KR20240008924A - Molten steel refining method - Google Patents

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KR20240008924A
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아키후미 하라다
요시에 나카이
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

제강 공정의 RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 용강에 수소 플라즈마를 부여했을 때의 탈산, 탈질, 탈황 등의 정련 반응을 신속하게 진행시켜, 불순물이 적은 용강을 효율적으로 제조한다. 본 발명에 관련된 용강의 정련 방법은, 레이들 내에 수용된 용강 (3) 을, RH 진공 탈가스 장치 (1) 를 사용하여 정련하는 공정에 있어서, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시킨다. (1) 식에 있어서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적%), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다.
GP × (H2)/Q ≥ 0.1 ……(1)
In the RH vacuum degassing device in the steelmaking process, when hydrogen plasma is applied to molten steel, refining reactions such as deoxidation, denitrification, and desulfurization proceed quickly, and molten steel with few impurities is efficiently manufactured. The method of refining molten steel according to the present invention is a process of refining molten steel (3) contained in a ladle using an RH vacuum degassing device (1), and the molten steel is refluxed in the vacuum tank of the RH vacuum degassing device. The surface of is subjected to plasma treatment by irradiating hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas as a plasma gas under conditions that satisfy the equation (1) below, and 1 selected from oxygen, nitrogen, and sulfur contained in the molten steel. Reduce the content of a species or two or more elements. (1) In the equation, G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), (H 2 ) is the hydrogen gas concentration (volume %) in the plasma gas, and Q is the molten steel refluxing in the vacuum tank. Reflux amount (ton/min).
G P × (H 2 )/Q ≥ 0.1 … … (One)

Description

용강의 정련 방법Molten steel refining method

본 발명은, 불순물 원소인 산소, 질소, 황의 함유량이 적은 용강을 제조하는 정련 방법에 관한 것으로, 상세하게는, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에서, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 용강에 조사하는 정련 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a refining method for producing molten steel with a low content of oxygen, nitrogen, and sulfur, which are impurity elements. Specifically, the present invention relates to a refining method for producing hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas in a vacuum chamber of an RH vacuum degassing device. It relates to a refining method in which molten steel is irradiated with plasma gas.

철강 재료 중의 비금속 개재물은, 일반적으로, 재료 특성이나 품질에 악영향을 미치는 것이 알려져 있다. 또, 산화물계의 비금속 개재물은, 연속 주조에 있어서 침지 노즐의 폐색을 일으켜, 주조 속도의 감소에 의한 생산성 저하나, 최악의 경우에는 주조를 중단하지 않을 수 없게 된다. 비금속 개재물로는, 용강의 탈산시에 생성되는 산화물계의 탈산 생성물이나 강 중 합금 원소의 황화물, 질화물 등을 들 수 있다. 이들 비금속 개재물 (이하, 간단히「개재물」로도 기재한다) 의 양을 저감시키는 데에는, 용강 중의 산소, 질소 및 황을 최대한 저감시키는 것이 중요하며, 종래, 다양한 대처가 이루어져 왔다.It is generally known that non-metallic inclusions in steel materials have a negative effect on material properties and quality. Additionally, oxide-based non-metallic inclusions cause blockage of the submerged nozzle during continuous casting, resulting in lower productivity due to a decrease in casting speed and, in the worst case, forcing casting to be stopped. Non-metallic inclusions include oxide-based deoxidation products generated during deoxidation of molten steel, and sulfides and nitrides of alloy elements in steel. In order to reduce the amount of these non-metallic inclusions (hereinafter also simply referred to as “inclusions”), it is important to reduce oxygen, nitrogen, and sulfur in molten steel as much as possible, and various measures have been taken in the past.

용강 중의 산소에 대해서는, 알루미늄 (Al) 이나 규소 (Si) 와 같은 탈산재를 첨가함으로써, 용강 중의 용존 산소를 Al2O3 이나 SiO2 로서 고정시키고 있다. 생성된 산화물계 개재물은, 용강과의 비중차를 이용하여, 용강의 가스 교반 처리나 RH 진공 탈가스 장치에서의 환류 처리 등에 의해 부상 제거가 도모되고 있다. 그러나, 현 상황에서는 모든 산화물계 개재물의 분리 제거는 불가능하며, 산화물계 개재물의 용강 중으로의 잔류는 피할 수 없다.Regarding the oxygen in the molten steel, the dissolved oxygen in the molten steel is fixed as Al 2 O 3 or SiO 2 by adding a deoxidizing agent such as aluminum (Al) or silicon (Si). The generated oxide-based inclusions are removed by flotation by using the difference in specific gravity from the molten steel by gas stirring treatment of the molten steel or reflux treatment in an RH vacuum degassing device. However, under the current situation, it is impossible to separate and remove all oxide-based inclusions, and remaining oxide-based inclusions in the molten steel cannot be avoided.

용강 중의 질소에 대해서는, 진공 탈가스 설비에 있어서의 진공 처리에 의해 저감이 도모된다. 그러나, 용강 중의 질소는, 계면 활성 원소인 산소나 황의 영향을 받는 것 외에, 진공계 외로부터의 대기 혼입에 의한 흡질을 피하는 것이 어려워, 안정적으로 저농도의 질소 레벨을 달성하지 못하고 있는 것이 현 상황이다.Nitrogen in molten steel is reduced by vacuum treatment in a vacuum degassing facility. However, nitrogen in molten steel is influenced by oxygen and sulfur, which are surface active elements, and it is difficult to avoid adsorption due to air incorporation from outside the vacuum system, so the current situation is that a stable low concentration nitrogen level cannot be achieved.

용강 중의 황에 대해서는, CaO 계 플럭스나 CaO-Al2O3 계 플럭스의 첨가 (탈황제 첨가) 에 의해 저감이 도모되고 있다. 예를 들어, 레이들 정련로에 있어서의 레이들 정련에서는, 레이들 바닥으로부터 아르곤 가스를 용강 중에 취입하여 교반함으로써, 레이들 내의 용강과 CaO-Al2O3 계 플럭스의 반응을 촉진시키고, 플럭스측 (슬래그측) 으로 황을 이동시켜, 용강 중 황의 저감을 도모하고 있다. 그러나, 이와 같은 레이들 정련로에서의 처리에서는, 흑연 전극에 의한 아크 가열을 실시하는 점에서, 용강 중으로의 탄소의 용입이 발생하여, 극저탄소강과 같은 강종에는 적용하기 어렵다.Sulfur in molten steel is being reduced by adding a CaO-based flux or a CaO-Al 2 O 3- based flux (addition of a desulfurizing agent). For example, in ladle refining in a ladle refining furnace, argon gas is blown into the molten steel from the bottom of the ladle and stirred to promote the reaction between the molten steel in the ladle and the CaO-Al 2 O 3 -based flux, and the flux By moving sulfur to the slag side, we are trying to reduce sulfur in molten steel. However, in such treatment in a ladle refining furnace, since arc heating is performed using a graphite electrode, carbon infiltration into the molten steel occurs, making it difficult to apply to steel types such as ultra-low carbon steel.

또, RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 진공조 내를 환류하는 용강에 CaO 계 플럭스 또는 CaO-Al2O3 계 플럭스를 첨가함으로써 탈황을 실시하는 방법이 있다. 또한, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 반송용 가스로서 상취 랜스로부터 진공조 내를 환류하는 용강에 CaO 계 플럭스 또는 CaO-Al2O3 계 플럭스를 투사 (내뿜는다) 함으로써 탈황을 실시하는 방법도 있다. 그러나, 이들 방법에서는, 용강과 플럭스의 반응 시간이 충분하지 않아, 효율적으로 저위의 황 농도의 용강을 얻는 것은 어렵다.Additionally, in the RH vacuum degassing device, there is a method of performing desulfurization by adding a CaO-based flux or a CaO-Al 2 O 3- based flux to the molten steel refluxing in the vacuum tank. In addition, there is also a method of performing desulfurization by projecting (blotting) CaO-based flux or CaO-Al 2 O 3 -based flux onto the molten steel refluxing in the vacuum tank from the top blowing lance using an inert gas such as argon gas as a conveying gas. However, in these methods, the reaction time between the molten steel and the flux is not sufficient, and it is difficult to efficiently obtain molten steel with a low sulfur concentration.

그런데, 금속 중의 불순물을 저감시키는 정련 기술로서, 수소 플라즈마의 이용이 알려져 있다. 플라즈마 내의 온도는 수천 도 이상에나 달하기 때문에, 플라즈마 가스 중의 수소 가스가 원자 또는 이온 상태가 되어, 매우 활성인 상태가 된다. 이것을 용강 표면에 조사함으로써, 통상적인 수소 가스 조사만으로는 이룰 수 없는 우수한 정련 효과를 기대할 수 있다. 즉, 하기에 나타내는 (5) 식 내지 (7) 식의 반응에 의해, 용강 중의 산소, 질소, 황을 신속하게 제거할 수 있다.However, the use of hydrogen plasma is known as a refining technology to reduce impurities in metal. Since the temperature in the plasma reaches thousands of degrees or more, the hydrogen gas in the plasma gas is in an atomic or ionic state and is in a very active state. By irradiating this to the molten steel surface, an excellent refining effect that cannot be achieved by ordinary hydrogen gas irradiation alone can be expected. That is, oxygen, nitrogen, and sulfur in the molten steel can be quickly removed through reactions of formulas (5) to (7) shown below.

2H + [O] = H2O ……(5)2H + [O] = H 2 O... … (5)

xH + [N] = NHx ……(6)xH + [N] = NH x ... … (6)

yH + [S] = HyS ……(7)yH + [S] = H y S... … (7)

여기서, [O] 는 용강 중의 산소, [N] 은 용강 중의 질소, [S] 는 용강 중의 황을 나타낸다.Here, [O] represents oxygen in the molten steel, [N] represents nitrogen in the molten steel, and [S] represents sulfur in the molten steel.

용강 중의 산소, 질소 및 황을, H2O, NHx 및 HyS 로 하여, 각각 가스로서 계 외로 제거할 수 있는 것에 더하여, 산소 제거시 (탈산시) 에 개재물을 발생시키지 않으므로 청정성이 높은 강이 얻어진다.In addition to the fact that oxygen, nitrogen , and sulfur in molten steel can be removed to the outside of the system as gases as H 2 O, NH A river is obtained.

이와 같은 수소 플라즈마를 이용한 고순도 금속의 정제 기술로서, 특허문헌 1 에는, 수소 플라즈마를 사용하여 금속의 용융을 실시할 때에, 금속 중의 산소, 질소 또는 탄소를 저감시키기 위한 플라즈마 가스 중의 수소 농도나 노 내 압력의 바람직한 범위가 개시되어 있다.As a technology for refining high-purity metal using such hydrogen plasma, Patent Document 1 describes the hydrogen concentration in the plasma gas and the concentration in the furnace to reduce oxygen, nitrogen, or carbon in the metal when melting metal using hydrogen plasma. Preferred ranges of pressure are disclosed.

일본 특허공보 제4305792호Japanese Patent Publication No. 4305792

그러나, 상기 특허문헌 1 의 기술을 공업 규모의 제강 공정에 적용하는 데에는, 이하의 문제점이 있다.However, there are the following problems in applying the technology of Patent Document 1 to an industrial-scale steelmaking process.

특허문헌 1 에 기재된 실시예에서는, 수십 g 내지 수십 ㎏ 레벨의 금속을 플라즈마 용해로에서 처리한 경우의 정련 효과가 기재되어 있다. 그러나, 공업 규모의 제강 공정에서는 100 톤을 초과하는 용강을 처리할 필요가 있어, 플라즈마 가스를 용강 전체에 조사하는 것이 어렵다. 그 때문에, 특허문헌 1 의 개시 기술로는 신속한 불순물 제거 효과를 얻을 수 없을 것이 염려된다. 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 조건뿐만 아니라, 용강측의 유동 조건을 적절하게 하여, 효율적으로 수소 플라즈마 처리를 실시하는 것이 중요하다.In the example described in Patent Document 1, the refining effect when metal weighing from tens of g to tens of kg is processed in a plasma melting furnace is described. However, in an industrial-scale steelmaking process, it is necessary to process molten steel exceeding 100 tons, and it is difficult to irradiate the entire molten steel with plasma gas. Therefore, there are concerns that a rapid impurity removal effect cannot be obtained with the technology disclosed in Patent Document 1. In order to obtain a rapid impurity removal effect, it is important to perform hydrogen plasma treatment efficiently by appropriate not only the plasma conditions but also the flow conditions on the molten steel side.

또, 특허문헌 1 의 개시 기술에는, 수소 플라즈마를 부여하는 대상의 금속량이나, 금속량과 플라즈마 가스 유량의 관계가 규정되어 있지 않다. 그 때문에, 플라즈마 가스 조성이나 분위기 압력을 적절히 제어해도, 금속량에 대한 플라즈마 가스 유량이나 수소량이 부족하여, 충분한 불순물 저감 효과를 얻을 수 없는 케이스가 상정된다. 나아가서는, 특허문헌 1 은, 이미 용융되어 있는 철에 수소 플라즈마를 부여하는 기술이 아니라, 플라즈마에 의한 대상 금속의 가열 용융의 역할도 갖고 있다. 그 때문에, 제강 공정과 같이, 이미 용융되어 있는 강에 대해 개시되는 플라즈마 가스 조건을 적용해도, 동일한 기대 효과가 얻어지지 않을 가능성도 염려된다.Additionally, in the technology disclosed in Patent Document 1, the amount of metal to which hydrogen plasma is applied or the relationship between the amount of metal and the plasma gas flow rate is not specified. Therefore, even if the plasma gas composition and atmospheric pressure are appropriately controlled, a case is assumed in which a sufficient impurity reduction effect cannot be obtained due to insufficient plasma gas flow rate or hydrogen amount relative to the amount of metal. Furthermore, Patent Document 1 is not a technology for applying hydrogen plasma to already molten iron, but also has the role of heating and melting the target metal by plasma. Therefore, there is concern that the same expected effect may not be obtained even if the disclosed plasma gas conditions are applied to already molten steel, such as in the steelmaking process.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 제강 공정의 RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 용강에 수소 플라즈마를 부여했을 때의 탈산, 탈질, 탈황의 정련 반응을 신속하게 진행시켜, 불순물이 적은 고순도 용강을 효율적으로 제조하는 정련 방법을 제공하는 것이다.The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to rapidly proceed with the refining reactions of deoxidation, denitrification, and desulfurization when hydrogen plasma is applied to molten steel in an RH vacuum degassing device in the steelmaking process. The aim is to provide a refining method that efficiently produces high-purity molten steel with few impurities.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.

[1] 레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 상기 진공조 내에 설치된 플라즈마 발생 장치로부터, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 당해 플라즈마 처리에 의해 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시키는, 용강의 정련 방법.[1] In the process of refining molten steel contained in a ladle by refluxing it in the vacuum tank of the RH vacuum degassing device, plasma installed in the vacuum tank is applied to the surface of the molten steel refluxing in the vacuum tank of the RH vacuum degassing device. A plasma treatment is performed in which hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas is irradiated from the generator under conditions that satisfy the equation (1) below as a plasma gas, and the oxygen, nitrogen, and oxygen contained in the molten steel are reduced by the plasma treatment. A method of refining molten steel that reduces the content of one or two or more elements selected from sulfur.

여기서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적%), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다.Here, G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), (H 2 ) is the hydrogen gas concentration (volume %) in the plasma gas, and Q is the reflux amount of molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/ min).

[2] 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량을 하기의 (2) 식을 사용하여 산출하는, 상기 [1] 에 기재된 용강의 정련 방법.[2] The molten steel refining method according to [1] above, wherein the reflux amount of the molten steel flowing in the vacuum tank is calculated using the equation (2) below.

여기서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다.Here, Q is the reflux amount of molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/min), G C is the flow rate of reflux gas (Nm 3 /min), and D is the inner diameter of the immersion tube of the RH vacuum degassing device. (m), P 0 is the pressure (torr) at the injection position of the reflux gas, and P is the pressure (torr) in the vacuum chamber.

[3] 상기 플라즈마 가스가 조사되는, 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속이, 하기의 (3) 식 및 (4) 식의 관계를 만족하는, 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 용강의 정련 방법.[3] In the above [1] or the above [2], the surface flow rate of the molten steel refluxing in the vacuum chamber to which the plasma gas is irradiated satisfies the relationships of the following equations (3) and (4). Method of refining the described molten steel.

여기서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다.Here, V is the surface flow rate of the molten steel refluxing in the vacuum tank (m/min), G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), π is the pi ratio, and L is the rising side immersion pipe and the falling side. Q is the distance between the centers of the side immersion pipes (m), Q is the reflux amount of molten steel in the vacuum tank (ton/min), ρ is the density of molten steel (kg/㎥), and H is the height of molten steel in the vacuum tank. (m) and d are the inner diameter (m) of the vacuum tank.

[4] 레이들 내에 수용한 용강의 표면에 부유하는 슬래그는, 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계가 5 질량% 이하인, 상기 [1] 내지 상기 [3] 중 어느 하나에 기재된 용강의 정련 방법.[4] The slag floating on the surface of the molten steel contained in the ladle is the molten steel according to any one of [1] to [3] above, wherein the total concentration of iron oxide and manganese oxide is 5% by mass or less. Refining method.

[5] 상기 플라즈마 처리에 의해, 용강에 포함되는 산소, 질소, 황의 3 원소의 함유량을 동시에 저감시키는, 상기 [1] 내지 상기 [4] 중 어느 하나에 기재된 용강의 정련 방법.[5] The method of refining molten steel according to any one of [1] to [4] above, wherein the content of the three elements of oxygen, nitrogen, and sulfur contained in the molten steel is simultaneously reduced by the plasma treatment.

본 발명에 의하면, RH 진공 탈가스 장치에서 정련되고 있는 용강에, 수소 플라즈마 처리를 적절히 실시할 수 있고, 그 결과, 불순물이 적은 용강을 신속하게 용제할 수 있어, 공업상 유익한 효과를 가져온다.According to the present invention, hydrogen plasma treatment can be appropriately performed on molten steel being refined in an RH vacuum degassing device, and as a result, molten steel with few impurities can be quickly refined, resulting in an industrially beneficial effect.

도 1 은, RH 진공 탈가스 장치에 있어서 수소 플라즈마 처리를 실시하고 있는 형태의 일례를 나타내는, RH 진공 탈가스 장치의 개략 종단면도이다.1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of an RH vacuum degassing device showing an example of a form in which hydrogen plasma processing is performed in the RH vacuum degassing device.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 관련된 용강의 정련 방법은, 레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 설치한 플라즈마 발생 장치로부터, 플라즈마화된 수소 가스, 또는, 플라즈마화된 수소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 플라즈마 가스로서 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에 조사하여, 이 플라즈마 가스의 조사에 의해 용강 중의 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 제거하여, 그 함유량을 저감시킨다. 본 명세서에서는, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 용강 표면에 조사하는 것을「플라즈마 처리」또는「수소 플라즈마 처리」라고 칭한다.The method of refining molten steel according to the present invention is a process of refining molten steel contained in a ladle by refluxing it in the vacuum chamber of the RH vacuum degassing device, and generating plasma from a plasma generator installed in the vacuum chamber of the RH vacuum degassing device. Hydrogen gas converted into plasma, or a mixed gas of hydrogen gas converted into plasma and an inert gas, is irradiated as a plasma gas to the surface of the molten steel refluxing in the vacuum chamber, and the irradiation of this plasma gas removes oxygen, nitrogen, and sulfur from the molten steel. One or two or more selected elements are removed to reduce their content. In this specification, irradiating hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas as a plasma gas to the molten steel surface is referred to as “plasma treatment” or “hydrogen plasma treatment.”

도 1 은, RH 진공 탈가스 장치에 있어서 플라즈마 처리를 실시하고 있는 형태의 일례를 나타내는, RH 진공 탈가스 장치의 개략 종단면도이다. 도 1 에 있어서, 부호 1 은 RH 진공 탈가스 장치, 2 는 레이들, 3 은 용강, 4 는 슬래그, 5 는 진공조, 6 은 상부조, 7 은 하부조, 8 은 상승측 침지관, 9 는 하강측 침지관, 10 은 환류용 가스 취입관, 11 은 덕트, 12 는 원료 투입구, 13 은 플라즈마 토치이다. 진공조 (5) 는, 상부조 (6) 와 하부조 (7) 로 구성되어 있다. 또, 플라즈마 토치 (13) 는, 플라즈마 발생 장치의 일부분을 구성하는 장치로서, 그 선단부로부터 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 표면에 플라즈마 가스를 조사하여 수소 플라즈마 처리를 실시하는 장치이다. 플라즈마 토치 (13) 는, 진공조 (5) 의 상부를 관통하여 설치되어 있고, 진공조 (5) 의 내부에서 상하 이동이 가능하게 되어 있다.1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of an RH vacuum degassing device showing an example of a form in which plasma processing is performed in the RH vacuum degassing device. In Figure 1, symbol 1 is RH vacuum degassing device, 2 is ladle, 3 is molten steel, 4 is slag, 5 is vacuum tank, 6 is upper tank, 7 is lower tank, 8 is rising side immersion pipe, 9 is a descending side immersion pipe, 10 is a reflux gas inlet pipe, 11 is a duct, 12 is a raw material inlet, and 13 is a plasma torch. The vacuum tank 5 is composed of an upper tank 6 and a lower tank 7. In addition, the plasma torch 13 is a device that constitutes a part of the plasma generating device and is a device that performs hydrogen plasma treatment by irradiating plasma gas from its tip to the surface of the molten steel 3 refluxing in the vacuum tank. The plasma torch 13 is installed to penetrate the upper part of the vacuum chamber 5, and can move up and down inside the vacuum chamber 5.

RH 진공 탈가스 장치 (1) 에서는, 용강 (3) 을 수용한 레이들 (2) 을 승강 장치 (도시 생략) 에 의해 상승시켜, 상승측 침지관 (8) 및 하강측 침지관 (9) 을 레이들 내의 용강 (3) 에 침지시킨다. 그리고, 진공조 (5) 의 내부를 덕트 (11) 에 연결되는 배기 장치 (도시 생략) 에 의해 배기하여 진공조 (5) 의 내부를 감압함과 함께, 환류용 가스 취입관 (10) 으로부터 상승측 침지관 (8) 의 내부에 환류용 가스를 취입한다. 진공조 (5) 의 내부가 감압되면, 레이들 내의 용강 (3) 은, 대기압과 진공조 내의 압력 (진공도) 의 차에 비례하여 상승하고, 진공조 내에 유입된다. 또, 레이들 내의 용강 (3) 은, 환류용 가스 취입관 (10) 으로부터 취입되는 환류용 가스에 의한 가스 리프트 효과에 의해, 환류용 가스와 함께 상승측 침지관 (8) 을 상승하여 진공조 (5) 의 내부에 유입된다. 환류용 가스로는, 일반적으로, 아르곤 가스가 사용된다.In the RH vacuum degassing device 1, the ladle 2 containing the molten steel 3 is raised by a lifting device (not shown), and the rising side immersion pipe 8 and the descending side immersion pipe 9 are raised. It is immersed in the molten steel (3) in the ladle. Then, the inside of the vacuum tank 5 is evacuated by an exhaust device (not shown) connected to the duct 11 to depressurize the inside of the vacuum tank 5, and the gas is raised from the reflux gas intake pipe 10. Reflux gas is blown into the side immersion pipe (8). When the inside of the vacuum tank 5 is depressurized, the molten steel 3 in the ladle rises in proportion to the difference between the atmospheric pressure and the pressure (vacuum degree) within the vacuum tank, and flows into the vacuum tank. In addition, the molten steel 3 in the ladle rises up the rising side immersion pipe 8 together with the reflux gas due to the gas lift effect caused by the reflux gas blown in from the reflux gas injection pipe 10, and enters the vacuum chamber. (5) flows into the interior of . Argon gas is generally used as a reflux gas.

압력차 및 가스 리프트 효과에 의해 진공조 (5) 의 내부에 유입된 용강 (3) 은, 하강측 침지관 (9) 을 경유하여 레이들 (2) 로 되돌아온다. 레이들 (2) 로부터 진공조 (5) 에 유입되고, 그 후, 진공조 (5) 로부터 레이들 (2) 로 되돌아오는 용강의 흐름을「환류」라고 부른다. 이와 같이, 용강 (3) 은 환류를 형성하여, 용강 (3) 에 RH 진공 탈가스 정련이 실시된다.The molten steel 3 flowing into the vacuum tank 5 due to the pressure difference and gas lift effect returns to the ladle 2 via the descending side immersion pipe 9. The flow of molten steel that flows into the vacuum tank 5 from the ladle 2 and then returns from the vacuum tank 5 to the ladle 2 is called “reflux.” In this way, the molten steel 3 forms a reflux, and the molten steel 3 is subjected to RH vacuum degassing refining.

요컨대, 용강 (3) 은, 진공조 내에서 감압하의 분위기에 노출됨으로써, 용강 중의 수소나 질소 등의 가스 성분은, 대기와 접촉하고 있던 상태의 평형 관계로부터, 감압하의 분위기와 접촉하는 평형 관계로 이행된다. 이로써, 용강 (3) 으로부터 진공조 내의 분위기 중에 수소나 질소가 이동하여, 용강 (3) 에 대해 탈가스 처리 (탈수소 처리 및 탈질소 처리) 가 실시된다. 또, 용강 (3) 은 레이들 (2) 과 진공조 (5) 사이를 환류하므로, 즉, 용강 (3) 은 강교반되므로, 용강 (3) 이 알루미늄 등에 의해 탈산 처리되어 있는 경우에는, 용강 중에 현탁되어 있는, 탈산 처리에 의해 생성된 산화물계 개재물의 용강 (3) 으로부터 슬래그 (4) 로의 분리가 촉진된다.In short, the molten steel 3 is exposed to an atmosphere under reduced pressure in a vacuum tank, so that gas components such as hydrogen and nitrogen in the molten steel change from an equilibrium relationship in a state in contact with the atmosphere to an equilibrium relationship in contact with an atmosphere under reduced pressure. It is fulfilled. As a result, hydrogen and nitrogen move from the molten steel 3 into the atmosphere in the vacuum tank, and the molten steel 3 is subjected to degassing treatment (dehydrogenation treatment and denitrification treatment). In addition, since the molten steel 3 is refluxed between the ladle 2 and the vacuum tank 5, that is, the molten steel 3 is stirred, if the molten steel 3 is deoxidized with aluminum or the like, the molten steel 3 Separation of the oxide-based inclusions suspended in the steel and generated by the deoxidation treatment from the molten steel 3 to the slag 4 is promoted.

본 실시형태에 관련된 용강의 정련 방법에서는, 레이들 내의 용강 (3) 이 진공조 (5) 로의 환류를 개시한 이후, 플라즈마 토치 (13) 로부터 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 표면에, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 조사한다. 플라즈마 내의 온도는 수천 도 이상에나 달하므로, 플라즈마 가스 중의 수소 가스가 원자 또는 이온 상태가 되어, 매우 활성인 상태가 된다. 원자 또는 이온 상태의 활성인 수소를 용강 표면에 조사함으로써, 하기에 나타내는 (5) 식, (6) 식, (7) 식의 반응이 형성되고, 용강 중의 산소, 질소, 황을 보다 한층 신속하게 제거할 수 있다.In the molten steel refining method according to the present embodiment, after the molten steel 3 in the ladle starts to flow back into the vacuum tank 5, a plasma torch 13 is applied to the surface of the molten steel 3 flowing back into the vacuum tank. , hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas is irradiated as plasma gas. Since the temperature in the plasma reaches thousands of degrees or more, the hydrogen gas in the plasma gas is in an atomic or ionic state and is in a very active state. By irradiating active hydrogen in the atomic or ionic state to the surface of the molten steel, reactions of the formulas (5), (6), and (7) shown below are formed, and oxygen, nitrogen, and sulfur in the molten steel are more quickly removed. It can be removed.

2H + [O] = H2O ……(5)2H + [O] = H 2 O... … (5)

xH + [N] = NHx ……(6)xH + [N] = NH x ... … (6)

yH + [S] = HyS ……(7)yH + [S] = H y S... … (7)

(5) 식, (6) 식, (7) 식에 있어서, [O] 는 용강 중의 산소, [N] 은 용강 중의 질소, [S] 는 용강 중의 황을 나타낸다.In the formulas (5), (6), and (7), [O] represents oxygen in the molten steel, [N] represents nitrogen in the molten steel, and [S] represents sulfur in the molten steel.

플라즈마를 발생시키는 데에는 다양한 방식이 있지만, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 토치 (13) 를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이 일반적이다. 플라즈마 토치 (13) 는, 주로 직류 전원을 사용하여, 기류나 수랭 노즐 등의 작용으로, 아크 플라즈마를 각종 용도에 적합한 형태로, 안정적으로 또한 양호한 제어성으로 발생시키는 장치 중 하나이다.There are various methods for generating plasma, but as shown in FIG. 1, a method of generating plasma using a plasma torch 13 is common. The plasma torch 13 is one of devices that mainly uses a direct current power source and generates arc plasma in a form suitable for various applications stably and with good controllability through the action of an air current or water cooling nozzle.

전술한 직류 전원을 사용한 플라즈마 토치에는 비이행형과 이행형이 있다. 비이행형의 플라즈마 토치에서는, 용강측에 전극을 형성할 필요가 없기 때문에, 설비 제약이 적고, 또, 설치 비용이 저렴하며, 이 관점에서, 직류 아크 방전에 의한 비이행형의 플라즈마 토치를 사용하는 것이 바람직하다.There are two types of plasma torches using the above-described direct current power supply: non-transitional type and transitional type. In the non-transition type plasma torch, there is no need to form an electrode on the molten steel side, so there are fewer equipment restrictions and installation costs are low. From this point of view, a non-transition type plasma torch using direct current arc discharge is used. It is desirable to do so.

또한, 플라즈마 발생 장치는, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 내에 설치할 수 있고, 또한, 수소 플라즈마를 용강 (3) 에 안정적으로 공급 가능한 형태라면, 특별히 방식은 제한되지 않는다. 예를 들어, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 내에 교류 아크를 발생시키는 전극을 형성하고, 이 전극 사이에 수소 가스 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 공급하고, 수소 가스 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마화시키는 방식이어도 된다.Additionally, the method of the plasma generating device is not particularly limited as long as it can be installed in the vacuum chamber of the RH vacuum degassing device 1 and can stably supply hydrogen plasma to the molten steel 3. For example, an electrode for generating an alternating current arc is formed in the vacuum chamber of the RH vacuum degassing device 1, hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen is supplied between these electrodes, and hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen is formed. A method of converting an inert gas into plasma may be used.

플라즈마 가스로는, 수소 가스, 또는, 수소 가스와 불활성 가스를 혼합한 혼합 가스를 사용한다. 수소 가스를 사용하는 이유는, 전술한 바와 같이, 수소 가스를 플라즈마화시킴으로써, 직접적으로 용강 중의 불순물을 제거할 수 있기 때문이다. 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 가스 중에 수소 가스를 0.5 체적% 이상 혼합하는 것이 바람직하다. 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도가 높을수록, 불순물 제거 효과가 상승하므로, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도의 상한은 특별히 두지 않는다. 불활성 가스로는, 아르곤 가스나 헬륨 가스를 사용할 수 있다.As the plasma gas, hydrogen gas or a mixed gas containing hydrogen gas and an inert gas is used. The reason for using hydrogen gas is that impurities in molten steel can be directly removed by turning hydrogen gas into plasma, as described above. In order to obtain a rapid impurity removal effect, it is preferable to mix 0.5 volume% or more of hydrogen gas in the plasma gas. Since the higher the hydrogen gas concentration in the plasma gas, the impurity removal effect increases, there is no particular upper limit to the hydrogen gas concentration in the plasma gas. As the inert gas, argon gas or helium gas can be used.

용강 중의 산소, 질소 및 황과 같은 불순물을 신속하게 저감시키는 데에는, 플라즈마 가스의 유량, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도, 및, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량의 3 개의 요소를, 적절한 범위로 제어할 필요가 있다.In order to quickly reduce impurities such as oxygen, nitrogen, and sulfur in molten steel, the three factors of the flow rate of the plasma gas, the hydrogen gas concentration in the plasma gas, and the reflux amount of the molten steel inside the vacuum tank must be adjusted to an appropriate range. There is a need to control it.

즉, 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도를 높이는 것뿐만 아니라, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 (5) 에 이송되는 용강량에 대해 적절한 수소 가스량을 공급하는 것이 필요하다. 구체적으로는, 하기의 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 가스의 유량 (GP), 플라즈마 가스 중의 수소 농도 (H2), 및, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (Q) 의 3 개의 요소가, 하기의 (1) 식의 관계를 만족하는 조건인 것이 필요하다. 또, 바람직하게는 3 개의 요소의 관계 (GP × (H2)/Q) 를 0.5 이상으로 하는 것이고, 보다 바람직하게는 1.0 이상으로 하는 것이다. 한편, (GP × (H2)/Q) 가 20.0 보다 커지면, 플라즈마 가스 중의 수소를 해리 혹은 전리하기 위해 큰 출력을 요하게 된다. 또, 그것에 수반하는 플라즈마 토치 (13) 의 손모가 현저해지기 시작하기 때문에, (GP × (H2)/Q) 를 20.0 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.In other words, in order to obtain a rapid impurity removal effect, it is important not only to increase the hydrogen gas concentration in the plasma gas but also to supply an appropriate amount of hydrogen gas for the amount of molten steel transferred to the vacuum tank 5 of the RH vacuum degassing device 1. need. Specifically, as shown in equation (1) below, the flow rate of the plasma gas (G P ), the hydrogen concentration in the plasma gas (H 2 ), and the reflux amount (Q) of the molten steel refluxing in the vacuum tank. It is necessary that the three elements satisfy the relationship in equation (1) below. Also, preferably the relationship between the three elements (G P × (H 2 )/Q) is set to 0.5 or more, and more preferably is set to 1.0 or more. On the other hand, when (G P × (H 2 )/Q) becomes greater than 20.0, a large output is required to dissociate or ionize hydrogen in the plasma gas. Moreover, since the accompanying wear and tear of the plasma torch 13 begins to become significant, it is more preferable to set (G P × (H 2 )/Q) to 20.0 or less.

(1) 식에 있어서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적%), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다. 또한, 플라즈마 가스의 유량의「Nm3/min」은, 플라즈마 가스의 체적 유량을 나타내는 단위이고,「Nm3」은, 표준 상태에 있어서의 플라즈마 가스의 체적을 의미한다. 본 명세서에서는, 플라즈마 가스의 표준 상태를 0 ℃, 1 atm (101325 Pa) 로 한다.(1) In the equation, G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), (H 2 ) is the hydrogen gas concentration (volume %) in the plasma gas, and Q is the molten steel refluxing in the vacuum tank. Reflux amount (ton/min). In addition, “Nm 3 /min” of the flow rate of the plasma gas is a unit representing the volumetric flow rate of the plasma gas, and “Nm 3 ” means the volume of the plasma gas in a standard state. In this specification, the standard state of plasma gas is 0°C and 1 atm (101325 Pa).

진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 은, 환류용 가스의 유량, 진공조 내의 분위기 압력, 상승측 침지관의 단면적에 영향을 받는다. 그 때문에, 이들 조건마다, 균일 혼합 시간을 실기 (實機) 의 RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 있어서 측정하고, 레이들 내의 수용 용강량을, 측정된 균일 혼합 시간으로부터 구해지는 용강 환류 시간으로 제산함으로써, 용강 (3) 의 환류량 (Q) 을 구할 수 있다. 여기서, 균일 혼합 시간은, 상승측 침지관의 바로 아래의 레이들 내의 용강 또는 진공조 내의 용강에, 트레이서 원소 (예를 들어, 구리, 니켈 등) 를 첨가하고, 레이들 내로부터 시계열로 채취한 성분 분석용 시료의 트레이서 원소 농도의 변동이 ±5 % 이내가 되는 데에 요하는 시간으로서 구할 수 있다. 이 때, 용강 환류 시간은 균일 혼합 시간의 약 1/3 이 되는 점에서, 얻어진 균일 혼합 시간의 1/3 이 되는 시간을 용강 환류 시간으로서 사용할 수 있다.The reflux amount (Q) of the molten steel 3 that refluxes in the vacuum tank is influenced by the flow rate of the reflux gas, the atmospheric pressure in the vacuum tank, and the cross-sectional area of the rising side immersion pipe. Therefore, for each of these conditions, the uniform mixing time is measured in the actual RH vacuum degassing device 1, and the amount of molten steel contained in the ladle is determined by the molten steel reflux time obtained from the measured uniform mixing time. By dividing, the reflux amount (Q) of the molten steel 3 can be obtained. Here, the uniform mixing time is calculated by adding a tracer element (e.g., copper, nickel, etc.) to the molten steel in the ladle immediately below the rising side immersion pipe or the molten steel in the vacuum tank, and taking time series from within the ladle. It can be obtained as the time required for the change in tracer element concentration of the sample for component analysis to be within ±5%. At this time, since the molten steel reflux time is about 1/3 of the uniform mixing time, the time that is 1/3 of the obtained uniform mixing time can be used as the molten steel reflux time.

또, 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 은, 하기의 (2) 식으로 나타내는, 경험적인 회귀식으로 구할 수 있는 것이 주지되어 있으며, 따라서, 하기의 (2) 식을 사용하여 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 을 구하는 것이 바람직하다.In addition, it is well known that the reflux amount (Q) of the molten steel 3 that refluxes in the vacuum tank can be obtained by an empirical regression equation expressed in equation (2) below. Therefore, equation (2) below It is desirable to determine the reflux amount (Q) of the molten steel 3 refluxing in the vacuum tank using .

(2) 식에 있어서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다. 또한,「torr」는, 압력 단위이고, 1 torr 가 133.32 Pa 이 된다. 또한, 환류용 가스의 유량에 대해서도「Nm3」은, 표준 상태에 있어서의 환류용 가스의 체적을 의미하고, 0 ℃, 1 atm (101325 Pa) 를 표준 상태로 한다.(2) In the formula, Q is the reflux amount of the molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/min), G C is the flow rate of the reflux gas (Nm 3 /min), and D is the RH vacuum degassing device. The inner diameter (m) of the immersion tube, P 0 is the pressure (torr) at the injection position of the reflux gas, and P is the pressure (torr) in the vacuum tank. Additionally, “torr” is a pressure unit, and 1 torr is 133.32 Pa. Also, regarding the flow rate of the reflux gas, “Nm 3 ” means the volume of the reflux gas in a standard state, and 0° C. and 1 atm (101325 Pa) are taken as the standard state.

레이들 내에 수용되고 수소 플라즈마 처리를 실시하기 전의 용강 (3) 은, 전로 또는 전기로로부터 레이들 (2) 에 출강되고, RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 반송된 것이어도 된다. 그 밖에, 전로 또는 전기로로부터 레이들에 출강되고, 가열 교반 처리 설비 (레이들 퍼니스라고 칭해지는 경우가 있다.) 등에서의 노 외 정련 처리를 거쳐 RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 반송된 것이어도 된다.The molten steel 3 accommodated in the ladle and before hydrogen plasma treatment may be tapped from a converter or electric furnace into the ladle 2 and then conveyed to the RH vacuum degassing device 1. In addition, steel may be tapped from a converter or electric furnace into a ladle, undergo refining outside the furnace in a heating and stirring treatment facility (sometimes called a ladle furnace), etc., and then be returned to the RH vacuum degassing device (1). do.

수소 플라즈마 처리를 실시하기 전의 용강 (3) 은 미탈산 상태여도 되지만, 수소 플라즈마 처리를 실시하기 전에, 수소 가스나 프로판과 같은 환원 가스를 용강 (3) 에 공급하여, 용강 (3) 을 예비 탈산해도 된다. 플라즈마 처리 전의 환원 가스에 의한 예비 탈산에 의해, 용강 중 산소 농도가 어느 정도 저하된 상태로부터 플라즈마 처리를 개시할 수 있으므로, 상기의 (5) 식에 의한 반응의 부하가 경감되어, 플라즈마 처리 시간을 단시간화할 수 있다. 환원 가스에 의한 예비 탈산을 실시하는 시기는, RH 진공 탈가스 장치에서의 처리 전이어도, 또, RH 진공 탈가스 장치에서의 정련 중의 플라즈마 처리 전이어도, 어느 쪽이어도 상관없다.The molten steel 3 before the hydrogen plasma treatment may be in a non-deoxidized state, but before the hydrogen plasma treatment, a reducing gas such as hydrogen gas or propane is supplied to the molten steel 3 to preliminarily deoxidize the molten steel 3. You can do it. By preliminary deoxidation with a reducing gas before plasma treatment, plasma treatment can be started from a state in which the oxygen concentration in the molten steel has decreased to a certain extent, so the load of the reaction according to equation (5) above is reduced, and the plasma treatment time is reduced. It can be shortened. The timing of performing preliminary deoxidation with a reducing gas may be before treatment in the RH vacuum degassing device or before plasma processing during refining in the RH vacuum degassing device.

또, 용강 중의 질소 및 황의 제거를 중점적으로 실시하는 경우에는, 플라즈마 처리 전에 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재를 첨가하여 용강 (3) 을 탈산하여, 용강 중 산소 농도를 미리 저감시켜도 된다. 이 경우에는, 용강 중 산소 농도가 이미 낮으므로, 플라즈마 처리에 의한 탈산 효과는 한정적이다. 용강 중 산소는 계면 활성 원소로서 기능하고 있으며, 용강 표면으로부터의 질소 가스, 질화수소, 황화수소의 기상 (진공조 내 분위기) 으로의 이탈을 저해할 수 있다. 그러나, 알루미늄이나 규소에 의한 탈산 처리에 의해 용강 중 산소 농도를 저위로 해 둠으로써, 신속하게 수소 플라즈마에 의한 용강 중의 산소, 질소, 황 등의 제거 효과를 얻을 수 있다.In addition, when the removal of nitrogen and sulfur in the molten steel is mainly performed, the oxygen concentration in the molten steel may be reduced in advance by adding a deoxidizing agent such as aluminum or silicon to deoxidize the molten steel 3 before the plasma treatment. In this case, since the oxygen concentration in the molten steel is already low, the deoxidation effect by plasma treatment is limited. Oxygen in molten steel functions as an interface active element and can inhibit the escape of nitrogen gas, hydrogen nitride, and hydrogen sulfide from the surface of molten steel into the gas phase (atmosphere within the vacuum tank). However, by lowering the oxygen concentration in the molten steel to a low level through deoxidation treatment with aluminum or silicon, the effect of quickly removing oxygen, nitrogen, sulfur, etc. in the molten steel by hydrogen plasma can be obtained.

플라즈마 출력 (E) 은 하기의 (9) 식을 만족하는 것이 보다 바람직하다. 수소 가스를 고비율로 원자 상태로 해리시키기 위해서는 일정 이상의 출력이 필요해지는데, 도입하는 플라즈마 가스의 유량 혹은 플라즈마 가스 중의 수소 농도에 따라 필요해지는 출력은 상이하다. 그들을 조사한 결과, 플라즈마 출력은 (9) 식의 관계를 만족하면 되는 것을 알 수 있었다. 출력을 증가시키면, 수소 원자로의 해리뿐만 아니라, 수소 이온으로의 전리 비율이 증가하기 때문에, 보다 불순물 제거 효과가 현저해진다. 한편으로, 출력 증가에 수반하여 전력 비용이 증가하기 때문에, 요구하는 품질과 비용의 밸런스에 따라 플라즈마 출력을 선택하면 된다.It is more preferable that the plasma output (E) satisfies the equation (9) below. In order to dissociate hydrogen gas into an atomic state at a high rate, a certain level of output is required, but the required output varies depending on the flow rate of the introduced plasma gas or the hydrogen concentration in the plasma gas. As a result of examining them, it was found that the plasma output only needs to satisfy the relationship in equation (9). If the output is increased, the impurity removal effect becomes more noticeable because not only the dissociation into hydrogen atoms but also the rate of ionization into hydrogen ions increases. On the other hand, since the power cost increases with the increase in output, the plasma output can be selected according to the balance between required quality and cost.

E ≥ GP × (1.5 × (H2) + 11.5) …(9)E ≥ G P × (1.5 × (H 2 ) + 11.5) … (9)

(9) 식에 있어서, E 는, 플라즈마 출력 (kW) 이다.(9) In the equation, E is the plasma output (kW).

또, 본 발명자들은, 수소 플라즈마 처리를 실시할 때에, 진공조 내의 용강 유동을 적절하게 함으로써, 더욱 효율적으로 용강 중의 불순물을 저감시킬 수 있는 것을 지견하였다.Additionally, the present inventors discovered that when performing hydrogen plasma treatment, impurities in molten steel can be reduced more efficiently by appropriately controlling the flow of molten steel in the vacuum tank.

본 발명자들은, RH 진공 탈가스 장치를 본뜬 수치 계산이나 물 모델 실험으로부터, 진공조 내의 강욕 유속은 균일하지 않고, 진공조 (5) 의 내벽을 따르는 흐름이 빠르고, 진공조 (5) 의 강욕 중앙부의 흐름은 벽면측보다 느린 것을 확인하였다. 한편, 수소 플라즈마의 조사 위치는 진공조 (5) 의 강욕 중앙부 부근인 점에서, 진공조 내의 용강 유동을 적절하게 하는 것이 수소 플라즈마 처리시의 불순물 제거 효율을 올리기 위해 중요하다고 생각하였다.From numerical calculations and water model experiments imitating the RH vacuum degassing device, the present inventors have found that the flow rate of the steel bath in the vacuum tank is not uniform, the flow along the inner wall of the vacuum tank 5 is fast, and the flow rate in the steel bath center of the vacuum tank 5 is fast. It was confirmed that the flow was slower than that on the wall side. On the other hand, since the location of hydrogen plasma irradiation is near the center of the steel bath of the vacuum tank 5, it was thought that appropriate flow of molten steel in the vacuum tank was important to increase the impurity removal efficiency during hydrogen plasma treatment.

그래서, 플라즈마 조사 조건과 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속의 관계를 평가하였다. 그 결과, 용강 중 불순물을 신속하게 제거하기 위해서는, 진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 을 하기의 (3) 식을 만족하는 범위로 함으로써, 수소 플라즈마에 의한 불순물 제거가 효율적으로 진행되는 것을 알 수 있었다.Therefore, the relationship between plasma irradiation conditions and the surface flow rate of molten steel refluxing in the vacuum tank was evaluated. As a result, it was found that in order to quickly remove impurities in molten steel, by setting the surface flow rate (V) of molten steel in the vacuum tank to a range that satisfies the equation (3) below, impurity removal by hydrogen plasma proceeds efficiently. I was able to.

(3) 식에 있어서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m) 이다.(3) In the formula, V is the surface flow rate of the molten steel refluxing in the vacuum tank (m/min), G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), π is the pi, and L is the rise. It is the distance (m) between the centers of the side immersion pipe and the descending side immersion pipe.

즉, 진공조 (5) 의 내벽을 따르는 흐름보다 유속의 느린, 전술한 진공조 내 강욕 중앙부의 영역은, 대체로, 상승측 침지관 (8) 및 하강측 침지관 (9) 의 중심간의 거리를 사용하여 나타낼 수 있다. 진공층 내 강욕 중심부에 취입되는 플라즈마 가스의 선유속에 상당하는 지표에 대해, 진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 을 높게 함으로써, 강욕 중앙부의 수소 플라즈마 조사부에 항상 새로운 용강 (3) 을 공급할 수 있어, 신속하게 용강 중의 불순물을 제거할 수 있는 것으로 생각된다.That is, the area in the central part of the river bath in the above-described vacuum tank, where the flow speed is slower than the flow along the inner wall of the vacuum tank 5, is generally the distance between the centers of the rising side immersion pipe 8 and the descending side immersion pipe 9. It can be expressed using By increasing the surface flow velocity (V) of the molten steel in the vacuum tank relative to the linear flow velocity of the plasma gas blown into the center of the steel bath in the vacuum layer, new molten steel (3) can always be supplied to the hydrogen plasma irradiation section in the central part of the steel bath. , it is believed that impurities in molten steel can be quickly removed.

진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 은, 하기의 (4) 식으로 구할 수 있다.The surface flow velocity (V) of the molten steel refluxing in the vacuum tank can be obtained from the equation (4) below.

(4) 식에 있어서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다.(4) In the equation, V is the surface flow rate of the molten steel refluxing in the vacuum tank (m/min), Q is the reflux amount of the molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/min), and ρ is the reflux of the molten steel. Density (kg/m3), H is the molten steel height in the vacuum tank (m), and d is the inner diameter of the vacuum tank (m).

진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 이, (3) 식의 우변보다 작은 경우에는, 강욕 중앙부의 수소 플라즈마 조사부에 대한, 새로운 용강의 공급 및 혼합이 진행되지 않아, 수소 플라즈마에 의한 불순물 제거 효과는 작아진다.When the surface flow velocity (V) of the molten steel in the vacuum tank is smaller than the right side of equation (3), the supply and mixing of new molten steel to the hydrogen plasma irradiation section in the center of the steel bath does not proceed, resulting in the effect of removing impurities by hydrogen plasma. becomes smaller.

이상으로부터, 진공조 내의 용강 유동, 즉 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 은 (3) 식의 범위인 것이 바람직하다. 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 을 (3) 식의 범위로 하기 위해서는, 하기의 (8) 식을 만족하도록, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (Q ; ton/min) 및 플라즈마 가스의 유량 (GP ; Nm3/min) 을 제어하면 된다. (8) 식은, (3) 식 및 (4) 식으로부터 얻어지는 식이고, 각 변수는 (3) 식 및 (4) 식과 동일하다.From the above, it is preferable that the molten steel flow in the vacuum tank, that is, the surface flow velocity (V) of the molten steel refluxing in the vacuum tank, is within the range of equation (3). In order to make the surface flow rate (V) of the molten steel refluxing in the vacuum tank within the range of equation (3), the reflux amount of molten steel refluxing in the vacuum tank (Q; ton/min) so as to satisfy the equation (8) below. ) and the flow rate of the plasma gas (G P ; Nm 3 /min). Expression (8) is an expression obtained from expressions (3) and (4), and each variable is the same as expressions (3) and (4).

레이들 내의 용강 (3) 의 표면에 부유하는 슬래그 (4) 의 성분 중, 특히, 슬래그 중의 철 산화물 및 망간 산화물은, 용강 (3) 에 대한 산소 공급원이 될 수 있다. 이 때문에, 슬래그 (4) 의 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계를 5 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3 질량% 이하, 보다 바람직하게는 1 질량% 이하로 한다. 철 산화물 농도와 망간 산화물 농도의 합계 농도가 5 질량% 보다 높은 경우에는, 플라즈마 처리 중에 슬래그 (4) 로부터 용강 (3) 으로의 산소 공급이 동시에 진행되어, 불순물 저감 효과를 충분히 얻을 수 없다.Among the components of the slag 4 floating on the surface of the molten steel 3 in the ladle, especially iron oxide and manganese oxide in the slag can serve as an oxygen source for the molten steel 3. For this reason, the total of the iron oxide concentration and the manganese oxide concentration of the slag 4 is preferably 5 mass% or less, more preferably 3 mass% or less, and even more preferably 1 mass% or less. If the total concentration of the iron oxide concentration and the manganese oxide concentration is higher than 5% by mass, oxygen is supplied from the slag 4 to the molten steel 3 simultaneously during the plasma treatment, and the impurity reduction effect cannot be sufficiently obtained.

슬래그 (4) 의 철 산화물이나 망간 산화물을 저감시키는 방법으로는, RH 진공 탈가스 장치 (1) 에서의 처리 개시 전에, 용강 상에 부유하는 슬래그 (4) 에 대해, 금속 알루미늄이나 알루미늄 드로스를 첨가하여, 알루미늄으로 철 산화물이나 망간 산화물의 환원을 실시하는 것이 유효하다. 또, 슬래그 (4) 를 레이들 (2) 로부터 제거하고, 그 후, 레이들 내에 조재제를 첨가하여, 철 산화물이나 망간 산화물이 적은 슬래그를 새롭게 만드는 것도 유효하다.As a method of reducing iron oxide and manganese oxide in the slag 4, before starting treatment in the RH vacuum degassing device 1, metal aluminum or aluminum dross is applied to the slag 4 floating on the molten steel. Additionally, it is effective to reduce iron oxide or manganese oxide with aluminum. Additionally, it is also effective to remove the slag 4 from the ladle 2 and then add an additive into the ladle to create new slag containing less iron oxide or manganese oxide.

수소 플라즈마 처리 후, 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재의 용강 (3) 으로의 첨가 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 수소 플라즈마의 정지 후, 대기, 슬래그 (4) 또는 레이들 내화물로부터 산소가 용강 (3) 에 공급되고, 용강 중의 산소 농도가 상승한다. 이 때문에, 수소 플라즈마 처리 후, 용강 (3) 에, 신속하게 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재를 원료 투입구 (12) 로부터 첨가하여, 수소 플라즈마 처리에 의해 저감된 용강 중 산소 농도를 저위로 유지하는 것이 바람직하다. 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재 이외에도 용강 성분을 조정할 필요가 있는 경우에는, 수소 플라즈마 처리 후, 소정의 합금철이나 순금속을 원료 투입구 (12) 로부터 환류하고 있는 진공조 내의 용강에 첨가한다.After hydrogen plasma treatment, the timing of addition of a deoxidizer such as aluminum or silicon to the molten steel 3 is not particularly limited. For example, after the hydrogen plasma is stopped, oxygen is supplied to the molten steel 3 from the atmosphere, the slag 4, or the ladle refractory material, and the oxygen concentration in the molten steel increases. For this reason, after the hydrogen plasma treatment, it is advisable to quickly add a deoxidizing material such as aluminum or silicon to the molten steel 3 from the raw material inlet 12 to maintain the oxygen concentration in the molten steel reduced by the hydrogen plasma treatment at a low level. desirable. When it is necessary to adjust the molten steel composition in addition to the deoxidizing agent such as aluminum or silicon, after hydrogen plasma treatment, a predetermined ferroalloy or pure metal is added to the molten steel in the vacuum tank refluxing from the raw material inlet 12.

또, 수소 플라즈마 처리에 의해 용강 중의 수소 농도는 수 질량ppm 이상으로 상승하므로, 수소 플라즈마 처리 후, 수소 플라즈마를 조사하지 않고, 진공조 내의 분위기 압력을 10 torr 이하로 한다. 그리고 10 torr 이하의 감압하에서 5 분간 이상 용강 (3) 의 진공조 (5) 로의 환류를 계속하여, 용강 중의 수소 농도를 저감시키는 것이 바람직하다.Additionally, since the hydrogen concentration in the molten steel increases to several mass ppm or more due to the hydrogen plasma treatment, the hydrogen plasma is not irradiated after the hydrogen plasma treatment, and the atmospheric pressure in the vacuum chamber is set to 10 torr or less. Then, it is preferable to continue to reflux the molten steel 3 into the vacuum tank 5 for 5 minutes or more under a reduced pressure of 10 torr or less to reduce the hydrogen concentration in the molten steel.

이상과 같은 수소 플라즈마 처리를 사용한 정련 방법에 의해, 용강 중의 산소, 질소 및 황을 각각 20 질량ppm 이하까지 신속하게 저감시킬 수 있다.By the refining method using hydrogen plasma treatment as described above, oxygen, nitrogen, and sulfur in molten steel can be quickly reduced to 20 mass ppm or less each.

실시예Example

1 차지의 용강량이 200 톤 이상 350 톤 이하인 규모의 실기에 있어서, 도 1 에 나타내는 RH 진공 탈가스 장치를 사용하여, 전로로부터 출강된 용강에 대해 수소 플라즈마 처리를 실시하는 시험을 실시하였다. RH 진공 탈가스 장치의 진공조의 상부에 설치한 직류 아크 방전에 의한 비이행형의 플라즈마 토치로부터, 플라즈마 가스 유량이나 플라즈마 가스 중의 수소 농도를 변화시켜 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에 수소 플라즈마를 조사하였다. 또한, RH 진공 탈가스 장치의 조업 조건이나 용강 조성 (산소 농도, 질소 농도, 황 농도 등) 을 변화시켰다.In an actual machine with a molten steel volume of 200 tons or more and 350 tons or less per charge, a test was conducted in which the molten steel tapped from the converter was subjected to hydrogen plasma treatment using the RH vacuum degassing device shown in FIG. 1. From a non-transition type plasma torch by direct current arc discharge installed on the upper part of the vacuum chamber of the RH vacuum degassing device, hydrogen plasma is generated on the surface of the molten steel refluxing in the vacuum chamber by changing the plasma gas flow rate or the hydrogen concentration in the plasma gas. investigated. Additionally, the operating conditions and molten steel composition (oxygen concentration, nitrogen concentration, sulfur concentration, etc.) of the RH vacuum degassing device were changed.

RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 수소 플라즈마 처리 전후에, 성분 분석용 시료를 레이들 내의 용강으로부터 채취하고, 용강 중 산소 농도, 질소 농도 및 황 농도의 분석을 실시하여, 플라즈마 처리 효과의 확인을 실시하였다. 플라즈마 처리 시간은, 대체로 15 분간으로 통일하였다. 또한, 전로 출강 후부터 플라즈마 처리까지의 동안, 알루미늄 등의 탈산재의 첨가는 실시하지 않았다. 또, 용강의 진공조로의 환류량 (Q) 은, (2) 식을 사용하여 산출하였다. 레이들 내 슬래그의 철 산화물 농도 및 망간 산화물 농도는, RH 진공 탈가스 장치에서의 처리 개시 전에, 레이들 내의 슬래그에 알루미늄 드로스를 첨가하여 조정하였다.In the RH vacuum degassing device, samples for component analysis are taken from the molten steel in the ladle before and after hydrogen plasma treatment, and the oxygen concentration, nitrogen concentration, and sulfur concentration in the molten steel are analyzed to confirm the effect of plasma treatment. did. The plasma treatment time was generally standardized to 15 minutes. Additionally, deoxidizing agents such as aluminum were not added during the period from steel tapping in the converter to plasma treatment. In addition, the amount of molten steel being returned to the vacuum tank (Q) was calculated using equation (2). The iron oxide concentration and manganese oxide concentration of the slag in the ladle were adjusted by adding aluminum dross to the slag in the ladle before starting treatment in the RH vacuum degassing device.

표 1 에 각 시험의 시험 조건을 나타내고, 표 2 에 평가 결과를 나타낸다.Table 1 shows the test conditions for each test, and Table 2 shows the evaluation results.

Figure pct00009
Figure pct00009

Figure pct00010
Figure pct00010

본 발명예에 있어서는, 15 분간의 수소 플라즈마 처리를 실시함으로써, 용강 중의 산소 농도, 질소 농도 및 황 농도는, 동시에 또한 신속하게 20 질량ppm 이하까지 저감되었다. 플라즈마 처리의 개시 전부터 종료 후까지의 각각의 원소의 제거율은, 용강 중 산소가 95 % 이상, 용강 중 질소가 54 % 이상, 용강 중 황이 21 % 이상이었다.In the present invention example, by performing hydrogen plasma treatment for 15 minutes, the oxygen concentration, nitrogen concentration, and sulfur concentration in the molten steel were simultaneously and quickly reduced to 20 mass ppm or less. The removal rates of each element from before the start of the plasma treatment to after the end were 95% or more for oxygen in the molten steel, 54% or more for nitrogen in the molten steel, and 21% or more for sulfur in the molten steel.

한편, 본 발명의 조건을 만족하지 않는 비교예에 있어서는, 수소 플라즈마 처리 후에도 용강 중의 산소, 질소 및 황의 저감은 불충분하고, 수소 플라즈마 처리 후의 농도는, 어느 원소도 20 질량ppm 을 초과하는 결과였다. 플라즈마 처리의 개시 전부터 종료 후까지의 각각의 원소의 제거율은, 용강 중 산소가 91 % 이하, 용강 중 질소가 22 % 이하, 용강 중 황이 9 % 이하로 저위였다.On the other hand, in the comparative example that did not satisfy the conditions of the present invention, the reduction of oxygen, nitrogen, and sulfur in the molten steel was insufficient even after the hydrogen plasma treatment, and the concentration after the hydrogen plasma treatment exceeded 20 mass ppm for any element. The removal rates of each element from before the start of the plasma treatment to after the end were low at 91% or less for oxygen in the molten steel, 22% or less for nitrogen in the molten steel, and 9% or less for sulfur in the molten steel.

1 : RH 진공 탈가스 장치
2 : 레이들
3 : 용강
4 : 슬래그
5 : 진공조
6 : 상부조
7 : 하부조
8 : 상승측 침지관
9 : 하강측 침지관
10 : 환류용 가스 취입관
11 : 덕트
12 : 원료 투입구
13 : 플라즈마 토치
1: RH vacuum degassing device
2: Ladle
3: molten steel
4: Slag
5: Vacuum tank
6: Upper bracket
7: lower part
8: Rising side immersion pipe
9: Downward side immersion pipe
10: Gas injection pipe for reflux
11: duct
12: Raw material input port
13: Plasma Torch

Claims (5)

레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 상기 진공조 내에 설치된 플라즈마 발생 장치로부터, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 당해 플라즈마 처리에 의해 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시키는, 용강의 정련 방법.

여기서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적%), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다.
In the process of refining molten steel contained in a ladle by refluxing it in the vacuum tank of the RH vacuum degassing device, a plasma generator installed in the vacuum tank is applied to the surface of the molten steel refluxing in the vacuum tank of the RH vacuum degassing device. , plasma treatment is performed by irradiating hydrogen gas or an inert gas containing hydrogen gas as a plasma gas under conditions that satisfy the equation (1) below, and the plasma treatment selects oxygen, nitrogen, and sulfur contained in the molten steel. A method of refining molten steel that reduces the content of one or two or more elements.

Here, G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), (H 2 ) is the hydrogen gas concentration (volume %) in the plasma gas, and Q is the reflux amount of molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/ min).
제 1 항에 있어서,
상기 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량을 하기의 (2) 식을 사용하여 산출하는, 용강의 정련 방법.

여기서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다.
According to claim 1,
A method of refining molten steel in which the reflux amount of molten steel flowing in the vacuum tank is calculated using the equation (2) below.

Here, Q is the reflux amount of molten steel refluxing in the vacuum tank (ton/min), G C is the flow rate of reflux gas (Nm 3 /min), and D is the inner diameter of the immersion tube of the RH vacuum degassing device. (m), P 0 is the pressure (torr) at the injection position of the reflux gas, and P is the pressure (torr) in the vacuum chamber.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 가스가 조사되는, 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속이, 하기의 (3) 식 및 (4) 식의 관계를 만족하는, 용강의 정련 방법.

여기서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다.
The method of claim 1 or 2,
A method for refining molten steel, wherein the surface flow rate of molten steel refluxing in the vacuum chamber to which the plasma gas is irradiated satisfies the relationships of equations (3) and (4) below.

Here, V is the surface flow rate of the molten steel refluxing in the vacuum tank (m/min), G P is the flow rate of the plasma gas (Nm 3 /min), π is the pi ratio, and L is the rising side immersion pipe and the falling side. Q is the distance between the centers of the side immersion pipes (m), Q is the reflux amount of molten steel in the vacuum tank (ton/min), ρ is the density of molten steel (kg/㎥), and H is the height of molten steel in the vacuum tank. (m) and d are the inner diameter (m) of the vacuum tank.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
레이들 내에 수용한 용강의 표면에 부유하는 슬래그는, 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계가 5 질량% 이하인, 용강의 정련 방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
A method for refining molten steel, wherein the slag floating on the surface of molten steel contained in a ladle has a total concentration of iron oxide and manganese oxide of 5% by mass or less.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리에 의해, 용강에 포함되는 산소, 질소, 황의 3 원소의 함유량을 동시에 저감시키는, 용강의 정련 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
A method of refining molten steel in which the content of the three elements of oxygen, nitrogen, and sulfur contained in the molten steel is simultaneously reduced by the plasma treatment.
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