JP3922181B2 - 高清浄鋼の溶製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高清浄鋼の溶製方法に関し、特に高純度鋼や珪素鋼、その他の冷延鋼板に要求される高純度レベルまで、窒素(N)、硫黄(S)およびリン(P)等の不純物元素の有利な低減を図ろうとするものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、鋼の高純度化に対する要求がますます高まり、それに伴って、より低N、低S、低Pの溶鋼が求められている。
こうした要請に応えられる従来技術としては、真空脱ガス装置の浸漬管耐火物の外周を水素または水素と不活性ガスを主成分とするガスでシールすることによって、空気中の窒素の吸収を防止すると共に、該耐火物を介して水素を積極的に溶鋼中に混入させて脱炭を促進することにより、極低C、極低N鋼を溶製する方法(特許文献1)が知られている。
【0003】
また、真空脱ガス槽と組み合わせた取鍋内の溶鋼を減圧精錬する際、未脱酸溶鋼への不活性ガスと脱硫剤の吹き込みを特定条件下で行うことによって、極低C、低N、極低S鋼を製造する方法(特許文献2)が提案されている。
さらに、鋼中炭素〔C〕に由来するCOガス気泡によって脱N反応を促進させ、真空脱ガス処理で極低N鋼を製造する方法(特許文献3)が提案されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平6-306444号公報
【特許文献2】
特開平3−281721号公報
【特許文献3】
特開平7−166230号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
極低N鋼の溶製技術としては、従来、転炉や電気炉等の一次精錬炉から取鍋へ出鋼する際、溶鋼中酸素を未脱酸として吸窒を防止し、RH真空脱ガス装置等の2次精錬装置で真空脱窒を行う方法が一般的であった。
しかしながら、高純度鋼においては、極低Nだけでなく極低Sも併せて達成する必要がある。ここに、脱S反応は、次式
〔S〕+(CaO)→(CaS)+〔O〕
のようにして生起するため、この反応を促進させるためには、溶鋼脱酸を行って鋼中酸素ポテンシャルを低下させると共に、塩基度の高いスラグを用いる必要がある。
【0006】
このため、低N化を優先して溶鋼を未脱酸とすると、脱Sは進まない。未脱酸溶鋼に、脱S用のフラックスインジェクションを行っても、鋼中S量はせいぜい〔S〕:20〜30 ppm程度までしか低減できず、本発明で目標とする〔S〕≦9 ppmを達成することは不可能である。
〔S〕≦9 ppmの溶鋼を得るには、脱Sを優先して、一次精錬炉から出鋼した溶鋼をAl等の脱酸剤を用いて溶鋼の酸素ポテンシャルを下げると同時に、高塩基度スラグとした後、LF(レードルファーネス)等の取鍋精錬炉において脱S用のフラックスインジェクションを行うことにより、脱S化を図る必要がある。
【0007】
また、脱P反応は、次式
2〔P〕+5(FeO)=(P2O5)+5〔Fe〕
の酸化反応で起こるため、一次精錬炉で脱炭を行い、その時にスラグ中FeOを高めて脱Pを促進させる方法が一般的に採用されている。
しかしながら、〔P〕≦45 ppmの極低リン鋼の溶製となると、転炉流出スラグからの復Pにも注意を払う必要がある。また、上掲式の反応からも判るように、脱P反応は酸化反応であるのに対し、脱S反応は還元反応であり、両者は相反するものである。
【0008】
上述した知見から、極低N、極低S、極低P鋼を溶製するには、以下の考え方で行うのがよいと考えられる。
すなわち、まず、転炉や電気炉等の一次精錬炉で、脱C、脱Pを行ったのち、LFやフラックスインジェクションで脱S処理を行い、ついでRH真空脱ガス装置で脱N処理を行うことである。なお、LFやフラックスインジェクションおよびRH真空脱ガス装置の代わりにVOD等を用いることも有効と考えられるが、VODでは取鍋耐火物コストが高くなるので、炭素鋼の製造には適していないと考えられる。
また、溶銑を一次精錬炉に装入する前に、溶銑予備処理を行って溶銑中のP,Sを極力下げておくことは有効である。
【0009】
そこで、発明者らは、転炉、LF(あるいはフラックスインジェクション)およびRH真空脱ガス装置を種々に組み合わせて、表1に示す製造プロセスで鋼を溶製し、その際の各種不純物元素の到達低減レベルについて調査した。
得られた結果を表1に併記する。
【0010】
【表1】
【0011】
同表に示したとおり、いずれの製造プロセスにおいても、本発明の目標である〔N〕≦25 ppm、〔S〕≦9 ppm、〔P〕≦45 ppmを同時に達成することはできなかった。
【0012】
そこで、次に、極低N化を目指して、真空下における平衡Nを計算した。
平衡Nは、「鉄冶金熱力学 P.133」(大谷ら)によれば、次式(1)
log〔%N〕=−〔(188/T)+1.246〕+〔(logPN2)/2〕 --- (1)
ここで、T:溶鋼温度(℃)
PN2:窒素分圧(atm )
で表すことができ、PN2がそれぞれ0.5 torr、1.0 torrの時、〔%N〕はそれぞれ12 ppm、16 ppmとなる。
従って、14 ppm程度がRH真空脱ガス処理で到達可能なNレベルである。
【0013】
上掲した表1中、製造プロセスaでは、RH後に〔N〕を20 ppm以下まで低減できたとしても、大気中でのLF処理中に吸Nが起こり、結局、〔N〕は45 ppm
程度となってしまう。
また、製造プロセスbでも、LFにて脱S処理を行うと吸Nが起こるが、RH後では30〜40 ppmまで低減することができる。
さらに、LFを省略する製造プロセスcでは、〔N〕は20 ppm以下に低減できるものの、脱Sができないため〔S〕≦9 ppmを達成することはできない。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、溶鋼中のN,SおよびP量がそれぞれ、〔N〕≦25 ppm、〔S〕≦9 ppm、〔P〕≦45 ppmを満足する高清浄鋼の有利な溶製方法を提案することを目的とする。
【0015】
すなわち、本発明は、予備処理済みの溶銑を、転炉または電気炉等の一次精錬炉にて脱C、脱Pした未脱酸溶鋼を、出鋼後、除滓し、取鍋精錬に先立って加炭および Al 脱酸した後、脱S用フラックスインジェクションを行って脱硫処理し、ついでRH真空脱ガス槽に移送し、送酸することによってAl昇熱を図り、このAl昇熱により脱炭量が0.05〜0.20mass%の脱Cを行うと共に、この脱C反応に伴う脱Nを利用することにより、溶鋼中のN,SおよびP量をそれぞれ、〔N〕≦25ppm、〔S〕≦9ppm、〔P〕≦45ppmに低減することを特徴とする高清浄鋼の溶製方法である。
【0016】
また、本発明では、RH真空脱ガス槽におけるAl昇熱時に生成するAl2O3に対して、CaO含有フラックスを添加することが有利である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
さて、本発明では、前記の課題を達成するために、LFにおける脱S処理とRH真空脱ガス処理の組み合わせにより、復Pを防止しつつ脱Sと脱Nを如何に効果的に行うかについて調査を行った。
前掲特開平7−166230号公報には、鋼中炭素〔C〕に由来するCOガス気泡によって脱N反応を促進させる方法が開示されている。しかしながら、転炉では脱Pのために〔C〕を0.02mass%程度まで吹き下げる必要があるため、その後にRH真空脱ガス処理を行っても〔N〕を25 ppm以下まで低減することはできない。
【0018】
そこで、発明者らは、脱Nを促進するために、RHスタート時における〔C〕を高くし、この状態でRH真空槽内に送酸して脱炭を行った場合の脱N挙動について調査した。
得られた結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】
同表に示したとおり、RHにてΔC:0.10mass%程度の脱Cを行うことによって、ΔN:20ppm 程度の脱N効果が得られることが判明した。
【0021】
しかしがら、加炭材は〔S〕を含んでいるため、RHにて加炭すると〔S〕の値が上がってしまい、今度は〔S〕≦9 ppmを達成することができない。
また〔S〕≦9 ppmを達成するには、LF等の処理を行う必要があるが、RH送酸脱炭は酸化反応であるため、表1中、製造プロセスbで示したとおり、一旦下がった〔S〕がRHにて復Sしてしまう。
【0022】
しかしながら、脱Nを考えると、製造プロセスaは吸Nが生じて脱Nができないため、製造プロセスbをベースにして、さらに調査を行った。
その結果、LFにて脱S処理を行う前に加炭することにより、LFにて加炭材からのS分も脱S処理できることが判った。また、LFでの処理は還元反応であるため、一次精錬炉にてT.Feと反応したスラグ中のP2O5が残っていると溶鋼中に復Pするが、この点については、LF処理に先立ってスラグを除去することにより、解決することができる。
【0023】
ところで、LFにおいて脱Sを行う場合、Al等の脱酸剤を添加する。LFの後にRHを用いた場合、鋼中Alは送酸によりAl2O3になるが、その際発熱反応を起こし、溶鋼の温度上昇に寄与する。
【0024】
発明者らは、上記したRHでのAl昇熱による脱C処理における脱N挙動について調査したところ、表3に示すように、Al昇熱による脱C中に脱Nも併せて起きていることの知見を得た。
すなわち、Alを添加した上で送酸するとAl昇熱により溶鋼温度が上昇し、この際脱Cが進行するが、この脱C反応は吸熱反応なので、それに伴う温度低下によって脱Nが同時に進行することが究明されたのである。
【0025】
【表3】
【0026】
【実施例】
図1に、本発明に従う好適溶製プロセスを示す。
予備処理済みの溶銑を、転炉に装入し、転炉で脱C、脱Pを行ったのち、未脱酸状態で出鋼して吸Nを防止する。ついで、スラグを除去したのち、CaO含有フラックスの添加、加炭およびAl脱酸をLF処理開始前に行う。ついで、LFでフラックスインジェクションによる脱S処理後、送酸機能を有するRH真空脱ガス装置において、溶鋼に対して送酸し、Al昇熱による脱Cを行うと同時に、脱Nも併せて行う。
上記の製造プロセスによって溶製した溶鋼の成分組成の変化挙動について調べた結果を表4に示す。
【0027】
【表4】
【0028】
同表に示したとおり、本発明に従って溶製することにより、〔N〕≦25 ppm、〔S〕≦9 ppm、〔P〕≦45 ppmの高清浄鋼が得られることが判る。
また、RHにて生成するAl2O3とバランスするようにCaO 含有フラックスを添加した場合、溶鋼の清浄度がさらに向上することも確認された。
【0029】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、〔N〕≦25 ppm、〔S〕≦9 ppm、〔P〕≦45 ppmを満足する極低N、極低S、極低Pの高清浄鋼を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従う好適製造プロセスを示す図である。
Claims (2)
- 予備処理済みの溶銑を、転炉または電気炉等の一次精錬炉にて脱C、脱Pした未脱酸溶鋼を、出鋼後、除滓し、取鍋精錬に先立って加炭および Al 脱酸した後、脱S用フラックスインジェクションを行って脱硫処理し、ついでRH真空脱ガス槽に移送し、送酸することによってAl昇熱を図り、このAl昇熱により脱炭量が0.05〜0.20mass%の脱Cを行うと共に、この脱C反応に伴う脱Nを利用することにより、溶鋼中のN,SおよびP量をそれぞれ、〔N〕≦25ppm、〔S〕≦9ppm、〔P〕≦45ppmに低減することを特徴とする高清浄鋼の溶製方法。
- RH真空脱ガス槽におけるAl昇熱時に生成するAl2O3に対して、CaO含有フラックスを添加することを特徴とする請求項1記載の高清浄鋼の溶製方法。
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