取鍋精錬製鋼プロセス

1. LF取鍋精錬製鋼プロセスの概要

このLF（取鍋炉）製鋼プロセスは、最終酸化段階の溶鋼を転炉または電気炉からLF炉に移送することを含みます。ここでは、酸化スラグの50〜90％が除去され、還元精錬のために還元スラグと脱酸剤が添加されます。加熱中の撹拌時間、スラグ量、撹拌力を適切に増加させ、タッピング中に完全なスラグ除去を行うことで、鋼中の硫黄含有量をさらに低減し、硫黄（[%S]）で30ppm未満、酸素（[%O]）で20ppm未満にすることができ、清浄鋼が得られます。

2. LF精錬と脱酸

酸素の溶解度と影響

酸素は、液体鋼と固体鋼の両方で溶解度が限られており、固体鋼では溶解度が著しく低くなっています。LF精錬プロセスでは、一次製錬からの溶鋼はしばしば強い酸化特性を示し、深脱酸と脱硫の課題をもたらします。酸素の危険性は多岐にわたります。

1. 脱硫の制限: 高い酸素含有量またはスラグ酸素ポテンシャルは、鋼とスラグ間の硫黄分布に影響を与え、界面張力を低下させ、硫黄含有非金属介在物の特性と量に影響を与えます。効果的な脱硫には、事前の脱酸が必要です。

2. 炭素の再酸化: 溶鋼が冷却および結晶化すると、[C]と[O]が偏析し、炭素の再酸化とCOガス気泡の形成につながります。これらの気泡は鋼の緻密性を損ない、気孔や緩みなどの欠陥を引き起こします。

3. 非金属介在物: 析出した酸素は、凝固中にSi、Mn、Alなどの元素と反応し、非金属介在物を形成し、高品質鋼のヘアライン欠陥に寄与し、比例限界、衝撃エネルギー、伸び、透磁率などのさまざまな性能指標を低下させます。

4. 硫黄との相乗効果: 酸素は、FeOおよびFeSとの低融点共晶を形成することにより、硫黄の有害な影響を悪化させ、鋼の可塑性を低下させたり、熱間加工損傷を引き起こしたりします。

脱酸方法

LFプロセスでは、析出脱酸と拡散脱酸が一般的に採用されています。

1. 析出脱酸: これは、酸化スラグを除去した後、バルク脱酸剤を溶鋼に直接添加することを含みます。脱酸元素は、溶解酸素と反応して安定な化合物を形成し、溶鋼から分離してスラグに入ります。Alとアルカリ土類元素を含む複合脱酸剤は、介在物の浮上と除去を促進する低融点複合脱酸生成物を形成する能力があるため、広く使用されています。

2. 拡散脱酸: ここでは、粉末状の脱酸剤がスラグ表面に添加され、脱酸反応がスラグ-鋼界面で発生します。スラグ中の（FeO）含有量を減らすことにより、溶鋼中の酸素がスラグに拡散し、それによって鋼の酸素含有量が低下します。

3. LF精錬脱硫

硫黄は一般的に鋼中の有害元素と見なされ、さまざまな方法でその品質に影響を与えます。したがって、脱硫は製鋼における重要な冶金学的課題です。LF炉は脱硫に有利な熱力学的および速度論的条件を提供し、低硫黄鋼の製造に重要です。

脱硫反応

アルカリ酸化スラグ脱硫とは異なり、LFアルカリ還元スラグ脱硫は次の反応に従います。

1. [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)
2. [MnS] + (CaO) = (CaS) + (MnO)

鋼中の硫黄のほとんどは[FeS]として存在するため、主な脱硫反応は最初の式に基づいています。脱硫効率は、スラグ塩基度、（FeO）および（MnO）含有量、スラグ量、および流動性に依存します。

脱硫に影響を与える要因

• スラグ塩基度: 一定の範囲内では、スラグ塩基度を上げると硫黄分布が向上しますが、一定の点を超えると速度論的条件が悪化する可能性があります。
• 還元雰囲気: LF精錬は還元雰囲気下で行われ、高塩基度の還元スラグは脱硫を促進します。
• スラグ量と流動性: 適切なスラグ量と流動性は、スラグ-鋼反応と脱硫を促進します。ただし、過剰なスラグは層の厚さを増加させ、脱硫と介在物の浮上を妨げ、生産コストを上昇させます。

4. 介在物の除去

取鍋底でのアルゴン吹き込みは、連続鋳造前の重要なステップであり、溶鋼とスラブの品質に大きな影響を与えます。溶鋼の移動中、介在物は衝突し、より大きな粒子に凝縮し、浮力によって浮上します（一部は気泡表面に付着し、気泡の浮力とともに上昇します）。

介在物除去プロセス

気泡による介在物除去プロセスには、いくつかのステップが含まれます。

1. 気泡が介在物に接近し、衝突する。
2. 気泡と介在物の間に液膜が形成される。
3. 介在物が気泡表面に沿って振動または滑る。
4. 液膜が排出され、破裂し、動的な三相接触核（TPC）が形成される。
5. 気泡/介在物核の安定化。