JP7091866B2

JP7091866B2 - 溶鋼の脱酸方法

Info

Publication number: JP7091866B2
Application number: JP2018116765A
Authority: JP
Inventors: 丈司小原; 裕介黒川; 利志男橋爪
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-06-20
Also published as: JP2019218601A

Description

本発明は、キルド鋼製造時の脱酸方法に関し、殊に転炉の溶鋼鍋に付着物が堆積するのを抑制できる溶鋼の脱酸方法に関するものである。

Ａｌキルド鋼やＡｌ－Ｓｉキルド鋼等の製鋼工程では、転炉内の溶鋼にＡｌやＳｉを含む合金等からなる脱酸剤を加えて酸化物として分離し、脱酸を行っている。例えば特許文献１には、ＣａＯ系フラックス、ＣａＯ－Ａｌ_２Ｏ_３系フラックス、またはそれにＣａＦ_２、ＳｉＯ_２を加えたフラックスと、Ａｌによる脱酸剤とを混合して溶鋼表面に加える溶鋼の脱酸方法が開示されている。

従来、一般的な脱酸工程では、転炉出鋼時に、先ずＡｌ、次にＳｉの順で脱酸剤を投入し、転炉出鋼後の溶鋼に酸素を極力残さないような脱酸および鋼の成分調整を実施している。

ところが、転炉でＡｌによる脱酸を行った場合、脱酸生成物としてＡｌ_２Ｏ_３系の酸化物が大量に発生し、溶鋼鍋に付着物として堆積する。このような付着物が鍋耐火物の表面に付着すると、空鍋重量が増加し、鍋に収容できる溶鋼量（ヒートサイズ）が減少してしまう。ヒートサイズが減少すると、転炉の処理能力が低下し、作業効率が低下する。

特許文献２には、鍋等溶鋼容器の内部に付着する地金混合滓の融点を低下させて除去する方法およびその装置が開示されている。この除去方法は、ＣａＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２を含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ_２比が０．８～２０、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比が１．５～４．０であるフラックスを付着物に溶射することにより付着物を低融点化し、その後、受鋼熱等の加熱により容器の付着物を除去するものである。

特開平６－２５７３１号公報特開２００２－３０７１６３号公報

しかしながら、特許文献２に記載された付着物の除去はオフラインで行う作業であり、操業中の転炉の溶鋼鍋に対して行うことはできない。そのため、特許文献２の方法では放熱時間や熱ロスが発生し、溶鋼鍋の作業サイクルに影響を及ぼすという問題がある。

本発明の目的は、溶鋼鍋をオフラインに落とすことなく、溶鋼鍋の付着物の溶解および脱離を促進し、付着物の堆積を防いで空鍋重量の増加を抑制する脱酸方法を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、Ａｌ－Ｓｉキルド鋼を製造する際の溶鋼の脱酸方法であって、転炉内において、溶鋼の一次精錬を行った後、前記転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の２０質量％以下のＡｌと、Ａｌ以外の脱酸合金からなる脱酸剤を投入して出鋼し、二次精錬において、前記転炉から出鋼した溶鋼に、残りのＡｌを投入して脱酸を行うことを特徴とする、溶鋼の脱酸方法を提供する。

転炉出鋼時の前記溶鋼の鋼中酸素濃度を１５０ｐｐｍ～２００ｐｐｍとすることが好ましい。また、前記Ａｌ以外の脱酸合金は、Ｓｉを含む合金であってもよい。

転炉出鋼時の前記溶鋼のスラグは、ＭｎＯ＋ＦｅＯが８質量％以上、且つ、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．５～２．０、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５～２．０であることが好ましい。

転炉から出鋼する前記溶鋼に対して、二次精錬前にバブリングを行ってもよい。

本発明によれば、転炉内の生成物の軟化を促進し、生成物の溶鋼鍋からの脱離が促進され、溶鋼鍋の付着物の堆積を抑制することができる。したがって、空鍋重量の増加を抑え、溶鋼鍋の容量を安定して確保し、１チャージ辺りの生産量を一定レベルに維持することができる。また、オンラインで実施できるため、熱ロスや溶鋼鍋の作業サイクルへの影響がほとんど発生しない。

空鍋重量の変化量とヒートサイズの変化量との関係を示すグラフである。本発明の実施例および比較例の、空鍋重量の変化量およびヒートサイズの変化量を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

一般に、Ａｌキルド鋼やＡｌ－Ｓｉキルド鋼等の製鋼工程においては、転炉の溶鋼鍋に溶鋼を収容し、溶鋼中の炭素等を除く一次精錬が行われた後、溶鋼を転炉から出鋼する際にＡｌやＳｉ等の脱酸剤を加えて脱酸し、さらに、出鋼された溶鋼に対して、不純物の除去や成分元素を添加する二次精錬が行われる。

図１は、溶鋼鍋が空のときの空鍋の重量の変化量と、溶鋼鍋に収容できる溶鋼量（ヒートサイズ）の変化量との関係を示すグラフであり、空鍋の重量が増加するとヒートサイズが減少することを示している。なお、横軸は、溶鋼鍋の基準重量から増加した重量を示し、縦軸は、基準の溶鋼量からの重量の増減を示している。空鍋の重量増加の要因は、溶鋼鍋の耐火物表面の付着物であり、この付着物の組成を調査したところ、主にＡｌ_２Ｏ_３リッチのスラグであった。

そこで、この付着物の溶解および脱離を促進するために、本実施形態では、脱酸剤の投入方法を調整し、転炉出鋼時の溶鋼の鋼中酸素が従来よりも高くなるようにした。

従来、転炉出鋼時における溶鋼の脱酸は、転炉内にＡｌ、Ｓｉの順に脱酸剤を投入し、転炉から出鋼後の鋼中酸素が１００ｐｐｍ以下になるまで調整していた。これに対し、本発明は、転炉出鋼時は、脱酸効果の高いＡｌの使用を、転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の２０質量％以下に制限し、残りの脱酸剤を、Ａｌ以外の例えばＳｉを含む合金とした。これにより、転炉出鋼時の鋼中酸素を、鋼の品位を低下させない範囲で比較的高い濃度、例えば１５０ｐｐｍ～２００ｐｐｍ程度とし、スラグ中のＴ．Ｆｅ（総Ｆｅ量）を高く維持し、溶鋼鍋の付着物中のＦｅＯ濃度を上げる。ＦｅＯ濃度を上げることで、付着物の軟化を促進し、Ａｌ_２Ｏ_３リッチのスラグの溶鋼鍋への付着を防ぐことができる。なお、転炉での脱酸にはＡｌを使用しなくてもよく、鋼種によるＳｉ等との反応の程度に応じて、少量のＡｌを用いるようにすればよい。

本発明は、Ａｌ－Ｓｉキルド鋼に適用される。Ａｌキルド鋼の場合、Ａｌの投入量が、例えば転炉出鋼時に０．６ｋｇ／ｔ、二次精錬時に０．９ｋｇ／ｔと、転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の４０％を転炉出鋼時に投入すると、付着物の軟化を促進しＡｌ_２Ｏ_３リッチのスラグの溶鋼鍋への付着を防ぐことができ、転炉出鋼時の投入量が４０％を超えると、従来の問題であるスラグの溶鋼鍋への付着が発生することが確認された。Ａｌ－Ｓｉキルド鋼の場合、Ａｌの投入量が、転炉出鋼時に０～０．２ｋｇ／ｔ、二次精錬時に０．８ｋｇ／ｔと、転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の０～２０％を転炉出鋼時に投入すると、同様にＡｌ_２Ｏ_３リッチのスラグの溶鋼鍋への付着を防ぐことが確認された。したがって、本発明では、上述の通り、転炉出鋼時のＡｌの投入量を、転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の２０％以下とした。

転炉出鋼時のスラグ成分の（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）は、８質量％以上とすることが好ましい。２０質量％を超えると鋼中酸素が高くなり過ぎるため、上限は２０質量％程度とすることが好ましい。さらに、スラグ中の（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．８～１．３、（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）を０．７～１．６の範囲とすることで、スラグを低融点化させ、付着物の軟化がさらに促進される。

溶鋼を転炉から出鋼する際は、炉下および二次精錬前のバブリングを実施し、溶鋼鍋の付着物へのスラグの接触および鋼中酸素の高い溶鋼による軟化反応を促進することが好ましい。こうして、付着物およびＡｌ_２Ｏ_３が浸潤した部分の耐火物を軟化させることにより、さらに溶鋼鍋から脱離しやすくなり、空鍋重量の増加が抑制される。

上述の通り、転炉からの出鋼時は、転炉に投入する脱酸剤を制限することで、鋼中酸素が例えば１５０ｐｐｍ～２００ｐｐｍ程度残るように調整される。その後、二次精錬工程では、残りのＡｌを含む脱酸剤を加えて鋼中酸素を除去し、最終成分範囲となるように脱酸を行う。こうして精錬された鋼は、Ｓｉが０．０５質量％以上であることが好ましく、所望される鋼中のＳｉ含有量と脱酸に用いるＳｉ量との合計量のＳｉが投入される。

以上のように、本発明では、キルド鋼の製造に当たり、転炉内での脱酸時にＡｌ量を制限して主にＡｌ以外の脱酸合金で脱酸することで、出鋼直後の鋼中酸素を一定量以上確保し、鋼中のＦｅＯおよびスラグ中のＳｉＯ_２による付着物の軟化を促進することができる。すなわち、低融点スラグを作ることで付着部の残留を防止し、かつ液相を多く生成することで付着物間へ軟化スラグが浸入し、付着物自身の軟化および離脱を促進する。

本発明は、脱酸剤を投入する順序の変更やＡｌ量の調整のみで、溶鋼鍋をオフラインに落とすことなく、溶鋼鍋に付着物が堆積するのを防ぐことができる。したがって、熱ロス等を発生させずに、生産効率を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の実施例として、転炉内ではＡｌを投入せずＳｉを含む合金の脱酸剤のみで脱酸を行い、転炉から出鋼後の二次精錬ではＡｌのみで脱酸を行った。比較例として、従来一般的に行われているＡｌ、Ｓｉによる脱酸方法で転炉内および二次精錬での脱酸を行った。実施例および比較例のそれぞれの脱酸剤のＡｌ、Ｓｉの投入量の割合は、従来（比較例）の転炉でのＡｌ投入量を１として、表１に示す通りである。

実施例および比較例のそれぞれの場合の空鍋重量の変化量とヒートサイズの変化量を図２に示す。図中、棒グラフがヒートサイズの変化量を示し、線グラフが空鍋重量の変化量を示す。本発明の脱酸方法を実施することにより、空鍋重量が減少し、ヒートサイズが増加した。また、この実施例における転炉出鋼直後のスラグの各成分値の最大値および最小値を表２に示す。

ＦｅＯの数値はＴ．Ｆｅから換算したものであり、（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）は８質量％以上であった。さらに、（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が０．８～１．３、（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が０．７～１．６の範囲となり、図２の結果から、これらの範囲では、付着物が低融点化され、溶鋼鍋への付着が起こらないことがわかった。すなわち、本発明の脱酸方法によって、付着物が抑制されて空鍋重量が減少し、ヒートサイズの向上が確認できた。

本発明は、Ａｌキルド鋼やＡｌ－Ｓｉキルド鋼等のキルド鋼製造時の脱酸方法に適用できる。

Claims

Ａｌ－Ｓｉキルド鋼を製造する際の溶鋼の脱酸方法であって、
転炉内において、溶鋼の一次精錬を行った後、前記転炉内および二次精錬で用いられるＡｌの総投入量の２０質量％以下のＡｌと、Ａｌ以外の脱酸合金からなる脱酸剤を投入して出鋼し、
二次精錬において、前記転炉から出鋼した溶鋼に、残りのＡｌを投入して脱酸を行うことを特徴とする、溶鋼の脱酸方法。
転炉出鋼時の前記溶鋼の鋼中酸素濃度を１５０ｐｐｍ～２００ｐｐｍとすることを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の脱酸方法。
前記Ａｌ以外の脱酸合金は、Ｓｉを含む合金であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の溶鋼の脱酸方法。
転炉出鋼時の前記溶鋼のスラグは、ＭｎＯ＋ＦｅＯが８質量％以上、且つ、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．５～２．０、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５～２．０であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の溶鋼の脱酸方法。
転炉から出鋼する前記溶鋼に対して、二次精錬前にバブリングを行うことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の溶鋼の脱酸方法。