溶鋼の高速脱硫脱窒方法
【課題】ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理で短時間の脱硫剤吹き付けによって鋼中のＳ濃度およびＮ濃度を簡便に低減できる方法を提供する。
【解決手段】ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【解決手段】ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理により、溶鋼中のＳ濃度およびＮ濃度を十分に低減することが可能な溶鋼の高速脱硫脱窒方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼中の硫黄（以下、「Ｓ」ともいう。）および窒素（以下、「Ｎ」ともいう。）は、非金属介在物を形成して各種欠陥を引き起こすこと、鋼材の強度を低下させること等の理由から、多くの鋼種においてＳ濃度およびＮ濃度の低減が求められている。
【０００３】
鋼中のＳ濃度の低減（脱硫）は、溶銑段階および溶鋼段階で行われる。溶鋼段階での脱硫方法としては、ＣａＯを含む脱硫剤を溶鋼に吹き込む方法や、減圧下でＣａＯを含む脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける方法等が挙げられる。脱硫反応は、溶鋼の酸素（以下、「Ｏ」ともいう。）濃度を低減するほど、脱硫剤の脱硫能が向上するのに伴って促進される。
【０００４】
鋼中のＮ濃度の低減（脱窒）は、主に溶鋼段階で行われる。脱窒方法としては、減圧雰囲気下に溶鋼を曝すことで雰囲気と平衡する鋼中のＮ濃度を低減し、脱窒反応を起こさせる処理が挙げられる。脱窒反応は、鋼中のＳ濃度およびＯ濃度を低減するほど、溶鋼と気相との界面における化学反応速度が向上するのに伴って促進される。
【０００５】
脱硫脱窒速度を増大させる技術として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、ＲＨ処理において溶鋼に希土類元素（以下、「ＲＥＭ」ともいう。）を添加し、この溶鋼にＣａＯを主体とする脱硫剤を吹き付けて、極低窒素鋼または極低硫極低酸素極低窒素鋼を溶製する条件について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４４２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１にはＲＥＭを添加した後にＣａＯ系脱硫剤を吹き付ける方法が示されている。この方法ではＲＥＭ濃度および脱硫剤量を任意に設定することが可能であり、ＲＥＭ濃度と脱硫剤量との組み合わせも幅広く選択できる。したがって、特許文献１に従えば、様々な処理前条件ならびに鋼種に対応した処理が施せるという利点がある。
【０００８】
一方、限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合は上記の利点は不要であり、むしろＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きに分けて操作することで処理時間が若干延長される。つまり、限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合はＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きを別個に行う必要はなく、同時に行える方が良い場合もある。
【０００９】
そこで、本発明者は限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合における処理簡便化を検討した。
【００１０】
ＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きを同時に行う方法としては、特許文献１の段落［００６０］に記載されているようにＣａＯ系脱硫剤上吹き中にＲＥＭを添加する方法と予めＲＥＭを混合したＣａＯ系脱硫剤を上吹きする方法とが考えられる。
【００１１】
このうち、前者の方法は添加用ＲＥＭ収容器を必要とするため、後者の方がより簡便化できる。そのため、特許文献１記載の技術を限定された条件で簡便に利用するには、予めＲＥＭを混合したＣａＯ系脱硫剤を上吹きする方法が適当と言える。ただし、ＲＥＭとＣａＯを混合して溶鋼に添加する場合、以下の課題があった。
【００１２】
ＣａＯは安定した酸化物であるが、ＲＥＭは強い還元力を有していること、減圧下での使用のためＣａＯがＣａ（ｇ）と溶鋼中Ｏに分解しやすいこと、からＲＥＭとＣａＯを混合して溶鋼に添加すると、添加部での溶鋼中ＲＥＭ濃度が非常に高くなるため、ＣａＯを添加部で分解してしまう場合がある。
【００１３】
この結果、本来の脱硫剤であるＣａＯが減少し、同時に脱酸元素であるＲＥＭも減少してしまうため、特許文献１に記載されているような反応促進機構が発現しない。そのため、ＣａＯに対しＲＥＭが過剰であれば十分な精錬効果が得られない。逆にＲＥＭ不足でも精錬効果が得られないことは言うまでもない。
【００１４】
以上のことから、ＲＥＭとＣａＯの混合同時添加を行う場合、両者の混合比には適正な範囲が存在し、適正範囲外では精錬効果が小さくなるか全く得られない場合があることがわかる。
【００１５】
ところで、この現象は定性的に予測することは容易であるが、前述したように現象が溶鋼全体ではなく添加部のみで発生することから、熱力学などの計算により定量的に予測することは容易ではない。
【００１６】
さらに、試行錯誤的に混合比を変化させて脱硫脱窒などの精錬効果を測定することで、適正範囲を知見できる可能性もあるが、試行錯誤的に得られる知見は普遍性が不十分であることから、異なる精錬装置では効果が得られない場合が多い。特に今回のように添加部という部分的な現象を取り扱う場合は注意が必要である。
【００１７】
そこで、実験的に信頼性と普遍性の高い適性混合比を得る必要があるが、単なる精錬効果の評価のみでは普遍性に疑問が残る。そのため、普遍性を担保できる測定も必要となる。
【００１８】
本発明は、上記課題を鑑み、簡単簡便な方法により短時間で極低窒素極低硫鋼を得るのに必要な減圧下ＲＥＭ混合ＣａＯ上吹き精錬法の適正条件を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した適正混合比を明確化すべく、本発明者は以下に述べる方法で測定を行った。
【００２０】
１５ｋｇまたは１５００ｋｇの溶鋼を１８７３Ｋまで加熱し、Ａｒ雰囲気下で圧力を１３０〜１３００Ｐａとした。その後、溶鋼中Ａｌ濃度を０．１％、Ｓ濃度を０．００２％、Ｎ濃度を０．００４％、Ｏ濃度を０．００１０〜０．００１５％に成分を調整し、溶鋼の直上に設置した脱硫剤を吹き付けるためのランスから、キャリアー用ガスとして１５ｋｇ溶鋼実験ではＡｒガスを１０ＮＬ／ｍｉｎで、１５００ｋｇ溶鋼実験ではＡｒガスを５００ＮＬ／ｍｉｎで流出させ、脱硫剤を吹き付けた。脱硫剤はＲＥＭとＣａＯの混合物とし、質量での混合比を種々変更した。脱硫剤の吹き付け量（溶鋼１ｔｏｎあたり）は２ｋｇ／ｔｏｎ〜１２ｋｇ／ｔｏｎとし、脱硫剤供給速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）は０．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎとした。また、ＲＥＭとしてＮｄを用いた。
【００２１】
なお、溶鋼量を１５ｋｇと１５００ｋｇと大きく変化させて測定を行ったのは、異なる精錬装置でも安定した効果が得られる普遍性の高いデータであることを確認するためである。
【００２２】
上述の脱硫剤にＮｄを混合し、この混合比を変化させることで評価を行った。次に、適正混合比の評価方法を説明する。
【００２３】
ＮｄなどのＲＥＭとＣａＯ系脱硫剤を併用することで脱硫や脱窒が促進されることは既に特許文献１に記載の通りであり、本発明でも同様の機構により脱硫や脱窒の効果が得られる。
【００２４】
しかし、ＲＥＭとＣａＯ系脱硫剤を混合して上吹きする本発明では前述した添加部でのＲＥＭとＣａＯとの反応による精錬効果の不安定化が予測される。この不安定化はＣａＯとの反応の結果生じるＲＥＭ濃度の不安定さに起因するため、ＲＥＭ濃度の安定性を評価すればよい。そこで、本実験では添加したＮｄの歩留りを用いて評価を行うこととした。
【００２５】
図１は、実験結果であり、ＮｄとＣａＯとの混合比とＮｄ歩留りとの関係を示す図である。同図に示すように、Ｎｄ混合比が大きくなるとＮｄ歩留りが高くなる傾向がある。しかし、詳細を見ると混合比が０．０２未満では歩留りが低く、かつ、歩留りの分布が広い。このことから、混合比が０．０２未満ではＲＥＭ濃度が低位で不安定化するため、脱硫や脱窒などの精錬効果が期待できないことが解る。
【００２６】
一方、混合比が０．３を超えて高いと、歩留りは６５．３％から９５．５％となり、高い歩留りを示す場合と低い歩留りを示す場合がある。これは、添加部でＮｄとＣａＯとの反応量の差に起因すると考えられるが、混合比が０．３を超えて高いと高い精錬効果が得られる場合がある一方で、低い精錬効果が生じる場合もあることになり、工業規模での生産技術として用いるのは困難である。
【００２７】
しかし、混合比が０．０２以上０．３以下の場合は歩留りが非常に安定しており、かつ、溶鋼１５ｋｇ実験でも１５００ｋｇ実験でも同等の結果が得られている。このことから、安定した精錬効果が得られると同時に異なる精錬装置でも安定した精錬効果を与える混合比であることが解る。
【００２８】
図２は、精錬効果の一例を示す図であり、脱硫剤の吹き付け量を１０ｋｇ／ｔｏｎとした１５００ｋｇ溶鋼実験でのＮｄとＣａＯとの混合比と脱硫率、脱窒率との関係を示す図である。脱硫率は（脱硫剤吹き付け前Ｓ濃度−脱硫剤吹き付け後Ｓ濃度）／脱硫剤吹き付け前Ｓ濃度×１００、脱窒率は（脱硫剤吹き付け前Ｎ濃度−脱硫剤吹き付け後Ｎ濃度）／脱硫剤吹き付け前Ｎ濃度×１００として算出した。同図から、混合比が０．０２以上０．３以下では安定した脱硫率と脱窒率が得られているが、０．０２未満あるいは０．３を超えて高い条件では得られる精錬効果が安定していない。
【００２９】
本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記の（１）に示す溶鋼の簡便な脱硫脱窒法である。
【００３０】
（１）ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【００３１】
本発明において、「希土類元素」とは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ等をいう。
【００３２】
以下の説明では、鋼、脱硫剤およびスラグの成分組成についての「質量％」を、単に「％」と表記する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法によれば、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理で簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＮｄとＣａＯとの混合比とＮｄ歩留りとの関係を示す図である。
【図２】ＮｄとＣａＯとの混合比と脱硫率、脱窒率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
１．本発明の高速脱硫脱窒方法
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法を、転炉とＲＨ式真空脱ガス装置（以下、「ＲＨ」ともいう。）を用いて実施する場合を例として説明する。ただし、転炉処理終了後からＲＨ処理までの間に大気圧下で不活性ガス吹き込み等による取鍋精錬装置を用いて、溶鋼に予備処理を施してもよい。
【００３６】
溶鋼について転炉処理を終了した後、溶鋼を取鍋に出鋼し、溶鋼を収容した取鍋をＲＨへ移動し、真空処理を実施する。ＲＨ処理は、真空処理、脱硫剤吹き付け処理および環流処理を含む一連の処理である。
【００３７】
脱硫剤吹き付けを開始するまでに溶鋼の組成を、Ａｌ濃度を０．００５〜１．０％、Ｓ濃度を０．００３％以下、Ｏ濃度を０．００３％以下、Ｎ濃度を０．００５％以下に調整しておく必要がある。これらの成分の濃度の規定理由は以下の通りである。
【００３８】
Ａｌ濃度を０．００５〜１．０％と規定するのは、ＡｌはＯとの親和力が強く、溶鋼中のＡｌ濃度が０．００５％以下では脱酸反応が不安定となることによってＯ濃度が高くなり、一方、１．０％を超えて高いとＡｌ脱酸が非常に強くなるため効果が飽和するためである。
【００３９】
Ｓ濃度を０．００３％以下と規定するのは、溶鋼中のＳ濃度が０．００３％を超えて高いと、用いる脱硫剤の量が増加し、結果的にスラグ量が増加してしまうためである。Ｏ濃度を０．００３％以下と規定するのは、溶鋼中のＯ濃度が０．００３％を超えて高いと、溶鋼中ＯとＲＥＭとの反応が顕在化し、ＲＥＭ歩留りが不安定化する場合があるためである。Ｎ濃度を０．００５％以下と規定するのは、本発明の目的が簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼を得ることに照らし、転炉などで精錬された通常の溶鋼を発明実施の対象としていることを明確にするためである。
【００４０】
ＲＨ真空槽内において、設置した上吹きランスから、ＲＥＭとＣａＯを混合した脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける。その際、ＲＨ真空槽内の真空度は７０Ｐａ〜１３０００Ｐａとすることが望ましい。ＲＨ真空槽内の真空度が７０Ｐａ以下では脱硫剤吹き付けによるスプラッシュが激しくなる。一方、１３０００Ｐａ以上では真空槽内での脱窒速度が低下する。脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける際のＲＨ真空槽内の真空度は、１３０Ｐａ〜６５００Ｐａがより望ましい。
【００４１】
脱硫剤を吹き付ける際、キャリアーガスにＡｒガスを用い、流量を２〜１０Ｎｍ3／ｍｉｎとすることが望ましい。これは、キャリアーガスの流量が２Ｎｍ3／ｍｉｎ以下では脱硫剤の搬送が不安定となり、１０Ｎｍ3／ｍｉｎ以上ではスプラッシュの発生が顕著となるためである。
【００４２】
吹き付ける脱硫剤の量（溶鋼１ｔｏｎあたり）は、ＲＥＭに属する金属の合計重量とＣａＯの重量との合計で４〜１２ｋｇ／ｔｏｎが望ましい。脱硫剤の量が４ｋｇ／ｔｏｎより少ないと脱硫剤吹き付け前のＳ濃度が高い場合にＣａＯの不足で脱硫が不十分となる可能性があり、１２ｋｇ／ｔｏｎを超えて多いとスラグ量が増加し、ＲＨ操業が困難になる場合がある。
【００４３】
脱硫剤の吹き付け速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）は、０．２〜１．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎが望ましい。これは、脱硫剤の吹き付け速度が０．２ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎ未満では処理時間が長時間化し、１．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎを超えて速いとスプラッシュの発生が顕著となるためである。
【００４４】
また、脱硫剤中のＲＥＭとＣａＯの質量混合比（（ＲＥＭ）／（ＣａＯ））は、下記（１）式を満足することが必須である。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【００４５】
ただし、（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）は、下記（２）式の範囲内であることが望ましい。前記図１をより詳細に検討すると、（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が０．０２以上０．３以下の場合、高いＲＥＭ歩留りが得られているが、この範囲内でさらに比較検討を行うと、０．１０を超えて大きくなると若干歩留りが低下している。このため、（２）式を満足することで、精錬効果をさらに安定化させることができる。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．１０ …（２）
【００４６】
吹き付ける脱硫剤は上記（１）式のＣａＯとＲＥＭとの混合比を満足させることが必要であるが、ＲＥＭとＣａＯの他に、ＣａＯの低融点化を目的にＡｌ2Ｏ3やＣａＦ2などを混合しても良い。また、ＲＥＭの他にＣａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉなどの金属もしくはこれらの合金を混合しても良い。ただし、脱硫剤中のＲＥＭとＣａＯの合計濃度は８０％以上で任意混合成分は２０％以下であることが望ましい。これは、直接脱硫脱窒に寄与するＲＥＭが希釈され、精錬効果が若干低下するためである。
【００４７】
また、用いるＲＥＭは金属Ｌａ、金属ＣｅといったＲＥＭの単体金属の他、単体金属の混合物もしくはミッシュメタルなどの合金でも良い。なお、混合するＲＥＭとＣａＯとの粒度はなるべく近い方が良く、粒径比はＲＥＭ粒径／ＣａＯ粒径で１０以下であることが望ましい。粒径比が１０を超えて大きくなるとＣａＯ粒個数に対し、ＲＥＭ粒個数が少なくなるため、これらの混合物を吹き付けた場合、時間に対するＲＥＭ濃度の上昇が不連続となり、精錬効果が不安定化する場合がある。
【００４８】
脱硫剤を吹き付ける前のスラグ組成はＣａＯ濃度４０％以上７０％以下、スラグ中ＦｅＯとＭｎＯの合計濃度が５％以下であることが望ましい。ＣａＯ濃度が４０％未満もしくは７０％を超えて高い場合やスラグ中ＦｅＯとＭｎＯとの合計濃度が５％を超えて高い場合は、脱硫剤吹き付け後に溶鋼への復硫反応が起こる場合がある。また、スラグ量は１０ｋｇ／ｔｏｎ以上が望ましい。スラグ量が１０ｋｇ／ｔｏｎ未満では溶鋼表面の被覆が不十分となり、大気から溶鋼への窒素侵入が起こる場合がある。
【００４９】
吹き付けに用いるランスノズルは先細ノズル、ラバールノズル等いかなる形態でも構わないが、ラバールノズルなどの超音速噴流が得られるノズルを用いることが望ましい。これは、溶鋼への脱硫剤到達率を高位安定させると同時に溶鋼への侵入深さを確保することで、精錬効果を安定させる効果がある。また、ＲＨ真空槽内溶鋼表面とランスノズルとの鉛直距離は１ｍ以上３ｍ以下が望ましい。１ｍ未満では噴流動圧が過剰になり、スプラッシュが増加する。３ｍを超えて高いと超音速噴流の場合でも溶鋼表面での噴流動圧が不足し、溶鋼への侵入深さを確保できない場合がある。
【００５０】
脱硫剤吹き付け処理後、溶鋼温度や溶鋼中Ａｌ濃度を調整するために、真空槽内溶鋼に酸素ガス等を吹き付けても良い。ただし、吹き付ける酸素量は２Ｎｍ3／ｔｏｎ以下が望ましい。２Ｎｍ3／ｔｏｎを超えて酸素量が多いと、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯの濃度が増加し、復硫する場合がある。
【００５１】
２．その他の溶鋼成分
脱硫処理前の、溶鋼中の他の成分については、以下の範囲であることが望ましい。
【００５２】
Ｃ：０．００１５％〜０．４０％
Ｃ濃度は、０．００１５％〜０．４０％であることが望ましい。０．００１５％未満では溶鋼の転炉出鋼からＲＨまでに行われる脱酸が不足する場合がある。
【００５３】
Ｍｎ：０．０１％〜２．０％
Ｍｎ濃度は、０．０１％〜２．０％であることが望ましい。２．０％以下が望ましいのは、溶鋼中のＭｎ濃度が高くなるほどＳ活量およびＮ活量が減少し、脱Ｓ反応および脱Ｎ反応が抑制されるからである。また、０．０１％よりも高いことが望ましいのは、ＭｎはＯとの親和力が強く、溶鋼中において脱酸元素として働くため、溶鋼中のＭｎ濃度が０．０１％以下となると脱酸反応の進行が不安定となるからである。
【００５４】
Ｓｉ：０．０１〜３．０％
Ｓｉ濃度は、０．０１〜３．０％であることが望ましい。０．０１％以上が望ましいのは、Ｓｉ濃度が高くなるとＳ活量およびＮ活量が増大し、脱Ｓ反応および脱Ｎ反応が促進されるからである。また、３．０％以下が望ましいのは、溶鋼中のＳｉ濃度が３．０％を超えて高くなると、ＳｉによるＳ活量の増大効果が顕著となり、脱Ｎ反応を阻害するからである。
【実施例】
【００５５】
溶鋼２５０ｔｏｎを転炉で脱炭した後、取鍋内へ出鋼した。出鋼中に溶鋼にＡｌを添加し、スラグにはＣａＯを添加した。これにより、溶鋼中Ａｌ濃度を０．０３５％とし、スラグ中ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3濃度比を１．５、スラグ中ＦｅＯとＭｎＯの合計濃度を３％以下とした。また、その他の合金を添加し、Ｃ濃度：０．０５〜０．０６％、Ｓｉ濃度：０．２〜０．３％、Ｍｎ濃度：０．５〜１．０％、Ｐ濃度：０．００７〜０．０１２％、Ｓ濃度：０．００２０〜０．００２５％、Ｎ濃度：０．００３５〜０．００４５％、Ｏ濃度：０．００１〜０．００２７％とした。
【００５６】
出鋼後、取鍋をＲＨへ移送し、ＲＨ処理を開始した。ＲＨでは真空槽内雰囲気圧力を１３３Ｐａとして溶鋼を環流させ、直ちに脱硫剤吹き付け処理を開始した。真空槽内に設置したストレートノズルを有したランスを介して脱硫剤を１ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎの速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）で溶鋼に吹き付けた。脱硫剤の吹き付け時間は１０分とした。ランス−湯面間鉛直距離は２．５ｍ、脱硫剤のキャリアーガスはＡｒで４Ｎｍ3／ｍｉｎとした。
【００５７】
また、用いた脱硫剤はＲＥＭを混合しないＣａＯ、およびＣｅとＣａＯを混合した脱硫剤の二種類とし、後者はＣｅとＣａＯとの質量混合比Ｒを、表１に示す通り０．０１〜０．５の範囲で任意に変化させて処理を行った。表１で混合比Ｒが０である試験番号６は、ＲＥＭを混合しないＣａＯを脱硫剤として用いた。表１に示す試験番号１〜５は、本発明の規定を満足する本発明例であり、試験番号６〜１０は、混合比Ｒが本発明の規定を満足しない比較例である。
【００５８】
【表１】
【００５９】
脱硫剤吹き付け前と吹き付け後の溶鋼からサンプルを採取し、溶鋼中Ｓ濃度とＮ濃度を定量し、前述した数式により脱硫率と脱窒率を算出した。
【００６０】
結果を表１に示す。本発明の規定を満足する試験番号１〜５は前記図１および２に示す小規模実験の結果と同等のＣｅ歩留りを示し、脱硫率と脱窒率も安定している。
【００６１】
一方、脱硫剤にＲＥＭであるＣｅを混合しなかった試験番号６は脱硫と脱窒は共に低位である。また、脱硫剤にＣｅを混合したが混合比Ｒが本発明の規定を満足しない試験番号７〜１０は試験番号６よりも高い脱硫率と脱窒率が得られたが、本発明例である試験番号１〜５よりも低い値となった。
【００６２】
以上から本発明を満足することで、粉体吹き付け処理のみで安定した脱硫率と脱窒率が得られることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法によれば、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理で簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼が得られる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理により、溶鋼中のＳ濃度およびＮ濃度を十分に低減することが可能な溶鋼の高速脱硫脱窒方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼中の硫黄（以下、「Ｓ」ともいう。）および窒素（以下、「Ｎ」ともいう。）は、非金属介在物を形成して各種欠陥を引き起こすこと、鋼材の強度を低下させること等の理由から、多くの鋼種においてＳ濃度およびＮ濃度の低減が求められている。
【０００３】
鋼中のＳ濃度の低減（脱硫）は、溶銑段階および溶鋼段階で行われる。溶鋼段階での脱硫方法としては、ＣａＯを含む脱硫剤を溶鋼に吹き込む方法や、減圧下でＣａＯを含む脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける方法等が挙げられる。脱硫反応は、溶鋼の酸素（以下、「Ｏ」ともいう。）濃度を低減するほど、脱硫剤の脱硫能が向上するのに伴って促進される。
【０００４】
鋼中のＮ濃度の低減（脱窒）は、主に溶鋼段階で行われる。脱窒方法としては、減圧雰囲気下に溶鋼を曝すことで雰囲気と平衡する鋼中のＮ濃度を低減し、脱窒反応を起こさせる処理が挙げられる。脱窒反応は、鋼中のＳ濃度およびＯ濃度を低減するほど、溶鋼と気相との界面における化学反応速度が向上するのに伴って促進される。
【０００５】
脱硫脱窒速度を増大させる技術として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、ＲＨ処理において溶鋼に希土類元素（以下、「ＲＥＭ」ともいう。）を添加し、この溶鋼にＣａＯを主体とする脱硫剤を吹き付けて、極低窒素鋼または極低硫極低酸素極低窒素鋼を溶製する条件について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４４２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１にはＲＥＭを添加した後にＣａＯ系脱硫剤を吹き付ける方法が示されている。この方法ではＲＥＭ濃度および脱硫剤量を任意に設定することが可能であり、ＲＥＭ濃度と脱硫剤量との組み合わせも幅広く選択できる。したがって、特許文献１に従えば、様々な処理前条件ならびに鋼種に対応した処理が施せるという利点がある。
【０００８】
一方、限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合は上記の利点は不要であり、むしろＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きに分けて操作することで処理時間が若干延長される。つまり、限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合はＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きを別個に行う必要はなく、同時に行える方が良い場合もある。
【０００９】
そこで、本発明者は限定された鋼種を製造する場合や処理前条件の分布幅が狭い場合における処理簡便化を検討した。
【００１０】
ＲＥＭ添加とＣａＯ系脱硫剤上吹きを同時に行う方法としては、特許文献１の段落［００６０］に記載されているようにＣａＯ系脱硫剤上吹き中にＲＥＭを添加する方法と予めＲＥＭを混合したＣａＯ系脱硫剤を上吹きする方法とが考えられる。
【００１１】
このうち、前者の方法は添加用ＲＥＭ収容器を必要とするため、後者の方がより簡便化できる。そのため、特許文献１記載の技術を限定された条件で簡便に利用するには、予めＲＥＭを混合したＣａＯ系脱硫剤を上吹きする方法が適当と言える。ただし、ＲＥＭとＣａＯを混合して溶鋼に添加する場合、以下の課題があった。
【００１２】
ＣａＯは安定した酸化物であるが、ＲＥＭは強い還元力を有していること、減圧下での使用のためＣａＯがＣａ（ｇ）と溶鋼中Ｏに分解しやすいこと、からＲＥＭとＣａＯを混合して溶鋼に添加すると、添加部での溶鋼中ＲＥＭ濃度が非常に高くなるため、ＣａＯを添加部で分解してしまう場合がある。
【００１３】
この結果、本来の脱硫剤であるＣａＯが減少し、同時に脱酸元素であるＲＥＭも減少してしまうため、特許文献１に記載されているような反応促進機構が発現しない。そのため、ＣａＯに対しＲＥＭが過剰であれば十分な精錬効果が得られない。逆にＲＥＭ不足でも精錬効果が得られないことは言うまでもない。
【００１４】
以上のことから、ＲＥＭとＣａＯの混合同時添加を行う場合、両者の混合比には適正な範囲が存在し、適正範囲外では精錬効果が小さくなるか全く得られない場合があることがわかる。
【００１５】
ところで、この現象は定性的に予測することは容易であるが、前述したように現象が溶鋼全体ではなく添加部のみで発生することから、熱力学などの計算により定量的に予測することは容易ではない。
【００１６】
さらに、試行錯誤的に混合比を変化させて脱硫脱窒などの精錬効果を測定することで、適正範囲を知見できる可能性もあるが、試行錯誤的に得られる知見は普遍性が不十分であることから、異なる精錬装置では効果が得られない場合が多い。特に今回のように添加部という部分的な現象を取り扱う場合は注意が必要である。
【００１７】
そこで、実験的に信頼性と普遍性の高い適性混合比を得る必要があるが、単なる精錬効果の評価のみでは普遍性に疑問が残る。そのため、普遍性を担保できる測定も必要となる。
【００１８】
本発明は、上記課題を鑑み、簡単簡便な方法により短時間で極低窒素極低硫鋼を得るのに必要な減圧下ＲＥＭ混合ＣａＯ上吹き精錬法の適正条件を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した適正混合比を明確化すべく、本発明者は以下に述べる方法で測定を行った。
【００２０】
１５ｋｇまたは１５００ｋｇの溶鋼を１８７３Ｋまで加熱し、Ａｒ雰囲気下で圧力を１３０〜１３００Ｐａとした。その後、溶鋼中Ａｌ濃度を０．１％、Ｓ濃度を０．００２％、Ｎ濃度を０．００４％、Ｏ濃度を０．００１０〜０．００１５％に成分を調整し、溶鋼の直上に設置した脱硫剤を吹き付けるためのランスから、キャリアー用ガスとして１５ｋｇ溶鋼実験ではＡｒガスを１０ＮＬ／ｍｉｎで、１５００ｋｇ溶鋼実験ではＡｒガスを５００ＮＬ／ｍｉｎで流出させ、脱硫剤を吹き付けた。脱硫剤はＲＥＭとＣａＯの混合物とし、質量での混合比を種々変更した。脱硫剤の吹き付け量（溶鋼１ｔｏｎあたり）は２ｋｇ／ｔｏｎ〜１２ｋｇ／ｔｏｎとし、脱硫剤供給速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）は０．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎとした。また、ＲＥＭとしてＮｄを用いた。
【００２１】
なお、溶鋼量を１５ｋｇと１５００ｋｇと大きく変化させて測定を行ったのは、異なる精錬装置でも安定した効果が得られる普遍性の高いデータであることを確認するためである。
【００２２】
上述の脱硫剤にＮｄを混合し、この混合比を変化させることで評価を行った。次に、適正混合比の評価方法を説明する。
【００２３】
ＮｄなどのＲＥＭとＣａＯ系脱硫剤を併用することで脱硫や脱窒が促進されることは既に特許文献１に記載の通りであり、本発明でも同様の機構により脱硫や脱窒の効果が得られる。
【００２４】
しかし、ＲＥＭとＣａＯ系脱硫剤を混合して上吹きする本発明では前述した添加部でのＲＥＭとＣａＯとの反応による精錬効果の不安定化が予測される。この不安定化はＣａＯとの反応の結果生じるＲＥＭ濃度の不安定さに起因するため、ＲＥＭ濃度の安定性を評価すればよい。そこで、本実験では添加したＮｄの歩留りを用いて評価を行うこととした。
【００２５】
図１は、実験結果であり、ＮｄとＣａＯとの混合比とＮｄ歩留りとの関係を示す図である。同図に示すように、Ｎｄ混合比が大きくなるとＮｄ歩留りが高くなる傾向がある。しかし、詳細を見ると混合比が０．０２未満では歩留りが低く、かつ、歩留りの分布が広い。このことから、混合比が０．０２未満ではＲＥＭ濃度が低位で不安定化するため、脱硫や脱窒などの精錬効果が期待できないことが解る。
【００２６】
一方、混合比が０．３を超えて高いと、歩留りは６５．３％から９５．５％となり、高い歩留りを示す場合と低い歩留りを示す場合がある。これは、添加部でＮｄとＣａＯとの反応量の差に起因すると考えられるが、混合比が０．３を超えて高いと高い精錬効果が得られる場合がある一方で、低い精錬効果が生じる場合もあることになり、工業規模での生産技術として用いるのは困難である。
【００２７】
しかし、混合比が０．０２以上０．３以下の場合は歩留りが非常に安定しており、かつ、溶鋼１５ｋｇ実験でも１５００ｋｇ実験でも同等の結果が得られている。このことから、安定した精錬効果が得られると同時に異なる精錬装置でも安定した精錬効果を与える混合比であることが解る。
【００２８】
図２は、精錬効果の一例を示す図であり、脱硫剤の吹き付け量を１０ｋｇ／ｔｏｎとした１５００ｋｇ溶鋼実験でのＮｄとＣａＯとの混合比と脱硫率、脱窒率との関係を示す図である。脱硫率は（脱硫剤吹き付け前Ｓ濃度−脱硫剤吹き付け後Ｓ濃度）／脱硫剤吹き付け前Ｓ濃度×１００、脱窒率は（脱硫剤吹き付け前Ｎ濃度−脱硫剤吹き付け後Ｎ濃度）／脱硫剤吹き付け前Ｎ濃度×１００として算出した。同図から、混合比が０．０２以上０．３以下では安定した脱硫率と脱窒率が得られているが、０．０２未満あるいは０．３を超えて高い条件では得られる精錬効果が安定していない。
【００２９】
本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記の（１）に示す溶鋼の簡便な脱硫脱窒法である。
【００３０】
（１）ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【００３１】
本発明において、「希土類元素」とは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ等をいう。
【００３２】
以下の説明では、鋼、脱硫剤およびスラグの成分組成についての「質量％」を、単に「％」と表記する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法によれば、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理で簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＮｄとＣａＯとの混合比とＮｄ歩留りとの関係を示す図である。
【図２】ＮｄとＣａＯとの混合比と脱硫率、脱窒率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
１．本発明の高速脱硫脱窒方法
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法を、転炉とＲＨ式真空脱ガス装置（以下、「ＲＨ」ともいう。）を用いて実施する場合を例として説明する。ただし、転炉処理終了後からＲＨ処理までの間に大気圧下で不活性ガス吹き込み等による取鍋精錬装置を用いて、溶鋼に予備処理を施してもよい。
【００３６】
溶鋼について転炉処理を終了した後、溶鋼を取鍋に出鋼し、溶鋼を収容した取鍋をＲＨへ移動し、真空処理を実施する。ＲＨ処理は、真空処理、脱硫剤吹き付け処理および環流処理を含む一連の処理である。
【００３７】
脱硫剤吹き付けを開始するまでに溶鋼の組成を、Ａｌ濃度を０．００５〜１．０％、Ｓ濃度を０．００３％以下、Ｏ濃度を０．００３％以下、Ｎ濃度を０．００５％以下に調整しておく必要がある。これらの成分の濃度の規定理由は以下の通りである。
【００３８】
Ａｌ濃度を０．００５〜１．０％と規定するのは、ＡｌはＯとの親和力が強く、溶鋼中のＡｌ濃度が０．００５％以下では脱酸反応が不安定となることによってＯ濃度が高くなり、一方、１．０％を超えて高いとＡｌ脱酸が非常に強くなるため効果が飽和するためである。
【００３９】
Ｓ濃度を０．００３％以下と規定するのは、溶鋼中のＳ濃度が０．００３％を超えて高いと、用いる脱硫剤の量が増加し、結果的にスラグ量が増加してしまうためである。Ｏ濃度を０．００３％以下と規定するのは、溶鋼中のＯ濃度が０．００３％を超えて高いと、溶鋼中ＯとＲＥＭとの反応が顕在化し、ＲＥＭ歩留りが不安定化する場合があるためである。Ｎ濃度を０．００５％以下と規定するのは、本発明の目的が簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼を得ることに照らし、転炉などで精錬された通常の溶鋼を発明実施の対象としていることを明確にするためである。
【００４０】
ＲＨ真空槽内において、設置した上吹きランスから、ＲＥＭとＣａＯを混合した脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける。その際、ＲＨ真空槽内の真空度は７０Ｐａ〜１３０００Ｐａとすることが望ましい。ＲＨ真空槽内の真空度が７０Ｐａ以下では脱硫剤吹き付けによるスプラッシュが激しくなる。一方、１３０００Ｐａ以上では真空槽内での脱窒速度が低下する。脱硫剤を溶鋼表面に吹き付ける際のＲＨ真空槽内の真空度は、１３０Ｐａ〜６５００Ｐａがより望ましい。
【００４１】
脱硫剤を吹き付ける際、キャリアーガスにＡｒガスを用い、流量を２〜１０Ｎｍ3／ｍｉｎとすることが望ましい。これは、キャリアーガスの流量が２Ｎｍ3／ｍｉｎ以下では脱硫剤の搬送が不安定となり、１０Ｎｍ3／ｍｉｎ以上ではスプラッシュの発生が顕著となるためである。
【００４２】
吹き付ける脱硫剤の量（溶鋼１ｔｏｎあたり）は、ＲＥＭに属する金属の合計重量とＣａＯの重量との合計で４〜１２ｋｇ／ｔｏｎが望ましい。脱硫剤の量が４ｋｇ／ｔｏｎより少ないと脱硫剤吹き付け前のＳ濃度が高い場合にＣａＯの不足で脱硫が不十分となる可能性があり、１２ｋｇ／ｔｏｎを超えて多いとスラグ量が増加し、ＲＨ操業が困難になる場合がある。
【００４３】
脱硫剤の吹き付け速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）は、０．２〜１．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎが望ましい。これは、脱硫剤の吹き付け速度が０．２ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎ未満では処理時間が長時間化し、１．５ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎを超えて速いとスプラッシュの発生が顕著となるためである。
【００４４】
また、脱硫剤中のＲＥＭとＣａＯの質量混合比（（ＲＥＭ）／（ＣａＯ））は、下記（１）式を満足することが必須である。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【００４５】
ただし、（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）は、下記（２）式の範囲内であることが望ましい。前記図１をより詳細に検討すると、（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が０．０２以上０．３以下の場合、高いＲＥＭ歩留りが得られているが、この範囲内でさらに比較検討を行うと、０．１０を超えて大きくなると若干歩留りが低下している。このため、（２）式を満足することで、精錬効果をさらに安定化させることができる。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．１０ …（２）
【００４６】
吹き付ける脱硫剤は上記（１）式のＣａＯとＲＥＭとの混合比を満足させることが必要であるが、ＲＥＭとＣａＯの他に、ＣａＯの低融点化を目的にＡｌ2Ｏ3やＣａＦ2などを混合しても良い。また、ＲＥＭの他にＣａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉなどの金属もしくはこれらの合金を混合しても良い。ただし、脱硫剤中のＲＥＭとＣａＯの合計濃度は８０％以上で任意混合成分は２０％以下であることが望ましい。これは、直接脱硫脱窒に寄与するＲＥＭが希釈され、精錬効果が若干低下するためである。
【００４７】
また、用いるＲＥＭは金属Ｌａ、金属ＣｅといったＲＥＭの単体金属の他、単体金属の混合物もしくはミッシュメタルなどの合金でも良い。なお、混合するＲＥＭとＣａＯとの粒度はなるべく近い方が良く、粒径比はＲＥＭ粒径／ＣａＯ粒径で１０以下であることが望ましい。粒径比が１０を超えて大きくなるとＣａＯ粒個数に対し、ＲＥＭ粒個数が少なくなるため、これらの混合物を吹き付けた場合、時間に対するＲＥＭ濃度の上昇が不連続となり、精錬効果が不安定化する場合がある。
【００４８】
脱硫剤を吹き付ける前のスラグ組成はＣａＯ濃度４０％以上７０％以下、スラグ中ＦｅＯとＭｎＯの合計濃度が５％以下であることが望ましい。ＣａＯ濃度が４０％未満もしくは７０％を超えて高い場合やスラグ中ＦｅＯとＭｎＯとの合計濃度が５％を超えて高い場合は、脱硫剤吹き付け後に溶鋼への復硫反応が起こる場合がある。また、スラグ量は１０ｋｇ／ｔｏｎ以上が望ましい。スラグ量が１０ｋｇ／ｔｏｎ未満では溶鋼表面の被覆が不十分となり、大気から溶鋼への窒素侵入が起こる場合がある。
【００４９】
吹き付けに用いるランスノズルは先細ノズル、ラバールノズル等いかなる形態でも構わないが、ラバールノズルなどの超音速噴流が得られるノズルを用いることが望ましい。これは、溶鋼への脱硫剤到達率を高位安定させると同時に溶鋼への侵入深さを確保することで、精錬効果を安定させる効果がある。また、ＲＨ真空槽内溶鋼表面とランスノズルとの鉛直距離は１ｍ以上３ｍ以下が望ましい。１ｍ未満では噴流動圧が過剰になり、スプラッシュが増加する。３ｍを超えて高いと超音速噴流の場合でも溶鋼表面での噴流動圧が不足し、溶鋼への侵入深さを確保できない場合がある。
【００５０】
脱硫剤吹き付け処理後、溶鋼温度や溶鋼中Ａｌ濃度を調整するために、真空槽内溶鋼に酸素ガス等を吹き付けても良い。ただし、吹き付ける酸素量は２Ｎｍ3／ｔｏｎ以下が望ましい。２Ｎｍ3／ｔｏｎを超えて酸素量が多いと、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯの濃度が増加し、復硫する場合がある。
【００５１】
２．その他の溶鋼成分
脱硫処理前の、溶鋼中の他の成分については、以下の範囲であることが望ましい。
【００５２】
Ｃ：０．００１５％〜０．４０％
Ｃ濃度は、０．００１５％〜０．４０％であることが望ましい。０．００１５％未満では溶鋼の転炉出鋼からＲＨまでに行われる脱酸が不足する場合がある。
【００５３】
Ｍｎ：０．０１％〜２．０％
Ｍｎ濃度は、０．０１％〜２．０％であることが望ましい。２．０％以下が望ましいのは、溶鋼中のＭｎ濃度が高くなるほどＳ活量およびＮ活量が減少し、脱Ｓ反応および脱Ｎ反応が抑制されるからである。また、０．０１％よりも高いことが望ましいのは、ＭｎはＯとの親和力が強く、溶鋼中において脱酸元素として働くため、溶鋼中のＭｎ濃度が０．０１％以下となると脱酸反応の進行が不安定となるからである。
【００５４】
Ｓｉ：０．０１〜３．０％
Ｓｉ濃度は、０．０１〜３．０％であることが望ましい。０．０１％以上が望ましいのは、Ｓｉ濃度が高くなるとＳ活量およびＮ活量が増大し、脱Ｓ反応および脱Ｎ反応が促進されるからである。また、３．０％以下が望ましいのは、溶鋼中のＳｉ濃度が３．０％を超えて高くなると、ＳｉによるＳ活量の増大効果が顕著となり、脱Ｎ反応を阻害するからである。
【実施例】
【００５５】
溶鋼２５０ｔｏｎを転炉で脱炭した後、取鍋内へ出鋼した。出鋼中に溶鋼にＡｌを添加し、スラグにはＣａＯを添加した。これにより、溶鋼中Ａｌ濃度を０．０３５％とし、スラグ中ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3濃度比を１．５、スラグ中ＦｅＯとＭｎＯの合計濃度を３％以下とした。また、その他の合金を添加し、Ｃ濃度：０．０５〜０．０６％、Ｓｉ濃度：０．２〜０．３％、Ｍｎ濃度：０．５〜１．０％、Ｐ濃度：０．００７〜０．０１２％、Ｓ濃度：０．００２０〜０．００２５％、Ｎ濃度：０．００３５〜０．００４５％、Ｏ濃度：０．００１〜０．００２７％とした。
【００５６】
出鋼後、取鍋をＲＨへ移送し、ＲＨ処理を開始した。ＲＨでは真空槽内雰囲気圧力を１３３Ｐａとして溶鋼を環流させ、直ちに脱硫剤吹き付け処理を開始した。真空槽内に設置したストレートノズルを有したランスを介して脱硫剤を１ｋｇ／ｔｏｎ／ｍｉｎの速度（溶鋼１ｔｏｎあたり）で溶鋼に吹き付けた。脱硫剤の吹き付け時間は１０分とした。ランス−湯面間鉛直距離は２．５ｍ、脱硫剤のキャリアーガスはＡｒで４Ｎｍ3／ｍｉｎとした。
【００５７】
また、用いた脱硫剤はＲＥＭを混合しないＣａＯ、およびＣｅとＣａＯを混合した脱硫剤の二種類とし、後者はＣｅとＣａＯとの質量混合比Ｒを、表１に示す通り０．０１〜０．５の範囲で任意に変化させて処理を行った。表１で混合比Ｒが０である試験番号６は、ＲＥＭを混合しないＣａＯを脱硫剤として用いた。表１に示す試験番号１〜５は、本発明の規定を満足する本発明例であり、試験番号６〜１０は、混合比Ｒが本発明の規定を満足しない比較例である。
【００５８】
【表１】
【００５９】
脱硫剤吹き付け前と吹き付け後の溶鋼からサンプルを採取し、溶鋼中Ｓ濃度とＮ濃度を定量し、前述した数式により脱硫率と脱窒率を算出した。
【００６０】
結果を表１に示す。本発明の規定を満足する試験番号１〜５は前記図１および２に示す小規模実験の結果と同等のＣｅ歩留りを示し、脱硫率と脱窒率も安定している。
【００６１】
一方、脱硫剤にＲＥＭであるＣｅを混合しなかった試験番号６は脱硫と脱窒は共に低位である。また、脱硫剤にＣｅを混合したが混合比Ｒが本発明の規定を満足しない試験番号７〜１０は試験番号６よりも高い脱硫率と脱窒率が得られたが、本発明例である試験番号１〜５よりも低い値となった。
【００６２】
以上から本発明を満足することで、粉体吹き付け処理のみで安定した脱硫率と脱窒率が得られることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の溶鋼の高速脱硫脱窒方法によれば、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた単一処理で簡便かつ短時間で極低硫極低窒素鋼が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、
前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【請求項１】
ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内に設置した上吹きランスから、質量％で、Ａｌ濃度：０．００５〜１．０％、Ｓ濃度：０．００３％以下、Ｏ濃度：０．００３％以下、およびＮ濃度：０．００５％以下である溶鋼に脱硫剤を吹き付けて脱硫脱窒するに際し、
前記脱硫剤として、希土類元素（ＲＥＭ）とＣａＯとの質量混合比（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）が下記（１）式を満足するものを使用することを特徴とする溶鋼の高速脱硫脱窒方法。
０．０２≦（ＲＥＭ）／（ＣａＯ）≦０．３ …（１）
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１２６８１（Ｐ２０１２−１２６８１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１７０６（Ｐ２０１０−１５１７０６）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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