JP3829610B2 - 溶鋼の精錬方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置を使用した溶鋼の精錬方法に関し、特にスラグ量を低減できる効率的な溶鋼の精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉で脱炭された溶鋼は、温度調整、最終成分調整、真空脱ガス処理および脱硫処理などを行う２次精錬が一般的に行われる。
【０００３】
２次精錬で最も時間を要するのは真空脱ガス処理および脱硫処理である。真空脱ガス処理は浸漬管と真空槽とを備えた例えばＲＨ真空脱ガス装置で行われ、脱硫処理は溶鋼に不活性ガスまたは脱硫剤を添加するガス吹き込み装置を用いて一般的に行われる。
【０００４】
しかし、この２つの処理を別の設備でそれぞれ時間をかけて行うことは効率的ではなく、真空脱ガス処理と脱硫処理とを同時に行う方法が多数提案されてきた。
【０００５】
例えば、特開平６−３２２４３１号公報には、真空槽内溶鋼に脱硫剤を吹き付ける方法が、特開昭６２−１６４８１５公報には、真空脱ガス処理中の取鍋内溶鋼に脱硫剤を吹き込む方法が提案されている。
【０００６】
これらの方法は真空脱ガス装置に脱硫剤を添加する機能を付加させることで、真空脱ガスと同時に脱硫処理を行う方法であり、この同時処理により総処理時間短縮が図られてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、浸漬管と真空槽とを備えた真空脱ガス装置で脱硫処理を行う場合、例えば脱硫剤を取鍋内溶鋼に添加した場合、以下の問題があった。
【０００８】
第一の問題は、脱硫速度が不十分であり、処理時間をさらに短縮することが必要である。
第二の問題は、発生するスラグ量が多くなることである。
【０００９】
一般的な脱硫方法には、脱硫剤を例えば前記の通り取鍋内溶鋼に添加する方法と、取鍋内溶鋼表面に脱硫能力の高いスラグを形成し、スラグと溶鋼とを攪拌することでスラグ中にＳ分を捕捉させる方法とがある。
【００１０】
しかし、浸漬管と真空槽からなる真空脱ガス装置では、スラグと溶鋼との反応が遅いため、脱硫剤を溶鋼に添加する方法が一般的に採用され、しかも大量の脱硫剤を溶鋼に添加することを前提として通常行われる。
【００１１】
大量に添加された脱硫剤は、溶鋼表面に浮上しスラグと混合し、最終的に廃棄物となるスラグ量が著しく多くなるという問題があった。さらに、大量の脱硫剤の使用は大きなコストアップの原因となり問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、ＲＨ真空脱ガス装置を使用した溶鋼の精錬方法において、スラグ量を低減できる効率的な溶鋼の精錬方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＲＨ真空脱ガス装置を使用してスラグ量を低減できる効率的な溶鋼の精錬方法を試験検討したところ、スラグと溶鋼との反応を促進できる最適な攪拌条件を見出し下記の本発明を完成できた。
【００１４】
ここに本発明は、浸漬管の中心が取鍋中心を通る直線上に配置された２本の浸漬管を有したＲＨ真空脱ガス装置を用いて、溶鋼の真空脱ガス処理を行う精錬方法において、真空脱ガス処理開始と同時または後に、取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）、溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）、取鍋内径Ｒ（ｍ）、ガス吹き込み位置と取鍋中心との取鍋半径方向の距離ｒ（ｍ）、ガス流量Ｑ（ｍ３ （標準状態）／分）が下記（１）、（２）、（３）式を満足することを特徴とする溶鋼の精錬方法である。
【００１５】
０．０７≦Ｈ／Ｄ≦０．５０ …（１）
０．３５≦ｒ／Ｒ≦０．９０ …（２）
０．０１≦Ｑ／Ｈ≦０．８０ …（３）
【００１６】
【発明の実施の形態】
（Ａ）溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨについて
溶鋼を水で、スラグをシリコンオイルでそれぞれ模擬し、オイル中の塩化ナトリウムをトレ−サとした模型実験を行い、ガス吹き込み深さがスラグ−溶鋼間反応速度に及ぼす影響を調査した。
【００１７】
実験には水量７リットルの二本の浸漬管と真空槽からなるＲＨ真空脱ガス装置（以下、ＲＨともいう）と水量１３０リットルの取鍋の模型を用いた。
図１は模型実験時の取鍋におけるガス吹き込み位置を示す平面図である。
【００１８】
同図において、１：ＲＨ上昇管、２：ＲＨ下降管、３：ガス吹き込み位置、５：取鍋をそれぞれ示す。
図２は取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）と溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）と比（Ｈ／Ｄ）とオイル中のトレーサ濃度との関係を示すグラフである。
【００１９】
なお、吹き込みガスとしてアルゴンガスを使用し、ガス吹き込み量は５（標準状態）リットル／分、吹き込み時間は１０分の同じ条件で実験した。
また、図３は、取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）と溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）との関係を示す概念図である。
【００２０】
同図において、４：ガス吹き込み管、５：取鍋、Ｄ：取鍋内溶鋼深さ、Ｈ：ガス吹き込み深さをそれぞれ示す。
図２に示すように、比（Ｈ／Ｄ）が０．０７以上０．５０以下でオイル中のトレーサ濃度が極小となることが判明した。
【００２１】
比（Ｈ／Ｄ）が０．５０を超えて深くなると、吹き込みによる撹拌効果とＲＨによる循環流が干渉しあい、撹拌効果が低減するためであると推定できる。
また、比（Ｈ／Ｄ）が０．０７未満で浅くなると、気泡の浮上距離が短くなりすぎることが原因で撹拌効果が低減するものと推定できる。
【００２２】
（Ｂ）ガス吹き込み位置について
同様の模型実験により、最適な吹き込み位置を検討した。
図４は取鍋内径Ｒ（ｍ）とガス吹き込み位置から取鍋中心までの取鍋半径方向の距離ｒ（ｍ）との比（ｒ／Ｒ）とオイル中のトレーサ濃度との関係を示すグラフである。
【００２３】
なお、比（Ｈ／Ｄ）は０．１０〜０．５０とし、ガス流量は５（標準状態）リットル／分として実験を行った。
また、図５は、取鍋内径Ｒ（ｍ）とガス吹き込み位置から取鍋中心までの取鍋半径方向の距離ｒ（ｍ）との関係を示す概念図である。
【００２４】
同図において、１：ＲＨ上昇管、２：ＲＨ下降管、５：取鍋、Ｒ：取鍋内径、ｒ：ガス吹き込み位置から取鍋中心までの取鍋半径方向の距離をそれぞれ示す。
なお、ガス吹き込みは、ＲＨ上昇管１およびＲＨ下降管２の設置平面を除く位置で行った。
【００２５】
図４に示すように、比（ｒ／Ｒ）が０．３５以上０．９０以下でオイル中のトレーサ濃度が極小となることが判明した。
（Ｃ）吹き込みガス流量について
上記模型実験結果を基に、溶鋼を用いたＲＨ試験により、Ａｒガス吹き込み流量の最適値を検討した。
【００２６】
図６は、溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）とＡｒガス流量Ｑ（ｍ³ （標準状態）／分）との比（Ｑ／Ｈ）と溶鋼中のＳ濃度との関係を示すグラフである。
【００２７】
なお、比（Ｈ／Ｄ）は０．１０〜０．５０とし、比（ｒ／Ｒ）が０．３５以上０．９０以下とし、吹き込み時間を７分として試験を行った。
図６に示すように、比（Ｑ／Ｈ）が０．０１以上０．８０以下で溶鋼中のＳ濃度が極小となることが判明した。
【００２８】
（Ｄ）必要スラグ量の低減効果について
前記（Ａ）〜（Ｃ）で得られた結果をまとめると、以下に示す式で表される。
０．０７≦Ｈ／Ｄ≦０．５０ …（１）
０．３５≦ｒ／Ｒ≦０．９０ …（２）
０．０１≦Ｑ／Ｈ≦０．８０ …（３）
溶鋼中のＳ濃度を２０質量ppm （以下、単にppm で質量ppm を表す）から５ppm に低減するときのスラグ量と上記（１）〜（３）式との関係を試験した。
【００２９】
表１に比（Ｈ／Ｄ）、比（ｒ／Ｒ）および比（Ｑ／Ｈ）と溶鋼１トン当たりの必要スラグ量（ｋｇ）との関係を示す。
なお、表中の評価○は、前記（１）〜（３）式の各々について満足することを、評価×は前記（１）〜（３）式の各々について満足しないことをそれぞれ示す。
【００３０】
【表１】

また、使用したスラグは、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系スラグである。
【００３１】
同表に示すように、前記（１）〜（３）式を全て満足すれば、溶鋼１トン当たりの必要スラグ量を１５ｋｇ以下に低減できることが判明した。
表２に比（Ｈ／Ｄ）、比（ｒ／Ｒ）および比（Ｑ／Ｈ）とスラグ中の低級酸化物濃度（スラグ中ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 濃度の合計濃度：質量％）との関係を示す。
【００３２】
【表２】

なお、表中の評価○は、前記（１）〜（３）式の各々について満足することを、評価×は前記（１）〜（３）式の各々について満足しないことをそれぞれ示す。
【００３３】
また、処理前のスラグ中の低級酸化物濃度は８〜１０質量％であり、Ａｒガス吹き込み時間は８分とした。
表２に示すように、前記（１）〜（３）式を全て満足すれば、スラグ中の低級酸化物濃度を１．５質量％以下に低減できることが判明した。
【００３４】
一方、前記（１）〜（３）式の少なくとも１式を満足しない場合、スラグ中の低級酸化物濃度が２．２質量％以上と高くなった。
次に、本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
転炉処理終了後、溶鋼を取鍋へ出鋼する。出鋼後、取鍋をＲＨへ移動し、真空脱ガス処理を開始する。
ＲＨ真空脱ガス処理開始と同時または後に、前記（１）〜（３）式に従いガス吹き込みを開始する。
【００３６】
吹き込むガスはＡｒなどの不活性ガスが望ましいが、必要に応じて窒素などの他のガスを用いても良い。
また、吹き込みに用いるノズルはいかなる形状のものでも良く、吹き込むノズル数は１個で十分であるが、数個でもよい。
【００３７】
ガス吹き込み処理中のＲＨ真空槽内真空度は、より高真空であることが望ましいが、溶鋼循環流が停止しない範囲であればよい。
ガスの吹き込み時間は３分以上１５分以下が望ましい。吹き込み時間が３分未満であると十分な撹拌効果が得られないおそれがあり、１５分を超えて長いと撹拌効果が飽和するおそれがある。
【００３８】
本発明は、脱硫処理に加えて、スラグ−溶鋼間の効率的な反応を必要とする脱燐処理およびスラグ中の低級酸化物低減処理などに適用できる。
また、本発明は、ＲＨ真空槽において上吹きランス等を使用して各種フラックスを添加し、効率よく脱硫処理等を行うことにも適用できる。
【００３９】
さらに、本発明は、ＲＨ真空槽において上吹きランス等を使用して酸素上吹きを行う脱炭精錬時に問題となるスラグ中の低級酸化物の増加を防止することに適用できる。このときの真空槽内での溶鋼への酸素供給方法は、上吹きランス、羽口などで酸素ガスを供給する方法、酸化鉄などの酸化物固体を溶鋼へ供給する方法などがある。
【００４０】
また、脱炭直前に酸素を供給する場合も含まれる。酸素供給と同時にガス吹き込みを行うことが望ましいが、酸素供給終了後から脱炭終了にかけて吹き込みを行ってもよい。
【００４１】
【実施例】
（実施例１）
転炉で脱炭した溶鋼質量２５０トンを、取鍋内に出鋼し、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に移動し、真空処理を開始した。
【００４２】
ＲＨ真空槽内の真空度を１３３Ｐａとして真空脱ガス処理を開始し、同時に表３に示すＡｒガス吹き込み条件で脱硫処理試験を行った。
【００４３】
【表３】

なお、表中の評価○は、前記（１）〜（３）式の各々について満足することを、評価×は前記（１）〜（３）式の各々について満足しないことをそれぞれ示す。
【００４４】
また、表４に使用したスラグの組成を示す。
【００４５】
【表４ 】

さらに、ＲＨ処理中のスラグ量は３７５０ｋｇの一定量とし、かつＡｒガス吹き込み時間は７分間とした一定条件で試験を行った。
【００４６】
表３に示すように、前記（１）〜（３）式を全て満足した本発明例は、処理後のＳ濃度が２ppm 以下に低減できたが、前記（１）〜（３）式の少なくとも１式を満足しない比較例は７ppm 以上と高くなった。
【００４７】
一方、Ｓ濃度の目標濃度が７ppm 程度であれば、前記（１）〜（３）式を全て満足することにより、スラグ量を約２／３に低減できることもわかった。
（実施例２）
転炉で脱炭した溶鋼２５０トンを取鍋内に出鋼し、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に移動し、真空処理を開始した。
【００４８】
真空処理中に真空槽内に設けた垂直上吹きランスを用いて、CaO 粉体をＡｒガスとともに真空槽内溶鋼表面に吹き付けた。吹き付けたCaO 粉体総量は１．５質量トン、吹き付け速度は２００ｋｇ／分とした。
【００４９】
表５に示す条件で、粉体吹き付け開始と同時に、Ａｒガスを吹き込んだ。
【００５０】
【表５】

表５に示すように、前記（１）〜（３）式を全て満足した場合には、溶鋼中のＳ濃度を２ｐｐｍ以下まで低減できた。一方、（１）〜（３）式を少なくとも１式を満足しない場合には、溶鋼中のＳ濃度が７ｐｐｍ以上となった。
【００５１】
（実施例３）
転炉で脱炭した溶鋼２５０トンを取鍋に出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置へ取鍋を移動した。ＲＨで真空処理を行い、真空脱炭で溶鋼中Ｃ濃度を低減した。真空脱炭処理は１５分間行い、溶鋼中のＣ濃度を４０ｐｐｍ以下とした。真空脱炭開始と同時に溶鋼表面に酸素ガスを吹き付けた。酸素ガスの供給は流量３０（標準状態) リットル／分、吹き付け時間４分とした。真空脱炭と酸素上吹き開始と同時に、表６に示した条件でＡｒガス吹き込みを開始し、吹き込みを１５分間行った。
【００５２】
表６に真空脱炭終了時のスラグ中低級酸化物濃度と真空脱炭処理後のスラグ中低級酸化物濃度（スラグ中FeO,MnO,Fe₂ O ₃ の合計濃度）を示す。
【００５３】
【表６】

表６に示すように、前記（１）〜（３）式を全て満足した場合には、スラグ中の低級酸化物濃度を２％以下まで低減できたが、前記（１）〜（３）式の少なくとも１式を満足しない場合には、スラグ中の低級酸化物濃度が脱炭開始前よりも上昇した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のＲＨ真空脱ガス装置を使用した溶鋼の精錬方法により、スラグ量を低減でき、効率的なスラグ・溶鋼反応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】模型実験時の取鍋におけるガス吹き込み位置を示す平面図である。
【図２】取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）と溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）との 比（Ｈ／Ｄ）とオイル中のトレーサ濃度との関係を示すグラフである。
【図３】取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）と溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）との関係を示す概念図である
【図４】取鍋内径Ｒ（ｍ）とガス吹き込み位置から取鍋中心までの距離ｒ（ｍ）との比（ｒ／Ｒ）とオイル中のトレーサ濃度との関係を示すグラフである。
【図５】取鍋内径Ｒ（ｍ）とガス吹き込み位置から取鍋中心までの距離ｒ（ｍ）との関係を示す概念図である。
【図６】溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）とＡｒガス流量Ｑ（ｍ³ （標準状態）／分）との比（Ｑ／Ｈ）と溶鋼中のＳ濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：ＲＨ上昇管、
２：ＲＨ下降管、
３：ガス吹き込み位置、
４：ガス吹き込み管、
５：取鍋、
Ｄ：取鍋内溶鋼深さ、
Ｈ：ガス吹き込み深さ、
Ｒ：取鍋内径、
ｒ：ガス吹き込み位置から取鍋中心までの距離。

Claims (1)

1. 浸漬管の中心が取鍋中心を通る直線上に配置された２本の浸漬管を有したＲＨ真空脱ガス装置を用いて、溶鋼の真空脱ガス処理を行う精錬方法において、真空脱ガス処理開始と同時または後に、取鍋内溶鋼深さＤ（ｍ）、溶鋼表面からのガス吹き込み深さＨ（ｍ）、取鍋内径Ｒ（ｍ）、ガス吹き込み位置と取鍋中心との取鍋半径方向の距離ｒ（ｍ）、ガス流量Ｑ（ｍ^３（標準状態）／分）が下記（１）、（２）、（３）式を満足するようことを特徴とする溶鋼の精錬方法
   ０．０７≦Ｈ／Ｄ≦０．５０ …（１）
   ０．３５≦ｒ／Ｒ≦０．９０ …（２）
   ０．０１≦Ｑ／Ｈ≦０．８０ …（３）

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