JPH0860227A - 溶鋼の脱硫方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｓ≦0.0020％という極低硫鋼を、溶鋼を加熱
しながら耐火物溶損をもたらすこともなく、安価に製造
する。 【構成】 内部を不活性ガスで充満した浸漬管を取鍋中
溶鋼に浸漬し、溶鋼をガス攪拌するとともに、プラズマ
トーチからプラズマアークを発生させて少なくとも溶鋼
の温度降下を抑制しながら、CaO を主成分とするスラグ
あるいはフラックスを溶鋼上部から溶鋼中に添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼の脱硫方法、特に
転炉などの精錬炉において精錬を完了して取鍋に出鋼し
た取鍋内溶鋼を脱硫処理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術にあって、極低硫鋼の溶製は通
常大気圧下で、取鍋内溶鋼の上に脱硫フラックスを置い
た状態で溶鋼のガス攪拌を行うか、あるいはさらに脱硫
用粉体をインジェクションする方法によって行われてい
る。この場合、大気中の空気との接触による溶鋼の空気
酸化あるいは窒素濃度の上昇を避けるために、取鍋蓋を
使用して大気と溶鋼との接触を遮断することもある。ま
た、最近では真空脱ガス装置であるＲＨ真空槽内に吸引
された溶鋼に脱硫剤を添加することにより極低硫鋼を精
錬する方法も提案されている。その場合、脱硫剤は、Ｒ
Ｈ真空槽内において上部に設けた合金ホッパーから添加
するか、ＲＨ真空槽内の上吹きランスから上吹きする
か、ＲＨ真空槽の耐火物内壁に設けた羽口から上吹きあ
るいはインジェクションするか、あるいはＲＨ真空槽の
浸漬管のうち上昇管の下方の浸漬ランスからインジェク
ションするかなどの方法がとられている。

【０００３】また、溶鋼を収容した取鍋全体を真空槽内
に取り込み、真空槽内を排気減圧した状態で、ガス攪拌
あるいはさらに脱硫剤インジェクションによって極低硫
鋼を精錬する方法も提案されている。その他、１本足浸
漬管を溶鋼に浸漬し、この浸漬管内を真空排気し、溶鋼
を浸漬管内に吸い上げた状態で、浸漬管の投影面下の取
鍋内下部から不活性ガスを吹き込み溶鋼のガス攪拌を行
いながら真空下で脱硫処理する方法も提案されている。
特開平１−92314 号公報参照。

【０００４】ところで、製鋼プロセスにおいて、転炉な
どの精錬炉で精錬が完了して取鍋に出鋼した取鍋内溶鋼
に取鍋精錬装置を使用して脱硫処理等を行う場合は、溶
鋼温度を保証する必要がある。この溶鋼温度を保証する
方法としては、取鍋底部のガス吹き込み孔や浸漬ランス
からガスを吹き込んで溶鋼を攪拌しつつ取鍋内に浸漬管
を挿入して、浸漬管内の溶鋼表面に上吹きランスを介し
て、酸化性ガスを吹き付ける方法が提案されている（例
えば、特開昭60−73529 号公報、同64−56816号公報)
。

【０００５】しかしながら、上述した酸化性ガスを溶鋼
に供給する溶鋼加熱方法は、酸化精錬法であり溶鋼の清
浄性に問題があった。また、上述した溶鋼脱硫方法はそ
の脱硫効率の点でも問題があった。そこで、以下に述べ
るように電気加熱法を利用して温度補償をし、さらに脱
硫を行う方法が提案されている。

【０００６】特開平５−1317号公報では、取鍋に貫通孔
を有する蓋を取り付け、取鍋内溶鋼の酸化や窒化を防止
しながら溶鋼をプラズマアークにより加熱する方法が提
案されている。また、特開平４−318118号公報では、so
l.Al≧0.2 ％の溶鋼を用意するとともに、プラズマ加熱
方式により溶鋼上部から加熱し、取鍋内溶鋼を攪拌しな
がら、スラグ塩基度８以上となるようにスラグ組成を制
御することを特徴とする極低硫鋼の製造法を提案してい
る。

【０００７】特開平５−186814号公報ではプラズマ加熱
方式により溶鋼上部から加熱すると共に取鍋内溶鋼を攪
拌し、スラグ塩基度７以上の条件にコントロールしなが
ら、スラグ上からスラグ還元剤を主にスラグ上に散布す
ることを特徴とする極低硫鋼の製造方法が提案されてい
る。

【０００８】特開平５−186814号公報では、スラグ塩基
度をコントロールするため、生石灰を使用したり、製鋼
炉からの流出スラグを除去せずにプラズマ加熱中にスラ
グ上に連続的に還元剤を投入することも提案している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らが
検討した結果、前述した従来技術ではそれぞれ以下のよ
うな問題点がある。特開平５−1317号公報では、取鍋蓋
を使用する必要がある。ところが、取鍋上部にはスラグ
や地金が周囲に不可避的に付着するために、取鍋蓋を取
鍋上部にのせた場合に両者の間にスラグや地金が介在し
ており、隙間が生じ雰囲気との遮断が十分でないという
問題が生じる。したがって、特開平５−1317号公報の請
求項に記載するように取鍋内雰囲気を酸素濃度 0.2〜3.
0 ％、窒素濃度0.8 〜12.0％にまで低減するには多量の
雰囲気置換用の不活性ガスを使用する必要がある。

【００１０】また、プラズマ加熱精錬時の精錬能を向上
させるために攪拌ガス流量を増やした場合、取鍋上部と
取鍋蓋の間あるいは取鍋蓋に溶鋼やスラグが吹き上げら
れ、取鍋蓋に地金やスラグが付着するという問題も生じ
る。取鍋蓋に地金が付着すると、地金除去の作業が煩雑
となり操業に支障をきたしてしまう。また、取鍋上部と
取鍋蓋の間に地金やスラグが付着すると、精錬後に取鍋
蓋の取り外しが困難となり、やはり操業上問題となる。

【００１１】特開平４−318118号公報および同５−1868
14号公報によれば、特許請求の範囲では雰囲気の制御方
法についてまで言及していないが、その実施例からみる
と取鍋蓋方式であり、上記の問題点を解消するに至って
いない。

【００１２】また、スラグ−メタル間反応を促進して、
鋼の清浄化、脱硫処理等の精錬処理を行う場合、特開平
５−1317号公報、特開昭60−152610号公報および特開平
３−294414号公報では取鍋内溶鋼上面の全面積にわたっ
てスラグが存在するため、取鍋内径が大きくなるほど、
換言すれば溶鋼処理トン数が増加するに従って、スラグ
全体の加熱が困難となる。すなわち、プラズマアークの
近傍のスラグは加熱され滓化し反応性が高まるが、取鍋
内壁近傍のスラグの加熱は十分でなく、スラグの滓化性
も十分なものとならないために反応性が低くなってしま
う。

【００１３】ここで、取鍋内壁近傍のスラグの加熱も十
分に行おうとしてプラズマ出力を上げすぎたり、プラズ
マアーク位置を取鍋近傍に置くと、取鍋や取鍋蓋の耐火
物の溶損が無視し得ないものとなり、操業上問題となっ
てしまう。

【００１４】また、プラズマアーク近傍のスラグと取鍋
内壁近傍のスラグとが混合するように攪拌ガス流量を増
加させると、先に述べたような問題が生じてしまう。

【００１５】ここに、本発明の目的は、取鍋蓋などを使
用する必要をなくし、また取鍋内壁の溶損を防止できる
方法であって、簡便な手段でもってより効率的な脱硫と
そのときの温度低下の補償を可能とする方法を提供する
ことである。本発明のより具体的な目的は、Ｓ≦0.0020
％、好ましくはＳ≦0.0010％という極低硫鋼を安価に製
造できる精錬脱硫法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成すべく、種々検討を重ねた結果、不活性ガスを
充満させた一本足の浸漬管を用いるとともにプラズマア
ークによる加熱を併用することで上述の目的が達成され
ることを見出し、本発明を完成した。

【００１７】よって、本発明の要旨とするところは、取
鍋中溶鋼に浸漬管を浸漬し、浸漬管内を不活性ガスで充
満させ、取鍋内溶鋼をガス攪拌しながら、該浸漬管内に
挿入したプラズマトーチからのプラズマアークによる加
熱により少なくとも溶鋼の温度降下を抑制する溶鋼の精
錬処理法であって、前記浸漬管内においてCaO を主成分
とするスラグあるいはフラックスの存在下で溶鋼のガス
攪拌、およびプラズマアークによる加熱を行うことを特
徴とする溶鋼の脱硫方法である。

【００１８】さらに本発明によれば、上述のCaO を主成
分とするスラグあるいはフラックスの添加とともに、プ
ラズマアークによる溶鋼の加熱後に金属Caあるいは金属
Caを含有する合金をさらに溶鋼に添加してもよい。

【００１９】本発明の実施態様にあっては、上述の取鍋
内溶鋼のガス攪拌は、取鍋内溶鋼下部に設けたインジェ
クションランスあるいは取鍋底吹羽口から取鍋内溶鋼に
攪拌用ガスを吹込むことによって行ってもよい。

【００２０】前記プラズマトーチによる溶鋼温度制御
は、溶鋼温度を上昇せしめるか、または温度降下を抑制
することによって行うのであり、少なくとも溶鋼の温度
降下を抑制できれば、その加熱の程度は制限されない
が、好ましくは20〜50℃の範囲で溶鋼温度の上昇を図る
ことが、その後に続く処理が容易になる。

【００２１】上記CaO を主成分とするスラグあるいはフ
ラックスは、例えばCaO ＋CaF₂であればよく、CaO-Al₂O
₃ 系プリメルトフラックスの場合にはCaF₂は必ずしも必
要ない。このようなスラグ またはフラックスは、取鍋
の出鋼時に溶鋼に添加してもよく、ホッパーから直接投
入するなど適宜手段で溶鋼中に添加できるが、例えば浸
漬管の浸漬後、それらを粉体としてインジェクションラ
ンスあるいは上吹きランスから不活性ガスをキャリアガ
スとして吹込むこともよい。

【００２２】さらに、前述の金属Caあるいは金属Caを含
有する合金の添加は、インジェクションランスあるいは
上吹きランスあるいは溶鋼上部から添加してもよく、さ
らには、ワイヤ添加法により溶鋼に供給してもよい。

【００２３】

【作用】次に、本発明において上述のように処理条件を
限定した理由をその作用とともに説明する。図１は、本
発明にかかる脱硫法の処理操作を説明する概念図であ
り、図中、転炉( 図示せず) から出鋼されて取鍋10に収
容された溶鋼12には浸漬管14が浸漬されている。この浸
漬管内は不活性ガス (例: Arガス) で充満させている。

【００２４】浸漬管14には１以上のプラズマトーチ16が
設けられており、これにより発生するプラズマアーク
(図示せず) により溶鋼12、およびスラグの加熱が行わ
れる。一方、図示例では取鍋10の底部には底吹き羽口20
が設けられており、Arガスなどの溶鋼攪拌ガス22が供給
される。

【００２５】このように、本発明によれば、溶鋼12に浸
漬管14を浸漬することにより、浸漬管内はプラズマトー
チ16あるいはインジェクションランス (図示せず) 等の
稼働部や集塵設備を除けばほぼ完全に外気と遮断するこ
とができる。

【００２６】したがって、浸漬管内の雰囲気中の酸素濃
度や窒素濃度を低減することも比較的容易であり、従来
技術と比較してシール用の不活性ガスの使用量も大幅に
低減可能である。

【００２７】なお、本発明では基本的に、プラズマ作動
用ガスおよび攪拌用ガスのみで浸漬管内の不活性ガス置
換は可能であり、特開平５−1317号公報や同３−294414
号公報で述べられているようなシールのためだけに添加
する無駄なガスを利用する必要はない。ただし、極低Ｎ
鋼などを溶製する場合には少量のシール用ガスを添加す
ることも可能であり、その場合は従来法よりもそのガス
添加量は大幅に低減できる。

【００２８】前述のように、取鍋内溶鋼下部に設けたイ
ンジェクションランスあるいは取鍋底吹羽口20からは、
Arガスなどの攪拌用ガス22を溶鋼12内に吹込み、浸漬管
内の溶鋼の攪拌を行っているが、本発明の場合、攪拌用
のガス流量を増加させたときにも、攪拌力増大による溶
鋼湯面の波立ちが浸漬管14により抑制されるため、浸漬
管外側で溶鋼が横溢するおそれがなくなるという利点が
ある。

【００２９】さらに、取鍋上部と取鍋蓋との間に形成さ
れる接合部がないので、地金やスラグの付着により取鍋
蓋の取り外しが困難となることがないという利点も生じ
る。

【００３０】また、取鍋内下部に設けたインジェクショ
ンランスあるいは取鍋底吹き羽口から攪拌用ガスを吹込
むのは、プラズマアークにより熱せられた取鍋上部の溶
鋼を循環および攪拌することにより取鍋内溶鋼全体を加
熱するためである。もしも、この攪拌用ガスを導入しな
い場合には、取鍋内上部の溶鋼温度が上昇し、浸漬管の
溶損などにつながる。このような目的を達成する攪拌用
ガスの吹き込み量は、４〜20 Nm²/min溶鋼トンであれば
よい。

【００３１】ところで、本発明にあっては、浸漬管内に
挿入したプラズマトーチ16からプラズマアークを発生さ
せることにより浸漬管内溶鋼温度を上昇せしめるなどし
て、少なくとも溶鋼の温度降下を抑制する。通常、この
ような浸漬管内に溶鋼が取り込まれると、５〜20℃程度
の温度低下が見られるから、少なくともそれを補償する
ことで、後続の連続鋳造操作に障害とならないようにす
る。プラズマアークは浸漬管により取鍋内壁とは遮断さ
れているため、取鍋耐火物溶損は通常処理に対して無視
し得る範囲にある。

【００３２】一方、本発明での浸漬管耐火物の溶損であ
るが、浸漬管の管径が小さい場合にはプラズマアークに
よる耐火物溶損がみられるが、試験的に管径を変えて実
験したところ、浸漬管内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂ との比Ｄ
₁ ／Ｄ₂ を0.50〜0.80の範囲にすれば浸漬管の溶損もほ
ぼ無視できることが判明した。従って、本発明の好適態
様によれば、浸漬管の内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂ との比Ｄ
₁ ／Ｄ₂ を0.50以上0.80以下とする。

【００３３】次に、本発明によれば、CaO を主成分とす
るスラグあるいはフランジを溶鋼上部から添加するが、
そのための添加手段としては、合金投入口などから直接
投入してもよいが、それらを一旦粉体化し、あるいは別
途用意した同様のフラックスを、例えば、インジェクシ
ョンランスあるいは上吹きランスから不活性ガスをキャ
リアガスとして吹込むことによってより効率的な脱硫が
可能となる。

【００３４】また、本発明のさらに別の好適態様におい
ては、プラズマアークにより溶鋼を加熱する前および／
または溶鋼の加熱中にCaO を主成分とするスラグを存在
させるか、あるいはCaO を主成分とするフラックスを溶
鋼上部から添加してもよいが、これは添加したCaO によ
る精錬能を期待するためである。例えば出鋼時に取鍋に
上記の脱硫剤を投入してもよい。主成分としてCaO を含
有するスラグを溶鋼上部に置くことにより、清浄性、脱
硫能の向上が図られるからである。

【００３５】CaOを主成分とするスラグあるいはフラッ
クスがその精錬能を発揮するためには、溶融状態となり
スラグ−メタル間の反応を促進させる必要がある。しか
し、本発明においては、浸漬管内に添加したスラグは浸
漬管内に拘束され、しかも上部からプラズマアークによ
り加熱されるため、上記好適態様によれば、従来法より
もプラズマアークに加熱される有効スラグ量が増加し、
清浄性、脱硫能の向上に極めて有効である。

【００３６】さらに、本発明の別の態様によれば、プラ
ズマアークにより溶鋼を加熱する前あるいは溶鋼の加熱
中あるいは溶鋼の加熱後にCaO を主成分とする粉体をイ
ンジェクションランスあるいは上吹きランスから不活性
ガスをキャリアガスとして吹き込んでもよいが、これ
は、溶鋼の精錬処理をする場合に、その反応速度を向上
させるためである。

【００３７】取鍋内溶鋼上面にスラグを浮かべた状態で
プラズマアークを印加することにより反応性は著しく向
上するが、それに加えて粉体を溶鋼に吹き込むことによ
り、反応速度はさらに一段と向上する。それは、溶鋼上
面に浮かべたスラグによる反応はいわゆるパーマネント
反応であるが、粉体を溶鋼に吹き込むことによる反応は
トランジトリー反応であるため、上述の態様によればそ
の両者の反応を享受することにより、それぞれ単独での
処理よりも高い反応性を得ることができるのである。

【００３８】特に、上吹きランスから粉体を吹き込む場
合には、プラズマアークが溶鋼に侵入する前の粉体を加
熱できるようにその位置関係を定めることにより、さら
に一層の反応速度の向上および反応限界の拡大 (例え
ば、脱硫速度の向上および到達硫黄濃度の低下) が可能
となるのである。なぜなら、粉体がプラズマにより加熱
され通常の溶鋼温度よりも高い温度になるため、溶鋼に
吹き込まれた粉体が溶鋼により加熱されてから反応を開
始する場合よりも反応性がより向上するのである。

【００３９】例えば、サルファイドキャパシティが高い
が、融点が溶鋼温度よりも高いために滓化性が悪いよう
な組成 (例えばスラグ中CaO 濃度が高い組成) の脱硫剤
でも、本発明方法に使用すれば、溶鋼に着地する前にプ
ラズマアークの加熱により溶融状態となり、その粉体の
もつ脱硫能力を十分に生かすことができるのである。

【００４０】本発明のさらに別の態様によれば、プラズ
マアークによる溶鋼の加熱後に金属Caあるいは金属Caを
含有する合金をインジェクションランスあるいは上吹き
ランスあるいは溶鋼上部から添加してもよいが、これ
は、ラインパイプ材等のような耐HIC 性を要求するよう
な鋼種において、介在物の形態制御のためにCa添加が必
須なためである。このような鋼種では、溶鋼の清浄性が
非常に問題となるが、本発明方法ではプラズマアーク印
加時にスラグ中の低級酸化物の低減が容易であるため
に、Caの歩留もよく清浄性も非常に高い鋼が溶製可能で
ある。

【００４１】本発明のなおさらに別の態様によれば、プ
ラズマアークによる溶鋼の加熱後に金属Caあるいは金属
Caを含有する合金をワイヤ添加法により溶鋼に供給する
ようにしてもよいが、これは前述ととほぼ同じ理由のた
めであるが、さらに、インジェクションランスが設備
制約上設置できない、Ca添加速度を正確に制御した
い、Ca添加時にインジェクション法のようにキャリア
ガスを大量に使用したくない、などの場合にこのような
ワイヤ添加法を選択することができる。次に、実施例に
よって本発明の作用効果をさらに具体的に詳述する。

【００４２】

【実施例】

(実施例１)本例では図１に示すように、250 ton 取鍋に
収容した溶鋼中に１本足浸漬管を浸漬し、浸漬管内をAr
ガスで置換した状態で取鍋底吹きポーラス羽口からアル
ゴンガスを２Nm³/min 吹き込み、同時にプラズマアーク
を印加して浸漬管内溶鋼の加熱精錬を行った。

【００４３】取鍋内径 (Ｄ₂)は４ｍで一定とし、浸漬管
の溶損状況を比較するため浸漬管内径 (Ｄ₁)を1.5 、1.
8 、２、2.5 、３、3.5 ｍと変えた各条件でプラズマ合
計出力４MWによる溶鋼加熱処理を行った。

【００４４】転炉出鋼時にAlを添加し、処理前の溶鋼中
Al濃度が0.08〜0.21％、溶鋼中Ｓ濃度が25〜35ppm 、ス
ラグ中FeO 濃度が４〜７％の状態から加熱処理を開始し
た。脱硫用のフラックスとしてCaO 重量濃度85％、CaF₂
重量濃度15％なる脱硫剤10kg/Tを出鋼時に取鍋に添加し
た。

【００４５】表１に示すように、プラズマ加熱脱硫時間
は10〜12分であり、D₁/D₂ が0.50以上が脱硫条件として
望ましいことがわかる。また表１と同一チャージでの清
浄性調査結果を表２に示すが、プラズマアークを印加し
ながらのスラグ改質処理でもD₁/D₂ が0.50以上におい
て、スラグ中のFeO 重量濃度低減効果も大きく、鋼の清
浄性向上効果も著しいことがわかる。

【００４６】浸漬管寿命および浸漬管補修頻度をD₁/D₂
＝0.625 の場合を基準にして指数化した値を表３に表示
した。表３からD₁/D₂ が0.50未満あるいは0.80超で浸漬
管の寿命が低下し補修頻度が著しく増加することがわか
る。したがって、好ましくはD₁/D₂ ＝0.50〜0.80であ
る。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】

【表３】

【００５０】(実施例２)本例では実施例１のチャージN
o.1においてインジェクションランスまたは上吹ランス
からの脱硫剤であるフラックスの添加を併用した。結果
を表４にまとめて示す。インジェクションまたは上吹き
を併用することにより著しく脱硫率が向上することが分
かった。

【００５１】(実施例３)本例では、実施例１のチャージ
No.1を繰り返したが、CaO を主体とするフラックスの添
加は下記の態様で行い、そのフラックス添加に続いて金
属Caまたは金属Ca含有合金を溶鋼に添加した。フラック
スの添加の態様は、上吹ランス法、インジェクション
法、ワイヤ供給法によって行った。

【００５２】結果は、表５にまとめて示す。Ca含有合金
添加により脱硫が改善された。さらに、本例によるCa添
加処理チャージでは、鋳込後に得られた圧延材を耐HIC
性試験 (NACE条件) に供したが割れ発生はなかった。つ
まり、高清浄鋼が得られることが分かった。

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明は、溶鋼あるい
は有価元素の酸化損耗と高酸化スラグの形成による昇熱
阻害をなくして、しかも耐火物の損耗等が極めて少な
い、高脱硫能力でかつ高清浄化能力を有する優れた溶鋼
脱硫方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

10：取鍋 12：溶鋼 14：浸漬管 16：プラズマトーチ 18：スラグ 20：取鍋底吹き羽口 22：攪拌ガス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋中溶鋼に浸漬管を浸漬し、浸漬管内
   を不活性ガスで充満させ、取鍋内溶鋼をガス攪拌しなが
   ら、該浸漬管内に挿入したプラズマトーチからのプラズ
   マアークによる加熱により少なくとも溶鋼の温度降下を
   抑制する溶鋼の精錬処理法であって、前記浸漬管内にお
   いてCaO を主成分とするスラグの存在下あるいはCaO を
   主成分とするフラックスを添加して溶鋼のガス攪拌、お
   よびプラズマアークによる加熱を行うことを特徴とする
   溶鋼の脱硫方法。
2. 【請求項２】 プラズマアークによる溶鋼の加熱後に金
   属Caあるいは金属Caを含有する合金をさらに溶鋼に添加
   することを特徴とする請求項１記載の溶鋼の脱硫方法。