JPH059486B2

JPH059486B2 -

Info

Publication number: JPH059486B2
Application number: JP682784A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; Masatoshi Kuwabara
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1993-02-05
Also published as: JPS60152610A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、溶融金属あるいは合金の処理方法、
特に製鋼工程において溶鋼を取鍋内で処理する方
法に関する。

（従来の技術）溶鋼の取鍋内処理は、溶鋼中の酸素や硫黄を除
くことを主目的とし、一般に還元精錬である。こ
の還元精錬を行うに際し、前工程の製鋼炉（溶解
あるいは酸化精錬を主目的にする）内で生成した
スラグが混入すると、還元精錬の進行を阻害す
る。

この対策として現在とられているものに次のよ
うなものがある。

(i) 製鋼炉からの出鋼時に混入するスラグを少な
くする（実公昭44−5936号公報）。

(ii) 混入して取鍋内に入つたスラグを除去する
（特公昭57−61153号公報）。

(iii) 混入して取鍋内に入つたスラグを、Alなど
の還元剤を用いて還元処理する。

(iv) 混入したスラグを極力除いた後、新たに石灰
などの造滓剤を加えて、還元性のスラグを造
る。その場合に、熱源としては黒鉛を電極とす
る交流アークが用いられることが多い（特公昭
55−32764号公報）。

しかし、これらの方法はいずれも、精錬機能や
処理に要するコストなどの点で問題があり、不純
物（酸素、硫黄、リン、窒素など）の少ない溶鋼
を安価に製造するという観点からは不充分であ
る。

すなわち、製鋼炉内のスラグの混入抑制は作業
的に限度があり、かつ混入量を安定して最少レベ
ルに保つことはむずかしい。また、取鍋内のスラ
グを除去することは、作業費のほかに時間がかか
つたり（その間、溶鋼温度が低下する）、溶鋼歩
留が低下したり、コストアツプに結びつき易い。
さらに、溶鋼面がスラグでカバーされない状態で
は溶鋼は雰囲気から吸窒しやすい。

混入したスラグをAlなどの還元剤添加で還元
処理する方法は、スラグを還元するにはAlが高
価な還元剤であることのほかに、混入スラグ中の
不純物、例えばリンが同時に還元されて溶鋼中に
戻るという問題がある。

混入スラグを極力除いた後、新たな造滓剤を加
えて還元スラグを造る方法は、還元精錬を安定し
て行うという点からは従来の方法の中では最も確
実なものと言えるが、処理時間が長く、コストが
高いこと、また溶鋼の窒素レベルが高くなりやす
いことなどの問題がある。

したがつて、製鋼炉から混入した酸化性スラグ
が次工程の還元精錬に及ぼす悪影響を安価に、安
定して低減し、同時に溶鋼中に入ることが望まし
くない不純物（雰囲気からの窒素、酸化性スラグ
中からのリン）の混入を防止できるような方法を
開発することが望まれている。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、出鋼時に混入した酸化性スラグを安
価な、安定した方法で還元改質するとともに、酸
化性スラグ中に含まれていたリンが溶鋼に戻るこ
とおよび窒素を吸収することを防止することを目
的としている。

（課題を解決するための手段）本発明の要旨とするところは、下記のとおりで
ある。

(1) 溶融状態の金属あるいは合金を加熱しながら
処理する装置から、運搬用容器に溶融物を移し
た後、後者の容器内において、前者の装置内に
存在していたスラグの一部が混入した状態で、
還元剤を用いてスラグをプラズマ加熱すること
により還元処理することを特徴とする取鍋内ス
ラグの還元改質法。

(2) 溶融状態の金属あるいは合金を加熱しながら
処理する装置から、運搬用容器に溶融物を移し
た後、後者の容器内において、前者の装置内に
存在していたスラグの一部が混入した状態で、
スラグに合金成分を含む酸化物を添加し、還元
剤を用いてスラグおよび酸化物をプラズマ加熱
することにより還元処理することを特徴とする
取鍋内スラグの還元改質法。

本発明を実施するのに用いる設備の一例を第１
図に示す。溶融金属あるいは合金を収納する容器
１は、製鋼炉のような、溶融状態の金属あるいは
合金を加熱しながら処理する装置と、鋳造のため
の装置の間を連結するための移動可能な運搬用容
器であり、通常、取鍋と称されているものであ
る。この場合、通常の取鍋と同様に鋳造工程用の
スライデイングノズル２などの装置が装着されて
いる。通常の取鍋と異なるのは陽極４を取り出す
ための部分３がつけられていることである。

本発明の処理では、溶融金属あるいは合金（以
下溶鋼を代表例にとる）を収納する運搬用容器の
上方からプラズマトーチ８が容器内に挿入され
る。プラズマによつて供給される熱量と、ガス
（炭化水素、水素など）あるいは固体状（黒鉛、
コークス等の炭素質）で加えられる還元剤によつ
て、混入スラグ６中の酸化物（鉄やマンガンなど
の酸化物）の還元反応を行う。

なお、溶鋼５、スラグ６の撹拌が強すぎるとリ
ンの還元が起こり、復リンが進行するので好まし
くない。一方、スラグの撹拌が弱いとスラグ全体
の還元反応が進みにくい。この矛盾を解決するた
めに、プラズマトーチ８を、例えば移動装置９の
助けにより容器内で移動可能とし、非撹拌の状態
でもスラグの各部分を順次プラズマ加熱して還元
を効率的に進行できるようにしている。

以上のような処理を経て、スラグの還元改質
（（同時にMnの還元回収が起こる）を行う際に、
必要とあれば溶鋼への合金剤を酸化物の形でスラ
グに添加する。加えられた合金成分を含む酸化物
は一旦スラグに入つた後、プラズマによつて与え
られる熱と還元剤の共存によつて還元され、溶鋼
中に入る。第１図の１０は、このような合金成分
を含む酸化物をプラズマアーク１３近傍に添加す
るための装置であり、１２はホツパーである。な
お、この装置を用いて、石灰やアルミナなど、生
成するスラグ粗成を調整するための造滓剤を添加
することもできる。

このように取鍋のような容器内でプラズマアー
クでスラグを加熱することにより、混入した前工
程のスラグの還元改質を効率的に行い、その際、
リン、窒素などの不純物が溶鋼中に入ることを防
止することができ、従来の混入スラグの除去後、
造滓する方法の問題点が解決される。さらに必要
により、合金剤を酸化物の形で添加することによ
り、合金コストダウンをはかることもできる。

（作用）本発明の処理は、溶融金属あるいは合金、例え
ば溶鋼が、製鋼炉から運搬用容器に移され、かつ
製鋼炉内に存在していたスラグ（酸化鉄や酸化マ
ンガンを含む、所謂、酸化性スラグ）の一部が混
入している状態から開始する。勿論、この混入ス
ラグを少なくするための処理、例えば製鋼炉から
のスラグ流出防止や、取鍋での排滓処理を合せて
行つておくことは差支えない。

この容器の上に蓋１１が置かれる。これは容器
内への外気の侵入を抑制して容器内の雰囲気を非
酸化性に保つとともに、後述のプラズマの輻射エ
ネルギーを有効にスラグの還元改質に用いるため
のものである。

プラズマトーチは、所謂移行型であり、トーチ
を陰極とする。プラズマアークを容器内のスラグ
の各部分にあてるためのトーチの移動方式として
は、例えば同心円状の運動、らせん状の運動など
がある。いずれの場合にも、運転中にトーチ先端
とスラグ面の間隔、スラグの各部分でのトーチの
移動速度などが適正に制御されるように、トーチ
の容器内への挿入深さ、トーチの傾き角度、トー
チ回転速度などが調整される。

プラズマトーチの移動速度が大きすぎると、表
面が凝固したスラグ上にプラズマアークがあたる
ことになり、アークが不安定になる。しかし、ア
ークのあたる部分のスラグが溶け、かつその部分
に含まれる鉄やマンガンの酸化物が十分に還元さ
れるような速度で移動すれば、アークは安定して
いる。本発明でプラズマトーチを移動する目的は
面状をなしている取鍋内スラグを順次、還元改質
していくことにある。したがつてプラズマトーチ
先端の移動速度は4m／min以下であることが望
ましい。

なお、容器（取鍋）へのスラグ混入量が多く、
プラズマアークのスタートがむずかしい場合に
は、第２図に示すようなアークスタート用ブロツ
クが用いられる。これは黒鉛ブロツク２１と鉄棒
２２の組合せからなり、これを容器内に投入する
と黒鉛の部分はスラグの上部に出、一方、鉄棒の
部分は溶鋼中に浸漬される。プラズマトーチ先端
を黒鉛ブロツクの上方、約50〜100mmに近づけて
パイロツトアークを発生すれば、安定してメイン
アークを発生させることができる。

プラズマ作動ガスは、水素、炭化水素、Arガ
スあるいはN₂ガスのいずれか、あるいはその組
合せからなる。酸化物を還元するための還元剤は
プラズマ作動ガスである水素、炭化水素あるいは
スラグ上に撒布される固体質炭素（コークス、黒
鉛など）である。

還元剤として水素あるいは炭化水素を用いた場
合には、スラグ還元とともに溶鋼中に水素が移行
する。しかし、本処理後、従来法による脱ガス処
理を行えば水素を除くことは可能である。

還元すべき酸化物が鉄、マンガンなどの酸化物
である場合には、いずれの還元剤を用いても十分
に低い濃度まで還元できる。しかし、より還元し
にくい酸化物（SiO₂など）を対象にする場合に
は水素だけでは十分に還元が進行しないので、固
体炭素質を共存させることが望ましい。

なお、固体炭素質７を添加しても、後述のよう
に溶鋼−スラグが撹拌されていないので、固体炭
素質は溶鋼と直接接触しにくい。したがつて、溶
鋼への加炭はほとんど起こらない。

プラズマアークが発生するとスラグの溶融が起
こり、スラグの電気伝導が可能になるため、アー
クが持続する。溶融スラグが固体炭素質、あるい
は水素などの還元ガスと接触した状態で加熱され
ると、スラグ中の還元されやすい酸化物から順次
還元が起こる。通常のスラグ成分ではその順は鉄
酸化物、マンガン酸化物、そしてシリコン酸化物
の順である。どこまで酸化物を還元させるかは、
還元剤の添加量とプラズマアーク出力およびトー
チ移動速度によつて制御できる。

スラグ還元時のスラグから溶鋼への復リンを防
止するために、本処理中溶鋼は強制撹拌なしの状
態に保たれる。このような状態でプラズマ加熱に
よりスラグの炭素あるいは水素還元を行うと、発
生するガスにより、スラグ中で過飽和になつたリ
ン分が亜酸化物（PO_X：Ｘ＝1.2）あるいは元素
状リンとなつて気化してスラグから運び出される
ため、溶鋼への復リンを抑制できる。

以上の過程を、プラズマトーチを移動させなが
ら行うことにより、容器（取鍋）内のスラグの還
元改質が復リンを防止しつつ進行する。

本発明の方法は取鍋内溶鋼がスラグでカバーさ
れている状態で処理されるため、雰囲気からの吸
窒の抑制の点では有利である（従来の、除滓後新
たにスラグを作りかえる方法に比して）。窒素は
一旦溶鋼中に入ると、真空脱ガスによつても低い
レベルまで降下せしめることはむずかしいので、
吸窒を抑制できることは低窒素鋼を製造する場合
に極めて有利である。

なお、酸化物として添加し、プラズマと還元剤
によつて還元させることにより溶鋼中に合金化可
能なものとしては、Mn、Al、Ti、Nb、Ｖ、
Mo、Ni、Crなどがある。

以上の処理を終つた後、水素などのガス成分を
除去し、酸化物系の介在物を除去して清浄化する
必要がある時は、容器（取鍋）を既存の脱ガス処
理工程にまわす。従来法と異なり混入スラグが十
分に還元されているので、脱ガス処理中にスラグ
から溶鋼への酸素供給がない。したがつて、脱ガ
ス時の撹拌によつて溶鋼の清浄化が進みやすい。

なお、以上の説明では主として製鋼工程で取鍋
処理を行うことを対象として述べてきたが、この
方法は炉から取鍋に溶湯を移す工程を含む他のプ
ロセスにもほとんどそのまま適用できる（フエロ
アロイ精錬など）。

（実施例）１転炉で溶製したＣ：0.05％、Si：0.01％、
Mn：0.15％、Ｐ：0.008％、Ｓ：0.005％、Ｈ：
2.3ppm、Ｎ：15ppm、温度1605℃の溶鋼を
150t取鍋に出鋼する。その際、CaO：52％、
SiO₂：28％、MgO：５％、CaF₂：３％、
MnO：５％、T.Fe：３％、P₂O₅：1.2％のス
ラグ3tが混入して取鍋に入つた。

取鍋内のスラグ面上に５〜20mmφのコークス
150Kgを撒布し、取鍋の中央部に第２図に示す
ような黒鉛と鉄棒の組合せからなるブロツクを
置いて、取鍋に蓋をかぶせ、プラズマトーチを
取鍋内に挿入した（第１図）。

プラズマトーチはAr（50／min）を作動ガ
スとする移行式のもので、前述の黒鉛と鉄棒の
組合せからなるブロツクを置いた位置でアーク
発生を行い、以後トーチ先端とスラグ面の間の
距離を200〜300mm（電圧180〜270V）トーチ先
端の移動速度を2.2m／minとするらせん運動を
行わせる。電流は3000〜6000Aの範囲である。
なおアークを発生させつつ、Al₂O₃粉の添加を
行つた（総量150Kg）。アークを発生している時間25
分で取鍋内スラグの還元改質を終了した。

処理後の溶鋼は、Ｃ：0.07％、Si：0.02％、
Mn：0.21％、Ｐ：0.009％、Ｓ：0.003％、Ｈ：
2.5ppm、Ｎ：17ppm、温度1608℃であつた。
一方、処理後のスラグは、CaO＝52％、SiO₂
＝27％、Al₂O₃＝12％、MgO＝５％、CaF₂＝
３％、MnO＝0.2％、T.Fe＝0.1％、P₂O₅＝
0.05％であつた。復リン、加炭、吸窒を抑制し
つつ、スラグ中のMnO・FeO_Xの還元が行われ
ている。

この溶鋼、スラグを取鍋ごと移動してRH法
で真空脱ガスした。15分間処理後の溶鋼中の酸
素は12ppmである。混入スラグを還元改質しな
いでRH処理した時には、得られる溶鋼中の酸
素量は28ppmであり、有意差が認められる。

２実施例１のスラグの還元改質処理に引き続い
て、プラズマトーチ位置を取鍋中心に戻した
後、Nb₂O₅を15Kg／minで3.8分間供給し、さら
に５分間プラズマ加熱を続ける。処理後の溶鋼
中Nbは0.31％で、Nb分の歩留は96.8％であつ
た。

（発明の効果）本発明は出鋼時に取鍋内に混入したスラグを還
元改質するもので、機能的には従来の取鍋内に混
入したスラグの除去後、スラグを作りかける（造
滓剤を添加して黒鉛アーク加熱する）工程と置換
し得るものである。従来法に比して処理コストの
大幅な低減とともに、窒素などのガス成分のピツ
クアツプを抑制するという点では有利である。従
来の脱ガス処理工程と組合せて用いることによ
り、高純、高清浄の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、第２図は本発明において、スラ
グ存在下でプラズマアークの発生を容易にするた
めに用いるブロツクの一例を示す図である。１：運搬用容器、２：スライデイングノズル、
３：陽極を取り出すための部分、４：陽極、５：
溶融金属あるいは合金、６：混入スラグ、７：還
元剤、８：プラズマトーチ、９：プラズマトーチ
移動用装置、１０：酸化物、フラツクス供給装
置、１１：蓋、１２：ホツパー、１３：プラズマ
アーク、２１：黒鉛ブロツク、２２：鉄棒。

Claims

【特許請求の範囲】１溶融状態の金属あるいは合金を加熱しながら
処理する装置から、運搬用容器に溶融物を移した
後、後者の容器内において、前者の装置内に存在
していたスラグの一部が混入した状態で、還元剤
を用いてスラグをプラズマ加熱することにより還
元処理することを特徴とする取鍋内スラグの還元
改質法。２還元剤として固体状炭素質を用いることを特
徴とする特許請求の範囲１記載の取鍋内スラグの
還元改質法。３プラズマトーチの移動を行いつつプラズマ加
熱を行うことを特徴とする特許請求の範囲１また
は２記載の取鍋内スラグの還元改質法。４溶融状態の金属あるいは合金を加熱しながら
処理する装置から、運搬用容器に溶融物を移した
後、後者の容器内において、前者の装置内に存在
していたスラグの一部が混入した状態で、スラグ
に合金成分を含む酸化物を添加し、還元剤を用い
てスラグおよび酸化物をプラズマ加熱することに
より還元処理することを特徴とする取鍋内スラグ
の還元改質法。５還元剤として固体状炭素質を用いることを特
徴とする特許請求の範囲４記載の取鍋内スラグの
還元改質法。６プラズマトーチの移動を行いつつプラズマ加
熱を行うことを特徴とする特許請求の範囲４また
は５記載の取鍋内スラグの還元改質法。