JPS61266516A - 浴表面下気体吹込鋼精錬において二次上吹酸素を制御する方法 - 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】 発明の分野 本発明は、鋼浴表面上方から酸素を追加的に温浴上に吹
込む上吹きを併用しての浴衷面下気体吹込鋼精錬に関す
る。

発明の背景 浴表面下気体吹込鋼精錬方法においては、酸素が溶鋼を
脱炭する為溶鋼表面より下側から溶鋼内に吹込まれる。

浴表面下で吹込まれた酸素は溶鋼中の炭素と反応して一
酸化炭素を形成し、これら　　゛は気泡となって溶鋼を
通して昇高しそして溶鋼外へと放出され、溶鋼から炭素
を除去する働きをなす。一酸化炭素を形成する酸素と炭
素の反応は発熱性であり従ってこれは溶鋼の所望の出湯
温度を実現するのを助成するよう溶鋼に熱を提供するこ
とによって付加的な利益を与える働きをなす。

一酸化炭素を形成する為の酸素と炭素の反応は有益なこ
とに発熱性であるけれども、二酸化炭素を形成するそれ
らの反応はより顕著に発熱性であす る。例えば、１モルの炭素と　／２　モルの酸素ガスの
反応により１モルの一酸化炭素を形成する際に発生する
理論熱量は２６．、４　Ｋｃａｌであり、他方１モルの
炭素と１モルの酸素ガスの反応によって１モルの二酸化
炭素を形成する際に発生する理論熱量は９　＆　０５　
Ｋｃａｌである。これら事実は当業者に良く知られてお
りそして多数のプマセスが溶鋼の脱炭からなるだけ多く
の熱を発生せしめる為にこれら化学反応熱力学を活用す
るべく開発されてきた。

従来技術と問題点 そうしたプロセスの一つは、溶湯中にその浴表面下方か
ら酸素を吹込むことに加えて浴表面上に酸素を吹込むこ
とである。この上吹酸素は浴面上方のヘッドスペース内
で一酸化炭素と反応する。

浴を通して気泡として昇高しそして浴上方へ放出された
この一酸化炭素は二酸化炭素を形成し、上記したような
追加熱を発生する。また、浴表面下吹込吹込に上り脱炭
されるクロム含有溶鋼の浴面上方での一酸化炭素の燃焼
はり四人の酸化を抑制し、結果的に浴中に吹込まれる酸
素の割合を増加することなく炭素除去率を増加する。

上吹酸素のすべてがヘッドスペース内で一酸化炭素と反
応して二酸化炭衰を形成するわけではない。この上吹酸
素の一部は浴と衝突しそして浴成分と反応する。これら
浴成分の一部は、溶湯を熱を与えるべく溶湯に添加され
たケイ素或いはアルミニウムである。上吹酸素が反応し
うる他の浴成分トシテはり四五、マンガン及び鉄が挙げ
られる。

上吹酸素と炭素との反応は、溶鋼の脱炭を促進し、従っ
て成る与えられた溶鋼を所定の最終炭素含量に精錬する
時間を短縮しそれにより精錬コストを切下げる。

しかし、このプロセスはこれまで脱炭プロセスに不確定
性を導入するという大きな欠点を有していた。これは、
ヘッドスペースにおいて一酸化炭素と反応する酸素の割
合と浴成分と反応する酸素の割合が正確に予知しえず従
ってフントロールしえないからである。マンガンやりｐ
ムのような合金化元素を総計２％未満しか含有しない普
通炭素鋼を精錬する時、炭素が脱炭中酸化される主浴成
分である。つまり、普通炭素鋼を精錬する時、溶鋼から
除去される炭素量は、正確にどれだけの量の炭素が上吹
酸素により酸化されるかについての不確定性により正確
にコン）０−ルしえない。これは、広い炭素量仕様の鋼
が製造されている時には大きな問題ではない。しかし、
脱炭により発生する熱を増加する為のこのプロセスは精
確に定められた炭素含斂を持つ溺が所望されるなら重大
な制約を課すことになる。

マンガンやクロムのような合金元素を２％を超えて含有
する高品質低合金鋼或いはステンレス鋼の製造において
、これら元素は脱炭中炭素と共に酸化される。従って、
スラグ中に酸化物として存在するクワムやマンガンのよ
うな有価金属を回収する為に、所望の炭素水準が得られ
た後溶湯に脱酸剤を添加することが必要である◎一般に
ケイ素或いはアルミニウムである脱酸剤は金ｍ酸化物と
結びついて酸化アルミニウム或いは二酸化ケイ素を形成
し、クロムやケイ素のような有価金属をその元素形態で
残す。これら有価金属は溶湯中に残留し、他方酸化アル
ミニウムや二酸化ケイ素はスラグ中に残留する。鋼中の
仕様ケイ素及び（或いは）アルミニウム含有量を得つつ
酸化された金属を有効に回収する為にも、浴成分と反応
する上吹酸素の量を知ることが必要である。

発明の目的 本発明の目的は、二次上吹酸素と併用しての浴面下酸素
吹込みにより溶鋼を精錬する改善方法全提供することで
ある。

本発明のまた別の目的は、浴成分と反応する上吹酸素の
割合が正確に予知されそしてコントプールされるような
、二次上吹酸素を併用しての浴面下酸素吹込みにより溶
鋼を精錬する改善方法を提供することである。

発明の概要 本発明は、精錬容器内で炭素含有溶鋼を精錬する為の方
法であって、 葎）　浴表面下から溶鋼中に酸素を吹込み、（ｂ）　　
浴表面下吹込み酸素の少くとも一部と溶鋼中の炭素とを
反応せしめて、浴を通してそして洛外への上昇する一酸
化炭素を生成し、（ｅ）　　浴表面上方のヘッドスペー
ス中にランスを通して酸素を吹込み、 （ｄ）　　上吹酸素の第１部分と浴中成分とを反応せし
め同時に上吹酸素の第２部分と浴表面上方のヘッドスペ
ース内の上昇一酸化炭素とを反応せしめ、 （・）　次の関係式 ％式％（） （ここでＰは浴成分と反応する上吹酸素の所望の％であ
り、Ｌは浴表面上方のランス開口の高さであり（ｆｔ　
　単位）、■はランスから吹込まれる酸素の速度であり
（ｆｔ／秒単位）、モしてＫは５６〜７２の値を有する
定数である。） を実質上満足することにより浴成分と反応する上吹酸素
の所望の比率を得る ことをｎ含する鋼精錬方法を提供する。

用語の定義 用語「浴」とは、精錬中製鋼用容器内部の内容物を意味
し、溶鋼及び溶鋼中に溶存する物質並びに溶鋼中に溶解
しない物質から成るスラグから構成される。　　　゛ 用語「上吹（噴射）」とは浴表面の上方のヘッドスペー
ス内への吹込みを意味する。

用語「浴表面下吹込み（噴射）」とは浴表面の下方から
溶湯中への吹込みを意味する。

用語「ランス」は、一定断面稙の、開口を有する酸素搬
送用のチューブ状装置であり、そこを通して酸素がヘッ
ドスペース内に吹込まれる。

「ランス高さ」という言葉は、計算された静止浴表面か
らランス開０亥での垂直距離を表す。

用語「ヘッドスペース」は製鋼容器内の浴表面より上方
の空間を意味する。

「アルゴン酸素脱炭プロセス」或いは「ＡＯＤプ四セス
」とは、少くとも１つの浴表面下吹込を装備する精錬容
器内に収納される溶融金属及び合金を精錬する為の方法
であって、 （ａ）９０％までの希釈ガスを含む酸素含有ガスを前記
羽口を通して溶湯中に吹込み、この場合前記希釈ガスが
溶湯の脱炭中形底された気泡中の一酸化炭素の分圧を下
げる作用をなし、総吹込ガス流量を実質変更することな
く溶湯への酸素の供給量を変更可能ならしめ、そして／
或いは保護流体として飴くものとすること、及び ＜ｂ）　　その後、前記羽口を通してｆｆｇ湯中に散気
ガスを吹込み、この場合散気ガスに、脱ガス、脱酸、揮
発により或いは不純物の浮揚と続いてのスラグによる捕
捉或いは反応により溶湯から不純物を除去する作用を為
さしめることを包含する。有用な希釈ガスとしては１．
アルゴン、ヘリウム、水素、窒素、スチーム或いは炭化
水素が含まれる。有用な散気ガスとしては、アルゴン、
ヘリウム、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、スチ
ーム及び炭化水素が含まれる。液体炭化水素もまた保護
流体として使用されうる。アルゴン及び窒素が好ましい
希釈及び散気ガスである。アルゴン、窒素及び二酸化炭
素が好ましい保護ガスである。

発明の詳細な説明 本発明は、優れた炭素最終点精度を保持しつつ炭素の二
酸化炭素への完全燃焼によりまた正確な仕様ケイ素及び
／或いはアルｓニウム含有量を達成しつつ有価合金成分
の有効回収によりｇＲ精精錬中量量熱を発生することを
可能ならしめる方法である。本方法は、ＡＯＤプロセス
のような効率的な高品質底吹き方法と定義された上吹方
法とを組合せ、以って炭素燃焼反応を完了するべく溶湯
上方のヘッドスペース内に酸素の吹込みを可能ならしめ
る一方、まだ尚炭素最終点精度を保証するよう脱炭全体
を通して優れたコントロールを保持するものである。

本発明方法は、任意の浴衣面下気体吹込銅精錬方法と共
に有効に使用されつる。浴衣面下気体吹込鋼精錬とは、
溶湯の脱炭が酸素ガスを単独で或いはアルゴン、窒素、
アンモニア、スチームーー酸化炭素、二酸化炭素、水素
、メタン或いは高級炭化水素ガス及び液体の群から選択
される１種以上の流体と組合せて浴表面下より吹込むこ
とにより実現されるプロセスである。流体は製造される
鋼の等級に依存しまた酸素と組合せて使用される流体の
特定種に応じて一つ以上の吹込プルグラムに従って溶湯
中に吹込まれつる。精錬期間の終りにはしばしば、溶湯
仕様に合うよう溶湯組成を調整する為酸化された合金元
素を還元する為石灰及び／或いは合金添加剤添加のよう
な成る種の仕上げ段階を伴う。こうした浴衣面下気体吹
込み鋼精錬プロセスとして、ＡＯＤ法、ＣＬＵ法、ＱＢ
Ｍ法、Ｑ−ＢＯＰ法及びＬＷＳ法等の名を挙げることが
出来る。

好ましい浴衣面下気体吹込み鋼精錬法はＡＯＤ法である
。ＡＯＤ法が使用される時、浴表面下で溶湯に吹込まれ
る酸素対不活性ガスの比率は一定とじてもよいし或いは
変化させてもよく、一般に５：１〜１：９の範囲内にあ
る。

本発明方法において、酸素は浴表面下方から鋼溶湯中に
噴射即ち吹込まれる。浴表面下吹込み酸素は、溶＃Ｉｉ
）ン当り、単位時間に５００〜６０００、好ましくは７
５０〜５０００　ｆｔ”の範囲内の流量で溶湯に吹込ま
れる。溶銅は炭素を含有しておりそして代表的に溶鋼の
炭素含有景は約５〜α２％の範囲にある。浴表面下吹込
み酸素の一部、好ましくは大部分は溶鋼中の炭素と反応
して一酸化炭素を形成する。これらは気泡を形成し、溶
鋼を通して浮上しそしてその上方に放出される。この反
応は発熱性でありそして溶鋼から炭素を除去するのみな
らず溶鋼に熱を提供する役目を為す。

他方、浴表面上方のヘッドスペース内に酸素がランスを
通して溶湯表面上のスラグ層の表面に衝突するよう噴射
される。酸素の第１部分はスラグ層を突抜けそして溶鋼
及び／或いはスラグ中の成分と反応し、他方その第２部
分はヘッドスペース内にとどまりそして溶湯を通り抜け
て上昇してきた一酸化炭素と反応する。上吹酸素は、浴
衣面下吹込酸素が溶湯中に吹込まれる流量の２５〜１５
０％、好ましくは３０〜９０％の範囲内の流量で吹込ま
れる。

上吹酸素は、α５〜２インチの範囲をとりつる巾を持つ
開口を具備するランスを通してヘッドスペース内に噴射
される。ランス開口はヘッドスペース内でもよいし或い
はヘッドスペースより僅かの距離上方とすることも出来
る。ランスは一般に噴出酸素がスラグと直角に衝突する
よう浴表面に垂直に配向されるが、所望ならランスは溶
湯への垂直線から僅かの角度傾斜されうる。酸素は、ラ
ンス開口から、速度Ｖにおいて噴射される。速度Ｖは１
５０　ｆｔ／秒〜秒速音速囲をとりうる。好ましくは、
速度Ｖは酸素ランスの摩耗速度を減する為に少くとも１
５０　ｆｔ／秒である。ランス開口は、浴表面上方垂直
距離りにある。距離りは２２〜１５０インチ即ち１８３
〜１２．５フイート、好ましくは３６〜１２０インチ、
即ち５〜１０フイートの範囲にある。ランス高さは、浴
成分と反応する上吹酸素の所望％をもたらすようランス
寸法及び酸素流量が設定されると選定されつる。

本発明は、浴成分と反応する上吹酸素の泄が予知でき従
ってコントロール可能であるとの知見に基くものである
。即ち、浴成分と反応する上吹酸素と浴表面上方で反応
するそれとの間での分岐点が今や正確に予知されうる。

これは結局、優れた炭素終点精度の実現を可能ならしめ
る。何故なら一浴衣面下吹込み酸素により除去される炭
素量に加えて上吹酸素により除去される炭素量がコント
ロールしうるかうである。

この有益な結果は次の関係式を満足させることにより実
現される。

Ｐ＝に−秒　　（Ｌ／Ｖ　） （ここでＰは溶鋼と反応することの望まれる上吹酸素の
％である。） 斯くして、ランス高さＬ及び／或いは酸素速度　　　Ｉ
Ｖを変えることにより、上記式に従って、溶湯と反応す
る酸素の所望％Ｐを得ることが出来る。本発明によって
、どれだけの量の上吹酸素が浴成分と反応するかを予知
しうることになり、従って上吹酸素により酸化される炭
素量を正確にコントプールしうる。本発明の使用により
、ヘッドスペース内で一識化炭素の二酸化炭素への燃焼
により発生する有益な付加熱を活用しつつ、浴中及び浴
上方で反応する上吹酸素間の配分率の変化によりこれま
で経験した炭素終点の不確定性を回避することが出来る
。

本発明方法は、ステンレス鋼、低合金鋼、炭素鋼、工具
鋼等の鋼すべてを精錬するのに有効に使用されうる。第
２図を参照すると、浴と反応する上吹酸素の％がランス
高さ対上吹酸素速麿の比率の関数としての関係がグラフ
により示されている。

黒い点が個々のデータ点を表す。第２図に示されるデー
タ点は、炭ＩＬ低合金鋼或いはステンレスｗｔｒ：精錬
するに際し脱炭中上吹酸繋を使用して６０〜３トンの範
囲の公称容量を有するＡＯＤ容器を操業することから収
集された。データ点群の中心を通る実線は本発明の関係
におけるＫの値の中点を表す。実線の上下の平行な点線
は本発明の関係におけるＫの値の限界端、即ち５６及び
７２を表す。Ｋの平均値は約６４である。

実施例１ ０．３９％の初期炭素含有量を有する５トンの低合金鋼
溶湯を第１図に同様の設計のＡＯＤ容器４内で精錬した
。酸素を１６００ｆｔｓ／トン／ｈｒ　　の流量で浴表
面下から溶＃ｓ１中に羽口５を通して、不活性ガスとし
て二酸化炭素４００ｆｔ”／）ン／ｈｒ　　と共に、吹
込んだ。溶湯中の炭素と反応した酸素は一酸化炭素を形
成し、これらは浴を通して上方に気泡として上昇し浴上
方に上昇した。この一酸化炭素を第１図に９として示す
。ランス開口２は浴表面６から４６インチとされそして
酸素８をランス７を通してヘッドスペース３内に４８５
ｆｔ／秒の速度で噴射した。従って、Ｌ／Ｖの比率はα
００８であった。本発明の関係式は、上吹酸素の５１±
８％が浴成分と反応するであろうことを予知した。鋼精
錬後、浴と反応した上吹酸素の平均％は５５％であると
計算された。良く合致している。

実施例２ 第１図と同様の設計のＡＯＤ容器において１４６％の初
期炭素含有量を有する５０トンステンレス鋼溶湯を精錬
した。１０００　ｆｔ”／ｈｒ／　）ンの流量における
酸素を、一つの段階の間は２５０　ｆｔ”／ｈｒ／　）
ンの流量でのそして別の段階の間は３５３ｆｔ”／ｈｒ
／）ンの流量での不活性ガスとしての窒素と共に、浴表
面下から羽口５を通して溶鋼中に吹込んだ。酸素は溶湯
中の炭素と反応して第１図に９として示したように一酸
化炭素を形成した。ランス開口は浴表面から９．５フイ
ートのところに位置決めしそして酸素をランス全通して
ヘッドスペース内に音速で噴射した。従って、Ｌ／Ｖ比
率はα００９であった。本発明の関係式は上吹酸素の４
９±８％が浴成分と反応するであろうことを示した。鋼
精錬後、浴と反応した上吹酸素の％を計算すると５０％
であった。良い合致を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は製鋼容器の一例の断面図であり、そして第２図
は第１図の容器を使用して得られた、浴成分と反応した
上吹酸素の％をランス高さ／速度の比率との関係におい
て示すグラフである。 １：溶湯 ２：ランス開口 ３：ヘッドスペース ４：容器 ５８羽口 ６：浴表面 ７：ランス ８：上吹酸素 ９ニー酸化炭素 代理人の氏名　　倉　内　基　弘　１、−、ｊＦＩＧ、
１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）精錬容器内で炭素含有溶鋼を精錬する為の方法であ
   つて、 （ａ）浴表面下から溶鋼中に酸素を吹込み、（ｂ）浴表
   面下吹込み酸素の少くとも一部と溶鋼中の炭素とを反応
   せしめて、浴を通してそして浴外へと上昇する一酸化炭
   素を生成し、 （ｃ）浴表面上方のヘッドスペース中にランスを通して
   酸素を吹込み、 （ｄ）上吹酸素の第１部分と浴中成分とを反応せしめ同
   時に上吹酸素の第２部分と浴表面上方のヘッドスペース
   内の上昇一酸化炭素とを反応せしめ、 （ｅ）次の関係式 Ｐ＝Ｋ−（１６２９／秒）（Ｌ／Ｖ） （ここでＰは浴成分と反応する上吹酸素の所望の％であ
   り、Ｌは浴表面上方のランス開口の高さであり（ｆｔ単
   位）、Ｖはランスから吹込まれる酸素の速度であり（ｆ
   ｔ／秒単位）、そしてＫは５６〜７２の値を有する定数
   である。） を実質上満足することにより浴成分と反応する上吹酸素
   の所望の比率を得る ことを包含する鋼精錬方法。 ２）溶鋼が５〜０．２％の範囲内の初期炭素含有量を有
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）浴表面下吹込み酸素が、５００〜６０００ｆｔ＾２
   ／溶鋼トン／ｈｒの範囲の流量において溶鋼中に吹込ま
   れる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）浴表面下吹込み酸素が不活性ガスと共に溶鋼中に吹
   込まれる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５）上吹酸素が浴表面下吹込み酸素の吹込流量の２５〜
   １５０％の範囲内の流量においてヘッドスペース内に吹
   込まれる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）上吹酸素が１５０ｆｔ／秒〜音速の範囲における流
   量においてランスから吹込まれる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ７）ランス開口が浴表面から２２〜１５０インチの範囲
   内の垂直距離にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８）ランス開口が浴表面上方のヘッドスペース内にある
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９）ランス開口が浴表面上方のヘッドスペースより上方
   にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０）ランスが浴表面に垂直に配向される特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 １１）ランスが浴表面に対して垂直線から傾斜した角度
   において配向される特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２）浴表面下吹込み酸素が０．０２〜３％の初期炭素
   含有量を有する溶鋼中に５００〜３０００ｆｔ＾３／溶
   鋼トン／ｈｒの範囲内の流量において吹込まれるような
   ＡＯＤプロセスを使用する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 １３）精錬される鋼が普通炭素鋼である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １４）精錬される鋼が低合金鋼である特許請求の範囲１
   項記載の方法。 １５）精錬される鋼がステンレス鋼である特許請求の範
   囲１項記載の方法。