JPH10298634A - ステンレス鋼の還元精錬方法 - Google Patents

ステンレス鋼の還元精錬方法

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JPH10298634A
JPH10298634A JP9123186A JP12318697A JPH10298634A JP H10298634 A JPH10298634 A JP H10298634A JP 9123186 A JP9123186 A JP 9123186A JP 12318697 A JP12318697 A JP 12318697A JP H10298634 A JPH10298634 A JP H10298634A
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reduction
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blown
ladle
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JP9123186A
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Kenichiro Miyamoto
健一郎 宮本
Katsuhiko Kato
勝彦 加藤
Akio Shinkai
昭男 新飼
Koji Sugano
浩至 菅野
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Nippon Steel Corp
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はステンレス鋼の仕上精錬における還
元処理工程において、突沸及び窒素ピックアップを引き
起こすことなく効率的な還元精錬が行えるステンレス鋼
の還元精錬方法を提供する。 【解決手段】 還元用Alの投入期間中の底吹きAr流
量を0.1〜3NL/(分・t)の範囲とし、かつ、真
空度を400Torr以下の低真空とし、その後、大気
圧にまで復圧して槽を上昇すると同時に底吹きAr流量
を5〜10NL/(分・t)の範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼の還
元精錬方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼の仕上精錬方法としては、
取鍋内の溶鋼を円筒状の浸漬管を介して真空槽内に吸い
上げ、浸漬管の投影下の取鍋内に下位から吹込管を介し
て不活性ガスを吹き込み、かつ、真空槽内の溶鋼表面に
上部ランスを介して酸化性ガスを吹き付ける方法が特開
昭61−37912号公報に開示されている。しかしな
がら、この方法では吹酸停止後に吹酸中に生成したクロ
ム酸化物(Cr2 3 )をAlを還元剤として還元回収
する際に、吸上管内で発生する還元反応(テルミット反
応:Cr2 3 +2Al→2Cr+Al2 3 )により
発生する反応熱により吸上管内の溶鋼温度が上昇し、槽
内耐火物の溶損が著しく進行することに加え、この溶鋼
温度上昇に起因して一部残存したクロム酸化物と溶鋼中
炭素のCOガスの発生を伴う還元反応(Cr2 3 +3
C→2Cr+3CO↑)が急激に生じ、それに伴った溶
鋼、スラグの飛散(突沸)を引き起こし、それらが排気
ダクト内に侵入することによる操業性の悪化の問題や、
吹酸脱炭中に生成したCr23 が真空槽外に流出し取
鍋壁の上部に付着してしまうと、鋼中Alとの反応が著
しく阻害され、これを完全に還元するためには長時間を
要するといった問題があった。
【0003】さらに、特開平2−133510号公報に
おいては、真空槽内に浸漬管内にある湯面から2〜5m
の高さに遮蔽体を設置し、この遮蔽体で酸素ブローによ
る湯面からのスプラッシュの飛散を阻止して真空槽や排
気管の内壁への地金付着、堆積を防止する方法が開示さ
れているが、この方法においても、特開昭61−379
12号公報と同様、吸上管内に吸上られる溶鋼量が全体
量に比べ非常に少い、つまり、上記還元反応の生じる反
応帯が狭いことによる吸上管内の溶鋼温度の瞬間的な異
常上昇に起因した突沸が生じ、溶鋼地金やスラグが遮蔽
体に大量に付着し、それら付着物を除去する作業が必要
となるなどの生産性悪化や真空槽耐火物の異常溶損の問
題や、前記特開昭61−37912号公報と同様、取鍋
壁上部に付着したCr2 3 含有スラグを還元するに際
しては、極めて長い処理時間を要するといった問題があ
った。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開昭61
−37912号公報や特開平2−133510号公報に
おいて見られる、Al還元時における急激な溶鋼温度の
上昇や突沸の発生といった問題や、吹酸中に真空槽外に
流出し、取鍋壁の上部に付着固化したCr2 3を還元
回収するに際し、長時間を要するといった問題を引き起
こすことなく、効率的なステンレス鋼の還元精錬方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項1
記載のステンレス鋼の還元精錬方法は、クロム濃度が5
%以上の取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管
内を減圧すると共に、取鍋底部より攪拌用の不活性ガス
を供給しつつ上方より酸素ガス吹き付けを行なう真空下
での吹酸脱炭精錬を行い、吹酸停止後、高真空下での脱
ガス処理を行い、さらにその後、還元用Alを投入して
吹酸中に生成したクロム酸化物(Cr23 )を還元回
収する方法において、前記還元用Alの投入期間中の底
吹きAr流量を0.1〜3NL/(分・溶鋼t)の範囲
とし、かつ、真空度を400Torr以下の低真空と
し、その後、大気圧にまで復圧して槽を上昇すると同時
に底吹きAr流量を5〜10NL/(分・t)の範囲と
している。これにより、還元初期の突沸を防止すると共
に、還元期における窒素ピックアップを防止し、かつ、
浸漬管耐火物の溶損を抑制することを可能とする。
【0006】そして、請求項2記載のステンレス鋼の還
元精錬方法は、クロム濃度が5%以上の取鍋内溶鋼に直
胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧すると共に、取
鍋底部より攪拌用の不活性ガスを供給しつつ上方より酸
素ガス吹き付けを行う真空下での吹酸脱炭精錬を行い、
吹酸停止後、高真空下での脱ガス処理を行い、さらにそ
の後、還元用Alを投入して吹酸中に生成したクロム酸
化物(Cr2 3 )を還元回収する方法において、前記
脱ガス処理終了後直ちに大気圧までの復圧を行い、槽を
上昇すると同時に前記還元用Alを投入し、かつ、前記
還元用Alの投入期間中の底吹きAr流量を0.1〜3
NL/(分・t)の範囲とし、さらに、前記還元用Al
の投入終了と同時に底吹きAr流量を5〜10NL/
(分・t)の範囲としている。即ち、吹酸時の条件変動
により、吹酸中に生成したCr2 3 が大量に真空槽外
に流出し、取鍋壁への付着固化が激しいような場合にお
いては、脱ガス処理終了後直ちに大気圧にまでの復圧を
行い、槽を上昇すると同時に還元用Alを投入し、か
つ、底吹きAr流量を0.1〜3NL/(分・t)の範
囲とし、さらに、還元用Alの投入終了と同時に底吹き
Ar流量を5〜10NL/(分・t)の範囲とすること
により、短時間において効率的な生成Cr2 3の還元
回収を可能とする。
【0007】以下、本発明に係るステンレス鋼の還元精
錬方法について詳細に説明する。5%以上のクロムを含
有するステンレス鋼の吹酸脱炭精錬を行うに際しては、
大気圧下、真空下にかかわらず、溶鉄中に含まれるクロ
ムの酸化、すなわちCr2 3 の生成は不可避であり、
吹酸停止後に還元剤を添加してクロム分の回収を行うこ
とが必要である。通常、大気圧下での吹酸脱炭後の還元
剤としては、還元反応による発熱量の少ないSi(フェ
ロシリコン合金)が用いられることが多いが、仕上精錬
である真空下での吹酸脱炭後においては、成品成分のシ
リコン濃度制約がある場合などは、Alを還元剤として
用いる必要がある。
【0008】しかしながら、Alを還元剤として用いる
場合、以下の(1)式で表されるテルミット反応は多大
な発熱を伴う反応であり、これにより必ず溶鋼温度の上
昇を生じることになる。 Cr2 3 +2Al→2Cr+Al2 3 ──────(1) また、溶鋼温度が上昇すると、下記(2)式で示される
溶鋼中炭素による還元反応における平衡炭素濃度が低下
し、COガスの発生を伴う反応が同時に進行することに
なる。 Cr2 3 +3C→2Cr+3CO↑ ──────(2) 加えて、上記(2)式における平衡炭素濃度は平衡CO
分圧すなわち操業真空度の影響を大きく受け、高真空で
あるほど(2)式の反応はより進行する傾向となる。こ
の(2)式の急激な反応が短時間内で起こることによ
り、COガスの上昇に伴って溶鋼及びスラグが飛散する
突沸現象が生じることになる。
【0009】したがって、急激なCOガスの発生反応す
なわち突沸の防止のためには、(2)式の反応の進行を
抑制する、すなわちある一定の真空度以下の低真空下で
の操業を行うことが重要である。しかしながら、低真空
下での還元操業を行うと槽内の窒素分圧(PN2)の上昇
に伴って溶鋼中への窒素の吸収能(飽和溶解度)が高ま
り、溶鋼中窒素濃度の上昇を招き、鋼種により窒素濃度
制約のあるような場合には好ましくない。よって、低真
空下での還元を行う際には、突沸の発生を防止すると同
時に窒素ピックアップの抑制を両立させることが極めて
重要である。
【0010】本発明者らは数々の実験を行うことによ
り、これらの問題を解決するためには、Al投入直後の
固体Alと固化状スラグとの接触による適度なテルミッ
ト反応の進行により形成される溶融スラグの存在と、そ
の後の溶融スラグによるカバー効果にて窒素ピックアッ
プを抑制することが有効であることを見出した。本発明
はこれらの知見に基づきなされたものである。
【0011】そのための具体的な方法としては、還元用
Alの投入期間中の底吹きAr流量を0.1〜3NL/
(分・t)の範囲とし、かつ、真空度を400Torr
以下の低真空とし、その後、大気圧にまで復圧して槽を
上昇すると同時に底吹きAr流量を5〜10NL/(分
・t)の範囲とすることにある。これは、還元用Alの
投入期間中の底吹きAr流量を適正な範囲に保持し、か
つ、真空度を400Torr以下の低真空とすることに
よって、真空槽内の攪拌力を適度に保ち、溶鋼とスラグ
の懸濁を抑制することにより、上記(1)式によるテル
ミット反応の過剰な進行を制御することが可能となり、
結果として極度な溶鋼温度の上昇を抑制することが可能
となる。さらに、還元用Alの投入期間中の攪拌を抑制
することにより、Alの溶鋼への溶解を抑制し、Alと
スラグを直接反応させることによってCr2 3 の還元
速度の向上が可能となる。これは、Alを直接溶鋼に溶
解させ、その後のAl含有溶鋼と固化状スラグとの反応
による還元よりも、Alによる直接還元によって予め半
溶融状態のスラグを形成させることによって、含Cr2
3 スラグの溶鋼への巻き込み(エマルジョン)が飛躍
的に改善され、その結果として還元効率が向上すること
によるものである。さらに、スラグを早期に溶融化させ
ることは、メタルと大気との接触を妨げるカバー効果も
得られるため、窒素ピックアップの防止効果においても
有効である。
【0012】ここで、Al投入期間中の底吹きAr流量
としては0.1〜3NL/(分・t)の範囲とすること
が望ましい。これは、この期間のAr流量が3NL/
(分・t )を超えてしまう場合には、(1)式のテルミ
ット反応が過剰に進行し、かつ、スラグとメタルのエマ
ルジョンも激化してしまうため、突沸の抑制が困難とな
るからである。逆にAr流量が0.1NL/(分・t )
未満の場合には、投入したAlが真空槽内に付着し適正
な投入が行えない場合や、鍋底のポーラスプラグへの溶
鋼の侵入が生じる場合があり、このような場合にはその
後に流量を増大させる時に所定の流量が確保できないと
いった操業上の問題が生じることとなる。さらにこのA
l投入期間中の真空度が400Torrを超える高真空
であると、攪拌力が激しくなる。すなわちスラグとメタ
ル間の有効接触面積が増大することに加え、この時の真
空度に密接に関係した平衡CO分圧が下がることに起因
して、(2)式における反応平衡が右側にずれるため、
COガスの発生反応が著しく促進される、つまり突沸の
抑制が困難となる。
【0013】また、Al投入終了後に大気圧まで復圧
し、その後、槽を上昇すると同時に底吹きAr流量を5
〜10NL/(分・t )の範囲とすることにより、溶鋼
温度の上昇を抑圧したうえで早期の還元の進行と窒素の
ピックアップの防止が可能となる。これは、槽を上昇さ
せることによって、それまで浸漬管内に制約されていた
反応帯が取鍋全体へと解放されることにより、テルミッ
ト反応の生成があっても溶鋼温度の上昇はわずかである
ため(2)式の反応は起こり難く、結果として突沸の回
避が可能となる。さらに、槽上昇後の底吹きAr流量を
5〜10NL/(分・t )とすることにより、還元反応
を早期に進行させたうえ、スラグ中Cr2 3 濃度を低
下させることによってさらなる溶融化を促進し、スラグ
によるカバー効果を高めることが可能となり、結果とし
て窒素ピックアップの防止が可能となる。なお、Al投
入を大気圧下で行った場合は、そのままの状態で槽の上
昇を行えば良い。
【0014】この場合、底吹きAr流量が5NL/(分
・t )未満であると、攪拌力不足に伴うCr2 3 の還
元速度低下により、生産性の悪化を招き、逆に、10N
L/(分・t )を超える場合には、それ以上の還元速度
向上の効果はさほどないにもかかわらず、流量増大に伴
う溶鋼表面の揺動の激化に起因してスラグカバーの効果
が減少し、窒素ピックアップや鍋耐火物の異常損傷など
を引き起こすためである。
【0015】また、吹酸脱炭時に何らかの操業トラブル
等により、吹酸中にCr2 3 が大量に生成し、かつ、
そのCr2 3 が真空槽外に流出し取鍋壁上部に付着固
化してしまうような状態が生じた場合には、一旦溶鋼中
にAlを投入し溶鋼中のAlのみで該取鍋壁上部に付着
固化したCr2 3 を短時間で完全に還元回収すること
は極めて困難である。これは、取鍋底からのガスバブリ
ングでは、取鍋中央付近の溶鋼の盛り上がりは十分であ
るものの、壁付近は溶鋼の盛り上がりが十分でなく、該
Cr2 3 スラグとの接触機会が少ないためである。
【0016】このような課題の解決法としては、脱ガス
処理後直ちに大気圧にまで復圧し、槽上昇後にAlを投
入する処理を行うことが望ましい。これは、還元用のA
lを直接取鍋壁上部の付着スラグと接触させることによ
り、Cr2 3 の還元効率を向上させることにある。さ
らに、上記の如く吹酸中にCr2 3 が多量生成するよ
うな場合には必然的に真空槽内のスラグも多くなるた
め、槽を上昇した後の取鍋上のスラグは山状の形を形成
する。このため、上部よりAlの添加を行うと、添加さ
れたAlは必然的に裾の方向へと向かうため、取鍋上部
壁近傍のCr2 3 含有スラグとの接触が可能となり、
結果として、固相同士の反応ながらもCr2 3 の還元
は進行することになる。さらに、取鍋底部からのガス吹
き込みによる揺動により高温の溶鋼の接触が付加するこ
とによってスラグの溶融化が促進され、Cr2 3 の還
元効率はさらに高まることになる。
【0017】
【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明
の理解に供する。ここに、図1(A)、(B)は本発明
の第1の実施の形態に係るステンレス鋼の還元精錬方法
の説明図、図2(A)、(B)、(C)は本発明の第2
の実施の形態に係るステンレス鋼の還元精錬方法の説明
図、図3は還元Al投入期間中の底吹きAr流量とクロ
ム酸化物(クロム)回収率との関係を示したグラフ、図
4は還元Al投入後の底吹きAr流量とクロム酸化物回
収率との関係を示したグラフである。
【0018】図1(A)に示すように、クロム濃度が5
%以上の取鍋1内の溶鋼2に直胴型の浸漬管3を浸漬
し、浸漬管3内を減圧すると共に、取鍋1の底部に設け
られたポーラスプラグ4から、攪拌用の不活性ガスであ
るArガスを供給しながら、上方より酸素ガス吹き付け
を行う真空下での吹酸脱炭精錬を行うものである。そし
て、吹酸停止後、高真空下での脱ガス処理を行い、さら
にその後、固化状スラグ6の上から図に番号5で示す還
元用Alを投入して、前記した(1)の反応を起こさせ
て、吹酸中に生成したクロム酸化物(Cr2 3 )を還
元回収している。ここで、還元用Alの投入期間中の底
吹きAr流量を0.1〜3NL/(分・t)の範囲と
し、かつ、真空度を400Torr以下の低真空として
いる。これによって、図3に示すようにクロム酸化物
(Cr2 3 )が向上する。その後、図1(B)に示す
ように、大気圧にまで復圧して浸漬管3が下部に設けら
れた槽を上昇すると同時に底吹きAr流量を5〜10N
L/(分・t)の範囲している。ここで、図1におい
て、7は溶融スラグを示し、8は槽外スラグを示す。
【0019】次に、図2(A)、(B)、(C)を参照
しながら、本発明の第2の実施の形態に係るステンレス
鋼の還元精錬方法について説明するが、第1の実施の形
態に係るステンレス鋼の還元精錬方法と同一の構成要素
については同一の番号を付してその詳しい説明を省略す
る。図2(A)に示すように、クロム濃度が5%以上の
取鍋1内の溶鋼2に直胴型の浸漬管3を浸漬し、浸漬管
3内を減圧すると共に、取鍋1の底部のポーラスプラグ
4から攪拌用の不活性ガスであるArガスを供給しつつ
上方より酸素ガス吹き付けを行う真空下での吹酸脱炭精
錬を行い、吹酸停止後、高真空下での脱ガス処理を行
う。この脱ガス処理終了後、図2(B)に示すように直
ちに大気圧までの復圧を行い、浸漬管3が設けられた槽
を上昇すると同時に、図に番号5で示される還元用Al
を投入し、かつ、還元用Alの投入期間中の底吹きAr
流量を0.1〜3NL/(分・t)の範囲とする。そし
て、還元用Alの投入終了と同時に、図2(C)に示す
ように、底吹きAr流量を5〜10NL/(分・t)の
範囲としている。これによって、図4に示すように、ク
ロム酸化物(Cr2 3 )が向上すると共に、窒素ピッ
クアップ増大を防止することができる。なお、図2にお
いて、9は取鍋付着スラグを示す。
【0020】
【実施例】次に、本発明に係るステンレス鋼の還元精錬
方法の作用、効果を確認するために行った実施例につい
て説明する。表1に本発明の実施例を比較例と共に示
す。実施例は150トン規模の真空精錬装置を用いて行
った。転炉より出鋼されたクロム濃度を5%以上(主に
10〜20%)含むステンレス粗溶鋼を真空下で吹酸脱
炭精錬し、脱ガス処理を行った後、真空槽上部よりAl
を添加することにより、吹酸中に生成したCr2 3
還元回収を行った。なお、還元時間は一律5分間とし
た。
【0021】
【表1】
【0022】事例No.1〜No.9は本発明による実
施例である。これに対し事例No.10は還元Al投入
時の底吹きAr流量が0.1NL/(分・t)未満とな
った場合であるが、この場合にはポーラスプラグへの溶
鋼侵入が生じ、その後の還元に支障をきたす。また、事
例No.11はAl投入時のAr流量が過剰であった場
合であるが、この時にはAl投入直後に突沸が発生し
た。さらに、事例No.12は還元時の真空度が400
Torrより高真空側となった場合の事例であり、この
場合にも突沸の発生が見られる。また、事例No.1
3、No.14はAl投入後の底吹きAr流量が5NL
/(分・t)未満あるいは10NL/(分・t)を超え
る場合の事例であるが、5NL/(分・t)未満の場合
にはCr2 3 回収率の低下が見られ、逆に10NL/
(分・t)を超える場合には窒素の多大なピックアップ
が認められる。さらに、事例No.15は取鍋壁上部に
Cr23 含有スラグの付着固化が認められた際に、真
空槽を溶鋼中に浸漬したままAl投入を行った事例であ
るが、この場合にはCr2 3 回収率の大幅な低下が認
められる。
【0023】
【発明の効果】本発明により、吹酸脱炭停止後のAl還
元時における突沸と窒素ピックアップを防止し、円滑な
ステンレス鋼の仕上精錬を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は本発明の第1の実施の形態に
係るステンレス鋼の仕上精錬における還元処理工程を示
す図(取鍋壁上部へのスラグ付着固化なしの場合)であ
る。
【図2】(A)、(B)、(C)は本発明の第2の実施
の形態に係るステンレス鋼の仕上精錬における還元処理
工程を示す図(取鍋壁上部へのスラグ付着固化ありの場
合)である。
【図3】還元Al投入期間中の底吹きAr流量とクロム
酸化物回収率の関係を示した図である。
【図4】還元Al投入後の底吹きAr流量とクロム酸化
物回収率の関係を示した図である。
【符号の説明】 1 取鍋 2 溶鋼 3 浸漬管 4 ポーラスプ
ラグ 5 還元用Al 6 固化状スラ
グ 7 溶融スラグ 8 槽外スラグ 9 取鍋付着スラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 浩至 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロム濃度が5%以上の取鍋内溶鋼に直
    胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧すると共に、取
    鍋底部より攪拌用の不活性ガスを供給しつつ上方より酸
    素ガス吹き付けを行う真空下での吹酸脱炭精錬を行い、
    吹酸停止後、高真空下での脱ガス処理を行い、さらにそ
    の後、還元用Alを投入して吹酸中に生成したクロム酸
    化物(Cr2 3 )を還元回収する方法において、 前記還元用Alの投入期間中の底吹きAr流量を0.1
    〜3NL/(分・t)の範囲とし、かつ、真空度を40
    0Torr以下の低真空とし、その後、大気圧にまで復
    圧して槽を上昇すると同時に底吹きAr流量を5〜10
    NL/(分・t)の範囲とすることを特徴とするステン
    レス鋼の還元精錬方法。
  2. 【請求項2】 クロム濃度が5%以上の取鍋内溶鋼に直
    胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧すると共に、取
    鍋底部より攪拌用の不活性ガスを供給しつつ上方より酸
    素ガス吹き付けを行う真空下での吹酸脱炭精錬を行い、
    吹酸停止後、高真空下での脱ガス処理を行い、さらにそ
    の後、還元用Alを投入して吹酸中に生成したクロム酸
    化物(Cr2 3 )を還元回収する方法において、 前記脱ガス処理終了後直ちに大気圧までの復圧を行い、
    槽を上昇すると同時に前記還元用Alを投入し、かつ、
    前記還元用Alの投入期間中の底吹きAr流量を0.1
    〜3NL/(分・t)の範囲とし、さらに、前記還元用
    Alの投入終了と同時に底吹きAr流量を5〜10NL
    /(分・t)の範囲とすることを特徴とするステンレス
    鋼の還元精錬方法。
JP9123186A 1996-11-20 1997-04-24 ステンレス鋼の還元精錬方法 Withdrawn JPH10298634A (ja)

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