JP5955605B2

JP5955605B2 - ステンレス鋼の製造方法

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Publication number: JP5955605B2
Application number: JP2012074031A
Authority: JP
Inventors: 朋輝中川; 杉浦　正之; 正之杉浦
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013204086A

Description

この発明は、ステンレス鋼の製造方法に係り、特に、ステンレス溶鋼の精錬炉からの出鋼時における窒素吸収を抑制する製造方法に関する。

ステンレス鋼の製鋼工程では、原料を溶解して溶銑とし、この溶銑を転炉等の精錬炉に注銑して、精錬炉の溶銑に酸素を吹錬することによって炭素を除去する粗脱炭が実施され溶鋼となる。その後精錬炉から取鍋に粗脱炭後の溶鋼の出鋼を行い、二次精錬設備にて溶鋼の最終脱炭及び成分調整を実施した後、鋳造してステンレス鋼スラブ等を形成する。近年では、加工性の高いステンレス鋼が求められ、製品の低窒素化が必須である。しかしながら、精錬炉での溶鋼の出鋼時、溶鋼は、大気に接触するため、大気から窒素を吸収する吸窒を起こし、それにより、製造完了後の製品において高窒素化につながり問題となっている。

この対策として、例えば、特許文献１には、極低窒素ステンレス鋼等の極低窒素Ｃｒ含有鋼における転炉等での脱炭後の溶鋼を真空脱ガス処理や連続鋳造のために搬送する過程で、溶鋼の吸窒を防止する方法が記載されている。具体的には、二酸化炭素（ＣＯ_２）発生物質である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を取鍋内に投入し、この取鍋内に溶鋼を出鋼することによって、二酸化炭素ガスを発生させ、取鍋内をＣＯ_２雰囲気に変換する。それによって、二酸化炭素を溶鋼のガスシールとして作用させ、出鋼時の溶鋼の大気接触を防ぐ。

特開平９−７８１２０号公報

しかしながら、炭酸カルシウムは、ＣＯ_２ガスを発生する反応速度が低いため、特許文献１のように予め炭酸カルシウムを投入した取鍋（溶鋼鍋）に溶鋼の出鋼を実施すると、出鋼を開始してから完了するまでの間にＣＯ_２ガスの発生反応がほとんど進行せず、反応によって発生したＣＯ_２ガスはガスシールとして十分に機能することができないという問題がある。また、上述のような特許文献１に記載される方法では、出鋼完了後もＣＯ_２ガスの発生反応が継続するため、出鋼後の取鍋内の溶鋼にＣＯ_２ガスによるボイリングが発生する。これによって溶鋼と大気とが接触し、溶鋼に改めて吸窒が発生するだけでなく、ボイリングによって取鍋外への溶鋼のスプラッシュ飛散が発生することがあり、安全上の問題も発生する。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、転炉等の精錬炉からの出鋼時の溶鋼（ステンレス溶鋼）の窒素吸収を抑制するステンレス鋼の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係るステンレス鋼の製造方法は、ステンレス鋼の原料を溶解して生成されたステンレス鋼溶銑を精錬炉でステンレス溶鋼に精錬処理した後、精錬炉から溶鋼鍋にステンレス溶鋼を出鋼するステンレス鋼の製造方法において、上記出鋼前に、溶鋼鍋に炭酸カルシウムを投入し且つ溶鋼鍋内の炭酸カルシウムを加熱するものであって、ステンレス溶鋼を出鋼する前の精錬炉に炭酸カルシウムを投入し、ステンレス溶鋼に発生するスラグを固化させるものである。
また、この発明に係るステンレス鋼の製造方法は、ステンレス鋼の原料を溶解して生成されたステンレス鋼溶銑を精錬炉でステンレス溶鋼に精錬処理した後、精錬炉から溶鋼鍋にステンレス溶鋼を出鋼するステンレス鋼の製造方法において、上記出鋼前に、溶鋼鍋に予め加熱した炭酸カルシウムを投入するものである。

上記炭酸カルシウムを８００℃〜１３００℃の雰囲気温度で加熱してもよい。
溶鋼鍋への炭酸カルシウムの投入量が、溶鋼鍋に出鋼されるステンレス溶鋼１トンあたりにつき１．０〜５．０ｋｇであってもよい。
溶鋼鍋へ投入される炭酸カルシウムは、１０〜５０ｍｍの粒度範囲であってもよい。
ステンレス溶鋼を出鋼する前の精錬炉に炭酸カルシウムを投入し、ステンレス溶鋼に発生するスラグを固化させてもよい。
溶鋼鍋に出鋼したステンレス溶鋼を、真空精錬炉でさらに精錬処理してもよい。

この発明に係るステンレス鋼の製造方法によれば、ステンレス溶鋼の出鋼時における炭酸カルシウムのＣＯ_２ガスを発生する発生反応速度が増加し、出鋼時のステンレス溶鋼に十分なガスシール効果を得ることができる。さらに、出鋼時におけるＣＯ_２ガスの発生反応速度の増加が可能なことによって、出鋼完了時までにＣＯ_２ガスの発生反応を終了させることができ、それにより、出鋼後の溶鋼鍋（取鍋）でのステンレス溶鋼に発生するボイリングを防ぐことができ、さらに、ボイリングによってステンレス溶鋼に発生する吸窒、及びボイリングによって発生する溶鋼鍋の外へのステンレス溶鋼のスプラッシュ飛散を防ぐこともできる。よって、転炉等の精錬炉からの出鋼時のステンレス溶鋼の窒素吸収の抑制を図ることが可能になる。

この発明の実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法における転炉での処理工程の流れを示す模式図である。この発明の実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法における、転炉から溶鋼鍋にステンレス溶鋼を出鋼する処理過程を示す模式図である。出鋼時の条件が異なるケースで転炉から溶鋼鍋に出鋼した際の溶鋼鍋内のガスの状態を比較した図である。出鋼時の条件が異なる例で転炉から溶鋼鍋に出鋼した溶鋼鍋内のステンレス溶鋼における窒素吸収量を比較した図である。出鋼時の条件及びスラグ固化材が異なる例で転炉から溶鋼鍋に出鋼した溶鋼鍋内のステンレス溶鋼における窒素吸収量を比較した図である。

実施の形態
以下、この発明の実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法について添付図面に基づいて説明する。
まず、ステンレス鋼の製造は、溶解工程、一次精錬工程、二次精錬工程、及び鋳造工程がこの順で実施されて行われる。
溶解工程では、ステンレス製鋼用の原料となるスクラップや合金を電気炉で溶解してステンレス鋼溶銑を生成し、生成したステンレス鋼溶銑が精錬炉である転炉に注銑される。さらに、一次精錬工程では、転炉内のステンレス鋼溶銑に酸素を吹精することによって含有されている炭素を除去する粗脱炭処理が行われ、それによりステンレス溶鋼と炭素酸化物及び不純物を含むスラグとが生成する。さらに、一次精錬工程で生成したステンレス溶鋼は、溶鋼鍋に出鋼されて二次精錬工程に移され、その際にスラグが除去される。

二次精錬工程では、ステンレス溶鋼が溶鋼鍋と共に真空精錬炉である真空脱ガス装置（ＶＯＤ）に入れられ、仕上げ脱炭処理が行われる。そして、ステンレス溶鋼が仕上げ脱炭処理されることによって、純粋なステンレス溶鋼が生成する。鋳造工程では、真空脱ガス装置から溶鋼鍋を取り出して連続鋳造装置（ＣＣ）にセットされる。溶鋼鍋のステンレス溶鋼は、連続鋳造装置に注ぎ込まれ、さらに連続鋳造装置が備える鋳型によって、例えばスラブ状のステンレス鋼片に鋳造される。鋳造されたステンレス鋼片は、次の圧延工程において、熱間圧延又は冷間圧延され熱間圧延鋼帯又は冷間圧延鋼帯とされる。

図１を参照すると、一次精錬工程の詳細が示されている。
まず、注銑工程（Ｓ１）にて、電気炉で生成されたステンレス鋼溶銑１が転炉２に注入される。次いで、酸素吹精工程（Ｓ２）にて、転炉２内のステンレス鋼溶銑１の表面にノズル２ａから酸素が吹き付けられ、それによって、ステンレス鋼溶銑１は、含有する炭素が酸化・除去される脱炭処理されてステンレス溶鋼１ａとステンレス鋼の品質に悪影響を与えるスラグ１ｂとを生成する。

さらに、ステンレス鋼溶銑１の脱炭処理完了後、固化材投入工程（Ｓ３）にて、ステンレス溶鋼１ａの表面上のスラグ１ｂに対して、固化材である固化用炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）５ａが添加される。このとき、固化用炭酸カルシウム５ａは、スラグ１ｂから熱を吸収し、熱分解温度まで昇温された後、以下の式１に示すように、固体状の酸化カルシウム（ＣａＯ）と気体の二酸化炭素（ＣＯ_２）とに熱分解する。上述のように固化用炭酸カルシウム５ａが吸熱反応を起こすことによって、スラグ１ｂは、冷却され、固化用炭酸カルシウム５ａが生成した酸化カルシウムを含んだ状態で固化する。

ＣａＣＯ_３（固体）→ＣａＯ（固体）＋ＣＯ_２（気体）・・・・・・・・・・（式１）

また、固化用炭酸カルシウム５ａが生成した二酸化炭素は、転炉２内の空気を外部に押し出し、転炉２内に充満する。これにより、転炉２内のステンレス溶鋼１ａは、周囲が二酸化炭素によって覆われるつまりガスシールされ空気との接触が遮断されるため、空気中の酸素との反応及び窒素の吸収が抑えられる。
なお、転炉２内に添加される固化用炭酸カルシウム５ａは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の粒度範囲を有する塊状のものが用いられるのが好ましい。そして、粒度が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の固化用炭酸カルシウム５ａを使用した場合、転炉２内における質量１トンあたりのステンレス鋼溶銑１から生じるスラグ１ｂの固化に必要な量が約１０ｋｇ〜約２０ｋｇとなる。

ちなみに、転炉２内のスラグ１ｂに投入される固化用炭酸カルシウム５ａの粒度を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とするのは、以下の理由による。
固化用炭酸カルシウム５ａの粒度が５０ｍｍを超えると、スラグ１ｂの表面積に対する固化用炭酸カルシウム５ａの表面積の比である表面積比（炭酸カルシウムの表面積／スラグの表面積）が小さくなるため、互いの接触面積が小さくなり、固化用炭酸カルシウム５ａがスラグ１ｂから熱を吸収しにくくなる。これにより、固化用炭酸カルシウム５ａとスラグ１ｂとの反応時間、つまりスラグ１ｂの固化に要する時間が長くなり、ステンレス鋼の生産性が低下する。

一方、固化用炭酸カルシウム５ａの粒度が１０ｍｍ未満となると、表面積比（炭酸カルシウムの表面積／スラグの表面積）が大きくなるため、固化用炭酸カルシウム５ａとスラグ１ｂとの反応時間を短縮することができる。しかしながら、固化用炭酸カルシウム５ａの粒度が小さすぎるため、固化用炭酸カルシウム５ａがスラグ１ｂの表面のみに留まってしまってスラグ１ｂと十分に反応できなくなることや、熱分解により固化用炭酸カルシウム５ａから生成した二酸化炭素が発生する上昇流によって、転炉２の外に固化用炭酸カルシウム５ａが運ばれることで、スラグ１ｂが十分に冷却・固化されない。

また、固化材投入工程（Ｓ３）の後、出鋼工程（Ｓ４）にて、転炉２が傾動され、転炉２の側部に設けられた出鋼口２ｂからステンレス溶鋼１ａのみが溶鋼鍋３に出鋼される。出鋼されたステンレス溶鋼１ａを含む溶鋼鍋３は、二次精錬工程に移される。
なお、スラグ１ｂの固化材として、酸化カルシウム（生石灰）を使用してもよい。
一方、出鋼工程（Ｓ４）におけるステンレス溶鋼１ａの出鋼後の転炉２は、続く傾動復帰工程（Ｓ５）にて、傾動されていた状態から元の状態に戻され、次いで、排滓工程（Ｓ６）にて再び傾けられ、上部の開口２ｃを介して内部の固化したスラグ１ｂが容器４に排出される、つまり排滓される。

さらに、図２を参照すると、図１の酸素吹精工程（Ｓ２）から出鋼工程（Ｓ４）までの転炉２及び溶鋼鍋３における処理過程の詳細が示されている。
酸素吹精工程（Ｓ２）において、転炉２内への酸素の吹き付け操業の実施中に、鋳造工程完了後の整備が完了し台車６に載せられた溶鋼鍋３が、転炉２の炉下のピットに移送される。溶鋼鍋３を載せた台車６がピット内の所定の位置に配置されると、図示しない固化材タンクに接続された固化材供給管７から溶鋼鍋３内に、炭酸カルシウム５ｂが投入される。そして、投入された炭酸カルシウム５ｂは、溶鋼鍋３の底部３ａに堆積する。このとき、図２の状態Ｓａに示す状態となる。

なお、投入される炭酸カルシウム５ｂは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の粒度範囲を有する塊状のものが用いられる。さらに、炭酸カルシウム５ｂは、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼される質量１トンあたりのステンレス溶鋼１ａに対して約１．０ｋｇ〜約５．０ｋｇまでの範囲の質量で、溶鋼鍋３に投入される。

溶鋼鍋３は、出鋼時に注ぎ込まれたステンレス溶鋼１ａの温度を低下させてしまうことを防ぐために、ステンレス溶鋼１ａを受け入れるまで加熱つまり予備加熱される。溶鋼鍋３の予備加熱は、転炉２の炉下に備え付けられた溶鋼鍋予熱バーナー８を用いて実施され、この予備加熱は出鋼の直前まで継続される。このとき、図２の状態Ｓｂに示す状態となる。
溶鋼鍋予熱バーナー８は、溶鋼鍋３の内部に向かって炎を放射することによって、溶鋼鍋３を加熱すると共に、溶鋼鍋３内の炭酸カルシウム５ｂも加熱する。さらに、溶鋼鍋３内では、底部３ａにおける炭酸カルシウム５ｂの周囲の気体の温度が約８００℃〜約１３００℃となるように、加熱される。そして、このときの炭酸カルシウム５ｂの表面温度は約６５０℃〜約１１５０℃となる。

炭酸カルシウムの熱分解温度は８２５℃であるため、溶鋼鍋３の底部３ａの炭酸カルシウム５ｂの周囲の気体温度、つまり炭酸カルシウム５ｂの雰囲気温度を約８００℃〜約１３００℃（以下、予備加熱温度と呼ぶ）とすることによって、炭酸カルシウム５ｂは、上述の式１に示すような熱分解を起こしやすくなる。また、炭酸カルシウム５ｂの一部は、熱分解し始め、固体状の酸化カルシウムと気体の二酸化炭素とを発生する場合がある。しかしながら、雰囲気温度と熱分解温度との差が小さいため、炭酸カルシウム５ｂは、低い分解反応速度で熱分解反応を続ける。
なお、炭酸カルシウムの加熱については、上述の溶鋼鍋３の予備加熱時におこなうのが最も効率的であるが、これに限られるものではなく、精錬炉（転炉２）からの出鋼前に、別の加熱装置により予め加熱された炭酸カルシウムを溶鋼鍋３に投入してもよい。

その後、図２の状態Ｓｃに示すように、転炉２から溶鋼鍋３内におよそ１７００℃以上の温度であるステンレス溶鋼１ａが注ぎ込まれる、つまり出鋼されると、予め加熱されて温度が上昇している炭酸カルシウム５ｂは、ステンレス溶鋼１ａの熱によって短時間で熱分解速度を上昇させた状態で熱分解し、二酸化炭素の発生量を短時間に増大させる。これにより、溶鋼鍋３の内部では、転炉２からのステンレス溶鋼１ａの出鋼開始直後から二酸化炭素の発生量が増大し、発生した二酸化炭素が空気を外部に押し出して充満し、さらに、発生した二酸化炭素は溶鋼鍋３の上部の開口３ｂから上方にも溢れだし、溶鋼鍋３の上方も二酸化炭素雰囲気となる。つまり、溶鋼鍋３内及び溶鋼鍋３上方のガス雰囲気が、空気から二酸化炭素に置換される。よって、転炉２から溶鋼鍋３内に出鋼されるステンレス溶鋼１ａは、二酸化炭素によって周囲が覆われてガスシールされるため、周囲の空気との接触が防がれ、それにより、ステンレス溶鋼１ａによる空気中の窒素吸収（吸窒）が抑えられる。

また、溶鋼鍋３内の炭酸カルシウム５ｂは、転炉２内のステンレス溶鋼１ａの全てを溶鋼鍋３内に移し終える出鋼完了まで二酸化炭素の発生を継続する。さらに、出鋼完了時より前の近傍では、未分解で残留している炭酸カルシウム５ｂが少量になることによって、二酸化炭素の発生量が徐々に減少する状態となる。

なお、二酸化炭素によるガスシールによって出鋼されるステンレス溶鋼１ａの吸窒を効率的に防止するためには、出鋼中、炭酸カルシウム５ｂの熱分解反応を活性化して二酸化炭素を活発に発生させ、さらに出鋼完了とほぼ同時に炭酸カルシウム５ｂからの二酸化炭素の発生が終了するように、熱分解反応を制御することが重要となる。ステンレス溶鋼１ａが周囲の空気と接触して空気から吸窒する機会が多くなるのは、ステンレス溶鋼１ａが転炉２から溶鋼鍋３に出鋼される際の流下中であるため、この流下しているステンレス溶鋼１ａを二酸化炭素でガスシールすることが吸窒防止に効果的である。

一方、出鋼完了後は、溶鋼鍋３内のステンレス溶鋼１ａは、その表面がスラグで覆われるため、周囲の空気と遮断される。しかしながら、出鋼完了後も炭酸カルシウム５ｂからの二酸化炭素の発生が継続すると、二酸化炭素が引き起こすボイリングによって覆っているスラグに穴があくため、ステンレス溶鋼１ａが周囲の空気と接触するようになり、接触した空気から吸窒する。また、ボイリングによる気泡が破裂する際に高温のステンレス溶鋼１ａが撥ねて溶鋼鍋３の外に飛散する、つまりスプラッシュ飛散する可能性があり、安全上の問題ともなる。

よって、本実施の形態では、上述したように、溶鋼鍋３へ投入する炭酸カルシウム５ｂの粒度を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とし、炭酸カルシウム５ｂの投入量を転炉２から溶鋼鍋３に出鋼される質量１トンあたりのステンレス溶鋼１ａに対して約１．０ｋｇ〜約５．０ｋｇの範囲とし、さらに、溶鋼鍋３の底部３ａにおける予備加熱温度を約８００℃〜約１３００℃とすることによって、炭酸カルシウム５ｂの熱分解反応を制御している。

なお、溶鋼鍋３の底部３ａにおける予備加熱温度を約８００℃〜約１３００℃とするのは、以下の理由による。
炭酸カルシウムの熱分解温度は８２５℃であるため、予備加熱によって溶鋼鍋３内の炭酸カルシウム５ｂの周囲の雰囲気温度（予備加熱温度）を熱分解温度付近に保持しておくと、溶鋼鍋３内にステンレス溶鋼１ａが出鋼されたとき、ステンレス溶鋼１ａの熱に接触した炭酸カルシウム５ｂは、直ちに分解反応速度を上昇させ、ステンレス溶鋼１ａをガスシールするのに十分な量の二酸化炭素を発生できる状態となる。

しかしながら、予備加熱温度が８００℃に満たない場合、出鋼されたステンレス溶鋼１ａと接触した炭酸カルシウム５ｂは、ステンレス溶鋼１ａのガスシールに十分な量の二酸化炭素を発生できる状態となるまでに時間を要するため、十分にガスシールされないステンレス溶鋼１ａが生じる。一方、予備加熱温度が１３００℃を超える場合、溶鋼鍋３内の炭酸カルシウム５ｂ自体の温度が熱分解温度８２５℃よりも高温となるため、予備加熱の段階で炭酸カルシウム５ｂが活発に熱分解反応を起こし、出鋼開始段階で既に多くの炭酸カルシウム５ｂが熱分解されてしまう。このため、出鋼開始時に残存している炭酸カルシウム５ｂでは、出鋼中に発生することができる二酸化炭素量が少なくなり、出鋼されるステンレス溶鋼１ａを十分にガスシールできない。

また、炭酸カルシウム５ｂの溶鋼鍋３への投入量を、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼されるステンレス溶鋼１ａの質量１トンあたりに対して約１．０ｋｇ〜約５．０ｋｇの範囲とするのは、以下の理由による。
炭酸カルシウム５ｂの溶鋼鍋３への投入量が、溶鋼鍋３に出鋼されるステンレス溶鋼１ａの質量１トンあたりで約１．０ｋｇよりも少ない場合、投入量が少な過ぎるため、出鋼開始から出鋼完了までの全体にわたった二酸化炭素によるステンレス溶鋼１ａのガスシールが得られない。一方、炭酸カルシウム５ｂの溶鋼鍋３への投入量が、溶鋼鍋３に出鋼されるステンレス溶鋼１ａの質量１トンあたりで約５．０ｋｇよりも多い場合、熱分解反応時の炭酸カルシウム５ｂによる吸熱量が多くなり、吸熱されるステンレス溶鋼１ａの温度が過度に低下するため、後に続く二次精錬工程で要するステンレス溶鋼１ａの熱量に不足が生じ、操業に悪影響が及ぶ。さらに、炭酸カルシウム５ｂを過剰に投入すると、出鋼完了後もステンレス溶鋼１ａ中に残留して二酸化炭素を発生し続けるため、溶鋼鍋３を次工程へ運搬する際にスプラッシュが飛散するなどの問題が生じる。

また、溶鋼鍋３への投入する炭酸カルシウム５ｂの粒度を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とするのは、以下の理由による。
炭酸カルシウム５ｂの粒度が１０ｍｍ未満の場合、炭酸カルシウム５ｂは比表面積が大きくなることで吸熱しやすくなり、炭酸カルシウム５ｂの熱分解速度が高くなるため、出鋼完了までに炭酸カルシウム５ｂの全てが熱分解して二酸化炭素の発生が終了し、出鋼完了付近の出鋼末期で二酸化炭素によるガスシールが得られない。一方、炭酸カルシウム５ｂの粒度が５０ｍｍを超える場合、炭酸カルシウム５ｂは比表面積が小さくなることで吸熱しにくくなり、炭酸カルシウム５ｂの熱分解反応が活発にならずに熱分解の完了までに長時間を要するため、出鋼開始から出鋼完了までの間の出鋼中、ステンレス溶鋼１ａのガスシールに十分な量の二酸化炭素の発生量が得られない。

ここで、図３を参照すると、出鋼時の条件が異なる３つのケースＡ〜Ｃで転炉２から溶鋼鍋３にステンレス溶鋼１ａを出鋼した際の溶鋼鍋３内のガスの状態（ガス雰囲気）の推移が示されている。なお、図３では、横軸に経過時間をとり、縦軸にガス濃度をとり、二酸化炭素と酸素（Ｏ_２）との状態を示している。

各ケースが以下の表１に示されている。ケースＡでは、出鋼前に溶鋼鍋３に炭酸カルシウムが投入されず、さらに溶鋼鍋３の予備加熱も行われない。ケースＢでは、出鋼前に溶鋼鍋３に炭酸カルシウムが投入されるが、溶鋼鍋３の予備加熱は行われない。ケースＣでは、本実施の形態のように、出鋼前に溶鋼鍋３に炭酸カルシウムが投入され、溶鋼鍋３の予備加熱も行われる。つまり、ケースＣは、実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法によって溶鋼鍋３にステンレス溶鋼１ａを出鋼した場合のものである。
なお、ケースＡ〜Ｃはいずれも、電気炉において１チャージに生成される８０トンのステンレス鋼溶銑に対して実施したものであり、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼する際のステンレス溶鋼の溶鋼温度を１８００℃にして実施したものである。また、ケースＢ及びＣでは、溶鋼鍋３内の約８０トンのステンレス溶鋼に粒度１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭酸カルシウムを３００ｋｇ投入し、さらに、ケースＣでは、１０２０℃の予備加熱温度で２０分間の予備加熱を実施している。

ケースＡの場合、出鋼開始前から出鋼開始、そして出鋼完了にわたって、溶鋼鍋３のガス雰囲気にほとんど変化がない。つまり、溶鋼鍋３内のほとんどは、大気である空気で満たされている。
ケースＢの場合、出鋼開始後、二酸化炭素の発生が開始して濃度が緩やかに増加し、約２０質量％の二酸化炭素濃度に達した後、緩やかに減少している。そして、酸素濃度は、二酸化炭素濃度と相反する動きで推移しており、空気の濃度も酸素濃度と同様の動きで推移する。
ケースＣの場合、出鋼開始時から二酸化炭素の発生が開始して濃度が急激に増加し、出鋼中の１／３以上の期間にわたって約４０〜５０質量％の二酸化炭素濃度が維持されている。そして、酸素濃度は、出鋼中の１／３以上の期間にわたって０近傍まで低下しており、このとき、空気の濃度も大幅に低下して約５０〜６０質量％となる。

この図３の結果からも、溶鋼鍋３に炭酸カルシウム５ｂを投入した後、予備加熱を実施することによって、転炉２からステンレス溶鋼１ａを出鋼する間、溶鋼鍋３内のガス雰囲気が二酸化炭素によって置換され、二酸化炭素はステンレス溶鋼１ａをガスシールするのに十分な濃度を有することができる。

（実施例）
以下、実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法によって溶鋼鍋３にステンレス溶鋼１ａを出鋼する実施例の他、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼する際の条件を実施例から変更した比較例における溶鋼鍋３内のステンレス溶鋼１ａの状態を説明する。

以下の表２及び表３に示すように、実施の形態のように出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入し予備加熱を実施する実施例１及び２と、出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入せず予備加熱も実施しない比較例１−１及び２−１と、出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入するが予備加熱を実施しない比較例１−２及び２−２とについて、その特性を評価した。
さらに、実施例１及び２、並びに比較例１−１、１−２、２−１及び２−２はいずれも、電気炉において１チャージに生成される８０トンのステンレス鋼溶銑に対して実施したものであり、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼する際のステンレス溶鋼の溶鋼温度を１８００℃にして実施したものである。

表２について、実施例１、並びに比較例１−１及び１−２は、クロム濃度が２１〜２３質量％、炭素濃度が０．０３質量％以下、窒素濃度が０．０３質量％以下であるフェライト系ステンレス鋼に関するもので、さらに転炉２でのスラグの固化材として、実施の形態で使用した炭酸カルシウムではなく、生石灰（酸化カルシウム）を使用したものである。

具体的には、実施例１は、転炉２でのスラグの固化材として生石灰を使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に粒度１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭酸カルシウムを３００ｋｇ投入し１０２０℃の予備加熱温度で２０分間の予備加熱を実施した後、出鋼を開始した例である。
比較例１−１は、転炉２でのスラグの固化材として生石灰を使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入せず予備加熱も実施せずに、出鋼を開始した例である。
比較例１−２は、転炉２でのスラグの固化材として生石灰を使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に粒度１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭酸カルシウムを３００ｋｇ投入するがその後に予備加熱を実施せずに、出鋼を開始した例である。

また、吸窒量は、出鋼完了後であり二次精錬処理前である溶鋼鍋３内のステンレス溶鋼を測定して得られる窒素濃度から、転炉２での酸素吹精終了時のステンレス溶鋼を測定して得られる窒素濃度を差し引くことによって算出している。なお、吸窒量は、質量濃度で示し、単位はｐｐｍである。
また、実施例１、並びに比較例１−１及び１−２における吸窒量を比較した図が、図４に示されている。なお、図４では、横軸に各例をとり、縦軸に吸窒量をとっている。

図４及び表２をあわせて参照すると、出鋼前の溶鋼鍋３に何も投入しない比較例１−１では、出鋼完了までに８３ｐｐｍの吸窒が発生するが、出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入する比較例１−２及び実施例１では、吸窒が比較例１−１よりも抑制されている。さらに、溶鋼鍋３に予備加熱を実施しない比較例１−２では、出鋼完了までに７４ｐｐｍの吸窒が発生するが、予備加熱を実施する実施例１では、出鋼完了までの吸窒量が５７ｐｐｍとなり、吸窒がさらに抑制されている。また、比較例１−２では、出鋼完了後も炭酸カルシウムが熱分解反応を継続して二酸化炭素を発生し続け、ボイリングが観察されたが、実施例１では、出鋼完了時には炭酸カルシウムの熱分解反応が終了し、出鋼完了後にボイリングが観察されなかった。

表３について、実施例２、並びに比較例２−１及び２−２は、クロム濃度が１６〜１７質量％、炭素濃度が０．０３質量％以下、窒素濃度が０．０３質量％以下であるフェライト系ステンレス鋼に関するもので、転炉２でのスラグの固化材として実施の形態のような炭酸カルシウム又は生石灰を使用したものである。

具体的には、実施例２は、転炉２でのスラグの固化材として炭酸カルシウムを使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に粒度１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭酸カルシウムを３００ｋｇ投入し１０２０℃の予備加熱温度で２０分間の予備加熱を実施した後、出鋼を開始した例である。
比較例２−１は、転炉２でのスラグの固化材として生石灰を使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入せず予備加熱も実施せずに、出鋼を開始した例である。
比較例２−２は、転炉２でのスラグの固化材として炭酸カルシウムを使用し、さらに出鋼前の溶鋼鍋３に粒度１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の炭酸カルシウムを３００ｋｇ投入するがその後に予備加熱を実施せずに、出鋼を開始した例である。

また、出鋼前吸窒量は、転炉２での出鋼開始直前のステンレス溶鋼を測定した得られる窒素濃度から、転炉２での酸素吹精終了時のステンレス溶鋼を測定して得られる窒素濃度を差し引くことによって算出している。出鋼中吸窒量は、出鋼完了後であり二次精錬処理前である溶鋼鍋３内のステンレス溶鋼を測定して得られる窒素濃度から、転炉２での出鋼開始直前のステンレス溶鋼を測定して得られる窒素濃度を差し引くことによって算出している。
また、実施例２、並びに比較例２−１及び２−２における吸窒量を比較した図が、図５に示されている。なお、図５では、横軸に各例をとり、縦軸に吸窒量をとっている。

図５及び表３をあわせて参照すると、スラグ固化材として生石灰を転炉２に投入した比較例２−１では、出鋼前に既に１３ｐｐｍの吸窒を発生しているが、スラグ固化材として炭酸カルシウムを転炉２に投入した比較例２−２及び実施例２では、出鋼前の吸窒量が５ｐｐｍにまで抑制されている。さらに、出鋼前の溶鋼鍋３に何も投入しない比較例２−１では、出鋼中に６５ｐｐｍの吸窒が発生するが、出鋼前の溶鋼鍋３に炭酸カルシウムを投入する比較例２−２及び実施例２では、出鋼中の吸窒が比較例２−１よりも大幅に抑制されている。さらに、溶鋼鍋３に予備加熱を実施しない比較例２−２では、出鋼中に１８ｐｐｍの吸窒が発生するが、予備加熱を実施する実施例２では、出鋼中の吸窒量が１２ｐｐｍとなり、吸窒がさらに抑制されている。また、比較例２−２では、出鋼完了後も炭酸カルシウムが熱分解反応を継続して二酸化炭素を発生し続け、ボイリングが観察されたが、実施例２では、出鋼完了時には炭酸カルシウムの熱分解反応が終了し、出鋼完了後にボイリングが観察されなかった。

上述より、転炉２から溶鋼鍋３へのステンレス溶鋼の出鋼時のガスシール発生材として炭酸カルシウムを使用する際、実施例１及び２のように、出鋼前に炭酸カルシウムの溶鋼鍋３への投入後に予備加熱を実施することによって、出鋼の際のステンレス溶鋼の吸窒が効率よく防がれる。

このように、この発明に係るステンレス鋼の製造方法は、ステンレス鋼の原料を溶解して生成されたステンレス鋼溶銑１を転炉２でステンレス溶鋼１ａに精錬処理した後、転炉２から溶鋼鍋３にステンレス溶鋼１ａを出鋼するものであり、上記出鋼前に、溶鋼鍋３に炭酸カルシウム５ｂを投入し且つ溶鋼鍋３内の炭酸カルシウム５ｂを加熱するものである。これにより、溶鋼鍋３で予め加熱されて温度を上昇させている炭酸カルシウム５ｂは、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼されたステンレス溶鋼１ａと接触すると、短時間で熱分解温度に達して活発に熱分解し二酸化炭素を発生し、出鋼されるステンレス溶鋼１ａの周囲を二酸化炭素で短時間で十分にガスシールすることができる。よって、出鋼時のステンレス溶鋼１ａによる空気中の窒素の吸収を抑えることが可能になる。

また、炭酸カルシウム５ｂは、８００℃〜１３００℃の雰囲気温度で加熱される。これによって、転炉２から溶鋼鍋３に出鋼されたステンレス溶鋼１ａと接触した炭酸カルシウム５ｂが熱分解温度に達して二酸化炭素を発生するまでの時間を短縮することができる。さらに、出鋼前の炭酸カルシウム５ｂに対して、過度な温度上昇を防ぎ、出鋼前に二酸化炭素を発生することを防ぐことができる。
また、溶鋼鍋３への炭酸カルシウム５ｂの投入量が、溶鋼鍋３に出鋼されるステンレス溶鋼１ａの１トンあたりにつき１．０〜５．０ｋｇである。これによって、炭酸カルシウム５ｂが二酸化炭素の発生を継続する時間を、出鋼開始から出鋼完了までにわたって継続するように制御することができる。さらに、炭酸カルシウム５ｂを過度に投入しないことによって、出鋼中に接触して吸熱するステンレス溶鋼１ａに対して過度に温度低下させるのを防ぐことができる。

また、溶鋼鍋３へ投入される炭酸カルシウム５ｂは、１０〜５０ｍｍの粒度範囲である。このとき、炭酸カルシウム５ｂの粒と周囲の気体との接触面積が制御され、それによって、二酸化炭素の発生量を出鋼されるステンレス溶鋼１ａのガスシールに十分な量にすると共に、二酸化炭素の発生継続時間を出鋼開始から出鋼完了までに制御することができる。
また、ステンレス溶鋼１ａを出鋼する前の転炉２に固化用炭酸カルシウム５ａを投入し、ステンレス溶鋼１ａに発生するスラグを固化させる。これによって、転炉２内でもステンレス溶鋼１ａが、固化用炭酸カルシウム５ａの発生する二酸化炭素によってガスシールされ、空気との接触に起因する窒素の吸収を抑えることができる。
また、実施の形態に係るステンレス鋼の製造方法は、ステンレス鋼の製造に適用されていたが、他の金属の製造に適用してもよい。

１ステンレス鋼溶銑、１ａステンレス溶鋼、２転炉（精錬炉）、３溶鋼鍋、５ａ固化用炭酸カルシウム、５ｂ炭酸カルシウム。

Claims

ステンレス鋼の原料を溶解して生成されたステンレス鋼溶銑を精錬炉でステンレス溶鋼に精錬処理した後、前記精錬炉から溶鋼鍋に前記ステンレス溶鋼を出鋼するステンレス鋼の製造方法において、前記出鋼前に、前記溶鋼鍋に炭酸カルシウムを投入し且つ前記溶鋼鍋内の前記炭酸カルシウムを加熱するステンレス鋼の製造方法であって、前記ステンレス溶鋼を出鋼する前の前記精錬炉に炭酸カルシウムを投入し、前記ステンレス溶鋼に発生するスラグを固化させるステンレス鋼の製造方法。
ステンレス鋼の原料を溶解して生成されたステンレス鋼溶銑を精錬炉でステンレス溶鋼に精錬処理した後、前記精錬炉から溶鋼鍋に前記ステンレス溶鋼を出鋼するステンレス鋼の製造方法において、前記出鋼前に、前記溶鋼鍋に予め加熱した炭酸カルシウムを投入するステンレス鋼の製造方法。
前記ステンレス溶鋼を出鋼する前の前記精錬炉に炭酸カルシウムを投入し、前記ステンレス溶鋼に発生するスラグを固化させる請求項２に記載のステンレス鋼の製造方法。
前記炭酸カルシウムを８００℃〜１３００℃の雰囲気温度で加熱する請求項１〜３のいずれか一項に記載のステンレス鋼の製造方法。
前記溶鋼鍋への前記炭酸カルシウムの投入量が、前記溶鋼鍋に出鋼される前記ステンレス溶鋼１トンあたりにつき１．０〜５．０ｋｇである請求項１〜４のいずれか一項に記載のステンレス鋼の製造方法。
前記溶鋼鍋へ投入される前記炭酸カルシウムは、１０〜５０ｍｍの粒度範囲である請求項１〜５のいずれか一項に記載のステンレス鋼の製造方法。
前記溶鋼鍋に出鋼した前記ステンレス溶鋼を、真空精錬炉でさらに精錬処理する請求項１〜６のいずれか一項に記載のステンレス鋼の製造方法。