[发明专利]钢水的脱氮方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢水的脱氮方法，涉及使用现有设备、在谋求减少CO₂ 的大气排放量的同时以低成本熔炼低氮钢的技术。 

背景技术

极低碳和低氮的汽车用IF(无间隙，Interstitial Free)钢一般是在将高炉内熔炼的铁水在转炉内吹氧制成钢水后，在RH脱气装置内对该钢水进行二次精炼，在连续铸造机内制成钢铸片。另外，在DQ(冲压性，Drawing Quality)、EDDQ(超深冲性，Extra Deep Drawing Quality)等汽车用或罐用的钢板中，要求氮(符号：N)含量为35ppm以下。 

在这种钢板的低N化中，以往已知在转炉中向铁水中添加碳材等碳(符号：C)源，吹入含氧气体，进行脱碳反应，实现将所得的钢水脱N的技术。即，钢水中的氮(符号：[N])由于易吸附在CO气体的气泡表面，因此CO气体的产生越多，钢水的脱N越进行。此时，由转炉出钢的钢水中的N含量达到30ppm左右。而且，使用RH脱气装置对该钢水进行处理时，除了利用钢水中氧或含氧气体的喷射等的脱C反应中的脱N之外，也通过减压以下述(1)式进行脱N，达到进一步低N化。 

2[N]＝N₂...(1)式 

即，在气体-钢水间，通过使钢水中的N气化而进行。 

上述使用高炉-转炉的工序由于大量使用铁矿石(烧结矿)和焦炭作为装入高炉内的主要原料，因此不仅需要设置烧结工厂和焦炭工厂，而且高炉和转炉本身的设备费用也显著高。另外，近年来从减少CO₂ 的观点出发，代替高炉的工艺的必要性也增高。日本是废铁输出国，但这是由于还未开发出充分利用作为重要铁源的废铁的工艺的缘故。 以往，由于废铁在电炉中使用，用于铁棒或高级条钢等的制造中，而并未用于作为日本大用户的汽车制造商使用的汽车用钢板中，因此废铁的使用仍然令人烦恼。 

与此相对，如果可以仅在电炉内熔炼所需的低N钢水，则不仅可以降低上述设备费用，而且主要原料也可以不使用铁矿石仅以废铁进行制造，可以期待使用廉价原料、减少CO₂产生量等优点。当然，在汽车用钢板、罐用钢板等IF钢中，不仅需要注意N，还要注意利用废铁时难以避免地混入对钢材的特性不优选的被称作杂质成分的杂质元素(例如Cu、Ni等)，但已知如果留意所用废铁的成分且并用HBI(HardBriquet Iron)、木炭生铁、生铁锭等铁源，则可以降低这种杂质成分在钢水中的混入，期待不经过高炉-转炉工序、通过利用电炉熔炼低N钢水。 

当以廉价的废铁作为主要铁源、经过电炉-RH脱气装置-连续铸造机等一系列工序熔炼上述IF钢时，不仅电炉作为容器的密闭性(相对于大气)比转炉差，而且作为铁源的含碳量多的铁水的使用率也低，因此即使进行利用上述脱C反应的脱N，出钢的钢水中的N含量也仅为50～100ppm左右。另外，即使利用RH脱气装置(参照图3)依赖于减压对该钢水进行脱N，由于从浸渍管泄漏而吸附大气中的氮，因此即使增加多少处理时间，脱N也基本不会进行，难以熔炼N含量为30ppm以下的低N钢。 

因此，为了实现电炉制钢中钢水的低N化，还尝试了增加C含量多的生铁锭和铁水的量，脱碳反应活泼使其脱N，同时以钢水中的氧量也增加的所谓“沸腾状态”出钢，减少出钢中发生的吸N。另外，通过该尝试获得的钢水在出钢时的N含量的限度为30～50ppm，在出钢时也有来自大气中的吸氮，无法稳定地熔炼N含量为40ppm以下的钢水。因此，还开发出放弃电炉内的钢水的低N化、使N含量停止在40～90ppm，通过调整其它元素的量制造加工性优良的钢的技术(例如参 照日本专利第3177146号公报) 

另外，在熔炼低N含量的主要为铁素体系不锈钢时，一般使用所谓的“VOD法”。即，采用图2所示VOD脱气装置代替RH脱气装置，经过电炉-VOD脱气装置-连续铸造机的工序，实现钢水的低N化。在该技术中，预先提高用VOD装置处理的钢水的C含量，如上所述，通过脱碳反应使其脱N，同时还并用减压下的脱N，促进脱N。 

除此之外，关于钢水的脱N，到目前为止也进行了各种研究，已知引起表示钢水-炉渣间的所谓“炉渣-金属反应”的(2)式和表示使炉渣中的氮离子移送至气体的炉渣-气体间的反应的(3)式。 

+[Al]+3/2(O^2-)＝(N^3-)+1/2(Al₂O₃)(2)式