(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧下での精錬工程と、減圧下での精錬工程を備えた低窒素含クロム鋼の製造方法であって、大気圧下に置かれた精錬炉にてＣ含有量０．００５  〜１．０  質量％にまで粗脱炭を行い、得られた含クロム溶鋼を未脱酸または半脱酸の状態で出鋼し、次いで減圧下に置かれた精錬炉で、鋼中Ｔｏｔａｌ［Ｏ］≧１５０ｐｐｍ、かつスラグ中のＣｒ２Ｏ３  ５質量％以上の条件下で真空脱ガス処理を開始し、スラグ中のＣｒ２Ｏ３  の還元を行うことを特徴とする低窒素含クロム鋼の製造方法。
【請求項２】
粗脱炭後のスラグ組成の塩基度が１．０  ≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦４．０  である請求項１記載の低窒素含クロム鋼の製造方法。
【請求項３】
粗脱炭処理中のスラグ組成がＣａＯ  ＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯ  ≧５質量％である、請求項１または２記載の低窒素含クロム鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低窒素含クロム鋼の製造方法、特に高価なＦｅＳｉ等の還元剤の使用を抑制するとともに、必要な媒溶剤および低窒素化に必要である高価なＡｒの使用量を抑えることのできる低窒素含クロム鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、含クロム溶鋼の溶製方法としては、高炉からの溶銑等にフェロクロム等のクロム合金鉄を投入して得た溶銑か、クロムを含んだスクラップを電気炉で溶解させて得た溶銑を転炉・ＡＯＤ  等の精錬炉にて精錬する方法がある。その際、炭素レベルは酸素を吹き付けることにより、窒素レベルについてはＡｒ等による脱ガスにて、それぞれ必要な濃度レベルにまで低下させ精錬している。さらに、必要によってはＶＯＤ  等も用いられている。
【０００３】
いずれの方法においても脱炭反応時においては、吹酸終了時にクロムが燃焼しＣｒ２Ｏ３  が発生するため、その還元にＦｅＳｉ等の還元剤を使用することが一般的である。しかし、ＦｅＳｉ等の還元剤は高価であるため、従来にあっても、その削減案が種々提示されている。
【０００４】
例えば、クロム燃焼の防止すなわち脱Ｃ効率の向上策として、特開平７−１７３５１５号公報では、脱炭中Ａｌ２Ｏ３  濃度を１０〜２０％程度含有させることによりスラグの液相率を向上させ、スラグ中のＣｒ２Ｏ３  を活性化させることによりＣｒ２Ｏ３  での脱炭を促進させることを開示している。
【０００５】
特開平９−５９７０８  号公報や特開平９−３５１７号公報では、フェロクロム等のクロム合金鉄添加前に溶鋼中の［％Ｃ］を２．５  〜４．０  ％とし、溶鋼温度を１４５０〜１６００℃に昇温することを条件として脱炭反応の促進すなわちＣｒ２Ｏ３  発生の低減方法を開示している。
【０００６】
さらに、生成したＣｒ２Ｏ３  濃度の低減策として特開平８−１５７９３７号公報、特開平８−５３７０６  号公報では、吹込ガス量を調整し、生成したスラグと溶鋼の攪拌強度を規定してスラグ中のＣｒ２Ｏ３  での脱炭方法を開示している。
【０００７】
しかし、いずれの方法においても、大気圧下で反応させる上ではＣｒ２Ｏ３  の発生量を抑えることは困難であり、さらに、低Ｎ鋼においてはスラグ−メタル攪拌のため多量のＡｒを使用する必要がある。
【０００８】
特開昭５６−１３９６１４号公報の開示する発明では、大気圧下で操業する精錬炉で還元剤を使用せず、減圧下にあるＶＯＤ  において還元剤の使用を規定しているが、後述の低窒素鋼に必要な成分規制がなされていない。
【０００９】
脱窒のためには、低窒素鋼ほど大量の吹き込み用のＡｒの使用が必要となる。さらに精錬炉より取鍋へ出鋼中は大気に触れるため、出鋼中の吸窒も問題となっている。
【００１０】
これらの対策としてＶＯＤ  等の真空設備を用いた精錬方法も提案されている。しかし、高炉溶銑等の脱炭のように、高炭域での脱炭は、吹き上げ等の問題が発生するため、転炉またはＡＯＤ  等を用いる必要があり、根本的な問題解決にはいたっていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、  ［Ｎ］：２００ｐｐｍ以下に制限した低窒素含クロム鋼のより安価で効率的な製造方法を開発することである。
【００１２】
より具体的には、本発明の課題は、低窒素含クロム鋼の精錬において、脱炭の時に吹き込まれた酸素により酸化した有価金属であるスラグ中のクロムを溶鋼へ回収する際、高価なＦｅＳｉ等の還元剤の使用を抑制でき、必要な媒溶剤の使用量を低減して精錬時に発生するスラグ量を抑制させ、さらに低窒素化に必要である高価なＡｒの使用量を抑えることのできる低窒素含クロム鋼の精錬方法を開発することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を解決すべく、種々検討を重ね、次のような点に着目した。
【００１４】
還元剤の使用低減のためには、スラグ中のＣｒ２Ｏ３  低減が必要であるが、Ｃｒ２Ｏ３  の生成反応
２Ｃｒ＋３／２  Ｏ２→Ｃｒ２Ｏ３  
から考えると、酸素分圧の低減が有効である。
【００１５】
しかしながら、大気圧下での低減には限界がある。また低窒素鋼の製造においては、攪拌ガスとして吹き込み用の高価なＡｒを使用する必要があった。
しかも、真空設備の使用では、脱炭期の高炭素域では、吹き上げ等の問題が発生するため送酸速度の低下等で処理時間の延長が不可避であった。
【００１６】
ここに、本発明者は、未還元状態での吸窒量が極めて少ないことに着眼し、高炭素領域では大気圧下で脱炭可能な転炉またはＡＯＤ  等の精錬炉で粗脱炭を実施し、所定範囲にまで脱炭を行ってから、未還元のまま真空設備に移し替え、そこでスラグ組成を調整してから、攪拌用のＡｒガスの吹き込みを行い、ＦｅＳｉの添加によるＣｒ２Ｏ３  の還元を行うことで、［Ｎ］：２００ｐｐｍ以下、好ましくは［Ｎ］：１００  ｐｐｍ  以下という低窒素鋼の製造に際しても、ＦｅＳｉ等の還元剤および脱窒のためのＡｒ使用量の大幅な低減が可能となることを知り、本発明を完成した。
【００１７】
よって、本発明は次の通りである。
（１）  大気圧下での精錬工程と、減圧下での精錬工程を備えた低窒素含クロム鋼の製造方法であって、大気圧下に置かれた精錬炉にてＣ含有量０．００５  〜１．０  質量％にまで粗脱炭を行い、得られた含クロム溶鋼を未脱酸または半脱酸の状態で出鋼し、次いで減圧下に置かれた精錬炉で、鋼中Ｔｏｔａｌ［Ｏ］≧１５０ｐｐｍ、かつスラグ中のＣｒ２Ｏ３  ５質量％以上の条件下で真空脱ガス処理を開始し、スラグ中のＣｒ２Ｏ３  の還元を行うことを特徴とする低窒素含クロム鋼の製造方法。
（２）  粗脱炭後のスラグ組成の塩基度が１．０  ≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦４．０  である上記（１）  記載の低窒素含クロム鋼の製造方法。
（３）  粗脱炭処理中のスラグ組成がＣａＯ  ＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯ  ≧５質量％である、上記（１）  または（２）  記載の低窒素含クロム鋼の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
このように本発明によれば、高炭素領域では大気圧下で精錬を行い、未還元のまま真空設備に移し替え、真空下で還元処理を行うのである。
【００１９】
本発明においてそれぞれの処理条件を上述のように限定した理由について説明する。
本発明において大気圧下での粗脱炭処理を行うのは従来のＣｒ含有溶銑であればよく、特に制限はなく、また粗脱炭処理それ自体も従来法にしたがって行えばよい。
【００２０】
本発明では、このような粗脱炭処理は溶鋼中のＣ含有量が０．００５  〜１．０  質量％になるまで行う。Ｃ：１．０質量％より高い炭素域で大気圧下での脱炭を終了すると、真空処理に際しての溶鋼の吹き上げを防止できないことから、Ｃ：１．０質量％以下にまで脱炭を行う。
【００２１】
一方、本発明によれば、粗脱炭後の真空処理設備での脱窒においては、脱窒促進にはＣＯガスを発生させることが処理時間の短縮につながる。そのため、例えば真空処理後の鋼中［％Ｎ］≦２００ｐｐｍの鋼種においては、粗脱炭後の鋼中炭素をある程度残す必要がある。本発明ではこのときの下限をＣ：０．００５％  と規定する。好ましくは、Ｃ：０  ．１  〜１．０  ％の範囲で粗脱炭処理を終了する。
【００２２】
また、脱窒促進にはＣＯガスを発生させることが処理時間の短縮に繋がるが、ＣＯガスを発生させる酸素源として、鋼中ｔｏｔａｌ［Ｏ］≧１５０ｐｐｍ    かつスラグ中のＣｒ２Ｏ３  ≧５％、好ましくはＣｒ２Ｏ３  ≧  １５％とすることで真空脱ガス装置での酸素原単位低減を図ることができる。好ましい鋼中ｔｏｔａｌ［Ｏ］は、１５０  〜３００  ｐｐｍ  である。
【００２３】
本発明の好適態様にあっては、さらに、上述のような粗脱炭後のスラグ組成を、１．０  ≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦４．０  とする。好ましくは１．０  ≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦３．０  である。
これは、還元処理時間短縮のためスラグを速やかに滓化させる必要があるが、その範囲を規定するものである。また、含クロム鋼、特にステンレス鋼の脱硫は還元期に実施するが、従来は粗脱炭後、真空処理後に、二回の還元処理  （脱硫処理）  を実施していたが、本発明により還元  （脱硫）  は一回のみとなるため脱硫能力確保の観点より塩基度の下限を１．０  に規定する。
【００２４】
本発明の別の好適態様にあっては、粗脱炭後のスラグにおいて、ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯ≧５％と規定するが、これは、脱炭精錬炉の炉体保護のため下限を設定した。
粗脱炭スラグはＣｒ２Ｏ３  の還元熱により溶鋼温度が減少するため、全量または、一部の粗脱炭スラグを排滓してもよいし、ＣＯガスの発生源として全量持ち越して粗溶鋼と共に真空処理を施しても良い。
【００２５】
場合によりＡｌ、Ｓｉ含有物質または、蛍石等のスラグ滓化剤を添加することにより、粗脱炭スラグを滓化させることが可能となり、より確実に真空精錬の還元時、クロム回収が実施可能となる。
【００２６】
本発明において、上述のような粗脱炭処理に続いて真空脱ガス処理を行うが、開始時に鋼中Ｔｏｔａｌ［Ｏ］≧１５０ｐｐｍ、スラグ中のＣｒ２Ｏ３  ≧５質量％の条件を満足する限り、より好ましくはさらにスラグ塩基度１．０  〜４．０  である限り、その真空脱ガス処理は、例えばＶＯＤ  炉を使い従来のままであっても良く、特に制限されない。
【００２７】
【実施例】
精錬炉としてＡＯＤ  炉を使用し、真空処理装置としてＶＯＤ  を使用した。
本例においては、下記組成の溶銑を用意し、最初大気圧下でのＡＯＤ  を用いて粗脱炭を行い、次いで真空度４ＴｏｒｒのＶＯＤ  炉を使って真空脱ガス処理を行い、低窒素含クロム鋼の製造を行った。
【００２８】
なお、粗脱炭、真空脱ガス処理の合計処理時間は、ほぼ１００  〜２００  分間であって、これは、従来例と実質同様な処理時間である。粗脱炭後の成分組成を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003606170.tif 000002
粗脱炭処理終了後のＣ含有量、スラグ組成、さらには炉体損傷の程度、スラグ滓化の程度、さらには還元材であるＦｅＳｉ添加量、Ａｒガス吹き込み量、そして酸素供給量について、結果を表２にまとめて示す。なお、ＦｅＳｉ添加量、Ａｒガス吹き込み量、そして酸素供給量は、従来例のＮｏ．１の場合を１００  とした指数で示す。
【００３０】
なお、表２において、炉体溶損は、○：溶鋼、△：普通、×：悪化の３段階評価で示す。また、スラグ滓化も、○：滓化良好、△：通常滓化、×：滓化不良の３段階評価で示す。
【００３１】
【表２】
0003606170.tif 000003
【００３２】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、Ｎ＜２００ｐｐｍ    の低窒素含クロム鋼の溶製において、炉体およびスラグ滓化量  （Ｃｒ回収）  を悪化させることなくＦｅＳｉ、Ａｒ原単位が低減可能となり、製造原価を大きく低減させることができる。