JP3511685B2 - 底吹き転炉製鋼法 - Google Patents

底吹き転炉製鋼法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、吹錬用の酸素ガスの
一部又は全てを溶融金属浴の浴面下に位置する羽口を通
して底吹きする形式の転炉製鋼法に関し、冶金反応特性
とくに脱炭特性を改善することにより、低燐低炭素鋼を
経済的に得ようとするものである。
【0002】
【従来の技術】従来、溶銑の精錬を行う転炉製鋼法にお
いては、浴面下の底吹き羽口から吹錬ガスを吹き込み、
鋼浴の撹拌を助長して脱炭特性を改善する方法が広く用
いられている。この方法は、大別すると、主として撹拌
の手段として底吹きを用い、精錬用酸素ガスは主として
上吹きランスからの吹き込みにより行ういわゆる上底吹
き転炉精錬(この場合、撹拌用の底吹きガスコストを低
下するために精錬用の酸化性ガスを吹き込むこともあ
る)と、精錬用の酸素ガスを底吹き羽口より吹き込み撹
拌と精錬を同時に行ういわゆる底吹き転炉精錬とに分け
られる。
【0003】上底吹き転炉においては、通常撹拌用のガ
ス量が0.02〜0.2 Nm3/min/t-溶鋼程度と少量であるた
め、〔%C〕が 0.3〜0.5 wt%程度以下といった低炭素
濃度期の溶鉄中の炭素の物質移動が律速となる時期に
は、撹拌不足であるという認識から、かかる低炭素濃度
期における底吹き羽口からのガス種、ガス量を規定する
改善技術が特開昭60−184615号公報および特開平3-797
12号公報に、さらにガス種類と圧力を変更する改善技術
が特開平1−234512号公報に、それぞれ提案されてい
る。例えば、特開昭60−184615号公報に開示された技術
は、底吹き酸素ガス中に不活性ガスとしてアルゴンを、
底吹きガス量の10〜90 vol%となる範囲で混入するもの
であり、また特開平3-79712号公報に開示された技術
は、底吹き酸素ガスを不活性ガスに切り換えるものであ
り、さらに特開平1−234512号公報に開示された技術
は、底吹きガスを酸化性ガスと不活性ガスとの混合吹錬
ガスとし、羽口入口圧力を10気圧以上としてガス流量を
0.15 Nm3/min/t以上まで増加させるものである。すなわ
ち、これらの手段は、羽口から吹き込まれた酸素が低炭
素濃度期には主として酸化鉄を生成するのみであり撹拌
ガスとしては不適当である、との判断から不活性ガスに
切り換えて撹拌力を維持しようとするものである。
【0004】しかしながら、主たる脱炭手段を底吹き羽
口とする転炉においては、吹き込まれた酸素により脱炭
と撹拌を同時に行っていることから、低炭素濃度域にお
いて酸素ガスを全て不活性ガスに代替する事は事実上不
可能である。しかも、吹き込みガス供給速度が2〜4 N
m3/min/tと大きい底吹き転炉では、羽口からのガスの一
部を不活性ガスに代替するとしても、その経済的不利益
は大きい。このような観点から、低炭素濃度期における
脱炭を改善すべく、酸素ガス供給速度を2 Nm3/min/t未
満に低下させて鉄酸化生成速度の増大を防止する試み
が、例えば「鉄と鋼 76 (1990) P.1942」に記載されて
いる。
【0005】しかしながら、このように酸素ガス供給速
度を2 Nm3/min/t未満程度まで低下すると、生産性の低
下を招くことはいうまでもなく、羽口の溶損速度が大き
くなったり、溶鉄温度が高温となる時期が長くなるとい
う問題が生じる。このように、底吹き転炉製鋼法におい
ては、現在までのところ生産性を維持しつつ低炭素濃度
期の冶金反応特性を改善できる方法は未だ開発されてい
ない。
【0006】さらに、底吹き転炉製鋼法では、上述した
脱炭の他、脱燐についても考慮が払われていて、例えば
特開昭55−107715号公報には精錬後期に脱燐反応を促進
させる方法が開示されている。この方法は、脱炭後期の
全吹錬時間の80%が経過した時点で底吹き羽口から精錬
用酸素ガスと共に脱燐用の生石灰を吹き込む方法であ
り、精錬後期の低炭素濃度期に精錬・撹拌用酸素ガスと
脱燐剤とで脱燐反応を促進させようとするものである。
しかしながら、従来、かような脱燐剤の脱炭特性に与え
る影響はないと考えられており、脱炭特性の改善につな
げる試みはなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に克服するもので、低炭素濃度期の脱炭反応効
率(特に酸素脱炭利用効率)を向上させ得る転炉製鋼法
を提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
底吹き羽口からの酸素ガスの吹き込みを主たる脱炭手段
とする転炉精錬において、溶鋼中の炭素濃度が 0.3wt%
以下の低炭素濃度期については、溶鋼中の脱炭を底吹き
羽口からの純酸素ガスによる吹き込みのみで行うものと
し、この時の酸素ガス供給速度を2 Nm3/min/t−溶鋼以
上、羽口圧力を1.0×106 Pa以上とすることおよび酸素
ガスと同時に石灰系フラックスを吹き込むことを特徴と
する底吹き転炉製鋼法(第1発明)である。
【0009】またこの発明は、上記の第1発明におい
て、石灰系フラックス中の含有酸化鉄重量比率を20wt%
以下とする底吹き転炉製鋼法(第2発明)である。
【0010】さらにこの発明は、上記の第1発明および
第2発明において、溶鋼中炭素濃度が 0.3wt%以上の少
なくとも一部の期間において、溶鉄浴面の上部から酸化
性ガスを供給し、溶鉄温度の制御を行うことを特徴とす
る底吹き転炉製鋼法(第3発明)である。
【0011】以下、この発明の解明経緯について説明す
る。さて、発明者らは、5トン規模の転炉を用いて、上
記の問題を解決する手段について検討した。底吹き転炉
では、吹錬前・中期の鋼浴の炭素濃度が 0.3wt%以上の
段階では脱炭効率はほぼ 100%であるので、特に脱炭特
性の改善の必要はないと考え、主に酸素脱炭利用効率が
低下する〔%C〕≦0.3 wt%の低炭素濃度期における底
吹き転炉での酸素ガスの好適な吹き込み方法について検
討した。さらに、その際に同時に行う脱燐のために用い
る脱燐剤の吹き込みが脱炭特性に与える影響についても
検討した。
【0012】図1に、底吹き酸素ガス圧力が溶鉄の撹拌
強化に与える影響すなわち平均酸素脱炭利用効率に与え
る影響について調査した結果を示す。この時用いた溶銑
は、C:4.0 〜4.3 wt%、Si:0.05〜0.2 wt%、Mn:0.
05〜0.2 wt%、P:0.062 〜0.070 wt%を含む組成にな
るもの 4.8〜5.3 ton であり、サブランスによる測定で
ほぼC=0.3 wt%となる吹錬前半には、溶銑中Si濃度に
合わせてCaOを10〜12 kg/t の割合で投入した。また同
時に脱燐フラックスとして、 CaO:100 %のフラックス、 CaO:80%−酸化鉄:20%のフラックス、 CaO:50%−酸化鉄:50%のフラックス、 の3種類のフラックスを酸素ガスに搬送させて吹き込ん
だ結果も示した。この場合、脱燐剤フラックスの吹き込
み速度は 2.5 kg/Nm3-O2以上とした。
【0013】その結果、以下に述べる知見を得た。 (1) 脱燐フラックスを用いない場合は、酸素ガス圧力が
20atm(約 2.0×106 Pa)以上、望ましくは 30atm(約
3.0×106 Pa)以上とすれば、平均酸素脱炭利用効率が
向上する。ここに、平均酸素脱炭利用効率ηとは、サブ
ランスで採取した溶鋼サンプルと吹き止め時に採取した
溶鋼サンプルから求めた平均の脱炭酸素効率であり、次
式で表される。 η(%)=ΔC/(ΣQO2×12/11.2)× 1000 ここで、ΔC :溶鋼サンプルと吹き止め時のC濃度差
(%) ΣQO2:溶鋼トン当たりの積算酸素量(Nm3/t)
【0014】(2) 脱燐フラックスを用いる場合は、同じ
底吹き酸素ガス圧力でも脱炭酸素効率に極めて大きい影
響を与える。特に脱燐フラックス中に酸化鉄を含まない
場合には、図1に示したように、酸素圧力を 10atm(約
1.0×106 Pa)以上にすると脱炭酸素効率が著しく向上
し、脱燐フラックス吹き込みのない場合の 30atm以上に
した場合と同等の効果が得られる。
【0015】以上が、この発明の骨子となる重要な知見
であるが、これはフラックスを吹き込むことにより溶鉄
に与えられる運動エネルギ−が同一吹き込み酸素圧力に
おいても増大するためと考えられる。
【0016】一方で、酸素吹き込み羽口から吹き込まれ
る脱燐フラックス中の酸化鉄を増加してゆくと、同じ底
吹き酸素ガス圧力における酸素脱炭効率向上効果はだん
だん小さくなる。この理由は、酸素が形成する火点の温
度を低下させるために、脱炭に悪影響が及んだ結果と推
察される。この場合、脱燐フラックス中の酸化鉄比率が
脱炭酸化効率に与える影響は、図2に示すとおりであ
り、酸化鉄含有率を20wt%以下に制限したフラックスを
用いることが、平均酸素脱炭効率を向上させる上で好ま
しいことが判明した。
【0017】なお、吹き止め時の〔P〕に関しては、同
時に酸素を吹き込んでいることから、フラックス中のCa
O量でほぼ全量決定され、従って酸化鉄を含まないフラ
ックスでも特に問題はなかった。また、ホタル石(Ca
F2)をCaO中に適宜含有させた実験も行ったが、平均酸
素脱炭利用効率に関し、特に大きな差異は見られなかっ
た。フラックスの吹き込み速度は、速くてもかまわない
けれども、設備上比較的容易な 2.5〜3.5 kg/Nm3-O2
あれば、この発明で所期した効果が得られることが確認
された。
【0018】(3) また、図1には、上吹きランスからの
酸素供給を継続した場合の実験例も示しているが、この
場合、効果はかえって小さくなった。従って、低炭素濃
度期では、上吹きランスからの酸素供給は行わないこと
が必須の要件となる。しかしながら、溶鋼中炭素濃度が
0.3wt%以上の脱炭前半においては、スクラップ比率の
増加時の熱損失や、安価な鉄、マンガン鉱石の使用増加
に伴う熱源の不足といった問題が懸念されるため、かよ
うな場合には、溶鋼中炭素濃度が 0.3wt%以上の少なく
とも一部の期間において、溶鉄浴面の上部から酸化性ガ
スを供給して溶鉄温度の制御を行うことが、安価な低炭
素鋼溶製の点で有利である。なお脱燐フラックスとして
は、例えば特開昭59−205411号公報に示されるような、
石灰、ホタル石および酸化鉄の混合物を用いてもよい
が、酸化鉄の含有率を20wt%以下とすることが脱炭促進
の観点から好ましいことはすでに述べたとおりである。
また、この発明において、吹き込みガスの圧力の上限に
ついては、特に限定されることはないが、実用上圧力を
昇圧させるのに電力コストがかかること、および図1で
得られた結果を勘案すると、 2.0×106 Pa以下程度で十
分と考えられる。
【0019】
【作用】以上、5トン規模の転炉を用いた調査結果で説
明したように、この発明は、底吹き転炉における吹錬後
期の冶金特性(脱炭特性)が低下する時期、具体的には
溶鉄中の炭素濃度が 0.3wt%以下の時期については、Ar
などの高価な不活性ガスを吹き込むことなく、純酸素ガ
スをCaO系フラックスと共に、酸素ガス供給速度:2 N
m3/min/t以上および羽口圧力:10 atm以上の条件下で吹
き込むことにより、低炭素濃度期におけるの冶金特性を
向上させたものである。しかも、低炭素濃度期でも酸素
ガス供給速度:2 Nm3/min/t以上で精錬できるため、生
産性の低下を招くことがなく、短時間で精錬が終了する
ので、羽口溶損速度の大きい高温吹錬期の延長を引き起
こすおそれもない。さらに、酸素脱炭利用効率が従来法
より高くなるので、羽口から吹き込まれる酸素ガスによ
る酸化鉄生成速度も低下し、結果的には酸化鉄生成によ
る耐火物の化学的溶損も低減できる。
【0020】
【実施例】実験は、 260t規模の底吹き転炉で行った。
まず、溶銑:248 t,スクラップ:13tを予め転炉に装
入した。溶銑の組成はC:4.1 〜4.4 wt%、Si:0〜0.
2wt%、Mn:0.1 〜0.2 wt%、P:0.055 〜0.065 wt
%、S:0.010 〜0.020 wt%で、溶銑温度は1200〜1270
℃であった。吹錬初期にはドロマイトを6〜8 kg/t 投
入すると共に、CaOを底吹き羽口から3〜7 kg/t の割
合で酸素ガスと共に吹き込んだ。また、吹錬初期から酸
素供給量が38〜40 Nm3/t−溶鋼となるまで、上吹きラン
スから 230 Nm3/min、底吹き羽口から 640 Nm3/minの酸
素ガスを供給して吹錬した。底吹き羽口はいわゆる二重
管タイプの羽口で、外管より保護冷却用のプロパンを適
量供給した。その間、目標成分に合わせてコ−クス、鉄
鉱石等を炉上部より上投入した。上吹きランスはラバ−
ル型のノズルを有するランスであり、ランス高さは湯面
から3〜4.5 mとした。
【0021】全ての適合例および比較例1〜3、5で
は、サブランスにて溶鋼の温度および〔%C〕を測定し
た後は、上吹きランスからの酸素供給は停止し、底吹き
羽口からの酸素ガス供給のみにより脱炭を維持した。サ
ブランスにより測定した〔%C〕は 0.3〜0.45wt%であ
った。実験水準としては、酸素ガス供給速度:640 Nm3/
min (2.36 Nm3-O2/t−溶鋼)を吹き込むのに羽口背圧が
3〜4 atmおよび5〜6 atm(フラックス無しの時)と
なるように2種類の羽口を用意した。羽口本数は18本で
ある。
【0022】上記の条件で吹錬したときの酸素脱炭利用
効率および羽口溶損速度について調査した結果を、表1
および表2に整理して示す。なお、表1中に示したフラ
ックスは、サブランスによる測定以降に底吹き羽口から
酸素ガスと共に吹き込んだ脱燐フラックスのことであ
り、未使用とあるのは、この時期に脱燐フラックスを用
いていないことを示す。ここに、フラックス吹き込み速
度は 2.5 kg/Nm3-O2とした。同様に、上吹き酸素もサブ
ランスによる測定以降での使用、不使用を示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】表2から明らかなように、〔%C〕≦0.3
wt%では上吹きランスからの酸素供給を行わずに、底吹
き羽口からのみとし、この時、酸素ガス供給速度を2 N
m3/min/t以上、羽口圧力を10 atm以上として、フラック
スを酸素ガスと共に吹き込むこと、とくに好ましくはか
かるフラックスとして酸化鉄を含まないフラックスを用
いることにより、酸素脱炭利用効率が著しく向上し、そ
の結果、酸化鉄生成速度が大幅に低下した。また、スラ
グ中における(T.Fe)の低下により、Mn歩留りや鋼中の
酸素の低減(結果的にはAl歩留りの向上)を図り得る。
さらに、羽口溶損速度も大幅に低減できた。なお、吹錬
末期の酸素ガス供給速度を2 Nm3/min/ton以下に低下し
た比較例5では、冶金特性上は適合例とほぼ同等の結果
が得られたが、高温期の脱炭時間が延長されることによ
り、羽口溶損速度が大きくなった。
【0026】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、底吹き転炉
精錬において、不活性ガスを併用するなどの不利なし
に、低炭素濃度期における脱炭特性を格段に向上させる
ことができる。また、スラグ中における(T.Fe)の低下
により、Mn, Fe, Al等の歩留りを向上させることができ
る。さらに、酸素吹錬羽口の操業性向上に大きく影響を
与える羽口寿命の延長も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】羽口圧力と平均酸素脱炭利用効率との関係を示
したグラフである。
【図2】フラックス中の酸化鉄量が平均酸素脱炭利用効
率に及ぼす影響を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 秀次 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 鉄 鋼研究所内 (72)発明者 鈴木 一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 千 葉製鉄所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/34

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底吹き羽口からの酸素ガスの吹き込みを
    主たる脱炭手段とする転炉精錬において、溶鋼中の炭素
    濃度が 0.3wt%以下の低炭素濃度期については、溶鋼中
    の脱炭を底吹き羽口からの純酸素ガスによる吹き込みの
    みで行うものとし、この時の酸素ガス供給速度を2 Nm3
    /min/t−溶鋼以上、羽口圧力を 1.0×106 Pa以上とする
    ことおよび酸素ガスと同時に石灰系フラックスを吹き込
    むことを特徴とする底吹き転炉製鋼法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、石灰系フラックス中
    の含有酸化鉄重量比率が20wt%以下である底吹き転炉製
    鋼法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、溶鋼中炭素
    濃度が 0.3wt%以上の少なくとも一部の期間において、
    溶鉄浴面の上部から酸化性ガスを供給し、溶鉄温度の制
    御を行うことを特徴とする底吹き転炉製鋼法。
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