JP3619331B2 - ステンレス鋼の真空脱炭方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼の真空下における脱炭精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フェライト系ステンレス鋼の製造は、転炉、電気炉、ＡＯＤ等で炭素濃度が０．６〜０．２％程度まで脱炭した後、引き続きクロムの酸化損失を抑制するために真空下で吹酸脱炭されている。真空下での吹酸脱炭方法としては、ＶＯＤ、ＲＨＯＢが広く用いられているが、その他特開昭６２−３１３７７２号公報に開示されているように、大径直胴型の浸漬管と上吹きランスを用いた方法も知られている。これらの真空脱炭方法の場合、生産性を上げるために送酸速度を上昇させることが必要であるが、送酸速度を上昇させると、激しくスプラッシュが発生し、操業に多大の支障を与えるため送酸速度を上昇することができないという問題がある。
【０００３】
一方、転炉精錬においては、スプラッシュの発生を抑制するため以下の技術が開示されている。
【０００４】
例えば、特開昭６０−１６５３１３号公報では、多孔ノズルでのスプラッシュ低減の方策として、溶鋼表面での火点の重なりを最小限にする技術が開示されている。
【０００５】
しかし、ステンレス鋼の真空下の吹酸は取鍋精錬のために溶鋼面の直径が転炉よりも小さく、火点の重なりを小さくすることは取鍋耐火物の溶損を引き起こす問題があり、転炉精錬の技術をそのまま真空下の精錬には適用できない。
【０００６】
また、真空下での上吹き噴流挙動については、「鉄と鋼」、第６２年（１９７６）、第１４号１９頁以降に測定結果が示されているが、スプラッシュの発生に対する最適条件は知られてはいない。また、当該文献には不足膨張条件で吹酸することで脱炭酸素効率が高く安定して進行することが示されているがスプラッシュに関する言及はない。
【０００７】
一方、一般に、図２に示すように上吹きランスのノズル１は先広がり形状（ラバールノズル）をしている。最も狭くなった部分をスロート２と呼び、設計２次圧Ｐ_Ｏ（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、スロート径ｄ（ｍｍ）、設計真空度Ｐ_Ｅ（Ｔｏｒｒ）、適正膨張出口径Ｄ（ｍｍ）との間には次の関係がある。
【０００８】

また、設計送酸速度Ｆ（Ｎｍ^３／Ｈｒ）は、ノズル数をｎとすると以下の関数がある。
【０００９】
Ｆ＝Ｓ×｛０．５８１・ｎ・（Ｐ_Ｏ＋１．０３３）｝
通常は出口径を適正膨張出口径と一致させたノズルがガスの圧力を最も効率的に噴流の流速に変換できるため、出口径が１．０Ｄのノズルが真空下の脱炭精錬に用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、真空下で上吹きランス（ラバールノズル）を用い酸素吹練によりステンレス溶鋼を脱炭する際に、スプラッシュの発生量を低減することができる真空脱炭方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは真空下でのスプラッシュの発生量の低減に対する最適条件について研究した結果、真空下でスプラッシュの発生を低減させるには溶鋼面位置での噴流流速を適正範囲に制御させることが最も重要であることを見いだし本発明を完成した。
【００１２】
本発明の具体的解決手段は以下の通りである。
【００１３】
（１）ステンレス鋼の真空下での吹酸脱炭方法において、上吹きガスの溶鋼面到達位置での噴流流速を１０〜５０ｍ／ｓとすることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
【００１４】
（２）ステンレス鋼の真空下での吹酸脱炭方法において、上吹きガスの溶鋼面到達での噴流流速を１ｍ／ｓ以下とすることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
【００１５】
（３）上記（１）又は（２）において、ランスノズルのスロート径ｄ（ｍｍ）、背圧ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ ² ）、真空度Ｐ（Ｔｏｒｒ）により、以下に示される関係から求められる適正膨張出口径Ｄ（ｍｍ）よりも大きな出口径のランスノズルを用いることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
Ｄ＝［（４／π）×Ｓ・｛（１＋０．２・Ｍ²）／１．２｝³／Ｍ］^1/2
Ｓ＝π（ｄ／２）²
Ｍ＝［５×［｛（ｐ＋１．０３３）／（Ｐ／７６０×１．０３３）｝^2/7−１］］^1/2
【００１６】
【発明の実施の形態】
スプラッシュ発生量と噴流流速との関係を実験により調査したところ、スプラッシュの発生を抑制する条件は、第１図に示すように溶鋼面位置での噴流流速Ｕが１ｍ／ｓ以下の領域（領域１）及び１０〜５０ｍ／ｓの領域（領域２）の２つの領域が存在することを見い出した。本発明では、この領域でステンレス鋼の真空脱炭を行うものである。領域１は上吹きの酸素ガスの運動エネルギーが小さいため火点で生成した酸化物が浴内に押し込まれない領域である。このため、酸化物は浴表面で溶鋼中の炭素と反応しＣＯガスを発生するためスプラッシュが発生しない。そして、噴流流速Ｕが１ｍ／ｓよりも大きいと、火点で生成した酸化物が上吹きガスのエネルギーで浴内に押し込まれるため、酸化物は浴内部で炭素と反応し、ＣＯガスを発生すると同時に周囲の溶鋼を吹き上げ、スプラッシュを発生させる。しかし、さらに噴流流速Ｕが増加すると、火点の温度が上昇するため、上吹き酸素の内、火点で酸化物を形成することなしに、直接溶鋼中の炭素と反応する割合が増えるため、スプラッシュの発生は低減し、噴流流速Ｕが１０ｍ／ｓ以上の領域２に入ると、ほとんど発生しなくなる。しかし、噴流流速Ｕが５０ｍ／ｓよりも大きいと上吹きガスの運動エネルギーにより溶鋼が跳ね飛ばされる現象が始まるため、再びスプラッシュが増加する。尚、噴流流速Ｕが０．２ｍ／ｓよりも小さい場合は、脱炭酸素効率が低下するため実用的ではない。
【００１７】
本発明で用いた噴流流速Ｕは以下の式で求められる。
【００１８】

また、ｆ（Ｘ）はＸが０．７より小さい場合には
ｆ（Ｘ）＝０．８Ｘ−０．０６
Ｘが０．７以上２．１以下の場合には
ｆ（Ｘ）＝−２．７Ｘ^４＋１７．７Ｘ^３−４１Ｘ^２＋４０Ｘ−１２．９
Ｘが２．１よりも大きい場合には
ｆ（Ｘ）＝０．１１Ｘ^３−１．４３Ｘ^２＋６．６Ｘ−６．３５
である。
【００１９】
さらに、上記の条件を満足するには、噴流流速を低下させる必要があるが、ランスノズルのスロート径ｄ、背圧ｐ、真空度Ｐにより求められる適正膨張出口径Ｄよりも大きな出口径のランスノズルを用いることが重要である。
【００２０】
ランスノズルのスロート径ｄ（ｍｍ）、背圧ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、真空度Ｐ（Ｔｏｒｒ）により求められる適正膨張出口径Ｄ（ｍｍ）の関係は以下に示される。
【００２１】
Ｄ＝［（４／π）×Ｓ・｛（１＋０．２・Ｍ²）／１．２｝³／Ｍ］^1/2
Ｓ＝π（ｄ／２）²
Ｍ＝［５×［｛（ｐ＋１．０３３）／（Ｐ／７６０×１．０３３）｝^2/7−１］］^1/2
即ち、本発明では適正膨張出口径Ｄよりも大きな出口径のランスノズルを用いることにより噴流流速が低下したソフトブローでの吹酸が可能となり、上吹ガスの溶鋼面到達位置での噴流流速を１ｍ／ｓ以下又は１０〜５０ｍ／ｓに制御することができる。
【００２２】
【実施例】
１５０トンの溶鋼を入れた取鍋に、内直径が１．６ｍの直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を真空に吸引し、上方より装入した水冷ランスより酸素ガスを溶鋼面に吹き付けた。溶鋼はＣｒを１６％、Ｃを０．５％含み、温度は約１５５０℃であった。この条件のもとで下記実施例１〜２及び比較例の実施を行った。
【００２３】
（実施例１）
上吹きランスを単孔とし、スロート径ｄが２０ｍｍ、出口径ｄ_Ｏが８３（ｍｍ）、設計２次圧Ｐ_Ｏは４（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、設計真空度Ｐ_Ｅは１５０（Ｔｏｒｒ）というノズルを用いた。このランスで酸素を３５００Ｎｍ^３／Ｈｒの速度で供給した。吹酸中の真空度は約１５０Ｔｏｒｒであった。この時の適正膨張出口径Ｄは７３（ｍｍ）であり、噴流流速Ｕは１９ｍ／ｓであった。その結果、スプラッシュの発生は少なく、処理中の浸漬管への付着地金は約２トンであった。
【００２４】
（実施例２）
上吹きランスを単孔とし、スロート径ｄが２５ｍｍ、出口径ｄ_Ｏが１７５（ｍｍ）、設計２次圧Ｐ_Ｏは４（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、設計真空度Ｐ_Ｅは２０（Ｔｏｒｒ）というノズルを用いた。このランスで酸素を２次圧が２（ｋｇｆ／ｃｍ^２）で３５００Ｎｍ^３／Ｈｒの速度で供給した。吹酸中の真空度は約１５０Ｔｏｒｒであった。この時の適正膨張出口径Ｄは７８（ｍｍ）であり、噴流流速Ｕは０．７６ｍ／ｓであった。その結果、スプラッシュの発生は少なく、処理中の浸漬管への付着地金は約１トンであった。
【００２５】
（比較例）
上吹きランスを単孔とし、スロート径ｄが１５ｍｍ、出口径ｄ_Ｏが４４（ｍｍ）、設計２次圧Ｐ_Ｏは３（ｋｇｆ／ｃｍ^２）、設計真空度Ｐ_Ｅは２５０（Ｔｏｒｒ）というノズルを用いた。このランスで酸素を２次圧が８（ｋｇｆ／ｃｍ^２）で３５００Ｎｍ^３／Ｈｒの速度で供給した。吹酸中の真空度は約１５０Ｔｏｒｒであった。この時の適正膨張出口径Ｄは６５（ｍｍ）であり、噴流流速Ｕは７０ｍ／ｓであった。その結果、スプラッシュの発生は激しく、処理中の浸漬管への付着地金は約８トンであった。
【００２６】
上記に示すように、本発明の実施例によれば、従来法に相当する比較例よりも１／４〜１／８のスプラッシュ発生量に低減できた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、真空下でのステンレス鋼の真空脱炭法において困難であったスプラッシュの発生量を低減することができ、そのため生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼面位置での噴流流速Ｕとスプラッシュ発生量との関係を示す図である。
【図２】ラバールランスノズルの先端部の断面図である。
【符号の説明】
１ ノズル
２ スロート
３ 酸素ガス噴流

Claims (3)

1. ステンレス鋼の真空下での吹酸脱炭方法において、上吹きガスの溶鋼面到達位置での噴流流速を１０〜５０ｍ／ｓとすることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
2. ステンレス鋼の真空下での吹酸脱炭方法において、上吹きガスの溶鋼面到達位置での噴流流速を１ｍ／ｓ以下とすることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
3. 請求項１又は２において、ランスノズルのスロート径ｄ（ｍｍ）、背圧ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ ² ）、真空度Ｐ（Ｔｏｒｒ）により、以下に示される関係から求められる適正膨張出口径Ｄ（ｍｍ）よりも大きな出口径のランスノズルを用いることを特徴とするステンレス鋼の真空脱炭方法。
   Ｄ＝［（４／π）×Ｓ・｛（１＋０．２・Ｍ²）／１．２｝³／Ｍ］^1/2
   Ｓ＝π（ｄ／２）²
   Ｍ＝［５×［｛（ｐ＋１．０３３）／（Ｐ／７６０×１．０３３）｝^2/7−１］］^1/2

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