JP2003247015A - Method for deoxidizing molten steel - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、種々の方法で製造
したマグネシウム蒸気をキャリアーガスとともに溶鋼中
に吹込み、溶鋼を効率的に脱酸を行なう方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for efficiently deoxidizing molten steel by injecting magnesium vapor produced by various methods into molten steel together with a carrier gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鉄鋼材料の品質厳格化に対応するために
は、含まれる不純物を除くことが重要である。鋼の脱酸
工程で生成する非金属介在物は鋼材中に留まれば、種々
の欠陥の原因となるので、その除去が望まれている。一
方、鋼材は安価な材料として広く社会に受け入れられて
いるが、上記不純物除去方法としては安価で効率的な方
法が望まれる。2. Description of the Related Art It is important to remove impurities contained in steel materials in order to cope with stricter quality. Non-metallic inclusions generated in the deoxidizing step of steel cause various defects if they remain in the steel material, and therefore their removal is desired. On the other hand, steel is widely accepted as an inexpensive material in society, but an inexpensive and efficient method for removing the impurities is desired.
【０００３】従来の溶鋼の脱酸法として、１）Al、２）
Mn、３）Si、４）Mn-Si などを用いる方法、あるいはそ
れらを複合して用いる方法が知られている。また、５）
金属Mg、６）金属Caを用いる方法が知られている。これ
らの中で、溶鋼の脱酸には主として１）のAl脱酸法が行
われているが、浴表面に脱酸剤のAlを添加する場合には
脱酸効率が高くないこと、大きなアルミナ介在物が生成
すること、および溶鋼温度の低下に伴い、連続鋳造用の
浸漬ノズル内でアルミナ介在物が生成し、ノズルを閉塞
すること、などの欠点がある。また、５）のMg脱酸、
６）のCa脱酸の場合には、溶鋼温度ではMg、Caの蒸気圧
は非常に高く、添加時の急激な気化のために危険を伴
い、また、多量の粉塵を発生させること、脱酸効率が低
く、コストが高いこと、などの欠点がある。As a conventional deoxidizing method for molten steel, 1) Al, 2)
A method using Mn, 3) Si, 4) Mn-Si, or the like, or a method using them in combination is known. Also, 5)
A method using metal Mg, 6) metal Ca is known. Among these, the deoxidation method of molten steel is mainly performed by the Al deoxidation method of 1), but when Al as a deoxidizing agent is added to the bath surface, deoxidation efficiency is not high, and large alumina is used. There are disadvantages such as the formation of inclusions and the decrease of the molten steel temperature, resulting in the formation of alumina inclusions in the immersion nozzle for continuous casting, which clogs the nozzle. Also, 5) Mg deoxidation,
In the case of 6) Ca deoxidation, the vapor pressures of Mg and Ca are very high at the molten steel temperature, which is dangerous due to the rapid vaporization during addition, and a large amount of dust is generated, and deoxidation is performed. It has drawbacks such as low efficiency and high cost.
【０００４】蒸気圧の高い金属マグネシウムの添加方法
として、激しい蒸発を抑制する目的で、特開平５−２５
５２６号公報には、溶鋼を加圧容器内に置き、加圧下で
添加する方法が開示されている。しかし、工業的規模で
これを行うためには、莫大な設備費とランニングコスト
を要する。As a method of adding metallic magnesium having a high vapor pressure, for the purpose of suppressing severe evaporation, JP-A-5-25 is known.
Japanese Patent No. 526 discloses a method of placing molten steel in a pressure vessel and adding it under pressure. However, to do this on an industrial scale requires enormous equipment costs and running costs.
【０００５】一方、高価な金属マグネシウムを直接使用
するのではなく、マグネシアをアルミニウムにて還元し
て生成するマグネシウム蒸気を溶鋼の脱酸反応に利用す
る着想は、本願発明者らの一部は、従来法の改良技術と
して、特開2000−119731号公報に溶鋼への吹き込み方法
を開示している。この方法の要点は、従来用いられてい
る金属マグネシウムや金属カルシウムによる溶鋼の脱酸
において、その安価なマグネシウム、カルシウム源を提
供しようとする趣旨のものである。すなわち、金属マグ
ネシウムやカルシウムの代わりにマグネシアやカルシ
ア、あるいはこれらの炭酸塩を用い、これらを固体還元
剤にてマグネシウムやカルシウムの蒸気を生成して精錬
反応に応用するものである。しかし、スラグ発生量の更
なる減少や、コスト低減のためには、マグネシムの利用
効率を極限まで高める必要があり、この方法について何
ら示唆を与えてはいなかった。On the other hand, the idea of utilizing magnesium vapor produced by reducing magnesia with aluminum for the deoxidation reaction of molten steel, rather than directly using expensive metallic magnesium, is partly by the inventors of the present application. As a technique for improving the conventional method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-119731 discloses a method for blowing molten steel. The main point of this method is to provide an inexpensive magnesium and calcium source for the deoxidation of molten steel with conventionally used metallic magnesium and metallic calcium. That is, magnesia, calcia, or a carbonate thereof is used instead of metallic magnesium or calcium, and these are applied to a refining reaction by generating magnesium or calcium vapor with a solid reducing agent. However, in order to further reduce the slag generation amount and cost, it is necessary to raise the utilization efficiency of the magnesium to the utmost limit, and no suggestions have been given regarding this method.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたものであって、種々の方法により製造
したマグネシウム蒸気を直接溶湯中に吹込み、溶鋼の効
率的な脱酸方法を提供することを目的とする。すなわ
ち、強力な脱酸作用を持つMgを利用するにあたり、従来
の方法の効率が低いという欠点を飛躍的に高めることに
より、極めて少ないMg量で溶鋼の脱酸を行う方法を提供
し、温度低下が少なく、生成する介在物がAl 2O3 のよう
に粗大化することなく、ノズル閉塞の問題が無く、また
従来のMg、Ca添加法における爆発的反応による作業上、
環境上の問題が無く、かつ効率の高い脱酸方法を提供す
る。The present invention has such problems
In view of the above, it is manufactured by various methods.
Injecting magnesium vapor directly into the molten metal, the effect of molten steel
The purpose is to provide an efficient deoxidation method. Sanawa
When using Mg, which has a strong deoxidizing effect,
To dramatically increase the disadvantage of the low efficiency of
Provides a method for deoxidizing molten steel with an extremely small amount of Mg
However, the temperature drop is small and the generated inclusions are Al. 2O3As
There is no problem of nozzle blockage,
Due to the explosive reaction in the conventional Mg and Ca addition method,
Providing a highly efficient deoxidation method without environmental problems
It
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本願発明は、（１）マグ
ネシウム蒸気をキャリアーガスとともに溶鋼中に直接吹
込み、溶鋼の脱酸を行なう精錬方法において、溶鋼中の
酸素濃度に応じてキャリアーガス流量を変化させ、吹込
みガス中のマグネシウム分圧を制御することにより、マ
グネシウムの精錬効率を高める溶鋼の脱酸方法、（２）
マグネシウム蒸気をキャリアーガスとともに溶鋼中に直
接吹込み、溶鋼の脱酸を行なう精錬方法において、溶鋼
中の酸素濃度に応じてマグネシウム吹込み流量を変化さ
せ、吹込みガス中のマグネシウム分圧を制御することに
より、マグネシウムの精錬効率を高める溶鋼の脱酸方
法、（３）マグネシウム蒸気と酸化物系耐火物との反応
を防止するため、マグネシウム蒸気が直接接触する部分
はグラファイト、金属、グラファイトを含むマグネシア
−グラファイトまたはアルミナ−グラファイトを使用す
る（１）または（２）記載の溶鋼の脱酸方法、（４）耐
火物製浸漬管内にマグネシア・アルミニウムペレットを
分割装入し、精錬操作中に吹込みガス中のマグネシウム
分圧を制御することにより、ペレットの精錬効率を高め
る（１）または（２）または（３）記載の溶鋼の脱酸方
法、（５）金属マグネシウムの添加速度を調整し、精錬
中にマグネシウム蒸気の生成速度を制御することによ
り、吹き込みガス中のマグネシウム分圧を制御すること
を特徴とする（１）または（２）または（３）記載の溶
鋼の脱酸方法、である。Means for Solving the Problems The present invention provides (1) a refining method in which magnesium vapor is directly blown into a molten steel together with a carrier gas to deoxidize the molten steel, the carrier gas flow rate depending on the oxygen concentration in the molten steel. Of molten steel by increasing the refining efficiency of magnesium by controlling the partial pressure of magnesium in the blown gas, (2)
In a refining method in which magnesium vapor is directly blown into molten steel together with carrier gas to deoxidize molten steel, the magnesium blowing flow rate is changed according to the oxygen concentration in molten steel to control the magnesium partial pressure in the blowing gas. The method of deoxidizing molten steel to improve the refining efficiency of magnesium, (3) In order to prevent the reaction between magnesium vapor and oxide refractory, the portion where magnesium vapor directly contacts is graphite, metal, or magnesia containing graphite. -(1) or (2) deoxidation method of molten steel using graphite or alumina-graphite, (4) split charging of magnesia aluminum pellets into a refractory dip tube, and blowing gas during refining operation Increase the refining efficiency of pellets by controlling the partial pressure of magnesium in (1) or (2 Alternatively, the method of deoxidizing molten steel according to (3), (5) controlling the addition rate of magnesium metal to control the production rate of magnesium vapor during refining to control the magnesium partial pressure in the blown gas. A method for deoxidizing molten steel according to (1), (2) or (3), which is characterized.
【０００８】本願発明者らは、本願発明に至る基礎研究
により、マグネシウム蒸気による溶鋼の脱酸は(1) の反
応にしたがって主に気泡表面において起こることを明ら
かにした。これは、本願発明者らによる、溶鋼中でのMg
蒸気と酸素の反応についての詳細な研究による知見に基
づく。
Mg(g) ＋ Ｏ = MgO(s) (1)
なお、マグネシウムは一部溶鋼中に溶解する。
Mg(g) = Mg (2)
したがって、下記の反応も同時に起こる可能性がある。
Mg + Ｏ = MgO(s) (3)
ここで、Mg(g) ：マグネシウム蒸気、Ｏ：溶鋼中に溶解
している酸素、Mg：溶鋼中に溶解しているマグネシウ
ム、MgO(s)：固体状の酸化マグネシウムThe inventors of the present invention have clarified through basic research leading to the present invention that deoxidation of molten steel by magnesium vapor mainly occurs on the bubble surface according to the reaction of (1). This is because Mg in molten steel
Based on findings from detailed research on the reaction of steam and oxygen. Mg (g) + O = MgO (s) (1) Note that magnesium is partially dissolved in molten steel. Mg (g) = Mg (2) Therefore, the following reactions may occur simultaneously. Mg + O = MgO (s) (3) where, Mg (g): magnesium vapor, O : oxygen dissolved in molten steel, Mg : magnesium dissolved in molten steel, MgO (s): solid Magnesium oxide
【０００９】また、溶鋼中にキャリアーガスとともに吹
込まれる気泡中のマグネシウム分圧が高い場合、一般に
溶鋼の脱酸速度は溶鋼側の酸素の物質移動律速になるこ
とを示した。この場合、気泡の浮上中に気泡界面まで到
達する酸素と反応する以上のマグネシウムが過剰に気泡
中にあれば、(2) 式の反応でマグネシウムの多くが溶鋼
中に溶解したり、気泡が浴内を浮上し、表面に達したと
き、過剰なマグネシウムは未反応のまま溶鋼浴外に放出
されるため、マグネシウムの精錬効率が低下することを
明らかにした。It has also been shown that when the magnesium partial pressure in the bubbles blown into the molten steel together with the carrier gas is high, the deoxidation rate of the molten steel is generally the mass transfer rate control of oxygen on the molten steel side. In this case, if there is excessive magnesium in the bubbles that reacts with the oxygen reaching the bubble interface during the floating of the bubbles, most of the magnesium will dissolve in the molten steel or the bubbles will not dissolve in the bath due to the reaction of equation (2). When it floated inside and reached the surface, it was clarified that the magnesium refining efficiency declined because excess magnesium was released outside the molten steel bath unreacted.
【００１０】更に、溶鋼中の酸素濃度が低下すると、こ
れらの濃度と平衡するマグネシウム分圧が上昇する。し
たがって気泡中のマグネシウム分圧が平衡マグネシウム
分圧より低い場合には脱酸反応は進行しないことも明ら
かになった。以上より、キャリアーガスとともに吹込ん
だマグネシウムの精錬効率をできるだけ高めるには、溶
鋼中の酸素濃度に応じて気泡中のマグネシウム分圧を制
御する必要があることがわかる。Further, when the oxygen concentration in the molten steel decreases, the magnesium partial pressure equilibrating with these concentrations increases. Therefore, it became clear that the deoxidation reaction does not proceed when the magnesium partial pressure in the bubbles is lower than the equilibrium magnesium partial pressure. From the above, it is understood that in order to increase the refining efficiency of magnesium blown together with the carrier gas as much as possible, it is necessary to control the magnesium partial pressure in the bubbles according to the oxygen concentration in the molten steel.
【００１１】吹込み気泡中のマグネシウム分圧の最適制
御は、１個の気泡に着目した反応モデルを用いて気泡中
のマグネシウムのモル数の変化を計算することにより推
定することができる。気泡中のマグネシウムのモル数 n
Mgと溶鋼中の酸素濃度 [Ｏ]の時間変化は次式で与えら
れる。
- dnMg /dt = kG A (PMg - PMg,i) / RT (4)
- Vd[O]/dt = kL A ([O] - [O]i ) (5)
- dnMg = - dnO = -ρL Vd[O] / 100 MO (6)
ここで、 nMg、 nO は気泡中のマグネシウム、溶鋼中の
酸素のモル数、t は気泡生成からの経過（気泡が浴中を
上昇する間の）時間、 kG 、 kL はガス側、溶鋼側の物
質移動係数、Ａは気泡表面積、Ｒは気体定数、Ｔは溶鋼
温度、 PMg、P Mg.iは各々気泡中、および気泡−溶鋼界
面のマグネシウム分圧、[O] 、 [O]i は溶鋼中、気泡−
溶鋼界面の酸素の質量パーセント、ρL は液体密度、 M
O は酸素の原子量、Ｖは溶鋼体積である。Optimal control of magnesium partial pressure in blown bubbles
In the bubbles, the reaction model focusing on one bubble is used.
Estimated by calculating the change in the number of moles of magnesium in
Can be set. Number of moles of magnesium in bubbles n
MgAnd the time variation of oxygen concentration [O] in molten steel are given by
Be done.
-dnMg / dt = kGA (PMg -PMg, i) / RT (4)
-Vd [O] / dt = kLA ([O]-[O]i) (Five)
-dnMg =-dnO = -ρLVd [O] / 100 MO (6)
Where nMg, NOIs magnesium in bubbles, molten steel
The number of moles of oxygen, t is the progress from the bubble formation (the bubbles in the bath
Time (while rising), kG, KLIs the gas side, molten steel side
Mass transfer coefficient, A is bubble surface area, R is gas constant, T is molten steel
Temperature, PMg, P Mg.iAre in air bubbles and in air bubbles-molten steel
Surface magnesium partial pressure, [O], [O]iIs a bubble in molten steel
Mass percentage of oxygen at molten steel interface, ρLIs the liquid density, M
OIs the atomic weight of oxygen, and V is the molten steel volume.
【００１２】(4)〜(6) 式を用いて、気泡の生成、上昇
中のマグネシウム分圧の変化を計算し、次式により、マ
グネシウムの精錬効率を計算することができる。
ηMg = 1 - PMg,f / PMg,0 (7)
ここで、P Mg,0 , PMg,fは各々、気泡に吹込まれるガス
中の初期のマグネシウム分圧、浴から放出される気泡中
のマグネシウム分圧である。なお、吹き込みガス中のマ
グネシウム分圧を適正に制御した場合、溶鋼中へのマグ
ネシウムの溶解量は少なく、浴内での溶解マグネシウム
による脱酸の影響は無視し得ることを確かめた。Using the formulas (4) to (6), it is possible to calculate the change in the magnesium partial pressure during the generation and rise of bubbles, and to calculate the magnesium refining efficiency by the following formula. η Mg = 1-P Mg, f / P Mg, 0 (7) where P Mg, 0 and P Mg, f are the initial partial pressure of magnesium in the gas blown into the bubbles and the amount released from the bath. Is the partial pressure of magnesium in the bubbles. It was confirmed that when the partial pressure of magnesium in the blown gas was properly controlled, the amount of magnesium dissolved in the molten steel was small, and the effect of deoxidation due to the dissolved magnesium in the bath was negligible.
【００１３】溶鋼の脱酸について溶鋼中の酸素濃度をパ
ラメータとして300tの溶鋼中に吹込んだマグネシウムの
脱酸効率と気泡中の初期マグネシウム分圧の関係を第１
図に示す。この計算においては、生成気泡径 dB は５c
m、溶鋼浴への吹き込み深さＨは３ｍ、溶鋼温度は1580
℃とした。Deoxidation of Molten Steel With the oxygen concentration in the molten steel as a parameter, the relationship between the deoxidizing efficiency of magnesium blown into 300 ton of molten steel and the initial partial pressure of magnesium in the bubbles is first explained.
Shown in the figure. In this calculation, the generated bubble diameter d B is 5c
m, blowing depth H into the molten steel bath is 3 m, molten steel temperature is 1580
℃ was made.
【００１４】図１より、溶鋼中の各酸素濃度において、
マグネシウム分圧（吹込み気泡中の初期マグネシウム分
圧）を低減した方が、効率が高いことがわかる。したが
って溶鋼中の酸素濃度の変化に応じてマグネシウム蒸気
の吹込み速度、および／またはキャリアーガス吹込み速
度を制御して気泡中の初期マグネシウム分圧を下げるこ
とによって、マグネシウムの精錬効率を高くすることが
できる。図１に示した計算結果より、気泡中の初期マグ
ネシウム分圧を約0.3atm程度と低く制御すると酸素濃度
0.05％の場合には、マグネシウムの利用効率が90％以上
にも及ぶことがわかる。また、これより、従来の金属マ
グネシウム吹込みによる脱酸効率が低い理由は、溶鋼中
の気泡のマグネシウム分圧が高く、しかも大気泡である
ことによることがわかる。一方、キャリアーガス流量を
過大にすると、キャリアーガスコストの増加、ランス設
備の強度等の問題があるので、キャリアーガス流量を増
大するには自ずと限界があるが、マグネシウムの効率と
ガスのコスト、および設備制約条件の範囲内で最適化を
行なうことが望ましい。また、相対的にマグネシウムの
供給速度を低下しても良い。From FIG. 1, at each oxygen concentration in the molten steel,
It can be seen that the efficiency is higher when the magnesium partial pressure (initial magnesium partial pressure in the blown bubbles) is reduced. Therefore, to increase the refining efficiency of magnesium by controlling the blowing rate of magnesium vapor and / or the blowing rate of carrier gas according to the change of oxygen concentration in molten steel to lower the initial partial pressure of magnesium in the bubbles. You can From the calculation results shown in Fig. 1, if the initial magnesium partial pressure in the bubbles is controlled to a low value of about 0.3 atm, the oxygen concentration will decrease.
At 0.05%, it can be seen that the utilization efficiency of magnesium reaches 90% or more. Further, from this, it is understood that the reason why the deoxidizing efficiency by the conventional blowing of metallic magnesium is low is that the magnesium partial pressure of bubbles in the molten steel is high and the bubbles are large bubbles. On the other hand, if the carrier gas flow rate is excessively high, there are problems such as an increase in the carrier gas cost and the strength of the lance equipment, so there is a limit to increasing the carrier gas flow rate, but the efficiency of magnesium and the cost of gas, and It is desirable to perform optimization within the range of equipment constraints. Further, the magnesium supply rate may be relatively reduced.
【００１５】図２には、図１に示した計算結果を、マグ
ネシウムの脱酸効率をパラメータとして、酸素濃度と初
期マグネシウム分圧の関係を示す図である。図２より、
酸素濃度に応じ、 PMg,0を最適に制御すれば、マグネシ
ウムの脱酸効率を常に90％と極めて高く維持し得ること
が分かる。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration and the initial magnesium partial pressure obtained by using the calculation result shown in FIG. 1 with the deoxidizing efficiency of magnesium as a parameter. From Figure 2,
It can be seen that if P Mg, 0 is optimally controlled according to the oxygen concentration, the deoxidation efficiency of magnesium can be kept extremely high at 90% at all times.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】溶鋼の脱酸法は種々の方法で製造
したマグネシウム蒸気を、グラファイト、金属（鉄な
ど）、マグネシア・グラファイト、アルミナ・グラファ
イトなどを内壁とするノズルよりキャリアーガスととも
に溶鋼中に吹込む脱酸操作において、溶鋼中の酸素濃度
に応じて吹込みガス気泡中のマグネシウム分圧を制御し
て、マグネシウムの精錬効率を高めることを本願発明の
特徴とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The deoxidation method of molten steel is carried out by mixing magnesium vapor produced by various methods with carrier gas from a nozzle having graphite, metal (iron etc.), magnesia graphite, alumina graphite etc. as an inner wall. It is a feature of the present invention that the refining efficiency of magnesium is enhanced by controlling the magnesium partial pressure in the gas bubbles blown according to the oxygen concentration in the molten steel in the deoxidation operation of blowing into.
【００１７】マグネシウム蒸気の比較的安価な製造法と
して、マグネシアとアルミニウム混合粉末を加圧成形し
たペレットを容器に装入し、容器ごと溶鋼中に浸漬、加
熱してマグネシアのアルミニウム熱還元によりマグネシ
ウム蒸気を製造する方法について以下に示す。脱酸剤で
あるマグネシア・アルミニウムペレットを耐火物製管
（マグネシア・グラファイト、アルミナ・グラファイト
など）に装入して溶鋼に浸漬し、ペレットを溶鋼により
加熱してアルミニウムによるマグネシアの還元反応を進
行させ、生成したマグネシウム蒸気をキャリアーガスと
ともに溶鋼に吹き込み、溶鋼の脱酸を行う。この方法に
よると、マグネシア・アルミニウムペレットは溶鋼に直
接接触することがないので、高価なアルミニウムが溶鋼
中に溶解することがなく、マグネシアの還元にのみ効率
良く使用される。マグネシアのアルミニウム熱還元反応
は、下記の反応式にしたがって進行する。As a relatively inexpensive method for producing magnesium vapor, pellets obtained by press-molding a mixed powder of magnesia and aluminum are charged into a container, and the whole container is immersed in molten steel and heated, and magnesium vapor is produced by thermal reduction of aluminum of magnesia. The method for producing is shown below. Magnesia-aluminum pellets, which are deoxidizers, are loaded into a refractory tube (magnesia-graphite, alumina-graphite, etc.) and immersed in molten steel, and the pellets are heated by the molten steel to promote the reduction reaction of magnesium with aluminum. The generated magnesium vapor is blown into the molten steel together with the carrier gas to deoxidize the molten steel. According to this method, since the magnesia-aluminum pellets do not come into direct contact with the molten steel, expensive aluminum is not dissolved in the molten steel, and it is efficiently used only for the reduction of magnesia. The aluminum thermal reduction reaction of magnesia proceeds according to the following reaction formula.
【００１８】
4MgO(s) + 2Al(l) = 3Mg(g) + MgO ・ Al2O3(s) (8)
3MgO ・ Al2O3(s) + 2Al(l) = 3Mg(g) + 2Al2O3(s) (9)
ここで、(8) 式の反応は1350℃以上では迅速に進行する
のに対し、(9) 式の反応速度はより高温でも非常に小さ
い。したがって、溶鋼の脱酸を短時間で行う場合、(9)
式の反応は完結せず、高価なアルミニウムがマグネシア
の還元に100%使われない可能性がある。装入したマグネ
シアをすべてアルミニウムによって還元するためには、
マグネシアとアルミニウムの混合比はモル比で３：２で
あればよいが、マグネシアは比較的安価であるため、
(8) 式の反応で配合したアルミニウムがすべて消費され
るように、マグネシアを過剰に加える。これによって、
マグネシアの還元速度が大きくなり、溶鋼の脱酸に好適
である。また、アルミニウムの亜酸化物（Al2O、AlO な
ど）の生成を抑制することができる。4MgO (s) + 2Al (l) = 3Mg (g) + MgO ・ Al 2 O 3 (s) (8) 3MgO ・ Al 2 O 3 (s) + 2Al (l) = 3Mg (g) + 2Al 2 O 3 (s) (9) Here, the reaction of the formula (8) proceeds rapidly at 1350 ° C. or higher, whereas the reaction rate of the formula (9) is very small even at higher temperatures. Therefore, when deoxidizing molten steel in a short time, (9)
The equation reaction is not complete and expensive aluminum may not be 100% used for magnesia reduction. In order to reduce all the charged magnesia with aluminum,
The mixing ratio of magnesia and aluminum may be 3: 2 in molar ratio, but since magnesia is relatively inexpensive,
Excess magnesia is added so that all of the aluminum compounded in the reaction of equation (8) is consumed. by this,
Since the reduction rate of magnesia increases, it is suitable for deoxidizing molten steel. In addition, generation of aluminum suboxides (Al 2 O, AlO, etc.) can be suppressed.
【００１９】しかし、アルミニウムに対してマグネシア
を過剰に配合すると、生成したマグネシウム蒸気が過剰
のマグネシアに吸着され、溶鋼の脱酸速度が低下する。
したがって、マグネシアとアルミニウムの配合比（モル
比）は（３〜４）：２程度とすることが望ましい。マグ
ネシアのアルミニウム熱還元により、マグネシウム蒸気
を製造する場合、気泡中の初期マグネシウム分圧を制御
する方法としては、
ｉ） キャリアーガス流量の制御
ii） マグネシア・アルミニウムペレットの分割装入
iii) ペレットの還元温度の制御
iv） マグネシアとアルミニウムの粒径分布の制御
ｖ） ペレットの成形圧力の制御
などがある。However, when magnesia is excessively mixed with aluminum, the magnesium vapor produced is adsorbed by the excess magnesia, and the deoxidation rate of the molten steel decreases.
Therefore, the compounding ratio (molar ratio) of magnesia and aluminum is preferably about (3-4): 2. When magnesium vapor is produced by aluminum thermal reduction of magnesia, the following methods are available for controlling the initial magnesium partial pressure in the bubbles: i) control of carrier gas flow rate ii) split charging of magnesia aluminum pellets iii) reduction of pellets Control of temperature iv) Control of particle size distribution of magnesia and aluminum v) Control of pellet molding pressure.
【００２０】アルミニウムによるマグネシアの還元速度
は1350℃以上では非常にはやく、したがって気泡中の初
期マグネシウム分圧 PMg,0が高くなるため、マグネシウ
ムの精錬効率が低下してしまう。 PMg,0を精錬初期に低
く抑制する最も簡便な方法はｉ）で、キャリアーガス流
量を大きくすればよい。その後、時間の経過とともにマ
グネシウムの生成速度が小さくなるため、キャリアーガ
ス流量を小さくして、PMg,0を最適値に保つことによ
り、マグネシウム精錬反応効率を最も高めることができ
る。The reduction rate of magnesia by aluminum is very fast at 1350 ° C. or higher, and therefore the initial magnesium partial pressure P Mg, 0 in the bubbles becomes high, so that the refining efficiency of magnesium decreases. The simplest method of suppressing P Mg, 0 to be low at the initial stage of refining is i), and the carrier gas flow rate may be increased. After that, since the production rate of magnesium decreases with time, the flow rate of the carrier gas is reduced and P Mg, 0 is kept at the optimum value, so that the magnesium refining reaction efficiency can be maximized.
【００２１】溶鋼の脱酸処理において、最初に使用する
マグネシア・アルミニウムペレットを全量加熱する場
合、初期においてマグネシウム蒸気の発生量が過大にな
り、マグネシウムの精錬効率が低下する。このような場
合、ii）のマグネシア・アルミニウムペレットの分割装
入により、マグネシウム蒸気の発生速度を均一化し、マ
グネシウムの精錬効率を上げることができる。特に、酸
素濃度が低下した後にもマグネシウムを吹き込むことが
でき、溶鋼中の酸素濃度を極低濃度まで下げることがで
きる。In the deoxidation treatment of molten steel, when all the magnesia-aluminum pellets used first are heated, the amount of magnesium vapor generated becomes excessive at the initial stage, and the refining efficiency of magnesium decreases. In such a case, it is possible to make the generation rate of magnesium vapor uniform and increase the refining efficiency of magnesium by dividing charging of the magnesium pellets of ii). In particular, magnesium can be blown even after the oxygen concentration is lowered, and the oxygen concentration in the molten steel can be reduced to an extremely low concentration.
【００２２】また、iii)〜ｖ）の方法によってもアルミ
ニウムによるマグネシアの還元速度を変化させることが
できる。すなわち、iii)では精錬初期にペレットの温度
を比較的低く保ち、中期以降は高くする。iv）の場合、
マグネシアとアルミニウムの粒径分布を広くする。ｖ）
のペレットの成形圧力については、50MPa 以下でペレッ
トを成形する。これによって、精錬初期においてマグネ
シウムの発生速度を低く抑制することができ、精錬末期
においてもマグネシウム蒸気を発生させることができ、
マグネシウムの精錬効率を上げることができる。しか
し、iii)〜ｖ）の方法では、ｉ）、ii）の方法に比較し
て、気泡中の初期マグネシウム分圧を任意に制御するこ
とが簡単ではない。また、精錬初期に気泡中のマグネシ
ウム分圧を下げるために必要なキャリアーガス量を少な
くすることができるが、一方で精錬速度を小さくする欠
点がある。The reduction rate of magnesia with aluminum can be changed by the methods iii) to v). That is, in iii), the temperature of the pellet is kept relatively low in the initial stage of refining and increased in the middle period and thereafter. iv),
Widen the particle size distribution of magnesia and aluminum. v)
The pellets should be molded at a pressure of 50 MPa or less. As a result, the generation rate of magnesium can be suppressed to a low level in the initial stage of refining, and magnesium vapor can be generated even in the final stage of refining,
The refining efficiency of magnesium can be improved. However, in the methods iii) to v), it is not easy to arbitrarily control the initial partial pressure of magnesium in the bubbles as compared with the methods i) and ii). Further, the amount of carrier gas required for lowering the partial pressure of magnesium in the bubbles at the initial stage of refining can be reduced, but on the other hand, there is a drawback that the refining rate is reduced.
【００２３】マグネシアのアルミニウム熱還元によって
生成したマグネシウム蒸気が酸化物系耐火物との相互作
用により耐火物にトラップされることが本願発明者等に
より初めて明らかにされた。このような酸化物系耐火物
によるマグネシウムのトラップはマグネシウムの精錬効
率を低下させる。これを防ぐためには、マグネシウム蒸
気と酸化物系耐火物とが直接接触しない構造とする必要
がある。これを実現するため、マグネシア・アルミニウ
ムペレットを装入する容器（浸漬管）の内壁材にはグラ
ファイト、金属（鉄など）、あるいはカーボンを多く配
合したマグネシア・カーボン、アルミナ・カーボンを用
いるのが良い。It was first revealed by the present inventors that the magnesium vapor produced by the thermal reduction of magnesia to aluminum is trapped in the refractory by the interaction with the oxide refractory. The magnesium trap with the oxide refractory reduces the refining efficiency of magnesium. In order to prevent this, it is necessary to have a structure in which the magnesium vapor and the oxide refractory do not come into direct contact with each other. In order to achieve this, it is preferable to use graphite, metal (iron, etc.), or magnesia carbon or alumina carbon mixed with a large amount of carbon for the inner wall material of the container (immersion pipe) into which magnesia aluminum pellets are charged. .
【００２４】一方、本願発明の方法として、金属マグネ
シウムを用い、金属マグネシウムから発生するマグネシ
ウム蒸気を利用する方法も考えられる。この場合にも、
上述したように、溶鋼中での反応において、気泡中のマ
グネシウム分圧が過剰とならないよう、適正に制御する
手段として、キャリアーガス流量を制御すること、ある
いは金属マグネシウムの供給速度を制御すること、その
粒径を制御することが考えられ、また内壁材にグラファ
イト、金属（鉄など）、あるいはカーボンを多く配合し
たマグネシア・カーボン、アルミナ・カーボンを用いた
浸漬管を用いる。On the other hand, as the method of the present invention, a method of using metallic magnesium and utilizing magnesium vapor generated from metallic magnesium can be considered. Also in this case,
As described above, in the reaction in the molten steel, so as not to excessive magnesium partial pressure in the bubbles, as a means of properly controlling, to control the carrier gas flow rate, or to control the supply rate of metallic magnesium, It is conceivable to control the particle size, and a dipping tube using graphite, metal (iron etc.) or magnesia carbon or alumina carbon mixed with a large amount of carbon for the inner wall material is used.
【００２５】図３は、本願発明を実施するに好適な浸漬
管１とその使用方法の例を示す横断面図である。浸漬管
１の一部には、ガス吹き込み用のノズル２が設けられて
おり、マグネシウム蒸気と接する内張３として、グラフ
ァイト、鋼材など金属、あるいはカーボンを多く配合し
た耐火材よりなる。吹き込みノズル２は気泡の粗大化を
防止するため、なるべく多数設けることが望ましい。ま
た、上部には、キャリアーガスを吹き込むためのホルダ
ー４を設け、さらに、マグネシア・アルミニウムペレッ
トあるいは金属マグネシウム（両者を含め、以下Mg発生
体と称す）を添加するための添加装置５が設けられてい
る。予めMg発生体を装入した浸漬管１をノズル閉塞が生
じない範囲の流量にてキャリアーガスを流しつつ、溶鋼
７中に浸漬する。内部への伝熱にしたがってMg発生体の
温度が上昇するとともに、マグネシウム蒸気が発生する
が、マグネシウム蒸気はキャリアーガスによって希釈さ
れ、ノズルを通じて溶鋼中に吹き込まれて気泡を形成す
る。気泡は浮力の作用により浴内を上昇するが、この間
に気泡中のマグネシウム蒸気は溶鋼中の酸素と反応し、
脱酸反応が進行する。キャリアーガスの流量はノズルが
閉塞しない範囲で任意に調整可能とする。また、特に、
初期に過剰のマグネシウム蒸気が発生する場合、Mg発生
体の分割、あるいは連続的添加を行うため、別個に設け
た添加装置５から分割、あるいは連続添加を行うことが
望ましい。また、粉状のMg発生体の場合は、ガスと混合
して供給するための供給装置６によって供給しても良
い。伝熱が不十分な場合、浸漬管１内部に発熱体を設
け、通電加熱を行っても良い。Mg発生体が粉状である場
合には、キャリアーガスに随伴させて供給しても良い。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a dip tube 1 suitable for carrying out the present invention and a method of using it. A nozzle 2 for blowing gas is provided in a part of the dip tube 1, and the lining 3 in contact with the magnesium vapor is made of graphite, a metal such as steel, or a refractory material containing a large amount of carbon. It is desirable to provide as many blow nozzles 2 as possible in order to prevent the bubbles from becoming coarse. In addition, a holder 4 for blowing a carrier gas is provided on the upper part, and an addition device 5 for adding magnesia / aluminum pellets or metallic magnesium (both of which are referred to as Mg generators hereinafter) is provided. There is. The immersion pipe 1 charged with the Mg generator in advance is immersed in the molten steel 7 while flowing a carrier gas at a flow rate within a range that does not cause nozzle clogging. As the temperature of the Mg generator rises due to heat transfer to the inside, magnesium vapor is generated, but the magnesium vapor is diluted by the carrier gas and blown into the molten steel through the nozzle to form bubbles. The bubbles rise in the bath due to the effect of buoyancy, but during this time, magnesium vapor in the bubbles reacts with oxygen in the molten steel,
The deoxidation reaction proceeds. The flow rate of the carrier gas can be arbitrarily adjusted within the range where the nozzle is not blocked. Also, especially
When an excess amount of magnesium vapor is generated in the initial stage, the Mg generator is divided or continuously added, so it is desirable to divide or continuously add from a separately provided addition device 5. Further, in the case of the powdery Mg generator, it may be supplied by the supply device 6 for mixing and supplying with the gas. When the heat transfer is insufficient, a heating element may be provided inside the dip tube 1 to carry out electric heating. When the Mg generator is in powder form, it may be supplied together with the carrier gas.
【００２６】なお、溶鋼の脱酸処理においては、溶鋼上
にスラグがまったく無い状態では酸化性雰囲気では再酸
化が起こり、また、一旦生成したMgO 介在物がトップス
ラグに吸着されず、再び溶鋼中に懸濁するので、ある程
度の量のスラグを共存させるのが望ましいが通常操業で
存在するスラグをそのまま利用し、場合によって若干の
副原料を添加するのが経済的で効果的である。In the deoxidation treatment of molten steel, reoxidation occurs in an oxidizing atmosphere in the state where there is no slag on the molten steel, and the MgO inclusions once formed are not adsorbed on the top slag, so that the molten steel is reoxidized. Since it is suspended in water, it is desirable to coexist with a certain amount of slag, but it is economical and effective to use the slag existing in the normal operation as it is and to add some auxiliary raw materials depending on the case.
【００２７】[0027]
【実施例】［実施例１］ 転炉にて製造した溶鋼297tを
取鍋に収容し、内径40cmの耐火物製浸漬体をキャリアー
ガスを流しつつ溶鋼に浸漬した。浸漬管の内面およびノ
ズルの材質は鋼製とし、外側は耐火物製とした。ノズル
の深さは、３ｍとした。浸漬体の内部には、マグネシア
とアルミニウム粉末から成型したペレット（マグネシ
ア：アルミニウム＝４：２モル比）を予め600kg 装入し
た。脱酸処理を20分間行った。吹き込み深さは溶鋼表面
より２ｍとした。20分間の処理により、酸素濃度は0.04
5%から0.003%まで低下した。キャリアーガスにはアルゴ
ンガスを用い、溶鋼面上より発生する白煙が極力少なく
なるよう、キャリアーガス流量を適宜変化させた。マグ
ネシウムの利用効率は70％であった。溶鋼温度は処理前
1610℃、処理後1580℃であった。[Example] [Example 1] 297 t of molten steel produced in a converter was placed in a ladle, and a refractory dip having an inner diameter of 40 cm was immersed in molten steel while flowing a carrier gas. The inner surface of the dip tube and the nozzle were made of steel, and the outer surface was made of refractory material. The depth of the nozzle was 3 m. 600 kg of pellets (magnesia: aluminum = 4: 2 molar ratio) molded from magnesia and aluminum powder were charged in advance inside the immersion body. Deoxidation treatment was performed for 20 minutes. The blowing depth was 2 m from the surface of the molten steel. Oxygen concentration of 0.04 after 20 minutes treatment
It fell from 5% to 0.003%. Argon gas was used as the carrier gas, and the carrier gas flow rate was appropriately changed so that the white smoke generated from the molten steel surface was minimized. The utilization efficiency of magnesium was 70%. Molten steel temperature is before processing
The temperature was 1610 ° C and 1580 ° C after the treatment.
【００２８】［実施例２］ 転炉で粗精錬し、取鍋に収
容した溶鋼296tに、内径40cmの浸漬体をキャリアーガス
を流しつつ浸漬した。浸漬体の内張り、ノズルは鋼製と
し、外側は耐火物とした。次に、平均粒径１mmの金属マ
グネシウム顆粒をキャリアーガスとともに浸漬体内に連
続供給し、脱酸処理を開始した。吹き込み深さは３ｍと
した。20分間の脱酸処理により、酸素濃度は0.050%から
0.005%に低下した。供給した金属マグネシウムの量は27
0kg であった。キャリアーガスにはアルゴンガスを用
い、溶鋼面上より発生する白煙が極力少なくなるよう、
キャリアーガス流量を適宜変化させた。マグネシウムの
利用効率は、75％であった。通常のアルミニウム脱酸に
比べ、50ミクロン以上の介在物個数は1/5 に減少した。
マグネシウム脱酸前後の溶鋼温度は各々1624℃、1598℃
である。Example 2 An immersion body having an inner diameter of 40 cm was immersed in 296 t of molten steel that had been roughly refined in a converter and contained in a ladle while flowing a carrier gas. The lining of the immersion body and the nozzle were made of steel, and the outside was made of refractory. Next, metal magnesium granules having an average particle diameter of 1 mm were continuously supplied together with a carrier gas into the immersed body to start deoxidation treatment. The blowing depth was 3 m. Oxygen concentration from 0.050% by 20 minutes deoxidation treatment
It fell to 0.005%. The amount of magnesium metal supplied was 27.
It was 0 kg. Argon gas is used as the carrier gas to minimize the white smoke generated from the molten steel surface.
The carrier gas flow rate was appropriately changed. The utilization efficiency of magnesium was 75%. Compared with ordinary aluminum deoxidation, the number of inclusions over 50 microns was reduced to 1/5.
The molten steel temperatures before and after magnesium deoxidation are 1624 ℃ and 1598 ℃, respectively.
Is.
【００２９】［比較例１］ 金属マグネシウム粉体をア
ルゴンをキャリアーガスとして取鍋に収容した溶鋼286t
に200kg 吹き込んだ。酸素濃度は0.046%から0.039%まで
しか低下しなかった。マグネシウムの利用効率は15% と
低値に留まった。この理由は、金属マグネシウムが固体
のまま溶鋼に入り、瞬時に気化するので、気泡が合体
し、粗大なガス気泡を形成し、さらに、気泡中のマグネ
シウム分圧が過大となっているためと推定される。ま
た、溶鋼中のマグネシウム濃度は0.04％と相当高くなっ
ており、溶鋼中への溶解により消費されるマグネシウム
分も多いためと推定される。また、爆発的な反応と激し
い白煙の発生により、度々処理を中断する必要が生じ
た。溶鋼温度は処理前1638℃、処理後、1580℃と温度低
下も大であった。[Comparative Example 1] Molten steel powder 286t containing metallic magnesium powder in a ladle with argon as a carrier gas.
200kg was blown into. The oxygen concentration decreased only from 0.046% to 0.039%. The utilization efficiency of magnesium remained at a low value of 15%. The reason for this is presumed that metallic magnesium enters the molten steel as a solid and vaporizes instantly, so the bubbles coalesce to form coarse gas bubbles, and the magnesium partial pressure in the bubbles is excessive. To be done. Further, the magnesium concentration in the molten steel is considerably high at 0.04%, and it is presumed that the magnesium content consumed by the dissolution in the molten steel is large. Also, due to the explosive reaction and the generation of intense white smoke, it was necessary to frequently interrupt the treatment. The molten steel temperature was 1638 ° C before the treatment and 1580 ° C after the treatment, showing a large decrease in temperature.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明により、極めて高効率、かつ安価
な溶鋼のマグネシウム脱酸処理が可能となる。また、通
常のアルミニウムによる直接脱酸に比べ、介在物の害が
少ない清浄鋼の溶製が容易、かつ安価に可能となる。な
お、本法を適用するに際しては、例示した転炉溶製鋼だ
けではなく、電気炉にて製造した溶鋼にも同様に適用で
きる。本法は例示した取鍋を用いても良いが、タンディ
ッシュに適用しても良い。また、マグネシウム蒸気発生
装置を別途設け、キャリアーガスとともに吹き込む方法
でも良い。According to the present invention, it is possible to perform magnesium deoxidation treatment of molten steel with extremely high efficiency and low cost. Further, as compared with normal direct deoxidation using aluminum, it is possible to produce clean steel with less damage of inclusions easily and at low cost. In addition, when applying this method, not only the converter molten steel illustrated above but also the molten steel manufactured by an electric furnace can be similarly applied. This method may use the ladle illustrated, but may be applied to a tundish. Alternatively, a magnesium vapor generator may be separately provided and blown with the carrier gas.
【図１】本願発明に至る基礎研究の過程で得られた知見
に基づき、マグネシウムの脱酸効率と気泡中のマグネシ
ウム分圧の関係を推算した結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of estimating the relationship between the deoxidizing efficiency of magnesium and the partial pressure of magnesium in bubbles based on the knowledge obtained in the course of the basic research leading to the present invention.
【図２】本願発明に至る基礎研究の過程で得られた知見
に基づき、最適マグネシウム分圧をパラメータとし、溶
鋼中酸素濃度と気泡中の初期マグネシウム分圧の関係を
推算した結果である。FIG. 2 is a result of estimating the relationship between the oxygen concentration in molten steel and the initial magnesium partial pressure in bubbles using the optimum magnesium partial pressure as a parameter based on the knowledge obtained in the course of the basic research leading to the present invention.
【図３】本願発明を実施するに好適な浸漬管構造体とそ
の使用方法の例を示す横断面図である。FIG. 3 is a transverse cross-sectional view showing an example of a dip tube structure suitable for carrying out the present invention and a method of using the same.
１ 浸漬体 ２ 浸漬体内張り ３ 溶鋼 ４ 取鍋 ５ キャリアーガスホルダー ６ ペレットまたは金属マグネシウム供給装置 ７ ペレットまたは金属マグネシウム添加装置 ８ スラグ 1 immersion body 2 Immersion upholstery 3 Molten steel 4 ladle 5 carrier gas holder 6 Pellet or metal magnesium feeder 7 Pellet or metal magnesium addition device 8 slugs
Claims (5)
もに溶鋼中に直接吹込み、溶鋼の脱酸を行なう精錬方法
において、溶鋼中の酸素濃度に応じてキャリアーガス流
量を変化させ、吹込みガス中のマグネシウム分圧を制御
することにより、マグネシウムの精錬効率を高める溶鋼
の脱酸方法。1. A refining method in which magnesium vapor is directly blown into molten steel together with a carrier gas to deoxidize molten steel, the carrier gas flow rate is changed according to the oxygen concentration in the molten steel, and the magnesium content in the blown gas is changed. A deoxidizing method for molten steel that increases the refining efficiency of magnesium by controlling the pressure.
もに溶鋼中に直接吹込み、溶鋼の脱酸を行なう精錬方法
において、溶鋼中の酸素濃度に応じてマグネシウム吹込
み流量を変化させ、吹込みガス中のマグネシウム分圧を
制御することにより、マグネシウムの精錬効率を高める
溶鋼の脱酸方法。2. In a refining method in which magnesium vapor is directly blown into a molten steel together with a carrier gas to deoxidize the molten steel, the magnesium blowing flow rate is changed according to the oxygen concentration in the molten steel, and the magnesium in the blowing gas is changed. A method for deoxidizing molten steel that increases the refining efficiency of magnesium by controlling the partial pressure.
反応を防止するため、マグネシウム蒸気が直接接触する
部分はグラファイト、金属、グラファイトを含むマグネ
シア−グラファイトまたはアルミナ−グラファイトを使
用する請求項１または２記載の溶鋼の脱酸方法。3. A graphite, a metal, a magnesia-graphite containing graphite, or an alumina-graphite is used in a portion in direct contact with the magnesium vapor in order to prevent a reaction between the magnesium vapor and the oxide-based refractory. 2. A method for deoxidizing molten steel according to 2.
ニウムペレットを分割装入し、精錬操作中に吹込みガス
中のマグネシウム分圧を制御することにより、ペレット
の精錬効率を高める請求項１または２または３記載の溶
鋼の脱酸方法。4. The refining efficiency of pellets is increased by separately charging magnesia aluminum pellets in a refractory dip tube and controlling the magnesium partial pressure in the blown gas during refining operation. Alternatively, the method for deoxidizing molten steel according to the item 3.
精錬中にマグネシウム蒸気の生成速度を制御することに
より、吹き込みガス中のマグネシウム分圧を制御するこ
とを特徴とする請求項１または２または３記載の溶鋼の
脱酸方法。5. The addition rate of magnesium metal is adjusted,
The method for deoxidizing molten steel according to claim 1, 2 or 3, wherein the magnesium partial pressure in the blowing gas is controlled by controlling the production rate of magnesium vapor during refining.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043198A JP2003247015A (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Method for deoxidizing molten steel |
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| JP (1) | JP2003247015A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2002
- 2002-02-20 JP JP2002043198A patent/JP2003247015A/en not_active Withdrawn
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