JP6330707B2 - 低窒素鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

本開示は、二次精錬プロセスにて真空脱ガス装置及び大気圧下での取鍋精錬炉を用いた低窒素鋼の溶製方法に関する。

従来、低炭素化、低窒素化および低硫化を指向するステンレス鋼を溶製する際には、二次精錬プロセスにＶＯＤ装置を用いた真空脱ガス処理が用いられていた。ＶＯＤ装置を用いた真空脱ガス処理では、取鍋全体を真空引きした状態で、吹精ランスからの酸素ガス供給により溶鋼中の炭素を取り除く脱炭処理が行われ、その後、金属Ａｌ等の還元剤が投入されることで溶鋼の脱硫反応を伴う還元処理が行われる。溶鋼の還元処理では、投入された還元剤によって浴面のスラグの還元反応も進むため、スラグ中の酸化クロムが還元され、クロムが溶鋼へ回収される。また、還元処理によって、溶鋼の脱硫反応が進むため、溶鋼中の硫黄濃度が低下する。この際、ＶＯＤ装置を用いた真空脱ガス処理では、取鍋全体が真空雰囲気下で処理されるため、スラグの還元を促進させるために攪拌を強くしたとしても、鋼中の窒素濃度の上昇を避けることができる。

これに対して、炭素鋼を溶製する一般的な製鋼工場の二次精錬プロセスにおいては、真空脱ガス処理をする際にはＲＨ装置等の真空脱ガス装置が用いられ、還元処理を行う際にはＬＦ装置等の取鍋精錬炉が用いられる。真空脱ガス装置および取鍋精錬炉を用いてステンレス鋼を製造しようとする場合、以下の問題が生じる。まず、真空脱ガス装置を用いた真空脱ガス処理では、真空槽内の真空雰囲気下で溶鋼に酸素ガスを供給することで溶鋼の脱窒および脱炭を行うことができるが、真空槽外の取鍋湯面上に浮上するスラグを攪拌することができないため、スラグ中のクロムの回収や溶鋼の脱硫が困難となる。一方、取鍋精錬炉を用いた還元処理ではスラグ−メタル間の攪拌が可能であり、クロムの回収や溶鋼の脱硫ができるため、真空脱ガス装置にて真空脱ガス処理を行った後、取鍋精錬炉にて還元処理を行うことで、スラグ中の酸化クロムを還元する二次精錬プロセスが考えられる。しかし、取鍋精錬炉での還元処理は、大気圧下で行われるため、雰囲気エアー中の窒素によって溶鋼中の窒素濃度の上昇（「窒素ピックアップ」ともいう）が問題となる。

また、炭素鋼においても、低炭素化、低窒素化および極低硫化を指向する場合、真空脱ガス装置にて真空脱ガス処理を行った後、取鍋精錬炉にて還元処理をする二次精錬プロセスが考えられる。しかし、上記の場合と同様に、取鍋精錬炉におけるスラグ−メタル間の攪拌に伴い窒素ピックアップが起こるため、窒素濃度の低い溶鋼を溶製することが困難となる。
取鍋精錬炉におけるスラグ−メタル間の攪拌に伴う窒素ピックアップを防ぐ方法として、取鍋蓋内に専用配管またはサブマージドアーク加熱用電極の先端部から二酸化炭素ガスやアルゴンガス等を供給することで、溶鋼上面部分の窒素分圧を低下させる方法が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特開平３−１０４８１４号公報 特開昭６１−２７６６８４号公報

しかし、特許文献１，２のように、溶鋼上面部分の窒素分圧を下げることで窒素ピックアップを防止する方法の場合、雰囲気中の窒素分圧を下げられる限度がある。このため、真空脱ガス装置や取鍋精錬炉を用いた一般的な二次精錬設備においては、低窒素の鋼を溶製することが困難となる。
例えば、炭素鋼において窒素濃度が４０ｐｐｍ以下の鋼を溶製する場合、平衡計算値として雰囲気中の窒素分圧を０．０１ａｔｍ以下にする必要がある。さらに、ステンレス鋼のようにクロム濃度が高い鋼においては、炭素鋼と比較して、同じ雰囲気中の窒素分圧における溶鋼中の平衡窒素濃度が高位になる。例えば、鋼中のＣｒ濃度が１３ｗｔ％である場合、鋼中の窒素濃度を１００ｐｐｍ以下にさせるためには、雰囲気中の窒素分圧を０．００４ａｔｍ以下にする必要がある。一方、特許文献１，２のようにガスシールによって窒素分圧を下げる方法のみでは、窒素分圧を上記範囲まで低下させることが事実上不可能となる。このため、低窒素の鋼を溶製することができない。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、真空脱ガス装置および取鍋精錬炉を用いた二次精錬プロセスにおいて、低窒素の鋼を溶製することができる低窒素鋼の溶製方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、真空脱ガス装置にて、溶鋼の真空脱ガス処理を行うことで、溶鋼を脱炭および脱窒し、上記真空脱ガス処理の後、溶鋼に造滓剤を投入することで、溶鋼の浴面に溶融したスラグを形成し、上記造滓剤を投入した後、溶鋼をガス攪拌および通電加熱する取鍋精錬炉にて、溶鋼の取鍋精錬処理を行い、上記真空脱ガス処理を行う際に、溶鋼の脱酸処理を行わずに真空脱ガス処理を完了し、上記取鍋精錬処理を行う際に、造滓剤が滓化した後、溶鋼に脱酸剤を投入することで脱酸処理し、還元処理することを特徴とする低窒素鋼の溶製方法が提供される。

本発明の一態様によれば、真空脱ガス装置および取鍋精錬炉を用いた二次精錬プロセスにおいて、低窒素の鋼を溶製することができる。

本発明の一実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法を示すフローチャートである。 真空脱ガス装置を示す模式図である。 取鍋精錬炉を示す模式図である。 実施例１における窒素濃度測定の結果を示すグラフである。 実施例２における窒素濃度測定の結果を示すグラフである。 実施例３における窒素濃度測定の結果を示すグラフである。 実施例４における窒素濃度測定の結果を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜低窒素鋼の溶製方法＞
図１〜図３を参照して、発明の一実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法について説明する。図１に示すように、まず、一次精錬プロセスが行われることで溶鋼が溶製される（Ｓ１００）。一次精錬プロセスでは、転炉や電気炉等の精錬設備において、原料となる溶銑やスクラップ、合金鉄等が、粗脱炭や成分調整、溶解等を目的として、各種精錬処理されることで、粗溶鋼が溶製される。この際、ステンレス鋼等のＣｒ鋼が溶製される場合には、Ｃｒ合金等の合金成分が投入される。ステップＳ１００にて、溶製された溶鋼Ｍは、図２に示すように、取鍋１に収容される。

次いで、溶鋼Ｍが収容された取鍋１が真空脱ガス装置２に搬送され、溶鋼Ｍの脱窒および脱炭を含む真空脱ガス処理が行われる（Ｓ１０２）。真空脱ガス装置２は、図２に示すように、真空槽２１と、一対の浸漬管２２ａ，２２ｂと、排気ダクト２３と、投入シュート２４と、ランス２５とを有する、ＲＨ脱ガス装置である。真空槽２１は、略円筒容器状の容器であり、下端に一対の浸漬管２２ａ，２２ｂ、上部に排気ダクト２３および投入シュート２４がそれぞれ接続される。一対の浸漬管２２ａ，２２ｂは、略円筒状の形状を有し、不図示のガス供給装置から供給されるガスを内面から吹き込むように構成される。排気ダクト２３は、不図示の真空排気装置と接続され、真空排気装置によって真空槽２１の内部気圧を低減可能に構成される。投入シュート２４は、不図示の複数のホッパーに接続され、各ホッパーから合金鉄等の各種副原料が送られることで、真空槽２１内の溶鋼Ｍに副原料を投入する。ランス２５は、真空槽２１の外に配された一端が酸素供給路に接続され、酸素供給路を介して送られる酸素ガスを真空槽２１内に配された他端から噴射する。

ステップＳ１０２では、はじめに、真空槽２１を下降させ、取鍋１内に収容された溶鋼Ｍに浸漬管２２ａ，２２ｂを浸漬させた後、真空槽２１内の気圧を下げることで、真空槽２１内の所定の高さまで溶鋼Ｍを吸い上げる。さらに、いずれか片方の浸漬管２２ａ，２２ｂの内面からＡｒガスを吹き込むことにより、溶鋼Ｍを還流させる。例えば、図２のように、浸漬管２２ａの内面からガスを吹き込む場合、ガスが吹き込まれる浸漬管２２ａでは溶鋼Ｍが上昇し、浸漬管２２ｂでは溶鋼Ｍが下降することで、溶鋼Ｍの循環流が生じる。さらに、真空脱ガス処理では、ランス２５から溶鋼Ｍに酸素ガスを吹き込む。これにより、溶鋼Ｍに含有される炭素が酸化除去される（脱炭）。真空脱ガス処理では、溶鋼ＭにＡｒを吹き込みながら減圧下で処理を行うため、溶鋼Ｍから窒素が除去され、さらに脱炭反応により発生するＣＯガス気泡によっても窒素が除去される（脱窒）。なお、ステップＳ１０２の真空脱ガス処理では、真空脱ガス処理をする前の溶鋼Ｍの炭素濃度および窒素濃度と、製品目標とする炭素濃度および窒素濃度との差分を考慮し、必要な脱窒量が高位の場合には、酸素ガスを吹き込む前に溶鋼Ｍに投入シュート２４から加炭材が投入されてもよい。加炭材の投入によって、脱炭量が多くなり脱炭処理時間が長くなるため、それに応じて脱窒量を増大させることができる。また、脱炭量と脱窒量との関係については、各々の設備条件により異なるので、予め関係を見出しておくことが望ましい。ステップＳ１０２の真空脱ガス処理は、溶鋼Ｍの成分が処理終了の目標成分となるまで行われる。また、ステップＳ１０２の真空脱ガス処理では、真空脱ガス処理中に脱酸処理を行わずに、溶鋼Ｍの溶存酸素濃度が高い未脱酸の状態で真空脱ガス処理を終了する。

ここで、溶鋼Ｍ中の溶存酸素濃度が高位な場合、脱炭反応が発生しており排気ダクト２３以降の真空排気系内にＣＯガスが残留している。そのため、ＣＯ濃度が高位な場合、復圧によってＣＯガスが滞留している真空排気系内に空気が混入し爆発組成となる恐れがある。これに対して、一般的な真空脱ガス処理においては、真空槽２１内を大気圧へ復圧する前に、金属アルミ等の脱酸剤が投入され、溶鋼Ｍの脱酸処理が行われることで、真空排気系内のＣＯガスの滞留を防止している。しかし、本実施形態では、真空脱ガス処理中に脱酸処理を行わないため、真空槽２１内を復圧する際には、排気ダクト２３以降に設けられた真空排気用のスチームエゼクター及びブースターへの蒸気供給を停止して、真空槽２１内の真空度を徐々に低下させることが望ましい。これにより、真空度の低下に伴って脱炭反応も停滞するため、排ガス中のＣＯ濃度が徐々に低下する。ＣＯガスの空気中の爆発限界濃度下限値は１２．５％であるので、真空排気中の質量分析計におけるＣＯガス濃度が１２．５％以下となったことを確認後に復圧することで、安全に真空脱ガス処理を終了することができる。

ステップＳ１０２の後、溶鋼Ｍの浴面に浮上しているスラグＳを取鍋１から排出する除滓処理が行われる（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４の除滓処理では、スラグＳは、スラグドラッガーによって取鍋４の外へと掻き出されることで除去される。除去されたスラグＳは、取鍋４の下方に設けられたスラグポットに収容される。本実施形態では、取鍋１に収容された大部分のスラグＳが除去される。

次いで、除滓が行われた溶鋼Ｍに、造滓剤が投入される（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６では、処理時間および溶鋼Ｍの温度に余裕がある場合、真空脱ガス装置２にて造滓剤を溶鋼Ｍに投入することが望ましい。この際、除滓処理が行われた取鍋１を真空脱ガス装置２に搬送し、ステップＳ１０２と同様に溶鋼Ｍを真空脱ガス装置２にて還流した後、投入シュート２４から真空槽２１内の溶鋼Ｍに造滓剤が投入される。投入された造滓剤は、その後、浴面へと浮上し、溶融したスラグＳとなる。また、造滓剤の投入は、クレーンまたは投入専用の設備を用いて行われてもよく、さらに、取鍋精錬炉３にて造滓剤の投入可能であれば、取鍋１が取鍋精錬炉３まで搬送された後、取鍋精錬炉３にて造滓剤が投入されてもよい。なお、真空脱ガス装置２にて造滓剤を投入する方法は、他の投入方法に比べ、造滓剤を溶鋼Ｍ中の深い位置まで投入でき、溶融が促進されるため、造滓剤を短時間で溶融させることができる。造滓剤は、カルシウムアルミネート等のＣａＯ系のフラックスであり、その後のプロセスにおいて、溶鋼Ｍの攪拌や加熱をしなくとも浴面で溶融することが好ましいため、一般的な二次精錬プロセスにおける溶鋼温度（１５５０℃超）よりも低くなるよう、１５５０℃以下となる組成のものが用いられることが好ましい。また、同様の観点から、造滓剤はプリメルトされたものが用いられることが好ましい。ステップＳ１０６では、投入された造滓剤の少なくとも一部が溶鋼Ｍの浴面で溶融することにより、浴面に溶融したスラグＳの層が形成される。ここで、溶融したスラグＳは固相のスラグと混在していても構わないが、スラグの層での通気抵抗を増大して吸窒を防止する観点からは、スラグ全体に対する液相スラグの比率は３０ｗｔ％以上であることが好ましい。

ここで、本発明者らは、操業データの解析をもとに鋭意検討を行った結果、溶鋼Ｍの浴面が露出している状況において、溶鋼Ｍ中の酸素濃度が高位であるほど溶鋼Ｍの窒素上昇速度が抑制されることを見出した。つまり、溶鋼Ｍ中の酸素濃度が高位の場合、表面活性元素である酸素が溶鋼表面に偏在し、溶鋼表面における窒素の吸着サイトが減少するため、溶鋼Ｍと雰囲気中の窒素ガスとが接触しても、溶鋼Ｍへの吸窒速度が抑制される。本実施形態では、ステップＳ１０２およびステップＳ１０４では、少なくとも一部の期間において、溶鋼Ｍの浴面が露出した状態となるため、吸窒現象が起こりやすい状態となる。しかし、本実施形態では、ステップＳ１０２において脱酸処理が行われず、ステップＳ１０２およびステップＳ１０４では溶鋼Ｍの酸素濃度が高位の状態で処理が行われるため、窒素ピックアップの量を抑制することができる。

さらに、取鍋１が図３に示す取鍋精錬炉３に搬送され、溶鋼Ｍの取鍋精錬処理が行われる（Ｓ１０８）。取鍋精錬炉３は、蓋３１と、３本の電極３２ａ〜３２ｃと、投入シュート３３とを有する。蓋３１には、３本の電極３２ａ〜３２ｃおよび投入シュート３３がそれぞれ挿入される４つの開口部が中央に形成される。３本の電極は、上下方向に昇降可能に形成され、不図示の電力供給部から供給される電力によって、スラグＳおよび溶鋼Ｍを通電加熱する。投入シュート３３は、不図示の複数のホッパーに接続され、各ホッパーから合金鉄等の各種副原料が送られることで、取鍋１内の溶鋼Ｍに副原料を投入する。また、取鍋１の底部には、ポーラスプラグ１１が設けられ、Ａｒガスを供給する不図示のガス供給装置が接続される。

ステップＳ１０８の取鍋精錬処理では、まず、取鍋１の底部に設けられたポーラスプラグ１１から、ガス供給装置から供給されるＡｒガスが溶鋼Ｍに吹き込まれることで、溶鋼Ｍが攪拌される。さらに、溶鋼Ｍの攪拌と略同時に、３本の電極３２ａ〜３２ｃが降下し、先端がスラグＳと接触した状態で通電されることで、サブマージドアーク加熱が行なわれ、スラグＳおよび溶鋼Ｍが通電加熱される。これにより、ステップＳ１０６で投入された造滓剤が完全に滓化する。なお、この後、スラグＳの成分を調整するために、石灰や金属アルミ等の副原料が投入シュート３３から溶鋼Ｍに投入されてもよい。次いで、投入シュート３３から、還元雰囲気となるまで溶鋼Ｍ中の酸素を低下させるだけの量の金属アルミ等の脱酸剤が溶鋼Ｍに投入されることで溶鋼Ｍの脱酸処理が行われる。その後、還元雰囲気にて溶鋼Ｍが攪拌されることで、脱硫反応を伴う還元処理が行われる。また、この還元処理においては、スラグＳ中に酸化クロムが含まれる場合には、酸化クロムが還元され、クロムが溶鋼Ｍに回収される。なお、ステップＳ１０８の還元処理では、必要に応じて投入シュート３３から合金鉄等が溶鋼Ｍに投入されることで、溶鋼Ｍの成分調整が行われてもよい。ステップＳ１０８の還元処理は、溶鋼Ｍが還元処理後の目標温度および目標成分となることで終了する。

取鍋精錬処理の初期では、造滓剤が完全に溶融していない状態となる場合があり、その際にガス攪拌によって溶鋼Ｍの浴面（裸湯面）と雰囲気ガス中の窒素ガスとが接触しやすい状態となる。しかし、ステップＳ１０２，Ｓ１０４の場合と同様に、溶鋼Ｍ中の酸素濃度が高位であるため、窒素ピックアップを低減することができる。
以上の工程を経ることで、低窒素鋼を溶製することができる。なお、上記工程で溶製された溶鋼は、その後、連続鋳造法や造塊法にて鋳造されることで、スラブや鋼塊等の所定形状の半製品となる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、ステップＳ１０４にてほぼ全てのスラグＳを除去するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ステップＳ１０８において脱酸剤を投入する前までに浴面に溶融したスラグＳが形成されるようであれば、ステップＳ１０４では、全てのスラグＳが除去されなくてもよい。また、ステップＳ１０４が省略されてもよい。この場合、ステップＳ１０８で還元処理が行われる際、スラグＳには多量の酸化クロムが含まれるため、溶鋼Ｍへのクロムの回収量を増大させることができる。なお、ステップＳ１０４にてほぼ全てのスラグＳが除去された後、ステップＳ１０６にて造滓剤が投入されることにより、溶鋼Ｍの浴面全体に溶融したスラグＳを短時間に形成されるため、ステップＳ１０８での窒素ピックアップ量を大幅に低減させることができる。
また、上記実施形態では、造滓剤の溶融温度は１５５０℃以下が好ましいとしたが、本発明はかかる例に限定されない。溶鋼Ｍの温度や投入方法等に応じて、投入後の工程にて窒素ピックアップ量が問題ない程度に、溶融したスラグＳの層が形成されるようであれば上記以外の溶融温度のものが用いられてもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）真空脱ガス装置２にて、溶鋼Ｍの真空脱ガス処理を行うことで、溶鋼Ｍを脱炭および脱窒し（ステップＳ１０２）、真空脱ガス処理の後、溶鋼Ｍに造滓剤を投入することで、溶鋼Ｍの浴面に溶融したスラグＳを形成し（ステップＳ１０６）、造滓剤を投入した後、溶鋼Ｍをガス攪拌および通電加熱する取鍋精錬炉３にて、溶鋼の取鍋精錬処理を行い（ステップＳ１０８）、真空脱ガス処理を行う際に、溶鋼Ｍの脱酸処理を行わずに真空脱ガス処理を完了し、取鍋精錬処理を行う際に、造滓剤が滓化した後、溶鋼Ｍに脱酸剤を投入することで脱酸処理し、還元処理する。

ここで、真空脱ガス処理および取鍋精錬処理の順に処理を行う２次精錬プロセスでは、一般的な真空脱ガス処理を行う方法のように、真空脱ガス処理の終了直前に脱酸剤を投入する場合、取鍋精錬処理開始時には溶鋼Ｍの酸素濃度つまり酸素活量ａ_０が低位となる。このため、取鍋精錬処理にて攪拌を行うことで、溶鋼Ｍの浴面が露出し、窒素ピックアップが起こりやすい状況となる。一方、上記構成によれば、スラグＳが完全に滓化していないために溶鋼Ｍと雰囲気中の窒素ガスとが接触しやすい取鍋精錬処理初期において、溶鋼Ｍの酸素濃度が高位となる。このため、取鍋精錬処理初期における窒素ピックアップを大幅に低減することができる。これにより、真空脱ガス装置２および取鍋精錬炉３を用いた２次精錬プロセスにおいて、窒素濃度の低い低窒素鋼を溶製することができるようになる。また、この２次精錬プロセスでは、真空脱ガス装置２にて脱炭反応、取鍋精錬炉３にて脱硫反応が進むため、炭素濃度および硫黄濃度の低い溶鋼Ｍを溶製することができる。

（２）造滓剤を投入する際に、真空脱ガス装置２にて、１５５０℃以下の融点の造滓剤を溶鋼Ｍに投入する。
上記構成によれば、造滓剤が溶融し易くなるため、溶鋼Ｍの浴面に溶融したスラグＳの層を短時間で形成することができる。
（３）溶鋼Ｍがステンレス鋼である。
上記構成によれば、低窒素のステンレス鋼を、一般的な２次精錬プロセスに用いられる真空脱ガス装置および取鍋精錬炉で溶製することができる。このため、ＶＯＤ装置等の専用の精錬装置を設ける必要がなくなることから、溶製コストを低減させることができる。

本発明者らが行った実施例１について説明する。実施例１では、上記実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法を用いて、ステンレス鋼を溶製し、造滓剤の融点と窒素ピックアップとの関係について調査をした。実施例１では、まず、電気炉にて高炭素フェロクロムを溶解し酸素ガスインジェクションにて炭素濃度を低下せしめた溶湯５０ｔと、転炉から出鋼したクロムを含有していない溶鋼２５０ｔとを合わせ、合計３００ｔのクロム含有粗溶湯である溶鋼Ｍを溶製した（ステップＳ１００）。なお、ステップＳ１００で溶製した溶鋼Ｍは、炭素濃度０．３ｗｔ％、窒素濃度４００ｐｐｍであった。

次いで、ステップＳ１００で溶製された溶鋼Ｍを、真空脱ガス装置２にて真空脱ガス処理した（ステップＳ１０２）。真空脱ガス処理では、処理中に適宜中間サンプリングを行うことで溶鋼Ｍの成分を確認し、炭素濃度５０ｐｐｍおよび窒素濃度５０ｐｐｍとなるまで処理を行った。また、真空脱ガス処理の完了時には、金属アルミを投入せずに復圧操作を行った。また、真空脱ガス処理後の溶鋼Ｍの炭素濃度は５０ｐｐｍおよびクロム濃度は１３ｗｔ％であった。

さらに、取鍋上面に存在している酸化クロムを含有したスラグＳをスラグドラッガーで除去することで除滓処理を行った（ステップＳ１０４）。
その後、除滓処理を行った溶鋼Ｍを真空脱ガス装置２にて再度還流させ、真空槽２１内の溶鋼Ｍに造滓剤を投入した（ステップＳ１０６）。造滓剤には、プリメルト溶製したカルシウムアルミネート系フラックスを用いた。なお、実施例１では、融点が異なる造滓剤を用いて、実施例１−１〜１−３および比較例１−１〜１−３の６種の条件で処理を行った。実施例１−１〜１−３では、造滓剤の融点を１４５０℃，１５００℃，１５５０℃として、比較例１−１〜１−３では、造滓剤の融点を１５７０℃，１６００℃，１６５０℃とした。造滓剤を投入した後、真空槽２１を復圧したところ、実施例１−１〜１−３の条件では、溶鋼Ｍの浴面に溶融したスラグＳが確認された。

次いで、取鍋精錬炉３にて溶鋼Ｍの還元処理を行った（ステップＳ１０８）。還元処理では、溶鋼Ｍをガス攪拌させながら通電加熱することで、ステップＳ１０６で投入された造滓剤を完全に滓化（溶融）させ、滓化を確認した後に、石灰および金属アルミを投入することで脱硫反応の適した組成にスラグＳを調整した。その後、還元雰囲気となるまで溶鋼Ｍ中の酸素を低下させるだけの量の脱酸剤を溶鋼Ｍに投入し、溶鋼Ｍを攪拌させることで脱硫処理を含む還元処理を行った。取鍋精錬処理後の溶鋼の炭素濃度は９１ｐｐｍ、硫黄濃度は９ｐｐｍであった。

ステップＳ１０８の後、溶製された溶鋼Ｍを連続鋳造設備にて鋳造し、成品であるスラブを製造した。なお、実施例１−１〜１−３および比較例１−１〜１−３では、上記の造滓剤の融点を異なる条件としたが、それ以外の精錬および鋳造条件は同様とした。
実施例１では、ステップＳ１０２の真空脱ガス処理後、ならびにステップＳ１０８の取鍋精錬処理開始時および造滓剤が完全に滓化した時点において、メタルサンプリングを実施し、窒素濃度を測定した。また、鋳造された成品からもサンプルを採取し、窒素濃度を測定した。

実施例１における窒素含有量の測手結果を表１および図４に示す。造滓剤の融点が１５５０℃以下の実施例１−１〜１−３では、取鍋精錬処理を開始してから、造滓剤が完全に滓化するまでの間における窒素ピックアップ量を大幅に低減できることを確認した。これは、造滓剤を投入した後に確認されたように、造滓剤の融点を１５５０℃以下とすることで、溶融したスラグＳが浴面に形成されることで、溶鋼Ｍの湯面と雰囲気ガスとの接触面積が小さくなったことによる。なお、造滓剤が完全に滓化してから鋳造されるまでの窒素ピックアップ量は、同程度であった。

本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、上記実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法を用いて、ステンレス鋼を溶製し、溶鋼Ｍの脱酸処理のタイミングと窒素ピックアップとの関係について調査をした。なお、実施例２では、実施例２−１，比較例２−１，２−２の３条件で調査を行った。
実施例２では、まず、実施例１と同様にステップＳ１００の一次精錬処理、およびステップＳ１０２の脱ガス精錬処理を行った。この際、実施例２−１および比較例２−２の条件では、実施例１と同じ条件で各精錬処理を行った。一方、比較例２−１の条件では、ステップＳ１０２の真空脱ガス処理において、脱炭および脱窒が完了したのち、溶鋼Ｍに脱酸剤を投入し脱酸処理することで、真空脱ガス処理を完了させた。それ以外の条件については、実施例１と同様とした。また、真空脱ガス処理後の溶鋼Ｍの炭素濃度は５０ｐｐｍおよびクロム濃度は１３ｗｔ％であった。

次いで、実施例１と同様に、ステップＳ１０４の除滓処理およびステップＳ１０６の造滓剤の投入を行った。用いた造滓剤の融点は、１５５０℃とした。
さらに、ステップＳ１０８の取鍋精錬処理を行った。この際、実施例２−１の条件では、実施例１と同様に、造滓剤が全て滓化したことを確認した後に、スラグＳの組成を調整し、脱酸剤を溶鋼Ｍに投入し、攪拌させることで脱硫処理を含む還元処理を行った。また、比較例２−１の条件では、脱酸処理するために脱酸剤を投入しないことを除いて、実施例１と同様に取鍋精錬処理を行った。さらに、比較例２−２では、取鍋精錬処理の開始時に、脱酸剤を溶鋼Ｍに投入することで溶鋼Ｍの脱酸処理を行い、その後、造滓剤の滓化、スラグＳの組成の調整および還元処理を実施例１と同様に行った。取鍋精錬処理後の溶鋼の炭素濃度は８７ｐｐｍ、硫黄濃度は１１ｐｐｍであった。

その後、実施例１と同様に溶製した溶鋼Ｍを鋳造した。また、実施例２においても、実施例１と同様のタイミングでメタルサンプリングを実施し、さらに成品からサンプルを採取し、採取した各サンプルの窒素分析を行った。
実施例２における窒素含有量の測手結果を表２および図５に示す。実施例２−１では、処理全般を通じて窒素ピックアップ量が低位となった。一方、真空脱ガス処理完了後に脱酸剤を投入した比較例２−１では、取鍋精錬開始時および造作剤の滓化完了時における窒素ピックアップ量がいずれも高位となった。また、取鍋精錬開始時に脱酸剤を投入した比較例２−２では、造作剤の滓化完了時における窒素ピックアップ量が高位となった。

本発明者らが行った実施例３について説明する。実施例３では、上記実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法を用いて、炭素鋼を溶製し、実施例１と同様に、造滓剤の融点と窒素ピックアップとの関係について調査をした。実施例３では、まず、転炉にて３００ｔの炭素鋼の溶鋼Ｍを溶製した（ステップＳ１００）。

次いで、ステップＳ１００で溶製された溶鋼Ｍを、真空脱ガス装置２にて真空脱ガス処理した（ステップＳ１０２）。真空脱ガス処理では、処理中に適宜中間サンプリングを行うことで溶鋼Ｍの成分を確認し、炭素濃度が１０ｐｐｍおよび窒素濃度が３０ｐｐｍとなるまで処理を行った。そして、投入シュート２４から真空槽２１内の溶鋼Ｍに造滓剤を投入し（ステップＳ１０６）、金属アルミを投入せずに復圧操作を行うことで、真空脱ガス処理を終了した。造滓剤には、プリメルト溶製したカルシウムアルミネート系フラックスを用いた。なお、実施例３では、融点が異なる造滓剤を用いて、実施例３−１〜３−３および比較例３−１〜３−３の６種の条件で処理を行った。実施例３−１〜３−３では、造滓剤の融点を１４５０℃，１５００℃，１５５０℃として、比較例３−１〜３−３では、造滓剤の融点を１５７０℃，１６００℃，１６５０℃とした。造滓剤を投入した後、真空槽２１を復圧したところ、実施例３−１〜３−３の条件では、溶鋼Ｍの浴面に溶融したスラグＳが確認された。また、真空脱ガス処理後の溶鋼Ｍの炭素濃度は１０ｐｐｍおよびクロム濃度は０ｗｔ％であった。

次いで、取鍋精錬炉３にて溶鋼Ｍの還元処理を行った（ステップＳ１０８）。還元処理では、溶鋼Ｍをガス攪拌させながら通電加熱することで、ステップＳ１０６で投入された造滓剤を完全に滓化（溶融）させ、滓化を確認した後に、石灰および金属アルミを投入することで脱硫反応の適した組成にスラグＳを調整した。その後、還元雰囲気となるまで溶鋼Ｍ中の酸素を低下させるだけの量の脱酸剤を溶鋼Ｍに投入し、溶鋼Ｍを攪拌させることで脱硫処理を含む還元処理を行った。取鍋精錬処理後の溶鋼の炭素濃度は４３ｐｐｍ、硫黄濃度は６ｐｐｍであった。

ステップＳ１０８の後、溶製された溶鋼Ｍを連続鋳造設備にて鋳造し、成品であるスラブを製造した。なお、実施例３−１〜３−３および比較例３−１〜３−３では、上記の造滓剤の融点を異なる条件としたが、それ以外の精錬および鋳造条件は同様とした。
実施例３では、ステップＳ１０２の真空脱ガス処理後、ならびにステップＳ１０８の取鍋精錬処理開始時および造滓剤が完全に滓化した時点において、メタルサンプリングを実施し、窒素濃度を測定した。また、鋳造された成品からもサンプルを採取し、窒素濃度を測定した。
実施例３における窒素含有量の測手結果を表３および図６に示す。造滓剤の融点が１５５０℃以下の実施例３−１〜３−３では、実施例１と同様に、取鍋精錬処理を開始してから、造滓剤が完全に滓化するまでの間における窒素ピックアップ量を大幅に低減できることを確認した。

本発明者らが行った実施例４について説明する。実施例４では、実施例２と同様に、上記実施形態に係る低窒素鋼の溶製方法を用いて、炭素鋼を溶製し、溶鋼Ｍの脱酸処理のタイミングと窒素ピックアップとの関係について調査をした。なお、実施例４では、実施例４−１，比較例４−１，４−２の３条件で調査を行った。
実施例４では、まず、実施例３と同様にステップＳ１００の一次精錬処理、ステップＳ１０２の脱ガス精錬処理およびステップＳ１０６の造滓剤の投入を行った。この際、実施例４−１および比較例４−２の条件では、実施例３と同じ条件で各精錬処理を行った。一方、比較例４−１の条件では、真空脱ガス装置２にてステップＳ１０６の造滓剤の投入が完了したのち、溶鋼Ｍに脱酸剤を投入し脱酸処理を行った。それ以外の条件については、実施例３と同様とした。また、真空脱ガス処理後の溶鋼Ｍの炭素濃度は１０ｐｐｍおよびクロム濃度は０ｗｔ％であった。

次いで、ステップＳ１０８の取鍋精錬処理を行った。この際、実施例４−１の条件では、実施例３と同様に、造滓剤が全て滓化したことを確認した後に、スラグＳの組成を調整し、脱酸剤を溶鋼Ｍに投入し、攪拌させることで脱硫処理を含む還元処理を行った。また、比較例４−１の条件では、脱酸処理するために脱酸剤を投入しないことを除いて、実施例３と同様に取鍋精錬処理を行った。さらに、比較例４−２では、取鍋精錬処理の開始時に、脱酸剤を溶鋼Ｍに投入することで溶鋼Ｍの脱酸処理を行い、その後、造滓剤の滓化、スラグＳの組成の調整および還元処理を実施例３と同様に行った。取鍋精錬処理後の溶鋼の炭素濃度は４１ｐｐｍ、硫黄濃度は８ｐｐｍであった。

その後、実施例３と同様に溶製した溶鋼Ｍを鋳造した。また、実施例４においても、実施例３と同様のタイミングでメタルサンプリングを実施し、さらに成品からサンプルを採取し、採取した各サンプルの窒素分析を行った。
実施例４における窒素含有量の測手結果を表４および図７に示す。実施例４−１では、処理全般を通じて窒素ピックアップ量が低位となった。一方、真空脱ガス処理完了後に酸剤を投入した比較例４−１では、取鍋精錬開始時および造作剤の滓化完了時における窒素ピックアップ量がいずれも高位となった。また、取鍋精錬開始時に脱酸剤を投入した比較例４−２では、造作剤の滓化完了時における窒素ピックアップ量が高位となった。

以上のことから、実施例１および実施例２では、窒素濃度が６５ｐｐｍ以下、炭素濃度が１００ｐｐｍ以下、硫黄濃度が１４ｐｐｍ以下のステンレス鋼を溶製できることが確認できた。また、実施例３および実施例４では、窒素濃度が４０ｐｐｍ以下、炭素濃度が５０ｐｐｍ以下、硫黄濃度が１４ｐｐｍ以下の炭素鋼を溶製できることを確認した。

１ 取鍋
１１ ポーラスプラグ
２ 真空脱ガス装置
２１ 真空槽
２２ａ，２２ｂ 浸漬管
２３ 排気ダクト
２４ 投入シュート
２５ ランス
３ 取鍋精錬炉
３１ 蓋
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 電極
３３ 投入シュート
Ｍ 溶鋼
Ｓ スラグ

Claims (3)

1. ＲＨ真空脱ガス装置にて、溶鋼の真空脱ガス処理を行うことで、前記溶鋼を脱炭および脱窒し、
   前記真空脱ガス処理の後、前記溶鋼に造滓剤を投入し、前記造滓剤の少なくとも一部が溶融することで、前記溶鋼の浴面に溶融したスラグを形成し、
   前記造滓剤を投入した後、前記溶鋼をガス攪拌および通電加熱する取鍋精錬炉にて、前記溶鋼の取鍋精錬処理を行い、
   前記真空脱ガス処理を行う際に、前記溶鋼の脱酸処理を行わずに前記真空脱ガス処理を完了し、
   前記取鍋精錬処理を行う際に、前記造滓剤が滓化した後、前記溶鋼に脱酸剤を投入することで脱酸処理し、還元処理することを特徴とする低窒素鋼の溶製方法。
2. 前記造滓剤を投入する際に、前記真空脱ガス装置にて、１５５０℃以下の融点の前記造滓剤を前記溶鋼に投入することを特徴とする請求項１に記載の低窒素鋼の溶製方法。
3. 前記溶鋼がステンレス鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載の低窒素鋼の溶製方法。

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