JPH049420A - 溶鋼の脱窒方法 - 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） 本発明は低窒素鋼の精錬方法に関するものである。

（従来の技術） 近年の鋼材特性への要求の厳格化から、鋼中のりん、硫
黄、窒素、水素等の不純物低減に対する要求は益々厳し
くなりつつある。ここで、りん、硫黄については一般に
はフランクス精錬によりかなりのレベルまで除去可能で
あり、溶銑予備処理技術の発展とともに、比較的容易に
精錬可能となって来た。また、水素については、従来Ｒ
Ｈ設備、ＤＨ設備等真空脱ガス法によりかなりのレベル
まで除去可能となっている。

一方、窒素ガス−溶鋼界面における脱窒反応速度自体が
遅いため、真空脱ガス法のみでは充分低い窒素濃度まで
脱窒することは不可能であった。

そのため、例えば■鉄と鋼、νｏｊ２．　６６（１９８
０）。

５７８６、鉄と鋼、　ＶｏＣ６８（１９８２）、　　ｐ
、　１９５５に見られるように、転炉での低窒素吹錬を
実施した後、溶鋼を出来る限り大気と遮断して吸窒を防
止する方法、あるいは、■特開昭５８−２１３８１９号
公報に見られるように、ＲＨにおいて大量にガスを吹き
込んで脱窒を行う方法、更には、■特開昭６０１８１２
１７号公報、特開昭６０−１８４６２０号公報に見られ
るように酸化性粉体を高炭素濃度の溶鋼へ吹き付けて脱
炭反応を促進して同時に起こる脱窒反応を期待する方法
がとられていた。また、■特開昭６４−４２５１４号公
報、特開昭６４−４２５１５号公報、特開昭６４−４２
５１６号公報、特開昭６４−４２５１７号公報、特開昭
６４−４２５１８号公報、特開昭６４−４２５１９号公
報にはスラグによる脱窒方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 上記■の方法は転炉での余分な操作が必要となり、高生
産性を求められる普通鋼の精錬プロセスには適用し難く
、又転炉以陳に脱りん、脱硫工程を必要とする場合には
不可避的に起こる吸窒反応から、窒素濃度を精度良くコ
ントロールすることは困難である。また、■の方法では
、ＲＨにおけるガスコスト増大を招き、また、真空槽内
部への地金付着量増大から生じる生産障害等の問題が生
じ、安定製造するためのプロセスとは言い難い。

■の方法は、炭素濃度の制約が生じ、かつ酸化性粉体の
分解による吸熱反応により温度低下が大となり、新たに
温度補償の必要が生じるという問題を有する。■の方法
は、溶鋼中のアルミニウム濃度を０．５〜１％程度と高
い状態で、かつフラックス使用量が溶鋼１ｔあたり、５
０ｋｇと膨大な量を必要とし、これによる温度低下とフ
ラックスコストを考慮すれば実用的とは言い難いという
問題がある。即ち、特開昭６４−４２５１４号公報によ
れば、コストの面から実用的なフラックスとしてＣａ０
ＡＺｚＯ３系フランクスによって一般的な薄板系アルミ
ニウムキルト調の成分の溶鋼を脱窒するには溶鋼１ｔあ
たり５０ｋｇという膨大な量のフラックスを要すること
が予想される。これに伴い、フラックス費用は多大なも
のとなり、また、フラックスにより溶鋼の顕熱が奪われ
るため、溶鋼温度が約３０°Ｃも低下し、新たに温度補
償費用が必要となり、コスト上の不利を招く。また、ス
ラグを大量に造るため大きなフリーボードを要し、精錬
容器内溶鋼の量が制限され、生産性を落とすという好ま
しくない問題も生じる。一方、少ないフラックス量、即
ち溶ＥＬＬ当たり２０ｋｇ以下で脱窒を行なうためには
溶鋼のアルミニウム濃度０．５％以上を確保する必要が
ある。従って、−時的にアルミニウム濃度を０．５％以
上に高める必要が生じ、この場合には脱窒処理を行なっ
た後、何等かの手段でアルミニウムを０．０３〜０．０
５％まで除去する必要が生し、新たな精錬設備が必要と
なり、処理費用が増大する。また、アルミニウムを酸化
して除去する場合には、溶鋼中の非金属介在物の量を著
しく増すために品質上好ましくないという弊害を招く。

（課題を解決するための手段） 本発明はこれらの問題に鑑み、真空脱ガスでは有効に出
来ない脱窒反応を少ないフラックス量にて温度降下の少
ない、かつ溶鋼の成分制約のない効率的な脱窒方法を提
供するもので、その手段として、溶鋼側が負、スラグ側
が正となる方向に直流電圧を印加して窒素の電解精錬を
行い、少ないスラグ量で効率的に脱窒処理を行うもので
ある。

（作　用） スラグによる脱窒反応は、スラグ−溶鋼間に外部からの
電圧印加の無い状態では（１）式で表されると考えられ
る。

Ｎ十　　　０ト　→　Ｎ′３−＋３０　　　（１）ま ただし、　Ｎ　：溶鋼中の窒素原子 ０ト：スラグ中の酸素陰イオン Ｎ３−ニスラグ中の窒素陰イオン Ｏ：溶鋼中の酸素原子 一方、スラグのナイトライドキャパシティーｃＮを（２
）式で定義すると、ＣＭはスラグ組成と温度のみの関数
となる。さらに、スラグ−溶鋼間の平衡窒素分配比ＬＨ
０を（３）式で定義するとＬＨ′ｌｌはｃ８を用いて（
４）弐で表され、ＬＨｏはスラグの窒素溶解度を示すパ
ラメータＣＮと溶鋼中の酸素活量ａ０により決定される
。

ただし、（Ｎ）ニスラグ中の窒素濃度（％）ｆＨ：溶鋼
中の窒素活量係数（％） ＩＮｌ：溶鋼中の窒素濃度（％） ａｏ：溶鋼中の酸素活量（％） ＩＮｌ １ｏｇＬ、ｓ”＝　ｌｏｇｃＮ ｆｏｇａｏ＋　　ｌｏｇｆｓ 一方、炭素濃度が４％以下、アルミニウム濃度が０．０
３％以上の一般的なアルミニウム脱酸鋼においては、溶
鋼中の酸素活量ａ０はほぼ（５）式で示されるアルミニ
ウムによる脱酸平衡により決定されているため、最終的
にスラグ−溶鋼間の窒素平衡分配比しＮ。はスラグ組成
、温度、アルミニウム濃度によって決定される。

２　Ａ／　＋３旦−ｎｔｚｏ３（５） さらに、溶鋼の初期窒素濃度をｆＮ］。とじてスラグ−
溶鋼間の脱窒反応が平衡に達した後の溶鋼の窒素濃度［
Ｎｌ、は（６）式で表わされる。

（６）式より、スラグ組成、温度、アルミニウム濃度で
決まるＬＮｌｌが大なる程、また、スラグ、溶鋼の重量
比−ｓ／Ｗｍが大なる程（６）式の分母が大きく、到達
可能な窒素濃度ＩＮ］、が低くなり、より効果的な脱窒
が期待できる。

ただし、　［Ｎｌ、　　：平衡後の溶鋼窒素濃度（％）
［Ｎｌ。：溶鋼の初期窒素濃度（％） −５ニスラグ重量（）ｃｇ） ＷＩＩｌ：溶鋼重量（ｋｇ） 一方、スラグ−溶鋼間に溶鋼側が負、スラグ側が正とな
る方向に直流電圧を印加すると、（１）式の反応は（７
）式に示すように、電子による直接反応が加わり、スラ
グ−溶鋼量界面での電圧がΔＥの時、平衡分配比は（８
）式のように表わされ、ΔＥ＝０に比べ、平衡分配比が
ｅｘｐ　（３ＦΔＥ／Ｒ／丁）倍大きくなる。ただし、
ＬＮ。はスラグ−溶鋼間に直流電圧を印加しない場合の
（３）弐で定義される平衡分配比である。

Ｅ Ｌ、　　＝　　ＬＮ。ｅｘｐ（−ΔＥ　）Ｔ ここに、 ＬＮＯ、外部電圧を印加しない時のスラグ−溶融金属間
平衡窒素分配比（−） ＬＮ：　　外部電圧を印加した時のスラグ−溶融金属間
平衡窒素分配比（−） ΔＥ　：　溶融金属側を負としたときのスラグ熔融金属
界面における電位（Ｖ） Ｒ：　ガス定数（Ｊ　／ｍｏ　Ｉ！、／　Ｋ　）Ｆ　：
　ファラデ一定数（Ｃ／ｍｏ　１　）Ｔ　：　温度（Ｋ
） ＬＮ　＝（Ｎ）　／［Ｎｌ　　（直流電圧あり）（９）
スラグ−溶鋼量界面での電圧がΔＥの場合、スラグによ
る脱窒処理を行なった際の初期窒素濃度と到達窒素濃度
の関係は、００）式のように表わされ、ΔＥが大なる程
（１０）式の分母が大となり、低濃度の窒素が得られる
ことになる。

４０％ＣａＯ−４０％Ａｊｌ！ｚ（ｈ　　２０％ＣａＦ
２の１６００°Ｃ、アルミニウム濃度０．０３％におけ
る平衡分配比しＮ。は０．３４程度であるが、ΔＥを増
大することにより、第１図に示すように、平衡分配比Ｌ
Ｈは著しく増加する。同じアルミニウム濃度、スラグ組
成で溶鋼１ｔに対し、スラグ量が２０ｋｇの場合、初期
窒素濃度を４０ｐｐｍとした時の平衡窒素濃度［Ｎ１．
は第２図に示すように、ΔＥ＝０の場合３９ｐｐｍであ
り、殆ど脱窒反応は期待出来ないが、ΔＥを０．３Ｖ以
上確保することにより窒素濃度１５ｐｐｍ以下に脱窒可
能となる。

この原理を応用することにより、主として次の二点の効
果が現れる。

（１）少ないスラグ量で脱窒が可能となり、温度低下が
少なく、温度補償費用が安価となり、フラックス量用も
安価となる。

（２）溶鋼のアルミニウム濃度を高める必要がない。

これを実現する手段として本発明者らは、直接スラグ側
が正、溶鋼側が負となる方向に電圧を印加することによ
り、フラックス量として溶ｆｉｌｌｔ当たり２０ｋｇ程
度という小量のフランニスで、アルミニウム濃度が０．
０３〜０．０５％程度の一般的なアルミニウムキルド鋼
の成分の溶鋼でも窒素濃度が１０ｐｐｍ以下という極低
窒素濃度の溶鋼が得られることを見出した。電圧印加の
方法としては、例えばスラグ中に炭素電極を浸漬し、溶
鋼側には直流アーク電気炉で用いられているような炉底
水冷電極を利用してもよい。また、スラグ側の非接触の
電極としては、例えばプラズマトーチを利用してもよい
。本発明による効果を享受するためにはスラグ−メタル
界面で０．３〜０．５■となるような投入電力で十分で
あり、投入電力は装置の形状、用いるフラックスの組成
、電圧印加の方法等によって決定されるべきである。ま
た、用いるフラックスはＣａＯを主成分とした塩基性フ
ラックスがコスト上好ましい。スラグ化を促進するため
にＡ５０．やＣａＦ２等の造滓剤を混合してもよいが、
これらは耐火物寿命との兼ね合いで決定される。また、
必要に応じてはＢａＯ、ＮａｚＱを主成分とするフラッ
クスを用いてもよい。

（実施例） 次に本発明による実施例、及び比較例を示す。

表１に示す実施例１は、第３図に示す底部に電極４を設
けた取鍋７を用い、溶鋼１にスラグ２を添加してフード
８を配置した後、スラグに黒鉛電極３を浸漬し、溶鋼１
とスラグ側電極３との間に直流電源５よりケーブル６を
介して溶鋼側が負、スラグ側が正となる方向に電圧を印
加しつつ精錬した例である。？８鋼は転炉にて粗精錬し
たものを用い、精錬フラックスはＣａＯ、Ａ／２０１を
主成分とするものを用いた。この場合には漉網ｌｔ当た
り２０ｋｇのフラックスで精錬時間１５分の後、窒素濃
度は４０ｐｐｍから９ｐｐｍまで低下した。その間溶鋼
温度は１６１０°Ｃから１５９８°Ｃまで低下した。

同じく表１に、比較例１として電圧を印加しなかった場
合の精錬結果を示す。用いたフラックスは実施例１と同
一の組成のものを使用した。この場合、溶鋼１を当たり
５０ｋｇのフラックスを要したが窒素濃度は３８ｐｐｍ
から３６ｐｐ＋＋＋に低下するに留まった。その間溶鋼
温度は１６１２’Ｃから１５７９°Ｃまで低下したので
、後工程で温度補償を要した。

表１に示す実施例２は、第３図に示す底部に電極４を設
けた取鍋７を用い、溶鋼１にスラグ２を添加してフード
８を配置した後、スラグに黒鉛電極３を浸漬し、溶鋼１
とスラグ側電極３との間に直流電源５よりケーブル６を
介して溶鋼側が負、スラグ側が正となる方向に電圧を印
加しつつ精錬した例である。溶鋼は転炉にて粗精練後、
クロムを添加して高クロム濃度としたものを用い、精錬
フラックスはＣａＯ％　ＡＩｚＯｚを主成分とするもの
を用いた。この場合には溶鋼１を当たり２１ｋｇのフラ
ックスで精錬時間２４分の後、窒素濃度は８２ｐｐｍか
ら２６ｐｐｍまで低下した。その間溶鋼温度は、１６２
１°Ｃから１６０２°Ｃに低下したに留まった。

同じく表１に、比較例２として電圧を印加しなかった場
合の精錬結果を示す。用いたフラックスは実施例２と同
一の組成のものを使用した。この場合、溶鋼１を当たり
５２ｋｇのフラックスを要したが窒素濃度は８２ｐｐｍ
から８０ｐｐｍに低下するに留まった。その間溶鋼温度
は１６５２°Ｃから１５８２”Ｃまで低下したので、後
工程で温度補償を要した。

（発明の効果） 本発明によれば、従来の低窒素鋼を得る方法と比較して
、ガス費用増、フラックス費用の著しい増大、溶鋼温度
の著しい低下等の問題を生じることなく、さらに溶鋼成
分の制約が少なく、また大幅な設備の改造を必要とせず
、単に直流電源と電極等若干の付帯設備を付属するのみ
で、低窒素濃度の溶鋼が溶製可能となる。また、フラッ
クス費用量の増加、それに伴う溶鋼温度の著しい低下を
招くことなく低窒素鋼の溶製が可能となる。

また本発明は、連続鋳造工程におけるタンデインシュ、
あるいは真空脱ガス設備その他の精錬容器への通用も可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルミニウム濃度０．０３％の溶融純鉄と４
０％ＣａＯ−４０％ＡＩｇ０３　　２０％ＣａＦ、系ス
ラグの場合のスラグ−溶鋼間の電圧差ΔＥとスラグ−溶
鋼間の平衡窒素分配比の関係を示す図である。 第２図は、初期窒素濃度４０ｐｐｍ、アルミニウム濃度
０．０３％の溶融純鉄と４０％ＣａＯ−４０％Ａｔｚｏ
３２０％ＣａＦ、系スラグの場合のスラグ−溶鋼間の電
圧差ΔＥと、平衡窒素濃度の関係を示す図である。 第３図は本発明の実施例１．２を行うに好適な精錬装置
例を示す側断面図である。 １・・・溶鋼、２・・・スラグ、３・・・陽極、４・・
・陰極、５・・・直流電源、６・・・ケーブル、７・・
・取鍋、８・・・フド。 第 図 ΔＥ （ｔｒ） 第 図 乙ｆ：　（３）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶鋼のスラグによる脱窒反応を行わせるに際し、溶鋼側
   が負、スラグ側が正となるような電極配置として直流電
   圧を印加しつつ脱窒反応を行わせることを特徴とする溶
   鋼の脱窒方法。