JP2004518823A

JP2004518823A - 鋼の取鍋精錬

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Publication number: JP2004518823A
Application number: JP2002577930A
Authority: JP
Inventors: グロス・クレイ・エイ; マハパトラ・ラーマ・バラフ; ブレッジ・ウォルター; ウィグマン・スティーブン・レオナルド
Original assignee: ニューコア・コーポレーション
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: DK1386011T3; EP1386011B1; DE60229931D1; NO20034355D0; EE05426B1; NO339256B1; EP1386011A4; NO20034355L; IS6961A; KR100894114B1; MXPA03008956A; AU2002244528B2; US20020174746A1; ATE414797T1; EP1386011A1; US6547849B2; WO2002079522A1; CN1501984A; CA2441839C; EP1880783B1

Abstract

鋼装入分及び鉱滓形成材料が取鍋内で加熱されて、ケイ素、マンガン及びカルシウム酸化物を含む鉱滓で覆われた溶鋼を形成する。鋼はアルゴン又は窒素等の不活性ガスの吹き込みにより攪拌され、ケイ素／マンガン脱酸及び脱窒を引き起こしてケイ素／マンガンキルド溶鋼を生み出す。酸化カルシウムの多い鉱滓と接触させつつ不活性ガスを吹き込むことにより溶鋼を攪拌して、鋼中の遊離酸素レベル低下と、硫黄レベル０．００９％以下への脱窒が生み出される。後で石灰を添加することにより鉱滓を肥厚させて鋼への硫黄の逆戻りを防ぎ、酸素を鋼に吹き込んでその遊離酸素成分を増加させ、双ロール鋳造装置で鋳造しやすい鋼を製造できる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼の取鍋精錬に関する。特に、連続ストリップ鋳造装置で薄鋼ストリップに直接鋳造されるべき鋼の取鍋精錬に適用されるが、それに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
双ロール鋳造装置での連続鋳造で金属ストリップを鋳造することが公知である。斯かる方法において、溶融金属は相互方向に回転する一対の冷却水平鋳造ロール間に導入されることにより、移動するロール上に金属殻が凝固してロール間のロール間隙にて合わされて、ロール間のロール間隙から下方に送給される凝固ストリップ生成物を生み出す。溶融金属は、タンディッシュと、タンディッシュの下に位置してタンディッシュから金属流を受けてロール間のロール間隙へと向かわせる金属供給ノズルとを介しロール間のロール間隙へと導入でき、その結果、ロール間隙直上のロール鋳造表面に支持される溶融金属の鋳造溜めを形成する。この鋳造溜めはロール端に摺動係合保持される側板又は堰間で囲い込むことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
双ロール鋳造は、冷却で急速凝固するアルミニウム等の非鉄金属についての適用ではある程度の成功を収めている。しかしながら、その技術を鉄系金属の鋳造に適用するにはいろいろ問題がある。１つの独特な問題は、鉄系金属が固形の異物を生じやすく、それが双ロール鋳造装置に必要な極小金属流路を閉塞させることである。
【０００４】
鋼を取鍋脱酸するのにケイ素−マンガンを用いることは、ベッセマー製鉄（Ｂｅｓｓｅｍｅｒｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ）創生期にインゴット製造で行われており、反応生成物である溶融ケイ酸マンガンと残留マンガン、ケイ素及び鋼に溶解した酸素との間の平衡関係自体が公知である。しかしながら、スラブ鋳造と後続の冷間圧延により鋼ストリップを製造する技術が発展する中で、ケイ素／マンガン脱酸は一般に避けられてきており、アルミニウムキルド鋼を用いる必要があると考えられてきている。スラブ鋳造と後続の熱間圧延（その後に冷間圧延が続くことが多い）による鋼ストリップの製造では、ケイ素／マンガンキルド鋼は、ストリップ生成物の中央層に異物が集中することからストリンガ（ｓｔｒｉｎｇｅｒｓ）等の欠陥発生率が容認できないほど大きい。
【０００５】
双ロール鋳造装置での鋼ストリップ連続鋳造では、鋳造ロール長さ方向に沿って一定速度の微細制御の鋼流を生み出して、ロール鋳造表面全体にわたり充分急速且つ均一な鋼冷却を達成するのが望ましい。このためには、溶鋼を金属送給システム内の耐火材料の極小流路に通す必要があり、固形の異物が分離してこれらの小流路を閉塞する傾向がある。
【０００６】
連続ストリップロール鋳造装置で種々の等級の鋼をストリップ鋳造する広範な計画をこなした結果、我々が見知したことは、従来のアルミニウムキルド炭素鋼やアルミニウム残留成分０．０１％以上の部分キルド鋼は、固形の異物が塊になって金属送給システムの微細流路を閉塞し、生成されるストリップ生成物に欠陥及び切れ目をもたらすため一般に充分な鋳造ができないということであった。この問題は鋼をカルシウム処理して固形の異物を減らすことで対処できるが、これには費用が嵩み、微細な制御が必要であり、方法及び設備の複雑性を更に増すことになる。これに対し、双ロール鋳造装置では達成される急速凝固により大きな異物の形成が防がれ、双ロール鋳造方法では異物が中央層に集中するのではなくストリップ全体にわたり均一分布することになるので、普通にケイ素／マンガンキルド鋼に関しストリンガ等の欠陥なしにストリップ生成物を鋳造可能である。更に又、鋳造温度で液体脱酸生成物を生ずるようケイ素及びマンガン成分を調節して、塊化問題及び閉塞問題を最少化することが可能である。
【０００７】
従来のケイ素／マンガン脱酸方法では、溶鋼中の遊離酸素レベルをアルミニウム脱酸で達成し得るのと同程度に下げるのは不可能で、このため脱窒が阻害される。連続ストリップ鋳造では、硫黄成分は０．００９％以下程度が望ましい。取鍋での従来のケイ素／マンガン脱酸方法では、脱窒反応は非常に遅く、特に市場品質の屑鉄を用いる電気アーク炉（ＥＡＦ）で鋼が造られる場合には、斯かる低レベルへと脱窒を達成するのは実行不可能となっている。斯かる屑鉄は一般に０．０２５重量％〜０．０４５重量％の硫黄成分を有する。本発明によればケイ素／マンガンキルド鋼において、より有効な脱酸及び脱窒が可能になり、ケイ素／マンガンキルド体で高硫黄分の鋼を精錬して、連続薄ストリップ鋳造に適した低硫黄分の鋼を造ることが可能になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の図示した実施の形態によれば、取鍋内の鋼装入分（ｓｔｅｅｌｃｈａｒｇｅ）及び鉱滓形成材料を加熱して、ケイ素、マンガン及びカルシウム酸化物を含む鉱滓で覆われた溶鋼を形成し、溶鋼に不活性ガスを吹き込むことにより溶鋼を攪拌して鋼のケイ素／マンガン脱酸及び脱窒を引き起こして硫黄成分０．０１重量％以下のケイ素／マンガンキルド溶鋼を製造することを含む、取鍋における鋼精錬方法が提供される。
【０００９】
溶鋼は脱窒時に２０ｐｐｍ以下の遊離酸素成分を有することができる。
【００１０】
脱窒時の遊離酸素成分は、例えば、１２ｐｐｍ以下程度にできる。
【００１１】
不活性ガスは、例えば、アルゴンであってよい。
【００１２】
溶鋼と鉱滓との間の有効な接触を促進する強力な攪拌作用を生み出すよう、不活性ガスを取鍋中の溶鋼底部に取鍋内の鋼１トン当たり０．３５立方フィート毎分〜１．５立方フィート毎分の割合で吹き込むことができる。
【００１３】
不活性ガスは、取鍋床部のインジェクタを介し及び／又は少なくとも１本のインジェクションランスを介し溶鋼中に吹き込むことができる。
【００１４】
溶鋼は０．００１重量％〜０．１重量％の炭素成分、０．１重量％〜２．０重量％のマンガン成分及び０．１重量％〜１０重量％のケイ素成分を有することができる。
【００１５】
鋼は、０．０１重量％以下程度のアルミニウム成分を有することができる。アルミニウム成分は、例えば、０．００８重量％以下もの少量にすることが可能である。
【００１６】
本発明の方法で製造される溶鋼は、連続薄ストリップ鋳造装置で鋳造して板厚５ｍｍ以下の薄鋼ストリップにすることができる。
【００１７】
取鍋の加熱は取鍋冶金炉（ＬＭＦ）で行うことができる。ＬＭＦは、以下を含めいろいろな機能を持つことができる。
１．取鍋内の液鋼を、連続鋳造作業等の後続処理に適した所要出口温度に加熱すること。
２．鋼組成を、次処理の特定の要件に調節すること。
３．鋼の硫黄成分を目的の最終硫黄成分へと減らすのを達成すること。
４．液鋼浴の熱的同質性及び化学的同質性を達成すること。
５．酸化異物の塊化及び浮遊化、並びに、それらを後で精錬鉱滓中に取込み・保持すること。
【００１８】
従来の取鍋冶金炉（ＬＭＦ）においては、加熱は電気アークヒータ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｈｅａｔｅｒｓ）により達成できる。液鋼は精錬鉱滓の重し（ｗｅｉｇｈｔ）で覆わねばならず、均温性を保つために穏やかな強制循環が必要である。これは電磁攪拌又は穏やかなアルゴンバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）によって達成される。鉱滓の重量及び厚みは電弧を囲むのに充分なものであり、その組成及び物理的特性（即ち、流動性）は、鉱滓が脱酸反応及び／又は大気中の酸素との反応から生じる硫黄及び固体・液体酸化異物を捕捉・保持できるものである。
【００１９】
溶鋼は例えばアルゴン又は窒素等の不活性ガスの吹き込みにより攪拌されて、取鍋内での鉱滓−金属の混合及び鋼の脱窒を促進することができる。典型的には、不活性ガスは取鍋底部に位置した浸透性耐火浄化プラグを介し又はランスを介し吹き込みできる。我々が今回見知したのは、例えば鋼中に浸漬したランスを介し、アルゴンを吹き込むこと等により普通以上に強い又は激しい撹拌作用を達成すれば、酸化カルシウム（ＣａＯ）に富んだ鉱滓体に関連してケイ素脱酸で非常に低い鋼遊離酸素レベルを得る等の驚くべき非平衡的成果が達成可能であることである。特に、５０ｐｐｍという予想結果に反して、１０ｐｐｍ程度の遊離酸素レベルを達成するのが容易に可能である。この低遊離酸素成分により、より有効な脱窒ができ、ケイ素／マンガンキルド鋼で非常に低い硫黄レベルを達成することが可能となる。
【００２０】
明細には、我々が知ったのは、酸化カルシウム（ＣａＯ）に富んだ液体鉱滓を有する溶鋼１トン当たり０．３５立方フィート毎分〜１．５立方フィート毎分の流量でランスを介しアルゴンを吹き込むことにより１６００℃のケイ素／マンガン体で１２ｐｐｍ以下、８ｐｐｍもの低さの遊離酸素を達成可能であこと及び硫黄レベル０．００９％以下の脱窒を急速に達成可能であることである。溶融金属を激しく攪拌することにより液体鉱滓と鋼との間の混合が促進され、鋼中のケイ素と遊離酸素との反応生成物である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の除去が促進され、それによりケイ素脱酸反応の継続が促進されて、アルミニウム脱酸で比較的よく期待される低遊離酸素レベルを生み出すと思われる。
【００２１】
脱窒段階の結果、鉱滓が肥厚されて鋼への硫黄の逆戻りを防ぎ、次いで、双ロール鋳造装置で容易に鋳造可能な鋼を造るために酸素が鋼に吹き込まれて遊離酸素成分を５０ｐｐｍに増加することができる。
【００２２】
本発明をより充分に説明するために、本発明の例示的な実施の形態を添付図面に関して記述する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の例示的な実施の形態においては、ＬＭＦ１０を用いて取鍋１７内で鋼装入分及び鉱滓形成材料が加熱、精錬され、鉱滓により覆われる溶鋼浴を形成する。鉱滓は、なかんずく、ケイ素、マンガン及びカルシウム酸化物を含むことができる。図面に関して、取鍋１７は、取鍋をＬＭＦ１０から工場床１２に沿って双ロール鋳造装置（図示せず）へと移動させるよう構成した取鍋台車１４上に支持される。鋼装入分又は浴が取鍋１７内で１つ又は複数の電極３８により加熱される。電極３８は伝導アーム３６と電極柱３９により支持される。伝導アーム３６を支持する電極柱３９は支持構造物３７内を移動可能に配される。電気伝導アーム３６が電流を支持して変圧器（図示せず）から電極３８へと運ぶ。電極柱３９と調整シリンダ４４は電極３８と伝導アーム３６を上下動又は柱３９の縦軸線まわりに動かすよう構成される。作動時に、柱３９が降下するにつれて、金属を取鍋１７内で加熱するよう電極３８は炉フード又は排気装置３４の開口（図示せず）及び炉蓋３２の開口（図示せず）を介し降下されて取鍋１７内の鉱滓の下に入れられる。流体圧シリンダ３３が蓋３２及びフード３４を上下動させて、上昇位置から作動下降位置へと動かす。熱シールド４１は電極支持部と調整構成部を炉により生じる熱から保護する。１つの電極３８しか示していないが、加熱作業のために追加の電極３８を設けることができると理解される。蓋３２、リフトシリンダ３３、伝導アーム３６等の種々の炉構成部品が水冷される。他の適宜の冷却剤及び冷却技術を用いることもできる。
【００２４】
攪拌ランス４８は、支持アーム４７を介しランス支持柱４６に移動可能に取付けられる。支持アーム４７は柱４６を上下摺動し、柱４６長手方向軸線を中心に回転してランス４８を取鍋１７上方で旋回させ、次いでランス４８をフード３４及び蓋３２の開口（図示せず）を介して降下させ取鍋浴に入れる。ランス４８及び支持アーム４７は上昇位置が仮想線で示されている。アルゴン又は窒素等の不活性ガスが攪拌ランス４８を介しバブリングされて浴を攪拌又は循環させて均一温度及び組成を達成して鋼の脱酸及び脱窒を引き起こす。同じ結果を、取鍋１７底部に形成された等方性多孔又は毛細プラグ等の耐火プラグ（図示せず）を介し不活性ガスをバブリングすることによっても達成できる。攪拌は、不活性ガスの吹き込みに関する電磁攪拌その他の代替的方法により達成することもできる。
【００２５】
鋼の組成は酸化カルシウム（ＣａＯ）に富んだ鉱滓体を生み出すようなそれである。攪拌用にアルゴン又は窒素等の不活性ガスを吹き込むことにより、ケイ素脱酸で非常に低い遊離酸素レベルが生じ、後続の脱窒で非常に低い硫黄レベルが生じる。次いで、鉱滓は石灰の添加により肥厚されて鋼へ硫黄の逆戻りを防ぎ、双ロール鋳造装置で容易に鋳造可能な鋼を製造するよう酸素がランス等を用いて鋼に吹き込まれて遊離酸素成分を５０ｐｐｍ程度に増加させる。次いで、その鋼が双ロール鋳造装置に送給されて薄鋼ストリップへと鋳造される。精錬時に除去されるべき化合物が遊離酸素と反応して二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、及び酸化鉄（ＦｅＯ）等の酸化物を形成し、それらが鉱滓に入る。
【００２６】
例示した方法について、ＬＭＦ中の容量１２０トンの取鍋で、浸漬したランスを介したアルゴンガスの吹き込みで行なった試行の結果を次の表１で示す。
【表１】

表１の結果から明らかなように、硫黄レベルは最初０．００８％にまで減少したが、鉱滓を肥厚させて鉱滓分離するために１０００ポンドの石灰を添加すると、鉱滓肥厚工程でわずかな戻りが生じて０．０１％となった。
【００２７】
上記したように、平炭素鋼を直接に薄ストリップへと双ロール鋳造する場合、硫黄成分０．０１重量％以下のケイ素／マンガンキルド鋼を用いることが可能である。上記試験結果からわかるように、これは本発明の方法では容易に達成できる。次いで、アメリカ特許第５，１８４，６６８号及び第５，２７７，２４３号に充分に記述されている種類の双ロール鋳造装置で鋳造を行ない、板厚５ｍｍ以下、例えば１ｍｍ以下程度のストリップを製造できる。
【００２８】
本発明を図面及び上述の記述で例示し記述してきたが、それは例示的であって限定的性格のものでないと見なすべきであり、好適な実施の形態が示され且つ記述されたのであって、本発明の範囲内のあらゆる変更及び改変の保護が望まれていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
取鍋冶金炉の部分断面側面図である。

Claims

取鍋内の鋼装入分及び鉱滓形成材料を加熱して、ケイ素、マンガン及びカルシウム酸化物を含む鉱滓で覆われた溶鋼を形成し、溶鋼に不活性ガスを吹き込むことにより溶鋼を攪拌して鋼のケイ素／マンガン脱酸及び脱窒を引き起こして硫黄成分０．０１重量％以下のケイ素／マンガンキルド溶鋼を製造することを含む、取鍋における鋼精錬方法。
脱窒時に溶鋼が２０ｐｐｍ以下の遊離酸素成分を有する、請求項１で請求の方法。
脱窒時の遊離酸素成分が約１２ｐｐｍ以下である、請求項２で請求の方法。
不活性ガスがアルゴンである、請求項１乃至３のいずれかで請求の方法。
不活性ガスが窒素である、請求項１乃至３のいずれかで請求の方法。
溶鋼と鉱滓との間の有効な接触を促進する強力な攪拌作用を生み出すよう、不活性ガスが取鍋内の溶鋼底部に取鍋内の鋼１トン当たり０．３５立方フィート毎分〜１．５立方フィート毎分の割合で吹き込まれる、請求項１乃至５のいずれかで請求の方法。
不活性ガスの少なくとも一部が取鍋床部のインジェクタを介し溶鋼中に吹き込まれる、請求項１乃至６のいずれかで請求の方法。
不活性ガスの少なくとも一部が、取鍋内の金属底部へと下方に延ばされた少なくとも１本のインジェクションランスを介し溶鋼中に吹き込まれる、請求項１乃至７のいずれかで請求の方法。
溶鋼が０．００１重量％〜０．１重量％の炭素成分、０．１重量％〜２．０重量％のマンガン成分及び０．１重量％〜１０重量％のケイ素成分を有する、請求項１乃至８のいずれかで請求の方法。
鋼が約０．０１重量％以下のアルミニウム成分を有する、請求項１乃至９のいずれかで請求の方法。
アルミニウム成分が０．００８重量％以下である、請求項１０で請求の方法。
脱窒された鋼の硫黄成分が０．００９％以下である、請求項１乃至１１のいずれかで請求の方法。
脱窒の結果、鉱滓が肥厚されて鋼への硫黄の逆戻りを防ぎ、酸素が鋼に吹き込まれてその遊離酸素成分を増加させる、請求項１乃至１２のいずれかで請求の方法。
石灰を添加することにより鉱滓が肥厚される、請求項１３で請求の方法。
酸素の吹き込みにより鋼の遊離酸素成分が約５０ｐｐｍに増加する、請求項１３又は請求項１４で請求の方法。