JPH0565525A

JPH0565525A - 極低炭素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JPH0565525A
Application number: JP22751291A
Authority: JP
Inventors: Naoto Tsutsumi; 直人堤; Yoshimasa Mizukami; 義正水上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-09-07
Filing date: 1991-09-07
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は溶鋼の脱炭処理に際し、従来の真空
脱ガス装置による脱炭処理時間と大差なく鋼の精錬が容
易に行える脱炭方法を提供する。【構成】取鍋の底部もしくは補助ランスから不活性ガ
スを吹込み、溶鋼表面の酸化性スラグを取鍋壁側に押し
やった状態で、先端に耐火物製円盤を設けたランスを用
いて上部から不活性ガスを吹付けながら、該ランスを溶
鋼表面近傍まで下降して耐火物製円盤と溶鋼表面の間に
不活性ガスの流れを形成させ、溶鋼中の酸素濃度を２５
０〜７００ｐｐｍの範囲に制御しながら安定に極低炭素
領域まで脱炭する。【効果】メンテナンスが容易で、確実かつ安価に極低
炭素鋼が溶製できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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の状
態で取鍋等の容器に受鋼した後に、ＲＨ法やＤＨ法とい
った真空脱ガス装置等の排気装置を有するプロセスを用
い、溶鋼の一部分を減圧（真空）雰囲気中に配置し、気
体側の圧力を低下させ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。

【０００３】Ｃ＋Ｏ → 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ＣＯ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、このため炭素濃度が高い溶鋼に対しては、
一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０．０４％程度以
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の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。

【０００４】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。

【０００５】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_CO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。

【０００６】

【数１】

【０００７】Ｐ_CO ：気体側の一酸化炭素の分圧〔Ｃ〕：溶鋼中の炭素濃度〔Ｏ〕：溶鋼中の酸素濃度Ｋ：反応の平衡定数上記方法によれば、減圧度を高める（真空度を上げる）
ほど（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法等において溶鋼表面を
極力高い真空下に維持することで、炭素濃度０．00５％
以下という極低炭素鋼の溶製が可能となっている。

【０００８】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号公報、特開昭５
１−１５１２１１号公報、特開昭５１−１５１２１２号
公報）、反応の界面積を大きくするため大量のガスを溶
鋼中に吹込む方法（特開昭５２−５６４１号公報）等も
開発されている。

【０００９】

【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る。また減圧下で溶鋼を処理するこ
とから耐火物等の溶損も激しく、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。

【００１０】また、溶鋼を減圧状態に接触した状態でガ
スを溶鋼中に吹込むと、ガスが溶鋼表面から離脱する際
に溶鋼が周辺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
予熱を充分行った状態で使用されるが、装置全体が大き
いために全体を均一に一定温度まで予熱することが難し
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
があった。

【００１１】これに対して本発明者等は、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０．００５％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一酸化炭素ガ
スの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の一部分の表面を減圧状態下
に保持して処理するという手段を用いなくても、アルゴ
ンや窒素等の不活性ガスを界面に吹付け、界面の一酸化
炭素ガスを除去し、その分圧を低下させれば、大気圧下
において炭素濃度０．００５％以下まで脱炭反応は充分
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。

【００１２】そして先に、取鍋内溶鋼表面上の酸化性ス
ラグの占める面積を２０％以下に減少せしめた炭素濃度
０．０４〜０．０２％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
合ガスを吹付け、溶鋼の酸化を抑制しつつ脱炭する、炭
素濃度０．０２％以下の極低炭素鋼を溶製する方法（特
願昭６３−１５３４５４号）、さらに取鍋内の溶鋼表面
の酸化性スラグを全表面積の２０％以上除去した区域に
耐火物製の浸漬体を浸漬して特定空間を形成し、該特定
空間の炭素濃度０．０４〜０．０３％、酸素濃度４００
〜７００ｐｐｍの溶鋼の表面に不活性ガスを吹付けつ
つ、溶鋼中の酸素濃度を２５０〜７００ｐｐｍの範囲内
に維持するように酸化源を外部から供給することで、炭
素濃度５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼を溶製する方法（特
願平３−９７３０号、特願平３−９７３１号）を提案し
た。

【００１３】上記の発明は、従来真空脱ガス装置を用い
なければ溶製ができなかった極低炭素鋼を、より安価な
設備で溶製できる画期的なものである。この発明におい
て脱炭速度を増大させるためには、スラグのない溶鋼自
由表面積を確保する点から、より径の大きな浸漬管を浸
漬することが効果的であるが、実際には浸漬管と取鍋の
間に存在する溶鋼の温度が下がると、この部分に地金と
称する凝固した鋼が生成するため、むやみに浸漬管の径
を拡大できないという制限がある。

【００１４】また、浸漬管内部への地金の付着は少ない
ながらも、多数回の処理を連続して行う場合には、浸漬
管を構成する耐火物の補修と併せて地金除去作業を行う
必要があり、このための浸漬管の交換作業のため、次工
程の連続鋳造へ溶鋼を供給するのに時間の延長が必要と
なる。こ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、従来行われている真空脱ガス
装置で溶製されるのと同等の極低炭素鋼を、安定にかつ
連続的に鋳造工程へ供給できる溶製方法を提供するため
に開発されたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、取鍋の底部も
しくは補助ランスから不活性ガスを吹込み、溶鋼表面の
酸化性スラグを取鍋の壁側に押しやった状態で、先端に
耐火物製円盤を設けたランスを用いて上部から不活性ガ
スを吹付けながら、該ランスを溶鋼表面近傍まで下降し
て耐火物製円盤と溶鋼表面の間に不活性ガスの流れを形
成させ、溶鋼中の酸素濃度を２５０〜７００ｐｐｍの範
囲に制御しながら溶鋼を脱炭することを特徴とする極低
炭素鋼の溶製方法を要旨とするものである。

【００１６】

【作用】本発明者等は、スラグを除去した溶鋼の表面に
不活性ガスを吹付けつつ、同時に溶鋼中の酸素濃度を制
御することで、従来の大がかりな真空脱ガス装置を用い
なくても、極低炭素鋼の溶製が可能であることを明らか
にした。ここで脱炭速度を増大させ脱炭に要する処理時
間を短縮することは、溶鋼の温度が低下した分を補償す
るコストが削減できることや、このように精錬した溶鋼
を連続鋳造等で鋳造する際に鋳造の速度を高め、生産性
の増加につながることからも、その効果は非常に大きい
といえる。

【００１７】ここで脱炭の速度を増大させる方法として
は、脱炭反応が進行する反応界面積であるスラグのない
溶鋼自由表面の面積を増加させることが有効であるとい
える。そこで本発明者等は、溶鋼表面上に存在するスラ
グを排除し、スラグのない溶鋼表面を常時確保する手段
について開発を進めた結果、取鍋の底部もしくは補助ラ
ンスから不活性ガスを吹込み、溶鋼表面の酸化性スラグ
を取鍋壁に押しやった状態で、先端に耐火物製円盤を設
けたランスを用いて上部から不活性ガスを吹付けなが
ら、該ランスを溶鋼表面近傍まで下降して耐火物製円盤
と溶鋼表面の間に不活性ガスの流れを形成させることに
より、この脱炭処理区域内の溶鋼表面を酸化性スラグが
滞留、被覆することを抑制できることを見出した。さら
に、この方法でスラグのない溶鋼自由表面を確保し、こ
の溶鋼表面に不活性ガスを吹付けつつ、溶鋼の酸素濃度
を２５０〜７００ｐｐｍの範囲に制御しながら溶鋼を脱
炭することにより、より短時間に安定に極低炭素領域ま
で脱炭することができることを確かめた。

【００１８】ここで本発明では、ランス先端の耐火物製
円盤を溶鋼表面近傍まで下降し、耐火物製円盤と溶鋼表
面の間に不活性ガスの流れを形成させ、この円盤と不活
性ガスの流れ作用によって脱炭処理区域を確保し、この
処理区域の溶鋼表面を酸化性スラグが被覆することを抑
制することから、耐火物製円盤の大きさは取鍋の内径の
５０％以上（面積比で２５％以上）あることが望まし
く、脱炭速度を増大させるためにはその径が大きいほう
が好ましい。

【００１９】また本耐火物製円盤の材質としては、溶鋼
に浸漬する必要もないため、あえて高級なものを用いる
必要もなく、通常のアルミナ系ないしはマグネシア系耐
火物で十分である。また、溶鋼の表面に吹付けるガスと
して不活性ガスを用いる理由は、吹付けるガス中の酸素
濃度が５％を超えると、溶鋼表面での炭素の酸化よりも
鉄の酸化が優先的に起こり、界面に溶融状態の酸化鉄が
生成し、この酸化物によって先にスラグを除去した溶鋼
の自由表面積が減少し、脱炭速度が減少してしまうため
である。ここで用いる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、ヘリウムガスの使用も可能
であるし、鋼の材質上問題がなければ窒素ガスの使用も
可能であり、これらのガスを混合して用いても構わな
い。

【００２０】一方、脱炭反応を進めるには、（１）式で
示したように炭素を酸化させる酸素が必要である。そこ
で、脱炭を開始する前の溶鋼の酸素の濃度としては、通
常の転炉吹錬で、炭素濃度０．０４〜０．０３％で吹止
めた際に得られる４００〜７００ｐｐｍの範囲とし、こ
の溶鋼中の酸素を用いて炭素を酸化しつつ、脱炭の進行
に伴い減少する酸素については、その濃度を随時測定し
ながら、濃度が減少した場合には、スラグを除去した溶
鋼表面に新たに酸化物が生成して脱炭の反応界面積を減
少することがないように、その濃度を２５０〜７００ｐ
ｐｍの範囲に制御する必要がある。この、すでに酸化性
スラグを除去した溶鋼表面に新たに生成した酸化物は不
活性ガスの流れによって脱炭処理区域から流出排除され
るが、その途中において溶鋼界面を酸化性スラグが覆う
ことになるので、過剰に生成しないように配慮すること
が好ましい。この溶鋼中の酸素濃度を調整する方法とし
ては、純酸素ガス、空気、二酸化炭素ガス、水蒸気等の
単独ガスやこれらの酸化性ガスと一酸化炭素ガスの混合
ガスといったガスを、連続的に吹き続けている不活性ガ
スに断続的に混ぜて吹付けながら供給する方法が簡略的
である。また、耐火物製円盤と取鍋周辺の壁との間の空
間から補助の浸漬ランスを介して溶鋼内部に吹込む方
法、ないしは固体状の酸化源を補助の浸漬ランスを介し
て不活性ガスを用いて吹込む方法等も採用できる。

【００２１】酸素濃度を２５０ｐｐｍ以上に制御する必
要性は、この濃度未満となると、脱炭速度が低下する傾
向があるためであり、また７００ｐｐｍ以下に制御する
理由としては、この濃度超では、脱炭速度に酸素濃度の
影響がもはや見られず、また後にこの酸素を脱酸した場
合に生成する介在物量が増加するため、品質上も好まし
くないことによる。

【００２２】こうした方法によって、スラグのない脱炭
の反応界面積を確保する目的で、最初に酸化性スラグを
除去した溶鋼表面に酸化物がさらに生成し、かつ蓄積し
ていくことをなくし、常に脱炭速度を高位に維持するこ
とができる。以上のような理由から、炭素濃度を０．０
０５％以下の極力低くまで、かつ短い時間内で進行させ
たい場合には、反応の界面に溶鋼中の炭素が常に供給さ
れるように、溶鋼を強く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、あるいは補助的に浸漬した耐火物製ランス
から供給するガスの量を大きくするほうが好ましく、ま
たこのためのガスは、上面から吹付けるガスと同様の不
活性ガスが好ましい。また、溶鋼の攪拌用ガスとしては
前記した酸素濃度を制御するための純酸素ガス、空気、
二酸化炭素ガス、水蒸気等の単独ガスや、これらの酸化
性ガスと一酸化炭素ガスとの混合ガス、あるいはこれら
酸化性ガスと不活性ガスの混合ガスを用いても構わな
い。

【００２３】以下、本発明の実施例を図１から図５を用
いて詳細に説明する。

【００２４】

【実施例】

実施例１転炉において、溶銑から炭素０．０４％、マンガン０．
３０％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を内径２．２ｍの
取鍋２に未脱酸状態で出鋼した。出鋼後の取鍋２内溶鋼
の成分は炭素０．０３７％、酸素４５０ｐｐｍであり、
溶鋼の温度は１６７０℃であった。

【００２５】その後、図１に示すように取鍋２の底部に
配置した耐火物製のポーラスプラグ３からＡｒガスを１
０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込んで、酸化性スラグ４を取
鍋の内壁部へ押しやった状態を確保した。次に、溶鋼表
面上方から先端に直径１．６ｍ（取鍋断面積に対して面
積比約５０％）の耐火物製円盤を設けた上吹きランス５
を介してＡｒガスを流量７００Ｎｍ³／ｈｒで吹付けな
がら、徐々にそのランスを下降させ、図２に示すように
溶鋼表面上に配置した。ここで、吹付けるガス流によっ
てランス５を溶鋼の湯面上ほぼ２０ｃｍに位置し、耐火
物製円盤の下部には酸化性スラグ４が存在しない溶鋼表
面が確保された。この状態で、取鍋底部からはＡｒガス
を１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込み続け、攪拌を行いつ
つ脱炭処理を１５分行った。

【００２６】途中５分で酸素濃度を測定したところ２９
０ｐｐｍを示したため、上吹きランス５から吹くＡｒガ
スに純酸素ガスを３０Ｎｍ³／ｈｒ混合し（酸素ガス濃
度４．０％）、１分間隔に６分の間吹付け、酸素濃度を
４５０ｐｐｍまで上昇させた。この脱炭処理後の溶鋼温
度は１６３５℃で、炭素濃度は０．００３％、マンガン
濃度は０．２８％となり、安定に炭素濃度０．００５％
以下に到達した。

【００２７】実施例２転炉において、溶銑から炭素０．０４４％、マンガン
０．３３％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を内径２．２
ｍの取鍋２に未脱酸状態で出鋼した。出鋼後の取鍋２内
溶鋼の成分は炭素０．０４２％、酸素４２０ｐｐｍであ
り、溶鋼の温度は１６６０℃であった。

【００２８】その後、図１に示すように取鍋の底部に配
置した耐火物製のポーラスプラグ３からＡｒガスを１０
Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込んで、酸化性スラグ４を取鍋
の内壁部へ押しやった状態を確保した。次に、溶鋼表面
上方から先端に直径１．２ｍ（取鍋断面積に対して面積
比約３０％）の耐火物製円盤が付いた上吹きランス５を
介してＡｒガスを流量７００Ｎｍ³／ｈｒで吹付けなが
ら、徐々にそのランスを下降させ、図２に示すように溶
鋼表面上に配置した。ここで、吹付けるガス流によっ
て、ランス５は溶鋼の湯面上ほぼ２０ｃｍに位置し、耐
火物製円盤の下部には酸化性スラグ４が存在しない溶鋼
表面が確保された。この状態で、取鍋底部からはＡｒガ
スを１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込み続け、攪拌を行い
つつ脱炭処理を１５分行った。

【００２９】途中５分で、酸素濃度を測定したところ２
５０ｐｐｍを示したため、上吹きランス５からのＡｒガ
ス吹付け量はそのまま維持し、図３に示すように補助の
浸漬ランス６を浸漬し、Ａｒガス２０Ｎｍ³／ｈｒをキ
ャリアーガスとして、酸化鉄を５ｋｇ／分ずつ５分間
（酸化鉄計２５ｋｇ）吹込み、酸素濃度を４００ｐｐｍ
まで上昇させた。この脱炭処理後の溶鋼温度は１６２０
℃で、炭素濃度は０．００４％、マンガン濃度は０．３
０％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％以下に到達した。

【００３０】比較例１同じく転炉において、溶銑から炭素０．０４％、マンガ
ン０．３３％に溶製した５０ｔｏｎの溶鋼１を取鍋２に
未脱酸状態で出鋼した。出鋼後の取鍋内溶鋼の成分は炭
素０．０３７％、酸素４１０ｐｐｍであり、溶鋼の温度
は１６７０℃であった。

【００３１】取鍋の底部に配置した耐火物製のポーラス
プラグ３からＡｒガスを１０Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込
み、取鍋内の転炉から流出した酸化性スラグ４を取鍋の
内壁部へ押しやった状態で、図４に示すようにリング状
の耐火物製の浸漬管７を浸漬し、浸漬管内にスラグ４が
ない状態を確保した。取鍋２の内径が２．２ｍ（約３．
８ｍ²）に対して、浸漬管７の内径は２．０ｍ（約３．
２ｍ²）で、溶鋼表面上の酸化性スラグ４は約８０％除
去された。

【００３２】次に、図５に示すように、溶鋼表面から
１．２ｍの高さに上吹きランス８を配置し、Ａｒガスを
流量１０００Ｎｍ³／ｈｒで溶鋼表面に吹付け、脱炭処
理を開始した。この間、取鍋底部からはＡｒガスを１０
Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹込み続け、攪拌を行った。途中
５分で取鍋２と浸漬管７の間の溶鋼の状態を調べたとこ
ろ、凝固寸前の状態であったため、やむなく脱炭処理を
中断した。

【００３３】

【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、ランス先端に設置した耐火物製円盤と、脱炭のため
に吹付けるガスの流れによって、溶鋼表面のスラグを減
少せしめ、かつ溶鋼中の酸素濃度を制御することによ
り、通常の真空脱ガス装置を用いた場合と同様に、３０
分程度の脱炭時間で、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。

【００３４】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
地金付着等も少ないことから、安定にかつ連続の処理が
可能であり、メンテナンスが非常に容易であることか
ら、精錬処理コストの低下が享受できる。また炭素濃度
が０．００５％以上、０．０４％以下の溶鋼も当然のこ
とながら従来のように真空脱ガス装置を用いることなく
溶製できるのはいうまでもない。

【００３５】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】

【図１】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図３】本発明の実施方法の一例を示す説明図である。

【図４】本発明に対する比較例の一例を示す説明図であ
る。

【図５】本発明に対する比較例の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１溶鋼２取鍋３ポーラスプラグ４酸化性転炉スラグ５先端に耐火物製円盤を設けた上吹きランス６浸漬ランス７浸漬管８上吹きランス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋の底部もしくは補助ランスから不活
性ガスを吹込み、溶鋼表面の酸化性スラグを取鍋の壁側
に押しやった状態で、先端に耐火物製円盤を設けたラン
スを用いて上部から不活性ガスを吹付けながら、該ラン
スを溶鋼表面近傍まで下降して耐火物製円盤と溶鋼表面
の間に不活性ガスの流れを形成させ、溶鋼中の酸素濃度
を２５０〜７００ｐｐｍの範囲に制御しながら溶鋼を脱
炭することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。