CN1046764C - 含Cr钢水的脱碳精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是含Cr钢水的脱碳精炼方法，在含Cr钢水中[C]浓度处于1重量%以下、0.05重量%以上的一部分期间或全部期间中，通过向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，搅拌渣和钢水，使渣中的Cr2O3和钢水中的C积极地产生Cr2O3+3C→2Cr+3CO的反应。

Description

含Cr钢水的脱碳精炼方法
本发明涉及包括不锈钢钢水在内的含Cr钢水的脱碳精炼方法，详细地说是涉及在钢水温度上升的同时，一边抑制Cr的氧化量增大一边进行脱碳的精炼方法。
一般在对不锈钢等含铬钢进行脱碳精炼时，由于与脱碳同时发生铬的氧化，所以显著阻碍了脱碳。为此，对于用转炉、AOD炉等熔炼所得到的钢水，要求进行更充分的脱碳精炼操作。因此历来采用的是向炉内所容的含铬钢的钢水熔池表面和表面之下喷吹氧气、惰性气体或氧气与惰性气体的混合气体这样的方法。
在此场合，在不锈钢钢水的脱碳精炼中，与脱碳反应，即 的同时，还发生钢中Cr的氧化反应，即 。这种Cr的氧化反应量随着钢中C浓度的降低而增加，特别是当C变到1％以下时开始急剧增加。而且该反应受到氧气流量、钢水搅拌情况和炉内气氛的CO分压等多种因素的影响。因此要对原来该反应发生的程度作调整是困难的，从而构成了产生大量Cr转移到渣中的所谓Cr的氧化烧损的原因。此外由于与上述相同的理由，因Cr的氧化反应产生的反应热也难以调整，精炼终了时的钢水温度相对于目标钢水温度而言属高温，所以显著妨害了不锈钢精炼的平衡操作。
但是作为抑制这种钢水温度的技术，过去一般是采用某种方法将因Cr的氧化反应而过分上升的钢水温度加以冷却。例如有特开昭51-87112公报所公开的冷却方法，即将能消除吹炼终止之前测定的钢水温度与目标钢水温度之差的小钢片所组成的冷却材料，由精炼炉上的料斗投入炉内。若使用这种冷却方法，要将钢水温度调整到目标值是可能的。但由于投入之后钢水局部冷却促进Cr的氧化反应，反而具有使Cr的氧化烧损增大的问题。另外使用这种冷却材料有必要配备料斗并将其加工成可能投入的形状，因此具有加工费用过分升高的缺点。另外即使使用比较价廉的软钢作为冷却材料，也因其含Cr量低而使钢水中Cr浓度降低，使得其它途径的调整成份的工序成为必要，由于该冷却材料和调整成分所用铬铁的追加量，所以产生了每一炉钢水的处理量(以下称作钢水量)增大的其它问题。
为了解决这些问题，特公昭57-1577号公报中揭示了一种控制熔融金属熔池温度的方法，其特征是用惰性或氧化性气体输送雾状的水，将其吹入熔融金属熔池中以控制其温度。该熔池温度控制法是利用因水的分解，即 的分解热和水的显热使熔池温度降低。但是为将此方法适用于不锈钢钢水的场合，就会以分解时放出的氧来氧化钢中的Cr，反而发生了Cr的氧化损失增大的问题。此外，特开昭58-193309号公报中公开了一种精炼方法，其特征是在吹炼用的喷枪的出口部位，使CO2、CaCO3、水蒸汽、水、Mn矿石、铁矿石等冷却材料中的一种或两种以上的混合物混入氧气吹入。但是因为在此方法中所用的冷却材料在分解时全部放出氧，所以虽有冷却效果，但没有抑制Cr氧化的效果，具有Cr的氧化反而增大的问题。
如上所述，作为在精炼中调整不锈钢钢水温度的技术，现在一般是采用将冷却材料投入钢水中的方法，但都没有抑制Cr氧化的效果，反而具有使Cr的氧化量增大的问题。
另一方面，作为不锈钢精炼中抑制Cr氧化的技术，在特公平2-43803号公报中有记载。该技术是：钢熔池中[C]浓度在1％以下时，由顶吹喷枪将氧气和惰性气体的混合气体吹到钢熔池表面，同时将惰性气体以低流量由钢熔池表面之下导入钢熔池中这样一种方法。但是此方法即使有防止Cr氧化的效果，作为钢水冷却材料的也仅仅是惰性气体的显热，由于导入钢熔池表面之下的惰性气体是低流量的，所以存在有通过该显热所造成的冷却效果极小的缺点。此外，如果因顶吹气体而将渣打进钢水中而发生卷入现象，则渣中的Cr2O3与钢水中的C反应，引起 这一吸热分解反应，可期待钢水的冷却。但是由于顶吹气体含有氧气，所以同时也引起 这一反应，由于将上述冷却效果相抵消，所以从整体上讲用此方法没有冷却效果。
在采用AOD等的所谓炉外精炼当中，也如特开平4-329818号公报所公开的那样，由顶吹喷枪使钢水[C]浓度充分降低之后，向钢熔池表面喷吹惰性气体的方法。该方法是：使钢水中[C]浓度充分降低之后(具体在0.03％的程度，或在其以下)，通过由顶吹喷枪喷吹惰性气体使炉内Pco降低，借此促进脱碳。在此场合，因为钢水的[C]浓度充分降低，所以渣中的Cr2O3和钢水[C]的反应，即 的反应不容易发生。因而由顶吹喷枪喷吹惰性气体的目的是降低由渣和钢水的反应产生的炉内的Pco，该气体的流量若是占吹入钢熔池中总气体流量的0.5倍以下时就少了。因为积极搅拌钢水的效果小，而且不能将钢水温度调整到目标值。
再有，在特公昭62-14003号公报中也公开了将吹入钢水中的全氧气量20％以上的大气稀释气体吹入AOD炉内气相部位的脱碳精炼方法。但该方法因为是将气体吹入气相部位，所以不能搅拌钢水和渣，不能调整钢水温度。而且此方法与特开平4-329818号公报记载的相同，是以降低炉内Pco为目的，所以要通过钢水[C]使Cr2O3分解是不可能的。
另外在特公平1-35887号公报中有一种以AOD炉精炼含Cr钢的方法，其特征是使用顶吹喷枪将惰性气体顶吹到钢熔池上或炉内进行精炼。这主要是涉及将钢水[C]脱到达规定值后，有效地防止空气中N的吸收的含Cr钢水的精炼方法，不实施钢水Cr用[C]的还原和温度调整。也就是说，与特开平4-329818号公报相同，由于是以降低炉内的Pco或PN2为主，所以顶吹气体和底吹气体之比值若象在其实施例中那样最大为0.56时是少了。因此不能产生渣和钢水的搅拌，用钢水[C]使Cr2O3分解是不可能的。
如上所述，在包括不锈钢钢水在内的含Cr钢水的脱碳精炼中，实际上还不存在能够同时达到抑制Cr氧化烧损和调整钢水温度这样的技术。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种不锈钢钢水或含Cr钢水的脱碳精炼方法，同时达到对钢水温度上升和Cr氧化烧损的抑制，并且有效地利用钢中的C，以降低还原期所使用的还原剂量。
为达到上述目的，本发明人着眼于在吹炼中用钢中[C]积极地还原渣中的Cr2O3，从而完成了本发明。
也就是说，本发明是一种含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，
在通过将氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体喷吹到盛在精炼容器内的％Cr钢水的熔池表面和熔池表面之下，对含Cr钢水进行脱碳精炼的过程中，
在含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上范围的一部份期间或全部期间当中，通过向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，而向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体以搅拌渣和钢水使渣中的Cr2O3和钢水中的[C]积极地发生下述(1)式的反应：
          ···(1)
并且本发明是在脱碳精炼初期将碳素源添加到精炼容器内，通过将氧气喷吹到含Cr钢水的熔池表面和熔池表面之下对含Cr钢水进行脱碳精炼，再继续进行上述脱碳精炼方法。
关于其它的手段，由本发明的说明书和权利要求书就会说清楚。
图1是表示吹炼中随着钢水中[C]浓度变化的Cr氧化烧损量变化图。
图2是表示钢水中[C]浓度在1.0-0.25％(重量)区域内Cr氧化烧损量和顶底吹气体量之比的关系图。
图3是表示Cr氧化烧损量和L/ΔH的关系图。
图4是表示顶吹氮气量为1Nm3/t时钢水温度变化和L/ΔH的关系图。
图5是表示由钢水中[C]浓度为0.20％(重量)时起顶吹氮气5分钟时钢水温度变化和L/ΔH的关系图。
图6是表示由钢水中[C]浓度为0.20％(重量)时起顶吹氮气5分钟时Cr的氧化烧损量和L/ΔH的关系图。
图7示出了本发明的脱碳精炼方法在5t试验转炉中的一个实施例，是表示钢熔池面下凹深度的纵断面图。
图8是表示顶吹惰性气体的搅拌动力密度和Cr氧化烧损量的关系图。
图9是表示脱碳精炼初期中的焦炭添加量和[C]浓度=1％时的钢水温度的关系图。
图10是表示脱碳精炼初期中的焦炭添加量和由脱碳精炼开始至达到[C]浓度=1％时的Cr氧化损失量的关系图。
本发明人就同时抑制钢水温度上升和Cr氧化烧损的方法，着眼于吹炼中用钢中的[C]积极地还原渣中的Cr2O3而进行了反复研究。
本发明因为在通过将氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体喷吹到盛在精炼容器内的含Cr钢水的钢熔池表面和钢熔池表面之下，对含Cr钢水进行脱碳精炼的过程中，在含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上范围的一部份期间或全部期间当中，通过向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，而向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，从而对在精炼容器内的渣-金属进行了充分搅拌，所生成的氧化物或渣激烈地卷入钢水中，渣中的Cr2O3就会由钢中的碳还原。结果会使Cr在钢水中的氧化烧损被抑制，钢水温度的上升也会被抑制。
图1示出了在用顶底吹转炉吹炼SUS304钢时，对钢中的Cr的氧化烧损量和钢水[C]浓度关系的调查结果。图1中的现有技术的方法，即使含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上，向钢熔池表面和钢熔池表面之下喷吹氧气和惰性气体的混合气体。与此相对照，本发明的方法则是向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，而向钢熔池表面之下喷吹氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体。
由图1可知，钢水[C]浓度降低到1.0％以下时，Cr的氧化烧损量急剧增加。因而可知钢水当[C]浓度变成1％以下时向钢熔池表面上喷吹惰性气体为佳。钢水[C]浓度超过1％的状态则是预料到的渣中Cr2O3少，Cr氧化烧损减低变小，温度也低的原因。此外，与钢水中[C]浓度过低的同时，Cr2O3不发生分解反应，因此为了该Cr2O3的分解反应所必要的钢水[C]浓度定作0.05％以上。
此外，在向钢熔池表面上顶吹惰性气体时，若向炉内投入渣中的化渣剂如莹石、硅砂等，则渣与钢水的混合变得更加容易，从而进一步促进Cr2O3的还原。
其次在使用顶底吹转炉对含Cr钢水进行脱碳精炼之际，为将钢熔池表面上存在的渣大量地卷入钢熔池中，在钢熔池表面上顶吹相当数量的气体是必要的。
因此本发明人进行水模实验，调查向钢熔池表面喷吹的惰性气体流量和向钢熔池表面之下吹入的气体流量之间的关系，推定出顶吹气体流量为向钢熔池表面之下吹入气体量的0.7倍以上是必要的。
而且为了证明该推定的正确性，将每炉为110吨的SUS304钢水在顶底吹转炉中吹炼了十几个炉次。将其结果示于图2。图2表示钢水[C]浓度由1.0％脱至0.25％时Cr氧化烧损量(kg/t)与顶吹惰性气体(氮)流量(Nm3/分)相对于底吹气体(氧、氮的混合气体)流量(Nm3/分)之比的关系。由图2可知，当顶吹惰性气体流量为底吹气体流量的0.7倍以上时，Cr的氧化烧损显著降低。
如上述那样，即钢水[C]浓度在1％以下0.05％以上的任何[C]浓度区间内，向钢熔池表面上喷吹为向钢熔池表面之下所吹入气体流量0.7倍以上流量的惰性气体，借此可产生Cr2O3的分解吸热反应。从而，如果适当地选择吹到钢熔池表面上的惰性气体流量、喷吹该气体流量时的钢水[C]浓度范围等，就应当能调整钢水温度下降量和Cr的氧化烧损量。
而且对这种调整Cr氧化烧损量和钢水温度下降量的方法进行研究，因向表面之下吹入气体造成的钢熔池的表面运动，和因向钢熔池表面喷吹惰性气体造成的钢熔池表面运动加以控制，从而将该钢熔池表面上的渣有效地卷入上述钢水，可知进行调整是可能的。
作为调整方法发现有以下几个。
首先，使含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上的区域，在钢熔池表面上仅喷吹惰性气体，在钢熔池的表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体的过程中，因钢熔池表面喷吹惰性气体造成的钢熔池表面下凹深层L(mm)和因钢熔地表面之下的气体吹入造成的钢熔池表面隆起高层ΔH(mm)之间发现有下述(2)式的关系L/ΔH≥0.05 ···(2)
其中钢熔池表面下凹的深度L通过下述(3)式表达[濑川，铁冶金反应工程学(1977),94页(日刊工业新闻)]：
    L=Lh·exp(-0.78h/Lh)···(3)
    Lh=63.0(QT/nTd)2/3···(4)
LR：喷枪离钢熔池表面的高度为零时下凹的深度
h：喷吹惰性气体的顶吹氧枪离钢熔池表面的高度(mm)
QT：吹到钢熔池表面的惰性气体流量(Nm3/Hr)
nT：顶吹喷枪的孔数
d：顶吹喷枪孔径的平均值(mm)
此外，钢熔池表面的隆起高度ΔH通过下述(5)式表达[加藤：博士论文(1989)[东北大学]和中西等：川铁技报15(1983),P100]
    ΔH=52.0(QB/nBW)2/3···(5)
QB：吹入钢熔池表面之下的氧气或氧气和惰性气体的混合气体流量(Nm3/时)
nB：吹入钢熔池表面之下的气体风口数
W：钢水重量(吨)
现将100吨SUS304钢水装入顶底吹转炉，通过使钢熔池下凹深度L变化而使L/ΔH变化地进行吹炼。该吹炼进行两种，即将底吹气体用氧气和N2气的混合气体进行的方式和仅用N2气体进行的方式。此时，前者由于钢水的[C]浓度降低到0.25％，所以将底吹气体定为氧气0.33Nm3/t·分和N2气体0.77Nm3/t·分，将顶吹气体用N2气0.5-2.5Nm3/t·分进行吹炼，钢水的[C]浓度变为0.05％时停吹，在此期间检查钢水Cr的氧化烧损量和顶吹N2气每1Nm3/t·分的钢水温度变化。此外，后者由钢水的[C]浓度0.25％时开始，停止顶吹氧气，以0.15Nm3/t·分底吹N2气，以0.5-2.5Nm3/t·分顶吹N2气5分钟，此时调查Cr氧化烧损量和顶吹N2气每1Nm3/t·分的钢水温度变化。
将这些结果示于图3和图4，如果是在L/ΔH≥0.05的条件下，则断定也达到了Cr氧化烧损量和钢水温度同时降低。但是L/ΔH≥0.05被规定为是本发明的要点，选择满足该要点的适当的L/ΔH，便使冷却到目标钢水温度成为可能。
其次调查在真空精炼中与本发明同样的情况下是否就不能实施。将60吨SUS430钢水用顶底吹转炉脱碳精炼后，钢水[C]在0.20％时出钢到盛钢桶内。来自转炉的不可避免的30kg/t渣也进入盛钢桶。该渣由于在转炉中未用硅铁等还原，所以含有44％的Cr2O3。将该盛钢桶放入真空室，作为底吹气体将Ar以0.015Nm3/t·分的流量由盛钢桶的底部吹入，同时将N2气以0.015-0.33Nm3/t·分的流量由顶吹喷枪喷吹5分钟，搅拌该钢水和渣。此时钢水的Cr氧化烧损和钢水温度变化示于图5和图6。由图5和图6可知，如果L/ΔH≥0.005，则Cr氧化烧损和钢水温度同时降低。
由以上的结果，在真空精炼中将本发明的要点定作L/ΔH≥0.005，此时，在盛钢桶内不仅仅是不可避免地存有渣，还可以积极地将多量未还原或弱还原的渣由转炉转移到盛钢桶内。此外象VOD真空精炼那样，在实施送氧之后适当使用本发明也是可能的。实施本发明，调整到目标温度后再实施送氧也是可能的。
此外，本发明人在含Cr钢水中[C]浓度于1.0-0.05wt％的区域内使用氮气作为顶吹气体，将其流量、喷枪离钢熔池面的高度作种种改变。结果，由于前述的改变，铬的氧化烧损量发生了变化。由于供给的气体流量设为一定，所以仅采用变更喷枪高度，而Pco(CO分压)大致不变化。但是此时在喷枪高度下降时Cr的氧化烧损量减低，根据这一事实，本发明人发现，所说的使用顶吹气体的脱碳效果不是通过Pco的降低而造成的，而认为是通过顶吹气体的搅拌能量造成的。
图7示出了使用顶底吹转炉实施本发明含Cr钢水脱碳精炼方法的状况。图中示出了因来自顶吹喷枪1的惰性气体6的吹炼，精炼容器4内的钢水3的熔池面变凹，在其近旁渣2-金属3的流动变为朝下的方向。另外5是底吹气体用的风口。此处L是上述(5)式中所示的钢熔地表面因惰性气体喷吹造成的钢熔地表面下凹处的深度，Lo是精炼容器中的钢水深度。
本发明人发现，当该Lo和L存在下列(6)式的关系时，Cr的氧化烧损降低
    L/Lo≥0.2          ···(6)
图8示出了将每炉110吨SUS304钢水用顶底吹转炉进行十几个炉次吹炼时，L/Lo和Cr氧化烧损量(kg/t)的关系，如由图8也可看出的那样，可知在L/Lo=0.2时Cr的氧化烧损急剧降低。
此外钢熔池表面下凹处的深度L(mm)除按上述(5)式确定之外，也可经实测求出。
如上所述，本发明将：在通过将氧气喷吹到盛在精炼容器内的含Cr钢水的熔池表面和熔地表面之下对含Cr钢水进行脱碳的过程中，在含Cr钢水中的[C]浓度在1％(重量)以下，0.05％(重量)以上的区域时，向钢熔地表面仅喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体这样的方法的基础上，在此将流量为向钢熔池表面之下吹入的气体流量0.7倍以上的惰性气体喷吹到钢熔池表面的方法，把因向钢熔池表面喷吹惰性气体造成的钢熔池表面下凹深度(L(mm)和因向钢熔池表面之下吹入气体造成的钢熔池隆起高度ΔH(mm)的关系定为L/ΔH≥0.05的方法，把钢熔池表面下凹的深度L(mm)和钢熔池深度Lo(mm)的关系定为L/Lo≥0.2的方法适宜组合，借此可同时抑制钢水温度的上升和Cr的氧化烧损。
此外也可将：通过将氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体喷吹到盛在精炼熔器内的含Cr钢水的熔池表面和熔池表面之下而对含Cr钢水进行脱碳精炼的工序，和在含Cr钢水中的[C]浓度于1％(重量)以下0.05％(重量)以上的区域时，向熔池表面仅喷吹惰性气体而向熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体的工序在同一精熔容器内进行，另外也可移到别的精炼容器内进行。
例如可将顶底吹转炉、底吹转炉、AOD炉和VOD炉适当地组合使用。
除上述以外，本发明出于减低脱碳精炼初期Cr的氧化烧损这一目的，也可在脱碳精炼初期将碳素源添加到脱碳炉内。因为这种碳素源的添加与补充钢水中碳含量不足的增碳不同，所以，例如，就熔化废钢的钢水的含碳量而言，在精炼开始时向不饱和钢水中加碳时，最好此添加量超出其必要增碳量。此外也可将碳素源添加到钢水中，也可添加到钢水上面。另外，本发明中所说的脱碳精炼初期，指的是含Cr钢水中碳浓度在1％以上时的精炼工序。
在上述含Cr钢水的脱碳精炼方法中，碳素源的添加是由脱碳精炼开始到钢水温度达1500℃之间，按照使钢水中的碳保持碳饱和浓度而进行添加为佳，按照条件，这种加碳也可在脱碳精炼开始时投入，或者在脱碳精炼开始以后顺序间歇地或连续地按时间系列投入也可。
进行脱碳精炼使含Cr钢水中的碳浓度达到1％以上，然后一边继续进行连续底吹，一边仅用惰性气体作为顶吹气体，以在全区域或一部份区域的钢水表面呈强搅拌的方式对其进行吹炼，如果附以脱碳至极低含碳区域的技术，则通过钢水表面的渣-金属反应可促进渣中Cr氧化物的还原，可抑制温度的上升。
实施例1
使用具有表1所示装料量和化学组成的不锈钢初炼钢水进行试运行。实施例1中将表1所示装料量的钢水和造渣材料装入顶底吹转炉，顶吹气体使用离钢熔池表面3.0m高度的喷枪，底吹气体由设置在炉底的喷管吹入。在吹炼中，钢中[C]浓度经历1.0％,0.25％及停吹时(还原之前)三点，使用浸入副枪测定钢水温度和钢水[C]，以及[Cr]浓度。另外，停吹后向钢水中投入硅铁(含硅量：75％(重量))，照通常那样进行还原。
将本发明喷吹气体的模式(吹炼时期使用气体的种类和流量的变化)与现有技术方法1的比较示于表2。如表2所表示的那样，本发明方法1向钢熔池表面吹氧至钢水中[C]浓度为0.6％，然后停止顶吹氧气，然后顶吹相对底吹气体(氧气和氮气的合计量)为约0.71倍流量的惰性气体氮。另一方面，现有技术方法1不采用该气体流量比。停吹后的硅铁使用量，现有技术方法1为21.70kg/t，本发明方法1为13.60kg/t，达到了还原剂单耗的减少。另外还原后的化学成分示于上述表1。
精炼效果如表3所示，本发明方法1与现有技术方法1相比较，可同时达到防止钢水温度上升和抑制Cr的氧化烧损。
                                          表1
钢水量(吨)     化学成分(重量％)
    C     Si    Mn     P     S     Cr     Ni
精炼前 现有技术方法1  105   5.6     -   1.02   0.033   0.016   17.32   7.88
本发明方法1  103   5.9     -   1.04   0.031   0.018   17.31   7.63
精炼后 现有技术方法1 - 0.055 0.22 1.10 0.036 0.003 18.35 8.32
本发明方法1   -   0.058   0.26   1.11   0.033   0.003   18.39   8.11
                                              表2
    钢水[C](％)  ～1.0～      0.60～     0.45  还原期
现有技术方法1     顶吹R体(Nm3/分)  O2   200   66   0  0     0
 N2    0   0   0  0     0
    底吹气体(Nm3/分) O2    70   67   33  33     0
 N2    18   31   77  77     70
本发明方法1     顶吹气体(Nm3/分)  O2    200   66   0  0     0
 N2     0   0   70  80     0
底吹气体(Nm3/分) O2 78 67 67 33 0
 N2    18   31   31  77     70
                                          表3
埋入式喷管   第一点(C:1.0％)    第二点(C:0.25％)  第三点(停吹)  停吹目标
现有技术方法1   钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t)     0.98167916.8714.8     0.22173816.1022.5   0.055176815.2131.4   0.055172516.35以上20.0以下
本发明方法1   钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t)     0.90167717.2511.0     0.26171516.9714.2   0.058173016.6817.1   0.055172516.39以上20.0以下
合适的温度范围为目标温度±5℃实施例2
使用表4所示的装料量和化学组成试进行本发明的脱碳精炼。此时，还进行对应于在本发明的适用领域的现有技术的方法进行操作，但两者的操作条件总括地示于表5。此外各情况下的L/ΔH也示于表5。
这些试运行使用底吹转炉作精炼容器，将底吹气体由设置在炉底的喷管吹入。并且在吹炼中，钢中的[C]浓度经历1.0％、0.25％时刻和停吹时刻(还原之前)三个点，使用浸入式副枪测定钢水温度和钢水[C]，以及[Cr]浓度，使用这些测定值评价操作效果。
将本发明方法2吹入气体的模式与现有技术方法2所作的比较示于表6。根据表6，本发明方法2和现有技术方法2均由钢中碳降低到1.0％(重量)的时刻起，以相对于底吹气体流量0.32倍的流量向钢熔池表面顶吹氮气。此时的L/ΔH与现有技术方法2的0.04相对照，本发明方法2为1.58-1.59。
结果，还原用硅铁的单耗与现有技术方法2的12.1kg/t相对照，本发明方法2变为5.2kg/t的低值。将还原后的钢水化学成分和精炼效果示于表7。可知本发明方法2也与其它实施例同样，具有防止钢水温度上升，抑制Cr氧化烧损的效果。
                                                   表4
装料量(吨)         化学成分(重量％)
   C    Si   Mn    P    S    Cr    Ni
精炼前   现有技术方法2  110   5.5    -   0.95  0.030   0.018  16.18   5.50
  本发明方法2  110   5.6    -   0.96  0.029   0.019  16.00   5.10
精炼后   现有技术方法2 - 0.061 0.61 1.11 0.034 0.003 18.15 8.21
  本发明方法2   -   0.051   0.62   1.13  0.032   0.003  18.10   8.25
                                        表5
    项目      现有技术方法2     本发明方法2
    精炼容器        底吹转炉(顶吹仅惰性气体)          底软转炉(顶吹仅惰性气体)
装料量(吨)         110            110
顶吹喷枪 高度(mm)         3,500           2,000
孔数          9             3
 孔径的平均值(mm)          15             15
底吹风口数          10             10
QT(Nm3/分)           80             80
      QB(Nm3/分)    O2  125     83   41   125   83     41
 N2+Ar  125     167   210   125   167     210
         L(mm)             12.4           471.2
         ΔH(mm)   296.8   296.8   297.6   296.8   296.8    297.61.58
         L/ΔH   0.04   0.04   0.04   1.59   1.59
                                         表6
    钢水[C](％)   ～1.0        0.60～    0.45～  还原期
现有法技术2   顶吹气体(Nm3/分)  O2     0     0    0    0     0
 N2     0    80   80   80     0
   底吹气体(Nm3/分)  O2   200   125   83   41     0
 N2    50   125  167  210   250
本发明方法2    顶吹气体(Nm3/分)  O2     0     0    0    0     0
 N2     0    80   80   80     0
底吹气体(Nm3/分) O2 200 125 83 41 0
 N2    50   125  167  210   250
                                             表7
埋入式喷管   第一点(C:1.0％)     第二点(C:0.25％)   第三点(停吹)   停吹目标
现有技术方法2   钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t)     0.95167017.417.4     0.23176016.5316.2   0.061177016.0521.0    0.055170017.05以上11以下
本发明方法2 钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t) 0.98172517.357.5 0.26172117.218.9 0.051169817.258.5 0.055170017.00以上11以下
注：合适的钢水温度范围为目标温度±5℃实施例3
将SUS430钢水装入顶底吹转炉进行脱碳精炼后，不经用Fe-Si等还原便出钢到盛钢桶内，将该盛钢桶放入真空室中，在真空度为133.3Pa(1torr)以下实施真空脱碳精炼。此时的处理前成分示于表8，并将本发明方法的精炼条件与现有技术方法的比较示于表9。此外将在顶底吹转炉内生成的渣全部(约40kg/t)移至盛钢桶内。此时渣中的Cr2O3，无论现有技术方法和本发明方法所产生的均为约45％。将本发明方法3喷吹气体的模式与现有技术方法的比较示于表10，本发明方法3不实施供氧，在处理开始的同时仅向钢熔池表面顶吹氮气5分钟，搅拌渣和钢水。现有技术方法3也以同样的条件实施。顶吹氮气流量相对底吹氩气流量之比，在本发明方法3为0.66，而现有技术方法3为0.55，而L/ΔH对于本发明方法3为0.14，而现有技术方法3则为1.4×10-5。
结果如表11所示的那样，在现有技术方法3中，因为停止顶吹氮气之后，脱碳按目标值进行，所以钢水温度也降低。在此后吹氧气进行脱碳，用冷料对钢水温度进行调整，但Cr的氧化烧损增大，还原用的硅铁的单耗也变成15.2kg/t的高值。另一方面，本发明方法3仅用顶吹氮气进行脱碳，所以目标钢水[C]的范围适中，并且还可使钢水温度降低。结果还原用的硅铁的单耗也减至5.5kgt，为现有技术方法6的约1/3。
还原后的钢水化学成分示于表8。
                                              表8
  装料量(吨)     化学成分(wt％)
   C    Si    Mn    P     S    Cr    Ni
精炼前 现有技术方法3     61   0.20    -   0.58   0.030   0.025   15.80    -
本发明方法3     60   0.21    -   0.57   0.029   0.022   15.85    -
精炼后 现有技术方法3 - 0.062 0.21 0.59 0.030 0.002 16.31 -
本发明方法3     -   0.060   0.22   0.60   0.030   0.003   16.29    -
                                              表9
    项目     现有技术方法3     本发明方法3
    精炼容器     底吹转炉(顶吹仅惰性气体)      底吹转炉(顶吹仅惰性气体)
装料量(吨)      61      60
顶吹喷枪 高度(mm)      800      600
孔数      4      1
孔径的平均值(mm)      10      12.5
底吹风口数      3      3
QT(Nm3/分)      0.5      0.6
 QB(Nm3/分)     O2      0      0
  N2+Ar      0.9      0.9
       L(mm)    3.2×10-4      3.2
      ΔH(mm)      23.3      23.3
       L/ΔH    1.4×10-5      0.14
                                                   表10
由处理开始5分钟           10分钟           15分钟 还原期
现有技术方法3  顶吹气体(Nm3/分) O2  0  20  0  0  0  0  0
 N2  0.5  0  0  0  0  0  0
 底吹气体(Nm3/分)  O2  0  0  0  0  0  0  0
 N2  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9
本发明方法3  顶吹气体(Nm3/分)  O2  0  0  0  0  0  0  0
 N2  0.6  0  0  0  0  0  0
 底吹气体(Nm3/分)  O2  0  0  0  0  0  0  0
 N2  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9  0.9
                                                    表11
浸入式喷管   第一点(处理开始前)   第二点(处理开始5分钟后)  第三点(还原前) 停吹目标
现有技术方法3 钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t)     0.20167814.6616.5     0.15167014.8015.1   0.062163013.5028.1    0.055162016.20以上15.0以下
本发明方法3 钢水[C](％)钢水温度(℃)钢水[Cr](％)Cr烧损(kg/t)     0.21168014.8314.6     0.060166515.2610.3   0.056162115.2710.2   0.55162016.20以上15.0以下
注：合适的钢水温度范围为目标温度±5℃
实施例4
在5吨试验转炉上设置精炼气体的顶底吹机构，实施本发明的含Cr钢水的脱碳精炼方法。
首先，对钢水用顶底吹氧气精炼，将碳浓度降至1.0％(重量)，由此时刻起用本发明的方法替换。其操作条件如表12所示。
本实施例仅在[C]浓度=0.1-0.3％和0.5-1.0％两个区域中分别使钢熔池面中央部下凹的深度达到L/L。在0.2以上，除底吹气体之外，向钢熔池面上喷吹氮气。在其它含碳区域内吹入表12所示的底吹气体。结果如表13所示，与现有技术相比，Cr的氧化烧损平均可降低4.95kg/t。此处所说的现有技术的脱碳精炼方法是在该碳浓度区域内不顶吹氮气的。
另外通过氮气喷吹使温度降低，由于其下降量与喷吹时间成比例，所以若按钢水温度决定喷吹的时期和时间，则可以一边调整到目标温度一边脱碳精炼，以达到降低Cr的氧化烧损。此外，本实施例中最终的钢水中碳浓度为0.1％(重量)。
实施例5
该实验与实施例4的相同，在5t试验转炉中进行。实验条件也与上述表12所示的相同。
图9示出了脱碳精炼初期的焦炭添加量和由脱碳精炼开始到[C]浓度达到1％时的Cr氧化烧损量的关系。可知随着焦炭添加量的增加，Cr氧化烧损量变少。
                                              表12
实施条件
反应容器 5t试验转炉
钢水重量 4.5t
铬浓度范围 [Cr]浓度=15-16.5％
顶吹时碳浓度 [Cr]浓度=0.1-0.2％
顶吹氮开始温度 1953-2103K
顶吹气体 N2
顶吹气体流量 1.3-2.5Nm3/t/分
顶吹喷枪高度 2.5-3.3m
底吹气体 O2,N2,Ar
底吹气体流量 0.7-1.1Nm3/t/分
                                             表13
      本发明方法 现有技术方法
顶吹氮时钢水中[C％]区域   0.3-0.1   1.0-0.5       不顶吹氮
底吹送氧(Nm3/t)     3.2     4.5     3.3     4.3
设定(L/Lo)     0.5     0.2     0     0
钢水的温度变化(℃)     -35     -12     1     10
 Cr的氧化烧损     5     7     11     13
另外在图10中示出了在同样的实验条件下，脱碳精炼初期中的焦炭添加量和[C]浓度=1％时的钢水温度，投入焦炭量和[C]浓度=1％时的钢水温度。通过焦炭添加量的增加造成的到达[C]浓度=1％的碳氧化反应量增加使钢水温度变高。为使该温度达到正确温度如1680-1720℃，可按操作条件决定添加碳素源。
以上通过初期Cr烧损减低、[C]浓度=1％时的钢水温度上升而使在整个吹炼中使脱碳效率上升，Cr的氧化烧损降低。结果可使停吹后还原用的Si的单耗降低，削减了精炼费用。因为图10示出了此例子，所以示出了在5吨实验转炉中的停吹碳浓度和还原用Si的单耗的关系。
如上所述，本发明在含铬钢水的脱碳精炼中，于过去Cr氧化烧损增加、温度急剧上升的[C]浓度为1.0-0.1％的区域内，由顶吹喷枪将惰性气体喷吹到钢液面上，借此强化渣-金属的搅拌，将已生成的，上浮中的氧化铬和渣吹入钢水中，促进渣中Cr2O3因钢水中的碳而进行的还原反应，在此区域中可减低Cr的氧化烧损。
此外，由于上述还原反应是吸热反应，所以，因能抑制此期间的温度上升，使耐火材料的熔损减少，另外也有使吹炼初期开始的早期升热成为可能的效果。
另外在脱碳精炼初期将碳素源对金属液以达到过饱和的方式添加，所以在脱碳精炼初期，Cr氧化烧损后所产生的于渣中的Cr2O3因被C还原而减低了Cr的氧化烧损。此外通过为到达特定碳浓度时的脱碳量的增加，使钢水的温度上升成为可能。因这两点原因，使含Cr钢水脱碳精炼中Cr的氧化烧损减少。

Claims (7)

1．一种含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，
在通过将氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体喷吹到盛在精炼容器内的含Cr钢水熔池表面和熔池表面之下，对含Cr钢进行脱碳精炼的过程中，
在含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下、0.05％(重量)以上范围的一部分期间或全部期间中，通过向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，搅拌渣和钢水，使渣中的Cr2O3和钢水中的[C]积极地产生下述(1)式的反应。
              ···(1)
2．权利要求1所述的含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，在含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上范围的一部分期间或全部期间中，将吹入钢熔池表面之下的气体流量0.7倍以上的惰性气体喷吹到钢熔池表面。
3．权利要求1或2所述的含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，在钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下、0.05％(重量)以上范围的一部份期间或全部期间，将因向钢熔池表面喷吹惰性气体而造成的钢熔池表面下凹深度L(mm)，和因向钢熔池表面之下吹入气体而造成的钢熔池隆起高度ΔH(mm)的关系按照下述(2)式进行控制。
    L/ΔH≥0.05   ···(2)
4．权利要求1或2所述的含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，在对钢水和渣进行搅拌的真空精炼中，在钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下、0.05％(重量)以上范围的一部分期间或全部期间，将因向钢熔池表面喷吹惰性气体而造成的钢熔池表面下凹深度L(mm)，和因向钢熔池表面之下吹入气体造成的钢熔池隆起高度ΔH(mm)的关系按照下述(3)式进行控制。
    L/ΔH≥0.005    ···(3)
5．权利要求1或2所述的含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，在钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下，0.05％(重量)以上范围的一部分期间或全部期间中，为使钢熔池表面下凹深度L(mm)和钢熔池深度Lo(mmn)的关系满足下述(4)式，向钢熔池表面喷吹惰性气体。
    L/Lo≥0.2    ···(4)
6．一种含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，
在通过将氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体喷吹到盛在精炼容器内的含Cr钢水的熔池表面和熔池表面之下，对含Cr钢水进行脱碳精炼的过程中，
在含Cr钢水中的碳浓度超过1重量％的脱碳精炼初期向精炼容器内添加碳源，通过向含Cr钢水的钢熔池表面和熔池表面之下吹氧对含Cr钢进行脱碳精炼，接着在含Cr钢水中的[C]浓度处于1％(重量)以下、0.05％(重量)以上范围的一部份期间或全部期间中，通过向钢熔池表面仅喷吹惰性气体，向钢熔池表面之下吹入氧气、惰性气体或氧气和惰性气体的混合气体，以搅拌渣和钢水，使渣中的Cr2O3和钢水中的[C]积极地产生下述(1)式的反应。
      ···(1)
7．权利要求6所述的含Cr钢水的脱碳精炼方法，其特征在于，由脱碳精炼开始到钢水温度达1500℃之间，添加碳素源以使钢中的碳维持于碳的饱和浓度。
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