(57)【要約】【課題】本発明は、脱硫剤使用量を削減し、低コストで安定的に、鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低Ｓ鋼の製造を行う脱硫方法を提供する。【解決手段】溶鉄中に脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行う方法であって、脱硫剤の吹込速度が吹込開始時より、吹込終了時の方が大きいことを特徴とする。例えば、脱硫剤の吹込速度を時間とともに増大させる。本発明によれば、インジェクション法において、脱硫剤使用量の増大を抑制し、低コストで安定的に鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼中に脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行う際、脱硫剤の吹込速度が吹込開始時より、吹込終了時の方が大きいことを特徴とする溶鋼の脱硫方法。
【請求項２】
脱硫剤の吹込速度を時間とともに増大させることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の脱硫方法。
【請求項３】
脱硫開始時間から全脱硫処理時間の約３０％の範囲で、脱硫剤の吹込を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の溶鋼の脱硫方法。
【請求項４】
溶鋼１ｔあたりの脱硫剤の吹込速度の増加代（ｇ／ｍｉｎ・ｔ）を脱硫剤吹込開始〜吹込終了までの時間（ｍｉｎ）で除した値が１６〜６７となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶鋼の脱硫方法。
【請求項５】
脱硫前のトップスラグのＦｅＯ質量％、ＭｎＯ質量％およびＦｅ２Ｏ３質量％の合計が５．５質量％以下であ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硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の脱硫処理を行う際の脱硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海構材、ＵＯラインパイプは、厚手・高強度・高靭性化に対応するため、中心偏析低減対策とともに、精錬工程での低硫化が極めて重要であり、鋼中のＳ濃度を安定的に１０ｐｐｍ以下まで低減することが要求される。溶鋼の脱硫処理は、低Ｓ域での脱硫処理となるため脱硫速度が小さく、大量の脱硫剤を使用する必要がある。しかし、脱硫剤使用量の増加は、溶鋼温度の降下を招くため、前工程である転炉の吹止温度が高くなり、これにより転炉における脱りん剤使用量も増加する。このような精錬剤使用量の増加は、スラグ発生量の増加に繋がり、製鋼コストだけでなく、スラグ処理コストも高くなる。
【０００３】
極低硫鋼を溶製する脱硫処理方法として、特許文献１から４に開示の脱硫剤をキャリアガスとともに溶鋼中に吹込む精錬法が知られている（以後、インジェクション法と称すこともある）。特許文献１では脱硫剤を吹込んだ後に、金属Ｃａ含有合金を吹込むこと、特許文献２では、減圧下で脱硫材を溶鋼中に吹込み、吹込深さ、キャリアガス流量を制御すること、特許文献３では、脱硫剤を吹込む浸漬ランスを多孔化することが報告されている。また、特許文献４では、脱硫前のメタル成分と温度を測定し、目標成分と目標温度の差から、脱硫剤の吹込量、吹込深さ、キャリアガスの吹込量を計算する方法が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−９３１７号公報
【特許文献２】特開平３−２８１７２１号公報
【特許文献３】特願平２−８７９６０号公報
【特許文献４】特公平４−２２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、金属Ｃａ含有合金を吹込む必要があり、製造コストが増加する。また、介在物の形態が変化するため品質への影響も考えられる。特許文献２は、減圧下での強撹拌処理となるため、耐火物の溶損速度が大きくなり、溶鋼の温度降下も大きくなる。特許文献３では、ランス寿命の低下による操業影響が懸念される。また、特許文献４では、脱硫剤を一定の吹込速度で吹込むことを前提としており、本発明者らの実験によると脱硫剤使用量の増加の抑制は困難であった。
【０００６】
上記より、脱硫剤使用量の増加を抑制し、低コストで極低硫鋼を製造する技術の確立が望まれる。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、脱硫剤の反応効率を高め、低コストで極低硫鋼を製造する技術の確立を確立することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成する本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）
溶鋼中に脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行う際、脱硫剤の吹込速度が吹込開始時より、吹込終了時の方が大きいことを特徴とする溶鋼の脱硫方法。
（２）
脱硫剤の吹込速度を時間とともに増大させることを特徴とする（１）に記載の溶鋼の脱硫方法。
（３）
脱硫開始時間から全脱硫処理時間の約３０％の範囲で、脱硫剤の吹込を開始することを特徴とする（１）または（２）に記載の溶鋼の脱硫方法。
（４）
溶鋼１ｔあたりの脱硫剤の吹込速度の増加代（ｇ／ｍｉｎ・ｔ）を脱硫剤吹込開始〜吹込終了までの時間（ｍｉｎ）で除した値が１６〜６７となるように制御することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の溶鋼の脱硫方法。
（５）
脱硫前のトップスラグのＦｅＯ質量％、ＭｎＯ質量％およびＦｅ２Ｏ３質量％の合計が５．５質量％以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶鋼の脱硫方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インジェクション法において、脱硫剤使用量の増大を抑制し、低コストで安定的に鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】脱硫剤吹込時間と脱硫剤吹込速度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、本発明の経緯と考え方について詳述する。
インジェクション法において、溶鋼中に吹込まれた脱硫剤は、浮上過程で反応（以後、トランジトリ―反応と呼ぶ）し、その後、トップスラグに取込まれてトップスラグとして溶鋼と反応（以後、パーマネント反応と呼ぶ）する。従って、溶鋼の脱硫速度は、トランジトリー反応とパーマネント反応の和で表すことができる。
【００１１】
インジェクション法は、トップスラグに脱硫剤を上方添加して鍋底からガスを吹込んで脱硫するガスバブリング法と比較して、トランジトリ―反応が脱硫速度に与える影響が大きい。これはトランジトリ―反応は、吹込まれた脱硫剤が溶鋼中を浮上する過程でＳを吸収し、トップスラグにＳを供給する役割を担うためである。
【００１２】
本発明者らは、トランジトリ―反応における脱硫挙動を明確にするために、インジェクション法により約３００ｔの溶鋼の脱硫処理を実施し、溶鋼中の介在物、トップスラグを採取した。続いて、介在物の組成から脱硫剤が吸収したＳ量（ａ）、トップスラグの組成から脱硫剤からトップスラグに供給されたＳ量（ｂ）を調査し、（ａ）と（ｂ）は必ずしも等しくなく、場合によっては、脱硫剤がトップスラグにＳを供給する過程で復Ｓが生じていることを発見した。本発明者らはさらに鋭意検討し、（ｂ）を（ａ）で除した反応効率αの変化を調査した。その結果、脱硫処理開始時はαが小さく、時間の経過とともにαが増大して１に近づくことを発見した。この知見から、脱硫処理開始時は脱硫速度を小さくし、時間とともに脱硫剤の吹込速度を増加することで、脱硫剤使用量の増大を抑制することを着想した。
【００１３】
本発明者らは、約３００ｔの溶鋼を対象に、脱硫処理開始時は脱硫速度を小さくし、時間とともに脱硫剤の吹込速度を増加する試験を行った。その結果、本発明により、脱硫剤使用量の増大を抑制し、安定的に鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造出来る目途を得た。
【００１４】
さらに、本発明者らは、トップスラグの酸化度が高い場合はαが小さいこと、酸化度の減少速度が大きい場合αの増大速度も大きくなることを発見した。ここで、酸化度とは、トップスラグのＦｅＯ質量％、ＭｎＯ質量％およびＦｅ２Ｏ３質量％の和であり、約３００ｔの溶鋼を対象とした脱硫試験の結果、トップスラグの酸化度が５．５質量％以下で、特にαが大きい値を示し、さらに脱硫剤使用量の増大を抑制し、安定的に鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造出来ることを確認した。
【００１５】
また、本発明者らは、脱硫初期に脱硫剤を吹込まずにキャリアガスだけ溶鋼に吹込み、脱硫開始時間から全脱硫処理時間の約３０％の範囲で脱硫剤の吹込を開始すれば、脱硫剤使用量を抑制しつつ、鋼中Ｓ濃度が１０ｐｐｍ以下の極低硫鋼を製造出来ることを確認した。
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳述する。
まず、高炉から出銑された溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹き込み、脱燐、脱炭処理を行う。転炉での精錬が終わった後、転炉から取鍋に溶鋼を出鋼する。この時、転炉スラグもある程度流出する。転炉スラグには、脱硫に好ましくないＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３が含まれる。本発明ではこの出鋼の際に合わせて取鍋内にＣａＯ等を投入し、脱硫処理前のトップスラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３の質量％の合計を、５．５質量％以下にする。ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３の質量％の合計が、５．５質量％を超えると、脱硫材の反応効率αが著しく低下し、脱硫剤使用量を増大する必要がある。好ましくは、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３の質量％の合計が４．１質量％以下である。
【００１７】
次いで出鋼完了後、吹込み装置によって溶鋼中に、キャリアガスとともに脱硫剤を吹込み、脱硫処理を実施する。ここで、本発明では、溶鋼中に脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行う際、脱硫剤の吹込速度が、吹込開始時より吹込終了時の方が大きくなるようにする。この場合、例えば、脱硫剤の吹込速度は時間とともに増大させる。脱硫剤の反応効率をさらに増大するためには溶鋼１ｔあたりの脱硫剤の吹込速度の増加代（ｇ／ｍｉｎ・ｔ）を脱硫剤吹込開始〜吹込終了までの時間（ｍｉｎ）で除した値（以後、βと称す）が１６以上、６７以下になるように制御する。βが１６未満では、脱硫剤の反応効率αは大きいものの、脱硫剤の供給量が少ないため、目標［％Ｓ］を得るための処理時間が長くなる。一方、βが６７より大きい場合は、脱硫剤の反応効率αが小さくなり、目標［％Ｓ］を得るための脱硫剤使用量が多くなる。より好ましいβは４０以上、６０以下である。
【００１８】
また、キャリアガスは例えばアルゴンガス等の不活性ガスを用いる。キャリアガスの吹込流量は、スプラッシュ等により、精錬容器内からスラグもしくは溶鋼が飛散しない範囲で大きくすることが好ましい。脱硫剤を溶鋼に供給する位置（ランス浸漬深さ）も、精錬容器内からスラグもしくは溶鋼が飛散しない範囲で大きくすることが好ましい。また、脱硫剤の種類は、一般的に使用されているＣａＯを主成分とするフラックスを用いて良いが、例えば、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、ＣａＳｉを含むフラックスを使用しても良い。
【００１９】
また、脱硫開始から脱硫終了にかけて、トップスラグはＣａＯ飽和でＳ吸収能が高い組成であること、スラグ液相率が大きいことが好ましい。
【実施例】
【００２０】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００２１】
高炉から出銑された溶銑に脱珪、脱硫処理を行った後、転炉にて精錬剤を加えて酸素ガスを吹込み、脱燐、脱炭処理を行った。そして溶鋼鍋に溶鋼成分を調整しながら出鋼した。このとき溶鋼とともに、転炉スラグが流出したため、溶鋼１ｔ当たり、３．０ｋｇのＣａＯを投入した。
【００２２】
その後、表１に示す脱硫剤吹込開始の時間と速度、脱硫剤吹込終了の時間と速度で溶鋼の脱硫処理を実施した。表１には、脱硫剤の吹込速度増加代を脱硫処理時間で除したβ（β＝（脱硫剤吹込終了の吹込速度Ｖｆ−脱硫剤吹込開始の吹込速度Ｖｉ）／（脱硫剤吹込終了の時間ｔｆ−脱硫剤吹込開始の時間ｔｉ））、脱硫処理を実施した溶鋼量、脱硫前の鋼中Ｓ濃度、脱硫後の鋼中Ｓ濃度、脱硫剤使用量、脱硫前スラグの酸化度を記載した。酸化度は、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３の質量％の合計とした。なお、表１のＮｏ．１，Ｎｏ．２については、図１の推移となるように、脱硫剤吹込速度を制御した。
【００２３】
また、各水準の評価は次のようにした。
脱硫後の鋼中Ｓ濃度が２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下の場合は◎、４ｐｐｍより大きく７ｐｐｍ以下の場合は○、７ｐｐｍより大きく１０ｐｐｍ以下の場合は−、１０ｐｐｍより大きい場合は×として脱硫能を評価した。また、脱硫剤使用量が、５．０ｋｇ／ｔより小さい場合は◎、５．０ｋｇ／ｔ以上で６．０ｋｇ／ｔより小さい場合は○、６．０ｋｇ／ｔ以上で７．０ｋｇ／ｔ以下の場合は−、７．０ｋｇ／ｔより大きい場合は×として脱硫コストを評価した。ここで、脱硫剤使用量が６．０ｋｇ／ｔ以上、７．０ｋｇ／ｔは、従来の脱硫処理において、鋼中Ｓ濃度の規格が１２ｐｐｍ以下の鋼種を製造する際に使用する脱硫剤原単位である。
【００２４】
脱硫剤は、８０質量％ＣａＯ−２０質量％ＣａＦ２系フラックスを使用し、溶鋼中に浸漬させたランスの先端から鋼中に吹込んだ。浴面から脱硫剤吹込位置までの距離は２．０ｍとした。また、キャリアガスの種類はアルゴンガス、流量は２．０Ｎｍ３／ｍｉｎとした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１において、本発明に相当するＮｏ．１〜Ｎｏ．８は、吹込開始時から吹込終了時まで、脱硫剤の吹込速度を時間とともに増大させた。その結果、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８のいずれにおいても、脱硫能、脱硫コスト共に、◎、○、−の何れかであり、脱硫剤使用量を抑制しつつ、安定的に［Ｓ］≦１０ｐｐｍを得ることが出来た。これらは、脱硫剤の吹込速度を、吹込開始時よりも吹込終了時の方が大きくなるようにしたことで、脱硫剤の反応効率が増大したことが考えられる。
【００２７】
発明例のＮｏ．１は、脱硫能は−、脱硫剤コストは○であり、脱硫剤使用量を抑制しつつ、［Ｓ］≦１０ｐｐｍを得ることが出来た。このＮｏ．１は、この理由として、脱硫剤の吹込速度を、吹込開始時よりも吹込終了時の方が大きくなるようにしたことで、脱硫剤の反応効率が増加したことが考えられる。また、図１のＮｏ．１より、脱硫剤吹込中に、脱硫剤の吹込速度が一定となるタイミングがあったとしても、脱硫剤の反応効率を増大する効果が得られることが分かる。
また、発明例のＮｏ．２は、脱硫能は○、脱硫コストは−であり、脱硫剤使用量は従来とほぼ同等のまま、脱硫後の鋼中Ｓ濃度を低下することが出来た。これは、Ｎｏ１よりも脱硫剤の吹き込み時間は短時間でありながら脱硫剤吹き込み終了時の脱硫速度を増大したためと考えられる。また、図１のＮｏ．２より、脱硫剤吹込中に、脱硫剤の吹込速度が低下するタイミングがあったとしても、脱硫速度を増大する効果が得られることが分かる。
発明例のＮｏ．３、Ｎｏ．４は、脱硫能は◎、脱硫コストは○であり、発明例のＮｏ．１，Ｎｏ．２よりも脱硫能もしくは脱硫コストが改善した。この理由として、βをより好ましい４０以上、６０以下の範囲としたことで、脱硫剤の反応効率がより向上したと考えられる。
【００２８】
発明例のＮｏ．５は、脱硫能は○、脱硫コストは◎であり、発明例のＮｏ．１，Ｎｏ．２よりも脱硫能もしくは脱硫コストが改善した。この理由として、トップスラグの酸化度が５．５質量％以下であり、脱硫剤の反応効率がより向上したことが考えられる。
また、発明例のＮｏ．６は、脱硫能は◎、脱硫コストは◎であり、発明例のうち最も良好な結果であった。この理由として、βがより好ましい４０以上、６０以下の範囲であること、トップスラグの酸化度もより好ましい４．１質量％以下であり、脱硫剤の反応効率が著しく増大したと考えられる。
【００２９】
発明例のＮｏ．７，Ｎｏ．８は、脱硫処理開始時には、脱硫剤を吹込まずにキャリアガスだけ溶鋼に吹込み、Ｎｏ．７では、脱硫処理開始から２分後に、Ｎｏ．８は脱硫処理開始から３分後に、脱硫剤の吹込みを開始した。
発明例Ｎｏ．７は脱硫能が−、脱硫コストが◎であり、脱硫剤の吹込開始時間を３分とした発明例Ｎｏ．８は脱硫能が○、脱硫コストが−であった。これらは、脱硫開始時間から全脱硫処理時間の約３０％の範囲で脱硫剤の吹込を開始しており、脱硫開始直後に脱硫剤を吹かない場合でも、脱硫剤使用量を抑制しつつ、［Ｓ］≦１０ｐｐｍを得られることが確認できた。
しかし、上記の発明例に対して脱硫剤の吹込速度を脱硫開始〜脱硫終了まで一定とした比較例のＮｏ．９，Ｎｏ．１０は、脱硫能もしくは脱硫コストが×であった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は溶鋼を脱硫処理する技術に有用である。
【図１】
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