JPS58102094A - 溶鋼撹拌用不活性ガス吹込方法およびその吹込用プラグと精錬容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はステンレス鋼等の炉外精錬法に関し、特ｉｃ
　ＶＯＤ法の如くポーラスプラグを介して不活性ガスを
壜鍋等の精錬容器内の溶鋼中に吹込んで攪拌する方法、
およびその不活性ガス吹込みに使用されるプラグと精錬
容Ｓに関するものである。

近年に至や、鉄鋼の精錬にいわゆる炉外精錬が多用され
るようになシ、特にステンレス鋼の精錬においてはその
出鋼量の大部分がＡＯＤ法やＶＯＤ法等の炉外精錬法に
依っている。これらの炉外精錬法の内、特にＶＯＤ　ｆ
は真空下で脱炭するため、鋼中の炭素、酸素の低減が容
易であり、そのため高クロムフェライト系ステンレス鋼
等の高純度鋼の精錬に広く利用されている。このＶＯＤ
法は真空下で溶鋼を攪拌しつつ酸素ガスを上吹きする方
法であり、この場合の溶鋼攪拌手段としては、容器（取
鍋）の底部に設けられたポーラスプラグと称される多孔
質の通気性が良好な耐火物を通して容器内の溶鋼中にア
ルゴンガスを吹込む方法が一般的である。

ところでポーラスプラグとしては高アルミナ質もしくは
ムライト質の耐火物を用い友ものが一般的であるが、こ
の種のポーラスプラグはガス吹込時の耐火限度は余り高
くな（，１７００〜１７２０℃程度が通常の使用限界温
度とされている。しかるに前述のＶＯＤ法の特徴を生か
して高純度の高級ステンレス鋼を製造するためにはさら
に高温で精錬する必要が生じることがあり、例えばＣｒ
　２５４以上の高クロム７エ２イト系ステンレス鋼を極
低炭素まで脱炭するためには、クロムの酸化損失を抑え
るために高温精錬が不可欠であるが、このような高温精
錬には従来のポーラスプラグでは耐えられないことがあ
っ九、すなわち本発明者等は従来から常用されている高
アルミナ質ポーラスプラグの不活性ガス吹込時における
損耗速度と精錬中の溶鋼の最高到達温度との関係を調べ
たところ、第１図に示すように溶鋼温度が１７２０″１
を越えれば損耗速度が著しく増大することが確認され友
。

この第１図の結果は最高到達温度と損耗速度との関係を
調べ九ものであって、精錬の大部分はその温度以下で行
なわれていることを意味し、したがって常時１７００℃
以上となるような精錬を行えば損耗量はさらに大きくな
ることが容易に推察される。し九がって従来のポーラス
プラグを用いた。

不活性ガス吹込み攪拌は、高温長時間精錬には不適当で
あや、そのためポーラスプラグを用いたＶＯＤ法等にお
いてもその特徴を最大限に発揮することが困離で６つ九
。

なお攪拌用不活性ガス吹込手段としてはポーラスプラグ
の＃１か羽口形式のものがあるが、羽口形式のものにお
いては溶鋼の詰抄を防止する丸めに精錬中常時不活性ガ
スを吹込み続ける必要がある。

ところが高純度鋼、特に超低窒素鋼の精錬においては測
温、サンプリング、および炉内状況観察のため精錬途中
で精錬容器を大気に開放することがあに、この際に不活
性ガスを供給し続ければ溶鋼−の攪拌によって溶鋼と大
気とが接触して窒素が溶鋼中に侵入するおそれがあるか
ら、不活性ガスの吹込みを中断させる必要があり、した
がってこのような場合には羽口形式のものは使用できな
い問題があり、これらの理由から高温長時間精錬に耐え
、しかも中途で不活性ガスの吹込みを中断することが可
能な不活性ガス吹込方法の開発が強く望まれていた。

この発明は以上のような事情を背景としてなされ友もの
であり、不活性ガスの吹込みを中断する必要のないポー
ラスプラグを使用して不活性ガス吹込みによる攪拌を行
うに際し、高温でしかも長時間の精錬を可能にすること
を目的とするものである。

すなわちこの発明の溶鋼攪拌用不活性ガス吹込方法は、
基本的には従来の通常のポーラスプラグに使用されてい
たポーラス耐火物の表面を、通気性が低く攪拌用の不活
性ガスを実質的に通気しない緻密な耐火−で覆ったプラ
グを使用するものである。すなわち具体的には、第１番
目の発明に係る溶鋼攪拌用不活性ガス吹込方法は、溶鋼
を収容する精錬容器の溶鋼湯面位置よ）も下部に少くと
も２個以上の一個のポーラスプラグＣ１〜Ｐ　）を設け
、かつその第１番目から第ｎ番目までのポーラスプラグ
のうち、少くとも第２番目以降のプラグ（ｐ、〜ｐｆｉ
）社溶鋼と接する側の表面に通気性が低い緻密な耐火物
層を形成し九ものとするとともＫその願に前配緻書な耐
火物層の輝みを順次厚くした構成とし、不活性ガスを溶
鋼中に吹込むにあえに、前記第１番目から第１番目まで
のボーラスプラグ（Ｐ、〜ｐ、）Ｈその順に時間を置い
て順次不活性ガスを切替供給する仁とを特徴とするもの
である。

を九第２番目の発明は上述のような吹込方法の実施に直
接使用されるプラグに係るものであ抄、このプラグは前
述のように通気性が高いポーラス耐火物の表面を通気性
が低い緻密な耐火物で覆ったことを特徴とするものであ
る。

さらに第３番目の発明は前述のよう々吹込方法の実施に
直接使用される精錬容器に係るものであり、この精錬容
器は、溶鋼湯面位置よ〉も下部に２個以上のｎ個のボー
２スプラグ（Ｐｓ〜Ｐ、）を設け、かつその第１番目か
ら第ｉ番目までの各ポーラスプラグ（Ｐ塞〜Ｐｆｉ）の
うち、少くとも第２番目以降のボーラスプラグ（Ｐａ〜
ｐｎ）ｏ溶鋼と接する側の表面に通気性が低い緻密な耐
火物層をそれぞれ異なる厚みで形成したことを特徴とす
るものである。

以下この発明をさらに詳細に説明する。

第２図は第１発明の溶鋼攪拌用不活性ガス吹込方法の実
施に使用されるポーラスプラグの一例、すなわち第２発
明に係るポーラスプラグの一例を示すものであ）、この
ポーラスプラグＰは従来の通常のポーラスプラグに使用
されているものと同様な通気性が高いポーラス耐火物１
１例えばムライト質ポーラス耐火物あるいはアルミナ質
ポーラス耐火物の先端側の表面すなわち溶鋼Ｋｌｌする
側の表面に、通気性が低い緻密な耐火物層２、例えばマ
グクロ質耐火物あるいは高アルξす質耐火物の層２を予
め設定した厚みｄで形成し九構成とされている。なおこ
のポーラスプラグＰの基端側は鉄皮３によりて取囲まれ
、基端面中央には不活性ガス供給用パイプ４が接続され
ている。

上述のようなプラグＰにおいて、表面の緻密耐火物層２
は通気性が低く、シ九がってその緻密耐火物層２がある
程度以上の厚みを有する状態では、不活性ガス供給パイ
プ４から不活性ガスを送り込んでもその不活性ガスを通
過させて溶鋼中に吹込ませることは困離である。しかし
ながら緻密耐火物層２社溶鋼に接している間に次第にそ
の表面から溶損され（但しその溶損速度は後述するよう
にポーラス耐火物が直接溶鋼と接している場合と比較し
て格段に低い）で、その厚み４が次第に小さくなる。そ
しである程度の厚み、具体的には５■程度以下となった
段階で不活性ガス供給パイプ４から不活性ガスを送り込
めば、その圧力で緻密耐火物層２が吹飛ばされ、不活性
ガスを溶鋼中に吹込むことが可能となる。

第３図に社上述のようなポーラスプラグを用い友第３発
明に係る精錬容器、すなわち第１発明の溶鋼攪拌用不活
性ガス吹込方法の実施に使用される精錬容器の一例の底
部を示す、第３図において、炉ａ５には２個以上の複数
個のプラグ、例えば３個のプラグＰｇ　　、Ｐ、、Ｐ、
が設けられている。

これらのプラグＰ１〜Ｐｓのうち、第１のプラグＰＩは
従来の通常のポーラスプラグと同様に、ポーラス耐火物
１のみからなる構成とされている。

そして第２のプラグＰ、および第３のプラグＰ。

はそれぞれ前述のようにポーラス耐火物１の溶鋼側の表
向に通気性が低い緻密耐火物層２を形成し九構成とされ
ている。こむで第３のプラグｐｍはその緻密耐火物層２
の厚みｄ、が第２のプラグにおける緻密耐火物層２の厚
みｄ嘗より４大きくなるように設定されている。なお各
プラグＰ、、Ｐ、。

Ｐ、にはそれぞれ不活性ガス供給パイプ４１゜４２．４
３が接続され、各不活性ガス供給パイプ４１．４２．４
３にはそれぞれ開閉弁６１，６２゜６３が設けられてい
る。

第３図に示される精錬容器を用いて溶鋼中への不活性ガ
ス吹込攪拌を行う方法、すなわち第１発明の方法につい
て説明すると、先ず最初の段階では緻密耐火物層２が形
成されていない第１のプラグＰ１にアルゴンガス等の不
活性ガスを供給し、このプラグＰＭから溶鋼中へ不活性
ガスを吹込む。

この状態で吹込みを行っている間に第２．第３のプラグ
Ｐ、、Ｐ、の緻密耐火物層２の厚みは次第に薄くなる。

セして緻密耐火物層２が薄い方のプラグすなわち第２の
プラグＰ−における緻密耐火物層２の厚みが不活性ガス
圧力で吹飛ばし得る程度の薄さとなった段階で第２のプ
ラグＰ、に不活性ガスを供給し、同時に第１のプラグｐ
ｓへの不活性ガスへの供給を停止させる。斯くすれば第
２のプラグ２重の緻密耐火物層２が不活性ガス圧力によ
り吹飛ばされ、その第２のプラグＰ−から溶鋼中に不活
性ガスが吹込まれる状態となる。さらに時間が好適して
第３のプラグＰｓＫおける緻密耐火物層２の厚みが不活
性ガス圧力によ秒吹飛ばし得る程度の薄さとなった段階
で第３のプラグＰａＫ不活性ガスを供給し、同時に第２
のプラグＰＩへの不活性ガスの供給を停止させる。斯く
すれば第３のプラグＰＩの緻密耐火物層２が不活性ガス
圧力により吹飛ばされ、第３のプラグＰｉから溶鋼中に
不活性ガスを吹込む状態となる。このように不活性ガス
の吹込みを緻密耐火物層が形成されていないプラグから
スタートして、順次緻密耐火物層初期厚みが薄いプラグ
から厚いプラグへ切替えて行くことにより高温長時間吹
込みを行うことができる。すなわち、各プラグ社そのプ
ラグから不活性ガスの吹込みを行っている量線ポーラス
耐火物が溶鋼に露呈されているため相当な速度で溶損さ
れるが、その間他のプラグは表面が緻密耐火物層で覆わ
れていてポーラス耐火物自体は直接溶鋼に接しないため
そのポーラス耐火物自体の溶損は全くなく、シたがって
次にそのプラグからの吹込みを開始した時には、最初か
らそのプラグを用いたと同程度の時間は吹込み可能であ
シ、結局トータルとしてＯ吹込可能時間が著しく延長さ
れ、しかも高温精錬が可能と表る。

なお上述の説明では３個のプラグを用いた例について説
明し九が、３個の場合に限らないととは勿論であや、４
個以上の場合にも第２番目以降の各プラグをそれぞれ緻
密耐火物層を設は九構成とし、かつその番号＠に緻密耐
火物層の厚みを厚くして、第１番目のプラグから順次次
の番号のプラグに吹込みを切替えればよ抄一層長時間精
錬が可能となる。また緻密耐火物層を形成していない第
１番目のプラグＰ息と緻密耐火物層を形成した第２番目
のプラグＰＩとの２個のプラグを設けた場合にも適用で
き、この場合プラグの切替えはＩ！１０プラグＰｔから
第２のプラグＰ麿への切替えの１ステツプのみとなるが
、従来法と比較すれば２倍ｉｍの精錬長時間化が可能と
なる。さらに、溶鋼を梢煉容器に装入した直後には不活
性ガスを吹込まず、ある程度時間が経過してから吹込み
を開始する場合等においては、緻密耐火物層が設けられ
ていない従来構造のプラグを全く用いず、すべてのプラ
グに緻密耐火物層を設けておいても良い。

し九がって一般的には、２個以上のｌ個のプラグＰ１〜
Ｐ０を配設し、かつ少くとも第２番目以降のプラグＰ、
〜Ｐ、は緻密耐火物層を形成した構成とするとともＫそ
の順に緻密耐火物層の厚みを順次厚くした構成としてお
き、Ｐ露〜Ｐｆｉのポーラスプラグにその願に時間を置
いて順次不活性ガスを切替供給すれば良い。

上述のような各プラグへの不活性ガスの順次切替間隔は
、緻密耐火物層が吹飛ばされ先後のポーラス耐火物だけ
となり良状態でのその精錬温度における吹込み継続可能
時間とすれば良い、したがってその時間をＴ・とすれば
、設けるべきプラグ数は全精錬時間を前記時間Ｔｏで除
した値に対応させれば良い、一方、各プラグの緻密耐火
物層の初期厚みは、精錬温度における緻密耐火物層の損
耗速度と、不活性ガス吹込み圧力により吹飛ばし可能な
緻密耐火物層の厚みと、そのプラグを使用するまでの精
錬開始からの経過時間とに対応して′定められる。すな
わち、例えば緻密耐火物層としてマグクロ質緻密耐火物
が使用されている場合、精錬温度１７５０℃におけるそ
の耐火物層の損耗速度は５１ｈｒ　９度であシ、また不
活性ガス吹込み圧力による吹飛ばし可能な厚みは前述の
ように５■程度であるから、例えば精錬゛開始後２時間
経過してから使用するプラグの緻密耐火物層の厚みは２
Ｘ５＋５＝ｇ１５−＠度とすれば良い。

な幹、この発明の吹込方法と類似する方法として、表面
に緻密耐火物層が形成されていないポーラス耐火物から
なる従来構造のポー２スプラグのみを複数個設置して、
順次不活性ガスを吹込むプラグを切替える方法も考えら
れる。しかしながら緻密耐火物層が形成されていないポ
ーラス耐火物のみからなるプラグにおける不活性ガスを
吹込んでいない間の損耗速度は、吹込み中の損耗速度と
比較すれば格段に小さいものの、この発明のごとく表向
に緻密耐火物層が形成されたものと比較すれば著しく大
きく、特に高温精錬の場合にはその傾向が著しい、した
がって上記方法では切替時間間隔を次第に短かくしなけ
ればならず、その丸め多数のプラグを必要としてコスト
高となる問題が生じ、また九とえ多数のプラグを設けて
おいても、全精鋳時間は最後に吹込むプラグの損耗速ｆ
（そのプラグに吹込む前の待期中の損耗速度および吹込
み中の損耗速度）Ｋよって規制され、し九がって長時間
精錬は困難となる。

上述の説明で明らかなように、この発明で使用されるポ
ー２スプラグの表面の緻密耐火物層は、溶鋼と接してい
る状態における損耗速度が可及的に小さいことが望まし
く、その意味から曽述のようにマグクロ質またはアルミ
ナ質のものであってしかも実質的にポーラスでない気孔
率１８９６以下のものを使用することが望ましい、なお
ポーラス耐火物の気孔率は通常は３５−程度である。

以下にこの発明を高クロムステンレス鋼の溶製に適用し
九実施例を示す、なおこの実施例はクロムの酸化損失を
抑制しつつＣｒ２５ｓを越える高クロムステンレス鋼を
極低炭素まで脱炭するため、高温で精錬し九ものである
。

実施例 マグク四質レンガで内張シされ九５０）ン散鍋の底部に
次のような３個のプラグを設置し丸。

（１）第１プラグ・・・従来構造のムライト質ポーラス
耐火物からなるプラグ。

（２）第２プラグ・・・ムライト質ポーラス耐火物の先
端面にマグクロ質緻密耐火物層を１０−の厚さで形成し
たもの。

（３）第３プラグ・・・ムライト質ポーラス耐火物の先
端面にマグクロ質緻密耐火物層を１５■の厚さで形成し
たもの。

なおここで使用されたマグクロ質緻密耐火物層は、気孔
率１７％程度の４のであり、またムライト質ポーラス耐
火物は気孔率３５一種度のものである。

上述のようにプラグを設置し九取鍋ｇ、Ｃｒ２８％、Ｃ
０，５−を含有する５０トンの溶鋼を電気炉から受鋼し
、その取鍋をＶＯＤ装置内に収納し九。

そして先ず第１プラグにアルゴンガスを流量２００、θ
−１圧力６　ｋｉｍで供給して、アルゴンガス吹込によ
る攪拌を開始し、減圧した後ランスからの酸素上吹きに
よる脱炭を開始した。脱炭開始前の溶鋼温度は１６９０
℃であったが、脱炭開始後２０分で溶鋼温度は１７２０
℃に達し丸、この状態で６５分間処理した後、第１プラ
グへのアルゴンガス供給を停止し、第２プラグへアルゴ
ンガス供給を切替えた。その状態で１７２０〜１７５０
℃の温度軸ピで６０分間の精錬を行ない、次いで第３プ
ラグへアルゴンガス供給を切替え、同じ温度範囲で６５
分間の精錬を行った。その結果ＣＯ，Ｏ０５−以下の極
低炭素値まで脱炭することができ九、を丸缶プラグ切替
時のアルゴンガス１５重量確保は円滑に行なうことがで
き丸。

以上のようにこの発明の不活性ガス吹込方法によれば、
不活性ガスの吹込みを伴う精錬を高温でしかも長時間行
うことがてき、したがって例えば高クロムステンレス鋼
のＶＯＤ精錬に適用すればクロムの損失を抑えつつ極低
炭素まで脱炭できる等、高純度、高性能の鋼を容易に得
ることができる。

またこの発明の吹込用プラグおよび吹込精錬用容器を用
匹れば、上述の吹込方法を容易に実施することが可能と
なる。

なおこの発明はステンレス鋼のＶＱＤ精錬のみならず、
他の鋼種の溶製、あるいは他の精錬型式にも適用できる
ことはもちろんであ）、要は不活性ガス吹込みを伴う精
錬にはすべて適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のポーラスプラグの損耗速度と溶鋼温度（
−精錬中最高到達温度）との関係を示すグラフ、第２図
はこの発明（第１発明）の吹込方法に使用されるポーラ
スプラグの一例、すなわち第２発明に係るポーラスプラ
グの一例を示す縦断面図、第３図は第１発明の方法を実
施するための精錬容器の一例、すなわち第３発明に係る
精錬容器の一例の底部を示す縦断面図である。 １・・・小−７ス創火物、２・・・緘循耐火物層、Ｐ：
”’＊’２＋Ｐ３　　・・ボーレスグラブ。 出願人川崎装八株式会社 へ ｎ 塔 ４３１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　溶銅を収容する精錬容器の溶鋼湯面位置よ抄
   も下部に１少くとも２個以上のｎ個のポーラスプラグ（
   ｐｔ〜Ｐｎ）を配設し、かつその第１番目のポーラスプ
   ラグ（Ｐｇ）からｇａ番目のプラグ（Ｐｎ）のうち少く
   とも第２番目以降のポーラスプラグ←ＰＩ−Ｐｆｉ）は
   、溶鋼と接する側の表面に通気性が低い緻密な耐火物層
   を形成したものとするとともに、その順に前記緻密な耐
   火物層の厚さを厚くした構成とし、攪拌用の不活性ガス
   を溶鋼中に吹込むＫあたって、前記第１番目から第ｎ番
   目までのポーラスプラグ（ｐｓ〜Ｐａ）ｓｃその願に時
   間を置いて順次不活性ガスを切替供給することを特徴と
   する溶鋼攪拌用不活性ガス吹込方法。
2. （２）　　通気性が高いポーラス耐火物の表面に、通気
   性が低い緻密な耐火物層を所定の厚みで形成したことを
   特徴とする溶鋼攪拌用不活性ガス吹込用プラグ。
3. （３）前記緻密な耐火物層が、マグクロ質耐火物もしく
   はアルミナ質耐火物で形成されている特許請求の範囲第
   ２項記載のプラグ。
4. （４）溶鋼湯面位置よりも下部に少くとも２個以上の一
   個のポーラスプラグ（Ｐｓ〜Ｐｆｉ）が配設され、かつ
   嬉１番目のポーラスプラグ（Ｐ８）から第ｎ番目のポー
   ラスプラグ（Ｐ、）のうち、少くと４第２番目以降のポ
   ー２スプラグ（Ｐａ〜Ｐゎ）は、溶鋼と接する側の表面
   に通気性が低い緻密な耐火物層が形成されるとともにそ
   の順に前記緻密な耐火物層の厚みを厚くシ九構成とされ
   ていることを特徴とする不活性ガス吹込精錬容器。