JP2004346367A

JP2004346367A - 低硫低窒素鋼の製造方法

Info

Publication number: JP2004346367A
Application number: JP2003143983A
Authority: JP
Inventors: Jun Kikuchi; 潤菊池
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP3896992B2

Abstract

【課題】転炉から取鍋への出鋼中に、効率良く脱硫を行うことができ、且つＮアップ（窒素増大）を回避することが可能な低硫低窒素鋼の製造方法を提供することである。
【解決手段】転炉１から取鍋４への出鋼工程において、造滓剤７ａを添加し取鍋内溶鋼２ｃの表面にカバースラグ３ｂを形成した後、アルミニウム９の添加により脱酸し、次いで、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上の脱硫剤７ｂを添加することによって溶鋼の脱硫を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、効率良く脱硫を行うことができ、且つＮアップ（窒素増大）を回避できる低硫低窒素鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼材料において、さらなる高性能化・高機能化が要求されるにつれて、不純物として含有しているＳ（硫黄）レベルを、より一層低減することが必要不可欠となってきている。一般的に、高炉−転炉法を採用している大型製鉄所においては、溶銑の段階で脱硫を行う溶銑予備処理を行い、転炉精錬後、二次精錬工程において、さらに溶鋼脱硫設備を使用することによって極低硫鋼を溶製するプロセスが主流であった。
【０００３】
しかし、二次精錬工程において溶鋼脱硫設備を使用する場合には、溶鋼脱硫工程が追加されることによって、昇熱、耐火物に関わる経済的負荷が極めて大きいことから、溶鋼脱硫工程を省略する、または溶鋼脱硫工程における負荷を限りなく軽減することが可能な精錬プロセスの開発が課題であった。
【０００４】
この課題を解決する手段として、転炉から取鍋に出鋼する際の出鋼流の攪拌動力を利用し、出鋼中に溶鋼の脱硫を行うことによって、溶鋼脱硫工程での負荷を抑制する方法が開発されている。特許文献１では、出鋼中にＡｌ（アルミニウム）で脱酸した溶鋼に対して、生石灰を添加して脱硫を行った後、ＲＨ等の真空脱ガス装置において、Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯを３．０質量％未満にするように酸素供給速度を調整しながらＳｏｌ．Ａｌを所定濃度まで下げる方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、転炉出鋼時に、融点が１５００℃以下の組成を持つ粒度３０ｍｍ以下の脱硫フラックスを、アルミニウムとともに溶鋼に投入することによって溶鋼の脱硫を行い、次いで二次精錬工程において、仕上げ脱硫を行うことによって極低硫鋼を溶製する方法が提案されている。
【特許文献１】
特開平１０−１０２１３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０９９２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法には、以下のような問題点があった。
【０００７】
まず、特許文献１では、転炉からの出鋼流に対し、最初にアルミニウムを添加して十分に脱酸をすることから、表面活性元素である溶存酸素が急激に減少することによって大気からの著しいＮアップを伴い、低窒素鋼の製造が困難となることである。
【０００８】
次に、特許文献２においては、融点が１５００℃以下の組成を持つ脱硫フラックスは、一般的には、例えばＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２等を主成分とする複数の原料を、混合・焼成・整粒することによって製造されるため、極めて高価なものとなってしまい、経済的効果が期待できないという問題点があった。
【０００９】
本発明の目的は、転炉から取鍋への出鋼中に、効率良く、脱硫を行うことができ、且つＮアップ（窒素増大）を回避することが可能な低硫低窒素鋼の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、出鋼中におけるＮアップを抑制するため検討を行った結果、アルミニウムを添加する前の未脱酸溶鋼に対して造滓剤を添加し、取鍋内の溶鋼表面にカバースラグを形成すると、このカバースラグにより大気と溶鋼が遮断されるため、その後のアルミニウム添加により溶存酸素が急激に低下した場合においても、Ｎアップを抑制可能であることを見出した。
【００１１】
次いで、脱酸後に添加する脱硫剤の選定について種々の検討を行った結果、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上の造滓剤を使用することによって、低融点フラックスと同等以上の脱硫量が得られることを見出した。
【００１２】
さらに、出鋼完了以降の工程におけるスラグからの復硫を抑制する方法について検討を積み重ねた結果、出鋼完了直後の取鍋内スラグに対してスラグ改質剤を添加することによって、スラグからの復硫を抑制可能であることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明に係る低硫低窒素鋼の製造方法は、上記知見に基づいてなされたものであり、転炉から取鍋への出鋼工程において、造滓剤を添加し取鍋内の溶鋼表面にカバースラグを形成した後、アルミニウムを添加することによって溶鋼を脱酸し、次いで、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上の造滓剤を添加することによって溶鋼の脱硫を行うことを特徴とする。
【００１４】
本方法によれば、出鋼中の取鍋内の溶鋼に対して、順次、造滓剤、アルミニウム、脱硫剤を添加することによって、効率良く、非常に低いＳレベルに脱硫を行うことができ、且つ、Ｎアップを回避することができる。
【００１５】
特に、造滓剤および脱硫剤としては、生石灰が安価であり、経済的に有利である。
【００１６】
また、上記方法において、出鋼完了後にスラグ改質剤を添加する場合には、スラグからの復硫を抑制できるので、極めて低いＳ含有率を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しながら詳述する。図１は、転炉１から取鍋４への出鋼工程において、本発明の方法を実施する一形態を示す概念図である。
【００１８】
本発明による出鋼工程は、以下の４段階に分けられる。
【００１９】
（１）第１段階
第１段階は、出鋼初期の取鍋内溶鋼２ｃに対して造滓剤７ａを添加し、溶鋼２ｃの表面にカバースラグ３ｂを形成する工程である。未脱酸状態の溶鋼２ｃをカバースラグ３ｂによって大気から遮断することにより、後述の第２段階においてアルミニウム添加により溶鋼２ｃの酸素ポテンシャルが低下しても、Ｎアップを抑制することができる。
【００２０】
造滓剤としては、ＳｉＯ_２、生石灰、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。その中でも、生石灰は安価であり、経済的に有利である。また、生石灰としては、ＣａＯを９０質量％以上含有するものを用いることができる。
【００２１】
この場合、造滓剤７ａが容易に滓化することによって、可及的速やかに溶鋼２ｃの表面を広い範囲で覆うカバースラグを形成させることがＮアップ抑制に効果的であることから、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上のもの、すなわち第３段階で用いる脱硫剤と粒度構成が同程度のものを使用することが望ましい。ここで、粒度が１５ｍｍ以下とは、篩網を使用して整粒した際、篩下として発生する粒度のものである。
【００２２】
溶鋼２ｃを大気から充分に遮断するためには、カバースラグを形成するために添加する造滓剤７ａの量は、１〜３ｋｇ／ｔであることが好ましく、１．５〜２．５ｋｇ／ｔであることが、さらに好ましい。造滓剤７ａの量が１ｋｇ／ｔよりも少ない場合には、カバースラグの厚さが薄くなって、大気からの遮断が不充分となるおそれがある。また、造滓剤７ａの量が３ｋｇ／ｔよりも多い場合には、より融点の高いスラグが形成され流動性が低下することから、溶鋼表面にスラグで覆われていない領域が局部的に発生し、大気との遮断が不充分となる恐れがある。
【００２３】
出鋼途中の取鍋内の溶鋼に造滓剤７ａを添加する方法は特に限定されず、投入シュート６等の適当な手段を利用すればよい。造滓剤７ａを効果的に滓化させるため、取鍋内への造滓剤７ａの落下ポイントと溶鋼流２ｂの落下ポイント５の位置を合わせて、溶鋼流の攪拌動力を無駄なく利用することが重要であることは言うまでもない。
【００２４】
（２）第２段階
第２段階は、カバースラグ３ｂの形成後、溶鋼２ｃへアルミニウム（Ａｌ）８を添加することによる脱酸工程である。脱硫反応自体は還元雰囲気下で容易に進行することから、溶鋼中さらにはスラグ中の酸素ポテンシャルを可及的に低減することが必要不可欠である。アルミニウムとしては、一般的に使用されているバラＡｌ、プレスＡｌが添加可能であり、安価な脱酸剤を使用する観点から、Ａｌ純分の低いＡｌ灰や、フレーク状のメタルＡｌ等でも差し支えない。添加するＡｌ量としては、出鋼完了後において、Ｓｏｌ．Ａｌ含有率［Ａｌ］≧０．０５０質量％、特に［Ａｌ］≧０．０７０質量％を確保可能な量であることが望ましい。［Ａｌ］＜０．０５０質量％の場合には、脱硫能が若干低下する場合がある。
【００２５】
また、後述の脱硫反応を効率良く行うためには、取鍋内溶鋼２ｃのフリー酸素含有量を４ｐｐｍ未満に低減することが望ましい。
【００２６】
第２段階のアルミニウムは、前段階より引き続き出鋼途中にある取鍋内の溶鋼へ添加される。アルミニウムの添加方法は特に限定されず、図１に示すように投入シュート６や第１段階で使用したものと異なる投入シート等適当な手段を利用すればよい。この場合も、アルミニウムを速やか且つ均一に溶解するために、取鍋内へのアルミニウムの落下ポイントと溶鋼流の落下ポイント５の位置を合わせて、溶鋼流の攪拌動力を無駄なく利用することが重要である。
【００２７】
（３）第３段階
第３段階は、アルミニウム添加後、脱酸状態の溶鋼２ｃへ脱硫剤７ｂを添加することによる脱硫工程である。ここでは、脱硫剤７ｂの脱硫反応効率を高めるために、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上のものを使用することが必要不可欠である。かかる粒度分布をもつ脱硫剤は、容易に滓化するので脱硫効果が高く、特にアルミニウム添加により充分な脱酸状態になった溶鋼に添加する場合には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２等をＣａＯと混合した複合フラックス並みの優れた脱硫効果を発揮できる。
【００２８】
脱硫剤としては、例えば、ソーダ灰、カルシュウムカーバイド、金属Ｍｇ、石灰石等が使用されているが、最近は生石灰のみあるいはこれに、少量のソーダ灰あるいはホタル石を含む生石灰系が主流である。その中でも生石灰は安価であり、経済的に有利である。
【００２９】
第３段階の脱硫剤７ｂも、前段階より引き続き出鋼途中にある取鍋内の溶鋼に添加することで、溶鋼流の攪拌動力を利用し、いわゆるトランジトリー反応により、効率良く脱硫を行う。脱硫剤７ｂを添加する方法も特に限定されず、図１に示すように投入シュート６や第１段階で使用したものと異なる投入シートを利用してもよい。脱硫剤７ｂを効果的に滓化させるためには、第１段階と同様、取鍋内への脱硫剤７ｂの落下ポイントと溶鋼流２ｂの落下ポイント５の位置を合わせることが重要である。
【００３０】
脱硫量は、脱硫剤の添加量を調整することにより制御可能である。通常、第３段階での脱硫剤７ｂの添加量は、５〜７ｋｇ／ｔ程度とする。
【００３１】
（４）第４段階
第４段階は、出鋼完了直後の取鍋内のスラグに対して、スラグ改質剤９を添加して復硫反応を防止する工程である。カバースラグ３ｂは、脱硫反応が進行し、さらに転炉内溶鋼２ａに伴って若干の転炉内スラグ３ａが混入すると、酸素ポテンシャルが高くなるので、取鍋内溶鋼２ｃが酸化されて復硫を生じるが、スラグ改質剤の添加により、出鋼完了後における復硫反応を防止することが可能となり、最終的に極低Ｓ含有率を達成することができる。
【００３２】
スラグの酸化度は、スラグのＴ．Ｆｅ含有率とＭｎＯ含有率との和Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯで表すことができる。スラグからの復硫を防止するためには、スラグ改質剤の添加により、Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ含有率が２．０質量％以下とすることが好ましい。
【００３３】
改質剤としては、例えば、Ａｌ純分が４０質量％程度のＡｌ灰等を用いることができる。
【００３４】
スラグ改質剤９の添加方法は、特に限定されず、図１に示すように投入シュート６や第１段階で使用したものと異なる投入シートを利用してもよい。スラグ改質剤を効果的に反応させるという観点から、スラグの表面温度が低下する前、特に好ましくは該表面温度が１０００℃以上であるうちに添加することが重要であり、時間的には出鋼完了直後、又は若干のタイムラグを見込むとしても出鋼完了から１分以内に改質剤を添加することが望ましい。
【００３５】
また、より改質効果を上げるためには、例えば、取鍋を乗せた台車を台車方向に小刻みに往復させることによって、取鍋内のスラグを揺動させることが効果的である。
【００３６】
なお、本発明の方法においては、第１段階の造滓剤添加、第２段階のアルミニウム添加、及び第３段階の脱硫剤添加を、全て出鋼途中の取鍋内溶鋼に対して行い、第４段階のスラグ改質剤添加は、出鋼直後から比較的短い時間のうちに行なう必要がある。具体的な添加スケジュールとしては、通常４〜７分間程度である出鋼工程の間において、出鋼開始から１．５分までを第１段階、１．５分経過後から３．０分経過後までを第２段階、３．０分経過後以降を第３段階とし、出鋼完了後の第４段階でのスラグ改質添加は、出鋼完了から１分以内とすることが望ましい。
【００３７】
【実施例】
以下に、２５０ｔ転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼する工程で、従来法及び本発明法により脱硫を行った実験例について詳述する。
１．生石灰とフラックスの仕様
表１に、実施例及び比較例で、造滓剤および脱硫剤として使用した生石灰とフラックスの仕様を示した。表の組成を補足すると以下の通りである。
（１）生石灰ａ：本発明法による生石灰（粒度１５ｍｍ以下の分布≧９０質量％）、
（２）生石灰ｂ：従来法における生石灰（粒度１５ｍｍ以下の分布＜９０質量％）、及び
（３）フラックス：ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３を配合したプリメルト品。
【００３８】
【表１】

【００３９】
２．出鋼と脱硫の手順
出鋼工程において、従来法（カバースラグなし）ではアルミニウム添加後に上記生石灰ｂまたはフラックスを脱硫剤として添加し、本発明法（カバースラグあり）においては、生石灰ａまたは生石灰ｂを造滓剤として添加した後に、アルミニウムを添加することにより溶鋼を脱酸し、次いで生石灰ａを脱硫剤として添加した。出鋼時間は、４．５〜５．５分であり、従来法、本発明法ともに、脱硫剤の添加が終了するまでの経過時間は、３分前後であった。
【００４０】
また、スラグ改質剤を添加する実施例では、上記の手順で出鋼を終了した直後に、取鍋内スラグにスラグ改質剤（メタルＡｌ分：４０質量％）を添加した。
【００４１】
表２に製造条件を示した。従来法として、比較例（１）及び（２）では、生石灰ｂを脱硫剤として使用し、比較例（３）及び（４）ではフラックスを脱硫剤として使用した。本発明法としては、実施例（１）及び（２）では脱酸前のカバースラグ形成のために生石灰ｂを使用し、脱硫剤として生石灰ａを使用した。また、実施例（３）及び（４）では脱酸前のカバースラグ形成のために生石灰ａを使用し、実施例（５）及び（６）には脱酸用アルミニウムを削減した実施例を示した。さらに、実施例（７）及び（８）では、出鋼完了後にスラグ改質剤を添加した実施例を示している。
【００４２】
【表２】

【００４３】
３．実験結果
Ｎについては熱伝導法、Ｓについては赤外線吸収法、Ａｌについては発光分光分析法により定量分析を行った。
【００４４】
表３に、各比較例及び各実施例の製造結果を示した。脱硫剤として、生石灰ｂを使用した比較例（１）及び（２）、及びフラックスを使用した比較例（３）及び（４）の従来法と比較すると、本発明により、脱酸前に造滓剤として生石灰ｂを添加し、カバーガラスを形成した実施例（１）及び（２）では、同等の脱硫量が得られているとともに、約５ｐｐｍのＮアップ抑制が可能となっている。脱酸前のカバースラグ形成のために、より粒度の細かい生石灰ａを使用した実施例（３）及び（４）では、さらなるＮアップの抑制が可能となり、従来法に対し約１０ｐｐｍ低減可能となっている。また、脱酸用アルミニウムを削減した実施例（５）及び（６）では、若干脱硫量が低下しているものの、ほぼ従来法と同等であることがわかる。最後に、出鋼完了後にスラグ改質剤を添加した実施例（７）及び（８）においては、出鋼後から成品にかけての復硫がほとんど認められておらず、極低硫化に効果的であることが確認された。
【００４５】
【表３】

【００４６】
【発明の効果】
本発明は、低硫低窒素鋼の製造方法において、二次精錬工程における負荷を著しく軽減できることから、経済的・省エネルギー的な観点から、極めて有用である。
【００４７】
本発明によれば、特に、Ｓ含有率が３０ｐｐｍ以下で且つＮ含有率が４０ｐｐｍ以下の低硫低窒素鋼、その中でもＳ含有率が２０ｐｐｍ以下で且つＮ含有率が３５ｐｐｍ以下の極低硫低窒素鋼を効率良く且つ経済的に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により低硫低窒素鋼を製造する方法の一形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１…転炉
２ａ…転炉内溶鋼
２ｂ…溶鋼硫
２ｃ…取鍋内溶鋼
３ａ…転炉内スラグ
３ｂ…カバースラグ
４…取鍋
５…落下ポイント
６…投入シュート
７ａ…造滓剤（カバースラグ）
７ｂ…脱硫剤
８…アルミニウム
９…スラグ改質剤

Claims

転炉から取鍋への出鋼工程において、造滓剤を添加し取鍋内の溶鋼表面にカバースラグを形成した後、アルミニウムを添加することによって溶鋼を脱酸し、次いで、１５ｍｍ以下の粒度の構成比率が９０質量％以上の脱硫剤を添加することによって溶鋼の脱硫を行うことを特徴とする、低硫低窒素鋼の製造方法。
造滓剤および脱硫剤として生石灰を使用することを特徴とする、請求項１に記載の低硫低窒素鋼の製造方法。
出鋼完了後にスラグ改質剤を添加することを特徴とする、請求項１または２に記載の低硫低窒素鋼の製造方法。