JPH0128807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、低水素鋼を製造する方法に関するも
のであり、特にはAOD法（アルゴン―酸素脱炭
法）の利用による低水素鋼の製造に関する。 鋼が高い水素含量を有することは一般に所望さ
れない。高い水素含量を持つ鋼は通常、低水素含
量鋼に較べてその延性及び靭性の低下により特徴
づけられる。厚肉の鋼部片においては、過度に高
い水素含量は冷却中内部クラツクの形成を生じや
すい。このような内部クラツクは一般に、フレー
ク、フイツシヤーフイツシユアイ或いはヘアライ
ンクラツクと呼ばれている。 溶鋼から水素を除去する為の斯界で知られる一
つの方法は真空脱ガスである。しかし、この方法
は高価でしかも保守困難な設備を必要としそして
また真空処理中の熱損失を補償する為補助的な熱
源或いは高い溶体温度を必要とする。 AOD法は、溶鋼を効果的に脱炭及び精製しそ
して生産性を増大しうるのみなならず、溶鋼に対
して正確に定められた温度及び成分管理をなしう
ることにより製鋼業界において高い評価を得てき
た。AOD法は標準的な操業態様の下で大半の用
途に対して許容しうる水素含量を有する鋼を製造
しうるが、船舶駆動軸や他の大形断面鍜造品向け
の鍜造物品のような大形品に鍜造されることを意
図する鋼に対してはその水素含量は充分には低く
ない。従つて、AOD法によつて非常に低い水素
含量を有する或る種の用途向けの鋼を製造するこ
とが所望される。 AOD法は斯界で周知である。基本的なAOD精
錬法は米国特許第3252790号に開示されている。
気体のプログラムの下での吹込みと関連する改善
方法が米国特許第3046107号に開示されている。
所定の窒素含量を実現する為にアルゴン及び酸素
との組合せにおいての窒素の使用が米国特許第
3754894号に開示されている。コンピユータプロ
グラムを組込んだ改善AOD法が米国特許第
3816720号に開示されている。AOD法のまた別の
改良例が米国特許第3867135号に示され、これは
溶鋼金属を精錬するのに酸素と組合せてスチーム
或いはアンモニアを使用するものである。米国特
許再発行第29584号は耐火材の消耗を増加するこ
となく脱炭速度を増加するAOD法を開示してい
る。米国特許第4187102号においては、AOD法の
ような浴面下気体吹込精錬により精錬される溶鋼
の温度を制御する方法が開示されている。AOD
法のような浴面下気体吹込鋼精錬におけるスロツ
ピングを抑制する方法が米国特許第4278464号に
記載されている。 従つて、本発明の目的は、低水素含量を有する
鋼を製造することのできる改善されたAOD法の
提供にある。 本発明は、少くとも一つの浴面下羽口を備える
精錬容器内に溶鋼を装入し、溶鋼に合金化及びス
ラグ形成用添加剤を加え、前記羽口を通して溶鋼
中に酸素及び希釈ガスから成るガス混合物を吹込
むことにより溶鋼を脱炭し、続いて前記羽口を通
しての溶鋼中への散気ガスの吹込により特徴づけ
られる還元段階或いは仕上調整段階を少くとも１
回行い、上記製造工程の少くとも一部中該羽口が
ガス冷却される鋼製造方法において、 (A) 溶鋼を装入する実質上乾燥した精錬容器を用
意すること、 (B) 羽口に実質上乾燥した冷却用ガスを提供する
こと、 (C) 脱炭の開始前に溶鋼へのスラグ形成用添加剤
の実質上すべての添加を完了すること、 (D) 脱炭の開始前にスラグ形成用添加剤を融かす
こと、 (E) 脱炭の開始前に溶鋼への酸化困難な合金化用
添加剤の実質上すべての添加を完了すること、 (F) 前記羽口を通して溶鋼中に酸素及び希釈ガス
から成るガス混合物を、溶鋼から少くとも約
0.2重量％炭素を除去するに充分の期間、容器
内への空気の漏入を防止するに充分の排ガス流
れを発生せしめるに充分の流量において吹込む
ことにより溶鋼を目標炭素含量まで脱炭するこ
と、及び (G) 還元及び（或いは）仕上調整段階中散気ガス
を溶鋼中に前記羽口を通して溶鋼単位トン当り
100ft³に少くとも等しい量において吹込むこと
により前記排ガス流れを維持すること を特徴とする低水素含量を有する鋼の製造方法を
提供する。 尚、ここで、AOD法とは、少くとも１つの浴
面下羽口を装備する精錬容器内に収納される溶融
金属を精錬する為の方法であつて、(a)溶融金属中
に羽口を通して酸素及び希釈ガスを含有するガス
混合物を吹込み、その場合該希釈ガスに融体の脱
炭中形成される気泡中の一酸化炭素の分圧を下げ
そして（或いは）吹込ガス総流量を実質上変える
ことなく融体への酸素供給流量を変更する役目を
行わせること、その後(b)散気ガスを融体中に羽口
を通して吹込み、その場合散気ガスに脱ガス、脱
酸、揮化或いは浮揚と続いてのスラグによる捕捉
或いは反応により不純物を除去する作用を行わせ
ることを包含する精錬方法として定義される。こ
の方法は一般に、酸素含有ガス流れを羽口及び周
囲耐火材内張りの過度の損耗を保護する役目をな
す環状保護流体流れにより囲撓せしめることによ
つて実施される。有用な希釈ガスとしては、アル
ゴン、ヘリウム及び窒素が挙げられる。窒素が好
ましいが、但し低窒素含有鋼が所望の生成物であ
る時にはアルゴンが好ましい。有用な散気ガスと
しては、アルゴン、ヘリウム及び窒素が挙げら
れ、特に窒素或いはアルゴンが好ましい。有用な
保護流体としては、アルゴン、ヘリウム、窒素、
一酸化炭素及び二酸化炭素があり、窒素或いはア
ルゴンが好ましい。周知のように、広い意味での
AOD法は、希釈ガス、散気ガス或いは保護ガス
の少くとも１つとして、水素、スチーム或いは炭
化水素流体をも使用しうる。しかし、低水素鋼が
所望製品である場合には、このような水素含有流
体は有用でない。 本明細書において「浴面下羽口」とは、溶鋼中
にその表面より下方から気体を吹込むことを可能
とするノズル、ランス等の装置を意味する。 「還元段階」とは、珪素或いは珪素含有フエロ
アロイ或いはアルミニウムの溶鋼への添加と、続
いての散気により溶鋼還元反応を完了することに
よる、脱炭中酸化された金属の回収を意味するも
のである。 「仕上調整段階」とは、溶鋼に必要添加剤を添
加し、続いて一様な組成を保証する為溶鋼を散気
することによつて溶鋼組成の最終調整を意図する
ものである。 「スラグ形成用添加剤を融かす」とは、溶鋼中
に添加されたスラグ形成用添加剤を実質上融解す
る所謂フラキシングのことを云う。 「容易に酸化される合金化用添加剤」とは、溶
鋼への珪素添加によつて還元しえない元素を意味
する。 「酸化困難な合金化用添加剤」とは、溶鋼への
珪素添加により還元しうる元素を云う。 「排ガス」とは、脱炭、還元或いは仕上げ精錬
中溶鋼から放離されるガスを云う。 本発明は、AOD法を低水素含量を有する鋼を
製造するのに使用することを可能とする改善であ
る。本発明は、低水素AOD精錬鋼の製造には或
る種の段階が必要でありそして所望の結果を生み
だすにはこれら段階のすべての組合せが必要であ
るとの発見に基くものである。 低水素鋼とは一般に2ppmより少ない水素含量
を有する鋼を云う。しかし、このような量にあま
り厳密にこだわることは製鋼業と関連するサンプ
リングにおける困難さの故に現実的でない。サン
プル分析の不精確さをもたらすこれら困難さとし
ては、精錬容器から分析設備へのサンプルの移送
に際しての水素の損失及び精錬容器内の溶鋼の組
成の一様性の欠如により採取したサンプルが溶鋼
を真正に代表するとの信頼性が一般に欠けること
が考慮される。 以下、本発明について説明する。 溶鋼は内部を乾燥した精錬容器に装入される。
精錬容器が溶鋼精錬の為直前まで使用されたもの
であるならば、精錬容器は一般に充分に乾燥して
いるので作業者による乾燥作業は一般に不要であ
る。精錬容器が鋼精錬に直前まで使用されていな
かつた場合には、精錬容器内面へのトーチ火炎の
適用のような任意の適当な乾燥作業によつて容器
を乾燥するのがよい。本発明目的に精錬容器の乾
燥を保証する一つの方法は精錬容器に少くとも
1500〓、好ましくは少くとも1800〓の内面温度を
与えることである。 本発明の実施において、羽口は製造工程の少く
とも一部中、好ましくは全期間中ガス冷却され
る。酸素が羽口を通して吹込まれている間、羽口
は一般に保護流体により冷却される。還元或いは
仕上調整段階中羽口は一般に保護流体としても機
能する散気ガスにより冷却される。精錬容器が精
錬ずみ溶鋼を注出するため傾転されている間、浴
面より上方にある羽口は一般に羽口を通して流さ
れる空気流により冷却される。この空気流は普通
は圧縮機からのものである。容器が傾斜されても
羽口がまだ尚浴面下にある場合のように冷却が空
気以外のガスにより為される時には、冷却ガスは
一般に冷凍タンクから提供されそして充分の乾燥
度を有しているので追加的な乾燥作業が作業者に
より必要とされない。冷却ガスが空気であるな
ら、一般に、空気を使用する前に乾燥段階を必要
としよう。この乾燥段階は圧縮空気を羽口に導入
する前に乾燥器に通すことにより都合良く達成し
うる。好ましくは、冷却ガスは100ppm（重量）以
下の水しか含まないものとされる。 本発明の実施において、溶鋼へのスラグ形成用
添加剤の実質上すべては脱炭処理開始前に添加さ
れる。スラグ形成用添加剤は一般に石灰或いは石
灰とマグネサイトとの混合物であるが有効なスラ
グを形成する働きをする任意の物質でありうる。
スラグは酸化物を中和して溶鋼の脱硫が起ること
を可能ならしめる為にまた空気との接触により溶
鋼に導入される酸素、窒素及び水素の量を減ずる
為に使用される。 スラグ形成用添加剤が脱炭開始前に融かされる
ことが本発明の実施を成功に導くのに非常に重要
である。これは、スラグ形成用添加剤が一般に不
可避的に通常は水の形でかなりの量の水素を溶鋼
に付加するからである。脱炭及び続いての還元或
いは仕上調整段階全期間中水素が溶鋼からの除去
作用を受けるようスラグ形成用添加剤の実質上す
べてが脱炭前に添加されそして融かされないなら
ば、本発明の目的を損ねる程に多くの水素が溶鋼
中に残留する。 鋼の製造において、精錬容器に装入された溶鋼
に合金化用添加剤を加えることが通常必要であ
る。精錬容器に装入された溶鋼の組成が所望の製
品の仕様内にあることはめつたにない。合金化用
添加剤は溶鋼を所望の或いは目標の仕様範囲に持
ちきたすために添加される。合金材の添加もまた
別の水素源となる。従つて、脱炭の開始前に溶鋼
に合金添加材の大半、好ましくはすべてを投入す
ることも本発明の実施の一部である。この実施に
より、合金材添加により溶鋼に導入される水素は
脱炭並びに還元或いは仕上調整段階全期間にわた
つて除去作用を受け、最大限の水素除去をもたら
す。 しかし、合金添加剤は容易に酸化されるものと
酸化の困難なものという２つの系列に分けられ
る。酸化の困難な合金添加剤は脱炭段階中溶鋼中
で酸化物を形成しても続いての還元段階中元素形
態に戻つて還元されうる。しかし、容易に酸化さ
れる合金添加剤は脱炭段階中溶鋼中でやはり酸化
物を形成するが、還元段階により還元されない。
従つて、チタン、コロンビウム、アルミニウム、
バナジウム等のような容易に酸化される合金添加
剤は脱炭段階の後に添加されねばならず、他方ク
ロム、マンガン、ニツケル、モリブデン、コバル
ト、銅等のような酸化困難な合金添加剤の実質上
すべては脱炭前に添加されねばならない。先に示
したように、精錬容器に装入された溶鋼の組成及
び所望製品の組成が、どの特定の合金化添加剤を
添加すべきかそしてまた各添加剤の量を決定し、
これらは斯界で周知の事項である。 溶鋼は、浴面下羽口を通して溶鋼中に酸素及び
希釈ガスのガス混合物を吹込むことにより脱炭さ
れる。脱炭段階は、溶鋼を所望される製品の仕様
範囲内に持ちきたすように溶鋼中の炭素の一部を
燃やして除去する為に実施される。脱炭反応はま
た発熱反応であり、そして溶鋼が精錬容器から注
出される時溶鋼が所望の温度にあるよう熱を発生
する役割りも果す。脱炭反応において、溶鋼中の
炭素は吹込まれた酸素ガスと反応して一酸化炭素
ガスを形成し、これは溶鋼を通して発泡する。希
釈ガスは所望されざる金属分の酸化を減ずるよう
一酸化炭素ガスの分圧を下げる役目をなす。更
に、吹込ガス混合物は、溶鋼を通して発泡しそし
て放離ガスとして溶鋼から出ていくに際して他の
不純物を連行する。 本発明の実施において、脱炭段階は、脱炭前に
溶鋼中に存在しうる僅かの水素の大部分を除去す
る役目をなす。更に、脱炭段階は、脱炭中排ガス
流量が周囲大気の精錬容器内への侵入を防止する
に充分であるように充分に多量の排ガスを発生す
ることにより大気から例えば水蒸気からの水素が
溶鋼中にほとんど乃至全然侵入せしめられないこ
とを保証する。これは、酸素−希釈ガス混合物を
溶鋼から少くとも0.2重量％、好ましくは少くと
も0.3重量％の炭素を除去するような時間周囲大
気の精錬容器内への漏入を防止するに充分量の排
ガスが発生するような吹込速度において吹込むこ
とにより達成される。ガス混合物吹込速度は、精
錬容器の形態、容器の口を通して創生されるドラ
フトの量その他の因子に依存して変化されよう。 万一溶鋼が目標炭素含量を実現して所要の脱炭
を可能ならしめるに充分量の炭素を含んでいない
なら、目標炭素含量を実現しつつ本発明方法の目
的を実現するに充分の炭素が燃やされるような量
において炭素が脱炭前に或いは脱炭中溶鋼に添加
されうる。炭素は脱炭段階後に溶鋼に添加される
べきでない、即ち溶鋼はその目標炭素含量より実
質上以下に脱炭されそして後多量の炭素添加によ
つて仕様に持ちきたされるべきでない。何故な
ら、この遅い時期での炭素添加は溶鋼中に水素を
導入して本発明方法の目的を損うからである。 溶鋼が脱炭された後、溶鋼は１回以上の還元或
いは仕上調整段階によつて還元されそして（或い
は）仕上調整される。還元段階は、部分的に酸化
した、先に添加した合金添加剤が通常は溶鋼への
アルミニウム或いは珪素の導入によりスラグから
溶鋼へと還元される段階である。仕上調整段階
は、溶鋼を所望の仕様に持ちきたすに必要な何ら
かの他の添加が為される段階である。そのような
添加剤はごく少量の酸化困難な合金化用添加剤或
いは斯界で周知の他の添加物質である。 還元及び（或いは）仕上調整段階中、水蒸気か
らのような水素が溶鋼中に侵入して本発明方法の
目的を損わないよう空気の溶鋼への侵入を防止す
ることが必要である。空気は、排ガス流量が空気
の精錬容器内への侵入を防止するに充分量である
ことを保証することにより還元及び仕上調整中溶
鋼に入らないようにされる。これは、総計溶鋼ト
ン当り少くとも100ft³、好ましくは少くとも
150ft³の散気ガスが吹込まれるような時間空気の
精錬容器内への漏入を防止するに充分量の排ガス
が発生するような吹込速度において溶鋼中に散気
ガスを吹込むことにより為される。散気ガスの吹
込速度は、精錬容器の形態、容器の口を通して創
生されるドラフトの量及び斯界で知られる他の因
子に依存して変えられる。 本発明方法についての上記説明は、低水素鋼を
実現するのに組合せて必要とされる基本的AOD
プロセス及び段階を記載したものである。当業者
には、鋼製造AOD法において実施しうる追加的
な段階が存在しうることが認識されよう。そのよ
うな追加的段階が行われる場合にも、溶鋼中への
水素の導入と捕捉を最小限とするような態様でこ
れらの段階を実行せねばならない。例えば、
AOD法において珪素やアルミニウムのような燃
料を溶鋼に添加することが所望されることもあ
る。これが為されるのなら、燃料添加は好ましく
は、スロツピングを生じることのない良好な操業
を行いうる限度でなるだけ多くの程度脱炭前に為
されるべきである。 以下、実施例を示す。 例 １―６ ６つの溶鋼が本発明方法に従つて精錬された。
精錬工程での様々の時点での精錬パラメータ及び
水素濃度を表１に示す。例１〜５は6.3ft²の口断
面積を有する35トン精錬容器において行われた。
例６は18.9ft²の口断面積を有する100トン精錬容
器において実施された。排ガス流量は3000〓の排
ガス温度を仮定して容器口における断面積の単位
ft²当りの実際のft³／分（ACFM）として報告さ
れている）。

【表】 例１〜５に対する装入時の水素濃度は推定され
た。例１及び２に対する脱炭後の水素濃度は入手
しえなかつた。例６において吹込まれた総散気ガ
スは130ft³／溶鋼トンを越えた。 これら例１〜６は、本発明方法が低水素含量を
有する鋼を製造しうることを明らかに実証する。 例７及び８ 例７及び８は溶鋼用の精錬容器を乾燥すること
の必要性を例示するものである。例７及び８は共
に、例６を実施するのに使用した精錬容器におい
て行われた。例７において、溶鋼は充分に乾燥し
きつていない精錬容器中で精錬された。この例で
は、精錬容器の内面は約４時間だけの火炎加熱さ
れただけで、これは容器内面が乾燥容器を保証す
るに充分の温度達することを可能ならしめるに充
分の時間ではなかつた。例８は例７後即ぐに続い
て行われ従つて精錬容器は乾燥状態を保証するに
充分の温度のものであつた。他の精錬パラメータ
はすべて例７及び８両方に対して本発明方法要件
に従うものとした。結果を表２に示す。

【表】 脱炭後両溶鋼に対して低水素含量が実現された
けれども、精錬プロセスの進行にともない、精錬
容器内面における水分は漸時溶鋼の方に移つてい
く。充分の乾燥度を有しなかつた容器を使用して
開始した例７においては、この水分移行は許容限
を越えた高い水素含量を持つ溶鋼をもたらした。 例 ９〜11 例９〜11は脱炭開始前にスラグ形成用添加剤の
実質上すべてを添加することの重要性を示すもの
である。例９〜11の各々は、例１〜５を実施する
のに使用した精錬容器において試験を行つた。例
９〜11の各々において、溶鋼トン当り４〜８ポン
ドの石灰が脱炭後の溶鋼に添加された。装入時の
各溶鋼の水素濃度は推定されそして例11における
溶鋼の水素濃度は入手しえなかつた。他の精錬パ
ラメータはすべて本発明方法の要件に従うものと
した。表３に示される結果は、脱炭後のスラグ形
成用添加剤の溶鋼トン当り４〜８ポンドの添加が
許容限を越える高い水素含量を有する鋼を生成す
ることを示す。

【表】 例 12 例12はスラグ形成用添加剤が脱炭前に融かされ
ることの必要性を示すものである。例12は例６を
実施するのに使用した精錬容器において実施され
た。この例において、石灰は脱炭前に溶鋼に添加
されはしたが、脱炭の開始前に完全には融解され
なかつた。他の精錬パラメータはすべて本発明方
法の要件に従うものとした。装入時の溶鋼の水素
濃度は4.6ppm、脱炭後2.3ppmそして出湯時
2.0ppmであつた。こうして低水素鋼は生成され
なかつた。 例 13〜19 例13〜19は、還元及び（或いは）仕上調整段階
中充分量の散気ガス吹込みを行うことの必要性を
例示するものである。例13〜19の各々において、
例１〜５を実施するのに使用された精錬容器を使
用した。これら例においてアルゴンが散気ガスと
して使用された。表４において、第１欄は還元―
仕上調整段階中散気ガスとして吹込まれたアルゴ
ン総量を掲げたものでありそして第２欄は脱炭終
了時から溶鋼を精錬容器から出湯する時点まで即
ち還元―仕上調整段階中の溶鋼の水素濃度の増減
を示す。他の精錬パラメータはすべて本発明方法
の要件に従うものとした。この結果から、溶鋼ト
ン当り吹込まれる散気ガスが計約100ft³より少な
いと、溶鋼の水素濃度は還元―仕上調整段階中増
加することがわかる。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも一つの浴面下羽口を備える精錬容器
   内に溶鋼を装入し、溶鋼に合金化及びスラグ形成
   用添加剤を加え、前記羽口を通して溶鋼中に酸素
   及び希釈ガスを含むガス混合物を吹込むことによ
   り溶鋼を脱炭し、続いて前記羽口を通しての溶鋼
   中への散気ガスの吹込みにより特徴づけられる還
   元段階及び（或いは）仕上調整段階を少くとも１
   回行い、上記製造工程の少くとも一部中該羽口が
   ガス冷却される鋼製造方法において、 (A) 溶鋼を装入する実質上乾燥した精楕容器を用
   意すること、 (B) 羽口に実質上乾燥した冷却用ガスを提供する
   こと、 (C) 脱炭の開始前に溶鋼へのスラグ形成用添加剤
   の実質上すべての添加を完了すること、 (D) 脱炭の開始前にスラグ形成用添加剤を融かす
   こと、 (E) 脱炭の開始前に酸化困難な合金化用添加剤の
   実質上すべての溶鋼への添加を完了すること、 (F) 前記羽口を通して溶鋼中に酸素及び希釈ガス
   から成るガス混合物を、溶鋼から少くとも約
   0.2重量％炭素を除去するに充分の期間、容器
   内への空気の漏入を防止するに充分の排ガスを
   発生せしめるに充分の流量において吹込むこと
   により溶鋼を目標炭素含量まで脱炭すること、
   及び (G) 還元及び（或いは）仕上調整段階中散気ガス
   を溶鋼中に前記羽口を通して溶鋼単位トン当り
   100ft³に少くとも等しい量において吹込むこと
   により前記排ガス流れを維持すること を特徴とする低水素含量を有する鋼の製造方法。 ２ スラグ形成添加剤が石灰である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３ 希釈ガスが窒素である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ４ 希釈ガスがアルゴンである特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ５ 散気ガスが窒素である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ６ 散気ガスがアルゴンである特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ７ 散気ガスが溶鋼トン当り150ft³に少くとも等
   しい量において溶鋼に注入される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ８ ガス混合物が炭素の少くとも0.3重量％を除
   去するよう溶鋼中に注入される特許請求の範囲第
   １項記載の方法。