JPS63166925A - 低窒素溶鋼の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、減圧雰囲気下で低窒素溶鋼を製造する方法に
関する。

〔発明の背景と従来技術〕

減圧雰囲気下での溶鋼の精錬は特に含クロム鋼の精錬に
よく適用されているが、この含クロム鋼の製造のさいに
は２周知のようにその窒素含有量を低下させることは非
常に困難である。その理由は、第一には溶鋼中のクロム
が窒素の活量を著しく低下させること、第二は１発生す
るｃｏ気泡にＮがくっついて逃げることによって脱窒が
進行すると一般に言われているが、含クロム鋼ではｃ。

気泡を生成する脱炭反応はクロムの存在によって特に低
炭素域で制約を受けるので、単位時間当りのＣＯガス発
生量が少なくなるためである。

このため、減圧雰囲気下で含クロム溶鋼を精錬するさい
には、極力〔χＣ〕濃度の高い溶鋼を減圧雰囲気下で酸
素吹錬し９その脱炭反応によって発生するＣＯガスによ
るボイリングを出来るだけ活発にすることによって脱窒
を図りでいるのが通常である。

一方、掻低窒素鋼の製造においては、前記のような脱窒
に加え、吸窒を防止することが重要となる。この吸窒の
防止には、精錬雰囲気ガス中の窒素分圧をできるだけ低
く維持することが必要である。このことは、　Ｊ、Ｃｈ
ｉｐｍａｎ　ａｎｄ　Ｊ、Ｆ、Ｂ１１１ｏＬＬらの求め
た の式からも説明できる。

したがって、従来より吸窒を防止する一般的な手段とし
ては排気能力の大きい真空装置を設置することが必要で
あるとされている。また、特公昭５３−１８３２３号公
報はこの吸窒を防止するために脱炭速度が低下する精錬
後期に真空容器のシール部に改造を加えこの部分から大
気圧以上のアルゴンガスを積極的に導入して容器内を大
気圧以上の圧力に維持することを提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のように吸窒を防止するために排気設備の能力向上
を図る方法では設備費用が嵩むほか能力的にも限界があ
り、また、排気能力だけを向上してもシールが不完全で
あれば意味がなく、このシールの完全性を期することに
は技術的な限界も存在する。

また、特公昭５３−１８３２３号公報に提案されたよう
に、減圧するのではなく逆にアルゴンガスで大気圧以上
の陽圧に容器内を維持する方法ではこのためだけに多量
のアルゴンガスの消費が必要であると共に減圧下での精
錬過程での吸窒を防止することができないという問題が
依然として存在する。

そして脱炭速度が低下する精錬後期にアルゴンガスによ
って陽圧する場合、その時期の選定が難しく、極低炭素
域にまで脱炭した時期ではもはや吸窒は起こっているで
あろうし、逆に吸窒があまり生じない脱炭反応が比較的
活発な時期で陽圧にしたのでは極低炭素鋼を得ることが
できない、またいったん陽圧にしてしまうと脱ガス目的
の減圧下での仕上精錬などをその後に続行したい場合に
不都合が生じる。

本発明はこのような問題の解決を目的としてなされたも
ので、特に含クロム鋼の減圧下での精錬において問題と
なる吸窒の防止を図って極低窒素鋼を経済的に製造する
方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決する手段〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は、溶鋼をその中に入れた閉鎖容器内のガスを排気装置
によって連続的に排気しながら溶鋼を減圧雰囲気下で精
錬するさいに、精錬中における減圧雰囲気ガス中の窒素
濃度を該排気装置に排気される排ガスから検出し、この
検出された窒素４度が域値を超えたときに排気を続行し
ながら窒素以外のガスを該雰囲気ガス中に系外から導入
することを特徴とする低窒素溶鋼の製造法に存する。す
なわち本発明は、減圧下での精錬を続行しながらその精
錬過程の減圧雰囲気ガス中の窒素濃度を排ガス分析計を
用いて連続測定し、この窒素濃度の値が域値以下に維持
されるように減圧雰囲気ガスに窒素以外のガスを導入し
、この他のガスの減圧雰囲気中への導入によって精錬過
程にある減圧雰囲気ガスに含まれる窒素の割合を相対的
に下げること、つまり減圧雰囲気ガスの窒素分圧ひいて
は窒素濃度を一定値以下に維持することを特徴とする。

〔発明の詳細な 説明の実施にさいし、減圧雰囲気ガスの窒素分圧を下げ
るために系外から導入するガスとしては減圧精錬に通常
使用されるガス、特に不活性ガスや酸素ガスを単独また
は複合して使用するのが便宜である０本発明においては
系外からこれらのガスを導入しても減圧雰囲気に維持す
る点で、つまり排気装置を稼動しながらこれらのガスを
導入する点で前述の特公昭５３−１８３２３号公報に提
案の方法とは基本的に相違する０本発明法の場合は、ガ
スの絶対量が少なくなっている減圧雰囲気の窒素分圧を
所定値以下に下げるだけでよいのであるから、導入する
ガス量は該公報の方法に比べて格段に少なくて済む。こ
の導入ガスの流量は実際には流量調節計を介して調節し
ながら導入するのがよい。

本発明法は減圧雰囲気中にガスが導入でき且つ真空排気
装置を備えた精錬設備であれば適用できる。また本発明
法は必ずしも含クロム溶鋼の精錬に限られるものではな
いが、含クロム溶鋼の精錬に適用した場合には既述のク
ロムの含有による問題が効果的に解決されるので極低窒
素含クロム溶鋼の製造が有利に行える０例えば含クロム
溶鋼の精錬に使用されている酸素吹錬ランス付きの真空
取鍋脱ガス設備に本発明法は好適に適用できる。

この場合には、酸素ガスおよび／または不活性ガスを咳
ランスを介して、また取鍋底部に設けられているポーラ
スプラグを介して不活性ガスを減圧雰囲気中に導入すれ
ばよい、この含クロム溶鋼の精錬の場合、排ガス中の窒
素濃度の域値を４０％以下の値に設定することによって
極低窒素含クロム溶鋼が製造できる。

以下に、真空取鍋脱ガス装置に本発明法を適用する場合
を例として本発明法の内容をより具体的に説明する。

第１図に真空取鍋脱ガス装置の概要を示す。１は容器本
体（ベッセル）１２ば蓋（ベッセルカバー）であり、容
器本体１にＭ２をシール３を介して被せることによって
閉鎖容器４が形成される。

５は排気装置（例えばスチームエゼクタ−）であり、閉
鎖容器４内の雰囲気ガスをダクト６を経て排気する。閉
鎖容器４内には溶鋼７を収容した取鍋８がセントされる
。この取鍋８の底部にはポーラスプラグ９が設けてあり
、不活性ガス＃１０ａからこのポーラスプラグ９を経て
溶ｍ７内に不活性ガスが吹き込まれる。ｌｌａはこの不
活性ガスの流量を調節する流量調節計を示す。一方、Ｍ
２には酸素吹錬用ランス１２と、溶鋼に添加剤を供給す
るためのホンパー１３が、シール１４．１５を介して取
付けられている。ランス１２には酸素源１６から酸素ガ
スが流量１１節計重７を介して供給される。また不活性
ガス源１０ｂから流＊　！Ｊ１節計１ｌｂを介して不活
性ガスもこのランス１２に供給できるようになっている
。１日は窒素濃度およびその他のガス濃度を検出する排
ガス分析計であり、この排ガス分析計１８には１排気装
置５に通ずるダクト６に試料採取口１９をもつサンプル
ダクト２０を経て、排ガスサンプルが連続的に供給され
る。

ランス１２への不活性ガス供給源１０ｂ、その流ｆｕｌ
１節計１１ｂ、　　排ガス分析計１８．排ガス試料採取
口１９゜サンプルダクト２０などは本発明法の実施のた
めに設置されたものである。

減圧下での精錬を効果的に行ない且つ溶鋼への吸窒を防
止するには、排気装置５が稼動している減圧操業の間に
、閉鎖容器４内へ大気が侵入するのを出来るだけ防止す
ることが必要であるが、シール３．１４．１５などを可
及的に完全にしても、実際操業では大気の侵入を完全に
防止することはできない。第２図は精錬中の同一時期に
おける各チャージ間の平均的な侵入空気量を測定した結
果を例示するものであるが１第２図に見られるとおり。

平均的な大気侵入空気流量は１．６Ｎｍ’／ｍｉｎであ
った。また、第３図は従来法に従ってステンレス鋼の代
表鋼種である５ｔｌＳ４３０の溶鋼の精錬を真空取鍋脱
ガス装置で精錬した場合の溶鋼中の〔χＮ〕の推移を脱
炭の進行との関連で調べたものであるが。

同図より脱炭の進行に伴って脱窒が進行するが。

ＣＸＧ）がおよそ０．０７％程度にまでなると〔χＮ〕
は上昇に転することがわかる。本発明者らはこの原因に
ついて種々検討を続けたが、ここに重大な点に気づいた
。排気装置が定常に稼動しシール状態も不変であっても
、つまり一定の排気能力下で一定の侵入空気’ｔＲｉ下
にあっても、精錬の成る時期からは減圧雰囲気ガス中の
窒素濃度が徐々に高くなるという事実である。第４図お
よび第５図はこの事実を示すものである６ 第４図は、第３図の場合と同様な精錬において排ガスの
流量と排ガス中の窒素４度が脱炭の進行につれてどのよ
うに変化するかを調べたものであるが、徘ガス中の窒素
ガスの流量は脱炭の進行につれて実質上変化していない
（第４図のＸ印の曲線）。つまり、閉鎖空間４を減圧に
維持して精錬を続行する間に、この閉鎖空間４に侵入す
る窒素ガスの流量（ひいては侵入空気の流量）は精錬の
ほぼ全過程においてほぼ同程度であり、特別の変動は見
られない、ところが、第４図の下図に見られるように排
ガス中の窒素濃度は脱炭が進行するにつれて徐々に増加
するのである（この図中に示されている排ガス中の窒素
濃度は閉鎖空間４内の減圧雰囲気ガス中の窒素濃度に対
応する）、これは、第４図の排ガス流量中のトータルガ
ス流量（Ｏ印の曲線）とＣｏガス流量（・印の曲線）の
変化から説明が付けられる。すなわち、精錬の進行につ
れて脱炭速度も低下するので、排ガス中のトータルガス
流量とＣｏガス流量は低下するが。

侵入空気流量に大きな変化がない（排ガス中の窒素ガス
流量に変化がない）ので、Ｃｏガス流量が低下する分だ
け、相対的に排ガス中の窒素量が増加するのである。特
に排ガス流量が低下する精錬の後期では減圧雰囲気ガス
の絶対量が少なくなるので、その分だけ、Ｃｏガス量（
００分圧）が小さくなると窒素量の割合（窒素分圧）が
大きくなる。第５図はこれを一層わかり易く示したもの
である。〔χＣ〕が０．０７％の段階と〔χＣ〕が０．
０３％の段階とでは、後者の方の排ガス組成はＣＯが低
下する分だけＮｔが増大した組成となり、減圧雰囲気ガ
ス中の窒素濃度が大きく増大するのである。

本発明はこの精錬過程におけるＣＯ発生量の減少による
減圧雰囲気ガス中の窒素量の相対的増加を、減圧雰囲気
を維持しながら　（排気装置を稼動しながら）系外から
窒素以外のガスを系内に導入することによって抑制する
ことに基本的な特徴がある。すなわち、排気装置５を稼
動しながらダクト６内を流れる排ガスを排ガス分析計１
８に連続的にサンプリングし、この分析計１８で得られ
る窒素濃度が域値を越えた場合に第三のガス、具体的に
は不活性ガスおよび／または酸素ガスをランス１２およ
び／またはポーラスプラグ９を介して閉鎖空間４に導入
するのである。これによって、減圧雰囲気ガス中の不活
性ガス量および／または酸素ガス量を増大させ、窒素ガ
ス量の相対的低下（窒素濃度の低下）を図るのである。

これに必要な導入ガスの量は、その導入時期では減圧雰
囲気下の閉鎖空間４内に存在するガスの絶対量は非常に
少ない時期にあるから、それ程多（必要としない点で本
発明法は非常に経済的な吸窒防止法を提供するものであ
る。

そのさいの域値の設定は目標とする〔χＮ〕と排ガスダ
クト中の窒素濃度との関係を予め求めておけばよく、こ
れを用いて目標レベルの低窒素または極低窒素溶鋼の製
造ができる。第６図は、第３図〜第５図の測定値を得た
のと同じ＜　５Ｏ５４３０の溶鋼の精錬を行った場合に
、精錬中における減圧雰囲気ガス中の窒素濃度を故意に
変化させ、排ガス中の平均窒素濃度（Ｘ）と真空脱ガス
後の溶鋼中の〔χＮ〕の関係を調べたものであるが、こ
の例では排ガス中の平均窒素濃度が４０％以下の場合に
は溶鋼中の〔χＮ〕もｏ、ｏｏｓ％と低いレベルである
が。

４０％を越えると徐々に溶鋼中の〔χＮ〕も上昇するこ
とがわかる。したがって１本例では極低窒素溶鋼を製造
したい場合には、該域値を４０％の成る値に設定すれば
よいことになる。

〔作用効果〕

このようにして本発明法によると、溶鋼への吸窒が効果
的に防止できるので脱窒負荷を軽減することが可能とな
り、低窒素または極低窒素溶鋼の製造が経済的に行い得
る。特に、従前のように減圧下での酸素吹諌前の〔χＣ
〕値を高くする必要がない点で脱ガス工程での能力向上
が図れる点と精錬時間の短縮ができる点で実操業上に大
きな効果が発揮され得る。そして３本発明法の場合には
減圧精錬下において多少の侵入空気の存在は許容され得
るので、閉鎖容器のシール部に特に神経をつかう必要も
なくなり、従来のような過度のリークチェックの煩わし
さから開放され得る。さらに。

既述の特公昭５３−１８３２３号公報の従来法のように
閉鎖容器内を大気圧以上の不活性ガスで置換してしまう
ような静的な方法によるのではなく０本発明の場合には
減圧雰囲気を維持しなから吸窒を動的制御で防止するの
であるから精錬の休止や脱炭反応への悪影響といったこ
とは回避される点で非常に宥和な低窒素または極低窒素
溶鋼の製造法を提供するものである。

以下に本発明法を実施した場合の代表例を対照例と共に
挙げる。

実施例１ 第１表に示す成分の鋼種Ａｌ５Ｉ４０９を第１図に示す
ような真空取鍋脱ガス装置によって精錬した。

第１表　〔単位：重量％〕 転炉から受鋼した溶鋼５０トン入りの取鍋をベッセルに
セットし、取鍋底部のポーラスプラグよりアルゴンガス
を３０ＯＮ　１　／ｗｉｎで流した。ベッセルカバーを
セットして減圧を開始し、１００１−−ル以下まで減圧
したあとランスより酸素吹錬を開始し。

〔χＣ〕が０．０７％まで脱炭したところで酸素吹錬を
停止した。この時の排ガス中の窒素濃度は３８％程度で
あった。

〔対照例〕　；前記の酸素吹錬停止後、従来どうり１０
分間真空を保持して溶鋼中の溶存酸素による脱炭を図っ
た後、脱酸および合金元素調整のためにＦｅ−３ｉ等を
添加し、更に５分間真空を保持したあと真空を終了した
。

〔本発明例〕　；前記の酸素吹錬停止後、該対照例と同
じ時間、同じ処理を行ったが、その処理の間において、
酸素吹錬用ランスからアルゴンガスを１．０〜３．ＯＮ
ｍ’／ｎ＋ｉｎで流した。そのさい、排ガスサンプルを
排ガス分析計に導きながら、その検出される排ガス中の
窒素濃度が常に４０％以下となるように、ランスに供給
するアルゴンガスの流量を流量調節計で調節した。

精錬前後の〔χＮ〕および〔χＣ〕を第２表に示した。

第２表〔単位：重量％〕 実施例２ 第３表に示す成分の鋼種５ＵＳ４４４を第１図に示すよ
うな真空取鍋脱ガス装置によって精錬した。

第３表　〔単位：重量％〕 転炉から受鋼した溶ｊＩ４５０トン入りの取鍋をベッセ
ルにセットし１取鍋底部のポーラスプラグよりアルゴン
ガスを６０ＯＮ　ｉ’　／ｗｉｎで流した。ベッセルカ
バーをセットして減圧を開始し、１００）−ル以下まで
減圧したあと、ランスより酸素吹錬を開始した。ここま
では、対照例と本発明例とも同じである。

〔対照例〕；〔χＣ〕が０．０４％までは酸素吹錬流量
１０１００ＯＮ／Ｈｒ、　　ランス高さ１０００ｍｍに
て吹錬し、　〔χＣ〕が０．０４％以下については酸素
供給過剰によるクロム酸化を減する目的から酸素ｉ　！
１５０ＯＮｍ′／Ｉｌｒ、　　ランス高さ４５０ｍ５＋
にて吹錬した。〔χＣ〕が０．０１５％まで低下したあ
と、酸素吹錬を停止し、１０分間真空を保持して溶鋼中
の溶存酸素による脱炭を図った６次に、　１０分保持後
、脱酸および合金元素調整のためにＦｅ−３ｔ等を添加
し、更に５分間真空を保持したあと真空を終了した。

〔本発明例〕；該対照例と同じ処理を行ったが。

その処理の間、排ガス中の窒素濃度を排ガス分析計で検
出しつづけた。〔χＣ〕が０．０６％まで低下した時点
で窒素濃度の検出値が４０％を越えたのでランスからア
ルゴンガスをＩ　Ｎｍ３／１ｌｌｉｎの流量で酸素と−
緒に混合して供給した。このアルゴンガス流量のもとて
〔χＣ〕が０．０４％まで吹錬した時点において窒素濃
度の検出値が４０％を越えそうになったのでランスから
のアルゴンガス供給量を２〜３　Ｎｍ３／＋１１１１に
増量し、以後の酸素吹錬中はこの流量範囲でアルゴンガ
スを流しながら排ガス分析計で検出した窒素濃度が４０
％を越えないように流量調節計で調節した。また酸素吹
錬終了後の処理ではアルゴンガスを３〜４　Ｎｍ’／ｓ
ｉｎの範囲で流し、この流量範囲で窒素濃度検出値が４
０％以下となるようにアルゴンガスの流量を流量調節計
で調節した。

精錬前後の（ＸＮ）および（χＣ〕を第４表に示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を適用することができる真空取鍋脱ガ
ス装置の概要を示す略断面図。 第２図は減圧下での精錬を行った場合の真空容器内への
大気侵入空気流量の平均を示す図３第３図はＳＵＳ４３
０ｍの真空取鍋脱ガス装置による精錬時の溶鋼中の〔χ
Ｎ〕の推移を脱炭の進行との関係で示した図。 第４図は第３図同様の精錬過程での〔％Ｃ〕と排ガス流
量および排ガス中の窒素濃度との関係を示す図。 第５図は第３図同様の精錬途中での〔％Ｃ〕が０．０７
％の時と０．０３％の時の排ガス流量と排ガス組成を比
較した図。 第６図は第３図同様の精錬過程での排ガス中の平均窒素
濃度と溶鋼中のＣＸＮ３の関係を示す図である。 １・・容１本体（ベッセル）、　２・・蓋（ベッセルカ
バー）、　　　３，１４．１５・・シール。 ４・・閉鎖容器、　　　５・・排気装置。 ６・・ダクト、　　７・・溶鋼、　　８・・取鍋。 ９・・ポーラスプラグ、１０・・不活性ガス源。 １１・・不活性ガスの流量調節計、１２・・酸素吹錬用
ランス、　　１７・・酸素流量調節計。 １８・・排ガス分析計、　　　１９　　・・排ガス試料
採取口、２０・・サンプル採取ダクト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鋼をその中に入れた閉鎖容器内のガスを排気装
   置によって連続的に排気しながら溶鋼を減圧雰囲気下で
   精錬するさいに、精錬中における減圧雰囲気ガス中の窒
   素濃度を該排気装置に排気される排ガスから検出し、こ
   の検出された窒素濃度が域値を超えたときに排気を続行
   しながら窒素以外のガスを該雰囲気ガス中に系外から導
   入することを特徴とする低窒素溶鋼の製造法。
2. （２）系外から導入する窒素以外のガスは不活性ガスお
   よび／または酸素である特許請求の範囲第１項記載の低
   窒素溶鋼の製造法。
3. （３）窒素濃度の域値は４０％以下の値である特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の低窒素溶鋼の製造法。
4. （４）溶鋼は酸素吹錬ランス付きの閉鎖容器内にセット
   された取鍋内に収容され、系外から導入する窒素以外の
   ガスは酸素吹錬ランスおよび／または取鍋底部のポーラ
   スプラグから導入される特許請求の範囲第２項記載の製
   造法。