溶鋼の真空精錬方法
【課題】 バーナー機能を有する上吹きランスを用い、バーナーで加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加すると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止する。
【解決手段】 フラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランス下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを真空槽に配置して火炎を形成し、該火炎で加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を精錬する真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整する。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
【解決手段】 フラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランス下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを真空槽に配置して火炎を形成し、該火炎で加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を精錬する真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整する。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の真空精錬方法に関し、詳しくは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、この上吹きランス下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて添加し、該フラックスにより溶鋼の脱硫処理或いは脱酸処理などを行う真空精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の品質向上を目的として、溶鋼は、転炉などで精錬された後、更にＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備で処理されている。特に、近年では、溶鋼中硫黄濃度の極低硫域への低下が要求されており、真空脱ガス設備の真空槽に配置した上吹きランスから脱硫剤を搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼に吹き付け、溶鋼を脱硫する精錬方法が広く行われている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、脱硫用フラックスとしては、ＣａＯ−ＣａＦ2系フラックスやＣａＯ系フラックスが使用されている。
【０００３】
真空槽内の溶鋼に脱硫用フラックスを添加すると、脱硫用フラックスによって溶鋼の顕熱が奪われ、溶鋼の温度が低下する。また、脱硫用フラックスを迅速に滓化させることで、脱硫反応が促進される。これらに対処するべく、特許文献２及び特許文献３には、上吹きランスにバーナー機能を備えさせ、上吹きランスから吹き付けるフラックスを、バーナー火炎内を通過させてバーナー火炎によって加熱し、加熱したフラックスを溶鋼浴面に吹き付ける精錬方法が提案されている。特許文献２及び特許文献３により、溶鋼の温度降下を少なくすることが可能となっている。
【０００４】
しかしながら、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナーの火炎は、ＣＯ2やＨ2Ｏの酸化性ガスを主成分としており、これらのガスが溶鋼中のＡｌを酸化させ、溶鋼中のＡｌ濃度が低下して、還元反応である脱硫反応を阻害するという問題を発生する。また、Ａｌは高価であることから、Ａｌの酸化ロスは製造コストの上昇をもたらすという問題も発生する。
【０００５】
即ち、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナー火炎による溶鋼中のＡｌの酸化を抑制する必要があるが、上記の特許文献２及び特許文献３は、この点に関して何ら記載していない。
【０００６】
また、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナーの燃焼熱を十分にフラックス及び溶鋼に着熱しようとして、バーナーの燃焼熱を強くすると、バーナーの燃焼熱が強くなりすぎて真空槽内壁に付着した地金が溶解し、溶解した地金が精錬中の溶鋼に混入し、付着地金に含有される炭素や硫黄によって精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇して成分規格値を外れてしまったりするという問題が発生する。
【０００７】
即ち、バーナー機能を有する上吹きランスを用いて溶鋼を精錬する際には、真空槽内壁の付着地金の溶解を抑えて、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することが好ましく、そのためには、吹き付け添加するフラックスの供給速度やフラックスのサイズに応じてバーナーの燃焼熱を調整することが必要となるが、上記の特許文献２及び特許文献３は、この点に関しても何ら記載していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７１２５３号公報
【特許文献２】特開平６−７４４２５号公報
【特許文献３】特開平７−４１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、上吹きランス下方にバーナー火炎を形成し、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに吹き込むフラックスを、形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することができ、更には、バーナーの燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制して精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することのできる、溶鋼の真空精錬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを、真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする、溶鋼の真空精錬方法。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
（２）前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの供給速度をＳ（ｋｇ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの平均粒径をＲ（μｍ）とすると、燃料ガスの発熱量Ｑと粉粒状フラックスの供給速度Ｓと粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとが下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒのうちの何れか１種または２種以上を調整することを特徴とする、上記（１）に記載の溶鋼の真空精錬方法。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、該上吹きランスの下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、ランス高さＨとフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを３５〜５０の範囲に制御するので、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｈ／Ｄと溶鋼中Ａｌの酸化ロス量との関係を示す図である。
【図２】Ｈ／Ｄと溶鋼の脱硫率との関係を示す図である。
【図３】排ガス温度に基づいて求めた溶鋼中の炭素濃度及び硫黄濃度のピックアップの有無を、Ｑ／Ｓと平均粒径Ｒとの関係で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００１４】
本発明者らは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で、且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、上吹きランスの下方に形成されるバーナー火炎で加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬する真空精錬方法において、加熱したフラックスを高い歩留りで溶鋼に吹き付け添加すると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止する方法を見出すことを目的に、検討・研究を行った。
【００１５】
この目的のために、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽の頂部に、該真空槽頂部を貫通させて配置した上吹きランスから脱硫用フラックスを真空槽内の溶鋼に噴射して溶鋼を脱硫処理する真空精錬において、上吹きランスの先端と真空槽内の溶鋼浴面との距離であるランス高さを変更した脱硫試験を行い、そのときの溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率を調査した。この場合、脱硫用フラックスの添加量は全ての試験で一定とした。従って、脱硫用フラックスの溶鋼への添加歩留りが高い場合は、溶鋼の脱硫率が高くなる。
【００１６】
その結果、ランス高さが小さくなると、バーナーの燃焼ガスと溶鋼との反応により、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が多くなり、逆に、ランス高さが大きくなると、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量は少なくなるものの、フラックスの添加歩留りが低くなり、溶鋼の脱硫率が低下することが分った。また、ランス高さが小さくなると、フラックスの添加歩留りは高くなるが、溶鋼中Ａｌが酸化して少なくなることから、還元反応である脱硫反応が阻害されることも分った。
【００１７】
また、この精錬方法においては、粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともにバーナー火炎中を通過させて、火炎でフラックスを加熱し、加熱したフラックスを溶鋼に吹き付けるので、火炎の熱がフラックスを介して溶鋼に伝達され、溶鋼を効率良く加熱することが可能であり、フラックスの溶鋼への添加歩留りが高くなるに伴って、バーナーによる溶鋼の加熱効率が向上することも分った。
【００１８】
そこで、フラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、ランス高さをＨ（ｍｍ）とし、ランス高さＨと出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを因子として、Ｈ／Ｄと、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率との関係を整理した。その結果、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率はＨ／Ｄによって制御することができ、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足する場合に、溶鋼中Ａｌの酸化が抑制され、且つ、溶鋼の脱硫率が高くなることを知見した。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
Ｈ／Ｄが３５未満の場合は、バーナーの燃焼ガスと溶鋼との反応によって溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が多くなり、一方、Ｈ／Ｄが５０を超える場合は、フラックスの添加歩留りが低くなり、溶鋼の脱硫率が低下する。
【００１９】
本発明は、上記検討結果に基づくもので、粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとが上記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置、ＤＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備における減圧雰囲気下の溶鋼浴面に上吹きランスからフラックスを吹き付け添加して行う真空精錬に適用することができる。フラックスを吹き付け添加して行う真空精錬としては、溶鋼の脱硫処理及び溶鋼中の酸化物系非金属介在物の除去を目的とした溶鋼の脱酸処理が挙げられる。使用するフラックスとしては、通常、溶鋼の脱硫処理では、ＣａＯ系フラックス、ＣａＯ−ＣａＦ2系フラックスが使用され、溶鋼の脱酸処理では、ＭｇＯ系フラックス、ＣａＯ系フラックスが使用される。
【００２１】
また、本発明者らは、上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとが上記の（１）式の関係を満足する条件の下で、バーナーの燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制して精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することを検討した。
【００２２】
ところで、上記の上吹きランスは、本来、真空槽の内壁に付着した地金を溶解するために開発された装置である。つまり、この上吹きランスは真空槽内壁面と平行な方向に伸びる鉛直方向の火炎を形成することから、火炎と平行な位置関係となる真空槽内壁に付着した地金はバーナー火炎と相対し、これにより、付着地金はバーナー火炎の燃焼熱を効率的に着熱して加熱・溶解するが、形成されるバーナー火炎に対して鉛直方向下方で相対する溶鋼をバーナー燃焼熱で加熱することは、従来、効率的でなかったが、上記のように、上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとの関係を最適化することでフラックスを介して加熱することが可能となった。しかしながら、バーナー加熱中の溶鋼中の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップの問題に対してはいまだ改善の余地がある。
【００２３】
炭素濃度や硫黄濃度のピックアップ防止の検討の結果、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱を向上させると同時に、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制するためには、バーナー燃焼熱に対するフラックスの供給速度及びフラックスの平均粒径を調整することが好ましいとの知見を得た。
【００２４】
尚、真空槽内壁の付着地金はそれ以前に処理した溶鋼のスプラッシュを起源としており、付着地金の炭素濃度及び硫黄濃度は、溶銑のように高くはなく、脱硫処理や脱炭処理の施された溶鋼レベルの濃度である。従って、真空槽内壁の付着地金が溶解して精錬中の溶鋼に溶け込んでも、溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇しなければ問題にはならないが、極低炭素鋼や極低硫鋼では、精錬中の溶鋼の方が付着地金よりも炭素濃度或いは硫黄濃度が大幅に低く、付着地金が溶解することで炭素濃度或いは硫黄濃度が上昇する。特に、極低炭素極低硫鋼では、脱ガス設備で、真空脱炭処理を行った後に、フラックスを使用した脱硫処理を実施することから、脱硫処理中での付着地金の溶解は、溶鋼中炭素濃度のピックアップをもたらすことになる。一方、付着地金中の硫黄の影響については、極低炭素極低硫鋼や極低硫鋼の脱硫処理中での付着地金の溶解は、溶鋼中の硫黄濃度の上昇をもたらすが、同時に脱硫処理を実施しているので、脱硫率の低下という形態を呈することになる。但し、最悪の場合には、溶鋼中硫黄濃度の上昇をもたらす。
【００２５】
上記知見に基づき、ＲＨ真空脱ガス装置における極低炭素極低硫鋼の脱硫処理において、バーナー火炎の燃焼熱、フラックスの平均粒径及びフラックスの供給速度を種々変更した試験を実施し、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱、及び、脱硫処理中での溶鋼の炭素濃度のピックアップの発生の有無を調査した。
【００２６】
これらの試験から、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合には、フラックスはバーナー火炎で加熱されにくく、バーナー火炎は温度が高いまま真空槽内を反転し、上部の排気ダクトに向かい、その際に真空槽に付着した地金を溶解して炭素濃度が上昇する恐れがあること、また、フラックスの供給速度が小さい場合には、加熱対象となるフラックスが少なく、バーナー火炎は温度が高いまま真空槽内を反転し、上部の排気ダクトに向かい、その際に真空槽内壁に付着した地金を溶解して炭素濃度が上昇する恐れがあることが分った。
【００２７】
つまり、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合やフラックスの供給速度が小さい場合には、溶鋼への着熱効率が低く、バーナー燃焼熱は真空槽内壁の付着地金の溶解に供され、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇する恐れのあることが分った。換言すれば、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合やフラックスの供給速度が小さい場合には、フラックスの平均粒径やフラックスの供給速度に応じてバーナーの燃焼熱を制限する必要があるとの知見を得た。
【００２８】
そして、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するべく、燃料ガスの発熱量と、粉粒状フラックスの供給速度と、粉粒状フラックスの平均粒径との関係を、試験結果において整理した結果、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するためには、これら３つの因子の燃料ガスの発熱量、粉粒状フラックスの供給速度、粉粒状フラックスの平均粒径を、下記の（２）式の関係を満足する範囲に制御することが好ましいことが分った。つまり、下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量、粉粒状フラックスの供給速度、粉粒状フラックスの平均粒径のうちの何れか１種または２種以上を調整することが好ましいことが分った。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
フラックスを使用する溶鋼の真空精錬においては、通常、使用する粉粒状フラックスの平均粒径Ｒが決まり、それに応じて粉粒状フラックスの供給速度Ｓが定まることから、これらの条件に応じて（２）式の範囲内で燃料ガスの発熱量Ｑを設定すればよい。その際に、本発明においては、（２）式左辺のＱ／Ｓ（ＭＪ／ｋｇ）の下限値を規定する理由はないが、本発明はバーナーの燃焼熱を溶鋼に着熱させることを目的としており、Ｑ／Ｓが（２）式で算出される値よりも低くなり過ぎると、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱が期待できなくなるので、Ｑ／Ｓの下限値として、（２）式で算出される値よりも１．０ＭＪ／ｋｇ低い値、望ましくは（２）式で算出される値よりも０．５ＭＪ／ｋｇ低い値を下限値とすることが好ましい。
【００２９】
本発明において、上吹きランスに設置される、フラックスを噴射するためのノズルは、ストレート形状のノズルであっても、また、末広がりのラバールノズルであってもどちらでも構わないが、効率良く精錬するためには、ラバールノズルを用いることが好ましい。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、該上吹きランスの下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、ランス高さＨとフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを３５〜５０の範囲に制御するので、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することが実現され、更に、（２）式を満足するように、フラックスの供給速度Ｓ、フラックスの平均粒径Ｒ、バーナーの燃焼熱Ｑのうちの何れか１種または２種以上を調整した場合には、上記効果に加えて、バーナーの燃焼熱Ｑを効率的に溶鋼に着熱しつつ、バーナーの燃焼熱Ｑによる真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制することができ、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することが実現される。
【実施例１】
【００３１】
フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを真空槽の頂部に備えたＲＨ真空脱ガス装置における極低硫鋼の脱硫処理において、脱硫用フラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを種々変更した試験を実施し、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量、及び、溶鋼の脱硫率を調査した。
【００３２】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋への出鋼時にＡｌ脱酸した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、減圧下での脱硫処理及び脱ガス精錬を行った。使用した上吹きランスは、フラックスの供給経路と、燃料ガスであるＬＮＧの供給経路と、燃料ガス燃焼用の酸素ガスの供給経路とが、別々に設置された上吹きランスであり、上吹きランスの下端先端部で燃料ガスと酸素ガスとが混合されて火炎を形成し、この火炎を通ってＡｒガスを搬送用ガスとするフラックスが噴出されるように構成されている。
【００３３】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径が約２００μｍのＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度は１００ｋｇ／ｍｉｎの一定とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとし、脱硫処理時間がほぼ同一になるようにした。
【００３４】
そして、脱硫剤の吹き付け前後に溶鋼から試料を採取し、脱硫処理中での溶鋼中Ａｌの酸化ロス量（Ａｌの酸化ロス量(kg/t)＝[脱硫処理前の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)]×10）、及び、溶鋼の脱硫率（脱硫率(％)＝{[脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)]／脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)}×100）を調査した。表１に合計７ヒートの試験結果を示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図１に、これら７ヒートにおける、Ｈ／Ｄと溶鋼中Ａｌの酸化ロス量との関係を示す。図１に示すように、Ｈ／Ｄが大きくなると、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が小さくなることが分った。これは、Ｈ／Ｄが小さい場合は、バーナーの燃焼ガスであるＣＯ2やＨ2Ｏが溶鋼中のＡｌと反応するためであり、Ｈ／Ｄを３５以上にすることで、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑制できることが分った。
【００３７】
また、図２に、これら７ヒートにおける、Ｈ／Ｄと溶鋼の脱硫率との関係を示す。図２に示すように、Ｈ／Ｄが３５未満では、図１に示したように溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が大きいことから、脱硫率が低下した。また、Ｈ／Ｄが５０を超える場合は、溶鋼へのフラックスの添加歩留りが低下することから、脱硫率が低下した。
【００３８】
以上の結果から、Ｈ／Ｄが３５以上５０以下の範囲になるように、上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを調整することで、フラックスを効率的に溶鋼に添加することができ、且つ、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑えて脱硫率を高位に維持できることが分った。
【００３９】
尚、表１の評価欄には、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が０．２０ｋｇ／ｔ以下で、脱硫率が４０％以上の試験は「○」つまり「合格」、それ以外の試験は「×」つまり「不合格」として表示した。また、表１の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」、それ以外を「比較例」として表示した。
【実施例２】
【００４０】
バーナー機能を有し、脱硫用フラックスを噴射するノズルがラバールノズルである上吹きランスを真空槽の頂部に備えたＲＨ真空脱ガス装置における極低硫鋼の脱硫処理において、脱硫用フラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを種々変更した試験を実施し、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量、及び、溶鋼の脱硫率を調査した。
【００４１】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋への出鋼時にＡｌ脱酸した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、減圧下での脱硫処理及び脱ガス精錬を行った。使用した上吹きランスは、フラックスの供給経路と、燃料ガスであるＬＮＧの供給経路と、燃料ガス燃焼用の酸素ガスの供給経路とが、別々に設置された上吹きランスであり、上吹きランスの下端先端部で燃料ガスと酸素ガスとが混合されて火炎を形成し、この火炎を通ってＡｒガスを搬送用ガスとするフラックスが噴出されるように構成されている。
【００４２】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径が約１００μｍのＣａＯ系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度は１５０ｋｇ／ｍｉｎの一定とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとした。上吹きランスから、ＬＮＧを７Ｎｍ3／ｍｉｎ、ＬＮＧ燃焼用の酸素ガスを１６Ｎｍ3／ｍｉｎ吹き込んで火炎を形成させた。そして、真空槽内の圧力を４〜８ｋＰａ（３０〜６０torr）とし、スロート径３６ｍｍのラバールノズルからＣａＯ系脱硫剤を噴射した。この条件においては、上吹きランスからの脱硫剤を含む噴流は、過膨張条件となるが、適正膨張や不足膨張の条件では、前記噴流の流速が速いために、バーナー火炎が不安定になり、バーナーの効果が小さくなることから、本実施例では、噴流速度の遅い過膨張条件を採用している。尚、適正膨張とは、ラバールノズルから噴射される噴流がラバールノズルのスカート部（広がり部）で適正（理想的）に膨張し、噴流が音速を超える状態になる条件のことで、過膨張とは、噴流が過剰に膨張しすぎ、その結果、流速が低下してしまう条件のことである。
【００４３】
そして、脱硫剤の吹き付け前後に溶鋼から試料を採取し、脱硫処理中での溶鋼中Ａｌの酸化ロス量（Ａｌの酸化ロス量(kg/t)＝[脱硫処理前の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)]×10）、及び、溶鋼の脱硫率（脱硫率(％)＝{[脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)]／脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)}×100）を調査した。表２に合計１４ヒートの試験結果を示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、Ｈ／Ｄが３５以上５０以下の範囲になるように、上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを調整することで、フラックスを効率的に溶鋼に添加することができ、且つ、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑えて脱硫率を高位に維持できることが分った。
【００４６】
尚、表２の評価欄には、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が０．２０ｋｇ／ｔ以下で、脱硫率が４０％以上の試験は「○」つまり「合格」、それ以外の試験は「×」つまり「不合格」として表示した。また、表２の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」、それ以外を「比較例」として表示した。
【実施例３】
【００４７】
実施例２で使用したＲＨ真空脱ガス装置における極低炭素極低硫鋼の脱硫処理において、上吹きランスの出口径Ｄ：１２５ｍｍ、ランス高さ：５０００ｍｍ、即ち、Ｈ／Ｄ＝４０の一定の条件下で、バーナー火炎の燃焼熱Ｑ、脱硫用フラックスの平均粒径Ｒ及び脱硫用フラックスの供給速度Ｓを種々変更した試験を実施し、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内壁での付着地金の溶解状況の評価を、ＲＨ真空脱ガス装置から排出される排ガスの温度に基づいて調査した。これは、脱硫用フラックスの粒径が大きい場合や脱硫用フラックスの供給速度が小さい場合には、つまり、バーナーの燃焼熱がフラックスの熱容量に対して過剰の場合には、バーナーの燃焼熱の大半は溶鋼に伝達されず、温度が高い状態のまま排ガスとして排出され、その結果、真空槽内壁の付着地金の溶解が発生することから、排ガスの温度を測定することで、真空槽内壁の付着地金の溶解状況を間接的に把握することができるからである。
【００４８】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋へ出鋼した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず、減圧下で脱炭処理を行って溶鋼中炭素濃度を０．００２質量％以下に調整し、その後、真空槽内の圧力を４〜８ｋＰａ（３０〜６０torr）とし、スロート径３６ｍｍのラバールノズルからＣａＯ系脱硫剤を噴射して脱硫処理を行った。尚、上吹きランスのフラックスの供給経路は、脱炭用酸素ガスの供給経路を兼ねており、脱炭処理の場合には酸素ガスを吹き付けることができるように構成されている。
【００４９】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径Ｒが、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、２０００μｍのＣａＯ系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度Ｓは１００ｋｇ／ｍｉｎ及び１５０ｋｇ／ｍｉｎの２水準とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとし、脱硫処理時間がほぼ同一になるようにした。燃料燃焼用の酸素ガスの供給量は、燃料ガスの不完全燃焼を防止することを目的としてバーナー燃料の化学量論比の１．１５倍とした。
【００５０】
そして、脱硫処理中の排ガスの温度に基づいて付着地金の溶解状況を評価した。但し、排ガス温度の基準は、溶鋼成分の分析結果に基づき決定した。排ガス温度が基準値以下の場合には、炭素、硫黄のピックアップは発生せず、一方、排ガス温度が基準値を超える場合には、炭素、硫黄のピックアップが発生することを確認している。尚、排ガス温度の基準値は常に一定ではなく、溶鋼成分の分析結果に基づいて決定される。
【００５１】
表３に合計１６ヒートの試験結果（試験Ｎo.２２〜３７）を示す。尚、表３の排ガス温度評価の欄は、付着地金が溶解せず、炭素、硫黄のピックアップが発生しない試験を「○」とし、付着地金が溶解して、炭素、硫黄のピックアップが発生した試験を「△」としている。
【００５２】
【表３】
【００５３】
また、図３に、試験Ｎo.２２〜３７の合計１６ヒートの試験結果を、表３と同様に、炭素、硫黄のピックアップが発生しない試験を「○」とし、炭素、硫黄のピックアップが発生した試験を「△」として、横軸を粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとし、縦軸をＱ／Ｓとして、溶鋼中の炭素濃度及び硫黄濃度のピックアップの有無を、Ｑ／Ｓと平均粒径Ｒとの関係で示す。
【００５４】
図３に示すように、真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するべく、排ガスの温度を基準値以下とするためには、フラックスの平均粒径Ｒが大きくなるほど、Ｑ／Ｓを小さくすることが重要であることが分った。そして、排ガスの温度が基準値以下であるか、基準値を超えるかの境界条件を回帰式で求めると、図３に示す、「Ｑ／Ｓ＝８．０×Ｒ-0.2」の式が得られた。
【００５５】
即ち、真空脱ガス設備にてバーナー機能を有する上吹きランスを用いて溶鋼を精錬する際に、真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するためには、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒを、上記（２）式の範囲内に制御する必要のあることが分った。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の真空精錬方法に関し、詳しくは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、この上吹きランス下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて添加し、該フラックスにより溶鋼の脱硫処理或いは脱酸処理などを行う真空精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の品質向上を目的として、溶鋼は、転炉などで精錬された後、更にＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備で処理されている。特に、近年では、溶鋼中硫黄濃度の極低硫域への低下が要求されており、真空脱ガス設備の真空槽に配置した上吹きランスから脱硫剤を搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼に吹き付け、溶鋼を脱硫する精錬方法が広く行われている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、脱硫用フラックスとしては、ＣａＯ−ＣａＦ2系フラックスやＣａＯ系フラックスが使用されている。
【０００３】
真空槽内の溶鋼に脱硫用フラックスを添加すると、脱硫用フラックスによって溶鋼の顕熱が奪われ、溶鋼の温度が低下する。また、脱硫用フラックスを迅速に滓化させることで、脱硫反応が促進される。これらに対処するべく、特許文献２及び特許文献３には、上吹きランスにバーナー機能を備えさせ、上吹きランスから吹き付けるフラックスを、バーナー火炎内を通過させてバーナー火炎によって加熱し、加熱したフラックスを溶鋼浴面に吹き付ける精錬方法が提案されている。特許文献２及び特許文献３により、溶鋼の温度降下を少なくすることが可能となっている。
【０００４】
しかしながら、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナーの火炎は、ＣＯ2やＨ2Ｏの酸化性ガスを主成分としており、これらのガスが溶鋼中のＡｌを酸化させ、溶鋼中のＡｌ濃度が低下して、還元反応である脱硫反応を阻害するという問題を発生する。また、Ａｌは高価であることから、Ａｌの酸化ロスは製造コストの上昇をもたらすという問題も発生する。
【０００５】
即ち、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナー火炎による溶鋼中のＡｌの酸化を抑制する必要があるが、上記の特許文献２及び特許文献３は、この点に関して何ら記載していない。
【０００６】
また、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、バーナー火炎によってフラックスを加熱しながら溶鋼浴面に吹き付ける場合、バーナーの燃焼熱を十分にフラックス及び溶鋼に着熱しようとして、バーナーの燃焼熱を強くすると、バーナーの燃焼熱が強くなりすぎて真空槽内壁に付着した地金が溶解し、溶解した地金が精錬中の溶鋼に混入し、付着地金に含有される炭素や硫黄によって精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇して成分規格値を外れてしまったりするという問題が発生する。
【０００７】
即ち、バーナー機能を有する上吹きランスを用いて溶鋼を精錬する際には、真空槽内壁の付着地金の溶解を抑えて、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することが好ましく、そのためには、吹き付け添加するフラックスの供給速度やフラックスのサイズに応じてバーナーの燃焼熱を調整することが必要となるが、上記の特許文献２及び特許文献３は、この点に関しても何ら記載していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７１２５３号公報
【特許文献２】特開平６−７４４２５号公報
【特許文献３】特開平７−４１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、上吹きランス下方にバーナー火炎を形成し、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに吹き込むフラックスを、形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することができ、更には、バーナーの燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制して精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することのできる、溶鋼の真空精錬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを、真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする、溶鋼の真空精錬方法。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
（２）前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの供給速度をＳ（ｋｇ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの平均粒径をＲ（μｍ）とすると、燃料ガスの発熱量Ｑと粉粒状フラックスの供給速度Ｓと粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとが下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒのうちの何れか１種または２種以上を調整することを特徴とする、上記（１）に記載の溶鋼の真空精錬方法。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、該上吹きランスの下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、ランス高さＨとフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを３５〜５０の範囲に制御するので、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｈ／Ｄと溶鋼中Ａｌの酸化ロス量との関係を示す図である。
【図２】Ｈ／Ｄと溶鋼の脱硫率との関係を示す図である。
【図３】排ガス温度に基づいて求めた溶鋼中の炭素濃度及び硫黄濃度のピックアップの有無を、Ｑ／Ｓと平均粒径Ｒとの関係で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００１４】
本発明者らは、フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で、且つバーナー機能を有する上吹きランスを用い、上吹きランスの下方に形成されるバーナー火炎で加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬する真空精錬方法において、加熱したフラックスを高い歩留りで溶鋼に吹き付け添加すると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止する方法を見出すことを目的に、検討・研究を行った。
【００１５】
この目的のために、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽の頂部に、該真空槽頂部を貫通させて配置した上吹きランスから脱硫用フラックスを真空槽内の溶鋼に噴射して溶鋼を脱硫処理する真空精錬において、上吹きランスの先端と真空槽内の溶鋼浴面との距離であるランス高さを変更した脱硫試験を行い、そのときの溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率を調査した。この場合、脱硫用フラックスの添加量は全ての試験で一定とした。従って、脱硫用フラックスの溶鋼への添加歩留りが高い場合は、溶鋼の脱硫率が高くなる。
【００１６】
その結果、ランス高さが小さくなると、バーナーの燃焼ガスと溶鋼との反応により、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が多くなり、逆に、ランス高さが大きくなると、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量は少なくなるものの、フラックスの添加歩留りが低くなり、溶鋼の脱硫率が低下することが分った。また、ランス高さが小さくなると、フラックスの添加歩留りは高くなるが、溶鋼中Ａｌが酸化して少なくなることから、還元反応である脱硫反応が阻害されることも分った。
【００１７】
また、この精錬方法においては、粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともにバーナー火炎中を通過させて、火炎でフラックスを加熱し、加熱したフラックスを溶鋼に吹き付けるので、火炎の熱がフラックスを介して溶鋼に伝達され、溶鋼を効率良く加熱することが可能であり、フラックスの溶鋼への添加歩留りが高くなるに伴って、バーナーによる溶鋼の加熱効率が向上することも分った。
【００１８】
そこで、フラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、ランス高さをＨ（ｍｍ）とし、ランス高さＨと出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを因子として、Ｈ／Ｄと、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率との関係を整理した。その結果、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量及び溶鋼の脱硫率はＨ／Ｄによって制御することができ、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足する場合に、溶鋼中Ａｌの酸化が抑制され、且つ、溶鋼の脱硫率が高くなることを知見した。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
Ｈ／Ｄが３５未満の場合は、バーナーの燃焼ガスと溶鋼との反応によって溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が多くなり、一方、Ｈ／Ｄが５０を超える場合は、フラックスの添加歩留りが低くなり、溶鋼の脱硫率が低下する。
【００１９】
本発明は、上記検討結果に基づくもので、粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとが上記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置、ＤＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備における減圧雰囲気下の溶鋼浴面に上吹きランスからフラックスを吹き付け添加して行う真空精錬に適用することができる。フラックスを吹き付け添加して行う真空精錬としては、溶鋼の脱硫処理及び溶鋼中の酸化物系非金属介在物の除去を目的とした溶鋼の脱酸処理が挙げられる。使用するフラックスとしては、通常、溶鋼の脱硫処理では、ＣａＯ系フラックス、ＣａＯ−ＣａＦ2系フラックスが使用され、溶鋼の脱酸処理では、ＭｇＯ系フラックス、ＣａＯ系フラックスが使用される。
【００２１】
また、本発明者らは、上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとが上記の（１）式の関係を満足する条件の下で、バーナーの燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制して精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することを検討した。
【００２２】
ところで、上記の上吹きランスは、本来、真空槽の内壁に付着した地金を溶解するために開発された装置である。つまり、この上吹きランスは真空槽内壁面と平行な方向に伸びる鉛直方向の火炎を形成することから、火炎と平行な位置関係となる真空槽内壁に付着した地金はバーナー火炎と相対し、これにより、付着地金はバーナー火炎の燃焼熱を効率的に着熱して加熱・溶解するが、形成されるバーナー火炎に対して鉛直方向下方で相対する溶鋼をバーナー燃焼熱で加熱することは、従来、効率的でなかったが、上記のように、上吹きランスの出口径Ｄとランス高さＨとの関係を最適化することでフラックスを介して加熱することが可能となった。しかしながら、バーナー加熱中の溶鋼中の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップの問題に対してはいまだ改善の余地がある。
【００２３】
炭素濃度や硫黄濃度のピックアップ防止の検討の結果、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱を向上させると同時に、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制するためには、バーナー燃焼熱に対するフラックスの供給速度及びフラックスの平均粒径を調整することが好ましいとの知見を得た。
【００２４】
尚、真空槽内壁の付着地金はそれ以前に処理した溶鋼のスプラッシュを起源としており、付着地金の炭素濃度及び硫黄濃度は、溶銑のように高くはなく、脱硫処理や脱炭処理の施された溶鋼レベルの濃度である。従って、真空槽内壁の付着地金が溶解して精錬中の溶鋼に溶け込んでも、溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇しなければ問題にはならないが、極低炭素鋼や極低硫鋼では、精錬中の溶鋼の方が付着地金よりも炭素濃度或いは硫黄濃度が大幅に低く、付着地金が溶解することで炭素濃度或いは硫黄濃度が上昇する。特に、極低炭素極低硫鋼では、脱ガス設備で、真空脱炭処理を行った後に、フラックスを使用した脱硫処理を実施することから、脱硫処理中での付着地金の溶解は、溶鋼中炭素濃度のピックアップをもたらすことになる。一方、付着地金中の硫黄の影響については、極低炭素極低硫鋼や極低硫鋼の脱硫処理中での付着地金の溶解は、溶鋼中の硫黄濃度の上昇をもたらすが、同時に脱硫処理を実施しているので、脱硫率の低下という形態を呈することになる。但し、最悪の場合には、溶鋼中硫黄濃度の上昇をもたらす。
【００２５】
上記知見に基づき、ＲＨ真空脱ガス装置における極低炭素極低硫鋼の脱硫処理において、バーナー火炎の燃焼熱、フラックスの平均粒径及びフラックスの供給速度を種々変更した試験を実施し、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱、及び、脱硫処理中での溶鋼の炭素濃度のピックアップの発生の有無を調査した。
【００２６】
これらの試験から、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合には、フラックスはバーナー火炎で加熱されにくく、バーナー火炎は温度が高いまま真空槽内を反転し、上部の排気ダクトに向かい、その際に真空槽に付着した地金を溶解して炭素濃度が上昇する恐れがあること、また、フラックスの供給速度が小さい場合には、加熱対象となるフラックスが少なく、バーナー火炎は温度が高いまま真空槽内を反転し、上部の排気ダクトに向かい、その際に真空槽内壁に付着した地金を溶解して炭素濃度が上昇する恐れがあることが分った。
【００２７】
つまり、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合やフラックスの供給速度が小さい場合には、溶鋼への着熱効率が低く、バーナー燃焼熱は真空槽内壁の付着地金の溶解に供され、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度が上昇する恐れのあることが分った。換言すれば、平均粒径の大きいフラックスを使用した場合やフラックスの供給速度が小さい場合には、フラックスの平均粒径やフラックスの供給速度に応じてバーナーの燃焼熱を制限する必要があるとの知見を得た。
【００２８】
そして、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するべく、燃料ガスの発熱量と、粉粒状フラックスの供給速度と、粉粒状フラックスの平均粒径との関係を、試験結果において整理した結果、バーナー燃焼熱による真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するためには、これら３つの因子の燃料ガスの発熱量、粉粒状フラックスの供給速度、粉粒状フラックスの平均粒径を、下記の（２）式の関係を満足する範囲に制御することが好ましいことが分った。つまり、下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量、粉粒状フラックスの供給速度、粉粒状フラックスの平均粒径のうちの何れか１種または２種以上を調整することが好ましいことが分った。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
フラックスを使用する溶鋼の真空精錬においては、通常、使用する粉粒状フラックスの平均粒径Ｒが決まり、それに応じて粉粒状フラックスの供給速度Ｓが定まることから、これらの条件に応じて（２）式の範囲内で燃料ガスの発熱量Ｑを設定すればよい。その際に、本発明においては、（２）式左辺のＱ／Ｓ（ＭＪ／ｋｇ）の下限値を規定する理由はないが、本発明はバーナーの燃焼熱を溶鋼に着熱させることを目的としており、Ｑ／Ｓが（２）式で算出される値よりも低くなり過ぎると、バーナー燃焼熱の溶鋼への着熱が期待できなくなるので、Ｑ／Ｓの下限値として、（２）式で算出される値よりも１．０ＭＪ／ｋｇ低い値、望ましくは（２）式で算出される値よりも０．５ＭＪ／ｋｇ低い値を下限値とすることが好ましい。
【００２９】
本発明において、上吹きランスに設置される、フラックスを噴射するためのノズルは、ストレート形状のノズルであっても、また、末広がりのラバールノズルであってもどちらでも構わないが、効率良く精錬するためには、ラバールノズルを用いることが好ましい。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、バーナー機能を有する上吹きランスを用い、該上吹きランスの下方に形成させたバーナー火炎中を通すことによって加熱したフラックスを搬送用ガスとともに真空槽内の溶鋼浴面に吹き付けて溶鋼を精錬するにあたり、ランス高さＨとフラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄとの比であるＨ／Ｄを３５〜５０の範囲に制御するので、加熱したフラックスを高い歩留りで真空槽内の溶鋼に吹き付け添加することができると同時に、バーナー火炎による溶鋼中Ａｌの酸化を防止することが実現され、更に、（２）式を満足するように、フラックスの供給速度Ｓ、フラックスの平均粒径Ｒ、バーナーの燃焼熱Ｑのうちの何れか１種または２種以上を調整した場合には、上記効果に加えて、バーナーの燃焼熱Ｑを効率的に溶鋼に着熱しつつ、バーナーの燃焼熱Ｑによる真空槽内壁の付着地金の溶解を抑制することができ、精錬中の溶鋼の炭素濃度や硫黄濃度のピックアップを防止することが実現される。
【実施例１】
【００３１】
フラックスを搬送用ガスとともに噴射可能で且つバーナー機能を有する上吹きランスを真空槽の頂部に備えたＲＨ真空脱ガス装置における極低硫鋼の脱硫処理において、脱硫用フラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを種々変更した試験を実施し、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量、及び、溶鋼の脱硫率を調査した。
【００３２】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋への出鋼時にＡｌ脱酸した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、減圧下での脱硫処理及び脱ガス精錬を行った。使用した上吹きランスは、フラックスの供給経路と、燃料ガスであるＬＮＧの供給経路と、燃料ガス燃焼用の酸素ガスの供給経路とが、別々に設置された上吹きランスであり、上吹きランスの下端先端部で燃料ガスと酸素ガスとが混合されて火炎を形成し、この火炎を通ってＡｒガスを搬送用ガスとするフラックスが噴出されるように構成されている。
【００３３】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径が約２００μｍのＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度は１００ｋｇ／ｍｉｎの一定とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとし、脱硫処理時間がほぼ同一になるようにした。
【００３４】
そして、脱硫剤の吹き付け前後に溶鋼から試料を採取し、脱硫処理中での溶鋼中Ａｌの酸化ロス量（Ａｌの酸化ロス量(kg/t)＝[脱硫処理前の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)]×10）、及び、溶鋼の脱硫率（脱硫率(％)＝{[脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)]／脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)}×100）を調査した。表１に合計７ヒートの試験結果を示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図１に、これら７ヒートにおける、Ｈ／Ｄと溶鋼中Ａｌの酸化ロス量との関係を示す。図１に示すように、Ｈ／Ｄが大きくなると、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が小さくなることが分った。これは、Ｈ／Ｄが小さい場合は、バーナーの燃焼ガスであるＣＯ2やＨ2Ｏが溶鋼中のＡｌと反応するためであり、Ｈ／Ｄを３５以上にすることで、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑制できることが分った。
【００３７】
また、図２に、これら７ヒートにおける、Ｈ／Ｄと溶鋼の脱硫率との関係を示す。図２に示すように、Ｈ／Ｄが３５未満では、図１に示したように溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が大きいことから、脱硫率が低下した。また、Ｈ／Ｄが５０を超える場合は、溶鋼へのフラックスの添加歩留りが低下することから、脱硫率が低下した。
【００３８】
以上の結果から、Ｈ／Ｄが３５以上５０以下の範囲になるように、上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを調整することで、フラックスを効率的に溶鋼に添加することができ、且つ、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑えて脱硫率を高位に維持できることが分った。
【００３９】
尚、表１の評価欄には、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が０．２０ｋｇ／ｔ以下で、脱硫率が４０％以上の試験は「○」つまり「合格」、それ以外の試験は「×」つまり「不合格」として表示した。また、表１の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」、それ以外を「比較例」として表示した。
【実施例２】
【００４０】
バーナー機能を有し、脱硫用フラックスを噴射するノズルがラバールノズルである上吹きランスを真空槽の頂部に備えたＲＨ真空脱ガス装置における極低硫鋼の脱硫処理において、脱硫用フラックスを噴射する上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを種々変更した試験を実施し、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量、及び、溶鋼の脱硫率を調査した。
【００４１】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋への出鋼時にＡｌ脱酸した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、減圧下での脱硫処理及び脱ガス精錬を行った。使用した上吹きランスは、フラックスの供給経路と、燃料ガスであるＬＮＧの供給経路と、燃料ガス燃焼用の酸素ガスの供給経路とが、別々に設置された上吹きランスであり、上吹きランスの下端先端部で燃料ガスと酸素ガスとが混合されて火炎を形成し、この火炎を通ってＡｒガスを搬送用ガスとするフラックスが噴出されるように構成されている。
【００４２】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径が約１００μｍのＣａＯ系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度は１５０ｋｇ／ｍｉｎの一定とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとした。上吹きランスから、ＬＮＧを７Ｎｍ3／ｍｉｎ、ＬＮＧ燃焼用の酸素ガスを１６Ｎｍ3／ｍｉｎ吹き込んで火炎を形成させた。そして、真空槽内の圧力を４〜８ｋＰａ（３０〜６０torr）とし、スロート径３６ｍｍのラバールノズルからＣａＯ系脱硫剤を噴射した。この条件においては、上吹きランスからの脱硫剤を含む噴流は、過膨張条件となるが、適正膨張や不足膨張の条件では、前記噴流の流速が速いために、バーナー火炎が不安定になり、バーナーの効果が小さくなることから、本実施例では、噴流速度の遅い過膨張条件を採用している。尚、適正膨張とは、ラバールノズルから噴射される噴流がラバールノズルのスカート部（広がり部）で適正（理想的）に膨張し、噴流が音速を超える状態になる条件のことで、過膨張とは、噴流が過剰に膨張しすぎ、その結果、流速が低下してしまう条件のことである。
【００４３】
そして、脱硫剤の吹き付け前後に溶鋼から試料を採取し、脱硫処理中での溶鋼中Ａｌの酸化ロス量（Ａｌの酸化ロス量(kg/t)＝[脱硫処理前の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)]×10）、及び、溶鋼の脱硫率（脱硫率(％)＝{[脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)−脱硫処理後の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)]／脱硫処理前の溶鋼中Ｓ濃度(質量％)}×100）を調査した。表２に合計１４ヒートの試験結果を示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、Ｈ／Ｄが３５以上５０以下の範囲になるように、上吹きランスの出口径Ｄ及びランス高さＨを調整することで、フラックスを効率的に溶鋼に添加することができ、且つ、溶鋼中Ａｌの酸化ロスを抑えて脱硫率を高位に維持できることが分った。
【００４６】
尚、表２の評価欄には、溶鋼中Ａｌの酸化ロス量が０．２０ｋｇ／ｔ以下で、脱硫率が４０％以上の試験は「○」つまり「合格」、それ以外の試験は「×」つまり「不合格」として表示した。また、表２の備考欄には、本発明の範囲内の試験を「本発明例」、それ以外を「比較例」として表示した。
【実施例３】
【００４７】
実施例２で使用したＲＨ真空脱ガス装置における極低炭素極低硫鋼の脱硫処理において、上吹きランスの出口径Ｄ：１２５ｍｍ、ランス高さ：５０００ｍｍ、即ち、Ｈ／Ｄ＝４０の一定の条件下で、バーナー火炎の燃焼熱Ｑ、脱硫用フラックスの平均粒径Ｒ及び脱硫用フラックスの供給速度Ｓを種々変更した試験を実施し、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内壁での付着地金の溶解状況の評価を、ＲＨ真空脱ガス装置から排出される排ガスの温度に基づいて調査した。これは、脱硫用フラックスの粒径が大きい場合や脱硫用フラックスの供給速度が小さい場合には、つまり、バーナーの燃焼熱がフラックスの熱容量に対して過剰の場合には、バーナーの燃焼熱の大半は溶鋼に伝達されず、温度が高い状態のまま排ガスとして排出され、その結果、真空槽内壁の付着地金の溶解が発生することから、排ガスの温度を測定することで、真空槽内壁の付着地金の溶解状況を間接的に把握することができるからである。
【００４８】
溶銑段階で予め脱硫処理した溶銑を転炉で脱炭吹錬して溶製し、取鍋へ出鋼した溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず、減圧下で脱炭処理を行って溶鋼中炭素濃度を０．００２質量％以下に調整し、その後、真空槽内の圧力を４〜８ｋＰａ（３０〜６０torr）とし、スロート径３６ｍｍのラバールノズルからＣａＯ系脱硫剤を噴射して脱硫処理を行った。尚、上吹きランスのフラックスの供給経路は、脱炭用酸素ガスの供給経路を兼ねており、脱炭処理の場合には酸素ガスを吹き付けることができるように構成されている。
【００４９】
脱硫用フラックスとしては、平均粒径Ｒが、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、２０００μｍのＣａＯ系脱硫剤を使用し、フラックスの供給速度Ｓは１００ｋｇ／ｍｉｎ及び１５０ｋｇ／ｍｉｎの２水準とし、脱硫剤の原単位は溶鋼トンあたり３〜４ｋｇとし、脱硫処理時間がほぼ同一になるようにした。燃料燃焼用の酸素ガスの供給量は、燃料ガスの不完全燃焼を防止することを目的としてバーナー燃料の化学量論比の１．１５倍とした。
【００５０】
そして、脱硫処理中の排ガスの温度に基づいて付着地金の溶解状況を評価した。但し、排ガス温度の基準は、溶鋼成分の分析結果に基づき決定した。排ガス温度が基準値以下の場合には、炭素、硫黄のピックアップは発生せず、一方、排ガス温度が基準値を超える場合には、炭素、硫黄のピックアップが発生することを確認している。尚、排ガス温度の基準値は常に一定ではなく、溶鋼成分の分析結果に基づいて決定される。
【００５１】
表３に合計１６ヒートの試験結果（試験Ｎo.２２〜３７）を示す。尚、表３の排ガス温度評価の欄は、付着地金が溶解せず、炭素、硫黄のピックアップが発生しない試験を「○」とし、付着地金が溶解して、炭素、硫黄のピックアップが発生した試験を「△」としている。
【００５２】
【表３】
【００５３】
また、図３に、試験Ｎo.２２〜３７の合計１６ヒートの試験結果を、表３と同様に、炭素、硫黄のピックアップが発生しない試験を「○」とし、炭素、硫黄のピックアップが発生した試験を「△」として、横軸を粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとし、縦軸をＱ／Ｓとして、溶鋼中の炭素濃度及び硫黄濃度のピックアップの有無を、Ｑ／Ｓと平均粒径Ｒとの関係で示す。
【００５４】
図３に示すように、真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するべく、排ガスの温度を基準値以下とするためには、フラックスの平均粒径Ｒが大きくなるほど、Ｑ／Ｓを小さくすることが重要であることが分った。そして、排ガスの温度が基準値以下であるか、基準値を超えるかの境界条件を回帰式で求めると、図３に示す、「Ｑ／Ｓ＝８．０×Ｒ-0.2」の式が得られた。
【００５５】
即ち、真空脱ガス設備にてバーナー機能を有する上吹きランスを用いて溶鋼を精錬する際に、真空槽内壁の付着地金の溶解を防止するためには、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒを、上記（２）式の範囲内に制御する必要のあることが分った。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを、真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする、溶鋼の真空精錬方法。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
【請求項２】
前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの供給速度をＳ（ｋｇ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの平均粒径をＲ（μｍ）とすると、燃料ガスの発熱量Ｑと粉粒状フラックスの供給速度Ｓと粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとが下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒのうちの何れか１種または２種以上を調整することを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の真空精錬方法。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
【請求項１】
粉粒状のフラックスを搬送用ガスとともに噴出することが可能で、且つ、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出してランスの下方で火炎を形成することが可能な上吹きランスを、真空脱ガス設備の真空槽の頂部に、該頂部を貫通させて配置し、燃料ガス及び酸素ガスを同時に噴出して真空槽内で火炎を形成し、前記フラックスを火炎内を通過させて加熱し、加熱したフラックスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼を減圧下で精錬する溶鋼の真空精錬方法において、粉粒状のフラックスを噴射する上吹きランスの出口径をＤ（ｍｍ）、上吹きランスの先端から真空槽内の溶鋼湯面までの距離であるランス高さをＨ（ｍｍ）とすると、出口径Ｄとランス高さＨとが下記の（１）式の関係を満足するように、出口径Ｄ及びランス高さＨのうちの何れか一方または双方を調整することを特徴とする、溶鋼の真空精錬方法。
３５≦Ｈ／Ｄ≦５０ ……（１）
【請求項２】
前記燃料ガスの発熱量をＱ（ＭＪ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの供給速度をＳ（ｋｇ／ｍｉｎ）、前記粉粒状フラックスの平均粒径をＲ（μｍ）とすると、燃料ガスの発熱量Ｑと粉粒状フラックスの供給速度Ｓと粉粒状フラックスの平均粒径Ｒとが下記の（２）式の関係を満足するように、燃料ガスの発熱量Ｑ、粉粒状フラックスの供給速度Ｓ、粉粒状フラックスの平均粒径Ｒのうちの何れか１種または２種以上を調整することを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の真空精錬方法。
Ｑ／Ｓ＜８．０×Ｒ-0.2 ……（２）
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１２２６（Ｐ２０１２−２１２２６Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３００１５（Ｐ２０１１−１３００１５）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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