JPS6014812B2 - 鋼の表面下気体吹込精錬中のスロツピングを防止する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、銅の精錬に関するものであり、特にはスロッ
ピングと遭遇することなく所望の出鋼温度を得る為に燃
料物質の添加を必要とする表面下気体吹込精錬に関する
ものである。

本明細書において「表面下気体吹込 （Ｓ伽ｓｍｆａｃｅｐｎｅｕｍａｔｉｃ）精錬」とは、
溶湯の脱炭が、酸素ガス単独或いはアルゴン、窒素、ア
ンモニア、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メ
タン或いは高級炭化水素ガスから成る群から選択される
一種以上のガスとの組合せにおいてそれを溶湯表面下に
射出乃至注入することによって実現される方法を意図す
るものである。

気体は、製造される鋼の等級や酸素と組合せて使用され
る特定種の気体に依存して様々の吹込方案の下で吹込ま
れうる。精錬期間は、酸化した合金元素を還元しそして
塩基性スラグを形成する為の石灰及び（或いは）合金の
添加並びに溶傷仕様に合うよう港湯組成を調節するべく
合金元素の添加といった或る種の仕上げ段階を伴って終
了されることが多い。幾つかの表面下気体吹込鋼精錬法
が斯界で知られている。

例えば、ＡＯＤ、ＣＬＵ、ＯＢＭ、Ｑ−８０Ｐ及びＬＷ
Ｓ法がある。これら方法を代表する米国特許は、それぞ
れ、第３２５２７９０：３８６７１３５：３７０６５４
９；３９３０８４３：及び３８４４７磯号である。気体
吹込精錬中、落陽は、精錬期間の脱炭段階中起る発熱酸
化反応により昇温される。仕上げ段階中、石灰や合金元
素の添加は発熱性でなくまたもはや発熱反応が進行して
いないことから、落陽はきわめて急速に冷える。斯界で
は単に「吹鏡」とも呼ばれる表面下気体吹込精錬は、次
の結果の一つ以上を生じる；脱炭、脱酸、脱硫、脱燐及
び脱ガス。

これら結果を得る為には、【１｝炭素を所望の水準まで
燃やして除く為充分な酸素を与えること（脱炭）、■漆
湯中に脱酸用添加材を完全に混合し（脱酸）、良好なス
ラグー金属相互反応を実現し（脱硫）そして溶傷中低水
準の水素及び窒素が得られることを保証する（脱ガス）
為に充分の散気ガスを与えることが必要である。気体吹
込精錬は２つの相反する温度制約を有している。

１つは、溶湯の温度を出鋼の為に充分高い温度に維持し
たまま吸熱段階（仕上げ段階）が実施されることを許容
するよう充分に高温が発熱反応によって達成されねばな
らないことである。これと反対の第２の点は、精錬炉中
で達成される最大温度が容器の耐火内張りの過剰の劣化
を生じるような温度以下に保持されることである。本発
明は上記表面下気体吹込精錬法のすべてに応用しうるけ
れども、便宜上、ここでは、本発明をＡＯＤ法と髄略し
て一般に呼ばれるアルゴン−酸素脱炭法を参照して説明
することにする。「アルゴン−酸素脱炭法」は、少く共
１つの表面下羽口を装備する精錬炉内に収納される溶融
金属を精錬する為の方法であって次の段階を含むもので
ある。｛ａ｝溶傷中に羽口を通して９０％までの希釈ガ
スを含む酸素含有ガスを注入する段階：この場合、希釈
ガスは、溶湯の脱炭中形成される気泡中の一酸化炭素の
分圧を減じそして（或いは）注入ガス総流量を実質上変
えることな〈溶湯への酸素の供給量を変更する働きを為
す。‘ｂ’その後、溶傷中に羽□を通して散気ガスを注
入する段階：この場合、散気ガスは、脱ガス、脱酸、綾
化によって或いは不純物の浮揚と続いてのスラグによる
捕捉乃至反応によって溶湯から不純物を除去する役割を
果す。この方法においては通常、酸素含有ガス流は、羽
□及び周囲耐火内張の過度の摩損から防護する作用を為
す保護流体の環状流れによって取巻くようにされている
。有用な希釈ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、水素
、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素或いは水蒸気等が挙げ
られるが、アルゴンが好ましい。有用な散気ガスとして
は、アルゴンヘリウム、窒素及び水蒸気が挙げられるが
、やはりアルゴンが好ましい。有用な保護流体は、アル
ゴン、ヘリウム、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素
、水蒸気或いは炭化水素流体を含み、ここでもアルゴン
がやはり好ましい。精錬中、溶湯の温度は「熱損失を構
成する因子及び熱増大を構成する因子によって影響を受
ける。

熱は・｛１１ 溶湯の温度をその装入温度からその注出
温度まで高めること、‘２） 石灰やスラグの他の成分
を溶解すること、剛 精錬中添加される合金〜スクラッ
プ或いは他の添加物質を溶解すること、‘４｝ 全精錬
期間中（即ち、不活性ガス灘梓、吹銭、還元、鎮静中）
溶湯から周囲に失われる熱を補償することの為に必要と
される。

熱は、精錬期間中、その間に起る発熱法反応によっての
み供給される。

これらは、溶傷中の炭素、珪素、アルミニウム及びその
他の金属成分、例えば鉄、クロム及びマンガンの酸化を
含む。精錬後、溶湯温度が、所望の出鋼温度を実現する
に不充分なら、溶湯の酸素を再吹さしそれにより溶傷中
の炭素及び金属元素の酸化により熱を発生せしめること
が通常のやり方である。しかし、このような再吹きは、
時間を喰い、追加的酸素珪素及び石灰を消費しそして溶
傷中の金属元素の所望されざる酸化を生じ、これらすべ
てが全体的な精錬作業の非効率化を生みそして生成金属
の品質に悪影響を与えるから、所望されない。上記問題
を回避する一つの方法が米国特許第４１８７１０２号‘
こ開示されている。

ここで記載される方法は、精錬用酸素の注入開始前に溶
湯に酸化の急速な元素及び酸化の遅い元素（例えばそれ
ぞれアルミニウムと珪素）を添加することから成る。こ
れら元素の酸化により与えられる熱は、精錬期間の終了
時において、溶湯の温度を所望の出鋼温度に少く共等し
くしかも過剰の耐火材劣化を招く程には高くない温度と
するものでなければならない。この方法は、幾つかの場
合には満足すべきものであったが、或る種の状況では苛
酷な「スロッピング（吹出し、Ｓｌｏｐｐｉｎｇ）」を
惹起しやすい。「スロッピング」は、金属の気体吹込精
錬に共通の冶金現象であり、精錬されている溶傷上方に
形成されるスラグー金属ェマルジョン（乳濁体）がふく
れ上りそして精錬容器外へ溢れこばれる現象を云う。ス
ロッピングが起ると、収量が減ずるだけでなく、近くの
作業者にとっても危険である。ＡＯＤ精錬中次の因子が
溶鋼のスロッピング額向を増大することが見出された：
１ 急速な一酸化炭素放出。

２ 商いガス（アルゴン及び／或いは酸素）吹込速度。

３ 精錬炉内の自由空間が狭小であること。４ スラグ
−金属ェマルジョンの形成。

本発明の目的は、炭素鋼、低合金鋼及び工具鋼のような
鋼の表面下気体吹込み精錬中スロッピングを回避し、同
時に再吹きを必要とせずまた過剰の耐火材劣化を招く温
度に達することなく所望の出鋼温度を得る方法を提供す
ることである。

要約すると、本発明は、溶鋼に、酸化性燃料物質を、総
鋼が実質上仕様炭素量まで脱炭された後或いは炭素含量
が０．５０％以下に落ちた後の時点で、精錬期間の終り
において所望の出鋼温度を得るに充分の量において添加
することから成る、燃料添加物質を必要とする溶鋼の表
面下気体吹込精錬中スロツピングを防止し同時に落陽温
度を管理する為の方法にある。ここで使用される「酸化
性燃料物質」という用語は、その酸化が製鋼温度におい
て熱力学的に炭素に優先しそして酸素単位当り高い発熱
量を有する、即ち１気圧７びＦで測定して酸素標準状態
ｆｔ３当り１００肥りＵ（０℃及び１気圧において９．
６×１ぴｃａｌ／で）以上の発熱量を有しそしてその蒸
気圧が鉄のそれを実質上越えない物質を意図するもので
ある。

アルミニウム、珪素及びジルコニウムが有用な酸化性燃
料物質の例である。アルミニウムが、本発明において使
用するに好ましい物質でありそしてアルミニウム金属或
いは合金として添加されうる。好ましい気体吹込法はＡ
ＯＤ法である。

本発明は、落陽の温度を増大する為装入溶湯中に含まれ
る量を越えて酸化性燃料物質の添加を必要とする任意の
鋼落陽におけるスロッピングを防止するのに応用しうる
。

低炭素鋼のＡＯＤ精錬において、高い炭素水準において
、炭素除去率は酸素吹込速度に依存する。

酸素吹込速度が増大するにつれ、脱炭及びスロッピング
双方の煩向が増大する。しかし、熱損失への考慮は、ス
ロッピング或いは耐火材の劣化と遭遇することなく酸素
吹込速度をできるだけ高く維持することを必要とする。
その為、酸素吹込速度を厳しく制約することによりスロ
ッピングに対処することは現実性がない。容器設計が適
正でなくまた熱寸法が適正でないと自由空間容積が小さ
くなる。

容器内にスラグェマルジョンが形成された後スロッピン
グが起るから、ェマルジョンを収容するべく大きな自由
空間容積を持つようにすることが望ましい。前記米国特
許第４１８７１０２執こよって教示される方法は、有効
に温度管理を行いうるが、充分に解明されていない理由
の為に幾つかの状況ではスロッピングを生ぜしめる。

本発明は、すべての場合においてスロッピングを回避す
る。本発明は、高い炭素水準と高い温度の組合せが脱炭
中スラグー金属ェマルジョンの存在と併存しないことを
保証することによりスロッピングを防止せんとするもの
である。

一酸化炭素形成の為の駆動力は、脱炭温度を下げること
により低下される。脱炭が実質上完了するまでアルミニ
ウム或いは他の発熱酸化性物質を添加しないことにより
もっと低い脱炭温度が得られる。追加的に、泡立ちェマ
ルジョソを形成する傾向の比較的少し、状態にスラグを
維持することは、実質上の脱炭が起るまでアルミニウム
のような発熱性物質を全く添加しないことにより保証さ
れる。充分に低い炭素水準、即ち約０．５０％において
、スロツピングの危険は去ることが判明した。上記段階
はスロッピングを避け、同時に精錬及び出鋼温度を管理
する。

脱炭中、浴温は、早期脱炭前或いはその際中に溶湯中に
存在する珪素及び金属の酸化により一定に維持されるか
或いは増大される。実質上の脱炭に続いて、充分量のア
ルミニウム或いは他の酸化性物質が、全体精錬工程の還
元及び仕上げ段階に先立って必要に応じ港湯温度を維持
若しくは増大する為に添加される。溶湯へのアルミニウ
ム或いは他の酸化性物質の添加は、溶湯の温度が続いて
の発熱精錬段階が起ることを許容するに充分増加するよ
うな制御された量とすべきである。幾つかの場合、脱炭
が完了する前或いは開始される前にすら、３５％ものア
ルミニウム部分を添加することが望ましい。これは、例
えば、所要の炭素の添加の先立って相当に酸化された落
陽を脱酸する為に望ましい。炭素は、溶湯を脱ガスする
のを助成する為の充分のＣｑ橋気を保証する為添加され
うる。第１図は、本発明に従って精錬された炭素鋼落陽
（曲線Ａ及びＢ）並びに前記米国特許第４１８７１０２
号の先行技術により精錬した溶湯（曲線Ｃ）の代表的温
度様相を例示する。

曲線Ａにおいて、酸化性物質（アルミニウム）は脱炭が
実質上完了した後に添加される。その時点で、アルミニ
ウムが添加されて、仕上げ段階（点線で示す）の終りに
おいて溶湯が少くとも所望の出鋼温度にあるようにする
に充分の熱を与える為に出鋼温度以上の所望の水準にま
で温度を持ちきたす。曲線Ｂにおいて、総アルミニウム
量の約１／３が脱炭前に添加される。アルミニウムの添
加は、溶湯温度を約１０００Ｆ（５５．５℃）増大せし
める。その後、脱炭が完了した時、残量のアルミニウム
が添加されて、溶湯温度を仕上げ段階の終りにおいて適
正な出鋼温度を保証する所望の水準に高める。曲線Ｃは
、アルミニウム並びに珪素或いは他の酸化性の遅い元素
のすべてが脱炭前に添加された結果を示し、ここではス
ロツピングが起りやすい。例１ ＨＹ−８億綱の４４０００正ｂ（２００００ｋ９）が２
５ショートトン（２３メートルトン）のＡＯＤ精錬容器
において製造された。

菱入物は、アーク炉内で還元性条件下で溶解された。１
３６０１ｂ（６２０ｋ９）の石灰が、溶湯をアーク炉か
らＡＯＤ容器に移す前にＡＯＤ容器に袋入された。

その後、２４００州ｃｆｈ（７０Ｔ及び１気圧における
標準状態ｆｔ３／時間 即ち１０．磯Ｍ３／分）の酸素
及び８５０州ｃｆｈ（３７ＮＭ３／分）のアルゴンが、
落陽を脱炭しそして珪素を除去する為従来からのＡＯＤ
精錬法に従って溶湯中に吹込まれた。容器操業はＡＯＤ
吹鎌２７分後一旦停止された。温度は３０５５０Ｆ（１
６８０ｑＣ）として測定された。５０１ｂ（２３ｋ９）
のニッケルと３８ｂ（１６ｋ９）のモリブデンが合金添
加剤として加えられた。

１１９ｂ（５２ｋ９）のアルミニウムが熱発生の為添加
された。

その後、ＡＯＤ精錬がもう４分行われた。この吹精の終
りにおける温度は３１１００Ｆ（１７１０℃）であった
。その後、３７３ｂ（１７０ｋ９）の７５％ＦｅＳｉが
合金添加剤として加えられそして溶湯はアルゴン単独で
４分間縄拝された。溶傷成分サンプルが採取されそして
仕上げ合金添加が為されそしてアルゴンで鷹拝された。
溶湯は２９３００Ｆ（１６１０℃）で洋出された。スロ
ッピングは起らなかった。アルミニウム添加の時点での
炭素含量は仕様炭素含量通りの０．１７％であった。例
２ 山ＳＩｌＯ３＄鋼の７４０００１ｂ（３３６００ｋ９）
落陽が４０ショートトン（３６メートルトン）ＡＯＤ容
器において処理された。

溶湯は、塩基性脱燐スラグを形成するべくミルスケール
と充分量の石灰及び石灰岩を使用して０．０６％Ｃまで
アーク炉において脱炭された。炉はスラグ排出されそし
て洋出された。２５５０１ｂ（１１６０ｋｇ）の石灰が
ＡＯＤ容器に予備装入された。

アーク炉からの鋼及び１００１ｂ（４５ｋ９）のアルミ
ニウムがその後ＡＯＤ容器に装入されそしてアルゴンで
１分間縄拝された。５５０１ｂ（２５０ｋ９）の標準フ
ェロマンガン及び６５０１ｂ（３００ｋ９）のグラファ
ィトが添加された。

溶湯はその後７５００皿ｃｆｈ（３２．磯Ｍ３／分）の
酸素及び２５００州ｃｆｈ（１０．州Ｍ３／分）のアル
ゴンで吹銭され、溶湯を脱炭しそして珪素を除去した。
８分のアルゴン−酸素吹鏡後、容器は操業を一旦停止さ
れた。温度は２８５０で（１５６５℃）であった。７０
０１ｂ（３１７【９）の７５％ＦｅＳｉが容器に添加さ
れそしてアルゴン単独で４分間燈拝された。

溶湯は２繋げＦ（１６４０℃）で出鋼された。スロッピ
ングは起らなかった。アルミニウム添加時の炭素含量は
０．２８％Ｃ即ち仕様炭素含量であった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明及び先行技術の吹鎌過程の温度様相を示
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶鋼に、酸化性燃料物質を、溶鋼が実質上仕様炭素
   量まで脱炭された後或いは炭素含量が０．５０％以下に
   落ちた後の時点で、精錬期間の終りにおいて所望の出鋼
   温度を得るに充分の量において添加することから成る、
   燃料添加物質を必要とする溶鋼の表面下気体吹込精錬中
   スロツピングを防止し同時に溶湯温度を管理する為の方
   法。 ２ 気体吹込精錬がアルゴン−酸素脱炭プロセスである
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 鋼が、炭素鋼、低合金鋼及び工具鋼から成る群から
   選択される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 酸化性燃料物質がアルミニウムである特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ５ 添加される燃料物質の３５％までが溶湯が仕様炭素
   量に実質上脱炭される前に添加される特許請求の範囲第
   １〜４項のうちのいずれかに記載の方法。