(57)【要約】【課題】  精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼の温度低下およびスラグ発生量を抑制し、大気からの吸窒を防止し得る含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を提供する。【解決手段】  転炉１１の出鋼口１４の周囲に、窒素ガスを含まないガス１５を噴出するガス噴出機１７を設けておく。転炉１１の出鋼口１４から取鍋１２へ出鋼する含Ｃｒ溶鋼１３の出鋼流１３ａを、ガス噴出機１７からガス１５を噴出してシールドし、大気からの吸窒を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼が大気に触れて吸窒することを防止する含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法において、
精錬炉の出鋼口の周囲に窒素ガスを含まないガスを噴出するガス噴出機を設けておき、
精錬炉の出鋼口から出鋼する含Ｃｒ溶鋼を、ガス噴出機からガスを噴出してシールドすることを特徴とする含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法。
【請求項２】
前記精錬炉から含Ｃｒ溶鋼を出鋼する前には、
ＭｇＣＯ３および／またはＣａＣＯ３を、出鋼先の容器内に投入しておくことを特徴とする請求項１記載の含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼が大気に触れて吸窒することを防止する含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
含Ｃｒ鋼は、一般的に粗精錬と仕上精錬との２段階で精錬される。粗精錬は、転炉またはアルゴン酸素脱炭（ＡＯＤ）炉で行われる。仕上精錬は、酸素吹込み真空脱炭（ＶＯＤ）に代表される減圧槽内で目標値まで脱炭する真空脱炭で行われる。耐食性の観点から、含Ｃｒ鋼は炭素だけでなく窒素の低減も望まれている。含Ｃｒ鋼の窒素の低減は、真空脱炭で脱炭処理の初期に発生する一酸化炭素（ＣＯ）ガスの気泡を、脱窒の反応サイトとして行われる。この脱窒処理によって、含Ｃｒ鋼は、窒素が低減されて低窒素含Ｃｒ鋼となる。
【０００３】
真空脱炭に供される含Ｃｒ溶鋼に含まれる窒素が多い場合、窒素を低減するには、その含Ｃｒ溶鋼の炭素濃度を高くし、脱炭反応によるＣＯガスの発生量を増やして脱窒を促進しなければならない。含Ｃｒ溶鋼の炭素濃度を高くすると、真空脱炭での脱炭処理に要する時間が長くなり、生産性が低下する。したがって、真空脱炭に供される含Ｃｒ溶鋼の窒素濃度は、低いことが望ましい。しかし、粗精錬を行う転炉やＡＯＤ炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼は、大気に触れて吸窒し、真空脱炭に供される前に窒素濃度が上昇するという問題がある。
【０００４】
図６は、転炉から含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す。転炉１で粗精錬し、出鋼先の容器である取鍋２へ含Ｃｒ溶鋼３を出鋼する。転炉１を傾動して取鍋２へ含Ｃｒ溶鋼３を出鋼する際、含Ｃｒ溶鋼３の出鋼流３ａは、窒素を高い割合で含む大気に触れて吸窒し、窒素濃度が上昇する。低窒素含Ｃｒ鋼の溶製では、転炉１から含Ｃｒ溶鋼３を出鋼する際の吸窒が、低窒素化を妨げるとともに真空脱炭での負荷増大の原因となる。
【０００５】
精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼の吸窒の問題を解決するために、ＣａＣＯ３およびＭｇＣＯ３のうちの１種以上を、含Ｃｒ溶鋼の出鋼流への投入および／または取鍋内への前置きにより添加する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の方法によれば、ＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３は、熱解離して二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを発生し、ＣＯ２ガスが含Ｃｒ溶鋼流と接触する雰囲気の窒素分圧を低減するので、含Ｃｒ溶鋼の吸窒量を減少する。
【特許文献１】特開平０９−７８１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の方法には、次のような問題がある。ＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３がＣＯ２ガスを発生する反応は、吸熱反応であるため、十分なシールド能力を得ようとして多量に投入すると、含Ｃｒ溶鋼の温度を低下させる。また、ＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３などの多量投入は、ＣＯ２ガス発生反応後にスラグを多量に生成する。溶鋼温度の低下および多量のスラグは、いずれも真空脱炭での脱炭効率および作業性を低下させるという問題がある。また、ＣＯ２ガス発生源を取鍋内に前置きする方法のみを行う場合、取鍋に注入された溶鋼をシールドすることはできるが、転炉からの出鋼流をシールドすることができないので、吸窒を十分に防止できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼の温度低下およびスラグ発生量を抑制し、大気からの吸窒による窒素濃度上昇を防止し得る含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、精錬炉から出鋼する含Ｃｒ溶鋼が大気に触れて吸窒することを防止する含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法において、
精錬炉の出鋼口の周囲に窒素ガスを含まないガスを噴出するガス噴出機を設けておき、  精錬炉の出鋼口から出鋼する含Ｃｒ溶鋼を、ガス噴出機からガスを噴出してシールドすることを特徴とする含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法である。
【０００９】
また本発明で、前記精錬炉から含Ｃｒ溶鋼を出鋼先の容器へ出鋼する前には、ＭｇＣＯ３および／またはＣａＣＯ３を取鍋内に投入しておく。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、窒素ガスを含まないガスで、精錬炉から出鋼される含Ｃｒ溶鋼をシールドするので、出鋼流を大気から遮蔽して吸窒を防止することができる。また、出鋼流を反応性の低いガスでシールドすることで、出鋼流とガスとの反応を抑制し、含Ｃｒ溶鋼の温度低下およびスラグの生成を抑制することができる。このように、含Ｃｒ溶鋼の吸窒が防止され、温度低下およびスラグ生成が抑制されるので、低窒素化を実現し、また次工程の真空脱炭の負荷を軽減することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、含Ｃｒ溶鋼の出鋼流をガスシールドすることに加え、出鋼する前には、ＭｇＣＯ３および／またはＣａＣＯ３を出鋼先の容器内に投入しておく。容器内のＭｇＣＯ３および／またはＣａＣＯ３が溶鋼と反応して発生するＣＯ２ガスは、容器内の溶鋼の湯面を覆い、湯面上の雰囲気の窒素分圧を低くするので、吸窒を抑制することができる。このことによって、含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止を一層確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の一形態である含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を適用して含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す。本実施形態では、転炉１１で精錬し、出鋼先の容器として取鍋１２へ出鋼する含Ｃｒ溶鋼１３の吸窒防止方法について示す。転炉１１には、底吹転炉または上底吹転炉などが用いられる。取鍋１２は、耐火容器であり、出鋼された含Ｃｒ溶鋼１３を入れたまま、たとえば次工程の真空脱炭に用いられる。含Ｃｒ溶鋼１３は、たとえば質量％でＣｒを１１％以上含有するステンレス鋼である。吸窒防止方法は、ステンレス鋼の中でも、特に、Ｃｒ濃度が比較的高く、窒素濃度の低いことが求められる低窒素フェライト系ステンレス鋼の溶鋼に対して好適に用いられる。
【００１３】
転炉１１には、精錬した含Ｃｒ溶鋼１３を出鋼する開口部である出鋼口１４が形成される。出鋼口１４の周囲には、窒素ガスを含まないガス１５を、矢符１６で示す取鍋１２の方向へ噴出するガス噴出機１７が設けられる。ガス噴出機１７は、噴出管１８とガス供給管１９とを含む。ガス供給管１９は、転炉１１のトラニオン２０を通り、転炉１１の鉄皮に沿って配管され噴出管１８に接続される。ガス供給管１９は、たとえば工場内のガス供給設備をガス供給源として配設される。
【００１４】
図２は、ガス噴出機１７の噴出管１８部分を示す。図２（ａ）は噴出管１８を正面から見て示し、図２（ｂ）は噴出管１８を側面から見て示す。図２（ａ）では、転炉１１を省略して示す。噴出管１８は、出鋼口１４の径よりも少し大きい径の大略円弧状の形状を有する。噴出管１８の外方に面する管壁には、ガス１５を噴出する複数の噴出孔２１が形成される。ガス噴出機１７の噴出管１８の素材は、高温の溶鋼が出鋼される近くで使用されるので、耐熱性を有する、たとえばニッケル系のステンレス鋼管などが望ましい。噴出管１８の形状は、垂直な状態にある転炉１１の出鋼口１４の周囲に設けられている状態で、円形の鉛直方向下部に位置する部分を一部欠く円弧状に形成されることが望ましい。噴出管１８では、円の一部を約９０度の弧に相当する分だけ欠いている。噴出管１８を円形の一部を欠く円弧状にすることで、転炉１１の出鋼口１４から垂れる高温の含Ｃｒ溶鋼１３による熱損傷を防止することができる。噴出管１８の端部１８ａは封じられる。噴出管１８には、円弧の周方向長さのほぼ中央にガス供給管１９の端部１９ａが接続される。なお、噴出管１８に形成する噴出孔２１の数については、図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示すように、必要に応じて適宜設定する。
【００１５】
噴出管１８の噴出孔２１から噴出するガス１５には、ガス自体が吸窒の原因にならないように、窒素ガスを含まないガスであり、かつ出鋼流１３ａと反応して不要な生成物が生じないように、反応性の低いガスが用いられる。窒素ガスを含まず反応性の低いガスとして、希ガスまたはＣＯ２ガスが挙げられる。希ガスとは、周期律表０族元素のガスであり、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどをいう。ガス１５は、出鋼流１３ａをシールドして窒素を含む大気から遮蔽し、吸窒を防止する。出鋼流１３ａを大気からシールドするガス１５を、以後シールドガス１５と呼ぶことがある。
【００１６】
含Ｃｒ溶鋼１３の出鋼流１３ａのシールドは、次のようにして行われる。転炉１１で粗精錬が終了すると、転炉１１を傾動させて含Ｃｒ溶鋼１３を取鍋１２へ出鋼する。転炉１１の出鋼口１４から含Ｃｒ溶鋼１３を出鋼すると同時に、または出鋼する少し前から、ガス噴出機１７でシールドガス１５を矢符１６で示す取鍋１２の方向へ噴出する。ガスの噴出条件は、事前の試験により、噴出するシールドガス１５が取鍋１２の上縁まで達することができる圧力および流量を求めておき、その条件に設定する。噴出ガスの圧力および流量は、取鍋上縁までの距離などによって異なるので適宜設定する必要があるけれども、一例を挙げると、圧力が０．０４６〜０．０７０ｋｇｆ／ｍｍ２、流量が０．０５Ｎｍ３／ｔｏｎ以上である。シールドガス１５の噴出は、転炉１１内の含Ｃｒ溶鋼１３が全て取鍋１２へ出鋼されるまで続ける。
【００１７】
図３は、一変形例としてのガス噴出機３１の噴出管３２部分を示す。図３（ａ）は噴出管３２を正面から見て示し、図３（ｂ）は噴出管３２を側面から見て示す。図３（ａ）では、転炉１１を省略して示す。ガス噴出機３１は、噴出管３２の部分に特徴を有する。噴出管３２には、噴出孔２１にノズル３３がそれぞれ設けられる。ノズル３３を設けることによって、噴出するシールドガス１５の指向性が強まるので、シールド効果を向上することができる。なお、ガス噴出機３１では、噴出管３２が円形に形成され、円形の鉛直方向下部に位置する部分を欠くように形成されない。噴出管３２の配置を、出鋼口１４よりも転炉１１の本体寄りにすることで、出鋼口１４から垂れる含Ｃｒ溶鋼１３による熱損傷を受けにくくすることができる。ただし、ノズル３３は、出鋼口１４よりも外方に突出するので、熱損傷を防止するために、噴出管３２の円形の鉛直方向下部に位置する部分に設けないことが望ましい。なお、噴出管３２に形成する噴出孔２１および噴出孔２１に設けるノズル３３の数については、図３（ａ）および図３（ｂ）にそれぞれ示すように、必要に応じて適宜設定する。
【００１８】
図４は、他の変形例としてのガス噴出機３４の噴出管３５を示す。ガス噴出機３４の噴出管３５には、ガスを噴出する孔の代わりにスリット３６が形成される。スリット３６からシールドガス１５を噴出することによって、ガス噴出方向１６に垂直な断面におけるガスシールド幕の形状を、円に一層近づけることができるので、シールド効果を向上することができる。
【００１９】
図５は、本発明の実施の他の形態である含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を適用して含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す。本実施形態の含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法は、出鋼流１３ａをガス噴出機１７でガスシールドすることに加えて、含Ｃｒ溶鋼１３を取鍋１２へ出鋼する前には、ＭｇＣＯ３および／またはＣａＣＯ３を取鍋１２内へ投入しておくことを特徴とする。ＭｇＣＯ３およびＣａＣＯ３を、ＣＯ２発生化合物４０と呼ぶ。
【００２０】
ＣＯ２発生化合物４０は、取鍋１２内へ注入される含Ｃｒ溶鋼１３と反応して熱解離し、ＣＯ２ガスを発生する。発生するＣＯ２ガスは、取鍋１２内に溜まる含Ｃｒ溶鋼１３の湯面を覆い、湯面上の雰囲気の窒素分圧を低くして吸窒を防止する。転炉１１からの出鋼流１３ａをガスシールドし、かつ取鍋１２内の含Ｃｒ溶鋼１３をＣＯ２発生化合物４０から発生するＣＯ２ガスでシールドするので、一層確実に含Ｃｒ溶鋼１３の吸窒を防止することができる。なお、ＣＯ２発生化合物４０は、ＭｇＣＯ３およびＣａＣＯ３の純粋物質に限定されるものではなく、これらを含むマグネサイトや石灰石などであってもよい。
【００２１】
ＣＯ２発生化合物４０がＣＯ２ガスを発生する反応は、吸熱反応であり、また、スラグを生成する。したがって、含Ｃｒ溶鋼１３の吸窒防止は、出鋼流１３ａのガスシールドを主にし、取鍋１２へのＣＯ２発生化合物４０の投入を補助的に用いることが好ましい。含Ｃｒ溶鋼１３の温度低下およびスラグ生成をできる限り少なく抑えるために、ＣＯ２発生化合物４０の投入量は、必要最小限とする。投入量は、取鍋１２の開口面積などによって異なるので、一律に定めることはできないが、含Ｃｒ溶鋼１ｔｏｎあたり１ｋｇないし１ｋｇ強が適する。
（実施例）
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、含Ｃｒ溶鋼として、Ｆｅをベースに１７質量％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス溶鋼および２２質量％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス溶鋼を用いた。１７％Ｃｒフェライト系ステンレス溶鋼および２２％Ｃｒフェライト系ステンレス溶鋼を転炉で粗精錬し、取鍋へ出鋼する際の吸窒防止試験を行った。以後、１７％Ｃｒフェライト系ステンレス溶鋼および２２％Ｃｒフェライト系ステンレス溶鋼をステンレス溶鋼と略称する。試験に使用した装置は先の図１に示す構成の転炉１１である。転炉１１には、容量が９０ｔｏｎの上底吹転炉を使用した。転炉１１の出鋼口１４の周囲には、先の図３に示す構成のガス噴出機３１を設けた。ガス噴出機３１の噴出管３２は、素材がＪＩＳ  Ｇ３４５９に規定されるＳＵＳ３０４ＴＰであり、外径が２７．２ｍｍ、内径が２１．６ｍｍである。円弧状に形成される噴出管３２に、９０度、４５度、４５度、９０度の間隔で径が５ｍｍの噴出孔２１を形成しノズル３３を設けた。出鋼口１４と取鍋１２の上縁との距離は、転炉１１を出鋼のために傾けた状態で２ｍであった。出鋼流の流速は、１６ｔｏｎ／ｍｉｎとした。
【００２３】
シールドガス１５としてアルゴンガスを使用した。アルゴンガスは、比重が空気より重いので、噴出するときに上方への拡散がなく、シールド効果に優れる。アルゴンガスの噴出条件は、圧力０．０６１ｋｇｆ／ｍｍ２、流量１．６Ｎｍ３／ｍｉｎとした。転炉１１を傾けてステンレス溶鋼が出鋼口１４から流出し始める時にアルゴンガスの噴出を開始した。ステンレス溶鋼の出鋼完了後、転炉１１を垂直な状態へ戻す復帰動作を開始する時にアルゴンガスの噴出を停止した。また、一部の実施例では、ガス噴出機３１からアルゴンガスを噴出して出鋼流をシールドすることに加え、出鋼の５分前に、１００ｋｇのＭｇＣＯ３を取鍋１２内に投入しておいた。投入したＭｇＣＯ３が取鍋１２に注入されたステンレス溶鋼と反応して発生するＣＯ２ガスで、ステンレス溶鋼の湯面をシールドした。
【００２４】
比較例として、出鋼の５分前に、１００ｋｇのＭｇＣＯ３を取鍋１２内に投入しておき、取鍋１２に注入されたステンレス溶鋼の湯面をＭｇＣＯ３から発生するＣＯ２ガスでシールドする方法のみを行った。
【００２５】
転炉１１で粗精錬が終了し出鋼を開始する前に、転炉１１内からステンレス溶鋼を採取して窒素濃度を分析した。また、取鍋１２に出鋼後、真空脱炭を行う真空脱ガス装置の減圧槽まで取鍋１２を移動し、真空脱ガス処理の開始前に取鍋１２内からステンレス溶鋼を採取して窒素濃度を分析した。真空脱ガス処理前の窒素濃度と取鍋１２へ出鋼する前の窒素濃度との差を、転炉１１から取鍋１２への出鋼による吸窒量とした。吸窒量が少ないほどステンレス溶鋼のシールド状況が良好であり、吸窒防止効果ありと評価した。
【００２６】
実施例についての試験結果を表１に、比較例についての試験結果を表２に示す。なお、表１および表２では、吸窒量をＮピックアップ量で表記する。実施例では、吸窒量が最大でも２２％Ｃｒフェライト系ステンレス溶鋼における４０ｐｐｍであり、十分な吸窒防止効果が発現されている。吸窒が防止された結果、ステンレス溶鋼の窒素濃度が１００ｐｐｍ前後と低い水準にあり、脱窒のために真空脱炭前のステンレス溶鋼の炭素濃度を高くする必要がないので、真空脱炭の負荷が軽減された。また、取鍋１２に投入したＭｇＣＯ３は、投入量が１００ｋｇと少なかったので、ステンレス溶鋼の温度低下を起こすことなく、また生成したスラグも少量であった。一方、比較例では、吸窒量が７０〜１３０ｐｐｍであり、出鋼前の取鍋１２へＭｇＣＯ３を投入するだけでは、十分な吸窒防止を実現することができなかった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態である含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を適用して含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す図である。
【図２】ガス噴出機１７の噴出管１８部分を示す図である。
【図３】一変形例としてのガス噴出機３１の噴出管３２部分を示す図である。
【図４】他の変形例としてのガス噴出機３４の噴出管３５を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の他の形態である含Ｃｒ溶鋼の吸窒防止方法を適用して含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す図である。
【図６】転炉から含Ｃｒ溶鋼を出鋼する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  転炉
１２  取鍋
１３  含Ｃｒ溶鋼
１５  シールドガス
１７，３１，３４  ガス噴出機
４０  ＣＯ２発生化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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