JPH06158142A - 高クロム鋼の真空脱炭精錬装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＶＯＤ真空脱炭時の多量送酸を可能にし、生産
性の向上と原料コストの低減を達成する。 【構成】個別の酸素供給系(12)に連結された複数の酸素
ランス(9) と、これらの酸素ランスをそれぞれ独立に駆
動する昇降装置(10)とを備えることを特徴とする高クロ
ム鋼の真空脱炭精錬装置。酸素ランスのノズル形状は、
単孔ノズル、多孔ノズルあるいはラバルノズル、ストレ
ートノズルのいずれであってもよい。 【効果】脱炭時間の短縮、溶鋼歩留の向上、還元剤原単
位の低減、低級安価原料の使用拡大。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低炭素のステンレス
鋼をはじめとする高クロム鋼を溶製する酸素上吹き真空
脱炭装置（いわゆるＶＯＤ装置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、低炭素または極低炭素の高クロ
ム鋼、例えば、フェライト系またはオーステナイト系の
ステンレス鋼は、電気炉あるいは転炉で溶製され粗脱炭
された溶鋼（粗溶鋼）を真空容器内に移し、その中で酸
素を上吹きし、脱炭して製造される。この方法を一般に
ＶＯＤプロセスと称し、これに用いる装置をＶＯＤ装置
という。

【０００３】図２は従来のＶＯＤ装置を説明する縦断面
図である。図中１は粗溶鋼を受鋼した精錬取鍋、２は精
錬後の溶鋼14を出鋼するスライディングノズル、３は溶
鋼14を攪拌するため、アルゴン供給系13から供給される
アルゴンを底吹きするポーラスプラグ、４は溶鋼表面か
らの熱輻射損失とスプラッシュの飛散を防止する取鍋
蓋、５は精錬取鍋１を収容し、真空容器蓋６で密閉さ
れ、真空排気系７で排気される真空容器、８は副原料添
加装置である。

【０００４】９は酸素ランスで、これは精錬取鍋１内の
溶鋼14の中心部の溶鋼表面直上に設けられ、流量調整弁
を有する酸素供給系12から可撓ホース配管11を介して供
給される酸素を上吹きする。10は酸素ランス昇降装置
で、真空容器蓋６の中央部に設けられた可動管封じ部材
６Ａおよび取鍋蓋４の中央部に設けられた貫通孔４Ａを
通して、酸素ランス９を昇降駆動する装置である。

【０００５】図３は、上記のＶＯＤ装置に使用される酸
素ランス９の先端のノズル形状を説明する縦断面図であ
り、（ａ）と（ｂ）は単孔ノズル、（ｃ）は多孔ノズル
を示す。図中、９Ｂは一般に使用されるストレートノズ
ル、９Ａはスロート径を縮小し、出口径を拡大したラバ
ルノズルである。９Ｃは複数のノズルを持つ、いわゆる
多孔ノズルで、この図ではノズルはストレートノズルで
あるが、これをラバルノズルにすることもある。

【０００６】上述のＶＯＤ装置を用いて、低炭素高クロ
ム鋼を溶製する方法は次のとおりである。まず、真空容
器５内に溶鋼14を入れた精錬取鍋１を配置し、真空排気
系７を用いて、蓋６で密閉された真空容器５内を減圧す
る。そしてポーラスプラグ３からアルゴンを底吹きして
溶鋼14を攪拌しながら上部から挿入した酸素ランス９か
ら酸素を溶鋼表面に上吹きして真空脱炭を行う。

【０００７】酸素の上吹きの際には、溶鋼表面に衝突す
る酸素ジェットの運動エネルギーによって、溶鋼表面に
クレーターが形成されて気液反応界面積が増加し、クレ
ーター近傍の溶鋼の流動が促進されるので、脱炭反応が
効率的に進行する。したがって、実操業では、図２に示
す溶鋼表面からの酸素ランス下端高さ（以下、ランス高
さと言う）Ｈは、できるだけ高い脱炭酸素効率が得られ
るように調整される。

【０００８】なお、脱炭酸素効率とは、後述するように
（脱炭に寄与した酸素量／吹込み酸素量）× 100（％）
で表される値である。

【０００９】上述の真空脱炭後、副原料添加装置８か
ら、造滓剤、還元・脱酸剤、成分調整用合金鉄などを添
加して、所定の化学組成を持つ低炭素または極低炭素の
高クロム鋼を効率よく溶製することができる。しかしな
がら、図２に示す従来のＶＯＤ装置を用い、多量送酸を
実施して脱炭時間を短縮し、生産性の向上を図ろうとす
ると、下記の問題が生じる。

【００１０】すなわち、多量送酸を１本の酸素ランスで
実施すると、高炭素領域、特に溶鋼中の炭素（〔Ｃ〕で
表す）の濃度が 0.5％以上の領域では、溶鋼のスプラッ
シュ飛散が増加して溶鋼歩留りが低下する。このため、
多量送酸によって生産性を向上しようとすると、粗溶鋼
の溶製時に炭素含有量の少ない高価な原料（例えば、低
炭素フェロクロム）を用いて真空脱炭開始時の〔Ｃ〕濃
度を低下させる操業を余儀なくされている。

【００１１】さらに、一本のランスで送酸する場合に
は、溶鋼表面に形成された一つのクレーターによる気液
反応界面で脱炭反応が行われることになり、酸素供給速
度が大きくなる割りには脱炭が効率的に行われず、過剰
の酸素が溶鋼に吹き付けられることになる。すなわち、
脱炭酸素効率が低下する。特に低炭素領域では、気液反
応界面へのＣの拡散が遅れて脱炭酸素効率が低下する。
このとき過剰に吹き付けられた酸素は、Cr、Mn、Feなど
の有価金属を酸化する。酸化したこれらの有価金属は、
還元して溶鋼中に回収するのであるが、この還元のため
に多量のSiまたはAlの添加が必要となり、Si、Alの原単
位悪化による精錬のコストアップが避けられない。

【００１２】なお、クレーターの数を増やして気液反応
界面積を大きくするには、図３の（ｃ）に示した多孔ノ
ズル９Ｃを使用するのが一見有利なようであるが、多孔
ノズル９Ｃは、ノズル内での圧損が大きいため、ランス
高さＨを高くすると酸素ジェットどうしが干渉してクレ
ーター数の増加にはさほど効果がない。酸素ジェットど
うしの干渉を避けるためにランス高さＨを低くすると、
溶鋼のスプラッシュ飛散によってランス先端にスカルが
付着したり、溶鋼の輻射熱の影響も加わってランス先端
が溶損することがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１本
の酸素ランスを使用する従来の装置では両立し得ない多
量送酸による生産性向上と溶鋼歩留向上とが可能で、粗
溶鋼の溶製時に高炭素の安価な原料が使用でき、また、
還元剤のSi、Al等の原単位が改善できるＶＯＤ装置を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、『個別
の酸素供給系に連結された複数の酸素ランスと、これら
の酸素ランスをそれぞれ独立に駆動する昇降装置とを備
えることを特徴とする高クロム鋼の真空脱炭精錬装置』
にある。

【００１５】本発明装置に設けられる酸素ランスのノズ
ルは、前記図３に示す単孔ノズル、多孔ノズルのいずれ
でもよく、その形状はラバル、ストレートのいずれであ
ってもよい。

【００１６】酸素ランスを複数設置する位置は、操業範
囲内のランス高さから溶鋼表面に酸素を上吹きしたと
き、酸素ジェットが溶鋼表面でオーバーラップすること
なく、また、精錬取鍋の側壁に直接当たることがないよ
うな精錬取鍋の半径方向位置の範囲で、円周を複数に等
分割する位置の溶鋼表面直上とすればよい。また酸素ラ
ンスの設置本数は、２本または３本が望ましい。

【００１７】図１は、本発明のＶＯＤ装置の一実施例を
示す縦断面図である。なお、従来装置と同じ部分は、同
じ符号で示し、先に記した説明と重複する説明は省略す
る。

【００１８】図中、９は精錬取鍋１内の溶鋼14の直上に
複数本設けられる酸素ランスである。これらのランスに
は、個別に設けられた酸素供給系12から可撓ホース配管
11を通じて酸素が供給される。図示していないが酸素供
給系12には酸素の流量調整装置が組み込まれている。

【００１９】10は酸素ランス昇降装置で、複数の酸素ラ
ンス９を個別に昇降駆動する。真空容器蓋６および取鍋
蓋４には、酸素ランス９の数に応じた複数の可動管封じ
部材６Ａおよび貫通孔４Ａが設けられている。

【００２０】

【作用】本発明のＶＯＤ装置には複数の酸素ランスが配
置され、それぞれが個別に昇降駆動できる。しかも、そ
れぞれの酸素流量も個別に調整できるようになってい
る。これらの構成により次のような作用効果が生まれ
る。

【００２１】まず、複数の酸素ランスのそれぞれからの
送酸量を、例えば従来の１本の酸素ランスからの通常送
酸量に等しくすれば、複数倍の多量送酸が可能となる。
また、複数の酸素ランスの直下の溶鋼表面に複数のクレ
ーターが形成され、複数倍の気液反応界面が得られるの
で、脱炭反応が効率的に進行し、脱炭時間が短縮されて
生産性が著しく向上する。

【００２２】前述のように、送酸による溶鋼のスプラッ
シュ飛散は、ランスからの酸素流量が多くなるほど増大
する。本発明装置によれば、多量送酸の場合でも酸素ラ
ンス１本当たりの酸素流量は、通常送酸の場合と同じ
か、または少なくできるから、従来の１本の酸素ランス
を用いる多量送酸に比べて溶鋼のスプラッシュ飛散が減
少するので溶鋼歩留が向上する。

【００２３】スプラッシュ飛散が少ないということは、
真空脱炭開始前の粗溶鋼の〔Ｃ〕を高くできるというこ
とでもある。先に述べたように、〔Ｃ〕が 0.5％以上と
いうような高炭素領域では溶鋼のスプラッシュ飛散が激
しくなるのであるが、本発明装置を用いる場合には、多
量送酸を行ってもスプラッシュが少ないから、粗溶鋼の
〔Ｃ〕濃度を従来より高くしても、スプラッシュを抑え
て従来の脱炭時間と大差がない時間で脱炭が可能とな
る。従って、粗溶鋼の溶製の際に、高価な低炭素フェロ
クロムに代えて安価な高炭素フェロクロムの使用量を多
くすることができ、原材料費を低く抑えることができ
る。

【００２４】更に、本発明装置による多量送酸では、上
述のごとく複数倍の気液反応界面が得られるため脱炭酸
素効率が向上し、過剰酸素量が減少する。このため、C
r、Mn、Feなどの有価金属の酸化量が減少して還元用のS
i等の原単位を低くすることができる。

【００２５】本発明の装置では、複数の酸素ランスが個
別に昇降駆動され、また、それぞれの酸素流量が独立に
調整ができる。したがって、底吹きアルゴンを吹き込ん
で吹き込み位置に対応する湯面が高くなるような場合、
この湯面高さの変化に追従させて、ランス高さを調整す
ることができる。また、複数本の酸素ランスの内、１部
のランスを上昇させて、脱炭反応に伴って炉内で生成す
る一酸化炭素ガスを二次燃焼させて溶鋼を加熱すること
ができる。

【００２６】本発明の装置では、仮に１本の酸素ランス
に溶損等の事故が発生しても、健全な残りの酸素ランス
で操業を継続することができる。

【００２７】以下、本発明のＶＯＤ装置を用いて得られ
る効果を実施例により具体的に説明する。

【００２８】

【実施例】電気炉で溶製された表１に組成を示す２種類
の炭素量の粗脱炭ステンレス溶鋼を、図１に示す本発明
のＶＯＤ装置（容量50Ｔ）を用いて真空脱炭し、同じく
表１に示す組成のＣが0.03％のオーステナイト系低炭素
ステンレス鋼を製造した。

【００２９】

【表１】

【００３０】使用したＶＯＤ装置には、２本の酸素ラン
スが精錬取鍋の内径3150mm上で、取鍋側壁からそれぞれ
1000mmの位置の溶鋼表面直上に配置されている。酸素ラ
ンスの先端には、図３（ａ）に示すような単孔ラバルノ
ズルを用いた。ノズル寸法はスロート部径（ｄ）が25m
m、出口径（Ｄ）が46mm、スロート部から出口までの距
離（Ｌ）が 120mmである。各酸素ランスの酸素流量は等
流量、ランス高さは1600mmの等高とした。真空脱炭開始
時の溶鋼温度は 1600 ℃、定常脱炭精錬期の真空容器内
真空度は 200 mmHg であった。

【００３１】比較例として、取鍋中心部の溶鋼表面直上
に上記と同じ酸素ランスを１本設けた図２に示すような
従来のＶＯＤ装置を用い、上記の実施例と同じ条件で真
空脱炭を行った。

【００３２】表２に酸素流量および真空脱炭開始前の溶
鋼〔Ｃ〕濃度と脱炭時間、溶鋼歩留、脱炭酸素効率およ
び還元用Si原単位との関係を示す。なお、溶鋼歩留と脱
炭酸素効率は次の算式で定義される。

【００３３】溶鋼歩留＝（ＶＯＤ処理後溶鋼重量／ＶＯ
Ｄ処理前溶鋼重量）× 100（％） 脱炭酸素効率＝（脱炭に寄与した酸素量／吹込み酸素
量）× 100（％） ただし、 脱炭に寄与した酸素量＝〔（脱炭前〔Ｃ〕％−脱炭後
〔Ｃ〕％）／100 〕×溶鋼重量(kg)× (16/12)×（２
２．４／３２）

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示すとおり、真空脱炭開始前の
〔Ｃ〕が ０．５％の溶鋼を用いた場合、酸素ランス１
本当たりの酸素流量が等しい試験No.1の比較例と、同N
o.6の実施例、および試験No.2の比較例と同No.7の実施
例をそれぞれ対比すれば、酸素ランス２本を用いて２倍
の多量送酸を行った実施例(No.６、７) では脱炭時間が
ほぼ半減しており、溶鋼歩留、脱炭酸素効率および還元
用Si原単位はほぼ同等である。この傾向は、試験No.8と
11との対比から明らかなように、真空脱炭開始前の
〔Ｃ〕が 1.0％の溶鋼を用いた場合でも、全く同じであ
る。これにより、本発明の装置を用いて多量送酸を行え
ば生産性を大きく向上できることがわかる。

【００３６】酸素ランス１本当たりの酸素流量を比較例
の 1/2とし、酸素ランス２本を用いて比較例と同じ多量
送酸を実施した実施例 No.５、６と比較例 No.３、４と
をそれぞれ対比すると、実施例では脱炭時間が若干減少
し、溶鋼歩留が 0.8〜0.9 ％向上し、脱炭酸素効率が８
〜９％向上し、還元用Siの原単位が溶鋼１トン当たり0.
9〜1.2kg 少なくなっている。これは、２本のランスを
用いてそれぞれの送酸量を減らせば、合計では同じ多量
送酸を行っても、１本のランスからそれを行う場合に比
べて、溶鋼歩留、脱炭酸素効率および還元用Si原単位を
改善できることを示している。この傾向は真空脱炭開始
前の〔Ｃ〕が 1.0％の溶鋼を用いたNo.10と９の場合も
同じである。

【００３７】真空脱炭開始前の〔Ｃ〕が 1.0％と高い粗
溶鋼を用い、２倍の多量送酸を行った試験 No.10および
11の実施例と、真空脱炭開始前の〔Ｃ〕が通常の 0.5％
の粗溶鋼で通常送酸を行った試験 No.１および２の比較
例とをそれぞれ対比すると、脱炭時間、溶鋼歩留、脱炭
酸素効率では大差なく、還元用Si原単位が実施例の方が
増加している。しかし、この増加によるコスト増は、高
価な低炭素フェロクロムの使用量が大幅に減少すること
によるコスト減で補って余りがあるから総合的には本発
明方法がはるかに有利である。

【００３８】即ち、本発明の装置を用いて多量送酸によ
って脱炭を行うという前提であれば、真空脱炭開始前の
〔Ｃ〕濃度を高くすることができ、粗溶鋼の溶製の際に
安価な高炭素フェロクロムの使用量を多くすることがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の装置によれば、粗脱炭ステンレ
ス溶鋼の真空脱炭において、溶鋼のスプラッシュ飛散に
よる溶鋼歩留の低下や脱炭酸素効率の低下を招くことな
く、多量送酸操業が実施できる。したがって、脱炭時間
の短縮が可能となり、生産性を高めることができる。ま
た、Si、Alなどの還元剤原単位の低減および安価な低級
原料の使用拡大により、原料コストを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＶＯＤ装置の一実施例を示す縦断面図
である。

【図２】従来のＶＯＤ装置を説明する縦断面図である。

【図３】酸素ランス先端のノズル形状を説明する縦断面
図である。

【符号の説明】

１：精錬取鍋、２：スライディングノズル、３：ポーラ
スプラグ ４：取鍋蓋、５：真空容器、６：真空容器蓋、７：真空
排気系、８：副原料添加装置、９：酸素ランス、10：酸
素ランス昇降装置、11：可撓ホース配管、12：酸素供給
系、13：アルゴン供給系、14：溶鋼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】個別の酸素供給系に連結された複数の酸素
   ランスと、これらの酸素ランスをそれぞれ独立に駆動す
   る昇降装置とを備えることを特徴とする高クロム鋼の真
   空脱炭精錬装置。