JPH0243803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の背景） 本発明は容器内で溶融金属を精錬する吹精方法
に関する。特に、本発明は塩基性酸素製錬法の如
き炭素の除去を改良する上吹製錬法に関する。 浴の上に位置しているランスを通過する酸素で
の上吹きが使用されている溶融金属容器内で鉄系
金属を製造することは公知である。この目的で
は、塩基性酸素製錬炉の如き容器は例えば高炉よ
りの溶銑（hot metal）60〜80％と高炭素クロム
合金及び（又は）ステンレス鋼屑である冷材20〜
40％とで代表的には装入される。酸素上吹きは最
終の浴の炭素レベルが約0.035〜0.05％に低減さ
れるまで行なわれ；その際の浴温度は代表的には
1871〜1982℃（3400〜3600〓）である。現在、塩
基性酸素上吹転炉の使用によつて達成することの
できるこのような炭素含量では、浴温度は十分に
高いので、過剰の耐火物の摩耗が起り、かくて浴
の冷却のためにスクラツプの装入が必要である。
現在、多くの製品規格は0.03％以下の炭素レベル
を必要としている。標準の塩基性酸素製錬炉の実
施では、このような低炭素レベルを得ることがで
きない。 この形式の上吹酸素製鋼法において、吹精サイ
クルの終点近くで上吹きによつて導入される酸素
をアルゴンの如き不活性ガスと混合することも又
公知である。アルゴンは炭素除去の効率を改良す
るのに役立つけれども、それでも約0.03％以下の
炭素含量を有するステンレス鋼が一貫した基準で
工業的に製造することはできないようである。 容器の底又は底部付近に配置された羽口又はポ
ーラスプラグを使用して浴の表面の下から浴に不
活性ガスを導入するために塩基性酸素転炉容器を
適合させることが又提案されている。一つの実施
では、浴の表面下から導入される不活性ガスの流
量を増加し、かつ鋼の製造において精錬作業が進
むにつれて酸素のみを上吹きすることによつて導
入される酸素を減少することが包含される。この
ような方法は1984年４月26日出願の共願の特許出
願第604097号に開示されている。特に、浴表面の
下に導入される不活性ガスが上吹酸素と組合せて
使用されるステンレス製鋼法では、酸素対不活性
ガスの比率は初期の吹精中は比較的高くし、吹精
が進行するにつれて減少させなければならない。
初めに、導入される酸素の流量は導入される不活
性ガスの流量より可成り高い；しかしながら、吹
精の終点では、導入される不活性ガスの割合は導
入される酸素の割合より可成り高い。それ故に、
不活性ガス導入のために容器に配置されている羽
口は比較的高いガスの流量が可能でなければなら
ない。 酸素と不活性ガスとの混合物を包含する上吹方
法のみを使用することが他に提案されている。米
国特許第4397685号（1983年８月９日発行）は低
い炭素レベルに達するために流動混合物を調整
し、ランスの高さを低下する酸素−不活性ガス混
合物を包含する上吹方法のみを記載している。米
国特許第3867134号（1975年２月18日発行）は酸
素及び次いで酸素と不活性ガスとの混合物を上吹
きし、混合物の組成を変更する方法を開示してい
る。米国特許第3307937号（1967年３月７日発行）
は不活性ガスのみ、次いで酸素と不活性ガスとの
混合物で上吹きし、それから不活性ガスのみで仕
上げることを開示している。然しながら、これら
の特許はいずれも本発明を示唆していない。 本発明の目的は工程の酸素対不活性ガスの全比
率は漸進的に減少するけれども、精錬工程を通じ
て同じ上吹ランスが使用される製鋼法を提供する
にある。 他の目的は上吹ランスと羽口又はポーラスプラ
グとの間の相対的ガス流が比較的一定に存続され
る方法を提供するにある。 比較的低い不活性ガスの流量が容器の羽口を通
じて保持される製鋼法を提供するのが本発明の目
的である。 本発明のこれらの目的及びその他の目的並びに
より完全な本発明の諒解は以下の説明及び実施例
より得られるであろう。 （発明の概要） 本発明によれば、浴を形成する溶銑装入物を有
する上吹容器内において鋼を製造する方法が提供
される。方法はランスから浴表面の上又は下に精
錬ガスを上吹きすることを包含する。精錬ガスは
浴における炭素が約１％以上であるときは実質的
に酸素であり、又炭素が約１％以下であるときは
酸素と不活性ガスの混合物である。上吹中及び上
吹きを通じて、不活性ガスは低い流量で浴の表面
下に導入される。上吹きが開始されるときは、浴
に噴射される酸素対不活性ガスの全比率は１対１
以上である。吹精が約１％以下の炭素に進むと
き、上吹精錬ガスは不活性ガスと酸素の混合物で
あり、次いで上吹酸素は減少され、一方吹精の間
炭素が低減されるにつれて酸素対不活性ガスの全
比率を漸進的に減少するように上吹不活性ガスを
増加する。上吹きは終点炭素含量が達せられると
き及び比率が１対１以下になるときに停止され
る。 （好ましい実施の態様の詳細な説明） 本発明方法は上吹溶融金属容器において鋼を製
造することに関する。装入物は予備合金化される
ことができ、又電気炉より供給できるような、比
較的低い炭素レベルを有する実質的にすべての溶
融金属より成る。装入物は冷材材料、例えば屑
鉄、クロム及び他の材料を包含し又高い炭素レベ
ルを有する。代表的には、上吹溶融金属容器、例
えば塩基性酸素転炉は浴を形成するために高炭素
の溶銑装入物と冷材装入物とを有する。 本発明の実施に当つては、塩基性上吹酸素転炉
が精錬ガスを容器内の装入物の表面上又は下に導
入するのに適した通常のランスを有し、かつ、そ
の外に浴の表面下に不活性ガスを導入するため溶
器の底部又は底部付近に位置せしめた羽口及び
（又は）ポーラスプラグの如き手段を有して使用
される。ランスは浴の上に懸吊されるか又は浴内
に沈めることのできる形式であり、その手段の両
者は通常であり又周知の技術である。さらに、本
発明によれば、吹精サイクルの最初ではランスを
通して上吹きによつて導入される精錬ガスは高い
比率の酸素対不活性ガス比を有する。不活性ガス
はこの段階では底部羽口によつてのみ与えられ
る。初めに、上吹ガスは20対１以上の酸素対不活
性ガスの全比率に達するために100％酸素である。
全比率は頂部及び底部の両者から浴に導入される
すべてのガスに対して計算される。この比率は上
吹ガス混合物における酸素対不活性ガス比を漸進
的に減少し、かくして酸素対不活性ガスの全比率
を減少することによつて吹精中漸進的に考えられ
る。吹精の終結では、比較的低い全比率の酸素対
不活性ガス比である。同時に上吹きでは、比較的
低い流量の不活性ガスが浴の表面下に導入されて
保持され；好ましくは流量は実質的に一定であ
る。本発明方法は不活性ガスが浴表面下に、例え
ば羽口及び（又は）ポーラスプラグにより本発明
方法を使用する前又は後で導入されない製造方法
の単なる一部であると諒解すべきである。不活性
ガスは表面下に上吹き中、間歇的に導入されるこ
とも又意図される。 例えば、ステンレス鋼の製造では、吹精が進む
につれて酸素対不活性ガス比を減少することが必
要である。これはランスを通して頂部より吹精さ
れるガスによつて達成されるので、羽口又は他の
手段による浴表面下への不活性ガスの流量を、比
較的低い不活性ガス流量を必要とする鋼、例えば
低合金鋼、炭素鋼を製造するのに必要な流量以上
に有するようにする必要はない。それ故に、本発
明方法は種々の鋼の製造にも適している容器にお
けるステンレス鋼の製造に使用することができ
る。浴の表面下から導入される不活性ガスは実質
的に一定の速度に保たれるようにする。特に、約
80トンのヒートでは、表面下の不活性ガス流は約
1415〜42450／分［50〜1500標準立方呎／分
（normal cubic feet per minute）］の範囲内と
することができる、即ちこれらトン基準で0.625
〜18.75NCFM／トン又は約14.2〜566／分／ト
ン（0.5〜20NCFM／トン）に換算される。 溶融浴に導入される不活性ガスは主として２つ
の目的に役立つ。第一に、不活性ガスは脱炭中に
形成される一酸化炭素（CO）を稀釈する。不活
性ガス、例えばアルゴンが一酸化炭素と混合され
るとき、一酸化炭素の分圧は低減され、炭素プラ
ス酸素反応は金属酸化、例えばクロムプラス酸素
反応を有利にする。浴における炭素レベルが低減
されるときは、より多くの不活性ガスがこの関係
を維持するのに必要である。第二に、底部からの
不活性ガス流は浴の撹拌を生ぜしめるのに使用さ
れる。このような撹拌は均質性を容易にしかつ浴
における金属の成層化を避けるため、浴の混合を
促進する傾向がある。底部からの不活性ガス流は
工程中僅かに変る低流量に保持される。例えば、
羽口チツプの過剰の摩耗と腐食摩耗とを避けるの
に十分なように羽口を冷却するために浴の温度が
上昇するにつれて底部からの不活性ガス流を僅か
に増加するのが望ましい。 酸素対不活性ガス比は初めに約20対１又はそれ
以上であり、吹精サイクルの終点で約１対３又は
それ以下に進むようにする。特にこの点に関し、
酸素対不活性ガス比は初めに浴における炭素が約
２％、好ましくは１％に低減するまで約20対１で
あり、その時点において、比は浴における炭素が
約0.5％に低減するまで約３対１であり、次いで
比は浴における炭素が約0.08％に低下するまで約
１対１であり、その後比は吹精が終り、所望の炭
素含量に達するまで約１対３であるようにする。
ある場合には、初めに上吹ガスに100％酸素を使
用し又（或は）上吹きの最終段階として100％不
活性ガスを精錬ガスに使用するのが望ましい。比
の漸進的変化は前述の値における如き段階的手段
で、或は連続的及び漸増的に、特定の炭素レベル
において所望の比率値に達するように行なわれ
る。本発明の実施により、約0.03％以下の炭素含
量が達成される。 こゝで使用される不活性ガスは実質的に溶融金
属と非反応性であり、アルゴン、窒素、キセノ
ン、ネオンなど及びその混合物である。こゝでは
不活性ガスとして同定されているけれども、窒素
は浴に残留する窒化物−形成成分と反応すること
は言うまでもない。本法は又二酸化炭素の如き吸
熱ガスを包含する他の適当なガスを包含する。
こゝで使用するように“不活性ガス”は吸熱ガス
を包含する。本発明の工程中使用される不活性ガ
スは単一ガス又は吹精サイクル中、所望の最終炭
素レベルに達するために同一又は異なる組成を有
することのできるガスの混合物である。上吹混合
物における不活性ガスは吹精サイクルの任意の部
分中に浴の表面下に導入される不活性ガスと同一
か又は異なるものであることができる。 容器に導入される上吹精錬ガスの酸素−不活性
ガス混合物の一部又は全部を供給するために空気
を使用することが又試みられている。乾燥空気は
上吹用ランスに酸素と窒素とを主成分とする混合
物を供給するのに使用される。乾燥空気は上吹ガ
スにおいて所望の酸素対不活性ガス比に達するた
めに空気単独で又は酸素ガス及び（又は）不活性
ガスと組合せて上吹ランスを通して使用される。
こゝで使用される“乾燥空気”なる語句は米国特
許第4260415号（1981年４月７日発行、本出願人
に譲渡）に開示されている条件を満足する空気を
意味する。 前述の通り、普通のランスが使用される。普通
のランスは特定の流量及び溶融金属浴浸透
（penetration）に対し設計される。本発明の一つ
の好ましい特徴は上吹精錬ガスの組成は酸素を減
少し、不活性ガス含量を増加することによつて変
るけれども、全工程中実質的に同一の全流量の酸
素又は酸素と不活性ガスとの混合物がランスを通
じて保持されることである。その結果、同じ上吹
ランスが、全流量が実質的に同一でランスの設計
流量範囲内にある限り、精錬工程中使用される。
この目的のためには、113200〜198100／分
（4000〜7000NCFM）の流量用に設計された正規
のランスが適当である。トン基準では、この範囲
は1415〜2476.3／分／トン（50〜87.5NCFM／
トン）、又は約1415〜2830／分／トン（50〜
100NCFM／トン）に換算される。当然の結果と
して、上吹ガスの流量と底吹不活性ガスの流量と
の相対的割合は吹精工程中、実質的に同一であ
る。上吹精錬ガスの全流量を工程中に増加した
り、減少することが又本発明により試みられてい
る。 実施例として、又本発明との比較のために、
AISIタイプ405DR、409、413ステンレス鋼が(1)
酸素が浴の表面の上及び下に上吹きされる標準の
BOFの実施；(2)酸素が浴の表面の上及び下にラ
ンスから吹精され、又アルゴンガスが吹精サイク
ルの終点付近でからの酸素と混合されたBOFに
おける混合ガスの上吹き；及び(3)酸素とアルゴン
との組合せが炭素を最終の所望レベルに低下する
ために溶湯に導入されるAOD精錬、を使用して
製造された。 これらの種々の溶湯の実際の相対的効率を決定
するために、金属酸化因子（metallic
oxidization factor）での決定が行なわれた。溶
融効率に対する基本の基準（key criteria）は吹
精中に酸化される、炭素及びけい素以外の溶組成
の％で決定される金属酸化因子である。金属酸化
因子を決定する標準方法は炭素−酸素反応の最終
生成物が100％COであるか又はCO／CO₂比が知
られているかを推測することである。因子は次い
で、金属を酸化するのに使用される全酸素を決定
するのに、吹精された全酸素から公知の炭素及び
けい素と反応する酸素の量を引き算することによ
つて計算される。全装入物の生成物に基いて、酸
化せる金属の％が見い出される。金属酸化因子は
できるだけ低く保たれることが望ましい。

【表】

【表】 AISIタイプ409ステンレス鋼の表で報告された
標準BOFヒートは約70〜80％の溶銑と20〜30％
の高炭素クロム合金及びステンレス鋼屑との80ト
ンバツチから製造された。酸素吹精は76〜196cm
（30〜80インチ）の範囲内の距離で浴上に配置さ
れた上吹ランスから約183950／分
［6500NCFM（normal cubic feet per minute）］
の流量であつた。酸素吹精は傾斜まで即ち表に報
告された吹精終点温度まで続けられた。 混合ガスの上吹きのAISIタイプ405ヒートは下
記のスケジユールにより吹精の終点付近でアルゴ
ンが酸素と混合される点以外は同様に製造され
た：

【表】 AISIタイプ413ステンレス鋼の４つのAODヒ
ートは酸素とアルゴンとの組合せで精錬すること
によつて普通に製造された。 本発明は酸素−不活性ガス混合物が、精錬中底
部羽口又はポーラスプラグよりの不活性ガスの導
入と同時に上吹ランスより吹精される結合吹精技
術より成る。このような手段で精錬されたAISI
タイプ413ステンレス鋼ヒートの７ヒートは本発
明の結合吹精技術の有効性を証明するために使用
された。 不活性ガスは容器底部に配置された３つの羽口
より導入された。吹精中の全底吹流量は3113〜
15848／分（110〜560NCFM）の範囲であつ
た。酸素又は酸素と不活性ガスとの混合物は次の
スケジユールにより178290〜183950／分（6300
〜6500NCFM）の全流量でランスより吹精され
た。

【表】 最初の３つのヒートは62％の高炭素フエロクロ
ム13500Kg（30000ポンド）を収容した容器に３％
Ｃ及び１％Siの溶銑を呼称63000Kg（140000ポン
ド）装入することによつて製造された。最後の４
つのヒートは約58500Kg（130000ポンド）の溶銑
及び13750Kg（35000ポンド）の52％高炭素フエロ
クロムが使用される以外は同様に装入された。吹
精開始後約１分で1350Kg（3000ポンド）のドロマ
イトと2250〜3150Kg（5000〜7000ポンド）の焼成
石灰が容器に添加された。第一ヒートに対しては
純アルミニウム、第二及び第三ヒートに対しては
75％フエロシリコン、残りのヒートに対しては50
％フエロシリコンと石灰（必要ならば）とより成
る還元混合物がスラグの酸化クロムレベルを約50
％から約５％に低下するのに充分な量で吹精の終
了後添加された。 0.03％以下の所望の炭素目標に達する点に関し
ては、AOD処理をしたヒート及び本発明の上吹
混合ガス−底吹不活性ガス吹精方法によつて処理
されたヒートが容易にこの炭素レベルに達するこ
てが表より明らかであり；一方普通に製造した
BOFヒートはいずれも0.03％炭素の最大要求に満
たしていないことがわかる。すべての混合ガス上
吹ヒートは吹精サイクルの終点で0.03％の炭素レ
ベル以下であつたが、唯一のヒートは最終分析で
この値以下であつたことが観察できる。これは本
発明の上吹きと底吹きとの実施で達成されるタイ
プの撹拌作用がないことから生ずる浴における炭
素の成層化を示すものである。 報告された種々の溶錬の実際の中、通常の
BOFの実際だけは過度の耐火物の摩耗を生じ、
溶冷却のため冷屑鉄を添加することを必要とする
見地から過剰の温度を生じた。本発明では、吹精
の終点における典型的浴温度は1816℃（3300〓）
以下、好ましくは1705〜1816℃（3100〜3300〓）
であり、それは耐火物の摩耗寿命を改良する。 目的であつたように、本発明は約0.03％以下の
炭素含量を有する鋼を一貫し、かつ再現して製造
する方法である。本方法は効率を改良しかつ耐火
物の摩耗寿命を改良するために終点吹精温度を
1816℃（3300〓）以下に有しながら、装入物にお
けるクロムの如き有価金属の酸化を低減する利点
を有する。本発明方法はすべての新しい設備に対
して必要な資本消費なしで、BOFなどの如き存
在する設備にさかのぼつて適合するのに有用であ
り、又通常の上吹ランス及び底吹羽口及び（又
は）プラグを使用して実施することができる。 好ましい選択的態様が記載されたけれども、本
発明の範囲より逸脱することなしで変更をそのな
かでなし得ることは当業者には明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 浴を形成する溶銑装入物を有する上吹溶融金
   属容器における製鋼法であつて、 ランスより前記浴の表面上又は表面下に精錬ガ
   スを上吹きし、この場合において該精錬ガスは前
   記浴における炭素が約１％以上であるときは実質
   的に酸素であり、又前記浴における炭素が約１％
   以下であるときは酸素と不活性ガスとの混合物で
   あり； 前記上吹中、前記浴の表面下から浴に不活性ガ
   スを低流量で導入し； 上吹きを開始するとき、前記浴に導入される酸
   素対不活性ガスの全比率を１対１以上に設定し； 前記上吹中、炭素が低減されるにつれて漸進的
   に酸素対不活性ガスの全比率を減少するように上
   吹不活性ガスを増加しながら上吹酸素ガスを減少
   させ；かつ 所望の炭素含量が達成されるとき及び１対１以
   下である前記比率で前記上吹きを停止する、 ことより成る方法。 ２ 前記上吹中、前記浴の表面下から導入される
   前記不活性ガスは漸進的に減少する前記上吹ガス
   混合物における酸素対不活性ガス比に関連して実
   質的に一定の流量に保たれる特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 前記浴の表面下から導入される前記不活性ガ
   スは14.2から566／分／トンの範囲内で実質的
   に一定の流量に保たれる特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 ４ 前記酸素対不活性ガスの全比率は約20対１以
   上から１対３以下に上吹中漸進的に減少する特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 前記上吹中、前記酸素対不活性ガス比は前記
   浴における炭素が約１％に低減されるまでは約20
   対１以上に、前記浴における炭素が約0.5％に低
   減されるまでは約３対１に、前記浴における炭素
   が約0.08％に低減されるまでは約１対１に、そし
   て又上吹きが終り、かつ、所望の炭素量が達せら
   れるまでは約１対３以下に保たれる特許請求の範
   囲第４項記載の方法。 ６ 前記所望の炭素量が約0.03％以下である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 前記浴に導入される前記不活性ガスがアルゴ
   ン、窒素、キセノン、ネオン、二酸化炭素及びそ
   の混合物より成る群より選択される不活性ガスで
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 前記上吹の終点における浴温度が1816℃以下
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ 前記精錬ガスの上吹きが、酸素と不活性ガス
   の組成が変つても、上吹中実質的に同じ全流量に
   保たれる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 前記浴表面の下に導入される不活性ガスの
   流量に対する上吹ガスの流量の相対的割合は前記
   上吹工程中、実質的に同じである特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １１ 前記不活性ガスは前記上吹きを開始する前
   に前記浴表面の下から導入される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １２ 前記精錬ガスは浴における炭素が約２％以
   上であるとき全酸素であり、又炭素が約２％以下
   であるとき酸素と不活性ガスとの混合物である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 １３ 前記上吹精錬ガスが最終炭素が0.03％以下
   に達するとき吹精の最終段階において全部不活性
   ガスである特許請求の範囲第１項記載の方法。 １４ 上吹精錬ガスの酸素−不活性ガスの混合物
   の全部又は一部は乾燥空気として供給される特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 １５ 浴は高炭素溶銑装入物と冷材装入物とを含
   有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 １６ 浴を形成する高炭素溶銑とクロム含有合金
   装入物とを有する上吹溶融金属容器において鋼を
   製造する特許請求の範囲第１項に記載の方法であ
   つて、ランスより前記浴の表面上又は下に酸素及
   び（又は）酸素と不活性ガスとの混合物の精錬ガ
   スを上吹きすることによつて溶融浴を所望の炭素
   量に脱炭する方法において、 前記浴における炭素が約１％以上のときは実質
   的に酸素の精錬ガスを、一方前記浴における炭素
   が約１％以下のときは酸素と不活性ガスとの混合
   物の精錬ガスを上吹きし； 前記表面の下より前記浴へ低流量で不活性ガス
   を連続的に導入し； 上吹きを開始するとき、前記浴に導入される酸
   素対不活性ガスの全比率を１対１以上に設定し； 上吹中、炭素が低減されるのにつれて酸素対不
   活性ガスの全比率を漸進的に減少するように上吹
   不活性ガスを増加しながら上吹酸素を減少し、一
   方上吹精錬ガスを実質的に同じ全流量に保持し； １対１以下の前記比率で前記上吹きを停止する
   ことより成る方法。