JP3706451B2

JP3706451B2 - 高クロム鋼の減圧脱炭方法

Info

Publication number: JP3706451B2
Application number: JP33771296A
Authority: JP
Inventors: 信也北村; 憲一郎内藤; 健一郎宮本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH10158725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本技術は高クロム溶鋼の精錬を効率的におこない、ステンレス鋼などを経済的に製造するための減圧脱炭方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃｒを約１０％以上含有する高クロム鋼をＣが０．１％以下の低炭域までクロムの酸化損失を抑制しつつ脱炭する代表的な方法として、減圧下で酸素を溶鋼に上吹きランスから吹き付けるＶＯＤ法が広く用いられている（鉄鋼便覧ＩＩ、第３版、ｐ．７１８以降）。しかし、脱炭速度を増加しようとして酸素供給速度を増加した場合には、上吹き酸素ガスによるスプラッシュが激しくなる。しかし、装置全体を真空容器に収納するため、許容できるスプラッシュ高さ（フリーボード）には設備的な上限があるため、操業上、可能な脱炭速度には限界がある。
【０００３】
このフリーボードの問題を解決するものとして、ＲＨの真空槽内の溶鋼へ酸素を供給するＲＨ・ＯＢ法がある（「鉄と鋼」、第６３年、１９７７年、ｐ．２０６４以降）。ＲＨ・ＯＢの場合には、酸素ガスは幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置よりも上方より吹き付けるため、脱炭速度を増加しようとして酸素供給速度を増加した場合には、上吹き酸素ガスによるスプラッシュが激しくなる。
【０００４】
この場合、浸漬管方式のためフリーボードが１０ｍ程度確保されているものの、浸漬管への地金付着が激しく、地金を溶流するために大型のバーナー設備が必要になるという問題がある。また、ＲＨの場合にはＶＯＤに比べると攪拌が弱いため高速脱炭時にはクロムの酸化ロスが大きくなる。
【０００５】
本発明者らは、ＶＯＤと同等以上の強攪拌が可能であり、ＲＨ・ＯＢと同等のフリーボードの確保が可能な、「取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素を上吹きすると共に、取鍋低部より不活性ガスを供給して、該溶鋼を攪拌する精錬法」を提案している（特開平１ー１５６４１６号公報）。この方法では攪拌が強いため高速脱炭時にもクロムの酸化ロスが抑制できるが、酸素供給速度（以下、送酸速度という）を増加した場合に上吹き酸素ガスによるスプラッシュが激しくなる問題は残り、地金を溶流するために大型のバーナー設備が必要になるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決すべく、高速脱炭時にもクロムの酸化ロスが抑制でき、かつ、スプラッシュの発生が少ない精錬方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上吹き酸素と浸漬管壁面から供給する酸素とを適正比率に制御することで、大幅なスプラッシュの抑制が可能となることを見いだした。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の各方法にある。
【００１１】
（１）取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素ガスを供給すると共に、取鍋低部より不活性ガスを供給する精錬法において、上吹きランスより酸素ガスを供給するとともに、浸漬管内壁面に設けたノズルより酸素ガスを供給する際に、上吹きランスより供給する酸素ガス流量ＦＵと、浸漬管内壁面に設けたノズルより供給する酸素ガス流量ＦＢの比を、ＦＵ／ＦＢで０．５〜２．０とし、全酸素供給速度を１０〜３０Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）とし、浸漬管内壁面に設けるノズルの位置を、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに対して、該溶鋼表面位置を中心に上方へ０．２Ｈ〜下方へ０．２Ｈとすることを特徴とする高クロム鋼の減圧脱炭方法。
【００１３】
ここで、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置とは、溶鋼密度を７ｇ／ｃｍ³として取鍋形状、浸漬管形状から計算した値である。また、低部からの吹き込みとは、取鍋底に設けたポーラス煉瓦から、あるいは、浸漬ランスからのガス吹き込みであり、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに対して、該溶鋼表面位置から０．７Ｈよりも深い位置からの吹き込みを意味する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
上吹きガスによるスプラッシュの発生は、上吹きガスによる運動エネルギーで、溶鋼表面の凹み外周部より溶鋼粒子が引きちぎられることが原因とされている。高速脱炭のために送酸速度を増加させると、上吹きガスの運動エネルギーが増大するため必然的にスプラッシュが激しくなる。また、これを抑制するために、上吹きエネルギーを低下させた（いわゆるソフトブロー化した）場合には、スプラッシュはやや低減されるものの火点温度が低下するため脱炭効率が低下するという冶金的な問題が発生する。
【００１６】
―方、浸漬管内では脱炭により発生するＣＯガスで嵩比重が軽くなるため、溶鋼表面位置が、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置よりも高くなっている（盛り上がり）。浸漬管壁面から、このような盛り上がり溶鋼内、あるいは、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置以下の溶鋼内に酸素ガスを吹き込む場合には、酸素ガス、あるいは、脱炭により発生するＣＯガスの気泡が溶鋼表面で破裂することでスプラッシュが発生する。この場合にも、高速脱炭のために送酸速度を増加させると、溶鋼内に吹き込まれるガス量が増大するため、気泡が破裂する際のエネルギーが増大し、必然的にスプラッシュが激しくなる。
【００１７】
これに対して、図１に模式的に示すように、上吹き酸素と溶鋼内に吹き込む酸素とを併用した場合には、以下に記す原理で大幅にスプラッシュが抑制されることを見いだした。つまり、上吹きガスによる下向きの運動エネルギーと、吹き込まれたガスにより上吹きの運動エネルギーがキャンセルされ、浸漬管内溶鋼ａの表面の凹み形状が浅くなるため、上吹きガスの運動エネルギーは大きくとも、凹み外周部より溶鋼粒子が引きちぎられる頻度が少なくなる。また、吹き込まれたガスが破裂する場合に生成するスプラッシュ（１次スプラッシュｂ）は上吹き酸素と反応し、該スプラッシュ中の炭素が酸化されＣＯガスとなる。この時のガス発生によりスプラッシュは微細な粒子に再分裂する（２次スプラッシュｃ）。１次スプラッシュが上方に向かうエネルギーを有しているのに対し、この場合に生成する２次スプラッシュは等方的に飛散するため、浸漬管への地金付着を引き起こすことは無くなる。
【００１８】
本発明の実施形態の模式図を図２に示す。
【００１９】
図２において、１は取鍋、２は浸漬管、３はガス吹き込み用ポーラス煉瓦、４は上吹きランス、５は浸漬管壁面からの吹き込み用ノズル、Ｄは浸漬管径、Ｈは幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離、Ｌは幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を中心に上方を＋、下方をーとした場合のノズル位置、直線ＡＡは幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を示すものである。
【００２０】
本発明の構成要件における数値その他の限定理由は以下のとおりである。
【００２１】
上吹きランス４より供給する酸素流量ＦＵと、浸漬管壁面に設けたノズル５より供給する酸素流量ＦＢの比は、図３に示すようにＦＵ／ＦＢで０．５〜２．０の範囲とした理由は、０．５よりもＦＵ／ＦＢが少ない場合には、吹き込みによる１次スプラッシュを２次スプラッシュに充分に再分裂させることができず、地金付着を充分には抑制できない。
【００２２】
また、２．０よりＦＵ／ＦＢが大きい場合には、上吹きの運動エネルギーが吹き込みガスで充分にキャンセルされず、溶鋼表面の凹み形状が維持されるため、凹み外周部より溶鋼粒子が引きちぎられる頻度が減らない。
【００２３】
また、１分あたり、かつ処理溶鋼１ｔｏｎあたりの上吹きランス４より供給される酸素ガスと浸漬管壁面に設けたノズル５より供給される酸素ガスからなる全酸素の全酸素供給速度が１０Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）よりも小さい場合には上吹き単独であっても、スプラッシュ量は、さほど多くなく操業は可能であり、３０Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）よりも多い場合にはガスの上昇流速が大きくなるため、本発明をもってしてもスプラッシュは充分には低減できない。
【００２４】
さらに、本発明の効果を増すには浸漬管壁面に設けるノズルの位置を特定範囲にすることが必要である。図４に示すように、浸漬管壁面に設けるノズルの位置を、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに対して、該溶鋼表面位置を中心に上方へ０．２Ｈ〜下方へ０．２Ｈとする必要がある。この理由は、この範囲よりも上方の場合には、実質的に上吹きと変わらなくなり、上吹きと吹き込みの組み合わせで実現できる本発明の効果が発現しない。
【００２５】
逆に、この範囲よりも下方の場合には、吹き込み位置の浴深が深くなり過ぎるため、気泡が破裂する際のエネルギーが大きくなりすぎスプラッシュが充分に抑制できない。また、この場合には、浸漬管内溶鋼の低部から吹き込まれたガスによるマクロ的な循環流が、浸漬管壁面から吹き込まれたガスにより阻害され冶金特性も悪化する。
【００２８】
【実施例】
図２に示した精錬装置で１５０トンの溶鋼を処理した。
【００２９】
温度は約１６５０℃で、ガス攪拌は取鍋底に設けたポーラス煉瓦からＡｒガスを６．５Ｎｌ／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）供給した。脱炭中の真空度は１００〜２００Ｔｏｒｒ、脱炭開始［Ｃ］は約０．７％、脱炭終了［Ｃ］は約０．０５％、［Ｃｒ］は１２〜１４％であり、全酸素供給速度は２４Ｎｍ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）であった。
【００３０】
浸漬管への地金付着量は処理前後の浸漬管重量の差より見積もった。浸漬管内径は１．６ｍ、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈは３．６ｍであった。
【００３１】
実施例では、上吹きランスと、幾何学的溶鋼表面位置より上方へ０．１Ｈの位置の浸漬管壁面に設けた６本のノズルから酸素ガスを供給した。ＦＵ／ＦＢを１とした結果、地金付着量は１．２ｔ／ｃｈであり、吹酸中のクロム酸化も０．２５％に過ぎなかった。
【００３２】
比較例では、ＦＵ／ＦＢを２．５とした結果、地金付着量は４．５ｔ／ｃｈであった。また、ＦＵ／ＦＢを０．４とした場合も地金付着量は４．８ｔ／ｃｈであった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、クロム酸化ロスを抑制したままスプラッシュの発生を抑制した高クロム溶鋼の高速脱炭精錬が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるスプラッシュ抑制の原理を示した模式図である。
【図２】本発明の実施形態の模式図である。
【図３】ＦＵ／ＦＢと地金付着量との関係の実験結果を示す図である。
【図４】浸漬管壁面に設けるノズル位置と地金付着量との関係の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
ａ浸漬管内溶鋼
ｂ１次スプラッシュ
ｃ２次スプラッシュ
Ｄ浸漬管径
Ｈ幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離
Ｌ幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を中心に上方を＋、下方をーとした場合のノズル位置
ＡＡ幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置
１取鍋
２浸漬管
３ガス吹き込み用ポーラス煉瓦
４上吹きランス
５吹き込み用ノズル

Claims

取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素ガスを供給すると共に、取鍋低部より不活性ガスを供給する精錬法において、上吹きランスより酸素ガスを供給するとともに、浸漬管内壁面に設けたノズルより酸素ガスを供給する際に、上吹きランスより供給する酸素ガス流量ＦＵと、浸漬管内壁面に設けたノズルより供給する酸素ガス流量ＦＢの比を、ＦＵ／ＦＢで０．５〜２．０とし、全酸素供給速度を１０〜３０Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）とし、浸漬管内壁面に設けるノズルの位置を、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに対して、該溶鋼表面位置を中心に上方へ０．２Ｈ〜下方へ０．２Ｈとすることを特徴とする高クロム鋼の減圧脱炭方法。