JPH0328484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、鋼浴表面上方から酸素を追加的に鋼
浴上に吹込む上吹きを併用しての浴表面下気体吹
込鋼精錬に関する。

発明の背景 浴表面下気体吹込鋼精錬方法においては、酸素
が溶鋼を脱炭する為溶鋼表面より下側から溶鋼内
に吹込まれる。浴表面下で吹込まれた酸素は溶鋼
中の炭素と反応して一酸化炭素を形成し、これら
は気泡となつて溶鋼を通して昇高しそして溶鋼外
へと放出され、溶鋼から炭素を除去する働きをな
す。一酸化炭素を形成する酸素と炭素の反応は発
熱性であり従つてこれは溶鋼の所望の出湯温度を
実現するのを助成するよう溶鋼に熱を提供するこ
とによつて付加的な利益を与える働きをなす。

一酸化炭素を形成する為の酸素と炭素の反応は
有益なことに発熱性であるけれども、二酸化炭素
を形成するそれらの反応はより顕著に発熱性であ
る。例えば、１モルの炭素と1/2モルの酸素ガス
の反応により１モルの一酸化炭素を形成する際に
発生する理論熱量は26.4Kcalであり、他方１モル
の炭素と１モルの酸素ガスの反応によつて１モル
の二酸化炭素を形成する際に発生する理論熱量は
96.05Kcalである。これら事実は当業者に良く知
られておりそして多数のプロセスが溶鋼の脱炭か
らなるだけ多くの熱を発生せしめる為にこれら化
学反応熱力学を活用するべく開発されてきた。

従来技術と問題点 そうしたプロセスの一つは、溶湯中にその浴表
面下方から酸素を吹込むことに加えて浴表面上に
酸素を吹込むことである。この上吹酸素は浴面上
方のヘツドスペース内で一酸化炭素と反応する。
浴を通して気泡として昇高しそして浴上方へ放出
されたこの一酸化炭素は二酸化炭素を形成し、上
記したような追加熱を発生する。また、浴表面下
酸素吹込により脱炭されるクロム含有溶鋼の浴面
上方での一酸化炭素の燃焼はクロムの酸化を抑制
し、結果的に浴中に吹込まれる酸素の割合を増加
することなく炭素除去率を増加する。

上吹酸素のすべてがヘツドスペース内で一酸化
炭素と反応して二酸化炭素を形成するわけではな
い。この上吹酸素の一部は浴と衝突しそして浴成
分と反応する。これら浴成分の一部は、溶湯を熱
を与えるべく溶湯に添加されたケイ素或いはアル
ミニウムである。上吹酸素が反応しうる他の浴成
分としてはクロム、マンガン及び鉄が挙げられ
る。

上吹酸素と炭素との反応は、溶鋼の脱炭を促進
し、従つて或る与えられた溶鋼を所定の最終炭素
含量に精錬する時間を短縮しそれにより精錬コス
トを切下げる。

しかし、このプロセスはこれまで脱炭プロセス
に不確定性を導入するという大きな欠点を有して
いた。これは、ヘツドスペースにおいて一酸化炭
素と反応する酸素の割合と浴成分と反応する酸素
の割合が正確に予知しえず従つてコントロールし
えないからである。マンガンやクロムのような合
金化元素を総計２％未満しか含有しない普通炭素
鋼を精錬する時、炭素が脱炭中酸化される主浴成
分である。つまり、普通炭素鋼を精錬する時、溶
鋼から除去される炭素量は、正確にどれだけの量
の炭素が上吹酸素により酸化されるかについての
不確定性により正確にコントロールしえない。こ
れは、広い炭素量仕様の鋼が製造されている時に
は大きな問題ではない。しかし、脱炭により発生
する熱を増加する為のこのプロセスは精確に定め
られた炭素含量を持つ鋼が所望されるなら重大な
制約を課すことになる。

マンガンやクロムのような合金元素を２％を超
えて含有する高品質低合金鋼或いはステンレス鋼
の製造において、これら元素は脱炭中炭素と共に
酸化される。従つて、スラグ中に酸化物として存
在するクロムやマンガンのような有価金属を回収
する為に、所望の炭素水準が得られた後溶湯に脱
酸剤を添加することが必要である。一般にケイ素
或いはアルミニウムである脱酸剤は金属酸化物と
結びついて酸化アルミニウム或いは二酸化ケイ素
を形成し、クロムやケイ素のような有価金属をそ
の元素形態で残す。これら有価金属は溶湯中に残
留し、他方酸化アルミニウムや二酸化ケイ素はス
ラグ中に残留する。鋼中の仕様ケイ素及び（或い
は）アルミニウム含有量を得つつ酸化された金属
を有効に回収する為にも、浴成分と反応する上吹
酸素の量を知ることが必要である。

発明の目的 本発明の目的は、二次上吹酸素と併用しての浴
面下酸素吹込みにより溶鋼を精錬する改善方法を
提供することである。

本発明のまた別の目的は、浴成分と反応する上
吹酸素の割合が正確に予知されそしてコントロー
ルされるような、二次上吹酸素を併用しての浴面
下酸素吹込みにより溶鋼を精錬する改善方法を提
供することである。

発明の概要 本発明は、精錬容器内で炭素含有溶鋼を精錬す
る為の方法であつて、 (a) 浴表面下から溶鋼中に酸素を吹込み、 (b) 浴表面下吹込み酸素の少くとも一部と溶鋼中
の炭素とを反応せしめて、浴を通してそして浴
外への上昇する一酸化炭素を生成し、 (c) 浴表面上方のヘツドスペース中にランスを通
して酸素を吹込み、 (d) 上吹酸素の第１部分と浴中成分とを反応せし
め同時に上吹酸素の第２部分と浴表面上方のヘ
ツドスペース内の上昇一酸化炭素とを反応せし
め、 (e) 次の関係式 Ｐ＝Ｋ−1629／秒（Ｌ／Ｖ） （ここでＰは浴成分と反応する上吹酸素の所望
の％であり、Ｌは浴表面上方のランス開口の高
さであり（ft単位）、Ｖはランスから吹込まれ
る酸素の速度であり（ft／秒単位）、そしてＫ
は56〜72の値を有する定数である。） を実質上満足することにより浴成分と反応する
上吹酸素の所望の比率を得る ことを包含する鋼精錬方法を提供する。

用語の定義 用語「浴」とは、精錬中製鋼用容器内部の内容
物を意味し、溶鋼及び溶鋼中に溶存する物質並び
に溶鋼中に溶解しない物質から成るスラグから構
成される。

用語「上吹（噴射）」とは浴表面の上方のヘツ
ドスペース内への吹込みを意味する。

用語「浴表面下吹込み（噴射）」とは浴表面の
下方から溶湯中への吹込みを意味する。

用語「ランス」は、一定断面積の、開口を有す
る酸素搬送用のチユーブ状装置であり、そこを通
して酸素がヘツドスペース内に吹込まれる。

「ランス高さ」という言葉は、計算された静止
浴表面からランス開口までの垂直距離を表す。

用語「ヘツドスペース」は製鋼容器内の浴表面
より上方の空間を意味する。

「アルゴン酸素脱炭プロセス」或いは「AOD
プロセス」とは、少くとも１つの浴表面下羽口を
装備する精錬容器内に収納される溶融金属及び合
金を精錬する為の方法であつて、 (a) 90％までの希釈ガスを含む酸素含有ガスを前
記羽口を通して溶湯中に吹込み、この場合前記
希釈ガスが溶湯の脱炭中形成された気泡中の一
酸化炭素の分圧を下げる作用をなし、総吹込ガ
ス流量を実質変更することなく溶湯への酸素の
供給量を変更可能ならしめ、そして／或いは保
護流体として働くものとすること、及び (b) その後、前記羽口を通して溶湯中に散気ガス
を吹込み、この場合散気ガスに、脱ガス、脱
酸、揮発により或いは不純物の浮揚と続いての
スラグによる捕捉或いは反応により溶湯から不
純物を除去する作用を為さしめること を包含する。有用な希釈ガスとしては、アルゴ
ン、ヘリウム、水素、窒素、スチーム或いは炭化
水素が含まれる。有用な散気ガスとしては、アル
ゴン、ヘリウム、水素、窒素、一酸化炭素、二酸
化炭素、スチーム及び炭化水素が含まれる。液体
炭化水素もまた保護流体として使用されうる。ア
ルゴン及び窒素が好ましい希釈及び散気ガスであ
る。アルゴン、窒素及び二酸化炭素が好ましい保
護ガスである。

発明の具体的説明 本発明は、優れた炭素最終点精度を保持しつつ
炭素の二酸化炭素への完全燃焼によりまた正確な
仕様ケイ素及び／或いはアルミニウム含有量を達
成しつつ有価合金成分の有効回収により鋼精錬中
大量の熱を発生することを可能ならしめる方法で
ある。本方法は、AODプロセスのような効率的
な高品質底吹き方法と定義された上吹方法とを組
合せ、以つて炭素燃焼反応を完了するべく溶湯上
方のヘツドスペース内に酸素の吹込みを可能なら
しめる一方、まだ尚炭素最終点精度を保証するよ
う脱炭全体を通して優れたコントロールを保持す
るものである。

本発明方法は、任意の浴表面下気体吹込鋼精錬
方法と共に有効に使用されうる。浴表面下気体吹
込鋼精錬とは、溶湯の脱炭が酸素ガスを単独で或
いはアルゴン、窒素、アンモニア、スチーム、一
酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン或いは高級
炭化水素ガス及び液体の群から選択される１種以
上の流体と組合せて浴表面下より吹込むことによ
り実現されるプロセスである。流体は製造される
鋼の等級に依存しまた酸素と組合せて使用される
流体の特定種に応じて一つ以上の吹込プログラム
に従つて溶湯中に吹込まれうる。精錬期間の終り
にはしばしば、溶湯仕様に合うよう溶湯組成を調
整する為酸化された合金元素を還元する為石灰及
び／或いは合金添加剤添加のような或る種の仕上
げ段階を伴う。こうした浴表面下気体吹込み鋼精
錬プロセスとして、AOD法、CLU法、QBM法、
Ｑ−BOP法及びLWS法等の名を挙げることが出
来る。好ましい浴表面下気体吹込み鋼精錬法は
AOD法である。AOD法が使用される時、浴表面
下で溶湯に吹込まれる酸素対不活性ガスの比率は
一定としてもよいし或いは変化させてもよく、一
般に５：１〜１：９の範囲内にある。

本発明方法において、酸素は浴表面下方から鋼
溶湯中に噴射即ち吹込まれる。浴表面下吹込み酸
素は、溶鋼トン当り、単位時間に500〜6000、好
ましくは750〜3000ft³の範囲内の流量で溶湯に吹
込まれる。溶鋼は炭素を含有しておりそして代表
的に溶鋼の炭素含有量は約５〜0.2％の範囲にあ
る。浴表面下吹込み酸素の一部、好ましくは大部
分は溶鋼中の炭素と反応して一酸化炭素を形成す
る。これらは気泡を形成し、溶鋼を通して浮上し
そしてその上方に放出される。この反応は発熱性
でありそして溶鋼から炭素を除去するのみならず
溶鋼に熱を提供する役目を為す。

他方、浴表面上方のヘツドスペース内に酸素が
ランスを通して溶湯表面上のスラグ層の表面に衝
突するよう噴射される。酸素の第１部分はスラグ
層を突抜けそして溶鋼及び／或いはスラグ中の成
分と反応し、他方その第２部分はヘツドスペース
内にとどまりそして溶湯を通り抜けて上昇してき
た一酸化炭素と反応する。上吹酸素は、浴表面下
吹込酸素が溶湯中に吹込まれる流量の25〜150％、
好ましくは30〜90％の範囲内の流量で吹込まれ
る。

上吹酸素は、0.5〜２インチの範囲をとりうる
巾を持つ開口を具備するランスを通してヘツドス
ペース内に噴射される。ランス開口はヘツドスペ
ース内でもよいし或いはヘツドスペースより僅か
の距離上方とすることも出来る。ランスは一般に
噴出酸素がスラグと直角に衝突するよう浴表面に
垂直に配向されるが、所望ならランスは溶湯への
垂直線から僅かの角度傾斜されうる。酸素は、ラ
ンス開口から、速度Ｖにおいて噴射される。速度
Ｖは150ft／秒〜音速の範囲をとりうる。好まし
くは、速度Ｖは酸素ランスの摩耗速度を減ずる為
に少くとも150ft／秒である。ランス開口は、浴
表面上方垂直距離Ｌにある。距離Ｌは22〜150イ
ンチ即ち1.83〜12.5フイート、好ましくは36〜
120インチ、即ち３〜10フイートの範囲にある。
ランス高さは、浴成分と反応する上吹酸素の所望
％をもたらすようランス寸法及び酸素流量が設定
されると選定されうる。

本発明は、浴成分と反応する上吹酸素の量が予
知でき従つてコントロール可能であるとの知見に
基くものである。即ち、浴成分と反応する上吹酸
素と浴表面上方で反応するそれとの間での分岐点
が今や正確に予知されうる。これは結局、優れた
炭素終点精度の実現を可能ならしめる。何故な
ら、浴表面下吹込み酸素により除去される炭素量
に加えて上吹酸素により除去される炭素量がコン
トロールしうるからである。

この有益な結果は次の関係式を満足させること
により実現される。

Ｐ＝Ｋ−1629／秒（Ｌ／Ｖ） （ここでＰは溶鋼と反応することの望まれる上吹
酸素の％である。） 斯くして、ランス高さＬ及び／或いは酸素速度
Ｖを変えることにより、上記式に従つて、溶湯と
反応する酸素の所望％Ｐを得ることが出来る。本
発明によつて、どれだけの量の上吹酸素が浴成分
と反応するかを予知しうることになり、従つて上
吹酸素により酸化される炭素量を正確にコントロ
ールしうる。本発明の使用により、ヘツドスペー
ス内で一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼により発
生する有益な付加熱を活用しつつ、浴中及び浴上
方で反応する上吹酸素間の配分率の変化によりこ
れまで経験した炭素終点の不確定性を回避するこ
とが出来る。

本発明方法は、ステンレス鋼、低合金鋼、炭素
鋼、工具鋼等の鋼すべてを精錬するのに有効に使
用されうる。第２図を参照すると、浴と反応する
上吹酸素の％がランス高さ対上吹酸素速度の比率
の関数としての関係がグラフにより示されてい
る。黒い点が個々のデータ点を表す。第２図に示
されるデータ点は、炭素鋼、低合金鋼或いはステ
ンレス鋼を精錬するに際し脱炭中上吹酸素を使用
して60〜３トンの範囲の公称容量を有するAOD
容器を操業することから収集された。データ点群
の中心を通る実線は本発明の関係におけるＫの値
の中点を表す。実線の上下の平行な点線は本発明
の関係におけるＫの値の限界端、即ち56及び72を
表す。Ｋの平均値は約64である。

実施例 １ 0.39％の初期炭素含有量を有する５トンの低合
金鋼溶湯を第１図に同様の設計のAOD容器４内
で精錬した。酸素を1600ft³／トン／hrの流量で
浴表面下から溶鋼１中に羽口５を通して、不活性
ガスとして二酸化炭素400ft³／トン／hrと共に、
吹込んだ。溶湯中の炭素と反応した酸素は一酸化
炭素を形成し、これらは浴を通して上方に気泡と
して上昇し浴上方に上昇した。この一酸化炭素を
第１図に９として示す。ランス開口２は浴表面６
から46インチとされそして酸素８をランス７を通
してヘツドスペース３内に485ft／秒の速度で噴
射した。従つて、Ｌ／Ｖの比率は0.008であつた。
本発明の関係式は、上吹酸素の51±８％が浴成分
と反応するであろうことを予知した。鋼精錬後、
浴と反応した上吹酸素の平均％は55％であると計
算された。良く合致している。

実施例 ２ 第１図と同様の設計のAOD容器において1.46
％の初期炭素含有量を有する50トンステンレス鋼
溶湯を精錬した。1000ft³／hr／トンの流量にお
ける酸素を、一つの段階の間は250ft³／hr／トン
の流量でのそして別の段階の間は333ft³／hr／ト
ンの流量での不活性ガスとしての窒素と共に、浴
表面下から羽口５を通して溶鋼中に吹込んだ。酸
素は溶湯中の炭素と反応して第１図に９として示
したように一酸化炭素を形成した。ランス開口は
浴表面から9.5フイートのところに位置決めしそ
して酸素をランスを通してヘツドスペース内に音
速で噴射した。従つて、Ｌ／Ｖ比率は0.009であ
つた。本発明の関係式は上吹酸素の49±８％が浴
成分と反応するであろうことを示した。鋼精錬
後、浴と反応した上吹酸素の％を計算すると50％
であつた。良い合致を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は製鋼容器の一例の断面図であり、そし
て第２図は第１図の容器を使用して得られた、浴
成分と反応した上吹酸素の％をランス高さ／速度
の比率との関係において示すグラフである。 １：溶湯、２：ランス開口、３：ヘツドスペー
ス、４：容器、５：羽口、６：浴表面、７：ラン
ス、８：上吹酸素、９：一酸化炭素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 精錬容器内で炭素含有溶鋼を精錬する為の方
   法であつて、 (a) 浴表面下から溶鋼中に酸素を吹込み、 (b) 浴表面下吹込み酸素の少くとも一部と溶鋼中
   の炭素とを反応せしめて、浴を通してそして浴
   外へと上昇する一酸化炭素を生成し、 (c) 浴表面上方のヘツドスペース中にランスを通
   して酸素を吹込み、 (d) 上吹酸素の第１部分と浴中成分とを反応せし
   め同時に上吹酸素の第２部分と浴表面上方のヘ
   ツドスペース内の上昇一酸化炭素とを反応せし
   め、 (e) 次の関係式 Ｐ＝Ｋ−1629／秒（Ｌ／Ｖ） （ここでＰは浴成分と反応する上吹酸素の所望
   の％であり、Ｌは浴表面上方のランス開口の高
   さであり（ft単位）、Ｖはランスから吹込まれ
   る酸素の速度であり（ft／秒単位）、そしてＫ
   は56〜72の値を有する定数である。） を実質上満足することにより浴成分と反応する
   上吹酸素の所望の比率を得る ことを包含する鋼精錬方法。 ２ 溶鋼が５〜0.2％の範囲内の初期炭素含有量
   を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 浴表面下吹込み酸素が、500〜6000ft³／溶鋼
   トン／hrの範囲の流量において溶鋼中に吹込まれ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 浴表面下吹込み酸素が不活性ガスと共に溶鋼
   中に吹込まれる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５ 上吹酸素が浴表面下吹込み酸素の吹込流量の
   25〜150％の範囲内の流量においてヘツドスペー
   ス内に吹込まれる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ 上吹酸素が150ft／秒〜音速の範囲における
   流量においてランスから吹込まれる特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ７ ランス開口が浴表面から22〜150インチの範
   囲内の垂直距離にある特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ８ ランス開口が浴表面上方のヘツドスペース内
   にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ ランス開口が浴表面上方のヘツドスペースよ
   り上方にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０ ランスが浴表面に垂直に配向される特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 １１ ランスが浴表面に対して垂直線から傾斜し
   た角度において配向される特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 １２ 浴表面下吹込み酸素が0.02〜３％の初期炭
   素含有量を有する溶鋼中に500〜3000ft³／溶鋼ト
   ン／hrの範囲内の流量において吹込まれるような
   AODプロセスを使用する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 １３ 精錬される鋼が普通炭素鋼である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １４ 精錬される鋼が低合金鋼である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 １５ 精錬される鋼がステンレス鋼である特許請
   求の範囲第１項記載の方法。