TWI816422B

TWI816422B - 鋼水的精煉方法

Info

Publication number: TWI816422B
Application number: TW111120954A
Authority: TW
Inventors: 原田晃史; 中井由枝
Original assignee: 日商杰富意鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2023-09-21
Also published as: TW202313994A; WO2022270226A1

Abstract

本發明的課題在於在製鋼步驟中，使向澆桶內的鋼水賦予氫電漿時的脫氧、脫氮、脫硫的精煉反應迅速地進行，效率良好地熔製雜質少的高純度鋼水。一種鋼水的精煉方法，於向收容於澆桶內的鋼水9中吹入攪拌用氣體來攪拌鋼水的步驟中，於藉由攪拌處理而處於流動狀態的鋼水的表面，自設置於澆桶內鋼水的上方的電漿產生裝置11、電漿產生裝置12，進行將氫氣或包含氫氣的惰性氣體作為電漿氣體於滿足下述（1）式的條件下照射的電漿處理，降低鋼水中所含的選自氧、氮、硫中的一種或兩種以上的元素的含量。於（1）式中，G _P是電漿氣體的流量（Nm ³/min），(H ₂)是電漿氣體中的氫氣濃度（體積%），Q是鋼水循環流量（ton/min）。（G _P×(H ₂)/Q）…（1）

Description

鋼水的精煉方法

本發明是有關於一種製造作為雜質元素的氧、氮、硫的含量少的鋼水的精煉方法，詳細而言，本發明是有關於一種將氫氣或包含氫氣的惰性氣體作為電漿氣體向澆桶內的鋼水表面照射，藉由電漿氣體將雜質去除的鋼水的精煉方法。

已知鋼鐵材料中的非金屬夾雜物一般會對材料特性或品質造成不良影響。另外，氧化物系的非金屬夾雜物於連續鑄造中引起浸漬噴嘴的堵塞，於由鑄造速度的減少導致的生產性下降或最壞的情況下不得不中斷鑄造。作為非金屬夾雜物，可列舉鋼水脫氧時生成的氧化物系的脫氧產物或鋼中合金元素的硫化物、氮化物等。為了降低該些非金屬夾雜物(以下，亦簡稱為「夾雜物」)的量，重要的是極力降低鋼水中的氧、氮及硫，先前進行了各種各樣的措施。

關於鋼水中的氧，藉由添加如鋁(Al)或矽(Si)般的脫氧材料，將鋼水中的溶解氧固定為Al₂O₃或SiO₂。所生成的氧化物系夾雜物利用與鋼水的比重差，藉由鋼水的氣體攪拌處理或RH真空脫氣裝置中的回流處理等實現上浮去除。然而，現狀是無法分離去除全部的氧化物系夾雜物，無法避免氧化物系夾雜物於鋼水中的殘留。

關於鋼水中的氮，藉由真空脫氣設備的真空處理來實現降低。然而，鋼水中的氮除了受到作為界面活性元素的氧或硫的影響之外，難以避免由來自真空系統外的大氣捲入所引起的吸氮，現狀是無法穩定地達成低濃度的氮水準。

關於鋼水中的硫，藉由添加CaO系焊劑或CaO-Al₂O₃系焊劑(添加脫硫劑)來實現降低。例如，於澆桶精煉爐的澆桶精煉中，藉由自澆桶底將氬氣吹入至鋼水中進行攪拌，促進澆桶內的鋼水與CaO-Al₂O₃系焊劑的反應，使硫向焊劑側(爐渣側)移動，從而實現鋼水中硫的降低。然而，於此種澆桶精煉爐中的處理中，由於利用石墨電極進行電弧加熱，因此會發生碳向鋼水中的熔入，難以應用於如極低碳鋼般的鋼種。

另外，於RH真空脫氣裝置中，有藉由向於真空槽內回流的鋼水中添加CaO系焊劑或CaO-Al₂O₃系焊劑來進行脫硫的方法。進而，亦有藉由將如氬氣般的惰性氣體作為搬送用氣體，自頂吹噴槍向於真空槽內回流的鋼水投射(吹附)CaO系焊劑或CaO-Al₂O₃系焊劑來進行脫硫的方法。然而，該些方法中，鋼水與焊劑的反應時間並不充分，難以有效率地獲得低位的硫濃度的鋼水。

且說，作為降低金屬中的雜質的精煉技術，已知有氫電漿的利用。由於電漿內的溫度達到數千度以上，因此電漿氣體中的氫氣成為原子狀態或離子狀態，成為非常活性的狀態。藉由將其向鋼水表面照射，可期待僅藉由通常的氫氣照射無法實現的優異的精煉效果。即，藉由下述所示的(6)式至(8)式的反應，可迅速地將鋼水中的氧、氮、硫去除。

2H+[O]=H₂O……(6)

xH+[N]=NH_x……(7)

yH+[S]=H_yS……(8)

此處，[O]表示鋼水中的氧，[N]表示鋼水中的氮，[S]表示鋼水中的硫。

不僅可將鋼水中的氧、氮及硫以H₂O、NH_x及H_yS的形式分別作為氣體向系統外去除，而且於去除氧時(脫氧時)不產生夾雜物，因此可獲得清潔性高的鋼。

作為此種利用了氫電漿的高純度金屬的精製技術，於專利文獻1中揭示了：於使用氫電漿進行金屬的熔融時，用於降低金屬中的氧、氮或碳的電漿氣體中的氫濃度或爐內壓力的較佳範圍。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利第4305792號公報

但是，於將所述專利文獻1的技術應用於工業規模的製鋼步驟中，存在以下的問題點。

於專利文獻1所記載的實施例中，記載了將數十g至數十kg水準的金屬於電漿熔解爐中進行處理時的精煉效果。然而，於工業規模的製鋼步驟中需要對超過100噸的鋼水進行處理，難以將電漿氣體向鋼水整體照射。因此，於專利文獻1的揭示技術中擔心無法獲得迅速的雜質去除效果。為了獲得迅速的雜質去除效果，重要的是不僅使電漿條件適當，而且使鋼水側的流動條件適當，效率良好地進行氫電漿處理。

另外，於專利文獻1的揭示技術中，未規定賦予氫電漿的對象的金屬量或金屬量與電漿氣體流量的關係。因此，設想如下情況：即便對電漿氣體組成或環境壓力適當地進行控制，電漿氣體流量或氫量相對於金屬量亦不足，從而無法獲得充分的雜質降低效果。進而，專利文獻1並非對已經熔融的鐵賦予氫電漿的技術，亦具有利用電漿對目標金屬進行加熱熔融的作用。因此，如製鋼步驟般，即便對已經熔融的鋼應用所揭示的電漿氣體條件，亦擔心無法獲得同樣的期待效果的可能性。

本發明是鑒於所述情形而成，其目的在於提供一種鋼水的精煉方法，其於製鋼步驟中，使向澆桶內的鋼水賦予氫電漿時的脫氧、脫氮、脫硫的精煉反應迅速地進行，效率良好地熔製雜質少的高純度鋼水。

用於解決所述課題的本發明的主旨如下所述。

[1]一種鋼水的精煉方法，於進行向收容於澆桶內的鋼水吹入攪拌用氣體而攪拌澆桶內的鋼水的氣體攪拌處理的步驟中，於藉由所述氣體攪拌處理而處於流動狀態的澆桶內鋼水的表面，自設置於所述澆桶內鋼水的上方的電漿產生裝置，進行將氫氣或包含氫氣的惰性氣體作為電漿氣體於滿足下述(1)式的條件下照射的電漿處理，藉由所述電漿處理，降低鋼水中所含的選自氧、氮、硫中的一種或兩種以上的元素的含量。

此處，G_P是電漿氣體的流量(Nm³/min)，(H₂)是電漿氣體中的氫氣濃度(體積%)，Q是澆桶內鋼水的鋼水循環流量(ton/min)。

[2]如所述[1]所述的鋼水的精煉方法，其中，使用下述(2)式、(3)式、(4)式算出所述澆桶內鋼水的鋼水循環流量。

此處，Q是澆桶內鋼水的鋼水循環流量(ton/min)，W_m是澆桶內鋼水的質量(ton)，t_C是澆桶內鋼水的鋼水循環時間(min)， D是澆桶內鋼水浴的平均直徑(m)，H是澆桶內鋼水浴的深度(m)，ε是攪拌動力(W/ton)，G_B是向澆桶內鋼水的合計攪拌用氣體吹入流量(Nm³/min)，T_L是澆桶內鋼水的鋼水溫度(K)，P₀是電漿照射區域的環境壓力(torr)。

[3]如所述[1]或所述[2]所述的鋼水的精煉方法，其中，所述氣體攪拌處理是藉由在所述澆桶的底部設置一處或兩處以上的氣體吹入部，自所述氣體吹入部向所述澆桶內鋼水中吹入攪拌用氣體而進行，此時的由(4)式算出的攪拌動力(ε)為25W/ton以上。

[4]如所述[3]所述的鋼水的精煉方法，其中，以所述氣體吹入部中的至少一處的鉛垂上方的鋼水表面正上方為中心，向由下述(5)式算出的電漿照射範圍半徑(r)以內的範圍照射所述電漿氣體。

[數3]r=0.6×H×(g_B ^0.3-0.025)^0.5…(5)

此處，r是電漿照射範圍半徑(m)，g_B是攪拌用氣體的吹入流量(Nm³/min/氣體吹入部一處)。

[5]如所述[1]至所述[4]中任一項所述的鋼水的精煉方法，其中，對所述澆桶內鋼水照射電漿氣體時的環境壓力為150torr以下。

[6]如所述[1]至所述[5]中任一項所述的鋼水的精煉方法，其中，收容於澆桶內的鋼水的表面所漂浮的爐渣中，鐵氧化物的濃度與錳氧化物的濃度的合計為5質量%以下。

[7]如所述[1]至所述[6]中任一項所述的鋼水的精煉方法，其中，藉由所述電漿處理，同時降低鋼水中所含的氧、氮、硫此三元素的含量。

根據本發明，可對收容於澆桶的鋼水適當地實施氫電漿處理，其結果，可迅速地對雜質少的高純度鋼進行熔製，從而帶來工業上有益的效果。

1:澆桶精煉爐

2:澆桶

3:上蓋

4:石墨電極

5:鐵皮

6:內襯耐火物

7:永久耐火物

8、8a:底吹塞

9:鋼水

10:爐渣

11、12:電漿炬(電漿產生裝置)

13:攪拌用氣體氣泡

圖1是表示一般的澆桶精煉爐的一例的概略縱剖面圖。

以下，對本發明進行詳細說明。

本發明的鋼水的精煉方法是如下熔製方法，即於進行向收容於澆桶內的鋼水吹入攪拌用氣體而攪拌澆桶內的鋼水的氣體攪拌處理的步驟中，於藉由氣體攪拌處理而處於流動狀態的澆桶內鋼水的表面，自設置於澆桶內鋼水的上方的電漿產生裝置，將經電漿化的氫氣、或經電漿化的氫氣與惰性氣體的混合氣體作為電漿氣體照射，藉由該電漿氣體的照射而將鋼水中的選自氧、氮、硫中的一種或兩種以上的元素去除，從而降低其含量。於本說明書中，將氫氣或包含氫氣的惰性氣體作為電漿氣體向鋼水表面照射的情況稱為「電漿處理」或「氫電漿處理」。

能夠實施本發明的精煉設備為可將攪拌用氣體吹入至澆桶內的鋼水來攪拌鋼水的二次精煉爐，例如澆桶精煉爐(Ladle Furnace，LF)、VOD爐(真空吹氧脫碳(Vacuum Oxygen Decarburization)爐)、VAD爐(真空電弧脫碳(Vacuum Arc Decarburization)爐)、革命性脫氣活化劑(Revolutionary Degassing Activator，REDA)真空脫氣裝置等。

圖1中以概略縱剖面圖示出一般的澆桶精煉爐的一例。於圖1中，符號1為澆桶精煉爐，符號2為澆桶，符號3為上蓋，符號4為石墨電極，符號5為鐵皮，符號6為內襯耐火物，符號7為永久耐火物，符號8、符號8a為底吹塞，符號9為鋼水，符號10為爐渣，符號11、符號12為電漿炬，符號13為攪拌用氣體氣泡。收容鋼水9的澆桶2將外殼設為鐵皮5，於鐵皮5的內側，按照永久耐火物7、內襯耐火物6的順序對耐火物進行施工，內襯耐火物6的至少一部分(主要是爐渣線)利用MgO系耐火物進行施工。另外，於澆桶2的底部，作為氣體吹入部設置有用於吹入稀有氣體等攪拌用氣體的底吹塞8、底吹塞8a。電漿炬11、電漿炬12是構成電漿產生裝置的一部分的裝置，是自其前端部向澆桶內的鋼水9的表面照射電漿氣體來實施氫電漿處理的裝置，貫通上蓋3而設置，能夠於由澆桶2與上蓋3包圍的空間內上下移動。於圖1中，設置有兩台電漿炬，但電漿炬可為一台，另外亦可為三台以上。另外，於圖1中，底吹塞設置於兩處，但底吹塞可為一處，另外亦可為三處以上。

澆桶精煉爐1是自底吹塞8、底吹塞8a對澆桶內的鋼水9吹入氬氣等攪拌用氣體，一邊攪拌鋼水9，一邊添加精煉用焊劑及合金材料的設備。而且，澆桶精煉爐1亦是利用石墨電極4實施通電加熱，將鋼水9的成分及溫度調整為目標值的設備。再者，於藉由交流電源進行通電加熱的設備中，大多設置三根石墨電極4，但於圖1中省略了三根石墨電極4中的其中兩根的記載，成為記載了一根石墨電極4的圖。另外，於澆桶精煉爐1中，所添加的精煉用焊劑熔融而形成所期望的組成的爐渣10，藉由該爐渣10與鋼水9的反應，進行鋼水中夾雜物的形態控制或鋼水的脫硫反應。將澆桶2的爐渣線的內襯耐火物6設為MgO系耐火物的理由是基於MgO系耐火物相對於爐渣10的耐腐蝕性高。於澆桶精煉爐1中，由澆桶2與上蓋3所包圍的空間內環境的壓力與大氣壓同等。即，於澆桶精煉爐1中，無法實施減壓下的精煉。

VOD爐(未圖示)及VAD爐(未圖示)包括與排氣裝置連結的真空腔室，將收容有鋼水9的澆桶2配置於真空腔室的內部。而且，構成為對真空腔室的內部進行減壓，自配置於澆桶2的底部的底吹塞8、底吹塞8a吹入攪拌用的稀有氣體或非氧化性氣體。且是如此一邊對澆桶內的鋼水9進行攪拌，一邊自貫通真空腔室而設置的頂吹噴槍將脫硫劑等精煉劑與氧氣或者搬送用氣體一起吹附至澆桶內的鋼水9而精煉的設備。VAD爐與澆桶精煉爐1同樣地，包括用於對鋼水9進行加熱的石墨電極。於VOD爐及VAD爐中，通常於減壓下進行精煉。藉由使電漿炬貫通真空腔室而設置於真空腔室的上部，可實施本發明。

REDA真空脫氣裝置(未圖示)是將利用攪拌用氣體對澆桶內鋼水進行的底吹攪拌與使前端部浸漬於澆桶內鋼水中的、內部得到減壓的大徑浸漬槽組合而成的脫氣爐，且是一邊進行底吹攪拌一邊使鋼水上升至大徑浸漬槽內而精煉的裝置。於REDA真空脫氣裝置中，通常於減壓下進行精煉。藉由使電漿炬貫通大徑浸漬槽而設置於大徑浸漬槽的上部，可實施本發明。

於本實施方式的鋼水的精煉方法中，於澆桶精煉爐1或VOD爐等二次精煉爐中的鋼水9的精煉中，將氫氣或包含氫氣的惰性氣體作為電漿氣體自電漿炬11、電漿炬12向藉由氬氣等攪拌用氣體攪拌的鋼水9的表面照射。由於電漿內的溫度亦達到數千度以上，因此電漿氣體中的氫氣成為原子狀態或離子狀態，成為非常活性的狀態。藉由向鋼水表面照射原子狀態或離子狀態的活性氫，形成下述所示的(6)式、(7)式、(8)式的反應，可迅速地將鋼水中的氧、氮、硫去除。

2H+[O]=H₂O……(6)

xH+[N]=NH_x……(7)

yH+[S]=H_yS……(8)

於(6)式、(7)式、(8)式中，[O]表示鋼水中的氧，[N]表示鋼水中的氮，[S]表示鋼水中的硫。

於圖1中，自底吹塞8、底吹塞8a吹入攪拌用氣體，但亦可使注射噴槍(injection lance)(未圖示)浸漬於鋼水9中，並自注射噴槍的前端部向鋼水9中吹入攪拌用氣體。作為攪拌用氣體，可使用作為惰性氣體的氬或作為還原氣體的氫氣或丙烷。於氫電漿處理中，在不以脫氮反應為目的的情況下，亦可使用氮氣作為攪拌用氣體。另外，可混合使用惰性氣體或氮氣，於氫電漿處理中適宜切換來使用。

產生電漿有各種各樣的方式，但如圖1所示，一般是使用電漿炬11、電漿炬12產生電漿的方式。電漿炬11、電漿炬12是主要使用直流電流，於氣流或水冷噴嘴等的作用下，以適於各種用途的形態，穩定且控制良好地產生電弧電漿的裝置之一。

所述使用直流電源的電漿炬有非轉移型與轉移型。於非轉移型的電漿炬中，由於不需要於鋼水側設置電極，因此設備制約少，另外，設置費用低廉，就該觀點而言，較佳為使用利用直流電弧放電的非轉移型的電漿炬。

再者，電漿產生裝置只要是可設置於鋼水9的上方、且能夠向鋼水表面穩定地供給氫電漿的形態，則方式並無特別限制。例如，於在澆桶精煉爐1中進行氫電漿處理的情況下，亦可為向由石墨電極4生成的電弧中供給氫氣或包含氫氣的惰性氣體，使氫氣或包含氫氣的惰性氣體電漿化的方式。另外，對於如VOD爐般的不具有加熱用電極的製程，可藉由在鋼水9的上方設置產生交流電弧的電極，向該電極間供給氫氣或包含氫氣的惰性氣體，來進行氫電漿處理。

作為電漿氣體，使用氫氣、或者混合了氫氣與惰性氣體而成的混合氣體。使用氫氣的理由在於，如上所述，藉由使氫氣電漿化，可直接將鋼水中的雜質去除。為了獲得迅速的雜質去除效果，較佳為於電漿氣體中混合0.5體積%以上的氫氣。氫電漿氣體中的氫氣濃度越高，雜質去除效果越上升，因此氫電漿氣體中的氫氣濃度的上限並無特別設定。作為惰性氣體，可使用氬氣或氦氣。

為了迅速地降低如鋼水中的氧、氮及硫般的雜質，需要將電漿氣體的流量、電漿氣體中的氫氣濃度及澆桶內鋼水的鋼水循環流量此三個要素控制於適當的範圍內。

即，為了獲得迅速的雜質去除效果，不僅需要提高電漿氣體中的氫氣濃度，而且需要供給相對於藉由底吹氣體攪拌而於澆桶內鋼水浴內循環的鋼水循環流量而言適當的氫氣量。具體而言，如下述(1)式所示，電漿氣體的流量(G_P)、電漿氣體中的氫濃度(H₂)及澆桶內鋼水的鋼水循環流量(Q)此三個要素需要是滿足下述(1)式的關係的條件。另外，較佳為將三個要素的關係(G_P×(H₂)/Q)設為0.1以上，更佳為設為0.5以上。另一方面，若(G_P×(H₂)/Q)大於3.0，則為了解離或者電離電漿氣體中的氫而需要大的輸出功率。進而，伴隨於此的電漿炬的損耗變得顯著，因此更佳為將(G_P×(H₂)/Q)設為3.0以下。

[數4]

於(1)式中，G_P是電漿氣體的流量(Nm³/min)、(H₂)是電漿氣體中的氫氣濃度(體積%)，Q是澆桶內鋼水的鋼水循環流量(ton/min)。再者，電漿氣體的流量的「Nm³/min」是表示電漿氣體的體積流量的單位，「Nm³」是指標準狀態下的電漿氣體的體積。於本說明書中，將電漿氣體的標準狀態設為0℃、1atm(101325Pa)。

澆桶內鋼水的鋼水循環流量(Q)受澆桶內的鋼水質量及由底吹氣體帶來的攪拌動力的影響。因此，對於該些條件的每一個，於實機的澆桶2中對澆桶內鋼水的鋼水循環時間進行測定，以澆桶內的鋼水質量除以所測定的鋼水循環時間，藉此可求出澆桶內的鋼水9的鋼水循環流量(Q)。

此處，若向澆桶內的鋼水9添加示蹤元素(例如銅、鎳等)，將自澆桶內按時間序列採集的成分分析用試樣的示蹤元素濃度的變動成為±5%以內所需的時間作為均勻混合時間，則鋼水循環時間成為均勻混合時間的約1/3，因此可將成為所獲得的均勻混合時間的1/3的時間用作鋼水循環時間。

另外，眾所周知，澆桶內鋼水的鋼水循環時間可利用由下述(3)式所示的經驗性回歸式求出，進而，下述(3)式中的攪拌動力(ε)可利用由下述(4)式所示的經驗性回歸式求出。因此，較佳為使用下述(2)式、(3)式、(4)式求出澆桶內鋼水的鋼水循環流量(Q)。

於(2)式至(4)式中，Q是澆桶內鋼水的鋼水循環流量(ton/min)，W_m是澆桶內鋼水的質量(ton)，t_C是澆桶內鋼水的鋼水循環時間(min)，D是澆桶內鋼水浴的平均直徑(m)，H是澆桶內鋼水浴的深度(m)，ε是攪拌動力(W/ton)，G_B是向澆桶內鋼水的合計攪拌用氣體吹入流量(Nm³/min)，T_L是澆桶內鋼水的鋼水溫度(K)，P₀是電漿照射區域的環境壓力(torr)。再者，對於向澆桶內鋼水的合計攪拌用氣體吹入流量(G_B)，「Nm³」亦是指標準狀態下的合計攪拌用氣體的體積，將0℃、1atm(101325Pa)設為標準狀態。另外，「torr」是壓力單位，1torr為133.32Pa。另外，進而澆桶2的側壁有時為向上擴展地傾斜的形狀，因此，所謂澆桶內鋼水浴的平均直徑，是澆桶內鋼水浴的下端部的直徑與上端部的直徑的平均值。

被收容於澆桶內並進行氫電漿處理之前的鋼水9可自轉爐或電爐出鋼至澆桶2，例如經過如RH真空脫氣裝置般的真空脫氣設備中的真空脫氣精煉步驟，搬送至吹入攪拌用氣體而攪拌澆桶內的鋼水的氣體攪拌處理步驟。

進行氫電漿處理之前的鋼水9可為未脫氧狀態，但亦可於進行氫電漿處理之前，向鋼水9供給如氫氣或丙烷般的還原氣體，對鋼水9進行預脫氧。藉由電漿處理前的利用還原氣體的預脫氧，可自鋼水中氧濃度下降了某種程度的狀態下開始電漿處理，因此可減輕基於所述(6)式的反應負載，使電漿處理時間短時間化。

另外，於重點進行鋼水中的氮及硫的去除的情況下，亦可於電漿處理前添加如鋁或矽般的脫氧材料來對鋼水9進行脫氧，預先降低鋼水中的氧濃度。在此情況下，鋼水中的氧濃度已經較低，因此由電漿處理帶來的脫氧效果有限。鋼水中的氧作為界面活性元素發揮功能，藉由利用脫氧降低鋼水中的氧濃度，可阻礙自鋼水表面向氮氣、氮化氫、硫化氫的氣相(澆桶內環境)的脫離。然而，藉由利用鋁或矽進行的脫氧處理而使鋼水中的氧濃度處於低位，藉此可快速地獲得利用氫電漿去除鋼水中的氧、氮、硫等的效果。另外，藉由對鋼水9進行脫氧，不僅可期待利用氫電漿處理直接去除硫的效果，而且亦可期待利用鋼水-爐渣間反應促進脫硫反應。

電漿輸出功率(E)更佳為滿足下述(9)式。為了以高比例將氫氣解離為原子狀態，需要一定以上的輸出功率，但視導入的電漿氣體的流量或者電漿氣體中的氫濃度的不同，需要的輸出功率不同。對該些進行調查的結果可知，電漿輸出功率可滿足(9)式的關係。若增加輸出功率，則不僅對氫原子的解離比例增加，而且對氫離子的電離比例增加，因此雜質去除效果變得更顯著。另一方面，由於電力成本伴隨輸出功率增加而增加，因此只要藉由所要求的品質與成本的平衡來選擇電漿輸出功率即可。

E≧G_P×(1.5×(H₂)+11.5)…(9)

於(9)式中，E是電漿輸出功率(kW)。

於電漿處理時，藉由對澆桶內的鋼水9賦予一定以上的流動，可更效率良好地降低雜質。即，由於電漿的照射成為鋼水表面的比較局部的區域，因此藉由鋼水攪拌向電漿照射部持續輸送新的鋼水9，藉此可迅速地降低澆桶內鋼水整體的雜質濃度。

可知鋼水表面的流動與所述(4)式所表示的攪拌動力(ε)存在相關關係，攪拌動力(ε)越大，鋼水表面的流動越大。因此，就使電漿處理效率化的觀點而言，攪拌動力(ε)較佳為設為25W/ton以上。在攪拌動力(ε)小於25W/ton的情況下，作為電漿照射部的鋼水表面與散裝鋼水的循環、混合停滯，無法獲得迅速的雜質降低效果。攪拌動力(ε)的上限並無特別設定，但在攪拌動力(ε)過大的情況下，氣體的吹出或鋼水飛散增大，因此理想的是設為150W/ton以下。

另外，照射電漿的位置有較佳的範圍。即，較佳為自底吹塞8、底吹塞8a吹入的攪拌用氣體向成為攪拌用氣體氣泡13而上浮至鋼水表面的位置或其附近照射氫電漿。於圖1中，於底吹塞8的鉛垂上方設置有電漿炬11，另外，於底吹塞8a的鉛垂上方設置有電漿炬12。即，於本發明中，較佳為以氣體吹入部(底吹塞)中的至少一處的鉛垂上方的鋼水表面正上方為中心，向利用下述(5)式算出的電漿照射範圍半徑(r)以內的範圍照射電漿氣體。

[數6]r=0.6×H×(g_B ^0.3-0.025)^0.5…(5)

於(5)式中，r是電漿照射範圍半徑(m)，g_B是攪拌用氣體的吹入流量(Nm³/min/氣體吹入部一處)。再者，對於攪拌用氣體吹入流量(g_B)，「Nm³」是指標準狀態下的攪拌用氣體的體積，將0℃、1atm(101325Pa)設為標準狀態。

電漿照射範圍半徑(r)的區域內是澆桶內鋼水表面中流動最快(劇烈)的區域，藉由對此處照射電漿，氫電漿與澆桶內鋼水的反應迅速進行。另外，與電漿照射範圍半徑(r)相當的區域是與攪拌用氣體氣泡13一起上升的鋼水9推開爐渣10而鋼水液面露出的區域，或者爐渣厚度比較薄的區域，因此不會被爐渣10阻礙地對鋼水表面進行電漿處理。

另一方面，於在電漿照射範圍半徑(r)的區域外照射電漿的情況下，由於是鋼水流動慢的範圍，因此被推開的爐渣10 堆積，爐渣厚度變大，電漿有無法到達鋼水9之虞。

於向澆桶內的鋼水表面進行電漿照射時，其環境較佳為於減壓下，具體而言為150torr以下。藉由在150torr以下的減壓下照射電漿氣體，可期待電漿流的流速增加、進而促進氫氣分子向原子或離子的解離，因此與在大氣壓下進行電漿處理相比，鋼水中雜質的降低效果變大。在環境壓力高於150torr的情況下，由於所述效果小，因此無法獲得減壓帶來的效果。

以下示出用於在減壓下進行氫電漿處理的具體例。例如，如VOD爐般將收納有鋼水9的澆桶2一起放入真空腔室內，自設置於真空腔室的上部的電漿產生裝置向澆桶內的鋼水表面進行氫電漿的照射。或者，如REDA真空脫氣裝置般將大徑浸漬槽浸漬於澆桶內鋼水中，對大徑浸漬槽內進行真空排氣而成為減壓環境，然後自大徑浸漬槽的上部所配備的電漿產生裝置吸取至大徑浸漬槽內的鋼水的表面進行電漿照射。該些為減壓下的處理的一例，並不限定於該些方法。再者，進行電漿照射時的環境壓力更佳為100torr以下，進而佳為50torr以下。

於澆桶內的鋼水9的表面漂浮的爐渣10的成分中、特別是爐渣中的鐵氧化物及錳氧化物可成為向鋼水9的氧供給源。因此，較佳為將爐渣10的鐵氧化物的濃度與錳氧化物的濃度的合計設為5質量%以下，更佳為設為3質量%以下，進而佳為設為1質量%以下。在鐵氧化物濃度與錳氧化物濃度的合計濃度高於5質量%的情況下，於電漿處理中同時進行自爐渣10向鋼水9的氧供給，無法充分地獲得雜質降低效果。

作為降低爐渣10的鐵氧化物或錳氧化物的方法，有效的是於電漿處理前，對漂浮於鋼水上的爐渣10添加金屬鋁或鋁浮渣，利用鋁進行鐵氧化物或錳氧化物的還原。另外，亦有效的是將爐渣10自澆桶2中去除，其後，於澆桶內添加造渣劑，重新製造鐵氧化物或錳氧化物少的爐渣。另外，藉由對爐渣10照射氫電漿氣體，亦可進行爐渣中的鐵氧化物及錳氧化物的還原處理。

於氫電漿處理後，如鋁或矽般的脫氧材料的添加時期並無特別限定。例如，於氫電漿停止後，自大氣、爐渣10或澆桶耐火物向鋼水9供給氧，鋼水中的氧濃度上升，因此，較佳為於氫電漿處理後，向鋼水9快速地添加如鋁或矽般的脫氧材料，將藉由氫電漿處理而降低的鋼水中氧濃度保持於低位。在除了需要調整如鋁或矽般的脫氧材料以外亦需要調整鋼水成分的情況下，於氫電漿處理後，將規定的合金鐵或純金屬添加至澆桶內的鋼水9中。

另外，藉由氫電漿處理而鋼水中的氫濃度上升至數質量ppm以上，因此較佳為於氫電漿處理後，於10torr以下的減壓下實施5分鐘以上的脫氫處理。例如，於在澆桶精煉爐1中進行電漿處理的情況下，於後續步驟中設置RH真空脫氣裝置等真空脫氣設備中的精煉，利用真空脫氣設備進行脫氫處理。在利用具有脫氣功能的VOD爐或REDA真空脫氣裝置進行電漿處理的情況下，於電漿處理後，繼續進行脫氫處理。

藉由如以上般的使用氫電漿處理的精煉方法，可將鋼水中的氧、氮及硫分別迅速地降低至30質量ppm以下。

[實施例]

於一次裝料的鋼水量為200噸以上且350噸以下的規模的實機中，使用澆桶精煉爐(LF)，於大氣壓下對自轉爐出鋼的鋼水進行了實施氫電漿處理的試驗(本發明例1至本發明例9、比較例1至比較例3)。另外，於評價減壓下的環境的影響的試驗中，於一次裝料的鋼水量為200噸以上且350噸以下規模的實機中，使用VOD爐，於減壓下對自轉爐出鋼的鋼水進行了實施氫電漿處理的試驗(本發明例10至本發明例19、比較例4、比較例5)。

於澆桶精煉爐中，於爐蓋的上部設置了利用直流電弧放電的非轉移型的電漿炬。另外，於VOD爐中，於真空腔室的上部設置利用直流電弧放電的非轉移型的電漿炬，自該些電漿炬使電漿氣體流量或電漿氣體中的氫氣濃度發生變化，並向澆桶內鋼水的表面照射氫電漿。進而，使澆桶精煉爐或VOD爐中的操作條件或鋼水組成(氧濃度、氮濃度、硫濃度等)發生變化。再者，澆桶精煉爐中的氫電漿處理是於停止了利用石墨電極的電弧加熱的狀態下進行。

於氫電漿處理的前後，自澆桶內的鋼水中採集成分分析用試樣，進行鋼水中氧濃度、氮濃度及硫濃度的分析，進行由電漿處理帶來的效果的確認。電漿處理時間統一為15分鐘。再者，自轉爐出鋼後至電漿處理的期間，未添加鋁等脫氧材料。澆桶內爐渣的鐵氧化物濃度及錳氧化物濃度於澆桶精煉爐或VOD爐中的處理開始前，向澆桶內的爐渣添加鋁浮渣進行調整。

於表1中示出各試驗的試驗條件，於表2中示出評價結果。

[表1]

於本發明例中，藉由進行15分鐘的氫電漿處理，鋼水中的氧濃度、氮濃度及硫濃度同時且快速地降低至20質量ppm以下。關於自電漿處理的開始前至結束後的各個元素的去除率，鋼水中氧為95%以上，鋼水中氮為54%以上，鋼水中硫為21%以上。

另一方面，於不滿足本發明的條件的比較例中，即便於氫電漿處理後鋼水中的氧、氮及硫的降低亦不充分，氫電漿處理後的濃度的結果為任一元素均超過20質量ppm。關於自電漿處理的開始前至結束後的各個元素的去除率，鋼水中氧為91%以下，鋼水中氮為22%以下，鋼水中硫為9%以下而均為低位。