(57)【要約】【課題】本発明は、既存の電気炉及び脱ガス装置を用い、ＣＯ２の大気放出量の削減を図りながら低コストで低窒素鋼を溶製可能とする「溶鋼の脱窒方法」を提供することを目的としている。【解決手段】電気炉で鉄スクラップを主鉄源として溶鋼を溶製し、別の精錬容器に出鋼，保持した後、該溶鋼の浴面上に、加炭することなくＣａＯを投入してから、Ａｌ含有物資を添加し、当該溶鋼に酸素含有ガスを供給する。その際、前記精錬容器に出鋼する溶鋼の炭素含有量を０．０１〜０．０５質量％としたり、前記Ａｌ含有物資及びＣａＯの投入量は、スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．８〜１．２となるように、Ａｌ量で３〜２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン及びＣａＯ量で１〜５０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トンとするのが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉で鉄スクラップを主鉄源として溶鋼を溶製し、別の精錬容器に出鋼，保持した後、該溶鋼の浴面上に、加炭することなくＣａＯを投入してから、Ａｌ含有物資を添加し、当該溶鋼に酸素含有ガスを供給することを特徴とする溶鋼の脱窒方法。
【請求項２】
前記精錬容器に出鋼する溶鋼の炭素含有量をＣ：０．０１〜０．０５質量％とすることを特徴とする請求項１記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項３】
前記Ａｌ含有物資及びＣａＯの投入量は、スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．８〜１．２となるように、Ａｌ量で３〜２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン及びＣａＯ量で１〜５０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トンであることを特徴とする請求項１又は２記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項４】
前記酸素含有ガスの供給量を２〜５ｍ３（標準状態）／ｓｔｅｅｌ−トンとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項５】
前記電気炉から溶鋼を未脱酸状態で出鋼することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項６】
酸素含有ガスの供給が、溶鋼浴面上に吹き付ける若しくは溶鋼内に直接吹き込むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項７】
前記精錬容器をＶＯＤ脱ガス装置用又はＲＨ脱ガス装置用の取鍋とし、前記酸素含有ガスの吹き付け若しくは吹き込み後の溶鋼を減圧して脱ガスすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶鋼の脱窒方法。
【請求項８】
前記脱ガス後の溶鋼をＬＦ装置にて脱硫することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶鋼の脱窒方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の脱窒方法に係わり、既存の設備を用い、ＣＯ２の大気放出量の削減を図りながら低コストで低窒素鋼を溶製する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低炭素及び低窒素の自動車用のＩＦ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  Ｆｒｅｅ）鋼は、高炉で溶製した溶銑を転炉で酸素吹錬して溶鋼としてから、該溶鋼をＲＨ脱ガス装置で二次精錬し、連続鋳造機で鋼鋳片とするのが−般的である。また、ＤＱ（Ｄｅｅｐ  Ｑｕａｌｉｔｙ）、ＥＤＤＱ（Ｅｘｔｒａ  Ｄｅｅｐ  Ｄｒａｗｉｎｇ  Ｑｕａｌｉｔｙ）といった自動車用や缶用の鋼板では、窒素（記号：Ｎ）含有量として３５ｐｐｍ以下が要求されている。
【０００３】
ところで、このような鋼板の低Ｎ化には、従来より、転炉で溶銑中に炭材のような炭素（記号：Ｃ）源を添加し、酸素含有ガスを吹き込んで脱炭反応を盛んにして、得られる溶鋼の脱Ｎを図る技術が知られている。つまり、溶鋼中の窒素（記号：［Ｎ］）はＣＯガスの気泡表面に吸着され易いので、ＣＯガスの発生が大きいほど溶鋼からの脱Ｎが進むからである。この場合、転炉から出鋼された溶鋼中のＮ含有量は３０ｐｐｍ程度になる。さらに、この溶鋼をＲＨ脱ガス装置にて処理すると、溶鋼中酸素あるいは酸素含有ガスの吹きつけ等による脱Ｃ反応での脱Ｎに加え、減圧によっても下記（１）式で脱Ｎされ、一層低Ｎ化が達成される。
【０００４】
２［Ｎ］＝Ｎ２                                                      （１）式
【０００５】
つまり、ガス−溶鋼間で溶鋼中Ｎがガス化することで進行するのである。
【０００６】
ところで、上記高炉一転炉を用いる工程は、高炉へ装入する主原料として鉄鉱石（焼結鉱）及びコークスを大量に用いるため、焼結工場及びコークス工場の設置が必要であるばかりでなく、高炉及び転炉自体も設備費が著しく大きい。また、近年、ＣＯ２削減の観点から高炉に代替するプロセスの必要性も高まっている。日本は、スクラップ輸出国であるが、これは重要な鉄源としてのスクラップを十分に利用したプロセスが開発されていないためである。従来、スクラップは、電気炉で使用されてきたが、鉄筋棒や高級条鋼等の製造に用いられてきており、わが国の大ユーザーである自動車メーカーが使用する自動車用鋼板には用いられていなかったため、スクラップの使用が伸び悩んでいた。
【０００７】
これに対して、電気炉のみで所望の低Ｎ溶鋼を溶製できれば、前記設備費を低減できるばかりでなく、主原料も鉄鉱石を用いずに鉄スクラップだけでも製造することができるようになり、安価原料の使用、ＣＯ２発生量の削減等のメリットが期待できる。もちろん、自動用鋼板、缶用鋼板といったＩＦ鋼では、Ｎだけでなく、鉄スクラップの利用で混入が避け難く、鋼材の特性に好ましくないトランプエレメントと称される不純物元素（例えば、Ｃｕ，Ｎｉ等）についても注意が必要であるが、使用する鉄スクラップの成分に留意し、ＨＢＩ（Ｈａｒｄ  Ｂｒｉｑｕｅｔ  Ｉｒｏｎ）、木炭銑、冷銑といった鉄源を併用すれば、そのようなトランプエレメントの溶鋼への混入が低減できるも知られており、高炉―転炉の工程を経ずに電気炉の利用で低Ｎ溶鋼を溶製することが熱望されている。
【０００８】
ところが、安価な鉄スクラップを主鉄源として電気炉−ＲＨ脱ガス装置−連続鋳造機という一連の工程を経て前記ＩＦ鋼を溶製しようとすると、電気炉は容器としての密閉度（大気に対する）が転炉より劣るばかりでなく、鉄源として炭素含有量の多い溶銑の使用率が低いので、前記脱Ｃ反応による脱Ｎを行っても、出鋼する溶鋼中のＮ含有量は５０〜１００ｐｐｍ程度にしかならない。また、その溶鋼をＲＨ脱ガス装置（図３参照）で減圧を頼りに脱Ｎを行おうとしても、浸漬管からのリークにより大気中の窒素を吸うため、処理時問をいくら増やしても、脱Ｎはあまり進まず、Ｎ含有量が３０ｐｐｍ以下の低Ｎ鋼を溶製するのは困難である。
【０００９】
そこで、電気炉製鋼で溶鋼の低Ｎ化を図るには、Ｃ含有量の多い冷銑及び溶銑の量を増加して、脱炭反応を活発にして脱Ｎさせると共に、溶鋼中の酸素量も増やした所謂「リムド状態」で出鋼し、出鋼中に起きる吸Ｎを減らす試みも行われている。ところが、かかる試みで得られる溶鋼の出鋼時のＮ含有量は３０〜５０ｐｐｍが限度であり、Ｎ含有量が４０ｐｐｍ以下の溶鋼を安定して溶製することは不可能であった。そのため、電気炉での溶鋼の低Ｎ化をあきらめ、Ｎ含有量を４０〜９０ｐｐｍにとどめ、他の元素の量を調整することで加工性に優れた鋼を製造する技術も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、低Ｎ含有量の主にフェライト系ステンレス鋼を溶製する場合には、一般に所謂「ＶＯＤ法」が用いられる。つまり、ＲＨ脱ガス装置に代えて、図２に示すＶＯＤ脱ガス装置を採用し、電気炉―ＶＯＤ脱ガス装置―連続鋳造機の工程を経て溶鋼の低Ｎ化を図るものである。その技術では、ＶＯＤ脱ガス装置で処理する溶鋼のＣ含有量を予め高め、前記したように、脱炭反応によって脱Ｎさせると共に、減圧下での脱Ｎをも併用して、脱Ｎを促進させるのである。
【００１１】
この他、溶鋼の脱Ｎに関しては、これまでにも様々な研究がなされており、溶鋼―スラグ間の所謂「スラグーメタル反応」を表す（２）式及びスラグ中の窒素イオンをガスに移行させるスラグ−ガス間の反応を表す（３）式で起きることが明らかにされている。
【００１２】
［Ｎ］＋［Ａｌ］＋３／２（Ｏ２−）＝（Ｎ３−）＋１／２（Ａｌ２Ｏ３）（２）式
【００１３】
２（Ｎ３−）＋３／２Ｏ２＝Ｎ２＋３（Ｏ２−）                      （３）式
【００１４】
ここで、括弧なしはガス状態を、［  ］は溶鋼中に含有されている状態、（  ）はスラグ中に含有されている状態を意味する。
【００１５】
例えば、前記フェライト系ステンレス鋼を溶製する所謂「ＶＯＤ法」を普通炭素鋼の溶製に適用し、電気炉から出鋼後の溶鋼に加炭とアルミ（記号：Ａｌ）添加を行い、その後にＶＯＤ脱ガス装置に移して送酸することで、Ａｌ昇熱を生じさせ、溶鋼中のＣｒの酸化よりも脱炭反応が優先する条件とし、このＡｌ昇熱で脱炭反応による脱ガス作用を活発にして溶鋼からの脱Ｎを行い、低Ｎ化を図る技術もある（例えば、特許文献２参照）。そこでは、前記（１）式及び（２）式により脱Ｎが行われる。
また、（２）及び（３）式によるものとしては、前記ＶＯＤ装置において、溶鋼にＡｌを添加して、溶鋼をＡｌで脱酸しつつ、該溶鋼の表面を１５ｋｇ／ｔ−溶鋼以上のＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３を主成分とするスラグで覆った後、酸素含有ガスを溶鋼に吹き付けて、酸素とスラグとの反応でスラグからの脱Ｎを行い、Ｎ含有量が２０ｐｐｍ以下の低Ｎ鋼を溶製する技術がある（特許文献３参照）。つまり、（３）式に示すように、溶鋼からスラグに移行した（Ｎ３−）を酸素含有ガスで酸化して揮発、除去させると共に、溶鋼への酸素移動をスラグで遮断して、溶鋼中の［Ａｌ］濃度の低下を抑え（２）式による溶鋼の脱Ｎを図るのである。この特許文献３記載の技術をさらに改良し、精錬容器に保持した溶鋼の表面をスラグで覆った後、この被覆スラグ面に酸化性ガスを溶鋼と直接接触させない程度に吹き付けると共に、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＣ２を含む粉状の脱Ｎ用フラックスを溶鋼中に直接吹き込むことで脱Ｎを行う技術も開示されている（特許文献４参照）。なお、この技術は、下記（４）式の反応を期待したものである。
【００１６】
［Ｎ］＋３／２（Ｏ２−）＋３／２（ＣａＣ２）＝（Ｎ３）＋３／２（ＣａＯ）＋３［Ｃ］
・・（４）式
【００１７】
【特許文献１】特許第３１７７１４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３２５３６号公報
【特許文献３】特開平８−２４６０２４号公報
【特許文献４】特開平９−１６５６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
電気炉で溶鋼の低Ｎ化を図る特許文献２の技術では、前記したように、電気炉から出鋼後の溶鋼に加炭及びＡｌの添加を行った後、ＶＯＤ脱ガス装置に移して送酸し、Ａｌ昇熱を生じさせて脱炭反応を活発にし、その脱ガス作用によって脱Ｎを行う。しかしながら、溶鋼に余分の加炭を行うため、ＶＯＤでの精錬に要する時間が長くなり、その後工程である連続鋳造における「連々鋳」との同期化（タンディッシュ内の溶鋼を途切れさせずに連続的に鋳造を行うこと）が難しくなるばかりでなく、生産性の低減に起因する精錬コストの上昇といった問題がある。また、脱炭反応で生じたＣＯ２の大気放出という環境汚染の問題もある。
【００１９】
また、溶鋼をＡｌにて脱酸しつつ、スラグと酸化性ガスとの反応で脱Ｎを行い、Ｎ含有量２０ｐｐｍ以下の低Ｎ溶鋼を溶製する特許文献３記載の技術では、ＶＯＤからの出鋼時にＡｌを添加して溶鋼をキルド化するというＡｌ脱酸を行わなくてはならないばかりでなく、高価な金属Ａｌ若しくはＡｌ合金を多量に使用しなければならない。特に、前記ＩＦ鋼といった極低炭素及び低窒素の溶鋼を溶製するには、溶鋼中酸素にて脱炭する必要があるが、多量のＡｌの添加により脱酸反応が生じ、脱炭に必要な酸素をなくしてしまうという欠点がある。
【００２０】
さらに、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＣ２を含む粉状の脱Ｎ用フラックスを溶鋼中に吹き込み脱Ｎするを行う特許文献４記載の技術では、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＣ２を含む粉状の脱Ｎ用フラックスの溶鋼への吹き込みに、別途吹き込み設備が必要となり、精錬費用が嵩むという問題があった。
【００２１】
本発明は、かかる事情に鑑み、既存の電気炉及び脱ガス装置を用い、ＣＯ２の大気放出量の削減を図りながら低コストで低窒素鋼を溶製可能とする「溶鋼の脱窒方法」を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００２３】
すなわち、本発明は、電気炉で鉄スクラップを主鉄源として溶鋼を溶製し、別の精錬容器に出鋼，保持した後、該溶鋼の浴面上に、加炭することなくＣａＯを投入してから、Ａｌ含有物資を添加し、当該溶鋼に酸素含有ガスを供給することを特徴とする溶鋼の脱窒方法である。この場合、前記精錬容器に出鋼する溶鋼の炭素含有量をＣ：０．０１〜０．０５質量％としたり、前記Ａｌ含有物資及びＣａＯの投入量は、スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．８〜１．２となるように、Ａｌ量で３〜２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン及びＣａＯ量で１〜５０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トンであるのが好ましい。また、前記酸素含有ガスの供給量を２〜５ｍ３（標準状態）／ｓｔｅｅｌ−トンとするのが良い。さらに、前記電気炉から溶鋼を未脱酸状態で出鋼したり、あるいは酸素含有ガスの供給が、溶鋼浴面上に吹き付ける若しくは溶鋼内に直接吹き込むのが好ましい。加えて、前記精錬容器をＶＯＤ脱ガス装置用又はＲＨ脱ガス装置用の取鍋とし、前記酸素含有ガスの吹き付け若しくは吹き込み後の溶鋼を減圧して脱ガスするのが一層好ましい。さらに加えて、前記脱ガス後の溶鋼をＬＦ装置にて脱硫すると良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従来、高炉−転炉−ＲＨ脱ガス装置−連続鋳造機という一連の工程を経てしか溶製できなかった自動車用鋼板、缶用鋼板といったＩＦ鋼の製造を、既存の電気炉−ＶＯＤ脱ガス装置−連続鋳造機の工程で、安価なＡｌ源を用いて製造できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００２６】
電気炉にて普通炭素鋼を溶製するプロセスでは、電気炉−ＬＦ装置−（ＲＨ脱ガス装置）−連続鋳造機の工程を経るのが一般的である。電気炉では、前記したように、溶鋼の低Ｎ化が困難なため、得られた溶鋼は、通常、形鋼、鉄筋棒鋼等の製造に限られる。そのため、溶鋼をもっと高純化するには、図４に示すようなＬＦ装置、ＲＨ脱ガス装置やＶＤ脱ガス装置等が用いられるのである。しかしながら、図４に示したようなＬＦ装置は、溶鋼の昇温に電気を利用するため、電力コストが余分にかかる。そこで、本発明では、安価に溶鋼温度を昇熱する方法として、取鍋等に保持した溶鋼にＡｌを添加して酸素吹錬する技術を採用し、その際、溶鋼中のＡｌ残量を調整することにより、以降の脱ガス工程で極低炭素領域まで脱炭するに必要な酸素量を著しく低減させないように配慮することにした。具体的には、Ａｌを溶鋼中に溶解させないために、電気炉から受鋼した取鍋内の溶鋼の表面にＣａＯを添加してスラグ層を形成してから、その上にＡｌ含有物質を投入したのである。
【００２７】
溶鋼を昇熱するのにＡｌを用いることは、従来から行われてきたが、高炉−転炉−ＲＨ脱ガス装置−連続鋳造機の工程における−ＲＨ脱ガス装置での昇熱では、溶鋼にＡｌを添加して酸素を吹き付けするため、［Ａｌ］＋Ｏ２→（Ａｌ２Ｏ３）の反応が主体であり、［Ａｌ］＋［Ｎ］→ＡｌＮが一部起っていたとしても、ＲＨ脱ガス槽内には、生成したＡｌＮをトラップして固定するスラグがないので、脱Ｎが生じなかった（Ｎは、２ＡｌＮ＋（３／２）Ｏ２→Ａｌ２Ｏ３；＋２Ｎで溶鋼中に再溶解する）。また、ステンレス鋼を電気炉―ＶＯＤ脱ガス装置―連続鋳造機の工程で溶製する場合は、特許文献２で開示されているように、ＶＯＤ脱ガス装置にてＡｌ昇熱することも行われているが、Ａｌはあくまで溶鋼の温度を上げるために添加するものであり、Ｎは，前記したように、溶鋼に加炭をして炭素濃度を高め、その後の酸素吹きで脱炭反応を活発にし、ＣＯ気泡に抱かせて除去する方法がとられていた。従って、Ａｌ昇熱時のメカニズムについて詳細な調査がなされていなかったので、Ａｌ昇熱中にＡｌＮでの脱Ｎが進むことが知られていなかった。
【００２８】
そこで、発明者は、今回、電気炉を用いて鉄スクラップを主鉄源として、主組成がＣ：０．０３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％以下、Ｍｎ：０．１５質量％以下で、Ｎ：７０〜１００ｐｐｍの普通炭素溶鋼を多数チャージ溶製し、ＶＯＤ脱ガス装置用の取鍋に出鋼し、Ａｌ昇熱の脱Ｎへの影響を調査することにした。つまり、前記溶鋼に加炭をせずに、ＣａＯを添加してからＡｌ含有物質（例えば、金属Ａｌ）を添加して酸素の吹付けを行った。その結果、ＶＯＤ脱ガス装置用取鍋よりスラグを排出した後の溶鋼中の［Ｃ］濃度が０．０３質量％のまま変わらない時に、［Ｎ］濃度は平均して２０ｐｐｍまで低下することを見出だした。この場合、加炭をしなかったのは、脱炭による脱Ｎをできるだけ行わせないようにしてＡｌ昇熱による脱窒効果のみを調査するためであり、ＣａＯの添加は、ＡｌＮをトラップするスラグを形成させるためである。ちなみに、形成させたスラグは、ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系であり、その中にＡｌＮが含まれていることは、化学分析により確認した。酸素の吹付けは、Ａｌを酸化して溶鋼を昇熱すると同時に、スラグの形成に寄与する。
【００２９】
また、電気炉でのステンレス鋼の溶製では、［Ｃｒ］濃度の増加に伴い、［Ｎ］濃度も増加し、１８質量％Ｃｒを含有するクラスで出鋼時に２０００ｐｐｍという［Ｎ］含有量となる。このようなステンレス鋼にも、前記した方法と同様にＡｌ昇熱の影響を調査したところ、２０００ｐｐｍのＮが一気に平均で２０ｐｐｍ以下になることもわかったので、この
前記溶鋼に加炭をせずに、ＣａＯを添加してからＡｌ含有物質（例えば、金属Ａｌ）を添加して酸素の吹付けを行うことを要件にして、本発明を完成させた。
【００３０】
本発明の重要ポイントは、Ａｌ投入でできたＡｌＮを形成させた前記ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系スラグにいち早くトラップさせることである。そのためには、溶鋼中に添加したＡｌの酸素吹きによるＡｌ２Ｏ３の形成下で、ＡｌＮを形成するに足るＡｌを残存させることが必要になる。そこで、発明者は、溶鋼の［Ｃ］濃度，ＣａＯの添加量、Ａｌ含有物質の添加量、酸素の吹き込み流量の調整に着眼し、それらを下記のように制限することにしたのである。
【００３１】
すなわち、電気炉から出鋼した溶鋼の［Ｃ］濃度は、０．０１〜０．０５質量％とする。０．０１質量％未満の溶鋼は電気炉で溶製できず、０．０５質量％超えでは、脱窒素処理で従来技術と同様に脱炭反応が活発になり過ぎ、ＣＯ発生量を抑制できないからである。    Ａｌ含有物質は、金属Ａｌ分として３ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン以上で、且つスラグ中のＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量％の比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３＝０．８〜１．２となるように添加する。金属Ａｌ分として３ｋｇトン／ｓｔｅｅｌ−トン未満では、（２）式によって溶鋼中の窒素（［Ｎ］）と反応するＡｌが不足する。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．８〜１．２の範囲を外れると、（２）式によって生成する（Ｎ３−）をスラグ中に安定して固定することが困難となり、（２）式の逆反応によって溶鋼中にＮが戻ってしまう。なお、Ａｌ含有物質の投入量が金属Ａｌとして２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トンを超えると、溶鋼中の酸素まで脱酸されてしまい、真空脱炭に寄与する酸素が不足することとなり、好ましくない。このため、Ａｌ含有物質の投入量は、金属Ａｌとして２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トンを上限とするのが良い。
【００３２】
また、Ａｌ含有物質としては、溶鋼の脱酸剤として一般的に使用されている金属Ａｌ（金属Ａｌ分として９５質量％以上）やスラグの改質剤として一般的に使用されているＡｌ灰（金属Ａｌ分を２５〜７５質量％程度含有し、残部は主にＡｌ２Ｏ３）が使用できる。
【００３３】
ＣａＯは、投入するＡｌ含有物質中の金属Ａｌが溶鋼中に直接溶解することを防止するために、Ａｌ含有物質の投入に先立って取鍋内の溶鋼表面上に添加する。また、生成するスラグによって（２）式により生成する（Ｎ３−）をスラグ中に吸収する働きをする。そのため、ＣａＯの好ましい添加量は１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン以上、より好ましくは５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン以上とするのが良い。しかし、あまり多量に添加すると、スラグ中のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が上述の好適範囲を外れる恐れがあること、及び溶鋼の温度をすること等の悪影響があるので、５０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン以下、より好ましくは４０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−トン以下とするのが良い。
【００３４】
さらに、酸素の吹き込み流量は、溶鋼の昇熱、スラグの形成速度及びＡｌＮの形成速度に影響するので、非常に重要である。発明者の検討によれば、この流量は、酸素量換算で２〜５ｍ３（標準状態）／ｓｔｅｅｌ−トンとするのが良い。２ｍ３（標準状態）／ｓｔｅｅｌ−トン未満では、スラグ形成速度が遅すぎてＡｌＮのトラップが不十分であり、５ｍ３（標準状態）／ｓｔｅｅｌ−トン超えではＡｌ２Ｏ３の形成速度が速く、昇熱及びスラグ形成には良くても、ＡｌＮの形成速度が遅くなり、脱Ｎが十分に行われないからである。
【００３５】
また、本発明では、ＣａＯの添加時期は、Ａｌ含有物質の添加前とする。酸素含有ガスの吹き込みは、鋼浴の表面に吹き付けても、あるいは浴中にランス等を介して直接吹き込んでも良い。ただし、ＡｌＮの生成には、吹き付けの方が好ましい。加えて、電気炉から溶鋼を出鋼する際には、未脱酸状態で行うのが好ましい。真空脱炭に必要な溶鋼中の酸素を確保するのに有利だからである。さらに加えて、前記精錬容器をＶＯＤ脱ガス装置用又はＲＨ脱ガス装置用の取鍋とし、前記酸素含有ガスの吹き付け若しくは吹き込み後の溶鋼を減圧して脱ガスするが好ましい。精錬容器がＶＯＤ脱ガス装置用又はＲＨ脱ガス装置用の取鍋であれば、既存のものなので設備費が不要で、コスト面で有利であるし、その後の脱ガスに手間を要しないという利点もある。なお、脱ガス処理するのは、そこで、さらに酸素を吹き極低領域までの脱炭が可能であるばかりでなく、若干の脱Ｎもできるからである。そして、最終的に溶鋼をＡｌやＴｉ等で脱酸するので、その際に生成するＡｌ２Ｏ３やＴｉＯ２等の脱酸生成物の浮上分離にも有利だからである。また、本発明では、前記脱ガス後の溶鋼をＬＦ装置にて脱硫しても良い。
【００３６】
このような本発明を円滑に行うプロセスとしては、図１（ａ）〜（ｄ）に示すような形態が上げられる。まず、図１（ａ）に示すように、電気炉で、主鉄源に鉄スクラップを用い、必要に応じて溶銑、冷銑等及び造滓剤を添加して、通常の電気炉製鋼法で溶鋼を溶製する。そして、該溶鋼をＶＯＤ脱ガス装置用取鍋に出鋼した後、ＶＯＤ脱ガス装置内で減圧せずに、ＣａＯを含むフラックスを添加してから．Ａｌ含有物を添加した後、酸素を含むガスを吹き込むことにより、脱Ｎ処理を行う。引き続いて、取鍋より出港して連続鋳造機でスラブ等の鋼鋳片とする。また、この工程では、脱Ｎ処理後にＶＯＤ脱ガス装置内を減圧して、酸素を吹き付けてさらなる脱Ｃや脱ガスを行っても良い。これにより、ＩＦ鋼といった極低炭素・低窒素鋼が溶製できる。
さらに、本発明では、図１（ｂ）に示すように、電気炉−取鍋での脱Ｎ後、ＬＦ装置で脱硫しても良い。加えて、図１（ｃ）に示すように、脱Ｎを通常の取鍋で上吹き送酸で行い、その後、ＲＨ脱ガス装置で脱ガス、成分調整をしても良い。また、脱ガスは、ＶＯＤ脱ガス装置内で酸素を吹き込まず、単に減圧するだけで行っても良い（ＶＤ法という）。さらに加えて、本発明では、鉄源として、電気炉でスクラップを溶解するばかりでなく、シャフト炉で別途溶製した溶鉄を利用しても良い。
【００３７】
本発明では、取鍋にＡｌを添加して、酸素吹錬を行う装置としては、取鍋を筒状蓋で覆い、酸素吹き込みランスを備えた所謂「ＣＡＳ−ＯＢ」といった装置も利用できる。
【実施例】
【００３８】
図１（ａ）に示した電気炉―ＶＯＤ脱ガス装置―連続鋳造機の工程を用い、本発明に係る溶鋼の脱窒方法を適用して極低炭素・低窒素鋼を製造した。まず、生産能力１００トンの電気炉に、主鉄源の鉄スクラップ、補助鉄源の型銑を装入し、造滓材を添加し、ランスを介して酸素ガスを吹き込み脱炭等を行い精錬し、溶鋼とした。この溶鋼を未脱酸で取鍋に出鋼した。
【００３９】
その取鍋をＶＯＤ脱ガス装置内にセットし、直ちに溶鋼中に１０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔのＣａＯを添加した後、５．５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔのＡｌ量に相当するアルミ灰を投入した。引き続き、該装置内の雰囲気を５００ｔｏｒに減圧しつつ、上吹きランスを介して鋼浴面に酸素ガスを０．４４ｍ３（標準状態）／ｍｉｎ／ｓｔｅｅｌ−ｔの流量で吹き付け、Ａｌを燃焼させることで、溶鋼の昇温及び造滓を行った。１０分経過後に酸素ガスの吹付けを停止し、排滓してから溶鋼を連続鋳造機に搬送するための取鍋に出鋼した。そして、該取鍋を連続鋳造機に運び、溶鋼をタンディッシュを介して所謂「スラブ」に鋳込んだ。電気炉での溶鋼の溶製から鋳造途中のタンディッシュ内の各段階で溶鋼の組成を分析したところ、表１及び表２に示す結果になった。つまり、実施例１及び２共に、溶鋼中のＣ含有量は１０ｐｐｍ以下，Ｎ含有量は２０ｐｐｍ以下で、所望の溶鋼になっていた。
【００４０】
【表１】
2007211298.tif 000003
【００４１】
【表２】
2007211298.tif 000004
【００４２】
さらに、排滓したスラグを分析したところ、ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２が主体であったが、ほぼ溶鋼からの脱Ｎ量に対応するＡｌＮの存在が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る溶鋼の脱窒方法の実施に利用する工程を示す図であり、(a)は電気炉―ＶＯＤ脱ガス装置―連続鋳造機を配置したもの、（ｂ）は（ａ）の工程のＶＯＤ脱ガス装置―連続鋳造機間にＬＦ装置を配置したもの、（ｃ）は電気炉―取鍋―ＲＨ脱ガス装置（ＶＯＤ脱ガス装置）―連続鋳造機を配置したもの、（ｄ）は電気炉への鉄源の一部として、シャフト炉で溶製した溶鉄を利用するものである。
【図２】一般的なＶＯＤ脱ガス装置を示す図である。
【図３】一般的なＲＨ脱ガス装置を示す横断面図である。
【図４】一般的なＬＦ装置を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    取鍋
２    真空槽
３    溶鋼
４    酸素ガスの上吹きランス
５    加熱手段
６    浸漬管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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