JPH11140524A - 含クロム溶鉄の脱炭精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上吹きランスを用いて含クロム溶鉄を低炭域
まで脱炭精錬するに際して、酸素噴流の強度を維持しつ
つ、酸素ガス流量を大幅に低減しうる送酸方法を提供
し、クロム歩留りの向上、不活性ガス使用量の低減等を
図る。 【解決手段】 酸素ガスの流量又は圧力を独立して制御
できる２系統以上のガス配管を持ち、かつノズルスロー
ト部の総断面積において最大と最小の系統のノズルスロ
ート部総断面積比が２〜１０である上吹きランスを用い
て、溶鉄中の［Ｃ］が１．５重量％以上の範囲において
前記の全系統から送酸し、［Ｃ］が０．７重量％以下の
範囲においてノズルスロート部総断面積が最大の系統以
外の全部又は一部の系統から送酸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉やＡＯＤ炉等
の精錬容器中の含クロム溶鉄に上吹きランスを用いて酸
素を含有するガスを吹き付けて脱炭精錬を行う方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス溶鋼は、転炉やＡＯＤ炉で含
クロム溶鉄を脱炭精錬して製造されるが、脱炭時間を短
縮するためには酸素ガスの供給速度の大きい上吹きラン
スを用いることが望ましい。そのため、ＡＯＤ炉より送
酸速度の大きい転炉（とくに上底吹き転炉）が用いられ
ることが多く、あるいはＡＯＤ炉に上吹きランスを取り
付けて送酸速度を増大させることも試みられている。

【０００３】含クロム溶鉄の脱炭精錬を上吹き酸素によ
り行う場合、他の合金元素に比べてクロムが酸化され易
く、またクロム存在下では、炭素や酸素の活量が低下す
るため、クロム歩留りの低下、脱炭速度の低下などの問
題がある。

【０００４】さらに、クロムの酸化物であるＣｒ₂Ｏ₃を
含有するスラグは固相率が高く（固体として析出するＣ
ｒ₂Ｏ₃量が多く）、溶鉄中の炭素によるクロム酸化物の
還元が進行しにくいという問題があり、これが含クロム
溶鉄の脱炭精錬を困難にしている。

【０００５】そこで、クロムの酸化を防止するために脱
炭末期に酸素ガス流量を低減する方法が一般的に行われ
ているが、酸素ガス流量が減少したときに噴流強度が低
下するため、酸素噴流の衝突部分（いわゆる火点）の高
温化や撹拌が不十分となる。

【０００６】また、酸素ガス流量が減少したときに、単
にランス先端を溶鉄面に接近させる方法では、溶鉄面か
らの飛沫によるランスへの地金付着や、高温の火点に接
近することによるランス寿命の低下などが問題となる。

【０００７】そのため、噴流による鉄浴の撹拌を維持し
つつ、優先的に脱炭を進行させてクロム酸化を抑制する
ことを目的として、含クロム溶鉄の脱炭精錬中に上吹き
ランスから酸素と非酸化性ガスとの混合ガスを吹き付
け、溶鉄中の炭素濃度の低下と共に酸素ガスの混合比を
低減する方法が多数提案されている（特開昭５８−１３
０２１６号、特公平１−５４４０９号、特公平２−４３
８０３号公報など）。

【０００８】また、特開平１−１３２７１４号公報に
は、上記と同じように酸素ガスと非酸化性ガスを同時に
溶鉄に吹き付けるに際して、複数のガス噴射孔を有する
上吹きランスを用い、酸素ガスとは別のガス噴射孔から
非酸化性ガスを吹き付ける方法が開示されている。

【０００９】さらに、特開平９−４１０１８号公報に
は、先端部にガス吹出孔を複数有する上吹きランスから
酸素ガスを含クロム溶湯に吹き付けて脱炭を行なうに際
し、ガス吹出し孔をランス軸心又はその近傍に設ける副
孔とランス周辺寄りに設ける複数個の主孔に分け、溶湯
中の［Ｃ］濃度が１ｗｔ％以上の時期に、副孔からの送
酸量より複数個の主孔からの送酸量を大にして吹錬する
含クロム溶鋼の脱炭精錬方法が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したような同一系
統から混合ガスを吹き付ける方法（特開昭５８−１３０
２１６号など）では、噴流強度は維持できても火点温度
が低下するという問題があり、また噴流強度を維持する
ために必要な非酸化性ガス量が多くなる。

【００１１】非酸化性ガスとして、通常はアルゴン、窒
素等の不活性ガスが用いられるが、アルゴンは高価であ
って経済的でなく、窒素を用いる場合は溶鉄の窒素ピッ
クアップが大きくなって好ましくない。

【００１２】一方、特開平１−１３２７１４号の方法で
は、酸素ガスの供給系統は一つであり、酸素ガス流量を
低減すれば、その噴射孔からの噴流強度は維持できな
い。また酸素ガス流量が減少した分、他の噴射孔からの
不活性ガス流量を増せば、その流量が大きくなって好ま
しくないことは上記と同じである。

【００１３】さらに、特開平９−４１０１８号の方法
は、主孔から脱炭用の酸素を、副孔から二次燃焼用の酸
素を流して、二次燃焼を促進することを目的としたもの
で、これらを別々の酸素ガス供給系統に接続して、酸素
流量を独立に制御するというような技術思想を有するも
のでなく、噴流強度を維持しつつ酸素ガス流量を大幅に
低減するという本発明の目的に適用できるものではな
い。

【００１４】本発明は、上記のような従来技術の問題点
に鑑み、含クロム溶鉄を低炭域まで脱炭精錬するに際し
て、非酸化性ガスを用いることなく或いはその使用量を
最小限にとどめて、酸素噴流の強度を維持しつつ、酸素
ガス流量を大幅に低減しうる上吹きランスの送酸方法を
提供することを目的とする。

【００１５】またこれにより、ステンレス溶鋼を製造す
る際の、クロム歩留りの向上、不活性ガス使用量の低減
及びクロム酸化に起因する耐火物損耗の軽減等を図り、
脱炭コストの低減に寄与することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、単一のランスに独立に流量又は圧
力を制御できる複数の酸素ガス供給系統を配することに
着眼した。単一ランスに複数の送酸系統を持つ転炉製鋼
法の例として、特公昭６０−３１８８２号公報に開示さ
れている方法がある。

【００１７】これは、単一ランスの先端面に、複数個の
大径の撹拌用ノズル孔と小径の滓化促進用ノズル孔を交
互に配列し、両者をそれぞれ流量調整可能な個別酸素供
給系に接続し、送酸条件を独立に制御しようとするもの
である。

【００１８】しかし、この方法は通常の転炉吹錬におけ
る脱燐の強化を目的としたもので、含クロム溶鉄の脱炭
において、噴流強度を維持しつつ酸素流量を大幅に低減
するという本発明の目的に適用できるものではない。

【００１９】本発明者らは、単一ランスに複数の独立な
送酸系統を持ち、脱炭最盛期には全系統を使用し、脱炭
の各段階において適宜その一部を使用するようにすれ
ば、前記の課題を解決して、クロムの酸化ロスの少ない
脱炭精錬が可能なことを見出した。

【００２０】この知見に基づく本発明の要旨は、 (１)精錬容器中の含クロム溶鉄に上吹きランスから酸素
ガスを吹き付けて脱炭精錬を行うにあたり、酸素ガスの
流量又は圧力を独立して制御できる２系統以上のガス配
管を持ち、かつノズルスロート部の総断面積において最
大と最小の系統のノズルスロート部総断面積比が２〜１
０である上吹きランスを用いて、前記溶鉄中の炭素濃度
［Ｃ］が１．５重量％以上の範囲において前記の全系統
から送酸し、［Ｃ］が０．７重量％以下の範囲において
ノズルスロート部総断面積が最大の系統以外の全部又は
一部の系統から送酸することを特徴とする含クロム溶鉄
の脱炭精錬方法である。

【００２１】(２)［Ｃ］が０．７〜１．５重量％の範囲
において、少なくともノズルスロート部の総断面積が最
大の系統の酸素ガス流量を段階的または連続的に低減し
あるいは停止するとともに、当該系統に非酸化性ガスを
混合し、酸素ガス流量が低下するにしたがって非酸化性
ガスの流量を増加させることを特徴とする前項(１)記載
の含クロム溶鉄の脱炭精錬方法である。

【００２２】(３)前記の上吹きランスとして、ノズルス
ロート部の総断面積の大きい系統ほどランス先端のノズ
ル孔がランスの中心軸から離れた位置に配置されている
上吹ランスを用いることを特徴とする前項(１)又は(２)
に記載の含クロム溶鉄の脱炭精錬方法である。

【００２３】(４)酸素ガスの供給を停止した系統に、ラ
ンス先端のノズル孔への地金の侵入を防止するために一
定流量以上の非酸化性ガスを供給することを特徴とする
前項(１)〜(３)のいずれかに記載の含クロム溶鉄の脱炭
精錬方法である。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明に用いる上
吹きランスの例を示す説明図で、図１は酸素ガス配管が
２系統の場合、図２は３系統の場合を示す。図１(ａ)及
び図２(ａ)にはランス先端の平面概要図を、図１(ｂ)及
び図２(ｂ)にはＡ−Ａ断面におけるランス先端の構造及
び酸素ガス配管の概要を示す。

【００２５】図１において、上吹きランス先端のノズル
孔１ａはガス通路２ａに開口しており、酸素ガス配管３
ａ（以下、Ａ系統という）から送酸される。３個のノズ
ル孔１ｂはガス通路２ｂに開口しており、酸素ガス配管
３ｂ（以下、Ｂ系統という）から送酸される。

【００２６】同様に図２において、ノズル孔１ａ、１ｂ
はＡ系統、Ｂ系統から送酸され、３ケのノズル孔１ｃは
ガス通路２ｃに開口して、酸素ガス配管３ｃ（以下、Ｃ
系統という）から送酸される。

【００２７】なお、図１及び２において、ノズル孔１ａ
は１個、ノズル孔１ｂ、１ｃは各３個であるが、ノズル
孔数はこれに限定されない。

【００２８】本発明の含クロム溶鉄の脱炭精錬方法は、
単一のランスに２系統以上の酸素ガス配管を持つことを
特徴とする。酸素ガス配管の系統数の上限はとくに限定
されないが、４系統以上では上吹きランスの構造が複雑
になり過ぎるので、通常は２〜３系統とする。

【００２９】また、本発明においては、ノズルスロート
部の総断面積が最大の系統（図１及び２のＢ系統）と最
小の系統（図１及び２のＡ系統）のノズルスロート部総
断面積比（ノズル１ｂのスロート部総断面積／ノズル１
ａのスロート部総断面積）が２〜１０となる上吹きラン
スを用いる。

【００３０】本発明は、上記の酸素ガス配管と上吹きラ
ンスを配して、転炉、ＡＯＤ炉等の精錬容器中の含クロ
ム溶鉄の脱炭精錬を行うにあたり、溶鉄中の炭素濃度
［Ｃ］が１．５重量％以上の範囲（以下、脱炭最盛期と
いう）においては、全系統から送酸し、［Ｃ］が０．７
重量％以下の範囲（以下、脱炭末期という）において
は、ノズルスロート部総断面積が最大の系統の送酸を停
止し、これ以外の全部又は一部の系統から送酸すること
を特徴とする。

【００３１】すなわち、少なくとも脱炭末期において
は、図１の例ではＡ系統のみから、図２の例では、Ａ系
統、Ｃ系統又はこれらの両系統から送酸する。

【００３２】含クロム溶鉄の脱炭反応は、吹錬条件にも
依存するが通常は［Ｃ］０．７％〜１．５重量％で酸素
ガス供給律速から炭素供給律速に移行する。したがっ
て、クロムの酸化を抑制するためには、脱炭末期の送酸
速度を大幅に低減する必要があり、脱炭最盛期の送酸速
度の１／２〜１／１０にすることが望ましい。

【００３３】本発明の方法は、酸素噴流の強度を維持し
つつ、脱炭末期の送酸速度を脱炭最盛期の１／２〜１／
１０に低減することを可能にするもので、これにより脱
炭末期においても、高温の火点の形成とスラグ、メタル
の十分な撹拌が可能となり、クロムの酸化ロスを最小限
にとどめて低炭域まで脱炭精錬を行うことができる。

【００３４】なお、ノズルスロート部の総面積比におい
て、最大と最小の系統の比を２〜１０とする理由は、こ
れが２倍未満では流量の可変幅が小さくなるため効果が
小さく、１０倍超にすると脱炭末期の送酸速度が小さく
なり過ぎるためである。

【００３５】請求項１記載の本発明は、少なくとも
［Ｃ］１．５重量％以上の範囲においては全系統から送
酸し、少くとも［Ｃ］０．７重量％以下の範囲において
は、ノズルスロート部総断面積が最大の系統を除く全部
又は一部の系統から送酸すればよく、［Ｃ］０．７〜
１．５重量％の範囲の送酸方法を限定するものではな
い。

【００３６】しかし、［Ｃ］０．７〜１．５重量％の範
囲では、［Ｃ］濃度の低下とともに脱炭速度が低下する
から、クロムの酸化ロスをより少なくするためには、こ
の［Ｃ］範囲において、送酸速度を段階的または連続的
に低減することが望ましい。

【００３７】請求項２記載の本発明は、上記の［Ｃ］範
囲において、少なくともノズルスロート部の総断面積が
最大の系統の（図１及び２の例では、少なくともＢ系統
の）酸素ガス流量を段階的または連続的に低減しあるい
は停止するとともに、当該系統に非酸化性ガスを混合
し、酸素ガス流量が低下するにしたがって非酸化性ガス
の流量を増加させることを特徴とする。

【００３８】酸素ガス流量の低減にともない非酸化性ガ
スを混合する理由は、ある程度の噴流強度を維持してス
ラグ及びメタルを撹拌すると共に、ランスのノズル孔へ
の地金の侵入を防止するためである。

【００３９】この目的のためには、噴流強度を脱炭最盛
期における酸素ガス噴流の強度ほど大きくする必要はな
く、ガス流量は脱炭最盛期の１／１０程度以上であれば
よい。また、非酸化性ガスを混合して吹き付けることに
より、溶鉄表面のＣＯ分圧が下がって脱炭が促進され、
クロムの酸化ロスを一層低減させる効果を有する。

【００４０】本発明においては、ノズルスロート部の総
断面積の大きい系統ほどランス先端のノズル孔がランス
の中心軸から離れた位置に配置されている上吹きランス
を用いることが望ましい。例えば図２の例では、ノズル
スロート部総断面積は１ａ、１ｃ、１ｂのノズル孔の順
に大きいので、この順にランス中心軸から離れた位置に
配置する。

【００４１】このような配置が望ましい理由は、脱炭末
期にスロート部総断面積が最大の系統の送酸を停止した
時に、火点位置が精錬容器横断面の中央付近であること
が望ましいこと、及びスロート部総断面積の大きい系統
ほどノズル孔数を多くすることが好ましく、ランス中心
軸から離れた位置の方がノズル孔の配置が容易になるた
めである。

【００４２】また、本発明の方法においては、脱炭の後
期とくに脱炭末期において、一部のノズル孔からの送酸
を停止するが、この際、溶鉄の飛沫がノズル孔内に侵入
して、ノズルの閉塞を生じるおそれがある。

【００４３】したがって、酸素ガスの供給を停止した系
統に一定流量以上の非酸化性ガスを供給することが望ま
しい。このような地金の侵入防止に必要な非酸化性ガス
の流量は、ノズル出口のガス流速で１００Ｎｍ／ｓｅｃ
程度以上であればよく、脱炭最盛期の酸素ガス流量の１
／１０程度でよい。

【００４４】

【実施例】容量６ｔの上底吹き転炉を用いて、本発明の
方法と酸素ガス配管が一系統の従来の方法で、含クロム
溶鉄の脱炭精錬を行い、クロム歩留り及び不活性ガス使
用量を比較した。

【００４５】実施例は、図１に示すような上吹きランス
と２系統の酸素ガス配管を用い、本発明の方法により下
記の条件で脱炭した場合である。なお、［Ｃ］は吹錬中
のサブランス測定と動的モデルにより予測して吹錬制御
を行った。

【００４６】ノズルスロート径：Ａ系統９ｍｍ×１個 Ｂ系統９ｍｍ×４個（放射角２０°） 送酸条件 Ａ系統は脱炭全期においてＯ₂ ２４０ Ｎｍ³／ｈと
し、Ｂ系統は、以下のように変更した。

【００４７】 ［Ｃ］１．５％以上 ：Ｏ₂ ９６０ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］１．０〜１．５％：Ｏ₂ ７６０ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７〜１．０％：Ｏ₂ ３６０＋Ａｒ ５０ Ｎ
ｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７％以下 ：Ａｒ １２０ Ｎｍ³／ｈ。

【００４８】比較例１は、ランスのノズル孔数、孔径は
実施例と同じで、送酸は１系統とし不活性ガスを混合せ
ず、Ｏ₂のみで上吹きした場合で、送酸量を下記のよう
に変更した。

【００４９】 ［Ｃ］１．５％以上 ：Ｏ₂ １２００ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］１．０〜１．５％：Ｏ₂ １０００ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７〜１．０％：Ｏ₂ ６００ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７％以下 ：Ｏ₂ ２４０ Ｎｍ³／ｈ。

【００５０】比較例２は、上吹きランスは比較例１と同
じであるが、１系統の送酸系統で、脱炭最盛期以降にＯ
₂とＡｒの混合ガスを供給した場合で、Ｏ₂及びＡｒの流
量を下記のように変更した。

【００５１】 ［Ｃ］１．５％以上 ：Ｏ₂ １２００ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］１．０〜１．５％：Ｏ₂ １０００ Ｎｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７〜１．０％：Ｏ₂ ６００＋Ａｒ ５０ Ｎ
ｍ³／ｈ ［Ｃ］０．７％以下 ：Ｏ₂ ２４０＋Ａｒ １２０
Ｎｍ³／ｈ。

【００５２】実施例、比較例１、２ともに、脱炭前の含
クロム溶鉄の成分は、［Ｃ］約４％、［Ｓｉ］約０．７
％、［Ｃｒ］約１６％、溶鉄温度は約１３５０℃で、こ
の溶鉄を上記の送酸条件で［Ｃ］約０．２％まで脱炭し
た。また、実施例、比較例１及び２共に、脱炭中の底吹
きＡｒ流量は１００Ｎｍ³／ｈ一定とし、ランス高さも
０．８ｍ一定とした。

【００５３】上記の条件で各２ヒートの脱炭吹錬を行っ
た結果、実施例でＣｒ歩留りの平均値は８１％、Ａｒガ
ス原単位の平均値は１４．５Ｎｍ³／ｔであった。

【００５４】一方、比較例１ではＡｒガス使用量は１
０．３Ｎｍ³／ｔ（底吹Ａｒのみ）であったが、Ｃｒ歩
留りの平均値は７２％と著しく低下した。また比較例２
では、Ｃｒ歩留りの平均値は７６％と比較的高い値が得
られたが、Ａｒガス原単位の平均値は１６．５Ｎｍ³／
ｔと大きくなった。

【００５５】

【発明の効果】本発明により、上吹きランスの酸素噴流
の強度を維持しつつ、その送酸速度を大幅に変更するこ
とができるようになった。これにより、含クロム溶鉄の
脱炭精錬において、脱炭末期の送酸速度を大幅に低減し
ても、高温の火点が形成されかつスラグ、メタルが十分
撹拌されるため、クロムの酸化ロスを最小限にとどめて
低炭域まで脱炭精錬することが可能になった。

【００５６】本発明の方法によれば、ステンレス溶鋼を
製造する際の、クロム歩留りの向上、不活性ガス使用量
の低減及びクロム酸化に起因する耐火物損耗の軽減等が
可能になり、脱炭コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる上吹きランスの例を示す説明図
で、酸素ガス配管が２系統の場合を示す。

【図２】本発明に用いる上吹きランスの他の例を示す説
明図で、酸素ガス配管が３系統の場合を示す。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ：上吹きランス先端のノズル孔 ２ａ、２ｂ、２ｃ：上吹きランスのガス通路 ３ａ、３ｂ、３ｃ：酸素ガス配管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精錬容器中の含クロム溶鉄に上吹きラン
   スから酸素ガスを吹き付けて脱炭精錬を行うにあたり、
   酸素ガスの流量又は圧力を独立して制御できる２系統以
   上のガス配管を持ち、かつノズルスロート部の総断面積
   において最大と最小の系統のノズルスロート部総断面積
   比が２〜１０である上吹きランスを用いて、前記溶鉄中
   の炭素濃度［Ｃ］が１．５重量％以上の範囲において前
   記の全系統から送酸し、［Ｃ］が０．７重量％以下の範
   囲においてノズルスロート部総断面積が最大の系統以外
   の全部又は一部の系統から送酸することを特徴とする含
   クロム溶鉄の脱炭精錬方法。
2. 【請求項２】 ［Ｃ］が０．７〜１．５重量％の範囲に
   おいて、少なくともノズルスロート部の総断面積が最大
   の系統の酸素ガス流量を段階的または連続的に低減しあ
   るいは停止するとともに、当該系統に非酸化性ガスを混
   合し、酸素ガス流量が低下するにしたがって非酸化性ガ
   スの流量を増加させることを特徴とする請求項１記載の
   含クロム溶鉄の脱炭精錬方法。
3. 【請求項３】 前記の上吹きランスとして、ノズルスロ
   ート部の総断面積の大きい系統ほどランス先端のノズル
   孔がランスの中心軸から離れた位置に配置されている上
   吹ランスを用いることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の含クロム溶鉄の脱炭精錬方法。
4. 【請求項４】 酸素ガスの供給を停止した系統に、ラン
   ス先端のノズル孔への地金の侵入を防止するために一定
   流量以上の非酸化性ガスを供給することを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の含クロム溶鉄の脱炭精錬
   方法。