JP5382275B1 - 溶鋼の真空精錬方法 - Google Patents
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Abstract
0.4≦(G/F)/(G/F)st≦1.1
(ここで、G:燃焼用ガス供給速度(Nm3/min)、F:燃料供給速度(Nm3/min)、(G/F):酸素燃料比(=燃焼用ガス供給速度/燃料供給速度)、(G/F)st:燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値)
を満たすよう供給して火炎を形成することで、Mn鉱石を添加する際の溶鋼温度の低下やMnロスを抑制して効率良く脱炭処理し、低炭素高マンガン鋼を溶製する、あるいは、脱硫剤を添加する際の溶鋼温度の低下を抑制して効率良く脱硫処理して低硫鋼を溶製する。
【選択図】図6
Description
0.4≦(G/F)/(G/F)st≦1.1
ここで、G :燃焼用ガス供給速度(Nm3/min)
F :燃料供給速度(Nm3/min)
(G/F) :酸素燃料比(=燃焼用ガス供給速度/燃料供給速度)
(G/F)st:燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値
を満たすよう供給して火炎を形成することを特徴とする溶鋼の真空精錬方法である。
Mn鉱石は、MnO2やMn2O3、MnO等、酸化数の異なる種々のMn酸化物を主成分とするものである。このMn鉱石を、マンガン源としてまた脱炭促進のための酸素源として溶鋼に添加する場合、Mn鉱石中の酸化数の異なるMn酸化物は、溶鋼中のCによって、下記(1)〜(3)式;
MnO2+2C → Mn+2CO ・・・(1)
Mn2O3+3C → 2Mn+3CO ・・・(2)
MnO+C → Mn+CO ・・・(3)
に従って還元されると考えられる。
具体的には、上記予備実験では、上吹きランスとして、軸芯部に設けた中心孔先端のノズルから粉体のMn鉱石をキャリアガス(Arガス)とともに噴出することができ、かつ、上記中心孔の周囲に配設した複数の周囲孔先端のバーナーから燃料と燃焼用ガスを噴出して火炎を形成することができる多重管ランスを用いてMn鉱石を加熱し、上吹き添加した。この際、上記燃料と燃焼用ガスの供給速度およびバーナーによる加熱の有無を表1のように変えて添加し、上吹き添加前後におけるMn鉱石の温度変化およびMn鉱石中の酸化数が異なるMn酸化物の構成比率の変化を調査した。なお、上記予備実験では、キャリアガスにArガスを、燃料はプロパンガスを、燃焼用ガスに純酸素を用いた。
本発明は、上記の新規な技術思想と知見に基いて開発したものである。
本発明の溶鋼の真空精錬に用いることができる真空脱ガス設備には、RH真空脱ガス装置やDH真空脱ガス装置、VOD炉等があるが、それらの中で最も代表的なものは、RH真空脱ガス装置である。そこで、RH真空脱ガス装置を例にとって説明する。
このRH真空脱ガス設備は、溶鋼1を収容する取鍋2と、溶鋼を真空脱ガス処理(以降、端に「脱ガス処理」ともいう)する脱ガス部3から構成されている。上記脱ガス部3は、溶鋼を内部に導入して脱ガス処理する真空槽4と、それに接続する図示されていない排気設備とからなる。真空槽4の上部側面には排気設備につながる排気口7、および、合金原料(成分調整剤)や媒溶剤等の副原料を添加する投入口(シュート)8が設けられている。
図2は、本発明に用いて好適な上吹きランスの一例を示したものであり、(a)は垂直断面図、(b)は下面図である。この上吹きランスは、溶鋼に吹き付ける酸素ガスを供給する酸素ガス通路と、酸化物粉体および酸化物粉体のキャリアガスを供給する酸化物粉体・キャリアガス通路とを兼ねた通路(以降、単に「酸素ガス通路」または「粉体・キャリアガス通路」ともいう)11と、その通路の先端、即ち、ランス先端に設けられたノズル12からなる「中心孔」を軸芯部に備えた内部水冷筒体13と、その内部水冷筒体13の周囲を取り囲む外部水冷筒体14と、さらに、上記内部水冷筒体13と外部水冷筒体14との間に燃料や燃焼用ガスを供給する通路15と、その通路の先端、即ち、ランス先端に設けられたバーナー16とからなる複数本の「周囲孔」から構成されている。上記周囲孔は、2重管構造となっており、内管側には燃料、外管側には燃焼用ガスを流すようになっているが、燃料の通路と燃焼用ガスの通路とを取り替えてもよい。
まず、高炉から出銑した溶銑は、溶銑鍋やトーピードカー等の保持容器や搬送容器に受銑した後、脱炭精錬を行う製鋼工程に搬送する。通常、この搬送の途中で、溶銑に対して脱硫や脱燐等の溶銑予備処理を施すことが多いが、本発明においては、成分規格上、溶銑予備処理が必要でない場合でも、溶銑予備処理を施すことが好ましい。というのは、転炉では、マンガン源として添加するMn鉱石を添加するが、溶銑予備処理、特に脱燐処理を行わない場合には、転炉での吹錬時に脱炭と同時に脱燐を行うことが必要となり、そのためにCaO系フラックスを多量に添加するため、転炉のスラグ量が増加し、スラグに分配されるマンガン量が増加してMn歩留りが低下してしまうからである。
0.4≦(G/F)/(G/F)st≦1.1
ここで、G :燃焼用ガス供給速度(Nm3/min)
F :燃料供給速度(Nm3/min)
(G/F) :酸素燃料比(=燃焼用ガス供給速度/燃料供給速度)
(G/F)st:燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値
を満たすことが必要である。先述したように、(G/F)/(G/F)stが1.1を超えると、火炎の酸化性が強くなり、Mn鉱石は加熱されるものの、Mn鉱石中のMn酸化物の還元が進行しない。一方、(G/F)/(G/F)stが0.4を下回ると、火炎自体が形成されないため、Mn鉱石を加熱することもできないからである。好ましい(G/F)/(G/F)stは0.4以上1.0未満の範囲である。
RH真空脱ガス装置に搬送した未脱酸状態のままの溶鋼は、必要に応じて、上吹きランス9の酸素ガス通路11およびその先端のノズル12を介して、酸素ガスを溶鋼に吹き付けて脱炭を行うリムド処理を所定時間行い、溶鋼中のC濃度が成分規格値以下の所定の値に達したなら、原料投入口8からAl等の強脱酸剤を溶鋼1に添加して溶鋼中の溶存酸素濃度を低減(脱酸)し、リムド処理を終了する。
0.4≦(G/F)/(G/F)st≦1.1
ここで、G :燃焼用ガス供給速度(Nm3/min)
F :燃料供給速度(Nm3/min)
(G/F) :酸素燃料比(=燃焼用ガス供給速度/燃料供給速度)
(G/F)st:燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値
を満たすことが必要である。(G/F)/(G/F)stが1.1を超えると、火炎の酸化性が強くなり、脱硫剤は加熱されるものの、還元反応である脱硫反応が進行しない。一方、(G/F)/(G/F)stが0.4を下回ると、火炎自体が形成されないため、脱硫剤を加熱することもできないからである。好ましい(G/F)/(G/F)stは0.4以上1.0未満の範囲である。
転炉吹錬した溶鋼は、未脱酸のまま取鍋に出鋼し、上吹きランスを備えたRH真空脱ガス装置に搬送し、未脱酸状態のままで真空脱炭処理するリムド処理を伴う脱ガス処理を施した。なお、RH真空脱ガス装置到着時の溶鋼中O濃度は、0.03〜0.07mass%の範囲であった。
なお、添加するMn鉱石は、粒度が5〜20mmで、マンガン含有量が約58mass%のものを用い、Mn鉱石の添加速度は100kg/min、添加時間は10min、総添加量は1000kgで一定とした。
また、リムド処理後の溶鋼の目標成分は、C:0.002〜0.003mass%、Mn:0.5〜1.2mass%とし、リムド処理終了後、Mn濃度が低すぎた場合には、金属マンガンを添加してMn濃度調整を行った。
また、リムド処理時に酸素が不足している場合には、上吹きランス先端のノズルから酸素ガスを溶鋼の浴表面に吹き付け(送酸)ながら脱炭を行った。
まず、No.16〜18は、図2の上吹きランスを使用し、リムド処理時にランス先端に火炎を形成したが、Mn鉱石を添加しなかった比較例であり、溶鋼温度は上昇しているものの、脱炭速度は0.0033〜0.0036mass%/minであった。これに対して、Mn鉱石を添加したNo.1〜15における脱炭速度は0.0040〜0.0052mass%/minであり、Mn鉱石の添加により、脱炭が促進されていることがわかる。これは、Mn鉱石中のMn酸化物が固体酸素として有効に機能し、溶鋼の脱炭反応を促進したためであると考えられる。なお、このNo.16〜18の比較例では、脱炭に要する酸素が不足し、送酸を行わざるを得なかったため、Mnロスが生じている。
No.13〜15は、図2の上吹きランスを使用し、副原料投入口(図1の8)から真空槽内へMn鉱石を加熱することなく添加した比較例であり、Mn鉱石添加に伴う顕熱や分解熱(潜熱)による温度ロスによって、溶鋼温度が30℃以上低下しており、脱炭速度は0.004mass%/min台で、Mn歩留りも40〜50%台でしかない。
また、No.10〜12は、図2に示した上吹きランスを用いているが、バーナーの火炎でMn鉱石を加熱せずに上吹き添加した比較例であり、上記No.13〜15と同様、Mn鉱石添加に伴う顕熱や潜熱により溶鋼温度が大きく低下し、Mn歩留りも上記No.13〜15と同様、低位となっている。
これに対して、No.19は、図3に示した従来技術の上吹きランスを用いて、ランス先端に形成した火炎でMn鉱石を加熱し、添加した発明例である。この発明例では、溶鋼温度が10℃以上上昇している。これは、Mn鉱石を加熱して添加したことで、温度ロスが低減でき、着熱効率が向上したためと考えられる。また、Mn歩留りも80%近くまで向上している。これは、Mn鉱石を還元性の火炎で加熱したことによって、Mn鉱石が還元されて添加されたためと考えられる。
さらに、No.1〜6は、図2に示した上吹きランスを用いて、Mn鉱石をバーナーの火炎で加熱しつつ上吹き添加した発明例であり、リムド処理後の溶鋼温度が9℃以上上昇し、脱炭速度がすべて0.048mass%/min以上と高く、Mn鉱石中のMn歩留りも80%以上が得られている。
ここで、No.4の発明例とNo.19の発明例は、バーナーの燃焼条件((G/F)/(G/F)st)は同じであるが、No.4の発明例の方が、溶鋼温度の上昇量、脱炭速度、Mn歩留りとも優れている。この違いは、No.19で用いた図3の上吹きランスは、ランス先端でMn鉱石と燃焼用ガスが混合して噴出するのに対して、No.4で用いた図2の上吹きランスは、ランス先端のノズルからMn鉱石を噴射し、その噴流をノズルの周囲に配設されたバーナーの火炎で包み込むようにしてMn鉱石を加熱するので、図2のランスの方が、Mn鉱石を効率よく加熱・還元することができるためであると考えられる。
一方、No.7は、バーナーの燃焼条件((G/F)/(G/F)st)が本発明の範囲より高いこと以外は、No.1〜6の発明例と同じ比較例であり、火炎が還元性ではなく、Mn鉱石が還元されなかったため、溶鋼温度は上昇しているものの、Mnの歩留りはNo.13〜15と同様、低位である。
逆に、No.8,9は、((G/F)/(G/F)st)が本発明の範囲より低いこと以外は、No.1〜6の発明例と同じ比較例であり、供給される酸素の不足により火炎が形成されず、Mn鉱石が加熱されなかったため、Mn鉱石添加に伴う顕熱や潜熱による温度ロスによって溶鋼温度が低下し、Mn歩留りもNo.13〜15と同様、低位である。
転炉吹錬した溶鋼は、未脱酸のまま取鍋に出鋼し、上吹きランスを備えたRH真空脱ガス装置に搬送し、未脱酸状態のままで真空脱炭処理するリムド処理を伴う脱ガス処理を施した。RH真空脱ガス装置到着時の溶鋼中O濃度は、0.03〜0.07mass%の範囲であった。
また、上吹きランス先端のバーナーに火炎を形成する場合には、燃料としてのLNGを240Nm3/hr、燃焼用ガスとしての純酸素を120〜600Nm3/hrの範囲で変えて供給することで、バーナーの燃焼条件((G/F)/(G/F)st)を変化させた。なお、この場合の(G/F)stは2(燃料の供給速度Fが1Nm3/minに対し、燃焼用ガスの供給速度Gが2Nm3/min)である。
No.9は、図2に示した上吹きランスを用いているが、バーナーの火炎で脱硫剤を加熱せずに上吹き添加した比較例であり、脱硫剤添加に伴う顕熱により溶鋼温度が大きく低下し、脱硫率も60%台と低位である。
これに対して、No.1〜6は、図2に示した上吹きランスを用い、かつ、脱硫剤をバーナーの火炎で加熱して上吹き添加した発明例であり、脱硫剤添加による温度ロスがほとんどない。これは、脱硫剤を加熱して添加したことで、温度ロスが低減し、着熱効率が向上したためと考えられる。また、脱硫率も78%以上が得られている。これは、バーナーの火炎が還元性であるため、溶鋼の脱硫反応が促進されたためと考えられる。
一方、No.7は、バーナーの燃焼条件((G/F)/(G/F)st)が本発明の範囲より高いこと以外は、No.1〜6の発明例と同じ比較例であり、溶鋼温度は上昇しているものの、脱硫率は60%台と低位である。これは、火炎が還元性ではないため、還元反応である溶鋼の脱硫反応が進行しなかったためと考えられる。
逆に、No.8は、バーナーの燃焼条件((G/F)/(G/F)st)が本発明の範囲より低いこと以外は、No.1〜6の発明例と同じ比較例であり、供給される酸素が不足して火炎が形成されず、脱硫剤が加熱されなかったため、温度ロスによって溶鋼温度が大きく低下している。しかし、未燃焼の還元性ガスで脱硫剤が供給されたため、脱硫率は88.1%と高位である。
2:取鍋
3:脱ガス部
4:真空槽
5,6:浸漬管
7:排気口
8:副原料投入口(シュート)
9:上吹きランス
10:環流ガス供給配管
11:酸素ガス通路または粉体・キャリアガス通路
12:ノズル
13:内部水冷筒体
14:外部水冷筒体
15:燃料・燃焼用ガス通路
16:バーナー
17:パイロットバーナー
20:酸素ガス通路
21:スロート部
22:末広がり部
23:燃料ガス通路
24:燃料ガス供給孔
25:粉体・キャリアガス通路
26:粉体・キャリアガス噴出孔
Claims (4)
- 真空脱ガス設備に配設された上吹きランス先端のバーナーに形成した火炎で酸化物粉体を加熱し、脱ガス槽内の溶鋼の浴面上に上吹き添加する溶鋼の精錬方法において、
前記バーナーに、燃料と燃焼用ガスが下記式を満たすよう供給して火炎を形成することを特徴とする溶鋼の真空精錬方法。
記
0.4≦(G/F)/(G/F)st≦1.1
ここで、G :燃焼用ガス供給速度(Nm3/min)
F :燃料供給速度(Nm3/min)
(G/F) :酸素燃料比(=燃焼用ガス供給速度/燃料供給速度)
(G/F)st:燃料が完全燃焼する酸素燃料比の化学量論値 - 前記酸化物粉体は、Mn鉱石および/またはCaO系脱硫剤であることを特徴とする請求項1に記載の溶鋼の真空精錬方法。
- 前記上吹きランスの軸芯部に設けられた中心孔先端のノズルからMn鉱石および/またはCaO系脱硫剤をキャリアガスとともに噴出し、前記ノズルの周囲に配設した複数の周囲孔先端のバーナーから燃料と燃焼用ガスを供給し、点火して火炎を形成し、該火炎によって前記酸化物粉体を加熱することを特徴とする請求項1または2に記載の溶鋼の真空精錬方法。
- 前記燃料として、炭化水素系の気体燃料、炭化水素系の液体燃料および炭素系の固体燃料のうちのいずれか1種以上を供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶鋼の真空精錬方法。
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