JP4062212B2

JP4062212B2 - Ｒｈ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法

Info

Publication number: JP4062212B2
Application number: JP2003299614A
Authority: JP
Inventors: 英樹横山; 和広仮屋; 正規錦織; 嘉久北野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-08-25
Also published as: JP2005068487A

Description

本発明は、ＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法に係わり、詳しくは、転炉から出鋼した溶鋼を、さらに該ＲＨ脱ガス装置で処理（二次精錬という）し、非金属介在物の少ない清浄な溶鋼を効率良く溶製する技術に関する。

連続鋳造等で製造した鋼鋳片中に非金属介在物（以下単に「介在物」と呼ぶ）が多く含有されていると、それは、圧延後の製品である鋼板に所謂「ヘゲ」や「ふくれ」等の欠陥を発生させる原因となったり、強度を損ねる等の問題を生じる。そのため、かかる介在物は、溶鋼の製造段階で極力低減することが望まれ、従来より種々の精錬方法を適用して、溶鋼から分離・除去するようにしている。なお、この溶鋼中の介在物としては、溶鋼浴面上に浮遊しているスラグが溶鋼中に巻き込まれて生成するもの、溶鋼へのアルミニウム等の脱酸剤の添加によって溶鋼中の溶解酸素と脱酸剤との反応によって生成するもの、スラグ中の酸化性成分（ＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物成分）によって溶鋼中のアルミニウムが徐々に酸化して生成するもの等がある。

これら介在物の発生防止、あるいは発生量低減の対策としては、転炉等の一次脱炭精錬炉から取鍋に出鋼する際の取鍋内へのスラグの流出量を極力低減する（スラグ・カット方法の改善）、スラグ中に還元剤（例えば、アルミ灰）等を投入してスラグ中のＦｅＯ等を低減する（スラグ改質）、スラグ中にＭｇＯやＣａＯ等のスラグ固化材を添加してスラグを固化してスラグの溶鋼との反応性を低減する（スラグ固化）等が以前より行われており、いずれもそれ相当の効果をあげている。

また、二次精錬と称し、これら溶鋼を取鍋に保持し、真空槽にセットして減圧下で介在物の低減を図ることも行われている。この精錬方法は、図２に示すように、下部に２本の浸漬管２、３を有する円筒状の真空槽（内部は減圧されるので、以下、真空槽１という）を用い、取鍋４内に保持した溶鋼５にそれらの浸漬管２，３を浸漬させて行われる。つまり、該真空槽１内を減圧して溶鋼５の一部を浸漬管２、３を介して真空槽１内に吸い上げると共に、一方の浸漬管２（これを上昇管２ともいう）内にアルゴンや窒素等のガス６を吹込んで、ガスリフトポンプの原理（ガスの気泡で溶鋼を持ち上げる）で前記上昇管２内の溶鋼５に浮力を与えて溶鋼の上昇流を、他方の浸漬管３（これを下降管３という）を介して逆に真空槽１内から取鍋４内に向かう溶鋼５の下降流を発生させて、取鍋４内と真空槽１内との間で溶鋼を環流させることにより脱ガス、脱炭、成分調整等の精錬処理を効率良く行うものである。特に、減圧下で脱酸剤（例えば、アルミ灰等）を溶鋼５に添加して行う脱酸処理では、環流によって溶鋼内の介在物同士が衝突・合体するので、介在物に作用する浮力が大きくなり、溶鋼５の浴面上に浮上し、スラグ９にトラップされて溶鋼から分離し易くなるという利点がある。

ところが、このＲＨ脱ガス装置を利用する精錬方法でも、真空槽１内に浸漬管２、３を介して取鍋４内の溶鋼５を吸い上げるという特性上、取鍋４内の溶鋼浴面上に浮遊するスラグ９の一部も真空槽１内に吸い上げてしまうことが避けられず、これによって真空槽１内の溶鋼５が酸化されたり、あるいはスラグ自体が溶鋼に巻き込まれて介在物を生成することが不可避的に発生する。そのため、浸漬管２、３の浸漬深さを深くして，スラグの吸
い込みを防止することが行われてきた（例えば、特許文献１参照）。また、真空槽１内にスラグ固化材１２（例えば、ＭｇＯ等）を投入し、図１に示すように、ＭｇＯ等のリッチな固化スラグ層１１を本来のスラグ９の下に形成することによって、スラグ９中のＦｅＯ，ＭｎＯから酸素が溶鋼５中に移行するのを抑制し、溶鋼５中の介在物形成元素が酸化するのを防止する技術もある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、このような対策を行っても、真空槽１に吸い込まれたスラグ９に起因する介在物が満足できる程度に低減しているとは言い難いのが現状である。
特開平２−２５２５１号公報特開平６−１１６６２３号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、真空槽内に吸い込まれたスラグに起因する溶鋼中の介在物を従来より低減可能なＲＨ真空脱ガス装置による溶鋼の精錬方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため、特に、ＲＨ真空脱ガス槽を用い、スラグ固化材の投入で介在物を低減させる技術に着眼して鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化したのである。

すなわち、本発明は、取鍋に保持した溶鋼に対し、２本の浸漬管を下部に備えた筒状の真空槽を該浸漬管が該溶鋼中に浸るように配置し、該真空槽内を減圧して該溶鋼を取鍋と真空槽内との間で環流させると共に、該真空槽内にスラグ固化材を投入して溶鋼の精錬処理を行うＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法において、前記スラグ固化材の投入から最長で５分間経過するまでは、前記真空槽内の溶鋼深さを１００ｍｍ以上でかつ２００ｍｍ未満となるように、通常の精錬時より浅くし、その後に該溶鋼への浸漬管の浸漬深さを前記真空槽内の溶鋼深さが４００〜５００ｍｍとなる通常精錬時の溶鋼深さとして精錬することを特徴とするＲＨ脱ガス装置における溶鋼の精錬方法である。この場合、前記スラグ固化材をＭｇＯとするのが好ましい。また、前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽に対して配置した取鍋の位置を通常より該真空槽に対して相対的に下降させる操作を行ったり、あるいは該真空槽内の真空度を低下させる操作を行うのが良い。

本発明では、ＲＨ脱ガス装置内の溶鋼に、精錬の途中でスラグ固化材を添加してから一定時間経過するまでは、前記浸漬管の浸漬深さを通常の精錬時より浅くし、スラグ固化材が溶鋼に巻き込まれ易くすると共に、その後に通常精錬時の浸漬深さとして精錬するようにしたので、添加したＭｇＯのほぼ全量がスラグと溶鋼の界面にＭｇＯリッチのスラグ固化層を従来より良好に形成するようになる。つまり、スラグと溶鋼との間に、全面を覆って、スラグから溶鋼への酸素の拡散を抑制する所謂「バリア層」が形成されるようになる。その結果、溶鋼中のスラグや脱酸生成物に起因する非金属介在物を飛躍的に低減することができるようになり、介在物に起因した鋼材の欠陥が低減される。

以下に、発明をなすに至った経緯もまじえ、本発明の実施の形態を説明する。

本発明を適用するＲＨ脱ガス装置は、溶鋼の二次精錬に一般的に使用されるもので良い。すなわち、図２に示すように、円筒状の真空槽１とその下部に設けられた浸漬管（一方を上昇管２、他方を下降管３と称する）からなり、真空槽１には図示しない真空排気系へと連なる排気ダクト７が設けられている。この一般的なＲＨ脱ガス装置では、取鍋４内に保持した溶鋼５に前記浸漬管２、３を浸漬し、その浸漬深さを種々設定するために、該取鍋４を上昇又は下降させる昇降手段（例えば、油圧シリンダー８等）が設けられている。なお、取鍋４を固定しておき、真空槽１を上下するようにしたＲＨ脱ガス装置も存在するが、勿論そのような装置であっても、本発明を適用するにあたって何ら問題ない。また、昇降手段が図示のように直接取鍋を押し上げるのではなく、取鍋を保持した台車の全体又は一部分を押し上げるものであっても良い。さらに、かかるＲＨ脱ガス装置に種々の精錬機能を付加するために、真空槽の下部側壁に酸素や不活性ガス等のガス吹込み羽口（図示せず）を設けたもの、真空槽の上部からガス、燃料あるいは精錬用フラックス等を吹込むランス（図示せず）を設けたものもあるが、これらいずれの機能が併設してあっても構わない。

まず、発明者は、従来の真空槽１内へスラグ固化材の投入による介在物形成の防止方法がなぜ効果を十分に奏さないかを綿密に検討した。その結果、従来の方法では、投入したスラグ固化材１２が有効に利用されていないと考えた。つまり、真空槽１内に投入したスラグ固化材１２が速やかに溶鋼５にトラップされて、下降管３を介して取鍋４に移行していないと疑った。取鍋４内で溶鋼５とスラグ９との間に図１に示すような理想的な（スラグと溶鋼の界面全体を覆う）固化スラグ層１１を形成するには、十分な量のスラグ固化材１２が一旦真空槽１内の溶鋼にトラップされ、下降管３を介して取鍋４内へと排出されて、溶鋼５の表面に浮上する必要があるからである。そこで、発明者は、投下したスラグ固化材１２が真空槽１の内壁に付着したり、局部的に固化して、取鍋内溶鋼に移行しないという現象が起きるのを避ければ、従来より良好な固化スラグ層１１が形成できると考え、その具体的な手段を本発明として完成させたのである。

すなわち、本発明は、真空槽内にスラグ固化材を投入して溶鋼の精錬処理を行う際に、スラグ固化材の投入から一定時間、前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くし、その後該溶鋼深さを通常精錬時の溶鋼深さとして精錬するものである。このようにすると、投入されたスラグ固化材１２が真空槽１の内壁等に付着する前に速やかに溶鋼５に伴われて下降管３を介して取鍋４に移行し、取鍋４内の溶鋼表面に浮上するようになる。その結果、取鍋４内の溶鋼５とスラグ９との間には図１に示したような固化スラグ層１１が形成され、スラグ９から溶鋼５への酸素の拡散が抑制され、溶鋼中の非金属介在物の生成量が従来より低減するのである。なお、通常の精錬時における真空槽１内の溶鋼深さは４００〜５００ｍｍである。

通常の深さに戻すのは、このような浅い溶鋼深さでの操業を長時間続けると、以下のような問題が発生するからである。第１には、真空槽１内の溶鋼浴の深さが浅いと、上昇管２に吹込んだ環流促進ガスの気泡が溶鋼中に分散する前に浴面に吹き抜けて前記ガスリフトポンプの効果が減殺されてしまうことである。このことは、環流速度の減少を来すので、精錬効率の悪化を招く。第２には、取鍋４内の溶鋼浴面近くに溶鋼５の流動が生じ易く、これによって取鍋４内の溶鋼浴面上のスラグ９が次第に溶融して上昇管２から真空槽１内に吸い上げられ易くなることである。また、第３には、溶鋼浴面上から酸素を吹き付けて脱炭精錬を行う場合には、酸素ガスジェットによって真空槽１の敷（底）耐火物１０が溶損し易くなることである。そこで、これらの問題を解消する対策として、本発明では、上記のような真空槽内の溶鋼深さを浅くする操業を、精錬の全期間にわたって継続して行うのではなく、スラグ固化材を投入してから一定時間に限定し、それ以降は、通常の溶鋼深さでの操業に戻すことにした。具体的には、真空槽１内の圧力を１３．３ｋＰａ（１００ｔｏｒｒ）以下に減圧してからスラグ固化材を投入し、最長で５分までの間を真空槽１内の溶鋼深さを２００ｍｍ未満（好ましくは、１００ｍｍ以上）に、それ以降は真空槽内の溶鋼深さが４００ｍｍ以上、好ましくは５００ｍｍ以上の通常の操業条件となるようにする。

上記本発明を実施するには、溶鋼深さを調整する必要があるが、真空槽に配設した取鍋の昇降あるいは逆に真空槽の昇降が利用できる。具体的には、前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするには、該真空槽に対して配置した取鍋の位置を通常より該真空槽に対して相対的に下降させる操作を行えば良い。ここに、「相対的に下降させる」とは、文字通り取鍋を下降させる場合と、逆に取鍋を固定しておいて真空槽を上昇させる場合がある。また、真空槽１内の溶鋼深さは、槽内の圧力と浸漬管の取鍋内溶鋼への浸漬深さとに依存し、槽内の圧力が高いほど浅く、浸漬深さが浅い程浅くなる。したがって、真空槽１内の溶鋼深さを浅くするには、槽内の圧力を通常（１３．３ｋＰａ）より高め（例えば、２６ｋＰａ程度）に設定するという選択肢も考えられる。しかしながら、真空槽１内の圧力を高めにすることは、真空脱ガス精錬そのものの効率を低下させることになるので、該真空槽に配設した取鍋の位置を通常より下降させる操作の方が好ましい。

なお、本発明では、スラグ固化材としてＭｇＯ，ＣａＯ、軽焼ドロマイト等の利用が好ましい。また、スラグ固化材がＭｇＯの場合、その投入量は、１〜４ｋｇ／ｔｏｎとするのが良い。１ｋｇ／ｔｏｎ未満では、少なすぎて満足できる固化スラグ層が形成できず、４ｋｇ／ｔｏｎ超えでは多すぎて無駄になるからである。

２６０トンの溶鋼を処理するＲＨ真空脱ガス装置において、従来の操業と本発明に係る方法を用いた操業を行い、その効果を比較した。

まず、炭素（Ｃ）濃度が４．３質量％の溶銑を底吹き転炉に装入して脱炭精錬を行い、Ｃ濃度が０．０３〜０．０４質量％の溶鋼として取鍋に出鋼した。そして、該溶鋼に浮かぶスラグ上にアルミ滓を投入して前記のスラグ改質（還元）を行った。この溶鋼を保持した取鍋をＲＨ真空脱ガス装置にセットし、真空槽にＭｇＯを投入してから送酸（酸素ガス吹き込み）脱炭及び送酸を停止しての真空脱炭を行い、溶鋼中炭素濃度を２０ｐｐｍに低減した。その後、アルミニウムを投入して脱酸するキルド処理を５分間行って精錬を終了し、得られた溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片（スラブ）とした。主な操業条件は、表１に示す通りである。

本発明の実施では、前記ＭｇＯの投入後４分間は、真空槽内の溶鋼深さを１８０ｍｍとした。なお、比較のため、ＭｇＯの投入後も通常の溶鋼深さ４８０ｍｍを維持する操業も行った（比較例）。

操業成績は、溶鋼の連続鋳造中にタンディッシュにおいて、鋳込み前の取鍋内溶鋼質量に対して、連続鋳造設備で鋳造した溶鋼の質量（鋳片の幅及び厚みと鋳造長さに基づいて計算で求めた質量）の比率で１０％，３０％，５０％，７０％及び９０％のときに、溶鋼の分析用試料を採取し、該試料のトータル酸素濃度（記号[Ｏ]ｔ）を分析して評価した。

その結果、本発明の実施で得た溶鋼は、鋳造時間の全体にわたり[Ｏ]ｔが１０ｐｐｍであった。これに対して、従来の操業を行った前記比較例では、[Ｏ]ｔが鋳込み１０％で１２ｐｐｍ、鋳込み３０％で２０ｐｐｍ、鋳込み７０％で２３ｐｐｍ、鋳込み９０％で２８ｐｐｍのように鋳込み時間の経過につれて増加し、ＲＨ真空脱ガス装置を用いたＭｇＯの投入効果が不十分であることがわかった。なお、本発明の実施で得た溶鋼を連続鋳造して得た鋼鋳片より試料を採取し、含有する介在物をスライム抽出法で調査した。その結果、介在物量は、従来の６５％に減少していた。

本発明の実施で得られると予想されるＲＨ真空脱ガス装置内の溶鋼及びスラグの状態を示す横断面図である。一般的なＲＨ真空脱ガス装置を説明する横断面図である。

符号の説明

１真空槽（筒状槽）
２上昇管
３下降管
４取鍋
５溶鋼
６ガス
７排気ダクト
８油圧シリンダー等
９スラグ
１０敷耐火物
１１固化スラグ層
１２スラグ固化材

Claims

取鍋に保持した溶鋼に対し、２本の浸漬管を下部に備えた筒状の真空槽を該浸漬管が該溶鋼中に浸るように配置し、該真空槽内を減圧して該溶鋼を取鍋と真空槽内との間で環流させると共に、該真空槽内にスラグ固化材を投入して溶鋼の精錬処理を行うＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法において、
前記スラグ固化材の投入から最長で５分間経過するまでは、前記真空槽内の溶鋼深さを１００ｍｍ以上でかつ２００ｍｍ未満となるように、通常の精錬時より浅くし、その後に該溶鋼への浸漬管の浸漬深さを前記真空槽内の溶鋼深さが４００〜５００ｍｍとなる通常精錬時の溶鋼深さとして精錬することを特徴とするＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法。
前記スラグ固化材をＭｇＯとすることを特徴とする請求項１記載のＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法。
前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽に対して配置した取鍋の位置を通常より該真空槽に対して相対的に下降させる操作を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法。
前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽内の真空度を低下させる操作を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のＲＨ脱ガス装置による溶鋼の精錬方法。