JP4816138B2

JP4816138B2 - 取鍋精錬方法および取鍋精錬炉

Info

Publication number: JP4816138B2
Application number: JP2006048705A
Authority: JP
Inventors: 健二大島; 大輔高橋; 真吾藤原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP2007224387A

Description

本発明は、取鍋精錬方法並びに取鍋精錬炉に関し、特に不活性ガスの吹き込みと電磁攪拌とを併用して溶鋼の攪拌を行う際に、非金属介在物の浮上を有利に実現する取鍋精錬方法に関するものである。

製鋼工程において、溶鋼中に含まれる非金属介在物（以下「介在物」と記す）を浮上分離させて減量することは、良好な製品品質を維持する上で重要である。また、溶鋼中の［Ｓ］を除去する脱硫操作も製品品質を維持する上で重要である。

例えば、溶鋼の精錬過程で溶鋼中の酸素を脱酸する工程があり、この脱酸工程では、溶鋼中に多数の酸化物系介在物が生成する。ここで生成する介在物の大半は、径が10μm以下と小さく、溶鋼との比重差に基づく介在物自体の有する浮上速度は１×10^−５ｍ／ｓ程度であり、この浮上速度で溶鋼湯面まで浮上するには、数時間を要する。さらに、取鍋内の溶鋼中には、移動速度が１×10^−２ｍ／ｓ程度で、幅が１ｍ以下の熱対流セルが存在するため、介在物の浮上分離はますます難しくなる。そのために、介在物の浮上分離を促進させる方法が種々提案されてきた。

その一つとして、磁場が鉛直方向に移動する電磁攪拌装置（移動磁場発生装置とも言う）を取鍋の側面に取り付け、取鍋内の溶鋼を鉛直方向に攪拌する取鍋精錬法（例えば、ASEA−SKF法）がある。この方法では、電磁攪拌装置により取鍋内の溶鋼に鉛直方向の循環流を励起するため、強い循環流が得られる。しかし、このような電磁攪拌装置は、取鍋のハンドリングや設備コストの点から取鍋の側壁全周に配置されることはなく、通常、側壁周方向の一部分のみに設置されて攪拌を行うことになる。従って、取鍋内の溶鋼湯面では、電磁攪拌装置が設置された部分だけに強い湧昇流が生じるため、この湧昇流により溶鋼湯面に浮かんでいるスラグが溶鋼中に巻き込まれ、このスラグが介在物となることもある。

かような問題を回避するために、取鍋側方に電磁攪拌装置を持つ技術において、溶鋼に回転流を与えて攪拌することが、特許文献１ないし３に記載されている。しかしながら、これら技術をもってしても、介在物の浮上分離においては未だ問題を残していた。

すなわち、介在物浮上分離のための攪拌時間を長くとっても鋼中介在物、とりわけ微細介在物の減少につながらないという問題である。
特公表64−500526号公報特開平４−48027号公報特開2002−153944号公報

そこで、本発明は、従来は微細介在物の分離の点で不利とされていた取鍋精錬炉においても介在物の浮上分離を確実に実現し、さらには脱硫を適切に行うための方途について提案することを目的とする。

発明者等は、上記課題を解決するための手段について鋭意検討したところ、攪拌のための気泡を微細化することによって、介在物の浮上力が強化されて介在物の浮上分離を確実に行えること、また、脱硫処理においては、脱硫剤との強攪拌を実現することによって、処理時間の短縮および脱硫能の向上がはかれること、を見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）取鍋精錬炉内の溶鋼を、該取鍋底部中央部からの不活性ガスの吹き込み並びに電磁攪拌の併用により攪拌して精錬を行うに当り、電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って上昇し前記不活性ガス上昇領域にて下降する向きに誘導して脱ガス処理を行うことを特徴とする取鍋精錬方法。

（２）電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って下降し前記不活性ガス上昇領域にて上昇する向きに誘導して脱硫処理を行うことを特徴とする前記（１）に記載の取鍋精錬方法。

（３）取鍋に、該取鍋内の溶鋼に流動を与える電磁攪拌装置、取鍋の底部中央部から不活性ガスを吹き込む不活性ガス供給装置、取鍋内の溶鋼を加熱する溶鋼加熱装置および、脱ガス装置を装着してなる取鍋精錬炉。

本発明によれば、介在物の分離除去を行う脱ガス処理時は、電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って上昇し不活性ガス上昇領域にて下降する向きに誘導するために、取鍋底部より供給される不活性ガスおよび溶鋼中から生起する気泡の浮上を、電磁攪拌による溶鋼流動が妨げる結果、上記気泡は微細な気泡となって上昇することになり、微細気泡により溶鋼中の介在物の浮上促進が実現される。

また、本発明によれば、脱硫処理時は上記脱ガス処理時とは逆に、電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って下降し不活性ガス上昇領域にて上昇する向きに誘導するために、この溶鋼流動と取鍋底部より供給される不活性ガスの上昇方向とが一致して強い流動を溶鋼に与えることになる結果、脱硫剤との攪拌は強化され、脱硫時間の短縮および脱硫効率の向上が実現される。

さらに、本発明の取鍋精錬炉では、大きな改造を施すことなく簡単な構成の下に、上記した溶鋼の効果的な攪拌を可能とする。

以下、図１ないし４を参照して、従来手法との対比によって本発明を詳しく説明する。これら図１ないし４において、取鍋精錬炉の基本構成は同じであり、図中、符号１は取鍋、２は溶鋼に流動を与える電磁攪拌装置、３は取鍋１底部に設けられた不活性ガスを供給するポーラスプラグを示す。

取鍋精錬炉における脱ガス処理時の溶鋼の攪拌について、まず、従来方式を図１に示す。すなわち、取鍋１側方に配置した電磁攪拌装置２によって、溶鋼４に下降流５を生起させる。この下降流５は、取鍋１の底部で反転して、６の上昇流となって溶鋼４の攪拌がはかられる。

そして、この上昇流６の流動と、前記ポーラスプラグ３からの不活性ガスの供給で発生した気泡７による上昇流動を一致させ、脱ガス、そして介在物の浮上を速やかに図るものであった。

この従来の攪拌方法は、不活性ガスの気泡７によるリンス効果および溶鋼４中の脱ガスと、強力な上昇流による速やかな脱ガスおよび介在物の浮上とを所期したものであり、十分な効果を発揮していた。しかしながら、近年、介在物は例えば５μm以下の径の微細なものまでを問題としており、従来の攪拌形態が不十分であるとの問題意識はここに端を発している。

すなわち、従来の攪拌形態の問題として、ポーラスプラグ３からの不活性ガスの供給に伴う気泡７の上昇により、介在物の浮上も合わせて行われるが、気泡径が大きいために大型介在物の浮上には有効であったが、微細介在物を随伴する十分な流動になっていないことおよび、気泡７の上昇力と上昇流６の一致による上昇流動が溶鋼表面で強い反転流となって、浮上した介在物が溶鋼４中へ再度巻き込まれること、が新たに判明した。

そこで、従来の発想とは逆転する方法を試みたのが、図２に示す本発明に従う取鍋精錬炉における溶鋼の攪拌方法である。
図２に示すように、本発明では、真空脱ガス時の溶鋼攪拌において、取鍋１側方に配置した電磁攪拌装置２によって、溶鋼４に従来方式とは逆に、上昇流11を生起させる。この上昇流11は、取鍋１内の溶鋼表層部で反転して、取鍋１中央を下降する12の下降流となる。本発明では、この下降流12によって、ポーラスプラグ３からの不活性ガス供給に伴う気泡７の上昇を妨げつつ脱ガス処理を行う。

すなわち、従来の問題点は、不活性ガス供給に伴う気泡の径が大きいために大型介在物の除去には効果的であっても、溶鋼中に分散して存在する微細介在物を随伴する十分な流動になっていないことおよび、浮上した介在物が溶鋼４中へ再度巻き込まれることにあるのは、上述とおりである。従って、本発明では上昇するポーラスプラグ３からの不活性ガス供給に伴う気泡７に、下降流12を衝突させて気泡７の細分化を行うこととした。気泡７を細分化させ、溶鋼４中の全域に分散させることにより、微細介在物の捕捉、浮上分離を図るのである。

かように、図１の従来方式とは逆転する向きに溶鋼の流動を与えることによって、気泡７は微細化されて溶鋼４中を上昇する為、微細介在物までを浮上させることができ、また、図１と異なり反転流を低く抑えられるため、再巻き込みも阻止することができる。

この脱ガス処理における不活性ガスの供給量は、溶鋼装入量：30〜100ｔ取鍋で50〜150ｌ／min、また電磁攪拌条件は、印加電流値：900〜1100Ａである。

次に、図３は、従来の取鍋精錬炉における脱硫時の溶鋼攪拌形態を示したものであり、取鍋１側方に配置した電磁攪拌装置２によって、溶鋼４に取鍋１の内壁に沿って上昇流８を生起させる。この上昇流８は、取鍋１内の溶鋼表層部で反転して、取鍋１中央を下降する下降流となって溶鋼４の攪拌が行なわれていた。この攪拌方法によって、脱硫時に溶鋼４表面に投入された脱硫剤10は、溶鋼攪拌により生起された下降流９によって界面で反応するとともに、さらに下降流９によって巻き込まれた脱硫剤10の溶鋼４中への分散が不活性ガスの気泡７によって生じ、最も効率的脱硫が図られると考えられていた。
しかし、脱硫はどうしても界面反応が主体になることは避けられず、さらなる脱硫の促進をはかる必要がある。

そこで、本発明の脱硫処理時の溶鋼攪拌形態は、図４に示すように、脱硫時の場合もまた、従来の脱硫処理時と逆転する流動を溶鋼に与える。すなわち、図４に示すように、取鍋１側方に配置した電磁攪拌装置２によって、溶鋼４に取鍋１の内壁に沿って下降流13を生起させる。この下降流13は、取鍋１底部で反転して上昇する上昇流14となる。

従って、本発明に従う脱硫処理時は、ポーラスプラグ３からの不活性ガス供給に伴う気泡７の上昇方向と、上昇流14との向きが一致するのである。

この気泡７の上昇と溶鋼流動の一致化により、取鍋１内の溶鋼４の中央部に強力な上昇流が発生し、溶鋼４表面に投入された脱硫剤10は、取鍋４の側壁に沿って溶鋼４中に巻き込まれ、あるいは溶鋼湯面の表層にて溶鋼４と脱硫剤10とが混合、攪拌される結果、脱硫が進行する。
そのため、界面反応が主体であった従来の脱硫処理と比べて、本発明に従う攪拌方法では脱硫時間を半減できる顕著な効果を発揮する。

この脱硫処理における不活性ガスの供給量は、溶鋼装入量：30〜100ｔ取鍋で150〜250ｌ／min、また電磁攪拌条件は、印加電流値：1000〜1200Ａである。脱ガス処理時より溶鋼を強攪拌するために、不活性ガス供給量は増加及び電磁攪拌条件は印加電流値を増加した。

以上の脱ガス処理および脱硫処理を行う取鍋精錬炉としては、図１ないし４に示した取鍋１に、電磁攪拌装置２およびポーラスプラグ３のほか、図５に示すように、このポーラスプラグ３に接続されて取鍋の底部から不活性ガスを吹き込む不活性ガス供給装置15および取鍋１内の溶鋼４を加熱する溶鋼加熱装置16および、脱ガス装置17を装着してなるものが適合する。なお、図５に示した取鍋精錬炉では、溶鋼加熱装置16および脱ガス装置17を取鍋容器の蓋形式で装着し、原料並びに溶鋼の加熱段階では溶鋼加熱装置16を装着（図５（ａ）参照）し、その後の脱ガス処理そして脱硫処理の段階では脱ガス装置17を装着（図５（ｂ）参照）する使用形態をとる。
そして、脱ガス時と脱硫時に合せて、不活性ガス供給装置15はガス供給量が制御可能であり、電磁攪拌装置２も流動方向を切換え可能である。

転炉から取鍋（容量：30〜100ｔ）に出鋼された、Ｃ：0.05mass％、Mn：0.06mass％、Ｐ：0.006mass％、Ｓ：0.002mass％、Ｎ：0.0025mass％およびＯ：0.0300mass％を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有する溶鋼に、真空脱ガス処理並びに脱硫処理を施して、Ｃ：0.10mass％、Si：0.4mass％、Mn：0.4mass％、Ｐ：0.010mass％、Ｓ：0.0008mass％、Al：0.001mass％、Cu：0.05mass％、Ni：0.1mass％、Cr：8.55mass％Mo：0.97mass％、Ｖ：0.19mass％、Nb：0.08mass％、Ｎ：0.0400mass％およびＯ：0.007mass％を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成とする、精錬を行った。

すなわち、取鍋に転炉からの溶鋼を装入したのち、溶鋼加熱、脱ガス処理、脱硫処理および成分・温度調整の工程からなる精錬を、下記の条件に従って行った。以下は、いずれも溶鋼100ｔ例である。

記
［比較例］
脱ガス処理：図１に示すところに従って、電磁攪拌装置２による溶鋼の流動を導くと共に、鍋底のポーラスプラグからアルゴンガスの供給を行った。この電磁攪拌条件は、印加電流値：900Ａとして取鍋中央部で上昇流を生起させ、またアルゴンガスの供給条件は100ｌ／minとした。
脱硫処理：図３に示すところに従って、電磁攪拌装置２による溶鋼の流動を導くと共に、鍋底のポーラスプラグからアルゴンガスの供給を行った。この電磁攪拌条件は、印加電流値：1000Ａとして取鍋中央部で下降流を生起させ、またアルゴンガスの供給条件は250ｌ／minとした。

［発明例］
脱ガス処理：図２に示すところに従って、電磁攪拌装置２による溶鋼の流動を導くと共に、鍋底のポーラスプラグからアルゴンガスの供給を行った。この電磁攪拌条件は、印加電流値：1000Ａとして取鍋中央部で比較例より強い下降流を生起させ、またアルゴンガスの供給条件は150ｌ／minと比較例より増加させ、ガス気泡の増加を図った。
脱硫処理：図４に示すところに従って、電磁攪拌装置２による溶鋼の流動を導くと共に、鍋底のポーラスプラグからアルゴンガスの供給を行った。この電磁攪拌条件は、印加電流値：1000Ａとして取鍋中央部で上昇流を生起させた。また、アルゴンガスの供給条件は、200ｌ／minとして比較例より低下させ、取鍋蓋付着物の多量発生を抑制した。
なお、脱硫剤には、CaＯ-SiＯ₂-Al₂Ｏ₃系フラックスを用いた。

上記した各精錬操業に関して、その精錬時間および製品の内部探傷試験による合格率について調査した。すなわち、精錬時間は、従来法と比較して35％もの短縮が図られ、製品の内部探傷試験による合格率は同一脱ガス時間で40％向上した。

脱ガス処理における従来の溶鋼の攪拌方向を示す図である。脱ガス処理における本発明に従う溶鋼の攪拌方向を示す図である。脱硫処理における従来の溶鋼の攪拌方向を示す図である。脱硫処理における本発明に従う溶鋼の攪拌方向を示す図である。取鍋精錬炉を示す図である。

符号の説明

１取鍋
２電磁攪拌装置
３ポーラスプラグ
４溶鋼
５下降流
６上昇流
７気泡
８上昇流
９下降流
１０脱硫剤
１１上昇流
１２下降流
１３下降流
１４上昇流
１５不活性ガス供給装置
１６溶鋼加熱装置
１７脱ガス装置

Claims

取鍋精錬炉内の溶鋼を、該取鍋底部中央部からの不活性ガスの吹き込み並びに電磁攪拌の併用により攪拌して精錬を行うに当り、電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って上昇し前記不活性ガス上昇領域にて下降する向きに誘導して脱ガス処理を行うことを特徴とする取鍋精錬方法。
電磁攪拌による溶鋼流動を、取鍋内壁に沿って下降し前記不活性ガス上昇領域にて上昇する向きに誘導して脱硫処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の取鍋精錬方法。
取鍋に、該取鍋内の溶鋼に流動を与える電磁攪拌装置、取鍋の底部中央部から不活性ガスを吹き込む不活性ガス供給装置、取鍋内の溶鋼を加熱する溶鋼加熱装置および、脱ガス装置を装着してなる取鍋精錬炉。