JPH06240335A - プラズマエネルギーを用いる溶鋼の効率的な吹酸脱炭精錬方法 - Google Patents

プラズマエネルギーを用いる溶鋼の効率的な吹酸脱炭精錬方法

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JPH06240335A
JPH06240335A JP2584793A JP2584793A JPH06240335A JP H06240335 A JPH06240335 A JP H06240335A JP 2584793 A JP2584793 A JP 2584793A JP 2584793 A JP2584793 A JP 2584793A JP H06240335 A JPH06240335 A JP H06240335A
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JP
Japan
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blowing
decarburization
refining
gas
molten steel
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JP2584793A
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Kenichiro Miyamoto
健一郎 宮本
Kimihisa Kishigami
公久 岸上
Ryoji Tsujino
良二 辻野
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は転炉等の精錬炉において、上吹脱炭
吹錬を行う際に低炭素領域まで脱炭酸素効率を低下させ
ることなく精錬を行うことを可能とする精錬方法を提供
する。 【構成】 転炉、VOD等の精錬炉において、上吹吹酸
脱炭精錬を行うに際し、0.01〜0.8Nm3 /(m
in・ton)の範囲の底吹ガスを供給することにより
溶鋼を攪拌し、溶鋼上に形成された吹酸火点部に吹錬用
酸素ガスジェットと同程度あるいはそれ以上の速度でプ
ラズマジェットを照射して火点部温度を超高温化し、火
点域を活性化することにより、吹錬速度を低下させず
に、また底吹ガス吹込用ノズルの損耗や炉内耐火物の溶
損といった問題を引き起こすことなく低炭素領域まで脱
炭酸素効率を高位に維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は転炉やVOD等の精錬炉
において、吹酸脱炭精錬を行う際に、低炭素領域まで脱
炭酸素効率を低下させることなく溶鋼を溶製する精錬方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、転炉等の精錬炉において脱炭酸素
効率を向上させ、低炭素領域まで効率的に脱炭精錬を行
う方法としては、転炉に底吹機能を付加し、鋼浴の攪拌
を激しく行い、最も活性な反応領域である吹酸火点部へ
の溶鋼中炭素の供給を促進し(特公昭62−14602
号公報)、脱炭酸素効率を高位に維持している酸素供給
律速領域から脱炭酸素効率の低下する炭素拡散律速領域
へ移行する臨界炭素濃度(〔%C* 〕)を低炭側へ移行
させることや脱炭末期の炭素拡散律速領域において吹酸
速度を低下させるなどの吹酸速度コントロールなどを行
い、脱炭酸素効率の低下の防止を図っていた(鉄と鋼、
第68年(1982)、p1946)。
【0003】また、転炉吹錬において、溶鋼に対して熱
補償を行う方法として、特開昭62−60807号公報
に見られるように転炉内の鋼浴に対して超音速の酸素を
噴射して精錬する際に、これとは別にプラズマを含む亜
音速の酸素を鋼浴に対して噴射させて、この酸素と炉内
COガスとを反応させ、その高温反応生成ガスを鋼浴に
衝突させてその熱を鋼浴に伝達する転炉操業方法が提案
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、転炉
等の精錬炉にて吹酸脱炭精錬を行う際に、脱炭酸素効率
を向上させる方法としては、特公昭62−14602号
公報に示された方法や鉄と鋼、第68年(1982)、
p1946に示された方法などがある。しかしながら、
これらの方法では、脱炭酸素効率の向上は十分とは言え
ず、また底吹ガス流量を増大しても〔%C* 〕の低炭側
への移行には限界があり、底吹ガス流量を過剰に増大す
るとガス吹込ノズルの損耗が激しくなるなどの難点があ
った。さらに、炭素拡散律速領域での吹酸速度コントロ
ールでは脱炭酸素効率の向上も不十分であり、吹酸速度
を低下させすぎると吹錬時間が増大し、転炉耐火物の溶
損も激しくなるといった問題があった。また転炉での吹
酸脱炭精錬を行う際に、プラズマエネルギーを用いる方
法として、特開昭62−60807号公報に示されてい
る方法があるが、この方法では鋼浴への熱伝達が促進さ
れ、着熱効率は向上するものの、噴射された酸素プラズ
マは炉内のCOガスとの反応に消費されてしまい、吹酸
火点部での反応には殆ど寄与しないため、脱炭酸素効率
を向上させるには不十分であった上に、プラズマを含有
した酸素とCOガスとの反応が過剰に起こると炉内温度
が上昇してしまい、転炉耐火物の寿命を著しく損ねるこ
とや、またプラズマ化するガス体としては酸素ガスを用
いるため、プラズマ発生器(トーチ)の寿命にも問題が
あった。
【0005】従って、本発明の目的とすることろは、過
剰な流量の底吹ガスを使用することなく、また吹錬時間
の延長やさらには吹錬用酸素ガスとCOガスとの過剰な
反応に起因した精錬容器の耐火物寿命を損ねるといった
問題を起こすことなく、低炭素領域まで脱炭酸素効率を
低下させずに効率的に吹酸脱炭精錬を行うことを可能と
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは溶鋼の吹酸
脱炭精錬について、低炭素領域(炭素拡散律速域)まで
脱炭酸素効率を高位に維持できる方法について鋭意研究
を行った結果、吹酸脱炭精錬を行う際に形成される吹酸
火点部をより高温化することによってその効果が顕著で
あることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされ
たものである。
【0007】本発明の骨子とするところは、転炉、VO
D等の精錬炉において吹酸脱炭精錬を行うに際し、溶鋼
上に形成された吹酸火点部に、Arガスをベースとした
プラズマジェットを、吹錬用酸素ガスジェットと同程度
あるいはそれ以上の速度で照射し、火点域を活性化させ
ることにより、脱炭酸素効率を向上させ、低炭素領域ま
で脱炭酸素効率を低下させることなく精錬を行うことを
可能とすることにある。
【0008】
【作用】本発明は以下に記載するように溶鋼の吹酸火点
部を高温化し、火点部での脱炭反応を促進させることに
立脚している。図1、図2は転炉内を示す概略図であ
る。1は転炉、2はランス、3はプラズマジェット発生
トーチ、4はプラズマ化されるガス体(Arなど)の供
給通路、5は吹錬用酸素ガスジェット、6はプラズマジ
ェット発生トーチ3により発生したArなどのプラズマ
ジェット、7は溶鋼、8はスラグ、9は吹酸火点部、1
0はガス吹込ノズル、11は攪拌用底吹ガス(Ar,N
2 ,O2 等)、αはプラズマジェット照射角度(0°≦
α<90°)である。今、溶鋼7上にランス2から酸素
ガスジェット5を吹付け、脱炭精錬を行うと、吹酸火点
部9が形成される。この吹酸火点部の温度は通常の吹錬
では約2300〜2500℃と溶鋼温度に比べてかなり
高温であり、脱炭反応の大部分はこの吹酸火点部および
その近傍にて行われる。すなわち、普通鋼、ステンレス
鋼にかかわらず吹酸脱炭による溶鋼の脱炭機構としては
以下の(1)式により、一旦浴面で生成した金属酸化物
(FeO,Cr2 3 等)が火点部および巻き込まれた
浴内で溶鋼中の炭素と反応して起こり((2)式)、脱
炭に寄与できなかった酸化物が溶鋼上のスラグにトラッ
プされることにより、スラグ中のFeOやCr2 3
度の増大を引き起こすことになる。ここで、(1)、
(2)式におけるMはFeやCrなどの金属原子を示
す。
【0009】 M + 1/2O2 → MO (1) MO + → M + CO↑ (2) + 1/2O2 → CO↑ (3) また、温度と各種酸化物の生成反応の標準自由エネルギ
ー変化の関係においては、FeやCrなどの金属酸化物
は高温になるほど生成自由エネルギー変化が高位側に推
移する、つまり不安定になるのに対し、(3)式で表さ
れるCOガス発生反応は高温になればなるほど低位側へ
推移する、つまり安定化することが知られている。よっ
て、この火点部およびその近傍での金属酸化物の還元反
応((2)式)や酸素ガスジェットと溶鋼中炭素との直
接反応((3)式)は火点部の温度が高温であればある
ほど有利であることになるが、溶鋼上に酸素ガスジェッ
トを吹付けて形成される吹酸火点部の温度は上記の如く
2300〜2500℃程度である。火点部温度を上昇さ
せる方法としては、吹酸用の酸素ガスジェットと炉内C
Oガスとの反応(二次燃焼)を促進させ、二次燃焼率を
増大させることなどが考えられるが、過剰に二次燃焼を
促進させると炉内の温度が上昇し、炉内耐火物の溶損が
激しくなるなどの問題があり、現状設備では2600℃
以上に火点部温度を上昇させることは不可能である。そ
こで、本発明者らは吹酸火点部のみをより高温化し、効
率的に脱炭を促進させる方法として、プラズマジェット
を吹酸火点部に照射することにより、過剰な二次燃焼を
抑制しつつ、火点部温度を著しく向上させる方法を発明
した。
【0010】この方法によれば、図1、図2におけるプ
ラズマジェット発生トーチ3によってArをベースとし
たガス体をプラズマ化して照射することにより効率的に
火点部温度のみを高温化し、火点域を活性化できること
になる。よって、攪拌用の底吹ガス流量として、0.0
1〜0.8Nm3 /(min・ton)の範囲の適度な
攪拌力を与えてやれば、火点部を超高温化することによ
り、(2)式、(3)式の反応を向上させるのに有利で
あることは温度と各種酸化物の標準生成自由エネルギー
の関係からも明らかである。ここで、底吹ガス流量が
0.01Nm3 /(min・ton)未満であると火点
部への炭素供給が不足することになり、脱炭酸素効率が
低下してしまう。さらに、底吹ガス流量が0.8Nm3
/(min・ton)超であるとガス吹込ノズルを損耗
してしまうことになる。
【0011】プラズマジェットの供給方法としては図1
に示すように、吹酸ランスとは別系統にてプラズマジェ
ット発生トーチを設置してプラズマジェット照射を行う
方法と、図2に示す如く、プラズマジェット発生トーチ
を吹酸ランス内に設置してプラズマジェットを照射する
方法がある。また、プラズマ化するガス体についてはA
rをベースとしてO2 などのガス体も考えられ、脱炭酸
素効率向上効果の点ではいずれのガス体でもほぼ同程度
の効果が得られるものの、プラズマジェット発生トーチ
の寿命を考慮するとArガスが最も望ましく、またプラ
ズマジェットの照射角度αは照射のエネルギー効率を考
えた場合、極力小さくすることが望ましい。
【0012】さらに、プラズマジェット照射速度が吹錬
用酸素ガスジェットの噴射速度より小さいと、プラズマ
ジェットのエネルギーは吹錬用酸素の活性化にのみ大部
分が消費されてしまい、その結果として炉内COガスと
吹錬用酸素との反応を過剰に引き起こし、炉内耐火物を
損耗してしまうといった問題が生じることになってしま
う。
【0013】適正な照射速度でプラズマジェット照射を
行うことにより、火点部のみならず火点部近傍において
も通常の吹錬に比べて高温化していることから、この火
点部近傍での還元反応((2)式)も促進されることに
なる。さらに、プラズマジェット発生トーチより照射さ
れた直後のプラズマジェットは非常に高温状態(≧50
00℃)であり、この熱が同時に噴射する吹錬用の酸素
ガスジェットに伝播することにより、吹錬用酸素ガスも
活性化されることから、(3)式の反応も著しく促進さ
れることになる。よって、総括として図3に示す如く、
低炭素領域(炭素拡散律速領域)においても脱炭酸素効
率を向上させることが可能、すなわち攪拌用ガス流量を
増大させることなく、つまり底吹ガス用ノズルの損耗と
いった問題を起こすことなく、低炭素領域まで脱炭酸素
効率の高位維持が可能であることになる。また、本発明
では、従来行っていた吹酸速度を低下させるといった操
作を行わずに低炭素領域(炭素拡散律速領域)での脱炭
酸素効率の高位維持が可能であることから、吹錬時間を
延長させずに低炭素濃度まで脱炭精錬が可能となり、さ
らに本発明では、プラズマジェットは吹錬用酸素ガスジ
ェットと同程度あるいはそれ以上の速度で照射するた
め、炉内COガスと吹錬用酸素との反応を過剰に引き起
こすこともなく、ほぼ全プラズマエネルギーが火点部温
度の高温化あるいは反応に消費されるため、反応の高効
率化が可能になり、炉内耐火物を損耗してしまうといっ
た問題も解消されることになる。
【0014】
【実施例】図1、図2に示した175ton規模の転炉
を用いて、一般の低炭素Al−K鋼にて脱炭吹錬を行っ
た場合の実施例を表1に示す。この場合、ランス孔数は
4孔とし、上吹酸素量としては一律、2.7Nm3
(min・ton)、底吹ガス流量としては一律、0.
2Nm3 /(min・ton)として行った。また、プ
ラズマ化用のガス体としてはいずれの場合もArを使用
し、ガス流量としては0.7Nm3 /(min・to
n)、プラズマジェット照射は〔C〕≦0.1%の領域
で行った。
【0015】表1から明らかなように本発明により低炭
素領域まで脱炭酸素効率を低下させることなく、効率的
に吹酸脱炭精錬を行うことが可能であることがわかる。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、吹錬時間を延長するこ
となく、しかも、精錬容器の耐火物や底吹ガス吹込ノズ
ルを損ねることなく、低炭素領域まで脱炭酸素効率を低
下させずに効率的に吹酸脱炭精錬を行うことが可能とな
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による吹酸脱炭精錬法の態様の一例を示
す図。
【図2】本発明による吹酸脱炭精錬法の態様の一例を示
す図。
【図3】溶鋼中炭素濃度と脱炭酸素効率を示す図。
【符号の説明】 1 転炉 2 ランス 3 プラズマジェット発生トーチ 4 プラズマ化用ガス体の供給通路 5 吹錬用酸素ガスジェット 6 プラズマジェット発生トーチ3により発生したA
r、酸素などのプラズマジェット 7 溶鋼 8 スラグ 9 吹酸火点部 10 ガス吹込ノズル 11 攪拌用底吹ガス(Ar,N2 ,O2 等) α プラズマジェット照射角度(0°≦α<90°)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 精錬炉でプラズマジェットを照射して吹
    酸脱炭精錬を行うにあたり、溶鋼上に形成された吹酸火
    点部に、吹錬用酸素ガスジェットの噴射速度と同程度あ
    るいはそれ以上の速度でプラズマジェットを照射するこ
    とを特徴とするプラズマエネルギーを用いる溶鋼の効率
    的な吹酸脱炭精錬方法。
JP2584793A 1993-02-15 1993-02-15 プラズマエネルギーを用いる溶鋼の効率的な吹酸脱炭精錬方法 Withdrawn JPH06240335A (ja)

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JP2584793A JPH06240335A (ja) 1993-02-15 1993-02-15 プラズマエネルギーを用いる溶鋼の効率的な吹酸脱炭精錬方法

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