JP3706471B2 - ステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧下におけるステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に真空下でのステンレス鋼の吹酸脱炭精錬方法としては、ＲＨ−ＯＢ法が広く知られている。
また、ステンレス鋼の仕上精錬方法としては、特開昭５７−４３９２４号公報に代表されるようなＶＯＤ法が知られている。このＶＯＤ法は取鍋全体を真空容器内に入れる方法、もしくは取鍋上部に蓋をして取鍋全体を真空にする方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ＲＨ−ＯＢ法によりステンレス鋼を仕上精錬する場合においては、吹酸脱炭以前にアルミニウムを投入して昇熱（以下、Ａｌ昇熱ということもある）を行うに際し、高真空下でＡｌ昇熱を行うと、吹酸ジェットにより形成される溶鋼の凹み深さ（キャビティ深さ）が深くなり、吹酸ジェットのアタックによって槽底れんがを損傷してしまうという現象が懸念されるため、高真空下においてＡｌ昇熱を行うことが困難であった。
また、前記ＶＯＤ法においては、取鍋全体を真空容器内に入れたり、又は取鍋上部に蓋をして取鍋全体を真空にするため、上部空間が狭く、高真空下にて酸素上吹きを行うと、上吹きジェットの跳ね返りによるスプラッシュ（スピッティング）が激化することや、その後の脱炭工程において多量に発生するＣＯガスに伴って多量の地金飛散が生じ、操業が阻害されるという問題があった。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ＲＨ−ＯＢ法やＶＯＤ法において見られる、Ａｌ昇熱に高真空下処理が困難なことに起因したクロム酸化の発生や吹酸脱炭時における多量の地金付着といった問題を引き起こすことなく、効率的なステンレス鋼の吹酸脱炭精錬を可能とするステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法は、クロム濃度が５ｗｔ％以上である取鍋内のステンレス鋼の溶鋼に浸漬管を浸漬して槽内を減圧し、その後、前記槽内に昇熱用のアルミニウムを添加した後に吹酸を行うことによって前記溶鋼の昇熱と脱炭精錬を行うステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法において、初期の前記アルミニウムを分割して添加する昇熱期において、下記（１）式で表されるＧ値を−２０以下とし、該昇熱期に続く脱炭精錬期においては、前記Ｇ値を−３５〜−２０の範囲内に制御している。
Ｇ＝５．９６×１０^-3×Ｔ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ_co ^*) ・・・・・（１）
ただし、
Ｐ_co ^* ＝７６０・〔１０^{(-13800/T+8.76)} 〕・〔％Ｃ〕／〔％Ｃｒ〕
ここで、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）、Ｐは槽内真空度（Ｔｏｒｒ）である。
なお、以上においては、浸漬管とは真空槽の下部に取付けられており、通常は直胴円筒型の浸漬管を用いるのが好ましいが、他の形状の浸漬管であっても本発明は適用される。
【０００６】
ここで、ステンレス鋼の溶鋼のクロム濃度を５ｗｔ％以上としている理由は、濃度５ｗｔ％未満の場合には、耐腐食の効果が低くなるという問題があるためである。
また、初期のＡｌ昇熱期においてＧ値を−２０以下としている理由は、図２に示すように、−２０を超えると、平衡クロム濃度を高位に保つことができず、そのためクロム酸化ロスが多くなるためである。
さらに、脱炭精錬期においてＧ値を−３５〜−２０としている理由は、図３に示すように、−３５未満の高真空での吹酸脱炭の場合には、スプラッシュが大量に発生し、一方、−２０を超えると、過剰にクロムの酸化が促進され、クロム酸化ロスが多くなるためである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法を好適に用いることができる減圧吹酸精錬装置の概略構成図、図２はＡｌ昇熱時の最大Ｇ値と昇熱期でのクロム酸化ロスとの関係を示す図、図３は脱炭精錬時の最大Ｇ値と脱炭精錬期でのクロム酸化ロスとの関係を示す図、図４は昇熱期及び脱炭精錬期におけるＧ値の推移を比較例と比較した図である。
【０００８】
本発明の一実施の形態に係るステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法を好適に用いることができる減圧吹酸精錬装置Ａは、図１に示すように、溶鋼２を保持する取鍋１と、溶鋼２内に先端部が浸漬されて、図示しない真空装置により高真空下に保持される直胴円筒型の浸漬管４と、浸漬管４内に密閉状態で配置されて、浸漬管４内の溶鋼２に酸素ジェット６を噴射する吹酸ランス５とを備えている。なお、取鍋１の底部には、攪拌用Ａｒガス９を吐出するためのポーラスプラグ３が設けられている。図１中、符号７は槽内スラグ、符号８は取鍋上スラグ、符号１０は槽を表す。
【０００９】
かかる構成の減圧吹酸精錬装置Ａを用いた本発明の一実施の形態に係るステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法について説明する。
本実施の形態においては、取鍋１内のクロム濃度が５ｗｔ％以上のステンレス鋼の溶鋼２に浸漬管４を浸漬したうえで、槽１０内を真空装置により減圧する。その後、槽１０内にアルミニウム（Ａｌ）を添加した後に、吹酸ランス５により浸漬管４内の溶鋼２に酸素ジェット６を噴射して吹酸を行うことにより、溶鋼２の昇熱と脱炭精錬を行う。
本実施の形態においては、この溶鋼２の昇熱と脱炭精錬に際し、初期のＡｌ燃焼期間中（昇熱期）において、前記（１）式で表されるＧ値を−２０以下とし、その後の脱炭精錬期においてはＧ値を−３５〜−２０の範囲内に制御することにより、吹酸中のクロム酸化の過剰な生成を抑制することに特徴を有する。
【００１０】
ステンレス鋼の溶鋼の真空脱炭精錬においては、以下の（２）式で示されるＨｉｌｔｙの平衡式において優先脱炭領域を確保できる範囲で操業を行うことが重要である。
ｌｏｇ（〔％Ｃｒ〕・Ｐ_co／〔％Ｃ〕）＝−１３８００／Ｔ＋８．７６・・・・・（２）
減圧下での精錬において、上記（２）式を適用する際において重要な操業因子となるのは、操業真空度で代表される雰囲気中のＣＯ分圧（Ｐ_co）であるが、これに加え溶鋼温度（Ｔ）も非常に重要な要因として挙げられる。したがって、吹酸脱炭期のクロム酸化抑制には、クロムや炭素よりも酸素との親和力が強いアルミニウムなどを事前に投入したうえで酸素吹き付けを行い、その酸化熱によって溶鋼温度を上昇させることが有効である。
しかしながら、このＡｌ昇熱中においてもクロムの酸化は生じ得るため、この昇熱期間中のクロム酸化防止が吹酸全般としてのクロム酸化、すなわち吹酸停止後の還元剤原単位の低減のためには重要な要因であった。
【００１１】
本発明者らは、種々の実験を行うことにより、昇熱・脱炭精錬中のクロム酸化防止のためには、脱炭精錬期の真空度を極力、高真空側に保つことによりこの期間中に純粋にアルミニウムのみを燃焼させることが極めて重要であることを知見し得た。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
その具体的な方法は、Ａｌ昇熱期間中においては、前記（１）式で表されるＧ値を−２０以下の値に保持するように槽内真空度を制御することにより、この昇熱期間中のクロム酸化を防止することにある。
この理由としては、上記Ｇ値を−２０以下に保持する真空度に設定することにより、平衡クロム濃度を高位に保つことにより、アルミニウムあるいは炭素の燃焼を促進させることにある。
【００１２】
ここで、昇熱用のアルミニウムは昇熱吹酸期間中に分割して投入することが望ましい。これは、吹酸前に一括投入を行い、溶鋼中にアルミニウムを溶解させた状態で昇熱吹酸を行うと、昇熱期間中に一時的に槽内のアルミニウムが枯渇し、例え、Ｇ値を−２０以下としてもクロム酸化を引き起こす状態となり得るからである。
さらに、吹酸期における槽内に吸い上げられた湯面と真空槽天井部（天蓋）までの距離Ｈ（フリーボード）としては６ｍ以上を確保することが望ましい。これは、Ａｌ昇熱期におけるスピッティングやさらにはその後の脱炭精錬期に発生するスプラッシュの天蓋部までへの到達を防止するという観点からである。
また、「Ａｌ昇熱期」とは、吹酸開始から下記（３）式で表される酸素量まで吹酸が進行した時点までをいう。
昇熱期吹酸量（Ｎｍ³)＝投入アルミニウム量（ｋｇ）×アルミニウム品位×３３．６／５４・・・・（３）
【００１３】
さらに、昇熱終了後の脱炭精錬期間においては、Ｇ値を−３５〜−２０の範囲とすることが望ましい。これは、Ｇ値が−２０を超えるような真空度では、クロムの酸化が促進されてしまうからであり、逆に−３５未満となるような高真空下での吹酸脱炭では、多量のスプラッシュの発生を引き起こし、著しい操業の悪化を招くからである。
【００１４】
【実施例】
本発明の一実施の形態に係るステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法を確認するために、実施例として、１５０トン規模の減圧吹酸精錬装置を用いて行った。
転炉において、〔％Ｃ〕が０．６〜０．７ｗｔ％、〔％Ｃｒ〕が５ｗｔ％以上（好ましくは１０〜２０ｗｔ％）含まれる溶鋼を溶製した後、図１に示すような構成の減圧吹酸精錬装置にて昇熱及び吹酸脱炭を実施した。
この場合の吹酸速度としては、昇熱期、脱炭精錬期のいずれの場合においても、〔％Ｃ〕＝０．１５ｗｔ％までの間は２３．３Ｎｍ³ ／（ｈ・溶鋼ｔ）一定とし、その後の〔％Ｃ〕＝０．１５ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％までの間は２３．３Ｎｍ³ ／（ｈ・溶鋼ｔ）から１０．５Ｎｍ³ ／（ｈ・溶鋼ｔ）まで送酸速度を一定の頻度にて順次低下させる送酸速度制御を行い、最終的に〔％Ｃ〕＝０．０５ｗｔ％で吹止めた。攪拌用の底吹きＡｒガス流量としては一律、昇熱期は４．０Ｎリットル／（分・溶鋼ｔ）、脱炭精錬期は２．７Ｎリットル／（分・溶鋼ｔ）とした。
【００１５】
表１及び図４に本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、Ｎｏ．１〜５は本発明による実施例、Ｎｏ．６〜１１は比較例である。
【００１６】
【表１】

【００１７】
Ｎｏ．１〜５の実施例では、図４に示すように、Ａｌ昇熱期Ｇ値及び脱炭精錬期Ｇ値はいずれも前記（１）式を満足しているので、昇熱期及び脱炭精錬期のクロム酸化量も少なく、かつスプラッシュの発生量も僅少であった。
これに対し、Ｎｏ．６ではＡｌ昇熱期のＧ値は平均値として−２０より大きい場合であるが、昇熱期にクロムの酸化が大幅に進行していることが認められる。また、Ｎｏ．７ではＡｌ昇熱期のＧ値は平均値として−２０以下であるものの、昇熱期間中に−２０を超える（最大値−１８）場合であり、この場合にもＧ値が−２０を超える期間中にクロムの酸化が進行することが判った。
【００１８】
さらに、Ｎｏ．８では脱炭精錬期中の平均Ｇ値（−１８）が−２０を超えてしまう場合であり、この場合には過剰なクロムの酸化が認められ、一方Ｎｏ．９では平均Ｇ値（−２４）は−３５から−２０の範囲であるものの、部分的に−２０を超えてしまう期間が存在するため、この期間にクロムの酸化が進行することが認められた。また、Ｎｏ．１０では脱炭精錬期中のＧ値（−３７）が−３５未満となる期間が存在するため、クロム酸化は抑制されるものの、この期間中にスプラッシュが多量に発生して、操業性の悪化が問題となった。Ｎｏ．１１では昇熱用のアルミニウムを昇熱吹酸期間中に一括投入しているため、昇熱期のクロムの酸化の大幅な進行が認められた。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載のステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法においては、初期のＡｌ昇熱期において、Ｇ値を−２０以下としているので、Ａｌ昇熱時におけるクロム酸化ロスを抑制し、還元剤原単位の極めて少ないステンレス鋼の吹酸脱炭精錬が可能となった。
脱炭精錬期においてもＧ値を−３５〜−２０の範囲内に制御しているので、スプラッシュの発生が抑制されると共に、クロム酸化ロスもさらに抑制される。
昇熱用のアルミニウムを昇熱吹酸期間中に分割投入しているので、昇熱期間中に一時的に槽内のアルミニウムが枯渇することがなく、クロム酸化ロスをさらに抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法を好適に用いることができる減圧吹酸精錬装置の概略構成図である。
【図２】Ａｌ昇熱時の最大Ｇ値と昇熱期でのクロム酸化ロスとの関係を示す図である。
【図３】脱炭精錬時の最大Ｇ値と脱炭精錬期でのクロム酸化ロスとの関係を示す図である。
【図４】昇熱期及び脱炭精錬期におけるＧ値の推移を比較例と比較した図である。
【符号の説明】
Ａ 減圧吹酸精錬装置 Ｈ フリーボード
１ 取鍋 ２ 溶鋼
３ ポーラスプラグ ４ 浸漬管
５ 吹酸ランス ６ 酸素ジェット
７ 槽内スラグ ８ 取鍋上スラグ
９ 攪拌用Ａｒガス １０ 槽

Claims (1)

1. クロム濃度が５ｗｔ％以上である取鍋内のステンレス鋼の溶鋼に浸漬管を浸漬して槽内を減圧し、その後、前記槽内に昇熱用のアルミニウムを添加した後に吹酸を行うことによって前記溶鋼の昇熱と脱炭精錬を行うステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法において、
   初期の前記アルミニウムを分割して添加する昇熱期において、下記（１）式で表されるＧ値を−２０以下とし、該昇熱期に続く脱炭精錬期においては、前記Ｇ値を−３５〜−２０の範囲内に制御することを特徴とするステンレス鋼の減圧吹酸精錬方法。
   Ｇ＝５．９６×１０^-3×Ｔ・ｌｎ（Ｐ／Ｐ_co ^* ) ・・・・・（１）
   ただし、
   Ｐ_co ^* ＝７６０・〔１０^{(-13800/T+8.76)} 〕・〔％Ｃ〕／〔％Ｃｒ〕
   ここで、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）、Ｐは槽内真空度（Ｔｏｒｒ）である。

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