JP4074328B1 - レードル精錬方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レードル4には予め塩基度が1.5以下となる造滓材を装入しておき、溶解炉1において塩基性スラグ下で酸化精錬された溶鋼のみをレードルに出鋼し、同時に脱酸剤を投入し、減圧下でガスバブリングして溶鋼とスラグを反応させ、脱酸・脱非金属介在物を進めるが脱硫はなされなかった精錬終了後の溶鋼を特定の連続鋳造方法による鋳造機11に供し、無偏析且つ主として柱状晶から成る鋼片を製造し、S%の過剰を許容する。該連続鋳造方法は湾曲式の連続鋳造において芯部が凝固するまでに1/4円を超え3/4周まで引き上げて引く抜き、中空鋳片を形成し、圧下して中実とする。
【選択図】図1
Description
精錬補助剤であるスラグの基本組成は脱燐、脱硫反応を誘導するためCaOを主成分とする塩基性が当然とされている。即ち近代の塩基性製鋼法である。P,S等の不純物を吸収したスラグは役目を果たし、スラグとしては再使用できず廃棄される。その量は約20〜40kg/溶鋼トンで無視できない。
還元精錬のスラグは還元性への操作の結果、上記低級酸化物量が少なく、石灰CaOの特質即ち風解するという性質が冷却途上で露呈して大量の粉体と化す。
該廃スラグは各種の問題を引き起こす。1)工場内外に大量の煤塵が発生ししかも集塵・清掃その他の処理が困難・煩雑である。2)路盤材への転用は地盤が硬化せず軟弱なままで実用することはできない。転用先が無い。廃棄量が膨大である。3)埋め立て処理するとスラグ中のフッ素Fが溶出して地下水汚染を誘発する。永らく規制対象外であったが放置されない状況にある。
当該方法の致命的弱点は脱硫が全く行われないので予め原料を精選してS含有量を規格内に抑えることが不可欠であり、生産量が限定され原料コストも割高となる。
弁ばね用等の清浄鋼の精錬では特殊な精錬装置を介して酸性スラグにより脱非金属介在物がなされているがS%の管理のため原料の精選又は事前の脱硫処理がなされている。当該方法は量産普通鋼には向かない。
P、S等の不純物含有量の規制について検討する。規格値は通常のプロセス・材料・製品を対象として設定されている。P、S等の不純物が実害を示す場合の多くはそれらの偏析に起因している。即ち多少の偏析は不可避との前提で規格が決められている。その上日常生産では品質管理上規格内の更に厳しい内部規格が運用されることが多い。偏析問題が解消されると規格の修正が可能となる。
鋳片引抜軌跡が3/4円周とその後の水平直進部から成り、溶鋼を下方開放の鋳型に垂直で鋳込んで鋳片の外皮を形成し、該鋳型下方から連続的に引抜かれる該鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し、次に該鋳片を3/4円周点以後でロールによって伸直・圧下して中空内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法であって、該方法において鋳込温度を過熱度で20〜50℃と設定することにより表皮のチル晶の内側は柱状晶のみとなる。当然中心偏析など芯部欠陥は発生しない。
記: 鋳片引抜軌跡が3/4円周とその後の水平直進部から成り、溶鋼を下方開放の鋳型に垂直で鋳込んで鋳片の外皮を形成し、該鋳型下方から連続的に引抜かれる該鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し、次に該鋳片を3/4円周点以後でロールによって伸直・圧下して中空内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法であって、該方法において鋳込温度を過熱度で20〜50℃と設定することを特徴とする連続鋳造方法である。
精錬・鋳造後のスラグを溶融状態のまま後続のチャージ(溶解ロット)に使用すると省エネルギー効果が得られる。
図1は本発明を実施する設備例の模式図である。溶解炉1において酸化精錬が終了した溶鋼2は該溶解炉の炉底に付設されたゲートバルブ3から台車に搭載された受鋼用のレードル4に出鋼される。このとき、溶鋼のみ排出して塩基性の酸化スラグは排出しない。該レードル4には予め所定成分で塩基度が1.5以下の酸性の半溶融又は塊状・粒状の酸性スラグ5を装入しておく。出鋼時にフェロシリコンFe−Si等の脱酸剤や合金鉄及び少量の還元用炭材等を投入する。又レードル耐火物には酸性系又は中性系を使用し、内壁6はバーナー7により十分に予熱しておく。受鋼による強力な撹拌によって装入物は溶融・溶解する。
チル晶、柱状晶の領域では粗大な硫化物の析出は起こらない。硫化物はデンドライトの樹枝間に比較的微細に混入する。従ってS%が従来の管理基準を超えても問題が発生しにくい。
スラグは溶損した耐火物、脱酸生成物、保温材等を吸収して成分が多少変化する。基本的にはほぼ大部分を再使用するが必要に応じて量及び造滓材により成分を調整する。
受鋼したレードルの上方にアーク加熱電極を付設したカバーを装着し、底部より吹き込んだガスで撹拌しつつアーク加熱する。所定成分の酸性スラグに炭材を反復添加する。Cとアークの作用により酸性スラグでも強力な還元性状態になってSiO2が乖離してSiが溶鋼中に増加してくる。脱酸、脱非金属介在物には効果的だが脱硫は起こらない。精錬時間は20〜40分を要する。
レードル耐火物を酸性又は中性とした理由は、スラグが酸性故に耐溶損性に優れること、スラグに塩基性成分が混入しないこと、及び塩基性耐火物と比較して価格が半分以下であるからである。具体的には、ローセキ系等の高珪質(酸性)、アルミナ質(中性)が適切である。耐火物では酸性と中性の区分けはそれなりの意味がある。
V=(CaO%+MgO%+2Na 2 O%+2K 2 O%)/(SiO 2 %+P 2 O 5 %)
本発明では簡易式として次式を使用する。
V=(CaO%+MgO%)/SiO 2 %
本願で用いた塩基性、酸性と言う用語について補足する。V値1を境に上を塩基性、下を酸性、1前後を中性とした用法も見られるが、現象面からはV値が約2以上で脱硫効果と風解現象が見られるのでこれを塩基性とした。V値が1.5以下では脱硫能が無く、高温でも常温でもガラス状で風解作用が無いから酸性とした。中性の概念を持ち込む意味は特に無い。
スラグが酸化力を持つか否かは溶鋼中のO濃度に依存して相対的である。出鋼時のO濃度は相当高いので本願では出鋼時FeO濃度が10%以下を非酸化性の目安とする。出鋼時の炭材や脱酸剤の添加と撹拌によりFeO濃度は急速に5%程度に低下する。減圧処理や炭材投入アーク加熱により容易に1〜2%以下の還元性に誘導することができる。
溶鋼成分の変化を表1に示す。当然脱硫が無く、通常の0.010%Sの3倍となっている。
比較材2は中心部近辺までほとんど柱状晶で形成され、芯部に収縮孔と強度の中心偏析が軸方向に間欠して分布する。本発明代替材は比較材2と同様であるが芯部は除去される。
鋳片の凝固組織の1例を図3に示す。左図に示すように柱状晶粒界には非金属相の析出がほとんど無く、僅かにフェライトの析出がある。他方右図に示す中心周辺に位置する等軸晶の粒界には燐化物、硫化物、炭化物あるいはそれらの固溶体の非金属相が析出する。例は硫化物と燐化物を示している。該相の偏析率と寸法はミクロ偏析を圧倒するものである。本発明では全域でSは微小な硫化物として又固溶して均質に存在している。
実施には連続鋳造機の型式変更だけが問題で操業上の新たなコスト上の負担は無く逆にコスト低減になる。
Claims (4)
- レードルライニングを酸性耐火物又は中性耐火物で構成したレードル内の溶鋼を、FeO濃度が10%以下且つ塩基度Vを1.5以下0.3以上としたスラグと撹拌接触させて精錬して不純物のSの含有量が0.029%以上となることを許容する工程と、前記工程にて精錬された溶鋼を中心偏析が解消され且つ凝固組織がチル晶と柱状晶から成る連続鋳造方法によって鋳造する工程と、前記鋳造工程の終了後前記スラグを後続する上記精錬に再使用する工程とを具えることを特徴とするレードル精錬方法。
但し、V=(CaO%+MgO%)/SiO2%
但し、%はすべて質量%とする。 - 溶鋼とスラグを撹拌接触させる方法において、スラグで覆われた溶鋼中にレードル底面より精錬用のガスを5Ncc/分/溶鋼kg以上20Ncc/分/溶鋼kg以下の割合で吹き込んでガスバブリングしつつ溶鋼上方の雰囲気圧を6kPa以上40kPa以下に減圧・維持することを特徴とする請求項1に記載のレードル精錬方法。
- 溶鋼とスラグを撹拌接触させる方法において、アーク加熱用電極を保持したカバーによりレードルの上方を覆い、該スラグで覆われた溶鋼中に該レードル底面より精錬用ガスを吹き込んで撹拌しつつ溶鋼上方より炭材投入とアーク加熱により還元性スラグを生成することを特徴とする請求項1に記載のレードル精錬方法。
- 適用される連続鋳造方法が下記の方法であることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3に記載のレードル精錬方法。
記: 鋳片引抜軌跡が3/4円周とその後の水平直進部から成り、溶鋼を下方開放の鋳型に垂直で鋳込んで鋳片の外皮を形成し、該鋳型下方から連続的に引抜かれる該鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さの分だけ高い部位Q点を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し、次に該鋳片を3/4円周点以後でロールによって伸直し、圧下して中空内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法であって、該方法において鋳込温度を過熱度で20〜50℃と設定することを特徴とする連続鋳造方法。
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