JPH0696736B2

JPH0696736B2 - 溶鋼の清浄化精錬方法

Info

Publication number: JPH0696736B2
Application number: JP2095003A
Authority: JP
Inventors: 一雄大貫; 秀夫池田; 貴宏磯野; 一誠梅沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH03294414A

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.O〕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
55−32764号公報）。

CaO−CaF₂フラックスなどに代表される低融点・高
塩基度副材を添加する方法。

還元材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60−152610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、溶鋼やスラグを撹拌し
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、前記還
元剤として溶鋼中の溶解した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前記溶鋼中に含
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％〜0.050wt％増であることを特
徴とする方法、さらには、溶鋼中のガス撹拌を、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
を用いること。

還元剤（Al）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。

溶鋼を撹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を撹拌するためのガス吹き込み装置２が備え付けら
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撹拌により、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、ガス撹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CaF₂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、プラズ
マ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/SiO₂）とスラグ中酸化成分である
（FeO），（MnO）とは関連があり、塩基度２以上では塩
基度の増加と共に（FeO），（MnO）の活量係数は小さく
なる。すなわち、塩基度が高いほどスラグ中の（FeO）
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、高塩基度ほ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Al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
効率よくAlを溶鋼中に溶解せしめる方法（例えば、塊状
Alの浸漬など）を用いれば処理前Al添加と同様な効果が
得られる。しかしながら、処理中、特に処理後半へのAl
添加は局所的にAl高濃度域ができAl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、Al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Al等を使用すること
自体は、例えば、特開昭60−152611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Al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
するが、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。

ガス撹拌条件に関して述べると、撹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
が、本発明においては、鋼中含有Alをスラグの還元に利
用するために、溶鋼のガス撹拌が必要である。ただし、
撹拌力の増大により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撹
拌条件があり、0.5〜15.0Nl・min/ton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Alを溶融金属に存在せ
しめて、撹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、溶鋼の撹拌処理
をスラグ改質に必要な時間以後の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100t
onと前工程スラグとして転炉スラグが約300kg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Al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ガス撹拌を行うと
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 No.3,4,6,9,10）で、最終目標Al濃度範囲を達成
し、かつ清浄性の良好な鋳片が得られた。

（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。１…取鍋、２…ガス吹込み装置３…上蓋、４…プラズマトーチ５…溶鋼、６…スラグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項３】溶鋼中のガス撹拌を、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。