(57)【要約】【課題】炭素含有量の少ない含クロム溶鋼を高効率で製造可能な含クロム溶鋼の製造方法を提供する。【解決手段】精錬炉の内部に収容した含クロム溶鋼中に酸素ガスおよび非酸化性ガスを含む混合ガスを吹き込んで脱炭する大気精錬後に、該精錬炉内を減圧して含クロム溶鋼中に酸素ガスを含む攪拌ガスを吹き込んで脱炭および溶鋼の昇熱を行なうと共に脱炭後に還元剤を投入する減圧精錬を行なう。この場合に、減圧精錬では、前記精錬炉内を２，５００〜７，０００Ｐａまで減圧し、溶鋼の昇熱に必要な酸素ガス量を、精錬炉内の含クロム溶鋼１，０００ｋｇ当り２８〜４３ｍ3／ｈ(０℃、１気圧換算)で溶鋼中へ吹き込む。【選択図】図２
2008163377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉(10)の内部に収容した含クロム溶鋼(20)中に酸素ガスおよび非酸化性ガスを含む混合ガスを吹き込んで脱炭する大気精錬後に、該精錬炉(10)内を減圧して含クロム溶鋼(20)中に酸素ガスを含む攪拌ガスを吹き込んで脱炭および溶鋼の昇熱を行なうと共に脱炭後に還元剤を投入する減圧精錬を行なう含クロム溶鋼の製造方法において、
前記減圧精錬では、前記精錬炉(10)内を２，５００〜７，０００Ｐａまで減圧し、溶鋼(20)の昇熱に必要な酸素ガス量を、精錬炉(10)内の含クロム溶鋼１，０００ｋｇ当り２８〜４３ｍ3／ｈ(０℃、１気圧換算)で溶鋼(20)中へ吹き込む
ことを特徴とする含クロム溶鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含クロム溶鋼の製造方法に関し、より詳細には、大気精錬に引き続いて減圧精錬を行なうことで脱炭する含クロム溶鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばクロムを含有するステンレス鋼を製造するに際して溶鋼の脱炭を行なう方法としては、ＡＯＤ法と呼ばれる大気精錬が知られている。この大気精錬では、精錬炉内に収容した溶鋼に対して酸素ガスとアルゴンガス(以下単にＯ2ガス、Ａｒガスという)を含む混合ガスを大気中で吹き込むことで脱炭し、溶鋼中の炭素量を下げるようにしている。但し、この大気精錬では、脱炭が進行して溶鋼中の炭素量が一定程度まで低下すると、吹き込んだＯ2ガスが溶鋼中のクロムと優先的に反応してしまい、脱炭効率が低下することが知られている。
【０００３】
このため、大気精錬による脱炭がある程度進行した時点(例えば溶鋼中の炭素量が０．２％程度となった時点)で、精錬炉内を減圧し、減圧下で溶鋼中にＯ2ガスを含む攪拌ガスを吹き込んで溶鋼とスラグとを攪拌させる中で、大気精錬に際して酸化生成した酸化クロムと溶鋼中の炭素との間で反応を行なわせて脱炭を行なうと共に酸化クロムを還元する減圧精錬が提案されている(特許文献１参照)。このような減圧精錬を行なうことで、溶鋼中の脱炭を迅速に行なうことができ、高価なＡｒガスの使用量を低減し得ると共に、クロムの歩留まり向上を図り得る。
【特許文献１】特開平１１−２８６７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した減圧精錬では、脱炭効率のバラツキが大きくなる問題を内在していた。また、製品の品質管理上、精錬後の溶鋼中の炭素量が規定値以下になる条件を、最も脱炭効率が低くなった場合を想定して設定する必要がある。このため、脱炭効率のバラツキが大きいと精錬過程において過剰な脱炭が行なわれる可能性が高くなると共に、脱炭時間の長時間化や、Ａｒガスの過剰使用等によるコストの増加に繋がっていた。
そこで、本発明は、炭素含有量の少ない含クロム溶鋼を高効率で製造可能な含クロム溶鋼の製造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】
【０００５】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、
精錬炉の内部に収容した含クロム溶鋼中に酸素ガスおよび非酸化性ガスを含む混合ガスを吹き込んで脱炭する大気精錬後に、該精錬炉内を減圧して含クロム溶鋼中に酸素ガスを含む攪拌ガスを吹き込んで脱炭および溶鋼の昇熱を行なうと共に脱炭後に還元剤を投入する減圧精錬を行なう含クロム溶鋼の製造方法において、
前記減圧精錬では、前記精錬炉内を２，５００〜７，０００Ｐａまで減圧し、溶鋼の昇熱に必要な酸素ガス量を、精錬炉内の含クロム溶鋼１，０００ｋｇ当り２８〜４３ｍ3／ｈ(０℃、１気圧換算)で溶鋼中へ吹き込むことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、減圧精錬時に含クロム溶鋼１，０００ｋｇ当りにつき２８〜４３ｍ3／ｈ(０℃、１気圧換算)で酸素ガスを吹き込むことで、脱炭時間の短縮が図られる。また、減圧精錬後における含クロム溶鋼中の炭素量のバラツキを抑制できるから、過剰な精錬を防止でき、脱炭時間の短縮や攪拌ガスの使用量を低減できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、炭素含有量の少ない含クロム溶鋼を高効率で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明に係る含クロム溶鋼の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は、大気精錬において含クロム溶鋼２０(以下単に溶鋼という)の脱炭を行なう精錬炉１０を示す概略図であって、該精錬炉１０は上方に開口すると共に底部近傍に、ガス吹き込みに供される羽口１２が設けられている。また、前記精錬炉１０の上方開口からは、大気精錬においてはＯ2ガスを吹き出すランス１４が精錬炉１０内へ臨むと共に、減圧精錬時に該ランス１４を精錬炉１０から取出し得るようになっている。
【００１０】
そして、電炉溶解した溶鋼２０を前記精錬炉１０内に移し、大気中で羽口１２よりＯ2ガスとＡｒガス(非酸化性ガス)とを含有する混合ガスを吹き込むと共に、前記ランス１４からＯ2ガスを吹き込んで、大気精錬による脱炭が行なわれる。実施例では、大気精錬におけるＯ2ガスとＡｒガスとの比率を、図２に示すように溶鋼２０中の炭素の減少に応じて２段階に切り換えている。例えば、大気精錬開始当初の第１段階では、Ｏ2ガスのみを溶鋼２０中に吹き込んで脱炭を行ない、溶鋼２０中の炭素量が概ね０．６重量％となる時間で第２段階に切り換えて、Ｏ2ガスとＡｒガスとを３：１の比率で溶鋼２０中に吹き込み、最終的に溶鋼２０中の炭素量が概ね０．２重量％となるまで脱炭を行なう。なお、この大気精錬中における第１段階および第２段階を切り換える炭素量や、各段階でのＯ2ガスとＡｒガスの比率は一例であり、溶鋼２０の脱炭に合わせて適宜に設定される。また、この大気精錬では、溶鋼２０中の炭素およびクロムとＯ2ガスとの発熱反応により溶鋼２０の温度が概ね１，６５０℃〜１，７２０℃まで上昇する。
【００１１】
大気精錬の終了後は、精錬炉１０内に臨んでいるランス１４を取除いた後に精錬炉１０の上方開口を減圧蓋１６(図１に２点鎖線で示す)で密閉すると共に、ダクト１８を通じて排気して精錬炉１０内の圧力Ｐが２，５００≦Ｐ≦７，０００Ｐａの範囲となるまで減圧する。なお、精錬炉１０内を圧力Ｐ＜２，５００Ｐａまで減圧すると、減圧精錬時に吹き込まれたＯ2ガスがダクト１８に吹き抜けていく可能性があり、また７，５００＜圧力Ｐまで減圧すると、減圧精錬時に発生するＣＯ2ガスの精錬炉１０内の存在量が多くなり、脱炭効率が低下する可能性がある。
【００１２】
減圧精錬では、図２に示すように、前記精錬炉１０内を減圧した状態で羽口１２からＡｒガスからなる攪拌ガスが吹き込まれる。減圧下でのガス吹き込みによって溶鋼２０と溶鋼２０表面のスラグ２２とが攪拌され、スラグ２２中の酸化クロムが溶鋼２０中の炭素と反応して脱炭および酸化クロムの還元が進行する。このときの反応は吸熱反応であるため、溶鋼２０の温度は低下する。その後、羽口１２からＯ2ガスおよびＡｒガスを含有する攪拌ガスを吹き込んで、クロムの酸化反応により必要温度まで溶鋼２０を昇熱する。この必要温度は、出鋼時の溶鋼温度と、減圧精錬後に行なわれる後工程時の温度低下とから導かれるものであって、このときの温度は、従来の方法に従って還元処理を開始する時点の温度と等しい温度である。従って、この必要温度と溶鋼量とから昇熱に対するＯ2ガスの吹込量が決定される。
【００１３】
ここで、減圧精錬では、１，０００ｋｇの溶鋼２０に対して２８ｍ3／ｈ≦吹込速度Ｖ≦４３ｍ3／ｈの範囲となる吹込速度ＶでＯ2ガスが溶鋼２０中へ吹き込まれる。すなわち、Ｏ2ガスの吹込速度Ｖを２８〜４３ｍ3／ｈの範囲とすることで、図３に示すように、脱炭効率Ｋｃが高くなると共に、脱炭効率Ｋｃのバラツキを大きく改善し得る。ここで、脱炭効率Ｋｃにバラツキがある場合には、最も脱炭されない状態(脱炭に最も時間を要する状態)を想定して精錬が行なわれる。このため、脱炭効率Ｋｃのバラツキが大きくなると、過剰に脱炭される可能性が高くなり、脱炭時間の長時間化を招くと共に、Ａｒガスや還元剤(Ｆｅ−Ｓｉ)の過剰使用によるコストの増加に繋がる。これに対して、本発明の含クロム溶鋼の製造方法では、脱炭効率Ｋｃの向上を図り、かつ脱炭効率Ｋｃのバラツキを抑制し得るから、過剰に脱炭されるのを防止して適切な脱炭をなし得ると共に、脱炭時間の短縮、ＡｒガスやＳｉの使用量減少によるコストの減少が図られる。
【００１４】
ここで、脱炭効率Ｋｃは、
Ｋｃ＝ｌｎ(Ｃｓ−Ｃｅ)／ｔ    Ｃｓ：減圧精錬開始時の炭素量(重量％)
Ｃｅ：減圧精錬終了時の炭素量(重量％)
ｔ：減圧精錬の時間(min)
により求められる。なお実施例では、０℃、１気圧の状態を基準として説明する。ここで、Ｏ2ガスの吹込速度Ｖ＜２８ｍ3／ｈとした場合には、脱炭効率Ｋｃの改善効果が乏しく、脱炭時間の短縮等が困難となる。一方、Ｏ2ガスの吹込速度Ｖ＞４３ｍ3／ｈとすると、Ｏ2ガスの吹き抜けが発生し易くなり、Ｏ2ガスやＡｒガスの無駄等の問題が発生する。なお、図３は、７，０００ｋｇの溶鋼２０に対して、２００ｍ3のＯ2ガスを吹込速度Ｖを変化させて吹き込んだ場合の脱炭効率Ｋｃを示したものである。
【００１５】
また、Ｏ2ガスの吹き込みを行なった後は、減圧状態を保ちつつ溶鋼２０への吹込ガスをＡｒガス単独に切り替えると共にＦｅ−Ｓｉ粉末を投入して、生成した酸化クロムを還元して減圧精錬が終了する。
【００１６】
また、本発明の含クロム溶鋼２０の製造方法は、大気精錬後に減圧精錬を２段階に分けて実施される鋼種に対しても好適に採用される。具体的には、脱炭難易度Ｐcoの高い鋼種に関しては、大気精錬後の減圧精錬を、第１回目の第１減圧精錬と、第１減圧精錬後に溶鋼２０をサンプリングし、その後精錬炉１０内を再び減圧して脱炭を行なう２回目の第２減圧精錬とを行なう鋼種であっては、各減圧精錬の段階で溶鋼２０中に吹き込むＯ2ガスの吹込速度Ｖを２８〜４３ｍ3／ｈの範囲とすることで、脱炭効率Ｋｃの向上が図られると共に、脱炭効率Ｋｃのバラツキを大きく改善し得る。なお、脱炭難易度Ｐcoは、次のHiltyの式で求められる。
ｌｏｇ([Ｃｒ]・Ｐco／[Ｃ])＝−１３，８００／Ｔ＋０．０１６[％Ｎｉ]＋８．７６
Ｔ：溶鋼温度(Ｋ)
％Ｎｉ：溶鋼２０中のＮｉの重量％
【００１７】
すなわち、１段階の減圧精錬により脱炭を行なう場合でも、２段階の減圧精錬により脱炭を行なう場合でも、本発明に係る含クロム溶鋼２０の製造方法を採用できる。また、脱炭する鋼種に関わらず、精錬に係る脱炭時間を短縮し得ると共に、脱炭効率が向上することにより従来では２段階の減圧精錬を行なう必要があった鋼種であっても、１段階の減圧精錬で充分な脱炭をなし得るようになるから、脱炭時間の短縮、ＡｒガスやＳｉの使用量減少によるコスト低減が図られる。
【００１８】
〔実験例〕
次に、前述した含クロム溶鋼の製造方法の実験例につき説明する。
【００１９】
(実験例１)
電炉溶解した７０，０００ｋｇのＮｉ−ＳＵＳ溶鋼を大気精錬により１，６８０℃、炭素量０．２５重量％まで脱炭した後、４，０００Ｐａまで精錬炉１０内を減圧して、２００ｍ3のＯ2ガスを３，０００ｍ3／ｈの吹込速度Ｖで吹き込んで脱炭を行ない、炭素量が０．０１８重量％の溶鋼を得た(図４参照)。また、実験例１に関して、複数チャージのＮｉ−ＳＵＳ溶鋼を脱炭し、脱炭効率の分布、大気精錬開始から減圧精錬終了までの処理時間の平均、およびＡｒ原単位、Ｓｉ原単位の平均値を得た。
また、比較例１として従来技術を用いてＮｉ−ＳＵＳ溶鋼の脱炭を行なった。すなわち、電炉溶解した７０，０００ｋｇのＮｉ−ＳＵＳ溶鋼を大気精錬により１，６８０℃、炭素量０．２５重量％まで脱炭した後、４，０００Ｐａまで精錬炉１０内を減圧して、２００ｍ3のＯ2ガスを１，５００ｍ3／ｈの吹込速度Ｖで吹き込んで脱炭を行ない、炭素量が０．０１１重量％の溶鋼を得た(図４参照)。また、比較例１に関しても、複数チャージのＮｉ−ＳＵＳ溶鋼を脱炭し、脱炭効率の分布、大気精錬開始から減圧精錬終了までの処理時間の平均、およびＡｒ原単位、Ｓｉ原単位の平均値を得た。
【００２０】
図５は複数チャージ脱炭した実験例１および比較例１に係るＮｉ−ＳＵＳ溶鋼の脱炭効率の分布を示すグラフである。すなわち、減圧精錬時のＯ2ガスの吹込速度Ｖを３，０００ｍ3／ｈとすることで、溶鋼の脱炭効率が大幅に改善され、高効率で低炭素のＮｉ−ＳＵＳ溶鋼が得られた。また、図６は実験例１および比較例１における大気精錬開始から流滓調整完了までの平均処理時間を示すグラフである。すなわち、本発明に係る製造方法を利用した実験例１では、従来に較べて製造時間の短縮化が図られ、製造効率の向上が達成された。図７は実験例１および比較例１により製造したＮｉ−ＳＵＳ溶鋼のＡｒ原単位およびＳｉ原単位の平均値を示すグラフである。すなわち、本発明に係る製造方法を利用した実験例１では、従来に較べてＡｒ原単位およびＳｉ原単位を低減でき、製造コストを低減し得る。
【００２１】
(実験例２)
電炉溶解した７０，０００ｋｇのＣｒ−ＳＵＳ溶鋼を大気精錬により１，７０５℃、炭素量０．２５重量％まで脱炭した後、４，０００Ｐａまで精錬炉１０内を減圧して、２００ｍ3のＯ2ガスを３，０００ｍ3／ｈの吹込速度Ｖで吹き込んで脱炭を行ない、炭素量が０．００５重量％の溶鋼を得た(図８参照)。また、実験例２に関して、複数チャージのＣｒ−ＳＵＳ溶鋼を脱炭し、脱炭効率の分布、大気精錬開始から減圧精錬終了までの処理時間の平均、およびＡｒ原単位、Ｓｉ原単位の平均値を得た。
また、比較例２として、電炉溶解した７０，０００ｋｇのＣｒ−ＳＵＳ溶鋼を大気精錬により１，７１０℃、炭素量０．２５重量％まで脱炭した後、４，０００Ｐａまで精錬炉１０内を減圧して、２００ｍ3のＯ2ガスを１，５００ｍ3／ｈの吹込速度で吹き込んで第１段階の減圧精錬を行ない、溶鋼のサンプリングを行なったところ、１，７１０℃、炭素量０．０２０重量％の溶鋼を得た。その後に更に精錬炉１０内を４，０００Ｐａまで減圧して、１００ｍ3のＯ2ガスを１，５００ｍ3／ｈの吹込速度で吹き込んで第２段階の減圧精錬を行なって脱炭し、最終的に炭素量が０．００３重量％の溶鋼を得た(図８参照)。また、比較例２に関しても、複数チャージのＣｒ−ＳＵＳ溶鋼を脱炭し、脱炭効率の分布、大気精錬開始から減圧精錬終了までの処理時間の平均、およびＡｒ原単位、Ｓｉ原単位の平均値を得た。
【００２２】
図９は複数チャージ脱炭した実験例２および比較例２に係るＣｒ−ＳＵＳ溶鋼の脱炭効率の分布を示すグラフである。すなわち、減圧精錬時のＯ2ガスの吹込速度を３，０００ｍ3／ｈとすることで、溶鋼の脱炭効率が大幅に改善され、高効率で低炭素のＣｒ−ＳＵＳ溶鋼が得られた。また、図１０は実験例２および比較例２における大気精錬開始から流滓調整完了までの平均処理時間を示すグラフである。すなわち、本発明に係る製造方法を利用した実験例２では、従来に較べて製造時間の短縮化が図られ、製造効率の向上が達成された。図１１は実験例２および比較例２により製造したＣｒ−ＳＵＳ溶鋼のＡｒ原単位およびＳｉ原単位の平均値を示すグラフである。すなわち、本発明に係る製造方法を利用した実験例２では、従来に較べてＡｒ原単位およびＳｉ原単位を低減でき、製造コストを低減し得る。
【００２３】
このように、本発明に係る含クロム溶鋼の製造方法を用いることで、炭素含有量の少ない含クロム溶鋼を高い脱炭効率で短時間で製造することができ、また製造コストを低減し得る効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る含クロム溶鋼の製造方法に用いられる精錬装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る含クロム溶鋼の製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明に係る含クロム溶鋼の製造方法により脱炭した場合におけるＯ2ガスの吹込速度と脱炭効率との関係を示すグラフである。
【図４】実験例１および比較例１に係る溶鋼の製錬工程を示す説明図である。
【図５】実験例１および比較例１に係る溶鋼の脱炭効率の分布を示すグラフである。
【図６】実験例１および比較例１における処理時間を比較したグラフである。
【図７】実験例１および比較例１におけるＡｒ原単位およびＳｉ原単位を比較したグラフである。
【図８】実験例２および比較例２に係る溶鋼の製錬工程を示す説明図である。
【図９】実験例２および比較例２に係る溶鋼の脱炭効率の分布を示すグラフである。
【図１０】実験例２および比較例２における処理時間を比較したグラフである。
【図１１】実験例２および比較例２におけるＡｒ原単位およびＳｉ原単位を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１０  精錬炉
２０  含クロム溶鋼
【図１】
2008163377.tif 000003
【図２】
2008163377.tif 000004
【図３】
2008163377.tif 000005
【図４】
2008163377.tif 000006
【図５】
2008163377.tif 000007
【図６】
2008163377.tif 000008
【図７】
2008163377.tif 000009
【図８】
2008163377.tif 000010
【図９】
2008163377.tif 000011
【図１０】
2008163377.tif 000012
【図１１】
2008163377.tif 000013