JPS58130216A

JPS58130216A - 高合金鋼、ステンレス鋼の溶製法

Info

Publication number: JPS58130216A
Application number: JP57012479A
Authority: JP
Inventors: Shozo Murakami; 村上　昌三; Mutsuo Nakajima; 中嶋　睦生; Tetsuo Uchimura; 内村　鉄男; Masamitsu Tsuchinaga; 雅光槌永
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1983-08-03

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】本発明は高合金鋼、ステンレス鋼の溶製法に関する。

ステ／レス鋼、あるいは高合金鋼の精錬の特徴は、クロ
ムやマンガンの如き比較的酸素との親和力の大きい元素
を高濃度に含んだ溶鋼の脱炭反応を、如何にクロムやマ
ンガンの酸化反応に優先させて行うかつまり如何に優先
脱炭を炭素の低濃度まで確保するかにある。

従前のステンレス鋼、あるいは高合金鋼の精錬は専ら電
気炉で溶解−説炭精錬一還元精錬の一連の操作で行い、
上部の優先脱炭の条件は、クロムやマンガンと炭素の酸
素に対する親和力の温度依存性の差を原理とし、１９０
０°Ｃ前後の非常に高温な状態での脱炭反応の実施によ
シ確保するものである。この方法では、電気炉での精錬
温度が極度に高温となり耐火物損傷の問題を生じ、かつ
高温にすることで優先脱炭の条件が必ずしも充分ではな
く、クロムなどの酸化反応の抑制が充分達成されず、次
の精錬工程で酸化クロムをシリコンで還元する負荷が犬
となり、精錬効率も充分満足できるものでない。また、
電気炉に於いて全ての精錬工程を実施する為に、電気炉
の能力も著しく阻害するものであった。

最近の冶金技術の進歩発展によって、ステンレス鋼、高
合金鋼の優先脱炭を他の条件である真空上脱炭、および
アルゴン稀釈脱炭の両法で実用化されている。前者は、
ＶＯＤ法、ＲＨ−ＯＢ法、後者はＡＯＤ法として今日広
く採用されている。

これ等の新しく開発実用化された精錬法の出現は、電気
炉を溶解炉としての機能に限定し、脱炭以降の精錬反応
を、電気炉とは別の精錬炉で行う、所謂精錬機能の分割
を行うこととなった。このような溶解工程と精錬工程の
分離が行われたことによって、それまで困難とされた転
炉が、粗脱炭炉としてステンレス鋼精錬に適用されるに
到った。

このような、最近のステンレス鋼、高合金鋼の精錬技術
の発達は、特に、脱炭の精錬機能の大幅な改善強化を持
たらし、この結果、主原料配合の炭素濃度を上げること
が可能となり、安価な原料の使用が促進されると同時に
、炉容の拡大による高能率、高効率化が図られることと
なった。安価な原料（例えば、高炭素フェロクロム、高
炭素フェロニッケル、高炭素マンガンなど）の使用促進
による原料の配合炭素濃度の大幅上昇、これと同時に行
われた炉容の大型化は、脱炭炉の脱炭負荷を著しく増大
させる結果となった。しかしこのような苛酷な条件でも
、従来の電気炉単一炉による溶製法に比して、新しい冶
金原理を適用した上述の最近のステンレス鋼、高合金鋼
の溶製法は、大幅なコスト切り下げ、能率向上が図られ
る。

然しなから、最近の溶製法自体を見ると、上述の原料配
合条件の苛酷化、炉容の拡大による、脱炭負荷の増大は
、現状の溶製法に於ける生産能率、耐火物コスト、ある
いは歩留などの面で大きな障害になっている。このよう
な最近のステンレス鋼、高合金鋼の溶製法の限界に対し
て、新しい技術的解決策が模索されつつある。

本発明は、このような、脱炭負荷の増大に対応し得る優
れた脱炭機能を主とした精錬機能を有するステンレス鋼
、□高合金鋼の溶製法を提供することにある。

本発明の基礎となる技術は、ＡＯＤ法と原理を同じくす
るアルゴン稀釈脱炭法である。

ＡＯＤ法は、第１図に示しだ如く、通例鋼浴側壁部に設
けた二重前羽口の内管よシ酸素、あるいは酸素とアルゴ
ンの混合ガスを、外管よ９羽口保護ガスとしてアルゴン
ガスを、夫々吹き込み、装入された溶鋼の脱炭を行い、
脱炭完了後に、内、外管夫々にアルゴンガスを吹き込み
、シリコンなどの還元剤を装入し、かつスラグの塩基度
調整を行って、還元精錬を行うものである。このＡＯＤ
法の底吹ガスの吹込能力は、原料の配合炭素濃度、およ
び炉容より決まる脱炭量の負荷に応じて、羽口の口径と
本数によって決定され、これで制約される脱炭用酸素の
供給速度によって決定される精錬の大部分を占める脱炭
時間を、ある限度以下にすることが設計の基本的考えで
ある。つまり、ＡＯＤ法の底吹ガス吹込能力を決定する
要因は、脱炭時の必要酸素の供給速度と脱炭完了後の還
元期における鋼浴とスラグの混合、攪拌による速やかな
還元反応の遂行に必要な攪拌用底吹ガスの吹込み速度の
二つがあるが、前者の必要吹込能力は、後者の必要吹込
能力に比して、数倍以上太きい。

この為、通常のＡＯＤ操業では、脱炭時は、１０に１７
ｍ２以上の高圧で吹き込むが、還元期では、１０ｋｇＡ
：ｍ”以下の低圧でアルゴン吹き込みを行い、高価なア
ルゴンの節減を行っている。

従って、底吹ガスの供給速度を制約する羽口本数と羽口
口径は、必要脱炭速度、あるいは時間によって決定され
る。羽口本数は、炉傾動を通常の片側の一方向に行った
時に、羽口が溶鋼面より上にある範囲に配置すること、
及び、羽口間の反応と耐火物損傷の干渉がないことの条
件を満たす羽口間隔が必要なため、設置本数には自ずと
制限がある。また羽口口径は、一般に確認されているよ
うに、口径が大きい程その羽口及び周囲の耐火物の損傷
が激しくなり、これより羽口口径にも自ずと限界がある
。

しかもこの羽口本数及び羽口口径の裕度は、炉容が大き
くなればなる程小さくなり、羽口条件は厳しくなる。こ
の結果、例えば、５０〜７０トンの炉容のＡＯＤ法では
、羽口本数５本、羽ロロ径１２ｍｍφ　で、脱炭時の酸
素とアルゴンの混合ガスの吹込み速度は、吹込み圧力１
２〜１５　ｋｉ＞２の高圧で３５００〜３７００　Ｎｒ
ｒ？膚が限度で、これによる脱炭時間は４５分から、長
い場合には６０分にも及んでいるのが実情である。しか
も、この脱炭の後半は、約１７００℃の高温で推移し、
この精錬時間が長いこともあって、炉寿命が１００〜２
００回と短かく、耐火物コストが非常に高いことが特徴
である。

当然のことながら、このように長い精錬時間は、ＡＯＤ
炉の生産能率を低下させるばかシでなく、次工程の連続
鋳造機の能率を阻害する要因となっている。

本発明者等は、ステンレス鋼、高合金鋼の脱炭法につい
て、種々詳細な検討、研究を行った結果、脱炭用酸素の
供給を、従来のような底吹羽口のみではなく、通常の上
吹ランスよりも行う、上底吹法を考案し、種々の基礎的
な研究を行った。

この研究結果に基づいて、大型炉での確性試験を実施す
る為、第２図に示すように転炉炉底に６本の二重前羽目
を設け、その内管には酸素、窒素、アルコンを夫々独立
に、あるいは任意の混合ガスとして流せ、外管には、プ
ロパン、窒素、アルゴンを流せるようになし、また、上
吹設備として通常の上吹転炉で用いられる上吹水冷ラン
ス全配置し、これより酸素、あるいは、酸素とアルゴン
、あるいは、窒素の混合ガスを流せるようにした。

第２図の試験設備を用いて、クロム系ステンレス（ＳＵ
Ｓ４３０）の溶製試験を行った。この転炉に装入した粗
溶鋼は、電気炉で溶解し、組成は、炭素が約１．５％、
クロムが約１８％、温度が１５００’Ｃ１粗溶鋼量が１
５５トンと各試験についてはソ一定の同一条件にした。

この粗溶鋼を用いて、以下の３種の異なる溶製法につい
て確性試験を行った。

Ａ法従来のＡＯＤ法と同じで羽口口径３　Ｑ　ｒａｍφの６
本の羽目よシ、脱炭時は酸素、あるいは、酸素とアルゴ
ンの混合ガスを８５００〜９５０ＯＮＷ？／時吹き込み
還元期には、ｓｓｏｏｕｍ”／時のアルゴンを吹き込ん
で精錬を行う。上吹ランスよシの吹酸は行わない。

Ｂ法羽口口径２５ｍｍφ　の羽口６本より脱炭時は酸素、あ
るいは酸素とアルゴンの混合ガス’１５５００〜６　ｓ
　ｏ　ｏ　Ｎ７７／／時吹き込み、還元期には６０００
　置場のアルゴンを吹き込み、上吹ランスより、酸素の
みを脱炭開始より溶鋼の炭素濃度が０．５％まで２４０
００　Ｎｎ？／時の速度で継続し、０．５％にて中止し
て以後は底吹ガスのみによる脱炭を行う。

Ｃ法羽口口径１５ｍｍφの羽口６本より、脱炭時は酸素、あ
るいは、酸素とアルゴンの混合ガスを約２４００　Ｎｍ
”／時吹き込み、還元期には、２１００　Ｎｒｒ？／時
のアルゴンを吹き込む１．上吹ランスよシ、脱炭開始よ
り溶鋼の炭素濃度が０．７〜０．５％までは酸素を２４
０００　Ｎｙｙ／／時　で吹酸し、この後炭素が０．２
５％まではＯ／Ａｒ比を何、炭素が０．２５〜０．０８
％　の間はＯＶ比を４、これ以降脱炭目標の０．０４％
まで、ｒＯｚ７．ｒ比を署で、かつこれ等の混合ガスの流量は１
６ｏｏｏＮｉ／時とした。尚、Ａ法からＣ法までの底吹
ガスの酸素とアルゴンの混合比率は、Ｃ法の上吹ランス
におけるものと同じ炭素濃度域と０し貨比とした。

上記の３種の溶製法の試験結果を主なものについて比較
する。

先ず、脱炭時間は、従来のＡＯＤ法と同じＡ法では、約
４５分から５０分か＼るのに対して、上吹酸素を活用し
たＢ法は４０分から４５分、さらに炭素濃度が０．７〜
０．５％以下で炭素濃度に応じて酸素にアルゴンガスを
混合した上吹酸素を供給するＣ法では２６分から３２分
と大幅に短縮されている。

次にクロム歩留の比較では、底吹のみ行うＡ法が最も安
定しておシ、９５．５％、Ｂ法では９１　、ｓ　％、Ｃ
法では９０．５％とＢ法、Ｃ法の歩留低下が顕著である
。さらに、羽口と炉底耐火物の溶損については、羽目口
径が大きく、底吹ガス量の多いＡ法では、平均６〜８ｍ
ｍ／ヒートの溶損速度、Ｂ法では４〜６ｒｒＬｒｎ／ヒ
ート、および羽目口径が小さく、底吹ガスの少ないＣ法
では１．５〜２．０　ｍｍ／ヒート　と羽口口径の影響
が極めて大きいことが認められた。この他の精錬上の特
徴としては、上吹酸素を併用するＢ法、Ｃ法では、底吹
のみのＡ法に比して、炉内のＣＯ→ｃｏ２　の二次燃焼
率が高く、この分熱効率が冒く、脱炭終了後に冷却剤（
ＳＵＳ４３０のリターン屑）を装入し得る熱的裕度が確
保され、この経済効果が大きいことが確認された。

以上の結果よシ分る如く、上吹酸素を併用するＢ法、Ｃ
法については、クロム歩留の大幅低下の問題が大きいこ
とが実用化上大きな障害となる。

この問題を解決する為、種々の調査検討を行った。

集塵水中のクロム濃度の分析より、上吹酸素にアルゴン
を混合しない、つまり、工業的純酸素を上吹ランスより
吹酸している期間には、集塵水中のクロム濃度が極度に
高くなっていることを発見した。この原因について、種
々の研究を行った。上吹酸素が鋼浴に吹き付けられて反
応する領域、所謂、火点域では、酸素の酸化発熱により
、鉄の蒸発温度約３０００°Ｃになっており、この超高
温条件で鉄、およびクロムなどの含有合金成分が蒸発し
これが脱炭生成物のＣＯガスで運ばれて集塵機に入り、
大きなりロム歩留の低下となっていることが結論づけら
れた。なお、Ｂ法、Ｃ法では、クロム歩留のみならず、
鉄の歩留も犬きく低下しており、火点での上記の蒸発損
失の考え方と符号する。

そこで、クロム歩留向上策として、上吹酸素による火点
の温度を下げる方法を検討した結果、炭素濃度が０．５
〜０．７チ　　の領域でも、上吹酸素にアルゴンあるい
は窒素を混合して、火点の冷却を図太点での急激な発熱
反応に伴う、鉄やクロムの酸化反応を抑制し、火点に於
ける鉄やクロムの蒸発を抑えることを着想するに到った
。この考え方を確認するため、先に述べたＣ法で、脱炭
始めよシ鋼浴中の炭素濃度が０．５〜０，７％の間を酸
素に窒素ガスを種々の比率で混合し脱炭の試験を行った
。

尚、この時の上吹酸素分は常に２４０００ゝ−−ｉと一
定にした。この結果、上吹酸素に対する窒素の混合比率
が、約１５％でクロム歩留の可成シの向上が見られ、２
０ｓ　ではクロム歩留が９４．５％　まで改善され、そ
れ以上の混合比率では余９改善は見られなかった。この
結果は、従来のＡ法に対してクロム歩留で約１％の低下
となるが安価な原料を使用する配合条件の厳しさ、大型
炉に於ける大幅な能率向上、耐火物寿命の延長さらには
、熱収支の改善による冷却剤の使用効果、小口径の羽口
使用による還元期のアルゴン使用量の減少など、クロム
歩留低下の分を補って余りある大きな経済的効果を有す
ることが明らかになった。

本発明の実施態様は、さきに述べたものに限定されるも
のではなく、実質的に上吹酸素にアルゴンや窒素の不活
性ガスを混合して、鉄、クロム、あるいは、二、ケルな
どの蒸発損失を防止し、かつクロムなどの酸化を抑制し
て高能率、高効率の脱炭を行うことを特徴とする他の実
施態様も含まれる。例えば、粗溶鋼を転炉に装入する代
わりに常温、あるいは加熱されたフェロクロムや屑鉄と
予め脱燐された溶銑を装入して脱炭、昇熱の溶解などを
行う方法にも適用される。この場合には、溶銑の炭素濃
度が高いため、主原料の配合炭素濃度は極度に画くなり
、例えばＳ［ＪＳ　４３ｏ（１８Ｃｒ　）では、５ｑ６
を越えるようになシ、本発明の如き強力な脱炭能力によ
って始めて溶製が可能となると云っても過言ではない。

また溶製炉としては、第１図に示したＡＯＤ　炉に上吹
水冷ランスを設置しても、全く同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＡＯＤ　炉概念図、第２図は本発明の上
底吹併用炉概念図である。１・・・・・・炉体２・・・・・・・・・二重管胴口３・・・・・・・・内管４・・・・・・・・外管５・・・・・・・・溶鋼６・・・・・・・・　上吹水冷ランス７・・・・・・・・　二重管底吹羽口

Claims

【特許請求の範囲】

鋼浴々面下に設けた底吹用羽口と、上吹ランスを有する
精錬炉に、高合金鋼、またはステンレス鋼の粗溶鋼を装
入するか、あるいは、前記高合金鋼、またはステンレス
鋼を溶製する為の合金鉄、屑鉄、及び予め脱燐した溶銑
、または溶鋼を装入して脱炭精錬を行うに際し、底吹用
羽口より酸素、あるいは酸素とアルゴン、または、酸素
と窒素の混合ガスを鋼浴に吹き込むと同時に、上吹ラン
スより酸素とアルゴン、または酸素と窒素の混合ガスを
、脱炭期の全期、あるいはその一部期間鋼浴面に吹き込
んで脱炭精錬を行うことを特徴とする高合金鋼、ステン
レス鋼の溶製法。