JP3225327B2 - 含クロム溶鋼の減圧脱炭処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は含クロム溶鋼の脱炭精錬
において、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化を抑え、効率よく、
高速で脱炭を行い、かつ極低炭素濃度まで脱炭を行う含
クロム溶鋼の減圧脱炭処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼のごとき１１ｍａｓｓ％以
上のクロムを含むような含クロム溶鋼の脱炭法として
は、浴面下より酸素ガスまたは酸素ガス（以下、単に酸
素という）と不活性ガスの混合ガスを吹込むＡＯＤ法が
広く用いられている。ＡＯＤ法では、脱炭が進行して溶
鋼中の［Ｃ］濃度が低下してくると［Ｃｒ］が酸化され
やすくなることから、［Ｃ］濃度の低下にともなって吹
込みガス中のＡｒガスなどの不活性ガスの比率を高く
し、酸素の比率を低くして［Ｃｒ］の酸化を抑える方法
がとられている。しかし、低［Ｃ］濃度域では脱炭速度
が低下するために所望の［Ｃ］濃度に到達するのに長時
間を要し、かつ吹込みガス中の不活性ガスの比率を高く
するために不活性ガスの消費量が大幅に増大することか
ら、経済的にも不利になる。

【０００３】このような低［Ｃ］濃度域における脱炭を
促進する方法として、真空精錬法の利用が挙げられる。
例えば、特公昭６０−１００８７号公報には、高クロム
・ステンレス鋼を０．０３ｍａｓｓ％以下の低［Ｃ］濃
度まで脱炭するために、大気圧下での酸素による脱炭を
［Ｃ］＝０．２〜０．４ｍａｓｓ％まで行い、その後は
非酸化性ガスによる攪拌は続けるが酸素吹込みは停止
し、鋼浴上の圧力を約１０Ｔｏｒｒまで連続的に低下さ
せ、ボイリングを起こさせることによって所望の脱炭を
行う方法が記載されている。

【０００４】該方法は比較的高［Ｃ］濃度より酸素の供
給を止めるために［Ｃｒ］の酸化による損失は少なくな
るが、急激な真空精錬の適用によりＣＯガスを大量に発
生して爆発の危険を招く。このために真空吸引をゆるや
かにすれば危険はなくなるが、経過時間が長くなって溶
鋼温度が低下し、かつ反応が遅くなる。また、圧力を１
０Ｔｏｒｒ以下の高真空にすれば、溶鋼のスプラッシュ
が激しくなり、合金材料投入用ホッパーの閉塞などの問
題が生じる。

【０００５】これらの問題点を解決する方法が、特開平
３−６８７１３号公報および特開平４−２５４５０９号
公報に記載されている。これらに記載されている含クロ
ム溶鋼の精錬方法は、［Ｃ］濃度０．２〜０．０５ｍａ
ｓｓ％までは吹込みガスとして非酸化性ガスと酸素の混
合ガスを使用し、［Ｃ］濃度がこの範囲内に低下した後
は、２００〜１５Ｔｏｒｒに減圧し、かつ吹込みガスと
して非酸化性ガスのみを使用するものである。

【０００６】該方法は、比較的低［Ｃ］濃度まで大気圧
下で精錬を行うために［Ｃｒ］の酸化損失が大きく、ま
た真空下での脱炭は不活性ガスのみを用いることで［Ｃ
ｒ］の酸化は抑えられるが、脱炭の酸素源は溶鋼中の
［Ｏ］あるいはスラグ中の酸素となり、特にスラグが固
化した場合には酸素の供給速度が遅くなるために脱炭速
度の低下を招き、効率的な脱炭精錬法とは言えない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、真空精錬を
用いる含クロム溶鋼の脱炭精錬において、真空精錬を開
始する［Ｃ］濃度、スラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度、真空
精錬時の真空度および真空精錬時に吹込むガスの種類を
好適な範囲に維持することにより、溶鋼中の［Ｃｒ］の
酸化を抑え、効率よく高速で脱炭を行い、併せて還元用
Ｓｉ原単位の低減、精錬時間の短縮および極低炭素濃度
鋼の精錬を可能にするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を有
利に解決したものであり、その要旨とするところは．下
記のとおりである。 （１） 同一精錬容器内で吹込みガスを供給しながら大
気圧下での脱炭処理後真空下での脱炭処理を行う含クロ
ム溶鋼の精錬方法において、真空下での脱炭処理の開始
は溶鋼中の［Ｃ］濃度が０．５ｍａｓｓ％以下、かつス
ラグ中の（Ｃｒ ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａｓｓ％以下の条
件とし、真空度は２００Ｔｏｒｒ以下とし、吹込みガス
としては［Ｃ］濃度０．１ｍａｓｓ％までは酸素ガスま
たは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、［Ｃ］
濃度がこの値以下に低下した後は吹込みガスとして不活
性ガスのみを供給することを特徴とする含クロム溶鋼の
減圧脱炭処理方法。

【０００９】（２） 溶鋼中の［Ｃ］濃度が０．５ｍａ
ｓｓ％以下、かつスラグ中の（Ｃｒ ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０
ｍａｓｓ％以下の条件で、精錬容器内を２００Ｔｏｒｒ
以下に減圧し、吹込みガス流量を溶鋼１トン当り０．１
Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ以上として吹込みガスを供給しなが
ら脱炭することを特徴とする前項１記載の含クロム溶鋼
の減圧脱炭処理方法。

【００１０】以下本発明について詳細に説明する。本発
明の含クロム溶鋼の脱炭精錬は［Ｃ］濃度が０．５ｍａ
ｓｓ％以下の範囲において、図１に例示するような製錬
容器を用いる精錬方法である。精錬容器１内で含クロム
溶鋼４中に底吹き羽口２を通して精錬ガス５を吹込む。
また、精錬容器１は脱着可能な排気フード３を有してお
り、２００Ｔｏｒｒ以下の減圧が可能である。

【００１１】本発明は真空精錬を用いる含クロム溶鋼の
脱炭精錬において、比較的高［Ｃ］濃度の０．５ｍａｓ
ｓ％以下で真空度２００Ｔｏｒｒ以下であれば、吹込み
ガスとして酸素または酸素と不活性ガスの混合ガスを用
いることで、溶鋼中［Ｃｒ］の酸化を抑え、脱炭速度を
高位に保つことが可能であり、かつスラグ中（Ｃｒ₂Ｏ
₃ ）濃度を３０ｍａｓｓ％以下とすれば、さらに脱炭が
促進されることに着目したものである。

【００１２】図２にＳＵＳ３０４ステンレス鋼を処理し
た場合の大気圧下精錬における［Ｃ］濃度と脱炭酸素効
率の関係を示す。なお、脱炭酸素効率は吹込み酸素のう
ちで脱炭に使用された酸素の割合を示す。また、吹錬前
の［Ｓｉ］濃度は０．１ｍａｓｓ％以下であり、吹込み
ガスとして酸素とＡｒガスを用い、Ｏ₂ ／Ａｒ比＝４／
１で吹錬を行った場合の結果である。図２より［Ｃ］濃
度０．５ｍａｓｓ％以下で脱炭酸素効率が急激に低下す
ることが分かる。従って、［Ｃ］濃度０．５ｍａｓｓ％
以下で真空精錬を適用すれば脱炭酸素効率の低下を防止
することが可能となる。

【００１３】図３にＳＵＳ３０４ステンレス鋼を真空度
１００〜２００Ｔｏｒｒ、吹込みガスとしてＡｒのみを
０．２Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ吹込み、脱炭処理した場合の
［Ｃ］濃度０．１〜０．４ｍａｓｓ％におけるスラグ中
（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度と脱炭速度指数の関係を示す。な
お、脱炭速度指数は（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度３０ｍａｓｓ％
での平均脱炭速度を１００として換算した値である。図
３より（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度３０ｍａｓｓ％以下で脱炭速
度は高位に安定することが分かる。

【００１４】図４にＳＵＳ３０４ステンレス鋼をＯ₂ ／
Ａｒガス比率＝１／１で処理した場合の［Ｃ］濃度０．
２〜０．５ｍａｓｓ％における真空度と脱炭酸素効率の
関係について示す。なお、この時のスラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ
₃ ）濃度は１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲にあった。図４
より真空度２００Ｔｏｒｒ以下で脱炭酸素効率は高位に
安定することが分かる。

【００１５】従って、真空精錬で適用する真空度は２０
０Ｔｏｒｒ以下とすることが必要である。なお、急激な
真空度の上昇は溶鋼スプラッシュを大量に発生させるた
めに、真空精錬では［Ｃ］濃度の低下にともない２００
Ｔｏｒｒから徐々に低下させることが好ましい。図５に
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼を１００〜２００Ｔｏｒｒの
真空下で処理した場合の［Ｃ］濃度と脱炭酸素効率の関
係について、吹込みガスのＯ₂ ／Ａｒ比率を１／１、１
／４の２水準でふらした結果を示す。なお、全吹込みガ
ス流量は０．３Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔであり、スラグ中
（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度は１５〜２５ｍａｓｓ％の範囲にあ
った。図５より吹込みガスとして酸素を混合する場合に
は［Ｃ］濃度０．１ｍａｓｓ％以下で急激に脱炭酸素効
率が低下することが分かる。従って、［Ｃ］濃度０．１
ｍａｓｓ％以下では吹込みガスとして不活性ガスを用い
た方が効率的な脱炭が可能となる。

【００１６】図６にＳＵＳ３０４ステンレス鋼をスラグ
中（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度１５〜２５ｍａｓｓ％で、かつ１
００〜２００Ｔｏｒｒの真空下でＡｒガスのみを吹込ん
で処理した場合の［Ｃ］濃度０．０５〜０．１５ｍａｓ
ｓ％の範囲における吹込みガス流量と脱炭速度指数の関
係を示す。なお、脱炭速度指数はガス流量０．２Ｎｍ ³
／ｍｉｎ・Ｔでの脱炭速度の平均値を１００として換算
した値である。図６よりガス流量０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ
・Ｔ以下では急激に脱炭速度が低下することが分かる。
従って、高速で脱炭を行うには吹込みガス流量として
０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ以上が必要である。

【００１７】以上より、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化を抑
え、効率よく高速で含クロム溶鋼の脱炭を行うには
［Ｃ］濃度０．５ｍａｓｓ％以下、スラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ
₃ ）濃度３０ｍａｓｓ％以下で真空精錬を適用し、真空
度２００Ｔｏｒｒ以下に減圧して、吹込みガスとして酸
素または酸素と不活性ガスの混合ガスを０．１Ｎｍ³ ／
ｍｉｎ・Ｔ以上吹込む必要があるが分かる。また、
［Ｃ］濃度０．１ｍａｓｓ％以下では不活性ガスのみを
用いることで効率的な脱炭が可能である。

【００１８】操業においては粗溶鋼の装入時の溶鋼組成
および溶鋼温度を把握し、真空精錬を開始する時期を予
測する。その後大気圧精錬の終了前にサンプリング等に
より、［Ｃ］濃度、（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度および溶鋼温度
を把握する。スラグ中（Ｃｒ ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａｓ
ｓ％を超える場合にはＣａＯ、ＣａＦ₂ 、 Ａｌ₂ Ｏ₃ 等
のフラックスを添加して３０ｍａｓｓ％以下を確保する
ようにする。また、真空精錬中は炉内状況を把握して、
ガス吹込み条件および真空度の条件を決定することが可
能である。該操業方法により、溶鋼のスプラッシュの大
量発生は防止可能であり、安定した高速吹錬操業が可能
である。脱炭精錬終了後は雰囲気を大気圧に戻しなが
ら、（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）中のＣｒを回収するための還元材を
添加して、還元精錬を行った後に取鍋への出鋼を行う。

【００１９】

【作用】含クロム溶鋼の脱炭精錬では、吹込まれた酸素
は下記式で示される脱炭反応と同時に式で示される
溶鋼中［Ｃｒ］の酸化反応にも使用される。なお、式
の反応平衡定数Ｋは式で表示される。また式で生成
した（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）は条件によっては脱炭反応に作用
し、式の反応が進行する。

【００２０】 ［Ｃ］＋［Ｏ］＝ＣＯ（ｇ） … Ｋ＝Ｐ_CO／（ａ_C ・ａ_O） … ２［Ｃｒ］＋３［Ｏ］＝（Ｃｒ₂Ｏ₃） … （Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）＋３［Ｃ］＝３ＣＯ（ｇ） … ここで、ａ_C 、ａ_O は溶鋼中［Ｃ］、［Ｃｒ］の活量を
示し、Ｐ_COは雰囲気中のＣＯ分圧を示す。

【００２１】脱炭反応は［Ｃ］濃度によって律速過程が
変化する。［Ｃ］濃度０．７ｍａｓｓ％以上の高炭域で
は酸素供給律速、［Ｃ］濃度０．３ｍａｓｓ％以下の低
炭域では［Ｃ］の移動律速と言われ、［Ｃ］濃度０．３
〜０．７ｍａｓｓ％の領域では混合律速と言われてい
る。従って、［Ｃ］濃度０．７ｍａｓｓ％以上で真空精
錬を適用しても効果が少ない。本発明では［Ｃ］濃度
０．５ｍａｓｓ％以下で適用することが効果的な条件で
あることを見出した。低［Ｃ］濃度側では酸素の供給速
度が遅くなるために、式の（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）による脱炭
が進行しやすくなる。式の反応はスラグの状態に影響
を受け、スラグが固体化した状態では脱炭反応は殆ど進
行しない。スラグによる脱炭は（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度を３
０ｍａｓｓ％以下として、スラグを液体化あるいは半溶
融状態にすることで促進できることを見出した。

【００２２】さらに低［Ｃ］濃度側で脱炭を促進するに
は、式よりａ_O を増大させ、Ｐ _COを低下させること
が有効である。非酸化性ガスのみでは酸素の供給が遅れ
るためにａ_O が小さくなると考えられ、非酸化性ガスに
酸素を混合する方が有効であることを見出した。また、
酸素は［Ｃ］濃度０．１ｍａｓｓ％以下での供給は却っ
て式の反応を進行させるために、この濃度以下では不
活性ガスのみの供給が有効である。なお、真空度として
は図４に示したように、２００Ｔｏｒｒ以下で効果的で
あり、［Ｃ］濃度の低下にともない真空度を低下させる
ことが好ましいことがわかった。

【００２３】

【実施例】ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（８ｍａｓｓ％Ｎ
ｉ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ）６０ｔｏｎの処理を図１に示
す実施態様で実施した。図７に本発明による実施例−１
を示す。脱炭開始時の［Ｃ］濃度は１．５ｍａｓｓ％で
あり、［Ｃ］濃度０．５ｍａｓｓ％までは大気圧下での
脱炭を行い、その後真空精錬を適用した。真空精錬中Ｏ
₂ ／Ａｒガスの比率は１／１から１／４、０／１に、真
空度は２００Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒ、５０Ｔｏｒ
ｒまで低下させて、［Ｃ］０．０４ｍａｓｓ％まで脱炭
した。その後、真空度を大気圧まで戻しながら、脱炭中
に酸化したクロムを還元するための還元材としてＦｅ−
Ｓｉを添加して、Ａｒガスのみの吹込みにより還元処理
を行い、取鍋へ出鋼した。

【００２４】図８には本発明による実施例−２を示す。
［Ｃ］濃度０．５ｍａｓｓ％までは実施例−１と同一の
処理を行った。［Ｃ］濃度０．５ｍａｓｓ％の時点でス
ラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａｓｓ％を超えてい
たためにフラックスを添加して、（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度を
２８ｍａｓｓ％まで低下させた。その後、［Ｃ］濃度
０．５ｍａｓｓ％以下で真空精錬を適用し、［Ｃ］濃度
の低下にともないＯ₂ ／Ａｒ比は１／１、１／４、０／
１、真空度は２００、１００、５０Ｔｏｒｒと低下させ
た。還元処理は実施例−１と同一の方法で行った。

【００２５】図９には、スラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度が
本発明の条件を外れる比較例−１を示す。［Ｃ］濃度
０．５ｍａｓｓ％までは図８の本発明の実施例−２と同
一であったが、スラグ中（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａ
ｓｓ％を超えていたにもかかわらず、そのまま真空精錬
に移った。真空精錬の精錬パターンおよび還元処理のパ
ターンは図８と同一の方法で行った。

【００２６】図１０には従来法として示されている特開
平３−６８７１３号公報に従った実施例（比較例−２）
を示す。本方法では［Ｃ］濃度０．１５ｍａｓｓ％まで
は大気圧下で精錬し、［Ｃ］濃度０．１５ｍａｓｓ％以
下で真空度１００Ｔｏｒｒの条件で、Ａｒガス吹込みで
０．０４ｍａｓｓ％までの脱炭処理を行い、その後大気
圧下での還元処理を行い、取鍋に出鋼した。

【００２７】なお、各実施例では大気圧下処理では全ガ
ス吹込み流量を１．０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔとし、真空下
処理では酸素吹込み流量を０．３Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ以
下、Ａｒガス吹込み流量を０．３Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ以
下として処理を実施した。図７、８、９、１０には各実
施例における精錬時間、［Ｃ］および［Ｃｒ］濃度の推
移も示しているが、従来法に比べ本発明の方が全精錬時
間が短くなり、かつ［Ｃｒ］濃度の低下量も小さくなっ
た。これらの精錬結果をまとめて表１に示す。なお、表
１の値は比較例−２による結果を１００としたときの指
数で示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明によると含クロム溶鋼の脱炭精錬
において、脱炭酸素効率が向上するために同一酸素供給
量で脱炭速度の向上がはかれる。また、還元用Ｓｉ原単
位の低減とともに、精錬時間が短縮できるために、大幅
な精錬コストの低減および生産性の向上がはかれる。

【００３０】さらに、真空処理を用いるのでＡｒガスの
代替としての窒素ガスの使用の拡大および、例えば
［Ｃ］濃度０．０１ｍａｓｓ％以下の極低炭素域までの
精錬が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の精錬容器を示す図であ
る。

【図２】本発明における真空精錬開始時の［Ｃ］濃度の
限定理由を示す図である。

【図３】本発明における真空精錬開始時のスラグ中（Ｃ
ｒ₂ Ｏ₃ ）濃度の限定理由を示す図である。

【図４】本発明における真空精錬時の真空度の限定理由
を示す図である。

【図５】本発明における真空精錬時の酸素吹込み下限の
［Ｃ］濃度の限定理由を示す図である。

【図６】本発明における真空精錬時の吹込みガス流量の
限定理由を示す図である。

【図７】本発明の実施例−１の精錬パターンを示す図で
ある。

【図８】本発明の実施例−２の精錬パターンを示す図で
ある。

【図９】本発明の条件から外れる比較例−１の精錬パタ
ーンを示す図である。

【図１０】従来法による実施例（比較例−２）の精錬パ
ターンを示す図である。

【符号の説明】

１…精錬容器 ２…底吹き羽口 ３…排気フード ４…溶鋼 ５…精錬ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 央 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭53−94212（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/068 C21C 7/00 C21C 7/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一精錬容器内で吹込みガスを供給しな
   がら大気圧下での脱炭処理後真空下での脱炭処理を行う
   含クロム溶鋼の精錬方法において、真空下での脱炭処理
   の開始は溶鋼中の［Ｃ］濃度が０．５ｍａｓｓ％以下、
   かつスラグ中の（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａｓｓ％以
   下の条件とし、真空度は２００Ｔｏｒｒ以下とし、吹込
   みガスとしては［Ｃ］濃度０．１ｍａｓｓ％までは酸素
   ガスまたは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、
   ［Ｃ］濃度がこの値以下に低下した後は吹込みガスとし
   て不活性ガスのみを供給することを特徴とする含クロム
   溶鋼の減圧脱炭処理方法。
2. 【請求項２】 溶鋼中の［Ｃ］濃度が０．５ｍａｓｓ％
   以下、かつスラグ中の（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度が３０ｍａｓ
   ｓ％以下の条件で、精錬容器内を２００Ｔｏｒｒ以下に
   減圧し、吹込みガス流量を溶鋼１トン当り０．１Ｎｍ³
   ／ｍｉｎ・Ｔ以上として吹込みガスを供給しながら脱炭
   することを特徴とする請求項１記載の含クロム溶鋼の減
   圧脱炭処理方法。