JP3922181B2

JP3922181B2 - 高清浄鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP3922181B2
Application number: JP2002379232A
Authority: JP
Inventors: 睦多田; 圭司門田; 守須田; 啓造田岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高清浄鋼の溶製方法に関し、特に高純度鋼や珪素鋼、その他の冷延鋼板に要求される高純度レベルまで、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）およびリン（Ｐ）等の不純物元素の有利な低減を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼の高純度化に対する要求がますます高まり、それに伴って、より低Ｎ、低Ｓ、低Ｐの溶鋼が求められている。
こうした要請に応えられる従来技術としては、真空脱ガス装置の浸漬管耐火物の外周を水素または水素と不活性ガスを主成分とするガスでシールすることによって、空気中の窒素の吸収を防止すると共に、該耐火物を介して水素を積極的に溶鋼中に混入させて脱炭を促進することにより、極低Ｃ、極低Ｎ鋼を溶製する方法（特許文献１）が知られている。
【０００３】
また、真空脱ガス槽と組み合わせた取鍋内の溶鋼を減圧精錬する際、未脱酸溶鋼への不活性ガスと脱硫剤の吹き込みを特定条件下で行うことによって、極低Ｃ、低Ｎ、極低Ｓ鋼を製造する方法（特許文献２）が提案されている。
さらに、鋼中炭素〔Ｃ〕に由来するＣＯガス気泡によって脱Ｎ反応を促進させ、真空脱ガス処理で極低Ｎ鋼を製造する方法（特許文献３）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平6-306444号公報
【特許文献２】
特開平3−281721号公報
【特許文献３】
特開平7−166230号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
極低Ｎ鋼の溶製技術としては、従来、転炉や電気炉等の一次精錬炉から取鍋へ出鋼する際、溶鋼中酸素を未脱酸として吸窒を防止し、RH真空脱ガス装置等の２次精錬装置で真空脱窒を行う方法が一般的であった。
しかしながら、高純度鋼においては、極低Ｎだけでなく極低Ｓも併せて達成する必要がある。ここに、脱Ｓ反応は、次式
〔Ｓ〕＋（CaO）→（CaS）＋〔Ｏ〕
のようにして生起するため、この反応を促進させるためには、溶鋼脱酸を行って鋼中酸素ポテンシャルを低下させると共に、塩基度の高いスラグを用いる必要がある。
【０００６】
このため、低Ｎ化を優先して溶鋼を未脱酸とすると、脱Ｓは進まない。未脱酸溶鋼に、脱Ｓ用のフラックスインジェクションを行っても、鋼中Ｓ量はせいぜい〔Ｓ〕：20〜30 ppm程度までしか低減できず、本発明で目標とする〔Ｓ〕≦９ ppmを達成することは不可能である。
〔Ｓ〕≦９ ppmの溶鋼を得るには、脱Ｓを優先して、一次精錬炉から出鋼した溶鋼をAl等の脱酸剤を用いて溶鋼の酸素ポテンシャルを下げると同時に、高塩基度スラグとした後、ＬＦ（レードルファーネス）等の取鍋精錬炉において脱Ｓ用のフラックスインジェクションを行うことにより、脱Ｓ化を図る必要がある。
【０００７】
また、脱Ｐ反応は、次式
２〔Ｐ〕＋５（FeＯ）＝（P_２O_５)＋５〔Fe〕
の酸化反応で起こるため、一次精錬炉で脱炭を行い、その時にスラグ中FeＯを高めて脱Ｐを促進させる方法が一般的に採用されている。
しかしながら、〔Ｐ〕≦45 ppmの極低リン鋼の溶製となると、転炉流出スラグからの復Ｐにも注意を払う必要がある。また、上掲式の反応からも判るように、脱Ｐ反応は酸化反応であるのに対し、脱Ｓ反応は還元反応であり、両者は相反するものである。
【０００８】
上述した知見から、極低Ｎ、極低Ｓ、極低Ｐ鋼を溶製するには、以下の考え方で行うのがよいと考えられる。
すなわち、まず、転炉や電気炉等の一次精錬炉で、脱Ｃ、脱Ｐを行ったのち、ＬＦやフラックスインジェクションで脱Ｓ処理を行い、ついでＲＨ真空脱ガス装置で脱Ｎ処理を行うことである。なお、ＬＦやフラックスインジェクションおよびＲＨ真空脱ガス装置の代わりにＶＯＤ等を用いることも有効と考えられるが、ＶＯＤでは取鍋耐火物コストが高くなるので、炭素鋼の製造には適していないと考えられる。
また、溶銑を一次精錬炉に装入する前に、溶銑予備処理を行って溶銑中のＰ，Ｓを極力下げておくことは有効である。
【０００９】
そこで、発明者らは、転炉、ＬＦ（あるいはフラックスインジェクション）およびRH真空脱ガス装置を種々に組み合わせて、表１に示す製造プロセスで鋼を溶製し、その際の各種不純物元素の到達低減レベルについて調査した。
得られた結果を表１に併記する。
【００１０】
【表１】

【００１１】
同表に示したとおり、いずれの製造プロセスにおいても、本発明の目標である〔Ｎ〕≦25 ppm、〔Ｓ〕≦９ ppm、〔Ｐ〕≦45 ppmを同時に達成することはできなかった。
【００１２】
そこで、次に、極低Ｎ化を目指して、真空下における平衡Ｎを計算した。
平衡Ｎは、「鉄冶金熱力学 P.133」（大谷ら）によれば、次式(1)
log〔％Ｎ〕＝−〔（188/Ｔ）＋1.246〕＋〔（logＰ_Ｎ２）／２〕 --- (1)
ここで、Ｔ：溶鋼温度（℃）
Ｐ_Ｎ２：窒素分圧（atm ）
で表すことができ、Ｐ_Ｎ２がそれぞれ0.5 torr、1.0 torrの時、〔％Ｎ〕はそれぞれ12 ppm、16 ppmとなる。
従って、14 ppm程度がＲＨ真空脱ガス処理で到達可能なＮレベルである。
【００１３】
上掲した表１中、製造プロセスａでは、RH後に〔Ｎ〕を20 ppm以下まで低減できたとしても、大気中でのＬＦ処理中に吸Ｎが起こり、結局、〔Ｎ〕は45 ppm
程度となってしまう。
また、製造プロセスｂでも、ＬＦにて脱Ｓ処理を行うと吸Ｎが起こるが、RH後では30〜40 ppmまで低減することができる。
さらに、ＬＦを省略する製造プロセスｃでは、〔Ｎ〕は20 ppm以下に低減できるものの、脱Ｓができないため〔Ｓ〕≦９ ppmを達成することはできない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、溶鋼中のＮ，ＳおよびＰ量がそれぞれ、〔Ｎ〕≦25 ppm、〔Ｓ〕≦９ ppm、〔Ｐ〕≦45 ppmを満足する高清浄鋼の有利な溶製方法を提案することを目的とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、予備処理済みの溶銑を、転炉または電気炉等の一次精錬炉にて脱Ｃ、脱Ｐした未脱酸溶鋼を、出鋼後、除滓し、取鍋精錬に先立って加炭および Al 脱酸した後、脱Ｓ用フラックスインジェクションを行って脱硫処理し、ついでＲＨ真空脱ガス槽に移送し、送酸することによってAl昇熱を図り、このAl昇熱により脱炭量が0.05〜0.20mass％の脱Ｃを行うと共に、この脱Ｃ反応に伴う脱Ｎを利用することにより、溶鋼中のＮ，ＳおよびＰ量をそれぞれ、〔Ｎ〕≦25ppm、〔Ｓ〕≦９ppm、〔Ｐ〕≦45ppmに低減することを特徴とする高清浄鋼の溶製方法である。
【００１６】
また、本発明では、ＲＨ真空脱ガス槽におけるAl昇熱時に生成するAl_２O_３に対して、CaＯ含有フラックスを添加することが有利である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
さて、本発明では、前記の課題を達成するために、ＬＦにおける脱Ｓ処理とＲＨ真空脱ガス処理の組み合わせにより、復Ｐを防止しつつ脱Ｓと脱Ｎを如何に効果的に行うかについて調査を行った。
前掲特開平7−166230号公報には、鋼中炭素〔Ｃ〕に由来するＣＯガス気泡によって脱Ｎ反応を促進させる方法が開示されている。しかしながら、転炉では脱Ｐのために〔Ｃ〕を0.02mass％程度まで吹き下げる必要があるため、その後にＲＨ真空脱ガス処理を行っても〔Ｎ〕を25 ppm以下まで低減することはできない。
【００１８】
そこで、発明者らは、脱Ｎを促進するために、ＲＨスタート時における〔Ｃ〕を高くし、この状態でＲＨ真空槽内に送酸して脱炭を行った場合の脱Ｎ挙動について調査した。
得られた結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
同表に示したとおり、ＲＨにてΔＣ：0.10mass％程度の脱Ｃを行うことによって、ΔＮ：20ppm 程度の脱Ｎ効果が得られることが判明した。
【００２１】
しかしがら、加炭材は〔Ｓ〕を含んでいるため、ＲＨにて加炭すると〔Ｓ〕の値が上がってしまい、今度は〔Ｓ〕≦９ ppmを達成することができない。
また〔Ｓ〕≦９ ppmを達成するには、ＬＦ等の処理を行う必要があるが、RH送酸脱炭は酸化反応であるため、表１中、製造プロセスbで示したとおり、一旦下がった〔Ｓ〕がＲＨにて復Ｓしてしまう。
【００２２】
しかしながら、脱Ｎを考えると、製造プロセスaは吸Ｎが生じて脱Ｎができないため、製造プロセスbをベースにして、さらに調査を行った。
その結果、ＬＦにて脱Ｓ処理を行う前に加炭することにより、ＬＦにて加炭材からのＳ分も脱Ｓ処理できることが判った。また、ＬＦでの処理は還元反応であるため、一次精錬炉にてＴ.Feと反応したスラグ中のＰ_２Ｏ_５が残っていると溶鋼中に復Ｐするが、この点については、ＬＦ処理に先立ってスラグを除去することにより、解決することができる。
【００２３】
ところで、ＬＦにおいて脱Ｓを行う場合、Al等の脱酸剤を添加する。ＬＦの後にRHを用いた場合、鋼中Alは送酸によりAl_２Ｏ_３になるが、その際発熱反応を起こし、溶鋼の温度上昇に寄与する。
【００２４】
発明者らは、上記したＲＨでのAl昇熱による脱Ｃ処理における脱Ｎ挙動について調査したところ、表３に示すように、Al昇熱による脱Ｃ中に脱Ｎも併せて起きていることの知見を得た。
すなわち、Alを添加した上で送酸するとAl昇熱により溶鋼温度が上昇し、この際脱Ｃが進行するが、この脱Ｃ反応は吸熱反応なので、それに伴う温度低下によって脱Ｎが同時に進行することが究明されたのである。
【００２５】
【表３】

【００２６】
【実施例】
図１に、本発明に従う好適溶製プロセスを示す。
予備処理済みの溶銑を、転炉に装入し、転炉で脱Ｃ、脱Ｐを行ったのち、未脱酸状態で出鋼して吸Ｎを防止する。ついで、スラグを除去したのち、CaＯ含有フラックスの添加、加炭およびAl脱酸をＬＦ処理開始前に行う。ついで、ＬＦでフラックスインジェクションによる脱Ｓ処理後、送酸機能を有するRH真空脱ガス装置において、溶鋼に対して送酸し、Al昇熱による脱Ｃを行うと同時に、脱Ｎも併せて行う。
上記の製造プロセスによって溶製した溶鋼の成分組成の変化挙動について調べた結果を表４に示す。
【００２７】
【表４】

【００２８】
同表に示したとおり、本発明に従って溶製することにより、〔Ｎ〕≦25 ppm、〔Ｓ〕≦９ ppm、〔Ｐ〕≦45 ppmの高清浄鋼が得られることが判る。
また、RHにて生成するAl_２Ｏ_３とバランスするようにCaO 含有フラックスを添加した場合、溶鋼の清浄度がさらに向上することも確認された。
【００２９】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、〔Ｎ〕≦25 ppm、〔Ｓ〕≦９ ppm、〔Ｐ〕≦45 ppmを満足する極低Ｎ、極低Ｓ、極低Ｐの高清浄鋼を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う好適製造プロセスを示す図である。

Claims

予備処理済みの溶銑を、転炉または電気炉等の一次精錬炉にて脱Ｃ、脱Ｐした未脱酸溶鋼を、出鋼後、除滓し、取鍋精錬に先立って加炭および Al 脱酸した後、脱Ｓ用フラックスインジェクションを行って脱硫処理し、ついでＲＨ真空脱ガス槽に移送し、送酸することによってAl昇熱を図り、このAl昇熱により脱炭量が0.05〜0.20mass％の脱Ｃを行うと共に、この脱Ｃ反応に伴う脱Ｎを利用することにより、溶鋼中のＮ，ＳおよびＰ量をそれぞれ、〔Ｎ〕≦25ppm、〔Ｓ〕≦９ppm、〔Ｐ〕≦45ppmに低減することを特徴とする高清浄鋼の溶製方法。
ＲＨ真空脱ガス槽におけるAl昇熱時に生成するAl_２O_３に対して、CaＯ含有フラックスを添加することを特徴とする請求項１記載の高清浄鋼の溶製方法。