JP3750928B2 - 加炭材およびそれを用いた製鋼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼時に用いられる加炭材及びそれを用いた製鋼方法に関する。さらに詳しくは、酸化雰囲気でも安定した加炭を行うことができ、かつ、所望の溶落時の炭素含有量（溶落カーボン値）を低コストで要求どおりに得ることができる加炭材及びそれを用いた製鋼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼炉作業中に溶鋼の炭素量を調節するために加炭を行なう際には、コークス、黒鉛、豆炭、木炭又は炭化チップなどの炭素材や、高炉銑、電炉銑又は古銑などの銑鉄を加炭源として使用している。これらを用いて加炭を行なった場合、いずれも初期の値を出すには不安定である。
【０００３】
すなわち、炭素材を加炭源として用いる場合は、酸化雰囲気では炭素材が燃焼してしまうことが多く、必要量以上の炭素材を投入しなければならなかった。したがって、加炭効率はあまり良くなく、溶落カーボン値も一定の値にはならなかった。
【０００４】
また、銑鉄類を加炭源として用いる場合も、スクラップの溶け残りがあると精錬後半の成分調整中に加炭が必要な場合もあり、溶鋼中のカーボン値が不安定である。また、銑鉄類は高価であり、かつ、リン含有量が多いものもあり脱リン作業に時間を要するためコスト高となってしまう。
【０００５】
ところで、１９５５年に本間正雄教授が開発したセンダイト・プロセス滓（Sendite Process滓：以下、ＳＰ滓という）は高強度強靭鋳鉄の製造に使用されている。このＳＰ滓は石灰石と炭素材とからなる脱酸剤で、鋳鉄を分子状態で活性化し基本性質を改良する効果がある。このことは特公昭３０−３２０６号公報、同３０−６８５７号公報、同３０−６８５８号公報などに記載されている。
すなわち、通常の脱酸剤は溶鋼中のフリー酸素を完全に除去することができるが、鋼中の炭素と共にクラスターを形成する酸素を除去することができない。これに対し、ＳＰ滓はその強力な脱酸力によりクラスター酸素までも除去することができ、この還元雰囲気により加炭効率が向上する。
【０００６】
センダイト・プロセス理論によれば、ＳＰ滓の還元精錬速度（ＲＲＶ：Reducing Refining Velocity）は、以下の一般式で表される。
ＲＲＶ＝ｋ・Ｎ・（Ａ／Ｄ）・Ｔ
（式中、ｋは定数、Ｎは酸化カルシウム分子と炭素原子との接触点数、Ａ／Ｄは溶鋼の表面積、Ｔはスラグ温度をそれぞれ示す。）
この式より、酸化カルシウム分子と炭素原子との接触点数が多いほど還元速度が速くなることがわかる。すなわち、生石灰と炭素材は細かく混合されることにより強い脱酸力を持つと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
溶落カーボン値を安定化させることは、その後の工程を簡便なものにするため、従来から、製鋼作業において低コストで所望の溶落カーボン値を確保することは、長い間解決すべき悲願であった。上述したＳＰ滓は脱酸効果について報告されているが、加炭効果については今まで指摘されていなかった。
本発明は、酸化雰囲気でも安定した加炭を行うことができ、所望の溶落カーボン値を低コストで要求どおりに得ることができる加炭材及びそれを用いた製鋼方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
今回発明者らはＳＰ滓が加炭効果をも発揮することを発見した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち本発明は、
（１）製鋼炉作業中に溶鋼の炭素量を調節するために加炭を行なう加炭材であって、粒度５ｍｍ以下の生石灰または石灰石を２０〜８０質量％および粒度３ｍｍ以下の炭素材を２０〜８０質量％含有することを特徴とする加炭材、
（２）炭素材が石炭コークスであることを特徴とする（１）項に記載の加炭材、
（３）酸素ブローと同時に炉内に投入されることを特徴とする（１）または（２）項に記載の加炭材、
（４）（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の加炭材を原料スクラップに対して０．７〜１．５質量％使用することを特徴とする製鋼方法、
（５）スクラップを追加装入する前に炉内に加炭材を投入することを特徴とする（４）項に記載の製鋼方法、
（６）加炭作用と脱酸作用とを同時に行わせることを特徴とする（４）項に記載の製鋼方法
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の加炭材について詳細に説明する。
本発明の加炭材は、従来の加炭材とは異なり、それ自体が強力な還元力を持ったもので、その構成成分のカーボンが、自ら作った還元雰囲気の中、溶鋼中に加炭するものである。
【００１０】
すなわち、製鋼炉作業中には加炭材の他に、脱硫を目的とした生石灰や脱酸剤などが炉中に投入されているが、従来は生石灰と炭素材とは混合されずに投入されていたため、上記のセンダイト・プロセス理論における酸化カルシウム分子と炭素原子との接触点数が少なく、加炭時に脱酸作用が働かなかった。
【００１１】
これに対して、本発明の加炭材の場合は、溶鋼界面において下式に示すように、生石灰と炭素材とが反応して生成するカルシウム原子がフリー酸素のみならず溶鋼中の炭素と隣接するクラスター酸素をも脱酸し、それと同時に加炭が行われることで、安定した加炭を可能にすると考えられる。
ＣａＯ＋Ｃ→Ｃａ＋ＣＯ
Ｃａ＋Ｏ（クラスター）→ＣａＯ
本発明の加炭材の特徴は、強い脱酸力を伴った加炭現象を作り出すことにある。このため酸化雰囲気においても安定した加炭を行うことができる。
【００１２】
本発明の加炭材は生石灰と炭素材とからなる。原料となる炭素材としては、天然黒鉛、人造黒鉛、石炭コークス、ピッチコークス、オイルコークスなどを使用することができ、人造黒鉛が好ましく、コスト面からは石炭コークスが好ましい。揮発分の多いものは、原料としてそのまま使用すると加炭する前に燃焼してしまうため、目的とする効果を得るためには成形することが必要となる。
【００１３】
また、生石灰が原料として使用されるが、生石灰に限られず石灰石も原料に用いることができる。その理由は、石灰石を加熱すると、
ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２↑
の反応によりＣａＯとなるためである。この際、ＣＯ_２ガスが発生するためバブリング効果を得ることもできる。また、生石灰と石灰石の両方を同時に用いてもよい。
【００１４】
さらに、ＳｉＯ_２やホタル石（ＣａＦ_２）、アルミドロス等を含有してもよい。ＳｉＯ_２やホタル石を含有させる理由は、スラッグの流動性をコントロールするためであり、アルミドロスを含有させる理由は、加炭材中に配合されている生石灰の溶融を促進させるため及びドロス中の金属アルミニウムにより発熱させるためである。
【００１５】
生石灰または石灰石と炭素材との配合比は、生石灰または石灰石２０〜８０質量％：炭素材２０〜８０質量％、好ましくは生石灰または石灰石３０〜５０質量％：炭素材５０〜７０質量％である。この配合比は要求される溶落カーボン値によって範囲内で変動する。
【００１６】
本発明の加炭材の形状は、原料となる炭素材により異なるが、砂状、泥状またはその中間となる。なお、ペレット状、ブリケット状や押出成型品などに自由に成形することも可能である。
成形するために、必要によりバインダーを含有させることができる。バインダーとしては、ピッチコークス、溶融ポリエチレン、溶融ポリスチレン、松やになどを用いることができる。バインダーの含有量は５〜３０質量％が好ましく、５〜１０質量％がさらに好ましい。
【００１７】
なお、本発明の加炭材には生石灰が含有されていることから、その配合比によっては脱硫効果を得ることもでき、その後に生石灰を投入しなくとも良い場合がある。また、合金鉄などの脱酸剤ではその非金属介在物は鋼中に残りやすいが、本発明の加炭材は脱酸効果も有するため、後に投入する脱酸剤の量を減量することもできる。
【００１８】
次に本発明の加炭材の製造方法を説明する。
本発明の加炭材は、所定の粒径の生石灰または石灰石と所定の粒径の炭素材とを混合して製造する。この場合に、生石灰または石灰石と炭素材とは細かく混合されることにより強い脱酸力を持つと考えられるため、生石灰または石灰石の粒度の範囲は５ｍｍ以下とし、好ましくは１〜３ｍｍとする。また、炭素材の粒度の範囲は３ｍｍ以下とし、好ましくは０．３〜１ｍｍとする。
【００１９】
混合は、落とし込み混合によったり、スクリューフィーダを用いたりして行うことができる。また、生石灰または石灰石および炭素材の混合物に、必要に応じてバインダーを加えて成形することもできる。
【００２０】
次に、本発明の加炭材を使用する製鋼方法について説明する。
本発明の加炭材の使用量は要求される溶落カーボン値を得られるように自由に設定することができるが、スクラップに対する加炭材の好ましい含有量の割合は０．７〜１．５質量％である。
本発明の加炭材は、鋼鉄にも鋳鉄にも使用することができる。
【００２１】
具体的には、まず、電気炉内にスクラップを装入し、通電を開始する。本発明の加炭材を投入する時期は、要求される溶落カーボン値を得られるように自由なタイミングで投入することができる。スクラップ投入前またはスクラップ溶解のボーリング期に投入した場合は、その後に追加して投入する必要はない。なお、本発明の加炭材は酸化雰囲気でも安定した加炭を行うことができるので、酸素ブローと同時に加炭材を投入してもよい。その後、スクラップの追加装入、酸素カッティング、酸素吹精などを行い、スクラップを溶落させる。
溶落後、アルミ灰インジェクションを行う。この代わりにＳＰ滓インジェクションを行なってもよい。さらに、粉コークス、脱硫剤（生石灰）を投入する。なお、上述したように粉コークスの量は通常の場合よりも少なくすることができ、また、加炭材の配合比によっては生石灰を投入しなくとも良い。
電気炉内での精錬終了後取鍋に受鋼した後、鋳造することによって鋼鉄や鋳鉄を得る。
【００２２】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
実施例１
生石灰（粒度５ｍｍ以下）４０質量％および石炭コークス（粒度３ｍｍ以下）６０質量％を、落とし込み混合にて常温で混合し、加炭材を作製した。
【００２３】
作製した加炭材を使用して製鋼した。
まず、７５ｔＡＣ炉（傾斜炉）内にスクラップ３７ｔを本装入した。スクラップ中には銑鉄類を含まなかった。通電を開始して本装入分のスクラップを溶解させた後、電力量が５００ｋｗｈとなったときに炉頂から、作製した加炭材を溶落カーボン値が０．３％となるように１ｔ投入した。その後いったん通電を停止してスクラップを３０ｔ追加装入し、通電を再開してスクラップを溶解させた。その後、スラグの脱硫のためにＣａＯを３００ｋｇ投入した。その後再び通電を停止し、スクラップをさらに２３ｔ追加装入した。再度通電を開始しスクラップを溶解させながら、酸素カッティングを行い、アルミ灰を５００ｋｇ投入した。また、酸素吹精も同時に行った。本装入分のスクラップを溶解させたときから４５分後にスクラップ全９０ｔが溶落した。
溶落後、酸化精錬を１３分間行なった。その際にサンプリングを行い、溶落カーボン値を測定した。なお、溶けたスクラップは酸化精錬後、還元精錬を４分間行ない出鋼とした。測定した溶落カーボン値の結果を表１に示す。
【００２４】
比較例１
加炭源として銑鉄類を用いた。スクラップ全９０ｔ中４．７ｔを銑鉄類とし、本装入分のスクラップを溶解させた後にコークスを７７ｋｇ投入し、出鋼前に生石灰を投入した以外は実施例１と同様にして製鋼した。その結果を表１に示す。
【００２５】
比較例２
加炭源として銑鉄類及びコークスを用いた。スクラップ全９０ｔ中４．９ｔを銑鉄類とし、本装入分のスクラップを溶解させた後にコークスを２６４ｋｇ投入し、出鋼前に生石灰を投入した以外は実施例１と同様にして製鋼した。その結果を表１に示す。
【００２６】
比較例３
加炭源としてコークスを用いた。本装入分のスクラップを溶解させた後にコークスを４５０ｋｇ投入し、出鋼前に生石灰を投入した以外は実施例１と同様にして製鋼した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示した結果より、比較例１〜３では、いずれも、目標の溶落カーボン値よりも低い値しか得ることができず、安定した加炭を行うことができなかった。これに対し実施例１では要求した溶落カーボン値を得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の加炭材は、酸化雰囲気でも安定した加炭を行うことができ、かつ、所望の溶落カーボン値を低コストで要求どおりに得ることができる。

Claims (6)

1. 製鋼炉作業中に溶鋼の炭素量を調節するために加炭を行なう加炭材であって、粒度５ｍｍ以下の生石灰または石灰石を２０〜８０質量％および粒度３ｍｍ以下の炭素材を２０〜８０質量％含有することを特徴とする加炭材。
2. 炭素材が石炭コークスであることを特徴とする請求項１記載の加炭材。
3. 酸素ブローと同時に炉内に投入されることを特徴とする請求項１または２に記載の加炭材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の加炭材を原料スクラップに対して０．７〜１．５質量％使用することを特徴とする製鋼方法。
5. スクラップを追加装入する前に炉内に加炭材を投入することを特徴とする請求項４記載の製鋼方法。
6. 加炭作用と脱酸作用とを同時に行わせることを特徴とする請求項４記載の製鋼方法。