JPH02209414A - 大気圧下における極低炭素鋼の溶製方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、極低炭素鋼の溶製方法に関するものである。

［従来の技術］ 自動車用鋼板等、プレス加工が施される薄板用鋼板にお
いて、加工性を高めるために、鋼板中の炭素濃度を極力
低下させた極低炭素鋼が知られている。

従来、この極低炭素鋼を溶製するためには、転炉等で炭
素濃度を０．０４％程度まで脱炭させた溶鋼を、未脱酸
状態で取鍋等の容器に受鋼した後に、ＲＨ法やＤＨ法等
の真空脱ガス装置等、排気装置を有するプロセスを用い
て溶鋼の一部分を減圧（真空）雰囲気中に配置し、全圧
を低下することで、気体と溶鋼の界面のＣＯガス分圧を
低下させる条件下において、次式に示す溶鋼中の炭素と
酸素を反応させる方法にて脱炭した後、目標の溶鋼成分
となるように、合金を添加して調整を行う溶製方法が広
く行われている。

Ｃ十〇−＋ＣＯ・・・・（１） 一般に溶鋼を脱炭する場合、（１）式で示したように、
溶鋼中の炭素を酸素と反応させることで、ＣＯガスを生
成させ、このガスを気体側に除去する方法が用いられる
。この脱炭反応を進めさせるためには溶鋼中に酸素が必
要であり、このため−般には、酸素を上方や下方から、
あるいは上下方向から同時に供給する純酸素転炉方式が
採用されている。

しかし、この方法では、溶鋼中の炭素濃度が０．０ｎ以
下となると脱炭の進行が停滞し、むしろ鉄の酸化が生じ
、溶鋼の歩留り低下や溶鋼中有効な成分であるマンガン
濃度の低下を招く等の問題がある。

そこで、この炭素濃度以下でも、鉄が酸化せず溶鋼中の
炭素が優先的に酸化するように、気体ないしは固体状の
酸化源を供給し、溶鋼中の酸素濃度を増加させると同時
に、気体側の一酸化炭素の分圧を低下させることにより
、（１）式の反応を右の方向へ進行させる方法として真
空脱ガス装置が広く普及しているわけである。

つまり、次に示す（２）式において、気体側の一酸化炭
素の分圧Ｐ。０を小さくすれば、同じ溶鋼中酸素濃度で
あっても、炭素濃度をより小さくすることができるわけ
である。

Ｐｃｏ：　　気体側の一酸化炭素の分圧［Ｃコ　：溶鋼
中の炭素濃度 ［０］　：溶鋼中の酸素濃度 に：　　反応の平衡定数 末法によれば、減圧度を高める（真空度を上げる）はど
（１）式で示す右方向への脱炭反応が進行するため、現
在工業的に、ＲＨ法やＤＨ法等において極力高い真空度
を維持することで、炭素濃度０．００５＋６以下という
極低炭素鋼の溶製か可能となっている。

ここで、脱炭速度をより短縮するために、真空脱ガス装
置において、酸素あるいは二酸化炭素等の酸化性ガス、
ないしは、酸化鉄等の固体状酸化源を添加する方法（例
えば特開昭４９−３４４１４、特開昭５１−１５１２１
１、特開昭５１−１５１２１２）　、反応の界面積を大
きくするため大量のガスを溶鋼中に吹き込む方法（特開
昭５２−５６４１）等も開発されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記真空脱ガス装置を用いた極低炭素鋼溶製方法は、炭
素濃度を低下せしめるために、平衡論的にも非常に有効
な方法であり、現在広く普及しているものであるが、先
にも述べたように、溶鋼の一部分を高い減圧状態に接触
させるために、非常に大がかりで高価な真空装置が必要
であり、また溶鋼を処理することから、耐火物等が溶損
し、さらに高温下において減圧状態を維持するために各
嵌合部の密着性を高めるためのきめ細かなメンテナンス
を要する。

また、溶鋼を減圧状態に接触した状態で、ガスを溶鋼中
に吹き込むと、ガスが溶鋼裏面から離脱する際に、溶鋼
が周囲の密閉容器内に飛び散るため、容器内に地金と称
する凝固した鋼が付着し、溶鋼の歩留りを低下させるば
かりか、この付着地金の除去に多大な労力を要する。

さらに、溶鋼を減圧状態にするための装置は、勿論余熱
を十分行った状態で使用されるが、装置全体が大きなた
めに、全体を均一に一定温度まで余熱することが難しく
、脱炭処理開始時点では、溶鋼の温度降下が大きい。こ
のため、脱炭処理を行った溶鋼を、連続鋳造等のプロセ
スで安定に鋳造するためには、脱炭処理時の温度降下分
を補償する必要がある等、処理費用が高くなる等の問題
点がある。

上記のような問題点に鑑み、本発明は、これら問題点を
解決し、安価な設備で、従来性われている真空脱ガス装
置で溶製されると同等の極低炭素鋼の溶製方法を提示す
るために開発されたものである。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、取鍋的溶鋼表面上の酸化性スラグを、表面積
の２０＊以上除去した溶鋼表面に、ガス中の酸素分圧を
０．３気圧未満に調整したガスを吹き付け、鉄の酸化を
抑制しつつ、溶鋼を脱炭することを特徴とする、大気圧
下における極低炭素鋼の溶製方法である。

［発明の作用］ 本発明者等は、従来の大がかりな真空装置を必要とする
ことなく、安定に溶鋼中の炭素濃度を０．００錦以下ま
で脱炭する方法について研究開発を進めた結果、溶鋼と
気体の界面の００分圧を低下させるために、高価かつ大
がかりな真空脱ガス装置等を用いて溶鋼表面を減圧状態
下に保たずとも、溶鋼中の炭素と酸素が反応する気体側
の界面の一酸化炭素ガスの分圧を低下させるために、脱
炭を行うために供給する酸素ガスをアルゴンや窒素等の
不活性ガスで希釈すれば、大気圧下においても、脱炭反
応が炭素濃度０．００５％以下まで充分に進行し、極低
炭素鋼の溶製が可能であることを見出した。

ここで、純酸素を供給する転炉方法での脱炭反応の場合
も、多量の純酸素ガスを供給しており、気体側の一酸化
炭素ガスの分圧は低いと考えられる。しかし、先にも述
べたように、炭素濃度が０．０２！に以下になると脱炭
は停滞し、むしろ鉄の酸化が生じて、溶鋼歩留りの低下
あるいは、溶鋼中有効な成分であるマンガン濃度の低下
を招く。この原因について、研究を重ねた結果、転炉方
法では、炭素の酸化と同時にシリコンやりん、マンガン
等が酸化し、またこれらの酸化物を安定に固定するため
に、主に石灰を成分とする精錬用のスラグを置いて処理
を行っていること、また純酸素ガスを供給していること
そのものが脱炭停滞の原因であることを明らかにした。

すなわち、炭素濃度が０．０２％ｉ以下の低い領域まで
、脱炭反応を進行させようとする場合には、炭素濃度に
見合った酸素供給速度を維持することが必要であり、酸
化性のスラグが存在する、あるいは純酸素ガスを供給す
るような状態では、酸素供給速度が大きすぎるため、鉄
あるいはマンガンの酸化を引き起こし、これら酸化鉄な
いし酸化マンガンが既に存在するスラグと合わさり、炭
素と酸素の反応を生じさせる反応サイトを減少させてい
ることを明らかにした。

このような研究結果から、発明者等は先に、取鍋自溶鋼
表面上の酸化性スラグの占める面積を２０零以下に減少
せしめた炭素濃度０．０４〜０．０２にの溶鋼表面上に
、酸素分圧０．５〜０，０１気圧に調整した酸化性ガス
と不活性ガスの混合ガスを吹きつけ、溶鋼の酸化を抑制
しつつ、溶鋼を脱炭すれば、炭素濃度０．０鴎以下の極
低炭素鋼の溶製が可能であることを発明（特願昭６３−
１５３４５４）　シた。

この後、発明者等はさらに炭素濃度０．００５％以下と
いった低い炭素濃度まで安定に脱炭を進行させるための
条件について研究開発を継続した結果、取鍋内の溶鋼表
面上の酸化性スラグを、表面積の２０％以七除去した溶
鋼表面に、ガス中の酸素分圧を０．３気圧未満に調整し
たガスを吹き付け、鉄の酸化を抑制しつつ、溶鋼を脱炭
すれば、大気圧下において、溶鋼中炭素濃度０．００５
！ｌｋ以下の溶鋼を溶製する極低炭素鋼の溶製方法が可
能であることを見出した。

ここで、本発明の要件である取鍋自溶鋼表面上酸化性ス
ラグの占める面積を、溶鋼表面積に対して２０９６以上
除去する理由としては、２０＊未満の面積比では酸化性
スラグによる溶鋼への酸素供給ならびに、酸素分圧を調
整した混合ガスに反応界面への供給が阻害され、溶鋼の
酸素制御が抑制できなくなるからである。

先の発明では、酸化性スラグが存在する面積が２０９６
以下、すなわち酸化性スラグを８０＊以上除去しなけれ
ばならないと考えたが、実際の操業において、後述する
ように耐火物製浸漬管を浸漬して酸化性スラグを除去す
る場合、表面積の８０零以上の浸漬管を用いると、浸漬
管と取鍋側壁との間の溶鋼が凝固し、地金付き等の弊害
が生じる可能性も考えられる。その後の研究の結果、必
ずしもここまで酸化性スラグを除去しなくとも、取鍋底
部からのガス吹き込みや誘導攪拌等により溶鋼を攪拌し
、炭素と酸素が反応する反応界面へ炭素の供給を促進す
る条件であれば、充分に反応が進行するということが明
らかとなった。

すなわち、溶鋼中炭素濃度が０．００５％以下という低
い濃度まで脱炭を進行させるためには、これまで述べた
ように炭素と酸素の反応界面における酸化炭素ガスの分
圧の制御が重要であると同時に、その反応界面に常に溶
鋼中の炭素が供給されることも必要となるのである。

ここで、面積比とは溶鋼表面に対して、酸化性スラグが
存在しない溶鋼表面積と酸化性スラグで覆われた溶鋼表
面積の合計である全溶鋼表面積に対する、酸化性スラグ
で覆われた溶鋼表面積の百分率を示す。

取鍋内の溶鋼表面上酸化性スラグを全表面積の２０＊以
上、除去する方法としては、例えば取鍋底部からガスを
吹き込み、表面のスラグを取鍋の内壁部へ押しやった状
態で、リング状の耐火物製浸漬管を浸漬し、浸漬管内に
スラグがない状態にしてやる方法等が簡潔であるが、転
炉から取鍋への受鋼時にスラグボールやスラグストッパ
ー等の転炉内スラグの流出を押える方法、あるいは取鍋
内からスラグドラッガー等で物理的にスラグを掻き出す
方法等でもよい。

また、ガス中の酸素分圧を０．３気圧未満に調整したガ
スを用いる理由としては、すでに酸素分圧が０．５気圧
以上では、鉄および溶鋼中のマンガンが酸化し、過剰酸
素により脱炭の反応サイトの減少を招くことを述べたが
、さらに酸素分圧が０．３気圧以上、０．５気圧以下の
領域においても、溶鋼中の一酸化炭素ガスの分圧が、供
給するガスの酸素分圧とほぼ等しくなることが判明し、
先に（２）式で示した反応の平衡論的解釈から考慮して
も、常に安定に炭素濃度０．００５４ｋまで脱炭を進め
ることが難しいことが判明したためである。

ここで、ガス中の酸素分圧を０．３気圧未満に調整する
方法としては、酸化性スラグと不活性ガスを混合する方
法が一般的であり、酸化性ガスの種類としては、純酸素
ガス以外に二酸化炭素ガス、空気、水蒸気等の使用が可
能であり、また不活性ガスの種類としては、アルゴンガ
スが一般的であるが、ヘリウムガス等も可能であるし、
鋼の材質上問題がなければ、窒素ガスの使用も可能であ
る。また、−酸化炭素ガスと二酸化炭素ガスを混合して
、酸素分圧を０．３気圧未満に調整しても構わない。さ
らに、空気単独の使用も充分に可能である。

以上のようの理由から、炭素濃度を０．００５％以下極
力低くまて短い時間で進行させたい場合には、酸化性ス
ラグが占める溶鋼表面積の大きさをより小さくする、ま
た供給する混合ガス中の酸素分圧を炭素濃度が低くなれ
ばなるほど小さく調整する、さらに反応の界面に溶鋼中
の炭素が常に供給されるよう溶鋼を攪拌することが効果
的であることは言うまでもない。ここで溶鋼を攪拌する
ためには、取鍋の底部あるいは側部から供給するガスの
量を大きくするほうか好ましく、またこのためのガスは
、−Ｆ面から吹き付けるガスと同様に、不活性ガス、な
いしはガス中の酸素分圧を、酸素分圧０．３気圧未満に
調整したものが好ましい。さらに、誘導攪拌等の電気エ
ネルギーとの組み合わせは、本発明の効果をより一層発
揮させる。

［実施例］ 以下、本発明例を第１図、第２図を用いて詳細に説明す
る。

実施例１ 転炉において、溶銑から炭素０．０４！Ｉｉ　、マンガ
ン０．２５９６に溶製した２５０ｔの溶鋼１を、第１図
に示すように取鍋２に未脱酸状態で出鋼した。取鍋内の
溶鋼温度は１６３０℃であった。

その後、取鍋下部に配置した耐火物製ポーラスプラグ３
からアルゴンガスを２５Ｎｍ３／ｈｒの流量で吹き込み
、取鍋内の酸化性転炉スラグ４を取鍋内壁部へ押しやっ
た状態でリング状の耐火物製浸漬管５を浸漬し、浸漬管
内の転炉スラグ４を浸漬管外に排出した。取鍋２の内径
が３．６ｍ　（面積１０ｍ２）に対して、浸漬管５の内
径は］、８ｍ（面積２．５ｍ２）であり、溶鋼表面上の
酸化性スラグは２５％除去された。

次に、溶鋼表面から８００ｍｍの高さに上吹きランス６
を配置し、酸素分圧を０．２気圧に調整した酸素ガスと
アルゴンガスの混合ガスを、流［５００ＯＮｍ３／ｈｒ
で溶鋼表面に吹き付け、脱炭処理を２０分行った。この
間、取鍋底部からはアルゴンガスを２５Ｎｍ３／ｈｒの
流量で吹き込み続けた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１
０００℃で、溶鋼の炭素濃度は０．００４＊、マンガン
濃度は０．２２％となり、わずかにマンガンが酸化した
が、安定に炭素濃度０．００５に以下に到達した。

比較例１ 同じく転炉において、溶銑から炭素０．Ｏｎ　、マンガ
ン０．２８５１ｉに溶製した２５０ｔの溶鋼１を、取鍋
２に未脱酸状態で出鋼した。取鍋内の溶鋼温度は１６３
５℃であった。

その後、第２図のように取鍋内に２０ｍｍ厚の酸化性ス
ラグ４を残留させた状態で、取鍋下部に配置した耐火物
製ポーラスプラグ３からアルゴンガスを２５Ｎｍ’／ｈ
ｒの流量で吹き込み、さらに溶鋼表面から６０Ｏｎ＋ｍ
の高さにＦ吹きランス６を配置し、酸素分圧を０．４気
圧に調整した酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスを、流
量５００ＯＮｍ３／ｈｒで溶鋼表面に吹き付け、脱炭処
理を２５分行った。この間、取鍋底部からはアルゴンガ
スを２５Ｎｍ３／ｈｒの流量で吹き込み続けた。この脱
炭処理後の溶鋼温度は１６０３℃で、溶鋼の炭素濃度は
０．０１３９６．マンガン濃度は０　、１０％となり、
炭素濃度０．０（１５’４以下には到達できなかった。

比較例２ 同じく転炉において、溶銑から炭素０．０４％　、マン
ガン０．２６％に溶製した２５０ｔの溶鋼１を、取鍋２
に未脱酸状態で出鋼した。取鍋内の溶鋼温度は］６３２
℃であった。

その後、第１図のように取鍋下部に配置した耐火物製ポ
ーラスプラグ３からアルゴンガスを２５Ｎｍ３／ｈｒの
流量で吹き込み、取鍋内の酸化性転炉スラグ４を取鍋内
壁部へ押しやった状態でリング状の耐火物製浸漬管５を
浸漬し、浸漬管内の転炉スラグ４を浸漬管外に排出した
。取鍋２の内径が３．６ｍ（面積１０ｍ２）に対して、
浸漬管５の内径は１．８ｍ　（面積２．５ｍ２）であり
、溶鋼表面上の酸化性スラグは２鴎除去された。

次に、溶鋼表面から６００ｍｍの高さに上吹きランス６
を配置し、酸素分圧を０．４気圧に調整した酸素ガスと
アルゴンガスの混合ガスを、流量５００ＯＮｍ３／ｈｒ
で溶鋼表面に吹き付け、脱炭処理を２５分行った。この
間、取鍋底部からはアルゴンガスを２５Ｎｍ３／ｈｒの
流量で吹き込み続けた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１
６０３℃で、溶鋼の炭素濃度は０．００９亀、マンガン
濃度は０．２０！にとなり、炭素濃度０．００５＊以下
には到達できなかった。

実施例２ 転炉において、溶銑から炭素０．０６！ｌ；　、マンガ
ン０．３Ｑ％に溶製した２５０ｔの溶鋼１を、取鍋２に
未脱酸状態で出鋼した。取鍋内の溶鋼温度は１６２０℃
であフた。

その後、第１図に示すように、取鍋下部に配置した耐火
物製ポーラスプラグ３からアルゴンガスを３ＯＮｍ３／
ｈｒの流量で吹き込み、取鍋内の酸化性転炉スラグ４を
取鍋内壁部へ押しやった状態でリング状の耐火物製浸漬
管５を浸漬し、浸漬管内の転炉スラグ４を浸漬管外に排
出した。取鍋２の内径が３．８ｍ　（面積］０ｍ２）に
対して、浸漬管５の内径は２．０ｍ（面積３．１ｍ２）
であり、溶鋼表面上の酸化性スラグは約３０９６除去さ
れた。

次に、溶鋼表面から６００ｍｍの高さに上吹きランス６
を配置し、酸素分圧を０．１気圧に調整した空気と窒素
ガスの混合ガスを、流量７００ＯＮ＋ｎ３／ｈｒで溶鋼
表面に吹き付け、脱炭処理を１５分行った。この間、取
鍋底部からはアルゴンガスを３ＯＮｍ３／ｈｒの流量で
吹き込み続けた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１６０５
℃で、溶鋼の炭素濃度は０．００１％　、マンガン濃度
は０．２８％となり、わずかにマンガンが酸化したが、
安定に炭素濃度０．００５４Ｊ以下に到達した。

比較例３ 同じく転炉において、溶銑から炭素０．０５！ｋ　、マ
ンガン０．２８％に溶製した２５０ｔの溶鋼１を、取鍋
２に未脱酸状態で出鋼した。取鍋内の溶鋼温度は１６２
５℃でありだ。

その後、第１図のように取鍋下部に配置した耐火物製ポ
ーラスプラグ３からアルゴンガスを３ＯＮ［［１３／ｈ
ｒの流量で吹き込み、取鍋内の酸化性転炉スラグ４を取
鍋内壁部へ押しや９だ状態でリング状の耐火物製浸漬管
５を浸漬し、浸漬管内の転炉スラグ４を浸漬管外に排出
した。取鍋２の内径が３、ｆｉｍ　（面積１０ｍ２）に
対して、浸漬管５の内径は２．５ｍ　（面積４．９ｍ２
）であり、溶鋼表面上の酸化性スラグは約５０＊除去さ
れた。

次に、溶鋼表面から６００ｍｍの高さに上吹きランス６
を配置し、酸素分圧を０．３５気圧に調整した空気と窒
素ガスの混合ガスを、流ｉ７００ＯＮｍ３／ｈｒで溶鋼
表面に吹き付け、脱炭処理を３０分行った。この間、取
鍋底部からはアルゴンガスを３ＯＮｍ３／ｈｒの流量で
吹き込み続けた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１５９０
℃で、溶鋼の炭素濃度は０．００７９６、マンガン濃度
は０．２２零となり、長時間の処理にもかかわらず、炭
素濃度０．００５％以下には到達できなかった。

以上のごとく、本発明方法を溶鋼の脱炭処理に適用する
ことにより、安価にかつ安定に炭素濃度０．００５％以
下の極低炭素鋼の溶製が可能となった。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、従来の高価かつ大がか
りで、きめ細かなメンテナンスが必要な、真空脱ガス装
置を用いた極低炭素鋼の溶製方法に比較して、このよう
な脱ガス設備等の改造や新設等なく、単に溶鋼表面のス
ラグを減少せしめ、かつ吹き付けるガス中の酸素分圧を
調整することにより、通常の真空脱ガス装置を用いた場
合と同様に、３０分以内で炭素濃度０．００５％以下の
極低炭素鋼の溶製が可能となった。本発明によれば、従
来の真空脱ガス装置を用いた方法に比較して、溶鋼の温
度降下も少なく、また地金付着等も少なく、かつ地金除
去等も、浸漬管内に付着したもののみを除去すればよく
、メンテナンスが非常に容易となり、処理コストの低下
が享受できる。このように、本発明によれば、工業的規
模において、容易かつ確実、安価に極低炭素鋼が溶製で
きる等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための鋼の溶製設備例を
示す説明図、第２図は本発明に対する比較例方法を実施
するための設備例を示す説明図である。 １・・・溶鋼、２・・・取鍋、３・・・ポーラスプラグ
、４・・・転炉スラグ、５・・・浸漬管、６・・・上吹
きランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、取鍋内の溶鋼表面上酸化性スラグを、全表面積の２
   ０％以上除去した溶鋼表面に、ガス中の酸素分圧を０．
   ３気圧未満に調整したガスを吹き付け、鉄の酸化を抑制
   しつつ、溶鋼を脱炭することを特徴とする、大気圧下に
   おける極低炭素鋼の溶製方法。