JP2004277830A

JP2004277830A - 転炉製鋼方法

Info

Publication number: JP2004277830A
Application number: JP2003072136A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fukagawa; 信深川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】Ｃ濃度が０．３％以下である転炉吹錬末期に生ずる溶鋼中の［Ｎ］の上昇を抑制又は防止することによって終点［Ｎ］を低減する。
【解決手段】転炉を用いて上吹きランスから酸素を溶鋼に吹き込む脱炭精錬を行う際に、この溶鋼のＣ濃度が０．３質量％以下となる吹錬末期にこの溶鋼に、チタン酸化物含有物質、アルミナ含有物質又は鉄酸化物含有物質であるスラグフォーミングを助長させる物質を添加して、スラグフォーミングを助長させることにより、この溶鋼の窒素濃度の上昇を抑制する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は転炉製鋼方法に関し、具体的には、上底吹転炉を用いた酸素吹錬によって終点［Ｎ］量が少ない鋼を製造するための転炉製鋼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、薄板の場合には焼付硬化性鋼板の降伏強度等の品質安定化や電磁鋼板の特性向上を図るため、厚板の場合には靱性向上を図るため、さらに鋼管の場合には、ラインパイプでは靱性向上を、油井管では耐食性や焼入れ性を向上するため、低窒素鋼に対する需要が増大している。
【０００３】
通常の高炉−転炉法による鋼の製造では、高炉から出銑された溶銑をトーピードカー又は溶銑鍋に収容し、そのままあるいは別の容器に移し替えて、脱珪、脱硫又は脱燐等の溶銑予備処理を行う。これらの溶銑予備処理を行われた溶鋼は、転炉に装入され、酸素ガスにより脱炭精錬が行われる。転炉吹錬の終了後に、粗脱炭された溶鋼は取鍋へ出鋼され、二次精錬装置を用いて成分調整や真空精錬が行われた後、連続鋳造機で鋳片に鋳込まれる。得られた鋳片は、それぞれの用途にしたがって、さらに圧延や熱処理等が行われる。
【０００４】
この転炉には溶銑からＣやＰを除去する機能が勿論あるが、さらに、Ｎを除去する機能もある。一般的に、溶銑段階では５０〜８０ｐｐｍあった［Ｎ］が、吹錬終点では１０〜３０ｐｐｍにまで低減される。脱炭反応により発生するＣＯガス中に溶鋼中［Ｎ］が除去されるためである。
【０００５】
ところで、転炉吹錬中の［Ｎ］は、吹錬初期から中期にかけて急激に低下するが（例えば最小値で５〜１５ｐｐｍ）、吹錬末期に上昇して例えば１０〜３０ｐｐｍとなる挙動を示す。転炉吹錬中の［Ｎ］がこのような挙動を示す理由は以下の通りである。すなわち、吹錬末期に溶鋼中Ｃ濃度が所謂臨界Ｃ濃度以下（上底吹転炉では一般的に０．３質量％以下）に低下すると、脱炭反応が酸素供給律速から鋼中Ｃの物質移動律速に変わり、脱炭反応速度が著しく低下する。そうすると、ＣＯガス発生速度が低下するため、脱窒反応速度が低下するとともに、転炉の炉口や出鋼孔から炉内に浸入する空気量が増大する。そして、侵入した空気に溶鋼が接触することにより吹錬末期における溶鋼の［Ｎ］が上昇する。
【０００６】
したがって、例えば、転炉吹錬終点におけるＣ濃度が０．３％（本明細書では特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味する）以下であるとともにＮ濃度が１５ｐｐｍ以下である低窒素鋼を溶製するためには、Ｃ濃度が０．３％以下である吹錬末期における［Ｎ］の上昇を抑制することにより終点［Ｎ］を低減することが非常に重要である。
【０００７】
このため、特許文献１には、溶鋼中の［Ｃ］濃度及び酸素供給速度に応じて転炉の炉口断面積を調整することにより、炉内に浸入する空気量を抑制する発明が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、上底吹転炉で酸素を上吹きするとともに、Ａｒ、ＣＯ、ＣＯ_２及び炭化水素ガスのいずれか一種以上を底吹きする脱炭精錬において、底吹きガス流量と転炉炉内容積との比を一定値以上とする発明が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−９２６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４１１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１により提案された、炉口断面積を吹錬中に変更することは設備的に極めて困難であり、実用化が難しい。また、特許文献２により提案された方法でも、底吹きガス供給能力には設備的な限界があり、実用化が難しい。
【００１１】
このように、従来の発明はいずれも実用化が容易ではなく、例えば、転炉吹錬終点におけるＣ濃度が０．３％以下であるとともにＮ濃度が１５ｐｐｍ以下である低窒素鋼を確実に溶製することは難しかった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題、すなわち、Ｃ濃度が０．３％以下である転炉吹錬末期に生ずる溶鋼中の［Ｎ］の上昇を抑制又は防止することによって終点［Ｎ］を低減し、これにより、例えば、転炉吹錬終点におけるＣ濃度が０．３％以下であるとともにＮ濃度が１５ｐｐｍ以下である低窒素鋼を確実に製造することができる転炉製鋼方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転炉を用いて上吹きランスから酸素を溶鋼に吹き込む脱炭精錬を行う際に、この溶鋼のＣ濃度が０．３質量％以下となる吹錬末期にスラグフォーミングを助長させることにより、この溶鋼の窒素濃度の上昇を抑制することを特徴とする転炉製鋼方法である。
【００１４】
また、本発明は、転炉を用いて上吹きランスから酸素を溶鋼に吹き込む脱炭精錬を行う際に、この溶鋼のＣ濃度が０．３質量％以下となる吹錬末期に、この溶鋼に、スラグフォーミングを助長させる物質を添加することを特徴とする転炉製鋼方法である。
【００１５】
ここで、スラグフォーミングを助長させる物質とは、チタン酸化物含有物質、アルミナ含有物質又は鉄酸化物含有物質が例示される。具体的には、チタン酸化物含有物質としては、イルメナイト鉱石又はルチル鉱石が例示され、アルミナ含有物質としては、造塊滓又はボーキサイトが例示され、さらに、鉄酸化物含有物質としては、スケール又は鉄鉱石が例示される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる転炉製鋼方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本発明にかかる転炉製鋼方法を完成するに至った基礎的知見事項について簡単に説明する。
【００１７】
（基礎的知見事項）
まず、Ｃ濃度が０．３％以下である転炉吹錬末期に生ずる溶鋼中［Ｎ］の上昇を防止するために、この上昇の原因を再度検討した。
【００１８】
転炉吹錬で供給される酸素は、溶鋼のＣ濃度が０．３％以下となる吹錬末期にはかなりの部分が溶鋼と反応して、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯさらにはＰ_２Ｏ_５等の酸化物を生成することに消費される。このため、供給された酸素が溶鋼中の［Ｃ］と反応して生成するＣＯガスの量が大幅に減少し、これにより、炉口や出鋼孔から炉内への空気の浸入量が増加する。そして、侵入した空気が溶鋼と接触することにより［Ｎ］が上昇する。溶鋼の上部にはスラグが存在するものの、炉内に侵入した空気は上吹き酸素ジェットに巻き込まれて溶鋼に吹付けられて、［Ｎ］が上昇すると考えられる。
【００１９】
本発明は、転炉を用いた脱炭精錬を行われる溶鋼のＣ濃度が０．３％以下となる吹錬末期にスラグフォーミングを助長させることにより、フォーミングスラグが障害となって上吹き酸素ジェットに巻き込まれる空気の量を低減できるという独創的な技術思想に基づくものである。
【００２０】
スラグのフォーミング高さは、スラグの表面張力や粘性といったスラグ性状とＣＯガス発生量とによって決定される。このため、脱炭初期や中期、特に中期では、ＣＯがス発生量が大きいためにスラグがフォーミングし易く、フォーミング高さも高い。これに対し、吹錬末期ではＣＯガス発生量が大幅に減少するために、フォーミング高さも大幅に低下してしまう。
【００２１】
図１は、転炉１を用いた吹錬末期の［Ｎ］を上昇させる機構を概念的に示す説明図である。同図に示すＣ濃度が０．３％以下であってスラグ２が殆どフォーミングしていない吹錬末期においては、上吹きランス３からの上吹き酸素ジェット４に浸入した空気５が巻き込まれて溶鋼６に吹付けられ、これにより、空気５からの窒素ピックアップが起こり、［Ｎ］が上昇する。
【００２２】
図２は、本発明により、転炉１を用いた吹錬末期にスラグフォーミングさせて［Ｎ］の上昇を抑制する機構を概念的に示す説明図である。同図に示すように、吹錬末期にスラグ２’ をフォーミングさせ、スラグ２’ がランス３の高さ近傍まで存在する状態、望ましくはランス３の先端がスラグ２’ 中に浸漬する状態とすると、上吹きランス３からの上吹き酸素ジェット４に巻き込まれる空気量が大幅に減少し、［Ｎ］の上昇量が著しく低減される。
【００２３】
溶銑２トン規模の試験転炉を用いた実験を行うことにより、Ｃ濃度が０．３％以下である吹錬末期にスラグをフォーミングさせると、［Ｎ］の上昇を抑制できることを証明した。この実験では、試験転炉を用いた吹錬中に約１分間間隔ででメタルサンプリングとスラグフォーミング高さ測定とを行い、吹錬末期の［Ｎ］上昇量とスラグフォーミング高さとの関係を調べた。その結果、スラグフォーミング高さがランス高さ近くある状態（図２参照）では［Ｎ］ピックアップが殆ど起こらないことが確認された。
【００２４】
次に、Ｃ濃度が０．３％以下である吹錬末期にスラグをフォーミングさせる手段を検討した。吹錬末期にスラグをフォーミングさせる手段として、次の二つが考えられる。一つはスラグの組成をスラグフォーミングし易い組成に制御することであり、もう一つは溶鋼中［Ｃ］と反応してＣＯガスの発生を増大させる物質を添加することによりフォーミングを助長することである。
【００２５】
フォーミングし易いスラグとは、ガス気泡の滞留時間が長い性状のスラグであり、表面張力が低いか又は粘性が高い物性のスラグである。スラグの表面張力を下げる物質としてＴｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＣａＦ_２等がある。また、スラグの粘性を上昇させる物質としてＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等がある。溶鋼中［Ｃ］と反応してＣＯガスの発生を増大させる物質としてＦｅ_２Ｏ_３やＦｅ_３Ｏ_４の鉄酸化物等がある。
【００２６】
（具体的な実施の形態）
本発明では、高炉から運搬された溶銑をそのまま／あるいは／脱硅、脱硫、脱燐等の溶銑処理を行った後、上吹ランスを有する転炉に溶銑を装入し吹錬を行う。
【００２７】
上吹ランスを有する上底吹転炉では、一般に、スクラップと溶銑とを装入した後、炉上部から生石灰、軽焼ドロマイト、スケール、鉄鉱石、マンガン鉱石等の造滓剤を投入し、上吹ランスから酸素を供給して吹錬を行い、底吹き羽口からＡｒ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｏ_２及び炭化水素のいずれか一種以上を供給する。
【００２８】
本実施の形態では、吹錬直前または吹錬途中にスラグフォーミングを助長する物質を投入し、吹錬末期にランス高さ近くまでスラグをフォーミングさせる。スラグフォーミングを助長する物質としては、イルメナイト鉱石やルチル鉱石等のチタン酸化物含有物質、造塊滓やボーキサイト等のアルミナ含有物質、さらにはスケールや鉄鉱石等の鉄酸化物含有物質等が挙げられる。
【００２９】
スラグフォーミングを助長する物質の添加量は、チタン酸化物含有物質の場合にはスラグ中のチタン酸化物濃度が２％以上７％以下になるように添加することが望ましい。スラグ中のチタン酸化物濃度が２％未満ではスラグフォーミングを助長する効果が不十分であり、一方、スラグ中のチタン酸化物濃度が７％超添加しても効果がないためである。
【００３０】
また、アルミナ含有物質の場合にはスラグ中のアルミナ濃度が１％以上５％以下となるように添加することが望ましい。スラグ中のアルミナ濃度が１％未満ではスラグフォーミングを助長する効果が不十分であり、一方５％を超えて添加しても効果がないためである。
【００３１】
次に、鉄酸化物の場合、溶鋼１トン当たりの添加量で２ｋｇ／Ｔ以上１０ｋｇ／Ｔ以下添加することが望ましい。溶鋼１トン当たりの添加量が２ｋｇ／Ｔ未満ではスラグフォーミングを助長する効果が不十分であり、溶鋼１トン当たりの添加量が１０ｋｇ／Ｔ超ではそれ以上添加しても効果がないためである。
【００３２】
これらの物質はＣ濃度が０．３％以下となる吹錬末期か、またはＣ濃度が０．３〜０．８％となる吹錬中期の終わりに投入する事が望ましい。あまり早い時期、例えば吹錬初期や中期の初めに投入すると、スラグが大きくフォーミングし炉口から溢れ出る、所謂スロッピングを招く危険性があるためである。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、Ｃ濃度が０．３％以下である転炉吹錬末期に生ずる溶鋼中の［Ｎ］の上昇を抑制又は防止することによって終点［Ｎ］を低減し、これにより、例えば、転炉吹錬終点におけるＣ濃度が０．３％以下であるとともにＮ濃度が１５ｐｐｍ以下である低窒素鋼を確実に製造することができる転炉製鋼方法を提供できた。
【００３４】
【実施例】
さらに、本発明を実施例を参照しながら、具体的に説明する。
溶銑２トン規模の試験転炉を用いて実施例および比較例に示す実験を行った。溶銑としては、誘導加熱方式溶解炉を用いて溶製した模擬脱硫及び脱りん溶銑を用いた。製造した脱りん溶銑の組成は、Ｃ：３．７〜３．９％、Ｓｉ：０．０１％未満、Ｍｎ：０．２８〜０．３２％、Ｐ：０．０２４〜０．０２７％、Ｓ：０．００３〜０．００４％、Ｎ：５０〜６０ｐｐｍ、温度：１３１０〜１３３０℃であった。この溶銑を誘導加熱方式溶解炉から取鍋に移して搬送し、試験転炉に装入した。試験転炉には１００〜１４０ｋｇの小塊状電解鉄を模擬スクラップとして装入した。
【００３５】
その後、生石灰３０Ｋｇ、かんらん岩７．３ｋｇ、珪石３ｋｇ、蛍石３ｋｇおよびスケール３０ｋｇの造滓剤を試験転炉上部から投入した直後、上吹ランスから酸素５．６Ｎｍ^３／ｍｉｎを溶鋼に吹付け、吹錬を開始した。
【００３６】
上吹ランスとしてはスロート径６．５ｍｍのラバールノズルを３個有する水冷ランスを用い、ランス高さ（ランス先端と溶鋼表面との距離）は５００ｍｍとした。また、底吹羽口としては内径５ｍｍの単管羽口２本を用い、Ａｒガスを０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎずつ供給した。吹錬時間は２１〜２２分間行い、溶鋼中Ｃ濃度を０．０１〜０．０２％まで低減した。
【００３７】
実験では、吹錬開始前、吹錬開始後約５、８、１０、１２、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２分経過後にメタルサンプルを採取した。また、スラグフォーミング高さ測定を吹錬開始約８、１４、１６、１８、２０、２１分後に行った。スラグフォーミング高さの測定は、鉄棒に鉄製の金網を巻き付けたものを炉内に装入し、付着したスラグの位置からフォーミング高さを測定することにより行った。
【００３８】
［実施例１］
そして、吹錬開始後１６．５分経過時点で、本発明における「スラグフォーミングを助長させる物質」としてイルメナイト鉱石１０ｋｇと生石灰７ｋｇとを添加した。使用したイルメナイト鉱石の組成は、２０．２％ＴｉＯ_２、２９．６％Ｆｅ_２Ｏ_３、８．０％ＦｅＯ、３．５％ＣａＯ、２２．６％ＳｉＯ_２、１０．９％Ａｌ_２Ｏ_３、２．３％ＭｇＯであった。
【００３９】
吹錬中の経時的な温度変化を図３にグラフで示し、吹錬中の経時的なＣ濃度変化を図４にグラフで示し、吹錬中の経時的なＮ濃度変化を図５及び図６にグラフで示し、さらに、スラグフォーミング高さの経時的な変化を図７にグラフで示す。
【００４０】
実施例１では、後述する比較例に比べて、Ｃ濃度が０．３％以下である、吹錬開始後約１８分間以上経過した吹錬末期において、スラグフォーミングが助長されており、吹錬末期の［Ｎ］上昇も抑制され、これにより、終点［Ｎ］が低減されていることが分かる。
【００４１】
［実施例２］
吹錬開始１６．５分経過時に造塊滓８ｋｇを添加した。使用した造塊滓の組成は、４３．５％ＣａＯ、８．４％ＳｉＯ_２、１９．４％Ａｌ_２Ｏ_３、６．３％ＭｇＯ、８．２％ＦｅＯ、２．２％Ｆｅ_２Ｏ_３、９．４％ＭｎＯであった。試験結果を上述した実施例１と同様に、図３〜７にグラフで示す。
【００４２】
実施例２では、後述の比較例に比べ、Ｃ濃度が０．３％以下である、吹錬開始後約１８分間以上経過した吹錬末期において、スラグフォーミングが助長されており、吹錬末期の［Ｎ］上昇も抑制され、これにより、終点［Ｎ］が低減されていることが分かる。
【００４３】
［実施例３］
吹錬開始１７分間経過時にスケール８ｋｇを添加した。なお、このスケールは、製鉄所の熱延工程でスラブ（鋳片）または鋼板表面に生成した酸化鉄である。試験結果を上述した実施例１、２と同様に、図３〜７にグラフで示す。
【００４４】
後述の比較例に比べ、Ｃ濃度が０．３％以下である、吹錬開始後約１８分間以上経過した吹錬末期において、スラグフォーミングが助長されており、吹錬末期の［Ｎ］上昇も抑制され、これにより、終点［Ｎ］が低減されていることが分かる。
【００４５】
［比較例］
比較例では、実施例１〜３のように吹錬末期に造滓剤等の添加は行わなかった。試験結果を上述した実施例１〜３と同様に、図３〜７にグラフで示す。
【００４６】
前述の実施例１〜３に比べて、Ｃ濃度が０．３％以下、即ち、吹錬開始後約１８分間以上経過した時点における吹錬末期において、スラグフォーミングが殆どなく、吹錬末期の［Ｎ］上昇が大きく、これにより、終点［Ｎ］が高いことが分かる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、Ｃ濃度が０．３％以下である転炉吹錬末期に生ずる溶鋼中の［Ｎ］の上昇を抑制又は防止することによって終点［Ｎ］を低減し、これにより、例えば、転炉吹錬終点におけるＣ濃度が０．３％以下であるとともにＮ濃度が１５ｐｐｍ以下である低窒素鋼を確実に製造することができる転炉製鋼方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉を用いた吹錬末期の［Ｎ］を上昇させる機構を概念的に示す説明図である。
【図２】本発明により、転炉を用いた吹錬末期にスラグフォーミングさせて［Ｎ］の上昇を抑制する機構を概念的に示す説明図である。
【図３】実施例における吹錬中の経時的な温度変化を示すグラフである。
【図４】実施例における吹錬中の経時的なＣ濃度変化を示すグラフである。
【図５】実施例における吹錬中の経時的なＮ濃度変化を示すグラフである。
【図６】実施例における吹錬中の経時的なＮ濃度変化を示すグラフである。
【図７】実施例におけるスラグフォーミング高さの経時的な変化を示すグラフである。

Claims

転炉を用いて上吹きランスから酸素を溶鋼に吹き込む脱炭精錬を行う際に、該溶鋼のＣ濃度が０．３質量％以下となる吹錬末期にスラグフォーミングを助長させることにより、該溶鋼の窒素濃度の上昇を抑制することを特徴とする転炉製鋼方法。
転炉を用いて上吹きランスから酸素を溶鋼に吹き込む脱炭精錬を行う際に、該溶鋼のＣ濃度が０．３質量％以下となる吹錬末期にスラグフォーミングを助長させるために、該溶鋼に、スラグフォーミングを助長させる物質を添加することを特徴とする転炉製鋼方法。
スラグフォーミングを助長させる物質は、チタン酸化物含有物質、アルミナ含有物質又は鉄酸化物含有物質である請求項２に記載された転炉製鋼方法。
前記チタン酸化物含有物質は、イルメナイト鉱石又はルチル鉱石である請求項３に記載された転炉製鋼方法。
前記アルミナ含有物質は、造塊滓又はボーキサイトである請求項３に記載された転炉製鋼方法。
前記鉄酸化物含有物質は、スケール又は鉄鉱石である請求項３に記載された転炉製鋼方法。