JP4499969B2 - 溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法に係わり、特に、添加するフラックスに蛍石を使用せず、且つ事前の転炉精錬で生じたスラグを有効利用して脱硫する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼材料に対する需要家の品質要求が厳しくなり、転炉精錬で得た溶鋼をさらに出鋼後に炉外で精錬して不純物元素を除去する必要が生じた。そのため、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法、ＶＡＤ法、ＬＦ法等と称される所謂「取鍋精錬」が行なわれるようになった。これら取鍋精錬の基本は、転炉から溶鋼１を取鍋２に出鋼し、図３に示すように、該溶鋼１の上に適当な精錬剤３（以下、フラックス３という）を添加して、攪拌を行ない、形成されたスラグ４と溶鋼１との間で所謂「スラグ−メタル反応」を活発に行なって、所望の溶鋼中不純物元素を除去するものである。なお、この場合、前記フラックスの添加前に、転炉精錬で生じ、取鍋２へ溶鋼１に伴なわれて流出してくるスラグは、復燐の理由ですべて除去するようにしている。また、取鍋２内での溶鋼１の撹拌は、電磁撹拌（ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法）でも良いが、図３に示したように、取鍋２の底に設けたポーラスプラグ、あるいは羽口５を介して不活性ガス６の吹き込み（ＶＤＡ法、ＬＦ法）により行なわれ、さらに、添加したフラックス３を溶融するため、必要に応じて溶鋼１に電極７を浸漬しての加熱が行なわれる。
【０００３】
ところで、鋼材に含まれる硫黄（記号Ｓで表す）は、その鋼材の靭性を害するので、溶製対象の鋼種によっては、この硫黄の含有量をできるだけ低減するのが望ましい。そのため、該当鋼材の素材である溶鋼を転炉精錬した後に、更に前記取鍋精錬による脱硫が施される。例えば、特公昭５８−２５７５号公報は、従来取鍋精錬で使用していた粉体混合型あるいは溶融型のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＦ₂系フラックスの問題点を解消するため、新たに焼結型（原材料を溶融に至らない温度にガス等で間接加熱）フラックスの使用を提案している。この焼結型フラックスは、原材料をアーク加熱で一旦溶融させる溶融型フラックスに比べれば、電力を使用しないだけコストが安い。
【０００４】
しかしながら、該焼結型フラックスの製造には、原材料の粉砕−均一混合−焼成−再粉砕−分級といった多くの工程が必要であり、単に粉状の原材料（例えば、焼石灰、珪石等）を混合、添加するフラックスの使用方法に比べるとやはりコストが高い。また、溶融し難い原材料の溶融促進のために、蛍石（ＣａＦ₂）の添加があり、取鍋に内張りした耐火物の溶損に多大な影響を与えている。さらに、最近、弗素の環境への流出量を規制する要求が強く叫ばれているが、その要求に対処するためにも蛍石の無添加が望まれる。加えて、前記したように、取鍋精錬の開始前に行なう転炉からの流出スラグの除去は、溶鋼の温度を低下させるばかりでなく、スラグと共に溶鋼をも除去することになり、溶鋼歩留りを下げて経済的な不利益を生じさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、安価で、且つ蛍石を使用せずに、従来並みの脱硫効率を維持可能な溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、ＬＦ法等の取鍋精錬で溶鋼を脱硫処理する際に使用されるフラックスについて鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、転炉精錬後に取鍋へ出鋼され、該取鍋に保持された溶鋼を攪拌して脱硫処理するに際して、前記出鋼時に、ＣａＦ _２ を添加せずに、迅速なフラックスの滓化を促進し、硫黄濃度が１０ｐｐｍ以下までの溶鋼を安定して溶製し、且つ取鍋耐火物の溶損が減少するように、溶鋼と一緒に転炉精錬で生じたスラグを取鍋に流出させると共に、該取鍋内に形成されるスラグの脱硫処理後の最終組成が下記範囲を同時に満たす成分と量を有するように、前記取鍋に流出したスラグの組成と重量に基づきフラックスの量と組成を計算で求め、粒径がそれぞれ１０ｍｍ以下の石灰系物質とＡｌ_２Ｏ_３源とを予め混合したフラックスを投入してから、溶鋼及びスラグを攪拌することを特徴とする溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法である。
ＣａＯ＋ＭｇＯ＝５５〜６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＝３０〜４５質量％、
ただし、ＭｇＯ＝８〜１５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３＝２０〜３５質量％及びＳｉＯ_２＝０〜１５質量％
【０００８】
さらに、本発明は、前記転炉精錬で生じ、取鍋内に流出させたスラグに、脱酸剤を投入して還元し、該スラグの（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）含有量を１質量％以下としておくことを特徴とする溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法である。そして、この場合、前記フラックスを、取鍋へ流出中のスラグに投入することが好ましい。
【０００９】
加えて、本発明は、前記攪拌を、取鍋の底から溶鋼へ吹き込む不活性ガスで行なうことを特徴とする溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法である。
【００１０】
以上の本発明によれば、蛍石（ＣａＦ₂）を添加しなくても、迅速なフラックスの滓化が進行し、硫黄濃度が１０ｐｐｍ以下までの溶鋼を安定して溶製できるようになる。また、環境への弗素放出に対する対策になるばかりでなく、フラックス・コストを安価にし、且つ取鍋耐火物の溶損を減少するので、精錬コストが従来より大幅に低減する。さらには、まだ明確な再利用方法が確立していない転炉スラグの製鉄所内での備蓄を回避できるという副次効果もある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
まず、発明者は、従来の取鍋精錬では、事前の転炉精錬で形成されたスラグを脱硫処理前に全量除去していることに着眼した。つまり、該スラグは、まだ非常に高温であり、その除去後に取鍋に投入され、脱硫処理中に形成されるスラグの組成を高い脱硫能を有するように調整するフラックスの滓化促進に有効利用できると考えたのである。そこで、この考えに立脚して、転炉精錬で形成されたスラグを取鍋から除去せず、そこへ投入するフラックスについて検討する試験操業を多々行なった。その結果、粉粒状の石灰系物質及びＡｌ₂Ｏ₃源を蛍石なしで単に混合するだけでも、滓化が速く行なわれることを知り、そのことを本発明の１つの要件とした。
【００１３】
具体的には、石灰系物質としては、焼石灰、軽焼ドロマイト、Ａｌ₂Ｏ₃源としてはＡｌドロス、バンド頁岩の使用が好ましい。これらを、予め混合しておけば、含まれるＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃が低融点化合物を形成し易くなるからである。
また、それらの粒度は、それぞれ１０ｍｍ以下（望ましくは、３ｍｍ以下）が良い。１０ｍｍ以上超えだと、滓化が遅滞するので、両者の接触面積を増大させるためである。そこで、本発明では、この粒度範囲を要件の１つに加えることにした。
【００１４】
また、脱硫処理中に生じるスラグの脱硫能を高くするには、スラグの組成を所望通りにする必要がある。そこで、本発明では、３つ目の要件として、従来のスラグ組成を参考にして、脱硫処理の終了時点におけるスラグ組成を、下記の範囲で決めることにした。
【００１５】
ＣａＯ＋ＭｇＯ＝５５〜６５％，Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＝３０〜４５％，ただし、
ＭｇＯ＝８〜１５％，Ａｌ_２Ｏ_３＝２０〜３５％，ＳｉＯ_２＝０〜１５％
具体的には、出鋼時に取鍋に流出したスラグの組成と重量に基づき、脱硫終了時点の上記範囲の組成にするに必要なフラックスの量と組成を計算で求めてから、フラックスの投入を行なうのである。
【００１６】
そして、発明者は、以上述べた３つの主要件を組み合わせて、本発明を完成させたのである。これにより、従来のような溶融型や焼結型のフラックスを使用する必要がなくなり、フラックス・コストの削減が可能となる。
【００１７】
次に、発明者は、上記発明の別の態様についても検討し、以下に述べる数々の発明をなした。
【００１９】
一つ目は、出鋼時に転炉から溶鋼に伴われて流出するスラグに脱酸剤を投入し、スラグを該脱酸剤（Ａｌ，アルミ灰等）で還元して改質し、スラグ中の（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）含有量を１質量％以下にする。これによって、出鋼後の取鍋での除滓工程が省略でき、さらに溶鋼の温度低下が抑制でき、その後に投入されるフラックスの滓化促進に非常に有効である。この場合、取鍋への流出中のスラグにフラックスを添加すれば、出鋼流の攪拌エネルギーと溶鋼の熱により、フラックスを容易に滓化させることができる。従って、この取鍋への流出中のスラグにフラックスを添加することを二つ目の態様とした。
なお、いずれの本発明でも、必要に応じて電極を用いて通電し、溶鋼、スラグ及びフラックスを加熱してフラックスの滓化を促進することは自由である。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
溶銑を、予備処理として脱珪、脱燐及び脱硫された溶銑を、転炉で造滓材を加えて酸素ガスを吹き込み脱炭精錬してから、得られた溶鋼を取鍋精錬（この場合、ＬＦ法）、ＲＨ真空脱ガスを順次行ない、極低Ｓ，（Ａｌ＋Ｓｉ）キルド鋼を溶製した。
【００２１】
その際、取鍋精錬に、前記した本発明に係る溶鋼の脱硫方法を適用した。転炉での脱炭精錬が終了した後の溶鋼を、スラグと共に取鍋（処理能力：２５０トン）へ出鋼し、その後、取鍋内に計算で定めた成分と量のフラックス及び造滓材を投入し、攪拌を行なった。フラックスとしては、生石灰６０質量％とバンド頁岩４０質量％（粒径：３ｍｍアンダー）との混合物が使用され、その添加量を７．４ｋｇ／ｔとした。このフラックスの他にも、７．８ｋｇ／ｔの焼石灰が加えられた。
なお、従来の取鍋精錬では、このフラックス及び造滓材に対応するものとして、焼石灰５．９ｋｇ／ｔ、軽焼ドロマイト７．４ｋｇ／ｔ、バンド頁岩１．９ｋｇ／ｔ、ホタル石１．９ｋｇ／ｔが投入されていた。
【００２２】
また、この取鍋精錬炉での脱硫処理は、撹拌開始から終了までの間とし、撹拌は、アルゴン・ガスの底吹きで行なわれた。使用したアルゴン・ガスの流量は０．００５２Ｎｍ³／ｍｉｎ／（ｔ．ｓｔｅｅ１）である。
【００２３】
操業成績としては、まず、脱硫率の向上が認められた。つまり従来の取鍋精錬で８３％であった脱硫率が８７％となり、４％も向上した。そして、溶鋼中の硫黄濃度（記号［Ｓ］）は、従来方法では３０ｐｐｍであったものが、５ｐｐｍとなった。また、処理の所要時間は、図１に示すように、従来４５分であったものが３６分になり、９分も短縮できた。これは、目視観察であるが、本発明の実施で、フラックスの溶融時間が、従来の１２分から５分程度へ短縮されたことが大きく寄与していたものと考えられる。さらに、目標スラグ組成への到達時間は、図２（ａ）に示すように、従来の場合（図２（ｂ）参照）に比べて速くなった。なお、これら図２では、スラグの組成をＳｉＯ₂−（ＣａＯ＋ＭｇＯ）−Ａｌ₂Ｏ₃系の３元状態図で表し、脱硫処理開始前（転炉から流出後）のスラグに、フラックス及び造滓材を添加し、処理終了（目標組成に対応）までに変化する過程を矢印で示している。
（実施例２）
実施例１と同じ鋼種の溶製で、取鍋精錬のフラックスに焼石灰に代え、軽焼ドロマイトを採用した。つまり、フラックスとして、軽焼ドロマイト７０質量％とバンド頁岩３０質量％（粒径：３ｍｍアンダー）の混合物を採用し、造滓材としては、フラックス１０．４ｋｇ／ｔ及び焼石灰５．９ｋｇ／ｔにした。撹拌等、その他の条件は、実施例１と同じである。
【００２４】
その結果、実施例１とほとんど同じ操業成績が得られた。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、蛍石（ＣａＦ₂）を添加しなくても、迅速なフラックスの滓化が進行し、硫黄濃度が１０ｐｐｍ以下までの溶鋼を安定して溶製できるようになる。また、環境への弗素放出に対する対策になるばかりでなく、フラックス・コストを安価にし、且つ取鍋耐火物の溶損を減少するので、精錬コストが従来より大幅に低減する。さらに、まだ明確な再利用方法が確立していない転炉スラグの製鉄所内での備蓄を回避できるという副次効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】取鍋精錬による溶鋼の脱硫処理における溶鋼中硫黄濃度の経時変化を示す図である。
【図２】取鍋精錬による溶鋼の脱硫処理におけるスラグの組成変化を示す図であり、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来法を実施した場合である。
【図３】一般的なＬＦ法による取鍋精錬での脱硫処理状況を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶鋼
２ 取鍋
３ フラックス
４ スラグ
５ 羽口（ポーラス・プラグ）
６ 不活性ガス
７ 電極

Claims (4)

1. 転炉精錬後に取鍋へ出鋼され、該取鍋に保持された溶鋼を攪拌して脱硫処理するに際して、
   前記出鋼時に、ＣａＦ _２ を添加せずに、迅速なフラックスの滓化を促進し、硫黄濃度が１０ｐｐｍ以下までの溶鋼を安定して溶製し、且つ取鍋耐火物の溶損が減少するように、溶鋼と一緒に転炉精錬で生じたスラグを取鍋に流出させると共に、該取鍋内に形成されるスラグの脱硫処理後の最終組成が下記範囲を同時に満たす成分と量を有するように、前記取鍋に流出したスラグの組成と重量に基づきフラックスの量と組成を計算で求め、粒径がそれぞれ１０ｍｍ以下の石灰系物質とＡｌ_２Ｏ_３源とを予め混合したフラックスを投入してから、溶鋼及びスラグを攪拌することを特徴とする溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法。
   ＣａＯ＋ＭｇＯ＝５５〜６５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＝３０〜４５質量％、
   ただし、ＭｇＯ＝８〜１５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３＝２０〜３５質量％及びＳｉＯ_２＝０〜１５質量％
2. 前記転炉精錬で生じ、取鍋内に流出させたスラグに、脱酸剤を投入して還元し、該スラグの（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）含有量を１質量％以下としておくことを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法。
3. 前記フラックスを、取鍋は流出中のスラグに投入することを特徴とする請求項１又は２記載の溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法。
4. 前記攪拌を、取鍋の底から溶鋼へ吹き込む不活性ガスで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鋼の取鍋精錬による脱硫方法。

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