JP2007254839A

JP2007254839A - 高りん鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP2007254839A
Application number: JP2006082050A
Authority: JP
Inventors: Hirosuke Kaita; 裕亮戒田; Yoshikazu Kurose; 芳和黒瀬; Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Akihiro Iwaanaguchi; 明広岩穴口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP4826307B2

Abstract

【課題】、原料溶銑中に含有されているP分を転炉吹止時において残留させることによってFe-Pの使用量を削減して高りん鋼の溶製コストを低減するとともに、出湯後の成分調整を可能にして目標成分への的中率を高める高りん鋼の溶製方法を提供する。
【解決手段】スロッピングを抑止できることを条件として、可及的に低い塩基度を有する転炉スラグを生成せしめて転炉製錬を行うこととする。ここに塩基度とは、転炉スラグ中のCaO含有量（mass％）に対するSiO₂含有量（mass％）の比をいう。また、高りん鋼とは、Pの含有量が0.05mass％以上の鋼をいう。
【選択図】図１

Description

本発明は、転炉等の製鋼炉を用いてP(りん)を0.05mass％以上含有する高りん鋼を溶製する方法に関する。

P（りん）は、鋼中成分として存在するときには、鋼の靭性を害する元素であるため、一般には極力低減することが求められ、そのため、鋼の溶製方法も多くは、Pを低下させるものが大部分である。しかし、鋼種によっては、P(りん)を0.05mass％以上含有することが必要とされる場合があり、そのような鋼の溶製方法として特許文献１に開示の手段がある。

この手段は、高燐極低炭素鋼を製造するために、P濃度を調整するための燐鉄を製鋼炉内にて全量添加し、製鋼炉内溶鋼のP濃度を所定値まで上昇させ、製鋼炉出湯後には燐鉄(「フェロフォスホル」ともいう)を添加せず、RH真空脱ガス処理及び成分調整を行うものであり、それにより、燐鉄中に含まれるTiのピックアップを防止できるものとされている。

特開2001-107133号公報

しかしながら、特許文献１記載の手段では、P分の添加はP純分で0.8〜1.0kg（溶鋼トン当たり）とされており、出湯時の成分（P：0.095〜0.105mass％）と対比してみると、実質的にすべてのP分が燐鉄から供給されている。これは、転炉精錬において、造滓剤としてCaOを多量に使用するために原料溶銑に含有されていたP分が必要以上に脱Pされ、それを補償するため多量の燐鉄（以下「Fe-P」と略記する）の添加を必要とするためである。このような操作は、合金鉄としてのFe-Pの消費による溶鋼コストの上昇を招くこと原因となる。また、上記特許文献１記載の手段では、出湯後のP含有量の調整が行なわれないために、最終製品のP含有量の精密な調整が困難であるという問題もある。

本発明は、上記特許文献１に記載の手段の有する問題点を解決することを目的とし、原料溶銑中に含有されているP分を転炉吹止時において残留させることによってFe-Pの使用量を削減して高りん鋼の溶製コストを低減するとともに、出湯後の成分調整を可能にして目標成分への的中率を高める高りん鋼の溶製方法を提供することを目的とする。

本発明者は、低い塩基度の下で脱炭製錬するときには、脱炭製錬過程での脱燐が生じ難いことに基礎をおき、低塩基度の下で安定操業が可能であり、かつ、高Pの目標吹止成分が得られる条件を追求して本発明を完成した。

本発明の高りん鋼の溶製方法は、スロッピングを抑止できることを条件として、可及的に低い塩基度を有する転炉スラグを生成せしめて転炉製錬を行うこととするものである。
ここに塩基度とは、転炉スラグ中のCaO含有量（mass％）に対するSiO₂含有量（mass％）の比をいう。また、高りん鋼とは、Pの含有量が0.05mass％以上の鋼をいい、他の合金成分の如何を問わない。

上記発明を実施するに当たり、前記転炉スラグは、10mass％以上のMgOを含有していることとすることができる。

上記記載のいずれかの発明により高りん鋼を溶製するに当たっては、転炉操業結果を解析して塩基度とりん分配比との関係式を得ておき、前記関係式を用いて、原料溶銑のSi含有量及びCaOの添加量に基づいて定まる塩基度を吹止P含有量が吹止目標値に一致するように調整することとするのが好適である。

上記発明により高りん鋼を溶製するに当たっては、前記塩基度とりん分配比との関係式を高りん鋼の連続溶製回数により修正して用いることが望ましい。

本発明により、原料溶銑中に含有されているP分を転炉吹止時において高りん鋼として必要な程度に残留させることができ、それによりFe-Pの使用量を削減して高りん鋼の溶製コストを低減することができる。また、目標成分への的中率を向上させることができ、さらに、成分調整剤としてごく僅かのFe-Pを使用することによって、最終製品のP含有量を目標値に極めて厳密に合わせることができる。

本発明を実施するに当たっては、第１にスロッピングを抑止できることを条件として、可及的に低い塩基度を有する転炉スラグを生成せしめて転炉製錬を行う。スロッピングとは、転炉製錬の際の酸素吹錬により溶銑中のSiが酸化されてSiO₂が生成してスラグの塩基度が低下し、同時に生成するFeOとともにスラグの融点が下がり、その結果、吹錬反応によって生成するCOガスによってスラグがフォーミング（泡化）し、スラグが転炉のフリーボード以上のレベルを超えて溢れ出る現象であって、転炉の円滑な吹錬操業を阻害し、生産性を低下させるので、その発生を防止する必要がある。本発明は、脱P反応を防止して吹止Pを高くするために、塩基度を極力低下させる。しかしながら、このような低塩基度操業はスロッピングの発生原因となりやすい。そのため、本発明では、上記のとおり、スロッピングを抑止できることを条件として、可及的に低い塩基度を有する転炉スラグを生成せしめて転炉製錬を行うこととする。

このスロッピンングの発生を抑制するには、第一に塩基度を大きく維持することが挙げられるが、転炉の使用回数も影響する。一般に、使用回数が大きくなるにつれてスロッピングが生ずる塩基度の下限値が低下する。一方、塩基度は原料溶銑中のSi量と滓化剤として炉中に添加されるCaO量によって決定される。したがって、スロッピンングの発生抑制条件を決定するには、溶銑中Si含有量に応じた最低塩基度を調査して決定し、これを炉の使用回数により修正した最低塩基度表（表１に示す）を作成し、Si量及び炉の使用回数により与えられる最低塩基度をスロッピング抑制可能最低塩基度とすればよい。典型的には、溶銑中Si含有量：0.10％、炉の使用回数：1500回における上記スロッピング抑制可能最低塩基度A3は2.0程度となる。なお、塩基度とは、通例に従い、転炉スラグ中のCaO含有量（mass％）に対するSiO₂含有量（mass％）の比をいう。

上記のように塩基度を定めて転炉操業することにより、スロッピングの発生を見ることなく高りん鋼を溶製することが可能になる。しかしながら、本発明に従う吹錬条件は、基本的に低塩基度を用いるものであるので、転炉炉壁煉瓦が低塩基度のスラグにより強力に侵食され、炉寿命が短くなるおそれがある。そのため、本発明においては、転炉スラグ中にMgOを10mass％以上含有させることとする。好ましくは、飽和溶解度以上とする。ここに、「MgOの飽和溶解度」とは、スラグ中にMgOを溶解させた際、溶解したスラグが含むことができるMgOの限界濃度をいい、その濃度以上にMgOを添加してもMgOはスラグ中へは溶解せず溶解スラグ中のMgO濃度が一定となる。MgOの飽和溶解度の想定方法としては、例えばスラグ中への添加MgO濃度を増加させ、溶解スラグを回収してMgO濃度を測定し、添加MgOの量によらず溶解スラグ中のMgO濃度が一定となる濃度を調査することで測定できる。

図１は、塩基度とMgOの飽和溶解度との関係を示すグラフである。図１から明らかなように、MgOの飽和溶解度は塩基度に依存することなくほぼ一定（約10mass％）である。したがって、本発明では、スラグ中のMgO含有量を、上記飽和溶解度以上含有させることとする。本発明者の知見によれば、スラグ中のMgO含有量を10mass％以上とすれば、吹錬過程におけるMgOの溶損指数を1.3以下に抑制することができ、実質的に従来の高塩基度のスラグを用いたときと同程度の炉寿命を得ることができる。実操業の指針としては、スラグ中のMgO含有量を12mass％程度とすれば、低塩基度、例えば塩基度：2〜3であっても十分炉壁の溶損を防止できる。なお、「溶損指数」とは、転炉操業における塩基度が通常の3.5〜5.5のときの転炉炉壁煉瓦の溶損量を基準値1.0としたときに対する転炉炉壁溶損量の指数であり、1.0超では溶損進行、1.0未満では溶損抑止と判定される。

本発明により高りん鋼を溶製するに当たっては、吹止Pの含有量の目標値を製品のP含有量よりやや低い値に設定して、そのP含有量が吹止時に実現するように吹錬することが望ましい。そのような操業は、高りん鋼を吹錬する際の転炉操業結果を解析して塩基度とりん分配比との関係式を得ておき、この関係式を用いて、原料溶銑のSi含有量及びCaOの添加量に基づいて定まる塩基度を吹止P含有量が吹止目標値に一致するように調整することによって達成することができる。以下、かかる塩基度の調整方法について具体的に説明する。

図２は、本発明にしたがって高りん鋼を吹錬したときの塩基度とりん分配比（「P分配比」ともいう）の関係を示すグラフの一例である。この例では塩基度BとP分配比Rの関係式は
R=14.354B+5.0085・・・(1)
により関係付けられている。(1)式から塩基度BとP分配比の関係は表２のとおりとなる。

この場合において、下記の条件の下で所期の吹止目標P含有量を有する溶鋼を得るための塩基度を計算上の試行錯誤を繰り返す方法によって求める。
原料溶銑のSi含有量：0.30％
原料溶銑のP含有量：0.150mass％
転炉装入溶銑量：200×10³kg
吹止目標P含有量：0.070mass％

（ケースI：塩基度を2.0とする場合）
溶鋼からスラグに移行するPの量：（0.150-0.070）×200×10³/100=160kg
溶鋼からスラグに移行するSiの量：0.30×200×10³/100=600kg
SiO₂生成量：600×60/28=1286kg
B=2.0であるから、
CaOの添加量：1286×2=2572kg
スラグ中MgO含有量を12％、FeO含有量を10％とすると、
スラグ中MgO量：618kg
スラグ中FeO量：515kg
スラグの全質量：4038+618+515=5171kg
スラグのP含有量：（100/5171）×100=1.9％
分配比Rから計算されるスラグ中Pの含有量：33.7×0.07=2.4％
したがって、このケースIでは、塩基度を2.0としたときのスラグ中Pの含有量が、分配比から計算されるPの含有量と異なっており、必要な脱りんが行えない。

（ケースII：塩基度を2.5とする場合）
ケースIでは、脱りん不十分であったので、塩基度を2.5に上げて計算をやり直すこととする。ケースIの場合と同様にして再計算を行う。
溶鋼からスラグに移行するPの量：（0.150-0.070）×200×10³/100=160kg
溶鋼からスラグに移行するSiの量：0.30×200×10³/100=600kg
SiO₂生成量：600×60/28＝1286kg
B=2.5であるから、CaOの添加量：1286×2.5=3215kg
スラグ中MgO含有量を12％、FeO含有量を10％とすると、
スラグ中MgO量：687kg
スラグ中FeO量：572kg
スラグの全質量：4501+687+572=5760kg
スラグのP含有量：（160/5760）×100=2.7％
分配比Rから計算されるスラグ中Pの含有量：0.7×40.9=2.8％
このケースIIでは、塩基度2.5としたときのスラグ中のPの含有量が、分配比から計算されるPの含有量の許容範囲内に収まっており、上記条件で必要な脱りんが行えることを示している。換言すれば、CaOを1286kg投入し塩基度が2.5になるように調整して操業すれば、吹き止めP含有量が0.066mass％となり、所期の目標値に近い脱りんが達成できる。

上記の例では、二つにケースについて計算上の試行錯誤を繰り返して、所期の吹止めP含有量を与える塩基度、ひいてはCaO投入量を決定したが、その決定方法は、これに限られるものではない。例えば、上記試行錯誤の過程をプロセスコンピュータにより行うことができることは当然である。

本発明では、所定の吹止めP含有量を有する鋼を定めるに当たり、転炉操業結果を解析して得た塩基度とりん分配比との関係式を用いる。この関係式は、図２に示すように、高りん鋼を吹錬したときに塩基度とりん分配比を測定し、両者関係を解析することによって得ることができる。しかしながら、この関係式は、操業上の種々の要因、例えば、高りん鋼の連続吹錬回数、出鋼温度、吹止め目標P含有量、吹止めO(酸素)含有量等によって変動するので、これらについて層別し、その解析結果に基づいて、これら要因の影響係数を算出して、上記関係式を修正しておくなど、適当な修正手段を施すのがよい。

特に、高りん鋼の連続吹錬回数は、それまでの鋼りん鋼の吹錬の際の転炉スラグが炉壁に付着・堆積するなどの影響により、高りん鋼の連続吹錬回数が大きくなるにつれて、同一の塩基度について与えられるP分配比が低下する傾向が大きく、そのため前記関係式を高りん鋼の連続吹錬回数をパラメータとして補正して使用することが望ましい。図３は、上記関係式を、連続吹錬回数をパラメータとして補正した結果を示す。もちろん、かかる補正の結果をプロセスコンピュータに入力して、前記塩基度の決定計算に利用することもできる。

なお、本発明の実施に当たっては、スロッピングが発生しないことが重要であり、そのために塩基度の決定は、そのことを条件としてなされる。したがって、いうまでもないことであるが、前記塩基度とりん分配比との関係式、原料溶銑のSi含有量等に基づき計算上決定された塩基度が、スロッピング発生抑止限度を下回るときは、上記計算結果により決定された塩基度に代えて、スロッピング抑止限度として与えられた塩基度を採用すべきであることはいうまでもない。

また、本発明を利用して吹止め目標P含有量を有する高りん鋼を吹錬することができるが、この吹止め目標P含有量は、一般に、製品の目標P含有量をわずかに下回るものとして決定されており、それにより、製品のP含有量が当該製品の規格値を上回ることがないようになっている。したがって、本発明を利用して、高りん鋼を溶製した場合には、吹錬終了後の転炉中において、又は出鋼後取鍋(いわゆる二次精錬取鍋を含む)中において不足したP分を添加すべきことは当然である。なお、その際のP分添加に伴うTi分の汚染を最小限にするため、本発明においては、吹止め目標P含有量は、製品の規格値（目標値）に対して、極力小さく設定すべきことはいうまでもない。

公称360tの純酸素上吹転炉に表３に示す組成（単位：mass％）の原料溶銑を360t装入し、本発明により高りん鋼を溶製した。製品の目標P含有量及び吹き止め目標P含有量は、実施例１の場合、実施例２の場合とも0.10mass％であり、操業条件は表４に示すとおりであった。なお、実施例１と実施例２との違いは、高りん鋼連続吹錬回数が大きくなっていることにある。そのため、これら実施例において塩基度とりん分配比との関係式の基礎式は同一であるが、高りん鋼の連続吹錬回数の増加に伴う補正を行う必要があり、実施例２では、すでに図３で説明した手法を用いて塩基度とりん分配比との関係式の補正を行った。

本発明における塩基度とMgOの飽和溶解度との関係を示すグラフである。本発明にしたがって高りん鋼を吹錬したときの塩基度とりん分配比（「P分配比」ともいう）の関係を示すグラフの一例である。高りん鋼を吹錬したときの塩基度とりん分配比の関係を示すグラフを連続吹錬回数をパラメータとして補正した結果である。

Claims

スロッピングを抑止できることを条件として、可及的に低い塩基度を有する転炉スラグを生成せしめて転炉製錬を行うことを特徴とする高りん鋼の溶製方法。
ここに塩基度とは、転炉スラグ中のCaO含有量（mass％）に対するSiO₂含有量（mass％）の比をいう。
転炉スラグは、10mass％以上のMgOを含有していることを特徴とする請求項１記載の高りん鋼の溶製方法。
請求項１又は２の何れかに記載の高りん鋼の溶製に際し、
転炉操業結果を解析して塩基度とりん分配比との関係式を得ておき、
前記関係式を用いて、原料溶銑のSi含有量及びCaOの添加量に基づいて定まる塩基度を吹止P含有量が吹止目標値に一致するように調整することを特徴とする高りん鋼の溶製方法。
塩基度とりん分配比との関係式が高りん鋼の連続溶製回数により修正されたものであることを特徴とする請求項3記載の高りん鋼の溶製方法。