JPH03271309A - 溶融還元による低窒素―高炭素鉄合金の製造方法 - Google Patents

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、溶融還元により窒素含有量の低い高炭素鉄合
金を製造して、後続す製鋼工程における低窒素鋼の製造
を容易にするための方法に関する。

［従来の技術］ 窒素は、炭素とともに薄板の時効効果の原因となってい
ることはよく知られている。最近、薄板用鋼材について
、低炭素化と並び低窒素化の要求も強くなっている。窒
素を除去するには、脱炭に伴なうＣＯガス発生を利用す
るのが通例であるが、窒素の除去速度は小さく、溶銑の
脱炭において脱炭幅が４％近くあっても、処理後の窒素
レベルは処理前の窒素レベルがそのまま影響している。

すなわち、脱炭処理後の窒素レベルを低下させようとす
れば、処理前の窒素レベルも低下させることが必要であ
る。

高炉法にとって代る製鉄法を四指して開発が行われてい
る溶融還元法においても、同様に、その製品である高炭
素鉄合金の低窒素化が望まれる。

溶融還元法の一つであり、ガスを上底吹き可能な冶金炉
を用いる、いわゆる鉄浴法においては、適正量のガス底
吹きがこのプロセスの必須条件である。というのは、そ
れによってスラグ中の酸化鉄還元反応速度、並びに２次
燃焼帯からこの還元反応が進行中の場所への熱供給速度
の適正化を図ることが可能となり、必要とされる生産性
を確保することが可能となるからである。

そこで、そのための底吹きガスとして何を用いるか多面
的に検討したが、酸素、炭酸ガスのような酸化性ガスを
用いるとそれがメタルの炭素を酸化するために、固定炭
素バランスの制約から結果的に石炭原単位を上げること
になってしまい好ましくない、一方、不活性ガスとして
Ａｒのような高価なガスを用いると、コストが問題とな
る。したがって、実用的な底吹きガスは窒素ガスという
ことになった。しかし、使用条件が不適切であると、溶
融還元で得られる高炭素鉄合金の窒素含有量を上げてし
まい、それを用いて低窒素鋼の製造を行なうのが困難に
なるという問題が生じている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、窒素ガスを底吹きガスとして使用し、同時に
生成高炭素鉄合金の窒素レベルを低減して、それを用い
て実施する低窒素鋼の製造を容易にすることを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の如き課題を有利に解決したものであり、
との要旨はガスを上底吹きできる冶金炉において、酸素
を上吹き、窒素ガスを底吹きしつつ、酸化鉄を含有する
原料および炭材を上方から溶融物に添加して溶融還元を
行なうに際し、該炉に添加する時点での炭材の平均揮発
分含有量（工業分析値）を２０％以下とすること、メタ
ル温度を１４５０℃以下とすること、雰囲気圧力を１．
２気圧以下にすること、およびスラグの酸化鉄濃度を３
％以下とすることの組み合わせからなる操業を実施し、
低窒素−高炭素鉄合金の製造方法である。

用］ 第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
。ここでは、耐火物を内張り１した、転炉状の冶金炉Ａ
において、窒素ガスは底吹き羽２から溶融メタル３に吹
き込まれ、溶融メタル３を攪拌する。酸素は上吹きラン
ス４を通して溶融メタル３に吹き付けられる。

鉄原料は鉄鉱石あるいはその予備還元物で、上から投入
される。炭材５は石炭あるいはその予備処理物（例えば
炉外で加熱して揮発分含有量を低減する）のいずれかあ
るいはそれらの混合物である。塊状炭材は上から投入さ
れ、粉は吹き込みなどの方法で添加される。図中６はス
ラグ、７は気泡を示す。

第２図はメタルの窒素濃度に及ぼす上から投入される炭
材の平均揮発分含有量（工業分析値）の影響を示す、こ
こで、この揮発分含有量は溶融還元炉に投入する時点で
の値である。揮発分含有量が高い炭材を用いる程、メタ
ルの窒素含有量が高くなる傾向が認められる。

［作 その理由の一つとして、次のように考えられる。炭材の
揮発分含有量が高いと溶融還元炉投入の際に受ける急速
加熱によって炭材は、粉化しやすくなる。この粉化した
炭材がスラグ下層まで到達するのは難しく、その結果、
メタルへの加炭速度が小さくなる。そのため、メタルの
Ｃ含有量が低下し、ＣＯガス発生量が少なくなる。それ
ゆえ、同一の雰囲気条件ではメタルの窒素レベルが上昇
するのである。したがって、この第２図より、使用する
炭材の平均揮発分は２０％以下とすることが望ましい。

溶融物の温度は還元反応速度や耐火物との反応性に大き
な影響を与える要因である。測定は熱電対をメタル浴に
挿入して行われる。適正な攪拌が行なわれている条件で
は、メタルとスラグの温度差は２０℃以内である。

第３図にメタルの窒素濃度に及ぼすメタル浴温度の影響
を示す、メタル浴温度が低いほど、窒素レベルは低下す
る傾向にある。その理由の一つとして、温度が低いほど
メタル内に吹き込まれた窒素ガスのメタルによる吸収効
率が低下するという速度的な影響があげられる。メタル
の窒素濃度を低下させるには、メタルの温度を１４５０
℃以下にする必要がある。

スラグの酸化鉄濃度は、原料投入による酸化鉄の供給速
度とスラグ中の酸化鉄の還元速度とのバランスによって
決まる。この値は、スラグ試料を採取してその中に含ま
れる金属鉄を除去した後、全鉄分を分析して得られる（
Ｔ、Ｆｅ）の値で表示される。

第４図にメタルの窒素濃度社及ぼすスラグの酸化鉄濃度
；　（Ｔ、Ｆｅ）の影響を示す、スラグの酸化鉄濃度が
低いほどメタルの窒素濃度が高くなる傾向が認められる
。その理由としては、窒素吹き込み量が同じ場合、この
酸化鉄濃度が低いほどＣＯガス発生速度も低下して、平
均窒素分圧が高くなること、並びにスラグの酸化鉄濃度
が低いほどメタル内にスラグが巻き込まれやすくなり、
メタル内で発生するＣＯガスの気泡の量を減少させ、メ
タル中の窒素が除去されにくくなることの二つが関係し
ていると考えられる。第４図から、メタルの窒素濃度を
低下させるには、スラグの酸化鉄濃度を３％以上としな
ければならない。

なお、排出するスラグの成分制約の点でスラグの酸化鉄
濃度を３％未満まで下げる必要がある場合には、３％以
上の場合よりもメタルの窒素レベル上昇がゆっくり進む
ので、溶融還元処理の時間を極力短くすることが望まし
い。

第５図はメタルの窒素濃度に及ぼす雰囲気圧力の影響を
示す。圧力が高くなるほどメタルの窒素濃度は高くなっ
ている。これは圧力が高いほど、必要な攪拌強さを得る
ための吹き込み窒素ガス量が増え、結果としてメタルと
接する雰囲気の平均窒素濃度も高くなること、並びに全
圧が高くなることから、窒素分圧も高くなることの二つ
が関係していると考えられる。この結果から雰囲気圧力
は低い方がメタルの窒素濃度を低下させるのに望ましく
、図よりその上限は１．２気圧となる。なお、１．０気
圧未満にすると、かえって空気を吸引することになるの
で炉内の窒素分圧がまた高くなり、メタルの窒素レベル
も高くなる傾向がある。この点から圧力の下限は０．８
気圧となる。

以上のように、上底吹き冶金炉を用いた溶融還元操業と
いう特殊な条件において、 ■　メタルの窒素溶解度を上げない、 ■　メタルに吹き込んだ窒素ガスの吸収効率を上げない
、 ■　メタルと接する雰囲気の平均窒素分圧を低くする、 などの条件の組み合わせにより、攪拌ガスとして安価な
窒素を用いて操業に必要な量の吹き込みを行なっても、
メタル中の窒素を低下させることが可能となる。

以上述べてきたような条件がすべて満足されると窒素ガ
ス吹き込みを行なっても、メタルの窒素レベルを２０　
ｐｐｍ以下にすることが可能となる。このレベルは通常
の高炉銑鉄の窒素レベル（５０ｐｐｍ以上）に比べては
るかに低い。メタルの窒素レベルは、メタルを溶融還元
炉から脱炭を行なう別の炉に移すまでの間に窒素分圧が
高い雰囲気に触れることによって数ｐｐｍ上昇し、脱炭
過程で一部脱窒が進むが、第６図に見られるように、脱
炭後の溶鋼中の窒素レベルに、溶融還元工程終了時の炉
内メタルの窒素レベルの彩管が明瞭に残ることになる。

したがって、低窒素鋼を溶製するためには本発明を実施
することが効果的である。

［実　　施　　例コ 第１図に示すような設備を用いて、表１に示すような試
験条件で操業を行ない、低窒素−高炭素鉄合金の製造を
行なった。その結果、表１のように、生成したメタルの
窒素濃度は、本発明では２０　ｐｐｍ以下となっている
のに、比較例では３０ｐｐｍ前後となっており、本発明
が優れていることがわかる。

さらに、このようにして得られた高炭素溶融鉄合金（溶
銑）を製鋼転炉で脱炭してＣ；　Ｏ，０４％の溶鋼を得
た。このときの溶融還元炉内でのメタルの窒素濃度と脱
炭後の溶鋼の窒素濃度の間には第６図のような関係があ
り、低窒素鋼溶製のためには溶銑の低窒素化を図ること
が有効である。

なお、表１におけるｒ本発明実施例２ｊは、スラグの酸
化鉄濃度を０．７％まで低減する処理を続けて行なった
場合で、ここでも処理後で２０　ｐｐｍを確保しており
、本発明が有効であることがわかる。

［発明の効果］ 本発明を実施することにより、低窒素鋼溶製用として製
鋼工程から望まれている低窒素の溶銑を安価に製造供給
できることになり、工業的な効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
図、第２図はメタルの窒素濃度に及ぼす使用する炭材の
平均揮発分含有量の影響を示す図、第３図はメタルの窒
素濃度に及ぼすメタル浴温度の影響を示す図、′ｓ４図
はメタルの窒素濃度に及ぼすスラグの酸化鉄濃度の影響
を示す図、第５図はメタルの窒素濃度に及ぼす雰囲気圧
力の影響を示す図、第６図は溶融還元炉での高炭素メタ
ルの窒素レベルと低炭素域まで脱炭後の溶鋼の窒素レベ
ルの関係を示す図であ７・・・気泡 る。 １・・・耐氷物ライニング　２・・・底吹き羽口３・・
・溶融メタル　　　　４・・・上吹きランス５・・・炭
材　　　　　　　６・・・スラグ他４名 第 １ 図 第 図 炭材の平均揮発分含有量（％） 第 ５ 図 雰囲気圧力（気圧〉 第 図 合金のＮレベル！Ｉ）Ｉ）Ｉｌｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ガスを上底吹きできる冶金炉において、酸素を上吹
   き、窒素ガスを底吹きしつつ、酸化鉄を含有するる原料
   および炭材を上から溶融物に添加して溶融還元を行なう
   に際し、該炉に添加する時点での炭材の平均揮発分含有
   量（工業分析値）を２０％以下とすること、メタル温度
   を１４５０℃以下とすること、雰囲気圧力を１．２気圧
   以下とすること、およびスラグの酸化鉄濃度を３％以上
   とすることの組み合わせからなることを特徴とする溶融
   還元による、低窒素−高炭素鉄合金の製造方法。