JPH0488115A - 低窒素合金鋼の製造方法 - 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） この発明はＶＯＤ炉により合金鋼を溶製する際の低窒素
化精錬技術に係り、脱窒反応を効果的に促進して窒素含
有量の低減をはかる低窒素合金鋼の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術） クロムを５〜３５％Ｃ本明細書においては、特に断らな
い限り「％ノは「重量％」を意味する）を含有する合金
鋼は窒素溶解度が高く低窒素化には不利な鋼種であるに
もかかわらず、鋼管等の最終製品の特性上低窒素化が要
求されることが多い。

ＶＯＤ炉による溶製法はこのような要求に答える精錬法
の一つとして開発されたものであり、従来の一般的な低
窒素化方法としては、次の二つの方法が挙げられる。

■目的窒素価に応じて精錬初期炭素値を決める方法。

■ＶＯＤ炉に炉底からＡｒガスを導入する方法。

このうち、■の方法は初期炭素値を高くして減圧下、酸
素吹精中に多量の窒素分圧の低いＣＯガスを発生させ、
その反応界面積が増大したＣＯガス中に溶鋼中の窒素を
気化、移行させることにより、脱窒を促進するものであ
る。

■の方法はＡｒガスを溶鋼中に吹き込むことによリ、窒
素分圧の低いＡｒガス中に溶鋼中の窒素を気化、移行さ
せるとともに、反応界面積増大効果も持たせて脱窒を促
進する方法である。

しかし、従来の上記■、■の方法は脱窒反応には有効で
あるが、次のような問題点があった。

すなわち、酸素吹精中はガス発生速度が大きく、溶鋼の
流動およびスプラッシュ飛散のため高真空度を維持でき
ないこと、また、そのために酸素吹精による脱炭中は溶
鋼の酸素濃度が高くなるため、脱窒反応速度が低下する
ことである。

また、減圧中に底吹Ａｒガス量を増やすと炉体耐大物の
維持に問題があるのみならず、溶鋼の温度降下を招き熱
補償の点でも不利となる。さらに、計ガス導入中でも酸
素吹精期には高真空度を維持することができない。

上記のような従来の低窒素合金鋼の製造方法の問題点を
解消する方法として、本出願人は先に下記■および■の
精錬方法を捉案した。

■　高炭素濃度領域において、酸素吹精脱炭中にこれを
中断して高真空処理を施す方法（特開昭５７−６３６２
０号公報）。

■　高炭素濃度領域において、酸素吹精脱炭中にこれを
中断して炭素粉体を添加しながら高真空処理を施す方法
（特開平２−３８５１２号公報）。

■の方法は、臨界炭素濃度以上の高炭素濃度領域での脱
炭過程において、酸素吹精を一時中断し溶鋼中に溶解し
た酸素あるいは脱炭過程で生成した酸化物を酸素源とし
て真空脱炭反応を進め、脱窒を促進する方法である。こ
の方法では真空処理の際、酸素吹精を中断しているので
高真空が得られ脱窒を阻害する溶鋼中の酸素濃度を低く
することができる。また、微細で、かつ窒素ガス分圧が
低く、ガス−メタル反応界面積が大きいＣＯガスを発生
させることができるので、脱窒反応が促進される。

なお、上記の臨界炭素濃度は、脱炭反応速度が酸素の供
給律速である領域から炭素濃度に比例する領域に移る点
を表す。ＶＯＤ精鋳では［Ｃ］　−〇、２〜０．４％近
傍が臨界炭素濃度となる。これ以下の炭素濃度では脱炭
速度が低下する。

■の方法では酸素吹精脱炭を中断し高真空に保持するこ
とにより溶鋼中に溶解した酸素および脱炭過程で生成し
た酸化物等の酸素源に見合うだけの脱炭反応が起こるた
め、溶鋼中の炭素濃度が低下する。従って、臨界炭素濃
度以上の高炭素濃度領域で効率よく真空脱炭をしようと
しても初期炭素濃度によっては■の方法の適用回数に制
約を生ずる場合もある０通常、初期炭素濃度が１％程度
であれば、臨界炭素濃度以上の領域で■の方法を適用で
きる限界は３回程度までである。しかしながら、クロム
の含有量が高くなるにつれて脱窒反応速度は小さくなる
ため、３回程度の適用では所期の目標窒素濃度に到達し
得ないという問題点がある。

■の方法は上記■の方法の欠点を解消するため、酸素吹
精を一時中断して高真空処理を施す際に炭素または炭素
含有物を溶鋼中に添加して、溶鋼炭素濃度の低下を防ぎ
、臨界炭素濃度以上の高炭素濃度領域における高真空処
理の適用回数を増加する方法であり、目標窒素濃度まで
の低窒素化を達成することができる。

■の方法においては、ランスから吹き込まれた炭素粉体
が溶鋼中に分散して微細なＣＯガス発生の生成核となり
、ガス−メタル界面積が増加する。

また、溶鋼中に分散した炭素粉体周辺の炭素濃度が溶鋼
平均濃度よりも高くなるため窒素の溶解度が低下するの
で、脱窒速度が向上する。さらに炉底から吹き込まれる
Ａｒガスの撹拌作用により溶鋼中の酸素の拡散あるいは
溶鋼表面の酸化生成物と溶鋼との接触が促進される。そ
の結果、脱炭反応が促進され脱窒速度が向上するととも
に、炭素粉体の溶鋼中への溶解を促進することができる
。

しかしながら、炭素粉体を溶鋼中に浸入させるため、上
吹きランス先端を浴面に近づけるとランス寿命が短くな
り、また、溶鋼撹拌を促進するため底吹きＡｒガス流量
を増加させると炉体耐火物の維持に問題を生ずるのみな
らず、溶鋼の温度降下を招くという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、高炭素濃度領域において、酸素吹精脱
炭中にこれを中断して炭素粉体を添加しながら高真空処
理を施す高クロム鋼の脱窒精錬方法において、ランス寿
命を延長し、操業中の鋼浴温度降下を抑制して低窒素合
金鋼を製造することあり、その具体的な目的は炭素粉体
および撹拌用Ａｒガスの吹き込み法を改善し、脱窒効率
が憂く、しかも操業コストの低い精錬方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、ＶＯＤ炉による上記高クロム鋼の脱窒精
錬を詳細に調査し、その精錬法が持つ前記問題点とその
解決策を検討した。その結果、（ａ）底吹き＾ｒガス流
量が温調トン光たり０．５〜１ＯＮｆｉ／■ｉｎの範囲
内であれば、脱炭、脱窒反応の促進に必要なｆ４鋼撹拌
が十分得られ、精錬後の到達窒素濃度を流量によらず、
はぼ等しく低くできる。溶鋼トン当たり　ＩＯＮ　１　
／＋ｉｎを紹える流量ではｔ容鯛の飛散が激しくなり、
鋼浴温度降下量も増大する。

［有］）炭素粉体上吹き用ランスのランス−湯面間距離
を５００Ｕ以下にするとランス寿命が低下し、１０００
■−以上にすると炭素粉体を溶鋼中に十分吹き込めず、
脱窒効果が低下する。

などの知見が得られた。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
その要旨は「クロムを５〜３５重量％含有する溶鋼をＶ
ＯＤ炉で酸化性ガス（代表的なものは酸素ガス）を用い
て脱炭処理する過程において、溶鋼中の炭素濃度が臨界
炭素濃度以上の領域で前記酸化性ガスの供給を一時中断
し、炭素または炭素含有物を添加しながら高真空処理を
施して脱窒精錬を行う方法であって、取鍋底面から溶鋼
トン当たり０．５〜１ＯＮＮ／ｓｉｎのＡｒガスを吹き
込んでン容綱を撹拌しながら、ランス−湯面間距離を５
００〜１０００ｍｍに保持した上吹ランスからキャリヤ
ーガス（例えば、Ａｒガス）を真空下に噴出させて炭素
粉体を溶鋼表面に吹きつけることを特徴とする低窒素合
金鋼の製造方法１である。

本発明方法において、溶鋼撹拌用のＡｒガス吹き込みは
、取鍋底面に取り付けたポーラスプラグ等を用いて行う
ことができる。

また、炭素粉体を吹き込むキャリヤーガス（例えばＡｒ
）の流量は、炭素粉体０．０５〜０．　ｌ０ｋｇ／ｌｌ
１ｎ　・溶鋼ｔを輸送可能な流量とし、その圧力は上吹
きランスの先端ノズル入口部圧力Ｐ、が下記（１）式を
満足するように調整し、ノズル出口部の＾ｒ流速を音速
以上とするのが望ましい。

Ｐ、≧（１＋０．３３３Ｍ”）”・５・Ｐ　・・・（１
）ただし、Ｐａ、Ｐ：ランス先端ノズル入口、出口部圧
力（ｋｇ／１ｍ”・絶対圧） Ｍ　：ノズル出ロ部マツハ数 （作用） 以下、本発明方法について更に詳しく説明する。

ＶＯＤ炉における酸素ガスによる脱炭工程は減圧下で進
められるため発生するガス量が多く、この時の真空度を
１００ｓ＋ｍ）Ｉｇより低くすることは難しい。このた
め、溶鋼中の酸素濃度はクロムの含有レベルによって異
なるが１１００ｐｐ以上となっている。

本発明は酸素ガスの供給を一時中断し、中断直前の溶鋼
中酸素および生成酸化物と吹き込み炭素粉体との反応に
より微細なＣＯガスを発生させ、１０＋＋＋ｍＦ１ｇ以
下の高真空度下で高クロム含有溶鋼を脱窒しようとする
ものである。

上述の脱窒を効率よく進めるには溶鋼を撹拌して溶鋼中
酸素を炭素粉体に吹きつけている？８綱表面に絶えず移
動させて反応を促進する必要があり、本発明方法は、取
鍋底面から適正な流量のＡｒガスを吹き込んで溶鋼を撹
拌することを特徴の一つとしている。

第１図は、取鍋底面から吹き込むＡｒガス清量と精錬最
終溶鋼の到達窒素濃度との関係を示す図である０図は１
９％ＣｒｔＩＡの例であり、竹吹き込み量を変化させて
本発明方法を実施した場合である。比較のため、脱炭工
程中酸素ガスの供給を一時中断して炭素粉体を添加せず
に高真空度処理を行って脱窒する場合を従来法として併
示した。

図示のごとく、Ａｒ流量＜０．５Ｎ　ｅ　／ｇｉｎ−？
＠鋼Ｔの場合、溶鋼の撹拌が弱いため溶鋼中酸素の移動
が遅くなり十分なＣＯガスが発生せず、脱窒反応速度は
＾ｒガス流量、すなわち溶鋼の撹拌に律速され脱窒効果
は低い。

０．５〜ＩＯＮ　ｊ！　／ｗｉｎ−溶ｔｌｆｆｉＴの場
合、Ａｒガス流量にかかわらず到達窒素濃度は一定とな
り、脱窒反応速度は溶鋼撹拌に律速されず、良好な脱窒
効果が得られる。

Ａｒ流量＜　ＩＯＮ　ｌ　／５ｉｎ−熔１１Ｔでは、炭
素粉体を添加して臨界炭素濃度以上の高炭素濃度領域で
高真空脱炭処理を行って脱窒を促進させる本発明の効果
はＡｒガス流量の増加とともに低下する。

Ａｒ流量＞１ＯＮｆ／＋ｉｎ・溶鋼Ｔの場合、従来法で
も溶鋼が良好に撹拌され脱窒が促進されるので、到達窒
素濃度は本発明法とｚｒ＋＜なり、本発明を実施する効
果がなくなる。しかしながら、１ＯＮ１７ｓｉｎ・溶鋼
１以上では溶鋼の飛散等が激しくなり、現用のＶＯＤ炉
では対応できず設備改造が必要となる。また、鋼浴温度
の低下も著しくなる。

以上の結果から、取鍋底面から０．５〜ＩＯＮ　１　／
ｗｉｎ・溶鋼Ｔの範囲内のＡｒガスを吹き込む本発明方
法を実施することにより、反応促進に必要な溶鋼撹拌が
得られ、脱窒が促進されることがわかる。また、従来法
より低い＾ｒガス流量で低窒素鋼を製造できるので鋼浴
の温度降下を抑制できる。

つぎに、本発明の高真空処理時に炭素粉体を溶鋼表面に
吹きつける方法について説明する。

第２図は、炭素粉体吹き込み上吹きランスのランス−湯
面間距離と精錬最終溶鋼の到達窒素濃度およびランス寿
命係数との関係を示す。図は１９％Ｃｒの鋼の例であり
、ランス−湯面間距離を変化させて炭素粉体を吹き込み
、本発明方法を実施した場合である。なお、ランス寿命
係数はランス−湯面間距離１０００ｉｎ＋の場合のラン
ス寿命回数に対するそれぞれの場合のランス寿命回数の
比で示した。

図示のとおり、ランス−湯面間距離を３００〜１０００
ｍｍの範囲内で変化させても到達窒素濃度はほぼ等しい
低値が得られたが、１０００ｍｍ以上では到達窒素濃度
が高くなり、脱窒効果は低下した。

ランス−湯面間距離が１０００ｍｍ以内ではランス湯面
間距離が長くなっても良好な脱窒効果が得られたのは、
下記の理由によると考えられる。

すなわち、上吹きランスのキャリヤーガスがランスノズ
ルから約１００ｍｄｇ以下の真空下に噴出するときは、
その流速が音速以上となり、それにともなって炭素粉体
も高速でノズルから噴出する。

炭素粉体はランス−湯面間距離に応じて速度を減衰して
溶鋼表面に達するが、ランス−湯面間距離が１０１００
Ｏ以内であればその速度は炭素粉体が溶鋼中に浸入し得
る速度を保っており、溶鋼中に浸入した炭素粉体がＣＯ
ガス発生の生成核となると共に、炭素粉体周辺の溶鋼中
炭素濃度が高くなり脱窒が促進されたことによると考え
られる。

一方、ランス寿命係数はランス−湯面間距離が５００ｍ
ｍ以下になると急激に低下する。従って、ランス寿命を
延長して低窒素鋼を製造するには、ランス−湯面間距離
を５００５−１０００ｍ＋ｉとして、キャリヤーガスＡ
ｒを真空下に噴出させて炭素粉体を溶鋼表面に吹きつけ
るのが望ましいのは明らかである。

（実施例） ２０トンＶＯＤ炉で第１表に示す組成を有する粗溶鋼（
初期）を送酸速度０．６５Ｎｍ”／５ｉｎ−溶ｆｉｌｌ
Ｔで酸素吹精を１０分間行い、その脱炭過程で溶鋼中の
炭素濃度が０．６％のときに酸素吹精を一時中断し、そ
の後の高真空処理に際し、炭素粉末を０．０７ｋｇ／ｗ
ｉｎ４Ｊ１１１Ｔの供給速度、０．Ｏ５Ｎｍ３／ｗｉｎ
−溶鋼Ｔのキャリヤーガス（Ａｒ）流量でランス−湯面
間距離を１０１００Ｏに保った上吹きランスを用いて約
１０分間上吹きした。

その後、再び酸素吹精を行い、さらに炭素濃度が０．４
％のときに酸素吹精を一時中断し、２回目の炭素粉末上
吹きを１回目と同し条件で１０分間実施した。

１回目および２回目の炭素粉末上吹き時には、取鍋底面
のポーラスプラグから溶鋼撹拌用のＡｒを２Ｎ　１　／
閣ｉｎ−溶鋼Ｔで吹き込み、いずれの場合も真空度は２
　ｓｍｏｇ、鋼浴温度は１６００〜１６２０°Ｃであっ
た。

その後、さらに酸素吹精を行い、溶製目標の炭素濃度で
ある０、０２％まで脱炭した。

この実施例における溶鋼中炭素濃度、クロム濃度および
窒素濃度（それぞれ（Ｃ）、（Ｃｒ）および（Ｎ）と記
す）の操業中の推移を第１表に示す。

比較例として、上記と同様に酸素吹精脱炭後に炭素濃度
が０．６％および０．４％のときに送酸を−時停止し、
その後に炭素粉体の吹き込みをしなかった以外は実施例
と同様の条件で高真空処理のみを行う精錬も実施した。

比較例の結果も第１表に併せて示す。

第１表に示すように、実施例では高真空処理中の脱炭反
応にもかかわらず、炭素粉末の溶鋼中添加により（Ｃ）
はむしろ増加しており、第２図の高真空処理はいずれも
臨界炭素濃度以上の高炭素濃度域で行われた。比較例に
比べて実施例は処理中の脱窒量が高く、（Ｎ）レヘルも
低くなり効率よく脱窒することができた。即ち、本発明
方法により、（Ｎ）　＝０．００２５重量％の極低窒素
合金鋼を製造することができた。

比較例では炭素粉末を溶鋼中に添加してないため、高真
空処理中に〔Ｃ〕が脱炭反応で減少し、２回目の高真空
処理は臨界炭素濃度（約０．４％）以下の炭素濃度域で
行われたこともあり、脱窒効率が低く高真空処理後の〔
Ｎ〕は実施例より高い値を示した。

以上の結果から、高真空処理中に溶鋼中に炭素粉末を添
加し、取鍋底面から溶鋼撹拌用のＡｒガスを吹き込むこ
とにより、脱窒が促進されて精錬最終［Ｎ〕を低減でき
ることがわかる。

第　　　１　　　表 （発明の効果） 本発明方法によれば、 含クロム調の酸素吹精説 炭を一時中断して行う高真空処理に際し、炭素粉体を良
好に撹拌された溶鋼中に添加することができるので脱窒
効率が向上する。また、添加炭素の熔解により真空処理
中の炭素濃度が低下しないので、脱炭効率の高い臨界炭
素濃度以上の高炭素濃度領域での真空脱炭処理回数を増
やすことが可能になり、効率よく低窒素合金鋼を製造す
ることができる。

さらに炭素粉体吹き込み用の上吹きランスの寿命を延長
し、底吹きＡｒガスによる綱浴温度陣下を抑制すること
ができるので精錬コストが低くなるという経済的効果も
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、底吹きＡｒガス流量と精錬量Ｖ！溶鋼の到達
窒素濃度との関係を示す図である。 第２図は、炭素粉体吹込み用上吹きランスのランス−湯
面間距離と、精錬最終溶鋼の到達窒素濃度との関係を示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クロムを５〜３５重量％含有する溶鋼をＶＯＤ炉で酸化
   性ガスを用いて脱炭処理する過程において、溶鋼中の炭
   素濃度が臨界炭素濃度以上の領域で前記酸素ガスの供給
   を一時中断し、炭素または炭素含有物を添加しながら高
   真空処理を施して脱窒精錬を行う方法であって、取鍋底
   面から溶鋼トン当たり０．５〜１０Ｎｌ／ｍｉｎのＡｒ
   ガスを吹き込んで溶鋼を撹拌しながら、ランス−湯面間
   距離を５００〜１０００ｍｍに保持した上吹ランスから
   キャリアガスを真空下に噴出させて炭素粉体を溶鋼表面
   に吹きつけることを特徴とする低窒素合金鋼の製造方法
   。