JPH11140534A

JPH11140534A - 真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法

Info

Publication number: JPH11140534A
Application number: JP32710697A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kato; 勝彦加藤; Kenichiro Miyamoto; 健一郎宮本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】スプラッシュの発生による操業性の悪化を伴
うことなく、高生産性を維持可能な真空下における溶鋼
の吹酸脱炭方法を提供する。【解決手段】一次精錬炉から出鋼された取鍋１２内の
溶鋼１１に浸漬管１３を浸漬し、浸漬管１３内を減圧す
ると共に、取鍋１２底部より攪拌用ガスを吹き込み、浸
漬管１３内の溶鋼１１に酸素ガスを吹き付ける真空下に
おける溶鋼の吹酸脱炭方法において、吹酸脱炭期に、生
石灰を主成分とし更にアルミニウムを含む造滓材を一括
もしくは分割して浸漬管１３内に添加し、浸漬管１３内
の溶鋼１１の表面に厚さ１００〜１０００ｍｍのスラグ
２１を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸漬管や真空槽等
の内壁にスプラッシュが付着、堆積するのを防止するこ
とにより、効率的に仕上脱炭精錬を行うことができる真
空下における溶鋼の吹酸脱炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空下における溶鋼の吹酸脱炭精
錬方法として、ステンレス鋼の仕上脱炭精錬方法である
ＶＯＤ法が広く知られている。このＶＯＤ法は、ステ
ンレス溶鋼が貯留された取鍋全体を真空容器内に入れた
後、該真空容器内を真空にしながら、もしくはステン
レス溶鋼が貯留された取鍋の上部に蓋をした後、この蓋
をした取鍋内を真空にしながら、取鍋の上方から上吹き
ランスを介して酸化性ガスを吹き込んで、ステンレス溶
鋼の仕上脱炭精錬を行うものである。これに対し、特開
昭６１−３７９１２号公報においては、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
投影面下の取鍋内に下位から吹き込み管を介して、不活
性ガスを溶鋼内に吹き込むことによりスプラッシュの発
生を抑制する方法が開示されている。さらに、特開平２
−１３３５１０号公報においては、真空槽内に湯面から
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
空槽や排気ダクト等の内壁への地金の付着、堆積を防止
する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＶＯＤ
法は前記、いずれの方法においても、ステンレス溶
鋼の湯面の上部空間が狭く、酸素吹き付け時に発生する
スプラッシュにより操業が阻害されるという間題がある
上、クロム酸化を抑制した脱炭を進行させるために攪拌
用のガス流量を増大した場合にも、溶鋼の揺動や底吹き
ガスによるスプラッシュが増大し、操業に支障をきたす
といった問題があった。また、特開昭６１−３７９１２
号公報に記載の方法では、上部空間は大きく取れるもの
の、酸素吹き付け面はスラグの無い、いわゆる”裸湯”
状態であり、スラグのカバー効果が無いため、発生した
スプラッシュの到達高さが高くなり、たとえ上部空間を
大きく取ってもスプラッシュに起因した地金付着、堆積
による操業の悪化という問題があった。さらに、特開平
２−１３３５１０号公報に記載の方法においては、遮蔽
体に付着した地金を除去する作業を頻繁に行わなければ
ならないなどの生産性を阻害する問題があった。本発明
はかかる事情に鑑みてなされたもので、スプラッシュの
発生による操業性の悪化を伴うことなく、高生産性を維
持可能な真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法は、一次精錬
炉から出鋼された取鍋内の溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸
漬管内を減圧すると共に、前記取鍋底部より攪拌用ガス
を吹き込み、前記浸漬管内の前記溶鋼に酸素ガスを吹き
付ける真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法において、吹
酸脱炭期に、生石灰を主成分とし更にアルミニウムを含
む造滓材を一括もしくは分割して前記浸漬管内に添加
し、該浸漬管内の前記溶鋼の表面に厚さ１００〜１００
０ｍｍのスラグを保持している。請求項２記載の真空下
における溶鋼の吹酸脱炭方法は、請求項１記載の方法に
おいて、前記吹酸脱炭期の前記浸漬管内の真空度を１０
〜３００Ｔｏｒｒの範囲としている。請求項３記載の真
空下における溶鋼の吹酸脱炭方法は、請求項１又は２記
載の真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法において、前記
スラグ組成は、（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）は１．０
〜４．０、（％Ａｌ₂Ｏ₃）は５〜３０％、（％Ｃｒ₂
Ｏ₃）は４０％以下となっている。請求項４記載の真空
下における溶鋼の吹酸脱炭方法は、請求項１〜３のいず
れか１項に記載の方法において、前記浸漬管は、真空槽
の下部に交換可能に設けられている直胴型浸漬管からな
っている。なお、以上において、生石灰には、その成分
を含む原料（例えば、消石灰や石灰岩）を含むものであ
る。

【０００５】本発明者らは、吹酸脱炭により生じるスプ
ラッシュの発生及び飛散について以下のような知見を得
るに到った。吹酸脱炭期に生じるスプラッシュは、酸素
ガスの上吹きジェットの跳ね返りと溶鋼内より発生した
ＣＯ気泡の溶鋼表面での破裂（破泡）により誘起される
ことが知られている。また、このスプラッシュの到達高
さは発生時の初期速度（初速）とＣＯガス発生量（すな
わち排ガス流速）に支配されている。したがって、スプ
ラッシュ到達高さの抑制のためには、吹酸速度そのもの
の低速化が有効であるが、この吹酸速度の低下は即処理
速度の低下を招くため、高生産性を維持する観点からは
有効な手段とはなりえない。よって、高生産性を維持し
つつ、スプラッシュの到達高さ及び飛散距離を抑制する
ためにはスプラッシュ生成直後の初速を抑制することが
重要である。この点を考慮して、本発明者らは種々の実
験を行うことにより、スプラッシュ発生直後の初速を抑
制するためには、造滓材を積極的に投入して、溶鋼上に
適度な厚さのスラグ層を形成させることにより、発生し
たスプラッシュがスラグ層を突き抜ける際に、そのエネ
ルギーをロスさせることが可能となり、その後のスプラ
ッシュの飛散挙動を著しく緩和させ得ることを知見し得
た。本発明は、このような知見に基づきなされたもので
ある。

【０００６】ここで、浸漬管内の溶鋼上に保持すべきス
ラグ層厚みとしては、１００〜１０００ｍｍ、より好ま
しくは３５０〜７００ｍｍとすることが望ましい。これ
は、スラグ層厚みが１００ｍｍ未満であると、発生した
スプラッシュのエネルギーロスが小さいので、その後の
飛散挙動の抑制が不可能となるからであり、逆に１００
０ｍｍを超えると、上吹き吹酸ジェットの溶鋼面そのも
のへの到達が阻害されるので、結果として脱炭酸素効率
の低下及びスラグによる浸漬管の耐火物の溶損を招くた
めである。

【０００７】また、吹酸脱炭期における浸漬管及び真空
槽内の設定真空度としては、１０〜３００Ｔｏｒｒ、よ
り好ましくは５０〜１５０Ｔｏｒｒの範囲とすることが
望ましい。これは、吹酸脱炭期の真空度が１０Ｔｏｒｒ
よりも高真空側であると、例え、スラグ層厚みを適正範
囲内に保持しても排ガスの実ボリュームが著しく増大
し、スプラッシュ発生時のエネルギーが過剰に大きくな
るため、スプラッシュの飛散が活発となり、浸漬管及び
真空槽内や排気ダクトの内壁に地金が付着してしまうこ
とに加え、投入した生石灰（ＣａＯ）等のフラックス自
体が吸引され、フラックス原単位の歩留り低下を招くか
らであり、逆に３００Ｔｏｒｒよりも低真空側である
と、スプラッシュの飛散はほとんど生じないものの、吹
酸脱炭処理における脱炭酸素効率の低下を招くためであ
る。

【０００８】さらに、溶鋼上に保持すべきスラグ組成と
しては、（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）＝１．０〜４．
０、（％Ａｌ₂Ｏ₃）＝５〜３０％、（％Ｃｒ₂Ｏ₃）
≦４０％とすることが望ましい。これは、浸漬管及び真
空槽等の耐火物を保護し、かつ、カバースラグ（溶鋼上
のスラグ）の固化を防止するためであり、スラグが固化
してしまうとスラグのスプラッシュ抑制効果が著しく減
少してしまうためである。すなわち、（％ＣａＯ）／
（％ＳｉＯ₂）が１．０未満の場合では、スプラッシュ
抑制の効果は得られるものの、耐火物の溶損が著しく進
行してしまうためであり、逆に、（％ＣａＯ）／（％Ｓ
ｉＯ₂）が４．０を超えてしまうと、例えその他のスラ
グ成分が前記範囲内であってもスラグが固化し、スプラ
ッシュカバー効果が消滅してしまい、結果として多量の
地金発生を招くためである。また、（％Ａｌ₂Ｏ₃）が
５％未満である時も同様に、スラグ固化による多量スプ
ラッシュが生じるため好ましくなく、逆に３０％を超え
てしまうと耐火物の溶損が著しく進行することになる。
さらに、ステンレス鋼等を溶製するに際して、スラグ中
の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）が４０％を超えてしまうような場合
についても、スラグ固化の観点から好ましくない。

【０００９】

【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。図１は本発明の一実施の形態に係る
真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法を適用する吹酸脱炭
装置の概略構成図である。図１に示すように、吹酸脱炭
装置１０は、溶鋼の一例であるステンレス溶鋼１１を貯
留する取鍋１２と、取鍋１２内のステンレス溶鋼１１内
に浸漬された直胴型の浸漬管１３と、交換可能に設けら
れた浸漬管１３の上部に接続された真空槽１４と、真空
槽１４の上部の一側に接続された逆Ｖ字ダクト１５、逆
Ｖ字ダクト１５に接続された垂直ダクト１６及び垂直ダ
クト１６に接続された水平ダクト１７等の排気ダクト
と、浸漬管１３及び真空槽１４内を真空下に維持するた
めに排気ダクトの途中に配置された図示しない真空装置
とを備えている。なお、図中の符号１８は上吹き酸素ラ
ンス、符号１９はアルミニウム（Ａｌ）や生石灰（Ｃａ
Ｏ）を浸漬管１３内に投入するための投入口、符号２０
は取鍋１２の底部より攪拌用ガス（例えば、アルゴンガ
ス等の不活性ガス）を供給するポーラスプラグ、符号２
１はスラグ、符号２２は地金ポットである。

【００１０】図２は本発明の一実施の形態に係る真空下
における溶鋼の吹酸脱炭方法における浸漬管１３及び真
空槽１４内の真空度、吹酸のタイミングと吹酸量、及び
昇熱用ＡｌやＣａＯの投入のタイミングの時間経過を説
明する図である。図２を参照しながら、実施の形態に係
る真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法について説明す
る。転炉等の一次精錬炉より出鋼されたステンレス溶鋼
１１を取鍋１２内に貯留後、ステンレス溶鋼１１内に浸
漬管１３の先端部を浸漬し、浸漬管１３及び真空槽１４
内を真空装置により減圧すると共に、取鍋１２の底部の
ポーラスプラグ２０よりアルゴンガスを吹き込んでステ
ンレス溶鋼１１の攪拌を開始する。

【００１１】一次精錬炉から持ち込んだステンレス溶鋼
１１のスラグ２１の組成をチェックし、その組成に応じ
て、昇熱用Ａｌ及びＣａＯを投入口１９から浸漬管１３
内に投入する。即ち、昇熱用Ａｌ及びＣａＯを添加する
ことによりスラグ２１の組成を、（％ＣａＯ）／（％Ｓ
ｉＯ₂）＝１．０〜４．０、（％Ａｌ₂Ｏ₃）＝５〜３
０％、（％Ｃｒ₂Ｏ₃）≦４０％に制御している。処理
前のシリカ（Ｓｉ）濃度が高く、（％ＣａＯ）／（％Ｓ
ｉＯ₂）が１．０未満となる場合には、脱珪処理の際に
塩基度調整用としてＣａＯを投入する。一方、（％Ｃａ
Ｏ）／（％ＳｉＯ₂）が４．０を超える場合には、昇熱
用のシリカ（Ｓｉ）あるいはシリカ（Ｓｉ）を含む合金
鉄等を投入する。（％Ａｌ₂Ｏ₃）が５％未満の場合に
は、初期昇熱用Ａｌを２００ｋｇ以上投入して、ステン
レス溶鋼１１の処理前温度（約１６５０℃）を設定す
る。一方、（％Ａｌ₂Ｏ₃）が３０％を超えないよう
に、初期昇熱用Ａｌを５００ｋｇ以下の範囲で投入し
て、ステンレス溶鋼１１の吹酸脱炭終了時の温度上限値
（約１７５０℃）を設定する。（％Ｃｒ₂Ｏ₃）が４０
％を超えないように、槽内のスラグ厚みを１０００ｍｍ
以下に抑えて、脱炭酸素効率を高く（クロム酸化の抑
制）するように制御している。

【００１２】同時に、浸漬管１３及び真空槽１４内を約
３分程度で大気圧から３００Ｔｏｒｒ、好ましは１５０
Ｔｏｒｒ程度に減圧後、上吹き酸素ランス１８から酸素
ガスをステンレス溶鋼１１の表面に吹き付けて吹酸脱炭
精錬を行う。この吹酸脱炭期（約３分〜４０分）には、
ＣａＯ（Ａｌも２００ｋｇ程度）を投入口１９から一括
もしくは分割して浸漬管１３内に添加し、浸漬管１３内
のステンレス溶鋼１１の表面に厚さ１００〜１０００ｍ
ｍのスラグ２１を保持するように制御する。さらに、図
２に示すように、吹酸脱炭期の浸漬管１３及び真空槽１
４内の真空度を１０〜３００Ｔｏｒｒの範囲を保持する
ように制御する。

【００１３】図３には、吹酸脱炭期に、ＡｌやＣａＯを
投入口１９から一括もしくは分割して浸漬管１３内に添
加する場合のスラグ２１の厚みの変化について示す。図
３のは、比較のために従来の転炉から持ち込まれたス
ラグのみの場合、は吹酸脱炭開始時にＣａＯを０．５
ｔ投入した場合（０．５ｔ一括投入）、は吹酸脱炭開
始時にＣａＯを１．０ｔ投入した場合（１．０ｔ一括投
入）、は吹酸脱炭開始時にＣａＯを０．５ｔ投入し、
吹酸脱炭中にさらにＣａＯを０．５ｔ投入した場合
（１．０ｔ２分割投入）、は吹酸脱炭開始時にＣａＯ
を０．３３ｔ投入し、吹酸脱炭中に残りのＣａＯをさら
に２分割、即ち３分割してＣａＯを投入した場合（１．
０ｔ３分割投入）を表している。この場合、スラグ排出
速度を０．０６ｍ／ｍｉｎとしている。なお、それぞれ
の場合の平均ＣａＯ厚みは、０ｍｍ、１００ｍｍ、
２８０ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍとなってい
る。

【００１４】図４には、図３で説明した〜の場合
の、逆Ｖ字ダクト１５の頂上部の内壁（図１を参照）に
付着、堆積した地金の堆積速度（ｍｍ／チャージ）を示
す。図から明らかなように、の場合が最も堆積速度が
小さく、の場合が最も堆積速度が大きいことが判る。
また、逆Ｖ字ダクト１５への地金の堆積速度と吹酸脱炭
期のカバースラグの厚みには強い相関があり、吹酸脱炭
初期に一括投入するより２分割投入する方が、スラグカ
バー効果は大きいことが判る。このことから、地金の堆
積抑制のための最適なカバースラグの厚みが存在するこ
とが判る。

【００１５】また、図５には吹酸脱炭中のカバースラグ
量（ｔ／チャージ）又はＣａＯ投入量（ｔ／チャージ）
と脱炭酸素効率（ηＯ₂）との関係を示す。図から明ら
かなように、カバースラグ量又はＣａＯ投入量が多くな
るに従い脱炭酸素効率は低下する。即ち、カバースラグ
量が約２．５ｔ／チャージ又はＣａＯ投入量が約１．０
ｔ／チャージを超えると脱炭酸素効率が次第に低下する
ことが判る。このことから、脱炭酸素効率を維持するた
めの最適なカバースラグの厚みが存在することが判る。
以上のことから、地金の堆積抑制と脱炭酸素効率の両方
を考慮した最適なカバースラグの厚みが存在することが
判る。

【００１６】

【実施例】続いて、本発明の一実施の形態に係る真空下
における溶鋼の吹酸脱炭方法を適用した実施例につい
て、表１を参照して比較例と比較しながら具体的に説明
する。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に示す実施例１〜１１及び比較例１２
〜２０においては、取鍋１２として１５０ｔ溶鋼鍋を用
い、転炉にて［％Ｃ］＝０．７％まで粗脱炭した１６％
Ｃｒステンレス溶鋼１１を用いて行った。吹酸速度とし
ては、いずれも２４．０Ｎｍ³／（ｈｒ・溶鋼ｔ）に
て、［％Ｃ］＝０．０５％まで吹酸脱炭を実施した。ま
た、吹酸脱炭期の攪拌用Ａｒガス量は、いずれも３．３
Ｎリットル／（ｍｉｎ・溶鋼ｔ）とした。実施例１〜１
１においては、スラグの厚み、吹酸脱炭期の真空度、及
びスラグ組成はいずれも所定の範囲に制御されているの
で、スプラッシュの発生、及び耐火物の溶損は僅少で、
脱炭酸素効率も６８％以上と問題なかった。

【００１９】これに対して、比較例１２、１３では、ス
ラグの厚みが、比較例１４、１５では、吹酸脱炭期の真
空度が、比較例１６、１７では、スラグ組成の（％Ｃａ
Ｏ）／（％ＳｉＯ₂）が、比較例１８、１９では、スラ
グ組成の（％Ａｌ₂Ｏ₃）が、比較例２０では、スラグ
組成の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）がそれぞれ所定の範囲を外れて
いたため、比較例１２では、スプラッシュの多量発生、
比較例１３では、脱炭酸素効率の低下及び耐火物の溶損
大、比較例１４では、スプラッシュの多量発生、比較例
１５では、比較例１３と同様脱炭酸素効率の低下及び耐
火物の溶損大、比較例１６では、耐火物の溶損大、比較
例１７では、スプラッシュの多量発生、比較例１８で
は、スプラッシュの多量発生、比較例１９では、耐火物
の溶損大、そして比較例２０では、スプラッシュの多量
発生という結果になった。

【００２０】

【発明の効果】請求項１〜４記載の真空下における溶鋼
の吹酸脱炭方法においては、吹酸脱炭期に、生石灰等を
一括もしくは分割して浸漬管内に添加し、浸漬管内の溶
鋼の表面に厚さ１００〜１０００ｍｍのスラグを保持す
るようにしているので、このスラグによってスプラッシ
ュに起因した地金付着、堆積による操業の悪化という問
題を避けることができると共に、脱炭酸素効率を最適に
維持することができる。従って、スプラッシュの発生に
よる操業性の悪化を伴うことなく、高生産性を維持した
真空下における溶鋼の吹酸脱炭を行うことが可能となっ
た。特に、請求項２記載の真空下における溶鋼の吹酸脱
炭方法においては、吹酸脱炭期の浸漬管内の真空度を１
０〜３００Ｔｏｒｒの範囲としているので、スプラッシ
ュ発生時のエネルギーを抑制して、スプラッシュの飛散
を抑えると共に、吹酸脱炭期における脱炭酸素効率の低
下を防止することができる。請求項３記載の真空下にお
ける溶鋼の吹酸脱炭方法においては、溶鋼上に保持する
スラグ組成は、（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）は１．０
〜４．０、（％Ａｌ₂Ｏ₃）は５〜３０％、（％Ｃｒ₂
Ｏ₃）は４０％以下となるように制御しているので、浸
漬管及び真空槽等の耐火物を保護すると共に、溶鋼上の
スラグの固化を防止することができ、これによりスプラ
ッシュ抑制効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る真空下における溶
鋼の吹酸脱炭方法を適用する吹酸脱炭装置の概略構成図
である。

【図２】同吹酸脱炭方法における浸漬管及び真空槽内の
真空度、吹酸のタイミングと吹酸量、及び昇熱用Ａｌや
ＣａＯの投入のタイミングの時間経過を説明する図であ
る。

【図３】吹酸脱炭期におけるＣａＯの一括投入又は分割
投入によるスラグの厚みの時間変化を説明する図であ
る。

【図４】逆Ｖ字ダクトの頂上部の内壁に付着、堆積した
地金の堆積速度を表すグラフである。

【図５】吹酸脱炭中のカバースラグ量又はＣａＯ投入量
と脱炭酸素効率との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０吹酸脱炭装置１１ステンレ
ス溶鋼（溶鋼）１２取鍋１３浸漬管１４真空槽１５逆Ｖ字ダ
クト１６垂直ダクト１７水平ダク
ト１８上吹き酸素ランス１９投入口２０ポーラスプラグ２１スラグ２２地金ポット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次精錬炉から出鋼された取鍋内の溶鋼
に浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧すると共に、前記
取鍋底部より攪拌用ガスを吹き込み、前記浸漬管内の前
記溶鋼に酸素ガスを吹き付ける真空下における溶鋼の吹
酸脱炭方法において、吹酸脱炭期に、生石灰を主成分とし更にアルミニウムを
含む造滓材を一括もしくは分割して前記浸漬管内に添加
し、該浸漬管内の前記溶鋼の表面に厚さ１００〜１００
０ｍｍのスラグを保持することを特徴とする真空下にお
ける溶鋼の吹酸脱炭方法。
【請求項２】前記吹酸脱炭期の前記浸漬管内の真空度
を１０〜３００Ｔｏｒｒの範囲とする請求項１記載の真
空下における溶鋼の吹酸脱炭方法。
【請求項３】前記スラグ組成は、（％ＣａＯ）／（％
ＳｉＯ₂）は１．０〜４．０、（％Ａｌ₂Ｏ₃）は５〜
３０％、（％Ｃｒ₂Ｏ₃）は４０％以下である請求項１
又は２記載の真空下における溶鋼の吹酸脱炭方法。
【請求項４】前記浸漬管は、真空槽の下部に交換可能
に設けられている直胴型浸漬管である請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の真空下における溶鋼の吹酸脱炭方
法。