JPH11293327A

JPH11293327A - 直流電気炉製鋼法

Info

Publication number: JPH11293327A
Application number: JP10246898A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogawa; 雄司小川; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】直流電気炉でスクラップ等の含鉄冷材を溶解
して溶鋼を製造する際に、脱硫精錬を効率良く行うため
の直流電気炉製鋼法を提供する。【解決手段】上部電極と炉底電極を有する直流電気炉
を用いて含鉄冷材を溶解し溶鋼を製造するに際して、第
１工程として上部電極側を負極、炉底電極側を正極とし
て直流アークにより含鉄冷材を溶解し、次いで第２工程
として上部電極側を正極、炉底電極側を負極として溶鋼
の脱硫精錬を行うことを特徴とする直流電気炉製鋼法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電気炉でスク
ラップ等の含鉄冷材を溶解して溶鋼を製造する際に、脱
硫精錬を効率良く行うための直流電気炉製鋼法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に製鋼用電気炉は、溶解期終了後必
要に応じて酸化精錬を行い、その後還元精錬期を設けて
脱硫等の精錬を行う。還元精錬期には、塩基性造滓材を
添加して高塩基性スラグを形成させると共に、フェロシ
リコンやコークス等の還元剤を用いて、スラグ中の酸化
鉄濃度を低下させることが必要である。

【０００３】電気炉における脱硫は、気化脱硫によるも
のが少く、もっぱらスラグへの分配により行われるの
で、脱硫率を高めようとすると、造滓材や還元剤の使用
量が多くなると共に、製鋼時間の延長や電力原単位の増
加が避けられない。

【０００４】近年電炉鋼の低硫化、極低硫化の要請が高
まり、そのため種々の操業上の工夫がなされている。例
えば、特開昭５３−８３９１９号公報には、硫黄分１０
ｐｐｍ以下の低硫鋼を溶製するための電気炉における溶
鋼の脱硫精錬法が開示されている。

【０００５】しかし、このような低硫鋼を溶製しようと
すると、造滓材、還元剤の使用量が多くなってコスト高
になると共に、生成スラグ量が多くなって廃棄物処理上
も問題となり好ましくない。

【０００６】一方、近年電気炉の製鋼時間を短縮するた
めに、溶解期終了後に取鍋に出鋼し、取鍋精錬炉（Ladl
e Furnace、ＬＦ法）において脱硫等の精錬を行う方法
も普及してきている。しかし、この方法においても、脱
硫精錬を強化しようとすると、上述の問題があることに
変わりはなく、脱硫精錬を抜本的に改善しうる手段を実
現することが望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な製鋼用電気炉における脱硫精錬の問題点に鑑み、新た
な精錬原理を導入して、造滓材、還元剤の使用量や生成
スラグ量を大幅に低減しうる手段を提供することを目的
とする。

【０００８】またこれにより、電気炉における製鋼コス
トを大幅に低減すると共に、資源の節減及び廃棄物処理
の問題に寄与しうる手段を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、直流電気炉において電解精錬の原
理を利用することに着眼した。製鋼用直流アーク炉は、
従来の交流アーク炉に比してフリッカー障害が軽減でき
大電力投入が容易になるため、近年我国においてはその
設置数が急速に増えている。

【００１０】図５に従来の直流アーク炉の構造例を示す
が、１本の上部電極１を負極とし、炉底電極２を正極と
して通電する。このような極性（以下、上部負極性とい
う）にする理由は、熱電子が溶鉄面に当った方が熱効率
が良く、かつアークの安定性が良いためである。

【００１１】溶解期のアークの安定性と熱効率を高める
ためには、上部負極性にすることが必要であるが、電解
精錬の原理を利用する上では、上部正極性にする必要が
ある。本発明者らは、直流電気炉において上部正極性に
することにより、スラグへのＳの移行が著しく促進され
ること及び気化脱硫（液相中のＳが雰囲気の酸素で酸化
され、気相に移行する脱硫）が著しく促進されることを
知見した。

【００１２】また、溶解期は上部負極性とし、精錬期に
上部正極性に変えることにより、アークの安定性や熱効
率上の不利はほとんど問題にならないことを知見した。

【００１３】本発明はこれらの知見に基くものであっ
て、その要旨は、 (１)上部電極と炉底電極を有する直流電気炉を用いて含
鉄冷材を溶解し溶鋼を製造するに際して、第１工程とし
て上部電極側を負極、炉底電極側を正極として直流アー
クにより含鉄冷材を溶解し、次いで第２工程として上部
電極側を正極、炉底電極側を負極として溶鋼の脱硫精錬
を行うことを特徴とする直流電気炉製鋼法である。

【００１４】また、(２)前記第２工程において横吹き羽
口又は／及びインジェクションランスから酸素ガスをア
ーク火点に向けて吹き付けて気化脱硫を促進させること
を特徴とする前項(１)記載の直流電気炉製鋼法である。

【００１５】さらに、前記第２工程開始時の溶鋼中炭素
濃度を０．５〜２重量％の範囲内に調節することを特徴
とする前項(２)記載の直流電気炉製鋼法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、前記の第２工程における
精錬原理を説明するための模式図である。上部正極性で
あるから、電子は溶鋼３側から上部電極１側へ流れる。
その際、スラグ−メタル界面近傍で、溶鋼中の[Ｓ]に電
子が供給されてＳ^2-イオンになり、スラグに移行する。
同時にスラグ中のＦｅⁿ⁺、Ｍｎ²⁺等の金属イオンに電子
が供給され、これらがメタル側に移行する還元反応も進
行する。

【００１７】一方、スラグ−気相界面では、Ｓ^2-イオン
が電子を放出すると共に、気相中のＯ₂と結合してＳＯ₂
(ｇ)を生成する、いわゆる気化脱硫反応が促進される。
後記の実施例に示すように、上部正極性にした場合に、
上部負極性の場合に比して脱Ｓ速度、スラグ−メタル間
のＳの分配比((Ｓ)／[Ｓ])及び気化脱硫率が大幅に増大
するのは、上記の精錬原理による効果と考えられる。

【００１８】上記の気化脱硫反応は、主に高温のアーク
火点近傍で進行するから、火点近傍の雰囲気中のＯ₂濃
度を高めることも、脱硫を促進する上で重要である。し
たがって、請求項２記載の本発明は、第２工程におい
て、横吹き羽口又はインジェクションランスから酸素ガ
スをアーク火点に向けて吹き付けることを特徴とする。

【００１９】酸素ガスの吹き付けは、スラグ面より上の
炉腹部に設けられた横吹き羽口を用いて行ってもよく、
水冷式或いは非水冷式のインジェクションランスを炉肩
部等から炉内空間部に挿入して行ってもよい。

【００２０】酸素ガスは必ずしも純酸素である必要はな
く、一部非酸化性ガスを含んでいてもよい。酸素ガスの
流量もとくに規定する必要はなく、アーク火点近傍の酸
素濃度を所定の値、例えば２０％程度以上にするに十分
な流量であればよい。

【００２１】また、上記のようなアーク火点への酸素ガ
スの吹き付けを行った場合、脱炭反応が過剰に進行し、
溶鋼が過酸化になって好ましくない場合がある。通常第
２工程の時間は５〜１０分程度であるが、この間の脱炭
量は０．５〜２．０％になることが経験的に知見され
た。

【００２２】したがって、前記のアーク火点への酸素ガ
スの吹き付けを行う場合には、必要に応じて第１工程の
含鉄冷材の溶解中又は溶解完了時に炭材等の固体炭素源
を溶鋼に添加し、又は第１工程で脱炭して、第２工程開
始時の溶鋼中[Ｃ]を０．５〜２重量％の範囲内に調節し
ておくことが望ましい。

【００２３】

【実施例】以下、実施例に基き本発明の効果を具体的に
説明する。図５に示すような形状の試験用直流アーク炉
を、電極極性の切替えが可能なように改造して、本発明
の方法を実施した。本試験炉の炉床内径は１．２ｍ、電
源容量は１２ＭＷで、上部電極は径１８インチの黒鉛電
極、炉底電極は多ピン式空冷電極である。

【００２４】本試験炉を用いて、普通鋼スクラップを溶
解精錬するに際し、溶解期は上部負極として約１０ｔの
スクラップを溶解し、実施例は精錬期に上部正極に切替
えた場合、比較例は上部負極のまま精錬した場合で、両
者の脱硫性能を比較した。

【００２５】実施例、比較例共に溶解条件を同一にし、
溶解終了後生石灰を２５ｋｇ／ｔ、フェロシリコンを
７．８ｋｇ／ｔ添加して、造滓と脱酸行った後、６００
〜７００ｋＷ／ｔの電力を印加しつつ、約５分間脱硫精
錬を行った。脱硫精錬開始時の溶鋼[Ｃ]は約０．１％、
溶鋼温度は約１６００℃で、実施例、比較例とも略同一
にした。

【００２６】図２に脱硫精錬時の溶鋼[Ｓ]の変化の比較
を示す。図に見られるように、上部を正極した実施例で
は、脱Ｓ速度が大きい。また、脱硫精錬終了時の(Ｓ)／
[Ｓ]は比較例では９であったのに対し、実施例では４８
と著しく大きくなった。また、Ｓバランスから推定した
気化脱硫率は、実施例で６０％、比較例で５％であっ
た。

【００２７】さらに、電極極性を変えた時の効果を明ら
かにするため、上記の比較例と略同一条件で約５分間脱
Ｓを行った後、極性を上部正極に切替えて、溶鋼[Ｓ]の
変化を調査した。結果を図３に示す。

【００２８】図に見られるように、上部負極で精錬し
[Ｓ]の低下がやや頭打ちになった後、上部正極に切替え
て脱硫精錬を続けることにより、さらに溶鋼[Ｓ]が著し
く低下することが確められた。

【００２９】また、図３の極性切替え点(Ａ点)における
(Ｓ)／[Ｓ]は９、気化脱硫率は約５％であったのに対
し、終了点(Ｂ点)における(Ｓ)／[Ｓ]は５４、気化脱硫
率は５８％となり、極性の切替えにより、スラグへのＳ
の分配と気化脱硫が促進されることが確かめられた。

【００３０】さらに、アーク火点に酸素ガスを吹き付け
ることによる気化脱硫促進の効果を調査した。酸素ガス
の吹き付けは、炉肩より２本の水冷のインジェクション
ランス（出口ノズル径６ｍｍ）を炉内に挿入し、全酸素
ガス流量を２Ｎｍ³／minとした。前記の実施例（精錬期
に上部正極に切替え）とほぼ同じ溶解・精錬条件で、酸
素ガスの吹き付けを行った場合と行わない場合の脱硫性
能を比較した。なお、脱硫精錬開始時の溶鋼[Ｃ]は共に
約０．５％に調整した。

【００３１】図４に、溶鋼[Ｓ]の変化の比較を示す。酸
素ガスの吹き付けを行った方が、溶鋼[Ｓ]の低下が大き
い。また、酸素ガス吹き付けを行わなかった場合の脱硫
精錬終了時の(Ｓ)／[Ｓ]は４８、気化脱硫率は６０％で
あったのに対し、吹き付けを行った場合の(Ｓ)／[Ｓ]は
１６、気化脱硫率は８９％となった。

【００３２】上記の結果から、第２工程で上部正極と
し、かつ酸素ガスの吹き付けを行った場合には、スラグ
に残留するＳ分は少く、大部分が気化脱硫していること
が分かる。したがって、上記の方法は用いれば、スラグ
をＣａＯ源としてリサイクルすることが可能になり、廃
棄物処理の面からも本発明の意義は大きい。

【００３３】なお、本発明の方法は直流アーク炉のみな
らず、常圧又は減圧の直流プラズマアーク溶解炉等にも
適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、直流電気炉でスクラップ
等の含鉄冷材を溶解して溶鋼を製造する際に、極めて効
率良く脱硫することが可能になった。これにより、造滓
材、還元剤の使用量が大幅に低減し、製鋼コストを著し
く削減でき、生成スラグ量も大幅に低減できるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精錬原理を説明するための模式図

【図２】電極極性による脱硫性能の比較例を示す図

【図３】脱硫精錬中に極性を切換えた場合の溶鋼[Ｓ]の
推移例を示す図

【図４】アーク火点への酸素ガスの吹き付けの有無によ
る脱硫性能の比較例を示す図

【図５】従来の直流アーク炉の構造例を示す図

【符号の説明】

１上部電極２炉底電極３溶鋼４スラグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部電極と炉底電極を有する直流電気炉
を用いて含鉄冷材を溶解し溶鋼を製造するに際して、第
１工程として上部電極側を負極、炉底電極側を正極とし
て直流アークにより含鉄冷材を溶解し、次いで第２工程
として上部電極側を正極、炉底電極側を負極として溶鋼
の脱硫精錬を行うことを特徴とする直流電気炉製鋼法。
【請求項２】前記第２工程において横吹き羽口又は／
及びインジェクションランスから酸素ガスをアーク火点
に向けて吹き付けて気化脱硫を促進させることを特徴と
する請求項１記載の直流電気炉製鋼法。
【請求項３】前記第２工程開始時の溶鋼中炭素濃度を
０．５〜２重量％の範囲内に調節することを特徴とする
請求項２記載の直流電気炉製鋼法。