JPS6029410A - 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ｖ４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、Ｐ、Ｓｊ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
ている。

しかし、鋼材の使用状況は近年まずまず厳しいものとな
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５＜Ｑ、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／８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，Ｓｔ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系フランクスによる場合、Ｐ２Ｏ，０
２％が限界と考えられており、また、Ｎａ化合物を使っ
たＮａ系フランクスによる場合、Ｐ２Ｏ。

０１％が限界と考えられている。

なお、近年、Ｎａ２Ｏ−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、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化可能な
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
　Ｃｏ　３　（ソーダ灰）が用いられており、かかるソ
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、溶鋼、しかも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溶湯の沸騰現象およびナト
リウムガスの飛散が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、そしてそれらを分割して添加することにより、過激
な反応を抑制して効率良く脱炭ならびに脱燐が予想外に
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どしては
主として次のものが考えられる：Ｎａ２ＣＯ３＋２　Ｃ
＝２　Ｎａ　（ｇ）　＋３ＣＯ・・・（１）Ｎａ２ＣＯ
３＋Ｆｅ　＝２Ｎａ　（ｇ）　＋ＦｅＯ＋ＣＯ２・・・
　（２） Ｎａ２ＣＯ３＋　４１５　Ｐ　＝Ｎａ２０　＋　２１５
　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ｙ８
＃ｌｉの沸騰現象を引き起こすとともに、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。そのため、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のであった。

しかしながら、本発明者らは、予め行なう転炉吹錬によ
って、溶鋼の炭素量をＣ５０，１０％に調整することに
よって、式（２）の反応を抑制するとともに、式（１）
の反応をも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、Ｃ５
０，０２％になるとそれが優先的に進行して式（１）の
反応は極めて小さくなることが見い出された。

また、この反応にはスラグ中の塩基度（Ｎａ　２０　／
　５ｉ０２）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。すなわち、転炉吹錬終了時点
でＳｔはほぼ全量スラグとなり、溶鋼表面に浮上してい
るため、当初脱燐反応が十分に進行しない間はともかく
、Ｃ５０，０２％になったならばスラグを溶鋼から分離
することが必要であって、それによりスラグ塩基度を上
げることが肝要である。つまり、Ｎａ　２０　／　Ｓｉ
Ｏ２≧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Ｎａ　２０　／　５ｉＯ２−１，０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、少なくとも一部ソーダ灰の添加が
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・７クス
を添加して炭素０．０２％以下にまで脱炭し、次いで、
スラグ分離後、該溶鋼にナトリウム炭酸塩を含有するフ
ラックスをさらに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。

ここに、本発明の好適態様にあって、上記ナトリウム炭
酸塩を含有するフラックスは、脱硫後、Ｃ５０，１％に
まで転炉吹錬された溶鋼に転炉内において添加されるが
、一方、スラグから分離された溶鋼に添加される同じく
ナトリウム炭酸塩を含有するフラックスは、転炉から取
鍋に出鋼中のあるいは出鋼後の、つまりスラグから分離
された溶鋼に添加される。

かくして、後から添加されたナトリウム炭酸塩は溶鋼面
に塩基度（Ｎａ２０　／　５ｉＯ２）の高いスラグを形
成し・これにより前記式（３）で示される脱燐反応が速
やかに進行するのである。

なお、スラグと溶鋼との分離は転炉内において行いその
まま転炉内で続けてナトリウム炭酸塩を添加しても、あ
るいは上述のようにスラグ切りをしながら出鋼するとき
のその溶鋼流に、あるいはそのようにして出鋼した取鍋
内溶鋼に添加しても良い。

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（Ｎａ２ＣＯ３）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℃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。

次いで、脱炭・スラグ分離後に添加されるナトリウム炭
酸塩による脱燐反応は式（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）の反応から分離さ
れて行われるため、しかもスラグ分離を行ってから添加
されるため相対的に式（３）が促進され、さらにすトリ
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ガスになり、一部は、式（
１）の反応にしたがって、新たに添加されてくるソーダ
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、Ｎａ２ＧＯ３（ソーダ灰）、Ｎａ１ｌＣＯ３（
炭酸水素ナトリウム）、ＫＮａＣＯ３（炭酸ナトリウム
カリウム）ｅｔｃが例示されるが、最も一般的にはソー
ダ灰が好ましい。これらは単味で使用されてもよく、さ
らにはすでに述べたように、メタケイ酸ソーダなどのナ
トリウム酸化物との混合物として使用されてもよい。さ
らに、トロナ灰、マガジ灰等Ｎａ２ＣＯ３とＮａ１ｌＣ
Ｏｓを主成分とする鉱石を塊状もしくは粉状にしてその
ままフラッ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（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
量が多いと酸素ポ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。２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、転炉吹錬された／８鋼の炭素量をＣ
５０，１％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２００ｐｐｍを下限とする。好ましくは、
鋼中酸素量は３００ｐｐｍ、さらに好ましくは、５００
ｐｐｍ以上である。ちなみに、Ｃ＝０．０２％でほぼ８
０．０ｐｐｍ以上である。

ところで、Ｐは転炉などで通常銑を吹錬・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
、いわゆる燐ビックアンプの現象が見られる。しかし、
本発明によればそのような燐ピッ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確認された。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、溶鋼表面がスラグ
で覆われている転炉自溶鋼に添加する場合、／８鋼中に
直接粉体を吹き込むインジェクション法が好ましい。そ
の場合、転炉下部に設けた羽目より、溶鋼にたいして不
活性なキャリアガスと共にフラックスを吹き込む方法、
さらに、サブランス等を転炉上部より溶鋼中に先端部の
み浸漬するまで垂下させて溶鋼中に粉体を吹き込む方法
がある。なお、上部よりランス先端を溶鋼に浸漬させる
ことなく、該ランス先端より溶鋼表面へ高速流の不活性
キャリアガスを噴射し溶鋼表面のスラグを押しのけた後
、粉体を該キャリアガス中に添加し溶鋼上面より粉体を
侵入させることもできるが、その際、溶鋼中に入れ切れ
ないフラックスはスラグ中に捕捉されるためフラックス
原単位（溶鋼重量当たりのフラックス所要量）は悪化す
る。

取鍋内の溶鋼に対しては前記のいずれの方法でも可能で
あるが、溶鋼表面のスラグが極めて少ないことから、上
部吹き付は法でも効果があるが、特に、転炉より取鍋に
出鋼する際の溶鋼の落下刃を利用して、出鋼と同時に粉
体を添加する方法が、取鍋内で粉体と／′ｇ鋼とが十分
に攪拌混合され、脱燐が効率的に行えるということから
好ましい。

このようにして脱炭・脱燐を行った後は、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。

実ＪＩＮ引［ 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、溶銑１トン当たり５
．５　ｋｇのＮａ　２’　Ｃｏ　３をこのトビード内溶
銑中に吹き込み脱硫処理を行った。

（ｉｉ）次いで、脱硫済の溶銑をトピードより注銑鍋に
移してスラグドラッガーにより溶鋼表面のスラグを除い
てから、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（Ｃａ
Ｏ）を添加して、上部より酸素ガス、８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、上部より
粉体吹き込みランスをｆ６鋺中に侵入させ、Ｃ０２ガス
をキャリアガスとして、溶鋼１トン当たり３．５　ｋｇ
のＮａ２ＣＯ３を溶鋼に吹き込んで溶鋼脱炭処理を行っ
た。

（ｉｖ）転炉より取鍋にこの脱炭処理済溶鋼をスラグ切
りしながら出鋼させ、そのときの溶鋼流に対して溶鋼１
　トン当たり４　ｋｇのＮａ　２　ＣＯ３粉体を添加し
て脱燐処理を行った。

第１表 １−涜 １−溶 陣 ｌ在 ｋ” 脱 ■ 上掲表にまとめて示す結果からも明らかなよう較的簡便
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．
００９％にまで除去し得た。特に、０．００９％と云・
う炭素含有量は高価な真空処理を行わねば達成されない
極低炭素の領域である。

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、極低炭素の極低精鋼
の製造を容易且つ安価なものとするこ吉ができる。

かくして、本発明は安価な処理剤を利用して優れた極低
炭素・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。

出願人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士　広　瀬　章　−

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して炭素０．０２％以下にまで脱炭
   し、次いで、スラグ分離後、該溶鋼にナトリウム炭酸塩
   を含有するフラックスをさらに添加することを特徴とす
   る、溶鋼の脱炭・脱燐法。