JPS60152610A - 取鍋内スラグの還元改質法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、溶融金属あるいは合金の処理方法、特に製
鋼工程内で溶鋼を取鍋内で処理する方法に関する。

（従来技術） 溶鋼の取鍋自処理は、溶鋼中の＠素や硫黄を除くことを
主目的とし、一般に還元精錬である。還元精錬を行うに
際し、前工程である製鋼炉（溶解あるいは酸化精錬を主
目的にする）内で午成したスラグが混入すると、還元精
錬の進行を阻害する。

この対策として現在とられているものに次のようなもの
がある。

（１）製鋼炉からの出端時に混入するスラグを少なくす
る（実公昭４４−５９３６号公報）。

ＧＤ混入して取鍋内に入ったスラグを除去する（特公昭
５７−６１１５３号公報）。

呻混入して取鍋内に入ったスラグを、Ａｔなどの還元剤
を用いて還元処理する。

（ψ混入したスラダヲ極力除いた稜新たに石灰などの造
滓剤を加えて、還元性のスラグを造る。その場合に、熱
源としては黒鉛に１１１極とする交流ア−りが用いられ
ることが多い（特公昭５５−３２７６４号公報）。

しかし、こわらの方法はいずわも、精錬機能や処理に用
するコストなどの点で問題があり、不純物（酸素、硫黄
、リン、窒素など）の少ない溶鋼を安価に製造するとい
う観点からは不充分である。

すなわち、製鋼炉内のスラグの混入抑制は作業的に限度
があり、かつ混入を全安定して最少レベルに保つことは
むつかしい。また、取鍋内のスラグを除去することは、
作業費のほかに時間がががったシ（その間、溶鋼温度が
低下する）、溶鋼歩留が低下したり、コストアップに結
びつき易い。

また溶鋼面がスラグでカバーされない状態では溶鋼は雰
囲気から吸窒しやすい。

混入したスラダヲＡｔなどの還元剤添加で還元処理する
方法は、スラグを還元するにはＡｔが高価な還元剤であ
ることのほかに、混入スラグ中の不純物、例えばリンが
同時に還元して溶鋼中に戻るという問題がある。

混入スラグ全極力除いた後、新たな造滓剤を加えて還元
スラグを造る方法は、還元精錬を安定して行うという点
からは従来の方法の中では最も確実なものと言えるが、
処理時間が長く、コストが高いこと、また溶鋼の窒素レ
ベルが高くなシやすいことなどの問題がある。

したがって、製鋼炉から混入した酸化性スラブが次工程
の還元精錬に及ぼす悪影響を安価に、安定して低減し、
同時に溶鋼中に入ることが望ましくない不純物（雰囲気
からの窒素、酸化性スラグ中からのリン）の混入を防止
できるような方法を開発することが望まわている。

（発明の目的） 本発明は、出鋼時に混入した酸化性スラグを安価・安定
した方法で還元改質するとともに、酸化性スラグ中に含
まわていたリンが溶鋼に戻ることおよび窒素全吸収する
ことを防止することを目的としている。

（発明の構成） 本発明の特徴とする処は、製鋼炉のような、溶融状態の
金属あるいは合金を加熱しながら処理する装置から、取
鍋のような運搬用容器に溶融物を移した後、後者の容器
内において、前者の装置内に存在していたスラグの一部
が混入した状態で、スラグをプラズマ加熱して還元処理
することを特徴とする取鍋内スラグの改質方法である。

本発明を実施するのに用いる設備の一例を第１図に示す
。溶融金属あるいは合金を収納する容器１は、製鋼炉の
ような、溶融状態の金属あるいは合金を加熱しながら処
理する装置と、鋳造のための装置の間を連結するだめの
移動可能な運搬用容器であり、通常、取鍋と称されてい
るものである。

通常の取鍋と同様に鋳造工程用のスライディングノズル
２などの装置が装着されている。通常の取鍋と異なるの
は陽極４を取り出すための部分３がつけられていること
である。

本発明の処理は、溶融金属あるいは合金を収納する容器
の上方からプラズマトーチ８が容器内に挿入される。プ
ラズマによって供給される熱量と、ガス（炭化水素、水
素など）あるいは固体状（炭素質）で加えられる還元剤
によって、混入スラグ（５） ６中の酸化物（鉄やマンガンなどの酸化物）の還元反応
を行う。

なお、溶鋼５、スラグ６の攪拌が強すぎるとリンの還元
がおこり復リンが進行するので好ましくない。一方、ス
ラグの攪拌が弱いとスラグ全体の還元反応が進みにくい
。この矛盾を解決するために、プラズマトーチ８を例え
ば移動装置９の助けにより容器内で移動可能とし、非攪
拌の状態でもスラグの各部分を順次プラズマ加熱して還
元全効率的に進行できるようにしている。

以上のような処理を行って、スラグの還元改質（同時に
Ｍｎの還元回収がおこる）を行う際に、必要とあれば溶
鋼への合金剤を酸化物の形で添加する。加えられた酸化
物は−Ｈスラグに入った後、プラズマによって与えられ
る熱と還元剤の共存によって還元され溶鋼中に入る。第
１図の１０はこのような合金剤の酸化物をプラズマアー
ク１３近傍に添加するための装置であり、１２はホッノ
９−である。なお、この装置を用いて、石灰やアルミナ
など、生成するスラグ組成を調整するための造（６） 滓剤を添加することもできる。

このように取鍋のような容器内でプラズマアークでスラ
グを加熱することにより混入した前工程のスラグの還元
改質を効率的に行い、その際、リン、窒素などの不純物
が溶鋼が入ることを防止することができ、従来の混入ス
ラグの除去後、造滓する方法の問題点が解決される。

さらに必要により、合金剤を酸化物の形で添加し、合金
コストダウンをはかることもできる。

（作用） 本発明の処理は、溶融全極あるいは合金、例えば溶鋼が
、製鋼炉から該容器に移さね、かつ↓鋼炉内に存在して
いたスラグ（＃化鉄や酸化マンガンを含む、所謂、酸化
性スラグ）の一部が混入している状態から開始する。勿
論、この混入スラグを少なくするだめの処理、例えばス
ラグ流出防止や、取鍋での排滓処理を合せて行っておく
ことは差支えない。

この容器の上に蓋１１が置かれる。こねは容器内への外
気の侵入を抑制して容器内の雰囲気を非酸化性に保つと
ともに、後述のプラズマの輻射エネルギーを有効にスラ
グの還元改質に用いるためのものである。

プラズマトーチは、所謂、移行型でありトーチを陰極と
する。プラズマアークを容器内のスラグの各部分にあて
るためのトーチの移動方式としては例えば、同心円状の
運動、らせん状の運動などがある。いずれの場合にも運
転中に、トーチ先端とスラグ面の間隔、スラグの各部分
でのトーチの移動速度などが制御されるように、トーチ
の容器内への挿入深さ、トーチの傾き角度、トーチ回転
速度などが調整される。

プラズマトーチの移動速度が大きすぎると、表面が凝固
したスラグ上にプラズマアークがあたることになシ、ア
ークが不安定に々る。しかし、アークのあたる部分のス
ラグが溶け、かつその部分に含まれる鉄やマンガンの酸
化物が十分に還元されるような速度で移動すればアーク
は安定している。本発明ではプラズマトーチを移動する
目的は面状をなしている取鍋内スラグを順次、還元改質
してゆくことにある。したがってプラズマトーチ先端の
移動速度は４　Ｖｍｉｎ以下であることが望ましい。

なお、容器（取鍋）へのスラグ混入量が多く、プラズマ
アークのスタートがしにくい場合には、第２図に示すよ
うなアークスタート用ブロックが用いられる。これは黒
鉛ブロック２１と鉄棒２２の組合せからなシ、これを容
器内に投入すると黒鉛の部分はスラグの上部に出、一方
、鉄棒の部分は溶鋼中に浸漬される。プラズマトーチ先
端を黒鉛ブロックの上方、約５０〜１００ｇｍに近づけ
てノクイロットアークを発生すれば、安定してメインア
ークを発生させることができる。

プラズマ作動ガスは、水素、炭化水素、Ａｒガスあるい
はＮ２ガスのいずれか、あるいはその組合せからなる。

酸化物を還元するための還元剤はプラズマ作動ガスであ
る水素、炭化水素、あるいはスラグ上に撒布される、固
体質炭素（コークス、黒鉛など）である。

還元剤として水素あるいは炭化水素を用い友場（９） 合には、スラグ還元とともに溶鋼中に水素が移行する。

しかし、本処理後、従来法による脱ガス処理を行えば水
素を除くことは可能である。

還元すべき酸化物が鉄、マンガンなどの酸化物である場
合には、いずれの還元剤を用いても十分に低い濃度まで
還元できる。しかし、もっと還元しにくい酸化物（８１
０２など）を対象にする場合には水素だけでは十分に還
元が進行しない。固体炭素質が共存することが望ましい
。

々お、固体炭素質７を添加しても、後述のように溶鋼−
スラグが攪拌されてい々いので、固体炭素質が溶鋼と直
接接触しにくい。したがって、溶鋼への加炭はほとんど
おこらない。

プラズマアークが発生するとスラグの溶融がおこシ・ス
ラグの電気伝導が可能になシアークが持続する。溶融ス
ラグが固体炭素質、あるいは水素などの還元ガスと接触
した状態で加熱されると、スラグ中の還元さ力やすい酸
化物から順次還元がおこる。通常のスラグ成分ではその
順は鉄酸化物、マンがン醗化物、そしてシリコン酸化物
の順であ（１０） る。どこまで酸化物を還元させるかは、還元剤の添加量
とプラズマアーク出力及びトーチ移動速度によって制御
できる。

スラグ還元時にスラグから溶鋼への復リンを防止するた
めに、本処理中溶鋼は強制攪拌なしの状態に保たれる。

このような状態でプラズマ加熱によシスラグの炭素ある
いは水素還元を行うと、発生するガスによシ、スラグ中
で過飽和になったリン分が亜酸化物（ＰＯｘ：　ｘ　＝
　１．２）あるいは元素状リンとなって気化したものが
スラグから運び出されるため、溶鋼への復リンを抑制で
きる。

以上の過程を、プラズマトーチを移動させながら行うこ
とによシ、容器（取鍋）内のスラグの還元改質が復リン
を防止しつつ進行する。

本発明の方法は取鍋内溶鋼がスラブでカバーされている
状態で処理されるため、雰囲気からの吸窒の抑制の点で
は有利である（従来の、除滓後新にスラグを作シかえる
方法に比して）。窒素は一旦溶鋼中に入ると、真空脱ガ
スによっても低いレベルまで降下せしめることはむつか
しいので、吸窒を抑制できることは低窒素鋼を製造する
という点から極めて有利である。

なお、酸化物として添加して、プラズマと還元剤によっ
て還元させ溶鋼に合金できるものとしては、Ｍｎ　＋　
Ａｔ＋　Ｔｌ　ｌＮｂ　、　Ｖ　＋　Ｍｏ　＋　Ｎｌ　
ｔ　Ｃｒなどがある。

以上の処理を終りた後、水素などのガス成分の除去、酸
化物系の介在物を除去して清浄化するなどの必要がある
時は、容器（取鍋）を既存の脱ガス処理工程にまわす。

従来法と異なり混入スラグが十分に還元さねているので
、脱ガス処理中にスラグからの溶鋼への酸素供給がない
。したがって、脱ガス時の攪拌によって溶鋼の清浄化が
進みやすいＯ なお、以上の説明では主として製鋼工程で取鍋処理を行
うことを対象として述べてきたが、この方法は炉から取
鍋に溶湯を移す工程を含む他のプロセスにもほとんどそ
のまま通用できる（フェロアロイ製錬など）。

（実施例） １、転炉で溶製したＣＯＯ１０５％、８１：０．０１％
。

Ｍｎ　：　０．１５％、ｐ　：　ｏ、ｏｏｓ％、８　：
　０．００５％。

Ｈ：　２．３　ｐｐｍ　、　Ｎ　：　１５　ｐｐｍ、温
度１６０５℃の溶鋼を１５０を取鍋に出鋼する。この際
に、ＣａＯ：５２％、８１０２：２８％ｌＭｇＯ：　５
　％　、ＣａＦ２：　３％。

ＭｎＯ：　５％＋　Ｔ−Ｆｅ　：　３％、　Ｐ２Ｏ５：
　１．２％のスラグ３ｔが混入して取鍋に入った。

取鍋内のスラグ面上に５〜２０闘φのコークス１５０　
ｋＦｉを撒布し、取鍋の中央部に第２図に示すような黒
鉛と鉄棒の組合せからなるブロックを置いて、取鍋に蓋
をかぶせ、プラズマトーチを取鍋内に挿入した（第１図
）。

プラズマトーチはＡｒ　（５０ｌ／ｍｉｎ　）を作動ガ
スとする移行式のもので、前述の黒鉛と鉄棒の組合から
なる場所でアーク発生を行い、以後、トーチ先端とスラ
グ面の間の距離を２００〜３００ｍｍ（電圧１８０ｖ〜
２７０Ｖ）、トーチ先端の移動速度を２．２　Ｖｍｉ　
ｎとするらせん運動を行わせる。

電流は３０００Ａ〜６０００Ａの範囲である。なお（１
３） アークを発生しつつ、Ａｔ２０３粉の添加を行う（総量
１５０　ｋｇ）。アークを発生している時間は２５分で
取鍋内スラグの還元改質を終了した。

処理後の溶鋼は、Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：０．０２％。

Ｍｎ　：　０．２１％、Ｐ　：　０．００９％、Ｓ　：
　０．００３％。

Ｈ：　２．５　ｐｐｍ　、　Ｎ　：　１７　ｐｐｍ、温
度１６０８℃でありた。一方、処理後のスラグは、Ｃａ
Ｏ＝　５２％。

Ｓ１０□＝２７％、Ａｔ２０３＝１２％、　ＭｇＯ＝　
５％。

ＣａＦｗ３％、　ＭｎＯｊ＝　０．２％ｒ　Ｔ、Ｆｅ　
ロ０．１％、　ｐ２ｏ５−０．０５％であった。復リン
、加炭、吸窒を抑制しつつ、スラグ中のＭｎＯ・Ｆｅ　
ＯＸの還元が行なわわている。

この溶鋼、スラグを取鍋ごと移動してＲＨ法で真空脱ガ
スした。１５分間処理後の溶鋼中のｅ素は１２ｐｐｍで
ある。　混入スラグを還元改質しないで、ＲＨ処理した
時には得られる溶鋼中の酸素量は２８ｐｐｍであシ、有
意差が認められる。

２、実施例１の処理のスラグの還元改質処理に引き続い
て、プラズマトーチ位置を取鍋中心に戻した後、Ｎｂ２
Ｏ５を１５　ｋｐ／ｍｉｎで３．８分間供給し、さく１
４） らに５分間プラズマ加熱をつづける。処理後の溶鋼中Ｎ
ｂは０．３１％で、Ｎｂ分の歩留は９６．８％であった
。

（発明の効果） 本発明は出鋼時に取鍋内に混入したスラグを還元改質す
るもので機能的には、従来の取鍋内に混入したスラグの
除去後、スラダ作υかえ（造滓剤を添加し黒鉛アーク加
熱する）の工程を置換しうるものである。従来法に比し
て処理コストの大幅低下とともに、窒素などのガス成分
のピックアップを抑制するという点では有利である。従
来の脱ガス処理工程と組合せて用いることにより、高純
、高清浄の溶鋼の量産化を可能にし、鋼材の品質向上を
介して工業的な効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の１例を示す
説明図、第２図は本発明において、スラグ存在状態でプ
ラズマアークの発生を容易にするために用いるブロック
の１例を示す図である。 １：運搬用容器、２ニスライデイングノズル、３：陽極
をとりだすための部分、４：陽極、５：溶融金属あるい
は合金、６：混入スラグ、７：還元剤、８：プラズマト
ーチ、９：プラズマトーチ移動用装置、１０：酸化物、
フシックス供給装置、１１：蓋、１２：ホラ・や−１１
３：プラズマアーク、２１：黒鉛ブロック、２２：鉄棒
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｌ！！鋼炉のような、溶融状態の金属あるいは合
   金を加熱しながら処理する装置から、取鍋のような運搬
   用容器に溶融物を移した後、後者の容器内において、前
   者の装置内に存在していたスラグの一部が混入した状態
   で、スラグをプラズマ加熱して還元処理すること全特徴
   とする取鍋内スラグの改質方法。
2. （２）還元剤として黒鉛、コークスのような固体炭素質
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲（１）記載の
   方法。
3. （３）プラズマトーチの移動を行いつつ加熱を行うこと
   を特徴とする特許請求範囲（１）記載の方法◇（４）溶
   鋼への合金剤全酸化物として添加すること全特徴とする
   特許請求範囲（１）記載の方法、