JPH10158725A - 高クロム鋼の減圧脱炭方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、クロム酸化ロスを抑制したままス
プラッシュの発生を抑制した高クロム溶鋼の高速脱炭精
錬を可能とするもので、ステンレス鋼などを経済的に製
造するための減圧脱炭方法を提供する。 【解決手段】 取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該
浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素を供給すると共
に、取鍋低部より不活性ガスを供給して、該溶鋼を攪拌
する精錬法において、上吹きランスより酸素を供給する
とともに、浸漬管壁面に設けたノズルより酸素を供給す
る高クロム鋼の高速減圧脱炭方法であって、上吹きラン
スより供給する酸素流量ＦＵと、浸漬管壁面に設けたノ
ズルより供給する酸素流量ＦＢの比を、ＦＵ／ＦＢで
０．５〜２．０の範囲とし、全酸素供給速度を１０〜３
０Ｎｍ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本技術は高クロム溶鋼の精錬
を効率的におこない、ステンレス鋼などを経済的に製造
するための減圧脱炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃｒを約１０％以上含有する高クロム鋼
をＣが０．１％以下の低炭域までクロムの酸化損失を抑
制しつつ脱炭する代表的な方法として、減圧下で酸素を
溶鋼に上吹きランスから吹き付けるＶＯＤ法が広く用い
られている（鉄鋼便覧ＩＩ、第３版、ｐ．７１８以
降）。しかし、脱炭速度を増加しようとして酸素供給速
度を増加した場合には、上吹き酸素ガスによるスプラッ
シュが激しくなる。しかし、装置全体を真空容器に収納
するため、許容できるスプラッシュ高さ（フリーボー
ド）には設備的な上限があるため、操業上、可能な脱炭
速度には限界がある。

【０００３】このフリーボードの問題を解決するものと
して、ＲＨの真空槽内の溶鋼へ酸素を供給するＲＨ・Ｏ
Ｂ法がある（「鉄と鋼」、第６３年、１９７７年、ｐ．
２０６４以降）。ＲＨ・ＯＢの場合には、酸素ガスは幾
何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置よりも上方
より吹き付けるため、脱炭速度を増加しようとして酸素
供給速度を増加した場合には、上吹き酸素ガスによるス
プラッシュが激しくなる。

【０００４】この場合、浸漬管方式のためフリーボード
が１０ｍ程度確保されているものの、浸漬管への地金付
着が激しく、地金を溶流するために大型のバーナー設備
が必要になるという問題がある。また、ＲＨの場合には
ＶＯＤに比べると攪拌が弱いため高速脱炭時にはクロム
の酸化ロスが大きくなる。

【０００５】本発明者らは、ＶＯＤと同等以上の強攪拌
が可能であり、ＲＨ・ＯＢと同等のフリーボードの確保
が可能な、「取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該浸
漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素を上吹きすると共
に、取鍋低部より不活性ガスを供給して、該溶鋼を攪拌
する精錬法」を提案している（特開平１ー１５６４１６
号公報）。この方法では攪拌が強いため高速脱炭時にも
クロムの酸化ロスが抑制できるが、酸素供給速度（以
下、送酸速度という）を増加した場合に上吹き酸素ガス
によるスプラッシュが激しくなる問題は残り、地金を溶
流するために大型のバーナー設備が必要になるという問
題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決すべく、高速脱炭時にもクロムの酸化ロスが抑制で
き、かつ、スプラッシュの発生が少ない精錬方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上吹き酸
素と浸漬管壁面から供給する酸素とを適正比率に制御す
ることで、大幅なスプラッシュの抑制が可能となること
を見いだした。

【０００８】本発明の要旨は、以下の各方法にある。

【０００９】（１）取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬
し、該浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素ガスを供
給すると共に、取鍋低部より不活性ガスを供給する精錬
法において、上吹きランスより酸素ガスを供給するとと
もに、浸漬管内壁面に設けたノズルより酸素ガスを供給
することを特徴とする高クロム鋼の減圧脱炭方法。

【００１０】（２）上記（１）において、上吹きランス
より供給する酸素ガス流量ＦＵと、浸漬管壁面に設けた
ノズルより供給する酸素ガス流量ＦＢの比を、ＦＵ／Ｆ
Ｂで０．５〜２．０とし、全酸素供給速度を１０〜３０
Ｎｍ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）とすることを特徴とする高
クロム鋼の減圧脱炭方法。

【００１１】（３）上記（１）又は（２）において、浸
漬管内壁面に設けるノズルの位置を、幾何学的に計算さ
れる浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに
対して、該溶鋼表面位置を中心に上方へ０．２Ｈ〜下方
へ０．２Ｈとすることを特徴とする高クロム鋼の減圧脱
炭方法。

【００１２】（４）上記（１）〜（３）のいずれかにお
いて、浸漬管内壁面に設けるノズル本数Ｎを、幾何学的
に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を中心に上方を
＋、下方を−とした場合のノズル位置Ｌに対して、下式
で計算されるＮ１〜Ｎ２の範囲とすることを特徴とする
高クロム鋼の減圧脱炭方法。

【００１３】Ｎ１＝６−２０×Ｌ／Ｈ Ｎ２＝１２−４０×Ｌ／Ｈ ここで、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置
とは、溶鋼密度を７ｇ／ｃｍ³として取鍋形状、浸漬管
形状から計算した値である。また、低部からの吹き込み
とは、取鍋底に設けたポーラス煉瓦から、あるいは、浸
漬ランスからのガス吹き込みであり、幾何学的に計算さ
れる浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに
対して、該溶鋼表面位置から０．７Ｈよりも深い位置か
らの吹き込みを意味する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１５】上吹きガスによるスプラッシュの発生は、
上吹きガスによる運動エネルギーで、溶鋼表面の凹み外
周部より溶鋼粒子が引きちぎられることが原因とされて
いる。高速脱炭のために送酸速度を増加させると、上吹
きガスの運動エネルギーが増大するため必然的にスプラ
ッシュが激しくなる。また、これを抑制するために、上
吹きエネルギーを低下させた（いわゆるソフトブロー化
した）場合には、スプラッシュはやや低減されるものの
火点温度が低下するため脱炭効率が低下するという冶金
的な問題が発生する。

【００１６】―方、浸漬管内では脱炭により発生するＣ
Ｏガスで嵩比重が軽くなるため、溶鋼表面位置が、幾何
学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置よりも高くな
っている（盛り上がり）。浸漬管壁面から、このような
盛り上がり溶鋼内、あるいは、幾何学的に計算される浸
漬管内の溶鋼表面位置以下の溶鋼内に酸素ガスを吹き込
む場合には、酸素ガス、あるいは、脱炭により発生する
ＣＯガスの気泡が溶鋼表面で破裂することでスプラッシ
ュが発生する。この場合にも、高速脱炭のために送酸速
度を増加させると、溶鋼内に吹き込まれるガス量が増大
するため、気泡が破裂する際のエネルギーが増大し、必
然的にスプラッシュが激しくなる。

【００１７】これに対して、図１に模式的に示すよう
に、上吹き酸素と溶鋼内に吹き込む酸素とを併用した場
合には、以下に記す原理で大幅にスプラッシュが抑制さ
れることを見いだした。つまり、上吹きガスによる下向
きの運動エネルギーと、吹き込まれたガスにより上吹き
の運動エネルギーがキャンセルされ、浸漬管内溶鋼ａの
表面の凹み形状が浅くなるため、上吹きガスの運動エネ
ルギーは大きくとも、凹み外周部より溶鋼粒子が引きち
ぎられる頻度が少なくなる。また、吹き込まれたガスが
破裂する場合に生成するスプラッシュ（１次スプラッシ
ュｂ）は上吹き酸素と反応し、該スプラッシュ中の炭素
が酸化されＣＯガスとなる。この時のガス発生によりス
プラッシュは微細な粒子に再分裂する（２次スプラッシ
ュｃ）。１次スプラッシュが上方に向かうエネルギーを
有しているのに対し、この場合に生成する２次スプラッ
シュは等方的に飛散するため、浸漬管への地金付着を引
き起こすことは無くなる。

【００１８】本発明の実施形態の模式図を図２に示す。

【００１９】図２において、１は取鍋、２は浸漬管、３
はガス吹き込み用ポーラス煉瓦、４は上吹きランス、５
は浸漬管壁面からの吹き込み用ノズル、Ｄは浸漬管径、
Ｈは幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から
取鍋底までの距離、Ｌは幾何学的に計算される浸漬管内
の溶鋼表面位置を中心に上方を＋、下方をーとした場合
のノズル位置、直線ＡＡは幾何学的に計算される浸漬管
内の溶鋼表面位置を示すものである。

【００２０】本発明の構成要件における数値その他の限
定理由は以下のとおりである。

【００２１】上吹きランス４より供給する酸素流量ＦＵ
と、浸漬管壁面に設けたノズル５より供給する酸素流量
ＦＢの比は、図３に示すようにＦＵ／ＦＢで０．５〜
２．０の範囲とした理由は、０．５よりもＦＵが少ない
場合には、吹き込みによる１次スプラッシュを２次スプ
ラッシュに充分に再分裂させることができず、地金付着
を充分には抑制できない。

【００２２】また、２．０よりＦＢが少ない場合には、
上吹きの運動エネルギーが吹き込みガスで充分にキャン
セルされず、溶鋼表面の凹み形状が維持されるため、凹
み外周部より溶鋼粒子が引きちぎられる頻度が減らな
い。

【００２３】また、全酸素供給速度が１０Ｎｍ³／（ｍ
ｉｎ・ｔｏｎ）よりも小さい場合には上吹き単独であっ
ても、スプラッシュ量は、さほど多くなく操業は可能で
あり、３０Ｎｍ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）よりも多い場合
にはガスの上昇流速が大きくなるため、本発明をもって
してもスプラッシュは充分には低減できない。

【００２４】さらに、本発明の効果を増すには浸漬管壁
面に設けるノズルの位置を特定範囲にすることが必要で
ある。図４に示すように、浸漬管壁面に設けるノズルの
位置を、幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置
から取鍋底までの距離Ｈに対して、該溶鋼表面位置を中
心に上方へ０．２Ｈ〜下方へ０．２Ｈとする必要があ
る。この理由は、この範囲よりも上方の場合には、実質
的に上吹きと変わらなくなり、上吹きと吹き込みの組み
合わせで実現できる本発明の効果が発現しない。

【００２５】逆に、この範囲よりも下方の場合には、吹
き込み位置の浴深が深くなり過ぎるため、気泡が破裂す
る際のエネルギーが大きくなりすぎスプラッシュが充分
に抑制できない。また、この場合には、浸漬管内溶鋼の
低部から吹き込まれたガスによるマクロ的な循環流が、
浸漬管壁面から吹き込まれたガスにより阻害され冶金特
性も悪化する。

【００２６】浸漬管壁面に設けるノズル本数Ｎは、幾何
学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を中心に上方
を＋、下方を−とした場合のノズル位置Ｌに対して、下
式で計算されるＮ１〜Ｎ２の範囲とする必要がある。

【００２７】Ｎ１＝６ー２０×Ｌ／Ｈ Ｎ２＝１２ー４０×Ｌ／Ｈ つまり、ノズル数は少ない方がメンテナンス性やノズル
周囲の耐火物寿命上は有意であるが、スプラッシュの低
減効果としては１本当たりのガス供給量が低下するた
め、ノズル数は多い方が効果がある。最適ノズル数は溶
鋼ヘッドで変わり、その最適範囲が上記条件となる。

【００２８】

【実施例】図２に示した精錬装置で１５０トンの溶鋼を
処理した。

【００２９】温度は約１６５０℃で、ガス攪拌は取鍋底
に設けたポーラス煉瓦からＡｒガスを６．５Ｎｌ／（ｍ
ｉｎ・ｔｏｎ）供給した。脱炭中の真空度は１００〜２
００Ｔｏｒｒ、脱炭開始［Ｃ］は約０．７％、脱炭終了
［Ｃ］は約０．０５％、［Ｃｒ］は１２〜１４％であ
り、全酸素供給速度は２４Ｎｍ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）
であった。

【００３０】浸漬管への地金付着量は処理前後の浸漬管
重量の差より見積もった。浸漬管内径は１．６ｍ、幾何
学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から取鍋底ま
での距離Ｈは３．６ｍであった。

【００３１】実施例では、上吹きランスと、幾何学的溶
鋼表面位置より上方へ０．１Ｈの位置の浸漬管壁面に設
けた６本のノズルから酸素ガスを供給した。ＦＵ／ＦＢ
を１とした結果、地金付着量は１．２ｔ／ｃｈであり、
吹酸中のクロム酸化も０．２５％に過ぎなかった。

【００３２】比較例では、ＦＵ／ＦＢを２．５とした結
果、地金付着量は４．５ｔ／ｃｈであった。また、ＦＵ
／ＦＢを０．４とした場合も地金付着量は４．８ｔ／ｃ
ｈであった。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、クロム酸化ロスを抑制し
たままスプラッシュの発生を抑制した高クロム溶鋼の高
速脱炭精錬が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるスプラッシュ抑制の原理を示し
た模式図である。

【図２】本発明の実施形態の模式図である。

【図３】ＦＵ／ＦＢと地金付着量との関係の実験結果を
示す図である。

【図４】浸漬管壁面に設けるノズル位置と地金付着量と
の関係の実験結果を示す図である。

【符号の説明】

ａ 浸漬管内溶鋼 ｂ １次スプラッシュ ｃ ２次スプラッシュ Ｄ 浸漬管径 Ｈ 幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置から
取鍋底までの距離 Ｌ 幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置を中
心に上方を＋、下方をーとした場合のノズル位置 ＡＡ 幾何学的に計算される浸漬管内の溶鋼表面位置 １ 取鍋 ２ 浸漬管 ３ ガス吹き込み用ポーラス煉瓦 ４ 上吹きランス ５ 吹き込み用ノズル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋内溶鋼に直胴型浸漬管を浸漬し、該
   浸漬管内を減圧して浸漬管内溶鋼に酸素ガスを供給する
   と共に、取鍋低部より不活性ガスを供給する精錬法にお
   いて、上吹きランスより酸素ガスを供給するとともに、
   浸漬管内壁面に設けたノズルより酸素ガスを供給するこ
   とを特徴とする高クロム鋼の減圧脱炭方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、上吹きランスより供
   給する酸素ガス流量ＦＵと、浸漬管壁面に設けたノズル
   より供給する酸素ガス流量ＦＢの比を、ＦＵ／ＦＢで
   ０．５〜２．０とし、全酸素供給速度を１０〜３０Ｎｍ
   ³／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）とすることを特徴とする高クロ
   ム鋼の減圧脱炭方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、浸漬管内壁面
   に設けるノズルの位置を、幾何学的に計算される浸漬管
   内の溶鋼表面位置から取鍋底までの距離Ｈに対して、該
   溶鋼表面位置を中心に上方へ０．２Ｈ〜下方へ０．２Ｈ
   とすることを特徴とする高クロム鋼の減圧脱炭方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、浸漬
   管内壁面に設けるノズル本数Ｎを、幾何学的に計算され
   る浸漬管内の溶鋼表面位置を中心に上方を＋、下方を−
   とした場合のノズル位置Ｌに対して、下式で計算される
   Ｎ１〜Ｎ２の範囲とすることを特徴とする高クロム鋼の
   減圧脱炭方法。 Ｎ１＝６−２０×Ｌ／Ｈ Ｎ２＝１２−４０×Ｌ／Ｈ