JP2014019895A - 溶鋼の精錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な設備で二次精錬を行って高品質の鋳鋼品を得ることができる溶鋼の精錬方法を提供すること。
【解決手段】電気炉にて溶鋼上にスラグを浮遊させた状態で溶鋼の一次精錬を行い、その後、電気炉精錬の際のスラグを除去することなく二次精錬用取鍋に溶鋼およびスラグを移し、二次精錬用取鍋の上部に真空排気装置を直接取り付け、溶鋼上に電気炉精錬の際のスラグを浮遊させた状態で二次精錬用取鍋内を１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の範囲に真空排気し、溶鋼に対し二次精錬としての真空精錬を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳鋼品の製造に適した溶鋼の精錬方法に関する。

発電所で用いられる発電機等の重電機器には鋳鋼品が多用されている。そしてこれら鋳鋼品の多くは、比較的規模の小さい鋳鋼メーカーが製造している。

一方、近年、資源の節約とＣＯ_２ガスによる地球温暖化等の環境への負荷を低減する観点から、発電機の効率向上を目的としたタービンの高温・高圧化が進んでおり、タービン部品等の形状の複雑な重電機器用鋳鋼品に対して、より高温強度が高く高品質であることが求められている。

このような高品質の鋳鋼品を製造するためには、電気炉や転炉等の一次精錬後に、大手鉄鋼メーカーや特殊鋼メーカーで用いられている、ＲＨ法やタンク式脱ガス法を使用した二次精錬を行うことが有効であるが、これらの設備は莫大な投資や巨大なスペースが必要であるため、規模が小さい鋳鋼メーカーにおいてこれらを設置することは困難であり、現状、鋳鋼品の製造においてこのような二次精錬設備はほとんど用いられていない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、安価な設備で二次精錬を行って高品質の鋳鋼品を得ることができる溶鋼の精錬方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（６）を提供する。
（１）電気炉にて溶鋼上にスラグを浮遊させた状態で溶鋼の一次精錬を行い、その後、前記スラグを除去することなく二次精錬用取鍋に前記溶鋼および前記スラグを移し、前記二次精錬用取鍋の上部に真空排気装置を直接取り付け、溶鋼上に前記スラグを浮遊させた状態で前記二次精錬用取鍋内を１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の範囲に真空排気し、溶鋼に対し二次精錬としての真空精錬を行うことを特徴とする溶鋼の精錬方法。
（２）二次精錬後の溶鋼中の不純物が、Ｓ：３０ｐｐｍ以下、Ｈ：４ｐｐｍ以下、Ｔ．Ｏ：４０ｐｐｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の溶鋼の精錬方法。
（３）前記二次精錬の際に前記二次精錬用取鍋内の溶鋼を加熱することを特徴とする（１）または（２）に記載の溶鋼の精錬方法。
（４）前記真空排気装置は、前記二次精錬用取鍋の上部開口部に装着される真空蓋と、前記真空蓋と前記二次精錬用取鍋との間に設けられた真空シール部材と、前記真空蓋から延びる真空配管と、前記真空配管を介して前記二次精錬用取鍋内を真空排気するための真空ポンプとを有することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の溶鋼の精錬方法。
（５）前記スラグは、電気炉精錬後に二次精錬に必要な成分範囲内に入るように、電気炉精錬の際に予め成分を調整されたものであることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の溶鋼の精錬方法。
（６）前記スラグは、電気炉精錬終了後、スラグへ還元成分を添加するかまたは溶鋼を攪拌することにより、スラグの還元を実施することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の溶鋼の精錬方法。

本発明によれば、二次精錬の際にスラグを入れ替えず、電気炉精錬の際のスラグをそのまま使用するので、追加で添加する石灰が基本的に不要であり、補助的に添加する場合でもわずかであることから、石灰から混入する水分が少なく、溶鋼の水素真空精錬の際に従来のような１．５Ｔｏｒｒ以下の高真空にする必要はなく、１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の低真空操業で目標の不純物レベルを達成することができ、従来の二次精錬に必要とする大がかりな設備を用いることなく、二次精錬用取鍋に真空排気装置を装着するだけの簡易な設備で十分である。このため、二次精錬を安価な設備で行って高品質の鋳鋼品を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る溶鋼の精錬方法を示すフローチャートである。 二次精錬を行う際の設備を説明するための図面である。 二次精錬用取鍋から鋳型へ溶鋼を供給して鋳造を行う状態を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る溶鋼の精錬方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、最初に一次精錬である電気炉精錬を行い（工程１）、引き続きスラグを除去することなく電気炉精錬後の溶鋼を二次精錬用取鍋に出鋼し（工程２）、その後、二次精錬用取鍋内の溶鋼を加熱するとともに、電気炉精錬の際のスラグを全量用い、二次精錬用取鍋の開口部に真空排気装置を装着して１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の真空度で二次精錬を行う（工程３）。

工程１の電気炉精錬においては、アーク電極を有する通常の電気炉にて、鉄スクラップ等の冷鉄源をアーク加熱して溶解するとともに、冷鉄源が溶解して生成した溶鋼上にスラグを浮遊させてスラグ精錬を行う。

この電気炉精錬により、脱硫および脱炭等の精錬が行われるが、電気炉精錬後の溶鋼には、水素等のガス成分が比較的多く含まれており、これに起因して製品にミクロポロシティが発生する。このため、一次精錬である電気炉精錬後、二次精錬を実施して溶鋼をより清浄化する。

二次精錬は、一般的に、一次精錬で用いたスラグを除去した後に新たなスラグを供給して行うが、本実施形態では、工程２に示すように一次精錬である電気炉精錬後のスラグを除去することなく、その全量を二次精錬の際のスラグとして用いる。これは、二次精錬の際にスラグの入れ替えを行うと、スラグ原料である石灰等には水分（水素）を含んでおり、溶鋼の加熱中に溶鋼中の水素濃度が増加してしまい、二次精錬では真空脱ガス能の高い大がかりな装置が必要となってしまうからである。

このため、電気炉スラグは、電気炉精錬後に二次精錬に必要な成分範囲内に入るように、電気炉精錬の際に予め成分を調整しておくことが好ましい。ただし、電気炉精錬を行った後のスラグはＴ．Ｆｅ（トータルＦｅ）やＭｎＯが多く酸化性が強くなる傾向があり、精錬能が小さくかつ鋳造に悪影響を及ぼす可能性があることから、電気炉スラグへ還元成分として例えば石灰やアルミナを補助的に少量添加するかまたは溶鋼を攪拌することにより、スラグの還元を実施することが好ましい。これによりスラグのＳ吸収能を大幅に上昇させることができ、溶鋼中のＳ濃度を１／１０程度に低減させることができる。また、スラグへ石灰やアルミナを添加する場合にも、スラグ中の水分は上昇するが、スラグを入れ替える場合と比較すればその量はわずかであり、真空排気装置への負荷の増加は小さい。

工程３の二次精錬は、図２に示すように、電気炉からの溶鋼を受鋼した二次精錬用取鍋１を移送台車２に載せ、まず、溶鋼加熱ポート１０に移送し、二次精錬用取鍋１内の溶鋼を加熱する。溶鋼加熱ポート１０には、二次精錬用取鍋１よりも高い位置にアーク電極１１およびアーク電極が挿通される穴を有する蓋体１２が昇降可能に設けられており、二次精錬用取鍋１内にアーク電極１１を挿入しかつ蓋体１２を二次精錬用取鍋１の上部開口部に装着した状態で、電極加熱電気室１３からアーク電極１１に通電することにより溶鋼Ｌをアーク加熱して二次精錬に適した温度まで溶鋼Ｌを加熱する。溶鋼Ｌの上には電気炉スラグがそのまま持ち来され、必要に応じて成分調整が行われた二次精錬スラグＳが浮遊している。二次精錬用取鍋１の底部には、攪拌ガスであるアルゴンガスを吹き込むガス吹き込みプラグ３１が設けられており、加熱の際にはアルゴンガスを吹き込んで溶鋼を攪拌する。

次に、移送台車２上の二次精錬用取鍋１を真空精錬ポート２０まで移送し、二次精錬用取鍋１内の溶鋼の真空精錬を行う。真空精錬ポート２０には、二次精錬用取鍋１よりも高い位置に真空蓋２１が昇降可能に設けられており、真空蓋２１の下端には、二次精錬用取鍋１の上部に設けられたフランジ１ａに係合し、二次精錬用取鍋１の上部開口部に真空蓋２１が装着された際に、真空蓋２１と二次精錬用取鍋１との間を真空シールするための真空シール部材２２が設けられている。真空蓋２１には上方に延びる真空配管２３が設けられており真空配管２３は集塵機２４を経て真空ポンプ２５に繋がっている。これら真空蓋２１、真空配管２３、真空ポンプ２５により真空排気装置が構成されている。そして、真空蓋２１を二次精錬用取鍋１の上部開口部に装着した状態で、真空ポンプ２５を作動させることにより、二次精錬用取鍋１内が真空状態となり二次精錬用取鍋１内の溶鋼Ｌが真空精錬される。この真空精錬の際にもガス吹き込みプラグ３１からアルゴンガスを吹き込んで溶鋼を攪拌する。

なお、溶鋼加熱の際の蓋体１２、ならびに真空精錬の際の真空蓋２１およびフランジ１ａには、冷却循環水供給機構２６から冷却水が供給されて冷却されるようになっている。

真空精錬後、図３に示すように、二次精錬用取鍋１を鋳型４１の上方にセットし、二次精錬用取鍋１の底部に設けられたスライディングノズル３２と鋳込口４２を合わせた状態でスライディングノズル３２を開いて溶鋼を供給し、鋳造を行う。このとき、スライディングノズル３２としてダブルスライディングノズルを用いることにより、鋳込み速度の制御が可能となり、従来用いていたストッパーが不要となる。

本実施形態では、二次精錬の際にスラグを入れ替えず、電気炉精錬の際のスラグを全量使用するので、スラグ中の水分が少なく、溶鋼の水素濃度の上昇量を少なくすることができる。このため、真空精錬の際に従来のような高真空にする必要はなく、１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の低真空操業で、十分に目標とするＳ：３０ｐｐｍ以下、Ｈ：４ｐｐｍ以下、Ｔ．Ｏ（トータル酸素）：４０ｐｐｍ以下の不純物レベルを達成することができる。この際の真空度が１０Ｔｏｒｒを超えると目標とする水素濃度が得難い、一方、１．５Ｔｏｒｒ以下であると大がかりな装置が必要となり、装置費用が増大してしまう。

このため、真空ポンプの排気容量を少なくすることができ、上述のように二次精錬用取鍋１の上部に真空蓋２１を直接装着して真空精錬機能を付加するようにし（ハイブリッド化）、かつ真空蓋２１と二次精錬用取鍋１との間のシールを、真空シール部材２２を介在させるのみで行うダイレクトシール方式を採用したので、真空精錬設備を簡略化することができる。したがって、従来から大手鉄鋼メーカーや特殊鋼メーカーで用いられているＲＨ法やタンク式脱ガス法のような大がかりな設備が不要であり、コンパクトかつ安価な設備で二次精錬を行って高品質の鋳鋼品を得ることができる。また、このように二次精錬用取鍋１の上部に真空蓋２１を直接装着して二次精錬用取鍋１内のみを真空排気すればよいので排気体積を小さくすることができ、しかも上述のように真空度が低くてよいので、短時間で二次精錬を行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
以下に示すような条件で、電気炉精錬および本発明の二次精錬を行った。
（１）電気炉精錬
溶解重量 ： ２５２００ｋｇ
出鋼温度 ： １６７５℃
（２）二次精錬
精錬時間 ： １０８分
（加熱処理）
加熱時間 ： ４８分
加熱前温度 ： １５８８℃
加熱後温度 ： １６４５℃
（真空処理）
真空処理時間 ： ３０分
真空処理前温度 ： １６４５℃
真空処理後温度 ： １５４０℃
到達真空度 ： ７．３ｔｏｒｒ
二次精錬前後の溶鋼の不純物濃度を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、二次精錬により、Ｓ、Ｈ、Ｔ．Ｏ、Ｎが大幅に低下し、Ｓが７ｐｐｍ、Ｈが０．７ｐｐｍ、Ｔ．Ｏが３８ｐｐｍ、Ｎが５３ｐｐｍと極めて低い値となった。

［実施例２］
以下に示すような条件で、電気炉精錬および本発明の二次精錬を行った。
（１）電気炉精錬
溶解重量 ： ２５２００ｋｇ
出鋼温度 ： １６４５℃
（２）二次精錬
精錬時間 ： ８１分
（加熱処理）
加熱時間 ： ２９分
加熱前温度 ： １５８３℃
加熱後温度 ： １６３０℃
（真空処理）
真空処理時間 ： ２２分
真空処理前温度 ： １６３０℃
真空処理後温度 ： １５５７℃
到達真空度 ： ３．０ｔｏｒｒ
二次精錬前後の溶鋼の不純物濃度を測定した結果を表２に示す。表２に示すように、二次精錬により、Ｓ、Ｈ、Ｔ．Ｏ、Ｎが大幅に低下し、Ｓが１２ｐｐｍ、Ｈが１．４ｐｐｍ、Ｔ．Ｏが２６ｐｐｍ、Ｎが５９ｐｐｍと極めて低い値となった。

１；二次精錬用取鍋
２；移送台車
１０；溶鋼加熱ポート
１１；アーク電極
１２；蓋体
２１；真空蓋
２２；真空シール部材
２３；真空配管
２４；集塵機
２５；真空ポンプ
３１；ガス吹き込みプラグ
３２；スライディングノズル
４１；鋳型
４２；鋳込口

Claims (6)

1. 電気炉にて溶鋼上にスラグを浮遊させた状態で溶鋼の一次精錬を行い、その後、前記スラグを除去することなく二次精錬用取鍋に前記溶鋼および前記スラグを移し、前記二次精錬用取鍋の上部に真空排気装置を直接取り付け、溶鋼上に前記スラグを浮遊させた状態で前記二次精錬用取鍋内を１．５Ｔｏｒｒ超１０Ｔｏｒｒ以下の範囲に真空排気し、溶鋼に対し二次精錬としての真空精錬を行うことを特徴とする溶鋼の精錬方法。
2. 二次精錬後の溶鋼中の不純物が、Ｓ：３０ｐｐｍ以下、Ｈ：４ｐｐｍ以下、Ｔ．Ｏ：４０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の精錬方法。
3. 前記二次精錬の際に前記二次精錬用取鍋内の溶鋼を加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶鋼の精錬方法。
4. 前記真空排気装置は、前記二次精錬用取鍋の上部開口部に装着される真空蓋と、前記真空蓋と前記二次精錬用取鍋との間に設けられた真空シール部材と、前記真空蓋から延びる真空配管と、前記真空配管を介して前記二次精錬用取鍋内を真空排気するための真空ポンプとを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶鋼の精錬方法。
5. 前記スラグは、電気炉精錬後に二次精錬に必要な成分範囲内に入るように、電気炉精錬の際に予め成分を調整されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶鋼の精錬方法。
6. 前記スラグは、電気炉精錬終了後、スラグへ還元成分を添加するかまたは溶鋼を攪拌することにより、スラグの還元を実施することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶鋼の精錬方法。

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