(57)【要約】【課題】出鋼の際のステンレス溶鋼の窒素の吸収を防止できるテンレス溶鋼の溶製方法を提供する。【解決手段】クロムを含有した溶銑を転炉２で脱炭する。脱炭後、ステンレス溶鋼１を転炉２から取鍋３へ出鋼する。ここで、ステンレス溶鋼１の出鋼前から出鋼完了までの間、気体または液体の炭化水素燃料を５体積％以上の酸素ガスを含有する気体または１００体積％の酸素ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガス８を取鍋３内へ供給する。取鍋３内へ供給した燃焼ガス８の総量は取鍋３の内容積より多い。すなわち、燃焼ガス８の総量をＶ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）とし、取鍋３の総量をＴ（ｍ３）とすると、Ｖ＞Ｔとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを含有した溶銑を脱炭炉で脱炭した後、この脱炭炉から取鍋へ出鋼してステンレス溶鋼を溶製するステンレス溶鋼の溶製方法であって、
出鋼前から出鋼完了までの間、気体または液体の炭化水素燃料を５体積％以上の酸素ガスを含有する気体または１００体積％の酸素ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガスを取鍋内へ供給し、
取鍋内へ供給された燃焼ガスの総量は取鍋の内容積より多く、燃焼ガスの総量をＶ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）とし、取鍋の内容積をＴ（ｍ３）とすると、Ｖ＞Ｔとなる
ことを特徴とするステンレス溶鋼の溶製方法。
【請求項２】
燃焼ガスは、脱炭炉から取鍋へ出鋼しているステンレス溶鋼の溶鋼流の下端付近へ向けて供給する
ことを特徴とする請求項１記載のステンレス溶鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を取鍋に出鋼して処理するステンレス溶鋼の溶製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステンレス鋼の中でも特に高純度フェライト系ステンレス鋼は、耐応力腐食割れ性に優れているため、需要が高まってきているが、窒素は母材および溶接部の靭性や耐食性を低下させるため、精錬の際に可能な限り窒素を低減させておくことが好ましい。
【０００３】
また、ステンレス鋼において窒素を安定化させるため、精錬工程の最終段階で溶鋼にＴｉやＮｂ等を添加している。しかし、窒化物がクラスタリングすると、ステンレス鋼における表面欠陥の原因になりやすい。無垢材にて使用されることが多いステンレス鋼板において、表面欠陥は製品としての価値を著しく低下させる。また、ＴｉやＮｂは比較的高価な元素であり、ＴｉやＮｂによる窒素の安定化は製造コストの増加の原因になるので、精錬工程での窒素の低減は製造コストを低減するという観点からも非常に重要である。
【０００４】
従来、低窒素ステンレス鋼の製造には、Vacuum Oxygen Decarburization（ＶＯＤ）法が有利であるとされているが、溶鋼中の窒素量が約０．０１質量％以下の極低窒素ステンレス鋼を製造しようとすると、ＶＯＤ工程での精錬負荷が大きい。すなわち、ＶＯＤ工程にて脱窒を強化するには、減圧下でのＣＯガスボイリングを活発にする必要があり、ＶＯＤ工程前の炭素量を多くしなければならないが、ＶＯＤ装置での脱炭能力はそれほど大きくないため、その分精錬時間を延長させる必要があり、精錬負荷が大きくなってしまう。また、活発化したＣＯガスボイリングにより、溶鋼が取鍋から流出するいわゆるオーバーフローの発生や歩留りの低下を招く場合も考えられえる。
【０００５】
また、ＶＯＤ工程での脱窒をより活発に行うには、スラグとメタルとの界面での界面反応を活発化するために底吹攪拌ガスの増量や、底吹ノズルの取付個数増加など、いくつかの技術が提案されているが、これらの方法を採用しても精錬時間の延長は避けられない。
【０００６】
このように従来のＶＯＤ法を用いた低窒素ステンレス鋼の製造方法では、脱窒を主にＶＯＤ工程での精錬に依存するため、ＶＯＤ工程における生産性や操業安定性の低下を招くという問題があった。
【０００７】
そこで、ＶＯＤ工程の前である溶銑を対象として、吹錬の段階から脱窒を促進しつつ、窒素の吸収を防止することによってＶＯＤ工程での精錬負荷を軽減して効率的に低窒素ステンレス鋼を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、底吹羽口を有する転炉においてクロム（Ｃｒ）を含有した溶銑中の炭素濃度が４質量％以上となるように加炭してから、酸素吹錬し、この酸素吹錬にて生じるＣＯガス中に溶存窒素をＮ２ガスとして希釈させ、さらに、加炭の際にＣａＯおよびＣａＦ２を主剤とするフラックスを装入してアルゴン（Ａｒ）ガスで攪拌する。また、転炉での吹錬後は脱酸処理を行うことなく取鍋に出鋼し、その際に、取鍋内に炭酸マグネシウムを供給することにより、その分解によって生じる炭酸ガスによるシール作用にて大気雰囲気下からの吸窒を防止しながら、ＶＯＤ工程に移行させる。ＶＯＤ工程以前に積極的に脱窒を行うことにより、ＶＯＤ工程での脱窒反応が通常レベルであっても、最終的には溶鋼中の窒素量を低減できる。
【０００８】
また、取鍋へ出鋼する際の吸窒を防止する方法としては、クロムを含有する溶銑を転炉で脱炭精錬した後、この転炉から取鍋に出鋼する際に用いる取鍋の内容積をＶ（ｍ３）として、少なくとも出鋼までの間、取鍋から取鍋外にＣＯ２ガス流が０．１３×Ｖ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）以上、１．０×Ｖ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）以下の流量で間断なく流出するために十分な量の、例えば炭酸マグネシウムを主成分とする固体物質などのＣＯ２ガス発生物質を取鍋内に存在させるか供給し続ける方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−４６５２７号公報（第２−４頁）
【特許文献２】特開平８−４１５２５号公報（第３−５頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１の方法では、加炭により精錬負荷が増大するので、製造コストが増加してしまうとともに、脱窒用フラックスを脱窒のためだけに用いることにより製造コストが増加してしまう。また、取鍋への出鋼の際には、炭酸ガスによるシール作用だけでは吸窒防止効果が弱い問題が考えられる。
【００１１】
上述の特許文献２における炭酸マグネシウムを取鍋内に存在させる方法、すなわち炭酸マグネシウムを取鍋内に入置きする方法の場合、炭酸マグネシウムは、ＭｇＣＯ３→ＭｇＯ＋ＣＯ２にて示される分解反応が極めて早く進行するとともに、炭酸マグネシウムの分解反応温度が大気圧下で約４００℃であるため、出鋼前に取鍋に入置きする際に、通常予め７００〜８００℃に余熱されている取鍋内に炭酸マグネシウムを投入すると、炭酸マグネシウムの分解反応が活発に進行し、約１〜２ｍｉｎ程の極めて早い時間で分解反応によるＣＯ２発生反応が終了してしまう。また、大気下で溶鋼を出鋼する際には、出鋼流周囲の空気が急激に膨張するため取鍋内から激しい上昇気流が生じ、冷えた空気が取鍋内に大量に入り込むという現象が起こる。このように空気が取鍋内に入り込むことで、空気中の窒素が溶鋼に吸収されてしまう。
【００１２】
例えば、特許文献２の実施例では、製鋼番号Ａ４，Ａ５に炭酸マグネシウムを添加した例が示され、炭酸マグネシウムを取鍋に１００ｋｇ入置きし取鍋内のＣＯ２濃度を分析して、その後に溶鋼を出鋼開始した旨が記載されている。実際にこの作業は作業完了まで数分間必要とするから、入置きした炭酸マグネシウムは直ちにＣＯ２ガスに分解してしまうとともに、取鍋内からの上昇気流に乗ってすぐに取鍋外へ放出されてしまう。
【００１３】
また、上述の特許文献２の炭酸マグネシウムを取鍋内に供給し続ける方法の場合、炭酸マグネシウムの比重は約３と軽いため、出鋼流により取鍋内から生じる上昇気流によって供給された炭酸マグネシウムが取鍋外へ放出されてしまうとともに、冷えた空気が取鍋内に入り込み、空気中の窒素が溶鋼に吸収されてしまう。
【００１４】
例えば、特許文献２の実施例では、製造番号Ａ１，Ａ２は、炭酸マグネシウムを供給し続けた例であり、出鋼開始後に炭酸マグネシウムをキャリアガスとしてＡｒガスを用いて溶鋼滝つぼ付近に吹き込んでいるが、炭酸マグネシウムの比重は約３と軽いため、炭酸マグネシウムを供給し続けても、実際には出鋼の際に生じる激しい上昇気流によって炭酸マグネシウムが取鍋外へ放出されてしまい、取鍋内をＣＯ２ガスで満たすことは非常に困難である。
【００１５】
さらに、取鍋内がＣＯ２ガスにて十分に満たされるように、炭酸マグネシウムを大量に添加する方法も考えられるが、ＣＯ２ガス分解反応が終わった際に大量の酸化マグネシウムが残存してしまい、酸化マグネシウムは高融点酸化物であるため、次工程での精錬反応を阻害する原因となってしまう。
【００１６】
したがって、炭酸マグネシウムなどのＣＯ２ガス発生物質では、出鋼の際の窒素の吸収を効果的に防止できない可能性が考えられる。
【００１７】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、出鋼の際のステンレス溶鋼の窒素の吸収を防止できるテンレス溶鋼の溶製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載されたステンレス溶鋼の溶製方法は、クロムを含有した溶銑を脱炭炉で脱炭した後、この脱炭炉から取鍋へ出鋼してステンレス溶鋼を溶製するステンレス溶鋼の溶製方法であって、出鋼前から出鋼完了までの間、気体または液体の炭化水素燃料を５体積％以上の酸素ガスを含有する気体または１００体積％の酸素ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガスを取鍋内へ供給し、取鍋内へ供給された燃焼ガスの総量は取鍋の内容積より多く、燃焼ガスの総量をＶ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）とし、取鍋の内容積をＴ（ｍ３）とすると、Ｖ＞Ｔとなるものである。
【００１９】
請求項２に記載されたステンレス溶鋼の溶製方法は、請求項１に記載されたステンレス溶鋼の溶製方法において、燃焼ガスは、脱炭炉から取鍋へ出鋼しているステンレス溶鋼の溶鋼流の下端付近へ向けて供給するものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載された発明によれば、出鋼前から出鋼完了までの間、炭化水素燃料を５体積％以上の酸素ガスを含有する気体または１００体積％の酸素ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガスを取鍋内へ供給し、取鍋内へ供給された燃焼ガスの総量が取鍋の内容積より多いため、燃焼ガスによりステンレス溶鋼と空気との接触を防止でき、出鋼の際のステンレス溶鋼の窒素の吸収を防止できる。
【００２１】
請求項２に記載された発明によれば、脱炭炉から取鍋へ出鋼しているステンレス溶鋼の溶鋼流の下端付近へ向けて燃焼ガスを供給するため、出鋼の際のステンレス溶鋼の窒素の吸収を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るステンレス溶鋼の溶製方法における構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図１を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
ステンレス鋼を製造する際には、まず、電気炉などにおいてケイ素（Ｓｉ）等を調整してステンレス鋼製造用のクロム（Ｃｒ）を含有した溶銑である含クロム溶銑とする。
【００２５】
この含クロム溶銑をArgon Oxygen Decarburization（ＡＯＤ）炉または転炉などの脱炭炉へ移して通常の酸素吹錬を行う。この酸素吹錬により、吹錬前に含有量が２〜４質量％だった炭素（Ｃ）を０．１〜０．６質量％まで粗脱炭処理を行う。また、吹錬前後のＣ量およびＣｒ量によるが、窒素（Ｎ）は０．００５〜０．０２質量％となり、目的に応じて必要な合金成分を添加して調整し、ステンレス溶鋼とする。
【００２６】
さらに、図１に示すようにステンレス溶鋼１を脱炭炉としての転炉２から取鍋３へ出鋼して、Vacuum Oxygen Decarburization（ＶＯＤ）法などで仕上脱炭、還元精錬を行う。
【００２７】
このように溶製されたステンレス溶鋼１は、連続鋳造などにて鋳造され、目的に応じて熱間圧延、冷間圧延および焼鈍などの処理が施される。
【００２８】
ステンレス溶鋼１を転炉２から取鍋３へ出鋼する際には、出鋼口４が下側になるように転炉２を傾斜させ、出鋼口４から取鍋３へ出鋼される。出鋼中のステンレス溶鋼１は出鋼口４から取鍋３内まで自由落下する溶鋼流５となる。なお、転炉２内では、ステンレス溶鋼１とスラグ６とが形成されている。
【００２９】
ここで、出鋼前に、取鍋３近傍に設置されたバーナ７にて、気体または液体の炭化水素燃料を支燃性ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガス８を取鍋３内へ吹き込むように供給して、燃焼ガス８により取鍋３内の空気を追い出してガスパージを行う。
【００３０】
その後、転炉２から取鍋３に出鋼を開始し、出鋼完了までの間、燃焼を継続して燃焼ガス８を供給し続ける。
【００３１】
炭化水素燃料は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、重油などが適宜用いられる。
【００３２】
支燃性ガスは、５体積％以上の酸素ガスが含有する気体、または１００体積％の酸素ガスであり、より具体的には、０〜９５体積％のＡｒガスと５〜１００体積％の酸素ガスとを含有している。
【００３３】
ここで、支燃性ガスは、酸素濃度が５体積％より低くなると、炭化水素燃料の燃焼が不安定になり、安定して燃焼ガスを供給できなくなってしまう。したがって、燃焼の際に用いる支燃性ガスは、５体積％以上の酸素ガスが含有する気体、または１００体積％の酸素ガスとした。
【００３４】
炭化水素燃料の燃焼にて発生する窒素を含有しない燃焼ガス８は、ＣＯ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＣＯガス、その他未燃ガス、過剰のＯ２および不活性ガスを含み、これらの総量が取鍋３の内容積より多くなるように燃焼させる。すなわち、燃焼ガスの総量をＶ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）とし、取鍋３の総量をＴ（ｍ３）とすると、Ｖ＞Ｔとなるように、炭化水素燃料および支燃性ガスの流量を調整する。このようにＶ＞Ｔとなるように燃焼ガスを供給することで、取鍋３内は、燃焼ガスが充満してガスパージされ、窒素（Ｎ２）分圧が低減する。
【００３５】
燃焼ガス８の総量が取鍋３の内容積以下であると、ガスパージが不十分で、取鍋３内に空気が存在する状態になる可能性があり、出鋼中のステンレス溶鋼が窒素を吸収する可能性がある。したがって、燃焼ガス８の総量は取鍋３の内容積より多いものとした。
【００３６】
また、燃焼ガス８を供給する際には、燃焼させる際の火炎先端が、転炉２から取鍋３へ出鋼している溶鋼流５の下端付近へ向けて供給することが好ましい。
【００３７】
溶鋼流５の下端付近は、溶鋼流５と、取鍋３の底部または取鍋３内のステンレス溶鋼１の上面との境界、すなわち滝つぼ９である。通常の大気下では、滝つぼ９は溶鋼流５より空気を巻き込みやすい箇所であるとともに、ステンレス溶鋼１の出鋼により取鍋３内から激しい上昇気流が発生するため、空気は下方である取鍋３内へ向かって流動する。したがって、溶鋼流５より取鍋３内のステンレス溶鋼１の方が空気と接触しやすく、窒素を吸収しやすい。そこで、取鍋３内における溶鋼流５の下端付近である滝つぼ９へ向けて燃焼ガス８を供給すると、空気を巻き込みやすい滝つぼ９の周囲においても燃焼ガス８にてガスパージされやすい。
【００３８】
そして、このようなステンレス溶鋼１の溶製方法によれば、出鋼前から出鋼完了までの間、炭化水素燃料を支燃性ガスを用いて燃焼させ、この燃焼の際に発生する窒素を含有しない燃焼ガス８を取鍋３内へ供給し、取鍋内へ供給された燃焼ガス８の総量が取鍋の内容積より多いため、出鋼中において、取鍋３内が燃焼ガス８にてガスパージされるとともに、取鍋３内から燃焼ガス８が上昇し、溶鋼流５の軌道上にも燃焼ガス８が存在する状態にできる。したがって、燃焼ガス８のガスパージによるシール作用にて取鍋３内のステンレス溶鋼１および溶鋼流５と空気との接触を防止でき、出鋼の際におけるステンレス溶鋼１の窒素の吸収を防止できる。
【００３９】
上記のようにステンレス溶鋼１を溶製することにより、転炉吹錬での有利な脱窒効果を維持したまま減圧下での吹錬が実施できるので、減圧下での脱窒負荷が軽減され、経済的に低窒素ステンレス鋼を製造できる。
【００４０】
また、転炉２から取鍋３へ出鋼している溶鋼流５下端付近の滝つぼ９へ向けて燃焼ガス８を供給するため、出鋼の際に空気を巻き込みやすい溶鋼流５の滝つぼ９の周囲においても、燃焼ガス８のシール作用をより確実に発揮できるので、出鋼の際におけるステンレス溶鋼１の窒素の吸収を効果的に防止できる。
【００４１】
このようなステンレス溶鋼の溶製方法は、クロムを１０質量％以上、より好ましくはクロムを１８質量％以上含有し、炭素濃度と窒素濃度との合計が０．０４質量％以下の極低炭素・窒素ステンレス鋼を製造する場合に非常に有効であるが、極低炭素・窒素ステンレス鋼を製造する場合には限定されない。
【００４２】
なお、上記一実施の形態では、バーナ７などにて、出鋼している溶鋼流５の下端付近である滝つぼ９へ向けて燃焼ガス８を供給する構成としたが、このような構成には限定されず、燃焼ガス８は、取鍋３内へ供給されていればよい。
【実施例】
【００４３】
以下に示す溶鋼の本実施例および比較例にて出鋼の際のステンレス溶鋼の窒素吸収試験を行った。
【００４４】
まず、クロムを２２質量％含有するフェライト系ステンレス鋼製造用の溶銑を電気炉にて溶製した。溶銑は、主な成分が、Ｃ：２．０〜３．５質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．５質量％、Ｃｒ：２１．１〜２３．０質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物となるように調整した。
【００４５】
表１に示すＣ量およびＮ量の各溶銑を転炉にて底吹き羽口より少量のＡｒガスを吹き込みながら、上吹き酸素吹錬を所定の時間実施して脱炭処理し、温度を調整して、表１に示す条件にて内容積が２０ｍ３または４０ｍ３の取鍋に出鋼した。また、各ステンレス溶鋼の脱炭終了後出鋼直前のＮ量は表１に示す通りであり、いずれのステンレス溶鋼も転炉吹錬により脱炭とともに脱窒が進行していることが分かる。
【００４６】
【表１】
2011202262.tif 000003
【００４７】
チャージＮｏ．Ａ１〜Ａ１０のステンレス溶鋼は、ＬＰＧ、ＬＮＧ、Ｃ４Ｈ１０および重油などの炭化水素燃料を、５体積％以上の酸素ガスが含有する気体、または１００体積％の酸素ガスである支燃性ガスを用いて燃焼させ、燃焼の際の火炎の先端が溶鋼流の下端付近すなわち滝つぼ付近に位置するようにバーナを設置して燃焼ガスを供給した本実施例である。
【００４８】
これら本実施例では、いずれも出鋼する際にステンレス溶鋼が吸収した窒素の量である吸Ｎ量が０．００２質量％以下であり、出鋼を完了した際のステンレス溶鋼中のＮ量も０．０１質量％以下と安定して非常に低く、出鋼前のＮ量と比べてもほとんど増加していないことが分かる。
【００４９】
チャージＮｏ．Ｂ１〜Ｂ１０のステンレス溶鋼は、規定した上記条件とは異なる条件にて出鋼した比較例である。なお、Ｂ３ないしＢ５は、燃焼の際の火炎の先端が、取鍋の上端と出鋼流が交差する位置より２ｍ上方に位置するようにバーナを設置し、取鍋内ではなく溶鋼流へ向かって燃焼ガスを供給した。
【００５０】
Ｂ１およびＢ２のステンレス溶鋼は、燃料ガス流量が取鍋の内容積以下の比較例であり、燃焼ガスのガスパージによるシール作用が不十分であったため、出鋼の際にステンレス溶鋼が空気と接触して、窒素を吸収してしまったと考えられる。
【００５１】
Ｂ３〜Ｂ５のステンレス溶鋼は、燃焼ガス発生量は取鍋の内容積より多かったものの、燃焼ガスが溶鋼流へ向けて供給されて取鍋内へ届いてなかった比較例であり、燃焼ガスのガスパージによるシール作用が不十分であったため、出鋼の際に取鍋内、特に溶鋼流の滝つぼにて空気が巻き込まれ、燃焼ガス中に空気中の窒素が混入して、ステンレス鋼が窒素を吸収してしまったと考えられる。
【００５２】
Ｂ６およびＢ７のステンレス溶鋼は、支燃性ガスを用いず、空気にて炭化水素燃料を燃焼させた比較例であり、燃焼ガス中に空気中の窒素が混入するため、窒素を吸収してしまったと考えられる。
【００５３】
Ｂ８のステンレス溶鋼は、酸素濃度が４体積％の支燃性ガスを用いた比較例であり、炭化水素燃料の燃焼が不安定になり、安定して燃焼ガスが供給できず、燃焼ガスのガスパージによるシール作用が不十分であったため、出鋼の際にステンレス溶鋼が空気と接触して、窒素を吸収してしまったと考えられる。
【００５４】
Ｂ９およびＢ１０のステンレス溶鋼は、燃焼ガスを供給しない従来の方法にて出鋼した比較例であり、出鋼の際にステンレス溶鋼が窒素を吸収していた。
【００５５】
したがって、Ｂ１ないしＢ１０のステンレス溶鋼では、出鋼の際に０．００５〜０．０１４質量％の窒素を吸収しており、出鋼完了の際のステンレス溶鋼中の窒素量も０．０１５質量％以上と非常に高い。
【符号の説明】
【００５６】
１    ステンレス溶鋼
２    脱炭炉としての転炉
３    取鍋
５    溶鋼流
８    燃焼ガス
【図１】
2011202262.tif 000004