JPH11343514A - 底吹転炉を用いた高炭素溶鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 余計な製造コスト増を招かずにキャッチカ
ーボン法を採用できる底吹転炉を用いた高炭素溶鋼の溶
製方法を提供する。 【解決手段】 底吹転炉を用いた高炭素溶鋼の溶製方法
において、予め脱燐処理した溶銑を金属マグネシウム含
有物質によって脱硫処理したのち除滓し、底吹転炉に装
入して脱炭精錬して製品最終目標炭素濃度近傍の炭素濃
度で吹止し出鋼する。さらに好ましくは、脱炭精錬の際
に転炉内に合金成分を含有する金属鉱石を添加して還元
し、溶鋼中に合金成分を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、底吹転炉を用いた
高炭素溶鋼の溶製方法に関し、詳しくは高炭素鋼の精錬
方法の中で底吹転炉による高炉溶銑を用いた溶製方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の強度や硬さを増す最も一般的な成分
として炭素がある。ピアノ線、ワイヤロープ、タイヤコ
ード、軸受、機械構造用材料などの用途で、とくに鋼中
の炭素濃度を0.30wt％以上含有させた、いわゆる高炭素
鋼が用いられている。このような高炭素鋼の溶製方法と
しては、上底吹転炉を用いての溶製が一般的に広く実施
されている。上底吹転炉では上吹ランスからの酸化性ガ
スが直接スラグと接触し易いためスラグの酸化が進み、
その結果スラグ中のT.Feが上昇して燐分配比の高いスラ
グが形成されるため、高炭素領域でも比較的容易に溶鋼
の脱燐が進行する。

【０００３】それと比較して底吹転炉においては、酸化
性ガスが全て溶鋼中に吹込まれるため直接スラグと接触
し難く、溶鋼中炭素濃度がある程度下がらないと酸化が
進まない。そのため高炭素鋼溶製時は、製品成分範囲の
炭素濃度においても脱燐が製品成分範囲まで進行しない
ため吹錬を終了することができず、脱炭効率が低下しス
ラグ中T.Feが上昇し始める低炭素領域（一般的には
〔Ｃ〕濃度≦0.25％）になって始めて燐分配比の高いス
ラグが形成されるため、溶鋼の脱燐が進行し燐濃度が製
品成分範囲となる。そこで、製品成分範囲より低い炭素
濃度で取鍋に出鋼し、鍋内で低硫加炭材による調整を実
施して製品成分範囲としている。

【０００４】なお、吹止Ｃを目標製品（成品）成分値に
近い値にして吹止・出鋼する溶製方法はキャッチカーボ
ン法と称され、出鋼時の加炭材添加量を節減できるため
有利であるが、高炭素鋼を底吹転炉で溶製する際には、
脱炭と脱燐とのプロセスマッチングに上記のような難点
があるためキャッチカーボン法の適用が困難である。ま
た、鍋内に加炭材を投入すると、加炭材の吸熱が大きい
ため鍋内溶鋼の温度降下が避けられない。そのため、出
鋼温度を上底吹転炉使用の場合よりも30〜100 ℃程度高
くする必要が生じ、転炉耐火物の溶損が促進されて炉寿
命が低下する問題もあった。さらに、出鋼温度を上げる
には高温吹錬が必要であり、それによるスラグの燐分配
比低下を補うべく造滓材を多量に使用せざるを得なくな
り、スラグ処理費用が増加する問題もあった。

【０００５】このような問題はあるが、反面、底吹転炉
による高炭素鋼の溶製では、高炭素領域でスラグ中T.Fe
が低いという特性があるため、この特性を活用して酸化
鉱物、例えば鉄鉱石、Mn鉱石、Cr鉱石、Ni鉱石、Mo鉱石
等を高炭素領域で還元製錬することができるという少な
からぬ利点があることから、上記のような問題点が解決
できれば産業の発展に寄与するところが大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、底吹転炉による
高炭素鋼溶製に関して、例えば特公昭55−45607 号公報
には、石灰装入率を吹錬期前半に少なくし後半で多くし
て脱燐を行うことで低燐含有量の中炭素及び高炭素鋼を
得ようとする精錬方法が開示されている。しかし、この
方法によれば、キャッチカーボン法の採用が可能である
としているものの、高炭素領域における底吹転炉特有の
低燐分配比スラグで脱燐を促進するには、40〜60kg/tと
いう多量の石灰を使用しなければならず、スラグ処理費
用が嵩むため実用的でない。

【０００７】また、特開昭55−94427 号公報には、転炉
精錬前に溶銑脱燐脱硫（ソーダ灰系フラックスを造滓材
に使用）を行い、転炉では副原料（造滓材）を使用しな
い精錬方法が開示されている。これによれば高炭素鋼の
底吹転炉溶製にキャッチカーボン法を採用することがで
きる。ところが、ソーダ灰系フラックスによる処理中の
溶銑温度低下が大きいため、転炉においては炭材系また
はFeSi等合金系の昇熱材が必要となり、安価なスクラッ
プ等鉄源を使用できなくなるため製造コストが増加する
問題がある。また、ソーダ灰系フラックスの多量使用は
スラグ中Na濃度を高くし、スラグ再利用時の処理費用が
増加する問題もある。

【０００８】また、上記特開昭55−94427 号公報の方法
によれば、転炉では炉壁保護のために溶銑中Si量に応じ
て少量（15kg/ t 溶銑以下）の造滓材添加を許容する以
外は副原料を全く使用しないため、前記酸化鉱物の還元
製錬を実施する場合、被還元鉱石に含まれる脈石分によ
る吹錬弊害、例えばSiO₂濃度上昇起因のスロッピングが
発生して操業が不安定になるため、出鋼後に高価な金属
合金を使用しなければならなくなり、精錬コストが上昇
する問題もある。しかもこれら金属鉱石の還元は吸熱反
応であるため、ソーダ灰による溶銑処理時の温度降下の
著しいこのプロセスでは、余計に昇熱材を必要とするの
で不利である。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題を解決し、
余計な製造コスト増を招かずにキャッチカーボン法を採
用できる底吹転炉を用いた高炭素溶鋼の溶製方法を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
達成の鍵が溶銑脱燐脱硫処理（溶銑予備処理）中に溶銑
温度を降下させないことにあると着眼し、溶銑予備処理
プロセスに鋭意検討を加えた。その結果、脱燐と脱硫と
を同時に行うのではなく脱燐を先行させ、しかる後に脱
硫を行うものとし、かつ、脱硫剤として金属マグネシウ
ム含有物質（Mg系フラックス）を使用することにより、
図１に示すように、溶銑温度降下を格段に小さくするこ
とができるという重要な知見を得た。すなわち、図１
は、処理後溶銑〔Ｓ〕＝0.005 ％とする場合に、横軸に
処理前溶銑〔Ｓ〕濃度、縦軸にMg系を基準とした各系の
フラックスによる脱硫処理中溶銑温度降下をとって、石
灰系およびソーダ灰系の値をプロットしたグラフであ
り、同図より、脱硫剤としてのMg系フラックスは、石灰
系フラックスに比べ20℃程度以上、ソーダ灰系フラック
スに比べ15℃程度以上という顕著な溶銑温度降下抑制能
を有することが判明した。

【００１１】本発明は、かかる知見に基づき成されたも
ので、以下に列挙する通りのものである。 （１）予め脱燐処理した溶銑を金属マグネシウム含有物
質によって脱硫処理したのち除滓し、底吹転炉に装入し
て脱炭精錬して製品最終目標炭素濃度近傍の炭素濃度で
吹止し出鋼することを特徴とする底吹転炉を用いた高炭
素溶鋼の溶製方法。 （２）脱炭精錬の際に転炉内に合金成分を含有する金属
鉱石を添加して還元し、溶鋼中に合金成分を回収するこ
とを特徴とする（１）記載の底吹転炉を用いた高炭素溶
鋼の溶製方法。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、まず、高炉溶銑の段
階で製品成分範囲まで脱燐し、さらに金属Mgを含むフラ
ックスを使用して脱硫処理する。この特異の溶銑予備処
理により、溶銑温度降下を有効に抑制することができ、
したがって高価な昇熱材の添加が不要となり、安価な鉄
源が利用できるようになる。なお、溶銑脱燐の方は常法
に従って実施すれば良い。

【００１３】一方、転炉吹錬中の復燐復硫防止が不可欠
であるから、予備処理後の溶銑を溶銑鍋に払い出した
後、転炉装入前に十分予備処理スラグを掻き出す（除滓
する）必要がある。転炉装入された溶銑中のＰ量、Ｓ量
は既に製品成分範囲に到達しているから、転炉吹錬では
脱炭のみ注力すれば良く、製品最終目標炭素濃度近傍の
炭素濃度で吹止するキャッチカーボン法を容易に採用す
るのが好い。これにより取鍋に出鋼後、低硫加炭材の添
加量を節減することができ、また、該加炭材の吸熱によ
る溶鋼温度低下を補う出鋼温度アップ（30〜100 ℃程
度）の必要もなくなるから、転炉耐火物の溶損進行が鈍
化して炉寿命が延長する。

【００１４】なお、製品最終目標炭素濃度近傍の炭素濃
度とは、一概に規定するのは難しいが、キャッチカーボ
ン法により、加炭材原単位および転炉耐火物原単位の低
減効果が顕著となるような吹止炭素濃度とするのがよ
く、かかる観点から、製品最終目標炭素濃度範囲下限の
50％以上、好ましくは70％以上であって、かつ、製品最
終目標炭素濃度範囲上限以下とするのがよい。

【００１５】また、転炉装入時の溶銑温度を従来よりも
高くできることから、この熱余裕を利用して、高炭素領
域でスラグ中T.Feが低いという底吹転炉脱炭法の特性を
十分活かした転炉内鉱石還元製錬、すなわち、合金成分
を含有する金属鉱石を添加して還元し、溶鋼中に合金成
分を回収することが好ましい。かかる金属鉱石として
は、鉄鉱石、Mn鉱石、Cr鉱石、Ni鉱石、Mo鉱石等があ
る。この場合、鉱石に含まれる脈石分を調整するために
少量の造滓材が必要である。さもないと、SiO₂濃度上昇
によるスロッピング等、種々の吹錬弊害が生じて安定操
業が困難になる。

【００１６】

【実施例】280t底吹転炉を用いて、目標Ｃ：0.45wt％の
高炭素溶鋼を溶製した。本発明の実施例１、２では、ト
ピードカー（混銑車）にて石灰系の脱燐剤を用いて脱燐
処理した溶銑を溶銑鍋に払い出し、金属Mgを含有するフ
ラックスを吹き込んで脱硫処理し、その後、スラグドラ
ッガによって除滓してから、底吹転炉に装入した。装入
前溶銑成分・温度、転炉吹錬条件、吹止成分・温度を表
１に示す。

【００１７】比較例として、ソーダ灰を用いて同時脱燐
脱硫処理した溶銑に対し底吹転炉による吹錬を行った。
このときの条件等を表１に併せて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例１では、比較例よりも脱硫プロセス
における温度降下が小さく、転炉装入温度を35℃高くす
ることができ、比較例で添加を必要とした高価な昇熱材
であるFeSi合金を添加する必要がなくなった。また、比
較例では還元能力に乏しくて鉄鉱石やCr鉱石を使用でき
ず、出鋼後に高価なFeCr合金を添加して合金成分調整せ
ざるを得なかったが、実施例１では同鉱石を還元でき、
その金属成分を溶鋼中に回収することができ、高価なFe
Cr合金の添加量を削減できて製錬コストダウンを実現で
きた。

【００２０】また、実施例２では、実施例１で使用して
いたスクラップを使用せず、実施例１よりもCr鉱石を増
量して2.4t/ch とし、吹止[Cr]を0.23wt％まで上げた結
果、実施例１よりも更にFeCr合金の添加量を削減するこ
とができた。また、実施例１、２では転炉造滓材（CaO
）の使用量を比較例よりも大幅に削減できた。

【００２１】

【発明の効果】かくして本発明によれば、底吹転炉を用
いた高炭素溶鋼の溶製において、余計な製造コスト増を
招かずにキャッチカーボン法を採用でき、さらには、高
炭素領域の低T.Feスラグを活用した鉱石還元製錬を実施
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶銑脱硫用各系フラックスの溶銑温度降下抑制
能を比較して示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め脱燐処理した溶銑を金属マグネシウ
   ム含有物質によって脱硫処理したのち除滓し、底吹転炉
   に装入して脱炭精錬して製品最終目標炭素濃度近傍の炭
   素濃度で吹止し出鋼することを特徴とする底吹転炉を用
   いた高炭素溶鋼の溶製方法。
2. 【請求項２】 脱炭精錬の際に転炉内に合金成分を含有
   する金属鉱石を添加して還元し、溶鋼中に合金成分を回
   収することを特徴とする請求項１記載の底吹転炉を用い
   た高炭素溶鋼の溶製方法。