JP5888194B2 - 溶鋼の脱硫方法 - Google Patents

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本発明は、溶鋼の脱硫処理を行う際の脱硫方法に関する。
海構材、UOラインパイプは、厚手・高強度・高靭性化に対応するため、中心偏析低減対策とともに、精錬工程での低硫化対策が極めて重要である。このような極低硫鋼においては、安定的に10ppm以下までSを低減することが要求される。また、これら溶鋼の脱硫処理は、低S域での脱硫処理となるため脱硫速度が遅く、処理時間が長い。そのため鋼材の生産量に影響を与えるため、短時間の処理が求められる。
溶鋼の脱硫処理は、CaOを主成分として、特許文献1に開示のCaF2を混合した脱硫剤を用いることが一般的に知られている。これは、CaO単独では、融点が約2500℃程度と高く、溶鉄との反応性が悪いため、CaF2を添加して融点を低下させて、溶鉄との反応性を改善するためである。
しかしながら、近年では、土壌環境基準の見直しにより、フッ素含有スラグの用途が制限されるなど、CaF2の使用は控える傾向にある。
このような観点から、転炉出鋼後に取鍋に出鋼された溶鋼を撹拌して脱硫処理するに際して、出鋼時にCaF2を添加せずに、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ともに、粒径がそれぞれ10mm以下の石灰系物質とAl23源とを予め混合したフラックスを投入して、溶鋼及びスラグを撹拌する脱硫方法が開示されている(特許文献2、参照)。
また、脱硫剤としては、特許文献3に、カルシュームアルミネート系脱硫剤が開示されている。
特公昭55−51402号公報 特許第4499969号公報 特開2002−60832号公報
しかし、特許文献2に開示の脱硫方法は、出鋼時に大量のフラックスを投入するため、出鋼時、溶鋼鍋輸送時に大量の発塵を招くこと、トップスラグと溶鋼の界面反応のみで脱硫を進行させるため、鍋インジェクション脱硫処理等に対して、処理時間が長くなるといった問題がある。
また、特許文献3に開示の脱硫剤では、転炉からの流出スラグについて考慮していないので、出鋼時に転炉から排出された転炉スラグと脱硫剤が混合した場合、トップスラグの脱S能の低下から、処理時間を延長せざるを得ない。
本発明は、かかる点に鑑みなされたものであり、転炉精錬後の溶鋼の脱硫処理において、CaF2を使用することなく、従来技術と同等又はそれ以上の脱硫能を得て、脱硫処理に要する時間を短縮することを目的としている。
前記目的を達成する本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)転炉精錬後の溶鋼を脱硫処理する方法であって、転炉から溶鋼を取鍋に出鋼する際に取鍋内にCaOを投入し、出鋼中又は出鋼後、又は、両方のタイミングで、取鍋内のスラグ上に、嵩比重0.1〜2.6のAl源を投入し、その後、CaO飽和溶解度を超えるCaOを含有したCaO−Al23系脱硫剤を溶鋼に吹き込むことにより鋼中Sを10ppm以下とすることを特徴とする溶鋼の脱硫方法。
(2)前記脱硫剤の組成が、CaO、SiO2、及び、Al23の質量比で、(Al23+SiO2)/CaO=0.03〜0.32であり、SiO2及びMgOが0〜10質量%、残部が不可避的不純物であることを特徴とする前記(1)に記載の溶鋼の脱硫方法。
(3)前記吹込みの開始から終了までの吹込み処理時間の50%以上の処理時間で、トップスラグの組成が、CaO:55〜65質量%、SiO2+Al23:30〜45質量%、SiO2及びMgO:0〜10質量%、残部:不可避的不純物であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の溶鋼の脱硫方法。
本発明によれば、転炉精錬後の溶鋼の脱硫処理において、CaF2を使用せず、処理時間を延長することなく、安定的に短時間で、鋼中S:10ppm以下の極低S鋼を製造することが可能である。
以下、本発明について詳述する。
まず、高炉から出銑された溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹き込み、脱燐、脱炭処理を行う。そのような転炉での精錬が終わった後、転炉から取鍋に溶鋼を出鋼する。この時、転炉内スラグもある程度流出する。
本発明では、この出鋼の際に合わせて、取鍋内にCaOを投入する。取鍋内にCaOを投入するのは、転炉からの流出スラグが、脱燐精錬時に生成したスラグで燐含有量が高く、これが、出鋼時に溶鋼とともに撹拌され、溶鋼への復燐が発生し易いのを抑制するためである。
また、後述するように、スラグ中のFeO+MnOを還元するためにアルミ源を添加するので、Al23が増加し、脱硫能が低下するのを防ぐ目的も兼ねている。
CaO投入量は、大量に投入した場合、発塵や耐火物へのスラグ付着が懸念される。本発明者らの知見によれば、溶鋼1t当たり、2.5〜3.5kgが好ましい。
その後、取鍋内の溶鋼上のスラグに対して、アルミ源を投入する。アルミ源は、溶鋼の上面を覆っているスラグの上に載せるように投入する。アルミ源を投入することで、スラグ中のFeO+MnO含有量が低下し、スラグの脱硫能が向上する。この場合、FeO+MnO含有量は、3.0質量%以下としておくことがよい。
アルミ源としては、例えば、アルミ缶のプルトップ部分や、その他一般の各種のアルミニウム成型品を潰して粒状にしたリサイクルアルミニウム(シュレッダーダスト)等、適宜隙間があり、嵩比重0.1〜2.6のものが好ましい(嵩比重はJIS R2205で測定)。
望ましくは、嵩比重が0.1〜1.5であり、例えば、Alが96質量%以上、嵩比重が0.68〜0.74、粒直径が3mm〜15mmのものが好ましい。嵩比重が0.1未満だと、トップスラグに投入した際、スラグ表面に留まったままで、大気中の酸素と反応してしまう。また、嵩比重が2.6より大きいと、トップスラグに投入した際に、溶鋼まで到達し、溶鋼と反応してしまう。即ち、嵩比重を0.1〜2.6とすると、トップスラグ投入した際に、スラグと効率よく反応する。
アルミ屑は、Al23等を含有するアルミ灰よりも、アルミ屑が好適であるが、アルミ灰よりも高価であるので、極力、鋼中のFeO+MnO脱酸に必要な最小限量とすることが望ましい。
アルミ屑の投入量は、CaO投入量と合わせて、次の脱硫剤吹込み工程での吹込み時間内の50%以上の時間帯で、トップスラグの組成が所定の組成となるように考慮することが望ましい。本発明者らの知見によると、アルミ屑の投入量は、おおよそ0.2〜0.7kg/tが好ましい。
アルミ源による脱酸によってAl23が生成し、トップスラグ中のAl23濃度が増加し、後工程において吹込んだCaO−Al23が溶鋼上に浮上した際、復Sすることなく、速やかにトップスラグにフラックスを吸収することができる。
次いで、出鋼完了後、吹込み装置によって溶鋼中に、CaO飽和溶解度を超えるCaOを含有したCaO−Al23系脱硫剤を溶鋼に吹込んで脱硫処理を実施する。この時、キャリアガスとして、例えば、アルゴンガス等、不活性ガスを用いる。
本発明において、CaO飽和溶解度を超えるCaOを含有したCaO−Al23系脱硫剤を吹き込むことは非常に重要である。
即ち、第一に、脱硫処理中に、早期にトップスラグのCaO活量を上げて、CaO飽和の脱硫能に優れた組成とすることができる。ここで、CaO飽和のトップスラグ組成とは、例えば、CaO=55〜65質量%、SiO2+Al23=30〜45質量%、SiO2及びMgO=0〜10質量%等である。
これは、出鋼後のトップスラグは、CaO飽和ではなく脱硫能が低いことが原因であり、CaO飽和溶解度以下のCaOを含有したCaO−Al23系脱硫剤の脱硫剤を吹き込んだ場合、トップスラグのCaO活量の向上が遅いため、処理開始〜末期まで、トップスラグの脱硫能が低いままである。
第二に、鋼中に吹込まれた脱硫剤の一部は、鋼中に存在するAl23系介在物と反応して、組成が変化して脱硫能が低下する。これを抑制するために、意図的に、CaO飽和溶解度を超えるCaOを含ませて、Al23と反応しても脱硫能の低下を抑制することができる。
第三に、出鋼時に、トップスラグにCaO飽和溶解度を超えるCaOを含有したCaO−Al23系脱硫剤を添加するだけでは、脱硫はトップスラグと溶鋼間の反応しか期待できない。鋼中に吹込むことで、脱硫剤浮上中の反応、トップスラグと溶鋼間の反応の両方の脱硫反応を期待できる。
なお、上記3つの効果は、脱硫剤の組成が、CaO、SiO2、Al23の質量比で(Al23+SiO2)/CaO=0.03〜0.32、SiO2及びMgOが0〜10質量%ある場合に発現する。
脱硫剤の組成が、質量比で、(Al23+SiO2)/CaO>0.32、SiO2及びMgOが0〜10質量%の場合、吹込んだ脱硫剤が鋼中でAl23と反応して、脱硫能が低下する。また、トップスラグのCaO活量が向上せず、吹き込まれた粉体が浮上する際に吸収したSが、トップスラグに吸収されず復Sし、脱硫能が低下する。
脱硫剤の組成が、質量比で、(Al23+SiO2)/CaO<0.03、SiO2及びMgOが0〜10質量%の場合、溶融せず、脱硫反応に寄与しないCaOが発生し、脱硫能が低下する。
トップスラグの組成は、吹込みの開始から末期までの少なくとも50%以上の処理時間内において、CaO=55〜65質量%、SiO2+Al23=30〜45質量%、SiO2及びMgO=0〜10質量%とすることが好ましい。
これは、スラグが、液相率、CaO活量が高い脱硫能に優れるスラグであり、トップスラグ/メタルの界面で脱硫が進行することに加え、鋼中に吹込んだ脱硫剤が復硫することなく、速やかにトップスラグ中に吸収されるためである。
これら組成範囲を満たさない場合、脱硫能が低下してしまうので、高い脱硫効率を得ることはできない。また、吹込み開始から末期までの50%未満の処理時間内において、CaO=55〜65質量%、SiO2+Al23=30〜45質量%、SiO2及びMgO=0〜10質量%であった場合、復硫、脱硫に寄与しないCaOが発生するため、高い脱硫効率を得ることはできない。
もし、吹込みバンカーが二系列あり、CaOとAl23の配合比を可変できる場合は、吹込み開始から末期まで、CaO=55〜65質量%、SiO2+Al23=30〜45質量%、SiO2及びMgO=0〜10質量%となるように、組成一定値を狙うことで、より高い効果が得られる。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
(実施例1)
高炉から出銑された溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹込み、脱燐、脱炭処理を行った。そして、溶鋼鍋に溶鋼成分を調整しながら出鋼した。この時、溶鋼とともに、転炉スラグも流出させ、溶鋼1t当たり、3.0kgのCaOを投入した。
その後、表1に示すように、試験No.1〜4で、取鍋内の溶鋼上のスラグの上に、アルミ屑を、溶鋼1t当たり、0.3〜0.5kg投入した。アルミ屑は、Alが96質量%以上、粒直径が3〜15mmのものを用いた。試験No.5については、アルミ屑を投入しなかった。
続いて、表2に示す溶鋼鍋内の溶鋼300tに、脱硫剤吹込み用ランスを浸漬させ、表3に示す条件で、表4に示す脱硫剤を吹込んだ。表5に結果を示す。
発明例は、何れも10ppm以下を達成しており、CaF2を使用した水準5、8とほぼ同等の脱硫率が得られている。発明例のうち、嵩比重0.7のアルミ屑を用いた水準2が、最も脱硫が良好であった。また、水準6、7、9、10、11は、10ppm以下を達成できず、何れの発明例よりも脱硫率が低位となった。
この理由として、以下の4つが考えられる。
(イ)鋼中に吹込んだ脱硫剤の組成が質量比で(Al23+SiO2)/CaO>0.32であり、吹き込んだ脱硫剤の鋼中での脱硫能、トップスラグと混合した際の脱硫能が低下した。
(ロ)アルミ屑をトップスラグに投入した際に、アルミ屑が溶鋼まで到達し、スラグのFeO、MnOと反応せず、トップスラグの脱硫能が低位であった。
(ハ)アルミ屑を投入していないため、トップスラグのFeO、MnO濃度が高く脱硫能が低位であった。
(ニ)鋼中に吹込んだ脱硫剤の組成が質量比で(Al23+SiO2)/CaO<0.03であり、溶融せず、脱硫反応に寄与しないCaOが発生し、脱硫能が低下した。
即ち、水準6は(イ)の理由、水準7は(イ)と(ロ)の理由、水準9は(ロ)と(ハ)の理由、水準10は(ロ)の理由、水準11は(ハ)理由と考えられる。
(実施例2)
高炉から出銑した溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹込み、脱燐、脱炭処理を行った。そして、溶鋼鍋に溶鋼成分を調整しながら出鋼した。この時、溶鋼とともに、転炉スラグも流出させ、溶鋼1t当たり、3.0kgのCaOを投入した。
その後、取鍋内の溶鋼上のスラグの上に、表1の試験No.2に示すアルミ屑を投入した。アルミ屑は、Alが96質量%以上、粒直径が3mm〜15mmのものを用いた。続いて、表2に示す溶鋼鍋内の溶鋼300tに、脱硫剤吹込み用ランスを浸漬させ、表3に示す条件で、表4に示す脱硫剤No.1を鋼中に吹き込んだ。
また、高炉から出銑した溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹込み、脱燐、脱炭処理を行った。そして、溶鋼鍋に溶鋼成分を調整しながら出鋼した。この時、溶鋼とともに、転炉スラグも流出させ、溶鋼1t当たり、3.0kgのCaOを投入し、表4に示す脱硫剤No.1を6.6kg/t投入した。
その後、取鍋内の溶鋼上のスラグの上に、表1の試験No.2に示すアルミ屑を投入した。アルミ屑は、Alが96質量%以上、粒直径が3〜15mmのものを用いた。続いて、表2に示す溶鋼鍋内の溶鋼300tに、ランスを浸漬させ、浸漬深さ1〜1.5mの位置からArガスを2.0Nm3/minで20分間吹き込んだ。
結果を表6に示す。
発明例の水準1は、鋼中に吹き込むことで10ppmを達成しているが、出鋼時に添加した水準2では、10ppmに到達しなかった。これは、トップスラグと溶鋼間の撹拌だけでは脱硫が不十分であり、脱硫剤浮上中の反応も重要であることを示唆している。
水準2のみで10ppm以下の処理後Sを達成するためには、20分以上の処理時間が必要であり、本発明は、比較例に対してより短時間の処理が期待できる。
また、水準2は、発塵やランスへのスラグ付着等の問題が発生したが、水準1では、これらの問題は発生しなかった。即ち、本発明は、環境対策や操業トラブル対策等は、特に必要とせず、操業上問題なく使用することができる脱硫方法である。
前述したように、本発明によれば、転炉精錬後の溶鋼の脱硫処理において、CaF2を使用せず、処理時間を延長することなく、安定的に短時間で、鋼中S:10ppm以下の極低S鋼を製造することが可能である。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

Claims (3)

  1. 転炉精錬後の溶鋼を脱硫処理する方法であって、転炉から溶鋼を取鍋に出鋼する際に取鍋内にCaOを投入し、出鋼中又は出鋼後、又は、両方のタイミングで、取鍋内のスラグ上に、嵩比重0.1〜2.6のAl源を投入し、その後、CaO飽和溶解度を超えるCaOを含有したCaO−Al2O3系脱硫剤を溶鋼に吹き込むことにより鋼中Sを10ppm以下とすることを特徴とする溶鋼の脱硫方法。
  2. 前記脱硫剤の組成が、CaO、SiO2、及び、Al23の質量比で、(Al23+SiO2)/CaO=0.03〜0.32であり、SiO2及びMgOが0〜10質量%、残部が不可避的不純物であることを特徴とする請求項1に記載の溶鋼の脱硫方法。
  3. 前記吹込みの開始から終了までの吹き込み処理時間の50%以上の処理時間で、トップスラグの組成が、CaO:55〜65質量%、SiO2+Al23=30〜45質量%、SiO2及びMgOが0〜10質量%、残部:不可避的不純物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶鋼の脱硫方法。
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