JPH04224612A - 転炉精錬方法 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、上下両吹き転炉によ
り高い有価金属歩留でもって効率良く鋼を溶製する転炉
精錬方法に関するものである。 【０００２】 【従来技術とその課題】現在、転炉吹錬法で炭素鋼を溶
製する場合に採用されている主流技術は、上下両吹き転
炉を用い、炉底羽口より溶銑トン当たり　０．３Ｎｍ３
／ｍｉｎ　未満の吹き込み量でＡｒ，Ｎ２　，ＣＯ２　
，ＣＯ，Ｏ２　等を主体とするガスを吹き込んで溶銑又
は溶鋼を攪拌しながら、上吹きランスから溶銑又は溶鋼
に酸素を吹き付ける精錬法である。一方、クロム或いは
マンガンを多く含むステンレス鋼（［Ｃｒ］濃度：９〜
３０ｗｔ％）や高マンガン鋼（［Ｍｎ］濃度：１４〜３
０ｗｔ％）等を転炉形式の炉で溶製する手段としては、
次の３種類の方法が挙げられる。 【０００３】（ａ）　ＡＯＤ法 ”転炉形式の炉”の炉底付近の炉側に設置した複数の羽
口からＡｒとＯ２　の混合ガスを吹き込み、このＡｒに
よりＣＯ分圧を低下させて脱炭を進める方法。 （ｂ）　上下両吹き転炉吹錬法 特にステンレス鋼用等に限定した転炉を用い、その炉底
羽口から前記ＡＯＤで用いるＡｒ量と同程度のＡｒを吹
き込んでＣＯ分圧を低下させると共に、上吹きランスよ
り酸素を上吹きして脱炭を進める方法。 （ｃ）　ＣＬＵ法 転炉の炉底に設置した羽口から水蒸気を吹き込み、生成
したＨ２　でＣＯ分圧を低下させて脱炭を進める方法。 上記各方法は何れも、ＣＯ分圧を低下させることによっ
て下記　（１）式の［Ｃｒ］酸化反応よりも下記　（２
）式の脱炭反応を促進させようと図ったものである。 ２［Ｃｒ］＋３［Ｏ］→　　（Ｃｒ２Ｏ３）　　　　　
　　…（１）　［Ｃ］＋［Ｏ］→　　ＣＯ　　　　　　
　　　　　　　　　　…（２）　【０００４】ところで
、前述した「炭素鋼の転炉吹錬」においては、より少な
いスラグ中の酸化鉄量及び低い溶鋼中酸素量で脱炭する
ことが「鉄分歩留の向上」，「脱酸剤の節減」並びに「
炉体溶損（高Ｔ．Ｆｅスラグにより増加する）の低減」
面から望まれている。特に、近年は脱りん銑を吹錬する
機会が増えているが、この場合には脱りんが不要なため
一層厳しく使用スラグの低減が求められている。しかも
、最近では薄板材の低炭化傾向が高まっており、転炉内
での更なる脱炭促進も強く望まれるようになってきた。 【０００５】しかしながら、従来の上下両吹き転炉吹錬
法ではこれらの要望を満たすのに限界があった。もっと
も、炭素鋼の溶製に前述のＡＯＤ法等を適用することも
考えられるが、ＡＯＤ法で使用するＡｒガスはコストが
高くて実用には向かないものであった。勿論、使用する
Ａｒ量を少なくすればコスト的な不利は軽減される。し
かしながら、未脱りんの高炉銑を吹錬する場合には脱り
んを確保するためＡｒ流量を低下させる必要があるが、
この場合Ａｒ流量を低下し過ぎると羽口詰まり等が発生
しがちとなる。これらの問題より、この方法は採用でき
ない手段であった。これに対して、炭素鋼に比較すると
高級鋼種である“高クロム鋼”や“高マンガン鋼”の場
合には、前記ＡＯＤ法或いはＣＬＵ法を適用すれば工業
ベ−スでの溶製は十分に分可能であったが、これらの炉
の準備が無い場合にはその溶製は不可能であった。なお
、上下両吹き転炉の炉底羽口からＡｒを吹き込みながら
吹錬する方法では高クロム鋼や高マンガン鋼の溶製は可
能であったが、原料が高炉銑の場合、前述したように羽
口詰まりの懸念から実用にそぐわない程の高い吹き込み
Ａｒガス量を確保しなければならないので問題であり、
同一の炉で炭素鋼と高クロム鋼や高マンガン鋼を吹き分
けることができないという問題があった。 【０００６】このようなことから、本発明が目的とした
のは、製鋼上の最も一般的な設備である“従来の上下両
吹き転炉”を用い、出来るだけ低いコストでもって、ａ
）　高炉銑の効果的な脱りんと脱炭，ｂ）　脱りん銑の
低「スラグ中酸化鉄（Ｔ．Ｆｅ）」，低「溶鋼酸素［Ｏ
］」下での脱炭促進， ｃ）　高クロム鋼又は高マンガン鋼の低［Ｃｒ］ロス，
低［Ｍｎ］ロス下での脱炭，を可能とし、鋼種を問わず
により高能率，より低価格で鋼を溶製することができる
手段を確立することであった。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく、特に「前記ａ）項〜ｃ）項に挙げた条件の
全てを満足させるためには、　従来の上下両吹き転炉の
炉底攪拌ガス用羽口から格別に特殊な設備を要すること
なく溶鋼トン当たり約　０．２Ｎｍ３／ｍｉｎ　の量で
吹き込んで溶鋼を攪拌することができると共に、　ＡＯ
Ｄ法の吹き込みＡｒ量に相当するだけＣＯ分圧を低下さ
せることが可能なガスを見出すことが不可欠である」と
の、種々の実験結果に基づいた認識の下に研究を重ねた
結果、「このようなガスとしては“水素”が最も適して
いる」との知見を得るに至ったのである。 【０００８】即ち、水素はＣＯ分圧を十分に低下できる
特性を有しているほか、密度が非常に小さいので同一羽
口であってもＣＯ２　の　４．７倍もの量のガスを吹き
込むことができる。これは、ベルヌ−イの定理から「羽
口前後の差圧ΔＰ＝　１／２ρｖ２　」と言う関係が導
き出されるように、密度ρの小さいＨ２　の場合には同
一差圧であれば流速ｖが速くなると言う原理が存在する
からである。 【０００９】本発明は上記知見事項等を基にして完成さ
れたもので、「上下両吹き転炉を用いて溶鉄を精錬し鋼
を溶製するに当たり、　上吹きランスより酸素を上吹き
すると共に、　炉底羽口から水素を吹き込み、　この水
素によってＣＯ分圧を低下させつつ精錬を行うことによ
り、効果的に脱炭を進行させ得るようにした点」に大き
な特徴を有している。 【０００１０】なお、上下両吹き転炉に装入される原料
「溶鉄」は一般的には通常の溶銑或いは粗溶鋼であるが
、高クロム鋼又は高マンガン鋼を溶製するために“クロ
ム或いはマンガンを５％以上（以降、　成分割合を表す
％は重量％とする）含有する溶銑或いは粗溶鋼を使用し
た場合には、少ない［Ｃｒ］ロス，［Ｍｎ］ロスで脱炭
を行うことができるので高クロム鋼又は高マンガン鋼を
溶製するためには極めて有利である。また、炉底羽口か
ら吹き込むガスは水素であるが、純水素だけでなくこれ
に少量のＡｒ，Ｎ２，ＣＯ，ＣＯ２　或いは炭化水素が
混ざっていても良い。そして、水素の吹き込み量は溶銑
又は溶鋼トン当たり毎分　０．３Ｎｍ３以上とするのが
良い。以下、本発明を「炭素鋼を溶製する場合」と「高
クロム鋼，高マンガン鋼を溶製する場合」に別けてその
作用・効果と共により詳細に説明する。 【０００１１】 【作用】炭素鋼を溶製する場合 溶鉄中［Ｃ］が　０．５％より高い状態では、従来の　
０．２Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　程度の攪拌ガス（Ａｒ
，　Ｎ２　，ＣＯ２　，ＣＯ等）でもスラグ中のＴ．Ｆ
ｅ（酸化鉄量）は５％程度とそれほど高くならないので
、殊更に大量の水素を吹き込む必要はない。しかし、［
Ｃ］が　０．５％以下に低下し始めると、脱炭反応によ
るＣＯ発生量が低減し、平衡関係より溶鋼中の［Ｏ］が
上昇して下記　（３）式のＦｅＯ生成反応が次第に活発
になり、スラグ中のＴ．Ｆｅが増加し始める。 Ｆｅ＋［Ｏ］→　（ＦｅＯ）　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（３）　そこで、この時期から従来法での
攪拌ガスに替えて多量（　０．３〜１Ｎｍ３／ｍｉｎ・
　ｔ　）の水素ガスを吹き込み、脱炭を促進する。 【０００１２】そして、このような手段を講じることに
よって次のような効果が確保される。 （１）　　スラグ中のＴ．Ｆｅが低下する。従来法（炉
底吹き込み攪拌ガスとして　０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ　・
ｔ　未満のＡｒ，　Ｎ２，ＣＯ２　，ＣＯ等を用いた方
法）の場合、終点［Ｃ］：０．０３％の時にスラグ中Ｔ
．Ｆｅが１５〜２０％であったものが、水素を大量に吹
き込む本発明法では１０％以下となって鉄分歩留の向上
が達成される。しかも、炉体溶損はＴ．Ｆｅが高い程大
きいことから、スラグ中Ｔ．Ｆｅを低減できる本発明法
では炉体溶損が著しく軽減されることとなる。 【０００１３】（２）　　終点溶鋼中［Ｏ］が低下する
。 従来法の場合、終点溶鋼が［Ｃ］：０．０３％のときで
［Ｏ］：８００ｐｐｍ程度であったものが、本発明法で
は［Ｏ］：５００ｐｐｍ以下にまで低下する。従って、
脱酸用のＡｌやＦｅ−Ｓｉの節減が可能となり、またこ
の結果として鋼中介在物が低減すると言う好ましい効果
も得られる。 【０００１４】（３）　　終点［Ｃ］を従来よりも一段
と低下することができる。従来法の場合に終点［Ｃ］が
精々０．０３％であったのが、本発明法によると［Ｃ］
：０．０２％以下が可能となる。このため、低炭素材（
［Ｃ］：０．０１５　〜０．０２０　％）の転炉単独精
錬（ＲＨ処理の省略）が可能となる。（４）　　以上に
示した効果は、脱りん銑を出発原料とした薄板材の転炉
溶製において特に顕著である。 しかし、［Ｍｎ］：１．５　％程度の厚板材の溶製に際
しては従来法でもＦｅ−Ｍｎの節減のため脱りん銑の転
炉吹錬時にマンガン鉱石等を添加して［Ｃ］で溶融還元
する方法が採用されていたが、この方法においても、本
発明法を適用した場合にはＣＯ分圧低下により下記　（
４）式の如き脱炭反応が促進され、Ｍｎ鉱石の還元歩留
が向上する。 （ＭｎＯ）　＋［Ｃ］→　　ＣＯ＋［Ｍｎ］　　　　　
　…（４）　この場合、従来通り［Ｃ］が低下してから
上吹き酸素を段階的に少なくしていくと一段と効果が増
すことは言うまでもない。 【０００１５】なお、通常の上下両吹き転炉を用いた転
炉精錬での“炭素鋼の吹き込みパタ−ン例”を、本発明
法と従来法を対比させて図１及び図２に示す。ここで、
図１は厚板材用炭素鋼（Ｍｎ含有量が　１．５％）の吹
錬パタ−ンを、図２は薄板材用炭素鋼の吹錬パタ−ンを
それぞれ示している。 【０００１６】高クロム鋼，高マンガン鋼を溶製する場
合 従来のＡＯＤ精錬におけるＡｒ吹き込みと同様、脱炭初
期より水素の底吹きを始め、［Ｃ］の低下と共に底吹き
水素量を増加させる（例えば　０．３→　１．０ｍ３／
ｍｉｎ・　ｔ）と同時に、上吹き酸素の量を低下させる
（例えば　３→　０．５Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　）こ
とによりステンレス鋼や高マンガン鋼の脱炭が可能であ
る。なお、この場合、還元期は炉底ガスをＨ２　からＡ
ｒに変えることが得策である。なぜなら、これによって
鋼中水素（即ち［Ｈ］）の上昇が抑えられるからである
。このように、本発明法によると、通常使用されている
転炉によってステンレス鋼や高マンガン鋼の溶製が可能
となる。図３は、通常の上下両吹き転炉を用いた転炉精
錬での“ステンレス鋼の吹錬パタ−ン例”である。 【０００１７】なお、高クロム鋼，高マンガン鋼の精錬
に適用される転炉装入原料としては、予め電気炉でスク
ラップ，チャ−ジクロム或いはＦｅ−Ｍｎを溶解して目
標成分に近い［Ｃｒ］，［Ｍｎ］に調整したものも使用
できるが、脱りん銑のみを転炉にまず装入し、上吹き酸
素で脱炭・昇温しながらチャ−ジクロム或いはＦｅ−Ｍ
ｎを添加して溶解し所定の［Ｃｒ］，［Ｍｎ］を含む母
溶鋼を溶製してから、例えば図３のような吹錬パタ−ン
で精錬することもできる。また、高マンガン鋼の中には
、高マンガン非磁性鋼のように１４〜２５％程度のＭｎ
以外に例えば５％程度のＣｒをも含有する鋼もあるが、
これらの溶製も同様に行えることは言うまでもない。 【０００１８】次に、本発明法を実施する際の“水素の
底吹き手法”について詳述する。本発明法で使用する上
下両吹き転炉は基本的には従来の上下両吹き転炉と同じ
で、従来のそれを適用することができる。即ち、従来の
底吹きガス吹き込み装置を用いて水素を吹き込むだけで
良い。従って、使用する炉底羽口は単管又は２重管で良
く、その本数は従来と同様に１本以上必要であるが、経
験的には２〜６本程度が良好である。また、内径１ｍｍ
φ程度の細管を５０〜１００本程度集めた多孔（ｍｕｌ
ｔｉｐｌｅ　ｈｏｌｅ）タイプでも良い。 【０００１９】吹き込みガスとしては基本的にはＨ２　
であるが、前述したようにこれに少量のＡｒ，Ｎ２，Ｃ
Ｏ，ＣＯ２　或いは炭化水素が混ざっていても良い。な
お、特にガス切替え時でＨ２　の吹き込み量が従来攪拌
ガス使用量と同程度の時には水素だけでは羽口前圧力が
低くなってしまうが、これによって羽口の詰まり（溶鋼
の侵入）が問題になる場合には、水素にＡｒ，Ｎ２　，
ＣＯ，ＣＯ２　と言った従来の攪拌ガスを併用・混入し
て羽口前圧力を確保することもできる。水素ガス吹き込
み量は、従来攪拌ガスの吹き込み量で決定される。前に
も述べた如く、攪拌ガスが例えばＣＯ２　の場合には水
素ではその　４．７倍の量を吹き込めることになるが、
吹き込み圧力を調整することにより吹き込み量の更なる
増減は可能である。具体的なＨ２　吹き込み量は溶鋼ト
ン当たり　０．３〜２．０　ｍ３／ｍｉｎ　程度である
。 【０００２０】ところで、本発明法においては、鋼中［
Ｈ］が５〜１２ｐｐｍ程度にまで上昇する場合がある。 この場合には、上吹き酸素の吹き込み停止後に底吹きガ
スをＨ２　からＡｒ，Ｎ２　，ＣＯ２　，ＣＯ等に切替
えて溶鋼のリンスを行えば、鋼中［Ｈ］を５ｐｐｍ　以
下にまで低減することができる。勿論、その後にＲＨ等
の真空脱ガス処理を行う場合にはこのようなリンスは不
要である。続いて、本発明を実施例によって更に具体的
に説明する。 【０００２１】 【実施例】実施例　　１ 表１に示す化学成分組成の脱りん銑（１３００℃）の１
００ｔｏｎ　を、スクラップ５ｔｏｎを事前装入した４
本の炉底羽口を有する上下両吹き転炉に装入し、ＣＯ２
：０．２　Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　の攪拌ガスで攪拌
しながら造滓剤として生石灰１２ｋｇ／ｔ，硅石３ｋｇ
／ｔを添加すると共に、４孔ラバ−ルノズルを有する上
吹きランスより３Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　の酸素を上
吹きして脱炭吹錬を実施した。表１　　そして、溶鉄中
の［Ｃ］濃度が　０．５％になった時点で炉底吹き込み
ガスをＨ２：０．８　Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　に切替
え、その後溶鋼中［Ｃ］濃度が０．０３％となるまで吹
錬を続けた。 【０００２２】一方、比較実験として、終点に至るまで
炉底ガスとしてＣＯ２：　０．２Ｎｍ３／ｍｉｎ・　ｔ
　を使用する従来の吹錬も実施した。表２ 上記各吹錬において“スラグ中Ｔ．Ｆｅ”，“溶鋼［Ｏ
］”及び“終点温度”を調査したが、その結果を表２に
対比させて示す。第２表に示される結果からも明らかな
ように、本発明法では、同一終点［Ｃ］であってもスラ
グ中Ｔ．Ｆｅや溶鋼［Ｏ］が低下していることが分かる
。なお、その結果、鉄分歩留が　０．２％向上すると共
に、脱酸剤Ａｌの使用量が　１．５ｋｇ／ｔから１．０
ｋｇ／ｔに節減できたことも確認された。 【０００２３】実施例　　２ 実施例１と同様であるが、スクラップ装入量を８ｔｏｎ
　にした転炉吹錬によって［Ｃ］をどこまで吹き下げら
れるかの実験を行った。この結果を表３に示す。表３　
　表３の結果に示されるように、本発明法によると従来
レベルのＴ．Ｆｅで［Ｃ］：０．０１２　％にまで脱炭
が進行することが明らかである。 【０００２４】実施例　　３ 前記表１に示す化学成分組成の脱りん銑（１３００℃）
の７０ｋｇ／ｔを、実施例１と同様の転炉に装入し、Ｃ
Ｏ２：　０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　の攪拌ガスで
攪拌しながら生石灰１５ｋｇ／ｔを添加すると共に、上
吹きランスより３Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　の酸素を上
吹きし、脱炭昇温吹錬を実施した。なお、この際［Ｃ］
が　０．８％，温度が１５５０℃になった時点より、チ
ャ−ジクロム（Ｃｒ：６０％）を溶鋼中［Ｃｒ］が１８
％となるのに必要な量だけ添加して溶解した。そして、
［Ｃ］が　０．５％になった時点から、それまで炉底羽
口から吹き込んでいたＣＯ２　をＨ２　：１Ｎｍ３／ｍ
ｉｎ　・　ｔ　に切り換えると共に、上吹き酸素量を０
．７Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　に低下させた。 【０００２５】この吹錬（ト−タルで約５５分間）にお
いて、［Ｃ］：０．０２５％まで脱炭した時の溶鋼温度
は１６５０℃，［Ｃｒ］は１５．５％であった。この後
、更に炉底ガスをＡｒ：　０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　
ｔ　に切り換えると共に上吹き酸素を中止し、Ｆｅ−Ｓ
ｉ２０ｋｇ／ｔと生石灰６０ｋｇ／ｔを添加して還元期
（１０分間）に導入した。その結果、［Ｃ］：　０．０
２５％，［Ｃｒ］：１７．８％で、温度が１７００℃の
ステンレス鋼が溶製できた。また、比較実験として、前
記［Ｃ］：０．５％の時点での底吹きガスの切替えを行
わないで吹錬を続けた結果、［Ｃｒ］のみが酸化されて
脱炭が進行せず、精錬はできなかった。 【０００２６】実施例　　４ 電気炉で表４に示す化学成分組成の高Ｍｎの溶鋼（１５
００℃）を溶解し、実施例１と同様の転炉に注湯した。 表４ 【０００２７】この転炉において、生石灰１５ｋｇ／ｔ
を添加して吹錬を行い、［Ｃ］が１％にまで低下した時
点より、実施例１の場合と同様、底吹きガスをＨ２　：
１Ｎｍ３／ｍｉｎ・　ｔ　に切り換えると共に、上吹き
酸素を　０．７Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　に低下させて
脱炭を続けた。そして、［Ｃ］が　０．４％まで低下し
た時点（計５６分）に上吹き酸素をストップした。この
時の溶鉄温度は１７００℃で、［Ｍｎ］は１２．２％ま
で低下していた。この後、底吹きガスをＡｒ：　０．３
Ｎｍ３／ｍｉｎ　・　ｔ　に切換えると共に、Ｆｅ−Ｓ
ｉ２１ｋｇ／ｔと生石灰６５ｋｇ／ｔ添加し、還元期（
１０分間）に導入した。その結果、［Ｃ］：０．４１％
，［Ｍｎ］：１５％で、温度が１７３０℃の高Ｍｎ非磁
性鋼が溶製できた。また、比較実験として、前記［Ｃ］
：１％の時点の底吹きガスの切替えを実施しないで吹錬
を続けたところ、［Ｍｎ］のみが酸化されて脱炭は進行
しなくなり、精錬はできなかった。 【０００２８】 【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれば
、通常の上下両吹き転炉を用いた吹錬によって一段と低
コスト，高能率で炭素鋼の溶製ができるようになるばか
りか、転炉での高クロム鋼，高マンガン鋼の溶製も可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】厚板材用炭素鋼（Ｍｎ　１．５％）の吹錬パタ
−ンを、本発明法と従来法とで比較したグラフである。

【図２】薄板材用炭素鋼の吹錬パタ−ンを、本発明法と
従来法とで比較したグラフである。

【図３】通常の上下両吹き転炉によるステンレス鋼の吹
錬パタ−ンを示したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上下両吹き転炉を用いて溶鉄を精錬し
   鋼を溶製するに当たり、上吹きランスより酸素を上吹き
   すると共に、炉底羽口から水素を吹き込み、この水素に
   よってＣＯ分圧を低下させつつ精錬を行うことを特徴と
   する、転炉精錬方法。