JPH07233409A

JPH07233409A - 含クロム溶鋼の精錬法

Info

Publication number: JPH07233409A
Application number: JP2456494A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Nakao; 隆二中尾; Mayumi Okimori; 麻佑巳沖森; Hiroshi Iwasaki; 央岩崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP3439517B2

Abstract

(57)【要約】【目的】同一精錬容器を用いて大気圧精錬後、真空精
錬を行う含クロム溶鋼の精錬法において、溶鋼温度の制
御を行うことによって、効率よく脱炭を行い、安定した
精錬を実施する含クロム溶鋼の精錬法を提供する。【構成】真空度３００Ｔｏｒｒ以下とする真空精錬下
で、吹込みガスとして酸素ガスと不活性ガスとの混合ガ
スを〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％以上の領域で吹込
み、溶鋼温度を１６４０℃以上に保持する。【効果】真空精錬で問題となる溶鋼温度の低下を極力
抑え、溶鋼中〔Ｃｒ〕の酸化を抑えることで効率的な精
錬が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同一精錬容器を用いて大
気圧精錬後、真空精錬を行う含クロム溶鋼の脱炭精錬に
おいて、真空精錬時の溶鋼中の〔Ｃｒ〕の酸化を抑え、
効率よく脱炭を行い、安定した精錬を行う含クロム溶鋼
の精錬法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来ステンレス鋼の如く１１ｍａｓｓ％
以上のクロムを含むような含クロム溶鋼の脱炭法として
は、浴面下より酸素ガスまたは酸素ガス（以下、単に酸
素という）と不活性ガスの混合ガスを吹込むＡＯＤ法が
広く用いられている。ＡＯＤ法は脱炭が進行し、溶鋼中
の〔Ｃ〕濃度が低下してくると〔Ｃｒ〕が酸化されやす
くなることから、〔Ｃ〕濃度の低下に伴い吹込みガス中
のＡｒガスのような不活性ガスの比率を高くし、酸素の
比率を低くして、〔Ｃｒ〕の酸化を抑える方法が採られ
ている。しかし、低〔Ｃ〕濃度域では脱炭速度が低下す
るために所望の〔Ｃ〕濃度に到達するのに長時間を要
し、かつ吹込みガス中の不活性ガスの比率が高いため
に、不活性ガスの消費量が大幅に増大することから経済
的にも不利になる。

【０００３】このような低〔Ｃ〕濃度域における脱炭を
促進する方法として、真空精錬法の利用が挙げられる。
例えば、特公昭６０−１００８７号公報には、高クロム
・ステンレス鋼を０．０３ｍａｓｓ％以下の低〔Ｃ〕濃
度域まで脱炭するために、大気圧下での酸素による脱炭
を〔Ｃ〕＝０．２〜０．４ｍａｓｓ％まで行い、その後
は非酸化性ガスによる攪拌は続けるが酸素吹込みは停止
し、鋼浴上の圧力を約１０Ｔｏｒｒまで連続的に低下さ
せてボイリングを起こさせることによって所望の脱炭を
行う方法が記載されている。

【０００４】該方法は比較的高〔Ｃ〕濃度より酸素の供
給を止めるために、〔Ｃｒ〕の酸化による損失は少なく
なるが、急激な真空精錬の適用により、ＣＯガスを大量
に発生し、爆発の危険を招く。この対策として、真空吸
引をゆるやかにすれば爆発の危険はなくなるが、経過時
間が長くなって溶鋼温度が低下し、かつ反応が遅くな
る。また、圧力を１０Ｔｏｒｒ以下の高真空にすれば、
溶鋼のスプラッシュが激しくなり、合金材料投入用ホッ
パーの閉塞などの問題が生じる。

【０００５】これらの問題点を解決する方法として、特
開平３−６８７１３号公報および特開平４−２５４５０
９号公報記載の方法が提案されている。これらに記載さ
れている含クロム溶鋼の精錬方法は〔Ｃ〕濃度０．２〜
０．０５ｍａｓｓ％までは吹込みガスとして非酸化性ガ
スと酸素の混合ガスを使用し、〔Ｃ〕濃度がこの範囲内
に低下した後は、２００〜１５Ｔｏｒｒに減圧し、かつ
吹込みガスとして非酸化性ガスのみを使用するというも
のである。該方法は比較的低〔Ｃ〕濃度域まで大気圧下
で精錬を行うために、〔Ｃｒ〕の酸化損失が大きくな
る。また、真空下での脱炭は不活性ガスのみを用いるこ
とで〔Ｃｒ〕の酸化は抑えられるが、脱炭の酸素源は溶
鋼中の〔Ｏ〕あるいはスラグ中の酸素となり、酸素の供
給速度が遅くなるために脱炭速度の低下を招く。また、
溶鋼温度の制御が不可能なために、真空精錬の開始時の
溶鋼温度が低い場合には脱炭の停滞を招き、効率的な脱
炭精錬法とはいえない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、同一精錬容
器を用いて大気圧精錬後、真空精錬を行う含クロム溶鋼
の脱炭精錬において、真空精錬時に吹込むガスの条件、
真空精錬を開始する〔Ｃ〕濃度および真空精錬時の真空
度を好適な範囲に維持し、かつ溶鋼温度を制御すること
により溶鋼中の〔Ｃｒ〕の酸化を抑え、効率よく脱炭を
行い、併せて還元用Ｓｉ原単位の低減、精錬時間の短縮
および極低炭素濃度鋼の精錬を可能にする含クロム溶鋼
の精錬法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を有
利に解決したものであり、その要旨とするところは、下
記のとおりである。（１）同一の精錬容器を用いて大気圧精錬後、真空精錬
を行う含クロム溶鋼の精錬法において、前記真空精錬の
真空度を３００Ｔｏｒｒ以下とし、かつ酸素ガス比率を
５％以上、４５％以下とする酸素ガスと不活性ガスとの
混合ガスを〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％以上の領域で
溶鋼に吹込み、該溶鋼の温度を１６４０℃以上に保持す
ることを特徴とする含クロム溶鋼の精錬法。

【０００８】（２）前記真空精錬を開始する時の溶鋼の
〔Ｃ〕濃度が０．０６ｍａｓｓ％以上、０．２５ｍａｓ
ｓ％以下であることを特徴とする前記（１）記載の含ク
ロム溶鋼の精錬法。以下本発明について詳細に説明する。本発明の含クロム
溶鋼の脱炭精錬は、〔Ｃ〕濃度が０．０６ｍａｓｓ％以
上、０．２５ｍａｓｓ％以下の範囲において、図１に例
示するような精錬容器を用いて行う精錬方法である。精
錬容器１内で含クロム溶鋼４中に底吹き羽口２を通し
て、精錬ガス５を吹き込む。また、精錬容器１は脱着可
能な排気フード３を有しており、３００Ｔｏｒｒ以下の
減圧が可能である。

【０００９】本発明は真空精錬を用いる含クロム溶鋼の
脱炭精錬において、真空度３００Ｔｏｒｒ以下の真空精
錬下で、吹込みガスとして酸素と不活性ガスの混合ガス
を用いることで、溶鋼温度を１６４０℃以上に保持し、
溶鋼中〔Ｃｒ〕の酸化を抑え、脱炭速度を高位に保つこ
とが可能であることに着目したものである。図２にＳＵ
Ｓ３０４ステンレス鋼を酸素比率５〜４５％の酸素ガス
とＡｒガスとの混合ガスで処理した場合の真空精錬時の
真空度と〔Ｃｒ〕酸化指数の関係を示す。なお、〔Ｃ
ｒ〕酸化指数は真空度３００Ｔｏｒｒにおける溶鋼中
〔Ｃｒ〕の平均の酸化量を１．０として指数化した値で
ある。また、真空処理の〔Ｃ〕濃度範囲は０．０５〜
０．２５ｍａｓｓ％であり、溶鋼温度は１６４０〜１７
２０℃の範囲であった。図２より真空度が３００Ｔｏｒ
ｒを超えると急激に〔Ｃｒ〕酸化量が大きくなることか
ら、真空精錬時の真空度は３００Ｔｏｒｒ以下とする必
要があることがわかる。また、真空精錬の開始時は溶鋼
のスプラッシュやボイリングが避けられないことから、
できるだけこれらを抑えるために徐々に真空度を下げて
いくことが好ましい。

【００１０】図３にＳＵＳ３０４ステンレス鋼を大気圧
精錬後、真空精錬を行った場合の真空精錬の吹込みガス
の酸素ガス比率と〔Ｃｒ〕酸化指数の関係を示す。な
お、〔Ｃｒ〕酸化指数は酸素ガス比率４５％における溶
鋼中〔Ｃｒ〕の平均の酸化量を１．０として指数化した
値である。また、真空処理時の真空度は３００Ｔｏｒｒ
以下であり、〔Ｃ〕濃度範囲は０．０５〜０．２５ｍａ
ｓｓ％であり、溶鋼温度は１６４０〜１７２０℃の範囲
であった。図３より混合ガスの酸素ガス比率が４５％を
超えると急激に〔Ｃｒ〕酸化量が大きくなることから、
酸素ガス比率は４５％以下とする必要があることがわか
る。また、酸素ガス比率５％未満では〔Ｃｒ〕酸化量は
小さいが、この場合は酸素の供給が全てスラグあるいは
溶鋼中〔Ｏ〕となるために精錬中、溶鋼温度が急激に低
下する。溶鋼温度の制御を可能にするためには５％以上
の酸素を含む混合ガスの吹込みが必要である。したがっ
て、吹き込みガスとしては酸素を５％以上、４５％以下
含む不活性ガスとの混合ガスが必要である。

【００１１】図４にＳＵＳ３０４ステンレス鋼を大気圧
精錬後、真空精錬を行った場合の真空精錬時の平均溶鋼
温度と〔Ｃｒ〕酸化指数の関係を示す。なお、〔Ｃｒ〕
酸化指数は溶鋼温度１６４０℃における溶鋼中〔Ｃｒ〕
の平均の酸化量を１．０として指数化した値である。ま
た、真空処理時の真空度は３００Ｔｏｒｒであり、
〔Ｃ〕濃度範囲は０．０５〜０．２５ｍａｓｓ％であっ
た。図４より溶鋼温度１６４０℃以上では〔Ｃｒ〕酸化
が抑えられ、安定した精錬が可能であることがわかる。
この溶鋼温度を１６４０℃以上に保持するには、真空精
錬では精錬容器からの抜熱および溶鋼表面からの抜熱が
大きいので、吹込みガスに酸素を含む混合ガスを使用す
る必要があり、その比率として、前記の５％以上、４５
％以下とする必要がある。なお、溶鋼温度は高い方が
〔Ｃｒ〕酸化は小さくなるが、高すぎると精錬容器の耐
火物の損耗が激しくなるために、溶鋼温度としては１７
２０℃以下が好ましい。

【００１２】なお、酸素を含む混合ガスの供給は、
〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％未満では〔Ｃｒ〕酸化が
大きくなること、および脱炭する〔Ｃ〕量が小さいこと
から、〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％以上とする必要が
ある。また、真空精錬を開始する〔Ｃ〕濃度は、高すぎ
ると真空精錬の負荷が増大して溶鋼のスプラッシュやボ
イリングによるロスが大きくなること、低すぎると真空
精錬の効果が享受できず大気圧精錬でのロスが大きくな
ることから、〔Ｃ〕濃度範囲として０．０６ｍａｓｓ％
以上、０．２５ｍａｓｓ％以下とする必要がある。

【００１３】以上より、溶鋼中の〔Ｃｒ〕の酸化を抑
え、効率よく含クロム溶鋼の精錬を行うには、〔Ｃ〕濃
度０．０６ｍａｓｓ％以上、０．２５ｍａｓｓ％以下の
範囲で真空精錬を適用し、真空度３００Ｔｏｒｒ以下
で、吹込みガスとして酸素を５％以上、４５％以下含む
不活性ガスとの混合ガスを吹込み、溶鋼温度を１６４０
℃以上とすることが効果的である。

【００１４】操業においては〔Ｃ〕濃度の時間変化は概
略予測できることから、粗溶鋼の装入時の溶鋼組成およ
び溶鋼温度を把握し、真空精錬を開始する時期を決定す
る。また、真空精錬中は〔Ｃ〕濃度および溶鋼温度を把
握し、かつ炉内状況を観察しながら、ガス吹込み条件お
よび真空度の条件を決定することが可能である。特に溶
鋼温度が低めの場合には、吹込みガスの酸素比率を高く
して温度低下を防止するような操業が可能である。該操
業方法により、溶鋼のスプラッシュの大量発生は防止可
能であり、安定した操業が可能である。

【００１５】

【作用】含クロム溶鋼の脱炭精錬では、吹込んだ酸素が
一旦式で表される反応でクロム酸化物（Ｃｒ₂Ｏ₃）
を生成し、その後式で表される脱炭反応が進行するも
のと考えられる。なお、式の反応平衡定数Ｋは式で
表される。２Ｃｒ＋３／２Ｏ₂（ｇ）＝（Ｃｒ₂Ｏ₃） … （Ｃｒ₂Ｏ₃）＋３Ｃ＝２Ｃｒ＋３ＣＯ（ｇ） … Ｋ＝ａ_cr203・ａ_c ²／ａ_cr ²・Ｐ_CO ³ … ここで、ａ_cr203はスラグ中（Ｃｒ₂Ｏ₃）の活量、ａ
_cは溶鋼中〔Ｃ〕の活量、ａ_crは溶鋼中〔Ｃｒ〕の活
量、Ｐ_COは雰囲気中のＣＯガス分圧を示す。

【００１６】Ｄ．Ｃ．Ｈｉｌｔｙらは式の関係を実験
的に求め、式を提示している。ｌｏｇ（〔Ｃｒ〕・Ｐ_CO／〔Ｃ〕＝−１３８００／Ｔ＋８．７６… ここで、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）を示す。式の関係より、
〔Ｃｒ〕濃度が一定の場合、脱炭を効率的に進めるに
は、〔Ｃ〕濃度に合わせてＰ_COおよびＴを制御すればよ
いことがわかる。真空精錬では、精錬容器内の真空度Ｐ
は雰囲気中のＣＯガス分圧Ｐ_coと比例関係にある。した
がって、精錬容器内の真空度の制御によってＰ_coを制御
することができる。本発明者らは〔Ｃ〕濃度０．０６ｍ
ａｓｓ％以上、好ましくは０．２５ｍａｓｓ％以下の範
囲において真空精錬の適用を開始し、かつ上限の真空度
を３００Ｔｏｒｒとすることによって〔Ｃｒ〕酸化を抑
制した効率的な脱炭が可能であることを見出した。ま
た、溶鋼温度については、１６４０℃以上にすることで
効率的な脱炭が可能であることを見出した。真空精錬で
は、大気圧精錬に比べ溶鋼表面からの抜熱および精錬容
器からの抜熱が大きい。従来の方法では、真空精錬時は
不活性ガスのみの吹込みで、式の反応を進行させてい
た。式の反応は吸熱反応であり、さらに温度降下が大
きくなり、脱炭時に溶鋼温度を１６４０℃以上に保持す
るためには真空精錬の開始時の溶鋼温度を１７２０℃以
上の超高温にするか、開始〔Ｃ〕濃度を下げるしか手段
がなく、効率的ではなかった。本発明者らは、吹込みガ
スに酸素を混合することで、大きな発熱反応である式
の反応を進行させ、温度制御を可能とし、真空精錬時の
溶鋼温度を１６４０℃以上とすることを可能とした。

【００１７】

【実施例】ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（８ｍａｓｓ％Ｎ
ｉ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ）で目標〔Ｃ〕濃度０．０３ｍ
ａｓｓ％以下が要求される鋼６０ｔｏｎの処理を図１に
示す実施態様で実施した。脱炭開始時の〔Ｃ〕濃度は全
て１．５ｍａｓｓ％とし、真空精錬を開始するまでは酸
素または酸素と不活性ガスの混合ガスを用いて精錬を行
った。真空精錬では開始〔Ｃ〕濃度、溶鋼温度を種々変
化させるとともに、真空度および吹込みガスの酸素比率
を変化させた。真空精錬での酸素の吹込みは〔Ｃ〕濃度
０．０５ｍａｓｓ％で終了させ、その後、Ａｒガスのみ
を吹込みながら、大気圧精錬で酸化した〔Ｃｒ〕を還元
するために、還元剤としてＦｅ−Ｓｉを添加して、目標
〔Ｃ〕濃度までの脱炭および還元を実施した。その後、
大気圧状態に戻すとともに成分調整を行い、取鍋に出鋼
した。なお、真空精錬時の全ガス供給速度は溶鋼トン当
たり０．１〜０．５Ｎｍ³／ｍｉｎの範囲で行った。

【００１８】表１に真空精錬の開始〔Ｃ〕濃度および真
空精錬の精錬条件の実施例を示す。本発明の実施例は、
先に示した条件を満足するようにして実施した。比較例
のＮｏ．７およびＮｏ．８は真空精錬の開始〔Ｃ〕濃度
が本発明の条件外の例、Ｎｏ．９は真空度が本発明の条
件外の例、Ｎｏ．１０およびＮｏ．１１は吹込みガスの
酸素比率が本発明の条件外の例、Ｎｏ．１２は溶鋼温度
が本発明の条件外の例である。

【００１９】実施結果を表２に示す。表中の値は本発明
例のＮｏ．１の結果を１００として、比例換算した値で
ある。本発明例ではガスコスト、還元用Ｓｉ原単位、精
錬時間および精錬コストとも低位に安定した値となって
いる。一方、比較例では表中の値のいずれかが１１０を
超えており、効率的な精錬が達成されていない。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明により、同一精錬容器を用いた含
クロム溶鋼の大気圧精錬後の真空精錬において、溶鋼温
度の制御を可能とし、溶鋼中〔Ｃｒ〕の酸化を抑え、効
率的な脱炭が可能となり、安定した精錬が達成できるた
めに、精錬コストの大幅な低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の精錬容器を示す図であ
る。

【図２】本発明における真空度の上限の限定理由を示す
図である。

【図３】本発明における吹込みガスの酸素ガス比率の上
限の限定理由を示す図である。

【図４】本発明における溶鋼温度の下限の限定理由を示
す図である。

【符号の説明】

１精錬容器２底吹き羽口３排気フード４溶鋼５ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一の精錬容器を用いて大気圧精錬後、
真空精錬を行う含クロム溶鋼の精錬法において、前記真
空精錬の真空度を３００Ｔｏｒｒ以下とし、かつ酸素ガ
ス比率を５％以上、４５％以下とする酸素ガスと不活性
ガスとの混合ガスを〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％以上
の領域で溶鋼に吹込み、該溶鋼の温度を１６４０℃以上
に保持することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬法。
【請求項２】前記真空精錬を開始する時の溶鋼の
〔Ｃ〕濃度が０．０６ｍａｓｓ％以上、０．２５ｍａｓ
ｓ％以下であることを特徴とする請求項１記載の含クロ
ム溶鋼の精錬法。