JP3918568B2

JP3918568B2 - 極低硫鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3918568B2
Application number: JP2002024090A
Authority: JP
Inventors: 正一渡邉; 正規錦織; 滋小倉; 宏泰森岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2002339014A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＯＤに代表される真空下で溶鋼とスラグを強撹拌可能な精錬設備を用いて炭素鋼の極低硫鋼を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に炭素鋼の極低硫鋼（硫黄含有率：［Ｓ］≦０．００２０質量％）を製造する技術としては、ソーダ灰もしくはＭｇ系脱硫剤、石灰系脱硫剤等を用いて、強力な脱硫を行った脱硫溶銑を対象とし、これを転炉で脱炭精錬した後、二次精錬過程において、
１．電気エネルギーによる昇熱とスラグ精錬を行うＬＦ（レードル・ファーネス）設備を用いる技術
２．フラックスインジエクション設備を用いる技術
３．ＲＨ法での脱硫剤を吹き付ける技術
等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＦ設備を用いる技術では、電気を用いたアーク加熱を行うので電力原単位が高くなるという問題点があると共に、撹拌はポーラスプラグを通してのＡｒバブリングに依存しており、減圧処理を行わないので、ＲＨ脱ガス等の他の二次精錬処理と組み合わせる必要があり、ハンドリングが複雑になるという問題点がある。また、アーク加熱時にスラグによる取鍋耐火物が溶損する問題もあった。一方、従来のフラックスインジエクション及びＲＨでの脱硫剤吹き付けでは、溶鋼とスラグの撹拌力が弱い上に溶鋼の加熱設備がないために、短時間で処理を完了する必要から、スラグの滓化を促進する必要がある。そのためには今後厳しく規制されるフッ素（ＣａＦ₂；ホタル石）を混合した脱硫剤を使用しなければならず、スラグの処理方法が未解決という問題点があった。
【０００４】
本発明は以上の問題点を解決し、簡易な工程で、かつ、フッ素を使用することなく、炭素鋼の極低硫鋼（［Ｓ］≦０．００２０質量％）を安定的に溶製する技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題点を解決するために、ステンレス鋼の精錬に一般的に用いられているＶＯＤの如き真空精錬設備の強力なスラグ−メタル間の撹拌能力に注目した。すなわちステンレス鋼の精錬においては、Ｃｒの酸化とＣの酸化という競合反応を、優先脱炭側に制御するために、不活性ガスによる希釈脱炭もしくは真空中での送酸脱炭を行うと共に、酸化反応によって生成し、スラグ中にとり込まれたＣｒ酸化物をスラグ−メタル間の撹拌を強力に行うことによって再度、溶鋼側に還元移行させる操業が行われている。
【０００６】
本発明者は、従来、ステンレス鋼の精錬に使用されていた、上述の真空精錬設備を炭素鋼の極低硫鋼の精錬に利用することに想到し、特にフッ素を使用せずに［Ｓ］含有量が２０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造する方法を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は、転炉で脱炭精錬した溶鋼を、取鍋に受鋼し、その溶鋼中にスラグ組成が、質量％比にて
［（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ _２）］／（％Ａｌ _２Ｏ _３）＝０．１５〜０．３
（％ＣａＯ／（％Ａｌ _２Ｏ _３）≧１．０
（％Ａｌ _２Ｏ _３）≧２０％、
スラグの、ＣａＯとＡｌ _２Ｏ _３の合計量が、脱硫処理前溶鋼中［Ｓ］（質量％）×６００ｋｇ／ｔ以上
を満たす量のＣａＯ及びＡｌ_２Ｏ_３を投入し、真空中にて該取鍋の底から溶鋼中に不活性ガスを吹き込み、スラグ−メタルの撹拌を行って、［Ｓ］≦０．００２０質量％まで脱硫することを特徴とする極低硫鋼の製造方法を提供するものである。
【０００８】
この時のＡｌ₂Ｏ₃源の一部もしくは全量に代えてこれに対応する量（すなわち燃焼して生成するＡｌ₂Ｏ₃量が前記のＡｌ₂Ｏ₃源の一部もしくは全量と等しくなる量）の金属Ａｌを溶鋼中に投入し、送酸により燃焼させ、溶鋼の昇熱に利用するようにすると溶鋼の温度保持を適切に達成することができ好ましい。
【０００９】
本願のスラグ組成は、質量％比にして［（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ_２）］／（％Ａｌ_２Ｏ_３）という指標を用いてその指標の範囲を０．１５〜０．３とし、（％ＣａＯ）／（％Ａｌ_２Ｏ_３）≧１．０とし、かつ、（％Ａｌ_２Ｏ_３）≧２０％となるよう調整し、スラグ量に関してはＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３合計で、脱硫処理前の溶鋼中［Ｓ］（質量％）×６００ｋｇ／ｔを確保するようにしたので好適な精錬を行うことができる。
【００１０】
さらに、本発明は上記のスラグ−メタルの撹拌を、溶鋼に与える撹拌動力密度を１００（Ｗ／ｔ）以上として行うことが好ましい。真空下でのガス吹込みによる溶鋼の撹拌の際の撹拌動力密度は真空度を考慮した下記の森・佐野の式で表される攪拌動力密度εで評価する。
【００１１】
【数１】

【００１２】
但し、
ε：攪拌動力密度（Ｗ／ｔ）
Ｖｇ：吹き込みガス流量（ｍ³（標準状態）／ｓ）
Ｍ₁：溶鋼重量（ｔ）
ｈ₀：吹き込み深さ（ｍ）
Ｐ₂：雰囲気圧力（Ｐａ）
Ｔ₁：溶鋼温度（Ｋ）
Ｔｎ：吹き込みガス温度（Ｋ）
η ：ジェットガスの運動エネルギー伝達効率
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、ＭｇＯを１０質量％含有する条件下でのスラグの組成範囲を示すＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃擬三元組成図である。ここでＭｇＯを１０質量％含有する条件としたのは、ＭｇＯは耐火物保護の観点から、スラグ中に１０％前後含有させるためである。図１中に示されている組成範囲１は、
［（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）］／（％Ａｌ₂Ｏ₃）＝０．１５〜０．３
（％ＣａＯ）／（％Ａｌ₂Ｏ₃）≧１．０
（％Ａｌ₂Ｏ₃）≧２０％
を充足する範囲である。この範囲が適切である理由を以下に説明する。
【００１４】
図２は、［（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）］／（％Ａｌ₂Ｏ₃）と言う指標を横軸とし、Ｓ分配比を縦軸にとってその関係を示す曲線２を描いたグラフである。この指標範囲を０．１５〜０．３の適正範囲３とすることによって、フッ素なしでの最大のＳ分配比を得ることができることを示している。０．１５〜０．３の範囲外ではＳ分配比が小さくなり、ＬＦやＲＨ処理並かそれ以下のＳ分配比しか得られないのでこの範囲に限定した。
【００１５】
図３は、（％ＣａＯ）／（％Ａｌ₂Ｏ₃）と脱硫率との関係を示すグラフである。脱硫率の分布４が高い領域が適正範囲５である。（％ＣａＯ）／（％Ａｌ₂Ｏ₃）≧１．０とすることによって、ＬＦやＲＨ処理での脱硫率（通常５０〜６０％程度）よりも高い脱硫率が得られる。またＡｌ₂Ｏ₃はスラグを反応性の高い液相状態に保つために必要であって、Ａｌ₂Ｏ₃を２０質量％以上確保することによって、蛍石なしでスラグの液相率が確保可能となった。従って、Ａｌ₂Ｏ₃を２０質量％以上の範囲に限定した。
【００１６】
次に、発明者は、上述のような適正な脱硫率およびＳ分配比を有するスラグを用いて溶鋼中［Ｓ］を０．００２０質量％以下とするために必要なスラグ量について種々の条件での実験データによって検討した。その結果、ＶＯＤにおける脱硫処理前の溶鋼中の［Ｓ］濃度に対して、スラグ全体の原単位ではなく、スラグに含まれるＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の合計量を所定量以上確保することが必要であることを見出した。この関係を図４に示す。処理後［Ｓ］が０．００２０質量％以下を達成できた領域と達成できなかった領域の境界はほぼ直線で表わすことができ、（ＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃）原単位＝６００［Ｓ］（但し、［Ｓ］は脱硫処理前の溶鋼中［Ｓ］濃度：質量％）となる。
【００１７】
従って本発明ではスラグのＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の合計量を脱硫処理前溶鋼中［Ｓ］（質量％）×６００ｋｇ／ｔ以上とする。
【００１８】
次に、図５にＳ分配比と撹拌動力密度εの関係を示した。図５は横軸に攪拌動力密度ε（Ｗ／ｔ）をとり、縦軸にＳの分配比（（Ｓ）／［Ｓ］）をとって示したものである。図５中、番号７はＬＦ処理、番号８はＶＯＤにおいて底吹きガス撹拌を行った処理を示している。これらは領域１０内に分布している。攪拌動力εが１００以上のとき、Ｓ配分比が２００以上になることが示されている。なお、比較のためにパウダーインジェクション１１、１２の結果も併せて示している。図５より、底吹きガス撹拌によるＶＯＤ設備において、ε≧１００（ｗ／ｔ）とすることによって、図中に矢印で示すように、Ｓ分配比２００以上を確保できることが明らかである。本発明方法を用い、攪拌動力εを１００Ｗ／ｔ以上とすることによって、［Ｓ］≦９ｐｐｍの極低硫鋼を安定して溶製することができる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
０．０５％Ｃ、１．００％Ｓｉ、１．５％Ｍｎ鋼を溶製する際に本発明を適用した。先ず溶銑予備処理によってＰを０．０５８質量％、Ｓを０．００５０質量％に低減した溶銑を転炉で脱炭し、得られた溶鋼（１６０ｔ）を取鍋に受鋼し、ＶＯＤ設備において、昇熱、スラグ生成、脱硫処理を行った。ＶＯＤでの昇熱はＡｌを３．８ｋｇ／ｔ及びＣａＯ（生石灰）１３ｋｇ／ｔを溶鋼の浴面上に投入し、真空中で送酸昇熱を施すことによって行った。この間に投入したＡｌが酸化して生成したＡｌ₂Ｏ₃と、投入したＣａＯと、転炉からの出鋼の際に取鍋内に流出した転炉滓が溶融してスラグが生成した。その後０．００１３ＭＰａ（１０ｔｏｒｒ）の真空度の下で取鍋の底に設けられたポーラスプラグからＡｒを０．６ｍ³（標準状態）／ｍｉｎを吹き込みつつスラグと溶鋼を撹拌した。温度推移、成分推移を表１に、スラグ組成を表２に示した。また図４中にこの実施例におけるスラグのＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃合計の原単位のプロット８を示した。
【００２０】
ＶＯＤ処理前の溶鋼中［Ｓ］濃度は０．００７０質量％であり、処理後［Ｓ］濃度を０．００２０質量％以下とするに必要とされるスラグのＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃の合計量は０．００７×６００＝４．２ｋｇ／ｔ以上であるところ、転炉からの出鋼時の流出スラグに含まれるＡｌ₂Ｏ₃とＣａＯと、ＶＯＤで投入されたＡｌおよびＣａＯによるＡｌ₂Ｏ₃とＣａＯにより、ＶＯＤでのスラグのＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃合計量は２４．１ｋｇ／ｔであった。結果を表１、表２に示した。
【００２１】
この結果、ＶＯＤでの脱硫処理後の溶鋼中［Ｓ］は０．０００１質量％（１ｐｐｍ）スラグと溶鋼間のＳ分配比（（Ｓ）／［Ｓ］）＝２３０を達成できた。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
（実施例２）
０．０５％Ｃ、１．０％Ｓｉ、１．４％Ｍｎ鋼を溶製する際に本発明を適用した。溶銑予備処理して脱Ｐを行い、転炉で脱炭した。その後ＶＯＤ処理用の取鍋に受鋼し、成分調整及び脱硫処理を行った。この間の成分、温度の推移を表３に示す。溶鋼重量１６０ｔに対して、ＶＯＤ底吹きガス０．０１ｍ³（標準状態）／ｓを吹き込み、吹き込み深さ１．５ｍ、雰囲気圧力４０００Ｐａ、溶鋼温度１９２３（Ｋ）で撹拌動力密度ε＝１５０を確保し脱硫処理を行った。脱硫処理後のスラグ組成を表４に示す。その結果、Ｓ分配比５００を確保することができ、溶鋼中の［Ｓ］は８ｐｐｍを達成することができた。
【００２５】
【表３】

【００２６】
【表４】

【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、極低硫鋼（［Ｓ］≦０．００２０質量％）の溶製にあたり、二次精錬過程でＶＯＤを使用することにより、
（１）溶鋼脱硫能力が高く、溶銑段階での脱硫負荷を軽減することができる。
【００２８】
（２）ＬＦ処理を行なわないため、電力原単位がかからず、またハンドリングも簡素である。
【００２９】
（３）真空中で、強力にスラグ−メタル撹拌できるため、フッ素（ＣａＦ₂；ホタル石）を含む脱硫剤を必要としない。
というすぐれた効果を得ることができる。
【００３０】
本発明を実施することにより、溶銑段階での脱硫を行うことなく安定的に［Ｓ］≦９ｐｐｍの極低硫鋼を溶製することが可能で、生産性が増大する。また蛍石（フッ素源）を使用せずに極低硫鋼を溶製することが可能なため、スラグ処理が容易に行える、等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ組成範囲を示す三元成分図である。
【図２】（％ＣａＯ／％ＳｉＯ₂）／％Ａｌ₂Ｏ₃とＳの分配比との関係を示すグラフである。
【図３】（％ＣａＯ／％ＳｉＯ₂）と脱硫率との関係を示すグラフである。
【図４】脱硫処理前ＶＯＤ供給鋼中硫黄含有量と必要なスラグ中ＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃量との関係を示すグラフである。
【図５】攪拌動力密度とＳ分配比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１スラグ成分範囲
２曲線
３適正範囲
４脱硫率分布
５適正範囲
６関係線
７ＬＦ処理
８ＶＯＤにおいて底吹きガス撹拌を行った処理
１１，１２パウダーインジェクション

Claims

転炉で脱炭精錬した溶鋼を、取鍋に受鋼し、その溶鋼中にスラグ組成が、質量％比にて
［（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ _２）］／（％Ａｌ _２Ｏ _３）＝０．１５〜０．３
（％ＣａＯ／（％Ａｌ _２Ｏ _３）≧１．０
（％Ａｌ _２Ｏ _３）≧２０％、
スラグの、ＣａＯとＡｌ _２Ｏ _３の合計量が、脱硫処理前溶鋼中［Ｓ］（質量％）×６００ｋｇ／ｔ以上
を満たす量のＣａＯ及びＡｌ_２Ｏ_３を投入し、真空中にて該取鍋の底から溶鋼中に不活性ガスを吹き込み、スラグ−メタルの撹拌を行って、［Ｓ］≦０．００２０質量％まで脱硫することを特徴とする極低硫鋼の製造方法。
前記Ａｌ_２Ｏ_３の一部もしくは全量に代えてこれに対応する量の金属Ａｌを溶鋼中に投入し、送酸により燃焼させ、溶鋼の昇熱に利用することを特徴とする請求項１記載の極低硫鋼の製造方法。
スラグ−メタルの撹拌を、溶鋼に与える撹拌動力密度を１００（Ｗ／ｔ）以上として行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の極低硫鋼の製造方法。