JP3604311B2 - 取鍋内溶鋼への炭材添加方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炭素溶鋼を製造するために取鍋溶鋼中へ炭材を添加する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、設備装置としては極めて単純な簡易取鍋精錬法が種々実用化されているが、なかでも特公昭５５−３８２１７に開示された発明は、取鍋スラグを耐火物でできた密閉槽（以下、浸漬管）により排除、分離し、この槽に向かって取鍋底部から不活性ガスを送りつつ、浸漬管内の裸の溶鋼面に合金を添加するもので、スラグまたは空気による合金の酸化が防止され、合金成分の歩留りの高位安定と、したがってばらつきの減少がはかられる方法として注目される。また同法の改良技術として、浸漬管内で酸化反応材を添加するとともに酸化性ガスを吹き付けることによる昇熱方法が開発され精錬時間を大幅に短縮できるようになった（特開昭５３−１４９８２６、特公平２−９６４５）。
【０００３】
さらに、上記の方法にて炭素量０．３質量％以上の高炭素溶鋼を精錬できれば、簡易な設備で効率よく清浄度の高い高炭素溶鋼を製造できるので操業コストの低減効果が大きい。
【０００４】
転炉にても送酸量を減少することにより溶鋼の残留炭素を高くすることは可能であるが、吹錬作業末期にサンプリングした試料の炭素分析結果から吹錬作業終了時における炭素分析値を予測する方法を採用しているため吹錬終了時の炭素成分値を規格に満足させることは容易でなく、最終的には取鍋による炭素量の調整が必要となる。また通常、高炭素鋼の製造ロットは低炭素鋼に比べ小さいので転炉１ヒート分すべての溶鋼の炭素レベルを高くすることは得策ではなく、転炉では十分低い炭素レベルまで脱炭しておき、必要分だけ別の取鍋で加炭するほうが合理的である。したがって、上記の簡易取鍋精錬法においても加炭を行うことが望まれているが、これまで企てられたことがなかった。
【０００５】
なお、炭材を精錬炉に添加する先行技術として以下の方法が提案されている。
（１）粒状の炭材を精錬炉の溶鋼の上方から重力で落下させて添加する方法
（２）アーク炉において炭素質材料を、アルミ灰およびＯ２ とともに吹き込むことにより溶鋼の昇熱および溶鋼への加炭を行う精錬方法（特公平６−９２６）
（３）転炉などの精錬炉に、酸素吹き込みランスを用いて、酸素の流路とは別の流路から炭素粉末を吹き付ける溶鋼の加炭方法（特開平１０−８８２１８）
【０００６】
提案（１）の方法は、設備はシンプルであるが、炭材が溶鋼表面に浮遊した状態で溶鋼への溶解が進行するため、加炭が完了するに要する時間が長くなり、結果として全体の精錬時間が延長され、生産性が低い問題がある。
【０００７】
提案（２）の方法は、電力消費量の低減、鉄歩留まりの向上等が目的であり、アルミ灰から生じるＡｌ２ Ｏ３ によりスラグの粘性を上昇させてフォーミングを助長し、これでアークを包み込んで熱損失を低減するとともに、吹込みＯ２ でＦｅが酸化して生成したＦｅＯを、吹き込み炭材により発生するＣＯガスによるフォーミングで効率的に還元することを特徴としており、溶鋼の高炭素化が目的ではなく溶鋼の炭素レベルは最高で０．２質量％程度に過ぎない。また、この方法では電力が主要熱源のため、吹き込む炭材、アルミ灰、およびＯ２ はそれほど多量に必要としないが、上記簡易取鍋精錬炉ではすべての熱源を炭材、Ａｌ、Ｏ２ 等に依存するためアーク炉に比べ発生Ａｌ２ Ｏ３ 量およびＣＯガス量は格段に多くなり、むしろ逆にスラグフォーミングによる操業停止などのトラブルが懸念されるので同様の方法を採用し難い。
【０００８】
提案（３）の方法は、上吹きランスを用いて粉状炭素を酸素ガス噴流に巻き込まれることなく溶鋼に吹き付けるものであり、加炭歩留まりの悪化を防止し、炉内耐火物の熱負荷を軽減することができるものであるが、上記簡易取鍋精錬炉に同様の方法を採用すると、折角加炭された溶鋼が吹込み酸素により脱炭されること、および溶鋼に溶け込まず溶鋼上に浮上した吹込み炭材の一部が吹込み酸素により燃焼すること等の理由で溶鋼の高炭素化は達成できず、むしろ脱炭反応および炭材の燃焼反応により生じたＣＯガスが吹き込み酸素により浸漬管内で燃焼（二次燃焼）することにより、浸漬管内面の耐火物を損傷するおそれも高い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、上記簡易取鍋精錬炉により高炭素鋼を溶製するための効率的な、かつスラグフォーミングなどの操業トラブルを起さない炭材添加方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記簡易取鍋内溶鋼へ炭材を添加する方法に関して種々検討を重ねた結果、炭材を高歩留まりで、かつスラグフォーミングを起さず、清浄度の高い高炭素溶鋼を製造できる取鍋内溶鋼への炭材添加方法を発明するに至った。
【００１１】
本発明の具体的解決手段は以下の通りである。
【００１２】
（請求項１）粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１３】
（請求項２）さらに、炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１４】
（請求項３）取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１５】
（請求項４）前記炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１の前記簡易取鍋の概略図を用いて以下に説明する。
【００１６】
転炉で吹酸されて炭素量約０．０３質量％まで脱炭した後、転炉からの出鋼時に必要に応じてあらかじめ脱酸および昇熱用として酸化反応剤（例えば、Ａｌ、フェロシリコン、フェロマンガン、シリコマンガン等）を投入した溶鋼を取鍋２に装入する。この際、酸化鉄（以下、ＦｅＯで代表させる）を高濃度（約１５質量％）に含有する転炉スラグの一部６が取鍋２に流入し溶鋼１の表面を覆う。
【００１７】
次に、スラグ面より上方で、炭材が溶鋼１またはスラグ６に捕捉されるような高さにセットしたノズル５から不活性ガス（例えばＡｒ、Ｎ２ またはそれらの混合ガス）をキャリアガスとして用い、粉粒状の炭材（例えば、黒鉛、コークス等）を、目標の加炭炭素成分上昇分に到達するまでスラグ６に吹き付ける。
【００１８】
ノズル５を溶鋼中に浸漬して炭材を吹き込むのではなく、上方からスラグに吹き付ける理由は以下の通りである。
【００１９】
ノズル５の先端の位置を溶鋼中に浸漬して炭材の吹込みを行うと、炭材は溶鋼中を浮上する間にその一部は溶鋼中の溶解［Ｏ］と反応してＣＯガスを生成するとともに溶鋼中に［Ｃ］として溶け込み、残りはスラグの下面（溶鋼１とスラグ６の界面）近傍でほとんど捕捉される。その捕捉された炭材は、スラグ６中のＦｅＯをＦｅに還元してＣＯガスを発生させ、前記溶解［Ｏ］との反応から生成したＣＯガスと一緒にスラグ層の最下部からスラグ層内を通過して上昇しなければならずスラグがフォーミングしやすく、ひどい場合には操業停止に至ってしまう。
【００２０】
一方、ノズル５の先端の位置をスラグ６上面より上方として炭材を空間部から炭材が溶鋼１またはスラグ６に捕捉されるように吹き付けると炭材の一部はスラグ層を突き抜けて溶鋼１中に浸入し、残りはスラグ６に直接捕捉され、空間に飛散する炭材はほとんど存在しない。溶鋼１中に浸入した炭材は、上述と同様、再浮上中にその一部は溶鋼中［Ｏ］を除去するとともに溶鋼１に溶け込み、残りはスラグ６の下面（溶鋼１とスラグ６の界面）近傍に捕捉される。スラグ６に直接捕捉された炭材はスラグ層の上面近傍に配置される。したがって、スラグ６中のＦｅＯを還元して生成するＣＯガスの逃出経路はノズル５を溶鋼１中に浸漬した場合に比べて短くなるのでスラグ６のフォーミングは起こり難くなる。また同時に、スラグ中のＦｅＯが還元されてＦｅが回収されるのでＦｅ歩留まりも向上する。
【００２１】
ただし、ノズル５の先端位置をスラグ６上面より高く離しすぎると、空間に飛散する炭材量が増加して炭素歩留まりが低下し、一方、ノズル５の先端位置をスラグ６上面に近づけすぎると、ほとんどの炭材がスラグ層を突き抜けて溶鋼１に浸入してスラグフォーミングが起こりやすくなるので、後述の実施例で示すようにノズル５の先端の位置はスラグ６上面から上方５〜１５ｃｍとすることが好ましい。
【００２２】
その後、取鍋２の底部に設けられたポーラスプラグ３から不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２またはそれらの混合ガス）を吹き込みながら（以下、「底吹きガス」と記す）、取鍋の内径の１／５〜１／３程度の内径の浸漬管４をその最下端が溶鋼中に完全に没するまで下降させる。この際、前記スラグ６は底吹きガスで取鍋２の周辺部に押しやられているため、浸漬管４内はスラグがほとんど存在しない溶鋼面が剥き出しの状態となる。
【００２３】
一方、浸漬管４の外側には底吹きガスが洩れ出さないように浸漬管４の内径を定めているので浸漬管４の外側の溶鋼表面は前記スラグ６に完全に覆われた状態となる。必要により、浸漬管４に設けられた合金投入口８から酸化反応剤や溶鋼成分調整用合金を追加し、酸素ランス７で酸素を吹き付けることにより溶鋼１中の金属（例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ等）を酸化してその酸化発熱により底吹きガスによる溶鋼１の冷却を防止しながら溶鋼１中の［Ｏ］などの不純物を除去することにより清浄な高炭素溶鋼が得られる。
【００２４】
ノズル５は浸漬管４の外側に設置することが好ましい。
【００２５】
もし浸漬管４の内側にノズルを設け、酸素吹錬中に炭材の吹き付けを行うと、前記Ａｌが酸素で酸化されたＡｌ２ Ｏ３ を高濃度に含有する粘性の高いスラグが生成すると同時に酸素による溶鋼からの脱炭反応によるＣＯガスの発生量も増大して、浸漬管４内でスラグフォーミングが発生する可能性が著しく高くなる。
【００２６】
それに対して、浸漬管４の外側に設けられたノズルから炭材を吹き込むと、酸素吹錬中であっても酸素から隔離された場所に炭材を添加でき上述のスラグフォーミングの問題は生じないので、炭材添加と酸素吹錬を同時に行うことが可能となり、精錬時間の短縮が図れる。
【００２７】
ノズル５は昇降できるようにして、スラグ成分、スラグ厚さ等に応じて適量の炭材が溶鋼中まで到達するようノズル先端の高さ方向の位置を調整できるようにしておくのが好ましい。
【００２８】
なお、炭材の吹き付けは取鍋２への溶鋼装入直後に限るものではなく、ポーラスプラグ３から不活性ガスを底吹きしていてもよく、また浸漬管４を溶鋼１中に浸漬した状態でもよく、さらに酸素ランス７よりの酸素上吹き中でも差し支えない。いずれの場合にも底吹きガス導入以後はスラグ６に捕捉された炭材はスラグとともに浸漬管４の外側に押しやられるので上述の反応機構によりスラグフォーミングを起さず、高い歩留まりで加炭されることになる。
【００２９】
なお本発明は、上述の反応機構を満足させるものであればよく、上記簡易取鍋精錬法に限らず、ＬＦ、アルゴンバブリング等他の取鍋精錬法にも適用できるものである。
【００３０】
【実施例】
まず、転炉からの出鋼時にあらかじめ適量の金属Ａｌ、フェロシリコン等の酸化反応剤を投入した溶鋼１を容量２４０ｔの取鍋２に装入した後、内径２８ｍｍのノズル５の先端の高さ位置をセットして粒径０．７ｍｍ以下の炭材を吹込み圧力０．５〜０．７ＭＰａ、吹込み流量１．０〜１．５ｍ３ （標準状態）／ｍｉｎのＡｒをキャリアガスとして８０〜１００ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で目標の加炭炭素成分上昇分に到達するまで吹き込んだ。そして炭材吹込み中に、ポーラスプラグ３からＡｒ＋Ｎ２ の混合ガスを０．００１２ｍ３ （標準状態）／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で吹き込みつつ、溶鋼１内に内径約１．５ｍの浸漬管４を浸漬し、酸素ランス７より酸素を０．１ｍ３ （標準状態）／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で浸漬管４内の溶鋼面に吹き付けて前記金属Ａｌ、フェロシリコン中のＳｉ等を酸化させて、その反応熱により昇熱を行い、底吹きガスによる溶鋼の冷却やスラグ中ＦｅＯの炭材による還元吸熱を補償しながら精錬を行った。
【００３１】
ヒートごとにノズル５の先端の高さ位置のみを変更した試験を行い、各ヒートにおけるスラグフォーミングの高さ、精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度、および炭素歩留まりを測定した。ここに、スラグフォーミングの高さは、取鍋に受鋼した後、溶鋼中に鉄パイプを挿入して付着したスラグ部分の長さを初期のスラグ厚みＬ１とし、炭材添加中に同様に鉄パイプを溶鋼に挿入し付着したスラグ部分の最大の長さをＬ２ とし、Ｌ２ −Ｌ１ により求めた。また、炭素歩留まりは、取鍋による精錬前後の溶鋼質量と溶鋼炭素濃度から計算される加炭された炭素質量を、供給された炭材中の全炭素質量で割ることにより求めた。
【００３２】
試験結果を図２〜４に示す。なお、各図の横軸のノズル５下端からスラグ６上面までの距離（以下、「ノズル先端高さ」と記す）については、プラス（＋）であればスラグ６上面より上方の空間から炭材を吹き込むことを意味し、マイナス（−）であればスラグ６あるいは溶鋼１中へノズルを浸漬して炭材を吹き込むことを意味する。
【００３３】
図２から明らかなように、ノズル先端高さが高くなるほどスラグフォーミング高さは低下し、ノズル先端高さが約５ｃｍ以上になるとほとんどスラグフォーミングは無視でき、炭材のスラグ層上面近傍への配置の効果が現れたものと想定される。
【００３４】
一方、図３からは、ノズル先端高さが約５ｃｍを超えると精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度が上昇し始め、ノズル先端高さが約１５ｃｍを超えると精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度が約３０質量ｐｐｍを超え、加炭が不十分となることがわかった。ノズル先端高さが高くなるにしたがって炭材の溶鋼への浸入量が減少するためと考えられる。
【００３５】
さらに図４からは、ノズル先端高さが約５〜１５ｃｍのとき炭素歩留まりが約８５％以上確保できることが判明した。ノズル先端高さが約１５ｃｍを超えると炭材の空間への飛散量が増大するため炭素歩留まりが低下し、一方、ノズル先端高さが約５ｃｍより低くなるとスラグフォーミングの発生が著しくなり、より早期に試験を中断せざるを得ず、溶鋼中［Ｏ］との反応に消費された炭材量の割合が試験中断までに吹き込まれた全炭材量に対して相対的に上昇して炭素歩留まりが低下した。
【００３６】
したがって、浸漬管外に設置したノズルを用いて、ノズル先端高さ約５〜１５ｃｍから炭材を吹き込むことにより、残留Ｔ．［Ｏ］濃度の十分低い清浄な高炭素溶鋼を、スラグフォーミングによる操業停止などのトラブルを起さず、かつ高い炭素歩留まりで製造できることを確認した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることにより、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、スラグフォーミングによるトラブルを回避しながら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い炭素歩留まりで製造できる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明は、炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、請求項１に記載の発明の効果をより確実にするものである。
【００３９】
請求項３に記載の発明は、取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、前記取鍋によりスラグフォーミングによるトラブルを回避しながら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い炭素歩留まりで製造できることに加え、精錬時間を短縮でき生産性を向上できる。
【００４０】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、請求項３に記載の発明の効果をより確実にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による炭材添加方法の概略を示す図である。
【図２】炭材吹込み用ノズル先端高さとスラグフォーミング高さとの関係を示す図である。
【図３】炭材吹込み用ノズル先端高さと精錬後の溶鋼中の残留Ｔ．［Ｏ］濃度との関係を示す図である。
【図４】炭材吹込み用ノズル先端高さと炭素歩留まりとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶鋼
２ 取鍋
３ ポーラスプラグ
４ 浸漬管
５ ノズル
６ スラグ
７ 酸素ランス
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炭素溶鋼を製造するために取鍋溶鋼中へ炭材を添加する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、設備装置としては極めて単純な簡易取鍋精錬法が種々実用化されているが、なかでも特公昭５５−３８２１７に開示された発明は、取鍋スラグを耐火物でできた密閉槽（以下、浸漬管）により排除、分離し、この槽に向かって取鍋底部から不活性ガスを送りつつ、浸漬管内の裸の溶鋼面に合金を添加するもので、スラグまたは空気による合金の酸化が防止され、合金成分の歩留りの高位安定と、したがってばらつきの減少がはかられる方法として注目される。また同法の改良技術として、浸漬管内で酸化反応材を添加するとともに酸化性ガスを吹き付けることによる昇熱方法が開発され精錬時間を大幅に短縮できるようになった（特開昭５３−１４９８２６、特公平２−９６４５）。
【０００３】
さらに、上記の方法にて炭素量０．３質量％以上の高炭素溶鋼を精錬できれば、簡易な設備で効率よく清浄度の高い高炭素溶鋼を製造できるので操業コストの低減効果が大きい。
【０００４】
転炉にても送酸量を減少することにより溶鋼の残留炭素を高くすることは可能であるが、吹錬作業末期にサンプリングした試料の炭素分析結果から吹錬作業終了時における炭素分析値を予測する方法を採用しているため吹錬終了時の炭素成分値を規格に満足させることは容易でなく、最終的には取鍋による炭素量の調整が必要となる。また通常、高炭素鋼の製造ロットは低炭素鋼に比べ小さいので転炉１ヒート分すべての溶鋼の炭素レベルを高くすることは得策ではなく、転炉では十分低い炭素レベルまで脱炭しておき、必要分だけ別の取鍋で加炭するほうが合理的である。したがって、上記の簡易取鍋精錬法においても加炭を行うことが望まれているが、これまで企てられたことがなかった。
【０００５】
なお、炭材を精錬炉に添加する先行技術として以下の方法が提案されている。
（１）粒状の炭材を精錬炉の溶鋼の上方から重力で落下させて添加する方法
（２）アーク炉において炭素質材料を、アルミ灰およびＯ２ とともに吹き込むことにより溶鋼の昇熱および溶鋼への加炭を行う精錬方法（特公平６−９２６）
（３）転炉などの精錬炉に、酸素吹き込みランスを用いて、酸素の流路とは別の流路から炭素粉末を吹き付ける溶鋼の加炭方法（特開平１０−８８２１８）
【０００６】
提案（１）の方法は、設備はシンプルであるが、炭材が溶鋼表面に浮遊した状態で溶鋼への溶解が進行するため、加炭が完了するに要する時間が長くなり、結果として全体の精錬時間が延長され、生産性が低い問題がある。
【０００７】
提案（２）の方法は、電力消費量の低減、鉄歩留まりの向上等が目的であり、アルミ灰から生じるＡｌ２ Ｏ３ によりスラグの粘性を上昇させてフォーミングを助長し、これでアークを包み込んで熱損失を低減するとともに、吹込みＯ２ でＦｅが酸化して生成したＦｅＯを、吹き込み炭材により発生するＣＯガスによるフォーミングで効率的に還元することを特徴としており、溶鋼の高炭素化が目的ではなく溶鋼の炭素レベルは最高で０．２質量％程度に過ぎない。また、この方法では電力が主要熱源のため、吹き込む炭材、アルミ灰、およびＯ２ はそれほど多量に必要としないが、上記簡易取鍋精錬炉ではすべての熱源を炭材、Ａｌ、Ｏ２ 等に依存するためアーク炉に比べ発生Ａｌ２ Ｏ３ 量およびＣＯガス量は格段に多くなり、むしろ逆にスラグフォーミングによる操業停止などのトラブルが懸念されるので同様の方法を採用し難い。
【０００８】
提案（３）の方法は、上吹きランスを用いて粉状炭素を酸素ガス噴流に巻き込まれることなく溶鋼に吹き付けるものであり、加炭歩留まりの悪化を防止し、炉内耐火物の熱負荷を軽減することができるものであるが、上記簡易取鍋精錬炉に同様の方法を採用すると、折角加炭された溶鋼が吹込み酸素により脱炭されること、および溶鋼に溶け込まず溶鋼上に浮上した吹込み炭材の一部が吹込み酸素により燃焼すること等の理由で溶鋼の高炭素化は達成できず、むしろ脱炭反応および炭材の燃焼反応により生じたＣＯガスが吹き込み酸素により浸漬管内で燃焼（二次燃焼）することにより、浸漬管内面の耐火物を損傷するおそれも高い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、上記簡易取鍋精錬炉により高炭素鋼を溶製するための効率的な、かつスラグフォーミングなどの操業トラブルを起さない炭材添加方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記簡易取鍋内溶鋼へ炭材を添加する方法に関して種々検討を重ねた結果、炭材を高歩留まりで、かつスラグフォーミングを起さず、清浄度の高い高炭素溶鋼を製造できる取鍋内溶鋼への炭材添加方法を発明するに至った。
【００１１】
本発明の具体的解決手段は以下の通りである。
【００１２】
（請求項１）粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１３】
（請求項２）さらに、炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１４】
（請求項３）取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【００１５】
（請求項４）前記炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１の前記簡易取鍋の概略図を用いて以下に説明する。
【００１６】
転炉で吹酸されて炭素量約０．０３質量％まで脱炭した後、転炉からの出鋼時に必要に応じてあらかじめ脱酸および昇熱用として酸化反応剤（例えば、Ａｌ、フェロシリコン、フェロマンガン、シリコマンガン等）を投入した溶鋼を取鍋２に装入する。この際、酸化鉄（以下、ＦｅＯで代表させる）を高濃度（約１５質量％）に含有する転炉スラグの一部６が取鍋２に流入し溶鋼１の表面を覆う。
【００１７】
次に、スラグ面より上方で、炭材が溶鋼１またはスラグ６に捕捉されるような高さにセットしたノズル５から不活性ガス（例えばＡｒ、Ｎ２ またはそれらの混合ガス）をキャリアガスとして用い、粉粒状の炭材（例えば、黒鉛、コークス等）を、目標の加炭炭素成分上昇分に到達するまでスラグ６に吹き付ける。
【００１８】
ノズル５を溶鋼中に浸漬して炭材を吹き込むのではなく、上方からスラグに吹き付ける理由は以下の通りである。
【００１９】
ノズル５の先端の位置を溶鋼中に浸漬して炭材の吹込みを行うと、炭材は溶鋼中を浮上する間にその一部は溶鋼中の溶解［Ｏ］と反応してＣＯガスを生成するとともに溶鋼中に［Ｃ］として溶け込み、残りはスラグの下面（溶鋼１とスラグ６の界面）近傍でほとんど捕捉される。その捕捉された炭材は、スラグ６中のＦｅＯをＦｅに還元してＣＯガスを発生させ、前記溶解［Ｏ］との反応から生成したＣＯガスと一緒にスラグ層の最下部からスラグ層内を通過して上昇しなければならずスラグがフォーミングしやすく、ひどい場合には操業停止に至ってしまう。
【００２０】
一方、ノズル５の先端の位置をスラグ６上面より上方として炭材を空間部から炭材が溶鋼１またはスラグ６に捕捉されるように吹き付けると炭材の一部はスラグ層を突き抜けて溶鋼１中に浸入し、残りはスラグ６に直接捕捉され、空間に飛散する炭材はほとんど存在しない。溶鋼１中に浸入した炭材は、上述と同様、再浮上中にその一部は溶鋼中［Ｏ］を除去するとともに溶鋼１に溶け込み、残りはスラグ６の下面（溶鋼１とスラグ６の界面）近傍に捕捉される。スラグ６に直接捕捉された炭材はスラグ層の上面近傍に配置される。したがって、スラグ６中のＦｅＯを還元して生成するＣＯガスの逃出経路はノズル５を溶鋼１中に浸漬した場合に比べて短くなるのでスラグ６のフォーミングは起こり難くなる。また同時に、スラグ中のＦｅＯが還元されてＦｅが回収されるのでＦｅ歩留まりも向上する。
【００２１】
ただし、ノズル５の先端位置をスラグ６上面より高く離しすぎると、空間に飛散する炭材量が増加して炭素歩留まりが低下し、一方、ノズル５の先端位置をスラグ６上面に近づけすぎると、ほとんどの炭材がスラグ層を突き抜けて溶鋼１に浸入してスラグフォーミングが起こりやすくなるので、後述の実施例で示すようにノズル５の先端の位置はスラグ６上面から上方５〜１５ｃｍとすることが好ましい。
【００２２】
その後、取鍋２の底部に設けられたポーラスプラグ３から不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２またはそれらの混合ガス）を吹き込みながら（以下、「底吹きガス」と記す）、取鍋の内径の１／５〜１／３程度の内径の浸漬管４をその最下端が溶鋼中に完全に没するまで下降させる。この際、前記スラグ６は底吹きガスで取鍋２の周辺部に押しやられているため、浸漬管４内はスラグがほとんど存在しない溶鋼面が剥き出しの状態となる。
【００２３】
一方、浸漬管４の外側には底吹きガスが洩れ出さないように浸漬管４の内径を定めているので浸漬管４の外側の溶鋼表面は前記スラグ６に完全に覆われた状態となる。必要により、浸漬管４に設けられた合金投入口８から酸化反応剤や溶鋼成分調整用合金を追加し、酸素ランス７で酸素を吹き付けることにより溶鋼１中の金属（例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ等）を酸化してその酸化発熱により底吹きガスによる溶鋼１の冷却を防止しながら溶鋼１中の［Ｏ］などの不純物を除去することにより清浄な高炭素溶鋼が得られる。
【００２４】
ノズル５は浸漬管４の外側に設置することが好ましい。
【００２５】
もし浸漬管４の内側にノズルを設け、酸素吹錬中に炭材の吹き付けを行うと、前記Ａｌが酸素で酸化されたＡｌ２ Ｏ３ を高濃度に含有する粘性の高いスラグが生成すると同時に酸素による溶鋼からの脱炭反応によるＣＯガスの発生量も増大して、浸漬管４内でスラグフォーミングが発生する可能性が著しく高くなる。
【００２６】
それに対して、浸漬管４の外側に設けられたノズルから炭材を吹き込むと、酸素吹錬中であっても酸素から隔離された場所に炭材を添加でき上述のスラグフォーミングの問題は生じないので、炭材添加と酸素吹錬を同時に行うことが可能となり、精錬時間の短縮が図れる。
【００２７】
ノズル５は昇降できるようにして、スラグ成分、スラグ厚さ等に応じて適量の炭材が溶鋼中まで到達するようノズル先端の高さ方向の位置を調整できるようにしておくのが好ましい。
【００２８】
なお、炭材の吹き付けは取鍋２への溶鋼装入直後に限るものではなく、ポーラスプラグ３から不活性ガスを底吹きしていてもよく、また浸漬管４を溶鋼１中に浸漬した状態でもよく、さらに酸素ランス７よりの酸素上吹き中でも差し支えない。いずれの場合にも底吹きガス導入以後はスラグ６に捕捉された炭材はスラグとともに浸漬管４の外側に押しやられるので上述の反応機構によりスラグフォーミングを起さず、高い歩留まりで加炭されることになる。
【００２９】
なお本発明は、上述の反応機構を満足させるものであればよく、上記簡易取鍋精錬法に限らず、ＬＦ、アルゴンバブリング等他の取鍋精錬法にも適用できるものである。
【００３０】
【実施例】
まず、転炉からの出鋼時にあらかじめ適量の金属Ａｌ、フェロシリコン等の酸化反応剤を投入した溶鋼１を容量２４０ｔの取鍋２に装入した後、内径２８ｍｍのノズル５の先端の高さ位置をセットして粒径０．７ｍｍ以下の炭材を吹込み圧力０．５〜０．７ＭＰａ、吹込み流量１．０〜１．５ｍ３ （標準状態）／ｍｉｎのＡｒをキャリアガスとして８０〜１００ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で目標の加炭炭素成分上昇分に到達するまで吹き込んだ。そして炭材吹込み中に、ポーラスプラグ３からＡｒ＋Ｎ２ の混合ガスを０．００１２ｍ３ （標準状態）／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で吹き込みつつ、溶鋼１内に内径約１．５ｍの浸漬管４を浸漬し、酸素ランス７より酸素を０．１ｍ３ （標準状態）／（ｍｉｎ・ｔ溶鋼）で浸漬管４内の溶鋼面に吹き付けて前記金属Ａｌ、フェロシリコン中のＳｉ等を酸化させて、その反応熱により昇熱を行い、底吹きガスによる溶鋼の冷却やスラグ中ＦｅＯの炭材による還元吸熱を補償しながら精錬を行った。
【００３１】
ヒートごとにノズル５の先端の高さ位置のみを変更した試験を行い、各ヒートにおけるスラグフォーミングの高さ、精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度、および炭素歩留まりを測定した。ここに、スラグフォーミングの高さは、取鍋に受鋼した後、溶鋼中に鉄パイプを挿入して付着したスラグ部分の長さを初期のスラグ厚みＬ１とし、炭材添加中に同様に鉄パイプを溶鋼に挿入し付着したスラグ部分の最大の長さをＬ２ とし、Ｌ２ −Ｌ１ により求めた。また、炭素歩留まりは、取鍋による精錬前後の溶鋼質量と溶鋼炭素濃度から計算される加炭された炭素質量を、供給された炭材中の全炭素質量で割ることにより求めた。
【００３２】
試験結果を図２〜４に示す。なお、各図の横軸のノズル５下端からスラグ６上面までの距離（以下、「ノズル先端高さ」と記す）については、プラス（＋）であればスラグ６上面より上方の空間から炭材を吹き込むことを意味し、マイナス（−）であればスラグ６あるいは溶鋼１中へノズルを浸漬して炭材を吹き込むことを意味する。
【００３３】
図２から明らかなように、ノズル先端高さが高くなるほどスラグフォーミング高さは低下し、ノズル先端高さが約５ｃｍ以上になるとほとんどスラグフォーミングは無視でき、炭材のスラグ層上面近傍への配置の効果が現れたものと想定される。
【００３４】
一方、図３からは、ノズル先端高さが約５ｃｍを超えると精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度が上昇し始め、ノズル先端高さが約１５ｃｍを超えると精錬後溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度が約３０質量ｐｐｍを超え、加炭が不十分となることがわかった。ノズル先端高さが高くなるにしたがって炭材の溶鋼への浸入量が減少するためと考えられる。
【００３５】
さらに図４からは、ノズル先端高さが約５〜１５ｃｍのとき炭素歩留まりが約８５％以上確保できることが判明した。ノズル先端高さが約１５ｃｍを超えると炭材の空間への飛散量が増大するため炭素歩留まりが低下し、一方、ノズル先端高さが約５ｃｍより低くなるとスラグフォーミングの発生が著しくなり、より早期に試験を中断せざるを得ず、溶鋼中［Ｏ］との反応に消費された炭材量の割合が試験中断までに吹き込まれた全炭材量に対して相対的に上昇して炭素歩留まりが低下した。
【００３６】
したがって、浸漬管外に設置したノズルを用いて、ノズル先端高さ約５〜１５ｃｍから炭材を吹き込むことにより、残留Ｔ．［Ｏ］濃度の十分低い清浄な高炭素溶鋼を、スラグフォーミングによる操業停止などのトラブルを起さず、かつ高い炭素歩留まりで製造できることを確認した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることにより、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、スラグフォーミングによるトラブルを回避しながら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い炭素歩留まりで製造できる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明は、炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、請求項１に記載の発明の効果をより確実にするものである。
【００３９】
請求項３に記載の発明は、取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、前記取鍋によりスラグフォーミングによるトラブルを回避しながら、［Ｏ］の低い清浄な高炭素溶鋼を高い炭素歩留まりで製造できることに加え、精錬時間を短縮でき生産性を向上できる。
【００４０】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法であり、請求項３に記載の発明の効果をより確実にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による炭材添加方法の概略を示す図である。
【図２】炭材吹込み用ノズル先端高さとスラグフォーミング高さとの関係を示す図である。
【図３】炭材吹込み用ノズル先端高さと精錬後の溶鋼中の残留Ｔ．［Ｏ］濃度との関係を示す図である。
【図４】炭材吹込み用ノズル先端高さと炭素歩留まりとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶鋼
２ 取鍋
３ ポーラスプラグ
４ 浸漬管
５ ノズル
６ スラグ
７ 酸素ランス
Claims (4)
- 粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
- 炭材吹き込みノズルの先端の位置を前記スラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項１に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
- 取鍋内に挿入する浸漬管を有し、かつ底部に不活性ガス吹き込み口を有する取鍋に保持した溶鋼への炭材添加方法であって、前記浸漬管外に設置した炭材吹込みノズルを用い、粉粒状の炭材を不活性ガスによりスラグに吹き付けることによって、前記炭材を前記溶鋼または前記スラグに捕捉させることを特徴とする取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
- 前記炭材吹き込みノズルの先端の位置をスラグ層上面から５〜１５ｃｍ上方として行う請求項３に記載の取鍋内溶鋼への炭材添加方法。
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