JPS6029409A - 溶鋼の脱炭・脱燐法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶鋼の脱炭・脱燐法、特に、工業的にみて実
用性の高い、極低焼鋼を製造するための脱炭・脱燐法に
関する。

高炉等より出銑した溶銑中にはＣ＋Ｓ、ＰｔＳｉなどの
成分が多量に含まれているため、これらを後続工程の転
炉吹錬によって精錬して、一般的には、Ｃ５０，２％、
Ｓ　＜　０．０３％、Ｐ＜０．０３％、Ｓｉ＜０．０１
％にまでそれぞれ低下、除去して鋼材として使用に供し
て（１）る。

しかし、鋼材の使用状況は近年ますます厳しし）ものと
なっており、例えば、北極圏等においては低温構造材と
して極低温の厳しい環境下で使用され、また海洋構造材
としても高腐食性の環境下で使用されている。したがっ
て、このように厳しい状況下で使用される鋼材には所要
材料特性を発揮させるためにもその高品質化が要望され
ており、しかもそのような要望はますます高まってきて
いる。

かかる高品質化に対応するには不純物としてのＳ。

Ｐなどを除去すること、高価な合金元素を添加して高合
金化を図ること等が考えられるが、高合金化を図る場合
にあっても、その歩留りを改善するためには不純物の除
去が不可欠である。また、Ｃについても、耐食性、溶接
性さらには靭性を改善すべく炭化物の析出を可及的に防
止するために、その低下が望まれている。

ところで、特に鋼の靭性を害すると考えられているＳに
ついては、従来よりその除去方法が種々研究、検討され
、その一部はすでに実施されており、今日では、例えば
溶銑予備処理法によりＳ＜０．００３％の極低硫鋼が実
用化されている。

一方、Ｐについては、溶銑予備処理の際、または転炉吹
錬の際にＣａまたはＮａなどの化合物を溶湯に添加する
ことによって酸化除去することができるが、しかし、Ｐ
の場合、他の元素、例えばＣ＋Ｓｉ等のような強力な除
去手段がないため、必ずしも満足のゆく除去が行われて
いるわけではなかった。工業的には、例えば、Ｃａ化合
物を使ったＣａ系フラックスによる場合、Ｐ≧０．０２
％が限界と考えられており、また、Ｎａ化合物を使った
Ｎａ系フラックスによる場合、Ｐ≧０゜０１％が限界と
考えられている。

なお、近年、Ｎａ２０−３ｉ０２　（メタ珪酸ソーダ）
系フラックスを用いて転炉吹錬後の取鍋精錬時に脱燐を
行う、Ｐ≦０．００５％の極低焼鋼の製造方法が提案さ
れているが、メタ珪酸ソーダは極めて高価であり、かか
る方法の実用化には問題がある。

更に、ＣについてはＣ含有量を０．０１％以下に低下さ
せるには別工程として真空処理等の操作の複雑な処理を
必要としているが、かかる処理はそれ自体が高価である
ばかりでなく、処理容量が小さいため製造コストは著し
く高いものになっている。

このように、特に脱燐法にあってメタ珪酸ソーダを利用
する方法、また脱炭法にあって真空処理を必要とする方
法などは、その処理コストが高いこともあって、例えば
汎用鋼材としての大量生産鋼種への実用化は困難である
。

かくして、本発明の目的とするところは、低炭素・極低
焼鋼の製造に際して価格的にも十分実用化可能で、かつ
効果的な脱炭、脱燐法を提供することである。

また、本発明の別の目的は、高合金鋼あるいは低合金鋼
の溶鋼予備処理として、容易かつ工業的に実用可能な脱
炭・脱燐法を提供することである。

ところで、従来にあっても、溶銑予備処理での脱硫・脱
燐用としてナトリウム系フラックス、主としてＮａ　２
　Ｇｏ　３　（ソーダ灰）が用いられており、かがるソ
ーダ灰での脱燐能については広く知られていた。

しかし、従来知られていたのは溶銑の脱燐についてであ
って、１６００℃を越えるような高温度での溶鋼に関し
ては全く未知のものであり、未反応のまま昇華してしま
うか、あるいは激しい反応により溶鋼が飛散してしまう
か等が考えられていたに過ぎない。工業的に実験も検討
も行われたことはなかった。実際、本発明者らの予備実
験の結果からも／８湯の沸騰現象およびナトリウムガス
の飛散は激しく起こってしまい脱燐までは至らなかった
。

かくして、本発明者らは、上記のような目的を達成すべ
く種々研究の結果、ソーダ灰などの炭酸ナトリウム塩を
溶鋼に添加するに際し、特定条件下で処理することによ
り、過激な反応を抑制して効率良く脱燐ができるととも
に脱炭も予想外に促進されることを見い出して、本発明
を完成したものである。

すなわち、まず、ソーダ灰と溶鋼との化学反応としては
主として次のものが考えられる：Ｎａ２ＣＯ３＋２Ｃ−
２Ｎａ　（ｇ　）　＋３ＣＯ・・・（１）Ｎａ２ＣＯ３
＋Ｆｅ　＝２Ｎａ　（ｇ　）　＋ＰｅＯ＋ＣＯ２・・・
　（２） Ｎａ２ＣＯ３＋　４１５　Ｐ　＝Ｎａ’２０　＋　２１
５　Ｐ２０５　＋Ｃ・・・　（３） これらの中、式（１）、（２）の反応はＮａ分の損失を
もたらす反応であるが、式（２）の反応は進行が遅い。

また、式（１）の反応は、−酸化炭素の発生による溶鋼
の沸騰現象が起こるとともに、Ｎａ　（ｇ）、つまりナ
トリウムガスを主とする白煙を発生して激しく進行する
ため、従来、特に高温領域では溶鋼のソーダ灰処理がで
きないと考えられていた。しかしながら、本発明者らは
、予め溶鋼の転炉吹錬によって、Ｃ５０，１０％に調整
することによって、式（２）の反応を抑制しつつ、式（
１）の反応を穏やかに進行させ得ることを見い出したの
である。

更に、脱燐を支配する式（３）の反応については、この
反応にはスラグ中の塩基度（Ｎａ　２０　／　ＳｉＯ２
）が大きく関係しており、塩基度を上げるとそれだけ式
（３）が速やかに進行して、脱燐効率が上昇することが
見い出された。その場合、転炉吹錬終了時点でＳｉはほ
ぼ全量スラグとなり、溶鋼表面に浮上しているため、該
スラグ中の５ｉ０２と同量以上のＮａ２Ｏ分を添加する
ことが肝要である。つまり、Ｎａ２Ｏ／Ｓｉ０２≧１と
することである。なお、かかる塩基度の調整に関して、
ナトリウム炭酸塩にかえて、ナトリウム酸化物としての
メタ珪酸ソーダを使用しても、メタ珪酸ソーダの塩基度
はＮａ２０　／　５ｉ０２　＝１．０であるから、たと
え大量に添加しても塩基度が１を超えることはない。し
たがって、ナトリウムガスの生成を抑制するために一部
メク珪酸ソーダを使用する場合でも、塩基度調整のため
には他のＮａ２Ｏ源の添加、つまりソーダ灰の添加が必
要であることが分かった。

ここに、本発明の要旨とするところは、炭素０．１％以
下、酸素２００ｐｐｍ以上にまで転炉吹錬により精錬さ
れた溶鋼に、ナトリウム炭酸塩を含有するフラックスを
添加することを特徴とする、溶鋼の脱炭・脱燐法である
。

好ましくは、本発明にあっては、脱珪および／または脱
硫処理を行った溶銑を転炉吹錬して得た溶鋼にナトリウ
ム炭酸塩を含有するフラックスを添加する。

ここで、本発明における前述の如き脱炭・脱燐機構につ
いてまとめて説明すると次の通りである。なお、以下の
説明にあっては、ナトリウム炭酸塩を含有するフラック
スとして、ソーダ灰（Ｎａ　２　ＧＯ３）を使用した例
についてのみ言及しているが、本発明はその性質上それ
にのみ制限されるものでないことは理解されよう。

まず、予め転炉吹錬によって溶鋼中のＣ含有量を０．１
％以下に調整することによって、前記式（１）の反応は
十分に抑制され、過度のＣＯガスおよびナトリウムガス
の発生はなくなり、一般に１６００°Ｃ以上という高温
下の溶鋼にあっても、脱炭反応は比較的穏やかに進行す
る。好適態様にあっては、一般にはこのときの炭素含有
量は０．０５％以下、好ましくは０．０３％以下である
。

このように、本発明にあっては、炭素含有量の絶対量を
低下させることによって、式（１）の進行を緩和させる
のであるが、予想外にも、式（１）による脱炭は従来特
殊な真空処理によってのみ可能とされていた水準にまで
炭素含有量を低下させ得ることが分かった。

一方、脱燐反応は式（３）に従って進行するが、本発明
にあっては上述のように式（１）の反応が一部抑制され
るため相対的に式（３）が促進され、さらに式（１）の
反応によるＮａロスが少なくなるためにナトリウム炭酸
塩を添加すると、スラグの塩基度をその添加量に応じて
増加することになり、それにともなって脱燐反応も進行
する。そして、このような、脱燐反応に及ぼすナトリウ
ム炭酸塩添加の相乗的効果には著しいものがある。

本発明において、式（１）の反応によるナトリウムガス
の発生を抑制するため、このナトリウム炭酸塩の一部を
、例えばメタ珪酸ソーダによって置き換えてもよい。な
お、式（３）によれば、炭素が一部遊離されてくるが、
これは大部分酸化されてＣＯガスとなり、また、式（１
）の反応にしたがって、ソーダ灰によって除去される。

ここに、本発明において利用されるナトリウム炭酸塩と
しては、Ｎａ　２　ＣＯ３（ソーダ灰）、Ｎａ１（Ｃｏ
　３　（炭酸水素ナトリウム）、ＫＮａＣｏ　３（炭酸
ナトリウムカリウム）などが例示されるが、最も一般的
にはソーダ灰が好ましい。さらに、トロナ灰、マガジ灰
等Ｎａ　２　Ｇｏ　３とＮａ１ｌＣ０３を主成分とする
鉱石を塊状もしくは粉状にしてそのままフラ・ノクスと
して用いることもできる。

次に、本発明によれば、溶鋼中の酸素量、つまり溶存酸
素量は２００ｐｐｍ以上に制限される。通常、転炉吹錬
後の溶鋼中には、溶鋼中炭素量が少なくなるほど、それ
だけ多量の酸素が含有されており、本発明にあっても、
式（３）によって脱燐反応が進行する場合、溶鋼中酸素
量が多いと酸素ボテンシャルが高まり、かかる脱燐反応
が強力に進行すると同時にＮａ系フラックスより発生し
た０２源が無駄に鋼中に吸収されるのを防止できる。し
たがって、本発明においては、鋼中酸素量は多ければ多
い程望ましい。本発明においては、Ｃ５０，１％に制限
しているから、このときに含有される酸素量として２０
０ｐｐｍを下限とする。好ましくは、鋼中酸素量は３０
０ｐｐｍ、さらに好ましくは、５００ｐｐｍ以上である
。

ところで、Ｐは転炉などで通常紙を吹錬・出鋼し、次い
で同じ転炉で、極低焼鋼用の溶銑を入れて吹錬を行うと
、炉壁などに付着したスラグなどより溶銑中にＰが移る
、いわゆる燐ピツクア・ノブの現象が見られる。しかし
、本発明によればそのような燐ピ・ツクアップにもかか
わらず、効率的な脱燐反応が行われることがｆ１認され
た。したがって、極低焼鋼用の専用の転炉を設ける必要
はもちろん、転炉への溶銑装入に先立って特別の作業な
どを行う必要もなく、この点からも安価な操業を可能に
する。

なお、本発明において、ナトリウム炭酸塩を含むフラッ
クスを溶鋼に添加する方法としては、転炉吹錬完了後そ
のまま転炉内の溶鋼に添加すると同時に、転炉下部に設
けた羽口より溶鋼に対して不活性力スを吹き込んで溶鋼
の攪拌を行う方法、もしくは出鋼後の取鍋中で、前記の
ような添加を行う方法のいずれでもよいが、溶鋼上面の
スラグは少なくすれば少なくする程、脱炭・脱燐効率は
良くなることから、スラグを除去してから取鍋中で添加
するのが好ましい。

脱炭・脱燐後は、そのままあるいはさらに必要により合
金元素添加などの処理を経て造塊工程（あるいは連続鋳
造工程）に送られる。

次に、本発明を実施例に関連させてさらに説明する。

スＪＬＬＬ 高炉からの溶銑を次の工程順にしたがって処理を行った
。このときに各工程での溶銑、溶鋼の成分は第１表に示
す通りであった。

（ｉ）溶銑をトピードに受けた後、酸化鉄を主成分とす
る焼結鉱を溶銑１トン当たり２３ｋｇだけ溶銑中に添加
して脱珪処理を行った。

（ｉｉ）次いで、溶銑をトピードより受銑鍋に移してス
ラグを除いてから、溶銑１トン当たり４ｋｇのＮａ２Ｃ
Ｏ３を吹き込み脱硫処理を行った。

（ｉｉｉ　）脱硫スラグを除去した後、本発明に係る処
理を行うため、上部より酸素ガスを、下部より羽目から
直接各種ガスを吹き込むことのできる構造の１５トン試
験転炉に上記溶銑を移し、この転炉内で溶銑トン当りス
ラグ形成剤（ＣａＯ）　１５ｋｇを添加して、上部より
酸素ガス、下部の羽口よりＣ０２ガスを吹き込むことに
より転炉吹錬を行った。

（ｉｖ）所定時間転炉吹錬を行ってから、下部羽目から
ＣＯ２ガスを吹き込み溶鋼の攪拌を続けながら、溶鋼上
部より連続的に２分間にわたって、溶鋼１トン当たり１
０ｋｇのＮａ　２　Ｇｏ　３を添加した。

第１表 上記表に示す結果からも明らかなように、本発明によれ
ば、ソーダ灰の添加という比較的簡便な方法にもかかわ
らず、０．０８５％から０．００８％にまで脱燐が行わ
れたばかりでなく、併せて炭素も０．０１％にまで除去
し得た。通常、０゜０１％以下という炭素含有量は特殊
な真空処理によらなければ達成できない水準である。

人妻ｌ引影 本例にあっても、高炉からの溶銑を次の工程順にしたが
って処理を行った。このときに各工程での溶銑、溶鋼の
成分は第２表に示す通りであった。

（ｉ）溶銑をトピードに受けた後、溶銑１トン当たり５
．５　ｋｇのＮａ　２　ＣＯ３を溶銑中に添加して脱硫
処理を行った。

（ｉｉ）次いで、溶銑をトピードより受銑鍋に移してス
ラグを除いてから、本発明に係る処理を行うため、実施
例１で使用したと同じ１５トン試験転炉に上記溶銑を移
し、この転炉内で溶銑１　トン当たり７０ｋｇのスラグ
形成剤（ＣａＯ）を添加して、上部より酸素ガス、下部
の羽目よりＣＯ２ガスを吹き込むことにより転炉吹錬を
行った。

（ｉｉｉ　）所定時間転炉吹錬を行ってから、スラグ切
りを行いながらｉ９鋼を取鍋に移し、次いで取鍋下部か
ら計ガスを吹き込み溶鋼の攪拌を続けながら、溶鋼上部
より、溶鋼１トン当たり３．５　ｋｇのＮａ　２　Ｃｏ
　３を添加した。

第２表 ■ ：） 第２表にまとめて示す結果からも明らかなように、本発
明によれば、ソーダ灰の添加という比較的簡便な方法に
もかかわらず、０．００９％から０．００４％にまで脱
燐が行われたばかりでなく、併せて炭素も０．０１％に
まで除去し得た。

１里拠１ 本例では、実施例１を繰り返したが、その場合、転炉吹
錬後に溶鋼に添加する溶鋼脱燐剤に、メタ珪酸ソーダを
混入して、スラグ塩基度を種々変化させて、そのときの
スラグ中のＰ２Ｏ５と溶鋼中のＰ含有量との比をめた。

結果は添付図面にグラフで示す。

図示結果からも明らかなように、工業的には脱燐効果の
評価としてスラグ中のＰ　２ｏ’ｓ濃度、つまり（Ｐ２
．Ｏ５）と、ｉ鋼中（７）ｐＨ度、つまり〔Ｐ〕との比
、（Ｐ　２０　ｓ　）　／　（Ｐ）　＝２００以上は必
要であり、したがって、これよりスラグ塩基度はｉ、ｏ
　にｌ上必要であることがわかる。

以上、本発明を詳述してきたが、すでに当業者には明ら
かなように、本発明に係るソーダ灰（Ｎａ　２　Ｃ０３
）による溶鋼の脱炭・脱燐法は、溶銑予備処理（脱硫、
脱珪）と組み合わせることにより、低炭素の極低焼鋼の
製造を容易且つ安価なものとすることができる。

かくして、本発明は安価な処理剤を利用して優れた極低
焼鋼を比較的容易に製造可能とするなど、工業的に優れ
た方法であり、斯界に寄与するところ大なるものがある
。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明方法における（Ｐ２０ｓ）／（Ｐ〕の
比とスラグ塩基度との関係を示すグラフである。 出願人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士　広　瀬　章　− ０，２０，４０，６１，０２４６１０２０（Ｎａ２０）
　／　（ＳｉＯ２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 転炉吹錬により炭素０．１％以下、酸素２００ｐｐｍ以
   上にまで精錬された溶鋼に、・ナトリウム炭酸塩を含有
   するフラックスを添加することを特徴とする、溶鋼の脱
   炭・脱燐法。