(57)【要約】  スラグ中の（Ｃｒ２Ｏ３）含有量と適正な組成及び液相分率を制御して真空脱炭精錬効率を極大化し、従来の技術に対して短時間内に溶鋼中の炭素濃度を極低水準として含むフェライト系ステンレス鋼を製造する。本方法は、ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒後、未脱酸状態で溶鋼を取鍋に出鋼した後、取鍋の溶鋼上部の未脱酸スラグを除去し；取鍋を大型真空槽に安着して減圧した後、溶鋼上部からランスを介して酸素ガスを吹き込んで脱炭反応を行い；酸素吹錬の開始時点でＡｌを投入してＡｌ２Ｏ３を生成させ；酸素吹錬の終了時点で生石灰を投入してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させ、酸素吹錬の終了後、流動性が良好なスラグと溶鋼との反応を通じてスラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空微細脱炭が促進され；真空微細脱炭効率を極大化するため取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給する。
2011516720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法において、
ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒後、未脱酸状態で溶鋼を取鍋に出鋼した後、前記取鍋の溶鋼の上部における未脱酸スラグを除去するステップと、
前記取鍋を大型の真空槽に安着して減圧した後、前記溶鋼の上部からランスを介して酸素ガスを吹き込んで脱炭反応を行うステップと、
前記酸素吹錬の開始時点でＡｌを投入して、Ａｌ２Ｏ３を生成させるステップと、
前記酸素吹錬の終了時点で生石灰を投入して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させ、酸素吹錬の終了後、流動性が良好な前記スラグと溶鋼との反応を通じて、スラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空微細脱炭が促進されるステップと、
前記真空微細脱炭効率を極大化するため、取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給するステップと
を含んでなることを特徴とする、極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項２】
極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法において、
ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒後、未脱酸状態で溶鋼を取鍋に出鋼した後、前記取鍋の溶鋼の上部における未脱酸スラグを除去するステップと、
前記取鍋を大型の真空槽に安着して減圧した後、前記溶鋼の上部からランスを介して酸素ガスを吹き込んで脱炭反応を行うステップと、
前記酸素吹錬の終了時点で真空ホッパーを用いてＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスを投入して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させるステップと、
前記酸素吹錬の終了後、流動性が良好な前記スラグと溶鋼との活発な反応を通じて、スラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空微細脱炭が促進されるステップと、
前記真空微細脱炭効率を極大化するため、取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給するステップと
を含んでなることを特徴とする、極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項３】
前記ＡＯＤ粗脱炭の終了後、溶鋼中の炭素及び窒素の濃度が、それぞれ０．２〜０．４ｗｔ％、１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項４】
前記酸素吹錬機に、１０００〜１６００Ｎｍ３／ｈｒの流量で酸素ガスを供給して脱炭することを特徴とする、請求項１または２に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項５】
前記酸素吹錬の開始時点で１．２〜３．８ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌのＡｌを投入することを特徴とする、請求項１に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項６】
前記酸素吹錬の終了時点で２．５〜５．０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌの生石灰を投入することを特徴とする、請求項１に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項７】
前記ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスは、１０〜５０ｍｍ大で７〜１０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ投入することを特徴とする、請求項２に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項８】
前記スラグは、（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜１．０、Ｃｒ２Ｏ３：１５〜６０ｗｔ％、ＭｇＯ＜７ｗｔ％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項９】
前記ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスは、（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜０．８、（ＳｉＯ２）＋（ＭｇＯ）＋（ＴｉＯ２）＜１５ｗｔ％であることを特徴とする、請求項２に記載の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低水準の炭素を含む高純度のフェライト系ステンレス鋼の製造方法に関し、より詳細には、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）スラグ中のＣｒ２Ｏ３の含有量と適正な組成及び液相分率などを制御して真空脱炭精錬効率を極大化することにより、短時間内に極低炭素フェライト系ステンレス鋼を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、クロム（Ｃｒ）濃度が１０〜３０ｗｔ％のフェライト系ステンレス鋼は、高耐食／高加工性を要する所に適用され、このとき、耐食性及び加工性の向上のため、浸入型元素である炭素の濃度を１００ｐｐｍ以下（特別な場合、５０ｐｐｍ以下）の非常に低い水準として含むことが要求されている。この場合、通常の希釈脱炭ＡＯＤ精錬法では限界があることから真空ＶＯＤ精錬法が適用され、これを達成するため、次のような真空脱炭技術が報告されている。
【０００３】
特開１９９７−３１６５２８号公報では、酸素吹錬時、ステンレス溶鋼の飛散、すなわち、スプラッシュ現象により、真空槽、浸漬管の内壁及び酸素ランスの先端に溶鋼が融着する現象を減らすと同時に、Ｃｒロスを低減する真空脱炭精錬のため、脱炭開始前の塩基度（％ＣａＯ／％ＳｉＯ２）（以下、Ｃ／Ｓと表記）１〜４、（Ａｌ２Ｏ３）含有量５〜３０ｗｔ％組成のフラックスを４４０〜２６５０ｋｇ程度浸漬管内に添加して溶融スラグを生成した後、真空精錬する方法を提案した。しかし、前記スラグ組成は、シリコン（Ｓｉ）脱酸を前提とした場合に相当するスラグ組成であって、アルミニウム（Ａｌ）脱酸が必要なフェライト系溶鋼の製造時には適用できないというデメリットがある。
【０００４】
特許第３６１６４２３号明細書では、ＶＯＤ精錬法により、ステンレス溶鋼脱炭時、極低炭素領域における脱炭速度の低下、酸素吹錬の終了時点の制御における精度の低下、過剰の酸素吹錬によるＣｒ酸化及びスラグの流動性の劣化、これによるＳｉ、Ａｌなどの還元剤の消費量の増加などを解決するため、粗脱炭後、スラグのＣ／Ｓ＝１．５〜３．５に制御し、これにＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系フラックスを投入して、スラグ組成を（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％ＳｉＯ２＋ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）（以下、Ｃ／（Ｓ＋Ａ）と表記）＝１．２〜３．０の範囲で調整し、真空下酸素吹錬後、ガス中の酸素濃度から計算されたＣｒ２Ｏ３の発生量が４０％以下となったとき、吹錬を中止した後、ガスの撹拌によって脱炭を促進する方法を提案した。しかし、真空開始前に、Ｃ／（Ｓ＋Ａ）＝１．２〜３．０の組成を制御するためにＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系フラックスを投入した場合、粗脱炭後、スラグの重量（または容積）、スラグのＣ／Ｓ比を機器の測定及び分析によってのみ確認することができ、このためには、相当な時間がかかる。
【０００５】
特許第３７５２８０１号明細書では、減圧下ステンレス溶鋼の脱炭精錬時、Ｃｒロスを抑制しかつ脱炭工程を短縮するため、粗脱炭後（真空脱炭前）、溶鋼中の炭素濃度を０．２５〜０．１ｗｔ％とし、未脱酸出鋼後、減圧下酸素吹錬を行う。ここで、取鍋底での不活性ガスの供給流量を５Ｎｌ／ｍｉｎ．ｔ−ｓｔｅｅｌ以上とし、このとき生成されるスラグの重量を１５ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ以下とすることを提案した。しかし、酸素吹錬時に発生するスラグの重量を１５ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ以下に制御するためには、真空下酸素吹錬中にスラグの重量を測定するため、吹錬を一時的に中止しなければならないという問題がある。さらには、真空を解除し、大気圧下でスラグの重量の測定を行った後、再び真空下酸素吹錬をしなければならないという問題が生じ得る。
【０００６】
韓国公開特許第１０−０５２３１０５号公報では、ＶＯＤ法による極低炭素を含むフェライト系ステンレス鋼の精錬時にスラグによる脱炭反応を促進し、脱炭終了後、溶鋼の炭素汚染（Ｃピックアップ（Ｃ  Ｐｉｃｋ−ｕｐ）という）の抑制のため、酸素吹錬の終了後、スラグ中の（Ｃｒ２Ｏ３）含有量を２５〜４５ｗｔ％、（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）（以下、Ｃ／Ａと表記）比を１．０以下に制御し、真空脱炭ステップでＣａＯを投入する方法を提案した。しかし、約１７００℃での精錬温度に相当するＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３のスラグの平衡状態図から、Ｃ／Ａ＜０．７の組成範囲では、スラグ中のＣｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３との反応により熱力学的に非常に安定したコランダム（化学記号（Ｃｒ，Ａｌ）２Ｏ３）化合物が生成されることがわかり、これは、熱力学的原理により脱炭反応の駆動力を低下させる結果をもたらすことになる。
【０００７】
特開２００６−２１３９６０号公報では、脱炭効率が高くかつＣピックアップを抑制し得るステンレス鋼の脱炭のため、真空下酸素吹錬の終了後、不活性ガスの撹拌による真空脱炭の前後に溶鋼中の酸素濃度を測定する。また、予め算出した式によってスラグ中のＣｒ２Ｏ３の含有量を推定し、その最終含有量が１０〜３０ｗｔ％となるように脱酸剤を添加する方法を提案した。しかし、溶鋼中の酸素濃度を測定するためには、高価格の酸素センサを毎回用いなければならず、これは、費用及び精錬時間の増加をもたらす。さらに、溶鋼中の酸素濃度からスラグ中のＣｒ２Ｏ３の濃度を推定しても、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が１０〜３０ｗｔ％となるように制御するための脱酸剤の投入量を算出するためには、スラグの重量（または容積）に関する情報が必要であるにもかかわらず、これに関する具体的な測定方法は提示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開１９９７−３１６５２８号公報
【特許文献２】特許第３６１６４２３号明細書
【特許文献３】特許第３７５２８０１号明細書
【特許文献４】韓国公開特許第１０−０５２３１０５号公報
【特許文献５】特開２００６−２１３９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、前述した従来の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＶＯＤ真空脱炭精錬過程において、スラグ中のＣｒ２Ｏ３の含有量と適正な組成及び液相分率を制御して真空脱炭精錬効率を極大化することにより、短時間内に極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法は、ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒後、未脱酸状態で溶鋼を取鍋に出鋼した後、前記取鍋の溶鋼の上部における未脱酸スラグを除去するステップと、前記取鍋を大型の真空槽に安着して減圧した後、前記溶鋼の上部からランスを介して酸素ガスを吹き込んで脱炭反応を行うステップと、前記酸素吹錬の開始時点でＡｌを投入して、Ａｌ２Ｏ３を生成させるステップと、前記酸素吹錬の終了時点で生石灰を投入して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させ、酸素吹錬の終了後、流動性が良好な前記スラグと溶鋼との反応を通じて、スラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空微細脱炭が促進されるステップと、前記真空微細脱炭効率を極大化するため、取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給するステップとを含んでなる。
【００１１】
また、本発明の他の実施例による極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法は、ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒後、未脱酸状態で溶鋼を取鍋に出鋼した後、前記取鍋の溶鋼の上部における未脱酸スラグを除去するステップと、前記取鍋を大型の真空槽に安着して減圧した後、前記溶鋼の上部からランスを介して酸素ガスを吹き込んで脱炭反応を行うステップと、前記酸素吹錬の終了時点で真空ホッパーを用いてＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスを投入して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させるステップと、前記酸素吹錬の終了後、流動性が良好な前記スラグと溶鋼との活発な反応を通じて、スラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空微細脱炭が促進されるステップと、前記真空微細脱炭効率を極大化するため、取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給するステップとを含んでなる。
【００１２】
本発明において、前記ＡＯＤ粗脱炭の終了後、溶鋼中の炭素及び窒素の濃度が、それぞれ０．２〜０．４ｗｔ％、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明において、前記酸素吹錬機に、１０００〜１６００Ｎｍ３／ｈｒの流量で酸素ガスを供給して脱炭することが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、前記酸素吹錬の開始時点で１．２〜３．８ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌのＡｌを投入することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記酸素吹錬の終了時点で２．５〜５．０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌの生石灰を投入することが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明において、前記ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスは、１０〜５０ｍｍ大で７〜１０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ投入する。
【００１７】
また、本発明において、前記スラグは、（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜１．０、Ｃｒ２Ｏ３：１５〜６０ｗｔ％、ＭｇＯ＜７ｗｔ％であり、前記ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスは、（ｗｔ％ＣａＯ）／（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜０．８、（ＳｉＯ２）＋（ＭｇＯ）＋（ＴｉＯ２）＜１５ｗｔ％である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、過度の酸素吹錬に頼っていた従来の極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法に対して、一定量の酸素吹錬の終了後、塊状のＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスの投入により、スラグ中のクロム酸化物の活動度と液相分率との積が高い最適なスラグ組成を制御して低炭素領域における真空微細脱炭効率を極大化することにより、耐食性及び加工性を低下させる炭素濃度が非常に低いフェライト系ステンレス鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好ましい実施例による極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】１７００℃で、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−５ｗｔ％ＭｇＯの４元系スラグの液相分率に及ぼすクロム酸化物の含有量による影響を示すグラフである。
【図３】１７００℃で、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−５ｗｔ％ＭｇＯの４元系スラグの液相領域においてクロム酸化物の熱力学的活動度を示すグラフである。
【図４】スラグの液相分率とクロム酸化物の活動度との積をクロム酸化物の含有量に対して示すグラフである。
【図５】１６００℃、真空条件でスラグのＣ／Ａ比及びクロム酸化物の含有量に応じた２１ｗｔ％Ｃｒを含むフェライト系ステンレス溶鋼の脱炭効率を示すグラフである。
【図６】１７００℃で、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−５ｗｔ％ＭｇＯの４元系スラグの安定相を示す平衡状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好ましい実施例による極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法を示すフローチャートである。本発明の好ましい実施例による極低炭素フェライト系ステンレス鋼の製造方法は、ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭及び脱窒精錬を行うことにより、１００ｐｐｍ以下の窒素と０．２〜０．４ｗｔ％の炭素とを含む溶鋼を、未脱酸（ＡｌまたはＦｅＳｉなどの脱酸剤を添加していない状態をいう）状態で取鍋に出鋼するステップと、前記取鍋の溶鋼の上部に浮遊する未脱酸スラグを除去するステップと、前記取鍋を大型の真空槽に安着した後、１００ｍｂａｒ以下の圧力で減圧を行うステップと、前記溶鋼の上部からランスを介して１０００〜１６００Ｎｍ３／ｈｒの流量の酸素ガスの吹き込み（酸素吹錬という）による脱炭反応が行われるステップと、前記酸素吹錬の開始時点で１．２〜３．８ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌのＡｌを投入して、（Ａｌ２Ｏ３）を人為的に生成させるステップと、前記酸素吹錬の終了時点で２．５〜５．０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌの生石灰を投入して、結果的に、流動性が良好なＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させるステップと、もしくは前記２つのステップを省略し、酸素吹錬の終了時点で真空ホッパーを用いて１０〜５０ｍｍ大のＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックス（ｆｌｕｘ）を７〜１０ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ投入して、流動性が良好なＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯ系スラグを形成させるステップと、酸素吹錬の終了後、前記流動性が良好なスラグと溶鋼との活発な反応を通じて、スラグ中の［Ｃｒ２Ｏ３］と溶鋼中の［Ｃ］との反応により真空（１０ｍｂａｒ以下）微細脱炭が促進されるステップと、前記真空微細脱炭効率を極大化するため、取鍋底の多孔性プラグを介してＡｒのような不活性ガスを供給するステップとを含んでなる。
【００２２】
図２は、１７００℃で、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−５ｗｔ％ＭｇＯの４元系スラグの液相分率（ｆｌｉｑｕｉｄ）に及ぼすクロム酸化物の含有量による影響を示すグラフであって、スラグ中のクロム酸化物の含有量が２０ｗｔ％以下のとき、スラグのＣ／Ａ比にかかわらず、９０％以上の液相が確保されるのに対し、クロム酸化物の含有量が３０ｗｔ％以上のときには、スラグのＣ／Ａ比が増加するにつれ、ｆｌｉｑｕｉｄが急激に減少することがわかる。
【００２３】
図３は、１７００℃で、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−５ｗｔ％ＭｇＯの４元系スラグの液相領域においてクロム酸化物の熱力学的活動度（ａＣｒＯｘ）を示すグラフであって、スラグ中のクロム酸化物の含有量が６０ｗｔ％以下のとき、スラグのＣ／Ａ比が増加するにつれ、ａＣｒＯｘは、急激に減少することがわかる。また、Ｃ／Ａ＝０．５のときには、クロム酸化物の含有量に応じてａＣｒＯｘが増加し、３０ｗｔ％以上では一定値を示すのに対し、Ｃ／Ａ≦１．０のときには、クロム酸化物の含有量が約６０ｗｔ％まで増加するにつれ、ａＣｒＯｘは、直線的に増加する傾向を示している。
【００２４】
図４は、図２及び図３の結果から導き出すことができ、スラグの液相分率とクロム酸化物の活動度との積をクロム酸化物の含有量に対して示すグラフである。スラグのＣ／Ａ比が増加するほど、ｆｌｉｑｕｉｄ×ａＣｒＯｘの値は減少し、同じＣ／Ａ比では、クロム酸化物の濃度に対して最大値を有する傾向を示している。
【００２５】
既に公知の文献によれば、炭素濃度が高い領域では、下記式１の反応により溶鋼中の炭素がＣＯガスによって除去され、このとき、固有量の酸素ガスを十分に供給することにより脱炭反応を促進できることが知らされている。
【００２６】
［Ｃ］＋１／２Ｏ２（ｇ）＝ＣＯ（ｇ）  −−−（１）
【００２７】
ここで、（ｇ）は、ガスの状態を意味する。しかし、溶鋼中の炭素濃度が数百ｐｐｍ以下の濃度領域に減少すると、脱炭反応速度が急減に減少すると同時に、溶鋼の主な合金成分であるＣｒは、下記式２により（Ｃｒ２Ｏ３）に酸化する。
【００２８】
２［Ｃｒ］＋３／２Ｏ２（ｇ）＝（Ｃｒ２Ｏ３）  −−−（２）
【００２９】
したがって、炭素濃度が低い領域では、酸素ガスの供給を遮断し、酸素吹錬機で発生した（Ｃｒ２Ｏ３）と溶鋼中の炭素とで、下記式３のような反応を誘導する。
【００３０】
（Ｃｒ２Ｏ３）＋３［Ｃ］＝２［Ｃｒ］＋３ＣＯ（ｇ）  −−−（３）
【００３１】
式３に表された脱炭反応の平衡定数は、下記式４のように表すことができる。
【００３２】
Ｋ＝｛（ａＣｒ）２・（ＰＣＯ）３｝／｛ａＣｒ２Ｏ３・（ａＣ）３｝  −−−（４）
【００３３】
式４から、スラグ中のクロム酸化物の活動度であるａＣｒ２Ｏ３が大きく、かつＣＯガスの分圧であるＰＣＯが低いほど、脱炭反応の駆動力が大きくなり、このとき、真空条件が一定であれば、脱炭反応の効率は、ａＣｒ２Ｏ３によって左右されることがわかる。しかし、実際の反応は、このような熱力学的駆動力のみならず、速度論的因子にも影響され、これは、スラグの流動性が脱炭反応に影響を及ぼすことを示唆する。純粋な（Ｃｒ２Ｏ３）は、融点が非常に高い（約２３３０℃）酸化物であって、一般的な精錬温度である１６００〜１７００℃では固体として存在する。そのため、熱力学的には、純粋な（Ｃｒ２Ｏ３）と溶鋼中の炭素とが反応することが最も好ましいが、その速度は非常に遅く、適正な時間内に所望する水準の炭素濃度まで精錬を完了できなくなる。したがって、ａＣｒ２Ｏ３が減少しても、適切なスラグの流動性を確保することが必須的であり、このため、添加剤（以下、フラックスという）を投入することにより、流動性スラグを形成させることが欠かせない。
【００３４】
上記図２〜４で述べているように、酸素吹錬機で発生した（Ｃｒ２Ｏ３）を、（ＣａＯ）、（Ａｌ２Ｏ３）、（ＭｇＯ）などの成分を添加して希釈することによる液相スラグの分率と（Ｃｒ２Ｏ３）の活動度とを熱力学的に計算することができ、好ましくは、２つの値の積が高い領域を選択することが必要になる。このとき、（ＣａＯ）は、生石灰の形態で投入することができ、（ＭｇＯ）は、酸素吹錬機でＶＯＤ取鍋耐火物から物理化学的な原因によって自然的に発生する。しかし、純粋な（Ａｌ２Ｏ３）は、非常に高い価格であるため、単独で添加することが難しく、これを解消するために、次のような方法を用いることができる。
【００３５】
第一に、酸素吹錬の初期に一定量のＡｌを投入することにより、下記式５によって（Ａｌ２Ｏ３）を生成させることができる。
【００３６】
２［Ａｌ］＋３［Ｏ］＝（Ａｌ２Ｏ３）  −−−（５）
【００３７】
したがって、酸素吹錬機で（Ａｌ２Ｏ３）、（Ｃｒ２Ｏ３）、及び少量の（ＭｇＯ）が生成され、酸素吹錬の終了後に生石灰を投入することにより、ｆｌｉｑｕｉｄ×ａＣｒＯｘの値が高いＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯのスラグを形成することができる。
【００３８】
第二に、上記のように、酸素吹錬の初期にＡｌを投入して（Ａｌ２Ｏ３）を生成するためには、酸素の追加供給と共に、吹錬時間がさらに必要になる。したがって、より好ましくは、酸素吹錬の終了後、真空状態において塊状のＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスを一定量投入することにより、ｆｌｉｑｕｉｄ×ａＣｒＯｘの値が高いＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｇＯのスラグを形成することができる。この場合、上記第一の方法に比べて、精錬時間の短縮及び脱炭効率の増大効果を同時に満足することができる。
【００３９】
図５は、１６５０℃、真空条件でスラグのＣ／Ａ比及びクロム酸化物の含有量に応じた２１ｗｔ％Ｃｒを含むフェライト系ステンレス溶鋼の脱炭効率を示すグラフである。ここで、脱炭効率は、下記式６によって求めることができる。
【００４０】
脱炭効率（％）＝｛１−（最終炭素濃度）／（初期の炭素濃度）｝×１００  −−−（６）
【００４１】
スラグのＣ／Ａ比が１．３のときよりも０．６のとき、そして、スラグ中のクロム酸化物の含有量が２０ｗｔ％のときよりも６０ｗｔ％のとき、さらに高い脱炭効率を示しており、スラグのＣ／Ａ比がより支配的な因子であることがわかる。
【００４２】
また、従来例における微細脱炭機のスラグ組成を本発明例における場合と比較して、真空微細脱炭効果を表１に示している。
【００４３】
【表１】
2011516720.tif 000003
【００４４】
上記表１に示すように、発明例ではいずれも、従来例と比較して、Ｃピックアップになることなく、微細脱炭効果が非常に優れていることがわかる。
【００４５】
図６に示すように、１７００℃の温度で、５ｗｔ％ＭｇＯを含む従来の微細脱炭スラグ組成は、Ｃ／Ａ＜１．０、（Ｃｒ２Ｏ３）＞５０ｗｔ％であり、主に、液相スラグと共に、ＭｇＯ．Ｃｒ２Ｏ３クロマイト、（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３コランダム、及び（Ｍｇ，Ａｌ）（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ４スピネル化合物が相互共存する状態に相当することがわかる。この場合、熱力学的に非常に安定したコランダム、スピネルのような化合物の生成は、前述の上記式３及び４で述べているように、スラグ中の（Ｃｒ２Ｏ３）の活動度の減少を意味するため、これは、つまり、脱炭効率が低下の原因となる。しかし、本発明で提案した微細脱炭スラグ組成は、０．５≦（Ｃ／Ａ）≦１．０、１５≦（ｗｔ％Ｃｒ２Ｏ３）≦６０であり、主に、液相スラグと共にクロマイトが共存し、少量のＣａＯ．Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、コランダム化合物が存在していることがわかる。既に公知の文献によれば、クロマイト化合物は、分解及び溶解がコランダムまたはスピネル化合物に比べて比較的容易であるため、脱炭反応の効率が大きく減少することは発生しないことがわかる。
【００４６】
結果的に、極低炭素フェライト系ステンレス溶鋼の真空脱炭時、微細脱炭スラグのＣ／Ａ比及び（Ｃｒ２Ｏ３）含有量を最適化し、これを満足するために、本発明で提案されたＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスの投入時期、投入量、投入方法を適用したり、あるいは酸素吹錬の開始前にＡｌを投入し、酸素吹錬の終了後に生石灰を投入して前記最適な組成を満足する方法を適用することにより、炭素濃度５０ｐｐｍ以下の水準を達成することができる。
【００４７】
［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４８】
Ｆｅ−１８％Ｃｒ組成を有するように、電気炉にてくず鉄や合金鉄などを溶解した後、ＡＯＤ精錬炉にて粗脱炭工程を経て約１７００℃の温度で取鍋に出鋼した。前記取鍋には、溶鋼とスラグとがあり、真空脱炭効率を高めるために、機械的な方法によってスラグを除去した。このとき、溶鋼温度は約１６３０℃、炭素濃度は０．２６ｗｔ％、窒素濃度は９５ｐｐｍとして測定された。このとき、炭素濃度が０．２％未満であれば、真空精錬時、ＣＯ気泡の発生量が少なく、脱窒反応の促進効果を期待できなくなり、炭素濃度が０．４％以上になると、精錬時間が非常に長くなるという問題が生じ得る。また、窒素濃度が１００ｐｐｍ以上になると、真空精錬時、ＣＯ気泡による脱窒反応が行われるとしても、所望する水準の低い窒素濃度に到達できないことがある。前記取鍋を真空槽の位置する脱炭精錬スタンドに移してカバーを被せた後、溶鋼の上部からランスを用いて気体酸素を供給して、３０分間脱炭精錬を行った。反応終了後の溶鋼温度は約１７６０℃まで上昇し、溶鋼の組成は、下記表２のように分析された。
【００４９】
【表２】
2011516720.tif 000004
【００５０】
酸素吹錬の終了直後、真空雰囲気下でホッパーを用いて１０〜５０ｍｍ大のＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３フラックスを８．８ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ投入し、取鍋底からＡｒを供給して、強力な撹拌による微細脱炭を２０分間行った。下記表３には、微細脱炭を行った後、スラグ試料を採取して分析した結果を、表４には、溶鋼成分を示している。
【００５１】
【表３】
2011516720.tif 000005
【００５２】
【表４】
2011516720.tif 000006
【００５３】
上記表３のスラグ成分から、スラグのＣ／Ａ＝０．６９、クロム酸化物の含有量は５９．３ｗｔ％、（ＭｇＯ）含有量は６．３ｗｔ％であって、本発明で提案した範囲を満足しており、結果的に、溶鋼中の炭素濃度３９ｐｐｍが得られる。真空微細脱炭の終了後、クロム酸化物の還元及び溶鋼脱酸の目的から、Ａｌ及びＴｉスポンジを投入して、Ａｌ、Ｔｉの濃度を最終調整した。下記表５には、最終真空精錬の終了後における溶鋼成分を示している。
【００５４】
【表５】
2011516720.tif 000007
【００５５】
真空下各種合金鉄の投入により、少量のＣ、Ｎピックアップ現象があるが、従来の技術を適用した際のピックアップの程度に比べて、極めてわずかな水準であることがわかる。
【００５６】
以上のように、詳細な説明及び図面を通じて本発明の最適な実施例を開示した。用語は、単に本発明を説明するための目的で使用されたものであって、意味の限定または特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するためのものではない。そのため、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、これより様々な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護の範囲は、添付された特許請求の範囲の技術的思想により定められなければならない。
【図１】
2011516720.tif 000008
【図２】
2011516720.tif 000009
【図３】
2011516720.tif 000010
【図４】
2011516720.tif 000011
【図５】
2011516720.tif 000012
【図６】
2011516720.tif 000013
【国際調査報告】
2011516720.tif 000014
2011516720.tif 000015
2011516720.tif 000016