることが可能となる。さらに、得られた溶鋼に真空脱ガ
ス装置で二次精錬を行なう場合には、吹き込みガスを従
来の窒素ガスに代え、撹拌力の強いアルゴン・ガスが使
用できるようになるので、撹拌力が増大し、酸素や硫黄
の含有量が少ない清浄度の高い含窒素鋼が安定して溶製
できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
交え、本発明の実施の形態を説明する。

【００１２】まず、発明者は、従来技術の見直しから、
窒素ガスの歩留りを高めるには、転炉に保持した溶鋼に
窒素ガスを吹込む時期が重要と考えた。つまり、炭素含
有量が高いうちに窒素ガスを吹き込んでも、浴に別途吹
き込まれた酸素ガスによる脱炭反応で発生したＣＯガス
が、窒素を伴って炉から排気されるからである。従っ
て、窒素ガスの吹き込みは、脱炭反応の影響が少ない時
期に行なうのが良いと判断し、その時期を明確にすべく
実験を行なった。すなわち、発明者は、上底吹き機能を
有する転炉で、上方からはランスを介し、炉底からは炉
底羽口を介して酸素ガスを溶銑に吹いて脱炭させるが、
窒素ガスの吹き込みが必要になったら、炉底の底吹羽口
から酸素に代えて吹き込むようにして、試験操業を行な
った。

【００１３】その結果を図２に示す。図２は、横軸が窒
素ガスの吹込み開始時期の溶鋼中炭素濃度で、縦軸が出
鋼後の溶鋼の窒素歩留りである。図２より、溶鋼の窒素
歩留りは、窒素ガス吹き込み開始時の炭素濃度が高い
程、大きくなることが明らかである。一般に、溶鋼中の
酸素ポテンシャルは、所謂Ｃ−Ｏ平衡によって決定され
るので、溶鋼中の炭素濃度が低下すると、酸素（Ｏ）濃
度が高くなり、界面活性元素であるＯ原子が溶鋼界面に
吸着して、界面内への窒素ガスの侵入を妨げる。図２の
結果は、このことを明確にしたものである。そして、図
２から明らかなように、窒素歩留りは、吹込み開始時の
炭素濃度が０．１５質量％以上の領域の時がほぼ最高値
を維持し、それ未満では、窒素歩留りが減少している。
そこで、本発明では、窒素歩留りがほぼ最高値を維持可
能な炭素濃度が０．１５質量％以上の領域で窒素ガスを
吹き込むことにした。つまり、窒素ガスを吹き込む際の
溶鋼中炭素濃度の下限を０．１５質量％とした。

【００１４】一方、図２では、溶鋼中炭素濃度が０．２
５質量％以上の領域は示していない。その理由は、それ
以上の領域で窒素ガスを吹き込んでも、窒素歩留りは
増加しないからである。吹込み開始から吹止めまでの時
間がただ延長するだけで、ＣＯガスに伴われて逃げる窒
素量が多くなり、溶鋼中への吸窒量と溶鋼からの脱窒量
とがバランスしてしまうからである。従って、本発明で
は、窒素ガスの吹き込み開始は、炭素濃度が０．２５質
量％以下にまで脱炭されてから行なうことにした。すな
わち、窒素ガスを吹き込む際の溶鋼中炭素濃度の上限を
０．２５質量％とし、上記の下限と組み合わせて、溶鋼
炭素濃度が０．２５〜０．１５質量％の領域で窒素ガス
を吹き込むことを本発明としたのである。

【００１５】また、上記本発明を実施すると、転炉精錬
終了時（出鋼前の）溶鋼中窒素濃度が、図１に示すよう
に、ほとんどのチャージで１００質量ｐｐｍ以上となる
（図３に示したように、出鋼後の炉下における取鍋内溶
鋼中の平均窒素濃度で、従来の８８質量ｐｐｍから１２
１質量ｐｐｍを示している）。

【００１６】そこで、発明者は、従来の含窒素鋼の溶製
でのもう一つの問題点を改めることを思いついた。つま
り、従来の二次精錬で真空脱ガスして酸素や硫黄の含有
量が特に低い清浄な含窒素鋼を溶製する場合には、脱ガ
ス装置で使用する循環ガスや環流ガスは、二次精錬で窒
素が減少するので、窒素ガスであった。しかし、上記し
たように、本発明により二次精錬前の溶鋼中窒素濃度が
高くでき、窒素の調整量に余裕が生じたので、従来の窒
素ガスからアルゴン・ガスに変更することにし、それも
本発明に加えることにした。これによって、撹拌力が強
化され、一層の高清浄化が図れるからである。

【００１７】

【実施例】生産能力２５０トンの上底吹き転炉に、高炉
から出銑後に溶銑予備処理で脱珪、脱燐及び脱硫を施し
た溶銑（成分は、表１参照）を装入し、上吹きランス及
び底吹きノズルから酸素ガスを吹き、脱炭すると共に、
必要な時期に底吹き酸素に代え、窒素ガスを吹込み、含
窒素鋼を多数チャージ溶製した。なお、この場合、転炉
出鋼後の溶鋼は、すべてＲＨ真空脱ガス槽で二次精錬を
行なった。また、これらの主な操業条件を従来法と比較
し、一括して表１に示す。窒素ガスの吹込み時期は、酸
素ガスを吹き込み、脱炭開始してから溶鋼中炭素濃度を
適宜分析し、その情報と溶製すべき目標窒素濃度とに基
づき定めた。

【００１８】

【表１】

【００１９】転炉を吹き止めし、取鍋に出鋼した溶鋼の
窒素濃度を度数分布で図３に示す。吹止時の窒素濃度
は、従来の方法で得た値（図３（ａ）参照）に比べて、
本発明による値は（図３（ｂ）参照）、かなり高くなっ
ていることが明らかである。また、転炉吹止め時から二
次精錬終了までの溶鋼中窒素濃度（最大、平均、最小）
の変化状況を模式的に図４に示す。二次精錬では、本発
明によって、吹止め時の窒素濃度が平均１２０質量ｐｐ
ｍ以上にすることができたので、二次精錬で環流ガスを
従来の窒素ガスに代え、アルゴン・ガスに変更してあ
る。従って、図４より明らかなように、二次精錬を行な
っても、安定的に９０質量ｐｐｍ程度の含窒素鋼が溶製
できる。また、二次精錬での溶鋼中トータル酸素濃度の
経時変化を図５に、非金属介在物量の経時変化を図６に
示す。これらの図は、トータル酸素濃度、鋼中非金属介
在物量（電子ビームによって非金属介在物を凝集させ、
その面積を測定）が、環流ガスをアルゴン・ガスに変更
することによって著しく低減し、従来に比べて清浄度の
高い含窒素鋼が溶製できることを示唆している。ちなみ
に、二次精錬後の溶鋼組成を従来法での値と比較して表
２に示すが、酸素及び硫黄の含有量が従来より低い、良
好な含窒素鋼が溶製されている。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、転炉
吹止め時の溶鋼中窒素濃度を１２０質量ｐｐｍ以上とす
ることが可能となる。また、ＲＨ真空脱ガス槽で二次精
錬する場合には、その環流ガスを従来の窒素ガスからア
ルゴン・ガスに変更して、１００質量ｐｐｍの窒素含有
鋼を安定して溶製できるようになる。さらに、環流ガス
をアルゴン・ガスにすることによって処理中の撹拌力を
強化し、鋼中の介在物量を従来の１／２に減少でき、Ｓ
規制の著しい（Ｓ含有量≦１４質量ｐｐｍ）規格の鋼種
も溶製できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒素ガスの吹込み開始時の溶鋼中炭素濃度と出
鋼前溶鋼中窒素濃度との関係を示す図である。

【図２】窒素ガスの吹込み開始時の溶鋼中炭素濃度と出
鋼前溶鋼の窒素歩留りとの関係を示す図である。

【図３】出鋼後の炉下における取鍋内溶鋼中の窒素濃度
を度数分布で表した図であり、（ａ）は従来法、（ｂ）
は本発明法で得た値である。

【図４】転炉吹止め時から二次精錬終了時までの溶鋼中
窒素濃度の変化を示す模式図である。

【図５】二次精錬での溶鋼中トータル酸素濃度の経時変
化を示す図である。

【図６】二次精錬での溶鋼中非金属介在物量の経時変化
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２１Ｃ 7/10 Ｃ２１Ｃ 7/10 ＦＦターム(参考） 4K002 AA10 AB01 AC07 AD01 AD05 AD10 AF05 4K013 AA00 AA07 BA18 CA02 CE01 CE05 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス底吹き機能を有する転炉に保持した
溶銑を酸素ガスで脱炭すると共に、炭素濃度の低下した
溶鋼に窒素ガスを吹込み、含窒素鋼とするに際して、前記溶鋼中への窒素ガスの吹き込みを、溶鋼中の炭素濃
度が０．２５〜０．１５質量％の領域で行なうことを特
徴とする含窒素鋼の溶製方法。
【請求項２】引き続き、転炉出鋼後の溶鋼を、撹拌ガ
ス又は環流ガスにアルゴン・ガスを使用して真空脱ガス
精錬することを特徴とする請求項１記載の含窒素鋼の溶
製方法。