JP5573424B2

JP5573424B2 - 溶鋼の脱硫処理方法

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Publication number: JP5573424B2
Application number: JP2010148809A
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Inventors: 由枝中井; 直樹菊池; 洋晴井戸; 暢井上; 晃弘小川
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Filing date: 2010-06-30
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Description

本発明は、硫黄濃度が０．００１０質量％以下である極低硫鋼を製造することを目的とし、転炉から出鋼された溶鋼に対して、ＣａＯ含有物質を脱硫剤の主たる構成物質として用いて取鍋内で脱硫処理を施す方法に関する。

近年、鋼の高付加価値化や鉄鋼材料の使用用途拡大などに伴う材料特性向上のために、高純度鋼製造の要求が増加している。特に、鉄鋼材料の靭性を低下させる元素である硫黄の含有量が少ない極低硫鋼の要求が高い。鉄鋼材料の溶製過程において、脱硫処理は、溶銑段階での脱硫処理と溶鋼段階での脱硫処理とが行われており、通常は、溶銑段階での脱硫処理のみで溶製するが、高級電磁鋼板やラインパイプ用鋼材などの極低硫鋼では、溶銑段階の脱硫処理のみでは十分でなく、溶銑段階での脱硫処理に加えて更に溶鋼段階での脱硫処理が必要となる。

溶鋼の脱硫処理は、一般に、溶鋼のアーク加熱手段や攪拌手段、更には溶鋼へのフラックス或いは合金粉などの粉体吹き込み手段を有する、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法、ＶＡＤ法、ＬＦ法などの取鍋精錬法によって行われている。これらの脱硫処理方法は、転炉での脱炭精錬によって溶製された溶鋼を収容する取鍋内に脱硫剤を添加し、溶鋼と脱硫剤とを攪拌・混合する或いはアーク加熱することによって脱硫剤を滓化させ、脱硫剤の滓化により形成されたスラグと溶鋼との間でスラグ−メタル間反応を起こさせて溶鋼中の硫黄をスラグ中に移行させるという方法で行われる。脱硫剤としては、ＣａＯ（石灰）を主成分とし、これに脱硫剤の融点降下を目的とするＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）、ＣａＦ₂（蛍石）などを加えた脱硫剤が使用されている。取鍋精錬法による脱硫処理方法で効率的な脱硫反応を起こさせるためには、添加した脱硫剤を早急に滓化させること、及び、攪拌強度を高めて、脱硫剤の滓化により形成されるスラグとメタルとの接触面積を増大させることが重要となる。

脱硫剤は取鍋内の溶鋼上に上置き添加されることが一般的であり、添加後にアーク加熱で滓化するにしても、また、添加後に溶鋼との攪拌・混合で滓化するにしても、滓化に長時間を要する。そこで、脱硫剤の滓化促進のために、特許文献１には、生石灰、アルミナ及び蛍石との混合品であるフラックスを添加し、その後バブリング処理を行い、脱硫処理後のスラグ組成をＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃≧１．５、ＣａＦ₂≧５質量％として溶鋼を脱硫する方法が開示されている。しかし、ＣａＦ₂を含有する脱硫剤を使用した場合には、生成されるスラグ中のＣａＦ₂によって取鍋耐火物が激しく溶損され、取鍋の寿命が大幅に短くなるという問題が生じるのみならず、フッ素の環境への悪影響から、生成したスラブの処分が困難であるという問題がある。

特許文献２には、滓化促進のために、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃のプリメルトフラックス（事前に混合均一溶解したもの）またはＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＦ₂のプリメルトフラックスを脱硫剤として使用する方法が開示されている。しかし、プリメルトフラックスは非常に高価であり、製造コストが上昇するという問題がある。また、ＣａＦ₂を含有する脱硫剤では前述した問題が同様に発生する。

一方、溶鋼攪拌の強化については、攪拌用ガス流量を高めることなく攪拌強度を高める手段として、特許文献３、特許文献４、特許文献５には、フラックスを攪拌用ガスに混入して吹き込む技術が開示されている。しかし、吹き込みガス流量に対してフラックス吹き込み量は限界があり（固気比は５〜３０ｋｇ／ｋｇが限界）、増加可能な攪拌力には限界がある。また、攪拌用ガス流量を増加した場合には、取鍋内の溶鋼湯面の乱れ（揺動）が激しくなり、スプラッシュが発生して地金が蓋に付着する、或いは、電極と溶鋼とで短絡するなどしてアークが安定せず、アーク加熱が困難になるという問題などが発生する。

特開平８−２６００２５号公報特開平９−２１７１１０号公報特開昭６１−９１３１８号公報特開昭６１−２８１８０９号公報特開２０００−２３４１１９号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、極低硫鋼を製造することを目的として転炉から出鋼された溶鋼に対して、ＣａＯ含有物質を脱硫剤の主たる構成物質として用いて取鍋内で取鍋精錬法による脱硫処理を施すにあたり、ＣａＦ₂（蛍石）を脱硫剤の一部として使用しなくても、また、脱硫剤がプリメルトフラックスでなくても、添加した脱硫剤を迅速に滓化させ、効率良く脱硫処理することのできる、溶鋼の脱硫処理方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る溶鋼の脱硫処理方法は、脱硫処理及び脱燐処理の施された溶銑の転炉での脱炭精錬によって得られ、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼を、当該溶鋼への攪拌用ガスの吹き込みにより攪拌しながら、取鍋内に添加されたＣａＯ含有物質を脱硫剤として用いて取鍋内で脱硫処理する溶鋼の脱硫処理方法であって、脱硫処理後の取鍋内スラグの組成を、ＳｉＯ₂の含有量が５〜１５質量％、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）が１．５〜３．０で、且つＣａＦ₂を実質的に含有しない組成に調整することを特徴とする。

第２の発明に係る溶鋼の脱硫処理方法は、第１の発明において、前記［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）を１．８〜２．５に調整することを特徴とする。

第３の発明に係る溶鋼の脱硫処理方法は、第１または第２の発明において、前記攪拌用ガスとともに、Ｃａ合金粉、金属Ｍｇ粉、Ｍｇ合金粉のうちの何れか１種または２種以上を溶鋼中に吹き込むことを特徴とする。

第４の発明に係る溶鋼の脱硫処理方法は、第１または第２の発明において、前記脱硫処理の少なくとも一時期において、浸漬ランスからの攪拌用ガスの吹き込みと、底吹きポーラス煉瓦からの攪拌用ガスの吹き込みとを同時に行うことを特徴とする。

第５の発明に係る溶鋼の脱硫処理方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記脱硫処理後の取鍋内スラグの組成を、脱硫処理前に取鍋内に添加するＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、金属Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質のそれぞれの添加量を制御することによって、上記組成範囲に調整することを特徴とする。

本発明によれば、ＣａＯ含有物質を脱硫剤の主たる構成物質として用いた取鍋精錬法による溶鋼の脱硫処理において、脱硫処理後のスラグ組成を、ＳｉＯ₂の含有量が５〜１５質量％になるように調整するので、このＳｉＯ₂がＣａＯの滓化促進剤として機能してＣａＯの滓化が促進され、また、脱硫処理後のスラグ組成を、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）が１．５〜３．０になるように調整するので、スラグには高い脱硫能力が確保され、その結果、ＣａＦ₂を脱硫剤の一部として使用しなくても、また、脱硫剤がプリメルトフラックスでなくても、効率的に溶鋼の脱硫処理を行うことが実現される。

本発明を実施する際に用いたＬＦ設備の側面概略図である。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。

本発明者らは、硫黄濃度が０．００１０質量％以下である極低硫鋼を、ＣａＯ含有物質を脱硫剤の主たる構成物質として使用して取鍋精錬法による脱硫処理で溶製するにあたり、ＣａＦ₂（蛍石）を脱硫剤の一部として使用しなくても、また、脱硫剤がプリメルトフラックスでなくても、脱硫剤として添加したフラックスを迅速に滓化させ、効率良く脱硫処理することを目的とし、種々試験・研究を重ねた。その結果、脱硫剤として添加したフラックスの滓化促進のためには、フラックスを添加するときの溶鋼の温度、及び、フラックスの組成つまり複数のフラックスが溶解した後に生成されるスラグ組成が重要であることが分った。但し、溶鋼の温度は、転炉からの出鋼時の溶鋼温度によって決まり、むやみに出鋼時の溶鋼温度を高くすることは、転炉耐火物の溶損を増大させ、製造コストの増加を招き得策ではないことから、フラックスの組成について検討することとした。

脱硫剤として添加するフラックスの組成に関して、前述した従来技術に示すように、フラックスの滓化促進による脱硫反応効率化のための知見が幾つかあるが、従来の知見は滓化促進をＣａＦ₂の存在に依存する場合が多い。しかし、ＣａＦ₂を使用することは、スラグ中フッ素の環境への溶出が問題であり、ＣａＦ₂の使用は避ける必要がある。ＣａＦ₂を使用しなくても、滓化が促進されて効率的に脱硫処理することのできるフラックス組成について検討を重ねた結果、ＣａＦ₂による融点降下作用に替わって、脱硫処理によって生成される取鍋内スラグに含有される、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の濃度比率を最適に制御し、脱硫処理によって生成するスラグの融点を降下させることが効果的であることが分った。尚、取鍋内スラグは、転炉からの出鋼時の末期に溶鋼とともに転炉から取鍋内に排出される転炉スラグ（＝ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系スラグ）を起源としており、脱硫剤としてＣａＯ含有物質を添加した後のスラグ組成もＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系を基本としている。

具体的には、フラックスの滓化を促進させる成分としてＳｉＯ₂を用いることとした。ＳｉＯ₂はＣａＯと反応して低融点化合物を生成する。このＳｉＯ₂はＳｉＯ₂源をフラックスとして添加してもよいし、出鋼時に溶鋼とともに転炉から取鍋内に流出する転炉スラグに含有されるＳｉＯ₂を活用してもよい。但し、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のスラグにおいて、ＳｉＯ₂成分は、スラグの融点を降下させる作用があるが、酸性成分であることから、スラグのサルファイドキャパシティー（硫黄を含有・保持する能力）を低下させ、脱硫反応には不利に作用する。

そこで、脱硫反応を阻害しない範囲内でＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系スラグの融点を降下させる作用を発揮できるＳｉＯ₂の濃度範囲を検討した結果、ＳｉＯ₂が５〜１５質量％の範囲が最適であることが分った。５質量％未満では、融点降下の作用が少なく、一方、１５質量％を超えるとスラグのサルファイドキャパシティーが低下する。

更に、スラグの滓化を妨げることなく、スラグの脱硫能力を確保するためには、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のスラグにおいて、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）を１．５〜３．０の範囲内に制御する必要があり、好ましくは、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）を１．８〜２．５の範囲内に制御する必要があることが分った。この比が１．５未満の場合には、スラグの融点は降下するものの、脱硫剤として機能するＣａＯ及びＭｇＯが少なくなって効率的な脱硫反応が得られず、一方、３．０を超えるとスラグの融点が高くなり、滓化しにくくなる。尚、Ａｌ₂Ｏ₃は、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系スラグにおいて融点降下の作用を発揮する。また、ＣａＯ及びＭｇＯはともに塩基性酸化物であり、脱硫能を有するが、ＣａＯの方がＭｇＯに比べて脱硫能が高く、従って、ＭｇＯ濃度を過剰に高くすることは得策ではなく、生成されるＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系スラグ中の（質量％ＭｇＯ）／（質量％ＣａＯ）を０．１０以下に調整することが好ましい。

脱硫反応促進のためには、脱硫剤の組成のみならず、溶鋼の攪拌も重要となる。但し、攪拌用ガスの吹き込み流量を増加すると、湯面の揺動及びスプラッシュが激しくなり、取鍋の上部を覆う蓋への地金付着が発生したり、アーク加熱が安定化しなくなったりする。そこで、このような問題を起こすことなく、溶鋼の攪拌を強化する手段を検討した。その結果、以下の２点が有効であることが分った。

１つの手段は、攪拌用ガスとともにＣａ合金粉、金属Ｍｇ粉、Ｍｇ合金粉のうちの何れか１種または２種以上を溶鋼に吹き込む方法である。この金属粉を吹き込む方法は、攪拌用ガスとともに、金属粉を含有しない、酸化物、フッ化物などからなるフラックスを吹き込む方法と比較しても、更なる脱硫率の向上が得られる。これは、攪拌用ガスとともに酸化物、フッ化物などからなるフラックスを吹き込む方法では、フラックスによる攪拌強化の効果とフラックスによる脱硫効果とが得られるが、攪拌用ガスとともにＣａ合金粉、金属Ｍｇ粉、Ｍｇ合金粉のうちの何れか１種または２種以上を吹き込む方法では、金属粉による攪拌強化の効果と金属粉による脱硫効果とが得られ、更に、金属粉から発生するＣａガス或いはＭｇガスによる攪拌増加効果が得られるからである。

他の１つの手段は、ガス攪拌の吹き込み位置を分散させて、合計の攪拌ガス吹き込み流量を増加させる方法である。具体的には、取鍋内溶鋼の攪拌を、取鍋底部に配置した羽口或いはポーラス煉瓦からのガス吹き込みと、浸漬ランスからのガス吹き込みと、で行うように構成し、脱硫処理の少なくとも一時期において、取鍋底部に配置した羽口或いはポーラス煉瓦からのガス吹き込みと浸漬ランスからのガス吹き込みとを同時に行う方法である。この方法により、それぞれの部位からの吹き込み流量は、吹き込み位置が一箇所の場合に比較して少なくなっても、溶鋼に吹き込まれる単位時間あたりの合計の攪拌ガス流量は大幅に増加し、攪拌力が増加して効率的な脱硫処理を行うことが可能となる。

本発明は、これらの検討結果に基づきなされたものであり、以下、本発明の具体的な実施方法を説明する。

高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋やトピードカーなどの溶銑搬送用容器で受銑し、次工程の脱炭精錬を行う転炉に搬送する。通常、この搬送途中で、溶銑に対して脱硫処理や脱燐処理などの溶銑予備処理が施されており、本発明は、極低硫鋼を製造する技術であることから、脱硫処理を実施する。また、極低硫鋼の成分規格上からは脱燐処理が必要でない場合でも、転炉出鋼後の脱硫処理における転炉スラグからの復燐を防止するために、脱燐処理を実施する。

脱硫処理及び脱燐処理の施された溶銑に対して転炉で脱炭精錬を実施し、得られた溶鋼を取鍋に出鋼する。転炉での脱炭精錬は、溶銑には既に脱硫処理及び脱燐処理が施されているので、少量の生石灰（ＣａＯ）及び少量のドロマイト（ＭｇＣＯ₃−ＣａＣＯ₃）或いは焼成ドロマイト（ＭｇＯ−ＣａＯ）をフラックスとして使用し、炉内にスラグ（「転炉スラグ」と呼ぶ）を形成させる。この転炉スラグは、溶銑の脱燐反応を促進させる役割を担うが、溶銑が既に予備脱燐処理されていることから、主たる役割は、吹錬中の鉄スプラッシュの発生防止及び転炉内張り耐火物の溶損抑制である。出鋼の末期、溶鋼に混入して転炉スラグが取鍋内に流出するので、これを防止するために、通常実施されるスラグ流出防止対策を実施する。スラグ流出防止対策を実施しても、転炉スラグの完全な流出防止は困難であり、取鍋には或る程度の量の転炉スラグが溶鋼に混入して流出する。出鋼後、溶鋼に混入して流入した転炉スラグを取鍋から除去してもよいが、転炉スラグ中のＳｉＯ₂成分が、脱硫剤としてその後に添加されるＣａＯ含有物質の滓化に寄与することから、除去しなくてもよい。

取鍋内に所定の組成のＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の脱硫用スラグを形成するべく、フラックスとして、ＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質を取鍋内に添加する。但し、前述したように、ＭｇＯはＣａＯに比較して脱硫能が低いので、ＭｇＯ含有物質は添加しなくても構わない。また、溶鋼の脱酸及びスラグの還元（スラグ中のＦｅ酸化物及びＭｎ酸化物の還元）のために、取鍋内に金属Ａｌを添加する。これらの物質は、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法、ＶＡＤ法、ＬＦ法の何れかの方法により脱硫処理を実施する後工程の設備で添加してもよいが、ＣａＯの滓化を促進させる観点から、転炉から取鍋への出鋼時または出鋼直後に取鍋内に添加することが好ましい。

ＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、金属Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質の添加量は、取鍋内に流出した転炉スラグの質量及び成分組成を加味し、この転炉スラグを含めて添加されるフラックスが滓化した後に取鍋内に生成されるスラグの組成が、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％で、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０となるように、好ましくは［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．８〜２．５となるように、ＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、金属Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質のそれぞれの添加量を定める。この場合に、生成されるスラグの（質量％ＭｇＯ）／（質量％ＣａＯ）が０．１０以下になるようにそれぞれの添加量を定めることが、より好ましい。そして、これらの物質を、定めた添加量だけ取鍋内に添加する。金属Ａｌは添加した全量がＡｌ₂Ｏ₃になるわけではなく、溶鋼中にも溶解して残る。従って、予め試験によって溶鋼に溶解する溶解Ａｌ分とスラグ中のＡｌ₂Ｏ₃になる分との比率を求めておき、それに基づき金属Ａｌの添加量を設定する。ＣａＦ₂は添加しない。尚、本発明において、「脱硫処理後の取鍋内スラグの組成を、ＣａＦ₂を実質的に含有しない組成に調整する」とは、ＣａＦ₂などのフッ素化合物をＣａＯの滓化促進剤として使用しないで脱硫処理後のスラグ組成を調整することであり、使用するＣａＯ含有物質やＡｌ₂Ｏ₃含有物質などに不可避的に混入して持ち来たされるフッ素が脱硫処理後のスラグに存在しても、ＣａＦ₂を実質的に含有しないスラグと定義する。

添加するＣａＯ含有物質としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）、ドロマイト（ＭｇＣＯ₃−ＣａＣＯ₃）、焼成ドロマイト（ＭｇＯ−ＣａＯ）などを使用し、ＭｇＯ含有物質としては、マグネシアクリンカー（ＭｇＯ）、ドロマイト（ＭｇＣＯ₃−ＣａＣＯ₃）、焼成ドロマイト（ＭｇＯ−ＣａＯ）などを使用する。Ａｌ₂Ｏ₃含有物質としては、アルミドロス（金属Ａｌを２０〜７０質量％含有、残部の主成分はＡｌ₂Ｏ₃）、ボーキサイト（Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｈ₂Ｏ）、仮焼アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などを使用する。アルミドロスは金属Ａｌの代替にもなる。ＳｉＯ₂含有物質としては、珪砂（ＳｉＯ₂）、珪灰石（ＣａＯ−ＳｉＯ₂）などを使用する。

この場合、取鍋内に流出した転炉スラグの質量が多い場合には、ＳｉＯ₂含有物質の添加を必要としないことも起こり得る。また、ＭｇＯ含有物質は、ＭｇＯ含有物質を添加しなくても、スラグ組成が［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０、好ましくは１．８〜２．５となるならば、添加しなくてもよい。

次いで、溶鋼を収容した取鍋を、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法、ＶＡＤ法、ＬＦ法の何れかの方法により脱硫処理を実施する設備に搬送し、溶鋼の脱硫処理を実施する。本発明では、脱硫処理をＬＦ設備で実施する場合を例として説明する。図１に、本発明を実施する際に用いたＬＦ設備の側面概略図を示す。図１において、１はＬＦ設備、２は取鍋、３は昇降式の蓋、４はアーク加熱用の電極、５、６は浸漬ランス、７、８は底吹きポーラス煉瓦、９は溶鋼、１０はスラグ、１１は原材料投入シュート、１２はＡｒガス導入管である。

このＬＦ設備１において、走行台車（図示せず）に積載された、溶鋼９を収容する取鍋２を蓋３の直下の所定位置に配置し、蓋３を下降させて取鍋２の上端部に密着させ、その状態でＡｒガス導入管１２からＡｒガスを供給して取鍋２と蓋３とで囲まれる空間をＡｒガス雰囲気とする。取鍋内にＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、金属Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質が予め添加されていない場合には、及び、これらの添加量が不足する場合には、この状態で、原材料投入シュート１１を介して取鍋内にこれらのフラックス及び金属Ａｌを投入する。

次いで、必要に応じて電極４に通電してアークを発生させ、溶鋼９を加熱するとともに添加したフラックスを滓化させた後、溶鋼９に浸漬ランス５或いは浸漬ランス６を浸漬させ、浸漬ランス５、浸漬ランス６、または、底吹きポーラス煉瓦７，８のうちの少なくとも一箇所から溶鋼９に攪拌用ガスとしてＡｒガスを吹き込み、溶鋼９を攪拌する。溶鋼９を攪拌することによりフラックスが溶鋼９と混合され、フラックスの滓化が進行してスラグ１０が生成される。生成したスラグ１０は、溶鋼９の攪拌により溶鋼９と攪拌・混合され、溶鋼９とスラグ１０との間でスラグ−メタル間反応が発生し、溶鋼中の硫黄がスラグ中に移行する脱硫反応が発生する。

この場合、脱硫反応を促進させる観点から、前述したように、浸漬ランス５，６からＡｒガスとともに、Ｃａ合金粉、金属Ｍｇ粉、Ｍｇ合金粉のうちの何れか１種または２種以上を溶鋼中に吹き込むこと、或いは、脱硫処理の少なくとも一時期において、浸漬ランス５，６からの攪拌用ガスの吹き込みと、底吹きポーラス煉瓦７，８からの攪拌用ガスの吹き込みとを同時に行うことが好ましい。Ｃａ合金粉としては、Ｃａ−Ｓｉ合金粉、Ｃａ−Ａｌ合金粉などを使用し、Ｍｇ合金粉としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ合金粉、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金粉などを使用する。これら金属粉の粒径は、吹き込み添加が可能である限り特定する必要はないが、反応界面積を確保する観点から最大粒径を１ｍｍ以下とすることが好ましい。

溶鋼９の硫黄濃度が０．００１０質量％以下になったなら、溶鋼９へのＡｒガスの吹き込みを停止して脱硫処理を終了する。脱硫処理が終了した時点で、溶鋼９の温度が目標温度よりも低い場合はアーク加熱を実施し、また、溶鋼９の成分が目標の範囲にない場合には、原材料投入シュート１１を介して成分調整用の合金鉄や金属を投入する。脱硫処理終了後は、必要に応じてＲＨ真空脱ガス装置などで脱ガス精錬を実施した後、連続鋳造機でスラブ鋳片に鋳造する。

以上説明したように、本発明によれば、ＣａＯ含有物質を脱硫剤の主たる構成物質として用いた取鍋精錬法による溶鋼９の脱硫処理において、脱硫処理後のスラグ組成を、ＳｉＯ₂の含有量が５〜１５質量％になるように調整するので、ＳｉＯ₂がＣａＯの滓化促進剤として機能してＣａＯの滓化が促進され、また、脱硫処理後のスラグ組成を、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）が１．５〜３．０になるように調整するので、スラグ１０には高い脱硫能力が確保され、その結果、ＣａＦ₂を脱硫剤の一部として使用しなくても、また、脱硫剤がプリメルトフラックスでなくても、効率的に溶鋼９の脱硫処理を行うことが実現される。

尚、上記説明はＬＦ設備で本発明を実施した例であるが、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ設備及びＶＡＤ設備においても、上記に準じて本発明を適用することができる。

高炉から出銑された溶銑に対して脱珪処理、脱硫処理、脱燐処理を行ったのち、この溶銑を転炉に装入して脱炭精錬を実施し、炭素濃度が０．０５〜０．０９質量％、硫黄濃度が０．００３〜０．００４質量％、燐濃度が０．００４〜０．０１０質量％の約２５０トンの溶鋼を得た。出鋼末期に溶鋼に混入して取鍋へ流出する転炉スラグを除去しないことを前提とし、転炉から取鍋への出鋼時に、出鋼流に脱酸用の金属Ａｌと、脱硫用フラックルとして、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスとを添加した。この場合、金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加量は、過去の実績に基づいて転炉スラグの取鍋への流出量を推定し、転炉内のスラグ組成が、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０の範囲内になるように、計算によって求めた。出鋼後、取鍋へ流出した転炉スラグを徐滓せず、金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加された取鍋を図１に示すＬＦ設備に搬送した。

転炉スラグの取鍋への流出量は、流出した転炉スラグの厚みを測定することで推定可能であり、転炉スラグの成分と流出量、及び、出鋼中に添加した金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加量から、転炉内スラグのＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂の含有量を算出した。算出されたスラグ組成が、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％で、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０の範囲内でないときには、ＬＦ設備において、不足するフラックスを添加した（本発明例）。また、比較例として、スラグ中のＳｉＯ₂含有量、及び、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）を上記範囲外に変化させた脱硫処理も実施した。スラグ中のＳｉＯ₂含有量の調整には珪砂を使用した。本発明例及び比較例ともにＣａＦ₂は添加しなかった。

電極をスラグに浸漬させてアーク加熱を行いながら、浸漬ランスから２０００ＮＬ／ｍｉｎのＡｒガスを溶鋼中に吹き込んで溶鋼を攪拌し、約２０分間脱硫処理を行った。

表１に各脱硫試験における処理後のスラグ組成（化学分析値）、脱硫処理前後の溶鋼中硫黄濃度（化学分析値）、脱硫率を示す。評価の欄は、脱硫率が８０％以上で処理後の硫黄濃度が０．０００８質量％以下の試験は◎印、処理後の硫黄濃度が０．００１０質量％以下で脱硫率が７０％以上の試験は○印、脱硫率が７０％未満の試験は×印で評価した。また、表１の備考欄には、本発明の範囲内の試験は「本発明例」、それ以外は「比較例」として表示した。尚、脱硫率は、脱硫処理前後の溶鋼中硫黄濃度の差分を脱硫処理前の溶鋼中硫黄濃度に対して百分率で表示した値である。

脱硫処理後のスラグ組成を、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０の範囲内に調整した本発明例では、脱硫処理後の溶鋼中硫黄濃度は０．００１０質量％以下であり、７０％以上の脱硫率が得られた。特に、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．８〜２．５の範囲内とする試験Ｎo.１、２、４では高い脱硫率が得られた。但し、試験Ｎo.１０は、スラグ中の（質量％ＭｇＯ）／（質量％ＣａＯ）が０．１４０であり、その他の条件は試験Ｎo.１と同等であったものの、試験Ｎo.１に比べて脱硫率が低下した。この結果から、生成するスラグ中の（質量％ＭｇＯ）／（質量％ＣａＯ）を０．１０以下に調整することが好ましいことが確認できた。

一方、比較例では、何れの試験も脱硫処理後の溶鋼中硫黄濃度を０．００１０質量％以下まで脱硫することはできなかった。

高炉から出銑された溶銑に対して脱珪処理、脱硫処理、脱燐処理を行ったのち、この溶銑を転炉に装入して脱炭精錬を実施し、炭素濃度が０．０５〜０．０９質量％、硫黄濃度が０．００３〜０．００５質量％、燐濃度が０．００４〜０．０１０質量％の約２５０トンの溶鋼を得た。出鋼末期に溶鋼に混入して取鍋へ流出する転炉スラグを除去しないことを前提とし、転炉から取鍋への出鋼時に、出鋼流に脱酸用の金属Ａｌと、脱硫用フラックルとして、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスとを添加した。この場合、金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加量は、過去の実績に基づいて転炉スラグの取鍋への流出量を推定し、転炉内のスラグ組成が、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０の範囲内になるように、計算によって求めた。出鋼後、取鍋へ流出した転炉スラグを徐滓せず、金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加された取鍋を図１に示すＬＦ設備に搬送した。

転炉スラグの取鍋への流出量は、流出した転炉スラグの厚みを測定することで推定可能であり、転炉スラグの成分と流出量、及び、出鋼中に添加した金属Ａｌ、生石灰、軽焼ドロマイト、アルミドロスの添加量から、転炉内スラグのＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂の含有量を算出した。算出されたスラグ組成が、ＳｉＯ₂含有量＝５〜１５質量％で、且つ、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．５〜３．０の範囲内でないときには、ＬＦ設備において、不足するフラックスを添加した。スラグ中のＳｉＯ₂含有量の調整には珪砂を使用した。ＣａＦ₂は全ての試験において添加しなかった。

電極をスラグに浸漬させてアーク加熱を行いながら、浸漬ランスまたは底吹きポーラス煉瓦から７００〜３５００ＮＬ／ｍｉｎのＡｒガスを溶鋼中に吹き込んで溶鋼を攪拌し、脱硫処理を行った（試験Ｎo.１８〜２５）。また、一部の試験では、浸漬ランスから吹き込むＡｒガスとともにＣａ合金粉と金属Ｍｇ粉とを同時に吹き込む試験（試験Ｎo.２６〜２８）、及び、生石灰粉を同時に吹き込む試験（試験Ｎo.２９）を実施した。攪拌ガスとともに吹き込む粉体の吹き込み速度は２５ｋｇ／ｍｉｎとした。更に、浸漬ランスから２０００ＮＬ／ｍｉｎのＡｒガスを吹き込みながら、底吹きポーラス煉瓦から７００、１５００ＮＬ／ｍｉｎのＡｒガスを吹き込む試験（試験Ｎo.３０〜３１）も実施した。

表２に各脱硫試験における溶鋼の攪拌方法、脱硫処理前後の溶鋼中硫黄濃度、脱硫処理時間、脱硫率を示す。

攪拌用ガスの吹き込み箇所を一箇所とし、且つ、ガス吹き込み流量を２７００ＮＬ／ｍｉｎ以上に増加させた試験Ｎo.２１、２２、２５ではスプラッシュが激しく、蓋への地金付着が発生した。攪拌用ガスの吹き込み箇所が一箇所であっても、ガス吹き込み流量が２０００ＮＬ／ｍｉｎ以下の場合には、蓋への地金付着は見られなかった。

これに対して、浸漬ランスと底吹きポーラス煉瓦とから同時に吹き込んだ試験Ｎo.３０、３１では、ガス吹き込み流量が２７００ＮＬ／ｍｉｎ以上であっても蓋への地金付着は見られず、短時間の脱硫処理で高い脱硫率が得られた。

即ち、攪拌用ガスの吹き込み位置を分散させることで、激しいスプラッシュを起こさずにガス吹き込み流量を増加することが可能となり、溶鋼の攪拌が強化されて高い脱硫率が得られることが分った。

また、浸漬ランスからＡｒガスとともにＣａ合金粉と金属Ｍｇ粉とを同時に吹き込んだ試験Ｎo.２６〜２８では、生石灰を吹き込んだ試験Ｎo.２９よりも更に短時間で高い脱硫率が得られ、極めて効率良く脱硫処理できることが確認できた。

試験Ｎo.１８〜３１は、脱硫処理後のスラグ組成が本発明の範囲内であり、脱硫処理後の溶鋼中硫黄濃度は全ての試験で０．００１０質量％以下を達成した。

１ＬＦ設備
２取鍋
３蓋
４電極
５浸漬ランス
６浸漬ランス
７底吹きポーラス煉瓦
８底吹きポーラス煉瓦
９溶鋼
１０スラグ
１１原材料投入シュート
１２Ａｒガス導入管

Claims

脱硫処理及び脱燐処理の施された溶銑の転炉での脱炭精錬によって得られ、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼を、当該溶鋼への攪拌用ガスの吹き込みにより攪拌しながら、取鍋内に添加されたＣａＯ含有物質を脱硫剤として用いて取鍋内で脱硫処理する溶鋼の脱硫処理方法であって、脱硫処理後の取鍋内スラグの組成を、ＳｉＯ₂の含有量が５〜１５質量％、［（質量％ＣａＯ）＋（質量％ＭｇＯ）］／（質量％Ａｌ₂Ｏ₃）が１．８〜２．５、（質量％ＭｇＯ）／（質量％ＣａＯ）が０．１０以下で、且つＣａＦ₂を実質的に含有しない組成に調整することを特徴とする、溶鋼の脱硫処理方法。
前記攪拌用ガスとともに、Ｃａ合金粉、金属Ｍｇ粉、Ｍｇ合金粉のうちの何れか１種または２種以上を溶鋼中に吹き込むことを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の脱硫処理方法。
前記脱硫処理の少なくとも一時期において、浸漬ランスからの攪拌用ガスの吹き込みと、底吹きポーラス煉瓦からの攪拌用ガスの吹き込みとを同時に行うことを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の脱硫処理方法。
前記脱硫処理後の取鍋内スラグの組成を、脱硫処理前に取鍋内に添加するＣａＯ含有物質、ＭｇＯ含有物質、金属Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃含有物質、ＳｉＯ₂含有物質のそれぞれの添加量を制御することによって、上記組成範囲に調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の溶鋼の脱硫処理方法。