钢液的真空精炼方法
【专利摘要】一种钢液的精炼方法，其通过在配设在真空脱气设备上的顶吹喷枪前端的燃烧器中形成的火焰将氧化物粉末加热，并将上述氧化物粉末向脱气槽内的钢液的液面上顶吹添加，使燃料和燃烧用气体以满足下式的方式向上述燃烧器供给来形成火焰：0.4≤(G/F)/(G/F)st≤1.1(在此，G：燃烧用气体供给速度(Nm3/min)，F：燃料供给速度(Nm3/min)，(G/F)：氧燃料比(＝燃烧用气体供给速度/燃料供给速度)，(G/F)st：燃料完全燃烧时的氧燃料比的化学计量值)，由此抑制添加Mn矿石时的钢液温度下降和Mn损失来高效率地进行脱碳处理，从而熔铸低碳高锰钢，或者，抑制添加脱硫剂时的钢液温度的下降来高效率地进行脱硫处理从而熔铸低硫钢。
【专利说明】钢液的真空精炼方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢液的真空精炼方法，具体来说，涉及由真空脱气设备熔铸低碳高锰钢以及低硫钢的方法。
【背景技术】
[0002]近年，钢铁材料的用途多样化，在比以往更严酷的环境下使用的情况变多。随之而来的，对产品的机械特性等的要求也比以往增多并且变严格。在这种状况下，以结构物的高强度化、轻质化、低成本化为目的，开发有兼具高强度和高加工性的低碳高锰钢(以下，也记作“低C高Mn钢”)，广泛地用于管线用钢板或汽车用钢板等各种领域。在此，上述的低C高Mn钢是指C浓度在0.05mass%以下且Mn浓度在0.5mass%以上的钢。
[0003]另外，在炼钢工序中，作为用于调整钢液中的Mn浓度的廉价的锰源，存在锰矿石(以下，也记作“Mn矿石”)或高碳锰铁等，在熔铸上述低C高Mn钢时，进行如下工序:在由转炉对铁水进行脱碳精炼时，向转炉内投入Mn矿石进行还原，或在转炉出钢时向钢液中添加高碳锰铁，由此将钢液中的Mn浓度提高到规定的浓度(例如，参照专利文献I)。
[0004]但是，在使用这些廉价的锰源的情况下，无法在转炉精炼中充分地降低钢液中的C浓度，或者，因为高碳锰铁所含的C而导致出钢后的钢液中的C浓度上升。其结果是，在C浓度可能超出低C高Mn钢的允许范围的情况下，需要另外实施从钢液中除去C的处理。
[0005]作为高效率地除去钢液中的C的方法，已知有使用RH真空脱气装置等真空脱气设备对未脱氧状态的钢液进行真空脱碳的方法和在真空下对钢液喷吹氧气等氧源(送氧)来进行脱碳的方法等。在上述真空脱碳中，作为使用高碳锰铁来作为廉价锰源的方法，例如在专利文献2中，提出有在真空脱气设备的脱碳精炼初期阶段，将高碳锰铁投入钢液中的方法，另外，在专利文献3中提出有在由真空脱气处理炉熔铸极低碳钢时，到直至经过脱碳处理时间的20%的期间投入高碳锰铁的方法。但是，若在含有大量Mn的钢液的真空脱碳处理时添加氧，则氧不仅与钢液中的C反应还与Mn反应，因此不仅产生Mn的氧化损失而导致Mn收率下降，而且难以高精度地控制钢液中的Mn浓度。
[0006]另外，对于使用真空脱气设备的脱碳处理中的氧源和脱碳促进方法，例如，在专利文献4中提出有向真空槽内投入轧制氧化皮等固体氧，由此抑制Mn的氧化而优先进行脱碳反应的方法；在专利文献5中提出有向转炉停炉时的C量和温度受限制的钢液中由真空脱气装置添加Mn矿石来进行脱碳的方法；在专利文献6以及专利文献7中提出有在用RH法对转炉出钢后的钢进行脱碳处理时，将MnO粉或Mn矿石粉与载气一同向真空槽内的钢液表面顶吹来进行脱碳处理的方法；另外，在专利文献8中提出有经由设置于真空槽侧壁上的喷嘴将Mn矿石粉与载气一同向RH真空脱气装置的真空槽内的钢液吹入，通过Mn矿石中的氧进行钢液的脱碳，并且提高Mn浓度的方法。
[0007]另一方面，随着钢铁材料的高附加价值化和使用用途扩大，对提高材料特性的要求一直在增加。作为应对该要求的一个方法，推进钢的高纯度化，具体来说，推进极低硫化。铁水的脱硫一般是在铁水阶段和钢液阶段中进行，在用于高级电磁钢板或管线等的极低硫钢中，钢液阶段的脱硫是必须的。对于精炼极低硫钢的方法，以往提出有各种方案，例如向铸桶内的钢液注入脱硫剂的方法，向钢液添加脱硫剂后进行搅拌的方法等。但是，由于这些方法在从转炉出钢到真空脱气处理之间追加了新的工序，因此导致钢液温度的下降和制造成本上升、生产率下降等。
[0008]为了解决这些问题，尝试通过使真空脱气设备具有脱硫功能，来合并、简化二次精炼工序。例如，作为使用真空脱气设备的脱硫方法提出有如下方法:用具备顶吹喷枪的RH真空脱气装置将脱硫剂与载气一同从顶吹喷枪向真空槽内的钢液液面上喷吹(投射)，由此将钢液脱硫(例如，参照专利文献9)。
[0009]但是，例如，在脱碳处理过程中在真空脱气设备中添加Mn矿石等固体氧或脱硫剂等氧化物粉末的情况下，钢液温度因为氧化物粉末的显热或热分解所需潜热而下降。对于补偿该钢液温度下降的方法，存在在真空脱气的前工序中提高钢液温度的方法、向钢液中添加金属Al从而通过其燃烧热提高钢液温度的方法等。但是，在前工序中提高钢液温度的方法中，前工序中的耐火材料的损耗较大，导致成本提高。另外，添加金属Al来升温的方法存在因生成的Al氧化物而使钢液的清洁度下降，或副原料成本上升等弊端。
[0010]因此，作为一边抑制钢液温度下降一边添加固体氧的方法，提出有将氧化物粉末一边用设置在顶吹喷枪前端的燃烧器(burner)的火焰进行加热一边向钢液液面上投射的方法(例如，参照专利文献10、11)。另外，作为添加脱硫剂的方法，提出有如下方法:从顶吹喷枪前端将氧气和燃烧用气体与脱硫剂一同喷出并形成火焰，通过该火焰将脱硫剂加热并熔融，并使其到达钢液液面(例如，参照专利文献12)。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开平04 - 088114号公报
[0014]专利文献2:日本特开平02 - 047215号公报
[0015]专利文献3:日本特开平01 - 301815号公报
[0016]专利文献4:日本特开昭58 - 073715号公报
[0017]专利文献5:日本特开昭63 - 293109号公报
[0018]专利文献6:日本特开平05 - 239534号公报
[0019]专利文献7:日本特开平05 - 239526号公报
[0020]专利文献8:日本特开平01 - 092312号公报
[0021]专利文献9:日本特开平05 - 311231号公报
[0022]专利文献10:日本特开昭64 - 039314号公报
[0023]专利文献11:日本特开平07 — 041827号公报
[0024]专利文献12:日本特开平07 - 041826号公报
【发明内容】
[0025]但是，为了促进脱碳或脱氮、脱氢而投射氧化物粉末的方法即专利文献10以及11所公开的技术，对在真空脱气设备中作为锰源添加Mn矿石时的最佳条件没有任何研究。同样地，将脱硫剂由燃烧器的火焰加热并添加的方法即专利文献12所公开的技术对在真空脱气设备中添加脱硫剂时的最佳条件没有任何研究。
[0026]本发明鉴于现有技术所存在的上述问题点而完成，其目的在于，提供一种低碳高锰钢的熔铸方法，在真空脱气设备中，在作为锰源添加Mn矿石时，能够一边抑制钢液温度下降和Mn损失一边高效率地进行脱碳处理，并提供一种低硫钢的熔铸方法，同样地在真空脱气设备中，在添加脱硫剂进行脱硫处理时，能够一边抑制钢液温度下降一边高效率地进行脱硫处理。
[0027]发明人等为了解决上述课题，关注由真空脱气设备进行脱碳处理时的C以及Mn的反应行为以及钢液温度的变化行为而反复深入研究。其结果是，发现如下内容从而研发出本发明:通过使Mn矿石向钢液的添加条件适当化，能够解决上述课题，具体来说，通过将设置在顶吹喷枪前端的燃烧器的燃烧条件控制在适当范围地将Mn矿石加热、还原，并将其向真空槽内的钢液顶吹添加，不会导致钢液温度下降，能够以高收率添加Mn，并且还能够享受脱碳促进效果，同样地，对于脱硫剂，通过由设置于顶吹喷枪前端的燃烧器的火焰加热、熔融该脱硫剂并将其向真空槽内的钢液顶吹添加，能够不导致钢液温度下降地进行脱硫处理，另外，为此优选使用适当构造的喷枪。
[0028]即，本发明为一种钢液的精炼方法，其通过在配设在真空脱气设备上的顶吹喷枪前端的燃烧器或者形成的火焰将氧化物粉末加热，并将上述氧化物粉末向脱气槽内的钢液的液面上顶吹添加，上述钢液的真空精炼方法的特征在于，使燃料和燃烧用气体以满足下式的方式向上述燃烧器供给来形成火焰:
[0029]0.4 ≤(G/F) / (G/F) st ≤ 1.1
[0030]在此，G:燃烧用气体供给速度(Nm3/min)
[0031]F:燃料供给速度(NmVmin)
[0032](G/F):氧燃料比(=燃烧用气体供给速度/燃料供给速度)
[0033](G/F)st:燃料完全燃烧时的氧燃料比的化学计量值。
[0034]本发明的钢液的真空精炼方法的特征在于，上述氧化物粉末为Mn矿石及/或CaO类脱硫剂。
[0035]另外，本发明的钢液的真空精炼方法的特征在于，从在上述顶吹喷枪的轴芯部设置的中心孔前端的喷嘴将Mn矿石及/或CaO类脱硫剂与载气一同喷出，从配设于上述喷嘴周围的多个周围孔前端的燃烧器供给燃料和燃烧用气体，并点火形成火焰，通过该火焰加热上述氧化物粉末。
[0036]另外，本发明的钢液的真空精炼方法的特征在于，供给碳化氢类的气体燃料、碳化氢类的液体燃料以及碳类的固体燃料中的任一种以上来作为上述燃料。
[0037]发明效果
[0038]根据本发明，除了能够在抑制钢液温度下降并且以高的Mn收率实施真空脱气设备中的Mn矿石向钢液的的添加之外，还能够提高脱碳速度，因此能够以高生产率且低成本地熔铸低碳高锰钢。另外，根据本发明，除了能够抑制钢液温度下降地实施真空脱气设备中的脱硫剂向钢液的添加之外，还能够提闻脱硫效率，因此能够闻效率地溶铸低硫钢。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是RH真空脱气装置的不意垂直首I]视图。
[0040]图2是说明本发明所使用的顶吹喷枪的构造的图。
[0041]图3是说明现有技术的顶吹喷枪的构造的图。
[0042]图4是表示真空脱气处理前的C浓度与沸腾脱碳速度(rimmed decarburizat1nrate)的关系的图表。
[0043]图5是表示真空脱气处理前的C浓度与Mn收率的关系的图表。
[0044]图6是表示燃烧器的燃烧条件对Mn收率的影响的图表。
[0045]图7是表示燃烧器的燃烧条件对脱硫率的影响的图表。
【具体实施方式】
[0046]首先，对本发明的基本技术思想与作为其根据的实验进行说明。
[0047]Mn矿石的主要成分为MnO2和Mn203、MnO等氧化数不同的多种Mn氧化物。在将该Mn矿石作为锰源并作为用于促进脱碳的氧源而向钢液中添加的情况下，Mn矿石中的氧化数不同的Mn氧化物通过钢液中的C，按照下述(I)~(3)式被还原:
[0048]Mn02+2C — MH+2C0...(1)
[0049]Mn203+3C — 2MH+3C0...(2)
[0050]MnO+C — Mn+C0...(3)
[0051]根据上述(I)~ (3)式可知，Mn氧化物的氧化数越高，为了还原Mn氧化物所需要的C量越多。因此，在使Mn矿石中的Mn氧化物为氧化数低的Mn氧化物而添加于钢液中的情况下，由于Mn矿石的还原所需要的C量降低，所以即使在钢液中的C浓度较低的情况下，也能够期待充分地还原Mn矿石，并使Mn收率提高。
[0052]因此，发明人员想到，在从配设于真空脱气设备上的顶吹喷枪向钢液中添加粉末的Mn矿石时，控制设置在上述顶吹喷枪前端的燃烧器中的燃料燃烧条件(以下也称作“燃烧器的燃烧条件”)，在加热Mn矿石的同时将Mn矿石中的Mn氧化物还原而进行添加。
[0053]而且，为了确认上述效果，在不使用钢液的实验室实验中，多样地改变顶吹喷枪前端的燃烧器的燃烧条件以及Mn矿石的投入方法，来进行向铸桶容器进行顶吹添加的预备实验。
[0054]具体来说，在上述预备实验中，作为顶吹喷枪，使用多重管喷枪将Mn矿石加热并顶吹添加，其中该多重管喷枪能够从设置于轴芯部的中心孔前端的喷嘴将粉末的Mn矿石与载气(Ar气)一同喷出，并且，能够从配设于上述中心孔周围的多个周围孔前端的燃烧器喷出燃料和燃烧用气体而形成火焰。此时，对于上述燃料和燃烧用气体的供给速度以及有无基于燃烧器进行的加热，以表1的方式进行改变而添加，并调查了顶吹添加前后的Mn矿石的温度变化以及Mn矿石中氧化数不同的Mn氧化物的构成比例的变化。此外，在上述预备实验中，载气使用Ar气，燃料使用丙烷气体，燃烧用气体使用纯氧。
[0055]表1
[0056]
【权利要求】
1.一种钢液的真空精炼方法，其通过在配设在真空脱气设备上的顶吹喷枪前端的燃烧器中形成的火焰将氧化物粉末加热，并将所述氧化物粉末向脱气槽内的钢液的液面上顶吹添加，所述钢液的真空精炼方法的特征在于， 使燃料和燃烧用气体以满足下式的方式向所述燃烧器供给来形成火焰:
0.4 ≤(G/F) / (G/F) st≤ 1.1 在此，G:燃烧用气体供给速度(Nm3Aiin) F:燃料供给速度(Nm3/min) (G/F):氧燃料比(=燃烧用气体供给速度/燃料供给速度) (G/F)st:燃料完全燃烧时的氧燃料比的化学计量值。
2.根据权利要求1所述的钢液的真空精炼方法，其特征在于， 所述氧化物粉末为Mn矿石及/或CaO类脱硫剂。
3.根据权利要求1或2所述的钢液的真空精炼方法，其特征在于， 从在所述顶吹喷枪的轴芯部设置的中心孔前端的喷嘴将Mn矿石及/或CaO类脱硫剂与载气一同喷出，从配设于所述喷嘴周围的多个周围孔前端的燃烧器供给燃料和燃烧用气体，并点火形成火焰，通过该火焰加热所述氧化物粉末。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的钢液的真空精炼方法，其特征在于， 供给碳化氢类的气体燃料、碳化氢类的液体燃料以及碳类的固体燃料中的任一种以上来作为所述燃料。
【文档编号】C21C7/10GK104169442SQ201380012488
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年3月15日
【发明者】中井由枝, 奥山悟郎, 藤井勇辅, 菊池直树, 小笠原泰志, 三木祐司 申请人:杰富意钢铁株式会社