JPH05105936A

JPH05105936A - 極低炭素クロム含有溶鋼の脱炭方法

Info

Publication number: JPH05105936A
Application number: JP26505391A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Miyamoto; 健一郎宮本; Shinya Kitamura; 信也北村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1993-04-27
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2819440B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、極低炭素クロム含有鋼の溶製に際
し、極低炭素領域まで少ないクロム酸化量での効率的な
精錬が行える減圧処理方法を提供する。【構成】取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を
減圧するとともに、取鍋低部より攪拌用ガスを供給する
真空精錬において、Ｃｒ濃度が５％以上の溶鋼に対して
炭素濃度が１〜０．０２％の範囲で酸素ガスを気泡活性
面当り０．０４〜０．４０Ｎｍ³／（Ｈｒ・ｃｍ²）の
速度で上方より吹付け、かつ気泡活性面を全溶鋼表面積
の１０％以上、かつ酸素吹付け面の１００％以上とする
条件で攪拌することにより、極低炭素領域までクロム酸
化を抑制した脱炭が可能となる。さらに、その後復圧し
て浸漬管を溶鋼面より上方に引上げ、還元用合金を投入
することにより、脱炭中に生成したクロム酸化物を効率
よく回収することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は極低炭素領域まで少ない
クロム酸化量での効率的な精錬を可能とすることを特徴
とする極低炭素クロム含有溶鋼の脱炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼に代表されるクロム含有溶
鉄は、炭素濃度が低下した領域では脱炭反応に比べてク
ロムの酸化反応の方が起こりやすくなるため、クロムの
酸化損失を抑制して製品規格から要求される炭素濃度ま
で脱炭する方法が、種々、提案されている。中でもＡＯ
ＤとＶＯＤは広く用いられている。このうちＡＯＤはＡ
ｒで希釈した酸素ガスを浴内に吹込む方法であり、ＶＯ
Ｄは真空下で酸素を上吹きする方法であるが、いずれの
場合も脱炭反応により生成するＣＯガスの分圧を低下さ
せ、クロムの酸化反応よりも脱炭反応を優先させること
を特徴としている。このうち、炭素濃度が２００ppm 以
下といった極低炭素鋼を溶製するためには、減圧精錬が
不可欠となるため、一般的にはＶＯＤが用いられてい
る。

【０００３】しかし、ＶＯＤは取鍋全体を真空容器内に
入れる方法、もしくは取鍋上部に蓋をして取鍋全体を真
空にする方法であるため、上部空間が狭く、酸素上吹き
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
う問題がある上、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量を増大した場合にも、鋼浴の揺
動や底吹きガスによるスプラッシュが増加し、操業に支
障が生じ、さらにはクロム歩留り、鉄分歩留りの低下を
招くという問題があった。

【０００４】これに対して、特開昭６１−３７９１２号
公報においては、取鍋内の溶鋼を大径浸漬管を介して真
空槽内に吸い上げ、低部から攪拌用ガスを供給する方法
が開示されている。さらに、特開平１−１５６４１６号
公報においては、浸漬管中心に対して底吹き用ノズル位
置を適切な範囲に偏心させるとともに、上吹き酸素を底
吹きガスの浮上領域である、後述するところの気泡活性
面に衝突させる方法が開示されている。これらの方法に
より、ＶＯＤが有する上部空間が狭いという問題は解決
されたものの、極低炭素鋼の溶製に関する記述はなく、
この方法のみでは浸漬管内にクロム酸化物が多量に生成
するため、安定して極低炭素鋼を溶製することはできな
かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＶＯＤが有
している上部空間が狭いため溶鋼の揺動やスプラッシュ
により操業に支障が生じるという問題や、特開昭６１−
３７９１２号公報や、特開平１−１５６４１６号公報に
示された方法が有する、安定して極低炭素鋼を溶製する
ことができないという問題を生じることなく、極低炭素
領域まで少ないクロム酸化量での効率的な精錬を可能と
する脱炭方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、取鍋内のＣｒ
濃度が５％以上の溶鋼に対して浸漬管を浸漬し、該浸漬
管内を減圧するとともに、取鍋低部より攪拌用ガスを供
給する真空精錬法に関するものであり、以下の技術要素
から成り立つ。第一に炭素濃度が１〜０．０２％の範囲
で、酸素ガスを気泡活性面積当り０．０４〜０．４０Nm
³／（Hr・cm²）の速度で吹付けることであり、第二
に、引き続いて、気泡活性面積を全溶鋼表面積の１０％
以上、かつ酸素吹付け面の１００％以上とする条件で攪
拌し、炭素濃度０．０２％以下から吹酸を停止し、５To
rr以下の高真空下で攪拌することにより脱炭処理を行う
ことにあり、第三に、さらに引き続いて、複圧して浸漬
管を溶鋼面より上方に引き上げ、還元用合金を投入し、
脱炭中に生成したクロム酸化物を還元することにある。

【０００７】

【作用】図１は本発明に係わる真空精錬装置の断面図で
あり、クロム含有溶鋼４は取鍋１に収容され、また浸漬
管２は取鍋１内のクロム含有溶鋼４中に浸漬静止され
る。浸漬管２は排気管（図示せず）と連通し、浸漬管２
内の真空度に応じて、浸漬管２内にクロム含有溶鋼４が
吸い上げられる。そして、浸漬管２内の下部断面が垂直
下方に当たる取鍋１の低部に設置されたポーラスプラグ
３より不活性ガス５が溶鋼中に吹込まれ、浸漬管２の上
方に設置された上吹きランス６より酸素ガス７が供給さ
れる。

【０００８】クロム含有溶鋼を極低炭素化するために
は、炭素濃度が０．０２％以上までは酸素ガスを吹付け
て脱炭し、その後は酸素ガスの供給を停止し、高真空下
で攪拌することが必要であるが、特に重要な点は、高真
空下で攪拌する際の脱炭を効率的に実施することであ
る。本発明者は詳細な試験の結果、この際の脱炭を効率
的に実施するためには、スラグが存在しない真空にさら
される溶鋼自由表面積を大きくし、かつ自由表面におけ
る気泡活性面積を増大させることが重要であることを見
出した。これは、炭素を溶鋼中に含まれる酸素と結合さ
せて除去しようとするものであり、クロム酸化物を含む
スラグを溶融状態にして、スラグ中のクロム酸化物によ
り脱炭するという従来の思想とは大きく異なるものであ
る。

【０００９】ここで、気泡活性面積は、水モデルや水銀
モデル、あるいは実機での観察結果より、垂直方向に吹
込まれたガスに対する気泡活性面積（Ａｎ）は（１）式
で、水平方向に吹込まれたガスに対する気泡活性面積
（Ａｕ）は（２）式で与えられる。Ａｎ＝３．１４×（０．２１２×Ｈ）²・・・・・（１）Ａｕ＝３．１４×（７×Ｑ^0.87）／２・・・・・（２）ここで、Ｈは吹込み位置から浴面までの距離（ｍ）であ
り、Ｑはノズル１個当りのガス吹込み量（Nm³／ｓ）で
ある。

【００１０】この気泡活性面による自由表面脱炭を効率
的に実施するためには、次の２点が重要となる。酸素ガス吹付け中のクロム酸化物生成量を少なくする
とともに、生成したクロム酸化物を粗大化させずに微細
分散させる。酸素ガス吹付け停止後の攪拌により、酸素ガス供給中
に生成したクロム酸化物を鋼浴内へ巻き込ませ、浸漬管
外へ流出させる。

【００１１】ここでについては気泡活性面上に酸素ガ
スを吹付けることにより、生成したクロム酸化物を微細
化し、吹酸火点でのクロム酸化物の還元を促進させるこ
とにある。クロム酸化物は生成と同時に固体状態となる
ために還元が非常に困難である。よって還元を促進する
ためにはクロム酸化物を微細化し、溶鋼中〔Ｃ〕との接
触面積を増大させる必要がある。

【００１２】また、に示した点は、溶鋼中に浸漬管を
浸漬し、該浸漬管内を減圧するとともに、取鍋低部より
攪拌用ガスを供給する真空精錬に特有の現象であり、浸
漬管内で生成した酸化物が、取鍋低部より供給される攪
拌ガスにより形成される大きな下降流に乗り浴内に巻き
込まれ、浸漬管下端部を通過して管の外部に流出するも
のである。従って、適宜時間攪拌を行うことにより、浸
漬管内に存在していたクロム酸化物はほとんどすべて浸
漬管外へ流出し、真空下にさらされる浸漬管内溶鋼表面
はスラグの存在しない状態が生み出される。この効果を
効率的に実施するには、浸漬管内の溶鋼高さ（ｈ）に対
して０．５ｈよりも深い位置から０．６Nl／(min・ton)
以上とすることが望ましい。

【００１３】さらに、これらの効果を実現するために
は、酸素ガス供給中に生成されるクロム酸化物の量と形
態が重要となる。つまり、酸化物の巻き込みを容易にす
るためには、少なくとも１cm程度より小さい、微細な状
態を維持することが重要であり、例えば大量のクロム酸
化物を生成した場合には合体成長し、さらに一部は浸漬
管壁面に付着し、溶鋼内への巻き込みがほとんど生じな
い場合すらある。クロム酸化物の生成量を少なくし、か
つ微細化するためには、酸素ガスを供給する炭素濃度範
囲と、気泡活性面当りの酸素ガス吹付け流量が重要とな
る。特に、気泡活性面当りの酸素ガス吹付け流量は、全
く新しい概念である。これは、吹付けられた酸素ガスが
クロムの酸化を引き起こさずに脱炭に消費されるために
は溶鋼全体の攪拌ではなく、酸素ガスが接触する溶鋼表
面の局部的な攪拌が重要であるということを示してお
り、それを表す指標はガス流量ではなく気泡活性面積で
あることを意味している。つまり低部より供給された気
泡が表面まで浮上し破裂する際に、大きなエネルギーの
開放があり、それにより鋼浴表面に微細な液滴が多数生
成される。これが、有効な反応表面として作用し、クロ
ムの酸化に優先した脱炭を生じさせると同時に、生成す
るクロム酸化物を微細な粒子として形成させ、より微細
に分裂させる役割を果している。

【００１４】具体的には、炭素濃度が１〜０．０２％の
範囲で、酸素ガスを気泡活性面積当り０．０４〜０．４
０Nm³／（Hr・cm²）の速度で上方より吹付け、引き続
いて、気泡活性面積を全溶鋼表面積の１０％以上、かつ
酸素吹付け面の１００％以上とする条件で攪拌すること
にある。この内、図２に示すように酸素ガスの気泡活性
面当りの吹付け速度が０．０４Nm³／（Hr・cm²）未満
の場合には酸素供給速度が遅いため処理時間が長くなり
生産性を著しく阻害するという問題があり、０．４０Nm
³／（Hr・cm²）超の場合には酸素供給速度が過剰なた
めクロム酸化物の生成量が増大し、次工程以降での真空
表面脱炭や還元が困難になるという問題が生じる。また
図３に示すように気泡活性面積が全溶鋼表面積の１０％
より小さい場合には酸素ガス供給中に生成したクロム酸
化物が微細に分裂せず、下降流により浴内に巻き込まれ
ず浸漬管外へ流出しにくいため、真空表面の大きな面積
部分を強固なクロム酸化物皮膜で被覆されるため表面脱
炭が生じにくいという問題がある。さらに、炭素濃度が
１％以上の領域から真空処理をした場合には処理時間が
極めて長くなるために生産性を著しく阻害するという問
題があり、逆に０．０２％以下まで酸素ガスを供給した
場合には、クロム酸化物の生成量が加速度的に増加し、
次工程以降での真空表面脱炭や還元が困難になるという
問題が生じる。さらに、気泡活性面積が酸素吹付け面積
の１００％未満であるとクロム酸化物の生成サイトが気
泡活性面外となる領域が生じ、生成したクロム酸化物は
微細化せず合体成長し、吹酸火点での還元効率が悪化す
る。さらに、クロム酸化物が粗大化することにより、浸
漬管外への流出が困難となり、その結果として吹酸停止
後の表面脱炭が阻害されるという結果となる。

【００１５】一方、このようにして、極低炭素鋼を溶製
した状態では酸素ガス吹付け中に生成したクロム酸化物
が浸漬管外に堆積しており、このままでの状態で、還元
用合金であるＳｉやＡｌを添加しても、浸漬管外部の溶
鋼はほとんど攪拌されないため、クロム酸化物の還元は
行われない。従って、さらに引き続いて、複圧して浸漬
管を溶鋼面より上方に引き上げた後に還元用合金を投入
し、脱炭中に生成したクロム酸化物を還元する工程が必
須となる。この場合、脱炭中に生成したクロム酸化物は
微細化しているので還元も非常に効率的に行うことが可
能である。

【００１６】ここで、処理中に取鍋および浸漬管の淵に
スラグが付着する場合があるが、複圧により取鍋内の湯
面が上昇するため、この付着スラグは溶鋼熱により半溶
融状態となって取鍋内溶鋼面上に再浮上する。従って、
スラグはすべて効率よく還元することが可能である。ま
た、現状のＶＯＤでは脱炭速度が遅く、特に極低炭素ク
ロム含有鋼の溶製に際しては転炉工程での脱炭精錬の過
負荷やＶＯＤでの処理時間延長による耐火物原単位の増
大およびクロム歩留り、鉄分歩留りの低下を招いてい
る。これはＶＯＤではフリーボード制約による底吹きガ
ス量が上げられないこと、また転炉出鋼時のスラグが全
量ＶＯＤに持ち込まれるため、表面脱炭の効果が小さい
ことに起因している。

【００１７】本発明では、フリーボード制約がないた
め、底吹きガス量の増加による攪拌力の増大が可能であ
り、かつ浸漬管内のスラグはほぼ完全に排出されるため
吹酸時の火点においてもスラグの影響がなく、脱炭反応
の促進に有利であり、また自由表面積が大きいため、吹
酸停止後の表面脱炭の効果が極めて大きく、従来法に比
べて非常に大きな脱炭速度を得ることができるため、転
炉工程での負荷が大幅に軽減され、その結果としてトー
タルのクロム歩留り、鉄分歩留りが向上する。

【００１８】

【実施例】表１に１７５ton 規模の真空精錬装置を用い
た実施例を示す。この場合、底吹きＡｒガス流量として
は１０５〜１０００Nl／minにて行った。まず、転炉精
錬によりＣｒ濃度が１０〜１９％でＣが適宜濃度
（Ｃ₁）の粗溶鋼を溶製した後、図１に示した精錬容器
へ供給し、まず炭素濃度がＣ_Bまで約２００Torrの真空
雰囲気下で酸素ガスを上吹きしつつ脱炭精錬を行い、引
き続いて酸素ガスを供給せずに５〜１５分間、約５Torr
以下の真空雰囲気下で攪拌した。その後、本発明に従っ
て、複圧して浸漬管を溶鋼面より上方に引き上げた後に
還元用合金を投入した。このときの底吹きガス流量は一
律２００Nl／min で行った。また、比較例においては複
圧せずに浸漬管を入れた状態で還元用合金を投入した例
も実施した。

【００１９】表１から明らかなように本発明が処理時
間、クロム歩留り、到達〔Ｃ〕ともに優れていることが
わかる。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によればクロム
酸化を抑制しつつ効率的に脱炭を行うことが可能である
から、極低炭素クロム含有溶鋼の溶製に関して本発明は
極めて有効な方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による含クロム溶鋼の減圧脱炭法の実施
の態様の一例を示す図である。

【図２】気泡活性面当りの酸素吹付け速度と処理時間・
クロム酸化物生成量の関係を示す図である。

【図３】吹酸停止後（〔Ｃ〕≦２００ppm ）での（気泡
活性面積／全溶鋼表面積）比率と脱炭速度の関係を示す
図である。

【符号の説明】

１取鍋２浸漬管３ポーラスプラグ４含クロム粗溶鋼５不活性ガス６上吹きランス７酸素ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管
内を減圧するとともに、取鍋低部より攪拌用ガスを供給
する真空精錬において、Ｃｒ濃度が５％以上の溶鋼に対
して炭素濃度が１〜０．０２％の範囲で、酸素ガスを気
泡活性面積当り０．０４〜０．４０Nm³／（Hr・cm²）
の速度で上方より吹付け、かつ気泡活性面積を全溶鋼表
面積の１０％以上、かつ酸素吹付け面の１００％以上と
する条件で攪拌し、次いで複圧して浸漬管を溶鋼面より
上方に引き上げ、還元用合金を投入し、脱炭中に生成し
たクロム酸化物を還元することを特徴とする極低炭素ク
ロム含有溶鋼の脱炭方法。
【請求項２】取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管
内を減圧するとともに、取鍋低部より攪拌用ガスを供給
する真空精錬において、Ｃｒ濃度が５％以上の溶鋼に対
して炭素濃度が１〜０．０２％の範囲で、酸素ガスを気
泡活性面積当り０．０４〜０．４０Nm³／（Hr・cm²）
の速度で上方より吹付け、かつ気泡活性面積を全溶鋼表
面積の１０％以上、かつ酸素吹付け面の１００％以上と
する条件で攪拌し、炭素濃度０．０２％以下から吹酸を
停止し、５Torr以下の高真空下で取鍋低部からの不活性
ガスのみの供給で攪拌することにより脱炭処理を行い、
次いで複圧して浸漬管を溶鋼面より上方に引き上げ、還
元用合金を投入し、脱炭中に生成したクロム酸化物を還
元することを特徴とする極低炭素クロム含有溶鋼の脱炭
方法。