JPH0730385B2 - 溶鉄の脱Cu方法 - Google Patents

溶鉄の脱Cu方法

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JPH0730385B2
JPH0730385B2 JP5158587A JP5158587A JPH0730385B2 JP H0730385 B2 JPH0730385 B2 JP H0730385B2 JP 5158587 A JP5158587 A JP 5158587A JP 5158587 A JP5158587 A JP 5158587A JP H0730385 B2 JPH0730385 B2 JP H0730385B2
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、Cuを含む溶鉄の脱Cu方法、例えば、市中スク
ラップを主原料として製鋼する時に問題となる高含有量
のCuを溶鉄から除去する方法、に関する。
(従来の技術とその問題点) 市中スクラップは、電気部品等の混入もあって全体にCu
が高くなりがちで、これを主原料とする場合、溶解過程
でいかに効率よく脱Cuを行うかが製鋼技術上の大きな課
題になってきた。
溶鉄の脱Cuに関しては種々の基礎研究が行われ、真空処
理法、スラグ処理法等各種の脱Cu法が一般に知られてい
るが、これら公知技術の中で現在のところ、C飽和溶鉄
に対しNa2S、Na2SO4、あるいはFeS-Na2CO3を基本成分と
するフラックスを添加する方法(フラックス添加法と称
す)が最も効果的で実用に適した方法とされ、これを中
心に調査研究が行われている。かかる研究結果は例え
ば、「Blast Furnace and Steel Plant」Oct.1955、PP.
1142〜1147、「鉄と鋼」'86-S961、同'86-S962に紹介さ
れている。
上記のフラックス添加法は、溶鉄中の炭素〔C〕が飽和
量にある場合に有効であるが、スクラップの大部分を消
化する電気炉では溶け落ち時の溶鉄の〔C〕を後工程の
脱Cを必要最小限にするため0.5%程度にするのが一般
的であるのでC飽和の状態にはほど遠いため、フラック
ス添加法の適用は断念せざるを得なかった。このため電
気炉鋼のCuを一定限度に抑制するには、従来同様、Cuの
少ない高級スクラップの配合によってCuを希釈するとい
う方法に頼らざるを得ない現況にある。
一方、最近、他のスクラップ溶解方法として、電気を用
いずにコークスあるいは石炭といった炭材を燃料とし、
酸素または/および空気を多量に用いて溶解し、〔C〕
が2〜5%と高い溶湯を得る方法が開発されている。
(例えば、「鉄と鋼」'86-S185、同'85-S930参照)。こ
のような方法で得られる溶湯は、前述のように〔C〕が
高いので、従来から知られているNa2SあるいはNa2SO4
用いるフラックス添加法で脱Cuすることが可能となる。
Na2Sは〔C〕の高い溶鉄の脱Cuには効果的なフラックス
である。しかし、Na2Sは吸湿性が強く、不安定で、市販
品はNa2S・9H2Oの形でしか入手できない。このような含
水物を製鋼に使用すれば鋼質に悪影響があるのでNa2Sの
実用化は困難である。一方、Na2SO4は鋼質に対する悪影
響はないが、市販品が高価なため製鋼コストが高くな
る。かかる事情から、フラックス添加法の実用化のため
にNa2SやNa2SO4と同等の脱Cu効果があり、安価で、しか
も操業上或いは鋼質上悪い影響のないフラックスとその
効果的な使用方法の開発が望まれている。
ここに、本発明の目的は、含Cu溶鉄の脱Cuを経済的に行
う方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は、Na2SやNa2SO4と比較して安価で入手しやす
いCaSO4の脱Cu効果について詳細に研究した。結果、CaS
O4をフラックスとして単独で使用した場合は脱Cu効果が
小さいが、これをNa2SO4と共に用いると実用上十分な脱
Cu効果があること、そしてこの効果は、溶鉄中の〔C〕
が高い程大きいことを確認した。かかる知見に基づいて
本発明は、「含Cu溶鉄にCaSO4とNa2SO4とを必須成分と
して含有するフラックスを添加することを特徴とする溶
鉄の脱Cu方法」を要旨とする。
CaSO4を単独で用いた時の脱Cu効果はNa2SO4に較べては
るかに小さい。しかし、後に詳述するようにCaSO4をNa2
SO4と共に使用する場合、重量%でCaSO450%程度までで
あれば、Na2SO4の単独使用の時と実質的に差異のない脱
Cu効果がえられる。CaSO4の市価はNa2SO4のおよそ1/10
とはるかに安いから、CaSO4の使用量を増す程脱Cu処理
のコストは低減する。しかし、脱Cu効率の点からみて、
CaSO4の使用量は全フラックスの80%程度が上限となろ
う。(なお、本明細書における「%」は、全て重量%を
意味する。) フラックスはCaSO4とNa2SO4を必須成分として含有しな
ければならない。勿論この2成分だけでもよいが、脱Cu
処理中に生成するスラグの融点や流度調整のためにCa
F2、Na2CO3、2Na2O・SiO2、Na2O・SiO2等の副成分を加え
てもよい。ただし、希釈による脱Cu効果の低下を防止す
るため、これら副成分は合計量で20%以下にとどめるべ
きである。
溶鉄中の炭素〔C〕は、脱Cu効果に大きな影響を与え
る。即ち〔C〕が高い程脱Cu効果が高い。従って、最初
から〔C〕の低い溶鉄を処理する場合、或いは脱Cu反応
に伴って低下する〔C〕を補う目的で、溶鉄に炭素含有
物質を添加するのが望ましい。かかる観点から、本発明
の脱Cu方法は、炭素含有物質と空気および/または酸素
を使用してスクラップを溶解する製鋼法に極めて適して
いる。鋼材製造のトータルコストを下げるため、スクラ
ップを主原料として電気を使用しない製鋼技術が注目さ
れていることは前述のとおりである。その具体的な方法
としては、前掲の「鉄と鋼」'86-S185,'85-S930に紹介
されている転炉型の炉を使用するものの外に、小型の高
炉を用いる方法、キュポラ型の炉を用いる方法も開発さ
れている。本発明の脱Cu方法は、これらいずれの方法に
おいても極めて効果的に且つ経済的に適用されるもので
ある。
(作用) 次に添付図面によって本発明をさらに詳しく説明する。
第1図はフラックスのNa2SO4とCaSO4の配合割合が溶鉄
の脱Cu率に及ぼす影響を調べた試験結果である。
試験の条件は下記のとおりである。
溶解炉 :カーボンルツボ フラックス :Na2SO4-CaSO4溶鉄トン当り100kg使用 溶鉄中のS :0.05〜0.1% 溶鉄中のCu :0.4% 処理温度 :1300℃ 第1図に見られるとおり、フラックス中のCaSO4の量が
増すと脱Cu率は低下するが、CaSO4およそ50%まではそ
の低下は小さく、Na2SO4単独使用の場合と大差はない。
実用上、CaSO4添加量の上限は、目的とする脱Cuの程度
と経済性とを勘案して定めればよいが、後者を重視する
場合80%までとすべきであり、望ましいのは50%までで
ある。
なお、CaSO4の配合割合の上昇に伴って、フラックスが
溶解して形成されるスラグが硬化し、スラグと溶鉄との
混合、界面反応が不十分となることがある。このような
場合、スラグ流動性を調整するためにフラックス中にCa
F2等の副成分を、望ましくは20%以下として配合しても
よいことは前述のとおりである。
第2図は、フラックスとしてNa2SO4とCaSO4をそれぞれ
溶鉄1トン当り50kg、等分配合した場合の溶鉄のC含有
量と脱Cu率との関係を示すものである。
溶解炉、処理条件、溶鉄中のS、Cuの含有量などの条件
は第1図の場合と同じである。ここで明らかなように、
脱Cu率は溶鉄のC含有量が高いほど向上する。この現象
は、Na2SO4、CaSO4がCにより還元されてNa2S、CaSとな
り、これらによってCuが硫化されてCu2Sの形で溶鉄より
分離、除去されるためと理解される。尚、C濃度が高い
ほどCuの活量係数が増大することも上記反応の促進要因
として無視できない。
上記の反応により、脱Cuは脱Cと同時に進行する。たと
えばNa2SO4とCaSO4を等分配合したフラックスを溶鉄1
トン当り100kg添加した場合脱C量(Δ〔C〕)は1.0〜
2.0%になる。溶鉄中の〔C〕が低いと脱Cu効果が低下
することは第2図に示すとおりであるから、一般耐火物
を内張りに用いる場合には、フラックスと共に、或いは
脱Cu、脱炭の進行に合わせて逐次、コークス、カーボ
ン、石炭等の炭素含有物質を添加するのが望ましい。
添加する炭素含有物質の粒径は小さい方がよいが、小さ
すぎると添加の際、反応が爆発的に起るので、2mm程度
以下にはならぬように注意すべきである。添加量は、フ
ラックス100kg当りC量換算で10〜20kg、多くても35kg
程度までで十分である。
第3図にはフラックスとしてNa2SO4とCaSO4をいずれも5
0kg、等分配合した場合の溶鉄のS含有量と脱Cu率との
関係を示す。試験条件は第1図の場合と同じである。
第3図に明らかなように、溶鉄のS含有量が多いほど脱
Cu率が上昇する。これは前述の如く、脱CuがCuの硫化に
よって進行することから容易に理解される。
上記の試験結果から、CaSO4-Na2SO4系のフラックスが溶
鉄の脱Cuに有効に使用しうることが明らかである。そし
て、その脱Cu効率は、溶鉄の〔C〕、〔S〕が高い程大
きくなることも明らかになった。
本発明方法の実施に当って、フラックスの添加方法とし
ては単なる上置法でもよい。しかし、粒状又は粉状のも
のをN2、Ar等のガスをキャリアーガスとして溶鉄中にイ
ンジェクションする方法が特にNa2SO4の添加歩留を上
げ、脱Cu効果を高くするために好ましい。
何れにしても、溶鉄の攪拌は重要である。炉底に羽口を
有する転炉形式の炉を用いる場合はこの羽口を通して
N2、Ar、CO2、CO等のガスを導入して攪拌することがで
きるが、取鍋のような容器中で処理する場合、同様のガ
スを容器底部に取り付けたポーラスプラグを通して導入
し攪拌しても良いし、上部よりパイプ状の浸漬ランスを
通して溶鉄中にガスを吹き込んで攪拌しても良い。勿
論、適当な機械的攪拌法も用いることができる。
フラックスの添加量は、多いほど脱Cu率が向上するが、
溶鉄の温度降下も大きくなるので、通常1回処理の場
合、溶鉄1トン当り約100kg以下が一般的である。しか
しながら、この量で脱Cuが足りない場合は、途中で昇温
し、さらに追加して投入すればよい。
脱Cuの処理温度は低い方がわずかに脱Cu効率が良好であ
る。一方、フラックスを溶鉄1トン当り100kg添加した
とき、溶鉄温度は、処理容器の大きさにもよるが、およ
そ100〜300℃低下する。このような事実を考慮して処理
後の溶鉄温度が1300〜1500℃となるように調整すること
が重要である。
処理の途中での昇温方法としては、アーク加熱等の電気
加熱、或いはAl又は炭素含有物質を添加し酸素を吹き込
む燃焼加熱等いずれの方法でも差し支えない。
(実施例) 炉底にガス吹き込み用の羽口を有する上下吹き試験転炉
(内張り:マグクロ系耐火物)を用いて市中スクラップ
2トンを溶解し、第1表に示すA〜F(処理前)の組成
の溶鉄を得た。この時、コークス0.5トンと吹込み酸素4
30Nm3を使用した。
上記の溶鉄を炉中に保持したまま、溶落ち時のスラグを
一旦除去し、第1表に示すフラックス、またはフラック
スとコークスを上置添加し、N2ガスを炉底から吹き込ん
で脱Cu処理を行った。処理時間は約10分であった。
同じ第1表に、処理前後の温度、処理後の溶鉄組成およ
び脱Cu率をしめす。
第1表に明らかなとおり、本発明の実施例であるB,D,の
脱Cu率は、Na2SO4単独のフラックス使用例A,Cと大差が
ない。BとDの対比によって炭素含有物質の併用の効果
も明らかである。しかし、CaSO4単独のフラックスで
は、E,Fのように脱Cu効果は極めて小さい。
(発明の効果) 本発明の脱Cu方法は、使用するフラックスが安価なもの
でありながら、その効果は実用上十分なものである。例
えば、第1図の試験結果を見ながら、脱Cu効率とフラッ
クス価格とのバランスを考えてその組成を決めることも
できる。従って、処理すべき溶鉄の組成、必要な脱Cu
率、採用する処理方法、その他の条件に応じて最も経済
的な操業を行うことができる。
スクラップ多使用の製鋼が指向されている現在、本発明
が当業界に寄与するところは大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は脱Cu率に及ぼすCaSO4配合率の影響を示すグラ
フ、 第2図は脱Cu率に及ぼす溶鉄中C含有量の影響を示すグ
ラフ、 第3図は脱Cu率に及ぼす溶鉄中所期S含有量の影響を示
すグラフ、である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cuを含む溶鉄にCaSO4とNa2SO4とを必須成
    分として含有するフラックスを添加することを特徴とす
    る溶鉄の脱Cu方法。
  2. 【請求項2】前記フラックスと共に炭素含有物質を添加
    する特許請求の範囲第1項記載の脱Cu方法。
  3. 【請求項3】フラックスのCaSO4の含有量が80%以下で
    ある特許請求の範囲第1項または第2項記載の脱Cu方
    法。
  4. 【請求項4】スクラップを主原料とし、炭素含有物質と
    空気および又は酸素を用いて溶解する方法によって得ら
    れる溶鉄を対象とする特許請求の範囲第1項から第3項
    までに記載したいずれかの脱Cu方法。
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