JP3273205B2 - 含クロム溶鋼の脱炭精錬法 - Google Patents

含クロム溶鋼の脱炭精錬法

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JP3273205B2 JP07600193A JP7600193A JP3273205B2 JP 3273205 B2 JP3273205 B2 JP 3273205B2 JP 07600193 A JP07600193 A JP 07600193A JP 7600193 A JP7600193 A JP 7600193A JP 3273205 B2 JP3273205 B2 JP 3273205B2
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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
鋼の脱炭精錬法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ステンレス鋼のごとき11mas
s%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い
吹込みガス中のArガスのような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。この危険を回避するために
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10Torr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。しかしながら、これら
の方法では、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なり、また真空
下での脱炭は不活性ガスのみを用いることで[Cr]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、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。
【0006】
【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、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方法を提供する
ことを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を有
利に解決すべく構成したものであり、その要旨とすると
ころは下記のとおりである。 (1) 精錬容器内で含クロム溶鋼中に底吹羽口を通し
ガスを吹込んで脱炭処理を行う精錬法において、吹込
みガスとして酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスとの
混合ガスを使用し、溶鋼中の[C]濃度が0.5mas
s%に低下するまでは大気圧下で脱炭処理し、[C]濃
度がこの値以下に低下した後は、前記精錬容器内を20
0Torr以下に減圧して脱炭処理することを特徴とす
る含クロム溶鋼の脱炭精錬法。
【0008】(2) 溶鋼中の[C]濃度が0.5ma
ss%以下に低下した後に、吹込みガスとして、酸素ガ
スと不活性ガスとの混合ガスを供給するに際して、該溶
鋼の[C]濃度の低下にともない混合ガス中の酸素ガス
の不活性ガスに対する比率を徐々に低下させて脱炭処理
を行うことを特徴とする前項1に記載の含クロム溶鋼の
脱炭精錬法。
【0009】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に例示するような精錬
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。
【0010】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ることに着目したものであ
る。
【0011】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ガスの混合ガスを用い、O2 /A
r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0.5
mass%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。
【0012】図3にSUS304ステンレス鋼をO2
Arガス比率=1/1で処理した場合の真空度と脱炭酸
素効率の関係について、[C]濃度=0.4〜0.5m
ass%、0.25〜0.35mass%および0.1
〜0.2mass%の3つの範囲に分けて示す。[C]
濃度0.4〜0.5mass%の範囲では真空度200
Torr以下で脱炭酸素効率は高位に安定する。なお、
[C]濃度の低下にともない脱炭酸素効率は低下し、か
つ安定する真空度が低下する傾向にある。従って、真空
精錬で適用する真空度は200Torr以下とする必要
がある。なお、急激な真空度の上昇は溶鋼スプラッシュ
を大量に発生するために、真空精錬では[C]濃度の低
下にともない、200Torrから徐々に低下させるこ
とが好ましい。
【0013】図4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
と脱炭速度指数の関係について、吹込みガスのO2 /A
r比率を1/0、1/1、1/4、1/10、0/1の
5水準にふらした結果を示す。なお、全吹込みガス流量
は0.3Nm3 /min・Tとして、脱炭速度指数はO
2 /Ar比率が1/0での[C]濃度0.5mass%
における脱炭速度を100として換算した値である。図
4より吹込みガスとして非酸化性ガスのみを用いるO2
/Ar比率0/1の場合に比べ、酸素を混合した方が脱
炭速度が向上することが分かる。なお、O2 /Ar比率
の高い場合、つまり酸素比率の高い場合の方が高[C]
濃度側より脱炭速度が低下しており、真空下でより効率
的な脱炭を行うには[C]濃度の低下にともないO2
Ar比率を低下させ、Arガス流量を上げた方が良いと
言える。
【0014】以上より、溶鋼中の[Cr]の酸化を抑
え、効率よく含クロム溶鋼の脱炭を行うには、[C]濃
度0.5mass%以下で真空精錬を適用し、200T
orr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使用する必要があることが
分かる。また、混合ガスを使用する場合には[C]濃度
の低下にともない酸素の不活性ガスに対する比率を徐々
に低下させて脱炭を行うことが効率的である。
【0015】操業においては[C]濃度の時間変化は予
測できることから、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決定する。
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、安定した操業が可能である。
【0016】
【作用】含クロム溶鋼の脱炭精錬では、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
酸化反応も進行する。なお、式の反応平衡定数Kは
式で表される。 [C]+1/2 O2(g)=CO(g) … K=Pco/(aC ・PO2 1/2) … 2[Cr]+3/2 O2(g)=(Cr2 3 ) … ここで、aC は溶鋼中[C]の活量、PO2は雰囲気中の
2 ガス分圧、PCOは雰囲気中のCOガス分圧を示す。
【0017】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。
【0018】さらに、低[C]濃度側で脱炭を促進する
には、式よりPO2、PCOを低下させることが有効で
ある。しかし、P02=0、つまり非酸化性ガスのみでは
酸素の供給が遅れるために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、真空度として
は図2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確かめられた。
【0019】
【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5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1/0から1/10に、真空度は
200Torrから100Torrおよび50Torr
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剤としてFe−S
i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。
【0020】図6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
処理を行い、[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、1/10、真空度は200Tor
r、100Torr、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。
【0021】図7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を示す。この実施
例では[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1
00Torrの条件で、Arガス吹込みで0.04ma
ss%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。
【0022】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5、6、7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
は従来法による結果を100としたときの指数で示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明に従った含クロム溶鋼の脱炭精錬
によれば、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図れ、また還元用Si原単位が低
減するとともに、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図れる。
【0025】さらに、本発明では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時の真空度の限定理由
を示す図である。
【図4】本発明における真空精錬時の吹込みガス種の限
定理由を示す図である。
【図5】本発明の実施例−1の精錬パターンを示す図で
ある。
【図6】本発明の実施例−2の精錬パターンを示す図で
ある。
【図7】従来法による実施例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 特公 昭54−6483(JP,B1) (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】 精錬容器内で含クロム溶鋼中に底吹羽口
    を通してガスを吹込んで脱炭処理を行う精錬法におい
    て、吹込みガスとして酸素ガスまたは酸素ガスと不活性
    ガスとの混合ガスを供給し、溶鋼中の[C]濃度が0.
    5mass%に低下するまでは大気圧下で脱炭処理し、
    [C]濃度がこの値以下に低下した後は、前記精錬容器
    内を200Torr以下に減圧して脱炭処理することを
    特徴とする含クロム溶鋼の脱炭精錬法。
  2. 【請求項2】 溶鋼中の[C]濃度が0.5mass%
    以下に低下した後に、吹込みガスとして、酸素ガスと不
    活性ガスとの混合ガスを供給するに際して、該溶鋼の
    [C]濃度の低下にともない混合ガス中の酸素ガスと不
    活性ガスに対する比率を徐々に低下させて脱炭処理を行
    うことを特徴とする請求項1に記載の含クロム溶鋼の脱
    炭精錬法。
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KR101408228B1 (ko) * 2012-12-28 2014-06-16 주식회사 포스코 스테인리스강의 탈탄방법
CN113430336B (zh) * 2021-06-18 2022-11-18 首钢集团有限公司 一种利用co2进行rh高效精炼的操作方法

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