JP2010013674A - 電気炉を用いた精錬方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電気炉でフッ素を含まないフラックスを用いて低りん鋼を効率良く精錬する。
【解決手段】本発明の電気炉1を用いた精錬方法は、電気炉1でCrを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行う際に、CaOフラックスに加えてCaOフラックスの滓化性を向上させるプリメルトフラックスを用いると共に、酸素ガスを特定の条件下で吹き込むものである。そして、このような特徴的な精錬方法を行うことで、精錬終了後にFeO、Cr23、T.Fe、Al23、CaO/Al23、CaO/SiO2が所定の範囲に調整されたスラグを得ると共に、効率良く脱りんを行うものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、フッ素が含まれたフラックスを用いることなく効率的に脱りんできる電気炉を用いた精錬方法に関する。
従来、電気炉で精錬を行う際には、スクラップや冷銑などの冷鉄源をフラックスと一緒に炉内に装入し、アークにより冷鉄源を加熱溶解している。そして、冷鉄源が十分に溶解した後、酸素ガスを吹き込みながら脱りんを行って低りん鋼が製造される。このフラックスにはスラグの流動性を上げて排滓性を高めるために一般に蛍石(CaF2)を主成分とするフラックスが含まれており、排滓されたスラグにもフラックスに由来するフッ素が含まれている。排滓されたスラグは路盤材などに利用されることが多いが、スラグに含まれるフッ素が環境を汚染する可能性が指摘されるようになっている。それゆえ、近年はフッ素を含まないフラックスを用いて電気炉で精錬を行う方法が開発されている。
例えば、特許文献1には、カルシウム・フェライトを含むフラックスをスクラップと一緒に電気炉に装入し、通電開始後に所定の電力量となってから酸素を吹き込んで脱りん精錬を行う電気炉の精錬方法が開示されている。
また、特許文献2には、CaO、Al23、MgOを主成分とし、蛍石を用いていないフラックスが開示されている。特許文献2のフラックスは、低窒素、低酸素及び低イオウの高清浄鋼を精錬する際に用いられるものである。
さらに、特許文献3には、電気炉の精錬方法ではないが、トピードカーにおいて脱りん処理と脱硫処理とを含む溶銑予備処理を行うに当たって、脱酸された際に生成する浮遊スラグを用いたフッ素レスのフラックスを用いて流動性を備えたスラグを得ることが記載されている。
特開2007−39706号公報 特開2007−197825号公報 特開2002−285218号公報
ところで、特許文献1のカルシウム・フェライト系フラックスには多量のCaOが含まれている。当然、このカルシウム・フェライト系フラックスを用いて脱りんすると、CaOが未滓化のまま残り脱りんが十分に行われない虞がある。
また、特許文献1の精錬方法では、スラグが多量に発生するので、精錬後にスラグを排滓することが困難となり、生産性を悪化させるという問題を有している。
一方、特許文献2のCaO、Al23、MgOを主成分とするフッ素レスのフラックスも滓化性が十分ではなく、CaOが未滓化状態で残って十分に脱りんがされない可能性がある。また、このフラックスは、高清浄鋼の精錬に用いられるものであり、低りん鋼を電気炉で精錬する際にそのまま用いることができるものではない。
さらに、特許文献3のフッ素レスのフラックスも、特許文献2のフッ素レスのフラックスと同様に、滓化性が十分でなく、十分に脱りんがされない可能性がある。また、トピードカーでの精錬に用いられる引用文献3のフラックスは電気炉で精錬する際にそのまま用いることができるものではなく、同文献に示されるような流動性を備えたスラグは得られない。
本発明は、上記の問題点を解消するために為されたものであって、その目的はフッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することのできる電気炉を用いた精錬方法を提供するものである。
前記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の電気炉を用いた精錬方法は、
電気炉でCrを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行うに際して、
前記電気炉の使用電力が300kWh/tに達するまでにCaOフラックスの添加を開始し、かつ前記CaOフラックスを該CaOフラックスの精錬終了までのCaOの総使用量が20〜52kg/tとなるように添加し、
前記CaOフラックスの投入に続いて、CaO:27〜35質量%、Al23:48〜60質量%、SiO2:≦5質量%、MgO:6〜10質量%、TiO2:≦0.05質量%、P25:≦0.05質量%、S:≦0.2質量%を含むプリメルトフラックスを添加し、
前記使用電力が300〜380kWh/tまでに、吹込速度0.1〜1.4Nm3/t・分、吹込時間12〜30分、かつ酸素使用量5.0〜13.0Nm3/tとなるように前記酸素ガスの吹き込みを開始し、
精錬終了後に、FeO:8〜30質量%、Cr23:0.7〜9質量%、T.Fe:10〜35質量%、Al23:1〜10質量%、CaO/Al23:3.5〜27.0、CaO/SiO2:2.1〜5.5を含むスラグを得ることを特徴とする。
本発明者らは、滓化性に優れたフッ素レスのフラックスを用いると共に、このフラックスに合わせて最適な精錬条件で精錬できれば、低りん鋼を効率良く精錬することができるのではないかと考えた。そして、フッ素を含まないフラックスとして上述の物性を備えたプリメルトフラックスをCaOフラックスと併用することで、また精錬条件としてはフラックスの添加タイミングや酸素ガスの吹き込みタイミングを最適化することにより低りん鋼を効率良く精錬できることを知見して、本発明を完成するに至ったのである。
なお、前記冷鉄源は、Cr:≦2.0質量%かつP:≦0.045質量%を含んでいるのが好ましい。
このようにCr及びPが低濃度に抑えられた冷鉄源を用いることで良好な脱りん性を発揮させることができる。
本発明の電気炉の精錬方法により、フッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することのできる。
まず、本発明に係る精錬方法が行われる電気炉1について説明する。ただし、本発明の精錬方法は、以下に例示する電気炉以外の型式のものであっても良い。
図1に示されるように、電気炉1は、耐火レンガなどの耐火材及び/又は水冷パネルが内貼りされた蓋体6と本体7とから構成され、これらは上下に分割可能となっており、電気炉1の側面には排滓口2が形成されている。電気炉1は、開蓋状態で装入された冷鉄源及びフラックスを内部で溶解して溶湯として収容可能となっている。
電気炉1には上方から内部に向かって挿し込まれる複数(本実施形態では3本)の電極3が設けられている。この電極3は、黒鉛電極であって三相交流が供給されており、電極3と内部に装入された冷鉄源との間にアークを発生して冷鉄源が溶解して溶湯を形成可能となっている。
電気炉1の排滓口2からは酸素ランス4が挿し込み可能となっており、溶湯に対して酸素ガスを吹き込むことで滓化を促進して脱りん処理や脱炭処理ができるようになっている。電気炉1には、排滓口2と反対側の側面に溶鋼を出鋼する出鋼口5が形成されており、電気炉1の姿勢を傾動させる炉傾動装置(図示略)が設けられている。つまり、炉傾動装置を用いて排滓口2が低くなるように電気炉1を傾動させることでスラグが排滓口2から排滓がされ、出鋼口5が低くなるように電気炉1を傾動させることで溶鋼が出鋼口5から出鋼される。
冷鉄源は、自動車、産業機器、電化製品などのスクラップで構成されており、必要に応じて冷銑が加えられている。冷鉄源にはステンレス、クロム鋼、モリブデン鋼などの各種合金鋼やスクラップの表面処理に由来するCrやPが含まれている。本実施形態では、冷鉄源中のCrの濃度が2.0質量%を超えると、滓化性が悪くなり脱りん性が落ちる。また、冷鉄源中のPの濃度が0.045質量%を超えると、脱りんに時間がかかり、生産性が悪い。
次に、本発明の精錬方法を説明する。
本発明の精錬方法では、まず電気炉1の内部に蓋体6をあけてCrが含まれた冷鉄源を装入する。冷鉄源の装入はコンベアやシュータ等によって行われ、スクラップや冷銑などがコンベアやシュータ等で搬送するのに適当な大きさに砕かれて電気炉1の内部に装入される。
次に、蓋体6を閉めて装入された冷鉄源に対して電極3からアークを発生させて冷鉄源を溶解する。実操業に用いられる容量が100t程度までの電気炉1であれば、使用電力が300kWh/tまでには装入された冷鉄源の溶解が始まり、冷鉄源の一部は溶湯に変化する。
そして、冷鉄源の一部が溶解して得られた溶湯に対してフラックスの添加が開始される。
最後に、溶湯に対して酸素ガスを吹き込んでスラグの滓化を促進させて脱りんが行われる。すなわち、冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むことで、スラグと溶湯との界面に鉄が酸化した酸化鉄(FeO)が形成され、このFeOと溶湯中のPとが以下の式(1)で示すように反応する。
2[P]+5FeO → P25+5Fe (1)
その結果、溶湯中のりんPがP25などとなり、スラグに取り込まれて溶湯中から除去される。この酸素ガスの吹き込みを所定の時間に亘って行うことで溶湯中からりんが取り除かれて普通鋼や合金鋼として精錬される。
本発明の精錬方法は、精錬終了後にFeO、Cr23、T.Fe、Al23、CaO/Al23、CaO/SiO2が所定量含まれたスラグを得るように、フラックスとしてCaOを主成分とするCaOフラックスに加えて、CaOの溶湯への溶解性を高めることでスラグの滓化性を向上させるプリメルトフラックスを用いることを特徴としており、その結果効率良く脱りんを行っている。
電気炉1に装入されるフラックスは、CaOフラックスと、CaOフラックスに続いて添加されるプリメルトフラックスとからなる。CaOフラックスは、溶湯に配合しやすいように粒度調整されたCaOで形成されており、溶湯に対して添加されることでスラグの滓化を進行させるものである。CaOフラックスは、溶湯に過剰に添加するとCaOが未滓化で溶湯中に残り易くなるため滓化性がかえって低下する。そこで、本発明では、添加されたCaOフラックス中のCaOを溶湯へ溶解し易くし、CaOの溶湯への溶解性を高めることでスラグの滓化性を向上させるプリメルトフラックスをCaOフラックスに続いて添加する。
プリメルトフラックスは、CaO:27〜35質量%、Al23:48〜60質量%、SiO2:≦5質量%、MgO:6〜10質量%、TiO2:≦0.05質量%、P25:≦0.05質量%、S:≦0.2質量%を含んでいる。プリメルトフラックスは、上述のようにCaO−Al23状態図において最も低融点となる組成を備えており、CaOより低温度で溶解し易くなっている。また、プリメルトフラックスは、上述のような組成の酸化物の混合物を一旦完全に溶解し、その後冷却凝固して粉砕して形成されている。それゆえ、プリメルトフラックスは、CaOフラックスより低温で容易に溶解し、溶湯に溶解し易い。つまり、プリメルトフラックスをCaOフラックスに続けて添加すると、プリメルトフラックスが短時間で溶け、CaOフラックスとして先に添加されたCaOの溶解をも促進し、未溶解のCaOが減ってスラグの滓化性が向上する。
なお、プリメルトフラックスにもCaOが27〜35質量%含まれているため、CaOフラックスの後にプリメルトフラックスを多く添加しすぎるとCaOが過剰となり、滓化性が悪くなる。また、プリメルトフラックスが少なすぎると、CaOの溶解促進効果が弱くなって滓化性がかえって悪くなる。そこで、CaOフラックスについては、最初に投入されるCaOフラックスのCaOの精錬終了までのCaOの総使用量が20〜52kg/tとなるように添加する。そして、スラグの滓化性が良好になる範囲でプリメルトフラックスを適宜添加する。このようにすれば、スラグの滓化性が向上し、高い脱りん率を発揮させることが可能となる。なお、プリメルトフラックスの添加量については、鋼種やプリメルトフラックスの組成に応じて添加量が変化するが、当業者であれば過去の操業実績などに基づいて添加量を決めることができる。
また、プリメルトフラックスは、最初にCaOフラックスを添加した後で、添加されるのが好ましい。プリメルトフラックスを最初に添加すると、CaOフラックスが添加されたときにはプリメルトフラックスの溶解が完了してしまい、CaOフラックスの滓化を促進することが困難になるからである。ただし、冷鉄源の組成のばらつきなどによりCaOの総使用量が目標を下回る場合などには、プリメルトフラックスの添加が終了した後にCaOフラックスをさらに添加してCaOの総使用量を調整することもできる。
本発明の精錬方法は、上述のようなプリメルトフラックスをCaOフラックスに続けて用いると共に、このようなプリメルトフラックスを使用するのに合わせて以下の4つの精錬条件を満足するように精錬(脱りん)を行うものである。
第1の精錬条件は、酸素ガスの吹込開始のタイミングに関するものである。つまり、酸素ガスの吹込を電気炉1の使用電力が300〜380kWh/tに達するまでに開始する。電気炉1の使用電力が300kWh/tに達する前に酸素ガスを吹き込むと、冷鉄源の溶解による溶湯が十分に形成されていないのに酸素ガスの吹込を開始することになり、生産性を低下させる。また、電気炉1の使用電力が380kWh/tを超えてから酸素ガスを吹き込むと、酸素ガスの溶湯への供給が遅れて脱りん処理が十分に行われなくなる。
第2の精錬条件は、酸素ガスの吹込速度に関するものである。つまり、酸素ガスを吹込速度が0.1〜1.4Nm3/t・分の範囲になるように吹き込む。酸素ガスを吹込速度0.1Nm3/t・分未満で吹き込むと、溶湯中に酸素ガスが十分に供給されなくなり、スラグと溶湯との界面にFeOが十分に形成されなくなって脱りん性が低下する。また、酸素ガスを1.4Nm3/t・分を超える吹込速度で吹き込むと、酸素ガスの吹込により溶湯の湯面が乱れてスプラッシュ(飛散)が生じ、歩留り性を低下させる。
第3の精錬条件は、酸素ガスの吹込時間に関するものである。つまり、酸素ガスを吹込時間12〜30分の範囲になるように吹き込む。酸素ガスの吹込時間が12分未満となると、溶湯に供給される酸素量が少なくなりすぎてスラグと溶湯との界面にFeOが十分に形成されなくなり、脱りん性が低下する。また、酸素ガスを吹込時間30分を超えて吹き込んでも脱りん性の向上を期待できないため、生産性に鑑みて酸素ガスの吹込時間は30分を超えないようにする。
第4の精錬条件は、酸素使用量(酸素ガスの吹込総量)に関するものである。つまり、酸素使用量が5.0〜13.0Nm3/tとなるように酸素ガスを吹き込む。酸素使用量が5.0Nm3/t未満では、溶湯に供給される酸素量が少なくなりすぎてスラグと溶湯との界面にFeOが十分に形成されなくなり、脱りん性が低下する。また、酸素使用量が13.0Nm3/tを超えると、吹込まれた酸素ガスによる酸化で失われる鉄の量が大きくなり、歩留り性が低下する。
上述のようにして精錬を行うと、精錬終了後に一定の組成を備えたスラグが形成される。この精錬終了後のスラグは、FeO:8〜30質量%、Cr23:0.7〜9質量%、T.Fe:10〜35質量%、Al23:1〜10質量%を含むものであり、CaO/Al23が3.5〜27.0、CaO/SiO2(塩基度)が2.1〜5.5となっている。
なお、スラグには上述のFeO、Cr23、Al23、CaO、SiO2以外の酸化物なども含まれている。しかし、ここでは、脱りん性や滓化性に影響の大きなFeO、Cr23、Al23、CaO、SiO2についてのみ組成の濃度を示す。
精錬終了後のスラグにFeOが8質量%未満しか含まれない場合やT.Feが10質量%未満しか含まれない場合は、精錬中のスラグと溶湯との界面にもFeOが十分に存在していなかったことを示している。それゆえ、このようにFeOが8質量%未満しか含まれないスラグやT.Feが10質量%未満しか含まれないスラグが形成された場合には、脱りん性が低くなってしまう。また、精錬終了後のスラグにFeOが30質量%より多く含まれる場合やT.Feが35質量%より多く含まれる場合は、精錬中に溶湯中のFeの酸化が過剰に進行しFeOやT.Feが多量に形成されたことを示している。それゆえ、このようにFeOが30質量%を超えるほど多量に含まれたスラグやT.Feが35質量%を超えるほど多量に含まれたスラグが得られるような精錬を行うと、酸化で失われる鉄の量が大きくなり、歩留り性が低下する。
精錬終了後のスラグにCr23が0.7質量%未満の場合、その主原因は溶鋼に供給される酸素が少ないためである。すなわち、スラグ中のCr23濃度が0.7質量%未満の場合、脱りんが不十分になってしまう。また、精錬終了後のスラグにCr23が9.0質量%より多く含まれる場合は、高融点であるCr23がスラグの滓化性を悪くし、脱りん性を低くくする。それゆえ、スラグに含まれるCr23を0.7質量%〜9.0質量%とすることで、脱りん性を良好にすることができる。
精錬終了後のスラグにAl23が1質量%未満しか含まれない場合やCaO/Al23が27.0を超える場合は、溶湯中にAl23が少量しかないため、スラグの滓化が促進され難くなっていることを示している。それゆえ、このようにAl23が1質量%未満しか含まれないスラグやCaO/Al23が27.0を超えるスラグが得られるような精錬を行うと、スラグの滓化性が低下して脱りん性が低くなる。一方、精錬終了後のスラグにAl23が10質量%を超えて含まれる場合やCaO/Al23が3.5未満となる場合は、溶湯中にAl23が過剰に存在してスラグの流動性が大きくなりすぎて脱りん性が低くなる。
精錬終了後のスラグの塩基度が2.1未満になる場合は、溶湯中にCaOが少量しかないため、脱りん性が低くなる。また、精錬終了後のスラグの塩基度が5.5を超える場合は、溶湯中にCaOが過剰に存在し、かえってスラグの滓化が進み難くなって脱りん性が低くなる。
上述のような精錬方法を行うことにより、フッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することができる。
以下に実施例及び比較例を用いて本発明の精錬方法をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、表1に示すように、容量が20tの三相交流アーク式の電気炉1を用いて表2に示すような2種類の鋼種について精錬を行ったものである。電気炉1には、先端側に直径30mmの酸素ガスの噴出口が1箇所形成された酸素ランス4が、装入角度が変更自在になるように設けられている。
Figure 2010013674
電気炉1に装入される冷鉄源は、炭素が0.5〜1.5質量%とP(りん)が0.020〜0.046質量%含まれている。この冷鉄源から精錬される溶製鋼種には鋼種a(普通鋼)と鋼種b(クロム鋼)とがあり、鋼種aには冷鉄源にCrが0.3〜0.5質量%含まれており、鋼種bにはCrが0.8〜2.0質量%含まれている。
フラックスの添加順序は、CaOフラックス→プリメルトフラックスの順番で添加するもの(添加順序A)と、プリメルトフラックス→CaOフラックスの順番で添加するもの(添加順序B)とのいずれかで行った。精錬が終了した溶鋼は当業者常法通りに2次精錬と鍛造とを行って、鋼片(サンプル片)を得た。
なお、実施例及び比較例は、表2に示すような「脱りん性」、「歩留り性」、「滓化性」、「生産性」の判断基準に従って、評価した。
Figure 2010013674
冷鉄源に含まれるC、P、Crの配合濃度については、冷鉄源が溶湯に変化した後は、C、P、Crの配合濃度を分析するのは非常に困難である。そこで、冷鉄源を構成する原材料毎にC、P、Crの濃度を求める。一般には、スクラップや冷銑はC、P、Crの濃度が分かっていることが多く、また必要に応じて容易にこれらの濃度を分析することができる。そして、次に冷鉄源における原材料の配合比率に基づいて配合後の冷鉄源の濃度を計算する。
脱りん性については、鍛造後の鋼片に対して発光分光分析装置(島津製作所製、PDA−7000)を用いてP濃度の分析を行い、分析結果がPの規格上限濃度に対して多いか少ないかで脱りん性を評価した。すなわち、分析された鋼片のりん濃度が規格上限濃度である0.015質量%未満のときは脱りん性を○と評価し、鋼片のりん濃度が0.015質量%と等しい場合は脱りん性を△と評価し、鋼片のりん濃度が0.015質量%超える場合は脱りん性を×と評価した。
歩留り性については、通常の操業で普通鋼又はクロム鋼を精錬した際の歩留り率を複数記録したデータに対して、このデータから歩留り率の平均値を求めると共に、歩留り率が正規分布となると仮定した場合の標準偏差を求めた。そして、実施例又は比較例の歩留り率が通常操業の平均値〜平均値+2σ(σは標準偏差)に含まれるか否かで歩留り性を評価した。すなわち、実施例又は比較例の歩留り率が上述の範囲に含まれる場合は生産性は○の評価となり、含まれない場合は×の評価となる。
滓化性については、精錬終了時に電気炉1の内部を目視で観察し、未溶解のCaOが残留しているかどうかで滓化性を評価した。電気炉1の内部に未溶解のCaOが全く存在しない場合を○、一部でも存在する場合を△、多数存在する場合を×と評価した。
生産性については、通常の操業で普通鋼又はクロム鋼を精錬した際の操業時間を複数記録したデータに対して、このデータから操業時間の平均値を求めると共に、操業時間が正規分布となると仮定した場合の標準偏差を求めた。そして、実施例又は比較例の操業時間が通常操業の平均値〜平均値−2σ(σは標準偏差)に含まれるか否かで生産性を評価した。すなわち、実施例又は比較例の操業時間が上述の範囲に含まれる場合は生産性は○の評価となり、含まれない場合は×の評価となる。
次に、表3を用いて、実施例及び比較例に示されるプリメルトフラックスの組成、精錬の条件、精錬後のスラグの組成が上述の評価結果に及ぼす影響を説明する。
Figure 2010013674
比較例1及び比較例2は、酸素ガスの吹き込みの開始が、電気炉の使用電力が300〜380kWh/tにされなかった例である。比較例1では、電気炉1の使用電力が290kWh/tと少ないうちから酸素ガスの吹き込みを開始しており、溶湯中へ供給される酸素ガスの総量が過剰となって鉄の酸化ロスが大きくなっている。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」及び「生産性」の評価が×となる。また、比較例2では、電気炉1の使用電力が390kWh/tと大きくなってから酸素ガスの吹き込みを開始しており、酸素ガスの溶湯中への供給が遅れて脱りん反応を十分に行うことができなくなる。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
比較例3及び比較例4は、酸素ガスの吹込速度が0.1〜1.4Nm3/t・分でなかった例である。比較例3では、酸素ガスの吹込速度を0.09Nm3/t・分と小さくなっており、酸素ガスが溶湯中に十分に供給され難くなって脱りんが十分に行われなくなっている。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」及び「生産性」の評価が×となる。また、比較例4では、酸素ガスの吹込速度を1.41Nm3/t・分と大きくなっており、酸素ガスの吹込の勢いが強くなりすぎて溶湯の湯面が乱れてスプラッシュ(飛散)が生じている。その結果、表3の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。
比較例5及び比較例6は、酸素ガスの酸素使用量が5.0〜13.0Nm3/tでなかった例である。比較例5では、酸素ガスの吹込総量が4.9Nm3/tと少なくなっており、溶湯に十分な量の酸素ガスが吹き込まれなくなって溶湯中でのFeOの形成が不十分となっている。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となり、また「生産性」の評価が×となる。また、比較例6では、酸素ガスの吹込総量が13.1Nm3/tと多くなっており、溶湯に吹き込まれる酸素ガスの量が多くなってFeの酸化ロスが過大となっている。その結果、表3の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。
比較例7及び比較例8は、酸素ガスの吹込時間12〜30分でなかった例である。比較例7では、酸素ガスの吹込時間が31分と長くなっており、酸素ガスの吹き込みが無駄に長時間行われている。その結果、表3の「評価」に示すように「生産性」の評価が×となる。比較例8では、酸素ガスの吹込時間が11分と短くなっており、溶湯に十分な量の酸素ガスが吹き込まれなくなって溶湯中でのFeOの形成が不十分となっている。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」及び「歩留り性」の評価が×となる。
比較例9及び比較例17は、精錬後に得られたスラグにAl23が1〜10質量%含まれていなかった例であり、スラグのCaO/Al23の値が3.5〜27.0になっていなかった例である。比較例9では、精錬後のスラグにAl23が0.98質量%と少量しか含まれておらず、またCaO/Al23の値も27.2と高くなっている。その結果、比較例9では、Al23の濃度が低くなってスラグの流動性が低下し、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となり、また「滓化性」の評価が×となる。また、比較例17では、精錬後のスラグにAl23が10.80質量%と多量に含まれており、またCaO/Al23の値も3.4と低くなっている。その結果、比較例17では、スラグの流動性が大きくなり過ぎて脱りん性がかえって低下し、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となる。
比較例10及び比較例11は、精錬後に得られたスラグの塩基度CaO/SiO2が2.1〜5.5にならなかった例である。比較例10では、精錬後に得られたスラグの塩基度が2.0と小さくなっており、CaOが脱りんに最低限必要な量確保できていない。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となる。また、比較例11では、精錬後に得られたスラグの塩基度が5.6と大きくなっており、過剰に存在するCaOの一部が未滓化で溶湯中に残留する。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」及び「滓化性」の評価が△となる。
比較例12、比較例13及び比較例18は、精錬後に得られたスラグにFeOが8〜30質量%含まれていなかった例であり、スラグのT.Feが10〜35質量%になっていなかった例である。比較例12では、精錬後のスラグにFeOが30.24質量%と多量に含まれており、またT.Feも35.10質量%と大きくなっている。その結果、比較例12では、脱りん反応中にFeの酸化が過剰に行われたことになり、表3の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。また、比較例13では、精錬後のスラグにFeOが7.98質量%と少量しか含まれておらず、またT.Feも9.88質量%と小さくなっている。さらに、比較例18でも、精錬後のスラグにFeOが7.92質量%と少量しか含まれておらず、またT.Feも9.84質量%と小さくなっている。比較例13と比較例18とは溶製する鋼種が異なっているが、スラグの表面にFeOが十分に形成されなくなって脱りん性が低下し、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×や△になる点で等しい。
比較例14及び比較例15は、精錬後に得られたスラグにCr23が0.7〜9質量%含まれていなかった例である。比較例14では、精錬後に得られたスラグにCr23が0.69質量%と少量しか含まれておらず、溶鋼中への酸素の供給が不十分となる。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。また、比較例15では、精錬後に得られたスラグにCr23が9.21質量%と多量に含まれており、非常にスラグの流動性が悪くなり、スラグ排出時に溶鋼も一緒に排出されてしまう。その結果、表3の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となり、「滓化性」の評価が△となる。
比較例19及び比較例20は、CaOが27〜35質量%又はAl23が48〜60質量%含まれていないプリメルトフラックスを用いて精錬した例である。比較例19では、CaOが36質量%と多く、またAl23が47質量%と少量しか含まれていない。その結果、比較例19では、プリメルトフラックス中でのAl23の相対濃度が低下してCaOの溶解促進効果が弱くなり、表3の「評価」に示すように「滓化性」の評価が×となる。また、比較例20では、Al23が61質量%と多く、またCaOが26質量%と少量しか含まれていない。その結果、比較例20では、プリメルトフラックス中でのAl23の相対濃度が高くなってスラグの流動性が高くなりすぎなり、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
比較例21〜比較例24では、プリメルトフラックスに続いてCaOフラックスが添加されており、CaOフラックスが添加されたときにはプリメルトフラックスの溶解が完了している。その結果、プリメルトフラックスによるCaOフラックス中のCaOの溶解促進効果が発揮されず、表3の「評価」に示すように「脱りん性」や「滓化性」の評価が△や×となる。
比較例25及び比較例26は、CaOフラックスの精錬終了までのCaOの総使用量が20〜52kg/tとなっていない例である。比較例25では、精錬終了までのCaOの総使用量が19kg/tと少なく、溶湯中の脱りんを十分に行うのに必要なCaO量に達していない。そのため、脱りんが十分に行われず、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。また、比較例26では、精錬終了までのCaOの総使用量が53kg/tと多く、溶湯に対して未溶解のCaOが残りやすい。その結果、表3の「評価」に示すように「滓化性」の評価が△となる。
比較例27は冷鉄源がP:≦0.045質量%となっていない例である。比較例27では、冷鉄源の[P]=0.046質量%と多量であって、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
比較例28は冷鉄源がCr:≦2.0質量%となっていない例である。比較例28では、冷鉄源のCr=2.1質量%と多くなっており、溶鋼中への酸素の供給によって、スラグ中のCr23が増え、溶鋼の脱りん性が悪化する。その結果、表3の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△、また「滓化性」の評価が×となる。
上述の比較例1〜28に対して、実施例1〜18は「酸素ランスからの酸素吹込条件」、「スラグ条件」、「プリメルトフラックスの組成」、「フラックスの添加順序」及び「冷鉄源中でのCr、Pの濃度」が全て課題を解決する手段に開示した範囲内に含まれており、表3の「評価」に示す「脱りん性」、「歩留り性」、「滓化性」及び「生産性」がいずれも○の評価となっている。これらのことから、「酸素ランスからの酸素吹込条件」、「スラグ条件」、「プリメルトフラックスの組成」、「フラックスの添加順序」及び「冷鉄源中でのCr、Pの濃度」が全て課題を解決する手段に開示した範囲内になるように精錬を行うことにより、低りん鋼を効率良く精錬することができる。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
本発明の精錬方法に用いられる電気炉の説明図である。
符号の説明
1 電気炉
2 排滓口
3 電極
4 酸素ランス
5 出鋼口
6 蓋体
7 本体

Claims (2)

  1. 電気炉でCrを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行うに際して、
    前記電気炉の使用電力が300kWh/tに達するまでにCaOフラックスの添加を開始し、かつ前記CaOフラックスを該CaOフラックスの精錬終了までのCaOの総使用量が20〜52kg/tとなるように添加し、
    前記CaOフラックスの投入に続いて、CaO:27〜35質量%、Al23:48〜60質量%、SiO2:≦5質量%、MgO:6〜10質量%、TiO2:≦0.05質量%、P25:≦0.05質量%、S:≦0.2質量%を含むプリメルトフラックスを添加し、
    前記使用電力が300〜380kWh/tまでに、吹込速度0.1〜1.4Nm3/t・分、吹込時間12〜30分、かつ酸素使用量5.0〜13.0Nm3/tとなるように前記酸素ガスの吹き込みを開始し、
    精錬終了後に、FeO:8〜30質量%、Cr23:0.7〜9質量%、T.Fe:10〜35質量%、Al23:1〜10質量%、CaO/Al23:3.5〜27.0、CaO/SiO2:2.1〜5.5を含むスラグを得る
    ことを特徴とする電気炉を用いた精錬方法。
  2. 前記冷鉄源は、Cr:≦2.0質量%かつP:≦0.045質量%を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の電気炉を用いた精錬方法。
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