JP7381889B2 - 溶鋼の脱酸方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、取鍋の耐火物を健全化するために用いて好適な溶鋼の脱酸方法に関する。

転炉吹錬が終了すると、取鍋に溶鋼が出鋼され、二次精錬が行われる。また、出鋼時には、溶鋼とともにスラグの一部も取鍋に取り込まれることから、復りん防止のためにＣａＯが溶鋼に添加される。また、溶鋼の脱酸を行うために、金属Ａｌも溶鋼に添加される。一方で、溶鋼の脱酸を行うと、溶鋼を受ける取鍋の内張り耐火物には脱酸生成物が付着し、ビルドアップと呼ばれる厚肉の付着層が形成される。このように付着層が耐火物に過剰に付着すると、取鍋で受けられる溶鋼量が減少して生産性が低下してしまう。さらに、耐火物の健全化のためにプロフィールメーターによる耐火物の残寸を測定する際に誤検知を引き起こし、漏鋼等の障害が生じる可能性がある。

そこで、耐火物への付着物の抑制、除去のために様々な技術が提案されている。特許文献１には、付着物が溶解する温度以上となるように予め容器を加熱して、付着物を溶解させる方法が開示されている。また、特許文献２には、耐火物の表面に付着した脱酸生成物のビルトアップ層を、取鍋に注入した溶鋼中に石灰を投入することにより溶解させる方法が開示されている。さらに特許文献３には、溶鋼にＣａＳｉを添加して溶鋼中Ｃａ濃度を上げ、付着物と反応させてＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃として除去する方法が開示されている。

特開平３－１３４４８７号公報 特開平３－２９７５５３号公報 特開平４－１０３７１２号公報

しかしながら、耐火物に付着する付着物の量は１０数トンに及ぶ場合があり、特許文献１に記載の方法で溶解させるには、多大な熱量とコストとが必要になる。また、特許文献２に記載の方法は、脱酸用のＡｌを添加する条件や石灰の具体的な投入タイミングなどが不明であるため、安定的に効果が発揮されない。さらに、特許文献３に記載の方法は、Ｃａは揮発性が高いため、溶鋼への添加歩留まりが安定せず効果が安定しない。さらに、ＣａＳｉ合金を用いるため、コストが多くかかってしまう。また、上記の技術はいずれも付着物を溶解もしくは除去する方法であり、付着物そのものの生成を抑制することはできない。

本発明は前述の問題点を鑑み、取鍋の側面においてビルドアップの生成を抑制できる溶鋼の脱酸方法を提供することを目的とする。

溶鋼を取鍋に出鋼する際に、脱酸のため金属Ａｌが添加されるが、この時に溶鋼中の溶存酸素と金属Ａｌとが反応してＡｌ₂Ｏ₃となる。図２に示すように、出鋼流１１に巻き込まれるように金属Ａｌが添加されると、溶鋼中の溶存酸素と金属Ａｌとが反応して脱酸生成物であるＡｌ₂Ｏ₃が生成される。また、復りん防止などを目的にスラグ１４を改質するため、出鋼中にＣａＯが併せて添加されるが、このＣａＯがＡｌ₂Ｏ₃と反応し、ＣａＯ－２Ａｌ₂Ｏ₃となって取鍋１２の内張り耐火物に付着し、ビルドアップ１３を形成する。このＣａＯ－２Ａｌ₂Ｏ₃は溶鋼温度で微量の液相を生じやすく、この微量液相が耐火物との液架橋となって付着を促進させる。

そこで本発明者らは、耐火物に付着しやすいＣａＯ－２Ａｌ₂Ｏ₃が生成されにくい条件について検討した。その結果、ＣａＯと金属Ａｌとを適切なタイミングで略同時に添加することでＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を効率的に混合させ、低融点であるＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃が生成されるように制御することによって、取鍋へ付着を防止し、ビルドアップの生成を抑制できることを見出した。

本発明は、以下の通りである。
（１）
取鍋へ溶鋼の出鋼中に金属Ａｌ及びＣａＯを投入して脱酸を行う溶鋼の脱酸方法であって、
全出鋼時間に対して出鋼開始から３０％～５０％の時期に、前記金属Ａｌ及びＣａＯの全投入量の８０％以上を前記取鍋に投入し、さらに前記金属Ａｌ及びＣａＯを同時期に、かつ（１）式を満たすように前記取鍋へ投入することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
０．３５≦Ｍ_Al／Ｍ_CaO≦０．７５ ・・・（１）
ここで、Ｍ_Alは金属Ａｌの投入量（ｋｇ／溶鋼ｔ）を表し、Ｍ_CaOはＣａＯの投入量（ｋｇ／溶鋼ｔ）を表す。

（２）
前記金属Ａｌ及びＣａＯを２回以上に分割して投入することを特徴とする上記（１）に記載の溶鋼の脱酸方法。

本発明によれば、出鋼中に溶鋼の脱酸及びスラグの改質を行う際に、取鍋の側面においてビルドアップの生成を抑制することができる。

本発明の実施形態における金属Ａｌ及びＣａＯの添加方法を説明するための図である。 一般的なビルドアップの形成方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態における出鋼中での金属Ａｌ及びＣａＯの添加方法を説明するための図である。ここで、添加するＣａＯは生石灰（ＣａＯ）のみならず、炭酸カルシウムやドロマイトなどであってもよい。投入量を計算する場合はＣａＯ分のみに換算する。図１に示すように、取鍋２への出鋼中に脱酸用の金属Ａｌとスラグ改質用のＣａＯとを同時期に投入する。これによって出鋼流１に巻き込まれながら脱酸生成物であるＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃融体が生成されやすくなる。ＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃融体は溶鋼温度で完全に液相であり、取鍋２内側の耐火物には付着せず、スラグ４に取り込まれる。これにより、ビルドアップ３の形成量を抑制できる。

ここで、同時期に投入とは、同時投入のみならず、金属Ａｌ及びＣａＯの投入開始の時間差が１０秒以内となる条件も含むものとする。なお、金属ＡｌとＣａＯとを混合した混合粉として投入することが好ましい。

次に、金属Ａｌ及びＣａＯの投入量について説明する。金属Ａｌの投入量をＭ_Al（ｋｇ／溶鋼ｔ）、ＣａＯの投入量をＭ_CaO（ｋｇ／溶鋼ｔ）とした場合に、金属ＡｌとＣａＯの投入量の比が（１）式を満たすようにする。
０．３５≦Ｍ_Al／Ｍ_CaO≦０．７５ ・・・（１）

投入する金属Ａｌが全量Ａｌ₂Ｏ₃となるものと仮定した場合に、（１）の条件を満たすことによって、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃が混合した後の組成がＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃の低融点領域となる。金属ＡｌとＣａＯの投入量の比Ｍ_Al／Ｍ_CaOが０．７５よりも大きい（Ａｌ₂Ｏ₃が多い）と、溶鋼温度で微量の液相が生じやすいＣａＯ－２Ａｌ₂Ｏ₃が生成してしまい、これが耐火物に付着してビルドアップを多く形成してしまう。一方、金属ＡｌとＣａＯの投入量の比Ｍ_Al／Ｍ_CaOが０．３５よりも小さい（ＣａＯが多い）と、ＣａＯが過剰となり、固相が増えてしまうことによってビルドアップの形成量が増加してしまう。

なお、溶鋼１ｔあたりの金属Ａｌの投入量は、０．８０～２．５０ｋｇ／溶鋼ｔの範囲とすることが好ましい。溶鋼１ｔあたりの金属Ａｌの投入量が０．８０ｋｇ／溶鋼ｔを下回ると、Ａｌ添加後に金属Ａｌが未脱酸溶鋼中の溶存酸素と全量反応してしまい、溶存Ａｌが残らず脱酸不良が生じる可能性がある。一方で、溶鋼１ｔあたりの金属Ａｌの投入量が２．５０ｋｇ／溶鋼ｔを超えて金属Ａｌを添加しても効果が飽和し、かつ金属ＡｌおよびＣａＯの投入量が膨大となり、コストが大きく増加してしまう。

次に、金属Ａｌ及びＣａＯの投入時期について説明する。転炉からの出鋼流による取鍋内の溶鋼の攪拌動力密度は、取鍋内の溶鋼量が少ないほど大きい。したがって、出鋼前半に金属Ａｌ及びＣａＯを投入した方が溶鋼との混合が促進される。そこで、取鍋への出鋼開始から出鋼終了までの全出鋼時間に対し、出鋼開始から３０％～５０％の時期に全投入量（金属Ａｌ及びＣａＯの投入量の合計）の８０％以上を取鍋に投入するものとする。

出鋼開始から３０％未満の時期に金属Ａｌ及びＣａＯを投入すると、ＣａＯを早期に投入することになり、ＣａＯの投入後に出鋼される溶鋼中の酸素と金属Ａｌとが反応して生成したＡｌ₂Ｏ₃が、ビルドアップの形成要因となる。また、出鋼開始から５０％超の時期に金属Ａｌ及びＣａＯを投入すると、前述したように溶鋼攪拌動力密度が不足しているため、低融点のＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃融体が生成されにくくなり、ビルドアップの形成要因となる。したがって、全投入量の８０％以上を出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入するものとする。なお、全投入量の８０％未満である場合は、上述の問題点が顕著になり、ビルドアップが多く形成されてしまう。金属Ａｌ及びＣａＯを全量一括して一度に投入する場合には、出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入するものとする。

また、金属Ａｌ及びＣａＯを同時期に投入する際に、２回以上に分割して投入してもよい。２回以上に分割して投入する場合には、全投入量の８０％以上を出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入するものとする。金属Ａｌの１回の投入量を低減することによってＡｌ₂Ｏ₃の濃化を抑制することができるため、低融点のＣａＯ－Ａｌ₂Ｏ₃融体がより生成されやすくなり、よりビルドアップの形成を抑制することができる。なお、分割して投入する場合は、副材である金属ＡｌおよびＣａＯの全投入量比が（１）式を満たしていれば、各投入タイミングでそれぞれ副材の投入量比が必ずしも（１）式を満たす必要はなく、また投入量も均等でなくてよい。ただし、各投入タイミングで（１）式を満たし、かつ各タイミングで均等に分割投入することが発明の効果を高位安定化させる点で望ましい。

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。

取鍋に溶鋼を出鋼する際に、以下の表１に示す条件で金属Ａｌ及びＣａＯを投入した。そして、Ｍ_Al、Ｍ_CaO、投入時期および分割回数を固定し、その条件で２０～３０ｃｈ操業を繰り返し、この時の空鍋重量の推移からビルドアップの付着速度を算出した。ビルドアップの付着速度が０．５００ｋｇ／（ｃｈ・溶鋼ｔ）未満で効果が得られたと判断し、０．３５０ｋｇ／（ｃｈ・溶鋼ｔ）未満で特に効果が顕著であったと判断した。なお、溶鋼量は１ｃｈあたり３００ｔ規模とした。

表１中の下線は、本発明の条件から外れた値である。Ｃｈ．１～Ｃｈ．４の実施例１は金属Ａｌ及びＣａＯを同時投入し、かつ２回以上に分けて投入した例である。なお、分割投入した条件では、各投入タイミングにて金属ＡｌおよびＣａＯの投入量比は（１）式を満たし、かつ全投入量を均等に分配した。Ｃｈ．１～Ｃｈ．２では、１回目の投入で出鋼開始から３０％が経過する前に金属Ａｌ及びＣａＯの投入を開始したが、大半を出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入したため、ビルドアップの付着速度は小さかった。また、Ｃｈ．３は、１回目の投入で出鋼開始から３０％が経過する前に金属Ａｌ及びＣａＯの投入を開始し、２回目の投入では出鋼開始から５０％が経過後に金属Ａｌ及びＣａＯの投入が完了した例であるが、大半を出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入したため、同様にビルドアップの付着速度は小さかった。特にＣｈ．４では、金属Ａｌ及びＣａＯを全て出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入したため、ビルドアップの付着速度が最も小さかった。

Ｃｈ．５～Ｃｈ．７の実施例２は、金属Ａｌ及びＣａＯを同時投入し、一度に一括して投入した例である。実施例１に比べるとビルドアップの付着速度は大きかったが、十分にビルドアップの形成を抑制できた。

一方、Ｃｈ．８～Ｃｈ．１３は比較例である。Ｃｈ．８は金属Ａｌ及びＣａＯを同時投入せず、ＣａＯを投入してからおよそ１００秒経過後に金属Ａｌを添加した例であり、ビルドアップの付着速度が大きかった。この条件では、ＣａＯ－２Ａｌ₂Ｏ₃が多く生成されたと考えられる。Ｃｈ．９は、金属Ａｌ及びＣａＯを同時投入する際に、３回以上に分けて投入したが、出鋼開始から３０％～５０％の時期に投入した量が全投入量の２／３だった例である。出鋼開始から２１％の段階で１回目の投入を開始し、出鋼開始から３０％に到達する前に全投入量の１／３を投入してしまったため、ビルドアップの付着速度が大きかった。

Ｃｈ．１０及びＣｈ．１１は、いずれも出鋼開始から３０％～５０％から外れた時期に、金属Ａｌ及びＣａＯを一度に一括して同時投入したため、ビルドアップの付着速度が大きかった。Ｃｈ．１２及びＣｈ．１３は、いずれも金属ＡｌとＣａＯの投入量の比Ｍ_Al／Ｍ_CaOが（１）式の範囲を外れていたため、ビルドアップの付着速度が大きかった。

１ 出鋼流
２ 取鍋
３ ビルドアップ
４ スラグ

Claims (2)

1. 取鍋へ溶鋼の出鋼中に金属Ａｌ及びＣａＯを投入して脱酸を行う溶鋼の脱酸方法であって、
   全出鋼時間に対して出鋼開始から３０％～５０％の時期に、前記金属Ａｌ及びＣａＯの全投入量の８０％以上を前記取鍋に投入し、さらに前記金属Ａｌ及びＣａＯを同時期に、かつ（１）式を満たすように前記取鍋へ投入することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
   ０．３５≦Ｍ_Al／Ｍ_CaO≦０．７５ ・・・（１）
   ここで、Ｍ_Alは金属Ａｌの投入量（ｋｇ／溶鋼ｔ）を表し、Ｍ_CaOはＣａＯの投入量（ｋｇ／溶鋼ｔ）を表す。
2. 前記金属Ａｌ及びＣａＯを２回以上に分割して投入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。

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