JPH0665625A - 溶鋼の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】脱硫剤を溶鋼中に侵入させ、脱硫効率を向上さ
せることができる溶鋼の脱硫方法を提供する。 【構成】ＲＨにより真空脱ガス処理を行う際、真空槽上
部から垂直に降ろした上吹ランスからキャリアガスと共
に脱硫剤を上吹する方法において、真空度をＹ(Torr)、
上吹ランス先端と溶鋼表面間の距離をＸ(m) とすると
き、下記３式の関係を同時に満足することを特徴とする
溶鋼の脱硫方法。 1.5≦Ｘ・・・・・・・・・・・・・ ０＜Ｙ≦100 ・・・・・・・・・・・ Ｙ≦(240Ｘ² −1184Ｘ＋1463.2) ・・ 【効果】真空脱ガス過程と並行して脱硫剤を垂直方向で
上吹することにより、効果的に脱硫を促進することがで
きる。真空脱ガス過程と並行する脱硫であるから、大気
からのＮのピックアップの恐れがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高純度鋼の溶製、特に鋼
の低硫化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溶鉄の脱硫は溶銑段階で行う溶
銑脱硫と、転炉などによる脱炭処理後の溶鋼段階で行わ
れる溶鋼脱硫とに分けられる。近年のように、溶鋼の高
純度化に対する要求が一層高まってきている状況におい
ては、溶銑脱硫だけでは不十分であり溶鋼脱硫は必須の
プロセスとなっている。特に鋼中の硫黄（以下、〔Ｓ〕
と記す。) が 10ppm以下の極低硫鋼を溶製するための、
さらに高効率の溶鋼脱硫法の開発が要求されている。

【０００３】周知のように、溶鋼の脱硫を効率的に行う
には脱硫剤と溶鋼との反応界面積を増大させることが有
効である。そこで従来の溶鋼脱硫法としては、この目的
で微細な脱硫剤粉を取鍋内の溶鋼中にインジェクション
する方法や脱硫剤を添加した後溶鋼を攪拌する方法など
が採用されてきたが、これらの方法は大気雰囲気での処
理であり、また脱硫処理のみの目的のために一つの独立
したプロセスを設けて行う処理であるので、大気からの
窒素（Ｎ）のピックアップや溶鋼の温度降下が大きい等
の問題があった。

【０００４】これらの問題を解決すべくＲＨによる真空
処理中に脱硫剤を添加する方法が開発された。ＲＨと
は、独のRheinstahl Huettenwerke 社によって開発され
た溶鋼の真空環流脱ガス装置を言い、この装置を使用す
る最も簡単な脱硫方法としては、真空槽中間に設けられ
た合金鉄投入口から脱硫剤を投入する方法があるが、排
気系へ吸引されるのを防ぐために脱硫剤の粒径を大きく
する必要があり、反応効率の点から不利であった。

【０００５】さらに発展した方法としては、真空槽内で
溶鋼中に浸漬したノズルからキャリアガスと共に脱硫剤
をインジェクションする方法（特開昭61−130413号公報
参照）や、取鍋内に粉体吹込みランスを浸漬させキャリ
アガスと共に脱硫剤を浸漬管（ＲＨ装置の上昇管）に向
けてインジェクションする方法（特開昭58− 37112号公
報および特開昭62−196317号公報参照）等がある。しか
し、これらの方法では両者とも、脱硫剤をインジェクシ
ョンしない間も粉体吹込み口から溶鋼が侵入しないよう
にキャリアガスのみを流しておく必要があり、コストお
よび真空度維持の点から不利である。

【０００６】そこでこれらの問題を解決する方法とし
て、上吹ランスを用いて溶鋼表面上方から脱硫剤粉体を
上吹きする方法が考えられる。真空下で粉体を上吹する
方法は、本出願人がＶＯＤ（真空酸素脱炭）炉で既に確
立した技術（特開昭58−113314号公報参照）であり、主
に酸化剤を上吹し脱炭反応を促進するために用いられて
きた。したがって、ＲＨへの適用も可能であり、実際既
に適用例も示されている（特開昭60−184618号公報参
照）が、この例は低窒素鋼の製造方法にとどまってお
り、この発明で示された条件をそのまま脱硫処理に適用
することはできない。

【０００７】さらに、この方法は粉体吹込み上吹ランス
が真空槽側壁に斜めに設置されているため、その角度に
より粉体が溶鋼表面で反射し溶鋼中に効果的に侵入しな
い場合がある。しかも、その角度はほとんど固定的なも
のであり、必要に応じて吹込角度を自由に変更するよう
な操作ができる設備とすることは非常に困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＲＨ
における真空脱ガス処理の際、それと並行して上吹ラン
スを用いて溶鋼表面上方から略々垂直方向に脱硫剤をイ
ンジェクションし、脱硫剤を溶鋼中に侵入させ脱硫効率
を向上させることにより、上記の問題を解決することが
できる溶鋼の脱硫方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の方法
にある。

【００１０】ＲＨにより真空脱ガス処理を行う際、真空
槽上部から垂直に降ろした上吹ランスからキャリアガス
と共に脱硫剤を上吹する方法において、真空度をＹ(Tor
r)、上吹ランス先端と溶鋼表面間の距離をＸ(m) とする
とき、下記３式の関係を同時に満足することを特徴とす
る溶鋼の脱硫方法。

【００１１】 1.5≦Ｘ・・・・・・・・・・・・・ ０＜Ｙ≦100 ・・・・・・・・・・・ Ｙ≦(240Ｘ² −1184Ｘ＋1463.2) ・・ 脱硫反応を促進させるためには微細な脱硫剤粉体を溶鋼
中に効果的に侵入させることが必要である。また脱硫剤
を十分侵入させる条件で吹込まないと、溶鋼表面まで到
達しない脱硫剤粉体が多くなり脱硫剤の歩留りの点から
も不利である。

【００１２】減圧下でランスを用る粉体上吹法におい
て、粉体を溶鋼中に十分侵入させるには、ランス先端
−溶鋼表面間距離（ランス高さ）を小さくする、雰囲
気を高真空にする、粉体供給速度（単位時間当たりの
吹込量、例えば、kg/min) を大きくする等の方法があ
る。しかし、このの方法には次のような問題があり、
単純に粉体供給速度を増加させることはできない。

【００１３】粉体の溶鋼中への侵入深さは粉体供給速度
の増大に伴って大きくなる。しかし、この速度を必要以
上に増大させると、溶鋼表面の過剰な乱れや粉体の滓化
溶融速度、脱硫反応速度の制約から、逆に粉体の大部分
が未反応のまま浮上してしまい、脱硫反応に寄与しない
粉体が増加することになる。ＲＨ処理では溶鋼の攪拌力
が小さいため、一旦浮上して吹込点から離れた脱硫剤粉
体は、もはや溶鋼との効果的な接触が期待できず、この
浮上粉体による脱硫反応はそれ以上ほとんど起こらな
い。

【００１４】このように、脱硫反応は脱硫剤が浮上する
までに完了することが望ましいから、脱硫反応を促進さ
せるためには、溶鋼量の変動、処理時間などそのときの
精錬条件に応じた最適の脱硫剤粉体供給速度条件を選択
する必要がある。したがって、ただ単に粉体供給速度を
増加させるのではなく、前記のおよびの条件を主体
とした最適吹込条件を考慮すべきである。

【００１５】本発明者らは、これらの要因を種々検討し
た結果、脱硫剤粉体を溶鋼中に十分侵入させるには、粉
体供給速度を上昇させるよりも、ランス高さおよび真空
度をある範囲に維持することが実操業に好適であること
を見い出した。

【００１６】

【作用】脱硫反応はスラグ−メタル反応であり、これを
有効に促進させるためには反応界面積を増大させる必要
がある。このためには、前記のように溶鋼（メタル）の
攪拌を大きくする、または脱硫剤を微細な粉体にして吹
込むなどの方法が効果的である。しかし、ＲＨは溶鋼を
環流させるタイプの取鍋精錬方式であり、そのため大き
なスラグ−メタル間の攪拌は発生せず、溶鋼とその上に
浮いているスラグとの間に望ましい脱硫反応は期待でき
ない。したがって、微細な脱硫剤粉体が溶鋼中に深く侵
入するように吹込むことが必須の条件となる。

【００１７】本発明の方法では、真空槽内で上吹ランス
により溶鋼中に深く侵入するように吹込まれた微細な脱
硫剤粉体は、環流する溶鋼と共に浸漬管（下降管）を通
り抜け取鍋内に出る。その後浮力により取鍋内の溶鋼中
をその表面まで上昇する。その溶鋼と共に移動する間、
脱硫剤はスラグ−メタル反応を続ける。

【００１８】一般にスラグ−メタル反応は、スラグの滓
化性が良好なほど反応効率が向上する。すなわち、ここ
で用いる脱硫剤も融点が低く滓化性が良好なものが、よ
り効果的である。したがって、通常脱硫に用いられるCa
O(生石灰) のほかに、CaO にCaF₂などを混入させ低融点
化したものが有効である。

【００１９】また、このような性状の脱硫剤を吹込む
際、溶鋼中に十分侵入させることにより、さらに効果的
な脱硫処理が可能となる。前記のように、本発明で用い
る粉体上吹法においては、脱硫剤粉体を溶鋼中に十分侵
入させるのに、単に粉体供給速度を増大させる方法では
なく、ランス先端−溶鋼表面間距離（ランス高さＸ）
を小さくする、雰囲気を高真空にするという方法を採
用するのである。できるだけランスを下げることによ
り、ランス先端と溶鋼表面の距離を小さくすれば、脱硫
剤粉体の飛散ロスが低減できる。さらに同時に、雰囲気
を高真空化することにより、キャリアガスの膨張ととも
に脱硫剤粉体の流速も増大する。また、脱硫剤粉体が受
ける抵抗も低減し溶鋼表面に到達したときの粉体速度も
大きくなるため、溶鋼中への脱硫剤の侵入深さが増大す
る。

【００２０】このように、脱硫剤粉体供給速度そのもの
を上昇させて溶鋼中への粉体の侵入深さを増大させるよ
りも、ランス先端−溶鋼表面間距離を小さくし、かつ高
真空にすることが、精錬条件により粉体供給速度条件を
かなり変化させなければならない実操業に適した方法で
ある。

【００２１】しかし、ＲＨ真空槽内では攪拌そのものは
比較的弱いものの、溶鋼表面は溶鋼の環流によりかなり
乱れているため、ランス高さＸを小さくしすぎると、溶
鋼表面からのスプラッシュ飛散によりランスへの地金付
着やランス溶損などの問題が生じる。このような問題の
発生を回避できるランス高さの下限が 1.5m であり、現
実のＲＨ操業においてこれ未満とすることは困難であ
る。よって、前記式のように 1.5(m) ≦Ｘとした。し
たがって、ランス高さはランスに異常が発生しない限
り、この範囲でできるだけ小さくすることが望ましい。

【００２２】真空度Ｙについては、用いる設備により多
少異なるが通常 100Torrよりも低真空であれば、溶鋼を
真空槽内に吸い上げることができず、正常なＲＨ操業が
不可能となる。よって、真空度Ｙの範囲を式のよう
に、０(Torr)＜Ｙ≦100(Torr)とした。

【００２３】真空度Ｙとランス高さＸとの関係について
は、後述するように、脱硫率60％以上が得られる場合の
ＹとＸとの関係から近似式として求め、式のように、
Ｙ≦(240Ｘ² −1184Ｘ＋1463.2) と定めた。

【００２４】このように本発明の方法では、式〜式
を同時に満足させることにより、所望の低硫鋼を得るこ
とができる。上記の条件では、脱硫剤を溶鋼中に深く侵
入させることにより脱硫剤が溶鋼にトラップされ、直接
耐火物と接触しないため耐火物溶損の低減も期待でき
る。

【００２５】使用するランスは冷却水等を用いて冷却で
きることが望ましい。非冷却型のランスを用いた場合、
ランスの溶損、ランスへの地金付着による昇降不能等の
トラブルが発生し、ランス先端と溶鋼湯面との距離を正
確に保持することが不可能になることもある。またラン
ス本体が健全であってもランス先端のノズル部が溶損す
れば、ガス流速や脱硫剤粉体供給速度が変化するととも
に粉体の吹込み方向も変化し、所定の吹込み条件を維持
することができなくなる。

【００２６】

【実施例】図１は、用いた170Ton規模のＲＨ装置を示す
概略縦断面図である。取鍋３内のAl脱酸が終了した溶鋼
６（温度1640〜1680℃、Ｃ:0.05 Wt％の炭素鋼）に、浸
漬管２(2a 、2b) を浸漬させ、真空槽１内を減圧して溶
鋼６を真空槽内へ吸い上げた。その後浸漬管（上昇管）
2a内部に設けられた環流ガス吹込み羽口４からArガスを
吹込み、そのガスリフト原理に基づき浸漬管2a内の溶鋼
を上昇させ、他方の浸漬管（下降管）2bから再び取鍋内
に下降させることにより溶鋼を環流させた。

【００２７】溶鋼の環流が安定したのち、真空槽上部中
央から垂直に降ろした上吹水冷ランス５の先端に設けた
内径25mmのノズルから、キャリアArガス５Nl/min（元圧
10kg/cm²）とともに、粒径約0.15mmの脱硫剤粉体を供給
速度約100kg/min で上吹した。ランス高さは 1.5〜4.0
m、真空度は２〜80Torrの範囲で変化させた。本実施例
で用いた脱硫剤の成分組成は、CaO(65％) − CaF₂(35
％) の１種類とした。

【００２８】図１に示す合金鉄投入口７は、脱酸や成分
または温度調整用の塊状物を投入するために通常の設備
にも設けられているものである。

【００２９】〔試験１〕ランス高さは 1.5m 、真空度は
20Torrの条件で、上記の脱硫剤の原単位を変化させた場
合の結果を表１に示す。

【００３０】脱硫剤原単位の増加に伴い脱硫率は向上
し、処理後〔Ｓ〕は低減できた。しかし、原単位 2.2kg
/Tでは〔Ｓ〕: 10ppm 以下を達成できなかった。したが
って、〔Ｓ〕が10ppm 以下の低硫鋼にするためには、原
単位を３kg/T以上に、さらに、〔Ｓ〕を５ppm 以下にす
るためには原単位を４〜５kg/Tに、それぞれ上昇させる
必要があることがわかる。

【００３１】

【表１】

【００３２】〔試験２〕次に、脱硫剤原単位を 4.0kg/T
の一定に保持して、ランス高さを 1.5〜４m に、また真
空度を 2〜80Torrに変化させた場合の結果を表２に示
す。

【００３３】表２から、ランス高さが大きくなるに伴
い、脱硫率が悪化していることが明らかである。ランス
高さが３m と４m の条件では、実験時の覗き窓からの真
空槽内観察でも、多量の脱硫剤が上方に飛散している様
子が確認された。したがって、脱硫剤が溶鋼表面に到着
する割合が低下し、また溶鋼中への侵入も十分ではなか
ったと考えられる。

【００３４】図２は、これらの試験で得られた脱硫率と
ランス高さおよび真空度との関係を示す図である。ラン
ス高さが小さくなり、かつ高真空になるにしたがい、脱
硫率が向上していることがわかる。〔Ｓ〕: 10ppm 以下
の低硫鋼溶製時では、溶鋼の初期〔Ｓ〕値は通常25ppm
前後であるから、脱硫率60％以上が必要であることにな
る。

【００３５】図３は、図２に示す脱硫率60％以上が得ら
れる条件を、真空度Ｙとランス高さＸとの関係で示す図
である。図３に示すカーブが脱硫率60％以上と60％未満
との境界を表し、これを近似式として求めるとＹ＝ 240
Ｘ² −1184Ｘ＋1463.2となった。すなわち、ランス高さ
Ｘが1.5(m)≦Ｘ・・・式、真空度Ｙが０(Torr)＜Ｙ≦
100(Torr) ・・・式およびＹ≦(240Ｘ² −1184Ｘ＋14
63.2) ・・・式を満たす斜線部の範囲で、所望の脱硫
率を得ることができた。

【００３６】本発明の方法は、上記のように、大気雰囲
気で処理したり、脱硫処理のみの目的のために一つの独
立したプロセスを設ける方法とは異なるので、大気から
のＮのピックアップや温度降下を懸念する必要がない効
果的な脱硫方法でもある。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、真空脱ガス過程
と並行して、脱硫剤粉体を垂直方向で上吹することによ
り、効果的に脱硫を促進し、〔Ｓ〕が数ppm の極低硫鋼
を確実に溶製することが可能である。また、真空脱ガス
過程と並行する脱硫方法であるから、大気からのＮのピ
ックアップの恐れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するＲＨ装置の一例を示す
概略縦断面図である。

【図２】脱硫剤原単位が 4.0kg/Tのときの脱硫率とラン
ス高さおよび真空度との関係を示す図である。

【図３】図２において脱硫率60％以上が得られる条件
を、ランス高さと真空度との関係で示す図である。

【符号の説明】

１：真空槽、 ２：浸漬管（２a:上昇管、２b:下降
管）、３：取鍋 ４：環流ガス吹込羽口、５：上吹水冷ランス、６：溶
鋼、 ７：合金鉄投入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＲＨにより真空脱ガス処理を行う際、真空
   槽上部から垂直に降ろした上吹ランスからキャリアガス
   と共に脱硫剤を上吹する方法において、真空度をＹ(Tor
   r)、上吹ランス先端と溶鋼表面間の距離をＸ(m) とする
   とき、下記３式の関係を同時に満足することを特徴とす
   る溶鋼の脱硫方法。 1.5≦Ｘ・・・・・・・・・・・・・ ０＜Ｙ≦100 ・・・・・・・・・・・ Ｙ≦(240Ｘ² −1184Ｘ＋1463.2) ・・