JP3987149B2

JP3987149B2 - Method and apparatus for refining chromium-containing steel

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Publication number: JP3987149B2
Application number: JP35782496A
Authority: JP
Inventors: 泰民深見; 敏明宮本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-12-28
Filing date: 1996-12-28
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: JPH10195525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロム含有鋼の減圧下での精錬方法および装置、特に極低炭素ステンレス鋼の脱炭精錬方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、代表的なクロム含有鋼であるステンレス鋼は、電気炉や転炉など一次精錬炉で粗精錬された後、ＶＯＤ法などによってステンレス鋼溶鋼（以後、溶鋼と略称することがある）の脱炭処理、脱ガス処理および成分調整など、いわゆる二次精錬を施されて溶製されている。
【０００３】
ＶＯＤ法は、真空取鍋脱ガス装置に酸素ランスを設け、大気圧よりも低い減圧状態で取鍋内の溶鋼に酸素ランスのノズルから上吹き酸素を吹精し、上吹き酸素と溶鋼中炭素との反応で生じたＣＯガスを真空排気し、雰囲気中のＣＯ分圧を低下させることによってクロムの酸化を抑えながら脱炭を行う精錬方法である。
【０００４】
図８は、従来からのＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。図８中には、第１従来技術３の精錬方法が実線で示されており、第２従来技術４の精錬方法が点線で示されている。第１従来技術３の精錬方法は次のようにして行われる。時刻ｔ１では、減圧処理が開始され真空度が急速に低下する。真空度の低下に伴い脱炭速度が緩やかに増大し溶鋼中炭素含有率（以後、「Ｃ」％と略称することがある）が緩やかに低下する。
【０００５】
時刻ｔ２では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ１に達し、酸素吹精が開始される。酸素吹精は、吹精酸素流量と酸素ランスのノズルと溶鋼の上面との距離から成る酸素吹精条件を予め定める初期条件に設定し、酸素を酸素ランスから溶鋼に吹付けることによって行われる。なお前記溶鋼の上面は酸素の吹付けられていない位置の溶鋼の湯面を意味しており、前記距離は前記ノズルの酸素噴射方向の軸線に沿う距離であり、その軸線が鉛直方向であるときには前記ノズルの溶鋼上面からの高さ（以後、ランス高さと略称する）と一致する。酸素吹精開始に伴い脱炭速度は急速に増大して酸素吹精条件と平衡する脱炭速度に到達し、その後、ほぼ平衡値に保たれる。また「Ｃ」％は急速に低下し、溶鋼上に浮遊しているスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量は、ほとんど変化しない。これは、酸素吹精初期には溶鋼中「Ｃ」％が高いので、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が高く、吹精酸素はほとんど全量脱炭反応に費やされることによるものである。しかしながら脱炭反応が進行して「Ｃ」％が低くなると溶鋼中炭素と酸素との反応効率が低下し、溶鋼中クロムと酸素との反応が生ずるので、脱炭速度がしだいに低下し、スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量がしだいに増大する。
【０００６】
時刻ｔ３では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ２に達し、吹精酸素流量およびランス高さが予め定める値まで階段状に低減され、その値に保持される。これはスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量の増大および脱炭効率の低下を抑制するためであり、前記酸素吹精条件の変更によって脱炭反応を促進する効果が得られる。すなわち脱炭速度の低下傾向は変わらないもののその時間変化率は小さくなり、スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃ 量の増加の時間変化率は小さくなり、「Ｃ」％の低下の時間変化率は大きくなる。しかしながら時刻ｔ３以降の時間経過とともに前記効果はしだいに失われ、脱炭速度の低下およびスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量の増加の時間変化率は大きくなり、「Ｃ」％の低下の時間変化率は小さくなる。
【０００７】
時刻ｔ４では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ３に達し、しきい値Ｖ２の場合と同様に酸素吹精条件の変更が行われる。また「Ｃ」％、脱炭速度およびスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量の時刻ｔ４以降の時間変化率も時刻ｔ３以降のそれらと同様である。時刻ｔ５では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ４に到達し、酸素吹精が停止される。なお減圧処理はそのまま継続され、減圧下におけるアルゴン底吹き撹拌が行われる。酸素吹精の停止後、「Ｃ」％、脱炭速度およびスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量はほぼ一定水準に保たれる。なお酸素吹精の停止判定は、真空度のみでなく排出ガス中のＣＯ、ＣＯ₂およびＯ₂濃度によって行われることもあり、それらと真空度とを組合わせて行われることもある。時刻ｔ６では減圧処理が停止され、溶鋼の成分調整が行われ、ＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬が終了する。
【０００８】
前記第２従来技術４の精錬方法は次のようにして行われる。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの第２従来技術４の精錬方法は、第１従来技術３とまったく同一であり、「Ｃ」％、脱炭速度、スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量の時間変化も第１従来技術３の場合と同一である。第２従来技術４においては、時刻ｔ３および時刻ｔ４における酸素吹精条件の変更が行われず、「Ｃ」％の水準にかかわらず酸素吹精条件を初期設定条件のまま固定して精錬が行われる。したがって時刻ｔ５において酸素吹精が停止されるまで脱炭速度の低下およびスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量の増加の時間変化率が第１従来技術３のそれらよりも大きく、その結果「Ｃ」％の低下の時間変化率が第１従来技術３よりも小さくなる。またこの傾向は時間経過とともに顕著になる。時刻ｔ５から時刻ｔ６における第２従来技術４の精錬方法は第１従来技術３とまったく同一である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように第２従来技術４では、酸素吹精中、溶鋼中炭素含有率の水準にかかわらず酸素吹精条件を初期設定条件のままに固定して操業が行われる。したがって溶鋼中炭素含有率の低下に伴って酸素供給量が過剰になり、スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃ の生成量がしだいに増大する。スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量の増大はスラグの粘性を著しく増大させ、スラグ中のＣｒ₂Ｏ₃と溶鋼中の炭素との反応を阻害するので、精錬末期特に酸素吹精停止後の減圧下におけるアルゴン底吹き撹拌による脱炭反応効率が著しく低下する。前記脱炭反応は溶鋼中炭素含有率の低い領域、たとえば３００ｐｐｍ以下の領域における脱炭反応を律速するので、スラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃生成量の多い第２従来技術４においては溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで低下させることが困難である。またクロムの酸化ロスが多くなるので、有価金属であるクロムの歩留まりが大幅に低下する。
【００１０】
これに対して第１従来技術３では酸素吹精中、真空度に応じて酸素吹精条件の適正化が図られるので、第２従来技術４よりもスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量を低減することができ、その結果、溶鋼中炭素含有率の到達値を第２従来技術４よりも低下させることができる。しかしながら真空度と脱炭効率あるいはスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量との相関関係が不明瞭であるので、酸素吹精条件の変更タイミングを適正に設定することが困難である。したがって酸素吹精条件の変更タイミングが遅すぎる場合には、過度にスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量が増大して第２従来技術４と同様に溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたり、酸素吹精条件の変更タイミングが早過ぎる場合には、過度に酸素流量が低下して溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたりする。
【００１１】
また前述のように第１および第２従来技術３，４とも酸素吹精の停止判定は真空度ならびに排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂濃度によって行われている。しかしながらこれらの値とスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量との相関関係が不明瞭であるので、酸素吹精の停止タイミングを適正に設定することが困難である。したがって停止タイミングが早過ぎることによる溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたり、停止タイミングが遅すぎることによる酸素吹精時間の延長を招いたりする。このように従来技術では溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで確実に低下させることが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、前記問題を解決し、酸素吹精条件の変更タイミングならびに酸素吹精の停止タイミングを適正に設定することができ、溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで確実に低下させることができるクロム含有鋼の精錬方法および装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内にクロム含有溶鋼を貯留した取鍋を配置し、真空容器内を減圧して前記溶鋼に酸素ランスのノズルから酸素を吹精するクロム含有鋼の精錬方法において、
前記真空容器から排出されるＣＯ、ＣＯ _２、Ｏ _２、Ｎ _２、Ａｒガスを含む未知流量の排出ガス中に既知流量の標準ガスを導入し、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを質量分析装置に導き、前記質量分析装置によって質量数１２，１４，２８，３２，４０および４４における各ピークのイオン化電流ならびに標準ガスの親ピークのイオン化電流を測定し、前記測定値および標準ガスの流量から排出ガス中のＣＯ、ＣＯ _２およびＯ _２流量を算出し、前記算出値から排出ガス中の排出酸素流量を求めるとともに、吹精酸素流量を検出し、前記検出した吹精酸素流量と前記求めた排出酸素流量との差を積算して、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を連続的に求め、前記求めた残存酸素量が増加するにつれて酸素ランスから吹精される吹精酸素流量を減少させることを特徴とするクロム含有鋼の精錬方法である。
本発明に従えば、残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が減少されるので、過剰な酸素の供給が抑制され、クロムの過剰酸化が抑制される。したがってクロムの添加歩留りが大幅に向上する。また残存酸素量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、前記残存酸素量に基づいて設定される吹精酸素流量は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正流量に確実に設定される。また残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が階段状に減少される場合には、吹精酸素流量の変更タイミングが同様に脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して、従来技術の吹精酸素流量は脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度などの指標値に基づいて設定されるので、吹精酸素流量およびその変更タイミングを適正流量および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
また本発明に従えば、未知流量の排出ガスと既知流量の標準ガスとから成る混合ガスが質量分析装置に導かれ、質量分析装置によって質量数１２，１４，２８，３２，４０および４４における各ピークのイオン化電流ならびに標準ガスの親ピークのイオン化電流が測定される。排出ガス中にＣＯ、ＣＯ _２、Ｎ _２、Ａｒガスが含まれている場合、質量数１２，１４，２８における各ピークのイオン化電流はＣＯ、ＣＯ _２、Ｎ _２ガスの親ピークおよび子ピークのイオン化電流を重合わせたものである。また一般に子ピークのイオン化電流の親ピークのイオン化電流に対する割合であるパターン係数はガスの種類に固有な値であり、各ガスのイオン化電流は各ガスの分圧に正比例する。これによって質量数１２，１４，２８，３２，４０，４４における各ピークのイオン化電流は各ガスの分圧の関数としてそれぞれ表すことができるので、連立方程式を得ることができる。したがってこれらの連立方程式を解くことによって、排出ガス中にＣＯガスと親ピークの質量数が同一のＮ _２ガスが含まれていても、ＣＯ、ＣＯ _２、Ｎ _２ガスの分圧をそれぞれ正確に求めることができる。また標準ガスの分圧は標準ガスの親ピークのイオン化電流に基づいて求めることができるので、既知数である標準ガス流量と前記求めた分圧とから標準ガスの流量と分圧との比率を求めることができる。一般にガスの流量と圧力との比率は、ガスの種類にかかわらず一定であるので、排出ガスの全流量および全圧が未知数であっても前記求めたＣＯ、ＣＯ _２ガスの分圧からＣＯ、ＣＯ _２ガスの流量を求めることができる。また質量数３２であるＯ _２ガスの流量も同様にして求めることができるので、前記求めたＣＯ、ＣＯ _２、Ｏ _２流量から排出ガス中の排出酸素流量を正確に求めることができ、さらに前記吹精酸素流量と前記求めた排出酸素流量との差を積算して前記残存酸素量を連続的に迅速かつ正確に求めることができる。
【００１４】
また本発明は、酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を前記残存酸素量が増加するにつれて小さくすることを特徴とする。
本発明に従えば、前記距離は残存酸素量の増加につれて小さくなるように設定される。また吹精酸素流量は前述のように残存酸素量の増加につれて減少する。したがって吹精酸素流量が減少するにつれて前記距離が短くなる。溶鋼に吹精される酸素はその圧力および流量によって溶鋼の上面にくぼみを形成する。前記溶鋼くぼみはその深さが深くなるほど溶鋼と酸素との反応面積を増大させて脱炭反応を促進させる。したがって前記距離の短縮によって溶鋼くぼみ深さが増加し、吹精酸素流量の低減による溶鋼くぼみ深さの減少と相殺される。その結果、脱炭効率の低下をもたらす溶鋼くぼみ深さの減少が防止され、脱炭効率が高水準に維持される。また残存酸素量は脱炭効率に直接的に影響を及ぼす指標値であるので、前記残存酸素量に基づいて設定される前記距離は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正距離に設定される。また残存酸素量の増加につれて前記距離が階段状に短縮される場合には、前記距離の変更タイミングが同様に脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の前記距離は脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記距離およびその変更タイミングを前記適正距離および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００１５】
また本発明は、前記残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、前記酸素吹精を停止することを特徴とする。
本発明に従えば、残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、酸素吹精が停止されるので、酸素吹精終了時点における残存酸素量を所定値以下に抑制することができる。残存酸素量はスラグ中のＣｒ₂Ｏ₃量との相関関係が明瞭な指標値であり、残存酸素量が増加するほどスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃量が増加してスラグの粘性が増加する。スラグの粘性の増加は、酸素吹精後における溶鋼中炭素とスラグ中のＣｒ₂Ｏ₃との反応を阻害して脱炭反応の進行を妨げ、溶鋼の到達炭素含有率を増大させる。したがって前記残存酸素量の抑制は、スラグの粘性を低粘性に止め、酸素吹精後の脱炭反応の進行を促進させる。その結果、溶鋼の到達炭素含有率が大幅に低減する。このように酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に直接的に影響を及ぼす残存酸素量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の酸素吹精タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は、従来技術に比べて溶鋼の到達炭素含有率を低下することができる。また前記脱炭反応進行に伴ってスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の還元反応が進行するので、クロムの添加歩留まりを向上することができる。
【００１８】
また本発明は、クロム含有溶鋼の貯留されている取鍋を収容する真空容器と、
真空容器の上蓋を貫通して昇降自在に設けられ、前記溶鋼にノズルから酸素を吹精する酸素ランスと、
酸素ランスを昇降し、酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を調整するランス昇降手段と、
酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を検出するランス高さ検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を検出する酸素流量検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を調整する酸素流量調整手段と、
真空容器に接続され、真空容器の内部を減圧する真空排気手段と、
真空容器から排出される排出ガス中の酸素流量を検出する排出酸素流量検出手段と、
前記酸素流量検出手段および排出酸素流量検出手段の出力に基づいて、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量に対応する前記吹精酸素流量の目標値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の目標値を予め定める対応関係に基づいてそれぞれ求める演算手段と、
酸素流量検出手段、ランス高さ検出手段、演算手段の出力に応答し、吹精酸素流量の検出値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の検出値が前記求めた各目標値と一致するように酸素流量調整手段およびランス昇降手段を制御する制御手段とを含み、
前記排出酸素流量検出手段は、
真空容器から排出される排出ガス中へ標準ガスを導入する標準ガス供給装置と、
標準ガスの供給流量を検出する標準ガス流量検出手段と、
前記排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を測定する質量分析装置と、
標準ガス流量検出手段および質量分析装置の出力に基づいて、排出ガス中の排出酸素流量を算出する計算手段とを含むことを特徴とするクロム含有鋼の精錬装置である。
本発明に従えば、酸素流量検出手段によって検出された吹精酸素流量と排出酸素流量検出手段によって求められた排出酸素流量とに基づいて残存酸素量が演算手段によって求められる。また前記求めた残存酸素量に対応する吹精酸素流量の目標値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の目標値が予め定める対応関係に基づいて演算手段によって求められる。さらに前記吹精酸素流量の測定値および前記距離の測定値が前記求めた各目標値と一致するように前記酸素流量調整手段およびランス昇降手段が制御手段によって制御される。さらにまた前記予め定める対応関係は、たとえば操業実績に基づいて脱炭効率が高水準に維持できるように、かつ残存酸素量が予め定めるしきい値に達したときには酸素吹精を停止して残存酸素量が過大にならないように設定される。これによってクロム含有溶鋼の脱炭効率は高水準に維持されるので、極低炭素クロム含有鋼を効率的に精錬することができる。またスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３量が抑制されるので、クロムの添加歩留りを向上させることができ、省資源を図ることができる。
また本発明に従えば、標準ガス流量検出手段によって供給流量を測定された標準ガスが供給装置から排出ガス中へ導入され、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流が質量分析装置によって測定される。また標準ガス流量検出手段および質量分析装置の出力に基づいて排出ガス中の排出酸素流量が計算手段によって算出される。これによって排出酸素流量検出手段は排出ガスの流量が未知数であっても、かつ質量数の同一のガスが排出ガス中に含まれていても排出ガス中の排出酸素流量を精度よく検出することができる。
【００２０】
また本発明の前記標準ガス供給装置には、標準ガス供給管路が備えられており、前記標準ガス供給管路は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路に接続されていることを特徴とする。
本発明に従えば、標準ガスは真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路に標準ガス供給管路を介して導入されるので、たとえば標準ガスが前記通路よりも容積の大きい真空容器内に導入される場合に比べて排出ガスと標準ガスとが均一に混合されるまでの所要時間が短くなる。したがって特に標準ガスが間欠的に導入される場合には質量分析計の応答性を大幅に向上することができる。
【００２１】
また本発明の前記標準ガス供給管路の一端部には、標準ガス供給口が形成されており、前記標準ガス供給口は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路内に突出して設けられ、前記標準ガス供給口の開口部は排出ガスの流れ方向上流側に向けて設置されていることを特徴とする。
本発明に従えば、標準ガスは標準ガス供給口の開口部から排出ガスの流れ方向上流側に向けて供給されるので、標準ガスと排出ガスとは対向流となって混合される。したがって標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態であるクロム含有鋼の精錬装置の構成を簡略化して示す系統図であり、図２は図１に示すクロム含有鋼の精錬装置の電気的構成を示すブロック図である。クロム含有鋼の精錬装置１１は真空容器１３と、酸素ランス１５と酸素流量検出手段１６と酸素流量調整手段１７と、真空排気手段１８と、排出酸素流量検出手段３７と、真空計２１と、ランス昇降手段２２と、ランス高さ検出手段４１と、演算手段２３と制御手段２４とを含んで構成される。
【００２３】
転炉で粗精錬されたクロム含有鋼、たとえばステンレス鋼の溶鋼は、取鍋２６に注入され取鍋２６に貯留された状態で真空容器１３に収容される。取鍋２６の底部には、多孔質の耐火物から成るポーラスプラグ２７が設けられており、ポーラスプラグ２７には供給管２８が接続されている。供給管２８は不活性ガス、たとえばアルゴンガスを供給する管路であり、アルゴンガスはポーラスプラグ２７を介して溶鋼中に吹込まれて溶鋼を撹拌する。真空容器１３は本体１２と上蓋１４とを備えており、真空室を形成する。真空容器１３の本体１２は、有底円筒形容器であり、その側壁には真空容器１３から真空排気手段１８に排出ガスを案内する通路である真空排気ダクト２９が設けられている。真空容器１３の上蓋１４は真空容器１３に乗載され、真空容器１３の本体１２を気密に塞ぐ。真空容器１３の上蓋１４には、酸素ランス１５と、測温サンプリング装置３０と、合金添加装置３１とが設けられている。
【００２４】
酸素ランス１５は鉛直軸線を有する長尺管であり、真空容器１３の上蓋１４を貫通して昇降自在に設置されている。酸素ランス１５の先端部には、ノズル１５ａが溶鋼を臨んで同軸に装着されており、吹精酸素はノズル１５ａから鉛直方向に溶鋼に向かって噴射される。ランス昇降手段であるランス昇降装置２２は真空容器１３の上蓋１４に設けられ、酸素ランス１５を昇降駆動してノズル１５ａと溶鋼の上面との距離である前記ランス高さを調整する。ランス高さ検出手段であるランス高さ検出器４１はランス昇降装置２２に設けられ、ランス高さを検出する。測温サンプリング装置３０は、溶鋼の採取と温度測定とを同時に行う装置であり、前記上蓋１４を貫通して昇降自在に設置されている。溶鋼の測温サンプリングは、後記真空処理前後に行われ、真空処理前の測温サンプリング後には、取鍋２６の上部に中蓋３２がセットされる。合金添加装置３１は、合金添加槽３３と、シュート３４とから成り、合金元素を溶鋼中に添加して溶鋼の成分調整を行う。前記酸素ランス１５には、酸素ガスタンク３６から酸素供給管路３５を介して酸素が供給されている。酸素供給管路３５には酸素流量検出手段である酸素流量計１６と、酸素流量調整手段である酸素流量調整弁１７とが設けられている。酸素流量計１６は、吹精酸素の流量を検出し、酸素流量調整弁１７は、弁開度を調整して吹精酸素の流量を調整する。
【００２５】
前記真空排気ダクト２９の終端部には、真空排気手段であるスチームエジェクタ１８が設けられており、前記真空排気ダクト２９の中間部には、真空度を測定する真空計２１と、排出酸素流量検出手段である排出酸素流量検出装置３７とが設けられている。スチームエジェクタ１８は、真空容器１３の内部空間内の排出ガスを真空排気する。前記内部空間の圧力は、大気圧以下の予め定める値、たとえば２トールに減圧され、その圧力は前記真空計２１によって検出される。なお前記処理を以後、真空処理と略称する。
【００２６】
前記排出酸素流量検出装置３７は、真空容器から排出される排出ガス中へ後述する標準ガスを導入する標準ガス供給装置４２と標準ガス流量検出手段である標準ガス流量計１９と、質量分析装置４５と、図示しない計算手段とを含んで構成される。標準ガス供給装置４２は、標準ガスタンク４４と標準ガス供給管路４３とを備えている。標準ガス供給管路４３の一端部は真空排気ダクト２９の真空容器１３側の一端部寄りに接続されており、かつ真空排気ダクト２９内部に突出している。また標準ガス供給管路４３の一端部に形成されている標準ガス供給口４３ａは、その開口部を排出ガスの流れ方向上流側に向けて設置されている。したがって標準ガスと排出ガスとは対向流となって混合され、その結果、標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。これに対して標準ガス供給管路４３の他端部は標準ガスタンク４４に接続されている。標準ガス供給管路４３には、標準ガス流量計１９が設けられており、標準ガス流量計１９は標準ガスの供給流量を検出する。標準ガスは標準ガスタンク４４から標準ガス供給管路４３および標準ガス流量計１９を介して標準ガス供給口４３ａから真空排気ダクト２９内に導入され、排出ガスと迅速かつ均一に混合されて下流側に排出される。
【００２７】
前記質量分析装置４５は、分析ガス採取管路３８と、フィルタ３９と吸引ポンプ４０と、質量分析計２０とを含んで構成される。前記分析ガス採取管路３８は、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを採取するための管路であり、管路の一端部は真空排気ダクト２９に接続されている。フィルタ３９は混合ガス中の粉塵を除去し、吸引ポンプ４０は混合ガスを吸引して質量分析計２０に導く。質量分析計２０は、混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を計測する。前記計算手段は、標準ガス流量計１９および質量分析計２０の出力に基づいて排出ガス中の排出酸素流量を算出する。排出酸素流量の算出手順については後述する。
【００２８】
図２を参照して、クロム含有鋼の精練装置の電気的構成を説明する。前記酸素流量計１６は、酸素ランス１５から吹精される吹精酸素流量を測定してその出力を演算手段２３および制御手段２４に送る。排出酸素流量検出装置３７は、後述する算出手順によって真空容器１３から排出される排出ガス中の排出酸素流量を検出してその出力を演算手段２３に送る。ランス高さ検出器４１はランス高さを検出してその出力を制御手段２４に送る。演算手段２３は、たとえばプロセスコンピュータであり、酸素流量計１６および排出酸素流量検出装置３７の出力に基づいて取鍋２６内の溶鋼とスラグとに蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量をそれに対応する値であるＣｒ₂Ｏ₃量に換算し、演算手段２３のメモリ２５に記憶されている予め定める対応関係に基づいて前記求めた換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に対応する吹精酸素流量の目標値およびランス高さの目標値をそれぞれ求め、その出力を制御手段２４に送る。制御手段２４は、たとえばプロセスコンピュータであり、吹精酸素流量およびランス高さの測定値が前記求めた各目標値と一致するように酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動制御する。
【００２９】
図３は換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と酸素吹精条件の目標値との対応関係を示すグラフであり、図３（１）は換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標吹精酸素流量との対応関係を示すグラフであり、図３（２）は換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標ランス高さとの対応関係を示すグラフである。前記各対応関係は操業実績値に基づいて予め設定されたものである。換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標吹精酸素流量との対応関係は、図３（１）に示すように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が階段状にまたは連続的に小さくなるように予め設定される。前記対応関係が階段状に設定される場合ＳＴには図３（１）中に実線で示すように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が予め定めるしきい値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に到達するたびにそれに対応して目標吹精酸素流量を低下させる設定変更が行われる。なお換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ３に達すると、目標吹精酸素流量は零に設定され、酸素吹精が停止される。
【００３０】
これに対して対応関係が連続的に設定される場合ＣＴには、図３（１）中に点線で示すように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ１に達するまでは目標吹精酸素流量が階段状に設定される場合ＳＴと同一の初期設定値に設定され、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ１に達すると換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が連続的に小さくなるように設定され、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ３に達すると、目標吹精酸素流量は零に設定され、酸素吹精が停止される。このように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が小さくなるように設定されるのは、吹精酸素流量の過剰な供給を防止し、クロムの過剰酸化を防止するためである。
【００３１】
換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標ランス高さとの対応関係は、図３（２）に示すように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて目標ランス高さが階段状にまたは連続的に小さくなるように予め設定される。また目標ランス高さは、図３（１）に示す目標吹精酸素流量の低下と同調して低下している。すなわち前記対応関係が階段状に設定される場合ＳＴには、図３（２）中に実線で示すようにしきい値Ｃ１、Ｃ２において目標ランス高さを低下させる設定変更が行われており、前記対応関係が連続的に設定される場合ＣＴには、図３（２）中に点線で示すように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ１を越えると換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて目標ランス高さが前記吹精酸素流量の低下に対応して連続的に低下している。また換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしきい値Ｃ３に達したときには、いずれの場合も酸素吹精の停止に対応して目標ランス高さが初期設定値に復帰する。
【００３２】
酸素ランス１５のノズル１５ａから溶鋼に吹精される酸素は、その圧力および流量によって溶鋼の上面にくぼみを形成する。前記溶鋼くぼみはその深さが深くなるほど溶鋼と酸素との反応面積を増大させて脱炭反応を促進させる。前述のように目標ランス高さが目標吹精酸素流量の低下に同調して小さくなるように設定されるのは、吹精酸素流量の低下による溶鋼くぼみ深さの減少をランス高さの低下による溶鋼くぼみ深さの増加によって相殺し、反応界面積を維持して脱炭効率の低下を防止するためである。
【００３３】
以上述べたように吹精酸素流量の目標値およびランス高さの目標値は、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量との対応関係に基づいて設定される。また前記各目標値の設定変更は、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が前記各しきい値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に達するタイミングごとに行われる。換算Ｃｒ₂Ｏ₃量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、それに基づいて設定される前記各目標値およびその変更タイミングは脱炭効率を高水準に維持することのできる適正目標値および適正タイミングに設定することができる。なお図３に示す対応関係は数式化されて前記演算手段２３のメモリ２５に予め記憶される。
【００３４】
前述のように本実施の形態では、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量に基づいて溶鋼の精錬が行われる。また前記残存酸素量は、真空容器１３に供給される吹精酸素流量と真空容器１３から排出される排出ガス中の排出酸素流量とを求め、吹精酸素流量と排出酸素流量との差を積算することによって求められる。一般に前記排出酸素流量は排出ガス流量と排出ガス成分濃度とを精度よく求めることによって算出することができる。しかしながら現在使用されている排出ガス流量計は差圧式であり、本実施の形態のように大径の真空排気ダクト２９を通過する温度変化を伴う多量の排出ガス流量を正確に測定することは困難である。また現在使用されている排出ガス分析計は赤外線式であり精度および応答速度に問題がある。したがって現時点では前記排出酸素流量を精度よく求めることは困難である。
【００３５】
本発明者らは前記問題を解決するために詳細な研究を行った結果、排出ガス中に既知流量の標準ガスを供給し、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを質量分析計２０に導き、質量分析計２０において混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を測定することによって測定の困難な排出ガス流量の測定を行うことなく、前記排出酸素流量を精度よく求め得ることを見いだした。以下にその詳細を説明する。
【００３６】
前述のように本実施の形態では質量分析計２０によってガス分析が行われる。一般に質量分析計２０には次のような長所たる特徴がある。（イ）全てのガス組成が同一計測器で計測することができる。（ロ）分析計の分析精度が極めて高い。（ハ）分析用排出ガス量が極めて微量でよく、したがって分析計までのガス送達時間が短く、かつ分析除塵系の構造を簡単にすることが可能である。（ニ）分析計の分析時間はミリｓｅｃのオーダであり事実上全ガス組成を同時分析することができる。しかしながらその半面、質量数ｍ／ｅの等しいガスは同一の位置に測定値（イオン化電流値）として計測されるので、異なるガスでも親ピークが一致するガス、たとえばＣＯガスとＮ₂ガスとではいずれの親ピークもｍ／ｅ＝２８であるから分離できないという問題がある。
【００３７】
本実施の形態では、精錬反応によって生ずるガスはＣＯおよびＣＯ₂ガスであるけれども、リークによって真空容器内に進入する空気も考慮しなければならず、空気中のＮ₂ガスとＣＯガスとを分離して計測する必要がある。この問題に対しては、質量分析計２０において、異種のガスは子ピークすなわち２価イオンピークおよび再配列ピークまで含めて一致することはないこと、たとえばＣＯガスの２価イオンピークはｍ／ｅ＝１４に現れると同時に再配列ピークはｍ／ｅ＝１２にも現れるけれども、Ｎ₂ガスの２価イオンピークはｍ／ｅ＝１４に現れるだけでＮ₂の２価イオンピークまたは再配列ピークはｍ／ｅ＝１２には現れないこと、および親ピークのイオン化電流に対する子ピークのイオン化電流の割合を表すパターン係数πは一定のイオン化電圧などの条件下ではガスの種類によって固有であることに着目すると、以下に示すように前記問題は解決できる。
【００３８】
図４は、図１に示す排出酸素流量検出装置による真空容器から排出される排出酸素流量の検出方法を示す説明図である。前述のように排出酸素流量検出装置３７の標準ガスタンク４４から供給された標準ガスは、標準ガス流量計１９および標準ガス供給管路４３を経由して真空排気ダクト２９内に導入され、排出ガスと均一に混合される。標準ガスと排出ガスとから成る混合ガスは吸引ポンプ４０によって分析ガス採取管路３８に吸引され、フィルタ３９を経て質量分析計２０に導かれる。
【００３９】
第１ステップでは、質量分析計２０において、前記混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流値（Ａｍｐ）が計測される。計測されたイオン化電流値Χ₁₂、Χ₁₄、Χ₂₈、Χ₃₂、Χ₄₀、Ｘ₄₄は、質量数ｍ／ｅ＝１２，１４，２８，３２，４０，４４のイオン化電流値をそれぞれ示す。また本実施の形態では、標準ガスとしてアルゴンガス（質量数ｍ／ｅ＝４０）が真空排気ダクト２９内に間欠的に供給される。アルゴンガスが間欠的に供給されるのは、取鍋２６の底部のポーラスプラグ２７から溶鋼を撹拌するために供給され、排出ガス中にすでに含まれているアルゴンガスと標準ガスとして供給されるアルゴンガスとを区分するためである。したがって質量数ｍ／ｅ＝４０のイオン化電流値は、間欠的に供給されるアルゴンガスによるイオン化電流値の変化ΔΧ₄₀としても求められる。
【００４０】
第２ステップでは、間欠的に供給されるアルゴンガスの流量変化Δｑ_A（リットル／分）が計測される。前記流量変化は標準ガス流量計１９によって求められる。第３ステップではＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂およびアルゴンガスの感度Ｓ（ｐ）（Ａｍｐ／Ｔｏｒｒ）が求められる。前記感度Ｓ（ｐ）は排出ガスの圧力が変化するとそれに伴って変化するので、真空計２１の測定圧力ｐによって感度を補正する必要がある。このため感度は圧力ｐの関数Ｓ（ｐ）として表される。なお感度Ｓ_CO（ｐ）、Ｓ_CO2（ｐ）、Ｓ_O2（ｐ）およびＳ_A（ｐ）はＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂およびアルゴンガスの感度をそれぞれ示す。
【００４１】
第４ステップでは、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂、Ｏ₂、アルゴンガスの分圧Ｐ_CO、Ｐ_CO2、Ｐ_N2、Ｐ_O2、ΔＰ_Aが算出される。ＣＯ、Ｎ₂のｍ／ｅ＝１４への前記パターン係数をπ_CO.₁₄、π_N2.₁₄、ＣＯ、ＣＯ₂のｍ／ｅ＝１２への前記パターン係数をπ_CO.₁₂、π_CO2.₁₂およびＣＯ₂のｍ／ｅ＝２８への前記パターン係数をπ_CO2・₂₈とするとき、前記分圧Ｐ_CO、Ｐ_CO2、Ｐ_N2、Ｐ_O2、ΔＰ_Aは、下記（１）〜（６）式で表すことができる。
【００４２】
Χ₁₂＝Ｓ_CO(p)・π_CO.₁₂・Ｐ_CO＋Ｓ_CO2(p)・π_CO2.₁₂・Ｐ_CO2 …（１）
Χ₁₄＝Ｓ_CO(p)・π_CO.₁₄・Ｐ_CO＋Ｓ_N2(p)・π_N2.₁₄・Ｐ_N2 …（２）
Χ₂₈＝Ｓ_N2(p)・Ｐ_N2＋Ｓ_CO(p)・Ｐ_CO＋Ｓ_CO2(p)・π_CO2.₂₈・Ｐ_CO2…（３）
Χ₄₄＝Ｓ_CO2(p)・Ｐ_CO2 …（４）
Χ₃₂＝Ｓ_O2(p)・Ｐ_O2 …（５）
ΔΧ₄₀＝Ｓ_A(p)・ΔＰ_A …（６）
前記（１）〜（４）式においてΧ₁₂、Χ₁₄、Χ₂₈、Χ₄₄は第１ステップで求められる既知の値であり、Ｓ_CO、Ｓ_CO2、Ｓ_N2 は第３ステップで求められる既知の値であり、π_CO.₁₂、π_CO.₁₄、π_CO2.₁₂、π_CO2.₂₈、π_N2.₁₄ は一定条件下では固有な値であるので、Ｐ_CO、Ｐ_CO2、Ｐ_N2 は（１）〜（４）式から求めることができる。また前記（５）〜（６）式において、Χ₃₂、ΔΧ₄₀は第１ステップで求められる既知の値であり、Ｓ_O2、Ｓ_A は第３ステップで求められる既知の値であるので、Ｐ_O2、ΔＰ_Aは（５）式、（６）式からそれぞれ求めることができる。
【００４３】
第５ステップでは、全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐとの比率が算出される。全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐおよび標準ガスとして供給されたアルゴンガスの流量変化Δｑ_Aとその分圧ΔＰ_Aとの間には下記（７）式が成立する。
【００４４】
【数１】

【００４５】
（７）式においてΔｑ_Aは第２ステップで求められる既知の値であり、ΔＰ_Aは（６）式から求められるので、全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐとの比率（Ｑ／Ｐ）は（７）式から求めることができる。
【００４６】
第６ステップでは、排出ガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂ガスの流量が算出される。排出ガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂ガスの流量をｑ_CO、ｑ_CO2、ｑ_O2とするとｑ_CO、ｑ_CO2、ｑ_O2、Ｐ_CO、Ｐ_CO2、Ｐ_O2、ＰおよびＱの間には下記（８）〜（１０）式が成立する。
【００４７】
【数２】

【００４８】
（８）〜（１０）式においてＰ_CO、Ｐ_CO2、Ｐ_O2 は第４ステップで求められる既知の値であり、Ｑ／Ｐは第５ステップで求められる既知の値であるので、排出ガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂ガスの流量ｑ_CO、ｑ_CO2、ｑ_O2は（８）〜（１０）式から求めることができる。
【００４９】
第７ステップでは排出酸素流量が算出される。排出酸素流量は下記（１１）式に示すようにＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂として排出される各排出ガス中の酸素分をそれぞれ求め、それらを加算することによって算出される。
【００５０】
【数３】

【００５１】
（１１）式においてｑ_CO、ｑ_CO2、ｑ_O2は第６ステップで求められる既知な値であるので、排出酸素流量Ｑ_O2は（１１）式から求めることができる。なお前記ステップ３以降の演算は前記計算手段によって行われる。
【００５２】
このように本実施の形態では標準ガスとしてアルゴンガスを用い、アルゴンガスを間欠的に真空排気ダクト２９中に供給することによって真空容器１３から排出される排出ガスの流量に関係なく、排出ガス中の排出酸素流量を精度よく求めることができる。また排出ガス中に親ピークの質量数が同一である異種ガス、たとえばＣＯガス、Ｎ₂ガスが含まれていても、子ピークの質量数の違いからＣＯガスとＮ₂ガスとを分離することができる。したがって取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量を精度よく求めることができる。前記残存酸素量は溶鋼の精錬状況を表す有効な指標値であり、そのままの形で用いることもできるけれども本実施の形態では、前述のように前記求めた残存酸素量を対応する値であるＣｒ₂Ｏ₃量に換算して用いている。
【００５３】
なお前記排出ガス中の排出酸素流量の算出方法は酸素を含むガスとしてＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂ガスを対象としているけれども、対象ガスはそれらに限定されるものではなく、たとえばＳＯ₂、Ｈ₂Ｏなどのガスに対しても同様に適用することができる。したがって本算出方法は適用対象となる排出ガスの範囲の広い汎用性のある算出方法である。さらに標準ガスとしてＨｅガス、Ｎ₂ガスを用いてもよい。
【００５４】
図５は本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートであり、図６および図７は本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。図５、図６および図７により本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明する。ステップｓ１では、精錬開始に先立って条件設定が行われる。設定される条件は、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される換算Ｃｒ₂Ｏ₃量のしきい値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ならびに吹精酸素流量とランス高さとから成る酸素吹精条件の初期目標値などである。前記しきい値および前記酸素吹精条件の初期目標値は、前記図３に示す換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標酸素吹精条件との対応関係に基づいて設定される。なお本実施の形態では、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標吹精酸素流量との対応関係および換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標ランス高さとの対応関係はいずれも階段状に設定されている。
【００５５】
ステップｓ２では、真空処理が開始される。真空処理は時刻ｔ１１に開始され、真空度が急速に低下する。真空度の低下に伴って脱炭速度が緩やかに増大し、溶鋼中炭素含有率「Ｃ」％が緩やかに低下する。ステップｓ３では、酸素吹精が時刻ｔ１２において開始され、溶鋼に酸素が吹付けられる。酸素吹精開始時の酸素吹精条件は前記初期目標値に基づいてプリセットされる。酸素吹精開始に伴い脱炭速度は急速に増大し、酸素吹精条件と平衡する脱炭速度に到達し、その後、ほぼ平衡値に保たれる。また前記「Ｃ」％は急速に低下し、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量はほとんど増大しない。これは、酸素吹精初期には溶鋼中炭素含有量が高いので、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が高く、吹精酸素はほとんど全量脱炭反応に費やされることによるものである。
【００５６】
ステップｓ４では吹精酸素流量およびランス高さの測定が酸素流量計１６およびランス高さ検出器４１によって連続的に行われる。ステップｓ５では、吹精酸素流量およびランス高さの測定値がステップｓ１で設定された各初期目標値と一致しているか否かが判断される。この判断が否定であれば、ステップｓ６に進み、酸素吹精条件の変更が行われる。酸素吹精条件の変更は、酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動することによって行われる。酸素吹精条件の変更後、再度ステップｓ４に戻り、吹精酸素流量およびランス高さの測定が行われる。このステップｓ４からステップｓ６を巡る処理は、ステップｓ５の判断が肯定になるまで繰返される。このように、前記吹精酸素流量およびランス高さの制御がフィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に初期目標値と一致するように制御される。ステップｓ５の判断が肯定であれば、あるいは肯定になれば、ステップｓ７に進む。
【００５７】
ステップｓ７では、排出ガス中の排出酸素流量が検出される。前記排出酸素流量の検出は、前記図４に示す方法によって行われる。ステップｓ８では、残存酸素量および換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の算出が行われる。取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量は、ステップｓ４で計測した吹精酸素流量とステップｓ７で求めた排出酸素流量との差を積算することによって連続的に求められる。また換算Ｃｒ₂Ｏ₃量は、前記求めた残存酸素量に換算係数（＝１５２／４８）を乗算することによって求められる。なお前記換算係数は、クロムおよび酸素の原子量５２、１６に基づいて求められる。
【００５８】
ステップｓ９では、前記求めた換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がステップｓ１で設定されたしきい値Ｃ１以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ１の値は、たとえば２５０ｋｇである。この判断が否定であれば再度ステップｓ７に戻る。このステップｓ７からステップｓ９を巡る処理はステップｓ９における判断が肯定になるまで繰返される。前述のように酸素吹精初期においては換算Ｃｒ₂Ｏ₃量はほとんど増大しないので、ステップｓ９における判断は酸素吹精初期には否定となり、酸素吹精がそのまま続けられる。しかしながら酸素吹精の進行に伴い脱炭反応が進行して〔Ｃ〕％が低くなると、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が低下し、溶鋼中クロムと酸素との反応が生ずる。その結果、脱炭速度が低下し、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がしだいに増加する。換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が増加してステップｓ９の判断が肯定になると、ステップｓ１０に進む。
【００５９】
ステップｓ１０では、酸素吹精条件の目標値の設定変更が行われる。前記酸素吹精条件の目標値の設定変更は、前記図３（１）、（２）に示す換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標酸素吹精条件との対応関係に基づいて行われる。すなわち前記求めた換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に対応する目標吹精酸素流量および目標ランス高さが目標値として設定変更される。図３（１）、（２）に示すように目標吹精酸素流量および目標ランス高さは、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が大きくなるにつれて小さくなるように設定されているので、設定変更後の目標吹精酸素流量および目標ランス高さは設定変更前よりも減少する。
【００６０】
ステップｓ１１では、酸素吹精条件の変更が時刻ｔ１３において行われる。酸素吹精条件の変更はステップｓ６の場合と同様に酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動することによって行われる。ステップｓ１２では、吹精酸素流量およびランス高さの測定が行われる。ステップｓ１３では、これら酸素吹精条件の測定値が前記設定変更した目標値と一致しているか否かが判断される。この判断が否定であれば再度ステップｓ１１に戻り、さらに酸素吹精条件の変更が行われる。このステップｓ１１からステップｓ１３を巡る処理は、ステップｓ１３の判断が肯定になるまで繰返される。このように前記酸素吹精条件の制御は、フィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に設定変更された目標値と一致するように制御される。ステップｓ１３の判断が肯定であれば、あるいは肯定になれば、ステップｓ１４に進む。
【００６１】
前記ステップｓ１１における酸素吹精条件の変更後、「Ｃ」％は引続き低下し、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量は引続き増大し、これに伴い脱炭速度も低下する。しかしながら酸素吹精条件の変更によって「Ｃ」％の時間変化率は大きくなり、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の時間変化率は小さくなる。すなわち酸素吹精条件の変更によって「Ｃ」％の低下は促進され、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の増大は抑制される。
【００６２】
ステップｓ１４では排出酸素流量の検出が行われ、ステップｓ１５では残存酸素量および換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の算出が行われる。ステップｓ１４およびステップｓ１５の処理内容は、前記ステップｓ７およびステップｓ８の処理内容とそれぞれまったく同一であるので、説明を省略する。ステップｓ１５において換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の算出が行われた後、ステップｓ１６に進む。ステップｓ１６では換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がステップｓ１で設定したしきい値Ｃ２以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ２の値はたとえば３５０ｋｇである。この判断が否定であれば、前記ステップｓ９の場合とまったく同様の繰返し処理が行われる。ステップｓ１６における判断が肯定になるとステップｓ１７に進む。ステップｓ１７では、酸素吹精条件の目標値の設定変更がステップｓ１０の場合と同様に行われ、ステップｓ１８では酸素吹精条件の変更が時刻ｔ１４においてステップｓ１１の場合と同様に行われる。なお酸素吹精条件の変更後における脱炭速度、「Ｃ」％、換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の経時変化およびその時間変化率は時刻ｔ１３以降の場合とほぼ同一である。
【００６３】
ステップｓ１７以降ステップｓ２２までの各ステップの処理内容は、前記ステップｓ１０からステップｓ１５の処理内容とそれぞれまったく同一であるので、説明を省略する。ステップｓ２２において換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の算出が行われた後、ステップｓ２３に進む。ステップｓ２３では換算Ｃｒ₂Ｏ₃量がステップｓ１で設定したしきい値Ｃ３以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ３の値は、たとえば４５０ｋｇである。この判断が否定であれば前記ステップｓ９およびステップｓ１６の場合とまったく同一の繰返し処理が行われる。この判断が肯定になるとステップｓ２４に進む。
【００６４】
ステップｓ２４では、酸素吹精の停止が時刻ｔ１５において行われる。酸素吹精の停止は、酸素流量調整弁１７を閉じて吹精酸素流量を零とすることによって行われる。またランス高さは、初期設定高さまで戻される。酸素吹精停止後、溶鋼は減圧下（約２Ｔｏｒｒ）で取鍋２６の底部に設けられたポーラスプラグ２７から吹込まれるアルゴンガスによって引続き撹拌される。これによって溶鋼中の炭素とスラグ中のＣｒ₂Ｏ₃との反応が生じ、脱炭反応およびＣｒ₂Ｏ₃の還元反応が進行する。その結果、時刻ｔ１５以降も脱炭速度は小さいけれども、「Ｃ」％が緩やかに低下を続ける。また還元反応の進行によって換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が減少する。
【００６５】
ステップｓ２５では、真空処理が終了する。真空処理の終了は、時刻ｔ１６において真空排気手段であるスチームエジェクタ１８を停止し、真空容器１３内の圧力を大気圧に復圧させることによって行われる。真空処理終了後、測温サンプリング装置３０によって測温サンプリングが行われ、鋼中化学成分の分析が行われる。さらに前記測温および分析結果に基づいて溶鋼の成分および温度調整が行われ、ステンレス鋼溶鋼の精錬が終了する。
【００６６】
以上述べたように本実施の形態では、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される換算Ｃｒ₂Ｏ₃量を連続的に求め、前記求めた換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が増加して予め定めるしきい値Ｃ１、Ｃ２に達すると予め定める対応関係に基づいて酸素吹精条件の目標値が変更され、目標吹精酸素流量および目標ランス高さが同調して低減される。このように換算Ｃｒ₂Ｏ₃量の増大に対応して吹精酸素流量が低減されるので、過剰な酸素の供給が抑制され、クロムの過剰酸化が抑制される。その結果、クロムの添加歩留りが大幅に向上する。また換算Ｃｒ₂Ｏ₃量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、前記換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に基づいて設定される目標吹精酸素流量およびその変更タイミング（しきい値Ｃ１、Ｃ２）は、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正流量および適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の目標吹精酸素流量およびその変更タイミングは脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度などの指標値に基づいて設定されるので、それらを適正流量および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに吹精酸素流量の低減に同調してランス高さが低減されるので、吹精酸素流量の低減による溶鋼くぼみ深さの減少をランス高さの低減による溶鋼くぼみ深さの増加によって相殺し、反応界面積を維持して脱炭効率の低下を防止することができる。その結果、溶鋼の脱炭効率が高水準に維持される。さらにまた換算Ｃｒ₂Ｏ₃量は脱炭効率に直接的に影響を及ぼす指標値であるので、前記換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に基づいて設定される目標ランス高さおよびその変更タイミング（しきい値Ｃ１、Ｃ２）は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正高さおよび適正タイミングに設定される。これに対して従来技術の目標ランス高さおよびその変更タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、それらを適正高さおよび適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００６８】
さらにまた本実施の形態の酸素吹精停止タイミングは、脱炭効率に直接的に影響を及ぼす換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。すなわち換算Ｃｒ₂Ｏ₃量が予め定めるしきい値Ｃ３に達すると、酸素吹精が停止されるので、スラグ中のＣｒ₂Ｏ₃量の過剰な増加を確実に防止することができ、Ｃｒ₂Ｏ₃量の適正化を図ることができる。前記スラグ中のＣｒ₂Ｏ₃量の過剰な増加はスラグの粘性の著しい増加を招き、酸素吹精後における溶鋼とスラグとの反応を阻害する。したがって前記Ｃｒ₂Ｏ₃量の適正化は前記反応阻害要因を排除することになり、酸素吹精終了後における溶鋼中炭素とスラグ中のＣｒ₂Ｏ₃との反応を効率的に進行させ、脱炭反応およびＣｒ₂Ｏ₃の還元反応を促進させる。その結果、溶鋼の到達炭素含有率が大幅に低下し、極低炭素ステンレス鋼溶鋼を安定して製造することができる。これに対して従来技術の酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では、従来技術に比べて溶鋼の到達炭素含有率を低下することができる。またＣｒ₂Ｏ₃が還元されるのでクロムの添加歩留りが向上する。さらにまた前記酸素吹精条件の制御は、フィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に測定値と目標値とが一致するように制御される。
【００６９】
なお換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標吹精酸素流量との対応関係ならびに換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と目標酸素吹精ランス高さとの対応関係は、本実施の形態では前述のように階段状に設定された対応関係を用いているけれども、図３（１）、図３（２）中に点線で示すように連続的に設定された対応関係を用いてもよい。
【００７０】
実施例
図１に示すクロム含有鋼の精錬装置１１を用いて極低炭素ステンレス鋼の精錬を行った。対象鋼種はＳＵＳ４４４であり、１チャージ当たりの溶鋼重量は７８トン／チャージである。操業チャージ数は、本発明の精錬方法で精錬を実施した実施例１においては５チャージであり、従来技術の精錬方法で精錬を実施した比較例１および比較例２においてはそれぞれ５チャージである。実施例１の精錬方法は、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングを前記換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に基づいて行う方法であり、比較例１の精錬方法は酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングを真空度および排出ガス中酸素濃度に基づいて行う方法であり、比較例２の精錬方法は酸素吹精条件を初期設定のまま固定し、酸素吹精の停止タイミングを真空度および排出ガス中酸素濃度に基づいて行う方法である。実施例１、比較例１および比較例２の操業条件および精錬後の最終到達炭素含有率（以後、到達「Ｃ」と略称する）を表１にそれぞれ示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
表１から実施例１の到達「Ｃ」は２０〜４０ｐｐｍであり、比較例１および比較例２に比べて低水準で良好であること、比較例１の到達「Ｃ」は５０〜７０ｐｐｍであり、比較例２よりは低水準で良好であるけれども、実施例１に比べると高水準で劣ること、比較例２の到達「Ｃ」は５０〜９０ｐｐｍであり、実施例１および比較例１に比べて高水準で劣ることなどが判る。
【００７３】
このように実施例１の到達「Ｃ」が良好であるのは、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングが脱炭効率との相関関係が明瞭な換算Ｃｒ₂Ｏ₃量に基づいて適正に設定されているからであると考えられる。これに対して比較例１の到達「Ｃ」が実施例１に比べて劣るのは、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングが脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度や排出ガス中酸素濃度に基づいて設定されているので、適正タイミングから外れているからであると考えられる。また比較例１の到達「Ｃ」が比較例２に比べて良好であるのは、酸素吹精条件の変更タイミングが精錬の進行に応じて設定されているためであると考えられる。以上述べたように本発明は極低炭素ステンレス鋼の精錬方法として極めて優れた精錬方法であり、産業上極めて有益である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が減少されるので、クロムの過剰酸化が抑制され、クロムの添加歩留りが大幅に向上する。また吹精酸素流量およびその変更タイミングは、残存酸素量に基づいて脱炭反応を効率的に進行させることのできる適正流量および適正タイミングに設定されるので、従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
またＣＯ、ＣＯ _２、Ｏ _２、Ｎ _２、Ａｒガスを含む未知流量の排出ガス中の排出酸素流量が標準ガスおよび質量分析装置を用いることによって正確に求められるので、それに基づいて残存酸素量を連続的に迅速かつ正確に求めることができる。
【００７５】
また本発明によれば、酸素ランスのノズルと溶鋼の上面との距離は残存酸素量の増加につれて小さくなるので、脱炭効率の低下が防止され、脱炭効率が高水準に維持される。また前記距離およびその変更タイミングは残存酸素量に基づいて脱炭効率を高水準に維持することのできる適正距離および適正タイミングに設定されるので、従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００７６】
また本発明によれば、残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、酸素吹精が停止されるので、スラグ中のＣｒ₂Ｏ₃量を抑制することができる。スラグ中のＣｒ₂Ｏ₃量の抑制はスラグの粘性を低粘性に止め、酸素吹精後の脱炭反応の進行を促進させる。このように本発明の酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に直接的に影響を及ぼす残存酸素量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに設定される。その結果、極低炭素クロム含有鋼を効率的に製造することができる。また前記脱炭反応の進行に伴ってスラグ中Ｃｒ₂Ｏ₃の還元反応が進行するのでクロムの添加歩留りを向上することができる。
【００７９】
また本発明によれば、クロム含有鋼の精錬装置はクロム含有鋼の脱炭効率を高水準に維持することができるので、極低炭素クロム含有鋼を効率的に精錬することができる。またスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３量が抑制されるので、クロムの添加歩留りを向上させることができ、省資源を図ることができる。
また排出酸素流量検出手段は排出ガス中の排出酸素流量を精度よく検出することができるので、残存酸素量の算出精度を大幅に向上することができる。
【００８１】
また本発明によれば、標準ガスは通路に標準ガス供給管路を介して導入されるので、排出ガスと標準ガスとが均一に混合されるまでの所要時間が短くなる。したがって質量分析装置の応答性を大幅に向上することができる。
【００８２】
また本発明によれば、標準ガスは標準ガス供給口の開口部から排出ガスの流れ方向上流側に向けて供給されるので、標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるクロム含有鋼の精錬装置の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】図１に示すクロム含有鋼の精錬装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】換算Ｃｒ₂Ｏ₃量と酸素吹精条件の目標値との対応関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す排出酸素流量検出装置による真空容器から排出される排出酸素流量の検出方法を示す説明図である。
【図５】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来からのＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１クロム含有鋼の精錬装置
１３真空容器
１５酸素ランス
１６酸素流量検出手段
１７酸素流量調整手段
１８真空排気手段
１９標準ガス流量検出手段
２０質量分析計
２１真空計
２２ランス昇降手段
２３演算手段
２４制御手段
２９真空排気ダクト
３７排出酸素流量検出手段
４１ランス高さ検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a refining method and apparatus for chromium-containing steel under reduced pressure, and more particularly to a decarburizing refining method and apparatus for ultra-low carbon stainless steel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, stainless steel, which is a typical chromium-containing steel, is roughly refined in a primary smelting furnace such as an electric furnace or a converter, and then a stainless steel molten steel (hereinafter sometimes referred to as molten steel) by a VOD method or the like. So-called secondary refining such as decarburization treatment, degassing treatment, and component adjustment is performed and melted.
[0003]
In the VOD method, an oxygen lance is provided in the vacuum ladle degassing device, and oxygen is blown from the oxygen lance nozzle into the molten steel in the ladle at a reduced pressure lower than the atmospheric pressure. This is a refining method in which decarburization is performed while suppressing oxidation of chromium by evacuating the CO gas generated by the reaction with, and reducing the CO partial pressure in the atmosphere.
[0004]
FIG. 8 is a timing chart showing a conventional method for refining stainless steel by the VOD method. In FIG. 8, the refining method of the first conventional technique 3 is indicated by a solid line, and the refining method of the second conventional technique 4 is indicated by a dotted line. The refining method of the first conventional technique 3 is performed as follows. At time t1, the decompression process is started and the degree of vacuum rapidly decreases. As the degree of vacuum decreases, the decarburization rate gradually increases, and the carbon content in the molten steel (hereinafter sometimes abbreviated as “C”%) gradually decreases.
[0005]
At time t2, the degree of vacuum reaches a predetermined threshold value V1, and oxygen blowing is started. Oxygen blowing is performed by setting oxygen blowing conditions, which are a flow rate of blown oxygen and a distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel, to predetermined initial conditions and blowing oxygen from the oxygen lance to the molten steel. The upper surface of the molten steel means the molten steel surface where oxygen is not sprayed, and the distance is a distance along the axis of the nozzle in the oxygen injection direction, and the axis is in the vertical direction. This corresponds to the height of the nozzle from the upper surface of the molten steel (hereinafter referred to as lance height). With the start of oxygen blowing, the decarburization rate increases rapidly and reaches a decarburization rate that equilibrates with the oxygen blowing condition, and is then maintained at an equilibrium value. In addition, “C”% decreases rapidly, and Cr in the slag floating on the molten steel₂O_ThreeThe amount hardly changes. This is because “C”% in the molten steel is high in the early stage of oxygen blowing, so that the reaction efficiency between carbon and oxygen in the molten steel is high, and almost all the blowing oxygen is consumed in the decarburization reaction. However, as the decarburization reaction proceeds and the “C”% decreases, the reaction efficiency between carbon and oxygen in the molten steel decreases, and the reaction between chromium and oxygen in the molten steel occurs, so the decarburization rate gradually decreases, and slag Medium Cr₂O_ThreeThe amount increases gradually.
[0006]
At time t3, the degree of vacuum reaches a predetermined threshold value V2, and the blown oxygen flow rate and the lance height are reduced stepwise to a predetermined value and held at that value. This is Cr in slag₂O_ThreeThis is to suppress an increase in amount and a decrease in decarburization efficiency, and an effect of promoting a decarburization reaction can be obtained by changing the oxygen blowing condition. That is, although the decarburization rate does not change, the rate of change over time is small, and Cr in the slag₂O_Three The time change rate of the increase in the amount becomes small, and the time change rate of the decrease in “C”% becomes large. However, the effect is gradually lost as time elapses after time t3, and the decarburization rate decreases and Cr in the slag.₂O_ThreeThe time change rate of the increase in the amount increases, and the time change rate of the decrease in “C”% decreases.
[0007]
At time t4, the degree of vacuum reaches a predetermined threshold value V3, and the oxygen blowing condition is changed as in the case of the threshold value V2. “C”%, decarburization rate and Cr in slag₂O_ThreeThe rate of change with time after time t4 is the same as that after time t3. At time t5, the degree of vacuum reaches a predetermined threshold value V4, and oxygen blowing is stopped. The decompression process is continued as it is, and argon bottom blowing stirring is performed under reduced pressure. After stopping oxygen blowing, “C”%, decarburization speed and Cr in slag₂O_ThreeThe quantity is kept at an almost constant level. It should be noted that the stoppage of oxygen blowing is determined not only in the degree of vacuum but also in CO, CO in exhaust gas.₂And O₂It may be performed depending on the concentration, or may be performed in combination with the degree of vacuum. At time t6, the decompression process is stopped, the component adjustment of the molten steel is performed, and the refining of stainless steel by the VOD method is completed.
[0008]
The refining method of the second prior art 4 is performed as follows. The refining method of the second conventional technique 4 from the time t1 to the time t3 is exactly the same as the first conventional technique 3, and “C”%, decarburization speed, Cr in slag₂O_ThreeThe time change of the amount is the same as that in the first prior art 3. In the second conventional technique 4, the oxygen blowing condition is not changed at time t3 and time t4, and refining is performed with the oxygen blowing condition fixed at the initial setting condition regardless of the level of “C”%. . Therefore, the decarburization rate decreases and Cr in the slag until oxygen blowing is stopped at time t5.₂O_ThreeThe time change rate of the increase in quantity is larger than those of the first prior art 3, and as a result, the time change rate of decrease of “C”% is smaller than that of the first prior art 3. This tendency becomes more prominent with time. The refining method of the second conventional technique 4 from the time t5 to the time t6 is exactly the same as the first conventional technique 3.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the second prior art 4, during oxygen blowing, operation is performed with the oxygen blowing conditions fixed at the initial setting conditions regardless of the level of carbon content in the molten steel. Therefore, as the carbon content in the molten steel decreases, the oxygen supply amount becomes excessive and Cr in the slag₂O_Three The production amount of increases gradually. Cr in slag₂O_ThreeIncrease in the production amount of slag significantly increases the viscosity of slag, and Cr in the slag₂O_ThreeAs a result, the decarburization reaction efficiency due to argon bottom blowing stirring under reduced pressure after the end of refining, especially after the stop of oxygen blowing is significantly reduced. Since the decarburization reaction controls the decarburization reaction in a region with a low carbon content in the molten steel, for example, a region of 300 ppm or less, Cr in the slag₂O_ThreeIn 2nd prior art 4 with many production amounts, it is difficult to reduce the reach | attainment value of the carbon content rate in molten steel to a very low carbon area | region. Moreover, since the oxidation loss of chromium increases, the yield of chromium, which is a valuable metal, is greatly reduced.
[0010]
On the other hand, in the first prior art 3, the oxygen blowing condition is optimized in accordance with the degree of vacuum during oxygen blowing.₂O_ThreeAs a result, the reaching value of the carbon content in the molten steel can be made lower than that of the second conventional technique 4. However, vacuum and decarburization efficiency or Cr in slag₂O_ThreeSince the correlation with the production amount is unclear, it is difficult to properly set the timing for changing the oxygen blowing condition. Therefore, if the change timing of oxygen blowing conditions is too late, excessively excessive Cr in the slag₂O_ThreeWhen the amount of produced increases to cause an increase in the reached value of the carbon content in the molten steel as in the second prior art 4, or the change timing of the oxygen blowing condition is too early, the oxygen flow rate decreases excessively. As a result, the reached value of the carbon content in the molten steel is increased.
[0011]
In addition, as described above, in both the first and second

prior arts

3 and 4, the determination of stopping the oxygen blowing is performed based on the degree of vacuum and the CO, CO in the exhaust gas.₂, O₂It is done by concentration. However, these values and Cr in slag₂O_ThreeSince the correlation with the generation amount of oxygen is unclear, it is difficult to properly set the stop timing of oxygen blowing. Therefore, the reached value of the carbon content in the molten steel is increased due to the stop timing being too early, or the oxygen blowing time is extended due to the stop timing being too late. As described above, it is difficult for the conventional technique to reliably reduce the reached value of the carbon content in the molten steel to an extremely low carbon region.
[0012]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to appropriately set the timing for changing the oxygen blowing condition and the timing for stopping the oxygen blowing so as to ensure that the carbon content in the molten steel reaches the extremely low carbon range. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for refining chromium-containing steel that can be reduced to a low level.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is a method for refining chromium-containing steel in which a ladle storing chromium-containing molten steel is placed in a vacuum vessel, the inside of the vacuum vessel is depressurized, and oxygen is blown into the molten steel from a nozzle of an oxygen lance.
  CO, CO discharged from the vacuum vessel ₂ , O ₂ , N ₂ A standard gas having a known flow rate is introduced into an exhaust gas having an unknown flow rate containing Ar gas, and a mixed gas composed of the exhaust gas and the standard gas is led to a mass spectrometer. , 32, 40 and 44, and the ionization current of the parent peak of the standard gas are measured, and CO, CO in the exhaust gas is determined from the measured value and the flow rate of the standard gas. ₂ And O ₂ Calculate the flow rate, obtain the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas from the calculated value, detect the blown oxygen flow rate, and integrate the difference between the detected blown oxygen flow rate and the obtained exhaust oxygen flow rate,The amount of residual oxygen accumulated in the chromium-containing molten steel stored in the ladle and the slag floating on the molten steelContinuouslyAccording to another aspect of the present invention, there is provided a method for refining chromium-containing steel, wherein the flow rate of blown oxygen blown from an oxygen lance is reduced as the obtained residual oxygen amount increases.
  According to the present invention, since the blown oxygen flow rate is reduced as the residual oxygen amount increases, supply of excess oxygen is suppressed and excessive oxidation of chromium is suppressed. Therefore, the chromium addition yield is greatly improved. Further, since the residual oxygen amount is an index value having a clear correlation with the decarburization efficiency, the blown oxygen flow rate set based on the residual oxygen amount is an appropriate flow rate capable of maintaining the decarburization efficiency at a high level. Surely set. In addition, when the blown oxygen flow rate decreases stepwise as the residual oxygen amount increases, the change timing of the blown oxygen flow rate is set to an appropriate timing that can similarly maintain the decarburization efficiency at a high level. Is done. On the other hand, since the blown oxygen flow rate of the prior art is set based on an index value such as the degree of vacuum whose correlation with the decarburization efficiency is unclear, the blown oxygen flow rate and its change timing are set to the appropriate flow rate and It is difficult to set at an appropriate timing. Therefore, the present invention can improve the decarburization efficiency as compared with the prior art.
  Further, according to the present invention, a mixed gas composed of an exhaust gas having an unknown flow rate and a standard gas having a known flow rate is guided to the mass spectrometer, and each mass number of 12, 14, 28, 32, 40 and 44 is measured by the mass spectrometer. The ionization current of the peak as well as the ionization current of the parent peak of the standard gas is measured. CO, CO in exhaust gas ₂ , N ₂ When Ar gas is contained, the ionization current of each peak at

mass numbers

12, 14, and 28 is CO, CO ₂ , N ₂ This is a superposition of the ionization currents of the parent peak and the child peak of the gas. In general, the pattern coefficient, which is the ratio of the child peak ionization current to the parent peak ionization current, is a value specific to the type of gas, and the ionization current of each gas is directly proportional to the partial pressure of each gas. As a result, the ionization current of each peak at

mass numbers

12, 14, 28, 32, 40, and 44 can be expressed as a function of the partial pressure of each gas, so that simultaneous equations can be obtained. Therefore, by solving these simultaneous equations, the exhaust gas has N gas with the same mass number as the CO gas and the parent peak. ₂ Even if gas is contained, CO, CO ₂ , N ₂ Each partial pressure of gas can be accurately obtained. Since the partial pressure of the standard gas can be determined based on the ionization current of the parent peak of the standard gas, the ratio between the standard gas flow rate and the partial pressure is calculated from the standard gas flow rate which is a known number and the obtained partial pressure. Can be sought. In general, the ratio between the gas flow rate and the pressure is constant regardless of the type of gas, so that even if the total flow rate and total pressure of the exhaust gas are unknown, the obtained CO, CO ₂ From the partial pressure of gas, CO, CO ₂ The gas flow rate can be determined. O having a mass number of 32 ₂ Since the gas flow rate can be obtained in the same manner, the obtained CO, CO ₂ , O ₂ The exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas can be accurately obtained from the flow rate, and the difference between the blown oxygen flow rate and the obtained exhaust oxygen flow rate is integrated to obtain the residual oxygen amount continuously and quickly. be able to.
[0014]
Further, the present invention is characterized in that the distance between the oxygen lance nozzle and the upper surface of the molten steel is reduced as the residual oxygen amount increases.
According to the present invention, the distance is set to become smaller as the residual oxygen amount increases. The blown oxygen flow rate decreases as the residual oxygen amount increases as described above. Therefore, the distance decreases as the blown oxygen flow rate decreases. Oxygen blown into the molten steel forms a depression on the upper surface of the molten steel due to its pressure and flow rate. As the depth of the molten steel recess increases, the reaction area between the molten steel and oxygen increases to promote the decarburization reaction. Therefore, the shortening of the distance increases the depth of the molten steel, which is offset by the decrease of the depth of the molten steel due to the reduction of the blown oxygen flow rate. As a result, a decrease in the depth of the molten steel recess that causes a decrease in decarburization efficiency is prevented, and the decarburization efficiency is maintained at a high level. Further, since the residual oxygen amount is an index value that directly affects the decarburization efficiency, the distance set based on the residual oxygen amount is set to an appropriate distance that can maintain the decarburization efficiency at a high level. Is done. When the distance is shortened stepwise as the residual oxygen amount increases, the distance change timing is similarly set to an appropriate timing at which the decarburization efficiency can be maintained at a high level. On the other hand, since the distance of the prior art is set based on an index value such as a degree of vacuum that indirectly affects the decarburization efficiency, the distance and its change timing are set to the appropriate distance and the appropriate timing. Is difficult. Therefore, the present invention can improve the decarburization efficiency as compared with the prior art.
[0015]
Further, the present invention is characterized in that the oxygen blowing is stopped when the residual oxygen amount reaches a predetermined threshold value.
According to the present invention, when the remaining oxygen amount reaches a predetermined threshold value, oxygen blowing is stopped, so that the remaining oxygen amount at the end of oxygen blowing can be suppressed to a predetermined value or less. Residual oxygen amount is Cr in slag₂O_ThreeThe index value has a clear correlation with the amount of Cr.₂O_ThreeThe amount increases and the viscosity of the slag increases. The increase in slag viscosity is due to the carbon in molten steel and the Cr in slag after oxygen blowing.₂O_ThreeThis hinders the progress of the decarburization reaction and increases the ultimate carbon content of the molten steel. Therefore, the suppression of the residual oxygen amount stops the slag viscosity to a low viscosity and promotes the progress of the decarburization reaction after oxygen blowing. As a result, the ultimate carbon content of the molten steel is greatly reduced. In this way, the oxygen blowing refinement stop timing is set based on the amount of residual oxygen that directly affects the decarburization efficiency, so it is reliably set to an appropriate timing at which the decarburization efficiency can be maintained at a high level. . On the other hand, since the oxygen blowing timing of the prior art is set based on an index value such as a degree of vacuum that indirectly affects the decarburization efficiency, it is difficult to set the appropriate timing. Therefore, the present invention can reduce the ultimate carbon content of molten steel as compared with the prior art. As the decarburization reaction proceeds, Cr in the slag₂O_ThreeAs the reduction reaction proceeds, the yield of chromium addition can be improved.
[0018]
  The present invention also includes a vacuum container for storing a ladle in which chromium-containing molten steel is stored,
  An oxygen lance that passes through the upper lid of the vacuum vessel and can be raised and lowered, and blows oxygen from the nozzle into the molten steel;
  Lance lifting means for raising and lowering the oxygen lance and adjusting the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel;
  Lance height detection means for detecting the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel;
  An oxygen flow rate detecting means for detecting an oxygen flow rate blown from the oxygen lance;
  Oxygen flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of oxygen blown from the oxygen lance;
  An evacuation unit connected to the vacuum vessel and depressurizing the inside of the vacuum vessel;
  Exhaust oxygen flow rate detection means for detecting the oxygen flow rate in the exhaust gas exhausted from the vacuum vessel;
  Based on the outputs of the oxygen flow rate detection means and the discharged oxygen flow rate detection means, the amount of residual oxygen accumulated in the chrome-containing molten steel stored in the ladle and the slag floating on the molten steel was determined and determined. Calculation means for obtaining the target value of the blown oxygen flow rate corresponding to the residual oxygen amount and the target value of the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel based on a predetermined correspondence relationship,
  In response to the outputs of the oxygen flow rate detection means, the lance height detection means, and the calculation means, the detected value of the blown oxygen flow rate and the detected value of the distance between the oxygen lance nozzle and the upper surface of the molten steel are the obtained target values. Control means for controlling the oxygen flow rate adjusting means and the lance lifting / lowering means so as to coincide with each other.See
  The exhaust oxygen flow rate detection means comprises:
  A standard gas supply device for introducing a standard gas into the exhaust gas discharged from the vacuum vessel;
  A standard gas flow rate detecting means for detecting the supply flow rate of the standard gas;
  A mass spectrometer for measuring the ionization current of each peak at each mass number of the mixed gas comprising the exhaust gas and the standard gas;
  Calculation means for calculating the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas based on the standard gas flow rate detection means and the output of the mass spectrometer.A refining device for chromium-containing steel.
  BookAccording to the invention, the residual oxygen amount is obtained by the computing means based on the blown oxygen flow rate detected by the oxygen flow rate detecting means and the exhaust oxygen flow rate obtained by the exhaust oxygen flow rate detecting means. Further, the target value of the blown oxygen flow rate corresponding to the obtained residual oxygen amount and the target value of the distance between the oxygen lance nozzle and the upper surface of the molten steel are obtained by the calculation means based on a predetermined correspondence relationship. Further, the oxygen flow rate adjusting means and the lance raising / lowering means are controlled by the control means so that the measured value of the blown oxygen flow rate and the measured value of the distance coincide with the obtained target values. Furthermore, the predetermined correspondence relationship is such that, for example, the decarburization efficiency can be maintained at a high level based on the operation results, and when the residual oxygen amount reaches a predetermined threshold value, the oxygen blowing is stopped and the residual oxygen is stopped. The amount is set not to be excessive. As a result, the decarburization efficiency of the chromium-containing molten steel is maintained at a high level, so that the extremely low carbon chromium-containing steel can be refined efficiently. Cr in slag₂O₃Since the amount is suppressed, the yield of chromium addition can be improved and resource saving can be achieved.
  According to the invention, the standard gas whose supply flow rate is measured by the standard gas flow rate detection means is introduced into the exhaust gas from the supply device, and each peak in each mass number of the mixed gas composed of the exhaust gas and the standard gas is detected. The ionization current is measured by a mass spectrometer. The exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas is calculated by the calculation means based on the outputs of the standard gas flow rate detection means and the mass spectrometer. As a result, the exhaust oxygen flow rate detection means can accurately detect the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas even if the exhaust gas flow rate is unknown and the gas having the same mass number is contained in the exhaust gas. it can.
[0020]
The standard gas supply apparatus of the present invention is provided with a standard gas supply pipe, and the standard gas supply pipe is connected to a passage for guiding exhaust gas from a vacuum vessel to a vacuum exhaust means. Features.
According to the present invention, the standard gas is introduced from the vacuum vessel to the passage for guiding the exhaust gas to the vacuum exhaust means via the standard gas supply pipe. For example, the standard gas has a larger volume than the passage. Compared with the case where the gas is introduced into the exhaust gas, the time required until the exhaust gas and the standard gas are uniformly mixed is shortened. Therefore, especially when the standard gas is introduced intermittently, the responsiveness of the mass spectrometer can be greatly improved.
[0021]
Further, a standard gas supply port is formed at one end of the standard gas supply line of the present invention, and the standard gas supply port is provided so as to project into a passage for guiding exhaust gas from a vacuum vessel to a vacuum exhaust means. The standard gas supply port opening is disposed toward the upstream side in the exhaust gas flow direction.
According to the present invention, the standard gas is supplied from the opening of the standard gas supply port toward the upstream side in the flow direction of the exhaust gas, so that the standard gas and the exhaust gas are mixed in counterflow. Therefore, the standard gas and the exhaust gas are mixed quickly and uniformly.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a system diagram schematically showing a configuration of a refining apparatus for chromium-containing steel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the refining apparatus for chromium-containing steel shown in FIG. FIG. The chromium-containing steel refining apparatus 11 includes a vacuum vessel 13, an oxygen lance 15, an oxygen flow rate detection means 16, an oxygen flow rate adjustment means 17, a vacuum exhaust means 18, an exhaust oxygen flow rate detection means 37, a vacuum gauge 21, a lance. The lifting / lowering means 22, the lance height detection means 41, the calculation means 23 and the control means 24 are included.
[0023]
Chromium-containing steel that has been coarsely refined in a converter, for example, molten steel of stainless steel, is poured into the ladle 26 and stored in the ladle 26 in a state of being stored in the ladle 26. A porous plug 27 made of a porous refractory is provided at the bottom of the ladle 26, and a supply pipe 28 is connected to the porous plug 27. The supply pipe 28 is a pipe for supplying an inert gas, for example, argon gas, and the argon gas is blown into the molten steel through the porous plug 27 to stir the molten steel. The vacuum vessel 13 includes a main body 12 and an upper lid 14 and forms a vacuum chamber. The main body 12 of the vacuum container 13 is a bottomed cylindrical container, and a vacuum exhaust duct 29 which is a passage for guiding exhaust gas from the vacuum container 13 to the vacuum exhaust means 18 is provided on the side wall thereof. The upper lid 14 of the vacuum vessel 13 is mounted on the vacuum vessel 13 and hermetically closes the main body 12 of the vacuum vessel 13. An oxygen lance 15, a temperature measuring sampling device 30, and an alloy addition device 31 are provided on the upper lid 14 of the vacuum vessel 13.
[0024]
The oxygen lance 15 is a long tube having a vertical axis, and is installed so as to be movable up and down through the upper lid 14 of the vacuum vessel 13. A nozzle 15a is mounted coaxially at the tip of the oxygen lance 15 so as to face the molten steel, and blown oxygen is injected from the nozzle 15a in the vertical direction toward the molten steel. A lance lifting / lowering device 22 serving as a lance lifting / lowering means is provided on the upper lid 14 of the vacuum vessel 13 and adjusts the lance height, which is the distance between the nozzle 15a and the upper surface of the molten steel, by driving the oxygen lance 15 up and down. A lance height detector 41 as lance height detection means is provided in the lance lifting device 22 and detects the lance height. The temperature measurement sampling device 30 is a device that simultaneously collects molten steel and measures temperature, and is installed so as to be movable up and down through the upper lid 14. The temperature measurement sampling of the molten steel is performed before and after the vacuum processing described later. After the temperature measurement sampling before the vacuum processing, the inner lid 32 is set on the upper portion of the ladle 26. The alloy addition device 31 includes an alloy addition tank 33 and a chute 34, and adjusts the components of the molten steel by adding alloy elements into the molten steel. Oxygen is supplied to the oxygen lance 15 from an oxygen gas tank 36 through an oxygen supply line 35. The oxygen supply pipe 35 is provided with an oxygen flow meter 16 which is an oxygen flow rate detection means and an oxygen flow rate adjustment valve 17 which is an oxygen flow rate adjustment means. The oxygen flow meter 16 detects the flow rate of blown oxygen, and the oxygen flow rate adjustment valve 17 adjusts the valve opening to adjust the flow rate of blown oxygen.
[0025]
A steam ejector 18 serving as a vacuum exhaust means is provided at a terminal portion of the vacuum exhaust duct 29, and a vacuum gauge 21 for measuring the degree of vacuum and a discharge oxygen flow rate detection are provided at an intermediate portion of the vacuum exhaust duct 29. An exhaust oxygen flow rate detection device 37 as means is provided. The steam ejector 18 evacuates exhaust gas in the internal space of the vacuum vessel 13. The pressure in the internal space is reduced to a predetermined value below atmospheric pressure, for example, 2 Torr, and the pressure is detected by the vacuum gauge 21. Hereinafter, the treatment is abbreviated as vacuum treatment.
[0026]
The exhaust oxygen flow rate detection device 37 includes a standard gas supply device 42 for introducing a standard gas, which will be described later, into the exhaust gas discharged from the vacuum vessel, a standard gas flow meter 19 as standard gas flow rate detection means, and a mass spectrometer 45. And calculation means (not shown). The standard gas supply device 42 includes a standard gas tank 44 and a standard gas supply pipe 43. One end portion of the standard gas supply pipe 43 is connected to one end portion on the vacuum vessel 13 side of the vacuum exhaust duct 29 and projects into the vacuum exhaust duct 29. Further, the standard gas supply port 43a formed at one end of the standard gas supply conduit 43 is installed with the opening directed upstream in the exhaust gas flow direction. Therefore, the standard gas and the exhaust gas are mixed in a counterflow, and as a result, the standard gas and the exhaust gas are mixed quickly and uniformly. On the other hand, the other end of the standard gas supply line 43 is connected to a standard gas tank 44. A standard gas flow meter 19 is provided in the standard gas supply line 43, and the standard gas flow meter 19 detects the supply flow rate of the standard gas. The standard gas is introduced from the standard gas tank 44 through the standard gas supply line 43 and the standard gas flow meter 19 into the vacuum exhaust duct 29 through the standard gas supply port 43a, and is quickly and uniformly mixed with the exhaust gas to the downstream side. Discharged.
[0027]
The mass spectrometer 45 includes an analysis gas sampling line 38, a filter 39, a suction pump 40, and a mass spectrometer 20. The analysis gas collection pipe 38 is a pipe for collecting a mixed gas composed of exhaust gas and standard gas, and one end of the pipe is connected to the vacuum exhaust duct 29. The filter 39 removes dust in the mixed gas, and the suction pump 40 sucks the mixed gas and guides it to the mass spectrometer 20. The mass spectrometer 20 measures the ionization current of each peak at each mass number of the mixed gas. The calculation means calculates the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas based on the outputs of the standard gas flow meter 19 and the mass spectrometer 20. The procedure for calculating the exhaust oxygen flow rate will be described later.
[0028]
With reference to FIG. 2, the electrical configuration of the smelting apparatus for chromium-containing steel will be described. The oxygen flow meter 16 measures the blown oxygen flow rate blown from the oxygen lance 15 and sends the output to the calculation means 23 and the control means 24. The exhaust oxygen flow rate detection device 37 detects the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas exhausted from the vacuum vessel 13 by a calculation procedure described later, and sends the output to the computing means 23. The lance height detector 41 detects the lance height and sends the output to the control means 24. The computing means 23 is, for example, a process computer, obtains the amount of residual oxygen accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26 based on the outputs of the oxygen flow meter 16 and the exhausted oxygen flow rate detection device 37, and determines the obtained residual The amount of oxygen corresponding to Cr is Cr₂O_ThreeThe converted Cr obtained based on the predetermined correspondence stored in the memory 25 of the calculation means 23 in terms of the amount₂O_ThreeThe target value of the blown oxygen flow rate and the target value of the lance height corresponding to the amount are respectively determined, and the output is sent to the control means 24. The control means 24 is a process computer, for example, and drives and controls the oxygen flow rate adjusting valve 17 and the lance lifting device 22 so that the measured values of the blown oxygen flow rate and the lance height coincide with the obtained target values.
[0029]
Figure 3 shows conversion Cr₂O_ThreeIt is a graph which shows the correspondence of the quantity and the target value of oxygen blowing condition, FIG. 3 (1) is conversion Cr₂O_ThreeIt is a graph which shows the correspondence of a quantity and a target blowing oxygen flow, FIG.3 (2) is conversion Cr₂O_ThreeIt is a graph which shows the correspondence of quantity and target lance height. Each of the correspondence relationships is set in advance based on the operation result value. Conversion Cr₂O_ThreeAs shown in FIG. 3 (1), the correspondence between the amount and the target blowing oxygen flow rate is converted to Cr₂O_ThreeThe target blowing oxygen flow rate is set in advance so as to decrease stepwise or continuously as the amount increases. When the correspondence is set in a staircase pattern, the converted Cr as shown by the solid line in FIG.₂O_ThreeEach time the amount reaches a predetermined threshold value C1, C2, C3, a setting change is made to correspondingly reduce the target blowing oxygen flow rate. Conversion Cr₂O_ThreeWhen the amount reaches the threshold value C3, the target blowing oxygen flow rate is set to zero and the oxygen blowing is stopped.
[0030]
On the other hand, when the correspondence relationship is set continuously, the converted Cr as shown by the dotted line in FIG.₂O_ThreeUntil the amount reaches the threshold value C1, when the target blown oxygen flow rate is set stepwise, it is set to the same initial setting value as ST, and the conversion Cr₂O_ThreeWhen the amount reaches the threshold value C1, the converted Cr₂O_ThreeThe target blowing oxygen flow rate is set so as to decrease continuously as the amount increases, and the converted Cr₂O_ThreeWhen the amount reaches the threshold value C3, the target blowing oxygen flow rate is set to zero and the oxygen blowing is stopped. Thus converted Cr₂O_ThreeThe reason why the target blowing oxygen flow rate is set to decrease as the amount increases is to prevent excessive supply of blowing oxygen flow rate and to prevent excessive oxidation of chromium.
[0031]
Conversion Cr₂O_ThreeAs shown in Fig. 3 (2), the correspondence between the quantity and the target lance height is converted to Cr₂O_ThreeThe target lance height is preset so as to decrease stepwise or continuously as the amount increases. Further, the target lance height decreases in synchronization with the decrease in the target blowing oxygen flow rate shown in FIG. That is, in the case where the correspondence relationship is set in a staircase shape, a setting change for reducing the target lance height is performed at the threshold values C1 and C2 as indicated by solid lines in FIG. In the case where the correspondence is set continuously, the converted Cr as shown by the dotted line in FIG.₂O_ThreeWhen the amount exceeds the threshold C1, the converted Cr₂O_ThreeAs the amount increases, the target lance height continuously decreases corresponding to the decrease in the blown oxygen flow rate. Conversion Cr₂O_ThreeWhen the amount reaches the threshold value C3, in any case, the target lance height returns to the initial set value corresponding to the stop of oxygen blowing.
[0032]
Oxygen blown into the molten steel from the nozzle 15a of the oxygen lance 15 forms a recess on the upper surface of the molten steel by its pressure and flow rate. As the depth of the molten steel recess increases, the reaction area between the molten steel and oxygen increases to promote the decarburization reaction. As described above, the target lance height is set so as to become smaller in synchronization with the decrease in the target blowing oxygen flow rate. This is to compensate for an increase in the depth of the molten steel recess and maintain the reaction interface area to prevent a decrease in decarburization efficiency.
[0033]
As described above, the target value of the blown oxygen flow rate and the target value of the lance height are converted to Cr.₂O_ThreeIt is set based on the correspondence with the quantity. In addition, the setting change of each target value is the conversion Cr₂O_ThreeThis is performed every time the amount reaches the thresholds C1, C2, and C3. Conversion Cr₂O_ThreeSince the amount is an index value that has a clear correlation with the decarburization efficiency, each target value set based on the index value and the timing of the change are appropriate target values and appropriate values that can maintain the decarburization efficiency at a high level. Can be set to timing. The correspondence shown in FIG. 3 is mathematically stored in advance in the memory 25 of the calculation means 23.
[0034]
As described above, in the present embodiment, the residual oxygen amount accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26 is obtained, and the molten steel is refined based on the obtained residual oxygen amount. The residual oxygen amount is obtained by determining the flow rate of blown oxygen supplied to the vacuum vessel 13 and the flow rate of exhaust oxygen in the exhaust gas discharged from the vacuum vessel 13, and integrating the difference between the flow rate of blown oxygen and the flow rate of discharged oxygen. It is required by doing. In general, the exhaust oxygen flow rate can be calculated by accurately obtaining the exhaust gas flow rate and the exhaust gas component concentration. However, the exhaust gas flowmeter currently used is a differential pressure type, and it is difficult to accurately measure a large amount of exhaust gas flow accompanied by a temperature change passing through the large-diameter vacuum exhaust duct 29 as in the present embodiment. It is. Moreover, the exhaust gas analyzer currently used is an infrared type and has problems in accuracy and response speed. Therefore, it is difficult to obtain the exhaust oxygen flow rate with high accuracy at present.
[0035]
As a result of detailed studies to solve the above problems, the present inventors supply a standard gas having a known flow rate into the exhaust gas, and lead a mixed gas composed of the exhaust gas and the standard gas to the mass spectrometer 20. It was found that the exhaust oxygen flow rate can be obtained accurately without measuring the exhaust gas flow rate, which is difficult to measure, by measuring the ionization current of each peak in each mass number of the mixed gas in the mass spectrometer 20. . Details will be described below.
[0036]
As described above, in the present embodiment, gas analysis is performed by the mass spectrometer 20. In general, the mass spectrometer 20 has the following advantages. (A) All gas compositions can be measured with the same measuring instrument. (B) The analysis accuracy of the analyzer is extremely high. (C) The amount of exhaust gas for analysis may be extremely small, so that the gas delivery time to the analyzer is short, and the structure of the analysis dust removal system can be simplified. (D) The analysis time of the analyzer is on the order of milliseconds, and virtually all gas compositions can be analyzed simultaneously. However, on the other hand, gases having the same mass number m / e are measured as measured values (ionization current values) at the same position.₂With gas, there is a problem that any parent peak cannot be separated because m / e = 28.
[0037]
In the present embodiment, the gas generated by the refining reaction is CO and CO.₂Although it is a gas, the air that enters the vacuum vessel due to leakage must also be taken into account, and N in the air₂It is necessary to measure gas and CO gas separately. To solve this problem, in the mass spectrometer 20, different gases are not matched including the child peak, that is, the divalent ion peak and the rearrangement peak. For example, the divalent ion peak of CO gas is m / e. = 14 and the rearrangement peak appears at m / e = 12, but N₂The gas divalent ion peak only appears at m / e = 14 and N₂The divalent ion peak or rearrangement peak of γ does not appear at m / e = 12, and the pattern coefficient π representing the ratio of the child peak ionization current to the parent peak ionization current is constant under conditions such as a constant ionization voltage. Focusing on the fact that it is specific to the type of gas, the problem can be solved as shown below.
[0038]
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method for detecting the flow rate of discharged oxygen discharged from the vacuum container by the discharged oxygen flow rate detection device illustrated in FIG. 1. As described above, the standard gas supplied from the standard gas tank 44 of the exhaust oxygen flow rate detection device 37 is introduced into the vacuum exhaust duct 29 via the standard gas flow meter 19 and the standard gas supply conduit 43, and Mix evenly. The mixed gas composed of the standard gas and the exhaust gas is sucked into the analysis gas sampling line 38 by the suction pump 40, and led to the mass spectrometer 20 through the filter 39.
[0039]
In the first step, the mass spectrometer 20 measures the ionization current value (Amp) of each peak at each mass number of the mixed gas. Measured ionization current value Χ₁₂, Χ₁₄, Χ₂₈, Χ₃₂, Χ₄₀, X₄₄Indicates the ionization current values of mass numbers m / e = 12, 14, 28, 32, 40, 44, respectively. In the present embodiment, argon gas (mass number m / e = 40) is intermittently supplied into the vacuum exhaust duct 29 as the standard gas. The argon gas is intermittently supplied from the porous plug 27 at the bottom of the ladle 26 to stir the molten steel, and the argon gas already contained in the exhaust gas and the argon gas supplied as the standard gas. This is to distinguish the gas. Therefore, the ionization current value of mass number m / e = 40 is the change ΔΧ in the ionization current value due to the intermittently supplied argon gas.₄₀Is also required.
[0040]
In the second step, the flow rate change Δq of the argon gas supplied intermittently_A(L / min) is measured. The flow rate change is obtained by a standard gas flow meter 19. In the third step, CO, CO₂, O₂And the sensitivity S (p) (Amp / Torr) of argon gas is obtained. Since the sensitivity S (p) changes along with the change of the exhaust gas pressure, the sensitivity needs to be corrected by the measurement pressure p of the vacuum gauge 21. For this reason, the sensitivity is expressed as a function S (p) of the pressure p. Sensitivity S_CO(P), S_CO2(P), S_O2(P) and S_A(P) is CO, CO₂, O₂And argon gas sensitivity are shown respectively.
[0041]
In the fourth step, CO, CO₂, N₂, O₂, Ar gas partial pressure P_CO, P_CO2, P_N2, P_O2, ΔP_AIs calculated. CO, N₂The pattern coefficient to m / e = 14 of π_CO.₁₄, Π_N2.₁₄, CO, CO₂The pattern coefficient to m / e = 12_CO.₁₂, Π_CO2.₁₂And CO₂The pattern coefficient to m / e = 28 of π_CO2・₂₈The partial pressure P_CO, P_CO2, P_N2, P_O2, ΔP_ACan be represented by the following formulas (1) to (6).
[0042]
Χ₁₂= S_CO(p) ・ π_CO.₁₂・ P_CO+ S_CO2(p) ・ π_CO2.₁₂・ P_CO2 ... (1)
Χ₁₄= S_CO(p) ・ π_CO.₁₄・ P_CO+ S_N2(p) ・ π_N2.₁₄・ P_N2    ... (2)
Χ₂₈= S_N2(p) ・ P_N2+ S_CO(p) ・ P_CO+ S_CO2(p) ・ π_CO2.₂₈・ P_CO2... (3)
Χ₄₄= S_CO2(p) ・ P_CO2                                   (4)
Χ₃₂= S_O2(p) ・ P_O2                                     ... (5)
ΔΧ₄₀= S_A(p) ・ ΔP_A                                   ... (6)
In formulas (1) to (4)₁₂, Χ₁₄, Χ₂₈, Χ₄₄Is a known value obtained in the first step, and S_CO, S_CO2, S_N2 Is a known value obtained in the third step, and π_CO.₁₂, Π_CO.₁₄, Π_CO2.₁₂, Π_CO2.₂₈, Π_N2.₁₄ Is a unique value under certain conditions, so P_CO, P_CO2, P_N2 Can be obtained from the equations (1) to (4). In the above formulas (5) to (6),₃₂, ΔΧ₄₀Is a known value obtained in the first step, and S_O2, S_A Is a known value obtained in the third step, so P_O2, ΔP_ACan be obtained from equations (5) and (6), respectively.
[0043]
In the fifth step, the ratio between the total exhaust gas flow rate Q and the total exhaust gas pressure P is calculated. Total exhaust gas flow rate Q, total pressure P of exhaust gas, and flow rate change Δq of argon gas supplied as standard gas_AAnd its partial pressure ΔP_AThe following equation (7) is established between
[0044]
[Expression 1]

[0045]
In equation (7), Δq_AIs a known value obtained in the second step, and ΔP_AIs obtained from equation (6), the ratio (Q / P) between the total exhaust gas flow rate Q and the exhaust gas total pressure P can be obtained from equation (7).
[0046]
In the sixth step, CO and CO in the exhaust gas₂, O₂The gas flow rate is calculated. CO in exhaust gas, CO₂, O₂The gas flow rate is q_CO, Q_CO2, Q_O2Then q_CO, Q_CO2, Q_O2, P_CO, P_CO2, P_O2The following formulas (8) to (10) are established between P and Q.
[0047]
[Expression 2]

[0048]
In formulas (8) to (10), P_CO, P_CO2, P_O2 Is a known value obtained in the fourth step, and Q / P is a known value obtained in the fifth step.₂, O₂Gas flow q_CO, Q_CO2, Q_O2Can be obtained from the equations (8) to (10).
[0049]
In the seventh step, the exhaust oxygen flow rate is calculated. As shown in the following equation (11), the exhaust oxygen flow rate is CO, CO₂, O₂As described above, the oxygen content in each exhaust gas discharged is calculated and added.
[0050]
[Equation 3]

[0051]
In equation (11), q_CO, Q_CO2, Q_O2Is a known value obtained in the sixth step, so the exhaust oxygen flow rate Q_O2Can be obtained from equation (11). The computations after step 3 are performed by the calculation means.
[0052]
As described above, in this embodiment, argon gas is used as the standard gas, and the argon gas is intermittently supplied into the vacuum exhaust duct 29 so that the exhaust gas is discharged regardless of the flow rate of the exhaust gas discharged from the vacuum vessel 13. The exhaust oxygen flow rate can be accurately obtained. Also, different gases having the same parent peak mass number in the exhaust gas, such as CO gas, N₂Even if gas is included, CO gas and N₂Gas can be separated. Therefore, the residual oxygen amount accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26 can be obtained with high accuracy. The residual oxygen amount is an effective index value representing the state of refining of molten steel, and although it can be used as it is, in the present embodiment, Cr is a value corresponding to the obtained residual oxygen amount as described above.₂O_ThreeUsed in terms of quantity.
[0053]
Note that the calculation method of the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas is CO, CO as a gas containing oxygen.₂, O₂Although the target gas is the target gas, the target gas is not limited to them. For example, SO₂, H₂The same applies to gases such as O. Therefore, this calculation method is a versatile calculation method with a wide range of exhaust gas to be applied. Furthermore, He gas, N as standard gas₂Gas may be used.
[0054]
FIG. 5 is a timing chart showing a method for refining stainless steel according to the present invention, and FIGS. 6 and 7 are flowcharts for explaining a method for refining stainless steel according to the present invention. The method for refining stainless steel according to the present invention will be described with reference to FIGS. In step s1, conditions are set prior to the start of refining. The set condition is the converted Cr accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26.₂O_ThreeThe threshold values C1, C2, and C3 of the amount and the initial target value of the oxygen blowing condition including the blowing oxygen flow rate and the lance height. The initial target value of the threshold value and the oxygen blowing condition is the converted Cr shown in FIG.₂O_ThreeIt is set based on the correspondence between the quantity and the target oxygen blowing condition. In this embodiment, conversion Cr₂O_ThreeRelationship between amount and target blowing oxygen flow rate and converted Cr₂O_ThreeThe correspondence between the quantity and the target lance height is set in steps.
[0055]
In step s2, vacuum processing is started. Vacuum processing is started at time t11, and the degree of vacuum rapidly decreases. As the degree of vacuum decreases, the decarburization rate gradually increases, and the carbon content “C”% in the molten steel gradually decreases. In step s3, oxygen blowing is started at time t12, and oxygen is sprayed on the molten steel. The oxygen blowing condition at the start of oxygen blowing is preset based on the initial target value. With the start of oxygen blowing, the decarburization rate increases rapidly, reaches a decarburization rate that is in equilibrium with the oxygen blowing condition, and is then maintained at an equilibrium value. In addition, the “C”% decreases rapidly, and the converted Cr₂O_ThreeThe amount hardly increases. This is because the carbon content in the molten steel is high at the beginning of oxygen blowing, so that the reaction efficiency between carbon and oxygen in the molten steel is high, and almost all of the blowing oxygen is consumed in the decarburization reaction.
[0056]
In step s4, the measurement of the blown oxygen flow rate and the lance height is continuously performed by the oxygen flow meter 16 and the lance height detector 41. In step s5, it is determined whether or not the measured values of the blown oxygen flow rate and the lance height match the initial target values set in step s1. If this determination is negative, the process proceeds to step s6, and the oxygen blowing condition is changed. The oxygen blowing condition is changed by driving the oxygen flow rate adjusting valve 17 and the lance lifting device 22. After changing the oxygen blowing condition, the process returns to step s4 again, and the blowing oxygen flow rate and the lance height are measured. The process from step s4 to step s6 is repeated until the determination in step s5 becomes affirmative. As described above, since the blown oxygen flow rate and the lance height are controlled by feedback control, the oxygen blowing condition is controlled so as to coincide with the initial target value quickly and reliably. If the determination in step s5 is affirmative or affirmative, the process proceeds to step s7.
[0057]
In step s7, the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas is detected. The exhaust oxygen flow rate is detected by the method shown in FIG. In step s8, the residual oxygen amount and converted Cr₂O_ThreeA quantity is calculated. The residual oxygen amount accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26 is obtained continuously by integrating the difference between the blown oxygen flow rate measured in step s4 and the exhaust oxygen flow rate obtained in step s7. Conversion Cr₂O_ThreeThe amount is obtained by multiplying the obtained residual oxygen amount by a conversion factor (= 152/48). The conversion factor is obtained based on the atomic weights 52 and 16 of chromium and oxygen.
[0058]
In step s9, the calculated converted Cr₂O_ThreeIt is determined whether or not the amount is not less than the threshold value C1 set in step s1. The value of the threshold value C1 is, for example, 250 kg. If this determination is negative, the process returns to step s7 again. The processing from step s7 to step s9 is repeated until the determination in step s9 becomes affirmative. As mentioned above, converted Cr in the early stage of oxygen blowing₂O_ThreeSince the amount hardly increases, the determination in step s9 is negative in the initial stage of oxygen blowing, and oxygen blowing continues. However, when the decarburization reaction proceeds with the progress of oxygen blowing, and [C]% decreases, the reaction efficiency between carbon and oxygen in the molten steel decreases, and the reaction between chromium and oxygen in the molten steel occurs. As a result, the decarburization rate is reduced and the converted Cr₂O_ThreeThe amount increases gradually. Conversion Cr₂O_ThreeWhen the amount increases and the determination in step s9 becomes affirmative, the process proceeds to step s10.
[0059]
In step s10, the target value setting for the oxygen blowing condition is changed. The setting change of the target value of the oxygen blowing condition is the conversion Cr shown in FIGS. 3 (1) and 3 (2).₂O_ThreeThis is performed based on the correspondence between the amount and the target oxygen blowing condition. That is, the calculated conversion Cr₂O_ThreeThe target blown oxygen flow rate and the target lance height corresponding to the amount are set and changed as target values. As shown in FIGS. 3 (1) and 3 (2), the target blowing oxygen flow rate and the target lance height are converted to Cr.₂O_ThreeSince it is set so as to decrease as the amount increases, the target blowing oxygen flow rate and the target lance height after the setting change are reduced compared to before the setting change.
[0060]
In step s11, the oxygen blowing condition is changed at time t13. The oxygen blowing condition is changed by driving the oxygen flow rate adjusting valve 17 and the lance lifting / lowering device 22 as in step s6. In step s12, the blown oxygen flow rate and the lance height are measured. In step s13, it is determined whether or not the measured values of these oxygen blowing conditions match the set target value. If this determination is negative, the process returns to step s11 again, and the oxygen blowing condition is further changed. The process from step s11 to step s13 is repeated until the determination in step s13 becomes affirmative. As described above, since the oxygen blowing condition is controlled by feedback control, the oxygen blowing condition is controlled so as to coincide with the target value that has been quickly and reliably changed. If the determination in step s13 is affirmative or affirmative, the process proceeds to step s14.
[0061]
After changing the oxygen blowing condition in step s11, “C”% continues to decrease, and the converted Cr₂O_ThreeThe amount continues to increase and the decarburization rate decreases accordingly. However, the time change rate of “C”% is increased by changing the oxygen blowing condition, and the converted Cr₂O_ThreeThe rate of change over time in quantity is small. In other words, the reduction of “C”% is promoted by changing the oxygen blowing condition, and the converted Cr₂O_ThreeThe increase in quantity is suppressed.
[0062]
In step s14, the exhaust oxygen flow rate is detected, and in step s15, the residual oxygen amount and converted Cr₂O_ThreeA quantity is calculated. The processing contents of steps s14 and s15 are exactly the same as the processing contents of steps s7 and s8, respectively, and thus description thereof is omitted. Conversion Cr in step s15₂O_ThreeAfter the amount is calculated, the process proceeds to step s16. In step s16, conversion Cr₂O_ThreeIt is determined whether or not the amount is not less than the threshold value C2 set in step s1. The threshold C2 is 350 kg, for example. If this determination is negative, the same iterative process as in step s9 is performed. If the determination in step s16 is affirmative, the process proceeds to step s17. In step s17, the setting change of the target value of the oxygen blowing condition is performed in the same manner as in step s10, and in step s18, the oxygen blowing condition is changed in the same manner as in step s11 at time t14. Decarburization rate after changing oxygen blowing conditions, “C”%, converted Cr₂O_ThreeThe change with time and the rate of change with time are almost the same as those after time t13.
[0063]
Since the processing contents of each step from step s17 to step s22 are exactly the same as the processing contents of steps s10 to s15, description thereof will be omitted. Conversion Cr in step s22₂O_ThreeAfter the amount is calculated, the process proceeds to step s23. In step s23, conversion Cr₂O_ThreeIt is determined whether or not the amount is equal to or greater than the threshold value C3 set in step s1. The threshold C3 is 450 kg, for example. If this determination is negative, the same repetitive processing as in steps s9 and s16 is performed. If this determination is affirmative, the process proceeds to step s24.
[0064]
In step s24, the oxygen blowing is stopped at time t15. Oxygen blowing is stopped by closing the oxygen flow rate adjustment valve 17 and setting the flow rate of blown oxygen to zero. The lance height is returned to the initial set height. After the oxygen blowing is stopped, the molten steel is continuously stirred by argon gas blown from a porous plug 27 provided at the bottom of the ladle 26 under reduced pressure (about 2 Torr). As a result, carbon in molten steel and Cr in slag₂O_ThreeReaction occurs, decarburization reaction and Cr₂O_ThreeThe reduction reaction proceeds. As a result, even after time t15, although the decarburization rate is small, “C”% continues to gradually decrease. In addition, conversion Cr by the progress of the reduction reaction₂O_ThreeThe amount decreases.
[0065]
In step s25, the vacuum process ends. The vacuum process is ended by stopping the steam ejector 18 as a vacuum exhaust means at time t16 and returning the pressure in the vacuum vessel 13 to atmospheric pressure. After completion of the vacuum processing, temperature measurement sampling is performed by the temperature measurement sampling device 30, and the chemical components in the steel are analyzed. Further, the composition and temperature of the molten steel are adjusted based on the temperature measurement and analysis results, and the refining of the molten stainless steel is completed.
[0066]
As described above, in the present embodiment, the converted Cr accumulated in the molten steel and slag in the ladle 26.₂O_ThreeThe amount is continuously obtained, and the obtained converted Cr₂O_ThreeWhen the amount increases and reaches the predetermined thresholds C1 and C2, the target value of the oxygen blowing condition is changed based on the predetermined correspondence, and the target blowing oxygen flow rate and the target lance height are reduced in synchronization. The Thus converted Cr₂O_ThreeSince the blown oxygen flow rate is reduced corresponding to the increase in the amount, supply of excess oxygen is suppressed and excessive oxidation of chromium is suppressed. As a result, the chromium addition yield is greatly improved. Conversion Cr₂O_ThreeSince the amount is an index value with a clear correlation with the decarburization efficiency, the converted Cr₂O_ThreeThe target blown oxygen flow rate set based on the amount and its change timing (threshold values C1, C2) are reliably set to an appropriate flow rate and an appropriate timing at which the decarburization efficiency can be maintained at a high level. On the other hand, the target blown oxygen flow rate and its change timing in the prior art are set based on index values such as the degree of vacuum whose correlation with the decarburization efficiency is unclear. It is difficult to set. Therefore, in this embodiment, the decarburization efficiency can be improved as compared with the prior art.
[0067]
Furthermore, since the lance height is reduced in synchronization with the reduction of the blown oxygen flow rate, the decrease in the molten steel recess depth due to the reduction in the blown oxygen flow rate is offset by the increase in the molten steel recess depth due to the reduction of the lance height, A reduction in decarburization efficiency can be prevented by maintaining the reaction interface area. As a result, the decarburization efficiency of the molten steel is maintained at a high level. Furthermore, conversion Cr₂O_ThreeSince the amount is an index value that directly affects decarburization efficiency, the converted Cr₂O_ThreeThe target lance height and its change timing (threshold values C1, C2) set based on the amount are set to an appropriate height and an appropriate timing at which the decarburization efficiency can be maintained at a high level. On the other hand, the target lance height and the change timing of the conventional technology are set based on index values such as the degree of vacuum that indirectly affects the decarburization efficiency, so they are set to the appropriate height and timing. Difficult to do. Therefore, in this embodiment, the decarburization efficiency can be improved as compared with the prior art.
[0068]
Furthermore, the oxygen blowing refinement stop timing of the present embodiment is a conversion Cr that directly affects the decarburization efficiency.₂O_ThreeSince it sets based on quantity, it sets reliably at the appropriate timing which can maintain a decarburization efficiency at a high level. That is, conversion Cr₂O_ThreeWhen the amount reaches a predetermined threshold C3, oxygen blowing is stopped, so Cr in the slag₂O_ThreeIt is possible to reliably prevent an excessive increase in the amount of Cr,₂O_ThreeThe amount can be optimized. Cr in the slag₂O_ThreeAn excessive increase in the amount leads to a significant increase in the viscosity of the slag and inhibits the reaction between the molten steel and the slag after oxygen blowing. Therefore, the Cr₂O_ThreeThe optimization of the amount eliminates the reaction-inhibiting factors, and the carbon in the molten steel and the Cr in the slag after the completion of oxygen blowing.₂O_ThreeEfficiently proceeds with decarburization reaction and Cr₂O_ThreePromote the reduction reaction. As a result, the ultimate carbon content of the molten steel is significantly reduced, and the extremely low carbon stainless steel molten steel can be manufactured stably. On the other hand, since the oxygen blowing refinement stop timing of the prior art is set based on an index value such as a degree of vacuum that indirectly affects the decarburization efficiency, it is difficult to set the appropriate timing. Therefore, in this Embodiment, the ultimate carbon content rate of molten steel can be reduced compared with a prior art. Cr₂O_ThreeAs a result, the yield of chromium addition is improved. Further, since the oxygen blowing condition is controlled by feedback control, the oxygen blowing condition is controlled so that the measured value and the target value coincide quickly and reliably.
[0069]
Conversion Cr₂O_ThreeRelationship between amount and target blowing oxygen flow rate and converted Cr₂O_ThreeIn this embodiment, the correspondence relationship between the amount and the target oxygen blowing lance height uses the correspondence relationship set in a step shape as described above, but in FIG. 3 (1) and FIG. 3 (2) You may use the correspondence set continuously as shown by a dotted line.
[0070]
Example
The ultra-low carbon stainless steel was refined using the chromium-containing steel refining apparatus 11 shown in FIG. The target steel type is SUS444, and the molten steel weight per charge is 78 tons / charge. The number of operation charges is 5 charges in Example 1 in which refining is performed by the refining method of the present invention, and 5 charges in each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which refining is performed by the refining method of the prior art. In the refining method of Example 1, the change timing of oxygen blowing condition and the stop timing of oxygen blowing are set to the conversion Cr.₂O_ThreeThe refining method of Comparative Example 1 is a method of performing the change timing of oxygen blowing conditions and the stop timing of oxygen blowing based on the degree of vacuum and the oxygen concentration in the exhaust gas. Comparative Example 2 This refining method is a method in which the oxygen blowing condition is fixed at the initial setting, and the timing of stopping the oxygen blowing is performed based on the degree of vacuum and the oxygen concentration in the exhaust gas. Table 1 shows the operating conditions of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and the final achieved carbon content after refining (hereinafter abbreviated as “C”).
[0071]
[Table 1]

[0072]
From Table 1, the reaching “C” of Example 1 is 20 to 40 ppm, which is better at a lower level than Comparative Examples 1 and 2, and the reaching “C” of Comparative Example 1 is 50 to 70 ppm. Although it is good at a lower level than Comparative Example 2, it is inferior at a high level compared to Example 1, and the reaching “C” of Comparative Example 2 is 50 to 90 ppm, compared with Example 1 and Comparative Example 1 It can be seen that it is inferior at a high level.
[0073]
Thus, the arrival “C” in Example 1 is good because the conversion timing of the oxygen blowing condition and the stop timing of the oxygen blowing are clearly correlated with the decarburization efficiency.₂O_ThreeIt is thought that this is because it is set appropriately based on the amount. On the other hand, the arrival “C” of Comparative Example 1 is inferior to that of Example 1 because the correlation between the timing of changing the oxygen blowing condition and the timing of stopping the oxygen blowing is unclear with the decarburization efficiency. This is probably because the timing is set based on the oxygen concentration in the exhaust gas and the exhaust gas, and is out of the proper timing. The reason why the arrival “C” of Comparative Example 1 is better than that of Comparative Example 2 is considered to be because the change timing of the oxygen blowing condition is set according to the progress of the refining. As described above, the present invention is a refining method that is extremely excellent as a refining method for ultra-low carbon stainless steel, and is extremely useful in industry.
[0074]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the flow rate of blown oxygen is reduced as the amount of residual oxygen increases, so that excessive oxidation of chromium is suppressed and the yield of addition of chromium is greatly improved. In addition, the blown oxygen flow rate and its change timing are set to an appropriate flow rate and an appropriate timing that allow the decarburization reaction to proceed efficiently based on the residual oxygen amount, thus improving the decarburization efficiency compared to the conventional technology. Can be made.
  CO, CO ₂ , O ₂ , N ₂ Since the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas of unknown flow rate including Ar gas can be accurately obtained by using the standard gas and the mass spectrometer, the residual oxygen amount can be continuously and quickly obtained accurately based on the flow rate. .
[0075]
Further, according to the present invention, the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel becomes smaller as the residual oxygen amount increases, so that the decarburization efficiency is prevented from being lowered and the decarburization efficiency is maintained at a high level. In addition, the distance and the timing for changing the distance are set to an appropriate distance and an appropriate timing that can maintain the decarburization efficiency at a high level based on the amount of residual oxygen, so that the decarburization efficiency can be improved as compared with the prior art. it can.
[0076]
Also, according to the present invention, when the residual oxygen amount reaches a predetermined threshold value, oxygen blowing is stopped, so Cr in the slag₂O_ThreeThe amount can be suppressed. Cr in slag₂O_ThreeThe suppression of the amount stops the viscosity of the slag to a low viscosity and promotes the progress of the decarburization reaction after oxygen blowing. As described above, since the oxygen blowing refinement stop timing of the present invention is set based on the amount of residual oxygen that directly affects the decarburization efficiency, it is set to an appropriate timing at which the decarburization efficiency can be maintained at a high level. The As a result, extremely low carbon chromium-containing steel can be produced efficiently. As the decarburization reaction proceeds, Cr in the slag₂O_ThreeAs the reduction reaction proceeds, the yield of chromium addition can be improved.
[0079]
  In addition, according to the present invention, the refining apparatus for chromium-containing steel can maintain the decarburization efficiency of the chromium-containing steel at a high level, so that the ultra-low carbon chromium-containing steel can be efficiently refined. Cr in slag₂O₃Since the amount is suppressed, the yield of chromium addition can be improved and resource saving can be achieved.
  Further, since the exhaust oxygen flow rate detecting means can accurately detect the exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas, it is possible to greatly improve the calculation accuracy of the residual oxygen amount.
[0081]
Further, according to the present invention, the standard gas is introduced into the passage through the standard gas supply pipe, so that the time required until the exhaust gas and the standard gas are uniformly mixed is shortened. Therefore, the responsiveness of the mass spectrometer can be greatly improved.
[0082]
Further, according to the present invention, the standard gas is supplied from the opening of the standard gas supply port toward the upstream side in the flow direction of the exhaust gas, so that the standard gas and the exhaust gas are mixed quickly and uniformly.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a system diagram showing a simplified configuration of a chromium-containing steel refining apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the chromium-containing steel refining apparatus shown in FIG.
[Figure 3] Converted Cr₂O_ThreeIt is a graph which shows the correspondence of quantity and the target value of oxygen blowing condition.
4 is an explanatory diagram showing a method for detecting the flow rate of exhaust oxygen exhausted from a vacuum container by the exhaust oxygen flow rate detection device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a timing chart showing a method for refining stainless steel according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a stainless steel refining method according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining a stainless steel refining method according to the present invention.
FIG. 8 is a timing chart showing a conventional method for refining stainless steel by the VOD method.
[Explanation of symbols]
11 Refining equipment for chromium-containing steel
13 Vacuum container
15 Oxygen lance
16 Oxygen flow rate detection means
17 Oxygen flow rate adjustment means
18 Vacuum exhaust means
19 Standard gas flow rate detection means
20 Mass spectrometer
21 Vacuum gauge
22 Lance lifting means
23 Calculation means
24 Control means
29 Vacuum exhaust duct
37 Exhaust oxygen flow rate detection means
41 Lance height detection means

Claims

In a refining method for chromium-containing steel, placing a ladle storing chromium-containing molten steel in a vacuum vessel, depressurizing the inside of the vacuum vessel and blowing oxygen from an oxygen lance nozzle to the molten steel,
A standard gas having a known flow rate is introduced into an exhaust gas having an unknown flow rate including CO, CO ₂ , O ₂ , N ₂ , and Ar gas discharged from the vacuum vessel, and a mixed gas composed of the exhaust gas and the standard gas is massed. The ionization current of each peak at mass numbers 12, 14, 28, 32, 40 and 44 and the ionization current of the parent peak of the standard gas are measured by the mass spectrometer, and the measured value and the flow rate of the standard gas The flow rate of CO, CO ₂ and O _{2 in the} exhaust gas is calculated from the calculated value, the flow rate of exhaust oxygen in the exhaust gas is determined from the calculated value, the flow rate of blown oxygen is detected, and the determined flow rate of blown oxygen and the calculated flow rate are calculated. The amount of residual oxygen accumulated in the chrome-containing molten steel stored in the ladle and the slag floating on the molten steel was continuously obtained by integrating the difference between the exhaust oxygen flow rate and the obtained oxygen flow. Refining method of chromium-containing steel wherein the presence of oxygen content reduces the 吹精 oxygen flow rate to be 吹精 from oxygen lance with increasing.

The method for refining chromium-containing steel according to claim 1, wherein the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel is reduced as the amount of residual oxygen increases.

The method for refining chromium-containing steel according to claim 1 or 2, wherein the oxygen blowing is stopped when the residual oxygen amount reaches a predetermined threshold value.

A vacuum vessel for storing a ladle storing chromium-containing molten steel;
An oxygen lance that passes through the upper lid of the vacuum vessel and can be raised and lowered, and blows oxygen from the nozzle into the molten steel;
Lance lifting means for raising and lowering the oxygen lance and adjusting the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel;
Lance height detection means for detecting the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel;
An oxygen flow rate detecting means for detecting an oxygen flow rate blown from the oxygen lance;
Oxygen flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of oxygen blown from the oxygen lance;
An evacuation unit connected to the vacuum vessel and depressurizing the inside of the vacuum vessel;
Exhaust oxygen flow rate detection means for detecting the oxygen flow rate in the exhaust gas exhausted from the vacuum vessel;
Based on the outputs of the oxygen flow rate detection means and the discharged oxygen flow rate detection means, the amount of residual oxygen accumulated in the chrome-containing molten steel stored in the ladle and the slag floating on the molten steel was determined and determined. Calculation means for obtaining the target value of the blown oxygen flow rate corresponding to the residual oxygen amount and the target value of the distance between the nozzle of the oxygen lance and the upper surface of the molten steel based on a predetermined correspondence relationship,
In response to the outputs of the oxygen flow rate detection means, the lance height detection means, and the calculation means, the detected value of the blown oxygen flow rate and the detected value of the distance between the oxygen lance nozzle and the upper surface of the molten steel are the obtained target values. Control means for controlling the oxygen flow rate adjusting means and the lance lifting and lowering means to match,
The exhaust oxygen flow rate detection means comprises:
A standard gas supply device for introducing a standard gas into the exhaust gas discharged from the vacuum vessel;
A standard gas flow rate detecting means for detecting the supply flow rate of the standard gas;
A mass spectrometer for measuring the ionization current of each peak at each mass number of the mixed gas comprising the exhaust gas and the standard gas;
And a calculation means for calculating an exhaust oxygen flow rate in the exhaust gas based on the standard gas flow rate detection means and the output of the mass spectrometer.

Wherein the standard gas supply device is provided with a standard gas supply line, according to claim wherein the standard gas feed line, characterized in that connected to the passage for guiding the exhaust gas to the vacuum exhaust means from the vacuum chamber 4. A refining apparatus for chromium-containing steel according to 4 .

A standard gas supply port is formed at one end of the standard gas supply pipe, and the standard gas supply port protrudes into a passage for guiding exhaust gas from a vacuum vessel to a vacuum evacuation unit. 6. The chromium-containing steel refining apparatus according to claim 5 , wherein the opening of the supply port is installed toward the upstream side in the exhaust gas flow direction .