JPH09209026A - 溶鋼の同時脱酸脱硫剤およびそれを使用した溶鋼の同時脱酸脱硫方法 - Google Patents

溶鋼の同時脱酸脱硫剤およびそれを使用した溶鋼の同時脱酸脱硫方法

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JPH09209026A
JPH09209026A JP4219696A JP4219696A JPH09209026A JP H09209026 A JPH09209026 A JP H09209026A JP 4219696 A JP4219696 A JP 4219696A JP 4219696 A JP4219696 A JP 4219696A JP H09209026 A JPH09209026 A JP H09209026A
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mgo
deoxidizing
caf
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Masayuki Tateyama
政幸 立山
Kiyotaka Gennai
清孝 源内
Yutaka Hiraga
由多可 平賀
Yoshio Nakajima
義夫 中島
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 合金化等の処理をしたMgを使用することな
く、単体の金属Mgを配合成分として利用した低コスト
で簡便なMg添加技術を提供する。 【解決手段】 金属Mgを5〜25重量%配合し、残部
にMgOおよびCaF2を、さらに必要に応じてCaO
を配合し、かつ、重量%で表されるこれら配合成分の組
成において次の(1)〜(3)式の関係が成立している
溶鋼の同時脱酸脱硫剤を提供する。金属Mg(%)+M
gO(%)+CaO(%)+CaF2(%)≧90 ---
(1)。1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5 --
-(2)。MgO(%)≧1.5×金属Mg(%) ---
(3)。また、この同時脱酸脱硫剤を鉄被覆してワイヤ
形状にしたものを、Mg純分供給速度に換算して0.2
〜0.8kg/t−溶鋼/分の供給速度で溶鋼中へ添加
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の精錬工程にお
いて使用する溶鋼の同時脱酸脱硫剤、およびそれを使用
した溶鋼の同時脱酸脱硫方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造によりスラブを製造する製鋼工
程においては、鋳造前に鋼中の酸素を除去すること(脱
酸を行うこと)が一般的であり、通常、Al、Si、M
nなどが脱酸剤として用いられる。近年、介在物の少な
いいわゆる高清浄度鋼の材料の要求が各方面より求めら
れているが、このような鋼を製造するためには強脱酸を
行う必要があり、一般的にはAlが脱酸剤として用いら
れている。しかしながら、Alによる脱酸を行った場
合、必然的に鋼中に脱酸生成物であるアルミナが残留
し、このアルミナは凝集しやすいこともあって鋳造後の
圧延工程などで疵として顕在化する場合がある。
【0003】一方、鉄鋼材料の高張力化、かつ高加工性
化の要求から、極低硫化が求められている。これに対し
ては、溶銑段階での脱硫法について種々の改善を図ると
ともに、溶鋼段階での追加脱硫処理を実施することで対
処している。しかし、このような脱硫処理は、精錬時間
が延長されるため連続鋳造の多連鋳化に支障をきたし、
生産性向上の点で阻害要因となっている。このことか
ら、短時間で、可能な限り他の工程と同時に脱硫が実施
できる処理法が求められている。
【0004】Mgは周知の通り強力な脱酸・脱硫力を有
している。したがって、Mgを溶鋼の脱酸・脱硫剤とし
て有効に利用できれば、短時間で効率的な脱酸・脱硫を
達成することが可能となる。しかし、Mgは反応性が高
く、また、溶鋼温度における蒸気圧が高いため、操業の
安定性・安全性の面から、Mgを単体で溶鋼中に投入し
て脱酸・脱硫をおこなうことは事実上困難である。
【0005】このような観点から、Mgを溶鋼に添加す
る場合、「Mg合金」として投入することが一般的であ
る。例えば、特開平5−311225号にはMg源とし
てFe−Si−Mg合金,Fe−Mn−Mg合金,Fe
−Si−Mn−Mg合金を用いる方法が、特開平5−2
71743号にはAl−Mg合金を用いる方法が、特開
平6−248324号および特開平7−48616号に
は上記の他にさらにSi−Mg合金を用いる方法がそれ
ぞれ開示されている。また、特開平7−48617号に
はMgを含浸させたMg−Cokeを用いる方法が開示
されている。これらの技術は、いずれもMg源中のMg
添加速度を0.002〜0.100kg/t−溶鋼/分
という低速の添加速度にコントロールしなくては好適に
実施できない。その理由として、Mg添加速度が0.1
00kg/t−溶鋼/分を超えると溶鋼飛散が激しくな
る点を、上記文献は教示している。
【0006】また、脱酸剤とフラックスを混合状態で溶
鋼中に添加する方法も知られている。特開昭62−78
16号ではSi,Al,Ca,Mg,REMの1種又は
2種以上の脱酸剤と、CaO系またはCaO−SiO2
系フラックス、またはこれにアルカリ金属やアルカリ土
類金属のフッ化物,酸化物を含む合成フラックスとを混
合状態で溶鋼に添加し、脱酸生成物の合体・浮上を促進
させる脱酸方法を提案している。しかし、この先行技術
においても、Mgに関しては合金として添加する例しか
記載されていない。Mg源とフラックスを混合状態で添
加する方法においても、合金化Mgを使用しないような
Mg添加技術は依然未解決のままである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、Mgに
よる脱酸・脱硫法については種々の開発例があるが、合
金化等の処理をしたものをMg源として使用せざるを得
ないのが現状であり、コストの面でも処理時間の面で
も、現実の操業現場における要求を満たすに足る技術は
確立されていない。本発明は、合金化等の処理をしたM
gを使用することなく、単体の金属Mgを配合成分とし
て利用した低コストで簡便なMg添加技術であって、よ
り短い処理時間でより確実な脱酸・脱硫効果が得られる
技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、金属Mg
(マグネシウム)を5〜25重量%配合し、残部にMg
O(酸化マグネシウム)およびCaF2(フッ化カルシ
ウム)を配合し、かつ、重量%で表されるこれら配合成
分の組成において次の(1)式および(2)式の関係が
成立している溶鋼の同時脱酸脱硫剤によって達成され
る。 金属Mg(%)+MgO(%)+CaF2(%)≧90 -----(1) 1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5 -----(2) また、必要に応じてさらにCaO(酸化カルシウム)を
配合することができ、この場合は、重量%で表される配
合成分の組成において次の(1)式,(2)式および
(3)式の関係が成立している溶鋼の同時脱酸脱硫剤を
提供する。 金属Mg(%)+MgO(%)+CaO(%)+CaF2(%)≧90 ----- (1) 1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5 -----(2) MgO(%)≧1.5×金属Mg(%) -----(3) また、この同時脱酸脱硫剤を溶鋼中に添加する方法とし
て、これらの脱酸脱硫剤を鉄被覆してワイヤ形状にした
ものを、Mg純分供給速度に換算して0.2〜0.8k
g/t−溶鋼/分の供給速度で溶鋼中へ添加する方法を
提供する。ここで、金属Mg(%),MgO(%),C
aO(%),CaF2(%)は、それぞれ、金属Mg,
MgO,CaO,CaF2についての重量%で表される
配合割合を意味する(以下、同様)。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の同時脱酸脱硫剤の構成上
の特徴を列記すると、次のとおりである。 Mg源として、特に強力な脱酸力と脱硫力を兼ね備
える「金属Mg」を採用したこと。 残部にフラックス成分を配合したこと。ここで、フ
ラックスは、金属Mgの反応により生成した脱酸・脱硫
生成物を直ちに結合・凝集させて浮上させ、スラグ中へ
の捕捉を促進する役割を果たすものである。 そのフラックス成分として、MgOとCaF2を利用
したこと。 そして、Mg源およびフラックス成分の配合組成
を、最適な範囲に限定したこと。ここで、最適な範囲と
は、現実の操業現場での安全・確実な添加を可能にし、
かつ、脱酸と脱硫を同時に高いレベルで達成することを
可能にする範囲を意味する。本発明者らは、フラックス
成分のMgOの存在が、金属Mgの利用を現実的に可能
にすることを見出し、本発明を完成させた。
【0010】本発明の同時脱酸脱硫剤において、Mg源
として金属Mgを利用するのは、金属Mg自体が合金化
等したMgより反応性に富むため金属Mgを使用すれば
脱酸・脱硫処理時間の短縮が図られること、および、合
金化等の処理が不要となり、例えばMg粉末等をそのま
ま配合できるためコスト低減が図られるからである。ま
た、金属Mgは沸点が1107℃であり、溶鋼温度では
気化(=蒸発)する性質を有する。したがって、溶鋼投
入時に一旦気化したMgは、溶鋼の撹拌にも寄与する。
【0011】金属Mg配合割合を5〜25重量%に規定
する理由は次の通りである。金属Mgの配合割合が25
重量%を超えると、残部のフラックス量が相対的に不足
し、その結果、脱酸・脱硫反応により生成したMgO,
MgS等を溶鋼中で直ちに結合・凝集させることが充分
達成できない。また、反応が激しくなりすぎ、操業の安
定性が損なわれる。逆に5重量%未満になると十分な脱
酸効果が得られない上、フラックス量が相対的に多くな
りすぎるため、スラグ量の無用な増大をまねく。したが
って、現実的な操業での投入を考慮したとき、金属Mg
配合量は5〜25重量%に制限される。
【0012】本発明の同時脱酸脱硫剤において、フラッ
クス成分としてMgOを使用するのは、脱酸・脱硫反応
を担う金属Mgを溶鋼中に安定して存在させ、反応効率
を高めるためである。また、金属Mgが脱酸反応を起こ
すときに、一旦溶鋼中に溶解・気化したのち、溶鋼中の
酸素と反応し、脱酸生成物を形成すると考えられるが、
周囲に脱酸生成物と同質のMgO(フラックス)が存在
すれば、このMgOが脱酸生成物の析出核となりうる。
【0013】フラックス成分として配合するCaF
2は、スラグの融点を低くする作用を有するので、スラ
グを溶融状態に安定に保って浮上・除去されてきた脱酸
生成物,脱硫生成物をスラグ中に確実に捕捉させること
に寄与する。本発明者らは、CaF2のさらなる作用と
して、CaF2をある規定量以上に配合したとき、脱硫
反応が著しく促進されることを見出した。すなわち、金
属Mgを5〜25重量%配合した脱酸脱硫剤において
は、CaF2(%)がMgO(%)の2/3以上(換言
すればMgO(%)/CaF2(%)≦1.5)となる
ようにCaF2を配合したとき、溶鋼の強脱酸が進行す
ると同時に、溶鋼中全酸素濃度が100ppm以下の領
域において、脱硫が迅速に進行することがわかった。こ
の脱硫の進行は、CaF2の配合割合が上記未満の場
合、非常に緩慢であるか、あるいは脱硫そのものが認め
られない。
【0014】一方、MgO(%)/CaF2(%)が1
未満である脱酸脱硫剤を使用した場合、スラグの温度低
下が大きくなり好ましくない。以上のことから、本発明
における同時脱酸脱硫剤のフラックス成分の配合組成
は、1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5Mg
O、となるように決定した。
【0015】本発明では、金属Mgと混合するフラック
スとして、MgO,CaF2の他にさらにCaOを添加
してもよい。CaOも脱酸生成物の析出核となり、脱酸
反応の促進に寄与するからである。ただし、本発明では
前述のとおり、金属MgとMgOとCaF2の相乗作用
による強脱酸・強脱硫効果を利用するので、過剰のCa
Oの配合はこの効果を却って薄めることになる。本発明
者らは、金属MgとMgOとCaF2の相乗作用につい
て種々調査した結果、その効果を十分に発揮させるため
には、MgO(%)≧1.5×金属Mg(%)、なる関
係を満たすようにMgOを配合させることが重要である
ことを見出した。したがって、フラックス成分としてC
aOを配合させる場合にあっては、この関係式を満たす
ようにCaOの配合割合の上限が規制される。なお、本
発明では、金属Mg,MgO,CaO,CaF2の他
に、脱酸剤やフラックスとして有効に作用する成分、例
えば、Ca,希土類金属等を合金として配合させたり、
SiO2等を配合させることが可能である。ただし、こ
れらの過剰の添加は前記本発明の作用効果を薄めるので
好ましくない。そこで、本発明では、CaOを配合させ
ない場合には、金属Mg(%)+MgO(%)+CaF
2(%)≧90、また、CaOを配合させる場合には、
金属Mg(%)+MgO(%)+CaO(%)+CaF
2(%)≧90、の関係を満たすことを条件として配合
成分の範囲を限定する。
【0016】Mgは高蒸気圧元素であるため、より低温
の場所において添加すべきであり、一般的には連続鋳造
タンディッシュや連続鋳造モールドでの添加が望まし
い。本発明の同時脱酸脱硫剤は、添加時の溶鋼の飛散を
顕著に防止できることから、取鍋での添加も可能であ
る。通常、取鍋,連続鋳造タンディッシュ,連続鋳造モ
ールドのうちの1箇所で添加すれば良いが、溶鋼中の酸
素量,硫黄量を特に厳密にコントロールする場合は、上
記の複数箇所で添加する。すなわち、中間で成分チェッ
クを行い、その結果を反映させて再度添加することがで
きる。
【0017】本発明の同時脱酸脱硫剤を溶鋼に添加する
際の具体的な方法としては、インジェクション法,投射
法,ワイヤーフィード法等が考えられる。このうち、添
加速度の調整が容易で、かつ作業性にも優れるワイヤー
フィード法が好適に用いられる。すなわち、本発明の同
時脱酸脱硫剤が露出しないように鉄で被覆したワイヤを
溶鋼中に送給する方法が最も効果的である。
【0018】本発明の同時脱酸脱硫剤を鉄被覆したワイ
ヤを溶鋼中に投入するに際しては、ワイヤ投入速度を、
Mg純分の供給速度に換算して0.2〜0.8kg/t
−溶鋼/分にコントロールすることにより、最大の効果
が得られる。Mgは非常に反応性が大きいので、通常、
安全面から供給速度の上限が厳しく制約されるが、本発
明の同時脱酸脱硫剤では溶湯の飛散が抑制されるため、
上記のような高速供給が可能となった。供給速度が0.
2kg/t−溶鋼/分未満では処理時間が長くなり、生
産効率・コストの点で、本発明の同時脱酸脱硫剤の特性
を十分に生かしきれない。
【0019】
【実施例】
(実施例1)300kg高周波溶解炉において、表1に
示す化学組成に調整した溶鋼(約1620℃)を用いて
脱酸・脱硫実験を行った。
【0020】
【表1】
【0021】同時脱酸脱硫剤として、金属Mg粉末を1
0重量%、MgO粉末を50重量%、CaF2粉末を4
0重量%に配合した混合粉を使用した。この同時脱酸脱
硫剤を鉄被覆してワイヤ状とし、図1に示すワイヤフィ
ード法で投入した。ワイヤ送給速度は、ワイヤフィーダ
により27m/分に調整した。このときのMg純分供給
速度は0.5kg/t−溶鋼/分に相当した。表2に、
処理条件をまとめて示す。
【0022】図2に、溶鋼中の全酸素濃度([O])お
よび硫黄濃度([S])の経時変化を示す。[O]は5
0ppmまではほぼ直線的に低下し、投入開始後5分で
15ppmまで低下した。[O]≦100ppmでは
[S]も直線的に低下し、最終的に14ppmまで低下
した。また、得られた鋼材中の介在物の大部分はMgO
であり、そのサイズは極めて微細であった。表3に、最
終成分分析値等の実績をまとめて示す。なお、表3中の
平均脱酸速度(min-1)は、脱酸反応が1次反応で進行
すると仮定し、−d[O]/dt=K([O]−[O]
i)、(ここで、[O]:初期酸素濃度(ppm),
[O]i:到達酸素濃度(ppm))として求めたもの
である。
【0023】(実施例2)実施例1と同様の溶鋼を用い
て脱酸・脱硫実験を行った。ここでは、脱酸脱硫剤とし
て、MgOに加えてCaOを配合したものを用いた。す
なわち金属Mg粉末を10重量%、MgO粉末を45重
量%、CaO粉末を10重量%、CaF2粉末を35重
量%に配合した混合粉を使用した。この混合粉を鉄被覆
したワイヤを投入速度27m/minで投入した。この
ときのMg純分供給速度は0.5kg/t−溶鋼/分で
あった。処理条件は表2に示したとおりである。[O]
は50ppmまではほぼ直線的に低下し、投入開始後5
分で13ppmまで低下した。[O]≦100ppmで
は[S]も直線的に低下し、最終的に12ppmまで低
下した。また、得られた鋼材中の介在物の大部分はMg
Oであり、そのサイズは実施例1と同様に極めて微細で
あった。最終成分分析値等の実績は、表3に示したとお
りである。
【0024】(比較例1)実施例1と同様の溶鋼を用い
て脱酸・脱硫実験を行った。ここでは、脱酸脱硫剤とし
て、金属Mgの量が少ないものを用いた。すなわち金属
Mg粉末を2重量%、MgO粉末を59重量%、CaF
2粉末を39重量%に配合した混合粉を使用した。この
混合粉を鉄被覆したワイヤを投入速度27m/minで
投入した。このときのMg純分供給速度は0.1kg/
t−溶鋼/分であった。処理条件は表2に示したとおり
である。図3に、このときの溶鋼中の全酸素濃度
([O])および硫黄濃度([S])の経時変化を示
す。[O]は緩やかに低下し、投入開始後12分でも4
6ppmまでしか低下しなかった。[S]は直線的に低
下したが、43ppmまでしか低下しなかった。最終成
分分析値等の実績は、表3に示したとおりである。
【0025】(比較例2)実施例1と同様の溶鋼を用い
て脱酸・脱硫実験を行った。ここでは、脱酸脱硫剤とし
て、CaF2の配合比率が低いものを用いた。すなわち
金属Mg粉末を10重量%、MgO粉末を60重量%、
CaF2粉末を30重量%に配合した混合粉を使用し
た。この混合粉を鉄被覆したワイヤを投入速度27m/
minで投入した。このときのMg純分供給速度は、実
施例と同様の0.5kg/t−溶鋼/分であった。処理
条件は表2に示したとおりである。図4に、このときの
溶鋼中の全酸素濃度([O])および硫黄濃度
([S])の経時変化を示す。[O]は実施例と同様に
50ppmまで直線的に低下したが、その後脱酸の停滞
が起こり、投入開始後5分で53ppmであった。
[O]≦100pmの範囲で[S]は直線的に低下した
が、49ppmまでしか低下しなかった。最終成分分析
値等の実績は、表3に示したとおりである。
【0026】(比較例3)実施例1と同様の溶鋼を用い
て脱酸・脱硫実験を行った。ここでは、脱酸脱硫剤とし
て、MgOを使用せず、代わりにSiO2を使用したも
のを用いた。すなわち金属Mg粉末を10重量%,Si
2を50重量%,CaF2を40重量%に配合した混合
粉を使用した。この混合粉を鉄被覆したワイヤを投入速
度27m/minで投入した。このときのMg純分供給
速度は、実施例と同様の0.5kg/t−溶鋼/分であ
った。処理条件は表2に示したとおりである。このとき
の溶鋼中の全酸素濃度([O])は50ppmまで直線
的に低下したが、投入開始後5分で46ppmであっ
た。[O]≦100pmの範囲で硫黄濃度([S])は
直線的に低下したが、53ppmまでしか低下しなかっ
た。最終成分分析値等の実績は、表3に示したとおりで
ある。
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、反応性が極めて高いM
gを利用して、溶鋼の脱酸処理および脱硫処理を同時に
高いレベルで、しかも安全かつ迅速に達成することが可
能となった。本発明では、合金化等の処理をしたMg源
を使用することなく、金属Mgの使用を可能にした脱酸
脱硫剤の配合組成を明らかにした。これに従えば、合金
化等の処理を施さずに、簡便に低コストで脱酸脱硫剤を
調製できる。また、本発明の同時脱酸脱硫剤は、金属M
g本来の高い反応性を発揮しつつも、溶鋼への投入に際
してはスプラッシュの飛散を抑制する。このため、従来
よりも格段に高い速度でMgを溶鋼中へ供給することが
可能となった。以上のように、本発明は、従来、実操業
での採用が難しかったMg添加技術の問題点を大幅に改
善したので、製鋼現場でのMg脱酸・脱硫技術の実用化
に貢献でき、結果として、清浄度の高い高品質の鋼の普
及が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ワイヤーフィード法による同時脱酸脱硫剤の溶
鋼への添加方法を示す図である。
【図2】実施例1における、溶鋼中の全酸素濃度
([O])および硫黄濃度([S])の経時変化を表す
グラフである。
【図3】比較例1における、溶鋼中の全酸素濃度
([O])および硫黄濃度([S])の経時変化を表す
グラフである。
【図4】比較例2における、溶鋼中の全酸素濃度
([O])および硫黄濃度([S])の経時変化を表す
グラフである。
【符号の説明】
1 ワイヤフィーダ 2 ペイオフリール 3 ガイド 10 同時脱酸脱硫剤充填ワイヤ 11 ワイヤから溶鋼中に供給された同時脱酸脱硫剤 20 耐火物容器 21 溶鋼
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 義夫 広島県呉市昭和町11番1号 日新製鋼株式 会社技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属Mgを5〜25重量%配合し、残部
    にMgOおよびCaF2を配合し、かつ、重量%で表さ
    れるこれら配合成分の組成において下記(1)式および
    (2)式の関係が成立している溶鋼の同時脱酸脱硫剤。 金属Mg(%)+MgO(%)+CaF2(%)≧90 -----(1) 1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5 -----(2)
  2. 【請求項2】 金属Mgを5〜25重量%配合し、残部
    にMgO,CaOおよびCaF2を配合し、かつ、重量
    %で表されるこれら配合成分の組成において下記(1)
    式,(2)式および(3)式の関係が成立している溶鋼
    の同時脱酸脱硫剤。 金属Mg(%)+MgO(%)+CaO(%)+CaF2(%)≧90 ----- (1) 1≦MgO(%)/CaF2(%)≦1.5 -----(2) MgO(%)≧1.5×金属Mg(%) -----(3)
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の同時脱
    酸脱硫剤を鉄被覆してワイヤ形状にしたものを、Mg純
    分供給速度に換算して0.2〜0.8kg/t−溶鋼/
    分の供給速度で溶鋼中へ添加する溶鋼の同時脱酸脱硫方
    法。
JP4219696A 1996-02-06 1996-02-06 溶鋼の同時脱酸脱硫剤およびそれを使用した溶鋼の同時脱酸脱硫方法 Withdrawn JPH09209026A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1094403C (zh) * 1998-08-18 2002-11-20 大石桥市金属镁厂 涂层金属镁粒的生产方法
KR100491335B1 (ko) * 2003-03-03 2005-05-25 (주)디엠 탈산 및 탈황효율이 향상된 제강 및 주강용 탈산-탈황제및 이의 제조방법
JP2007254843A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Jfe Steel Kk 溶銑の脱硫処理方法

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