JPH028314A

JPH028314A - 溶融金属の精練方法

Info

Publication number: JPH028314A
Application number: JP24716788A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Karashima; 辛島　一生
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-01-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、石灰質耐火物を内張りした特に真空脱ガス、
真空精練容器内で有効な溶鋼、鉄基、ニッケル基等の溶
融金属（以下溶湯と称す）の脱硫精練の改良に関する。

〔従来の技術〕

真空下で金属の溶解、精練に用いる耐火物は高温に耐え
、かつ真空精練過程で炭素等の強力な脱酸作用に耐える
必要上化学的、物理的に安定な塩基性耐火物が多用され
ている。

真空または不活性ガス雰囲気下での精練は、溶湯の清浄
化には効果を発揮するが、脱硫に関しては無力であり、
この雰囲気下での脱硫の可能性の検討が急務である。

真空またはアルゴンガス雰囲気下での、精練中の脱酸、
脱硫について、特開昭５０−１２６５１１号、特開昭５
０−１２６５１６号および特開昭５２−５８０１０号に
、それぞれ酸化カルシウム（Ｃａｂ）含有率の高い、Ｃ
ａＯ４０％以上を含むおよび６０％以上を含む塩基性耐
火物で裏付けされた溶解炉または取鍋を用い、真空また
はアルゴンガス雰囲気下で溶湯中にアルミニウム（Ａｌ
）またはその合金を添加することを特徴とする脱酸、脱
硫方法が提案されている。

この原理は、Ａ１の過剰添加により耐火物中のＣａＯを
還元し、還元生成物であるカルシラｌ、（Ｃａ）により
、溶湯中の硫黄〔Ｓ〕、酸素（０）を除去するものとさ
れている。しかし、この方法ではＡＩを０．０６〜２０
％または０．００５〜０．０６％溶湯中に残留させるこ
とが必須条件とされ、含Ａ］合金にのみ適用可能な方法
と考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

これに対し本発明に係る精練方法は、石灰質耐火物の脱
硫能に関する詳細な研究をもとに以下の諸点を原理とす
るものである。

ａ　溶湯と石灰質耐火物間の脱硫反応は、（１）式で示
される通り、溶湯−耐大物界面の活性な酸化カルシウム
（Ｃａｂ）のところで起こる。

ＣａＯ＋〔Ｓ〕＝ＣａＳ＋（０３−（１）ここで〔〕は
、溶湯中に溶解している状態を示す。

ｂ　溶湯−耐火物界面の活性なＣａＯは、時間とともに
硫化カルシウム（ＣａＳ）に変化し、［Ｓ）との反応性
を阻害する。

以上ａおよびｂの事柄は、使用後の耐火物について、耐
火物の溶湯と接していた内面から数ｍｍ以内に硫黄〔Ｓ
〕が高濃度に検出される事実からもうなづける。

ｃ（１）式で示される脱硫反応は、〔Ｓ〕の還元反応で
あり、溶湯が還元性であることを要するが、必ずしもＡ
Ｉを過剰に含有する必要はなく、Ａ１により軽度に脱酸
された状態、硅素による脱酸、または真空−ドでの炭素
による脱酸を行った状態でも」分である。これは後述の
実験例２および３も証明している。

ｄ　耐大物表面に生成されたＣａＳは、活性なＣａＯと
溶湯との直接接触を遮断し、脱硫反応を阻害する。この
脱硫反応を継続させるためには、このＣａＳを除去する
必要があり、例えば適切な量ずつ均一に溶損により除去
される必要がある。

これは、後述の実験例１および実施例が明らかに証明し
ている。

本発明は、種々の結線条件に対して必要かつ十分な溶損
を確実に行わせるために、アルカリ金属酸化物等の溶損
量調整剤を耐火物中に配合するものである。

ｅ　溶湯の耐火物との接触部は、脱硫による低硫化およ
び溶損耐大物が富化された境界層を形成し、上記反応速
度を低下させる。したがって、溶湯を撹拌保持すること
により、〔Ｓ〕の移動および溶損耐大物の浮上分離する
ことにより、脱硫を促進することができる。このことは
、撹拌効果の大きい低周波誘導炉を使用した実験例２お
よびアルゴンガス撹拌した実験例３の結果から明らかで
ある。

以上の原理を実現させるため、石灰質耐火物の材質およ
び精練方法の検討の結果、脱硫性の優れた耐火物が一定
の溶損をする過程で脱硫作用を完成することがわかった
。

本発明は溶損量を適正に保持することによる脱硫性に優
れた溶湯の精練方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は重量％で、酸化カルシウム９０％以上、酸化硅
素逐以下、酸化鉄５′１以下および溶損量調整剤３％以
下を含んだ定形耐火物で内張りした容器内で、重量２で
炭素０．０５％以上、硅素０．１％以上、アルミニウム
０．０２％以上およびこれ等と同等以上の脱酸性を有す
るものの一種以上を含む溶融金属を下記反応式により脱
硫し、該耐火物内張りを溶損させ、かつ該溶融金属を撹
拌保持することにより、該脱硫を促進させることを特徴
とする溶融金属の精練方法である。

ＣａＯ十〔Ｓ〕＝ＣａＳ＋（Ｏｌ以下実験例により本発明に係る精練方法を先ず証明する
。

実験例１電融石灰質クリンカー、各種焼結石灰質クリンカー、合
成ドロマイ１ヘクリンカーを配合して、第１表に示すＮ
　ｏ　、　Ｉ−Ｎ　ｏ　、　６の材質について、５０　
Ｘ　５０Ｘ２００ｍｎの定形レンガを成形、焼成し、５
０ｋｇ高周波誘導溶解炉に、マグネシアモルタルを目地
材として内張すし、その脱硫性の有無を比較した。溶解
材料はＪＩＳ　５Ｕｓ４２０Ｊ１（０，２％Ｃ−０，４
％５ｉ−０，６％Ｍｎ−１３％Ｃｒ）鋼を脱硫性をみる
ため硫黄を０．０５％添加した母材で行った。溶解はア
ルゴンガス雰囲気下とし、溶解後湾湯温度を１６００℃
に１時間保持し、スラグの有無を観察し、鋳造後硫黄分
析した。また、耐火物の風化性をチエツクした。第１表
に使用耐火物の成分分析値と溶解状況を示す。ここで脱
硫性は、脱硫率＝（１−（鋳造後硫黄〃／母体硫黄％）
）×１００％で判断し、Ｏは５０％以上、０は２０〜５
０％、Δは５〜２０％、×は５％以下とした。

また風化性で、０はほとんどなし、Δは少々あり、×は
ありとした。

第１表第１表より次のことが判断できる。酸化硅素５ｉｎ２は
風化防止のために経験的に約１％以下である必要がある
が、この結果からも確認できる。

ＣａＯは脱硫性から９０％以上必要である。鉱化剤とし
てのＦｅ２Ｏ３、Ａ１□０３は含有量が多い程Ｃａ○が
不足するから制約があり、特にＦｅ２ｏ３については、
釣部以下である必要がある。またスラグの発生、すなわ
ち溶損は脱硫性にとって必要であることかうかがえる。

実験例２第２表に成分分析値と特性値を示す実験例１で用いた試
料Ｎ　ｏ　、　１および別種の試料Ｎ　ｏ　、　７をベ
ースとした二種の石灰質耐火レンガで内張りした６１〜
ン低周波真空誘導溶解炉を用いて、連続２０ヒート溶解
した。そのうち、１２ヒートのデータを第３表に示す。

木表に掲げない８ヒー１−は再現性テス１〜のため、木
表に掲げたと同種合金について行い、十分な再現性があ
ることを確認した。

第３表は１２種の合金について、溶落時のＣ１Ｓｉ、Ａ
Ｉの含有量（重量）％と素材、溶落時および精練後のＳ
の含有量の増減をまとめたものである。

木表から次のことが言える。

溶落時にＡ１が、Ｎ１ｐ（検出されず）でもＣ，Ｓｉ等
の存在により脱硫効果があり、Ｃ，Ｓｉ等の含有量によ
り脱硫率が影響される。すなわち、溶落時にＣＯ，０５
％以上を含むＮｏ、１、Ｎｏ、５−１２のうち、大気溶
解のため十分な還元性雰囲気とならないＮ　ｏ　、　１
２以外はＡ１を添加することなしに十分低いＳ含有量に
溶落ちまでの時間内または精練中に脱硫されている。Ｎ
ｏ、１２は大気溶解のため不利な条件であるが、溶落ち
までにＡ１を添加することなしに、約５０％の脱硫率が
得られている。したがって、上記のように溶湯が、一定
量以上の炭素を含有すればＮｏ、１１に示す不活性ガス
であるアルゴンガス雰囲気中はもちろん大気溶解でも十
分な脱硫が期待できる。

また溶落時にＣＯ，０５％以下、かっＳｉ０．１％以下
であるＮ　ｏ　、　２、Ｎｏ、３、Ｎｏ、４は溶落時に
はほとんど脱硫されていない。このうちＮｏ、２、Ｎ０
１３は溶落後、ＡＩ　Ｏ，０１％添加して、やや脱硫さ
れているが、５は以上の脱硫率を期待するためには溶湯
のＡ１含有量が０．０２％以上必要であろう。

さらに合金相互間に被脱硫性に差があることがうかがえ
、特にＮｏ、４は被脱硫性が良いようである。

本実施例に用いた誘導炉、特に低周波誘導炉には撹拌作
用があり、特別な撹拌手段を用いることなく良好な撹拌
作用により、脱硫促進効果が得られる。

実験例３電気アーク炉で溶解した複数種の／８鋼を除滓後裸溶で
、第２表に示す石灰質耐火レンガＮ００７を内張りした
２０トン取鍋に出鋼し、１２〜１６分間取鍋内真空脱ガ
ス処理を行った。真空槽内圧力を０．５〜５ｔｏｒｒに
保ち、取鍋座部よりポーラスプラグにより、アルゴンガ
スを吹込み撹拌保持した。第４表にその例を示す。

木表の鋼種は、いずれもＣＯ，０５％以上およびＳｉ　
０．１％以上を同時に満足している。またいずれも溶落
時のＡ１分析結果はＮｉＱであった。

木表より、次のことが言える。

アルゴン吹込みによる撹拌をしなかったＮ０１１、Ｎｏ
、５、Ｎｏ、９はＡ１の添加の有無に関係なく脱硫率は
いずれも悪い。またこの中でもＡ１を添加したＮｏ、１
、Ｎｏ、５の脱硫率１１％、８％よりＡ１を添加しない
Ｎ　ｏ　、　９の脱硫率２３％の方が高い。これはＡ１
０．０３％の作用よりＣの含有量の多いことによる作用
が大きいことを示している。

アルゴン吹込量がＴｏｔａｌ　３６０ＯＮ　Ｑと少ない
Ｎｏ、７は、脱硫率３１％と不十分である。

またＡ１添加しないで、アルゴンの撹拌のみのＮｏ、１
０、Ｎ　ｏ　、　１１は脱硫率６２％、６０％といずれ
も良好である。

ここに、アルゴンガス吹込みにより撹拌による脱硫促進
効果が明瞭に表われている。

本実施例では、Ａｌ　０．０３％添加の効果は、Ｃ１Ｓ
ｉの一定量以上の存在によりマスクされて見出せない。

次に本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

第１表に示した試料Ｎ　ｏ　、　１および試料Ｎ　ｏ　
、　３に溶損量調整剤として、アルカリ金属酸化物であ
る酸化ナトリウムＮａ２ｏおよび酸化カリウムに２０を
それぞれ微量配合した定形レンガを、実験例１と同一条
件で各々連続３ヒートの溶解テストした。

第１図は溶損量調整剤配合（重量）％と１ヒート当りの
溶損量との関係を示す。

本図から試料Ｎ　ｏ　、　１は無配合の場合、２．５〜
３１ｗｎの１ヒート当り溶損量を示し、溶損量調整剤Ｎ
ａ２Ｏの配合よりほぼ配合率に比例して溶損量がさらに
増加することを示している。また試料Ｎｏ、２は無配合
の場合、約０．４ｍｍの１と−ｊ・当り溶損量を示し、
溶損量調整剤に２０の配合によりほぼ配合率に比例して
、溶損量がさらに増加することを示している。この結果
は、鉱化剤またはＭｇＯの含有量調整により溶損量調整
剤を添加しない場合にもｌヒト当り溶損量の調整が可能
であることを示唆している。また溶損量調整剤を補助的
に添加することにより、１ヒート当り溶損量がより広範
囲に確実に調整可能になることを示している。

この結果からアルカリ金属酸化物が、溶損量調整剤とし
て有効であることがわかる。

次に第２図は、この時の脱硫率と１ヒート当り溶損量と
の関係を示す。本図で破線は第１図の破線に対応して、
試料Ｎｏ、３十に、Ｏでの、実線は同様に試料Ｎｏ、１
＋Ｎａ２Ｏでの脱硫率の３ヒートの最高、最低および平
均を表わす。これより脱硫率は、１ヒート当り溶損量に
強く影響され、ｌピー１〜当り溶損量４ｍまではｌヒー
ト当り溶損量と共に増加するが、４ｗ１以上では飽和状
を呈し、徒らに内張りの損失を増加する。また、試料Ｎ
ｏ、１＋Ｎａ２Ｏと試料Ｎｏ、３＋に２０とは同じ１ヒ
ート当り溶損量では脱硫率は最大、最小、平均とも大差
はないことがわかる。

脱硫率が飽和状を呈する１ヒート当り溶損量は、溶湯量
とこの溶湯が接する耐火物の表面積の比すなわち溶湯の
平均深さにより変化すると考えられ、＝１５本実施例より大型の炉等の容器の場合は増加する。

また本実施例は、アルカリ金属酸化物の添加量を最大２
．３重量２までとしたが、少なくとも３％までは特に大
幅な変化なしに溶損量は延長線的に増加するものと思わ
れる。

以上、４つの実施例および実験例では、いずれも定形耐
火物を内張りした容器内で行ったものであるが、不定形
耐火物を周知の方法で内張すしても、同様の効果を期待
することができる。

また、撹拌手段は、実験例３で示した不活性ガス吹込み
による方法、実験例１．２および実施例に示した誘導溶
解に伴う撹拌効果によるものの他、周知の撹拌手段を用
いても同様の効果が期待できる。

さらに脱酸剤として、Ｃａを還元生成するほど強力であ
る必要はなく、詳述したＣ、Ｓｉ、Ａｌの他、周知の脱
酸剤でも有効である。

〔発明の効果〕以上詳述したように、本発明の精練方法は下記の如く要
約できる。

（１）　　酸化カルシウム９０％以上、酸化硅素１％以
下、酸化鉄５％以下およびに２０．Ｎａ２Ｏ等のアルカ
リ金属酸化物等の溶損量調整剤を含有したまたは含有さ
せた定形または不定形耐火物で内張りした容器内で、（２）　ＣＯ，０５％以上、８ｊＯ，１％以上、Ａ１０
．０２％以上を含有するまたは添加することにより含有
する溶湯を、耐火物を溶損させることにより脱硫し、か
つ溶湯を撹拌することにより脱硫を促進せしめる精練方
法である。

そして、本発明に係る精練方法が特に主張する技術は、
脱酸剤として必ずしもＡ１を必要とせず、ＣＯ，０５％
以上、Ｓｉ０．１％以上またはＴｉ、Ｍｇ等の脱酸剤で
脱酸された状態で内張りを溶損させ、かつ溶湯を撹拌保
持することにより、効果的に脱硫することである。

以上詳述したように本発明に係る精練方法は、特に脱硫
に対し無力である真空または不活性ガス雰囲気下で容易
に高率の脱硫を行うことができ、また本発明は溶損量を
効果的に調整し溶損量の過不足を防止するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルカリ金属酸化物を添加した石灰質耐火物
の１ヒート当り溶損量を示すグラフ、第２図は１ヒート
当り溶損量に対する脱硫率を示すグラフである。 ○−Ｎｏ、１試料十Ｎａ試料 −Ｎａ

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％で、酸化カルシウム９０％以上、酸化硅素１
％以下、酸化鉄５％以下および溶損量調整剤３％以下を
含んだ定形耐火物で内張りした容器内で、重量％で炭素
０．０５％以上、硅素０．１％以上、アルミニウム０．
０２％以上およびこれ等と同等以上の脱酸性を有するも
のの一種以上を含む溶融金属を下記反応式により脱硫し
、該耐火物内張りを溶損させ、かつ該溶融金属を撹拌保
持することにより、該脱硫を促進させることを特徴とす
る溶融金属の精練方法。ＣａＯ＋〔Ｓ〕＝ＣａＳ＋〔Ｏ〕２　溶損調整剤が、アルカリ金属酸化物であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融金属の精練方
法。３　真空誘導炉内で撹拌保持することを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項に記載の溶融金属の精練
方法。