JP5300299B2 - 高s系ステンレス鋼のrh脱ガス処理における脱窒抑制方法 - Google Patents

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この発明は、JIS規定のSUS303やSUS416などのS≧0.10%である高S系ステンレス鋼の操業法、特に、電気炉、RH脱ガス処理、取鍋精錬(LF精錬)、連続鋳造という工程におけるRH脱ガス処理における脱窒抑制方法に関する。
一般鋼の操業はCr含有量を低位に抑え、スクラップをカーボンと共に電気炉内に装入し、酸素吹精により酸化精錬を行う。これに対し、ステンレス鋼はCrを含むスクラップおよびフェロクロムなどのCr合金を電気炉に投入し、Siをキープし、Crロスを防止しながら出鋼前に炉内を脱酸することでCr還元を行う操業方法であり、出鋼後にRH脱ガス処理装置により脱炭を行った後、LF精錬にて成分および温度の調整を行い、連続鋳造設備に渡している。
ところで、ステンレス鋼において、JIS規定のSUS303やSUS416などの鋼種は、SUS304系のステンレス鋼と比して溶鋼中の[S]分の高いので、溶鋼中への加窒の歩留りが悪い。これは溶鋼中の[S]が強い表面活性を示し、弱い表面活性元素である[N]の反応速度が[S]の濃度に大きく影響されるためである。すなわち、溶鋼中の[S]の濃度が上がると[N]の反応速度は著しく低下する。このため、RH脱ガス処理の後に行われる取鍋精錬炉においては、加窒が困難である。したがって、取鍋精錬の前工程であるRH脱ガス処理において脱窒が進行し過ぎると、このあとの取鍋精錬炉における加窒に時間を要することとなり、これは生産性の阻害および成分はずれの要因となる。そこでRH脱ガス処理において脱窒を抑制するが必要となる。
従来のステンレス鋼の溶製方法におけるRH脱ガス処理では、電気炉から出鋼した溶鋼を脱炭するためにRH脱ガス処理において酸素吹精をしながら処理を行う。このとき溶鋼温度が高いほど脱炭に有効であるので、溶鋼中に[S]を投入するためのFeSOの投入は脱炭の目途のつくRH処理の後半に行っていた。例えば、RH脱ガス処理を開始し、3分後にO2吹精を開始し、38分後にFeSOを投入した。この処理開始からFeSO投入までの時期は溶鋼中の[S]の低い時期であった。このRH脱ガス処理開始から40分後にO2吹精を終了し、45分後には全てのRH脱ガス処理を終了した。このFeSOの投入後からRH脱ガス処理の終了までの時期は溶鋼中の[S]の高い時期であった。この場合の溶鋼中の[N]の含有量を記載すると、電気炉からの出鋼時の[N]は575ppmであった。RH脱ガス処理5分後の[N]は415ppmであった。RH脱ガス処理38分の溶鋼中に[S]を投入するためにFeSOの600kgを添加した時の[N]は258ppmであった。さらにRH脱ガス処理終了時である45分後の[N]は228ppmと脱窒されていた。
ところで、上記の従来法におけるRH脱ガス処理の開始後の38分後である後半にFeSOを投入する工程が設計された背景を説明すると、このRH脱ガス処理では、脱炭を優先していた。この脱炭は溶鋼の温度が高いほど進行する。もし、RH脱ガス処理工程の前半にFeSOを上記のように600kgを超えて投入すると、溶鋼の温度低下が大きくなり、脱炭に遅れが生じることとなる。そこで、RH脱ガス処理工程の後半には、既に脱炭は進行して終了しているので、この時点でFeSOを600kgまでを投入すると、溶鋼の温度が低下しても脱炭上の問題が生じることがない。さらに従来は、Nの目標値が200ppm台と低く、この程度でも加窒が間に合っていたことである。
従来のステンレスのRH脱ガス処理では、粗脱炭を行った溶鋼を有する鍋をRH脱ガス処理装置に移送して真空脱炭し、脱酸および脱ガスを行って精錬している(例えば、非特許文献1参照。)。しかしながら、この文献には、ステンレス鋼の主原料のスクラップおよびニッケルをはじめとする合金鉄の価格の高騰に対処して、生産コスト削減の方法として、合金使用量の低減による合理化を目的として、特に高S系のSUS303系やSUS416系のステンレス鋼についての脱窒の抑制方法に関するものではなかった。
「鉄鋼便覧」鉄鋼協会編、第4版、第2巻、2編、2002年7月発行
ステンレス鋼では、RH脱ガスにて酸素を吹き込みながら還流させることにより、脱炭を行っている。しかし、この工程では脱炭と同時に脱窒反応も進行する。そこでRH処理の後工程となる取鍋精錬(以下、「LF」という。)にて加窒を行うにあたり、SUS303系やSUS416系の高S系ステンレス鋼はSUS304系のステンレス鋼に比して加窒歩留りが低いため、取鍋精錬の前工程であるRH脱ガス工程において脱窒が進行し過ぎ、後工程のLFにおいて処理に時間を要する問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、JIS規定のSUS303オーステナイト系やSUS416マルテンサイト系などの高S(S≧0.10質量%)系ステンレス鋼の溶製において、RH脱ガス処理における脱窒速度を抑制して、加窒時間の負荷を軽減する方法を提供することである。
上記の課題を解決するための手段は、請求項1の発明では、JIS規定のSUS303オーステナイト系やSUS416マルテンサイト系などの高S(S≧0.10質量%)系ステンレス鋼の溶製の際のRH脱ガス処理において、従来は脱炭促進のため、RH脱ガス処理の後半に添加していたS成分を、RH脱ガス処理の処理開始後の初期の間に溶鋼中にS成分を投入することにより、RH脱ガス処理時間における投入後の[S]濃度の高い時間の割合を多くすることを特徴とする高S系ステンレス鋼のRH脱ガス処理における脱窒の抑制方法である。
請求項2の発明では、JIS規定のSUS303オーステナイト系やSUS416マルテンサイト系などの高S(S≧0.10質量%)系ステンレス鋼の溶製の際のRH脱ガス処理において、RH脱ガス処理の処理開始後15分以内に溶鋼中にS成分を投入することを特徴とする請求項1の手段の高S系ステンレス鋼のRH脱ガス処理における脱窒の抑制方法である。
上記の手段の原理を説明すると、図1の溶鋼中の窒素吸収の見かけの物質移動係数k’L〔cm/s〕に及ぼすSの影響(N2の圧力P=1.01325×105Pa)に見られるように、界面活性元素である溶鋼中の[S]の濃度が高くなれば、溶鋼中の加窒も脱窒も遅くなる傾向がある。これは弱い表面活性元素である[N]の反応速度が、[S]の濃度に大きく影響されるためである。さらに、図2は[S]レベルによるRH脱ガス処理時間と脱Nの挙動の関係を見たグラフであるが、この図2に見られるように、脱窒速度はRH脱ガス処理の開始直後が最も速く、時間の経過とともに遅くなる傾向が一般的であり、特に[S]が高いほど脱窒速度は時間が経過しても遅くならない。
そこで、本発明の手段の一例としては、RH脱ガス処理における溶鋼中へのSの添加時期をRH脱ガス処理の初期に実施することで、RH脱ガス処理の後半の[S]濃度の高い([S]≧0.10%)時間の割合を多くすることにより、溶鋼からの脱窒を抑制する方法である。すなわち、RH脱ガス処理を開始し、開始3分後にO2吹精を開始し、開始5分後にFeSOを投入して[S]を高くする。このFeSOの投入はRHの初期において行うが、概ねRH脱ガス処理開始後15分以内の時期に行うことが望ましい。RH脱ガス処理開始後から40分後にO2吹精を終了する。RH脱ガス処理開始後から45分後に全脱ガス処理を終了する。このRH脱ガス処理開始から5分後のFeSOの投入後から全処理の処理収入までの時期は溶鋼中の[S]成分の高い時期である。本発明の手段では、この溶鋼中の[S]成分の高い時期の割合を大幅に多くすることによって、脱窒を抑制する方法である。
本発明は、上記の手段とすることによって、JIS規定のSUS303オーステナイト系やSUS416マルテンサイト系などの高S(S≧0.15質量%)系ステンレス鋼の溶製におけるRH脱ガス処理による生産性を高め、かつ、脱窒を抑制してN成分の外れを低減してステンレス鋼のN量を改善をはかり、さらに炭化物の析出防止のための[C]値の低下に伴うNiバランスを改善するなど、本発明は従来にない優れた効果を奏する方法である。
本発明の実施の形態を説明する前に、従来の方法において今一度ここで従来の方法を説明する。上記の背景技術で既に記載したように、RH脱ガス処理の後半に溶鋼中にFeSOを添加して溶鋼中の[S]を高める。しかしながら、RH脱ガス処理では、脱炭は温度が高いほど進行する。そこで、脱炭を優先する場合、RH脱ガス処理の前半に600kgを超える大量のFeSOを投入すると、FeSOの投入により大きな温度低下を起こし、このために脱炭の進行が遅れることとなる。一方、RH脱ガス処理の後半にFeSOを投入すれば、この時期には既に脱炭は進行して終了済みであるので、FeSOの投入により温度低下が生じたとしても、脱炭には関係がない。しかも、上記の図1を引用して説明したように、界面活性元素である[S]の濃度が高いと加窒も脱窒も遅くなる。しかしながら、従来はNの目標値が低かったので、LF初期のNが200ppm台の低さでも加窒は間に合っていた。
ここで、本発明の実施の形態について以下に図面を参照して以下に説明する。先ず、Sが10質量%以上を含有しているJIS規格のSUS303系のオーステナイトステンレス鋼やSUS416系のマルテンサイトステンレス鋼などの溶製する際、溶鋼中の[S]を高めるために、RH脱ガス処理時の溶鋼中へFeSOを投入する時期を脱窒の視点のみから見るとき、図2に見られるように、FeSOの投入時期は早ければ早いほど良い。しかしながら、RH脱ガス設備において1回還流するまでに要する時間は処理開始から4分はかかり、この間は[S]は低い時期である。そこで、本発明では、[S]を高めるために溶鋼中へFeSOを投入する開始時期は加窒歩留りを考慮して[N]の高い時期であるRH脱ガス処理開始後の15分以内とする。
本発明の方法の実施の形態をJIS規定のSUS303を例として以下に説明する。先ず、150トン電気炉に原料のスクラップとフェロクロムなどのCr合金を投入して、表1に示す成分からなるJIS規定のSUS303を溶製した。次いで、得られた溶鋼を取鍋でRH脱ガス処理装置で還流処理した。この場合の溶鋼中の窒素の含有量を以下に示した。先ず、電気炉からの出鋼時の[N]は589ppmであった。RH脱ガス処理開始5分後に[S]添加のために溶鋼中にFeSOの300kgを添加した。この時点の[N]は425ppmであった。さらにRH脱ガス処理開始の38分後に[S]添加のために溶鋼中にFeSOの300kgを添加した。この時点の[N]は345ppmであった。RH脱ガス処理開始から45分後にRH脱ガス処理を終了した。この終了時の[N]は320ppmであった。なお、これら溶鋼中の各[S]や[N]などのサンプリングおよび測定方法は、溶鋼中より杓によりブロックとピン資料を採取して酸素窒素分析装置によった。
Figure 0005300299
溶鋼中の窒素吸収の見かけの物質移動係数k’L〔cm/s〕に及ぼすSの影響(N2の圧力P=1.01325×105Pa)を示すグラフである。 溶鋼中の[S]レベルによるRH脱ガス処理の脱N挙動への影響を示すグラフである。

Claims (2)

  1. 質量%で、S≧0.10%である高S系ステンレス鋼の溶製の際のRH脱ガス処理において、RH脱ガス処理の処理開始の初期の間に溶鋼中にS成分を投入することによりRH脱ガス処理時間における投入後の[S]濃度の高い時間の割合を多くすることを特徴とする高S系ステンレス鋼のRH脱ガス処理における脱窒の抑制方法。
  2. RH脱ガス処理の処理開始後15分以内に溶鋼中にS成分を投入することを特徴とする請求項1に記載の高S系ステンレス鋼のRH脱ガス処理における脱窒の抑制方法。
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