(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-08
(45)【発行日】2023-11-16
(54)【発明の名称】溶鋼の脱酸方法
(51)【国際特許分類】
C21C 7/06 20060101AFI20231109BHJP
C21C 5/46 20060101ALI20231109BHJP
【FI】
C21C7/06
C21C5/46 103E
(21)【出願番号】P 2020054144
(22)【出願日】2020-03-25
【審査請求日】2022-11-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090273
【氏名又は名称】國分 孝悦
(72)【発明者】
【氏名】久志本 惇史
(72)【発明者】
【氏名】飯尾 裕太郎
(72)【発明者】
【氏名】石川 瑛
【審査官】藤長 千香子
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-016843(JP,A)
【文献】特開2008-144224(JP,A)
【文献】特開2004-346367(JP,A)
【文献】特開2009-068092(JP,A)
【文献】特開昭49-115920(JP,A)
【文献】特開平08-225824(JP,A)
【文献】特開昭61-019723(JP,A)
【文献】特開2019-218601(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C21C 7/06
C21C 5/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
取鍋へ溶鋼の出鋼中に金属Al及びCaOを投入して脱酸を行う溶鋼の脱酸方法であって、
全出鋼時間に対して出鋼開始から30%~50%の時期に、前記金属Al及びCaOの全投入量の80%以上を前記取鍋に投入し、さらに前記金属Al及びCaOを同時期に、かつ(1)式を満たすように前記取鍋へ投入することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
0.35≦M
Al/M
CaO≦0.75 ・・・(1)
ここで、M
Alは金属Alの投入量(kg/溶鋼t)を表し、M
CaOはCaOの投入量(kg/溶鋼t)を表す。
【請求項2】
前記金属Al及びCaOを2回以上に分割して投入することを特徴とする請求項1に記載の溶鋼の脱酸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に、取鍋の耐火物を健全化するために用いて好適な溶鋼の脱酸方法に関する。
【背景技術】
【0002】
転炉吹錬が終了すると、取鍋に溶鋼が出鋼され、二次精錬が行われる。また、出鋼時には、溶鋼とともにスラグの一部も取鍋に取り込まれることから、復りん防止のためにCaOが溶鋼に添加される。また、溶鋼の脱酸を行うために、金属Alも溶鋼に添加される。一方で、溶鋼の脱酸を行うと、溶鋼を受ける取鍋の内張り耐火物には脱酸生成物が付着し、ビルドアップと呼ばれる厚肉の付着層が形成される。このように付着層が耐火物に過剰に付着すると、取鍋で受けられる溶鋼量が減少して生産性が低下してしまう。さらに、耐火物の健全化のためにプロフィールメーターによる耐火物の残寸を測定する際に誤検知を引き起こし、漏鋼等の障害が生じる可能性がある。
【0003】
そこで、耐火物への付着物の抑制、除去のために様々な技術が提案されている。特許文献1には、付着物が溶解する温度以上となるように予め容器を加熱して、付着物を溶解させる方法が開示されている。また、特許文献2には、耐火物の表面に付着した脱酸生成物のビルトアップ層を、取鍋に注入した溶鋼中に石灰を投入することにより溶解させる方法が開示されている。さらに特許文献3には、溶鋼にCaSiを添加して溶鋼中Ca濃度を上げ、付着物と反応させてCaO-Al2O3として除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平3-134487号公報
【文献】特開平3-297553号公報
【文献】特開平4-103712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、耐火物に付着する付着物の量は10数トンに及ぶ場合があり、特許文献1に記載の方法で溶解させるには、多大な熱量とコストとが必要になる。また、特許文献2に記載の方法は、脱酸用のAlを添加する条件や石灰の具体的な投入タイミングなどが不明であるため、安定的に効果が発揮されない。さらに、特許文献3に記載の方法は、Caは揮発性が高いため、溶鋼への添加歩留まりが安定せず効果が安定しない。さらに、CaSi合金を用いるため、コストが多くかかってしまう。また、上記の技術はいずれも付着物を溶解もしくは除去する方法であり、付着物そのものの生成を抑制することはできない。
【0006】
本発明は前述の問題点を鑑み、取鍋の側面においてビルドアップの生成を抑制できる溶鋼の脱酸方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
溶鋼を取鍋に出鋼する際に、脱酸のため金属Alが添加されるが、この時に溶鋼中の溶存酸素と金属Alとが反応してAl
2O
3となる。
図2に示すように、出鋼流11に巻き込まれるように金属Alが添加されると、溶鋼中の溶存酸素と金属Alとが反応して脱酸生成物であるAl
2O
3が生成される。また、復りん防止などを目的にスラグ14を改質するため、出鋼中にCaOが併せて添加されるが、このCaOがAl
2O
3と反応し、CaO-2Al
2O
3となって取鍋12の内張り耐火物に付着し、ビルドアップ13を形成する。このCaO-2Al
2O
3は溶鋼温度で微量の液相を生じやすく、この微量液相が耐火物との液架橋となって付着を促進させる。
【0008】
そこで本発明者らは、耐火物に付着しやすいCaO-2Al2O3が生成されにくい条件について検討した。その結果、CaOと金属Alとを適切なタイミングで略同時に添加することでCaOとAl2O3を効率的に混合させ、低融点であるCaO-Al2O3が生成されるように制御することによって、取鍋へ付着を防止し、ビルドアップの生成を抑制できることを見出した。
【0009】
本発明は、以下の通りである。
(1)
取鍋へ溶鋼の出鋼中に金属Al及びCaOを投入して脱酸を行う溶鋼の脱酸方法であって、
全出鋼時間に対して出鋼開始から30%~50%の時期に、前記金属Al及びCaOの全投入量の80%以上を前記取鍋に投入し、さらに前記金属Al及びCaOを同時期に、かつ(1)式を満たすように前記取鍋へ投入することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
0.35≦MAl/MCaO≦0.75 ・・・(1)
ここで、MAlは金属Alの投入量(kg/溶鋼t)を表し、MCaOはCaOの投入量(kg/溶鋼t)を表す。
【0010】
(2)
前記金属Al及びCaOを2回以上に分割して投入することを特徴とする上記(1)に記載の溶鋼の脱酸方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、出鋼中に溶鋼の脱酸及びスラグの改質を行う際に、取鍋の側面においてビルドアップの生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】本発明の実施形態における金属Al及びCaOの添加方法を説明するための図である。
【
図2】一般的なビルドアップの形成方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態における出鋼中での金属Al及びCaOの添加方法を説明するための図である。ここで、添加するCaOは生石灰(CaO)のみならず、炭酸カルシウムやドロマイトなどであってもよい。投入量を計算する場合はCaO分のみに換算する。
図1に示すように、取鍋2への出鋼中に脱酸用の金属Alとスラグ改質用のCaOとを同時期に投入する。これによって出鋼流1に巻き込まれながら脱酸生成物であるCaO-Al
2O
3融体が生成されやすくなる。CaO-Al
2O
3融体は溶鋼温度で完全に液相であり、取鍋2内側の耐火物には付着せず、スラグ4に取り込まれる。これにより、ビルドアップ3の形成量を抑制できる。
【0014】
ここで、同時期に投入とは、同時投入のみならず、金属Al及びCaOの投入開始の時間差が10秒以内となる条件も含むものとする。なお、金属AlとCaOとを混合した混合粉として投入することが好ましい。
【0015】
次に、金属Al及びCaOの投入量について説明する。金属Alの投入量をMAl(kg/溶鋼t)、CaOの投入量をMCaO(kg/溶鋼t)とした場合に、金属AlとCaOの投入量の比が(1)式を満たすようにする。
0.35≦MAl/MCaO≦0.75 ・・・(1)
【0016】
投入する金属Alが全量Al2O3となるものと仮定した場合に、(1)の条件を満たすことによって、CaOとAl2O3が混合した後の組成がCaO-Al2O3の低融点領域となる。金属AlとCaOの投入量の比MAl/MCaOが0.75よりも大きい(Al2O3が多い)と、溶鋼温度で微量の液相が生じやすいCaO-2Al2O3が生成してしまい、これが耐火物に付着してビルドアップを多く形成してしまう。一方、金属AlとCaOの投入量の比MAl/MCaOが0.35よりも小さい(CaOが多い)と、CaOが過剰となり、固相が増えてしまうことによってビルドアップの形成量が増加してしまう。
【0017】
なお、溶鋼1tあたりの金属Alの投入量は、0.80~2.50kg/溶鋼tの範囲とすることが好ましい。溶鋼1tあたりの金属Alの投入量が0.80kg/溶鋼tを下回ると、Al添加後に金属Alが未脱酸溶鋼中の溶存酸素と全量反応してしまい、溶存Alが残らず脱酸不良が生じる可能性がある。一方で、溶鋼1tあたりの金属Alの投入量が2.50kg/溶鋼tを超えて金属Alを添加しても効果が飽和し、かつ金属AlおよびCaOの投入量が膨大となり、コストが大きく増加してしまう。
【0018】
次に、金属Al及びCaOの投入時期について説明する。転炉からの出鋼流による取鍋内の溶鋼の攪拌動力密度は、取鍋内の溶鋼量が少ないほど大きい。したがって、出鋼前半に金属Al及びCaOを投入した方が溶鋼との混合が促進される。そこで、取鍋への出鋼開始から出鋼終了までの全出鋼時間に対し、出鋼開始から30%~50%の時期に全投入量(金属Al及びCaOの投入量の合計)の80%以上を取鍋に投入するものとする。
【0019】
出鋼開始から30%未満の時期に金属Al及びCaOを投入すると、CaOを早期に投入することになり、CaOの投入後に出鋼される溶鋼中の酸素と金属Alとが反応して生成したAl2O3が、ビルドアップの形成要因となる。また、出鋼開始から50%超の時期に金属Al及びCaOを投入すると、前述したように溶鋼攪拌動力密度が不足しているため、低融点のCaO-Al2O3融体が生成されにくくなり、ビルドアップの形成要因となる。したがって、全投入量の80%以上を出鋼開始から30%~50%の時期に投入するものとする。なお、全投入量の80%未満である場合は、上述の問題点が顕著になり、ビルドアップが多く形成されてしまう。金属Al及びCaOを全量一括して一度に投入する場合には、出鋼開始から30%~50%の時期に投入するものとする。
【0020】
また、金属Al及びCaOを同時期に投入する際に、2回以上に分割して投入してもよい。2回以上に分割して投入する場合には、全投入量の80%以上を出鋼開始から30%~50%の時期に投入するものとする。金属Alの1回の投入量を低減することによってAl2O3の濃化を抑制することができるため、低融点のCaO-Al2O3融体がより生成されやすくなり、よりビルドアップの形成を抑制することができる。なお、分割して投入する場合は、副材である金属AlおよびCaOの全投入量比が(1)式を満たしていれば、各投入タイミングでそれぞれ副材の投入量比が必ずしも(1)式を満たす必要はなく、また投入量も均等でなくてよい。ただし、各投入タイミングで(1)式を満たし、かつ各タイミングで均等に分割投入することが発明の効果を高位安定化させる点で望ましい。
【実施例】
【0021】
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。
【0022】
取鍋に溶鋼を出鋼する際に、以下の表1に示す条件で金属Al及びCaOを投入した。そして、MAl、MCaO、投入時期および分割回数を固定し、その条件で20~30ch操業を繰り返し、この時の空鍋重量の推移からビルドアップの付着速度を算出した。ビルドアップの付着速度が0.500kg/(ch・溶鋼t)未満で効果が得られたと判断し、0.350kg/(ch・溶鋼t)未満で特に効果が顕著であったと判断した。なお、溶鋼量は1chあたり300t規模とした。
【0023】
【0024】
表1中の下線は、本発明の条件から外れた値である。Ch.1~Ch.4の実施例1は金属Al及びCaOを同時投入し、かつ2回以上に分けて投入した例である。なお、分割投入した条件では、各投入タイミングにて金属AlおよびCaOの投入量比は(1)式を満たし、かつ全投入量を均等に分配した。Ch.1~Ch.2では、1回目の投入で出鋼開始から30%が経過する前に金属Al及びCaOの投入を開始したが、大半を出鋼開始から30%~50%の時期に投入したため、ビルドアップの付着速度は小さかった。また、Ch.3は、1回目の投入で出鋼開始から30%が経過する前に金属Al及びCaOの投入を開始し、2回目の投入では出鋼開始から50%が経過後に金属Al及びCaOの投入が完了した例であるが、大半を出鋼開始から30%~50%の時期に投入したため、同様にビルドアップの付着速度は小さかった。特にCh.4では、金属Al及びCaOを全て出鋼開始から30%~50%の時期に投入したため、ビルドアップの付着速度が最も小さかった。
【0025】
Ch.5~Ch.7の実施例2は、金属Al及びCaOを同時投入し、一度に一括して投入した例である。実施例1に比べるとビルドアップの付着速度は大きかったが、十分にビルドアップの形成を抑制できた。
【0026】
一方、Ch.8~Ch.13は比較例である。Ch.8は金属Al及びCaOを同時投入せず、CaOを投入してからおよそ100秒経過後に金属Alを添加した例であり、ビルドアップの付着速度が大きかった。この条件では、CaO-2Al2O3が多く生成されたと考えられる。Ch.9は、金属Al及びCaOを同時投入する際に、3回以上に分けて投入したが、出鋼開始から30%~50%の時期に投入した量が全投入量の2/3だった例である。出鋼開始から21%の段階で1回目の投入を開始し、出鋼開始から30%に到達する前に全投入量の1/3を投入してしまったため、ビルドアップの付着速度が大きかった。
【0027】
Ch.10及びCh.11は、いずれも出鋼開始から30%~50%から外れた時期に、金属Al及びCaOを一度に一括して同時投入したため、ビルドアップの付着速度が大きかった。Ch.12及びCh.13は、いずれも金属AlとCaOの投入量の比MAl/MCaOが(1)式の範囲を外れていたため、ビルドアップの付着速度が大きかった。
【符号の説明】
【0028】
1 出鋼流
2 取鍋
3 ビルドアップ
4 スラグ