JPH028003B2 - - Google Patents
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- JPH028003B2 JPH028003B2 JP55086715A JP8671580A JPH028003B2 JP H028003 B2 JPH028003 B2 JP H028003B2 JP 55086715 A JP55086715 A JP 55086715A JP 8671580 A JP8671580 A JP 8671580A JP H028003 B2 JPH028003 B2 JP H028003B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/072—Treatment with gases
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Description
本発明はガス含有量の低い特に清浄な鋼の精錬
方法に関する。この鋼は多くの問題を伴う酸素の
吹き込を必要とせずに高い物理的特性を有する。 本発明の一つの目的は介在物が少ないそして改
良された特性を有する鋼を提供することである。
そして本発明はバツクチヤージ誘導炉の使用を容
易にするものであり、そしてそれによつて経済性
を高めるものである。 もう一つの目的は金属のガス含有に伴う問題な
く低周波、中周波およびアーク炉で鋼を製造する
方法を提供することである。 又本発明は金属が鋳造の際ガスを多量に放出す
るいわゆるワイルドメタルの状態になることを防
止する。 本発明のもう一つの目的はシリコン、マンガン
の溶解中の酸化による損失を制限することであ
る。 本発明によると比較的少量のスラブしか発生し
ない。そして本発明の他の目的および充分な理解
は以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付
図面により得られるであろう。 第１図は溶融鉄基金属から炭素を取除くための
酸素バブリング法のブロツク説明図である。 第２図は本発明のプロセスのブロツク説明図で
ある。第３図は本発明が実施される誘導炉の典型
的な商業ベースの具体例の断面図である。 第４図は本発明によつて製造された鋼の写真で
あり、鋼中の非金属介在物の量を示している。 鋼の製造において原材料に含有されるすべての
ガスを取除くことと、構成成分を正しい比率にす
ることは重要なことである。そしてこれらのガス
および成分、特に炭素と酸素の比率を制御するた
めに種々の技術が開発されてきた。 第１図は本発明で改良の対象とする方法を示
す。この方法においては最終製品に望まれるより
過剰の炭素を含有する鉄基金属が処理される。 この方法を説明すると先づ金属は加熱される
（ステツプ１）。通常の実施は加熱溶融金属におい
て活発な沸騰を促進し、鉄基金属から望ましくな
いガスおよび元素を取除くように工夫されてい
る。 溶湯が動かされることなくうまく製造されるこ
とはほとんどなく、そのように処理された鉄基金
属は錆のような酸化物が完全に取り除かれねばな
らなく、又溶湯上の雰囲気は水素および窒素の取
り込みを避けるため空気を含む水蒸気を排除され
ねばならない。 この沸騰は溶湯への酸素ガス吹込み、あるいは
酸化物と炭素の自然反応によつて作られる（ステ
ツプ２）。炭素は浴中において炭素と反応し一酸
化炭素を形成する。これは溶融金属中の炭素の量
を減少させ、そしてそれは製鋼工程の評価の重要
な指標となる。この形成された一酸化炭素は溶融
金属中で沸騰作用、すなわちボイリングを引き起
し、窒素や水素などの望ましくない他のガスおよ
び成分を取除くことに役立つ。 しかしながら、不都合なことに、吹き込まれた
酸素が溶融金属中の炭素と反応してボイリングに
必要な一酸化炭素を形成する前に、シリコン、マ
ンガン、その他の重要な望ましい元素を酸化焼失
させてしまう。それはまた後に取除かれねばなら
ないスラグを大量に形成してしまう（ステツプ
３）。このためシリコン、マンガンを浴に補充せ
ねばならなくなる（ステツプ４）。 またこのため溶融金属中に多くの酸化物を形成
することになる。酸化物はそれ自体鋼に有害であ
るばかりでなく、これは鋳造の際多量のガスを放
出するいわゆるワイルドメルトの状態にしてしま
う。ワイルドメルトは鋳造物に大きなガス孔を形
成するため鋳造が不可能である。 この問題を解決するためにはアルミニウム、シ
リコンなどの大量の脱酸金属を添加しなければな
らない（ステツプ５）。これらの脱酸金属は後の
工程で取除かれねばならず、これらの酸化物はそ
の大きさ、形状、量によつては鋼の物理的特性特
に衝撃値に有害に作用する（ステツプ６）。また
酸素ボイリングは炉上を汚染する鉄の酸化物を大
量に形成するし、鉄の酸化物あるいは他の酸化物
は溶融金属それ自体をも非常に汚染することにも
なる。 酸素ボイリング法の大きな問題は誘導炉の操作
の経済性である。低周波誘導炉で鉄基金属を製造
する場合コールドチヤージから出発することは極
めて時間を費すものであり、通常開始には大きな
出発金属片すなわちスターチングブロツクを使用
し、そしてその後は昼夜通して稼動し続け炉内に
常に溶融金属が入つている状態にする。 炉から溶融金属が引出されるときに固体装入材
料と置換される。この方法はいわゆるバツクチヤ
ージ法と呼ばれるもので、これは完全に固体金属
装入物の冷却状態から出発する必要を避けるため
のものである。バツクチヤージ法によつて鋼を製
造する場合は、効果的なボイリングの開始の前
に、シリコン、マンガンなどのすべての元素が取
除かれるため通常の手段で浴をボイリングするこ
とはもちろん不可能である。このことはバツクチ
ヤージとして装入物が装入されるたびに繰返さ
れ、大量のスラグを形成することになる。 そしてシリコンおよび金属をそのたびごとに補
充して装入物のブロツキングを行うことはバツク
チヤージ法による製鋼のコストを増加する。 一方ボイリングを避けると出鋼後炉に残つた溶
融金属に加えられる新らたな装入材料によつてそ
のたびごとに増加される水素および窒素が大量に
金属中に含まれる結果になる。そしてそれは後に
取除かれねばならないことになる。 商業ベースの実施ではしばしばボイリングを避
ける試みがなされている。その理由は特にボイリ
ング法を使うと残滓の固着を避けるため炉のライ
ニングをこすりとる必要があるためである。 結局この方法を採用している間は前記問題を満
足な解決あるいは改善はない。 次に本発明を詳細に説明する。 第２図は本発明の具体例の典型的なフローチヤ
ートを示す。この方法はまた所望の値より高い炭
素含有量を有する鉄基金属を加熱して溶融させる
ことにより開始される（ステツプＡ）。 しかしながら本発明は酸素ボイリング法に対し
てボイリングを二酸化炭素ガスによつて作り出す
（ステツプＢ）。この方法は好ましくないガスや元
素を完全に取除くことができ、又ボイリング法に
伴う大部分の問題を解決できるものである。 二酸化炭素はCO2＋Ｃ2COの式に従つて炭素
と反応する。この反応は高温では相当速い速度で
CO2＋Ｃ→2COの方向に進むのでポイリング中に
溶湯を加熱することが望ましい。二酸化炭素はシ
リコン、マンガンなどとそう高い率で反応しない
ので、これらの重要な元素が酸化し尽されること
はない。またこのことは製鋼中に形成されるスラ
グの量を著るしく減少させるものである（ステツ
プＤ）。三酸化炭素はそれ自体溶湯を酸化するこ
とが少なく、ボイリング中鉄の酸化物の生成を減
少させる。従つて鋼製造装置が他の方法に比較し
て汚されることが少ない。また本発明の方法は鋳
造の際大量にガスを放出するいわゆるワイルドメ
ルトになる可能性を低めるので溶湯への脱酸金属
の添加量をより少なくすることが可能である（ス
テツプＣ）。過剰な二酸化炭素ガスと酸化物はア
ルゴンのような不活性ガスを鋼中に吹き込みバブ
リングすることにより溶湯から取除くことができ
る（ステツプC1）。そしてそれによつていかなる
添加金属の汚染が起ることもない。 溶湯への二酸化炭素ガスのバブリングは特に溶
湯が加熱されているときに機械的なスクラツビン
グ（scrubbing）作用を与える。そしてその作用
は人為的に形成されたCO2の泡の中へのガスの拡
散を伴う分圧現象によつて溶湯から水素と窒素を
取除くものである。CO2＋Ｃ→2COの反応によつ
て生成される一酸化炭素は通常のボイリング法と
同様に溶湯からの脱ガスを促進させる。 また本発明の方法においては極めて便利なバツ
クチヤージ法を使用して誘導炉で鋼を容易に製造
することもできる。二酸化炭素をチヤージごとに
連続的に溶湯に吹き込むことにより溶け込んでい
る窒素、水素などのすべての溶解ガスが完全に取
除かれ二酸化炭素と置換されるからである。この
ことは金属装入物中に含まれるシリコン、マンガ
ン、クロムなどの酸化され易い元素を著るしい損
失することなく操業することを可能にする。溶融
鋼が炉から出鋼されるたびに、金属中に残留した
二酸化炭素は取鍋中でアルミニウム、カルシウ
ム、マグネシウム、チタンなどの単純な脱酸添加
物によつて簡単に除去することができる。誘導炉
による鋼の製造を可能にすることによつて電力を
効率的に使用することが可能になり、また溶解ユ
ニツト使用のため鋳鉄の製造に通常限定される鋳
物工場内で鋼を製造することも可能になる。 鋼浴のボイリングに使用される二酸化炭素の量
は使用される鋼スクラツプの品質および鋼中に含
有することが許される窒素および水素の最終含有
量に応じて変化させることができる。通常約10分
の間に141.6m3／Kg・min（５立方フイート／ト
ン・分）、分の割合で二酸化炭素が使用される。
このことは金属１トン当り1.416m3（50立方フイ
ート）の二酸化炭素を消費することになる。 この量の二酸化炭素は浴中の初めの炭素含有量
レベルにもよるが、通常炭素の含有量を0.05〜
0.15％まで低下させる。炭素量が高いものは、例
えば0.4％あるいはそれ以上の炭素量のものは低
いものよりより大きく脱炭される。 又装入物中に錆ついたスクラツプが存在すると
比較的清浄な装入物の場合より脱炭が大きくな
る。浴中からの脱炭は、シリコン、マンガンの含
有量を本質的に変化させることなく、通常初めの
炭素量の５〜30％まで脱炭することが望まれる。 二酸化炭素で処理された溶湯金属は金属中に溶
解した二酸化炭素をいくらか含有することになる
が、この残留二酸化炭素はアルミニウム、カルシ
ウム、チタン、バリウム、ジルコニウム、マグネ
シウムなどのいずれか又は組合せて添加すること
により取除かれる。またこの残留した二酸化炭素
は炉から溶湯を取り出す前にアルゴンなどの不活
性ガスを浴中に吹き込むことにより取除くことも
可能である。そしてこの残留二酸化炭素の除去の
ためには金属アルミニウムが最も適したものであ
る。 金属アルミニウムは次の式によつて二酸化炭素
と反応する。 3CO2＋4Al→2Al2O3＋3C この脱酸作用は金属中に少量の炭素を放出する
ことになるが、残留する二酸化炭素の量が比較的
少ないため金属の最終炭素量を大きく変えてしま
うことはない。 本発明の方法は鋼の製造に適しているものであ
るが、この発明の方法は水素および窒素ガスを含
有し易い鋳造、白銑、ステンレススチール、合金
白銑、その他すべての鉄基金属の溶解にも効果的
に適用されうることが判明している。 また本発明の方法を採用することにより特に高
いクロム含有金属を溶解する場合溶解工程中のク
ロム酸化を最小限にすることが可能である。 本発明においては、浴上に二酸化炭素雰囲気が
形成されその結果金属表面から空気が排除される
ことがこのような効果をもたらしているものと考
えられる。 溶湯への二酸化炭素の吹き込みのためには下端
にポーラスプラグ（porous plug、すなわち、多
孔性プラグ）を取付けたランス装置を用いること
が好ましい。第３図は典型的なランス使用のコア
レス誘導炉の上部の断面図である。ガスは外部の
発生源１０から供給パイプ１１の中に供給され
る。供給パイプ１１はランス１２の中にはめ込ま
れガスをランス１２の下端のポーラスプラグに供
給する。ランス１２は耐火物製のカバー１３によ
つて被覆されており、そして耐火物セメント１４
が供給パイプ１１を中に保持するとともに耐火物
製ポーラス体１５を保持している。外カバー１３
の直径は溶湯の表面積と量に応じて2.54〜15.24
cm（１〜６インチ）に変えることができる。ポー
ラス体１５は珪酸ナトリウム、硼酸、その他適当
な耐火セメントによつて結合されたアルミナ、シ
リカ、クロマイトあるいはジルコナイトのような
耐火物材材をつき固めることによつて作ることが
できる。その耐火物材料は二酸化炭素を通すに充
分ポーラスな状態になるような粒子サイズのもの
で作られねばならない。 ランス１２それ自体は誘導炉１７の上蓋１６に
取付けられる。炉のコイル１８は溶湯２０を加熱
する内壁部材１９を加熱する。具体的例は炉の中
央に１本のランスを用いた場合を示しているが、
ランスの数および取付け場所は材料、溶湯の表面
積および量に応じて変え得る。ランスは炉それ自
体のライニングにさえも設けることができる。 ポーラス体１５を通して圧力を加えられたガス
は多量の小さな気泡を作り、この小さな気泡は通
常のランスによつて作られる大きな気泡より効果
的に化学反応を促進する。二酸化炭素は通常のよ
うに溶湯の底から吹き込む必要はない。すべての
炉、特に誘導炉において溶湯が均一に流れるため
浴中のいずれの点において清浄な金属になる。溶
湯の表面のすぐ下にランスを設置することにより
二酸化炭素との反応処理をいまだ受けていない金
属がランスの近くに常に流れ込むようになり、そ
の結果非常に短時間で完全に浴全部が二酸化炭素
で処理される。アーク炉においては金属の動きが
大きくないが、そのような場合はランスを溶湯中
により深く設置して溶湯中で場所を移動させるか
あるいは数本のランスを使用する。アーク炉にお
いてはランスの位置としては溶湯の底部が適切で
ある。又アーク炉において溶解を開始するに先立
つて炉をCO2で清浄にすることはアーク溶解によ
つて形成されるヒユーム（fume）を減少させる
し、電極（通常は炭素）の寿命を長くするのに役
立つことが判明した。しかも二酸化炭素は空気よ
り重いので、溶湯の表面から空気を排除して溶湯
の上に溜まるから、これにより空気から水素、窒
素又は酸素の取り込みを防止するシール性のバリ
ヤー（障壁）が形成される。従つて本発明の方法
はシリコン、マンガンを減少させることなく炭素
含有量を低下させるとともに溶湯のガス含有量を
非常に低い値に低下させることができる。 本発明の方法の１つの実施例として誘導炉で中
炭素鋼の溶湯を製造した。その装入物は0.45％の
炭素、0.46％のマンガンと0.40％のシリコンを含
有するスチールスクラツプからなつている。 装入物が溶解された後まず１番目の試料片が採
取され、次に第１図に詳細に措かれたポーラスプ
ラグランスが溶湯中に約15.24cm（６インチ）の
深さで浸漬され、二酸化炭素ガスが圧力約0.84Kg
ｆ／cm2（12psi）で金属トン当り0.1416m3／min
（５立方フイート／分）の割合で10分間吹き込ま
れた。この二酸化炭素吹き込み中電力が負荷され
はげしいボイルが生じた。ボイルが終了した後二
酸化炭素の吹き込みが切られ、２番目の試料片が
炉から採取された、次に金属はトン当り0.454Kg
（16オンス）のアルミニウムが加えられた取鍋中
に出鋼され、その取鍋から第３番目の試料片が採
取された。そして残つた金属は鋳造された。 前記採取された３つの試料片を分析した結果は
次のとおりであつた。
方法に関する。この鋼は多くの問題を伴う酸素の
吹き込を必要とせずに高い物理的特性を有する。 本発明の一つの目的は介在物が少ないそして改
良された特性を有する鋼を提供することである。
そして本発明はバツクチヤージ誘導炉の使用を容
易にするものであり、そしてそれによつて経済性
を高めるものである。 もう一つの目的は金属のガス含有に伴う問題な
く低周波、中周波およびアーク炉で鋼を製造する
方法を提供することである。 又本発明は金属が鋳造の際ガスを多量に放出す
るいわゆるワイルドメタルの状態になることを防
止する。 本発明のもう一つの目的はシリコン、マンガン
の溶解中の酸化による損失を制限することであ
る。 本発明によると比較的少量のスラブしか発生し
ない。そして本発明の他の目的および充分な理解
は以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付
図面により得られるであろう。 第１図は溶融鉄基金属から炭素を取除くための
酸素バブリング法のブロツク説明図である。 第２図は本発明のプロセスのブロツク説明図で
ある。第３図は本発明が実施される誘導炉の典型
的な商業ベースの具体例の断面図である。 第４図は本発明によつて製造された鋼の写真で
あり、鋼中の非金属介在物の量を示している。 鋼の製造において原材料に含有されるすべての
ガスを取除くことと、構成成分を正しい比率にす
ることは重要なことである。そしてこれらのガス
および成分、特に炭素と酸素の比率を制御するた
めに種々の技術が開発されてきた。 第１図は本発明で改良の対象とする方法を示
す。この方法においては最終製品に望まれるより
過剰の炭素を含有する鉄基金属が処理される。 この方法を説明すると先づ金属は加熱される
（ステツプ１）。通常の実施は加熱溶融金属におい
て活発な沸騰を促進し、鉄基金属から望ましくな
いガスおよび元素を取除くように工夫されてい
る。 溶湯が動かされることなくうまく製造されるこ
とはほとんどなく、そのように処理された鉄基金
属は錆のような酸化物が完全に取り除かれねばな
らなく、又溶湯上の雰囲気は水素および窒素の取
り込みを避けるため空気を含む水蒸気を排除され
ねばならない。 この沸騰は溶湯への酸素ガス吹込み、あるいは
酸化物と炭素の自然反応によつて作られる（ステ
ツプ２）。炭素は浴中において炭素と反応し一酸
化炭素を形成する。これは溶融金属中の炭素の量
を減少させ、そしてそれは製鋼工程の評価の重要
な指標となる。この形成された一酸化炭素は溶融
金属中で沸騰作用、すなわちボイリングを引き起
し、窒素や水素などの望ましくない他のガスおよ
び成分を取除くことに役立つ。 しかしながら、不都合なことに、吹き込まれた
酸素が溶融金属中の炭素と反応してボイリングに
必要な一酸化炭素を形成する前に、シリコン、マ
ンガン、その他の重要な望ましい元素を酸化焼失
させてしまう。それはまた後に取除かれねばなら
ないスラグを大量に形成してしまう（ステツプ
３）。このためシリコン、マンガンを浴に補充せ
ねばならなくなる（ステツプ４）。 またこのため溶融金属中に多くの酸化物を形成
することになる。酸化物はそれ自体鋼に有害であ
るばかりでなく、これは鋳造の際多量のガスを放
出するいわゆるワイルドメルトの状態にしてしま
う。ワイルドメルトは鋳造物に大きなガス孔を形
成するため鋳造が不可能である。 この問題を解決するためにはアルミニウム、シ
リコンなどの大量の脱酸金属を添加しなければな
らない（ステツプ５）。これらの脱酸金属は後の
工程で取除かれねばならず、これらの酸化物はそ
の大きさ、形状、量によつては鋼の物理的特性特
に衝撃値に有害に作用する（ステツプ６）。また
酸素ボイリングは炉上を汚染する鉄の酸化物を大
量に形成するし、鉄の酸化物あるいは他の酸化物
は溶融金属それ自体をも非常に汚染することにも
なる。 酸素ボイリング法の大きな問題は誘導炉の操作
の経済性である。低周波誘導炉で鉄基金属を製造
する場合コールドチヤージから出発することは極
めて時間を費すものであり、通常開始には大きな
出発金属片すなわちスターチングブロツクを使用
し、そしてその後は昼夜通して稼動し続け炉内に
常に溶融金属が入つている状態にする。 炉から溶融金属が引出されるときに固体装入材
料と置換される。この方法はいわゆるバツクチヤ
ージ法と呼ばれるもので、これは完全に固体金属
装入物の冷却状態から出発する必要を避けるため
のものである。バツクチヤージ法によつて鋼を製
造する場合は、効果的なボイリングの開始の前
に、シリコン、マンガンなどのすべての元素が取
除かれるため通常の手段で浴をボイリングするこ
とはもちろん不可能である。このことはバツクチ
ヤージとして装入物が装入されるたびに繰返さ
れ、大量のスラグを形成することになる。 そしてシリコンおよび金属をそのたびごとに補
充して装入物のブロツキングを行うことはバツク
チヤージ法による製鋼のコストを増加する。 一方ボイリングを避けると出鋼後炉に残つた溶
融金属に加えられる新らたな装入材料によつてそ
のたびごとに増加される水素および窒素が大量に
金属中に含まれる結果になる。そしてそれは後に
取除かれねばならないことになる。 商業ベースの実施ではしばしばボイリングを避
ける試みがなされている。その理由は特にボイリ
ング法を使うと残滓の固着を避けるため炉のライ
ニングをこすりとる必要があるためである。 結局この方法を採用している間は前記問題を満
足な解決あるいは改善はない。 次に本発明を詳細に説明する。 第２図は本発明の具体例の典型的なフローチヤ
ートを示す。この方法はまた所望の値より高い炭
素含有量を有する鉄基金属を加熱して溶融させる
ことにより開始される（ステツプＡ）。 しかしながら本発明は酸素ボイリング法に対し
てボイリングを二酸化炭素ガスによつて作り出す
（ステツプＢ）。この方法は好ましくないガスや元
素を完全に取除くことができ、又ボイリング法に
伴う大部分の問題を解決できるものである。 二酸化炭素はCO2＋Ｃ2COの式に従つて炭素
と反応する。この反応は高温では相当速い速度で
CO2＋Ｃ→2COの方向に進むのでポイリング中に
溶湯を加熱することが望ましい。二酸化炭素はシ
リコン、マンガンなどとそう高い率で反応しない
ので、これらの重要な元素が酸化し尽されること
はない。またこのことは製鋼中に形成されるスラ
グの量を著るしく減少させるものである（ステツ
プＤ）。三酸化炭素はそれ自体溶湯を酸化するこ
とが少なく、ボイリング中鉄の酸化物の生成を減
少させる。従つて鋼製造装置が他の方法に比較し
て汚されることが少ない。また本発明の方法は鋳
造の際大量にガスを放出するいわゆるワイルドメ
ルトになる可能性を低めるので溶湯への脱酸金属
の添加量をより少なくすることが可能である（ス
テツプＣ）。過剰な二酸化炭素ガスと酸化物はア
ルゴンのような不活性ガスを鋼中に吹き込みバブ
リングすることにより溶湯から取除くことができ
る（ステツプC1）。そしてそれによつていかなる
添加金属の汚染が起ることもない。 溶湯への二酸化炭素ガスのバブリングは特に溶
湯が加熱されているときに機械的なスクラツビン
グ（scrubbing）作用を与える。そしてその作用
は人為的に形成されたCO2の泡の中へのガスの拡
散を伴う分圧現象によつて溶湯から水素と窒素を
取除くものである。CO2＋Ｃ→2COの反応によつ
て生成される一酸化炭素は通常のボイリング法と
同様に溶湯からの脱ガスを促進させる。 また本発明の方法においては極めて便利なバツ
クチヤージ法を使用して誘導炉で鋼を容易に製造
することもできる。二酸化炭素をチヤージごとに
連続的に溶湯に吹き込むことにより溶け込んでい
る窒素、水素などのすべての溶解ガスが完全に取
除かれ二酸化炭素と置換されるからである。この
ことは金属装入物中に含まれるシリコン、マンガ
ン、クロムなどの酸化され易い元素を著るしい損
失することなく操業することを可能にする。溶融
鋼が炉から出鋼されるたびに、金属中に残留した
二酸化炭素は取鍋中でアルミニウム、カルシウ
ム、マグネシウム、チタンなどの単純な脱酸添加
物によつて簡単に除去することができる。誘導炉
による鋼の製造を可能にすることによつて電力を
効率的に使用することが可能になり、また溶解ユ
ニツト使用のため鋳鉄の製造に通常限定される鋳
物工場内で鋼を製造することも可能になる。 鋼浴のボイリングに使用される二酸化炭素の量
は使用される鋼スクラツプの品質および鋼中に含
有することが許される窒素および水素の最終含有
量に応じて変化させることができる。通常約10分
の間に141.6m3／Kg・min（５立方フイート／ト
ン・分）、分の割合で二酸化炭素が使用される。
このことは金属１トン当り1.416m3（50立方フイ
ート）の二酸化炭素を消費することになる。 この量の二酸化炭素は浴中の初めの炭素含有量
レベルにもよるが、通常炭素の含有量を0.05〜
0.15％まで低下させる。炭素量が高いものは、例
えば0.4％あるいはそれ以上の炭素量のものは低
いものよりより大きく脱炭される。 又装入物中に錆ついたスクラツプが存在すると
比較的清浄な装入物の場合より脱炭が大きくな
る。浴中からの脱炭は、シリコン、マンガンの含
有量を本質的に変化させることなく、通常初めの
炭素量の５〜30％まで脱炭することが望まれる。 二酸化炭素で処理された溶湯金属は金属中に溶
解した二酸化炭素をいくらか含有することになる
が、この残留二酸化炭素はアルミニウム、カルシ
ウム、チタン、バリウム、ジルコニウム、マグネ
シウムなどのいずれか又は組合せて添加すること
により取除かれる。またこの残留した二酸化炭素
は炉から溶湯を取り出す前にアルゴンなどの不活
性ガスを浴中に吹き込むことにより取除くことも
可能である。そしてこの残留二酸化炭素の除去の
ためには金属アルミニウムが最も適したものであ
る。 金属アルミニウムは次の式によつて二酸化炭素
と反応する。 3CO2＋4Al→2Al2O3＋3C この脱酸作用は金属中に少量の炭素を放出する
ことになるが、残留する二酸化炭素の量が比較的
少ないため金属の最終炭素量を大きく変えてしま
うことはない。 本発明の方法は鋼の製造に適しているものであ
るが、この発明の方法は水素および窒素ガスを含
有し易い鋳造、白銑、ステンレススチール、合金
白銑、その他すべての鉄基金属の溶解にも効果的
に適用されうることが判明している。 また本発明の方法を採用することにより特に高
いクロム含有金属を溶解する場合溶解工程中のク
ロム酸化を最小限にすることが可能である。 本発明においては、浴上に二酸化炭素雰囲気が
形成されその結果金属表面から空気が排除される
ことがこのような効果をもたらしているものと考
えられる。 溶湯への二酸化炭素の吹き込みのためには下端
にポーラスプラグ（porous plug、すなわち、多
孔性プラグ）を取付けたランス装置を用いること
が好ましい。第３図は典型的なランス使用のコア
レス誘導炉の上部の断面図である。ガスは外部の
発生源１０から供給パイプ１１の中に供給され
る。供給パイプ１１はランス１２の中にはめ込ま
れガスをランス１２の下端のポーラスプラグに供
給する。ランス１２は耐火物製のカバー１３によ
つて被覆されており、そして耐火物セメント１４
が供給パイプ１１を中に保持するとともに耐火物
製ポーラス体１５を保持している。外カバー１３
の直径は溶湯の表面積と量に応じて2.54〜15.24
cm（１〜６インチ）に変えることができる。ポー
ラス体１５は珪酸ナトリウム、硼酸、その他適当
な耐火セメントによつて結合されたアルミナ、シ
リカ、クロマイトあるいはジルコナイトのような
耐火物材材をつき固めることによつて作ることが
できる。その耐火物材料は二酸化炭素を通すに充
分ポーラスな状態になるような粒子サイズのもの
で作られねばならない。 ランス１２それ自体は誘導炉１７の上蓋１６に
取付けられる。炉のコイル１８は溶湯２０を加熱
する内壁部材１９を加熱する。具体的例は炉の中
央に１本のランスを用いた場合を示しているが、
ランスの数および取付け場所は材料、溶湯の表面
積および量に応じて変え得る。ランスは炉それ自
体のライニングにさえも設けることができる。 ポーラス体１５を通して圧力を加えられたガス
は多量の小さな気泡を作り、この小さな気泡は通
常のランスによつて作られる大きな気泡より効果
的に化学反応を促進する。二酸化炭素は通常のよ
うに溶湯の底から吹き込む必要はない。すべての
炉、特に誘導炉において溶湯が均一に流れるため
浴中のいずれの点において清浄な金属になる。溶
湯の表面のすぐ下にランスを設置することにより
二酸化炭素との反応処理をいまだ受けていない金
属がランスの近くに常に流れ込むようになり、そ
の結果非常に短時間で完全に浴全部が二酸化炭素
で処理される。アーク炉においては金属の動きが
大きくないが、そのような場合はランスを溶湯中
により深く設置して溶湯中で場所を移動させるか
あるいは数本のランスを使用する。アーク炉にお
いてはランスの位置としては溶湯の底部が適切で
ある。又アーク炉において溶解を開始するに先立
つて炉をCO2で清浄にすることはアーク溶解によ
つて形成されるヒユーム（fume）を減少させる
し、電極（通常は炭素）の寿命を長くするのに役
立つことが判明した。しかも二酸化炭素は空気よ
り重いので、溶湯の表面から空気を排除して溶湯
の上に溜まるから、これにより空気から水素、窒
素又は酸素の取り込みを防止するシール性のバリ
ヤー（障壁）が形成される。従つて本発明の方法
はシリコン、マンガンを減少させることなく炭素
含有量を低下させるとともに溶湯のガス含有量を
非常に低い値に低下させることができる。 本発明の方法の１つの実施例として誘導炉で中
炭素鋼の溶湯を製造した。その装入物は0.45％の
炭素、0.46％のマンガンと0.40％のシリコンを含
有するスチールスクラツプからなつている。 装入物が溶解された後まず１番目の試料片が採
取され、次に第１図に詳細に措かれたポーラスプ
ラグランスが溶湯中に約15.24cm（６インチ）の
深さで浸漬され、二酸化炭素ガスが圧力約0.84Kg
ｆ／cm2（12psi）で金属トン当り0.1416m3／min
（５立方フイート／分）の割合で10分間吹き込ま
れた。この二酸化炭素吹き込み中電力が負荷され
はげしいボイルが生じた。ボイルが終了した後二
酸化炭素の吹き込みが切られ、２番目の試料片が
炉から採取された、次に金属はトン当り0.454Kg
（16オンス）のアルミニウムが加えられた取鍋中
に出鋼され、その取鍋から第３番目の試料片が採
取された。そして残つた金属は鋳造された。 前記採取された３つの試料片を分析した結果は
次のとおりであつた。
【表】
もう１つの実施例は、12分の間、283.2m3／Kg
（10立方フイート／トン）、分の割合で二酸化炭素
が吹き込まれ溶湯をボイルさせた例である。この
金属は１トン当り0.227Kg（８オンス）のアルミ
ニウムで脱酸され試料片に鋳造され、954℃
（1750〓）での焼鈍、水焼入れおよび621℃（1150
〓）での焼戻しからなる熱処理を施された後テス
トされた。この試料鋼片の物理的、化学的特性は
下記のとうりであつた。 炭 素 0.25％ シリコン 0.31％ マンガン 0.57％ クロム 0.54％ ニツケル 0.55％ モリブデン 0.53％ 窒 素 70p.p.m 水 素 3p.p.m アルミニウム 0.6％ 抗張力 8.94695Kgｆ／cm2（127.250psi） 降伏点 6.15213Kgｆ／cm2（87.500psi） 絞 り 46.2％ 伸 び 17.5％ 硬 度 RC27.4 ノツチ衝撃値−40℃（−40〓）
35.2フイート／ポンド この鋼は特に清浄であり、介在物はすべて通常
のタイプのものであり、少量であつた。残留非金
属介在物、残留酸化物、シリケート等の量は、第
４図の写真に見るように低いものであつた。 本発明を実施するに際しては炉内への二酸化炭
素ガスの吹き込みは溶解が始まる前でも保護雰囲
気形成の効果がある。例えば導入された二酸化炭
素の存在は溶け落ちの際生じるヒユームの量を減
少させ、又炭素電極の消費率を減少させる効果を
もつ。 本発明のこの開示は単なる例として説明された
もので本発明の精神を離れずに細部においての
種々の変化および工程の組合せ、整理が行われう
ることが理解されるべきである。
（10立方フイート／トン）、分の割合で二酸化炭素
が吹き込まれ溶湯をボイルさせた例である。この
金属は１トン当り0.227Kg（８オンス）のアルミ
ニウムで脱酸され試料片に鋳造され、954℃
（1750〓）での焼鈍、水焼入れおよび621℃（1150
〓）での焼戻しからなる熱処理を施された後テス
トされた。この試料鋼片の物理的、化学的特性は
下記のとうりであつた。 炭 素 0.25％ シリコン 0.31％ マンガン 0.57％ クロム 0.54％ ニツケル 0.55％ モリブデン 0.53％ 窒 素 70p.p.m 水 素 3p.p.m アルミニウム 0.6％ 抗張力 8.94695Kgｆ／cm2（127.250psi） 降伏点 6.15213Kgｆ／cm2（87.500psi） 絞 り 46.2％ 伸 び 17.5％ 硬 度 RC27.4 ノツチ衝撃値−40℃（−40〓）
35.2フイート／ポンド この鋼は特に清浄であり、介在物はすべて通常
のタイプのものであり、少量であつた。残留非金
属介在物、残留酸化物、シリケート等の量は、第
４図の写真に見るように低いものであつた。 本発明を実施するに際しては炉内への二酸化炭
素ガスの吹き込みは溶解が始まる前でも保護雰囲
気形成の効果がある。例えば導入された二酸化炭
素の存在は溶け落ちの際生じるヒユームの量を減
少させ、又炭素電極の消費率を減少させる効果を
もつ。 本発明のこの開示は単なる例として説明された
もので本発明の精神を離れずに細部においての
種々の変化および工程の組合せ、整理が行われう
ることが理解されるべきである。
第１図は酸素バブリング法のブロツク説明図、
第２図は本発明のプロセスのブロツク説明図、第
３図は本発明が実施される誘導炉の一実施例の断
面図、第４図は本発明によつて製造された鋼の顕
微鏡写真である。
第２図は本発明のプロセスのブロツク説明図、第
３図は本発明が実施される誘導炉の一実施例の断
面図、第４図は本発明によつて製造された鋼の顕
微鏡写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鉄基金属を溶融し、 その溶湯中に二酸化炭素をバブリングし、 かくして、前記溶湯上の空気を排除して二酸化
炭素雰囲気とし、空気からのガスの取り込みを防
止し、溶湯中の酸化しやすい元素の酸化を制限す
るとともに、 二酸化炭素がバブリングされている間に溶湯が
加熱されることを特徴とする、 鉄基金属の精錬方法。 ２ 二酸化炭素がアランダム、シリカ、クロマイ
トあるいはジルコナイトから選ばれたポーラス耐
火物体を通じて溶湯に吹き込まれバブリングされ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の方法。 ３ 二酸化炭素がバブリングされている間に溶湯
が加熱されることを特徴とする、特許請求の範囲
第１項記載の方法。 ４ アルミニウム、マグネシウム、バリウム、カ
ルシウム、ジルコニウムまたはチタンからなる群
から選択された金属での脱酸工程を付加すること
を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ５ 不活性ガスを溶湯に吹き込むことによつて溶
解した二酸化炭素を除去する工程を付加すること
を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ６ 二酸化炭素が溶湯表面のすぐ下の溶湯を通じ
てバブリングされることを特徴とする、特許請求
の範囲第１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5370079A | 1979-06-29 | 1979-06-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS569318A JPS569318A (en) | 1981-01-30 |
| JPH028003B2 true JPH028003B2 (ja) | 1990-02-22 |
Family
ID=21985961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8671580A Granted JPS569318A (en) | 1979-06-29 | 1980-06-27 | Improvement of dissolution and refining of steel and other iron base alloy |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0023759B1 (ja) |
| JP (1) | JPS569318A (ja) |
| AT (1) | ATE17874T1 (ja) |
| DE (1) | DE3071404D1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3912061A1 (de) * | 1989-04-13 | 1990-10-18 | Messer Griesheim Gmbh | Verfahren zur herstellung von legierten stahlmarken |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1034785A (en) * | 1908-07-22 | 1912-08-06 | American Electric Smelting And Engineering Company | Method of producing refined metals and alloys. |
| DE934772C (de) * | 1938-03-18 | 1955-11-03 | Thyssen Huette Ag | Verfahren zur Herstellung von an schaedlichen Gasen armem Stahl nach dem Windfrischverfahren |
| GB852142A (en) * | 1958-03-21 | 1960-10-26 | Foundry Services Int Ltd | Improvements in or relating to the treatment of steel in the manufacture thereof |
| US3060015A (en) * | 1960-03-22 | 1962-10-23 | Ruhrstahl Ag | Steel purification |
| US3219440A (en) * | 1962-12-12 | 1965-11-23 | Gen Dynamics Corp | Method of metal purification |
| GB1111402A (en) * | 1965-08-13 | 1968-04-24 | Air Liquide | Improvements in or relating to induction furnaces |
| US3503597A (en) * | 1967-02-20 | 1970-03-31 | Kessler Harry Harvey | Metal treating device |
| GB1258451A (ja) * | 1969-03-21 | 1971-12-30 | ||
| FR2194780A1 (en) * | 1972-06-28 | 1974-03-01 | Pont A Mousson | Decarburising molten metal - using pure carbon dioxide gives economical decarburising |
| IT985728B (it) * | 1973-06-20 | 1974-12-20 | Centro Speriment Metallurg | Procedimento per la fabbricazione di acciaio a basso tenore di carbonio |
| DE2820555A1 (de) * | 1978-05-11 | 1979-11-15 | Basf Ag | Verfahren zur behandlung von roheisen- und stahlschmelzen bzw. legierungen |
-
1980
- 1980-06-20 AT AT80302088T patent/ATE17874T1/de not_active IP Right Cessation
- 1980-06-20 EP EP80302088A patent/EP0023759B1/en not_active Expired
- 1980-06-20 DE DE8080302088T patent/DE3071404D1/de not_active Expired
- 1980-06-27 JP JP8671580A patent/JPS569318A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0023759B1 (en) | 1986-02-05 |
| ATE17874T1 (de) | 1986-02-15 |
| EP0023759A1 (en) | 1981-02-11 |
| JPS569318A (en) | 1981-01-30 |
| DE3071404D1 (en) | 1986-03-20 |
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