JPS6063307A - 極低炭素鋼の転炉製鋼法 - 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】 （技　術　分　野） 炭素濃度が１００　ｐｐｍ以下の極低炭素溶鋼を酸素転
炉で溶製する改良方法に閃しこの明細書に述べる技術内
容は、この種極低炭素溶鋼を、真空脱ガス精錬の助は分
かりることなく、転炉吹錬のみによって実現することに
関連し、転炉Ｆ　ｅｌｌ法の属している技術分野に位置
している。

（背　景　技　術） １００　ｐｐｍ以下の極低炭素鋼を転炉のみにょって製
造することの意翰を、自動車用鋼材として多１用される
超深絞り用鋼板の例について見ると、以下のとおりであ
る。

超深絞り用極低炭素冷延鋼板を連続焼なまし設備で熱処
理する場合には、従来加熱・急冷後に再度加熱し、過時
効処理を行うという複雑なプロセスが必要で、しかも、
過時効処理によったとしても、なお必ずしも十分な非時
効性分安定して確保できるとは限らない。

この点、炭素量がたとえばａ　ｏ　ｐｐｍ程度の如き・
□・極低炭素の鋼板を用いると、単純な加熱・冷却のみ
で十分な深絞り性と安定した非時効性が得られることが
最近に至って判明した。

この例でも明らかなように、炭素含有量を１１００ｐｐ
以下に低下させると”８・１種に応じて種々の優□れた
特性が得られるが、このような極低炭素鋼の溶製は、一
般に転炉などの製鋼炉で精錬した炭素量５００　ｐｐｍ
以下の溶Ｍを、ＲＨ又はＤＨ方式などの真空精錬処理を
長時間にわたり施してはじめて可能である。

しかし、真空処理時間が長びくと、処理中の温度降下に
より次工程の連続鋳造に適した溶鋼温度を確保し難くな
り、その対策として、真空処理に先立つ転炉出ｍ泪度を
大幅に高めると、転炉の耐火物痔命が低下してコスト上
昇や、修理のための能率低下などの問題が派生する。

（従来技術とその問題点） ところで酸素上吹き転炉において炭素濃度が１００　ｐ
ｐｍ以下といった極低炭素濃度域まで脱炭することは、
これまで経済的に不可能とされていた。この理由は、炭
素濃度が低下した溶鋼に０２ガスを上吹きランスがら吹
き付けると、脱炭反応とともに溶鉄の酸化反応が生じ、
炭素濃度の減少につれて鉄の酸化反応が脱炭反応を上ま
わることとなり・鉄の酸化損失が増大して鉄源の歩止り
が大幅に低下することによる。

このため一般に、酸素上吹き転炉での脱炭限界は１５０
〜２５０　ｐｐｍとされている。

別の方法として、鉄の酸化反応の抑制下に、脱炭反応な
進行させるために、上吹きランスがらの１０２ガスに、
窒素やＡｒガスなどの不活性ガスＥＵ人させることも提
案されている。これは、不活性ガスを混入させることで
、通常は大気圧相当と考えられている炉内の一酸化炭素
分圧を希釈して低下させ、次式 ％式％（９） なる反応を鉄の酸化反応 Ｆｅ　＋　３ＡＯ２→ＦｅＯ に優先させて脱炭を図るものである。

しかし、この方法においても、せいぜい１２０ｐｐｍ程
度が到達限界値とされ、１００　ｐｐｍ以下の極低炭素
鋼を得ることはできない。なおこの方法では、鉄の酸化
損失を不可避に随伴し、鉄の歩止りは９０％以下に低下
する。

一方、Ｑ−ＢＯＰなどの酸素底吹き転炉によって１５０
　ｐｐｍ程度の極低炭素鋼を溶製した例はあるが、底吹
き転炉では酸素のほが冷却剤や石灰なども底吹きするの
で、吹込み装置や、目詰りせずに粉体を吹込む付帯設備
などのため、設備費がかさんで精錬コストも高くなる。

（発明の目的） 上に述べたところにおいて転炉吹銖のみにて極低炭素鋼
の溶製を可能とすることにより、真空処理工程の省略さ
らには該処理に随伴する耐火物原単位の抑制による、大
幅な能率向上ならびにコストダウンを実現することかこ
の発明の＠】の目的であり、また、上掲の大幅な鉄源歩
留りの低下なしに、炭素濃度１００１）ｐｍ以下の如き
極低炭素鋼の吹錬を達成することかこの発明の第２の目
的であり、さらには上吹き転炉に不活性ガス吹込口を取
り付ける簡単な改造の下で容易に実施でき、しかも１０
０　ｐｐｍ以下までの脱炭を確実に実現できる安価な製
鋼法を提供することが、この発明の第３の目的である。

ここにたとえば自動車用極低炭素鋼板は）高台金ｗ４な
どに比べてはるかに低価格の量産品であって、真空処理
工程の省略や炉体設備費の節約はもちろん、能率や歩止
りのわずかな向上でも価格競争力に極めて大きな影響を
及ぼすところであり、それ故上記のような極低炭素鋼の
溶製に当って、上記の開目的な達成することの有用性は
、著大である。

（発明の端緒） 上に触れたところにおいて、従来の転炉においては、炭
撰ぶ度を、１００　ｐｐｍ以下に低減することが一般に
困難であった問題点の解決Ｇこ関して一種々の実験研究
を行い、以下のべるこの発明を完成するに至ったのであ
り、この実験の一端に言及すると次のとおりである。

すなわち、従来法において、妖の酸化損失が増大し、し
かも到達可能な炭素濃度の下限値が１２０ｐｐｍに限定
された理由について、５トン試刷転炉を用いて実験を行
った結果、炭素濃度が、８ｏ。

ｐｐｍ以下の低炭素一度域では、吹錬中の溶鋼内に・温
度と成分の著しい偏在の生じていることがまず明らかと
なった。

これは低炭素誌度領域にて脱炭反応が不活発になるため
浴中から発生するｃＯカス量が減少して、ＣＯガスによ
る溶鋼の攪拌効果が低下を来すことによると推察された
。とくに炭素濃度の著しい偏在は、火点近傍以外の領域
では炭素ね度が高いにもかかわらず、０２ガスが浴と接
する火点領域では炭素濃度が極端に低くなることに帰因
し、脱炭反応が阻害されて鉄の酸化のみが進行し、この
ためせいぜい炭素濃度１２０１）１）ｍ程度の、低炭素
銅しか得られないことが明らかとなった。

以上の実験小実に着目して最終脱炭時期の鋼浴ＪＰｉ拌
を強化し、浴内の炭素濃度の不均一性を解消するように
、上吹き転炉の炉底がら羽口を通したアルゴン、室累な
どの不活性ガスの吹き込を、上吹きランスから酸素と不
活性ガスの混合ガスの細浴上べの吠き付けに併用するこ
とを試みたところ鉄源掛止りをあまり低下させずに１０
０　ｐ、ｐｍ以下の極低炭素一度溶鋼を溶製し得ること
が見出された。

（発明の構成） この発明は、転炉による吹錬中最終脱炭時期に上吹きラ
ンスにより酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを上吹き
し、これとともに、炉底から不活性ガスを鋼浴中に吹き
込むことを特徴とする極低炭素鋼の転炉製鋼法である。

ここに最終脱炭時期つまり上吹きランスがらの純酸素ガ
スを不活性ガスとの混合ガスに切替えるとともに炉底か
ら不活性ガスの吹込みを開始する時点については、炭素
濃度がａ　ｏ　ｏ　ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ程度に低下し
たときか望ましく、ａｕｏｐｐｍよりも高濃度域Ｇこお
ける過早切替えでは、酸化鉄の生成は抑制されるか、１
００　ｐｐｍ以下の炭素濃度までの脱炭に、徒らに長時
間３要し、またその間に多量の不活性ガスを使用するの
で経済的でなし）〇 一方、　１５０　ｐｐＩｎより低い炭素濃度にて切替え
を行うと、その後の混合ガスによる脱炭時間は短縮され
るが、混合ガスに切替えるまでの期間での蔽の酸化損失
が大きく、歩止りの低下をまねく。

この切替え時期の判定は、センサーによる実測によるほ
か、推定計算たとえば酸素の累積吹込舟や時間の推移、
又は炉頂の炎や圧力等、経験的判断要素によっても実用
上支障ない判定が可能であＱｉ不活性ガス流ｆｆｉ、Ｑ
○２酸素ガス流Ｊ、７（、）については、混入比率が大
なるほど、鉄の酸化損失が抑制されるが、混合ガス吹針
による脱炭時間が増大し、不活性ガス使用量が多くなっ
て経済的でなく、逆に混入比率が低いと、鉄の酸化損失
が増大し、鉄の歩止りが低下するのみならず、脱炭反応
が停滞し、】ｏ　ｏ　ｐｐｍ以下の極低炭素謡度に到達
するに安する時間が増大する。このような観点から、混
入比率には最適値が存在し、実験の結果によると混入率
の下限は０．８以上、より望ましくは、０・５以」二そ
して上限については、専ら経済的な見地で０．９程度と
することが好適であることかわかつた。

次Ｏこ、底吹きガスの流量に関しては１１Ｉ！、吹きガ
ス流量が大きいほど酸化鉄の生成が抑制され、また、到
達炭素濃度も低下するが、１１００ｐｐ以下の炭素濃度
の溶鋼を得るには、溶鋼１トン当りＵ、０８　Ｎｍ　／
ｍｉｎ　、望ましくは０．０５　Ｎｍ　／ｌＴ］ｉｎ　
、以上のガス流量の必要なことが明らかとなった。

実験操業 炉底に３闘〜５譚１１１径のステンレス鋼管製の羽口を
８〜６本設けた５トン上、底吹き転炉を用意し、これに
通常成分の脱硫処理後の溶銑（Ｇ＝４．０〜４．８％、
　Ｓｉ　＝　０．２〜０．４％、　Ｍｎ＝　ｔＪ、２５
〜０．３５％、Ｐ＝０．１０〜０．１２％、Ｓ＝０．０
１Ｕ〜０．０２５％；溶銑温度１２３０〜１２７０°Ｃ
）を約５トン装入し、標準の吹錬条件は底吹き不活性ガ
スカｉｌ、爪を溶鋼１トン当りｏ、ｏ　ａ　Ｎｍ　／ｍ
１ｎとし、上吹き酸素ガス流量を１５　Ｎｍ８／ｍｉｎ
　ｃこ定めて、吹錬開始後約２０分の時点で炭素濃度か
２００〜ａ　ｏ　ｏ　ｐｐｍとなった最終脱炭時期に至
って、上吹き酸素ガスにＡｒガスを混入率０．２〜０．
８の範囲にて、酸素ガスとＡｒガスの流量の和を一定値
の１５　Ｎｍ８／ｍｉｎ。

として混入し、同時に、底吹きガス流ｆｆｌを溶鋼１ト
ン当り０．０３〜０．６　Ｎｍ　／ｍｉｎまで増加させ
その後５〜１０分間の実験吹錬企５３チャージにわたっ
て行った。

これらの実験によって５〜１０分の混合ガス吹錬条件の
関係を調べた。

その結果の一例につき第１図には、上吹き酸素への不活
性ガスの混入率と到達炭禦杉度の関係を示す。不活性ガ
スの混入率０．４以上で１　ｏ　ｏ　ｐｐｍ以下の炭素
濃度が得られ、とくに０．５以上では安定した脱炭が可
能である。次に第２図には底吹き羽目からの不活性ガス
泥足と到達炭素濃１グの関係を示Ｔ。ｌ！−／ｌより、
ｌｏｌｌ）Ｉ）ｍ以下の極低炭素濃度溶鋼を安定して得
るには、溶鋼１トン当り０．Ｏ８Ｎｍ８／ｍｉｎ以上の
底吹き不活性カスｉｔ　ｆｆ＋が必要である。

実炉操業 以上の基礎的な実験の成果を踏まえて、１５０トン転炉
において前述とほぼ同一組成の溶銑を用いて極低炭素鋼
溶製の実炉操業実験を行った。実験条件は、次のとおり
である。

上吹き０２ガス流ｍ　：　４８０　Ｎｍ　／ｍｉｎ底吹
き不活性ガス流量（溶鋼］トン当り）：純酸紫吠錬期ｔ
１．０３　Ｎｍ　／ｍｉｎ混合ガス吹錬期０．０６　Ｎ
ｍ　／ｍｉｎ　〜０．２　Ｎｍ　／ｍｉｎ混合ガス吹錬
期の不活性ガス（Ａｒ　）混入率＝０．４〜ｏ、’ｓ（
酸素ガスと不活性カスの合計の流量は４３０　Ｎｍ　／
ｍｉｎ　チ一定）純酸緊から混合ガスへの切替時期 ：　Ｃ０）−１６０〜８０（ｌｐｐｍ 混合ガス吹錬時間・４〜１０分 以上の条件で、合計１７チヤージの実験を行った。また
これらの実験と同時に底吹き不活性ガスの吹き込みを行
わず、上吹きガスのみにより、流量、混合率、切替時期
は止揚したところに揃えた比較実験も９チャージ行った
。

これらの吹錬における到達炭素濃度は、この発明に従い
平均値としてｅ　ａ　ｐｐｍ　、標準偏差が２８ｐｐｍ
であり、鉄源小止りは平均９２．２％であった。・一方
、比較例では、炭素濃度の平均値が１４０ｐｐｎで標準
偏差が４２１）ｌ）ｍであり、鉄源小止りは平均８８．
１％であった。

この発明によれば、比較例とくらべて、鉄の酸化ロスの
増加なしに到達炭素態度の平均値とｄらつきが減少して
いる点において優れた方法と云える。

（極低炭素溶鋼の溶製が製鉄工場設値に及ぼす影響）以
上の例から明らかなように、この発明は種々の利点を有
するが、製鋼炉としてＬｌ）転炉は其えるが、真空脱カ
ス設４１ｉ’・を有しない製鉄工場にて、その圧延ヤー
ドに′Ｍ続貌なまし設備を新設する場合、この発明はと
くに有利に適用できる。すなわち、従来技術によれば、
極低炭素鋼板を有利に製造するには連続焼なまし設備と
同時にＲＨ方式などの脱ガス設備も新設する必要があっ
たのに反して、この発明を採用すれは、転炉に簡単な改
造を施すだけで、ＲＨ工程の省ｔ’ｌｉ’ｉ　＆ことど
まらず、ＲＩ（設備の新設も不必要となり、ＲＩ設（１
ｉｉｆの運転経費はもとより設備費の大幅節減ができる
。

以上、この発明の具体例をその利点にあわせ説明をした
が、この発明は必ずしも上述の場合だけに限定されるも
のではなく、たとえば最終到達炭素濃度が１　ｏ　０１
）Ｐｍをこえて２０　ｆｌ　ｐｐｍに至るような目標炭
素濃度の場合にあっても、一般的な転炉吹錬に比し鉄の
酸化ロスを少なくすることができこの発明を有利に適用
できる。

このほか酸素ガス中への不活性ガスの混入比率を脱炭の
進行に伴って増大させると、能率、鉄源小止り両面で有
利である。この際不活性ガスとしてはアルゴン、窒素に
限らず、溶鋼に対して実用上無害で、酸素カスを希釈し
て前記の酸素−アルゴン混合ガスと同程度の酸化力に制
御できるものなら何でもよい。

（発明の効果） この発明によれば従来の上吹き転炉に簡単な底吹き羽口
を付設する単純な設備改造の下に、該転炉のみにて、従
来期待をすることができなかった・極低炭素領域にわた
って、鉄源小止りの低下を伴うことのない転炉製鋼を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は到達炭素濃度に及ぼす不活性ガス混入
率、底吹き不活性ガス流１１Ｆの各関係グラフである。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　転炉による吹錬中、最終脱炭時期に上吹きランスに
   より酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを上吹きし、こ
   れとともに、炉底がら不活性ガスを鋼浴中に吹き込むこ
   とを特徴とする極低炭素鋼の転炉製鋼法。