JP2009068092A - 溶鋼への脱酸剤の投入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、脱酸剤の投入遅延を行っても、窒素の吸収抑制に最適位置に投入できるばかりでなく、脱酸剤の酸化ロスやスラグによる吸収ロスをも低減可能な溶鋼への脱酸剤の投入方法を提供することを目的としている。
【解決手段】転炉吹錬後の取鍋へ出鋼中の溶鋼に、大気下で旋回シュートを介し、脱酸剤を投入する方法を改善した。その方法は、前記旋回シュートとして、その傾斜角を変更自在のものを採用すると共に、前記脱酸剤の投入を、取鍋内の溶鋼の高さが出鋼終了時の予定到達高さの４５〜６０％の間に、該溶鋼の浴面上の落下地点を狙って行う溶鋼への脱酸剤の投入方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶鋼への脱酸剤の投入方法に係わり、詳しくは、脱酸剤の歩留りを向上すると共に、転炉から取鍋へ出鋼中の溶鋼が大気中の窒素を吸収するのをできるだけ抑制する技術に関する。

転炉で酸素吹錬によって溶製した溶鋼は、取鍋へ一旦出鋼した後に連続鋳造機等にて鋳込まれ、鋳片とされる。この溶鋼は、鋳造に際して急冷されるので、鋳込み前の溶鋼中に酸素が比較的多く存在すると、溶鋼中のカーボンと反応して気泡を発生し、鋳片に所謂「ブローホール」を形成させ、製品欠陥となる。従って、取鍋内の溶鋼の酸素を下げるために、出鋼初期からＡ１，Ｆｅ−Ｓｉ等の脱酸剤を溶鋼中に添加していた。ところが、溶鋼が脱酸されていると、大気下の出鋼では、空気中の窒素を吸収し易く、該窒素が鋳片にそのまま残留して、鋳片の機械的性質を劣化する。特に、薄板製品における時効性や軟質化に影響を及ぼす。そのため、転炉からの大気下での出鋼に際しては、溶鋼に窒素を吸収させないようにすることが重要である。

この対策としては、脱酸せずに出鋼し、その後に真空脱ガス装置で脱酸処浬（二次精錬の一種）する方法がある。ところが、真空脱ガス装置の処理では、溶鋼の温度が低下するので、転炉からの溶鋼の温度を高めておく必要があり、復燐防止のための媒溶剤原単位の増加、それによるスラグ量の増加で溶鋼の出鋼歩留の低下、転炉の内張り耐火物の溶損増
加等のデメリットもある。

そこで、真空脱ガス装置を用いずに、大気下で溶鋼中への窒素の吸収が低減できることが望ましく、本出願人は、先に、出鋼時間の後半にアルミニウム（記号：Ａｌ）の脱酸剤を取鍋の溶鋼中に添加する方法を提案している（特許文献１参照）。この方法によれば、転炉から落下した地点の溶鋼の凹み部（所謂「滝つぼ」のような部分）の撹拌が激しく、まだ窒素の吸収量が小さい時期ではなく、ある程度の溶鋼浴に深さができた出鋼後半に脱酸剤のＡｌを投入することになる。従って、前記「滝つぼ」の深さが浅くなり、溶鋼面での撹拌が小さくなるので反応界面積が低下し、吸収する窒素量が減少する。また、脱酸された溶鋼が空気と接触する時間も短くなるので、これによる低減効果も期待できる。

この特許文献１の技術を用いると、確かに窒素の吸収量が低減できた。しかしながら、
転炉が新しく、その内張り耐火物の損耗が少ない時期には、比較的良好な結果が得られるが、使用回数が増加した転炉からの出鋼では、必ずしも窒素の吸収が低減しているとは限らないという問題があった。

なお、取鍋内に脱酸剤を投入する装置としては、転炉の上方に配置され、精錬用の副原料を貯蔵するホッパーに、該副原料の切り出し手段と、自然落下による投入をさせるシュートとを備えたものが利用できる。そのような副原料の添加では、添加した副原料がその目的に対して有効に使用されることが、技術的にも経済的にも重要であり、従来よりそれら副原料の添加歩留を向上させる必要があるからである。

例えば、脱酸剤用ではなく、溶鋼の成分調整やスラグの改質剤を均一に分散、投入するための装置として、溶融金属容器の中央上方に、添加物の収容ホッパーに連通した回転可能な投入シュートを設置し、当該投入シュートと該溶融金属容器との間には、頂点を投入シュートの回転軸の下方延長線上に位置し、全周面に多数の分散穴を設けたカサ状分散器を固設した溶融金属容器への添加物分散投入装置が開示されている（特許文献２参照）。

また、本出願人は、図４に示すように、取鍋１の上方に配置したホッパー（図示せず）に接続した旋回シュート２の先端に、シリンダー３の駆動で該旋回シュート２からの副原料流３の傾斜角を変更自在とする別のシュート４（先端部ともいう）を設けたり、該別のシュート４を流れる副原料６を加速する不活性ガスを吹き込むノズル５を設けた副原料投入用旋回シュートを提案した（特許文献３参照）。この副原料６の投入用旋回シュート２は、従来から使用されている旋回シュートに、簡単な工夫を加えて副原料６の投入位置を自在に設定できるようにすることで、溶融金属の取鍋１への出湯流の軌跡が変化しても、副原料６が確実に該出湯流に当たるようにしたものである。

しかしながら、特許文献１には、脱酸剤投入装置の使用に関する記載がなく、いかにして脱酸剤を前記「滝つぼ」に集中的に落下させるのか不明である。つまり、脱酸剤を遅延投入することで、脱酸剤の酸化ロスの低減及び吸窒の抑制を図っているが、投入タイミンゲの遅延により鍋内の浴面位置が上昇するので、「滝つぼ」への集中落下は困難である。また、特許文献２の装置は、溶鋼の浴面に副原料を均一に分散させるためのもので、脱酸剤を前記「滝つぼ」に集中的に落下させるには不向きである。さらに、特許文献３の装置は、脱酸剤を前記「滝つぼ」に集中的に落下させるのには有効と考えられるが、脱酸剤投入のための装置でないので、その利用方法については改良が必要と思われる。
特開平１−１２３０１８号公報 特開平３−１２２２１１号公報 特開平１１−１９９０１９号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、脱酸剤の投入遅延を行っても、窒素の吸収抑制に最適位置に投入できるばかりでなく、脱酸剤の酸化ロスやスラグによる吸収ロスをも低減可能な溶鋼への脱酸剤の投入方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、転炉吹錬後の取鍋へ出鋼中の溶鋼に、大気下で旋回シュートを介し、脱酸剤を投入するに際して、前記旋回シュートとして、その傾斜角を変更自在のものを採用すると共に、前記脱酸剤の投入を、取鍋内の溶鋼の高さが出鋼終了時の予定到達高さの４５〜６０％の間に、該溶鋼の浴面上の落下地点を狙って行うことを特徴とする溶鋼への脱酸剤の投入方法である。この場合、前記脱酸剤の投入開始後の溶鋼の高さの上昇に対応して、前記溶鋼の落下地点へ該脱酸剤が正確に投入されるように、前記旋回シュートの傾斜角を変化させながら脱酸剤を投入するのが好ましい。また、前記出鋼終了時の予定到達高さを、出鋼する溶鋼の質量及びそれを受ける取鍋の内容積とから推定したり、あるいは前記脱酸剤を金属アルミニウムとするのが好ましい。

本発明によれば、上下左右の方向へ首振が可能なシュートを使用するので、脱酸剤の投入を遅延させても、該脱酸剤を所望の位置に投入できるようになる。その結果、溶鋼への窒素吸収が抑制できるばかりでなく、該脱酸剤の空気による酸化ロスやスラグによる吸収ロスが低減でき、その添加歩留の向上も達成できた。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

発明者は、特許文献１に記載の「転炉出鋼方法」には、「脱酸剤の投入装置が脱酸剤を前記「滝つぼ」に集中的に落下させるものであるかどうか不明である」こと、及び「転炉が新しく、その内張り耐火物の損耗が少ない時期には、比較的良好な結果が得られるが、使用回数が増加した転炉からの出鋼では、必ずしも窒素の吸収が低減しているとは限らない」という２つの問題点があり、それらを解決すればもう少し「窒素吸収量の抑制」や「脱酸剤の使用原単位低減」が改善されると考えた。そして、引き続き、その対策について検討した。

その結果、まず第一の問題「脱酸剤を前記「滝つぼ」に集中的に落下させる」を解決するには、本出願人が先に開示した特許文献３記載の「副原料投入用旋回シュート」を利用すれば良いと判断した。その旋回シュート２は、本来は脱酸剤の投入に用いられるものではないが、図４で既に説明したように、水平方向に移動できるだけでなく、該旋回シュートの先端部４を上下方向へ首振りができるので、脱酸剤９を取鍋１内のほぼ希望する位置へ案内できるからである。つまり、従来の図３（ａ）に示すような先端部４が固定式のシュートでは、脱酸剤９の投入軌跡が決まっていたが、特許文献３記載の旋回ンユート２を用いれば、図３（ｂ）に示すように、取鍋１内で溶鋼１０の浴面位置が高低のいずれであっても、該旋回シュート２の先端部４の移動で、脱酸剤９の投入位置を「滝つぼ」１１に調整できるからである。また、出鋼の経過と共に溶鋼９の浴面が上昇してもその上昇に応じて先端部４の位置を移動させることも可能である。そこで、発明者は、転炉吹錬後の取鍋１へ出鋼中の溶鋼１０に、大気下で旋回シュート２を介し、脱酸剤９を投入するに際して、前記旋回シュート２として、その傾斜角を変更自在のものを、本発明の要件の一つに採用することにしたのである。

次に、発明者は、第二の問題「転炉が新しく、その内張り耐火物の損耗が少ない時期には、比較的良好な結果が得られるが、使用回数が増加した転炉からの出鋼では、必ずしも窒素の吸収が低減しているとは限らない」の原因を追求した。そして、その原因は、「転炉の使用回数の増加に伴い、出鋼口１２（図３参照）が拡大したり、断面形状が変化してしまう」こと、及び「出鋼毎に転炉を傾動させるが、その傾動角が毎度同じでない」ことにあると考えた。つまり、特許文献１には、脱酸剤の投入タイミングを、出鋼の後半「出鋼時間の６０％経過した後」と記載され、投入タイミングの判断基準を「時間」にしている。ところが、「時間」を基準にしたのでは、前記した転炉の出鋼口や傾動角の状況次第で、溶鋼の浴面位置が大きく変動してばらついてしまう。それでは、使用回数を重ねた転炉で、脱酸剤を「滝つぼ」に集中的に落下させることの繰り返し精度が低いのは当然であり、転炉の新旧に影響されない「投入タイミングの判断基準」が必要である。

そこで、発明者は、脱酸剤の投入タイミングの判断基準を、「時間」ではなく、取鍋内の溶鋼の高さ（あるいは深さ）が出鋼終了時の予定到達高さ（深さの）の４５〜６０％の間とすることを第二の要件にしたのである。取鍋内の溶鋼高さを基準にする方が、溶鋼の浴面位置の把握にばらつきがなくなるからである。ここで、予定到達高さ（深さの）の４５〜６０％の間としたのは、４５％未満及び６０％超えでは、溶鋼の窒素吸収の低減効果や脱酸剤の歩留向上効果が明瞭に認められないからである。

なお、本発明では、溶鋼の高さの測定方法をレーザー距離計等で直接測定することもできるが、特に限定するものではない。むしろ、出鋼での予定到達高さは、出鋼する溶鋼の質量が決まれば、それを受ける取鍋の横断面積とから容易に推定できるので、経済的にもこの推定を利用するのが好ましい。

また、本発明では、前記脱酸剤の投入開始後の溶鋼の高さの上昇に対応して、前記溶鋼の落下地点へ該脱酸剤が正確に投入されるように、前記旋回シュートの傾斜角を変化させながら脱酸剤を投入するのが好ましい。それによって、常時、「滝つぼ」に脱酸剤を確実に投入できるようになるからである。さらに、本発明では、脱酸剤の種類を特に限定しない。金属アルミニウム、金属マグネシウム、フェロシリコン、フェロマンガンという合金鉄等、多々利用できるからである。しかしながら、脱酸剤は、金属アルミニウムとするのが好ましい。最も脱酸に効果があるし、入手し易いからである。

上記した本発明の効果を確認するため、多数チャージにわたり普通鋼を溶製した転炉からの出鋼に際して、本発明を適用し、従来法による溶製時のデータと比較した。なお、本発明の適用に際しては、特許文献３記載の装置を用い、脱酸剤として金属アルミニウムを投入した。

図１に、アルミニウムの歩留（％）と出鋼時の溶鋼炭素濃度（計算値）との関係を示す。なお、アルミニウムの添加歩留（％）は、［溶鋼中トータルＡｌ（ｍａｓｓ％）］／［投入Ａｌ原単位（ｋｇ／トン−ｓｔｅｅｌ）／１０］として定義したものである。図１より、本発明を適用すれば、従来法（特許文献１の方法）で行った場合より、アルミニウムの添加歩留は確実に向上していることが明らかである。また、出鋼前の転炉内の溶鋼中酸素濃度に対してｌｏｓｓアルミニウム純分原単位（ｋｇ／ｔｏｎｎ−ｓｔｅｅｌ）の値を、従来法の場合と本発明の場合とで比較し、図２に一括して示した。その図２によれば、終点酸素を種々の大きさに変更しても、本発明の効果は顕著であることが明白である。ここで、ｌｏｓｓアルミニウム純分原単位（ｋｇ／ｔｏｎｎ−ｓｔｅｅ１）とは、下式で計算される脱酸に寄与せず、また溶鋼中にも残存していないのＡｌ原単位のことであり、その値が小さいほど添加歩留は大きい。
投入Ａｌ原単位−［ｍａｓｓ％Ｏ］_Ｔａｐ×５４／４８×１０−［ｍａｓｓ％Ａｌ］_ｓｏｌ×１０
なお、［ｍａｓｓ％Ｏ］_Ｔａｐは出鋼直前の転炉内溶鋼中の酸素濃度であり、［ｍａｓｓ％Ａｌ］_ｓｏｌは脱酸後の溶鋼中の溶存Ａｌ濃度である。

さらに、溶鋼の窒素吸収について、図５に示す。なお、図５中で炉裏Ｎとは、出鋼完了直後の取鍋内溶鋼の窒素含有量（単位：質量ｐｐｍ）のことである。Ａｌ投入時の取鍋内溶鋼高さが４５〜６０％の場合に大気からの溶鋼への窒素の吸収が最も抑制され、これによって炉裏Ｎを３０ｐｐｍ以下に達成できている。つまり、本発明の適用で、低窒素鋼の溶製が安定して行えることも確認できた。

本発明の適用によるアルミニウムの添加歩留（％）の向上状況を示す図である。 終点酸素を変更した場合の本発明の効果を示す図である。 所謂「滝つぼ」への脱酸剤の投入状況を説明する図であり、（ａ）は従来の先端部が固定式のシュートを、（ｂ）は本発明の実施に利用した旋回シュートを示す図である。 本発明の実施に利用した特許文献３記載の旋回シュートを示す図である。 本発明の適用による溶鋼中への窒素の吸収抑制効果を示す図である。

符号の説明

１ 取鍋
２ 旋回シュート
３ シリンダー
４ 別のシュート（先端部ともいう）
５ 不活性ガス吹き込み用ノズル
６ 副原料
７ 固定式の先端部
８ 転炉
９ 脱酸剤
１０ 溶鋼
１１ 滝つぼ
１２ 転炉の出鋼口

Claims (4)

1. 転炉吹錬後の取鍋へ出鋼中の溶鋼に、大気下で旋回シュートを介し、脱酸剤を投入するに際して、
   前記旋回シュートとして、その傾斜角を変更自在のものを採用すると共に、前記脱酸剤の投入を、取鍋内の溶鋼の高さが出鋼終了時の予定到達高さの４５〜６０％の間に、該溶鋼の浴面上の落下地点を狙って行うことを特徴とする溶鋼への脱酸剤の投入方法。
2. 前記脱酸剤の投入開始後の溶鋼の高さの上昇に対応して、前記溶鋼の落下地点へ該脱酸剤が正確に投入されるように、前記旋回シュートの傾斜角を変化させながら脱酸剤を投入することを特徴とする請求項１記載の溶鋼への脱酸剤の投入方法。
3. 前記出鋼終了時の予定到達高さを、出鋼する溶鋼の質量及びそれを受ける取鍋の内容積とから推定することを特徴とする請求項１又は２記載の溶鋼への脱酸剤の投入方法。
4. 前記脱酸剤を金属アルミニウムとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鋼への脱酸剤の投入方法。

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