JPS6045245B2 - 溶融金属の精練方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 、ｉレー Ｐｆ”、・門−ｆ７−に゜〒１ 豊−Ａｌ、
釦一ーコロＩ八 １Ｊ−Ａ三１｜１、、−ｉｒＪμガス
、真空精練容器内で有効な溶鋼、鉄基、ニッケル基等の
溶融金属（以下溶湯と称す）の脱硫精練の改良に関する
。

真空下で金属の溶解、精練に用いる耐火物は高温に耐え
、かつ真空精練過程で炭素等の強力な脱酸作用に耐える
必要上化学的、物理的に安定な塩基性耐火物が多用され
ている。

真空又は不活性ガス雰囲気下での精練は、溶湯の清浄化
には効果を発揮するが、脱硫に関したは無力であり、こ
の雰囲気下での脱硫の可能性の検討が急務である。

真空又はアルゴンガス雰囲気下での、精練中の脱酸、脱
硫について、特開昭５０−１２６５１１号、特開昭５０
−１２６５１６号及び特開昭５２−５８０■号に、それ
ぞれ酸化カルシウム（ＣａＯ）含有率の高い、ＣａＯ４
０％以上を含む及び６０％以上を含む塩基性耐火物で裏
付けされた溶解炉又は取鍋を用い、真空又はアルゴンガ
ス雰囲気下で溶湯中にアルミニウム（Ａｌ）又はその合
金を添加することを特徴と・する脱酸、脱硫方法が堤案
されている。

この原理は、Ａｌの過剰添加により耐火物中のＣａＯを
還元し、還元生成物であるカルシウム（Ｃａ）により、
溶湯中の硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）を除去するものとされ
ている。

しかし、この方法・ではにを０．０６〜２０％又は０．
００５〜０．０６％溶湯中に残留させることが必須要件
とされ、含Ａｌ合金にのみ適用可能な方法と考えられる
。これに対し本発明は、石灰質耐火物の脱硫能に関する
詳細な研究をもとに以下の諸点を原理とすＪるものであ
る。

ａ溶湯と石灰質耐火物間の脱硫反応は、（１）式で示さ
れる通り、溶湯一耐火物界面の活性な酸化カルシウム（
ＣａＯ）の所で起る。

ここで〔 〕は、溶湯中に溶解している状態を示す。

ｊ′ｂ溶湯一耐火物
界面の活性なＣａＯは、時間とと？：→？？；６二Ｃａ
Ｓ）に変化し、×Ｓ〕昼吉；遍＝温！峠＝ニニ；顛以内
に硫黄（Ｓ）が高濃度に検出される事実からもうなづけ
る。

ｃ （１）式で示される脱硫反応は〔Ｓ〕の還元反応で
あり、溶湯が還元性であることを要するが、必ずしもＡ
１を過剰に含有する必要はなく、Ａ１により軽度に脱酸
された状態、硅素による脱酸、又は真空下での炭素によ
る脱酸を行つた状態でも十分である。

これは後述の実施例３及び４も証明している。ｄ耐火物
表面に生成されたＣａＳは、活性なＣａＯと溶湯との直
接接触を遮断し、脱硫反応を阻害する。

この脱硫反応を継続させるためには、このＣａＳを除去
する必要があり、例えば適切な量ずつ均一に溶損により
除去される必要がある。これは、後述の実施例１及び２
が明らかに証明している。ｅ溶湯の耐火物との接触部は
、脱硫による低硫化及び溶損耐火物が富化された境界層
を形成し重量％速度を低下させる。

したがつて溶湯を攪拌保持することにより〔Ｓ〕の移動
および溶損耐火物の浮上分離することにより、脱硫を促
進することができる。このことは攪拌効果の大きい低周
波誘導炉を使用した実施例３及びアルゴンガス攪拌した
実施例４の結果から明らかである。以上の原理を実現さ
せるため、石灰質耐火物の材質及び精練方法の検討の結
果、脱硫性のすぐれた耐火物が一定の溶損をする過程で
脱硫作用を完成することが判つた。

本発明は脱硫性にすぐれた溶湯の精練方法を提Ｂ供する
ことを目的とする。以下実施例により本発明を証明する
。

実施例１ 電融石灰質クリンカー、各種焼結石灰質クリンカー、合
成ドロマイトクリンカーを配合して、第１表に示す覧１
〜ＮＯ．６の材質について、５０×５０×２００ｍの定
形レンガを成形、焼成し、５０ｋ９高周波誘導溶解炉に
、マグネシアモルタルを目地材として内張りし、その脱
硫性の有無を比較した。

溶解材料はＪＩＳＳＵＳ４２ＯＪＩ（０．２％Ｃ−０．
４％Ｓｉ−０．６％ｈ−１３％Ｃｒ）鋼を脱硫性をみる
ため硫黄を０．０５％添加した母材で行つた。溶解はア
ルゴンガス雰囲気下とし、溶解後溶湯温度を１６００℃
に１時間保持し、スラグの有無を観察し、鋳造後硫黄分
析した。また耐火物の風化性をチェックした。第１表に
使用耐火物の成分分析値と溶解情況を示す。ここで脱硫
性は、脱硫率＝（１−（鋳造後硫黄％／母体硫黄％））
刈００％で判断し、◎は５０％以上、Ｏは２０〜５０％
、Δは５〜２０％、×は５％以下とした。また風化性で
、Ｏはほとんどなし、Δは少々あり×は有りとした。

第１表より次のことが判断できる。

酸化硅素ＳｉＯ２は風化防止のために経験的に約１％以
下である必要があるが、この結果からも確認できる。Ｃ
ａＯは脱硫性から９０％以上必要である。鉱化剤として
のＦｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ，は含有量が多い程ＣａＯが不
足するから制約があり、特にＦｅ２Ｏ，については、約
５％以下である必要がる。またスラグの発生すなわち溶
損は脱硫性にとつて必要であることがうかがえる。実施
例２ 第１表に示した試料ＮＤ．ｌ及び試料ＮＯ．３に、溶損
量調整剤として、アルカリ金属酸化物である酸化ナトリ
ウムＮａ２Ｏ及び酸化カリウムＫ２Ｏをそれぞれ微量配
合した定形レンガを、実施例１と同一条件で各々連続３
ヒートの溶解テストした。

第１図は溶損量調整剤配合（重量）％と１ヒート当りの
溶損量との関係を示す。

本図から試料ＮＯ．ｌは無配合の場合２．５〜３ｍの１
ヒート当り溶損量を示し、溶損量調整靜ごＯの配合によ
りほぼ配合率に比例して、溶損量がさらに増加すること
を示している。

また試料ＮＯ．２は無配合の場合約０．４Ｗ＄ｔの１ヒ
ート当り溶損量を示し、溶損量調整剤Ｋ２Ｏの配合によ
りほぼ配合率に比例して、溶損量がさらに増加すること
を示している。この結果は、鉱化剤又はＭｇＯの含有量
調整により溶損量調整剤を添加しない場合にも１ヒート
当り溶損量の調整が可能であることを示唆している。ま
た溶損量調整剤を補助的に添加することにより、１ヒー
ト当りの溶損量がより広範囲に確実に調整可能になるこ
とを示している。この結果からアルカリ金属酸化物が、
溶損量調整剤として有効であることが判る。

次に第２図はこのときの脱硫率と１ヒート当り溶損量と
の関係を示す。

本図で破線は第１図の破線に対応して、試料ＮＣ）．３
＋Ｋ２Ｏでの、実線は同様に試料ＮＯ．ｌ＋Ｎａ２Ｏで
の脱硫率の３ヒートの最高、最低及び平均を表わす。こ
れより脱硫率は、１ヒート当り溶損量に強く影響され、
１ヒート当り溶損量約４ＷＥ１１！までは１ヒート当り
溶損量と共に増加するが４ＷＲ以上では飽和状を呈し、
徒らに内張りの損失を増加する。また試料ＮＯ．ｌ＋Ｎ
ａ２Ｏと試料ＮＯ．３＋Ｋ２Ｏとは同じ１ヒート当り溶
損量では脱硫率は最大、最小、平均とも大差はないこと
が判る。脱硫率が飽和状を呈する１ヒート当り溶損量は
、溶湯量とこの溶湯が接する耐火物の表面積の比すなわ
ち溶湯の平均深さにより変化すると考えられ、本実施例
より大型の炉等の容器の場合は増加する。

また本実施例はアルカリ金属酸化物の添加量を最大２．
３重量％までとしたが、少くとも３％までは特に大巾な
変化なしに溶損量は延長線的に増加するものと思われる
。ｌ実施例３ 第２表に成分分析値と特性値を示す実施例１で用いた試
料ＮＯ．ｌおよび別種の試料Ｎｃ）．７をベースとした
二種の石灰質耐火レンガで内張りした６トン低周波真空
誘導溶解炉を用いて、連続２０ヒート溶；解した。

その内１２ヒートのデータを第３表に示す。本表に掲げ
ない８ヒートは再現性テストのため本表に掲げたと同種
合金について行い、十分な再現性があることを確認した
。第３表は１２種の合金について、溶落時のＣｌＳｉ．
Ａｌの含有量（重量）％と素材、溶落時および精練後の
Ｓの含有量の増減をまとめたものである。

本表から次のことが言える。溶落時にＡＩが、Ｎｉｌ（
検出されず）でもＣ，．Ｓｉ等の存在により脱硫効果が
あり、Ｃ，．Ｓｉ等の含有量により脱硫率が影響される
。

すなわち、溶落時にＣＯ．Ｏ５％以上を含むＮＯ．ｌ、
ＮＯ．５〜１２のうち、大気溶解のため十分な還元性雰
囲気とならないＮＯ．ｌ２以外はＮを添加することなし
に十分低いＳ含有量に溶落ちまでの時間内又は精練中に
脱硫されている。ＮＯｌ２は大気溶解のため不利な条件
であるが、溶落ちまでにＡｌ添加することなしに、約５
０一％の脱硫率が得られている。したがつて上記のよう
に溶湯が、一定量以上の炭素を含有すればＮＯ．ｌｌに
示す不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気中はもちろん
大気溶解でも十分な脱流が期待できる。また溶落時にＣ
Ｏ．Ｏ５％以下、かつＳｉＯ．ｌ％以下である）＆）．
２，Ｎ０．３，Ｎ０．４は溶落時にはほとんど脱流され
ていない。このうちＮＯ．２，ＮＯ．３は溶落後ＡｌＯ
．Ｏｌ％添加して、やや脱硫されているが、５０％・以
上の脱硫率を期待するためには溶湯のＡｌ含有量が０．
０２％以上必要であろう。さらに合金相互間に被脱硫性
に差がることがうかがえ、特にＮＯ．４は被脱硫性が良
いようである。本実施例に用いた誘導炉、特に低周波誘
導炉に”は攪拌作用があり、特別な攪拌手段を用いるこ
となく良好な攪拌作用により脱硫促進効果が得られる。
実施例４ 電気アーク炉て溶解した被数種の溶鋼を除滓後裸溶で、
第２表に示す石灰質耐火レンガＮＯ．７を内張りした２
０トン取鍋に出鋼し、１２〜１紛間取鍋内真空脱ガス処
理を行つた。

真空槽内圧力を０．５〜５Ｔ０ｒｒに保ち、取鍋座部よ
りポーラスプラグにより、アルゴンガスを吹込み攪拌保
持した。第４表にその例を示す。本表の鋼種はいずれも
ＣＯ．Ｏ５％以上およびＳｉＯ．ｌ；％以上を同時に満
足している。

またいずれも溶落時のＮ分析結果はＮｌｌであつた。本
表より、次のことが言える。

アルゴン吹込みによる攪拌をしなかつたＮＯ．ｌ，ＮＯ
．５，ＮＯ．９はＮの添加の有無に関係なく脱硫率はい
ずれも悪い。

またこの中でもＡ１を添加したＮＯ．ｌ，ＮＯ．５の脱
硫率１１％、８％よりＮを添加しないＮＯ．９の脱硫率
２３％の方が高い。これはＡｌＯ．Ｏ３％の作用よりＣ
の含有量の多いことによる作用が大きいことを示してい
る。アルゴン吹込量がＴＯｔａｌ３６ＯＯＮＩと少ない
ＮＯ．７は、脱硫率３１％と不十分である。

またＮ添加しないで、アルゴンの攪拌のみのＮＯｌＯ，
ＮＯｌｌは脱硫率６２％、６０％といずれも良好である
。

ここに、アルゴンガス吹込みにより攪拌による脱硫促進
効果が明瞭に表われている。

本実施例ては、ＡｌＯ．Ｏ３％添加の効果は、Ｃ．．Ｓ
ｉの一定量以上の存在によりマスクされて見い出せない
。

以上４実施例では、いずれも定形耐火物を内張ちした容
器内で行つたものであるが、不定形耐火物を周知の方法
て内張りしても、同様の効果を期待することができる。

また攪拌手段は、実施例４で示した不活性ガス吹込みに
よる方法、実施例１，２および３に示した誘導溶解に伴
う攪拌効果によるものの他、周知の攪拌手段を用いても
同様の効果が期待できる。さらに脱酸剤として、Ｃａを
還元生成するほど強力である必要はなく、詳述したＣ，
Ｓｉ，Ａｌの他、周知の脱酸剤でも有効である。以上詳
述したように、本発明は下記のごとく要約できる。

（１）酸化カルシウム９０％以上、酸化硅素１％以下、
酸化鉄５％以下を含む耐火物を直接又は（２）Ｋ２Ｏ．
．Ｎａ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物等の溶損量調整剤を
含有した又は含有させた定形又は不定形耐火物で内張り
した容器内で、（３）ＣＯ．Ｏ５％以上、ＳｉＯ．ｌ％
以上、ＡｌＯ．Ｏ５％以上を含有する又は添加すること
により含有する溶湯を、耐火物を溶損させることにより
脱硫し、かつ溶湯を攪拌することにより脱硫を促進せし
める精練方法である。

そして本発明が特に主張する技術は、脱酸材とｌして、
必ずしもにを必要とせずＣＯ．Ｏ５％以上、ＳｉＯ．ｌ
％以上又はＴｉ，Ｍｇ等の剤で脱酸された状態で内張り
を溶損させ、かつ溶湯を攪拌保持することにより効果的
に脱硫することである。

以上詳述したように本発明は、特に脱硫に対し無力であ
る真空又は不活性ガス雰囲気下で容易に高率の脱硫を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルカリ金属酸化物を添加した石灰質耐火物の
１ヒート当り溶損量を示すグラフ、第２図は１ヒート当
り溶損量に対する脱硫率を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、酸化カルシウム９０％以上、酸化硅素１
   ％以下、酸化鉄５％以下を含む耐火物で内張りした容器
   内で、重量％で炭素０．０５％以上、硅素０．１％以上
   、アルミニウム０．０２％以上およびこれ等を同等以上
   の脱酸性を有するものの一種以上を含む溶融金属を、該
   耐火物内張りを溶損させることにより脱硫し、かつ該溶
   融金属を攪拌保持することにより、該脱硫を促進するこ
   とを特徴とする溶融金属の精練方法。 ２ 耐火物内張りが、定形耐火物で構成される特許請求
   の範囲第１項記載の溶融金属の精練方法。 ３ 重量％で、酸化カルシウム９０％以上、酸化硅素１
   ％以下、酸化鉄５％以下および溶損量調整剤３％以下を
   含んだ定形耐火物で内張りした容器内で、重量％で炭素
   ０．０５％以上、硅素０．１％以上、アルミニウム０．
   ２％以上およびこれ等を同等以上の脱酸性を有するもの
   の一種以上を含む溶融金属を、該耐火物内張りを溶損さ
   せることにより脱硫し、かつ該溶融金属を攪拌保持する
   ことにより、該脱硫を促進させることを特徴とする溶融
   金属の精練方法。 ４ 溶損調節剤が、アルカリ金属酸化物であることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の溶融金属の精練方
   法。 ５ 真空誘導炉内で攪拌保持することを特徴とする特許
   請求の範囲第１、２、３、および４項記載の溶融金属の
   精練方法。