JPH06228629A

JPH06228629A - 高純度ステンレス鋼の精錬方法

Info

Publication number: JPH06228629A
Application number: JP1426893A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kitamura; 信也北村; Kimihisa Kishigami; 公久岸上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-08-16
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JP2767674B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ステンレス鋼の真空処理におい
て、効率的に極低炭素極低窒素濃度溶鋼を精錬する方法
を提供する。【構成】取鍋内ステンレス溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬
し、該浸漬管内を減圧するとともに低部より攪拌用ガス
を供給する真空精錬において、Ｃが０．０６〜０．０１
％までは酸素吹錬し、その後、送酸を停止するととも
に、真空度をＰ（Ｔｏｒｒ）、ガス吹き込み位置の浴深
をＨ（ｍ）、吹き込みガス流量をＱ（ＮＬ／（分・ｔｏ
ｎ））とした場合、（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑを０．３以
上とすることで、送酸吹錬中に生成した真空表面にある
酸化クロム含有スラブを浴内に巻き込ませた上で、浸漬
管先端面と浸漬管外溶鋼湯面との間隔Ｚ（ｍ）とＱを、
Ｚ／Ｑとして０．２５以下とすることにより、巻き込ま
れたスラグを浸漬管外へ流出させ、気泡活性面での脱炭
を極限まで促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、取鍋精錬炉による効率
的な高純度ステンレス鋼の精錬方法に関するものであ
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は広く知られている。このうち、ＡＯＤはＡ
ｒで希釈した酸素ガスを浴内に吹き込む方法であり、Ｖ
ＯＤは真空下で酸素を上吹きする方法であるが、いずれ
の方法も、脱炭反応で生成する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１００ｐｐｍ
以下といった極低炭素鋼を溶製するためには、吹酸精錬
後の減圧処理が不可欠となるため、一般にはＶＯＤが用
いられている。この減圧処理は、溶鋼中の酸素により脱
炭を進めるものであり、自己脱炭期と称されるものであ
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、攪拌用のガ
ス流量を増加させた場合には、鋼浴の揺動や底吹きガス
によるスプラッシュにより操業に支障が生じるという問
題があった。また、自己脱炭期においては、底吹き気泡
により激しく攪拌された自由表面積（気泡活性面積）を
確保することが重要であるが、ＶＯＤでは吹酸脱炭中に
生成したスラグが表面を覆うため、この気泡活性面積が
確保できないという問題があった。そこで、従来は、川
崎製鉄技報，第１２号（１９８０），５６１ページ以降
に記載されているように、酸化クロムを含む流動性の良
いスラグを強攪拌により浴内に懸濁させ、スラグ中の酸
化クロムと炭素との反応で脱炭を進行させていた。しか
し、この方法では浴内で反応が起こるために溶鋼静圧に
よりＣＯ分圧が増大してしまう上に、酸化クロムと炭素
の反応は自由エネルギーから考えても容易にわかるよう
に進行しにくいため、極低炭素まで脱炭するには非常に
長時間を要していた。

【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、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鋼浴の揺動や底吹きガス
によるスプラッシュにより操業に支障が生じるという問
題や、スラグが表面を覆うため気泡活性面積が確保でき
ないとう問題、及び特開昭６１−３７９１２号公報や、
特開平１−１５６４１６号公報に開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、効率的に高純度ステンレス鋼
を精錬する方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃｒを５％以
上含む取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、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
ステンレス鋼の真空精錬において、溶鋼中のＣ量が０．
０６〜０．０１％までは酸素吹錬し、その後、送酸を停
止するとともに、真空度をＰ（Ｔｏｒｒ）、ガス吹き込
み位置の浴深をＨ（ｍ）、吹き込みガス流量をＱ（ＮＬ
／（分・ｔｏｎ））とした場合、（Ｈ／（５＋Ｐ））×
Ｑを０．３以上とすることで、送酸吹錬中に生成した真
空表面にある酸化クロム含有スラグを浴内に巻き込ませ
た上で、浸漬管先端面と浸漬管外溶鋼湯面との間隔Ｚ
（ｍ）とＱを、Ｚ／Ｑとして０．２５以下とすることに
より、巻き込まれたスラグを浸漬管外へ流出させ、気泡
活性面での脱炭を極限まで促進させることを特徴とする
高純度ステンレス鋼の精錬方法を要旨とする。

【０００７】ここで、第１工程で生成するスラグ中のＣ
ｒ₂Ｏ₃を２５％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．５〜
２．０とし、低粘性スラグとすることが望ましい。

【０００８】

【作用】本発明は、高クロム溶鋼であっても、極低炭素
領域での脱炭反応は真空雰囲気に暴露されている自由表
面での反応が主体であるという新規な知見に基づいてい
る。これは、これまで、極低炭素化をするには、Ｃｒ₂
Ｏ₃を含有し、かつ流動性の良いスラグと溶鋼の反応を
促進させなければならないとされていたこととは大きく
異なる事実である。さらに、この反応の速度を支配して
いる要因は、これまで各種の反応速度を支配すると考え
られていた、攪拌エネルギー密度ではなく、浴内の低部
から吹き込まれた不活性ガス気泡が浮上し、真空に暴露
されている自由表面で破裂する領域である気泡活性面の
面積と強度であることを、本発明者らは数多くの実験と
詳細なる解析に基づいて明らかにした。ここで、気泡活
性面積は、水モデル等の知見に基づけば、取鍋脱ガス装
置や、取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸漬管内
を減圧する方式の場合には、低部から吹き込まれたガス
がノズルから上方に片側１２度の角度で上昇すると仮定
することで計算される幾何学的面積として規定される。
また、気泡活性面の強度はガス流量、ガス吹き込み深
さ、真空度により規定されるものである。

【０００９】この気泡活性面積での脱炭反応を効果的に
成し遂げるには、自由表面にあるスラグを排除すること
が必須となる。ステンレス鋼に代表される高クロム鋼
は、炭素濃度が高い領域では真空下で吹酸脱炭されるた
め、クロム酸化物を含有する多量のスラグが生成され、
それが厚く自由表面を被覆している。このスラグを短時
間で排除することが本発明の必須条件となる。本発明者
らは、様々な試験や理論検討の結果、以下の要件を満た
すことにより、スラグが短時間で排出できることを明ら
かにした。

【００１０】取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、
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炉を用いること。真空度をＰ（Ｔｏｒｒ）、ガス吹き込み位置の浴深
をＨ（ｍ）、吹き込みガス流量をＱ（ＮＬ／（分・ｔｏ
ｎ））とした場合、（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑを０．３以
上とすること。

【００１１】の条件下で浸漬管先端面と浸漬管外
溶鋼湯面との間隔Ｚ（ｍ）とＱを、Ｚ／Ｑとして０．２
５以上とすること。以下、前記各要件を必須とする理由を説明する。まず、
前記は、吹酸脱炭中に浸漬管内に生成したスラグを浸
漬管外へ排出することを目的としたもので、このような
装置構成にすることで初めて可能となるものである。

【００１２】は、スラグの浴内への巻き込み促進のた
めの条件であるが、自由表面での流速を大きくし、表面
にあるスラグを浴内に巻き込ませるには、吹き込まれた
ガスの浮力によるエネルギーを最大限に高める必要があ
る。浮力のエネルギーは、吹き込み位置での静圧と表面
での真空度の比率とガス流量に依存し、水モデルや溶鋼
を用いた種々の実験により、図２に示す結果が得られ
た。つまり、静圧と真空度とガス流量の関係に対応する
指標である（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑを０．３以上とする
ことでスラグが浴内に巻き込まれることが発見された。
この条件は、単に圧力を低下させるだけでも満たすこと
は可能であるが、過大な排気能力を持った設備が必要と
なる。また、単にガス流量を増加させるだけで満たそう
とすると、過剰に大きなガス流量が必要となり、激しい
スプラッシュによる操業上の問題が生じる。従って、
（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑという指標を導入することで、
上記の問題を生じることなくスラグの巻き込みが可能な
条件を作ることができる。また、真空度の項を（５＋
Ｐ）としたのは、自由表面ではなく、表面下１ｃｍの深
さ位置での静圧を考えた方が、スラグ巻き込みのための
表面流速と良く対応するという実験結果に基づくもので
ある。

【００１３】ここで、スラグを効率的に巻き込ませるに
はスラグの粘性を低くすることが望ましい。上記の（Ｈ
／（５＋Ｐ））×Ｑの条件下では、スラグ中のＣｒ₂Ｏ
₃を２５％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．５〜２．０
とし、１６００℃での液相率を７５％以上確保した低粘
性スラグとした場合に、より効果的である。一方、は
巻き込まれたスラグが浸漬管下端まで到達した後に、浸
漬管外へ排除されるための条件を示したものである。浸
漬管下端位置に巻き込まれたスラグが存在した場合、原
理的には、浸漬管内溶鋼から受ける静圧とスラグ粒子の
運動エネルギーの合計が、浸漬管外溶鋼から受ける静圧
よりも大きければスラグは浸漬管外へ排出されることに
なる。ここで、浸漬管内溶鋼湯面と浸漬管外溶鋼湯面と
の差をｈ、浸漬管下端と浸漬管外溶鋼湯面との間隔をＺ
とすると、浸漬管内溶鋼から受ける静圧は、ほぼρｇｈ
（ρ：溶鋼密度、ｇ：重力加速度）となる。また、浸漬
管外溶鋼から受ける静圧は、ρｇＺ＋Ｐ０（Ｐ０：大気
圧）となる。ここで、ｈは浸漬管内真空度によってのみ
決まる値のため、浸漬管内溶鋼から受ける静圧と浸漬管
外溶鋼から受ける静圧の比は、Ｚのみの関数となる。一
方、スラグ粒子の運動エネルギーは、溶鋼の循環流速と
等しくなり、それは、ほぼガス流量（Ｑ）に依存する値
となる。図３は、スラグ排出条件を求めた実験結果であ
るが、浸漬管内溶鋼から受ける静圧と浸漬管外溶鋼から
受ける静圧との比を表すＺと、スラグ粒子の運動エネル
ギーを表すＱとの関係で整理した場合、Ｚ／Ｑとして
０．２５以下の場合にスラグが管外へ流出することがわ
かる。

【００１４】本発明においては、炭素よりも優先的に酸
化するＣｒを含み、真空下で仕上精錬をする必要がある
溶鋼を目的としているため、Ｃｒは５％以上とする。ま
た、気泡活性面での脱炭反応は、溶鋼中の炭素と酸素の
反応であるため、酸素濃度は充分に高い必要がある。そ
のため、真空下での酸素吹錬は溶鋼中のＣ量が０．０６
％以下まで実施する必要がある。しかし、溶鋼中のＣ量
を０．０１％よりも低くなるまで酸素吹錬した場合には
吹酸中のクロムの酸化ロスが大きくなるという問題を生
じる。

【００１５】さらに、スラグの巻き込みを促進させるた
めに必要なスラグ組成として定義した、スラグ中のＣｒ
₂Ｏ₃を２５％以下、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．５〜
２．０とし、１６００℃での液相率を７５％以上確保し
た低粘性スラグとするという条件のうち、Ｃｒ₂Ｏ₃の
濃度は、送酸を停止する炭素濃度に大きく依存し、Ｃ量
が０．０１％よりも低い濃度になるまで吹酸脱炭した場
合には、必然的にＣｒ₂Ｏ₃の濃度は２５％よりも高く
なる。このため、スラグが排出されにくく、気泡活性面
が露出しにくいため、同一条件で処理した場合でも脱炭
速度が低下する。一方、溶鋼中のＣ量が０．０６％より
も高い濃度で吹酸脱炭を停止した場合には、Ｃｒ₂Ｏ₃
は１５％程度と少ないものの、温度が１６００℃に到達
しないため、スラグの液相率で見ると７５％よりも低
く、低粘性スラグにはなりえない。したがって、この場
合にもスラグが排出されにくく脱炭速度が低下する。

【００１６】

【実施例】実施例は１７５トン規模の真空脱ガス装置を
用いて行った。転炉にて［Ｃ］が約０．５％、［Ｃｒ］
を５％以上（主には１０〜２５％）含まれる溶鋼を溶製
した後、図１に示した形状の真空脱ガス炉で精錬を実施
した。精錬は、第１期と第２期に分け、第１期では底吹
きのポーラス煉瓦よりＡｒガスを供給して攪拌するとと
もに上吹きランスから酸素ガスを吹き付け、真空度が約
１００Ｔｏｒｒの条件下で脱炭した。第２期では、上吹
きランスからの送酸を停止するとともに真空度を１０Ｔ
ｏｒｒ以下とし、Ａｒ攪拌をして脱炭した。

【００１７】表１、表２に結果を示すが、Ｐは真空度
（Ｔｏｒｒ）、Ｈはガス吹き込み位置の浴深（ｍ）、Ｑ
は攪拌用Ａｒガス流量（ＮＬ／（分・ｔｏｎ））、Ｚは
浸漬管先端面と浸漬管外溶鋼湯面との間隔（ｍ）を示
す。また、脱炭速度は第２期開始時と終了時の炭素濃度
をＣ１（％）、Ｃ２（％）とし、第２期の時間をｔ１
（分）とした場合、（１）式で定義されるものである。

【００１８】ＫＣ＝（ｌｎＣ１−ｌｎＣ２）／ｔ１・・・・・・（１）表１は、図１に示した形状の真空脱ガス炉で精錬を実施
した結果であり、試験番号の１から１３までは本発明の
実施例である。番号１４は第１期の吹き止め炭素濃度を
低下させた場合であるが、第１期のクロムロスが大きく
経済的でなく、逆に番号１５のように第１期の吹き止め
炭素濃度が高い場合には、溶鋼中酸素が少ないため第２
期の脱炭速度が小さい。番号１６、１７は（Ｈ／（５＋
Ｐ））×Ｑが小さい場合、番号１８、１９はＺ／Ｑが大
きい場合であるが、いずれもスラグ排出が不良のため気
泡活性面を確保できず、脱炭速度が低いことがわかる。

【００１９】表２は、図１に示した形状の真空脱ガス炉
による精錬と、単純に取鍋上面の蓋をしてその中を排気
した取鍋脱ガス法（いわゆるＶＯＤ；ｂ）と、酸素ガス
を供給できるＲＨ法（いわゆるＲＨ−ＯＢ；ｃ）による
精錬とを比較した結果である。取鍋脱ガス法の場合に
は、スラグが排出できないため、気泡活性面が確保でき
ず脱炭速度が低く、ＲＨ法の場合には、Ａｒガスが浸漬
管内に供給されるため気泡の広がりが小さく気泡活性面
積が十分に大きくとれないため脱炭速度が低い。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明により、多量の底吹きガスによる
鋼浴の揺動やスプラッシュの発生という問題を生じるこ
となく、効率的に極低炭素濃度の高純度ステンレス鋼の
精錬が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空脱ガス炉による本発明の実施の態様を示す
説明図である。

【符号の説明】

イ：取鍋ロ：浸漬管ハ：溶鋼ニ：酸素上吹き用ランスホ：攪拌ガス供給用のポーラス煉瓦Ａ：気泡活性面Ｂ：スラグＣ：浴内に巻き込まれたスラグＤ：浸漬管外へ排出されたスラグＨ：ガス吹き込み深さＺ：浸漬管浸漬深さｈ：浸漬管内外の湯面高さの間隔

【図２】（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑとスラグの浴内巻き込
み指標との関係を示す図で、Ｐは真空度（Ｔｏｒｒ）、
Ｈはガス吹き込み位置の浴深（ｍ）、Ｑは攪拌用Ａｒ流
量（ＮＬ／（分・ｔｏｎ））を表す。

【図３】スラグ排出条件を求めた実験結果を示す図で、
Ｑは攪拌用ガス流量（ＮＬ／（分・ｔｏｎ））、Ｚは浸
漬管先端面と浸漬管外溶鋼湯面との間隔（ｍ）を表す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒを５％以上含む取鍋内溶鋼に直胴型
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ステンレス鋼の真空精錬に
おいて、溶鋼中のＣ量が０．０６〜０．０１％までは酸
素吹錬し、その後、送酸を停止するとともに、真空度を
Ｐ（Ｔｏｒｒ）、ガス吹き込み位置の浴深をＨ（ｍ）、
吹き込みガス流量をＱ（ＮＬ／（分・ｔｏｎ））とした
場合、（Ｈ／（５＋Ｐ））×Ｑを０．３以上とすること
で、送酸吹錬中に生成した真空表面にある酸化クロム含
有スラグを浴内に巻き込ませた上で、浸漬管先端面と浸
漬管外溶鋼湯面との間隔Ｚ（ｍ）とＱを、Ｚ／Ｑとして
０．２５以下とすることにより、巻き込まれたスラグを
浸漬管外へ流出させ、気泡活性面での脱炭を極限まで促
進させることを特徴とする高純度ステンレス鋼の精錬方
法。