(57)【要約】【課題】炉内に高温の溶鋼を収容した状態で大気精錬から減圧精錬に切り替え、精錬を行ったときに炉内で蒸発した金属が集塵機に集塵されて、発火により濾布を焼損する問題を未然に防ぐことのできる減圧精錬設備を提供する。【解決手段】ＡＯＤ炉１０に、開口１８を閉鎖する蓋体３４と減圧吸引を行う減圧吸引管とを有する減圧装置を付加し、大気精錬の後に蓋体３４を装着して減圧精錬を行う設備において、溶鋼Ｗの上方位置で炉壁を貫通して設けた酸素吹込管５８から減圧状態の下でO２ガスを炉内に且つ溶鋼Ｗの上方空間Ｋに吹き出す酸素吹込装置５６を取り付けておく。【選択図】        図２
2010156021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端に出湯用の開口を備えて傾動可能に設けられた炉体の内部に含クロム溶鋼を収容し、該溶鋼に対してO２ガスを非酸化性の希釈ガスとともに直接吹き込んで脱炭精錬を大気中で行うＡＯＤ炉に、前記開口を閉鎖する蓋体と前記炉体の内部を減圧吸引する減圧吸引管とを有する減圧装置を付加し、大気精錬の後に該蓋体を装着して前記炉体の内部を減圧状態に切り換え、前記溶鋼への非酸化性の撹拌ガスの吹込みによりスラグ中の酸化クロムと溶鋼中のCとの反応により該溶鋼の脱炭と溶鋼中へのCrの回収とを行う減圧精錬設備において、
前記溶鋼の上方位置で前記炉体の炉壁を貫通して設けた酸素吹込パイプから前記減圧状態の下でO２ガスを該炉体の内部に且つ前記溶鋼の上方空間に吹き出す酸素吹込装置を取り付けてあることを特徴とする減圧精錬設備。
【請求項２】
前記酸素吹込パイプが、前記炉体の半分以上の高さの位置に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の減圧精錬設備。
【請求項３】
前記酸素吹込パイプが、前記炉体の３分の２以上の高さの位置に設けてあることを特徴とする請求項２に記載の減圧精錬設備。
【請求項４】
前記酸素吹込パイプが、前記炉体の上部のテーパ状をなすコーン部に且つ前記蓋体の下位置に設けてあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の減圧精錬設備。
【請求項５】
前記酸素吹込パイプは、先端の吹込口の軸線が前記溶鋼の上面と交差しない向きで設けてあることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の減圧精錬設備。
【請求項６】
前記酸素吹込パイプは、前記炉体の傾動による前記上端の開口からの前記溶鋼の出湯側とは反対側の前記炉壁に複数設けてあることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の減圧精錬設備。
【請求項７】
前記複数の酸素吹込パイプは同じ高さ位置に設けてあることを特徴とする請求項６に記載の減圧精錬設備。
【請求項８】
前記酸素吹込パイプは、前記炉体の内部空間に突出しない状態で設けてあることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の減圧精錬設備。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の減圧精錬設備の操業方法であって、前記減圧吸引を開始して前記炉体の内部の圧力が４００トール以下に減圧された後において、前記酸素吹込パイプからのO２ガスの吹込みを行うことを特徴とする減圧精錬設備の操業方法。
【請求項１０】
少なくとも還元期には前記O２ガスの吹込みを行うことを特徴とする請求項９に記載の減圧精錬設備の操業方法。
【請求項１１】
前記酸素吹込パイプからのO２ガスの吹込みを７Ｎｍ３／ｈｒ・ｔ（但しｔは炉体の容量トン）以下の吹込量で行うことを特徴とする請求項９，１０の何れかに記載の減圧精錬設備の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＡＯＤ炉に減圧装置を付加した形態の減圧精錬設備及びその減圧精錬設備の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、含クロム溶鋼、代表的にはステンレス溶鋼を精錬するに際して、炉体の内部に収容した溶鋼中にO２ガスを非酸化性の希釈ガス（Ar又はN２ガス）とともに吹き込んで溶鋼中のCを脱炭し、C濃度を低下させることが行われている。
ＡＯＤ法はその精錬方法の代表的なものである。
【０００３】
この精錬に用いられるＡＯＤ炉では、上端に出湯用の開口を備えて傾動可能に設けられた炉体の内部（以下炉内）に溶鋼を収容し、そして溶鋼上面より下側において炉底近傍の炉壁に設けた羽口からO２ガスと希釈ガスとの混合ガスを溶鋼中に吹き込み、大気中で脱炭精錬を行う。
【０００４】
ところで大気中での脱炭精錬では、溶鋼中のC濃度が低くなってくると吹き込んだ酸素が脱炭のために有効に働かず、クロム（Cr）を酸化してしまい脱炭効率が悪くなる。
また脱炭に長時間かかり、この間に高価なArを多量に消費することとなるため、精錬コストが高くなってしまう。
【０００５】
そこでＡＯＤ炉に対して、炉体の上端の開口を閉鎖する蓋体と炉内を減圧吸引する減圧吸引管とを有する減圧装置を付加した減圧精錬設備が開発され、実用に供されている。
【０００６】
この減圧精錬設備では、大気精錬において溶鋼中のC濃度があるレベルまで低下したところで蓋体を装着して炉内を密閉状態とし、そして減圧吸引管を通じて減圧吸引して炉内を減圧状態に切り換えるとともに、その減圧状態の下で溶鋼への非酸化性の撹拌ガスの吹込みを行って溶鋼とスラグとを激しく撹拌させ、その中で先の大気精錬に際して生成したスラグ中の酸化クロムと溶鋼中のCとを反応させて脱炭を続行するとともに、スラグ中の酸化クロムを一部還元し、溶鋼中にクロム（Cr）を回収する。
この減圧精錬設備によると、脱炭精錬を短時間で迅速に行うことができるとともに、高価なArガスの使用量を少なくでき、併せてクロムの歩留りも向上させることができる等の利点が得られる。
このような減圧精錬設備については、例えば下記特許文献１，特許文献２等に開示されている。
【０００７】
ところで、この減圧精錬設備では炉内のガスを減圧吸引するため、炉内で発生したダストが炉内ガスとともに減圧吸引管内部に多く吸引されて来る。
そこで減圧吸引経路の途中に集塵機を設け、そこで排ガス中に含まれるダストを捕捉し、集塵することが行われる。
【０００８】
しかしながらこの減圧精錬設備では、炉内に高温の溶鋼（温度は例えば１７００℃程度）を収容した状態で、炉内を減圧吸引管を通じて減圧吸引することから、炉内で金属が蒸発し、そして蒸発した金属が減圧吸引管（ダクト）を通じて下流側に搬送されて、その搬送過程で冷却により固化し、最終的にダストとして集塵機で集塵されて、これがその集塵機において発火の原因になるといったことが危惧される。
【０００９】
集塵機で集塵された金属中に酸化し易いものが含まれていると、減圧吸引を停止して集塵機を開けたときに金属が大気中の酸素に触れて激しく酸化反応し、発生した熱によって集塵機の濾布（バグフィルター）が焼損してしまうことが危惧される。
現に本発明者が意識的にその確認のための試験を行ったところ、実際に濾布が焼損することのあることが確認された。
減圧精錬設備としては、こうした現象の発生を未然に防ぐための措置を講じておかなければならない。
【００１０】
尚本発明に対する先行技術として、下記特許文献３にはアーク炉の炉内に酸素ランスを挿入し、その酸素ランスから電気炉の操業中に溶鋼中に酸素を吹き込んで溶解及び精錬を促進させる点が開示されている。
しかしながらこの特許文献３に開示のものは、本発明とは課題を異にするもので本発明の課題を解決することが出来ず、またその構成も本発明とは異なった別異のものである。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−７１８０７号公報
【特許文献２】特開平１０−９６００９号公報
【特許文献３】特開平８−７３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は以上のような事情を背景とし、炉内に高温の溶鋼を収容した状態で減圧吸引管を通じて炉内を減圧吸引し、炉内を減圧状態に切り換えて減圧精錬を行ったときに、炉内で蒸発した金属が集塵機に集塵され、これが大気中の酸素と反応することにより濾布を焼損してしまう問題を未然に防ぐことのできる減圧精錬設備及びその操業方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
而して請求項１のものは減圧精錬設備に関するもので、上端に出湯用の開口を備えて傾動可能に設けられた炉体の内部に含クロム溶鋼を収容し、該溶鋼に対してO２ガスを非酸化性の希釈ガスとともに直接吹き込んで脱炭精錬を大気中で行うＡＯＤ炉に、前記開口を閉鎖する蓋体と前記炉体の内部を減圧吸引する減圧吸引管とを有する減圧装置を付加し、大気精錬の後に該蓋体を装着して前記炉体の内部を減圧状態に切り換え、前記溶鋼への非酸化性の撹拌ガスの吹込みによりスラグ中の酸化クロムと溶鋼中のCとの反応により該溶鋼の脱炭と溶鋼中へのCrの回収とを行う減圧精錬設備において、前記溶鋼の上方位置で前記炉体の炉壁を貫通して設けた酸素吹込パイプから前記減圧状態の下でO２ガスを該炉体の内部に且つ前記溶鋼の上方空間に吹き出す酸素吹込装置を取り付けてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項２のものは、請求項１において、前記酸素吹込パイプが、前記炉体の半分以上の高さの位置に設けてあることを特徴とする。
【００１５】
請求項３のものは、請求項２において、前記酸素吹込パイプが、前記炉体の３分の２以上の高さの位置に設けてあることを特徴とする。
【００１６】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記酸素吹込パイプが、前記炉体の上部のテーパ状をなすコーン部に且つ前記蓋体の下位置に設けてあることを特徴とする。
【００１７】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記酸素吹込パイプは、先端の吹込口の軸線が前記溶鋼の上面と交差しない向きで設けてあることを特徴とする。
【００１８】
請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記酸素吹込パイプは、前記炉体の傾動による前記上端の開口からの前記溶鋼の出湯側とは反対側の前記炉壁に複数設けてあることを特徴とする。
【００１９】
請求項７のものは、請求項６において、前記複数の酸素吹込パイプは同じ高さ位置に設けてあることを特徴とする。
【００２０】
請求項８のものは、請求項１〜７の何れかにおいて、前記酸素吹込パイプは、前記炉体の内部空間に突出しない状態で設けてあることを特徴とする。
【００２１】
請求項９は減圧精錬設備の操業方法に関するもので、前記減圧吸引を開始して前記炉体の内部の圧力が４００トール以下に減圧された後において、前記酸素吹込パイプからのO２ガスの吹込みを行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０のものは、請求項９において、少なくとも還元期には前記O２ガスの吹込みを行うことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１のものは、請求項９，１０の何れかにおいて、前記酸素吹込パイプからのO２ガスの吹込みを７Ｎｍ３／ｈｒ・ｔ（但しｔは炉体の容量トン）以下の吹込量で行うことを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２４】
以上のように本発明は、ＡＯＤ炉に減圧装置を付加し、大気精錬を行った後に減圧精錬に切り換えて脱炭精錬を行う減圧精錬設備において、溶鋼の上方位置で炉体の炉壁を貫通して設けた酸素吹込パイプから減圧状態にある炉内にO２ガスを溶鋼の上方空間に吹き出す酸素吹込装置を取り付けたものである。
【００２５】
本発明によれば、炉内に高温の溶鋼を収容した状態で炉内を減圧状態に切り換えたとき、高温・減圧条件の下で炉内で金属が蒸発したとしても、酸素吹込装置により酸素吹込パイプを通じて炉内の溶鋼の上方空間にO２ガスを吹き出すことで、蒸発した金属を炉内で速やかに酸化反応させることができ、従って蒸発した金属が金属単体状態で集塵機に集塵され、そこで大気中の酸素と接触することにより激しく酸化反応すること、即ち金属が集塵機で発火する現象を有効に防止することができる。
従って炉内で金属が蒸発することによって、減圧吸引経路の下流側の集塵機で濾布が焼損してしまうのを確実に防止することができる。
【００２６】
尚本発明の酸素吹込装置は、炉内に収容した溶鋼の上方空間にのみO２ガスを供給し、溶鋼に対してはO２ガスを吹き込まないものとしておく。
而して本発明の減圧精錬設備において、酸素吹込パイプから炉内の溶鋼の上方空間に吹き込まれたO２ガスは、続いて減圧吸引管を通じて吸引され、炉内から炉外且つ下流側に排出される。
【００２７】
本発明において、酸素吹込装置は上記のように酸素吹込パイプからO２ガスを炉内の溶鋼の上方空間に向けて吹き出すものであり、この意味において酸素吹込パイプは炉体の半分以上の高さの位置に設けておくことが望ましい（請求項２）。
特に炉体の３分の２以上の高さの位置にこれを設けておくことがより望ましい（請求項３）。
【００２８】
また上記酸素吹込パイプは、炉体の上部のテーパ状をなすコーン部に且つ蓋体の下位置に設けておくことが望ましい（請求項４）。
【００２９】
更に本発明において、酸素吹込装置は炉内で蒸発した金属を酸化することを狙いとして設けられるもので、そのために溶鋼に対して直接的にO２ガスを吹き込むことがないように、酸素吹込パイプを先端の吹込口の軸線が溶鋼の上面と交差しない向きで設けておくことが望ましい（請求項５）。
【００３０】
また酸素吹込パイプは、炉体の傾動による上端の開口からの溶鋼の出鋼側と反対側の炉壁に設けておくこと、更にこれを複数設けておくことが望ましい（請求項６）。
【００３１】
酸素吹込パイプを溶鋼の出鋼側の炉壁に設けておくと溶鋼が酸素吹込パイプに接触して流動してしまう。従ってこれを避けるために酸素吹込パイプは溶鋼の出鋼側とは反対側の炉壁に設けておく。
【００３２】
更に酸素吹込パイプを複数炉壁に設けておくことで、全体としての酸素の所要の吹込量を確保しつつ、各酸素吹込パイプごとのO２ガスの吹込量を少なくでき、各酸素吹込パイプごとのO２ガスの吹出しの勢いを弱くし得て、溶鋼中にO２ガスが吹き込まれてしまうのを回避することができる。また炉内の溶鋼の上方空間へのO２ガスの供給を均等化することができる。
【００３３】
この場合において、複数の酸素吹込パイプは炉壁の同じ高さ位置に設けておくことができる（請求項７）。
更にこの酸素吹込パイプは、炉内空間に突出しない状態で設けておくことができる（請求項８）。
【００３４】
次に請求項９は、減圧精錬設備の操業方法に関するもので、この操業方法では、減圧吸引を開始して炉内の圧力が４００トールまで低下した後において、酸素吹込パイプからO２ガスを炉内に吹き込むようにする。
【００３５】
減圧吸引を開始した直後においては炉内の圧力は未だ大気圧に近く、そのような圧力条件の下では金属の蒸発は抑制されており、従ってそのような状態の下で炉内にO２ガスの吹込みを行っても十分な効果が得られない。
【００３６】
そこでこの請求項９の操業方法では、炉内の圧力が４００トールまで低下した後に、そこで初めて酸素吹込パイプからO２ガスの吹込みを行う。
また減圧吸引直後においては炉内に大気が多量に残存しており、そうした条件の下で、即ち一定以上の濃度のCOとO２とが存在した状態の下で酸素の吹込みを行うとCO爆発を起す恐れが生ずる。それを避ける意味においても本発明の操業方法では、減圧吸引を開始して炉内の圧力が一定以下に低くなったところで、そこで初めてO２ガスの吹込みを行う。
【００３７】
請求項９の操業方法では、少なくとも還元期においてはO２ガスの吹込みを行うことが望ましい（請求項１０）。
減圧精錬において、最終的に還元剤を投入して還元を行う還元期には炉内の減圧度（真空度）は最も高くなっており、即ち炉内圧力は最も低くなっており、また還元剤の投入による還元によって炉内で金属が蒸発し易い。
従ってこの還元期でのO２ガスの吹込みは、蒸発した金属を速やかに酸化反応させて金属が単体状態で集塵機に集塵されてしまうのを防ぐ上で効果が高い。
【００３８】
この減圧精錬設備の操業方法では、酸素吹込パイプからのO２ガスの吹込みを７Ｎｍ３／ｈｒ・ｔ以下の吹込量で行うことができる（請求項１１）。
【００３９】
後に詳述するように高温の炉内で蒸発し且つ集塵機で発火を生ぜしめる金属の主たるものはMnであり、最大で炉の容量１ｔ当りに且つ１時間当たり７Ｎｍ３の量でO２ガスを吹き込むことで、炉内で蒸発する金属のMnを有効に炉内酸化し得、従ってMnが集塵機で発火を生ぜしめる問題を有効に防止することができる。
尚O２ガスの吹込量が０．５Ｎｍ３／ｈｒ・ｔ未満であると、炉内で蒸発した金属を十分有効に酸化反応させることが難しく、従ってO２ガスをこれ以上の吹込量で吹き込むことが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本実施形態の減圧精錬設備を示したもので、図中１０はＡＯＤ炉であり、１２はＡＯＤ炉１０の炉体である。
炉体１２は、図２に示しているように鉄皮１４の内側に耐火レンガ１６を内張りして構成してある。
炉体１２は、溶鋼の装入及び出鋼用の開口１８を上端に有しており、また底部近傍の炉壁（側壁）には羽口２０が設けられている。
【００４１】
図２において、２２及び２４はそれぞれ炉体１２を傾動させるための駆動軸及び従動軸で、図２において左右方向に対向して設けられている。
これら駆動軸２２，従動軸２４はそれぞれ軸受２６，２８にて回転可能に支持されている。そしてそれら駆動軸２２，従動軸２４によって、炉体１２が傾動可能に支持されている。
【００４２】
炉体１２は、上部がテーパ状のコーン部２５とされている。
このコーン部２５は、開口１８側の第１コーン部２９と、その下側の第２コーン部３０とから成っている。
これら第１コーン部２９及び第２コーン部３０の各鉄皮は、それぞれ水平方向に環状に張り出したフランジ部３１を有しており、そのフランジ部３１において互いに固定されている。
尚、この実施形態においてＡＯＤ炉１０は７０ｔ（トン）容量のものである。
【００４３】
図１において、３２はＡＯＤ炉１０に付加された減圧装置である。
この減圧装置３２は、ＡＯＤ炉１０における炉体１２の上端の開口１８を閉鎖する蓋体３４と、蓋体３４から延び出した減圧吸引管３６とを有している。
この減圧吸引管３６上には、減圧吸引系の上流側から下流側に向ってサイクロン３８，ガスクーラー４０，集塵機４２，エジェクター４４及びウォーターポンプ４６が設けられている。
【００４４】
蓋体３４には中央部に減圧吸引口５０が設けられており、減圧吸引管３６はこの減圧吸引口５０に接続されている。
図２に示しているように、蓋体３４にはフランジ部５５が設けられており、このフランジ部５５において即ちフランジ部５５を炉体１２におけるコーン部２５のフランジ部３１に重ねるようにして、蓋体３４が炉体１２に装着されるようになっている。
【００４５】
サイクロン３８は、炉体１２の内部からガスとともに吸引されたダストのうち粗粒のものを遠心分離するもので、またその下流側のガスクーラー４０は、集塵機４２の上流側で集塵機４２に流入するガスを冷却するものである。
【００４６】
炉体１２の内部から吸引されたガスは高温のガスであり、そのままこれが集塵機４２に流入すると、集塵機に備えられている濾布（バグフィルター）が高温により燃えてしまうため、これを防止するためにその上流側でガスクーラー４０によりガスを冷却する。
【００４７】
エジェクター４４は水流を勢い良く噴出して減圧吸引管３６内部を真空引きするもので、ウォーターポンプ４６はエジェクター４４に水を供給する。
ここでエジェクター４４から勢い良く噴出された水はプール４８に貯留され、機器冷却水として再利用される。
【００４８】
この実施形態の減圧精錬設備は含クロム溶鋼、特に主としてステンレス溶鋼の精錬に用いられるもので、この減圧精錬設備では、蓋体３４を取り外した状態の下でＡＯＤ炉１０により先ず溶鋼Ｗ（図２参照）を大気精錬する。
【００４９】
詳しくは、図２に示しているように溶鋼Ｗを炉体１２内部に収容した状態で、羽口２０からO２ガスと非酸化性の希釈ガスとしてのArガス（N２ガスでも良い）との混合ガスを溶鋼Ｗ中に直接吹き込み、溶鋼中のCとOとを反応させて溶鋼Ｗを脱炭し、溶鋼ＷのC濃度を低下させる。
【００５０】
但し大気中での脱炭精錬では、溶鋼Ｗ中のC濃度が低くなってくると吹き込んだ酸素が脱炭のために有効に働かず、クロム（Cr）を酸化してしまい、脱炭効率が悪くなる。
また脱炭に長時間かかり、この間に高価なArを多量に消費してしまい、精錬コストが高くなってしまう。
【００５１】
そこでこの減圧精錬設備では、C濃度が一定レベルまで（例えばC濃度が0.34質量％まで）低下した段階で、開口１８を閉鎖する状態に蓋体３４を装着し、溶鋼Ｗの精錬を減圧精錬に切り換える。
即ちエジェクター４４から水流の噴射を行って、減圧吸引管３６を通じ炉内を減圧吸引し、炉内を減圧状態とする。そして羽口２０から非酸化性の希釈ガス（Ar又はN２ガス）を溶鋼Ｗ中に吹き込んで溶鋼ＷとスラグＳとを激しく撹拌しながら、更なる溶鋼Ｗの脱炭精錬を行う。
【００５２】
このとき溶鋼Ｗ中のCは、スラグＳ中に含まれている酸化クロムと反応し、COとなって溶鋼Ｗから排出されるとともに、スラグＳ中の酸化クロムは溶鋼Ｗ中のCによって還元され、Crとなって溶鋼Ｗ中に回収される。
【００５３】
この減圧精錬によって溶鋼Ｗ中のCは効果高く脱炭され、その含有量は低レベルとなる。そして最終的に還元工程に移行して、そこで炉体１２内部に還元剤、ここではFe−Si（フェロシリコン）が投入されて、スラグＳ中に残っている酸化クロムが還元される。
【００５４】
I．ダストの燃焼確認試験
一例としてのＪＩＳ鋼種 ＳＵＳ３０４の大気精錬及び減圧精錬に伴って発生したダストを図１のサイクロン３８，ガスクーラー４０及び集塵機４２で採取し、原子吸光法による湿式分析にて組成分析を行った。
結果が表１に示してある。
但しこの組成分析ではMn，MgについてそれぞれMnO，MgOの形で分析されている（Mn，Mgがダスト中に金属単体で含まれていても金属単体の状態での分析が難しいことによる）。
【００５５】
【表１】
2010156021.tif 000003
【００５６】
表１の結果に表れているようにガスクーラー４０，集塵機４２にはダスト中にMnO，MgOが多量に含まれている。
尚、表１中の各数値は質量％を示している。ここで表１中に列挙されている成分以外のものは大部分が水分である。その水分を除いた全ダスト中のMnO，MgOは含有比率が表１中の数値よりも更に高いものとなる。
【００５７】
このようにガスクーラー４０，集塵機４２のダスト中におけるMnO，MgOの比率が他と比べて高いのは、Mn，Mgがそれぞれ炉内の高温状態の下で且つ減圧状態の下でMn，Mgの金属が蒸発し、そして蒸発したそれら金属が減圧吸引管３６を通じて減圧系統を下流側に吸引され、ガスクーラー４０による冷却に伴って固体化し、ガスクーラー４０，集塵機４２にダストとして集積したものと考えられる。
【００５８】
詳しくは、溶鋼Ｗ中にはMnが合金成分として含有されており、この溶鋼Ｗ中のMn成分がSi等の還元成分により金属Mnに還元された上で炉内で蒸発し、そして下流側で冷却固化してダストとなったものと考えられる。
一方Mgについては、耐火材中に含まれているMgOがAl等の還元成分により還元されて金属Mgとなり、これが蒸発して下流側で冷却固化し、ダストとして捕集されたものと考えられる。
【００５９】
因みに図５はMn，Mgの蒸発に対する温度と真空度（減圧度）との関係を表している。
図５に示しているようにMnの場合、溶湯の温度である１７００℃では１００Torr(トール)以下の真空度（減圧状態）で蒸発し、またMgの場合には温度１７００℃の下では大気圧の下でも蒸発してしまう。
【００６０】
そこで次に、これらMn，Mgが集塵機４２内で金属単体状態でダストとして含まれている場合、減圧吸引を停止して集塵機４２を開放したとき、大気中の酸素とMn，Mgが触れることによって発火し、集塵機の濾布の焼損の原因となるか否かを確認するため、次のようにして燃焼試験を行った。
【００６１】
即ち、図４に示しているように図１の設備からガスクーラー４０，集塵機４２を取り除き、そして集塵機４２が本来配置される個所、具体的にはサイクロン３８から１７ｍ程度離れた個所においてダスト採取器５２をセットし、そしてダスト採取用の分岐路５４にN２ガスを流しながら、その分岐路５４を通じて減圧吸引管３６内をガスとともに流通するダストを採取し、そしてこれが発火するか否かを燃焼試験を行って調査した。
この燃焼試験は次のようにして行った。即ちNi板の上にダストを載せた状態でNi板の温度を熱電対にて測定しつつ、これを加熱炉に近づけてダストが燃焼するか否かを調査した。
結果が表２に示してある。
【００６２】
【表２】
2010156021.tif 000004
【００６３】
この燃焼試験では、ダストの燃焼試験とともに純Mn，純Mgの燃焼試験も併せて行い、それらの比較を行った。
表２に示しているように純Mn，ダストともに２段階で発火現象を生じ、また純Mnの発火とダストの発火とは発火温度が似ており、更に何れも発火の色は赤橙色で発火の色も類似したものであった。
【００６４】
このことから、集塵機４２内に集塵されたダストの中にMnが金属単体状態で含まれていること、そしてその金属単体状態のMnは所定の高温状態で酸素と触れることによって発火を生じることが推定される。
因みに集塵機４２で用いられている濾布の上に採取したダストを載せてこれを加熱し温度を上げて行くと、ダストが燃え拡がることも併せて確認した。
【００６５】
尚純Mnが２段階で発火現象を生じるのは、金属MnがMnOに酸化されることで第１段目の発火を生じ、またMnOがMn３O４に酸化されることによって２段目の発火を生じたものと考えられる。
尚この燃焼試験では、Mgの発火現象はダストの発火現象とは異なったものとなっており、この試験ではダストの発火現象に対してMgは大きく関与しておらず、主たる原因はMnの発火現象によるものと推定される。
但しMgの発火が濾布の焼損の原因となる可能性も否定できない。
【００６６】
以上のように金属Mnが集塵機４２内にダストとして集塵されていると、集塵機４２内部が未だ高温状態にあるときに減圧吸引停止した上で集塵機４２を開けると、金属Mnが大気中の酸素と触れることによって急激に酸化反応して着火し、そのことが集塵機４２の濾布の焼損をもたらす恐れがある。
【００６７】
そこでこの実施形態では、炉内で蒸発した金属Mnが集塵機４２にて集塵される前に、高温状態の炉内で予めこれを酸化しておくための酸素吹込装置５６を付加した形態で減圧精錬設備を構築してある。
【００６８】
図３において、５６は酸素吹込装置で、図２に示しているようにその主要素をなす酸素吹込管５８が、炉体１２の炉壁を貫通して設けてある。
ここで酸素吹込管５８は、ＳＵＳ３１６単管にて構成してある。
【００６９】
図２の部分拡大図において、６０は酸素吹込管５８の取付装置で、この取付装置６０は、酸素吹込管５８を取り囲む筒体６２を有しており、その筒体６２と酸素吹込管５８との間に不定形をなす、具体的には粉状をなす耐火材６４が充填されている。
尚筒体６２の先端部の外周側にも、同じく粉状の不定形をなす耐火材６４が充填されている。
【００７０】
この実施形態では、炉体１２を駆動軸２２及び従動軸２４の軸線周りに傾動させて溶鋼Ｗを出鋼する際に、溶鋼Ｗの出鋼側とは反対側の炉壁に酸素吹込管５８が、周方向に一定間隔で３個所に取付装置６０にて取り付けられている。
【００７１】
複数の酸素吹込管５８は何れも炉体１２における第２コーン部３０且つ蓋体３４の直下の位置に設けられており、またそれら複数の酸素吹込管５８は、何れも第２コーン部３０に対して直角の向きでそれぞれ取り付けられている。
その結果各酸素吹込管５８の先端の吹込口の軸線Ｐは、上下方向に対して角度θの向きをなしている。
即ち各酸素吹込管５８は、それぞれの軸線Ｐが溶鋼Ｗの上面と交差しない向きで炉壁に取り付けられている。
因みにこの実施形態において、角度θは６２．５°の角度とされている。
【００７２】
この実施形態ではまた、複数の酸素吹込管５８のそれぞれは各先端が炉壁の内面と一致せしめられており、各酸素吹込管５８は炉内空間に突出しない状態でそれぞれ取り付けられている。
【００７３】
この実施形態において、酸素吹込管５８は炉内の溶鋼ＷにO２ガスを衝突させることなく、溶鋼Ｗの上方空間ＫだけにO２ガスを吹き出すようになしてあり、そのために酸素吹込管５８は軸線Ｐが上記の角度となる向きで取り付けられ、更に高さｈの位置（詳しくは先端の高さがｈとなる位置）で炉体１２に取り付けられている。
具体的には、ここでは炉体１２の全高Ｈ（Ｈ＝６．８ｍ）に対してｈ＝５．４５ｍとされている。即ち酸素吹込管５８は炉体１２に対して、その全高Ｈの３分の２以上の高さの位置に設置されている。
【００７４】
上記酸素吹込装置５６は、図３に示しているようにO２ガスを３本の酸素吹込管５８に分配するヘッダ６６と、このヘッダ６６及び３本の酸素吹込管５８を接続する３本のフレキシブルホース６８とを有している。
ここでヘッダ６６は、図３（Ｂ）に示しているように炉体１２周りに円弧状をなしており、その内部は中空とされていて、その中空内部が各フレキシブルホース６８を介して３本の酸素吹込管５８に連通せしめられている。
【００７５】
図２及び図３において、７０はヘッダ６６にO２ガスを供給するためのロータリージョイントで、このロータリージョイント７０の一端側の供給口に、フレキシブルホース７２が接続されている。
このフレキシブルホース７２を通じてロータリージョイント７０に供給されたO２ガスは、このロータリージョイント７０を軸方向に通って、軸方向の他端の出口から延び出したフレキシブルホース７４を通じヘッダ６６に供給される。
ここでロータリージョイント７０は、上記の従動軸２４を回転運動させながら、O２ガスをフレキシブルホース７２から７４へと通過させ、供給する機能を有するものである。
尚この実施形態の減圧精錬設備では、図１に示しているように減圧吸引管３６上に排ガス分析器３７が接続されている。ここで排ガス分析器３７は、CO爆発を回避すべく炉内へのO２ガスの吹込量を制御するために設けられているものである。
【００７６】
この実施形態では、大気精錬を終えた後、蓋体３４を装着して減圧精錬に切り換えた後において複数の酸素吹込管５８のそれぞれからO２ガスを炉体１２内部の溶鋼Ｗの上方空間Ｋに向けて吹き込む。
【００７７】
このとき各酸素吹込管５８から吹き出されたO２ガスは、図２中破線で示すように溶鋼Ｗに突き当たることなく炉体１２の上方空間Ｋ内に拡がり、その後減圧吸引管３６による減圧吸引作用により、炉体１２の上端の開口１８から排出せしめられる。
そのように酸素吹込管５８の高さ位置や向き及びO２ガスの吹込みの勢い，吹込量等が予め定められている。
【００７８】
但し本実施形態では、減圧吸引開始直後の未だ炉内圧力が十分に減圧されていないうちはO２ガスの吹込みを行わず、炉内圧力が４００Torr(トール)まで減圧された後において、そこで初めてO２ガスの吹込みを行う。
【００７９】
図６に減圧吸引時間と炉内圧力即ち真空度、更に排ガス濃度との関係が表してある。
図６において、１期は減圧条件下での脱炭初期を、２期は脱炭中期から末期までを、また３期はその後における還元剤の投入による還元期をそれぞれ表している。
【００８０】
図に示しているように、１期の脱炭初期においては炉内に未だ大気が残っており、炉内には酸素が多く残っている。しかも炉内にはCOも存在している。
酸素が5％以上あって、COも12.5％以上あるとCO爆発の可能性があると考えられており、そうした中でO２ガスの吹込みを行うとCO爆発を起す可能性があるため、その危険を回避するために、更には１期の脱炭初期においては炉内の圧力が未だ十分に低下しておらず、炉内でのMn等の金属の蒸発も殆んど生じていないため、そうした状況の下でO２ガスを吹き込んでもO２ガスの吹込みの効果が得られないため、この実施形態では１期の脱炭初期、つまり炉内の圧力が４００トールまで減圧されていない状態の下では、O２ガスの吹込みを行わない。そして炉内圧力が４００トール以下に達して後、そこで初めて炉内にO２ガスの吹込みを行う。
【００８１】
II．O２ガス吹込みによるダスト燃焼抑制
酸素吹込管５８からO２ガスを炉内に吹き込み、ダスト燃焼に対するO２ガスの吹込みの効果を次のようにして確認した。
具体的には、減圧精錬後のMn含有量が様々に異なった表３（I）に示す各種のステンレス鋼を減圧精錬し（表中のMn量は質量％）、その際に図６に示す１期の脱炭初期，２期の脱炭中期から脱炭後期，３期の還元期に酸素吹込管５８からO２ガスを炉内に吹き込み、且つその際にMn含有量に応じてO２ガス吹込量を変化させ、図４に示す位置及び方法でダストを採取して、原子吸光法による湿式分析の方法でダストの成分分析を行うとともに、ダスト燃焼試験を実施した。
結果が表３に併せて示してある。
尚表中T-Mn，T-Mg，T-OとあるのはそれぞれトータルMn，トータルMg，トータルOの意味である。ここで例えばトータルMnとは、Mnの存在形態に拘らずMnの含有比率を表したものである。
また表３中ダスト燃焼の欄の温度の数値は、ダスト燃焼を生じたときの温度を表している。
【００８２】
【表３】
2010156021.tif 000005
【００８３】
表３に示されているように、Mn1.3％含有のＳＵＳ３０４については、Mnレベルが低レベルであるため若干量（３５Ｎｍ３／ｈｒ）のO２ガス吹込みの下で有効にダスト燃焼を抑制できている。
またMn1.7％含有のＳＵＳ３０４及びMn1.7〜1.9％含有のＳＵＳ３０３については、Mn1.7％含有の場合１１５Ｎｍ３／ｈｒのO２ガスの吹込みによって、またMn1.9％含有の場合には１９０Ｎｍ３／ｈｒのO２ガスの吹込みによってダストの燃焼を抑制できている。
更にMn2.1％含有のＳＵＳ３０３Ｃｕ（Cu：2.5〜3.0％）については、２３０Ｎｍ３／ｈｒのO２ガス吹込みでダスト燃焼を抑制し得ている。
【００８４】
更に表３（II）に示しているようにMn1.7〜1.9％含有のＳＵＳ３０３について、発火性のダストの発生時期を調べたところ、１期の脱炭初期に発生するダストについては、O２ガス吹込みを行わなかった場合でもダストは燃焼しておらず、従ってこの１期の脱炭初期に発生したダストについては発火性の無いことを確認した。
また一方、２期の脱炭中期から脱炭後期及び３期の還元期の何れかで発生したダスト、つまり脱炭初期以外の時期に発生したダストは発火性を有していることを確認した。
【００８５】
以上の結果を総括すると次のような結論が得られる。
（イ）１期の脱炭初期（約１ｍｉｎ≒４００Torrまで）は減圧度（真空度）がMnの蒸気圧に達しておらずダスト燃焼は起こらない。
また採取ダストのT-Mnも他時期の半分以下である。
（ロ）２期の脱炭中期〜後期及び３期の還元期では［％Mn］レベルに応じてO２の吹込量を多くすることでダスト燃焼を抑制できる。
（ハ）ダスト中のT-Mgの大小に拘らずT-Mn（≒[％Mn]）に依存してダスト燃焼が発生しており、発火要因物質がMnであると推定できる。
図７に、表３（I）の結果に基づいてダスト燃焼（発火）の有無をMn量とO２吹精との関係において表している。
但し、図７におけるO２吹精は、３期の値を示している。
【００８６】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態の減圧精錬設備の概略構成図である。
【図２】同実施形態の要部の側面断面図である。
【図３】同実施形態の要部の側面図及び平面図である。
【図４】ダスト燃焼試験のためのダスト採取位置を表した説明図である。
【図５】Mn，Mgの蒸発に対する温度と真空度の関係を表した図である。
【図６】減圧吸引時間と真空度，排ガス濃度との関係を表した図である。
【図７】ダスト発火の有無をMn量とO２ガス吹込量との関係において表した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  ＡＯＤ炉
１２  炉体
１８  開口
２５  コーン部
３２  減圧装置
３４  蓋体
３６  減圧吸引管
５６  酸素吹込装置
５８  酸素吹込管
Ｗ  溶鋼
Ｋ  上方空間
Ｓ  スラグ
【図１】
2010156021.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010156021.tif 000010
【図６】
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【図７】
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