JPH03294414A

JPH03294414A - 溶鋼の清浄化精錬方法

Info

Publication number: JPH03294414A
Application number: JP9500390A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Onuki; 一雄大貫; Hideo Ikeda; 秀夫池田; Takahiro Isono; 磯野　貴宏; Kazumasa Umezawa; 梅沢　一誠
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-12-25
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0696736B2

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、溶鋼の炉外精錬方法に関するものであり、特
に精錬容器に混入したスラグを迅速かつ安価に改質する
鋼の清浄化精錬方法に係るものである。

（従来の技術）従来から溶鋼の清浄性とスラグの酸化度との関係が明ら
かにされている。例えば、スラグの（Ｔ、　　Ｆｅ）を
低下させるほど溶鋼中全酸素量（以下、［Ｔ、　０）と
記載）は低減する。そこで、溶鋼の清浄性を向上させる
ために、スラグの（Ｔ。

Ｆｅ）を低減する操作いわゆるスラグ改質が行われてお
り、以下に示す精錬方法が提案されてきた。

すなわち、 ■混入したスラグを極力除いた後、新たな石灰などの造
滓剤を加えて、還元性のスラグを造り、浸漬式黒鉛電極
による交流アーク加熱により滓化させる方法（特公昭５
５−３２７６４号公報）。

■Ｃａｂ−ＣａＦ２フラックスなどに代表される低融点
・高塩基度剛材を添加する方法。

■還元剤として固体炭素を使用し、スラグをプラズマ加
熱して還元処理する方法（特開昭６０＝１５２８１０号
公報）が知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、これら手法には以下の問題点があり、従って汚
染なく安価に高清浄度鋼を製造する方法を開発すること
が望まれている。

■浸漬式黒鉛電極加熱では溶鋼への炭素（以下、（Ｃ）
と記載）の汚染があり、低炭素鋼には適用できない。

■スラグ改質のための添加副材が高価である。

■還元剤として黒鉛やコークスなどの固体炭素質を用い
るために、■の場合と同様に低炭素鋼を処理する場合に
は（Ｃ）汚染があり、さらに、溶鋼やスラグを攪拌しな
いのでスラグ改質の効率が悪くなることも予測できる。

本発明の目的は、上記要望に応え、電極や還元剤による
（Ｃ）汚染を防止し、酸化性スラグを迅速かつ安定して
還元改質し、加えて高清浄度の溶鋼を得る精錬方法を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するための本発明は、精錬容器内の溶
鋼上に浮上している酸化性スラグに対する還元剤の存在
下、不活性ガスプラズマを照射して上記酸化性スラグを
還元改質する溶鋼の清浄化精錬方法において、上記酸化
性スラグの塩基度を２以上に調整するとともに、上記還
元剤として溶鋼中に溶解したＡｊ！を使用して、このＡ
ｌ７を、溶鋼の最終目標成分濃度以上で上記酸化性スラ
グを還元するに十分な量を事前あるいは精錬中に上記溶
鋼中に含有させ、上記不活性ガスプラズマ照射を行うと
共に、上記溶鋼のガス攪拌を行うことを特徴とする、溶
鋼の清浄化精錬方法であり、特に、溶鋼中のＡｌ量が、
最終目標成分濃度に対して０．０２０ｗｔ％〜０．０５
０νｔ％増であることを特徴とする方法、さらには、溶
鋼中のガス攪拌を、溶鋼中の非金属介在物が浮上するに
十分な時間を行うことを特徴とする方法を含んでいる。

本発明の清浄化精錬方法と類似の方法に前記特開昭６０
−１５２６１０号で提案されているスラグ改質方法があ
る。このスラグ改質方法で使用されているスラグ還元剤
は黒鉛、コークス等の固体炭素であり、前記のごとく低
炭素鋼を処理する場合には〔Ｃ〕の汚染があって品質上
問題があると共に、スラグ改質の効率が悪いという難点
を有しているものである。

これに対して本発明では、下記の特徴がある。

■低炭素鋼での汚染を防止するために還元剤としてＡｌ
ｌを用いること。

■還元剤ＣＡＤ　）を処理前に溶鋼中に存在せしめ、溶
鋼とスラグとの界面にて溶鋼中のＡｌにより還元反応を
起こさせる。そのために、スラグ上に還元剤を添加した
場合に比べて、還元剤の利用効率の向上が図れること。

■溶鋼を攪拌して溶鋼とスラグとの界面反応を積極的に
行なわせ、スラグ改質を促進させること。

本発明は、上記の諸点において先行技術と著しく異なっ
たものであり、かつ先行技術の持つ難点を有利に解決し
たものである。

本発明を実施するに用いる設備の一例を第１図に示す。

溶鋼５を収納する容器１は、製鋼工程においては、通常
、取鍋と称されている。該取鍋１には、溶鋼５とスラグ
６を攪拌するためのガス吹込み装置２がｉえ付けられて
いる。

本発明の処理では、取鍋上方に上蓋３を設け、プラズマ
トーチ４を上蓋内に挿入する。プラズマにより供給され
る熱と溶鋼５中の還元剤およびガス攪拌により、混入ス
ラグ６中の酸化物（鉄やマンガンなどの酸化物）の還元
反応を進行させる。

加えて、ガス攪拌による介在物の凝集合体と浮上促進効
果により、溶鋼の清浄性向上を達成させる。

以下、本発明を処理工程順に詳細に説明する。

まず第１に、処理前スラグ量および組成について述べる
。

酸化性スラグを迅速かつ安定して改質するには、対象と
する酸化性スラグ成分濃度を予め低くすること、および
スラグ量を極力減らして、かつスラグ改質速度を増大せ
しめることが重要である。前者に対しては、前工程の酸
化性スラグを極力混入させないこと、ならびに石灰など
のフラックスで希釈することが考えられる。フラックス
による希釈には、スラグの溶融性を確保するために滓化
促進用のＣａＦ、のごとき高価なフラックスを使用する
必要性およびフラックスによる温度降下の補償が問題と
考えられていた。しかし、プラズマの高温場により、ス
ラグの溶融性の解消と前工程の温度負荷を軽減し、安価
な石灰添加のみで改質が可能となるものである。

次に、スラグ改質速度の観点から述べると、スラグ改質
には、塩基度を高くする必要があるが、これにも上限が
あり、ある最適な塩基度が存在する。スラグの高塩基度
化によりスラグ改質が進み、溶鋼の清浄性が向上する機
構は、定性的には以下のように説明できる。

スラグの塩基度（ＣａＯ／５ｉＯ２）とスラグ中酸化成
分である（Ｆ　ｅ　Ｏ）　、　　（Ｍｎ　Ｏ）とは関連
があり、塩基度２以上では塩基度の増加と共に（Ｆ　ｅ
　Ｏ）　、　　（Ｍｎ　Ｏ）の活量係数は小さくなる。

すなわち、塩基度が高いはどスラグ中の（Ｆｅｄ）重量
比は同一でありながら、実質の活量は低下する。このた
めに、高塩基度はどスラグの酸素ポテンシャルを低減で
き、スラグによる溶鋼の再酸化を抑制することができる
。したがって、本発明では塩基度２以上に限定した。

なお、塩基度が高くなりすぎると、スラグは石灰の物性
に近づくために、スラグ融点が上昇してスラグの流動性
は悪くなる。流動性が悪化すると、スラグ側の物質移動
速度が低下し、総じてスラグ改質速度が減少する。以上
のことから、スラグ改質速度が低下しないための塩基度
の最適値は、処理中のスラグ温度がスラグ融点以上にな
る必要がある。本発明では、プラズマの高温場によって
、他の方法では得られない高塩基度域でのスラグ溶融が
可能となり、スラグ改質速度の向上につながっている。

したがって、塩基度の上限はプラズマの加熱能力により
決まり、限定的ではないが、現状のプラズマ加熱能力で
は塩基度１５程度が上限である。

続いて、スラグ改質に用いられる還元剤およびその供給
方法について述べる。

本発明では、溶鋼の（Ｃ）汚染を防止する観点から、還
元剤としてＡｌｌを使用する。ところが、常法により、
プラズマ処理中に容器上方から還元剤のＡｌを投入する
と、プラズマの高温雰囲気により一部蒸発ロスし、スラ
グ改質のための利用効率が低い。これに対して、プラズ
マ処理前に予め溶鋼中にＡｌを添加しておくことで、上
記蒸発ロスを低減できるものである。一方、プラズマ処
理中にも効率よ＜ＡＮを溶鋼中に溶解せしめる方法（例
えば、塊状Ａ１１）の浸漬など）を用いれば処理前ＡＭ
添加と同様な効果が得られる。しかしながら、６理中、
特に処理後半へのＡｌｌ添加は局所的にＡｌｌ高濃度域
かできＡｌｌの酸化物が生成し、このために溶鋼の清浄
性は悪化する。したがって、Ａ、９添加は極力処理前に
行うことが望ましい。

なお、スラグの改質に還元剤としてＡｌ１等を使用する
こと自体は、例えば、特開昭６０−１５２８１１号によ
り公知であるが、この提案の発明と本発明とは全く異な
ったものである。

本発明において、還元剤としてＡｌを溶鋼中に含有させ
る量は、含有量のベースとなる最終目標成分濃度にプラ
スして酸化性スラグの還元が十分に行い得る量である。

このスラグ還元に必要なＡＩＩ濃度の増加分は、溶鋼量
、スラグ量、スラグ組成ならびに処理中雰囲気組成など
に依存するか、限定的ではないけれど、最終目標濃度に
対して０．０２０〜０．０５０％増とすることが望まし
い。

ガス攪拌条件に関して述べると、攪拌の付与により溶鋼
とスラグとの反応は促進されることは公知の事項である
か、本発明においては、鋼中含有Ａｌｌをスラグの還元
に利用するために、溶鋼のガス攪拌が必要である。ただ
し、攪拌力の増大によリスラグ改質や介在物の除去速度
は向上するものの、一方では、処理費用増や溶鋼の精錬
容器との反応による汚染ならびに雰囲気中の微量酸素と
の反応による汚染を助長する結果となるために、さらに
は溶鋼飛散によるプラズマトーチ損傷等の観点から最適
な攪拌条件があり、０．５〜１５．ＯＮＩ／ｓｉｎ／ｌ
ｏｎが望ましい。

さらに、雰囲気のガスシールや電力条件について述べる
。

上述のごとく、雰囲気中の微量酸素と溶鋼中還元剤との
反応により汚染が進行する。従って、工業上可能な限り
、雰囲気は不活性ガスにてシールする必要がある。また
、プラズマ電力は、これも工業上可能な限り、大容量化
することが望ましいが、目安として溶鋼の温度を処理前
後で低下させぬためには、溶鋼の場合３０〜５０ｋｗ／
　ｔｏｎの電力が望ましい。

以上のように、前処理工程で生成する酸化性スラグの混
入を極力防止するとともに、精錬容器中のスラグ塩基度
を２以上に調整し、還元剤としてＡＩを溶融金属に存在
せしめて、攪拌しながら不活性ガス雰囲気にて不活性ガ
スプラズマによる熱で効率的にスラグ改質を達成するこ
とができる。

かくして、スラグ改質が完了すると、スラグの酸化成分
と溶鋼との反応生成物、いわゆるスラグによる再酸化起
因の介在物は生成しなくなる。さらに、溶鋼の攪拌処理
をスラグ改質に必要な時間以後も継続することにより、
既に生成している介在物の凝集・合体ならびに浮上除去
をさらに促進せしめ、極めて高清浄度の溶鋼を得られる
。この場合の必要時間は５分以上とすることが望ましい
。

（実　施　例）成分が第１表に示す組成であり、温度１６２０℃の溶鋼
１００ｔｏｎと前工程スラグとして転炉スラグが約３０
０ｋｇ流入した取鍋に、塩基度調整用として石灰ないし
珪砂を追加した。ここで、第２表に示す条件に溶鋼中の
ＡＩ濃度を変化させて、以下の処理を実施した。

取鍋を本発明実施のための設備に導入し、直ちにＡｒガ
スでシールを開始し、取鍋底部からのＡｒガス攪拌を行
うと共に、３０ｋＷ／　ｔｏｎの電力でプラズマ加熱を
実施した。

また、比較例として、還元剤をプラズマ加熱中に上方添
加する方法、還元剤の添加量が本発明の範囲よりも低い
場合および高すぎる場合についても調査した。

スラグ改質の程度ならびに溶鋼清浄性の評価結果を第２
表中に併記した。本発明の塩基度範囲の還元剤添加量（
Ｒｕｎ　Ｎα３．４．６．　９．１０）で、最終目標Ａ
Ｉ濃度範囲を達成し、がっ清浄性の良好な鋳片が得られ
た。

第１表　溶鋼成分目標（発明の効果）本発明は、取鍋のスラグを改質し、かつ高清浄度の溶鋼
を製造する方法であり、従来法に比べて〔Ｃ〕汚染の無
い点で有利である。さらに、プラズマの加熱能力により
難溶融性ではあるが安価な造滓剤を利用でき、併せて前
工程の温度負荷を軽減することができるというコストメ
リットをも有する。従って、高清浄溶鋼の量産化を可能
にし、鋼材の品質向上を介して工業的な効果が極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いる設備の一例を示す
説明図。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）精錬容器内の溶鋼上に浮上している酸化性スラグ
に対する還元剤の存在下、不活性ガスプラズマを上方か
ら照射して上記酸化性スラグを還元改質する溶鋼の清浄
化精錬方法において、上記酸化性スラグの塩基度を２以
上に調整するとともに、上記還元剤として溶鋼中に溶解
したＡｌを使用して、このＡｌを、溶鋼の最終目標成分
濃度以上で上記酸化性スラグを還元するに十分な量を事
前あるいは精錬中に上記溶鋼中に含有させ、上記不活性
ガスプラズマ照射を行うと共に、上記溶鋼のガス撹拌を
行うことを特徴とする、溶鋼の清浄化精錬方法。
（２）溶鋼中のＡｌ量が、最終目標成分濃度に対して０
．０２０ｗｔ％〜０．０５０ｗｔ％増であることを特徴
とする請求項（１）記載の溶鋼の清浄化精錬方法。
（３）溶鋼中のガス攪拌を、溶鋼中の非金属介在物が浮
上するに十分な時間を行うことを特徴とする請求項（１
）記載の溶鋼の清浄化精錬方法。