(57)【要約】溶鋼上にスラグを形成し、スラグ及び溶鋼を５トル未満へと真空引きし、溶鋼及びスラグを撹拌し、溶鋼及びスラグを脱酸・脱硫して鋼を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、溶融金属中の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らす段階を含んだ鋼脱硫方法。方法は、５０〜７０重量％のCaOが、２０〜２８重量％のSiO２、５〜１５重量％のCaF２、８重量％以下のMgO、１重量％以下のAl２O３、及び２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO +CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である、鋼脱気後のスラグ組成物を形成することを含む。
2014509345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属上にスラグを形成し、
スラグと溶融金属との組合せを５トル未満に真空引きし、
溶融金属及びスラグを撹拌し、
溶融金属及びスラグを脱酸・脱硫して金属を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、溶融金属中の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
約５０〜７０重量％のCaO、
約２０〜２８重量％のSiO２、
約５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である、金属・スラグ脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んだケイ素キルド鋼脱硫方法。
【請求項２】
真空引き段階が１トル未満への真空引きを含む、請求項１に記載の鋼脱硫方法。
【請求項３】
撹拌段階が、溶鋼組成物中の鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン含量を減らす、請求項１又は２に記載の鋼脱硫方法。
【請求項４】
撹拌段階が、１ヒートについて１０〜４０分間、溶鋼１トン当たり０．１〜１．０標準立方フィート／分の割合で不活性ガスを泡立てることを含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項５】
撹拌段階が、硫黄を３０ｐｐｍ未満に、窒素を５０ｐｐｍ未満に、酸素活性を１５ｐｐｍ未満に、水素を３ｐｐｍ未満に減らす、請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項６】
溶融金属上にスラグを形成し、
スラグと溶融金属の組合せを５トル未満に真空引きし、
溶融金属及びスラグを撹拌し、
溶融金属及びスラグを脱酸・脱硫して金属を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素、及び水素含量を減らし、溶融金属の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
約５０〜７０重量％のCaO、
約２０〜２８重量％のSiO２、
約５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、
１５重量％以下のCr２O３及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgO＋Cr２O３の計が少なくとも８５重量％である、金属・スラグ脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んだ、ケイ素キルド鋼の脱硫方法
【請求項７】
真空引き段階が、１トル未満への真空引きを含む、請求項６に記載の鋼脱硫方法。
【請求項８】
撹拌段階が、溶鋼組成物中の鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン含量を減らす、請求項６又は７に記載の鋼脱硫方法。
【請求項９】
撹拌段階が１ヒートについて１０〜４０ 分間、溶鋼１トン当たり０．１〜１．０標準立方フィート／分の割合で不活性ガスを泡立てることを含む、請求項６〜８の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１０】
撹拌段階が、硫黄を３０ｐｐｍ未満に、窒素を５０ｐｐｍ未満に、酸素活性を１５ｐｐｍ未満に、水素を３ｐｐｍ未満に減らす、請求項６〜９の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１１】
（ａ）真空タンク脱気装置での脱硫のために製鋼炉中の１ヒートの溶鋼組成物を所望に応じた出銑温度に準備し、
（ｂ）２５０〜１２００ｐｐｍの酸素レベルの溶鋼組成物を取鍋へとオープン出銑し、
（ｃ）スラグ形成化合物を取鍋に提供して、取鍋内の溶鋼組成物にスラグカバーを形成し、
（ｄ）取鍋に入った溶鋼組成物を真空タンク脱気装置に移送し、
（ｅ）０．５〜３００トルの真空引きにより、真空タンク脱気装置で溶鋼組成物を脱炭し、
（ｆ）脱炭後、５トル未満に真空引きし、フラックス(媒溶剤)成分、脱酸剤及び合金化剤を加え、１％未満のAl２O３を有するスラグ組成物を溶鋼に形成して鋼を脱酸・脱硫し、
（ｇ）溶鋼及びスラグ組成物を撹拌し、溶鋼及びスラグ組成物を脱酸・脱硫して鋼を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らす、
という諸段階を含んだ、鋼脱硫方法。
【請求項１２】
真空引き段階が、０．５トル未満への真空引きを含む、請求項１１に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１３】
溶鋼脱炭段階が２〜１０分間である、請求項１１又は１２に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１４】
最終的な化学的性質に応じて、脱炭段階前に追加の酸素源を加える段階を更に含む、請求項１１〜１３の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１５】
追加の酸素源が、酸素ガス、金属酸化物、又はそれらの組合せを含む群から選択される、請求項１４に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１６】
フラックス成分、脱酸剤及び合金化剤を加える段階が、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３及び
２％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である鋼脱気後のスラグ組成物を提供するよう構成した、脱酸前の初期スラグ組成物を提供することを含む、請求項１１〜１５の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１７】
フラックス成分、脱酸剤及び合金化剤を加える段階が、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、
１５重量％以下のCr２O３及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgO＋Cr２O３の計が少なくとも８５重量％である鋼脱気後のスラグ組成物を提供するよう構成した、脱酸前の初期スラグ組成物を提供することを含む、請求項１１〜１５の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１８】
方法段階の終わりの鋼組成物が０．０５％未満の炭素を含む、請求項１〜１７の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項１９】
方法段階の終わりの鋼組成物が５０ｐｐｍ未満の窒素を含む、請求項１〜１８の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【請求項２０】
方法段階の終わりの組成物が３０ｐｐｍ未満の硫黄を含む、請求項１〜１９の何れか１項に記載の鋼脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼脱硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商業用鋼組成物として比較的少量の炭素(０．０５％未満)、窒素(５０ｐｐｍ未満)及び硫黄(３０ｐｐｍ未満)を必要とするものがあり、従来、これら低炭素・低硫黄鋼の製造工程には製鋼炉及び脱気装置での処理段階が組み合わせて用いられた。従来の工程は、電気アーク炉(Electric Arc Furnace: ＥＡＦ)等の製鋼炉で鋼組成物中の炭素レベルを減らし、出銑(tapping)工程中に金属添加して鋼を脱硫・合金し、次いで鋼を真空タンク脱気装置(Vacuum Tank Degasser: ＶＴＤ)等の脱気装置に送ることを含む。この工程ルートは簡単で簡潔であった。
【０００３】
従来は、斯かる商業的品位の鋼組成物の要件を達成するため、０．０２５％未満等の超低炭素レベルの鋼が製鋼炉で出銑(tapped)された。これら低炭素量に関連した出銑前の炉内溶解酸素レベルが１２００〜１４００ｐｐｍ程度であった。脱気装置が炉から遠い場合、脱気装置への移行時の温度ロスを補うため鋼は約１７００ｏＣで出銑された。出銑工程中に鋼がアルミニウム及びケイ素鉄(FeSi)で脱酸され、石灰及びアルミニウムくずも加えられ、流動性の、脱酸された脱硫スラグが造られた。これら添加物により、取鍋内での脱硫反応が脱気装置への移送中に開始され、脱気装置では更にアルミニウム、石灰、アルミン酸カルシウム及びドロマイト石灰が加えられて、脱気サイクル中に所望の硫黄除去が確保された。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の工程には製鋼炉の耐火材がひどく摩耗する等の欠点があった。高い出銑温度と、製鋼炉出銑前に必要な多量の酸素含有が炉の生産性に悪影響を及ぼし、高温と多酸素状態により高温スラグ中の多量のFeOが可能となり、炉壁の過剰な耐火材摩耗を引き起こした。このため炉の休止時間が増やされ、炉耐火材がグナイト(gunite)で接ぎあてされた。又、スラグ中のFeO含量が多いことは、より多くの鉄単位がスラグ中で失われることとなり、製鋼効率の低下をもたらす。
【０００５】
従来の工程では、又、製鋼炉以降の工程全体に亘って低炭素合金及び添加物を用いることが０．０５重量％を下回る低炭素レベルの維持に必要であり、低炭素FeMn等の低炭素合金化要素が鋼の最終炭素含量を乱すことなく所望の要素を提供するのに必要とされた。最近は低炭素鉄合金の価格が非常に上昇しているので、斯かる低炭素鋼を製造するのにこの方法を用いるのは経済的に望ましくない。更に、製鋼炉中で鋼組成物の炭素量を下げるのには追加の脱炭時間が必要で、製鋼炉の生産性にも悪影響を及ぼした。酸素含量が多いため鋼組成物の脱酸により多くのケイ素及びアルミニウムが必要となり、その結果コストが更に増加した。
【０００６】
また、従来の脱炭及び脱硫工程ではアルミニウムが主要な脱酸剤であった。用途によっては鋼製品中のアルミニウムは望ましくなく、スラグ中のアルミニウム維持のために追加の組成物及び工程を必要とした。低炭素、低窒素、低硫黄鋼の製造コストを下げる必要も依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
我々は、アルミニウム添加物の必要をなくし、耐火材の摩耗を減らし、製鋼効率を高めた、０．０５重量％未満の低炭素鋼を製造する代替方法を見出した。
【０００８】
ケイ素キルド鋼の脱硫方法は、
溶融金属上にスラグを形成し、
スラグと溶融金属との組合せを５トル未満に真空引きし、
溶融金属及びスラグを撹拌し、
溶融金属及びスラグを脱酸・脱硫して金属を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、溶融金属中の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
約５０〜７０重量％のCaO、
約２０〜２８重量％のSiO２、
約５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である、金属・スラグ脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んでよい。
【０００９】
ケイ素キルド鋼の脱硫方法は、
溶鋼にスラグを形成し、
スラグと溶鋼の組合せを５トル未満に真空引きし、
溶鋼及びスラグを撹拌し、
溶鋼及びスラグを脱酸・脱硫して鋼を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、溶鋼中の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である、鋼脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んでよい。
【００１０】
真空引き段階は、１トル未満への真空引きを含んでよい。
【００１１】
撹拌段階は、溶鋼組成物中の鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン含量を減らしてよい。
【００１２】
撹拌段階は、１ヒート(原料挿入から出鋼までの１回の製鋼工程)について１０〜４０分間、溶鋼１トン当たり０．１〜１．０ 標準立方フィート／分の割合で不活性ガスを泡立てることを含んでよい。撹拌段階は、硫黄を３０ｐｐｍ未満若しくは１０ｐｐｍ未満に、窒素を５０ｐｐｍ未満に、酸素活性を１５ｐｐｍ未満に、水素を３ｐｐｍ未満に減らしてよい。
【００１３】
ケイ素キルド鋼の脱硫方法は、
溶融金属上にスラグを形成し、
スラグと溶融金属の組合せを５トル未満に真空引きし、
溶融金属及びスラグを撹拌し、
溶融金属及びスラグを脱酸・脱硫して金属を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素、及び水素含量を減らし、溶融金属の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
約５０〜７０重量％のCaO、
約２０〜２８重量％のSiO２、
約５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、
１５重量％以下のCr２O３及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgO＋Cr２O３の計が少なくとも８５重量％である、金属・スラグ脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んでよい。
【００１４】
ケイ素キルド鋼の脱硫方法は
溶鋼にスラグを形成し、
スラグと溶鋼の組合せを５トル未満に真空引きし、
溶鋼及びスラグを撹拌し、
溶鋼及びスラグを脱酸・脱硫して鋼を脱気し、少なくとも 硫黄、窒素、酸素、及び水素含量を減らし、溶鋼中の酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らし、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、
１５重量％以下のCr２O３、及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、where CaO＋CaF２＋SiO２＋MgO＋Cr２O３の計が少なくとも８５重量％である、鋼脱気後のスラグ組成物を形成する、
という諸段階を含んでよい。
【００１５】
鋼脱硫方法は、
（ａ）真空タンク脱気装置での脱硫のために製鋼炉中の１ヒートの溶鋼組成物を所望に応じた出銑温度に準備し、
（ｂ）２５０〜１２００ｐｐｍの酸素レベルの溶鋼組成物を取鍋へとオープン出銑し、
（ｃ）スラグ形成化合物を取鍋に提供して、取鍋内の溶鋼組成物にスラグカバーを形成し、
（ｄ）取鍋に入った溶鋼組成物を真空タンク脱気装置に移送し、
（ｅ）０．５〜３００トルの真空引きにより、真空タンク脱気装置で溶鋼組成物を脱炭し、
（ｆ）脱炭後、５トル未満に真空引きし、フラックス(媒溶剤)成分、脱酸剤及び合金化剤を加え、１％未満のAl２O３を有するスラグ組成物を溶鋼に形成して鋼を脱酸・脱硫し、
（ｇ）溶鋼及びスラグ組成物を撹拌し、溶鋼及びスラグ組成物を脱酸・脱硫して鋼を脱気し、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らし、酸素活性を３０ｐｐｍ未満に減らすことのできる、
という諸段階を含んでよい。
【００１６】
真空引き段階は、１トル未満への真空引きを含んでよい。
【００１７】
溶鋼の脱炭段階は、２〜１０分間であってよい。
【００１８】
最終的な化学的性質に応じて、方法は脱炭段階前に、追加の酸素源を加える段階を更に含んでよい。
【００１９】
フラックス成分、脱酸剤及び合金化剤を加える段階は、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３及び
２％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、
CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計が少なくとも８５重量％である鋼脱気後のスラグ組成物を提供するよう構成した、脱酸前の初期スラグ組成物を提供することを含めてよい。
【００２０】
フラックス成分、脱酸剤及び合金化剤を加える段階は、
５０〜７０重量％のCaO、
２０〜２８重量％のSiO２、
５〜１５重量％のCaF２、
８重量％以下のMgO、
１重量％以下のAl２O３、
１５重量％以下のCr２O３及び
２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、
CaO＋CaF２＋SiO２＋MgO＋Cr２O３の計が少なくとも８５重量％である鋼脱気後のスラグ組成物を提供するよう構成した、脱酸前の初期スラグ組成物を提供することを含めてよい。
【００２１】
鋼製造方法は、上記段落で記述された鋼脱硫方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるケイ素キルド鋼の脱硫方法の一実施例で使われる工程の概略フローチャートである。
【図２】複数のヒートについての出銑温度分布を示すチャートである。
【図３】複数のヒートについての出銑酸素含量分布を示すチャートである。
【図４Ａ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図４Ｂ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図４Ｃ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図４Ｄ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図４Ｅ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図４Ｆ】複数ヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ａ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｂ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｃ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｄ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｅ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｆ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｇ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図５Ｈ】複数ヒートについて溶鋼脱気後に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ａ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｂ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｃ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｄ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｅ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｆ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｇ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【図６Ｈ】複数ヒートについて鋳造前に計測されたスラグ中の成分量分布を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に略示される本発明による鋳造用ケイ素キルド鋼の脱硫方法の実施例では、溶鋼が一般に電気アーク炉(electric arc furnace; ＥＡＦ)で造られ、ＥＡＦから真空タンク脱気装置(vacuum tank degasser; ＶＴＤ)へ移され、ＶＴＤで処理され、次いでＶＴＤから取鍋冶金炉(ladle metallurgical furnace; ＬＭＦ)へ移され、ＬＭＦで処理されてから鋳造される。
【００２４】
本発明の方法の本開示実施例により造られる鋼品位は通常、炭素が約０．０５重量％未満である。鋼品位は、又、通常、約０．００５重量%未満の低窒素及び約０．００３重量％未満若しくは約０．００１５重量％未満の低硫黄である。
【００２５】
鋼溶解工場は通常、１１０メガボルトアンペア(MVA)の変圧器を備えた１２０トン(メートルトン)ＥＡＦ等の電気アーク炉を１つ又は複数有する。斯かる電気アーク炉の容量は約３０〜４００トンであり得るが、連続鋳造に使われるのは一般に６０〜１２０トン容量のものである。各炉はモア(More)ブランドのガス噴射器システム等のガス噴射ランスを含んでいてよく、それにより酸素と天然ガスの組合せを炉や炭素噴射管に吹込み得る。これらを用い、鋼加熱の間中、種々の割合で炭素及び酸素を噴射することにより泡状ＥＡＦスラグを造ることができる。泡状スラグの生成はE.B.プレトリウス(E.B. Pretorius)及びR.C.カーライル(R.C. Carlisle)著「泡状スラグの原理及び電気炉製鋼への実際の適用」ISS-AIME(米国機械工学会の鉄鋼学会)、EF議事録、１９９８、２７５〜２９１頁に記述されている。ＥＡＦにはトップ・フィード・フラックスシステム(top feed flux system)も備えることで石灰、ドロマイト及び炭素を供給して、溶解中により良いスラグ発泡となるようスラグ塩基度・粘度を制御できる。この工程は他の製鋼炉(基本酸素炉等)で使用可能である。
【００２６】
本発明の方法の本開示実施例では、鋼組成物の酸素含量及び温度が所望パラメータ範囲内ならばＥＡＦで１ヒートの溶鋼がオープン出銑される。ＥＡＦはＶＴＤから遠く離れている場合があるので、ＥＡＦでの鋼組成物の出銑温度は、ＥＡＦからＶＴＤへの移行中の温度低下を許容し、ＶＴＤで脱炭と窒素・硫黄削減に適した所望温度を提供するよう選択される。鋼組成物は偏心底部出銑孔(eccentric bottom tap hole; ＥＢＴ)システムを介して炉から取鍋へとオープン出銑でき、ＥＢＴシステムは出銑中にＥＡＦから取鍋への持ち越しスラグ(carry-over slag)を最少にするよう一般に設計されている。例えば１２０トン容量のＥＡＦでは、約９５トンの鋼が炉から取鍋へと出銑される。
【００２７】
ＶＴＤが製鋼炉から遠くにある場合、炉からＶＴＤへの移行中の温度低下を許容できるよう出銑温度は約３１００ｏＦ〜３１８０ｏＦ(約１７００ｏＣ〜１７５０ｏＣ)である。若しくは、ＶＴＤへの移行時間が少ない場合には、出銑温度は約２９００ｏＦ〜３０００ｏＦ(約１５９０ｏＣ〜１６５０ｏＣ)若しくは約３０００ｏＦ〜３１００ｏＦ(約１６５０ｏＣ〜１７００ｏＣ)であってよい。図２はＥＡＦでの出銑温度の一般的な分布を示す。図２に示した例では、出銑温度の大半は約３０４０ｏＦ〜３１２０ｏＦ(約１６７０ｏＣ〜１７１５ｏＣ)である。本出銑段階中はアルゴン栓が止められているので鋼組成物は撹拌され得ない。炉から取鍋への出銑が完了し次第、鋼見本を取り、石灰等のスラグ形成化合物を取鍋に加えて鋼を覆い、ＶＴＤへの移送中の熱損失及び酸化を減らすことができる。望ましくは取鍋に蓋をしてからＶＴＤへと移送することができる。
【００２８】
本発明の方法の本開示実施例では、従来の工程でのようにＥＡＦでは脱炭が完了しない。代わりに、本開示実施例では出銑炭素レベルが高いことに呼応してＥＡＦ出銑酸素が低下する。この改良方法は製鋼炉でのオープン出銑段階とその後のＶＴＤでの脱炭、脱酸及び脱硫段階とを含む。オープン出銑(又は出銑オープン)とは脱酸剤を意図的に加えることのない出銑を意味する。本開示実施例では、鋼の出銑酸素含量は約２５０〜１２００ｐｐｍ、より望ましくは約７００〜１０００ｐｐｍである。約７００ｐｐｍを下回る出銑酸素レベルの場合、脱炭段階前に、ミルスケール等の追加の酸素源を取鍋に加えてもよい。図３はＥＡＦでの出銑酸素含量の一般的な分布を示す。
【００２９】
取鍋は所望に応じ鋼組成物にアルゴンを導入できる２個の孔栓を備えているのが通例である。孔栓接続には、対応する取鍋トラニオンによる自動接続を用いることができる。出銑ステーションは出銑直後の鋼温度を計測・記録できる計測システムも備えていて、鋼組成物の酸素レベル等の追加情報を計測・記録できる。出銑工程が完了し次第、スラグ見本をＥＡＦから取ってＥＡＦスラグ中のFeO量を計測できる。図４Ａ〜４Ｆは、複数のヒートについてＥＡＦで計測されたスラグ成分の量を示している。
【００３０】
従来の工程では出銑中に鋼組成物に対して石灰、アルミン酸カルシウム、アルミニウム、スラグ脱酸剤及びケイ素鉄を加え、取鍋内の鋼組成物は出銑工程の間中撹拌して添加物を鋼組成物と混ぜ合わせる。これに対し、本開示実施例では、鋼組成物は望ましくは出銑中は撹拌されない。加えて、取鍋内の鋼を覆うために石灰又はドロマイト石灰を加える以外は、本出銑段階では通例何のフラックス添加もなされない。
【００３１】
本開示実施例では、鋼組成物は脱酸添加物なしに炉でオープン出銑される。以下で論じるように、オープン出銑段階はＶＴＤに至る前の取鍋内での脱硫能を減らす。従来の工程では取鍋に脱酸剤を加えて金属及びスラグを撹拌し、ＶＴＤに至る前にある程度の量の脱硫を提供することを含み、鋼組成物の硫黄含量はＶＴＤ段階前の取鍋内で一般に約３５０ｐｐｍから１６０ｐｐｍ(０．０３５重量％から０．０１６重量％)に減る。
【００３２】
本開示実施例では、出銑段階後に鋼組成物が取鍋でＶＴＤへ移送され、更に処理されて炭素、水素及び窒素含量を減らし、鋼組成物を脱硫する。ここでは本開示実施例をＶＴＤに関して記述しているが、本発明の方法がそれに限定されるものではないことを理解すべきである。本発明の方法は、真空アーク脱気(vacuum arc degassing; ＶＡＤ)及び真空酸素脱炭(vacuum oxygen decarburization; ＶＯＤ)を含むその他の脱気システムに適用可能である。取鍋は車両又は天井クレーンで移送できる。ＶＴＤに到着したら、取鍋は天井クレーンで動かして、ＶＴＤタンク内に配置できる。
【００３３】
一旦ＶＴＤで孔栓接続した時点で、栓を開き、孔栓を介しアルゴンを取鍋内の鋼組成物に導入する。一般には１ｍ３／分未満の流量、即ち、約１０〜３５標準立方フィート／分の流量のアルゴンガスを用いるが、用途によっては流量を２．３ｍ３／分(約８０標準立方フィート／分) まで上げることが可能である。アルゴン流が初期撹拌を引起こしてスラグを破壊・液化し、取鍋中の鋼温度をより均一にする。スラグが壊れ及び/又は液化した時点で、孔栓が止められ、温度及び酸素量の計測結果が記録される。これらＶＴＤでの計測結果と出銑前後に計測された炉での計測結果を用いて鋼組成物への合金・フラックス添加を割り出し、ＶＴＤでの脱炭段階の時間量を割出すのに用いることができる。
【００３４】
本開示の実施例では、ＶＴＤで脱炭段階が行われた後にＶＴＤでの脱酸段階、スラグ形成段階、脱硫段階、及び脱気段階が続く。
【００３５】
アルゴン撹拌が止められてＶＴＤで鋼組成物の温度及び酸素量の計測結果が記録された後に脱炭工程を始めることができる。蓋を取鍋に配置し、タンク脱気が始まる。取鍋を真空引きするにつれて、一酸化炭素(CO)、水素及び窒素を含むガスが取鍋内の鋼組成物から除去される。鋼組成物上方のCO蒸気圧が減るにつれて、追加の炭素及び酸素が反応してCOを形成し、それが鋼組成物から出される。我々は炭素及び酸素の反応が充分な撹拌作用を提供するのでアルゴン撹拌が必要ないことを見出した。しかしながら、用途によっては幾らかのアルゴン撹拌が望まれる場合がある。脱炭中、３００トル(約４００ミリバール)未満の真空レベルが用いられる。脱炭の始めでは、真空レベルは約１５０〜３００トル(約２００〜４００ミリバール)等の所望値であってよく、脱炭が進むにつれて溶鋼での脱炭活性のために所望に応じ真空が約０．５トル前後にポンプ引きされる。一例では、脱炭が約４分間約２００トル(約２７０ミリバール)で始まり、次いで、脱炭の残りが約０．５トル以下にポンプ引きされる。
【００３６】
ＶＴＤでの脱炭後、脱酸・脱硫のために所望の添加物が鋼組成物に加えられる。石灰、ドロマイト石灰、ケイ素マンガン、フェロケイ素マンガン(FeSiMn)等のフラックスを所望に応じ組合せて加えて脱硫スラグを形成する。添加物を選択して、スラグ中及び鋼中のアルミニウムの量を制御・限定する。工程中の所望時間に、均圧ホッパを介して添加物が取鍋内の鋼組成物に加えられる。真空下で脱酸添加物を加えることで反応を早くすることができる。脱酸添加物を加えるに先だって、添加組成物のために所望に応じ、真空レベルを約２０〜１５０トル(約２５〜２００ミリバール)に調節できる。
【００３７】
所望の添加物がホッパから供給されたら、タンク蓋を動作位置に配する。孔栓を開けてタンク排気が始まる。脱硫及び脱気のために真空レベルが約５トル未満にポンプ引きされ、少なくとも硫黄、窒素、酸素及び水素含量を減らす。若しくは、脱硫及び脱気は０．２〜２トルの真空レベルでもよい。２トルにポンプ引きする時間は、タンクの熱履歴によるが、通常７分未満である。脱硫及び脱気段階を完了する時間は約２０分であり得る。
【００３８】
本開示実施例での脱硫及び脱気中に、取鍋に撹拌を加えることができる。撹拌段階は１ヒートについて１０〜４０分間、溶融金属１トン当たり０．１〜１．０標準立方フィート／分の割合で不活性ガスを泡立てることを含む。撹拌段階は、溶鋼中の硫黄を３０ｐｐｍ未満に若しくは１０ｐｐｍ未満に、窒素を５０ｐｐｍ未満に、酸素活性を１５ｐｐｍ未満に、そして水素を３ｐｐｍ未満に減らすことができる。脱気後に計測した溶鋼の酸素活性は従来のケイ素キルド鋼脱硫方法のよりも低い。
【００３９】
一例として、図５Ａ〜５Ｈは複数のヒートについて脱硫・脱気段階後に計測されたスラグ成分の量を示している。
【００４０】
次いで、取鍋は取鍋冶金炉(ＬＭＦ)に移送して更に合金化、所要鋳造温度への加熱ができる。ＬＭＦでは、更にスラグ調節器を設けて酸素吹込時に硫黄が鋼へと戻るのを減らすことができる。カルシウムを加えて酸素吹込前にスラグをキル(脱酸)してもよい。
【００４１】
ＬＭＦでは、所望合金化要素が加えられてスラグが調整された後、所望鋼特性のために所望に応じて酸素を溶鋼に加えることができる。一例では、酸素が加えられて最大７０ｐｐｍの活性酸素レベルを提供する。
【００４２】
酸素はランスを介した酸素ガス噴射により溶鋼に加えることができる。若しくは、酸素ガスは１つ又は複数の孔栓を介して鋼に加えることができる。この代替例では、酸素はアルゴンその他の不活性ガスとの混合で孔栓を介し加えることができる。更に別の代替例では、鋼組成物の所望に応じて鉄酸化物、マンガン酸化物、モリブデン酸化物等の酸化物、又はそれらの組合せ等の金属酸化物を加えることにより酸素を溶鋼に加えることができる。１つの適用例では、従来知られている標準的なワイヤ送給装置を用いて溶鋼に送給される芯線中の酸化物粉末により酸化物を提供できる。この適用例では、代わりに酸化物をランスを介して噴射してもよい。アルゴン等の搬送ガスに粉末酸化物搬送用のランスを介して酸化物を備えてもよい。芯線送給を用いて酸化物を噴射することは少量の酸素添加を必要とする用途に有益であり得、他方、ランスを介した酸化物の噴射はより多くの酸化添加を可能にすることができる。
【００４３】
本開示実施例では、脱硫及び脱気段階の後、スラグ組成物は約５０〜７０重量％のCaO、約２０〜２８重量％のSiO２、約５〜１５重量％のCaF２、８重量％以下のMgO、１重量％以下のAl２O３及び２重量％以下のFeO＋MnOの組合せを含み、CaO＋CaF２＋SiO２＋MgOの計がスラグ組成物の少なくとも８５重量％である。スラグ組成物は４．０％未満のSO３を含んでもよい。本スラグ組成物は真空下では通常は液体である。一例として、図６Ａ〜６Ｈは複数のヒートについてＬＭＦでの処理後に計測されたスラグ成分の量を示す。
【００４４】
本開示の実施例では、限られた量のアルミニウム(通常は、１重量％以下のAl２O３)がスラグ組成物中で許容されるが、大抵の適用ではスラグ組成物中にアルミニウムの意図的な添加がない。鋼中のアルミニウム含量は０．０１重量％未満であり、０．００２重量％未満であってもよい。鋼中のマンガン／ケイ素比は約３．５〜６であってよい。マンガン／硫黄比は２００を超える。加えて、溶鋼は酸素活性が１５〜７０ｐｐｍである。
【００４５】
本発明を図面及び上記の記述により詳細に説明・記述してきたが、それは説明的であって限定的性格のものではないと見なされるべきであり、好適実施例が示され・記述されただけであって、本発明の趣旨の範囲内にある全ての変更及び改変の保護が望まれると理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【国際調査報告】
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