JPH03277709A

JPH03277709A - 溶鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH03277709A
Application number: JP7740190A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾; Hiroshi Hirata; 浩平田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-09

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、鉄鉱石を主原料として、溶鋼、特に低Ｃ９低
Ｎ、低Ｐの溶鋼を効率的に製造するための方法に関する
。

（従来の技術）最近、鋼材の品質に対する要求が厳しくなっている。特
にＣ，Ｎ、Ｐなどの不純物を従来よりも低減する必要の
ある鋼種が増えている。

このような要求に対応するため、従来の製鋼法では例え
ば、次のようなプロセスを採用している。

まず、鉱石を高炉で還元し、Ｃ及びＰ濃度の高い溶銑を
得て、これを炉外で一次脱Ｐ処理する。ついで転炉に移
し、酸素を吹いて一次脱Ｃと二次脱Ｐを目的とした酸化
精錬を行なう。そのあと、溶鋼を取鍋に移し、真空精錬
して極低炭素化をはかる。　　しかし、この方法には、
次のような問題点がある。

■　設備の利用効率が低く、固定費用の負荷が大きい。

すなわち、ａ）　鉱石から銑鉄を製造するのに、高炉のほか、コー
クス炉、焼結炉などの膨大な設備を必要とし、かつ生産
弾力性が小さい。

ｂ）　転炉で実際に吹錬を行なっている時間の比率は６
０％以下で、それ以外の時間は原料の装入や溶銅・スラ
グの排出などの作業に占められ、吹酸や排ガス設備が有
効利用出来ない。

■　耐火物費用などの変動費用が高い。

工程数が多く、特にＣを極く低レベルまで下げようとす
ると処理のための時間が長くなることから、例えば転炉
処理末期の温度を著しく高くする等の必要が生じ、その
結果、耐火物原単位が高くつくようになる。

■　十分に高純化をはかることが必ずしも容易ではない
。

例えばＰについては、高炉で原料から入ってくるものほ
とんど総てを一旦還元してメタル中に取り込む。それを
酸化精錬でスラグに移すのだが、脱Ｐスラグの一部は次
の工程で再度混入してしまい、復Ｐするというように成
分の挙動が複雑であるため、不純物濃度を下げるという
点では効率的でない。他の成分についても同じような問
題があり、例えばＳｉについては、高炉で一旦還元した
ものを溶銑炉外処理で除去するという過程をとらなけれ
ばならないし、Ｎについては、脱Ｃ速度の大きい転炉で
一旦低い値まで除去した後、転炉から取鍋に移す時に吸
Ｎが起こり、その後は必ずしも脱Ｎに有利ではない条件
で成分調整するという過程をとらなければならない。

このように、Ｃ，Ｎ、Ｐなどの不純物成分許容濃度が低
い高純度鋼については、現行法でその製造コスト並びに
製品品質の両面で十分に満足できる状態にはない。

（発明が解決しようとする課題）以上のような現状に艦み、本発明においては、Ｃ，Ｎ、
Ｐの低い溶鋼を製造する上で、現行法が持っている前記
問題点を解決し、その結果、鉱石から溶鋼までの製造工
程を通じて、溶鋼のＣ，Ｎ。

Ｐを効率的に低減できる手段を提供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、ガスを上底吹きできる冶金炉において、まず
酸素を上吹きしながら酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を
投入して、熔融メタルの温度が１３６０〜１４５０℃の
範囲となるように調整し、次いでスラグのＴ、Ｆ　ｅが
３〜９％の範囲となるように底吹きガス吹き込み量を調
整し、さらにメタルのＣ濃度が３％以上となるように炭
材投入を行なって、低Ｐ低Ｓｉの高Ｃメタルを製造する
第１工程と、第１工程で製造したメタルを移動可能な容
器に移し、大気圧下で酸素吹錬を行なってＣ濃度が０．
５％以下となるまで低減する第２工程と、引き続いて同
じ容器で雰囲気を減圧し酸素吹錬を行なって極低炭素化
を図る第３工程とからなることを特徴とする溶鋼の製造
方法を要旨とするもので、本発明によれば、鉱石あるい
はその予備還元物を原料として、低Ｐ、低Ｓｉかつ極低
Ｃの溶鋼を製造することができる。

（作用）第１図は本発明の第１工程で用いる設備の一例を示す。

該設備はガスを上底吹き可能な冶金炉で、酸素は上吹き
ランスを通して吹き付けられる。ガス底吹きは溶融物の
攪拌のために行なわれ、通常、窒素ガスが用いられる。

原料は、鉄鉱石あるいはその予備還元物などの酸化鉄を
含有する鉄原料、石炭あるいはそれを予備加熱して揮発
分含有蓋を調整した炭材、並びに石灰などのフラックス
である。

溶融物の温度は、例えばサブランスをメタル層に挿入し
て測定することができるが、その値が１３６０〜１４５
０″Ｃの範囲となるように鉄原料の供給速度を調整する
。この値が１４５０℃を超えると、第２図に示すように
、メタルのＰ１度ＣＰ）を十分に下げることが出来ず、
本発明の目的にかなわない。一方、この温度が１３６０
℃未満では、操業が不安定になって好ましくない。

スラグの酸化鉄濃度、すなわち、〔Ｔ、Ｆｅ）は、鉄原
料としての酸化鉄供給速度と該酸化鉄の還元速度のバラ
ンスによって決まる。酸化鉄の供給速度は生産性という
形で決まってしまうので、結局（Ｔ、Ｆｅ）は還元速度
、すなわち底吹きガス量によって決まることになる。本
発明において（Ｔ、Ｆｅ）は３％以上、９％以下に調整
する。何故ならば第３図に示すように、（Ｔ、Ｆｅ）が
３％未満だと本発明が目的とするレベルまでメタルのＰ
濃度を低減できないからである。一方、［Ｔ、Ｐｅ］が
９％を越えると、耐火物損耗速度が２．上昇し、かつ操
業面でも異常フォーミングなどを起こしやすくなり、不
安定となる。

このようなスラグの酸化鉄濃度に関する条件を満足させ
るためには、底吹きガスを炉内に存在する単位メタル蛍
光たり３〜１５　Ｎｒｒｆ／ｈｒ−ｔメタルの範囲で吹
き込むのが好ましい。ここで用いるガス種としては、窒
素ガスが取り扱い、作用効果、コストの点から最も実用
的であるが、メタル中の窒素レベルが高くなると後工程
でその除去を行なわなければならない。そこで、窒素ガ
スを用いる場合に、この問題を回避するため、炉内雰囲
気ガス圧力は常圧あるいはそれ以下とすることが必要で
ある。

メタルのＣ濃度は、メタルへの炭材からの炭素の供給速
度と、メタルからの炭素の除去速度、すなわち、メタル
中Ｃと酸化鉄あるいは酸化性雰囲気の反応速度との相対
関係で決まる。メタルへの炭素供給速度（正確には加炭
速度）は、スラグ層内における炭材とメタルの分布状態
に依存する。

このうち、メタルの分布は底吹きガスの量に依存する。

一方、炭材の分布は粒度分布に依存する。

炭材は、含まれている揮発分の含有量によって、炉内で
急速加熱された時の細粒化の程度が決まる。したがって
、使用する石炭の揮発分含有量で、炉内スラグ層におけ
る炭材の粒度分布、すなわち、メタルへの加炭速度が調
整できる。

本発明においてはメタルのＣを３％以上に保つ必要があ
る。３％を切ると還元反応速度が低下してスラグの（Ｔ
、Ｆｅ、ｌが高くなり、先に述べた（Ｔ。

Ｆｅ）が９％以下という条件を高生産性下では満足しに
くくなること、また、メタルの融点が上昇して前述の１
４５０’Ｃ以下という低温操業条件も満足しにく（なる
ことなどがその理由である。

メタルのＣ濃度がこのような条件を満足するには、大型
設備の場合、炭材に揮発分含有量が５％以下のもの（た
とえば、コークスやチャーのように炉外で加熱して揮発
分を除去したもの）を、炭素量として少なくとも１０％
以上用いることが必要である。

以上述べてきたような諸条件を満足すると、Ｐが０．０
２％以下、Ｓｉが０．０５％以下の高炭素メタルが得ら
れる。このようにＰ及びＳｔの濃度について低い値とな
ることが本発明には重要である。

このようなメタルを、炉を傾けて、あるいは炉の底部に
メタルを出湯するための孔を設けて、取鍋のように移動
可能な容器に移す。

なお、スラグは、出湯前のメタル単位蛍光たり３４０ｋ
ｇ／ｌ−メタル以上炉内に残し、残りを排出してメタル
と分離する。この条件を満足するように炉内にスラグを
残すことによって、吹錬状態であっても酸素ジェットが
このスラグ層によって直接メタルに当たるのを防止でき
る。さらに、雰囲気は高二次燃焼の酸化性雰囲気となる
一方、スラグ層内では、再酸化が抑えられて還元反応が
順調に進行し、結果として炭材原単位を下げるので、炭
材によって持ち込まれるＰ、Ｓが少なくなり、第２工程
以後の精錬操作を有利に行なうことができるようになる
。

第４図は、本発明の第２、第３工程を実施するのに用い
る設備の一例を示す。第１工程で製造されたメタルを受
ける容器は底吹きが可能なように底にガス吹き込みのた
めのポーラスプラグが取り付けられており、そこから必
要によりＡ　ｒ　＋　ＣＯｚ　＋　Ｎｚなどのガスを吹
き込んでメタルを攪拌することができる。

処理のステーションは、メタルの受湯を行なうステーシ
ョン１（必要にまり脱Ｓ剤を添加して脱Ｓを行なうこと
もできる）、大気圧下で酸素を吹き付けて一次脱Ｃと脱
Ｎを行なうステーション２、減圧下で処理してさらにＣ
など不純物の低減を行なうステーション３からなり、メ
タルを収めた容器は上記ステーションを順次経由し、処
理が終わると鋳造工程に送られる。鋳造終了後の空の容
器は再びステーション１に戻る。

なお、ステーション２．３での処理時間は、２と３との
受は渡し点でのメタルの０％を適当に選択することによ
って各工程の実稼働時間を最小にすることが出来る。

本発明の第２工程は、ステーション２において、大気圧
下で酸素を上吹きすることにより、メタルの一次脱Ｃを
行なうものである。この工程は従来、高炭素メタルを転
炉のような脱炭専用の反応容器に移し替えて行なうので
あるが、本発明のように、移動可能な容器そのもので一
次脱炭を実施する場合には、前提条件として脱炭前のＳ
ｔ、　Ｐがともに十分低く、第２工程で酸化によって生
成するＳｉＯ□が少ないこと、また、脱Ｐのためのスラ
グ条件を実現する必要がないことを考慮しておく。

その結果、第３工程へ進むに当たり容器を取り替えない
で済むので、それによって次のような効果が得られる。

■　温度低下が少ないので、スクラップ使用量を増やせ
る。

■　吹錬装置の稼働時間比率を高めることができる。そ
れによって、所定の生産速度を得るための時間当たり吹
酸速度を小さくでき、設備費負担を減らすことが出来る
。

■　第２工程終了後に容器を移し替える際の吸窒を防止
できる。

さて、この第２工程では吹酸しつつ温度調整用にスクラ
ップなどの冷材を添加する。スラグは吹錬操作を安定に
してダストの発生を抑制し、また内張り耐火物の損耗も
抑制し、さらに硫黄の気化除去率も高くするという観点
から、造滓のためにフラックスが添加される。そしてこ
のような条件を満足するスラグ成分はＳｉ０□２０％以
下、Ｃａ０４５〜６２％、Ａｔｚｏ３１３〜３８％であ
る。

第２工程終了時のメタル中Ｃ濃度は比較的自白に変える
ことが出来るが、ただ、０．５％超だと第３工程で減圧
する際に、メタルの泡立ちが激しくなり、操業不安定と
なるので好ましくない。

方、Ｃ濃度が０．０４％未満になるとスラグのＴ、Ｆｅ
が高くなり過ぎ、前記と同様に第３工程で減圧し始めた
時の操業が不安定になるので好ましくない。したがって
、Ｃは０．０４〜０．５％の範囲で選択すべきである。

次に最後の第３工程では、この容器内を減圧して、メタ
ル中の酸素、スラグ中に蓄積された酸素、並びに酸素ガ
スとして供給される酸素を酸化剤として、メタルの二次
脱炭を行なう。この過程はメタルの脱炭と同時にスラグ
の還元が目的であり、所定のＣ濃度まで低下すると、メ
タルの脱Ｓも行なわれる。この際、ＳｉＯ□の濃度が低
いことがメタルの０濃度、Ｓ濃度を低減する上で重要で
ある。

以上のように本発明では、第１工程でＰ、Ｓｉの低い高
炭素メタルを製造し、第２工程で一次脱ＣとＮの低減を
行ない、そのままスラグを交換せずに、次の第３工程で
は減圧してＣと酸素の除去を実施しやすい条件で処理す
るため、従来法と比べてＣ，Ｎ、　　Ｐ各濃度の低い溶
鋼を効率的に製造することができる。

なお、設備としては、従来、脱炭に用いられてきた転炉
を本発明では鉱石を還元して（スクラップの溶解も併せ
て行なうことができる）高炭素メタルを製造するのに用
い、脱炭を行なうための設備を新設するにしても設備費
の負担は少なくて済むので、本発明の方法によれば少な
い建設費で、かつ最近需要が増えているＣ、　Ｎ、　　
Ｐ濃度の低い高純度鋼の製造をたやすく実現できるとい
う特徴がある。

次に、本発明による高純度溶鋼製造の実施例を示す。

（実施例）まず、第１工程として、アルミナ−カーボンれんがで内
張すした第１図のような転炉状容器を用い、以下の条件
で鉄鉱石の還元を行なった。

（１）使用原料； ■鉄鉱石＝　＝Ｔ、Ｆｅ（Ｔｏｔａｌ　Ｆｅ）＝６９．
８χ、５ｉＯｚ□２．３χ■炭材１　”　＝Ｆ、Ｃ（Ｆ
ｉｘｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ）−５３，１χＶ、Ｍ（νｏＩ
ａｔｉｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ）＝３７．２ＸＡｓｈ＝ｌＱ
、３χ ■炭材２−−−−Ｆ、Ｃ＝７３．２χ、　Ｖ、？Ｉ２．
４χ、　Ａｓｈ＝９．８χ（炉外で事前に６２０℃まで
予備加熱したもの）■フラックス・・・・生石灰（Ｃａ
Ｏとして９７χ）（２）吹錬条件； ■メタル（種湯）量・・・・７０ｔ ■スラグ（種湯）量・・・・２６ｔ　（＝３７０ｋｇ／
ｌ−メタル）■上吹きガス量・・・・酸素；　２５，０
０ＯＮｍ’／ｈｒ（一定）■底吹きガス量・・・・窒素
；　９００〜１，００ＯＮｍ３／ｈｒ（＝　平均１１Ｎ
ｍ’／ｈｒ−ｔメタル）■鉄鉱石供給量・・・・供給速
度＝３６．０〜４２．Ｏｔ　／ｈｒ。

総量−４０，Ｏｔ ■炭材供給量・・・・炭材１；供給速度＝１９．６ｔ／
ｈｒ。

総量＝１９．６を炭材２；供給速度＝３．９ｔ／ｈｒ。

総量＝３゜９ｔ ■フラックス供給量・・・・４．２ｔ／ｈｒ、　　総量
＝４．２ｔ■メタル温度・・・・１４１０〜１４４０℃
その結果、生成したメタル及びスラグの成分は次のよう
になった。

（１）メタル成分；　Ｃ＝３．９χ、　５ｉ＝０．０２
χ、　Ｍｎ＝０．２１χ。

Ｐ＝０．０２０χ　Ｓ＝０．０３６χ （２）スラグ成分；　Ｔ、Ｆｅ＝３．２χ、Ｃａ０＝４
２．６χ、５ｉＯｚ＝２３．８χＡ　ｆ　ｚＯｉ＝１７
．６χ、　Ｍｇ０＝７．６χ次に、第１工程で生成した
メタルを取鍋に受け、第２工程として、以下の条件によ
り大気圧下で酸素を上吹きし、−次脱炭を行なった。

（１）処理前のメタル条件； ■成分；　Ｃ＝４．２２．５ｉ＝０．０３！、　Ｍｎ＝
０．２χ、　Ｐ＝０．００４Ｘ。

Ｓ＝０．０１χ ■温度、　１，４０５℃ （２）吹酸条件・・・・上吹き；　５，２０ＯＮｍ３／
ｈｒ（３）攪拌条件・・・・底からポーラスプラグを通
して吹込み：炭酸ガスＬ　ＯＯＯＮｍ″／ｈｒ（４）添
加物供給条件；生石灰＝ｓｏｏｂ　、スクラップ・４．
８ｔ、　Ａ　ｉ　ｚＯ：＋−２００ｋｇ、スケール−２
，６ｔ（５）処理時間；２５分その結果、処理終了時の状況は次のようになった。

（１）メタル成分、Ｃ，０，１５χ、　５ｉ＝０．０１
！、　Ｍｎ＝０．２χ。

ｐ＝ｏ、ｏｏ４χ、　　Ｓ＝０．０１Ｘ、　　Ｎ＝１５
ｐｐｍ（２）メタル温度、　１．５６０℃ （３）スラグ成分；　Ｃａ０＝５８χ、　５ｉＯ２＝５
χ、　ＡＺＺＯ３＝１８χ。

Ｍｇ０＝７．３χ、　　Ｔ、Ｆｅ＝６．８χ、　　Ｐ＝
０．５χ最後に、第２工程で生成したメタルを、同じ取
鍋に入れたまま、第３工程として、以下の条件により減
圧下で酸素を上吹きし、二次脱炭を行なった。

（１）処理前のメタル条件；第２工程終了時とほぼ同じ（２）吹酸条件・・・・（最初〜２０分）上吹き；　２
，００ＯＮｍ’／ｈｒ（２０分後〜　）吹酸なしく３）雰囲気条件・・・・大気圧から徐々にｌ　、　３
　ｔｏｒｒまで減圧（４）攪拌条件・・・・底からポーラスプラグを通して
吹込み；Ａｒガス７５ＯＮｍ”／ｈｒ（５）処理時間；３２分その結果、処理終了時（合金添加前）の状況は次のよう
になった。

（］）メタル成分；　Ｃ＝２４ｐｐｍ、　５ｉ＝０．Ｏ
Ｏχ、　Ｍｎ＝０．ｌχ。

Ｐ＝０．Ｏ０５χ、　Ｓ＝０．００３χ、　Ｎ＝１２ｐ
ｐｍ（２）メタル温度、　１５７０℃ （３）スラグ成分；　Ｃａ０＝６１χ、　５ｉＯｚ＝６
．２χ、　Ａ７ｚ０３＝２１χＭｇ０＝８．９χ、　Ｔ
、Ｆｅ＝０．３χ、　Ｐ＝０．１％以上の通り、本発明
により低Ｃ・低Ｓｉ・低Ｐ・低Ｓ・低Ｎである高純度鋼
の溶製が可能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って、少ない設備費で、最近
需要が増えているＣ、Ｎ、Ｐなどの不純物濃度が低い高
純度網製造を行なえるようになり、工業的な効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１工程に用いる設備の一例を示す図
、第２図は本発明の第１工程におけるメタルのＰ濃度に
及ぼすメタル温度の影響を示す図、第３図は本発明の第
１工程におけるメタルのＰ濃度に及ぼすスラグの（Ｔ、
Ｆｅ）濃度の影響を示す図、そして第４図は本発明の第
２、第３工程を実施するのに用いる設備の一例を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

ガスを上底吹きできる冶金炉において、まず酸素を上吹
きしながら酸化鉄を含有する鉄原料と炭材を投入して、
溶融メタルの温度が１３６０〜１４５０℃の範囲となる
ように調整し、次いでスラグのＴ．Ｆｅが３〜９％の範
囲となるように底吹きガス吹き込み量を調整し、さらに
メタルのＣ濃度が３％以上となるように炭材投入を行な
って、低Ｐ、低Ｓｉの高Ｃメタルを製造する第１工程と
、第１工程で製造したメタルを移動可能な容器に移し、
大気圧下で酸素吹錬を行なってＣ濃度が０．５％以下と
なるまで低減する第２工程と、引き続いて同じ容器で雰
囲気を減圧し、酸素吹錬を行なって極低炭素化を図る第
３工程とからなることを特徴とする溶鋼の製造方法。