JPH0819456B2 - 極低窒素鋼の溶製方法 - Google Patents

極低窒素鋼の溶製方法

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JPH0819456B2
JPH0819456B2 JP62039234A JP3923487A JPH0819456B2 JP H0819456 B2 JPH0819456 B2 JP H0819456B2 JP 62039234 A JP62039234 A JP 62039234A JP 3923487 A JP3923487 A JP 3923487A JP H0819456 B2 JPH0819456 B2 JP H0819456B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、溶鋼中からCOガス気泡を発生させると同時
に該溶鋼に含有されている窒素を極く微量まで除去し、
極低炭素で且つ極低窒素鋼を溶製するための効率的、且
つ簡便で安価な溶鋼の脱窒方法に関するものである。
(従来の技術) 鋼に含まれる窒素と炭素は、自動車用薄鋼板や飲料缶
用薄鋼板として使用する鋼板の場合には、加工性向上、
時効防止等のため極く微量である事が必要である。
一般に、製鉄業においては、溶鋼の脱炭と脱窒処理
を、例えば第3版鉄鋼便覧II製銑製鋼671〜685ページに
示されているような各種の減圧精錬設備を用いて実施し
ている。この場合には、溶鋼中に含有させた、酸素
[O]あるいは鉄鉱石FeXOY、酸素ガスO2などの酸化源
を用いて、以下のCOガス気泡発生反応によって溶鋼に含
有される炭素[C]を除去している。
[C]+[O]=CO(gas) y[C]+FeXOY=yCO(gas)+xFe …(1) [C]+1/2O2=CO(gas) 一方、脱窒処理の場合には以下の反応によって、溶鋼
の窒素[N]を除去している。
[N]=1/2N2(gas) …(2) しかし、(1)式で進行するCOガス気泡発生反応は、
[O]濃度が高濃度である程進行し易い。しかし、第4
図に示すように、前記(2)式で示される脱窒反応の速
度は、[O]濃度の増加と共に極端に小さくなる。
従って、[N]を同時に低濃度まで除去するには、溶
鋼の脱窒のための処理時間を延長しなければならず、こ
のような場合には溶鋼の温度が低下し、このために、次
工程では溶鋼を再加熱するか、もしくは、転炉あるいは
電気炉から出鋼する該溶鋼の温度を、脱窒処理時間に対
応する温度低下を補償するために、高温度にすることで
対処している。これは省エネルギーに逆行するものであ
り、効率的ではない。しかも、出鋼温度が高温になる
と、転炉あるいは電気炉の耐火物が溶損され、耐火物原
単位が大きくなり、脱窒処理のための費用が高くなる。
さらに、脱窒処理に使用する反応容器の耐火物原単位も
大きくなり、非効率的であり、且つ、不経済的である。
しかも、それでも極低炭素で且つ極低窒素鋼の溶製は非
常に困難であった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者等は、極低窒素溶鋼溶製のための効率的且つ
経済的な脱窒方法の研究を種々重ねた結果、効率的に、
且つ簡便に低炭素で極低窒素鋼を溶製する方法を提供し
ようとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は減圧下で、溶鋼の脱窒処理を実施するにあた
り、脱窒すべき溶鋼の炭素濃度[%C]が0.05%以下の
領域において、該溶鋼に酸化源粉末を吹き込み或いは吹
き付けてCOガス気泡の発生を促進させつつ一方で炭化水
素系ガスを主体とした還元性ガスを脱窒すべき該溶鋼に
吹き付け或いは吹込むことによって、低炭素で極低窒素
鋼を溶製することを特徴とする。
即ち、本発明の技術的思想の根源は、 i.(1)式に従って溶鋼からCOガス気泡を発生させるに
あたり、該溶鋼の溶存酸素濃度[%O]を最適な濃度に
制御して、COガス気泡の発生量を多くして、気・液界面
積を大きくし、 [C]+[O]=CO(gas) y[C]+FeXOY=yCO(gas)+xFe …(1) [C]+1/2O2=CO(gas) ii.COガス発生による気・液界面積増大を脱窒反応サイ
トとして利用すると同時に、COガス気泡の発生を継続的
に進行させるために、炭化水素系の還元ガスを吹込み、
溶鉄のCOガス気泡或いは雰囲気と接する溶鋼界面の
[O]の濃度を低下させる CxHy=x[C]+y[H] x[C]+x[O]=xCO y[H]+y/2[O]=y/2H2O ことである。即ち、COガス気泡発生反応で消費される
[C]を炭化水素系ガスで補い、炭化水素系ガスで供給
される[C]を酸化性の粉末を供給することによって、
酸化して溶鋼の加炭を抑制し、脱窒反応に対する[O]
の毒作用を除去しつつ脱窒を促進させる。
以下、本発明の構成について、実施例に基づく図面を
もとに説明する。
本発明者らは脱窒速度が、減圧下では第4図に示すよ
うに、雰囲気の圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が
100kgである溶鋼の脱窒処理を、Arガスを溶鋼に吹込ん
で、実施した実験結果より、[O]濃度の増加と共に極
端に低下することを明らかにした。従って、鉄鉱石粉を
吹き付けることによってCOガス気泡を発生させ、COガス
気泡により反応界面積を増加させても、第5図に示すよ
うに、COガス気泡の発生および[C]の減少(以下、
「脱炭」という)は進行するが脱窒速度は小さくなり、
脱窒効率は悪い。
これは、[O]濃度が高くなるために脱窒反応が進行
し難いためである。脱窒反応は、気・液界面で進行する
ので溶鋼界面近傍の[O]濃度を低下させる必要があ
る。
しかし、第6図に示すように、Arガスのみを大量に溶
鋼に吹込んで、[O]濃度を極端に低下させると脱窒速
度は大きいが、[O]濃度が低いために、脱炭反応が進
行せず、大量のArガスの吹込みにより溶鋼温度の低下が
著しく、再加熱が必要となった。さらに、第1図に示す
ように炭化水素系の還元ガスを過剰に用いた場合には、
COガス気泡の発生量と脱窒速度は大きくなるが、溶鋼に
炭素が吸収されて[C]を低減出来ない。脱炭と脱窒を
同時に進行させるためには、吸収される炭素をCOガスと
して酸化する必要があり、この時に発生するCOガス気泡
が脱窒の反応界面積を増加させて、効率的な脱窒と
[C]の減少が進行する。即ち、第2図に示すように、
鉄鉱石粉と炭化水素系ガスを同時に溶鋼に吹き込むこと
によって、脱炭と脱窒が同時に進行して極低窒素で且つ
低炭素溶鋼が溶製出来る。従って、脱炭と脱窒を効果的
に進行させるためには、[C]の減少によるCOガスの発
生を継続的に行わしめて気・液反応界面を大きくさせる
必要がある。そのためには、炭素源と炭素を酸化するた
めの酸化性粉末を同時に吹込む事が必要であり、気・液
界面における酸素濃度を比較的低濃度にし、且つ脱炭反
応を停滞させないために、炭化水素系ガスの吹込みと酸
化性粉末の吹込みが必須である。
本発明の方法において、供給炭化水素系ガス中の炭素
Cの供給速度(mol/min)と、酸化源粉末中の酸素Oの
供給速度(mol/min)は重要である。第3図に雰囲気の
圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が100kgである溶
鋼の脱炭処理を、供給炭化水素系ガス(CH4,C2H2,C
3H8)中の炭素Cの供給速度(mol/min)と供給酸化物粉
末(鉄鉱石)中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比の
影響を0.1〜3.0の範囲で調査した結果を示す。酸化物粉
末(鉄鉱石)を溶鋼上部からインジェクションし、炭化
水素系ガスを溶鋼の下部から吹込んで実施した。Arガス
を溶鋼に吹込んで実施した脱窒速度を基準にして比較し
た。脱窒速度の増加割合は供給炭化水素系ガス(CH4,C2
H2,C3H8)中の炭素Cの供給速度(mol/min)と供給酸化
物粉末(鉄鉱石)中の酸素Oの供給速度(mol/min)の
比が0.5〜1.5の範囲で効果的に大きくなった。供給炭化
水素系ガス中の炭素Cの供給速度(mol/min)が供給酸
化物粉末中の酸素Oの供給速度(mol/min)よりも大き
すぎると、脱窒速度は大きくなるが、COガス気泡の発生
が頭打ちとなる反面、[C]が増加して好ましくない。
逆に、供給酸化物粉末中の酸素Oの供給速度(mol/mi
n)が供給炭化水素系ガス中の炭素Cの供給速度(mol/m
in)よりも大きすぎると、[C]の減少は進行するが、
[O]が増加し脱窒速度は大きくならない。従って、供
給炭化水素系ガス中の炭素Cの供給速度(mol/min)と
供給酸化物粉末中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比
は0.5〜1.5の範囲に制限されるのが好ましい。
本発明の方法を実施するにあたり、酸化源の粉末は鉄
鉱石でもよく、マンガン鉱石、クロム鉱石でもよい。さ
らに炭化水素系ガスと共に、COガスあるいは水素ガス、
およびそれらの混合ガスを用いても良く、Arガスのよう
な不活性ガスと併用することも出来る。
本発明の方法は、現在の真空精錬設備、例えば、DH,R
H,VOD,VAD等の設備で溶鋼の[C]を低減する場合にも
適用できる。
(実施例) 以下、実施例について説明する。
例1:実施例(第1図) 雰囲気の圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が100k
gである溶鋼の脱炭処理を、供給炭化水素系ガス(C
2H2)中の炭素Cの供給速度(mol/min)と供給酸化物粉
末(鉄鉱石)中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比を
3とし、酸化物粉末(鉄鉱石)を溶鋼上部からインジェ
クションし、炭化水素系ガス(C2H2)を溶鋼の下部から
吹き込んで実施した。大量のCOガス気泡が発生して[C
O]が低下するために脱窒速度は大きいが、炭化水素系
ガス供給過剰のため[C]が増加する。しかし、処理後
[C]が0.05%前後であったので低炭の極低窒素鋼を安
価且つ簡便に製造できるようになった。
例2:実施例(第2図) 雰囲気の圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が100k
gである溶鋼の脱窒処理を、供給炭化水素系ガス(CH4
中の炭素Cの供給速度(mol/min)と供給酸化物粉末
(鉄鉱石)中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比を0.8
とし、酸化物粉末(鉄鉱石)を溶鋼上部からインジェク
ションし、炭化水素系ガス(CH4)を溶鋼の下部から吹
込んで実施した。効果的に脱炭と脱窒が同時に進行す
る。
例3:比較例(第5図) 雰囲気の圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が100k
gである溶鋼の脱窒処理を、炭化水素系ガスを全く供給
せずに、鉄鉱石粉とArガスを溶鋼に吹込んで実施した。
脱炭が進行して初期には脱窒速度は比較的大きいが、
[O]濃度が増加するとCOガス気泡の発生量が減少して
脱窒速度が著しく小さくなる。
例4:比較例(第6図) 雰囲気の圧力が10mmHgで、温度が1600℃、重量が100k
gである溶鋼の脱窒処理を、Arガスのみを大量に溶鋼に
吹込んで、実施した。脱窒速度は大きいが、[O]濃度
が低いために脱炭反応が進行せず、大量のArガス吹込み
により溶鋼温度の低下が著しく、再加熱が必要となっ
た。
(本発明の効果) 本発明で、低炭素濃度領域において困難であった溶鋼
の脱窒素が10ppm以下の極低窒素まで脱窒素することが
可能り、低炭素でしかも極低窒素鋼の製造が容易になっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は、C2H2ガス中の炭素Cの供給速度(mol/min)
と鉄鉱石中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比を3と
し、鉄鉱石を溶鋼上部からインジェクションし、C2H2
スを溶鋼の下部から吹込んだ時の[N],[O],
[C]濃度の経時変化を示す図面である。 第2図は、CH4中の炭素Cの供給速度(mol/min)と鉄鉱
石中の酸素Oの供給速度(mol/min)の比を0.8とし、鉄
鉱石を溶鋼上部からインジェクションし、CH4を溶鋼の
下部から吹込んだ時の[N],[O],[C]濃度の経
時変化を示す図面である。 第3図は、脱窒速度の増加の割合と、供給炭化水素系ガ
ス(CH4,C2H2,C3H8)中の炭素Cの供給速度(mol/min)
と供給酸化物粉末(鉄鉱石)中の酸素Oの供給速度(mo
l/min)の比との関係を示す図面である。 第4図は、[O]濃度を変更した時の[N]濃度の経時
変化を示す図面である。 第5図は、鉄鉱石粉を吹き込んだ時の[N],[O],
[C]濃度の経時変化を示す図面である。 第6図は、Arガスを吹き込んだ時の[N],[O],
[C]濃度の経時変化を示す図面である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】減圧下で、炭素濃度[%C]が0.05%以下
    の溶鋼から脱窒処理を実施するにあたり、該溶鋼に酸化
    源粉末を吹込み或いは吹付けて一酸化炭素COガス気泡の
    発生を促進させながら、同時に、炭化水素系ガスを主体
    とした還元性ガスを該溶鋼に吹付け或いは吹込んで脱窒
    処理を行うことを特徴とする極低窒素鋼の溶製方法。
  2. 【請求項2】炭化水素系ガス中の炭素Cの供給速度(mo
    l/min)と、酸化源粉末中の酸素Oの供給速度(mol/mi
    n)との比が0.5〜1.5の範囲であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項の極低窒素鋼の溶製方法。
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FR2787468B1 (fr) * 1998-12-18 2001-12-07 Lorraine Laminage Procede de denitruration de l'acier en fusion en cours d'elaboration

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JPS60184618A (ja) * 1984-02-29 1985-09-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 低窒素鋼の製造方法

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