JP3571871B2

JP3571871B2 - 低炭素鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3571871B2
Application number: JP04882997A
Authority: JP
Inventors: 意智国武; 正今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH10245619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明方法は、低炭素鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低炭素鋼の製造（精錬）方法においては、通常酸素上吹（転炉）精錬によって、最終目標炭素量まで脱炭し、次いで簡易取鍋精錬設備等の二次精錬で最終成分に調整して、次工程の連続鋳造工程へ移行するものである。しかして、上記のごとく酸素上吹精錬においては、脱炭精錬とともに、脱珪、脱燐することからＣａＯ等の副原料の使用量が増大する。また脱珪反応時に生成するＳｉＯ_２及副原料として使用するＣａＯ等によりスラグ（鋼滓）量が増加して、精錬中に成分調整のために投入するＭｎ鉱石中のＭｎ歩留りが低下する。このため酸素上吹（転炉）精錬に先立ち溶銑の脱珪、脱燐を施す、溶銑の予備処理方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、酸素上吹（転炉）精錬で低炭素鋼としての最終目標炭素量まで脱炭処理する場合、鋼中炭素量が低下（脱炭）するに従い、鉄の酸化が優先してＦｅＯとしてスラグになり、鉄の酸化損失が増大するとともに、ＦｅＯ濃度の上昇により精錬炉の耐火物の溶損が増大する。また、鉄の酸化損失にともない、精錬中に成分調整のために投入するＭｎ鉱石中のＭｎ歩留りが低下する。更に、ＦｅＯ濃度が高くなることによって、鋼中の酸素濃度が高くなり後工程でＡｌ等による脱酸時に合金歩留りを低下させ、かつ非金属介在物を多量に生成して材質上好ましくない等の課題がある。
【０００４】
このようなことから酸素上吹（転炉）精錬で最終目標炭素量より若干高めに脱炭処理して、ＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置で脱炭処理することが提案されているが、このような真空脱ガス処理においては、約１．０ｔｒの高真空度で処理するため、ランニングコストが増大する等経済的に不利である。また、最終目標炭素量より高めで精錬を停止すると、酸素上吹（転炉）精錬での脱燐反応はほとんど進行しないため、製品の硬度に悪影響を及ぼすことになる等の課題がある。
本発明方法は、このような課題を有利に解決するためなされたものであり、溶銑予備処理を施した後、酸素上吹精錬し次いで、軽真空脱ガス処理（軽真空度での脱ガス処理）することによって、低コストで低炭素鋼を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明方法の特徴とするところは、予備処理した溶銑を酸素上吹精錬により、最終目標炭素量より０．０１〜０．１０％高い炭素量に精錬し、次いで真空度１００〜５００ｔｒで軽真空脱ガス処理して炭素量０．０２〜０．０５％に精錬することを特徴とする低炭素鋼の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記のごとき溶銑の予備処理としては、例えば高炉から溶銑を払い出すとき、傾注樋で溶銑中へ脱珪剤として生石灰等を投入して脱珪する。さらに、溶銑を混銑車へ装入して酸素上吹精錬工程へ搬送するとき、混銑車内溶銑中へ脱燐剤として例えば、生石灰等を投入して脱燐を施す。この他、容器内へ溶銑中へ脱燐剤を投入して、酸素ガスを吹き込み脱珪と脱燐を施すものである。このような溶銑の予備処理で溶銑中の珪素０．０１％以下、燐０．０２％（最終目標燐量）以下に脱珪と脱燐を施す。このように溶銑の珪素と脱燐を施すことによって、次記のごとき酸素上吹精錬において、ＳｉＯ_２系スラグの増大を抑え、かつ副原料として使用するＣａＯの使用量が低減できることから、成分調整用のＭｎ歩留り等を向上するとともに、最終目標炭素量より若干高めに脱炭することができる。このようにして溶銑の予備処理後、次記のごとく酸素上吹（転炉）精錬するものである。
【０００７】
酸素上吹精錬に際しては、一般に溶銑に対してスクラップを５〜１５％装入（溶銑配合率８５〜９５％）して精錬するものであるが、溶銑とスクラップを装入して最終目標炭素量より高い炭素量で精錬すると、スクラップの溶解により酸素上吹精錬での熱源が不足することから、最終目標炭素量まで脱炭して温度を補償しなければならなくなること、あるいはスクラップの溶解タイミングのバラツキにより、酸素上吹精錬での操業が不安定になることから、例えば上記溶銑の予備処理で、酸素ガスを吹き込み予備処理するとき必要スクラップ量を溶銑とともに装入しておき、脱珪等の予備処理を施すと同時にスクラップを溶解させることによって、酸素上吹精錬ではスクラップを装入しないため熱源は不足しない。また、スクラップの溶解タイミングのバラツキによる操業が不安定にならず、最終目標炭素量より高い炭素量で脱炭処理が、安定的にでき極めて有意義である。
【０００８】
このようにして、酸素上吹精錬で最終目標炭素量より０．０１〜０．１０％高い炭素量に脱炭する。最終目標炭素量より０．０１％未満になるとＦｅＯスラグが増加して精錬歩留りが低下し、鋼中の酸素量が多くなり後工程での合金鉄添加歩留りを低下させることになる等好ましくない。また、最終目標炭素量より０．１０％超になると、後述の軽真空脱ガス処理で長時間処理することになり、生産性、コスト的に不利となり好ましくない。
【０００９】
次いで、上記のごとく酸素上吹精錬した溶鋼を軽真空脱ガス処理によって、鋼中炭素量を０．０２〜０．０５％の低炭素鋼とするものであり、例えば酸素上吹精錬後の溶鋼を満たした取鍋を軽真空脱ガス装置へ位置せしめて、真空度１００〜５００ｔｒの軽真空度で精錬し、炭素量を０．０２〜０．０５％、の低炭素鋼にするものである。真空度５００ｔｒ超では、炭素量を０．０２〜０．０５％に脱炭処理するのに長時間を要し生産性が低下するとともに、溶鋼温度が低下するので酸素上吹精錬での出鋼温度を上昇することになり、製鋼炉の耐火物原単位が高くなる等好ましくない。また、１００ｔｒ未満の真空度にしなくとも上記炭素量に短時間で精錬することができ、かつ真空度保持のためのコストも軽減することができる。
【００１０】
このように本発明方法においては、溶銑の予備処理で脱珪、脱燐等を施した後、酸素上吹精錬によって、軽真空脱ガス処理で炭素量０．０２〜０．０５％、の低炭素鋼に処理（精錬）するのに好適な炭素量に精錬し、次いで精錬する軽真空脱ガス処理で高生産性を維持しつつ、低コストで低炭素鋼に精錬するとともに、軽真空度であり脱ガス処理中に発生する溶鋼スプラッシュによる真空脱ガス反応容器内壁への地金付着を確実に防止し、しかもランニングコストも著しく軽減することができる。
【００１１】
次に、本発明方法に適用する軽真空脱ガス処理方法の一例を説明する。
図１において、溶銑予備処理後、酸素上吹精錬した溶鋼１を取鍋２に出鋼し、取鍋２内の溶鋼１表面下に反応容器３の下部を浸漬位置せしめ、取鍋２底部羽口４を介してＡｒガスを溶鋼１底部から吹き込み、溶鋼１を攪拌しつつ同時に反応容器３内をメカニカルポンプ５によって、軽真空度に維持しするとともに、ランス６から酸素ガスを反応容器３内へ吹き込み溶鋼１を低炭素鋼に処理（精錬）する。
【００１２】
上記のごとき、軽真空脱ガス処理の反応容器は、容器高さＨ（長さ）としては３５００〜７５００ｍｍ。反応容器直径は、反応容器直径Ｄ_１と取鍋直径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）０．２５〜０．５０に構成することによって、前記のごとく真空度１００〜５００ｔｒで、酸素上吹精錬後の炭素量は、最終目標炭素量より０．０１〜０．１０％高い溶鋼を０．０２〜０．０５％、の低炭素鋼に安定して精錬することができる。即ち、反応容器高さが３５００ｍｍ未満。反応容器直径が、反応容器Ｄ_１と取鍋直径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）で０．２５未満であると、軽真空脱ガス処理に際し反応容器内壁に溶鋼地金の飛散付着が多くなり、溶鋼歩留りの低下、操業が不安定になることがあり好ましくない。また、反応容器高さＨが７５００ｍｍ超、反応容器直径Ｄ_１と取鍋直径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）が０．５０超になると、ＲＨ等の真空脱ガス装置とほぼ同等の大きさとなり、ランニングコストを高めることになり好ましくない。
【００１３】
次に、上記のごとき軽真空脱ガス処理において、溶鋼飛散による反応容器への付着等を防止しつつ、操業することのできる反応容器の高さを設定する数式の一例を挙げる。
【数１】
Ｈ＝２４００＋（７６０−Ｐ）１３．６／７．２＋〔８６．９／Ｐ（１８．７×ΔＣ×Ｗ／ｔ＋Ｑ_ＢＢ／６０）／πＤ^２／４〕^０．６×５５０
Ｄ：反応容器内径（ｍ）、Ｐ：真空度（ｔｏｒｒ）、ΔＣ：脱炭量（％）
Ｗ：溶鋼量（ｔ）、ｔ：脱炭時間（ｍｉｎ）、Ｑ_ＢＢ：ガス吹込量（Ｎｍ^３／Ｈ）Ｈ：反応容器高さ
【００１４】
【実施例】
次に、本発明方法の実施例を比較例とともに挙げる。
下表の実施例は、溶銑予備処理工程で〔Ｐ〕濃度を０．０１７％まで脱〔Ｐ〕し、その溶銑を上吹転炉で炭素濃度を０．０６９％に吹止め、図１に示す底吹き機能を有する取鍋２に出鋼１（溶鋼１）した後、Ａｒガスを３０Ｎｍ^３／Ｈの割合で取鍋２に設けた底吹き羽口４から底吹きして、スラグを排出した溶鋼１の表面部位に内径１．５ｍ、内高４．５ｍの反応容器３を被せた後、反応容器３をメカニカルポンプ５で排気しつつ３００ｔｏｒｒの真空度に保持しながら、酸素ガスを反応容器３に設けたランス６から吹き付けながら脱炭処理を行った例である。このときの溶鋼量は、２９１．３ｔである。溶銑予備処理工程と転炉工程にて使用したＣａＯ原単位は１５．０Ｋｇ／ｔであった。また、炭素濃度は脱炭前０．０６９％から５．１分後に０．０４％まで脱炭できた。その後、脱酸用Ａｌを反応容器３内で添加し、連続鋳造工程で鋳造した。
【００１５】
比較例１は、最終目標炭素濃度０．０３％の低炭素鋼をＲＨ脱ガス装置を用いて精錬した例である。溶銑予備処理工程で〔Ｐ〕濃度を０．０１７％まで脱〔Ｐ〕し、その溶銑を上吹転炉で炭素濃度を０．０６８％に吹止め、ＲＨ脱炭を３分間実施したが、最終目標炭素濃度は０．０２５％であった。しかし使用した電力、蒸気量は溶鋼１ｔ当たり７．７ＫＷｈ、２．４Ｋｇに達した。また、温度降下が大きく昇熱を必要とした。
【００１６】
比較例２は、最終目標炭素濃度０．０４％の低炭素鋼を溶銑予備処理工程で〔Ｐ〕濃度を０．０１７％まで脱〔Ｐ〕し、その溶銑を上吹転炉で精錬した例を示す。生成した転炉スラグ中のＦｅＯ濃度は２０．３％、溶鋼の酸素濃度は５４０ｐｐｍであった。また、転炉精錬中に投入するＭｎ鉱石中のＭｎ歩留りは３５％であった。
【００１７】
比較例３は、高炉で出銑した溶銑を、目標濃度０．０４％の低炭素鋼を上底吹き転炉で精錬した例を示す。生成した転炉スラグ中のＦｅＯ濃度は１９．４％、溶鋼の酸素濃度は５２０ｐｐｍであった。このとき転炉工程で使用したＣａＯ原単位は２８．９Ｋｇ／ｔであった。また、転炉精錬中に投入するＭｎ鉱石中のＭｎ歩留りは３１％であった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】（表１のつづき）

注：実１は実施例１、比１は比較例１、比２は比較例２、比３は比較例３。
【００２０】
【表３】（表２のつづき）

注：実１は実施例１、比１は比較例１、比２は比較例２、比３は比較例３。
【００２１】
注１：精錬は、２７０ｔ溶鋼取鍋底部から溶鋼攪拌のため３０Ｎｍ ^３／分のＡｒガスを吹き込みつつ処理した。
注２：比較例のＲＨ型真空脱ガス処理は、反応容器高さ１０７００ｍｍ、径２４００ｍｍの一般に用いられている真空脱ガス処理装置。
注３：精錬後溶鋼成分のＯ量は、Ａｌ脱酸前のＯ量。
注４：電力使用量及び蒸気使用量は、真空度を保持するための使用量。
【００２２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、低炭素鋼を低コストで、しかも高生産性を維持しつつ、製造することができる等工業的に大きな効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための真空脱ガス装置の一例を示す側面図である。

Claims

予備処理した溶銑を酸素上吹精錬により、最終目標炭素量より０．０１〜０．１０％高い炭素量に精錬し、次いで真空度１００〜５００ｔｒで軽真空脱ガス処理して炭素量０．０２〜０．０５％に精錬することを特徴とする低炭素鋼の製造方法。
溶銑予備処理において、スクラップを装入しＳｉ≦０．０１％まで脱珪及び最終目標燐量より低く脱燐処理することを特徴とする請求項１に記載の低炭素鋼の製造方法。