JP7067280B2 - 溶鋼の取鍋精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼の取鍋精錬方法に関するものである。

転炉や電気炉で一次精錬された溶鋼は、取鍋に収容される。さらに二次精錬として、取鍋内の溶鋼を対象に精錬が行われる。二次精錬後の溶鋼は、主に連続鋳造によって鋳造し、さらに熱間圧延などを経て目的の製品が製造される。二次精錬は、製品の目標品質に応じて、溶鋼の成分調整、非金属介在物の浮上分離、溶鋼の均一混合、溶鋼の加熱昇温、溶鋼中有害不純物の低減などを目的として行われる。鋼を高清浄化するため、二次精錬として溶鋼の低酸素化が行われる。

二次精錬の方法の一つとして、取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、フラックス層に通電電極を浸漬させて通電しながら、溶鋼中にガスを吹き込んで溶鋼を攪拌する二次精錬方法が知られている。フラックス層を精錬剤として溶鋼の低酸素化（高清浄化）が可能であり、また通電加熱によって溶鋼を昇温することができる。以下この方法を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬方法と呼ぶ。

通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬に関し、特許文献１には、通電加熱型精錬用取鍋が開示されている。取鍋の中心付近に黒鉛製の３本の電極が配置され、取鍋の底部にはガス吹き込みのために複数のポーラスプラグが配置されている。電極の下方先端は、取鍋内の溶鋼上に浮遊するフラックス層内に浸漬され、給電装置により通電され、フラックス及び溶鋼を加熱する。ポーラスプラグから溶鋼中に不活性ガスを送り込み、溶鋼を攪拌する。

通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬において、フラックス層を形成するため、ＣａＯを含む媒溶剤を添加する。媒溶剤のＣａＯをスラグに溶融させ、スラグ中のＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂の濃度を低下させると、溶鋼中に溶解しているＯと親和力の強い脱酸元素であるＡｌやＳｉの脱酸反応が活性化する。これにより、溶鋼の脱酸処理等が進行する。しかし、ＣａＯは高融点のためスラグとの反応によるスラグ中への溶融させる必要があり、単純に攪拌を強化しても、溶融に長時間を要し、脱酸時間も長時間となる課題がある。

特許文献２には、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬方法において、微粉砕した造滓剤をランスを通じて溶鋼表面に不活性ガスで吹きつける方法が開示されている。これにより、造滓剤の滓化が著しく速く、精錬時間を短縮することができるとしている。
特許文献３には、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬方法において、浸漬ランスを介して、アークの発生が乱れない程度の量の不活性ガスで、精錬剤を溶鋼中に吹き込む方法が開示されている。これにより、従来より迅速に、かつ安定して硫黄分を極低硫領域まで低減可能であるとしている。

特開２００１－０４０４１１号公報 特開昭６２－２０５２１６号公報 特開２０００－２３４１１９号公報

通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬によって溶鋼を低酸素化して高清浄度鋼を製造するに際し、特許文献１に記載の方法を用いて低酸素化処理を行うと、目標とする溶鋼の低酸素化を実現するために長時間を要し、所定の時間内には目標とする低酸素化を実現できないという問題を有していた。特許文献２、３記載の方法では、媒溶剤を相応に短時間で溶融することが可能であるが、更なる溶融時間の短縮が必要である。また、媒溶剤の溶融促進や反応性向上に、ランスを用いた媒溶剤の吹付けやインジェクションが不可欠であり、媒溶剤の破砕による微粉化やランス耐火物補修などが必要となり、コストが増加する課題もある。

本発明は、取鍋内の溶鋼を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬によって低酸素化して高清浄度鋼を製造するに際し、添加したフラックスの溶融を促進し、低酸素化反応速度を高めることが可能な、新規かつ改良された溶鋼の取鍋精錬方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］取鍋内に該取鍋の前工程のスラグとともに収容された溶鋼に対して、副原料投入口からＣａＯを含む媒溶剤を添加して取鍋内溶鋼表面にフラックス層を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極を前記フラックス層に浸漬させて通電する溶鋼の取鍋精錬方法において、
前記取鍋の底部にガス吹き込み用プラグを２カ所に配置し、それぞれガス吹き込み用Ａプラグ、ガス吹き込み用Ｂプラグとし、ガス吹き込み用プラグそれぞれから吹き込まれるガスの流量をそれぞれ、Ｑ_A、Ｑ_B（いずれも単位はＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）とし、
平面視において、前記２本又は３本の電極すべての外周に外接する円であって最小半径ｒを持つ円を「電極の外接円」とし、電極の外接円の中心位置をＣ_Eとし、
取鍋底面の半径をＲ、取鍋底面の中心位置をＣ_Oとし、
ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_B、副原料投入口の中心位置をＣ_Gとし、
Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OB、Ｃ_GとＣ_E間の距離をＬ_GE、Ｃ_G－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＧＯＢ）をθ、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＡＯＢ）をφとし、
ガス吹き込み用Ａプラグとガス吹き込み用Ｂプラグ、副原料投入口が下記（１）～（５）式を満足する位置に配置され、
Ｑ_A、Ｑ_Bが以下に示す（６）～（８）式を満たすことを特徴とする、溶鋼の取鍋精錬方法。
０．９Ｒ≧Ｌ_OB＞ｒ （１）
９０°≧θ （２）
Ｌ_GE＞ｒ （３）
１８０°≧φ≧１２０° （４）
ｒ≧Ｌ_OA （ただし、Ｌ _OA が０である場合を除く） （５）
１．０≦Ｑ_B≦４．５ （６）
１．０≦Ｑ_A≦４．５ （７）
０．６７≦Ｑ_B／Ｑ_A≦１．５ （８）
［２］前記媒溶剤を前記副原料投入口から添加する時期が、通電前ならびに通電中であることを特徴とする、［１］に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
［３］前記媒溶剤を前記副原料投入口から添加する時期が、通電前であることを特徴とする、［１］に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。

本発明に従えば、副原料投入口から投入された媒溶剤中のＣａＯは、底吹き攪拌による溶鋼流動によって取鍋壁面に搬送されて滞留し、さらに通電加熱された高温のスラグも取鍋壁面に搬送され、高温であるスラグがＣａＯ分を加熱し、媒溶剤の溶融を促進するため、フラックス層中のＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂の濃度が低減し、溶鋼中の脱酸元素であるＡｌやＳｉと鋼中Ｏ（酸素）との反応を活発化させ、低酸素化反応速度を高めることができる。

本発明の取鍋精錬方法を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視断面図である。 本発明の取鍋精錬について説明する平面図であり、（Ａ）は媒溶剤投入前、（Ｂ）は媒溶剤投入直後、（Ｃ）はガス吹き込み開始後を示す図である。 取鍋精錬におけるガス吹き込み用プラグ、副原料投入口の位置が好適範囲から外れる状況示す平面図であり、（Ａ）（Ｂ）はＢプラグ配置位置、（Ｃ）は副原料投入口位置、（Ｄ）はＡプラグ配置位置が、それぞれ好適範囲から外れる状況を示す。 取鍋精錬におけるガス吹き込み用プラグ、ガス吹き込み量が好適範囲から外れる状況示す平面図であり、（Ａ）（Ｂ）はＡプラグ配置位置、（Ｃ）（Ｄ）はガス吹き込み量が、それぞれ好適範囲から外れる状況を示す。

図１～図４に基づいて本発明の説明を行う。
本発明の溶鋼の取鍋精錬方法において、取鍋１内における溶鋼５の表面にＣａＯを含むフラックス層６を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極３をフラックス層６に浸漬させて通電することにより、溶鋼の高清浄化処理を行う。通電加熱については、通常行われている方法を用いることができる。即ち、取鍋上部に配置した電極３の下方先端をフラックス層６内に浸漬し、電極３に通電することにより、フラックス及び溶鋼を加熱する。図１に示すように、取鍋１の平面視において、２本又は３本の電極３すべての外周に外接する円を、「電極の外接円４」と呼ぶ。電極３が３本の場合（図１参照）は、電極の外接円４が一つに定まる。電極３が２本の場合は、半径が最小となるものを電極の外接円４とする。そのため、電極の外接円４の半径ｒを「電極の外接円の最小半径」と表現している。

上記のように、電極３を取鍋中央部に配置するのは、これにより取鍋内の溶鋼をまんべんなく加熱できるからである。ここで「取鍋中央部」とは、２本または３本の電極の外接円の中心（Ｃ_E）が、取鍋底部（半径Ｒ）の中央（Ｃ_O）から０．１×Ｒ以下の範囲にあることを意味している。通常は、電極の外接円の中心位置と取鍋底面の中心位置とを一致させる。
また本発明では、図１に示すように、取鍋１の底部にガス吹き込み用プラグ２を２カ所に配置し、当該ガス吹き込み用プラグ２それぞれから不活性ガスを溶鋼中に吹き込むことにより、取鍋内溶鋼の攪拌を行う。

転炉などの一次精錬装置で精錬を完了した溶鋼は、取鍋に出鋼される。出鋼時には、溶鋼と共に、転炉スラグの一部も取鍋に流出し、出鋼完了後の取鍋内溶鋼表面に転炉スラグ層が形成される。転炉スラグは、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯ、ＭｇＯなどで構成されている。出鋼時にはＦｅ－ＳｉやＡｌなどの脱酸剤を添加し、溶鋼中のフリー酸素を脱酸する。脱酸により生じたＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃は、浮上して溶鋼表面のスラグ層に吸収される。

取鍋精錬においては、取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含む媒溶剤を添加し、電極による通電加熱で媒溶剤を溶融してフラックス層を形成するとともに、取鍋底部からのガス吹き込みで溶鋼とフラックス層とが攪拌される。フラックス層中におけるＦｅＯなどの酸化性の強い成分は、溶鋼中に含まれる脱酸剤（Ａｌなど）によって還元される。さらに、ＣａＯを主成分とする媒溶剤を添加することにより、フラックス中のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯ、ＭｇＯなどなどの含有量は、転炉スラグの濃度に比較して低減する。フラックス成分が非酸化性となった上で、フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂の濃度が低下した結果として、溶鋼中に残存溶解しているＯ（フリー酸素）とＡｌやＳｉとが結合してフラックス中にＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂として移行する反応が活性化される。これにより、溶鋼の高清浄度化が進行する。この反応は、溶融したフラックス層と溶鋼との界面で進行する。取鍋内溶鋼全体の高清浄化を速やかに進行するためには、副原料投入口から投入した媒溶剤を迅速かつ十分に溶融することが重要である。

本発明は、図１、図２に示すように、取鍋１の底部にガス吹き込み用プラグ２を２カ所に配置し、それぞれガス吹き込み用Ａプラグ２Ａ、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂとする。取鍋底部のガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂからガスを吹き込むと、吹き込まれた気泡７の上昇によって溶鋼の上昇流８も形成される（図１（Ｂ）参照）。溶鋼の上昇流８が溶鋼表面に到達すると、溶鋼表面から放射状に向かう表面流を形成する。平面視において、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの中心位置Ｃ_Bを中心とした放射状の流れを形成する。

本発明では、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｂプラグ２Ｂからのガス吹き込みによって形成される溶鋼流に向けて、副原料投入口１０から媒溶剤を投入する。図２（Ｂ）には、投入直後の媒溶剤２０の位置が示されている。投入した媒溶剤は、Ｂプラグ２Ｂにより形成された溶鋼流に乗って移動し、図２（Ｃ）の媒溶剤エリア２１に示すように、取鍋壁面に搬送されて滞留する。
副材投入口から投入した媒溶剤は、ＣａＯを主体としており、ＣａＯは高融点であるため、媒溶剤を高温に加熱することではじめて溶融する。一方、加熱用の電極３は取鍋の中央部に配置されているので、媒溶剤エリア２１が滞留する取鍋壁面付近のフラックス層は、このままでは温度が上昇せず、ＣａＯを主体とする媒溶剤を十分に溶融させることができない。

取鍋中央部の電極付近に存在するフラックス層は、電極による通電加熱で高温に加熱されている。本発明では、高温に加熱された電極付近のフラックス層を、取鍋壁面付近に滞留する媒溶剤エリアに向けて移動させ、ＣａＯを含む媒溶剤に、通電加熱によって高温となったフラックス（取鍋の前工程のスラグを含む）を搬送し続けることで、ＣａＯの加熱とスラグへの溶融を促進させることを特徴とする。そのために必要な媒溶剤の添加位置（副原料投入口位置）の条件を、２つのガス吹き込み用プラグの配置位置との関係で、規定することとした。そして、ガス吹き込み用Ｂプラグの配置位置を基準として、ガス吹き込み用Ａプラグ、及び副原料投入位置の配置位置を定める。

ここで、図１に示すように、取鍋底面の中心位置をＣ_O、ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_B、副原料投入口の中心位置をＣ_Gとする。また、電極の外接円の最小半径をｒ、電極の外接円の中心位置をＣ_Eとし、取鍋底面の半径をＲとする。また、Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OBとする。さらに、Ｃ_GとＣ_E間の距離をＬ_GEとする。Ｃ_G－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＧＯＢ）をθ、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＡＯＢ）をφとする。ここで、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度としては、１８０°以下の小さい角度と、その反対側に１８０°以上の大きい角度（両方の角度を合計すると３６０°となる。）が認識される。ここでは、θ、φともに、１８０°以下の小さい角度を意味する。

《ガス吹き込み用Ｂプラグの配置位置》
ガス吹き込み用Ｂプラグは、取鍋底面の中心位置から、電極の外接円の半径ｒよりも遠ざけた位置に配置する（Ｌ_OB＞ｒ）。電極の外接円の中心位置（Ｃ_E）は取鍋底面の中心位置（Ｃ_O）の近傍又は同じ位置にあるので、ガス吹き込み用Ｂプラグは電極の外接円の外側に配置されることとなる。電極の外接円の内側に配置する（Ｌ_OB≦ｒ）と、高温スラグが供給できない場所に媒溶剤エリアを形成することとなり、媒溶剤の加熱、溶融が進みにくくなる（図３（Ａ）参照）。一方、Ｂプラグから吹き込んだガスが気泡となって溶鋼内を上昇する際、取鍋壁面に近すぎる場合、取鍋壁に接触してしまい、気泡上昇位置が不安定となり、生成する溶鋼流が不安定になる（図３（Ｂ）参照）。そのため、０．９Ｒ≧Ｌ_OBも満足する位置にＢプラグを配置させる必要がある。即ち、下記（１）式
０．９Ｒ≧Ｌ_OB＞ｒ （１）
を満たすものとする。

《副原料投入口の配置位置》
本発明では、副原料投入口の配置位置とガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの配置位置との関係について、Ｃ_G－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度θ（∠ＧＯＢ）を用いて、下記
９０°≧θ （２）
の範囲内とする。換言すると、媒溶剤の添加位置（副原料投入口の中心位置Ｃ_G）は、取鍋の底面を半割にしたとき、２個のガス吹き込み用プラグのうちの片側（ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂ）が取り付けられている側に設ける（図１（Ａ）参照）。これにより、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂによって形成される取鍋壁面へと向かう溶鋼流に乗って、添加した媒溶剤は取鍋壁面の媒溶剤エリア２１に搬送される（図２（Ｂ）（Ｃ）参照）。（２）式を外れた場合、図３（Ｃ）に示すように、媒溶剤エリア２１の位置が目標位置から外れてしまう。

また、媒溶剤の投入位置（副原料投入口の中心位置Ｃ_G）を電極近傍に設定する場合、通電設備と副原料投入設備の設置位置が干渉するので好ましくない。そこで、副原料投入口の中心位置Ｃ_Gは、電極の外接円４（最小半径ｒ）よりも外側の範囲とすることが好ましい。即ち、
Ｌ_GE＞ｒ （３）
とする。副原料投入口１０の位置は、取鍋に媒溶剤を入れることが可能であれば良いので特に上限値は設けないが、実質的には取鍋内壁よりも内側である。

《ガス吹き込み用Ａプラグの配置位置》
ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａの配置位置は、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの配置位置との関係において、Ｃ_B－Ｃ_O－Ｃ_Aがなす角度φ（∠ＢＯＡ）が、下記
１８０°≧φ≧１２０° （４）
を満たすように配置する。φが９０°よりも大きいことから、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａを、取鍋を半割りした時にガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂと反対側に配置させることとなる。これにより、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂによって形成される電極へと向かう溶鋼流と対向する溶鋼流を形成し、電極近傍で双方の溶鋼流が衝突することとなる。当該衝突後、溶鋼流は取鍋内溶鋼の下方に向かう流れの他に、衝突前の溶鋼流の進行方向と概ね直角方向に向かう流れも発生する（供給流）。当該直角方向の流れは、図２（Ｃ）に示すように、電極で加熱された高温スラグ２２を、２つのガス吹き込み用プラグ（２Ａ、２Ｂ）を結ぶ線に直角の方向に搬送することとなる。その結果、上記した高温スラグ２２の供給流によって、取鍋壁面付近の媒溶剤エリア２１に高温スラグ２２を供給することが可能となる。媒溶剤と高温スラグの接触位置２４において、媒溶剤が高温スラグ２２によって加熱され、高融点の含ＣａＯ媒溶剤を溶融させることができる。φ＜１２０°の場合、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂによって形成した溶鋼流とガス吹き込み用Ａプラグ２Ａによって形成した溶鋼流の衝突位置が、電極近傍から離れた場所となり（図３（Ｄ）、図４（Ａ）参照）、媒溶剤エリア２１への高温スラグ２２供給流を生成することは可能であるが、当該供給流で搬送する高温スラグ２２の量が減ってしまう場合がある。また、角度φの定義から、φは１８０°以下である。即ち、上記（４）式のように規定した。

ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａは、下記（５）式
ｒ≧Ｌ_OA （５）
のように、電極外接円４の内側に配置する。これにより、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂによる溶鋼流に対向する溶鋼流を形成し、電極近傍で双方の溶鋼流が衝突して、媒溶剤エリア２１に高温スラグ２２を供給することが可能となる（図２（Ｃ））。以上のように、ｒ≧Ｌ_OAとすることで供給流が安定し媒溶剤エリアに安定して高温スラグを搬送できる。逆に、Ｌ_OAがｒを超えると、図４（Ｂ）に示すように、高温スラグ２２の供給流の向きが不安定になる場合があり、安定して媒溶剤エリア２１に高温スラグ２２を搬送できない場合があることを本発明者らは知見した。

《ガス吹き込み用プラグからのガス吹き込み量》
ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂからのガス吹き込みで形成される取鍋表面の溶鋼流で、媒溶剤ならびに高温スラグ２２が搬送される。これら搬送を的確に搬送するためには、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂからのガス吹き込み量Ｑ_B（ＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）は、下記（６）式
１．０≦Ｑ_B≦４．５ （６）
を満足させる流量とする必要がある。流量が低すぎる（１．０＞Ｑ_B）と、溶鋼流動が弱く媒溶剤ならびに高温スラグ２２を搬送できない。逆に流量が高すぎる（Ｑ_B＞４．５）と、気泡によってフラックス層から露出する溶鋼面が過度に大きくなり、大気中の酸素の吸収量が大きくなるため、溶鋼中の酸素濃度が低下しにくくなる。

ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａを通じて吹き込むガスによっても電極下部の高温スラグ２２を搬送するため、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａのガス吹き込み量Ｑ_A（ＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）は（７）式
１．０≦Ｑ_A≦４．５ （７）
を満足する範囲の流量とする。流量が低すぎる（１．０＞Ｑ_A）と、溶鋼流動が弱くスラグを搬送できない。流量が高すぎる（Ｑ_A＞４．５）と、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの場合と同様に、気泡によってスラグから露出する溶鋼面が過度に大きくなり、大気中の酸素の吸収量が大きくなるため、酸素濃度が低下しにくくなる。

２つのガス吹き込み用プラグ（２Ｂ、２Ａ）によって形成される取鍋表面の溶鋼流が、電極下部近傍で対向することで、取鍋壁面付近に滞留した媒溶剤に高温スラグ２２を供給する供給流を形成するためには、（８）式
０．６７≦Ｑ_B／Ｑ_A≦１．５ （８）
に示すように、２つのガス吹き込み用プラグ（２Ｂ、２Ａ）の流量比（Ｑ_B／Ｑ_A）を１程度にする必要がある。流量比が１．５より大きくなると、高温スラグの生成と供給流による搬送は可能であるが、高温スラグ２２の搬送先が媒溶剤エリア２１とは異なる位置となるため、媒溶剤の溶融が進みにくくなる。そこで、流量比（Ｑ_B／Ｑ_A）の上限を、１．５以下、あるいは１．５未満とする。一方、流量比が０．６７より小さくなると、上記同様に媒溶剤の溶融が進みにくくなる。

《媒溶剤の好適な添加時期》
取鍋溶鋼に投入した媒溶剤を迅速に溶融させ、溶融フラックスと溶鋼との低酸素化反応を促進するためには、できるだけ通電開始直後に媒溶剤添加が完了していると好ましい。媒溶剤添加後の通電時間を確保できるからである。そのため、通電前と通電中にＣａＯを添加することとすると好ましい。

より一層迅速に媒溶剤を溶融して溶融フラックスを形成するためには、通電前に媒溶剤の添加が完了していることが有効である。

以下、本発明の取鍋精錬による溶鋼の脱酸方法の有効性について検証した結果を示す。
８０～９０トンの溶鋼を収容する取鍋において、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬を行った。取鍋１内における溶鋼５の表面にＣａＯを含むフラックス層６を形成し、取鍋中央部に３本の電極３をフラックス層６に浸漬させて通電することにより、溶鋼の高清浄化処理を行う。電極の外接円４の中心位置（Ｃ_E）と取鍋底面の中心位置（Ｃ_O）が一致している。取鍋内の溶鋼浴深は約２．０ｍ、副原料投入口の開口部の円相当直径Ｄは０．３０ｍ、電極の外接円４の最小半径ｒは０．６ｍである。取鍋底部には、ガス吹き込み用プラグ２として、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａ、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂを配置し、Ａプラグ２Ａからガス吹き込み量Ｑ_A、Ｂプラグ２Ｂからガス吹き込み量Ｑ_Bでアルゴンガスを吹き込む。Ｃ_OとＣ_B間の距離Ｌ_OBと外接円半径ｒとの比（Ｌ_OB／ｒ）、Ｌ_OB（Ｒとの関係）、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度φ（∠ＡＯＢ）、Ｃ_OとＣ_A間の距離Ｌ_OAと外接円半径ｒとの比（Ｌ_OA／ｒ）を表１に示す。また、ガス吹き込み量Ｑ_A、Ｑ_Bを表１に示す。

媒溶剤は、容器蓋１３に設けられた副原料投入口１０から添加する。Ｃ_G－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度θ（∠ＧＯＢ）、Ｃ_GとＣ_E間の距離Ｌ_GE（電極外接円の半径ｒまたは取鍋底部半径Ｒとの関係）を表１に示す。

転炉で脱炭処理を行った８０～９０ｔの溶鋼を取鍋１内に出鋼した。この時、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯなどからなる転炉スラグが約１ｔ流出した。出鋼中に脱酸元素であるＡｌを添加した。その後、取鍋１ごと通電加熱処理を行う処理位置に移送した。通電加熱開始時における溶鋼中のＡｌ濃度は０．０１～０．１０％、Ｏ濃度（全酸素濃度）は０．００４５～０．００５０％である。処理位置への移送後、容器蓋１３を取り付け、通電用の電極３（３本）を溶鋼表面上の転炉流出スラグ層中に下降した。

その後、取鍋底部の２本のガス吹き込み用プラグ２からガスを導入して攪拌しながら、通電による加熱処理を開始した。媒溶剤は、容器蓋１３に設けられた副原料投入口１０から添加した。媒溶剤の添加時期は、取鍋が処理位置到着の後、通電開始までの通電前および／または通電中である。通電中とは、通電開始から終了までの期間のうち前半である。さらに比較として通電を行わなかった場合や、媒溶剤を添加しなかった場合も行った。

媒溶剤の添加量は溶鋼１ｔあたり５ｋｇ（５ｋｇ／ｔ）、媒溶剤の組成はＣａＯ純分が９０％であり、残りは不可避的に混入する不純物である。媒溶剤の粒度は、粒径５ｍｍ～５０ｍｍの比率が９５質量％以上となる粒度とした。また、通電前と通電中に分けて添加した条件では、添加量はそれぞれ通電前：４ｋｇ／ｔと通電中：１ｋｇ／ｔである。

通電時間およびガス吹き込み用プラグを通じたガス攪拌時間は１５分間である。

通電前後で溶鋼のサンプル採取を行い、通電攪拌後の溶鋼中Ｏ濃度（全酸素濃度）を評価した。かかる評価は、比較例２０の通電後の溶鋼の全酸素濃度（質量％）を１．０とし、その他の条件を指数化した。指数が、
０．９６以上の場合は×、
０．８４以上０．９６未満の場合は△、
０．７２以上０．８４未満の場合は○、
０．７２未満の場合は◎、と評価した。

得られた結果を表１に示す。なお、表中の下線を引いたパラメータが本発明の範囲から外れていることを示す。

表１に示すように、試験条件が本発明の範囲内である本発明例Ｎｏ．１～１４のうち、本発明例Ｎｏ．１～１２のＯ濃度評価は△であった。特に、請求項２で規定したように、媒溶剤の添加時期が通電前と通電中である試験Ｎｏ．１３のＯ濃度評価は○であり、本発明例Ｎｏ．１～１２よりもＯ濃度は低くなった。さらに、請求項３で規定したように、媒溶剤の添加時期が通電前である試験Ｎｏ．１４のＯ濃度評価は◎であり、試験Ｎｏ．１～１３よりもＯ濃度は低くなった。なお、本発明例Ｎｏ．１２は、副原料投入口１０の位置はθ＝０°、取鍋中心からの距離０．９５Ｒ（ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂよりも取鍋内壁側に副原料投入口１０を配置）とする条件であるが、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂから発生した溶鋼流によって媒溶剤が取鍋内壁に沿って流れ、媒溶剤エリア２１付近で媒溶剤の搬送速度が減衰したため、供給流によって供給された高温スラグ２２によって好適に媒溶剤を溶融できる結果であった。

一方、試験条件が本発明の範囲から外れた試験Ｎｏ．１５～２７のＯ濃度評価は×であった。以下はそれぞれの条件におけるＯ濃度が高かった理由である。
比較例Ｎｏ．１５は媒溶剤を添加しなかったためスラグ中のＡｌ₂Ｏ₃濃度が薄まらなかった。

比較例Ｎｏ．１６はガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂを取鍋壁面近傍に配置したため、気泡の流れが不安定となり、媒溶剤の搬送に乱れが生じた。比較例Ｎｏ．１７は、電極外接円内にガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂを配置したため、高温スラグが供給できない場所に媒溶剤エリアを形成することとなり、媒溶剤の加熱、溶融が進みにくくなった（図３（Ｂ）参照）。

比較例Ｎｏ．１８は、θ（∠ＧＯＢ）が大きく、媒溶剤エリア２１がガス吹き込み用Ａプラグ２Ａの取り付けられている側の半割の取鍋壁面に偏り、通電加熱された高温スラグの供給位置と異なってしまうため、高温スラグ２２による媒溶剤の加熱、溶融が進みにくくなった（図３（Ｃ）参照）。

比較例Ｎｏ．１９はφ（∠ＢＯＡ）が９０°であって１２０°より小さく、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂによって形成した溶鋼流とガス吹き込み用Ａプラグ２Ａによって形成した溶鋼流の衝突位置が、電極近傍から離れた場所となり、供給流を生成することは可能であるが、当該溶鋼流で搬送する高温スラグの量が減ってしまった（図３（Ｄ）、図４（Ａ）参照）。

比較例Ｎｏ．２０はガス吹き込み用Ａプラグ２Ａを電極外接円４の外側に配置したため、供給流の向きが不安定になる場合があり、安定して媒溶剤エリアに高温スラグを搬送できなかった（図４（Ｂ）参照）。

比較例Ｎｏ．２１はガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの流量Ｑ_Bが小さすぎたため、媒溶剤ならびにスラグを搬送する溶鋼流が形成できなかった（図４（Ｃ）参照）。比較例Ｎｏ．２２はガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの流量Ｑ_Bが多すぎたため、気泡によってスラグから露出する溶鋼面が過度に大きくなり、大気中の酸素の吸収量が大きくなるため、酸素濃度が低下しにくくなった（図４（Ｄ）参照）。

比較例Ｎｏ．２３はガス吹き込み用Ａプラグ２Ａのガス吹き込み量Ｑ_Aが小さすぎたため、スラグを搬送する溶鋼流が形成できなかった。比較例Ｎｏ．２４はガス吹き込み用Ａプラグ２Ａのガス吹き込み量Ｑ_Aが多すぎたため、気泡によってスラグから露出する溶鋼面が過度に大きくなり、大気中の酸素の吸収量が大きくなるため、酸素濃度が低下しにくくなった。

比較例Ｎｏ．２５はガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの流量がガス吹き込み用Ａプラグ２Ａのガス吹き込み量Ｑ_Aより過度に大きく、高温スラグがガス吹き込み用Ａプラグ２Ａの取り付けられている側の取鍋壁面に多く搬送されてしまった（図４（Ｄ）参照）。比較例Ｎｏ．２６はガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの流量がガス吹き込み用Ａプラグ２Ａの流量より過度に小さく、高温スラグがガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂの取り付けられている側の取鍋壁面に多く搬送されてしまった（図４（Ｃ）参照）。

比較例Ｎｏ．２７は通電しない場合である。溶鋼流は適正に生成しているが、媒溶剤の溶融が進んでおらず、取鍋内の溶鋼面上での搬送が不十分であったものと推定される。

１ 取鍋
２ ガス吹き込み用プラグ（プラグ）
２Ａ ガス吹き込み用Ａプラグ
２Ｂ ガス吹き込み用Ｂプラグ
３ 電極
４ 電極の外接円
５ 溶鋼
６ フラックス層
７ 気泡
８ 上昇流
１０ 副原料投入口
１１ 溶鋼表面
１２ 取鍋壁面
１３ 容器蓋
２０ 投入直後の媒溶剤
２１ 媒溶剤エリア
２２ 高温スラグ
２３ 気泡上昇領域
２４ 媒溶剤と高温スラグの接触位置
ｒ 電極の外接円の最小半径
Ｒ 取鍋底面の半径
Ｃ_E 電極の外接円の中心位置
Ｃ_O 取鍋底面の中心位置
Ｃ_A ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置
Ｃ_B ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置
Ｃ_G 副原料投入口の中心位置
θ Ｃ_B－Ｃ_O－Ｃ_Gがなす角度（∠ＢＯＧ）
φ Ｃ_B－Ｃ_O－Ｃ_Aがなす角度（∠ＢＯＡ）
Ｌ_OA Ｃ_OとＣ_A間の距離
Ｌ_OB Ｃ_OとＣ_B間の距離
Ｌ_BG Ｃ_BとＣ_G間の距離
Ｌ_GE Ｃ_GとＣ_E間の距離

Claims (3)

1. 取鍋内に該取鍋の前工程のスラグとともに収容された溶鋼に対して、副原料投入口からＣａＯを含む媒溶剤を添加して取鍋内溶鋼表面にフラックス層を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極を前記フラックス層に浸漬させて通電する溶鋼の取鍋精錬方法において、
   前記取鍋の底部にガス吹き込み用プラグを２カ所に配置し、それぞれガス吹き込み用Ａプラグ、ガス吹き込み用Ｂプラグとし、ガス吹き込み用プラグそれぞれから吹き込まれるガスの流量をそれぞれ、Ｑ_A、Ｑ_B（いずれも単位はＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）とし、
   平面視において、前記２本又は３本の電極すべての外周に外接する円であって最小半径ｒを持つ円を「電極の外接円」とし、電極の外接円の中心位置をＣ_Eとし、
   取鍋底面の半径をＲ、取鍋底面の中心位置をＣ_Oとし、
   ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_B、副原料投入口の中心位置をＣ_Gとし、
   Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OB、Ｃ_GとＣ_E間の距離をＬ_GE、Ｃ_G－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＧＯＢ）をθ、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度（∠ＡＯＢ）をφとし、
   ガス吹き込み用Ａプラグとガス吹き込み用Ｂプラグ、副原料投入口が下記（１）～（５）式を満足する位置に配置され、
   Ｑ_A、Ｑ_Bが以下に示す（６）～（８）式を満たすことを特徴とする、溶鋼の取鍋精錬方法。
   ０．９Ｒ≧Ｌ_OB＞ｒ （１）
   ９０°≧θ （２）
   Ｌ_GE＞ｒ （３）
   １８０°≧φ≧１２０° （４）
   ｒ≧Ｌ_OA （ただし、Ｌ _OA が０である場合を除く） （５）
   １．０≦Ｑ_B≦４．５ （６）
   １．０≦Ｑ_A≦４．５ （７）
   ０．６７≦Ｑ_B／Ｑ_A≦１．５ （８）
2. 前記媒溶剤を前記副原料投入口から添加する時期が、通電前ならびに通電中であることを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
3. 前記媒溶剤を前記副原料投入口から添加する時期が、通電前であることを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。

Images