JPH0565526A

JPH0565526A - 極低炭素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JPH0565526A
Application number: JP22751391A
Authority: JP
Inventors: Naoto Tsutsumi; 直人堤; Yoshimasa Mizukami; 義正水上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-09-07
Filing date: 1991-09-07
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、溶鋼の脱炭処理に際し、従来の真
空脱ガス装置による脱炭処理時間と大差なく、鋼の精錬
が容易に行える脱炭方法を提供する。【構成】容器周辺に設置した電磁コイルによって容器
内溶鋼に電磁力を与え、この電磁攪拌力によって容器内
溶鋼表面の酸化性スラグを容器壁周辺に押し流し、スラ
グのない溶鋼自由表面を確保した状態で、この溶鋼表面
に不活性ガスを吹付けつつ、溶鋼の酸素濃度を２５０〜
７００ｐｐｍの範囲に制御しながら、溶鋼を脱炭するこ
とで、安定に極低炭素領域まで脱炭させる。【効果】メンテナンスが容易で、確実かつ安価に極低
炭素鋼が溶製できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は極低炭素鋼の溶製方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鋼板等、プレス加工が施される
薄板用鋼板において、加工性を高めるために鋼板中の炭
素濃度を極力低下させた極低炭素鋼が知られている。従
来、この極低炭素鋼を溶製するためには、転炉等で炭素
濃度を０．０４％程度まで脱炭させた溶鋼を未脱酸の状
態で取鍋等の容器に受鋼した後に、ＲＨ法やＤＨ法とい
った真空脱ガス装置等の排気装置を有するプロセスを用
い、溶鋼の一部分を減圧（真空）雰囲気中に配置し、気
体側の圧力を低下させることで気体と溶鋼の界面のＣＯ
ガス分圧を低下させる条件下において、次式に示す溶鋼
中の炭素と酸素を反応させる方法にて脱炭した後、目標
の溶鋼成分となるように合金を添加して調整を行う溶製
方法が広く行われている。

【０００３】Ｃ＋Ｏ → ＣＯ（１）一般に溶鋼を脱炭する場合、（１）式で示したように溶
鋼中の炭素を酸素と反応させることでＣＯガスを生成さ
せ、このＣＯガスを気体側に除去する方法が用いられ
る。この脱炭反応を進めさせるためには溶鋼中に酸素が
必要であり、このため炭素濃度が高い溶鋼に対しては、
一般には酸素を上方や下方から、あるいは上下方向から
同時に供給する純酸素転炉方式が採用されている。しか
し、この方法では溶鋼中の炭素濃度が０．０４％程度以
下となると脱炭の進行が停滞し、むしろ鉄の酸化が生
じ、溶鋼の歩留り低下や溶鋼中の有効な成分であるマン
ガン濃度の低下を招く等の問題がある。

【０００４】そこで、この炭素濃度以下でも鉄が酸化せ
ず、溶鋼中の炭素が優先的に酸化するように気体ないし
は固体状の酸化源を供給し、溶鋼中の酸素濃度を増加さ
せると同時に、気体側の一酸化炭素の分圧を低下させる
ことにより、（１）式の反応を右の方向へ進行させる方
法として真空脱ガス装置が広く普及しているわけであ
る。

【０００５】つまり、次に示す（２）式において、気体
側の一酸化炭素の分圧Ｐ_COを小さくすれば、同じ溶鋼中
酸素濃度であっても、炭素濃度をより小さくすることが
できるわけである。

【０００６】

【数１】

【０００７】Ｐ_CO ：気体側の一酸化炭素の分圧〔Ｃ〕：溶鋼中の炭素濃度〔Ｏ〕：溶鋼中の酸素濃度Ｋ：反応の平衡定数上記方法によれば、減圧度を高める（真空度を上げる）
ほど（１）式で示す右方向への脱炭反応が進行するた
め、現在工業的にＲＨ法やＤＨ法等において溶鋼表面を
極力高い真空下に維持することで、炭素濃度０．00５％
以下という極低炭素鋼の溶製が可能となっている。

【０００８】ここで、脱炭速度をより短縮するために、
真空脱ガス装置において、酸素あるいは二酸化炭素等の
酸化性ガス、ないしは酸化鉄等の固体状酸化源を添加す
る方法（例えば特開昭４９−３４４１４号公報、特開昭
５１−１５１２１１号公報、特開昭５１−１５１２１２
号公報）、反応の界面積を大きくするため大量のガスを
溶鋼中に吹込む方法（特開昭５２−５６４１号公報）等
も開発されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記真空脱ガス装置を
用いた極低炭素鋼溶製方法は、炭素濃度を低下せしめる
ため平衡論的にも非常に有効な方法であり、現在広く普
及しているが、先にも述べたように、溶鋼の一部分を高
い減圧状態に接触させるために非常に大がかりで高価な
真空装置が必要である。また減圧下で溶鋼を処理するこ
とから耐火物等の溶損も激しく、さらに高温下において
減圧状態を維持するために各嵌合部の密着性を高めるた
めのきめ細かなメンテナンスを要する。

【００１０】また、溶鋼を減圧状態に接触した状態でガ
スを溶鋼中に吹込むと、ガスが溶鋼表面から離脱する際
に溶鋼が周辺の密閉容器内に飛び散るため、容器内に地
金と称する凝固した鋼が付着し、溶鋼の歩留りを低下さ
せるばかりか、この付着地金の除去に多大な労力を要す
る。さらに、溶鋼を減圧状態にするための装置は、勿論
予熱を充分行った状態で使用されるが、装置全体が大き
いために全体を均一に一定温度まで予熱することが難し
く、脱炭処理開始時点では溶鋼の温度降下が大きい。こ
のため脱炭処理を行った溶鋼を連続鋳造等のプロセスで
安定に鋳造するためには脱炭処理時の温度降下分を補償
する必要がある等、処理費用が高くなる等の問題点があ
った。

【００１１】これに対して本発明者等は、従来の大がか
りな真空装置を必要とすることなく、安定に溶鋼中の炭
素濃度を０．００５％以下まで脱炭する方法について研
究開発を進めた結果、溶鋼と気体の界面の一酸化炭素ガ
スの分圧を低下させるために、高価かつ大がかりな真空
脱ガス装置等を用いて溶鋼の一部分の表面を減圧状態下
に保持して処理するという手段を用いなくても、アルゴ
ンや窒素等の不活性ガスを界面の吹付け、界面の一酸化
炭素ガスを除去し、その分圧を低下させれば、大気圧下
において炭素濃度０．００５％以下まで脱炭反応は充分
に進行し、極低炭素鋼の溶製が可能であることを見出し
た。

【００１２】そして先に、取鍋内溶鋼表面上の酸化性ス
ラグの占める面積を２０％以下に減少せしめた炭素濃度
０．０４〜０．０２％の溶鋼表面上に、酸素分圧０．５
〜０．０１気圧に調整した酸化性ガスと不活性ガスの混
合ガスを吹付け、溶鋼の酸化を抑制しつつ脱炭すること
からなる炭素濃度０．０２％以下の極低炭素鋼を溶製す
る方法（特願昭６３−１５３４５４号）、さらに取鍋内
の溶鋼表面の酸化性スラグを、全表面積の２０％以上除
去した区域に耐火物製の浸漬体を浸漬して特定空間を形
成し、該特定空間の炭素濃度０．０４〜０．０３％、酸
素濃度４００〜７００ｐｐｍの溶鋼の表面に不活性ガス
を吹付けつつ、溶鋼中の酸素濃度を２５０〜７００ｐｐ
ｍの範囲内に維持するように酸化源を外部から供給する
ことで、炭素濃度５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼を溶製す
る方法（特願平３−９７３０号、特願平３−９７３１
号）を提案した。

【００１３】上記の発明は、従来真空脱ガス装置を用い
なければ溶製ができなかった極低炭素鋼を、より安価な
設備で溶製できる画期的なものである。この発明におい
て脱炭速度を増大させるためには、スラグの存在しない
溶鋼自由表面積を確保するという点から、より径の大き
な浸漬管を浸漬することが効果的であるが、実際には浸
漬管と取鍋の間に存在する溶鋼の温度が下がると、この
部分に地金と称する凝固した鋼が生成するため、むやみ
に浸漬管の径を拡大できないという制限がある。

【００１４】また、浸漬管内部への地金の付着は少ない
ながらも、多数回の処理を連続して行う場合には、浸漬
管の耐火物の補修と併せて地金除去作業を行う必要があ
り、このための浸漬管の交換作業によって、次工程の連
続鋳造へ溶鋼を供給するのに時間の延長が生じる。この
ような問題点に鑑み、本発明はこれらの問題点を解決
し、従来行われている真空脱ガス装置で溶製されるのと
同等の極低炭素鋼を、安定にかつ連続的に鋳造工程へ供
給でき、よりメンテナンスが容易な溶製方法を提供する
ために開発されたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器周辺に設
置した電磁コイルによって容器内溶鋼に電磁力を与え、
この電磁攪拌力によって容器内の溶鋼表面の酸化性スラ
グを容器周辺へ押し流し、スラグのない溶鋼自由表面を
確保した状態でこの溶鋼表面に不活性ガスを吹付けつ
つ、溶鋼の酸素濃度を２５０〜７００ｐｐｍの範囲に制
御しながら溶鋼を脱炭することを特徴とする極低炭素鋼
の溶製方法を要旨とするものである。

【００１６】

【作用】本発明者らは、スラグを除去した溶鋼の表面に
不活性ガスを吹付けつつ、同時に溶鋼中の酸素濃度を制
御することで、従来の大がかりな真空脱ガス装置を用い
なくても、極低炭素鋼の溶製が可能であることを明らか
にした。ここで、脱炭速度を増大させ、脱炭に要する処
理時間を短縮することは、溶鋼の温度が低下した分を補
償するコストが削減できることや、このように精錬した
溶鋼を連続鋳造等で鋳造する際に鋳造の速度を高め、生
産性の増加につながることからも、その効果は非常に大
きいといえる。

【００１７】ここで脱炭の速度を増大させる方法として
は、脱炭反応が進行する反応界面積であるスラグのない
溶鋼自由表面の面積を増加させることが有効であるとい
える。そこで、本発明者らは、耐火物製の浸漬管を浸漬
することなく、確実に溶鋼表面上に存在するスラグを除
去し、スラグのない溶鋼表面を確保する手段について開
発を進めた結果、容器周辺に設置した電磁コイルによっ
て容器内溶鋼に電磁力を与え、この電磁攪拌力によって
容器内の溶鋼表面の酸化性スラグを容器周辺へ押し流
し、スラグのない溶鋼自由表面を確保した状態でこの溶
鋼表面に不活性ガスを吹付けつつ、溶鋼の酸素濃度を２
５０〜７００ｐｐｍの範囲に制御することで、より短時
間に安定に極低炭素領域まで脱炭することができること
を見出した。

【００１８】ここで、本発明では、容器周辺に設置した
電磁コイルによって容器内溶鋼に電磁力を与え、この電
磁攪拌力によって容器内の溶鋼表面の酸化性スラグを容
器周辺へ押し流し、スラグのない溶鋼自由表面を確保す
ることから、電磁コイルに供給する電力量を増加させる
ほど、容器の壁へスラグを押し流す電磁力が増大し、溶
鋼自由表面積が増大することから好ましい。この投入電
力量は、容器の大きさや電磁コイルの配置、その変換効
率等や、その設置条件によって決定されるものである
が、その状態としては目視観察の状態で容器の淵にのみ
スラグが存在する状態で十分であり、さらにスラグの全
く観察されない状態であれば申し分ない。なお、上記電
磁コイルとしては攪拌用低周波電磁コイルと加熱用高周
波電磁コイルを併設した公知の設備が利用できる。

【００１９】また溶鋼の表面に吹付けるガスとして不活
性ガスを用いる理由は、吹付けるガス中の酸素濃度が５
％を超えると溶鋼表面での炭素の酸化よりも鉄の酸化が
優先的に起こり、界面に溶融状態の酸化鉄が生成し、こ
の酸化物によって先にスラグを除去した溶鋼の自由表面
積が減少し、その結果脱炭の速度が減少してしまうから
である。ここで用いる不活性ガスの種類としては、アル
ゴンガスが一般的であるが、ヘリウムガスの使用も可能
であるし、鋼の材質上問題がなければ窒素ガスの使用も
可能であり、これらのガスを混合して使用しても構わな
い。

【００２０】一方、脱炭反応を進めるには、（１）式で
示したように、炭素を酸化させる酸素が必要である。そ
こで、脱炭を開始する前の溶鋼の酸素の濃度としては、
通常の転炉吹錬で、炭素濃度０．０４〜０．０３％で吹
止めた際に得られる４００〜７００ｐｐｍの範囲とし、
この溶鋼中の酸素を用いて炭素を酸化しつつ、脱炭の進
行に伴い減少する酸素については、その濃度を随時測定
しながら、濃度が減少した場合には、スラグを除去して
溶鋼表面に新たに酸化物が蓄積して脱炭の反応界面積を
減少することがないように、その濃度を２５０〜７００
ｐｐｍの範囲に制御する必要がある。この、すでに酸化
性スラグを除去した溶鋼表面に新たに酸化物が蓄積しな
いように、溶鋼中の酸素濃度を調整する方法としては、
純酸素ガス、空気、二酸化炭素ガス、水蒸気等の単独ガ
スやこれらの酸化性ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスと
いったガスを、連続的に吹き続けている不活性ガスに断
続的に混ぜて吹付けながら供給する方法や、補助の浸漬
ランスを介して溶鋼内部に吹込む方法、ないしは固体状
の酸化源を補助の浸漬ランスを介して不活性ガスを用い
て吹込む方法等が採用できる。

【００２１】酸素濃度を２５０ｐｐｍ以上に制御する必
要があるのは、この濃度未満となると、脱炭速度が低下
する傾向があるためであり、また７００ｐｐｍ以下に制
御する理由としては、この濃度を超えると脱炭速度に酸
素濃度の影響がもはや見られず、また後にこの酸素を脱
酸した場合に生成する介在物量が増加するため、品質上
も好ましくないことによる。

【００２２】こうした方法によって、電磁力によってス
ラグのない脱炭の反応界面積を確保する目的で、最初に
酸化性スラグを除去した溶鋼表面に酸化物がさらに生成
し、かつ蓄積していくことをなくし、常に脱炭速度を高
位に維持することができるわけである。以上のような理
由から、脱炭濃度を０．００５％以下の極力低くまで、
かつ短い時間内で進行させたい場合には、反応の界面に
溶鋼中の炭素が常に供給されるように、溶鋼を強く攪拌
することが効果的であることは言うまでもない。ここで
溶鋼を攪拌するためには、本発明の要件である電磁攪拌
力に付け加えて、取鍋の底部から、あるいは補助的に浸
漬した耐火物製ランスから供給するガスの量を大きくす
るほうが好ましく、またこのためのガスは、上面から吹
付けるガスと同様の不活性ガスが好ましい。また、前記
した酸素濃度を制御するための純酸素ガス、空気、二酸
化炭素ガス、水蒸気等の単独ガスや、これらの酸化性ガ
スと一酸化炭素ガスとの混合ガス、あるいはこれら酸化
性ガスと不活性ガスの混合ガスを用いても構わない。

【００２３】以下、本発明の実施例を図１から図５を用
いて詳細に説明する。

【００２４】

【実施例】

実施例１転炉において、溶銑から炭素０．０４％、マンガン０．
３０％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を取鍋２に未脱酸
状態で出鋼した。出鋼後の取鍋２内溶鋼の成分は、炭素
０．０３８％、酸素４２０ｐｐｍであり、溶鋼の温度は
１６７０℃であった。

【００２５】その後、取鍋２の底部に配置した耐火物製
のポーラスプラグ３から、Ａｒガスを１０Ｎｍ³／ｈｒ
の流量で吹込みつつ、図１に示すように取鍋の周囲に配
置した電磁コイル４に電力２００ｋＷを投入し、電磁力
によって酸化性スラグ５を取鍋の内壁部へ押しやった状
態を確保した。この際、スラグは内径２．２ｍの取鍋２
の壁に２０ｃｍほどの帯状で存在する状態であり、取鍋
内の溶鋼表面は８０％ほどスラグのない状態となった。
次に、溶鋼表面から１．２ｍの高さに、図２に示すよう
に上吹きランス６を配置して、Ａｒガスを流量８００Ｎ
ｍ³／ｈｒで溶鋼表面に吹付け、集塵ダクト１０から排
気しながら脱炭処理を１５分行った。この間、電磁コイ
ルには電流を流し続けつつ、併せて取鍋底部からはＡｒ
ガスを１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込み続け、攪拌を行
った。途中５分で酸素濃度を測定したところ２８０ｐｐ
ｍを示したため、上吹きランス６からのＡｒガスに純酸
素ガスを３０Ｎｍ³／ｈｒ混合し（酸素ガス濃度３．６
％）、２分間隔に６分の間吹付け、酸素濃度を４００ｐ
ｐｍまで上昇させた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１６
１０℃で、炭素濃度は０．００４％、マンガン濃度は
０．２６％となり、わずかにマンガンが酸化したが、安
定に炭素濃度０．００５％以下に到達した。

【００２６】実施例２転炉において、溶銑から炭素０．０４２％、マンガン
０．３２％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を取鍋２に未
脱酸状態で出鋼した。出鋼後の取鍋内溶鋼の成分は炭素
０．０４０％、酸素４５０ｐｐｍであり、溶鋼の温度は
１６６０℃であった。

【００２７】その後、取鍋の底部に配置した耐火物製の
ポーラスプラグ３からＡｒガスを１０Ｎｍ³／ｈｒの流
量で吹込みつつ、図１に示すように取鍋の周囲に配置し
た電磁コイル４に電力３００ｋＷを投入し、電磁力によ
って酸化性スラグ５を取鍋の内壁部へ押しやった状態を
確保した。この際、スラグは内径３．２ｍの取鍋２の壁
にほとんど観察されない状態であり、取鍋内の溶鋼表面
は目視上１００％スラグのない状態となった。

【００２８】次に、溶鋼表面から１．２ｍの高さに、図
３に示すように上吹きランス６を配置し、Ａｒガスを流
量８００Ｎｍ³／ｈｒで溶鋼表面に吹付け、集塵ダクト
から排気しながら脱炭処理を１２分行った。この間、電
磁コイルには電流を流し続けつつ、併せて取鍋底部から
はＡｒガスを１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込み続け、攪
拌を行った。途中５分で、酸素濃度を測定したところ２
５０ｐｐｍを示したため、上吹きランス６からのＡｒガ
ス吹付け流量はそのままとし、補助の浸漬ランス７を浸
漬し、Ａｒガス２０Ｎｍ³／ｈｒをキャリアーガスとし
て、酸化鉄８を５ｋｇ／分ずつ６分間（酸化鉄計３０ｋ
ｇ）吹込み、酸素濃度を４５０ｐｐｍまで上昇させた。
この脱炭処理後の溶鋼温度は１６１０℃で、炭素濃度は
０．００３％、マンガン濃度は０．３０％となり、わず
かにマンガンが酸化したが、安定に炭素濃度０．００５
％以下に到達した。

【００２９】比較例１同じく転炉において、溶銑から炭素０．０４％、マンガ
ン０．３３％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を取鍋２に
未脱炭状態で出鋼した。出鋼後の取鍋内溶鋼の成分は炭
素０．０３７％、酸素４１０ｐｐｍであり、溶鋼の温度
は１６７０℃であった。

【００３０】取鍋の底部に配置した耐火物製のポーラス
プラグ３からＡｒガスを１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込
み、取鍋内の転炉から流出した酸化性スラグ５を取鍋の
内壁部へ押しやった状態で、図４に示すようにリング状
の耐火物製の浸漬管９を浸漬し、浸漬管内にスラグ５が
ない状態を確保した。取鍋２の内径が２．２ｍ（約３．
８ｍ²）に対して、浸漬管９の内径は２．０ｍ（約３．
２ｍ²）で、溶鋼表面上の酸化性スラグ５は約８０％除
去された。

【００３１】次に、図５のように溶鋼表面から１．２ｍ
の高さに上吹きランス６を配置し、Ａｒガスを流量８０
０Ｎｍ³／ｈｒで溶鋼表面に吹付け、脱炭処理を開始し
た。この間、取鍋底部からはＡｒガスを１０Ｎｍ³／ｈ
ｒの流量で吹込み続け、攪拌を行った。途中５分で取鍋
２と浸漬管９の間の溶鋼の状態を調べたところ、凝固寸
前の状態であったため、やむなく脱炭処理を中断した。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の高
価かつ大がかりで、きめ細かなメンテナンスが必要な真
空脱ガス装置を用いた極低炭素鋼の溶製方法に比較し
て、電磁攪拌によって、単に溶鋼表面のスラグを周辺に
排除せしめ、不活性ガスを吹付けながら、かつ溶鋼中の
酸素濃度を制御することにより、通常の真空脱ガス装置
を用いた場合と同様に、３０分程度の脱炭時間で安定に
炭素濃度０．００５％以下の極低炭素鋼の溶製が可能と
なった。

【００３３】本発明によれば、従来の真空脱ガス装置を
用いた方法に比較して、溶鋼の温度降下も少なく、また
地金付着等も少ないことから、安定にかつ連続的な処理
が可能となり、併せてメンテナンスが非常に容易である
ことから、精錬処理コストの低下が享受できる。また、
炭素濃度が０．００５％以上、０．０４％以下の溶鋼も
当然のことながら従来のように真空脱ガス装置を用いる
ことなく溶製ができるのはいうまでもない。

【００３４】このように本発明によれば、工業的規模に
おいて、容易かつ確実、安価に極低炭素鋼が溶製できる
等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図３】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図４】本発明に対する比較例の一例を示す説明図であ
る。

【図５】本発明に対する比較例の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１溶鋼２取鍋３ポーラスプラグ４電磁コイル５転炉スラグ６上吹きランス７浸漬ランス８酸化鉄（固体状酸化源）９浸漬管１０集塵ダクト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器周辺に設置した電磁コイルによって
容器内溶鋼に電磁力を与え、この電磁攪拌力によって容
器内の溶鋼表面の酸化性スラグを容器周辺へ押し流し、
スラグのない溶鋼自由表面を確保した状態でこの溶鋼表
面に不活性ガスを吹付けつつ、溶鋼の酸素濃度を２５０
〜７００ｐｐｍの範囲に制御しながら溶鋼を脱炭するこ
とを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。