JPS6086204A - 低炭素・低燐鋼の製造方法 - 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、工業的にめで実用性の高い低炭素・低燐鋼の
製造方法に関する。

高炉等より得られた溶銑中にはＣ，Ｓ、Ｐ、Ｓｉなどの
成分が多環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す厳しいものとな
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ず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ｉｔｌ
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
ご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、Ｓ等を除去する場
合のような強力な除去剤がないため、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、２９０６０２％が限界と考えられており、また、Ｎ
ａ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、転炉吹錬後の取鍋精錬時にＮａ　２０−３
ｉ０２　（メタ珪酸ソーダ）系フラックスを用いて脱燐
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１、
経済性の点からもかかる方法の実用化には問題がある。

更に、ＣについてはＣ５０，０１％にまで低下させるに
は前工程として真空処理等、操作の複イ（（なかつ高価
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（、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、価格的にも十
分実用化可能で、かつ効果的な脱炭、脱燐法にもとすく
低炭素・低ｔ’ｌＥ鋼の製造方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・脱燐法にもとすく低炭素・低３′Ａ鋼の製造方法
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
ーダ灰での溶銑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
実験も検問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鋼の沸騰現象およびすトリ
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。

このような状況にあって本発明者らは永年研究を続けて
、先に、炭素０．１％以下、酸素２００ｐｐｍ以」二の
溶鋼にすトリウム炭酸塩を含有するフラックスを添加す
る脱炭・脱燐法について提案した（特願昭５８−１３５
９６６号）が、さらに研究を続けたところ、ここに、滓
のない状況で７８鋼に上記すトリウム炭酸塩含有フラッ
クスを添加すると、フラックスの損失がないこと、７！
塩基度の調整を必要としないことの相乗的効果によって
、予想外にも脱淡ばかりでなく脱炭も著しく促進される
ことを見い出した。ざらに、一方、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９、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。

かくして、本発明は、低炭素・低燐鋼の製造に際し、真
空脱炭処理等の高価な処理を必要とせず、しかも従来よ
り問題であった脱鱗と同時に脱炭も合わせて効率良く行
える転炉内脱炭・脱燐法を提供するものであり、その要
旨とするところは、転炉吹錬に先立ってまずＳｉＳ２．
１％、好ましくはＳ≦０．０１％、ＳｉＳ２．１％とず
べく溶銑予備処理を行い、充分に滓を除去してから、次
いで必要により添加される耐火物保護剤の添加のみで、
造滓剤を実質」二添加することなく、転炉内でｉ！！素
吹錬して炭素０．１％以下、酸素２００ｐｐｍ以上の／
ＳＳｉ２し、続いてその転炉自溶鋼にすトリウム炭酸塩
を含むフラックスを添加して１（２炭脱３Ａを行うこと
を特徴とする、低炭素・低域鋼の製造方法である。

さらに、本発明は、転炉吹錬に先立ってまずＳｉＳ２．
１％、好ましくはＳ≦０．０１％、ＳｉＳ２．１％とず
べく溶銑予備処理を行い、充分に滓を除去してから、次
いで必要により添加される耐火物保護剤の添加のみで、
造滓剤を実質」二添加することなく、転炉内で酸素吹錬
により炭素０．１％以下、酸素２ｏｏｐｐｍ以上の溶鋼
とし、引続き転炉内にて前記溶鋼にナトリウＪ・炭酸塩
含有フラックスを添加して脱炭そして脱燐を行い炭素０
．０２％以下とし、取鍋に出鋼時または出鋼後にさらに
ナトリウム炭酸塩含有フラックスを出鋼溶鋼流もしくは
取鍋内溶鋼に添加して最終脱燐を行うものである。

このように、本発明にしたがえば、転炉吹錬時の滓生成
を可及的にさげるため、転炉吹錬に先立って、好ましく
はまず、Ｓ≦０．０１％、ＳｉＳ２゜１％とずべく溶銑
予備処理を行って充分に滓を除去してから、次いで、必
要により添加される耐火物保護剤以外の添加剤を添加す
ることなく、転炉内で酸素吹錬によりＣ５０，１％、酸
素≧２００ｐｐｍの溶鋼とし、引続き転炉内の前記溶鋼
にすトリウム炭酸塩を含むフラックスを添加して脱炭お
よび脱燐を行う。上記フラックスの溶鋼への添加は、酸
素吸錬終了後、直に溶鋼表面に直接投入することで行っ
てもよいが、溶鋼攪拌用のガスに同伴させて該ガスと共
に溶鋼内に吹込むことにより行うのが好ましい。

溶銑予備処理としては、従来より種々の提案があり、本
発明はそのうち特定のものに制限されるものではない。

例えば、脱珪処理に関しては、高炉樋内またはトピード
（混銑車）内等にて溶銑中に酸化鉄等の酸素源を添加し
、溶銑中Ｓｉを５ｉ０２として除去してもよい。さらに
、脱硫処理に関しても、トピード内もしくは、注銑鍋内
において脱硫剤としてＣａＯまたはＮａ　２　ＣＯ３を
添加混合攪拌し、溶銑中のＳを陸生に移行させ、該滓を
排滓することにより分離除去してもよい。前述のように
、本発明に係る方法では、転炉内吹錬は吹錬時に滓を実
質上作らないが、もしくは滓が極めて少ない状態で行う
ため、特に滓生成を主として引き起こすＳｉ分を溶銑中
より除く必要があると同時に、転炉吹錬時に造滓剤（例
：脱硫・脱燐剤）を添加しないから、好適態様としては
予めＳ分をも低くしておく必要があり、一般にはＳｉＳ
２．１％、Ｓ≦０．０１％である。

なお、Ｓば、上述のように溶銑予備処理にて処理するの
が一般的であるが、転炉吹錬後の溶鋼にＣａ　−３ｉ　
（カルシリ）を添加し、脱酸と同時に脱硫を行ってもよ
い。ただし、Ｃａ−３ｉに他の不純物（例えばＣ等）が
含まれていると、脱硫後の溶鋼成分が変わるため、Ｃａ
−３ｉの純度を高くしなければならず、コスト的に高価
となるおそれがある。

序いでながら、鋼中Ｓは酸化雰囲気下では脱硫されない
ため、本発明において溶銑予備処理により脱硫されない
限り、ソーダ灰添加によっても高酸素含有鋼中からは除
去されない。

かくして、本発明にあっては、ＳｉＳ２．１％、Ｓ≦０
．０１％にまで溶銑の予備処理を行うことにより、転炉
内酸素吹錬時に、はとんど滓が生成することなく脱炭が
進行する。しかし、溶銑中の残留Ｓｉが滓化すると耐火
物浸食が進むため、溶銑中Ｓｉ量に合わせて、耐火物保
護剤としてＣａＯまたはＭ、Ｏ等を１０ｋｇ／溶鋼ｔｏ
ｎ以下の少量だけ添加して炉内耐火月の保護を図っても
よい。

次に、転炉内でＣ５０，１％、酸素≧２００ｐｐｍ、好
ましくは、Ｃ５０，０５％、酸素≧４００ｐｐｍにまで
溶製された、表面に実質上はとんど滓のない転炉内溶鋼
に対し、ソーダ灰（Ｎ８２ＣＯ３）等のナトリウム炭酸
塩を含むフラックスを添加し脱炭および脱燐処理を行う
。

ところで、すでに述べたように、従来より溶銑脱燐用と
してナトリウム系フラックス、主としてＮａ２ＣＯ３が
用いられており、該Ｎａ　２　ＣＯ３の溶銑脱燐能につ
いては知られている。しかし、高温度での７８鋼脱燐能
に関しては全く未知のものであり、未反応のまま昇華す
るか、または激しく反応して溶鋼飛散が起こるか等が考
えられ、工業規模での実験は行われていなかった。しか
し、本発明者らの知見によれば、溶鋼中の炭素分の低下
と共に反応の激しさも低下し、脱燐反応も進むのである
。

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： Ｎａ２ＣＯ３千２Ｇ　＝２Ｎａ　（ｇ）　＋３ＣＯ・・
・・（１）Ｎａ２ＣＯ３＋Ｆｑ　＝２Ｎａ　（ｇ　）　
＋ＦｅＯ→−ｃｏ２・・・・（２） Ｎａ２ＣＯ３＋４１５Ｐ＝Ｎａ２０　＋２１５Ｐ２０５
十〇・・・・（３） これらの式中、式（１）および（２）の反応はＮａ分が
消費されるだけの反応であるが、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。

一般には、式（］）の反応では、発塵が極めて多く、し
かも反応それ自体も激しいが、炭素量と発塵の関係で言
えば、溶鋼のＣをＣ５０，１％とすることにより、転炉
に通常備えられているＯＧ等のガス処理設備で集塵がで
き、実操業可能となる。なお、脱燐効率を上げるために
は、溶鋼炭素分は低い程良い。

一方、酸化された燐、つまりＰ２Ｏ５は陸生に固定され
るが、その場合、滓の塩基度（Ｎａ２０／Ｓｉ○２）が
重要である。このような滓の塩基度は、本発明者らの一
連の実験の結果によるとＮａ２Ｏ／５ｉ０２≧１に保つ
のが好ましく、このため、転炉中の溶鋼表面には５ｉ０
２が少ない程滓の塩基度を高め易く、脱燐効率も高まる
と共に、添加フラックス原単位（′／８鋼重量当りのフ
ラックス所要量）も低くすることができる。したがって
、本発明によれば、十分に脱硫・脱砂した溶銑を使用す
ることにより、この溶銑に対する転炉吹錬は、造滓剤を
添加せずに行い、後の工程で添加するナトリウム炭酸塩
含有フラックスによる脱炭・脱燐効率を高めている。

このように、本発明によれば、予め行なう転炉吹錬によ
って、溶鋼の炭素量をＣ５０，１％に調整しておくと、
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。

ここで、さらに、炭素を低下させＣ５０，０２％とする
と、式（３）の脱燐反応が極めて良好に進行する。しか
し、通常転炉吹錬ではＣ２０，０３５％が限界であり、
転炉下部において各種ガスを溶鋼中に吹き込むことので
きる複合吹錬でもＣ２０，０３０％が実用的には限界で
あるため、式（３）の脱燐反応を効率良く行うためには
、まず転炉吹錬直後に式（１）の脱炭反応を主とし、式
（３）の脱燐反応も進める予備脱燐を行いＣ５０，０２
％とした後、滓を充分に除去するため、転炉より取鍋に
溶鋼を移し、その後に式（３）の脱燐反応を主に進める
のが効率的である。

したがって、本発明の別の態様にあっては、一旦転炉内
溶鋼にナトリウム炭酸塩含有フラックスを添加してＣ５
０，０２％としてから取鍋に出鋼時または出鋼後にさら
にすトリウム炭酸塩含有フラックスを出鋼溶鋼流もしく
は取鍋内溶鋼に添加して最終脱燐を行う。この際、溶鋼
攪拌が処理時間に大きく影響するから、転炉より取鍋に
出鋼中の溶鋼流にフラックスを添加するのが最も好まし
い。しかしながら、取鍋内の溶鋼にＡｒガス等を吹き込
み攪拌しつつ、前述のフラックスを添加する方法も当然
可能である。

なお、本発明によれば、転炉吹錬後の溶鋼中の酸素量、
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、溶鋼中酸素量が少なく
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（１）および式（３）によって脱炭・
脱ｊ省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、かかる脱炭・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
が不純物の酸化に利用されず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
は多ければ多い程皐ましい。

本発明においては、転炉吹錬後の炭素量をＣ５０，１％
に制限しているため、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、４００ｐｐｍ以上
である。

ところで、Ｐは、通常、転炉などで普通銑を吹錬・出鋼
し、次いで同じ転炉で、極低燐銅用の溶銑を入れて吹錬
を行うと、炉壁などに付着した滓などより溶銑中にＰが
移る、いわゆる燐ピックアッ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、極低燐銅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。

本発明において、式ｆｉｌ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、
これば大部分スラグ中に吸収され、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すｌ・リウム炭酸塩
としては、Ｎａ　２　Ｇｏ　３　＜ソーダ灰）、Ｎａ１
ｌＣＯ３（炭酸水素ナトリウム）、ＫＮａＣＯ３（炭酸
す１〜リウムカリウム）等が挙げられるが、特にソーダ
灰が好ましく、例えばトロナ灰やマガジ灰等のようなソ
ーダ製品の原料となるセスキ炭酸ソーダを含む鉱石を塊
状もしくは粉状にしてそのままフラックスとして用いて
もよい。

なお、フラックスは上記すトリウム炭酸塩単味であって
よいが、その他に、ＣａＯ、Ｍ、、ｏ等の塩基度調整用
添加剤を混入させると、Ｐ２Ｏ５の陸生固定に要するナ
トリウム分が少なくてすみ、さらに脱炭脱鱗反応時の溶
鋼表面露出防止および温度降下防止となりより好ましい
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶銑予備処理により珪素０．１％以下とした溶銑
   を、造滓剤を添加することなく、転炉内で酸素吹錬して
   炭素０．１％以下、酸素２００ｐｐｍ以上の／８鋼とし
   、続いてその転炉内１８鋼にすトリウム炭酸塩を含むフ
   ラックスを添加して脱炭脱燐を行うことを特徴とする、
   低炭素・低域１１４の製造方法。 （２１ｉ銑予備処理により珪素（，１％以下とした溶銑
   を、造滓剤を添加することなく、転炉内で酸素吹錬して
   炭素０．１　％以下、酸素２００ｐｐｍ以上の溶鋼とし
   、続いて該転炉内溶鋼にナトリウム炭酸塩含有フラック
   スを添加して炭素０．０２％以下にまで脱炭し、次いで
   取鍋に出鋼中または出鋼後に溶鋼にさらにナトリウム炭
   酸塩含有フラックスを添加して脱燐することを特徴とす
   る、低炭素・低燐鋼の製造方法。