(57)【要約】【課題】Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の昇熱と脱硫とを同時に可能な精錬方法を提供する。【解決手段】スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度に基づいて、溶鋼へ酸素が供給される速度である第１酸素供給速度αを求める。溶鋼に吹き付けられる酸素の流量に基づいて、溶鋼へ酸素が供給される速度である第２酸素供給速度βを求める。所謂攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]が８０であるときに、溶鋼中のＡｌ濃度とＳｉ濃度との和に前記攪拌動力εを乗じたものに或る定数Ａを乗じたものとしての脱酸元素供給速度δの酸素換算である脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して前記定数Ａを求める。Ａｌ濃度及びＳｉ濃度と攪拌動力εと、求められた前記定数Ａと、を用いて前記脱酸元素供給速度δを求める。求められた前記脱酸元素供給速度δと、前記第２酸素供給速度βと、の比δ／βを２以上とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼に攪拌ガスを吹き込むことで溶鋼を攪拌して脱硫させつつ、溶鋼に酸素を吹き付け又は吹き込むことによって溶鋼中の脱酸元素としてのＡｌ及びＳｉと前記酸素との反応熱により溶鋼を昇熱させる、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の精錬方法であって、
溶鋼の上に浮設されるスラグ中におけるＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度に基づいて、当該減少により溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第１酸素供給速度αを求め、
溶鋼に吹き付けられ又は吹き込まれる酸素の流量に基づいて、当該吹き付け又は吹き込みにより溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第２酸素供給速度βを求め、
下記式（１）で求められる攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]が８０であるときに、前記Ａｌの溶鋼中濃度としてのＡｌ濃度｛Ａｌ｝[％]と前記Ｓｉの溶鋼中濃度としてのＳｉ濃度｛Ｓｉ｝[％]との和に前記攪拌動力εを乗じたものに或る定数Ａを乗じたものとしての脱酸元素供給速度δの酸素換算である脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して前記定数Ａを求め、
前記のＡｌ濃度｛Ａｌ｝及びＳｉ濃度｛Ｓｉ}と前記攪拌動力εと、求められた前記定数Ａと、を用いて前記脱酸元素供給速度δを求め、
求められた前記脱酸元素供給速度δと、前記第２酸素供給速度βと、の比δ／βを２以上とし、
前記攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]を８０以上とし、
前記スラグ中のＣａＯ濃度｛ＣａＯ｝［ｗｔ％］及びＡｌ２Ｏ３濃度｛Ａｌ２Ｏ３｝［ｗｔ％］の比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３を１．２〜２．０とする、
ことを特徴とするＡｌ−Ｓｉキルド鋼の精錬方法。
ε＝６．１８・Ｑ・Ｔ・ｌｎ（１＋Ｈ／１．４６×１０−５・Ｐ）・・・（１）
ε：攪拌動力［Ｗａｔｔ／ｔｏｎ］
Ｑ：攪拌ガス流量［Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］
Ｔ：溶鋼絶対温度［Ｋ］
Ｈ：溶鋼表面とガス吹き込み位置との鉛直方向の距離［ｍ］
Ｐ：雰囲気圧力［Ｐａ］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の脱硫処理は、一般的に、取鍋内のスラグと溶鋼との界面反応により、溶鋼中の硫黄成分をスラグ中へ分配させることで行われている。
この脱硫処理においては、スラグ中から、溶鋼に対して酸素を供給してしまうようなＦｅＯ及びＭｎＯを低減することが極めて重要とされ、また、脱硫処理中の溶鋼の温度を一定に保持するために溶鋼に対して相当の昇熱を実施することが好ましいとされている。
上記の昇熱を実現するための手法の一つとして、Ａｌと酸素との間で生じる反応熱を利用する方法が知られており、これによれば上記昇熱を短時間で実現できるとされる。
【０００３】
しかし、上記の如く酸素を供給して行われる昇熱方法によれば、脱硫処理のために低減すべきＦｅＯ及びＭｎＯを低減できないばかりでなく、かえってこれらＦｅＯ及びＭｎＯを発生し易くさせ、溶鋼の脱硫処理を妨げてしまう。
【０００４】
そこで、酸素を溶鋼に吹き付けて溶鋼を昇熱しつつも、ＦｅＯ及びＭｎＯを短時間で還元可能な（低減可能な）、溶鋼の同時昇熱脱硫方法の開発が望まれていた。
【０００５】
この種の技術として、特許文献１は、Ａｌキルド鋼の昇熱・脱硫同時精錬方法を開示する。これによれば、取鍋内のＡｌを含有する溶鋼及びスラグを不活性ガスで攪拌しつつ、溶鋼に酸化性ガスを吹き付けまたは吹き込むことにより、酸化性ガスと溶鋼中のＡｌ成分とが反応することにより昇熱するとされる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３１９２４４号公報（請求項１、段落番号００１６など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１は、その段落番号００１６に記載の如く、所謂Ａｌキルド鋼を対象とする技術に係るものである。この鋼種は、本願発明が対象としているＡｌ−Ｓｉキルド鋼と全く性質の異なるものであるから、当該特許文献１に記載の技術をそのまま本願発明が対象としているＡｌ−Ｓｉキルド鋼に適用することは技術的に困難でもあるし有意でもない。付言するならば、当該特許文献１には溶鋼の含有成分としてのＳｉに関して一切記載されていない。
【０００８】
本発明は係る諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の昇熱と脱硫とを同時に可能な精錬方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
そこで、本発明の発明者は、上記の目的を達成するために試験研究を重ねた結果、溶鋼を昇熱しつつも上記のＦｅＯ及びＭｎＯを低減するためには、溶鋼に対して吹き付けられる酸素の量と、脱酸作用のあるＡｌ及びＳｉの供給の程度と、の間の関係が極めて重要であることを見出した。
また、上記Ａｌ及びＳｉの供給の程度は、容易には見積もれないという問題があるが、本願発明者はＦｅＯ及びＭｎＯの減少の程度との関係において容易に見積もることができる点も見出した。
【００１０】
次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
溶鋼に攪拌ガスを吹き込むことで溶鋼を攪拌して脱硫させつつ、溶鋼に酸素を吹き付け又は吹き込むことによって溶鋼中の脱酸元素としてのＡｌ及びＳｉと前記酸素との反応熱により溶鋼を昇熱させる、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の精錬は、以下のような方法で行われる。
即ち、溶鋼の上に浮設されるスラグ中におけるＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度に基づいて、当該減少により溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第１酸素供給速度αを求める。
溶鋼に吹き付けられ又は吹き込まれる酸素の流量に基づいて、当該吹き付け又は吹き込みにより溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第２酸素供給速度βを求める。
下記式（１）で求められる攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]が８０であるときに、前記Ａｌの溶鋼中濃度としてのＡｌ濃度｛Ａｌ｝[％]と前記Ｓｉの溶鋼中濃度としてのＳｉ濃度｛Ｓｉ｝[％]との和に前記攪拌動力εを乗じたものに或る定数Ａを乗じたものとしての脱酸元素供給速度δの酸素換算である脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して前記定数Ａを求める。
前記のＡｌ濃度｛Ａｌ｝及びＳｉ濃度｛Ｓｉ}と前記攪拌動力εと、求められた前記定数Ａと、を用いて前記脱酸元素供給速度δを求める。
求められた前記脱酸元素供給速度δと、前記第２酸素供給速度βと、の比δ／βを２以上とする。
前記攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]を８０以上とする。
前記スラグ中のＣａＯ濃度｛ＣａＯ｝［ｗｔ％］及びＡｌ２Ｏ３濃度｛Ａｌ２Ｏ３｝［ｗｔ％］の比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３を１．２〜２．０とする。
ε＝６．１８・Ｑ・Ｔ・ｌｎ（１＋Ｈ／１．４６×１０−５・Ｐ）・・・（１）
ε：攪拌動力［Ｗａｔｔ／ｔｏｎ］
Ｑ：攪拌ガス流量［Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］
Ｔ：溶鋼絶対温度［Ｋ］
Ｈ：溶鋼表面とガス吹き込み位置との鉛直方向の距離［ｍ］
Ｐ：雰囲気圧力［Ｐａ］
【００１２】
これによれば、溶鋼を酸素の吹き付け／吹き込みにより昇熱させているにも関わらず、前記スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯが効率よく還元されるので、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の昇熱と脱硫とを同時に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本実施形態においてＡｌ−Ｓｉキルド鋼の同時昇熱脱硫処理は、溶鋼に攪拌ガス（例えばアルゴンガスなどの不活性ガス）をランスなどを介して吹き込むことで溶鋼を攪拌して脱硫させつつ、溶鋼に酸素を吹き付け又は吹き込む（以下、省略して「吹き付ける」とも称する。）ことによって溶鋼中の脱酸元素としてのＡｌ及びＳｉと前記酸素との反応熱により溶鋼を昇熱させて、行われる。より具体的には、下記の如くである。
【００１５】
◆定数Ａについて
前述した如く本願発明者は、試験研究を重ねた結果、溶鋼を昇熱しつつもスラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯを低減するためには、溶鋼に対して吹き付けられる酸素の量と、脱酸作用のあるＡｌ及びＳｉの供給の程度と、の間の関係が重要であることを見出し、また、この「Ａｌ及びＳｉの供給の程度」としての脱酸元素供給速度δは容易には見積もれないが、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少の程度との関係において或る定数Ａを用いれば間接的に見積もることが可能である点を見出した。以下、この「或る定数Ａ」の算出方法に関して説明する。
【００１６】
＜定数Ａの算出：第１酸素供給速度αの算出＞
先ず、取鍋内に収容されている溶鋼の上に浮設されるスラグ中におけるＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度（上述した、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少の程度）に基づいて、当該減少により溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第１酸素供給速度αを算出する方法に関して説明する。なお、当該方法の説明は、後述する本発明の実施例及び比較例の条件及び結果を集計した表２の一部である表１を適宜参照しつつ行う。
【００１７】
【表１】
2007302942.tif 000002
【００１８】
第１に、前記スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯ夫々の濃度の時間に対する変化（減少）の割合ＦＭ１［％／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］を、当該スラグをサンプル採集し成分分析することにより実測する。
第２に、取鍋内に存在するスラグの量ＦＭ２［ｋｇ／ｔｏｎ］を、当該取鍋の内径やスラグ層の厚みなどから概算する。
第３に、第１及び第２で得られた減少速度ＦＭ１及びスラグ重量ＦＭ２とを乗算することにより、前記減少速度ＦＭ１の単位を［ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］とする（減少速度ＦＭ３）。
第４に、前記スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯが減少（還元）することに伴って溶鋼に対して供給される酸素の供給速度としての前記第１酸素供給速度αを、上記減少速度ＦＭ３を酸素について換算することにより求める。即ち、下記式の如くである。
α＝ＦＭ３×（（１６／７２＋１６／７１）／２）
【００１９】
＜定数Ａの算出：第２酸素供給速度βの算出＞
次に、取鍋内に収容されている溶鋼に吹き付けられ又は吹き込まれる酸素の流量に基づいて、当該吹き付け又は吹き込みにより溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第２酸素供給速度βを算出する方法に関して、上記表２を参照しつつ説明する。
【００２０】
第１に、酸素を溶鋼に対して吹き付け等するために用いられる適宜のランスに設けられている適宜の流量計を用いて、溶鋼に吹き付け等される酸素の流量Ｏｘ１［Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］を測定する。
第２に、第１で得られた流量Ｏｘ１に、自然大気圧下における酸素の比重（１．４２９ｋｇ／Ｎｍ３）を乗算することによって、第２酸素供給速度β［ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］を求める。
【００２１】
＜定数Ａの算出＞
次に、求めたい前記定数Ａの算出方法に関して説明する。この定数Ａは、下記の如く求める。
即ち、下記式（１）で求められる攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]が８０であるとき（表１参照）に、前記Ａｌの溶鋼中濃度としてのＡｌ濃度｛Ａｌ｝[％]と前記Ｓｉの溶鋼中濃度としてのＳｉ濃度｛Ｓｉ｝[％]との和に前記攪拌動力εを乗じたものに求めたい定数Ａを乗じたものとしての脱酸元素供給速度δの酸素換算である脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して算出する。
ε＝６．１８・Ｑ・Ｔ・ｌｎ（１＋Ｈ／１．４６×１０−５・Ｐ）・・・（１）
ε：攪拌動力［Ｗａｔｔ／ｔｏｎ］
Ｑ：攪拌ガス流量［Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］
Ｔ：溶鋼絶対温度［Ｋ］
Ｈ：溶鋼表面とガス吹き込み位置との鉛直方向の距離［ｍ］
Ｐ：雰囲気圧力［Ｐａ］
【００２２】
具体的には、先ず、取鍋内に収容されている溶鋼をサンプリングし成分を分析することにより、Ａｌ濃度｛Ａｌ｝及びＳｉ濃度｛Ｓｉ｝を測定する。
次に、当該Ａｌ濃度｛Ａｌ｝及びＳｉ濃度｛Ｓｉ｝を足し合わせた濃度｛Ａｌ｝＋｛Ｓｉ｝に前記攪拌動力εを乗算する（（｛Ａｌ｝＋｛Ｓｉ｝）×ε）。
次に、前記の脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して、下記式（２）及び（３）に示す如く当該脱酸元素酸素除去速度γを介して脱酸元素供給速度δを求める。
γ＝α＋β・・・（２）
γ＝δ×((48/54+32/28)/2)・・・（３）
そして、得られた脱酸元素供給速度δを上記の「（｛Ａｌ｝＋｛Ｓｉ｝）×ε」で除算することによって、(ａ)前記Ａｌ濃度{Ａｌ｝と、（ｂ）前記Ｓｉ濃度｛Ｓｉ}と、（ｃ）前記攪拌動力εと、に基づいて前記脱酸元素供給速度δを算出するための一指標としての前記定数Ａを求める。なお、本実施形態において当該定数Ａは、略０．００８であった。
【００２３】
◆脱酸元素供給速度δ／第２酸素供給速度β≧２
上述した如く一指標としての前記定数Ａを求めることによって、(ａ)前記Ａｌ濃度{Ａｌ｝と、（ｂ）前記Ｓｉ濃度｛Ｓｉ}と、（ｃ）前記攪拌動力εと、に基づいて、前記脱酸元素供給速度δを容易に求めることができるようになる。
本実施形態に係る同時昇熱脱硫処理は、当該脱酸元素供給速度δと前記の第２酸素供給速度βとの比を２以上となるようにして、実施する。即ち下記式の如くである。
δ／β≧２
【００２４】
また、本実施形態に係る同時昇熱脱硫処理は、前記の攪拌動力ε［Ｗａｔｔ／ｔｏｎ］を８０以上として、実施する。
さらに、前記スラグ中のＣａＯ濃度｛ＣａＯ｝［ｗｔ％］及びＡｌ２Ｏ３濃度｛Ａｌ２Ｏ３｝［ｗｔ％］の比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が１．２〜２．０となるように当該スラグの成分を調節する。
【００２５】
以下、本実施形態に係るＡｌ−Ｓｉキルド鋼の同時昇熱脱硫方法の技術的効果を確認するための試験に関して説明する。この試験の試験条件及び結果を表２及び図１、図２に示す。図１は、攪拌動力εと、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３と、の関係を表す図である。図２は、脱酸元素供給速度δを第２酸素供給速度βで除したものに対する、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３と、第２酸素供給速度βと、の関係を示す図である。なお、図１及び図２に示されるグラフにプロットされたデータは、すべて表２に含まれるものである。上述した各数値範囲などは、下記の確認試験により合理的に裏付けられている。
【００２６】
【表２】
2007302942.tif 000003
【００２７】
＜図１の考察＞
本図は、より具体的には、表２における実施例１〜３と比較例１及び２とをグラフ上にプロットしたものである。これら実施例１〜３や比較例１及び２は、試験条件のうち攪拌動力εが夫々互いに異なっている。
本図によれば、前記攪拌動力εを８０Ｗａｔｔ／ｔｏｎ以上とすると、前記スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３が極めて顕著に大きくなることが判る。これは、このように前記攪拌動力εを設定することで、溶鋼とスラグとの間の界面反応を十分に大きく確保できたことによると考えられる。
なお、これらＦｅＯ及びＭｎＯは脱硫処理を妨げるものであることから、換言すれば、攪拌動力εを８０Ｗａｔｔ／ｔｏｎ以上とすれば、脱硫処理を高効率で行うことができるといえる。この点、前述の定数Ａを、攪拌動力εを８０Ｗａｔｔ／ｔｏｎとする実施例（実施例３）を基準にして求めたのは合理的である。
【００２８】
＜図２の考察＞
本図は、より具体的には、表２におけるすべての実施例及び比較例における前記減少速度ＦＭ３と第２酸素供給速度βとを、脱酸元素供給速度δを第２酸素供給速度βで除したもの（即ち、δ／β）を横軸としてグラフ上にプロットしたものである。なお、前記減少速度ＦＭ３を示す縦軸は、その酸素換算したものが第２酸素供給速度βを示す縦軸と一致するように適宜調節した上で本図に描かれている。なおまた、本図において中空四角は前記第２酸素供給速度βを示し、同じく中空丸印は前記ＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３を示している。
本図によれば、当該比δ／βを２以上とすれば、酸素を供給して溶鋼を昇温させつつ、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３を十分に確保できることが判る。
【００２９】
以上説明したように上記実施形態においては、以下のような方法でＡｌ−Ｓｉキルド鋼の精錬が行われている。
溶鋼の上に浮設されるスラグ中におけるＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ１・ＦＭ３に基づいて、当該減少により溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第１酸素供給速度αを求める。
溶鋼に吹き付けられ又は吹き込まれる酸素の流量Ｏｘ１に基づいて、当該吹き付け又は吹き込みにより溶鋼に対して酸素が供給される速度としての第２酸素供給速度βを求める。
下記式（１）で求められる攪拌動力ε[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]が８０であるときに、前記Ａｌの溶鋼中濃度としてのＡｌ濃度｛Ａｌ｝[％]と前記Ｓｉの溶鋼中濃度としてのＳｉ濃度｛Ｓｉ｝[％]との和に前記攪拌動力εを乗じたものに或る定数Ａを乗じたものとしての脱酸元素供給速度δの酸素換算である脱酸元素酸素除去速度γと、前記の第１酸素供給速度α及び第２酸素供給速度βとの和と、がバランスすることを利用して前記定数Ａを求める。
前記のＡｌ濃度｛Ａｌ｝及びＳｉ濃度｛Ｓｉ}と前記攪拌動力εと、求められた定数Ａと、を用いて前記脱酸元素供給速度δを求める。
求められた前記脱酸元素供給速度δと、前記第２酸素供給速度βと、の比δ／βを２以上とする。
前記攪拌動力εを８０[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]以上とする。
前記スラグ中のＣａＯ濃度｛ＣａＯ｝［ｗｔ％］及びＡｌ２Ｏ３濃度｛Ａｌ２Ｏ３｝［ｗｔ％］の比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３を１．２〜２．０とする。
ε＝６．１８・Ｑ・Ｔ・ｌｎ（１＋Ｈ／１．４６×１０−５・Ｐ）・・・（１）
ε：攪拌動力［Ｗａｔｔ／ｔｏｎ］
Ｑ：攪拌ガス流量［Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）］
Ｔ：溶鋼絶対温度［Ｋ］
Ｈ：溶鋼表面とガス吹き込み位置との鉛直方向の距離［ｍ］
Ｐ：雰囲気圧力［Ｐａ］
【００３０】
これによれば、溶鋼を酸素の吹き付け／吹き込みにより昇熱させているにも関わらず、前記スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯが効率よく還元されるので、Ａｌ−Ｓｉキルド鋼の昇熱と脱硫とを同時に実施することができる。
また、攪拌動力εを８０[Ｗａｔｔ／ｔｏｎ]以上とすることにより、スラグと溶鋼との界面反応が促進されるので、脱硫効率を飛躍的に向上できる（図１参照）。
また、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３を１．２以上とすることでスラグの粘性が過大とならないので、当該スラグが、吹き込まれた不活性ガスを巻き込んで盛り上がってしまうのを防止できる。また、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３を２以下とするのは、スラグの粘性を抑制する効果と、このような成分調整に要するコストと、を実操業に即して勘案した結果である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】攪拌動力εと、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３と、の関係を表す図。
【図２】脱酸元素供給速度δを第２酸素供給速度βで除したものに対する、スラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯの減少速度ＦＭ３と、第２酸素供給速度βと、の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
α    第１酸素供給速度
β    第２酸素供給速度
γ    脱酸元素酸素除去速度
δ    脱酸元素供給速度
ε    攪拌動力
Ａ    定数
【図１】
2007302942.tif 000004
【図２】
2007302942.tif 000005