JP7211454B2 - 溶鋼の脱窒方法、脱窒及び脱硫同時処理方法および鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1や2に記載の技術は、脱窒のためにAlNの生成を利用しており、生成したAlNの一部が溶鋼中に残存し、後工程の鋳造時に割れの起点になってしまうという課題がある。
(1) スラグ量を少なくとも溶鋼1トンあたり15kg確保すること
(2) スラグ量、底吹きガス量、上吹きガス組成やその流量、ランス高さ及び雰囲気圧力などを適当な範囲に制御すること
を挙げているが、条件(1)は溶鋼を充填する容器のサイズによってスラグ量が増大すること、条件(2)は具体的な制御手段、制御範囲の記載がなく、ガスと溶鋼の遮断を確認する方法が明らかでないことから、適合条件が明確でない。特許文献3に記載の適合例と同一範囲で試験を行っても、実際は酸化性ガスによりスラグ-メタル界面のみかけの酸素分圧が増加することによるスラグ-メタル間での窒素移動抑制によって、脱窒速度が遅くなり、操業上実用的でないことを発明者らは確認している。
溶鋼中Al濃度(mass%)=-0.072×ln(攪拌動力密度(W/t))
+0.5822 ・・・・(1)
(1)前記スラグ中のCaO濃度(mass%)とAl2O3濃度(mass%)の比であるC/A(-)を0.4以上1.8以下にすること、
(2)前記スラグ中のMgO濃度を5.0mass%以下にすること、
(3)前記スラグ中のMgO濃度が5.0mass%を超えて1%増加する毎に、前記溶鋼の温度を5℃以上増加させること、
(4)前記スラグまたは溶鋼の表面を1.0×105Pa以下に減圧すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
図1に本発明を実施するにあたり好適な装置構成を示す。図1において、耐火物2が内張りされた取鍋などの容器1に溶鋼3を充填し、その上にCaO及びAl2O3を含有するスラグ4を形成する。排気系統11と合金添加系統12を有する真空容器13中で溶鋼3またはスラグ4表面を減圧雰囲気とした状態で、酸素ガス供給用のガス配管5および不活性ガス供給用のガス配管9に接続されたガス上吹き用ランス6から、O2含有ガス7をスラグ4に吹き付ける。溶鋼3は、ガス配管9に接続された底吹きノズル8から鋼浴攪拌用不活性ガス10を吹込むことで、攪拌される。
本発明の溶鋼の脱窒方法の特徴は、上吹き酸素含有ガスがスラグ相を貫通するような条件において、火点外のスラグを用いた脱窒処理を行うにあたって必要なAl量を調査していた際に見出されたものである。小型高周波真空誘導溶解炉にて、15kgの溶鋼を溶解し、15kg/t以上のCaO及びAl2O3含有スラグを形成し、酸素含有ガスをスラグに吹き付ける処理を行う場合において、溶鋼中窒素を25massppmまで低下させるために最低限必要なAl濃度を調査した所、図2に示すように、攪拌動力密度に応じて必要なAl濃度が変化することが分かった。この時、溶鋼中のAl濃度は、脱窒処理前のCaO及びAl2O3含有スラグが溶融した段階でのスラグの厚みLS0(m)測定結果と、非特許文献1記載の式中の諸パラメータ、具体的には液体密度やガス密度、ジェット速度などを実験条件に適合する値に変えたスラグの凹み深さLS(m)との比であるLS/LS0(-)が1以上あれば、酸素との反応により低下することも分かった。本発明は、このような調査を基に提案されたものである。
本発明の溶鋼の脱窒及び脱硫同時処理方法は、スラグのC/Aが脱窒に及ぼす影響を調査している中で、条件によっては脱硫も進行したことから、脱窒と脱硫の同時進行が起こりうる条件に関して調査を進めていく中で見出されたものである。前記小型高周波真空溶解炉を用いて、0.66×105Paまで減圧した前記溶解炉内で、LS/LS0を1として酸素ガスをスラグに吹き付け、溶鋼に付与する攪拌動力密度は200W/tで一定とし、試験中は酸素活量を測定して、それと平衡するAl濃度から発生したAl2O3量を計算し、C/Aが変わらないように粉状石灰を添加しながらC/Aを0.4~2.0で維持した上で、脱窒と脱硫の挙動双方を調査した。この処理を行う前の溶鋼中Al濃度は0.3%、溶鋼温度は1650℃で一定、溶鋼中の窒素濃度及び硫黄濃度はそれぞれ50massppmと0.03%、スラグMgO濃度は0%、スラグ原単位は15kg/tであった。
-d[%S]/dt=k・([%S]-[%S]e)・・・(2)
ここで、
[%S]は鋼中硫黄濃度、[%S]eは平衡硫黄濃度、kは比例定数、tは時間を表す。
上記溶鋼の脱窒方法または上記溶鋼の脱窒及び脱硫同時処理方法で溶製した溶鋼に対し、必要に応じて、その他所定の成分に調製し、介在物の形態制御や浮上分離したのちに鋳造を行うことが好ましい。低窒素鋼としたうえで、各種成分を調整した高級鋼を製造することができる。
2 耐火物
3 溶鋼
4 スラグ
5 ガス配管(酸素ガス)
6 ガス上吹き用ランス
7 O2含有ガス
8 底吹きノズル
9 ガス配管(不活性ガス)
10 鋼浴撹拌用不活性ガス
11 排気系統
12 合金添加系統
13 真空容器
Claims (7)
- 容器に充填した溶鋼上にCaO及びAl2O3を含有するスラグを形成し、前記スラグ上から酸素含有ガスを吹き付けるとともに、前記スラグと溶鋼とを接触させて溶鋼中の窒素を除去する溶鋼の脱窒処理であって、溶鋼中のAl濃度を攪拌動力密度に応じて式(1)で決まる値以上に確保するとともに、前記スラグの厚みLS0と酸素含有ガス吹き付けにより生じるスラグの凹み深さLSとの比がLS/LS0≧1となるように酸素含有ガスを吹き付けることを特徴とする、溶鋼の脱窒方法。
溶鋼中Al濃度(mass%)=-0.072×ln(攪拌動力密度(W/t))
+0.5822 ・・・・(1) - 前記スラグ中のCaO濃度(mass%)とAl2O3濃度(mass%)の比であるC/A(-)を0.4以上1.8以下にすることを特徴とする、請求項1記載の溶鋼の脱窒方法。
- 前記スラグ中のMgO濃度を5.0mass%以下にすることを特徴とする、請求項1または2に記載の溶鋼の脱窒方法。
- 前記スラグ中のMgO濃度が5.0mass%を超えて1%増加する毎に、前記溶鋼の温度を5℃以上増加させることを特徴とする、請求項1または2に記載の溶鋼の脱窒方法。
- 前記スラグまたは溶鋼の表面を1.0×105Pa以下に減圧することを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の溶鋼の脱窒方法。
- 容器に充填した溶鋼上にCaO及びAl2O3を含有するスラグを形成し、前記スラグ上から酸素含有ガスを吹き付けるとともに、前記スラグと溶鋼とを接触させて溶鋼中の窒素及び硫黄を除去する溶鋼の脱窒及び脱硫同時処理方法であって、請求項1~5のいずれか1項に記載の脱窒処理中において、溶鋼中のAl濃度を0.05mass%以上に保ちつつ、スラグ中のCaO濃度(mass%)とAl2O3濃度(mass%)の比であるC/A(-)を0.7以上1.7以下に制御することを特徴とする、溶鋼の脱窒及び脱硫同時処理方法。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の溶鋼の脱窒方法または請求項6に記載の溶鋼の脱窒及び脱硫同時処理方法で溶製した溶鋼に対し、任意に成分調整したのち、鋳造することを特徴とする、鋼の製造方法。
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