JPH0137450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼の気体吹込精錬に関するものであ
り、特には炭化カルシウムを補助燃料として使用
する鋼の気体吹込精錬に関する。

鋼の気体吹込精錬中しばしば、溶湯成分の酸化
により浴温を上昇することが所望されそしてこの
ための既知の方法は溶湯に酸化性燃料物質を添加
することである。このような燃料物質の代表例は
アルミニウムと珪素である。しかし、これら燃料
元素は、その酸性酸化生成物が転炉の耐火ライニ
ングを侵食する傾向があること、スラグの脱硫能
力を妨げ従つて多量の石灰添加を必要とするこ
と、酸化中ガスが発生しないので溶湯に増大せる
散布ガスの導入を必要とすることのような多くの
欠点を有している。

これら問題の多くを克服すると考えられる燃料
は炭化カルシウムである。例えば、炭化カルシウ
ムの酸化生成物は実質上、石灰、一酸化炭素及び
二酸化炭素である。石灰は転炉の塩基性ライニン
グを保護しうるしまた脱硫を促進する。発生ガス
は溶湯の撹拌を助成する。しかし、炭化カルシウ
ム燃料添加は制限され程度のみしか実施されなか
つた。その理由は、計算上実現しうるはずの水準
よりはるかに下の、遅くて非効率な熱放出しかこ
れまで得られなかつたからである。

炭化カルシウム燃料添加の問題を克服する為の
一つの示唆された方法は、炭化カルシウムを炭化
珪素と共に添加することである。この方法は、上
吹き法におけるような幾つかの状況において或る
程度の有益さを与えうるが、炭化カルシウム酸化
から生ずる熱量が低いことによりまた炭化カルシ
ウムの酸化生成物の不充分な融化のような問題に
より更には耐火ライニングの過度の摩耗により、
一般に満足すべきものではないかつた。

炭化カルシウムからの燃料価を改善する一つの
提唱法は、炭化カルシウムの微粒子を酸素と共に
連続的に噴入することである。しかし、この方法
は、危険であり、追加的な高価な設備を必要と
し、そして特に精錬プロセスがAOD法のような
浴面下精錬プロセスである場合に操業が複雑化
し、実施困難である。

炭化カルシウムから低熱量しか得られない主た
る理由は炭化カルシウム酸化の生成物を融化する
ことが困難であり、従つてまだ未酸化の炭化カル
シウム粒部分と溶湯との間に石灰被覆障壁を形成
せしめる為であると考えられる。この問題は、炭
化カルシウム粒寸の増加に伴い一層厳しくなる。
炭化カルシウム酸化生成物が適正に酸化される時
この被覆物は粒子から連続的に除去され、それに
より新たな炭化カルシウム表面の酸化の為溶湯に
露呈せしめる。炭化カルシウム酸化生成物を適正
に融化する問題は、上吹き精錬プロセスが使用さ
れる時幾分改善される。何故ならば、こうしたプ
ロセスは固有に炭化カルシウム酸化生成物を融化
する役目を為す酸化鉄を大量に発生するからであ
る。しかし炭化カルシウム酸化生成物を適正に融
化する問題は、浴面下気体吹込精錬法が使用され
る場合にこそきわめて難しいのである。

更に、浴面下気体吹込精錬法が使用される時、
炭化カルシウムを適正に酸化することはきわめて
困難である。炭化カルシウムは、充分の酸素がそ
れに接触して酸化する前にかなりの時間浴中に滞
留する。この問題は炭化カルシウムを酸素と共に
溶湯中に吹込むことにより幾分軽減されうるが、
前述したように、こうした方法は危険でありそし
てきわめて複雑である。

従つて、炭化カルシウム燃料添加と関連する従
来からの欠点を実質上回避しつつ燃料として炭化
カルシウムを使用しうる浴面下気体吹込精錬方法
を提供することが所望される。

本発明の目的は、実施に当つて面倒さのない、
補助燃料としての炭化カルシウムを使用する浴面
下気体吹込鋼精錬方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、炭化カルシウムの高
燃料価の実現を可能とする補助燃料として炭化カ
ルシウムを使用する浴面下気体吹込鋼精錬方法を
提供することである。

本発明のまた別の目的は、炭化カルシウム酸化
生成物の不充分な融化の問題を克服する補助燃料
としての炭化カルシウムを使用する叙上鋼精錬方
法を提供することである。

転炉の耐火ライニングの摩耗を最小限とし、溶
湯の所望される撹拌をもたらしそして溶湯を適正
に脱硫するスラグを生成するような叙上の炭化カ
ルシウム燃料を用いての鋼精錬方法を提供するこ
とも本発明の目的である。

要約すると、本発明は、炭化カルシウムを酸化
して溶鋼に熱を付与する溶鋼浴面下気体吹込精錬
方法であつて、 (a) 溶鋼中に、単数乃至複数の酸化性成分を、酸
化に際して、段階(b)において溶鋼中に添加され
る炭化カルシウム酸化生成物を融化するに充分
の酸性成分を与える量において溶存せしめた浴
を調製する段階と、 (b) 溶鋼に炭化カルシウムを添加する段階と、 (c) 浴が前記酸化性成分及び段階(b)において溶鋼
に添加された炭化カルシウム両方を含有する期
間が約５分を越えないような割合で該酸化性成
分を酸化する為溶鋼に酸素を吹込む段階と、 (d) 段階(c)後、炭化カルシウムを酸化して溶鋼に
熱を与える段階と、 を包含する。

また別の特徴に従えば、本発明は、炭化カルシ
ウムを酸化して溶鋼に熱を付与する溶鋼浴面下気
体吹込精錬方法であつて、 (a) 段階(b)において溶鋼中に添加される炭化カル
シウム酸化生成物を融化するに充分の酸性成分
とを含有するスラグを有する浴を調製する段階
と、 (b) 溶鋼に炭化カルシウムを添加する段階と、 (c) 段階(b)において溶鋼に添加された炭化カルシ
ウムを酸化して溶鋼に熱を与え、その場合段階
(b)と段階(c)の開始との間の経過時間が５分を越
えないものとする段階と、 を包含する。

「気体吹込精錬」とは、酸素を溶鋼中に導入し
て溶鋼中の各種成分を酸化せしめるプロセスを云
う。

「酸化性成分」とは、製鋼条件下で炭化カルシ
ウム以上に酸化反応を起しやすい元素或いは化合
物を云う。

「酸性成分」は、炭化カルシウム酸化生成物を
融化するフラツクス元素或いは化合物をいう。

「融化（flux）」とは、スラグに溶けることを
云う。

「浴」とは、精錬中製鋼容器内部の溶湯内容物
を呼び、溶鋼と、溶鋼中に浴けた成分及び溶鋼に
溶けなかつた物質であるスラグからなる。

本発明方法は、任意の浴面下気体吹込鋼精錬方
法において有用である。鋼を精錬するのに必要と
される酸素の少くとも一部が溶湯表面より下側か
ら溶湯に与えられる浴面下気体吹込精錬方法の例
としては、AOD、CLU、OBM、Ｑ−BOP及び
LWSプロセスが挙げられる。これらは、当業者
には周知のものである。

特に好ましい気体吹込鋼精錬法は、アルゴン−
酸素脱炭法即ちAOD法であり、これは少くとも
１つの浴面下羽口を備える精錬容器内に収蔵され
る溶融金属乃至合金を精錬する為の方法であり、 (a) 90％までの希釈ガスを含む酸素含有ガスを羽
口を通して溶湯中に吹込み、（この場合、希釈
ガスは、溶湯の脱炭中形成される体泡中の一酸
化炭素の分圧を下げ、総吹込みガス流量を実質
変更することなく溶湯への酸素流量の変更を可
能ならしめ、そして（或いは）保護流体として
作用する。）その後 (b) 羽口を通して溶湯中に散布ガスを吹込む（散
布ガスは、脱ガス、脱酸、揮化或いは不純物の
浮揚と続いてのスラグへの捕捉乃至反応により
溶湯からの不純物を除去する役目をなす） ことから成る。有用な希釈ガスとしては、アルゴ
ン、ヘリウム、水素、窒素、スチーム及び炭化水
素が挙げられる。有用な散布ガスとしては、アル
ゴン、ヘリウム、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素
及びスチームがある。有用な保護流体としては、
アルゴン、ヘリウム、水素、窒素、一酸化炭素、
二酸化炭素素、スチーム及び炭化水素が含まれ
る。アルゴン及び窒素が好ましい希釈及び散布ガ
スである。アルゴン、窒素及び二酸化炭素が好ま
しい保護流体である。

本発明方法において、炭化カルシウムは、石灰
のような炭化カルシウム酸化生成物を適正に融化
するに充分の酸性成分及び酸化性成分（これらは
酸化される時充分量の酸性成分を生みだす）を含
有する浴に加えられる。斯くして、炭化カルシウ
ムは溶鋼と連続的に接触状態に維持されそして炭
化カルシウムの酸化は一層効率的に実施される。

本方法において使用するに適した酸化性成分と
しては、アルミニウム、珪素、フエロシリコン、
チタン、フエロアルミニウム、フエロチタン等が
挙げられる。このような酸化性成分が使用される
時、これらは溶湯のスロツピング（泡立ち溢出）
を最小限にしそして耐火ライニングへの損傷を最
小限にするような態様で添加されることが重要で
ある。米国特許第4187102及び4278464号を参照さ
れたい。

本発明において使用するに適した酸性成分とし
ては、酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チ
タン、酸化形態の鉄等が挙げられる。

好ましい酸化性成分はアルミニウム及び珪素で
ありそして好ましい酸性成分は酸化アルミニウム
及び二酸化珪素である。

溶湯に添加される炭化カルシウムの量は、溶湯
の容積、浴組成及び必要注出温度のような多数の
因子に依存する。当業者はこうした考慮事項に精
通している。溶湯に与えられる炭化カルシウムの
量は結局、溶湯に加えられる酸化性及び（或い
は）酸性成分の量に影響を与える。

炭化カルシウムは何回かにわけて回分的に添加
されうるしまた連続的に添加されうる。炭化カル
シウム粒が約1/2インチ以下の直径の粒寸を持つ
ことが好ましい。もし酸化性成分が溶湯に添加さ
れる必要があるなら、それらは炭化カルシウム添
加前に或いはそれと実質上同時に添加されうる。
添加を行う都合の良い方法は、炭化カルシウム及
び酸化性成分両方を一緒に、好ましくは密閉容器
に入れて溶湯に添加することである。

炭化カルシウム酸化生成物を融化するに充分の
酸化性及び（或いは）酸性成分を有する浴を調製
することにより、融化を達成するのに酸化鉄を発
生する必要性が今や回避され従つて溶湯が一層効
率的に精錬される。ここで第３図を参照された
い。第３図は、酸化アルミニウム、二酸化珪素、
石灰及び酸化マグネシウムの濃度が100％に等し
いとした標準化ベースにおいてスラグの％として
の酸化アルミニウム及び二酸化珪素の濃度のグラ
フである。グラフにおいて、曲線の下側の領域は
炭化カルシウム酸化生成物を融化するに不充分な
酸化アルミニウム及び二酸化珪素濃度を表す。従
つて、本発明方法を実施する為に、標準化ベース
においてスラグ中の好ましい酸性成分である酸化
アルミニウム及び二酸化珪素の最小濃度は次式に
より表わしうる： （％Al₂O₃）（％SiO₂）120 但し％Al₂O₃５ ％SiO₂３ 本発明の方法の重要な部分は、炭化カルシウム
と酸化性成分が５分を越えない、好ましくは３分
を越えない期間のみ浴中に共存することである。
このパラメータの重要さに対する理由を第２図を
参照して説明する。第２図は、アルミニウム、珪
素及び炭化カルシウムの２回の添加に対して時間
経過に対するそれらの濃度変化を示す。グラフか
らわかるように、浴面下気体吹込精錬において、
３種のうちでもつとも酸化しやすいアルミニウム
は残る２種のいずれもが酸化し始める前に実質上
完全に酸化する。アルミニウムが酸化し終る時点
で、珪素が酸化し始め、そして珪素が実質上完全
に酸化された後のみ炭化カルシウムが酸化し始め
る。溶湯により必要とされる炭化カルシウムがそ
の酸化開始前に５分を越えて溶湯中に滞留するこ
とになるから、非常に有害な結果が起る。これら
製鋼条件下で浴中に滞留している間に炭化カルシ
ウムのカルシウム成分は揮化して浴から除去され
る傾向がある。従つて、炭化カルシウムの燃料価
の重要な部分は、カルシウムがCaOへの酸化に利
用しえないから、失われる。炭化カルシウムが未
反応状態で浴中にとどまる時間が長くなる程、炭
化カルシウムの燃料価の損失は大きくなる。この
カルシウム揮化こそ、理論的に予測されたよりは
るかに少い熱量しか溶湯に与えないという、これ
まで記載された炭化カルシウムの不可思議な傾向
を生ぜしめたのである。本発明方法は、炭化カル
シウムが浴中に未反応のまま長期間滞留しないこ
とを保証することにより炭化カルシウムから得ら
れる熱量を著しく増大する。

酸化性成分が酸化されつつある間に炭化カルシ
ウムが浴中に滞留しないことを保証する為に、酸
化性成分全量を浴に添加しそしてこれら成分を酸
化して所定の酸性成分を与えることができる。し
かし、このようなやり方は好ましくない。何故な
ら、酸性成分が、炭化カルシウム酸化生成物がそ
の中和に供しえないなら転炉ライニングを侵食す
る傾向があるからである。炭化カルシウム酸化の
開始前に所定量の酸性成分全量が浴中に存在する
なら、大量のこれら酸性成分が、それらが炭化カ
ルシウム酸化生成物を融化しうるまでに長時間浴
中にとどまり従つて転炉ライニングに有害作用を
及ぼそう。

炭化カルシウム添加を為す一層好ましい方法
は、何回かに分けて順次添加する方法であり、各
添加が浴の３重量％以下、もつとも好ましくは２
重量％以下とすることである。各炭化カルシウム
添加は所定量の酸化性及び（或いは）酸性成分を
伴つてもよいし、後者を先行させてもよい。

第１図は、炭化カルシウムが浴の約３重量％で
あるような１回の添加の結果を表すグラフであ
る。この具体例において、酸化性成分は、炭化カ
ルシウム添加前に、溶湯に添加されそして完全に
酸化される。従つて、この具体例では、炭化カル
シウムと酸化性成分が溶湯中に一緒に存在する時
間は零である。

第２図は、炭化カルシウムの２回の添加の結果
を示すグラフである。この具体例において、各添
加は浴の約1.5重量％でありそして各炭化カルシ
ウム添加は所定量の酸化性成分（この場合Al、
Si）の所定量の添加を同時に伴つている。溶湯中
に炭化カルシウムと酸化性成分が共存する時間は
t1及びt2である。

炭化カルシウム及び酸化性成分の添加は連続的
に為されうる。もし炭化カルシウムが連続的に添
加されるなら、酸化性成分及び炭化カルシウムを
酸化する為溶湯に吹込まれる酸素流量は、溶湯中
での炭化カルシウムの著しい累積を回避するよう
なものとすべきである。

既述したように、溶湯に適当な割合及び量にお
いて酸素を与えることにより、酸化性成分が酸化
されつつある間、炭化カルシウムがその酸化開始
前に５分以上浴中に滞留しないようにされる。当
業者は、化学量論その他の考察から適正量の酸素
流量及び量を定義することができる。

溶湯への添加は酸素流れの開始前に、それと同
時して或いはその後に為しうるが、酸素流れが停
止された後添加は為されるべきでない。

２種の異つた酸性成分に後に酸化される２種の
異つた酸化性成分の添加は、炭化カリウム酸化生
成物を融化する溶湯度をかなり増大しそしてまた
溶湯がスロツピングを起す傾向を著しく軽減する
ことが見出された。理論に縛られたくはないが、
本発明者はこのようら有益な結果は石灰及び酸性
成分と多数の様々の成分の混合物の融点を下げる
ことによるものと考えられる。

こうして、本発明方法の使用により、底吹き鋼
精錬方法に対して溶湯中に炭化カルシウムを酸素
と共に噴入する必要性なく、従つて危険が生じう
る状況を回避して燃料として炭化カルシウムを効
率的に使用できることとなつた。本発明方法を使
用して、炭化カルシウムと酸素が物理的に離れた
位置において溶湯に与えられても、著しく効率的
な炭化カルシウム酸化を実現することができる。
こうして、危険さをはらんだ操業条件及び耐火ラ
イニングへの著しい損傷を回避しつつ炭化カルシ
ウム燃料化の利益を得ると共にそこから一層大き
な発熱量を実現することができる。

例 １ ３トンのAOD転炉内に、6500lbの溶融電気炉
低合金鋼を装入した。温度は2845〓であつた。そ
の後、20lbのアルミニウム、28lbの75％フエロシ
リコン及び80lbの酸化マグネシウムを添加しそし
て溶湯を500ft³（標準状態）の酸素で吹いてフエ
ロシリコン及びアルミニウムを酸化した。その
後、200lbの市販炭化カルシウム（約80％炭化カ
ルシウム含有、残部主として石灰）を溶湯に添加
しそして溶湯に1210ft³（標準状態）の酸素を吹込
んで炭化カルシウムを酸化した。炭化カルシウム
酸化後、溶湯の温度はそれが転炉に装入された時
より265〓高くなつた。即ち溶湯重量に基いて炭
化カルシウム％当り約103〓高くなつた。最大理
論熱増量は％当り187〓である。ここで実現され
た熱増量は最大値の約62％にもなつた。このよう
な大きな熱増量はこれまでこの寸法の転炉に対し
ては実現しえなかつたものでありそして100トン
転炉に対しては理論最大値の90％以上の熱増量に
匹敵するものであると考えられる。炭化カルシウ
ム酸化段階後、スラグ中の炭化カルシウム含量は
僅か0.43％であり、これは炭化カルシウムの実質
上完全な燃焼を示す。炭化カルシウム酸化中、酸
素吹きの92％にわたつて酸素−窒素混合物を使用
しそして残る８％にわたつて酸素−アルゴン混合
物を使用した。上記炭化カルシウム酸化による温
度上昇度は、石灰添加、余分のターンダウン及び
合金化元素添加のような熱損失並びに酸化性成分
の酸化による発熱量を考慮して決定された。

同様の態様で、溶鋼を転炉に装入したが、但し
今度は添加はすべて同時的に為された。酸化性成
分が約５分で酸化されるような割合で酸素を供給
した。その後炭化カルシウムが酸化された。熱増
量は％炭化カルシウム当り約72〓であつた。

比較目的の為、同様の態様で、上記過程を繰返
したが、但し酸化性成分が約７分で酸化されるよ
うな割合で酸素を供給し、その後炭化カルシウム
を酸化した。熱増量は％炭化カルシウム当り約50
〓にすぎなかつた。これから、炭化カルシウムが
その酸化開始前に５分を越えて浴中に滞留する時
炭化カルシウム酸化からの熱増量が著しく減少す
ることがわかる。

例 ２ ３トンのAOD転炉内に、2900〓の温度を有す
る溶融電気炉低合金鋼6400lbを装入した。その
後、15lbのアルミニウム、28lbの75％フエロシリ
コン、80lbの酸化マグネシウム及び200lbの市販
炭化カルシウムを装入した。溶湯に1960ft³（標準
状態）の酸素を吹込んで、アルミニウム、フエロ
シリコン及び炭化カルシウムを酸化した。炭化カ
ルシウムは、酸化性成分が酸化されつつある間、
その酸化開始前4.7分間溶湯中に存在した。210〓
の溶湯に対する温度増加、即ち％炭化カルシウム
当り約72〓が実現された。

同様の態様で、溶鋼が転炉に装入されたが、今
度は添加を２段階で為した。第１段階で、7.5lb
のアルミニウム、14lbの75％フエロシリコン、
40lbの酸化マグネシウム及び100lbの市販炭化カ
ルシウムが添加されそしてアルミニウム、フエロ
シリコン及び炭化カルシウムを酸化する為980ft³
（標準状態）の酸素を吹込んだ。炭化カルシウム
は溶湯中にその酸化開始前約2.5分存在した。そ
の後、同じ過程が第２段階として繰返された。溶
湯に対する温度増加は％炭化カルシウム当り約90
〓であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炭化カルシウムがアルミニウム及び
珪素の酸化に続いて添加される場合の精錬中浴ア
ルミニウム、珪素及び炭化カルシウムの濃度変化
を表すグラフである。第２図は、炭化カルシウム
がアルミニウム及び珪素と同時に浴に添加され、
これを２回繰返した場合の第１図と同様のグラフ
である。第３図はAl₂O₃及びSiO₂が酸性成分とし
て使用された場合炭化カルシウム酸化生成物を融
化するに必要な酸性成分の濃度のグラフであり、
丸印は非融化そして四角印は融化状態を表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化カルシウムを酸化して溶鋼に熱を付与す
   る溶鋼浴面下気体吹込精錬方法であつて、 (a) 溶鋼中に、単数乃至複数の酸化性成分を、酸
   化に際して、段階(b)において溶鋼中に添加され
   る炭化カルシウム酸化生成物を融化するに充分
   の酸性成分を与える量において溶存せしめた浴
   を調製する段階と、 (b) 溶鋼に炭化カルシウムを添加する段階と、 (c) 浴が前記酸化性成分及び段階(b)において溶鋼
   に添加された炭化カルシウム両方を含有する期
   間が約５分を越えないような割合で該酸化性成
   分を酸化する為溶鋼に酸素を与える段階と、 (d) 段階(c)後、炭化カルシウムを酸化して溶鋼に
   熱を与える段階と、 を包含する精錬方法。 ２ 期間が約３分を越えない特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 期間が実質零である特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４ 炭化カルシウム及び酸化性成分がほぼ同時に
   溶湯に添加される特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５ 酸化性成分が溶湯に炭化カルシウム添加前に
   溶湯に添加される特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ 段階(a)〜(d)の操作が少くとも１回繰返される
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 各繰返し操作中溶湯に添加される炭化カルシ
   ウムが浴の約３重量％を越えない特許請求の範囲
   第６項記載の方法。 ８ 炭化カルシウム及び所定量の酸化性成分が連
   続添加方式で溶湯に添加される特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ９ ２種の異つた酸化性成分が使用される特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 １０ 酸化性成分がアルミニウム及び珪素である
   特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ 酸性成分が酸化アルミニウム及び二酸化珪
   素である特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２ 酸性成分の量が、スラグの標準化重量に基
   いて、 （％Al₂O₃）（％SiO₂）120 （但し％Al₂O₃５そして％SiO₂３） の関係を満足する特許請求の範囲第１１項記載の
   方法。 １３ 炭化カルシウムが、酸素が溶湯に加えられ
   る位置から物理的に隔つた位置で溶湯に添加され
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １４ 炭化カルシウムが溶湯の上部において溶湯
   に添加される特許請求の範囲第１３項記載の方
   法。 １５ 浴面下気体吹込精錬法がAOD法である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 １６ 炭化カルシウムを酸化して溶鋼に熱を付与
   する溶鋼浴面下気体吹込精錬方法であつて、 (a) 段階(b)において溶鋼中に添加される炭化カル
   シウム酸化生成物を融化するに充分の酸性成分
   を含有するスラグを有する浴を調製する段階
   と、 (b) 溶鋼に炭化カルシウムを添加する段階と、 (c) 段階(b)において溶鋼に添加された炭化カルシ
   ウムを酸化して溶鋼に熱を与え、その場合段階
   (b)と段階(c)の開始との間の経過時間が５分を越
   えないものとする段階と、 を包含する精錬方法。 １７ 期間が実質零である特許請求の範囲第１６
   項記載の方法。 １８ 酸性成分が酸化アルミニウム及び二酸化珪
   素である特許請求の範囲第１６項記載の方法。 １９ 炭化カルシウムが、酸素が溶湯に加えられ
   る位置から物理的に隔つた位置で溶湯に添加され
   る特許請求の範囲第１６項記載の方法。 ２０ 浴面下気体吹込精錬法がAOD法である特
   許請求の範囲第１６項記載の方法。