(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にクロム含有溶鋼を貯留した取鍋を配置し、真空容器内を減圧して前記溶鋼に酸素ランスのノズルから酸素を吹精するクロム含有鋼の精錬方法において、
前記真空容器から排出されるＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒガスを含む未知流量の排出ガス中に既知流量の標準ガスを導入し、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを質量分析装置に導き、前記質量分析装置によって質量数１２，１４，２８，３２，４０および４４における各ピークのイオン化電流ならびに標準ガスの親ピークのイオン化電流を測定し、前記測定値および標準ガスの流量から排出ガス中のＣＯ、ＣＯ２およびＯ２流量を算出し、前記算出値から排出ガス中の排出酸素流量を求めるとともに、吹精酸素流量を検出し、前記検出した吹精酸素流量と前記求めた排出酸素流量との差を積算して、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を連続的に求め、前記求めた残存酸素量が増加するにつれて酸素ランスから吹精される吹精酸素流量を減少させることを特徴とするクロム含有鋼の精錬方法。
【請求項２】
酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を前記残存酸素量が増加するにつれて小さくすることを特徴とする請求項１記載のクロム含有鋼の精錬方法。
【請求項３】
前記残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、前記酸素吹精を停止することを特徴とする請求項１または２記載のクロム含有鋼の精錬方法。
【請求項４】
クロム含有溶鋼の貯留されている取鍋を収容する真空容器と、
真空容器の上蓋を貫通して昇降自在に設けられ、前記溶鋼にノズルから酸素を吹精する酸素ランスと、
酸素ランスを昇降し、酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を調整するランス昇降手段と、
酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を検出するランス高さ検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を検出する酸素流量検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を調整する酸素流量調整手段と、
真空容器に接続され、真空容器の内部を減圧する真空排気手段と、
真空容器から排出される排出ガス中の酸素流量を検出する排出酸素流量検出手段と、
前記酸素流量検出手段および排出酸素流量検出手段の出力に基づいて、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量に対応する前記吹精酸素流量の目標値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の目標値を予め定める対応関係に基づいてそれぞれ求める演算手段と、
酸素流量検出手段、ランス高さ検出手段、演算手段の出力に応答し、吹精酸素流量の検出値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の検出値が前記求めた各目標値と一致するように酸素流量調整手段およびランス昇降手段を制御する制御手段とを含み、
前記排出酸素流量検出手段は、
真空容器から排出される排出ガス中へ標準ガスを導入する標準ガス供給装置と、
標準ガスの供給流量を検出する標準ガス流量検出手段と、
前記排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を測定する質量分析装置と、
標準ガス流量検出手段および質量分析装置の出力に基づいて、排出ガス中の排出酸素流量を算出する計算手段とを含むことを特徴とするクロム含有鋼の精錬装置。
【請求項５】
前記標準ガス供給装置には標準ガス供給管路が備えられており、前記標準ガス供給管路は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路に接続されていることを特徴とする請求項４記載のクロム含有鋼の精錬装置。
【請求項６】
前記標準ガス供給管路の一端部には標準ガス供給口が形成されており、前記標準ガス供給口は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路内に突出して設けられ、前記標準ガス供給口の開口部は排出ガスの流れ方向上流側に向けて設置されていることを特徴とする請求項５記載のクロム含有鋼の精錬装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロム含有鋼の減圧下での精錬方法および装置、特に極低炭素ステンレス鋼の脱炭精錬方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、代表的なクロム含有鋼であるステンレス鋼は、電気炉や転炉など一次精錬炉で粗精錬された後、ＶＯＤ法などによってステンレス鋼溶鋼（以後、溶鋼と略称することがある）の脱炭処理、脱ガス処理および成分調整など、いわゆる二次精錬を施されて溶製されている。
【０００３】
ＶＯＤ法は、真空取鍋脱ガス装置に酸素ランスを設け、大気圧よりも低い減圧状態で取鍋内の溶鋼に酸素ランスのノズルから上吹き酸素を吹精し、上吹き酸素と溶鋼中炭素との反応で生じたＣＯガスを真空排気し、雰囲気中のＣＯ分圧を低下させることによってクロムの酸化を抑えながら脱炭を行う精錬方法である。
【０００４】
図８は、従来からのＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。図８中には、第１従来技術３の精錬方法が実線で示されており、第２従来技術４の精錬方法が点線で示されている。第１従来技術３の精錬方法は次のようにして行われる。時刻ｔ１では、減圧処理が開始され真空度が急速に低下する。真空度の低下に伴い脱炭速度が緩やかに増大し溶鋼中炭素含有率（以後、「Ｃ」％と略称することがある）が緩やかに低下する。
【０００５】
時刻ｔ２では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ１に達し、酸素吹精が開始される。酸素吹精は、吹精酸素流量と酸素ランスのノズルと溶鋼の上面との距離から成る酸素吹精条件を予め定める初期条件に設定し、酸素を酸素ランスから溶鋼に吹付けることによって行われる。なお前記溶鋼の上面は酸素の吹付けられていない位置の溶鋼の湯面を意味しており、前記距離は前記ノズルの酸素噴射方向の軸線に沿う距離であり、その軸線が鉛直方向であるときには前記ノズルの溶鋼上面からの高さ（以後、ランス高さと略称する）と一致する。酸素吹精開始に伴い脱炭速度は急速に増大して酸素吹精条件と平衡する脱炭速度に到達し、その後、ほぼ平衡値に保たれる。また「Ｃ」％は急速に低下し、溶鋼上に浮遊しているスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量は、ほとんど変化しない。これは、酸素吹精初期には溶鋼中「Ｃ」％が高いので、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が高く、吹精酸素はほとんど全量脱炭反応に費やされることによるものである。しかしながら脱炭反応が進行して「Ｃ」％が低くなると溶鋼中炭素と酸素との反応効率が低下し、溶鋼中クロムと酸素との反応が生ずるので、脱炭速度がしだいに低下し、スラグ中Ｃｒ2Ｏ3量がしだいに増大する。
【０００６】
時刻ｔ３では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ２に達し、吹精酸素流量およびランス高さが予め定める値まで階段状に低減され、その値に保持される。これはスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量の増大および脱炭効率の低下を抑制するためであり、前記酸素吹精条件の変更によって脱炭反応を促進する効果が得られる。すなわち脱炭速度の低下傾向は変わらないもののその時間変化率は小さくなり、スラグ中Ｃｒ2Ｏ3 量の増加の時間変化率は小さくなり、「Ｃ」％の低下の時間変化率は大きくなる。しかしながら時刻ｔ３以降の時間経過とともに前記効果はしだいに失われ、脱炭速度の低下およびスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量の増加の時間変化率は大きくなり、「Ｃ」％の低下の時間変化率は小さくなる。
【０００７】
時刻ｔ４では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ３に達し、しきい値Ｖ２の場合と同様に酸素吹精条件の変更が行われる。また「Ｃ」％、脱炭速度およびスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量の時刻ｔ４以降の時間変化率も時刻ｔ３以降のそれらと同様である。時刻ｔ５では、真空度が予め定めるしきい値Ｖ４に到達し、酸素吹精が停止される。なお減圧処理はそのまま継続され、減圧下におけるアルゴン底吹き撹拌が行われる。酸素吹精の停止後、「Ｃ」％、脱炭速度およびスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量はほぼ一定水準に保たれる。なお酸素吹精の停止判定は、真空度のみでなく排出ガス中のＣＯ、ＣＯ2およびＯ2濃度によって行われることもあり、それらと真空度とを組合わせて行われることもある。時刻ｔ６では減圧処理が停止され、溶鋼の成分調整が行われ、ＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬が終了する。
【０００８】
前記第２従来技術４の精錬方法は次のようにして行われる。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの第２従来技術４の精錬方法は、第１従来技術３とまったく同一であり、「Ｃ」％、脱炭速度、スラグ中Ｃｒ2Ｏ3量の時間変化も第１従来技術３の場合と同一である。第２従来技術４においては、時刻ｔ３および時刻ｔ４における酸素吹精条件の変更が行われず、「Ｃ」％の水準にかかわらず酸素吹精条件を初期設定条件のまま固定して精錬が行われる。したがって時刻ｔ５において酸素吹精が停止されるまで脱炭速度の低下およびスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量の増加の時間変化率が第１従来技術３のそれらよりも大きく、その結果「Ｃ」％の低下の時間変化率が第１従来技術３よりも小さくなる。またこの傾向は時間経過とともに顕著になる。時刻ｔ５から時刻ｔ６における第２従来技術４の精錬方法は第１従来技術３とまったく同一である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように第２従来技術４では、酸素吹精中、溶鋼中炭素含有率の水準にかかわらず酸素吹精条件を初期設定条件のままに固定して操業が行われる。したがって溶鋼中炭素含有率の低下に伴って酸素供給量が過剰になり、スラグ中Ｃｒ2Ｏ3 の生成量がしだいに増大する。スラグ中Ｃｒ2Ｏ3の生成量の増大はスラグの粘性を著しく増大させ、スラグ中のＣｒ2Ｏ3と溶鋼中の炭素との反応を阻害するので、精錬末期特に酸素吹精停止後の減圧下におけるアルゴン底吹き撹拌による脱炭反応効率が著しく低下する。前記脱炭反応は溶鋼中炭素含有率の低い領域、たとえば３００ｐｐｍ以下の領域における脱炭反応を律速するので、スラグ中Ｃｒ2Ｏ3生成量の多い第２従来技術４においては溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで低下させることが困難である。またクロムの酸化ロスが多くなるので、有価金属であるクロムの歩留まりが大幅に低下する。
【００１０】
これに対して第１従来技術３では酸素吹精中、真空度に応じて酸素吹精条件の適正化が図られるので、第２従来技術４よりもスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の生成量を低減することができ、その結果、溶鋼中炭素含有率の到達値を第２従来技術４よりも低下させることができる。しかしながら真空度と脱炭効率あるいはスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の生成量との相関関係が不明瞭であるので、酸素吹精条件の変更タイミングを適正に設定することが困難である。したがって酸素吹精条件の変更タイミングが遅すぎる場合には、過度にスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の生成量が増大して第２従来技術４と同様に溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたり、酸素吹精条件の変更タイミングが早過ぎる場合には、過度に酸素流量が低下して溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたりする。
【００１１】
また前述のように第１および第２従来技術３，４とも酸素吹精の停止判定は真空度ならびに排ガス中のＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2濃度によって行われている。しかしながらこれらの値とスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の生成量との相関関係が不明瞭であるので、酸素吹精の停止タイミングを適正に設定することが困難である。したがって停止タイミングが早過ぎることによる溶鋼中炭素含有率の到達値の上昇を招いたり、停止タイミングが遅すぎることによる酸素吹精時間の延長を招いたりする。このように従来技術では溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで確実に低下させることが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、前記問題を解決し、酸素吹精条件の変更タイミングならびに酸素吹精の停止タイミングを適正に設定することができ、溶鋼中炭素含有率の到達値を極低炭素領域まで確実に低下させることができるクロム含有鋼の精錬方法および装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内にクロム含有溶鋼を貯留した取鍋を配置し、真空容器内を減圧して前記溶鋼に酸素ランスのノズルから酸素を吹精するクロム含有鋼の精錬方法において、
前記真空容器から排出されるＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒガスを含む未知流量の排出ガス中に既知流量の標準ガスを導入し、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを質量分析装置に導き、前記質量分析装置によって質量数１２，１４，２８，３２，４０および４４における各ピークのイオン化電流ならびに標準ガスの親ピークのイオン化電流を測定し、前記測定値および標準ガスの流量から排出ガス中のＣＯ、ＣＯ２およびＯ２流量を算出し、前記算出値から排出ガス中の排出酸素流量を求めるとともに、吹精酸素流量を検出し、前記検出した吹精酸素流量と前記求めた排出酸素流量との差を積算して、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を連続的に求め、前記求めた残存酸素量が増加するにつれて酸素ランスから吹精される吹精酸素流量を減少させることを特徴とするクロム含有鋼の精錬方法である。
本発明に従えば、残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が減少されるので、過剰な酸素の供給が抑制され、クロムの過剰酸化が抑制される。したがってクロムの添加歩留りが大幅に向上する。また残存酸素量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、前記残存酸素量に基づいて設定される吹精酸素流量は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正流量に確実に設定される。また残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が階段状に減少される場合には、吹精酸素流量の変更タイミングが同様に脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して、従来技術の吹精酸素流量は脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度などの指標値に基づいて設定されるので、吹精酸素流量およびその変更タイミングを適正流量および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
また本発明に従えば、未知流量の排出ガスと既知流量の標準ガスとから成る混合ガスが質量分析装置に導かれ、質量分析装置によって質量数１２，１４，２８，３２，４０および４４における各ピークのイオン化電流ならびに標準ガスの親ピークのイオン化電流が測定される。排出ガス中にＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、Ａｒガスが含まれている場合、質量数１２，１４，２８における各ピークのイオン化電流はＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２ガスの親ピークおよび子ピークのイオン化電流を重合わせたものである。また一般に子ピークのイオン化電流の親ピークのイオン化電流に対する割合であるパターン係数はガスの種類に固有な値であり、各ガスのイオン化電流は各ガスの分圧に正比例する。これによって質量数１２，１４，２８，３２，４０，４４における各ピークのイオン化電流は各ガスの分圧の関数としてそれぞれ表すことができるので、連立方程式を得ることができる。したがってこれらの連立方程式を解くことによって、排出ガス中にＣＯガスと親ピークの質量数が同一のＮ２ガスが含まれていても、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２ガスの分圧をそれぞれ正確に求めることができる。また標準ガスの分圧は標準ガスの親ピークのイオン化電流に基づいて求めることができるので、既知数である標準ガス流量と前記求めた分圧とから標準ガスの流量と分圧との比率を求めることができる。一般にガスの流量と圧力との比率は、ガスの種類にかかわらず一定であるので、排出ガスの全流量および全圧が未知数であっても前記求めたＣＯ、ＣＯ２ガスの分圧からＣＯ、ＣＯ２ガスの流量を求めることができる。また質量数３２であるＯ２ガスの流量も同様にして求めることができるので、前記求めたＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２流量から排出ガス中の排出酸素流量を正確に求めることができ、さらに前記吹精酸素流量と前記求めた排出酸素流量との差を積算して前記残存酸素量を連続的に迅速かつ正確に求めることができる。
【００１４】
また本発明は、酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を前記残存酸素量が増加するにつれて小さくすることを特徴とする。
本発明に従えば、前記距離は残存酸素量の増加につれて小さくなるように設定される。また吹精酸素流量は前述のように残存酸素量の増加につれて減少する。したがって吹精酸素流量が減少するにつれて前記距離が短くなる。溶鋼に吹精される酸素はその圧力および流量によって溶鋼の上面にくぼみを形成する。前記溶鋼くぼみはその深さが深くなるほど溶鋼と酸素との反応面積を増大させて脱炭反応を促進させる。したがって前記距離の短縮によって溶鋼くぼみ深さが増加し、吹精酸素流量の低減による溶鋼くぼみ深さの減少と相殺される。その結果、脱炭効率の低下をもたらす溶鋼くぼみ深さの減少が防止され、脱炭効率が高水準に維持される。また残存酸素量は脱炭効率に直接的に影響を及ぼす指標値であるので、前記残存酸素量に基づいて設定される前記距離は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正距離に設定される。また残存酸素量の増加につれて前記距離が階段状に短縮される場合には、前記距離の変更タイミングが同様に脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の前記距離は脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記距離およびその変更タイミングを前記適正距離および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００１５】
また本発明は、前記残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、前記酸素吹精を停止することを特徴とする。
本発明に従えば、残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、酸素吹精が停止されるので、酸素吹精終了時点における残存酸素量を所定値以下に抑制することができる。残存酸素量はスラグ中のＣｒ2Ｏ3量との相関関係が明瞭な指標値であり、残存酸素量が増加するほどスラグ中Ｃｒ2Ｏ3量が増加してスラグの粘性が増加する。スラグの粘性の増加は、酸素吹精後における溶鋼中炭素とスラグ中のＣｒ2Ｏ3との反応を阻害して脱炭反応の進行を妨げ、溶鋼の到達炭素含有率を増大させる。したがって前記残存酸素量の抑制は、スラグの粘性を低粘性に止め、酸素吹精後の脱炭反応の進行を促進させる。その結果、溶鋼の到達炭素含有率が大幅に低減する。このように酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に直接的に影響を及ぼす残存酸素量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の酸素吹精タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記適正タイミングに設定することが困難である。したがって本発明は、従来技術に比べて溶鋼の到達炭素含有率を低下することができる。また前記脱炭反応進行に伴ってスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の還元反応が進行するので、クロムの添加歩留まりを向上することができる。
【００１８】
また本発明は、クロム含有溶鋼の貯留されている取鍋を収容する真空容器と、
真空容器の上蓋を貫通して昇降自在に設けられ、前記溶鋼にノズルから酸素を吹精する酸素ランスと、
酸素ランスを昇降し、酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を調整するランス昇降手段と、
酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離を検出するランス高さ検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を検出する酸素流量検出手段と、
酸素ランスから吹精される酸素流量を調整する酸素流量調整手段と、
真空容器に接続され、真空容器の内部を減圧する真空排気手段と、
真空容器から排出される排出ガス中の酸素流量を検出する排出酸素流量検出手段と、
前記酸素流量検出手段および排出酸素流量検出手段の出力に基づいて、取鍋に貯留されているクロム含有溶鋼と溶鋼上に浮遊しているスラグとに蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量に対応する前記吹精酸素流量の目標値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の目標値を予め定める対応関係に基づいてそれぞれ求める演算手段と、
酸素流量検出手段、ランス高さ検出手段、演算手段の出力に応答し、吹精酸素流量の検出値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の検出値が前記求めた各目標値と一致するように酸素流量調整手段およびランス昇降手段を制御する制御手段とを含み、
前記排出酸素流量検出手段は、
真空容器から排出される排出ガス中へ標準ガスを導入する標準ガス供給装置と、
標準ガスの供給流量を検出する標準ガス流量検出手段と、
前記排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を測定する質量分析装置と、
標準ガス流量検出手段および質量分析装置の出力に基づいて、排出ガス中の排出酸素流量を算出する計算手段とを含むことを特徴とするクロム含有鋼の精錬装置である。
本発明に従えば、酸素流量検出手段によって検出された吹精酸素流量と排出酸素流量検出手段によって求められた排出酸素流量とに基づいて残存酸素量が演算手段によって求められる。また前記求めた残存酸素量に対応する吹精酸素流量の目標値および酸素ランスのノズルと前記溶鋼の上面との距離の目標値が予め定める対応関係に基づいて演算手段によって求められる。さらに前記吹精酸素流量の測定値および前記距離の測定値が前記求めた各目標値と一致するように前記酸素流量調整手段およびランス昇降手段が制御手段によって制御される。さらにまた前記予め定める対応関係は、たとえば操業実績に基づいて脱炭効率が高水準に維持できるように、かつ残存酸素量が予め定めるしきい値に達したときには酸素吹精を停止して残存酸素量が過大にならないように設定される。これによってクロム含有溶鋼の脱炭効率は高水準に維持されるので、極低炭素クロム含有鋼を効率的に精錬することができる。またスラグ中のＣｒ２Ｏ３量が抑制されるので、クロムの添加歩留りを向上させることができ、省資源を図ることができる。
また本発明に従えば、標準ガス流量検出手段によって供給流量を測定された標準ガスが供給装置から排出ガス中へ導入され、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流が質量分析装置によって測定される。また標準ガス流量検出手段および質量分析装置の出力に基づいて排出ガス中の排出酸素流量が計算手段によって算出される。これによって排出酸素流量検出手段は排出ガスの流量が未知数であっても、かつ質量数の同一のガスが排出ガス中に含まれていても排出ガス中の排出酸素流量を精度よく検出することができる。
【００２０】
また本発明の前記標準ガス供給装置には、標準ガス供給管路が備えられており、前記標準ガス供給管路は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路に接続されていることを特徴とする。
本発明に従えば、標準ガスは真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路に標準ガス供給管路を介して導入されるので、たとえば標準ガスが前記通路よりも容積の大きい真空容器内に導入される場合に比べて排出ガスと標準ガスとが均一に混合されるまでの所要時間が短くなる。したがって特に標準ガスが間欠的に導入される場合には質量分析計の応答性を大幅に向上することができる。
【００２１】
また本発明の前記標準ガス供給管路の一端部には、標準ガス供給口が形成されており、前記標準ガス供給口は真空容器から真空排気手段に排出ガスを案内する通路内に突出して設けられ、前記標準ガス供給口の開口部は排出ガスの流れ方向上流側に向けて設置されていることを特徴とする。
本発明に従えば、標準ガスは標準ガス供給口の開口部から排出ガスの流れ方向上流側に向けて供給されるので、標準ガスと排出ガスとは対向流となって混合される。したがって標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態であるクロム含有鋼の精錬装置の構成を簡略化して示す系統図であり、図２は図１に示すクロム含有鋼の精錬装置の電気的構成を示すブロック図である。クロム含有鋼の精錬装置１１は真空容器１３と、酸素ランス１５と酸素流量検出手段１６と酸素流量調整手段１７と、真空排気手段１８と、排出酸素流量検出手段３７と、真空計２１と、ランス昇降手段２２と、ランス高さ検出手段４１と、演算手段２３と制御手段２４とを含んで構成される。
【００２３】
転炉で粗精錬されたクロム含有鋼、たとえばステンレス鋼の溶鋼は、取鍋２６に注入され取鍋２６に貯留された状態で真空容器１３に収容される。取鍋２６の底部には、多孔質の耐火物から成るポーラスプラグ２７が設けられており、ポーラスプラグ２７には供給管２８が接続されている。供給管２８は不活性ガス、たとえばアルゴンガスを供給する管路であり、アルゴンガスはポーラスプラグ２７を介して溶鋼中に吹込まれて溶鋼を撹拌する。真空容器１３は本体１２と上蓋１４とを備えており、真空室を形成する。真空容器１３の本体１２は、有底円筒形容器であり、その側壁には真空容器１３から真空排気手段１８に排出ガスを案内する通路である真空排気ダクト２９が設けられている。真空容器１３の上蓋１４は真空容器１３に乗載され、真空容器１３の本体１２を気密に塞ぐ。真空容器１３の上蓋１４には、酸素ランス１５と、測温サンプリング装置３０と、合金添加装置３１とが設けられている。
【００２４】
酸素ランス１５は鉛直軸線を有する長尺管であり、真空容器１３の上蓋１４を貫通して昇降自在に設置されている。酸素ランス１５の先端部には、ノズル１５ａが溶鋼を臨んで同軸に装着されており、吹精酸素はノズル１５ａから鉛直方向に溶鋼に向かって噴射される。ランス昇降手段であるランス昇降装置２２は真空容器１３の上蓋１４に設けられ、酸素ランス１５を昇降駆動してノズル１５ａと溶鋼の上面との距離である前記ランス高さを調整する。ランス高さ検出手段であるランス高さ検出器４１はランス昇降装置２２に設けられ、ランス高さを検出する。測温サンプリング装置３０は、溶鋼の採取と温度測定とを同時に行う装置であり、前記上蓋１４を貫通して昇降自在に設置されている。溶鋼の測温サンプリングは、後記真空処理前後に行われ、真空処理前の測温サンプリング後には、取鍋２６の上部に中蓋３２がセットされる。合金添加装置３１は、合金添加槽３３と、シュート３４とから成り、合金元素を溶鋼中に添加して溶鋼の成分調整を行う。前記酸素ランス１５には、酸素ガスタンク３６から酸素供給管路３５を介して酸素が供給されている。酸素供給管路３５には酸素流量検出手段である酸素流量計１６と、酸素流量調整手段である酸素流量調整弁１７とが設けられている。酸素流量計１６は、吹精酸素の流量を検出し、酸素流量調整弁１７は、弁開度を調整して吹精酸素の流量を調整する。
【００２５】
前記真空排気ダクト２９の終端部には、真空排気手段であるスチームエジェクタ１８が設けられており、前記真空排気ダクト２９の中間部には、真空度を測定する真空計２１と、排出酸素流量検出手段である排出酸素流量検出装置３７とが設けられている。スチームエジェクタ１８は、真空容器１３の内部空間内の排出ガスを真空排気する。前記内部空間の圧力は、大気圧以下の予め定める値、たとえば２トールに減圧され、その圧力は前記真空計２１によって検出される。なお前記処理を以後、真空処理と略称する。
【００２６】
前記排出酸素流量検出装置３７は、真空容器から排出される排出ガス中へ後述する標準ガスを導入する標準ガス供給装置４２と標準ガス流量検出手段である標準ガス流量計１９と、質量分析装置４５と、図示しない計算手段とを含んで構成される。標準ガス供給装置４２は、標準ガスタンク４４と標準ガス供給管路４３とを備えている。標準ガス供給管路４３の一端部は真空排気ダクト２９の真空容器１３側の一端部寄りに接続されており、かつ真空排気ダクト２９内部に突出している。また標準ガス供給管路４３の一端部に形成されている標準ガス供給口４３ａは、その開口部を排出ガスの流れ方向上流側に向けて設置されている。したがって標準ガスと排出ガスとは対向流となって混合され、その結果、標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。これに対して標準ガス供給管路４３の他端部は標準ガスタンク４４に接続されている。標準ガス供給管路４３には、標準ガス流量計１９が設けられており、標準ガス流量計１９は標準ガスの供給流量を検出する。標準ガスは標準ガスタンク４４から標準ガス供給管路４３および標準ガス流量計１９を介して標準ガス供給口４３ａから真空排気ダクト２９内に導入され、排出ガスと迅速かつ均一に混合されて下流側に排出される。
【００２７】
前記質量分析装置４５は、分析ガス採取管路３８と、フィルタ３９と吸引ポンプ４０と、質量分析計２０とを含んで構成される。前記分析ガス採取管路３８は、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを採取するための管路であり、管路の一端部は真空排気ダクト２９に接続されている。フィルタ３９は混合ガス中の粉塵を除去し、吸引ポンプ４０は混合ガスを吸引して質量分析計２０に導く。質量分析計２０は、混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を計測する。前記計算手段は、標準ガス流量計１９および質量分析計２０の出力に基づいて排出ガス中の排出酸素流量を算出する。排出酸素流量の算出手順については後述する。
【００２８】
図２を参照して、クロム含有鋼の精練装置の電気的構成を説明する。前記酸素流量計１６は、酸素ランス１５から吹精される吹精酸素流量を測定してその出力を演算手段２３および制御手段２４に送る。排出酸素流量検出装置３７は、後述する算出手順によって真空容器１３から排出される排出ガス中の排出酸素流量を検出してその出力を演算手段２３に送る。ランス高さ検出器４１はランス高さを検出してその出力を制御手段２４に送る。演算手段２３は、たとえばプロセスコンピュータであり、酸素流量計１６および排出酸素流量検出装置３７の出力に基づいて取鍋２６内の溶鋼とスラグとに蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量をそれに対応する値であるＣｒ2Ｏ3量に換算し、演算手段２３のメモリ２５に記憶されている予め定める対応関係に基づいて前記求めた換算Ｃｒ2Ｏ3量に対応する吹精酸素流量の目標値およびランス高さの目標値をそれぞれ求め、その出力を制御手段２４に送る。制御手段２４は、たとえばプロセスコンピュータであり、吹精酸素流量およびランス高さの測定値が前記求めた各目標値と一致するように酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動制御する。
【００２９】
図３は換算Ｃｒ2Ｏ3量と酸素吹精条件の目標値との対応関係を示すグラフであり、図３（１）は換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標吹精酸素流量との対応関係を示すグラフであり、図３（２）は換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標ランス高さとの対応関係を示すグラフである。前記各対応関係は操業実績値に基づいて予め設定されたものである。換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標吹精酸素流量との対応関係は、図３（１）に示すように換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が階段状にまたは連続的に小さくなるように予め設定される。前記対応関係が階段状に設定される場合ＳＴには図３（１）中に実線で示すように換算Ｃｒ2Ｏ3量が予め定めるしきい値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に到達するたびにそれに対応して目標吹精酸素流量を低下させる設定変更が行われる。なお換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ３に達すると、目標吹精酸素流量は零に設定され、酸素吹精が停止される。
【００３０】
これに対して対応関係が連続的に設定される場合ＣＴには、図３（１）中に点線で示すように換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ１に達するまでは目標吹精酸素流量が階段状に設定される場合ＳＴと同一の初期設定値に設定され、換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ１に達すると換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が連続的に小さくなるように設定され、換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ３に達すると、目標吹精酸素流量は零に設定され、酸素吹精が停止される。このように換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて目標吹精酸素流量が小さくなるように設定されるのは、吹精酸素流量の過剰な供給を防止し、クロムの過剰酸化を防止するためである。
【００３１】
換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標ランス高さとの対応関係は、図３（２）に示すように換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて目標ランス高さが階段状にまたは連続的に小さくなるように予め設定される。また目標ランス高さは、図３（１）に示す目標吹精酸素流量の低下と同調して低下している。すなわち前記対応関係が階段状に設定される場合ＳＴには、図３（２）中に実線で示すようにしきい値Ｃ１、Ｃ２において目標ランス高さを低下させる設定変更が行われており、前記対応関係が連続的に設定される場合ＣＴには、図３（２）中に点線で示すように換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ１を越えると換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて目標ランス高さが前記吹精酸素流量の低下に対応して連続的に低下している。また換算Ｃｒ2Ｏ3量がしきい値Ｃ３に達したときには、いずれの場合も酸素吹精の停止に対応して目標ランス高さが初期設定値に復帰する。
【００３２】
酸素ランス１５のノズル１５ａから溶鋼に吹精される酸素は、その圧力および流量によって溶鋼の上面にくぼみを形成する。前記溶鋼くぼみはその深さが深くなるほど溶鋼と酸素との反応面積を増大させて脱炭反応を促進させる。前述のように目標ランス高さが目標吹精酸素流量の低下に同調して小さくなるように設定されるのは、吹精酸素流量の低下による溶鋼くぼみ深さの減少をランス高さの低下による溶鋼くぼみ深さの増加によって相殺し、反応界面積を維持して脱炭効率の低下を防止するためである。
【００３３】
以上述べたように吹精酸素流量の目標値およびランス高さの目標値は、換算Ｃｒ2Ｏ3量との対応関係に基づいて設定される。また前記各目標値の設定変更は、換算Ｃｒ2Ｏ3量が前記各しきい値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に達するタイミングごとに行われる。換算Ｃｒ2Ｏ3量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、それに基づいて設定される前記各目標値およびその変更タイミングは脱炭効率を高水準に維持することのできる適正目標値および適正タイミングに設定することができる。なお図３に示す対応関係は数式化されて前記演算手段２３のメモリ２５に予め記憶される。
【００３４】
前述のように本実施の形態では、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量を求め、前記求めた残存酸素量に基づいて溶鋼の精錬が行われる。また前記残存酸素量は、真空容器１３に供給される吹精酸素流量と真空容器１３から排出される排出ガス中の排出酸素流量とを求め、吹精酸素流量と排出酸素流量との差を積算することによって求められる。一般に前記排出酸素流量は排出ガス流量と排出ガス成分濃度とを精度よく求めることによって算出することができる。しかしながら現在使用されている排出ガス流量計は差圧式であり、本実施の形態のように大径の真空排気ダクト２９を通過する温度変化を伴う多量の排出ガス流量を正確に測定することは困難である。また現在使用されている排出ガス分析計は赤外線式であり精度および応答速度に問題がある。したがって現時点では前記排出酸素流量を精度よく求めることは困難である。
【００３５】
本発明者らは前記問題を解決するために詳細な研究を行った結果、排出ガス中に既知流量の標準ガスを供給し、排出ガスと標準ガスとから成る混合ガスを質量分析計２０に導き、質量分析計２０において混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流を測定することによって測定の困難な排出ガス流量の測定を行うことなく、前記排出酸素流量を精度よく求め得ることを見いだした。以下にその詳細を説明する。
【００３６】
前述のように本実施の形態では質量分析計２０によってガス分析が行われる。一般に質量分析計２０には次のような長所たる特徴がある。（イ）全てのガス組成が同一計測器で計測することができる。（ロ）分析計の分析精度が極めて高い。（ハ）分析用排出ガス量が極めて微量でよく、したがって分析計までのガス送達時間が短く、かつ分析除塵系の構造を簡単にすることが可能である。（ニ）分析計の分析時間はミリｓｅｃのオーダであり事実上全ガス組成を同時分析することができる。しかしながらその半面、質量数ｍ／ｅの等しいガスは同一の位置に測定値（イオン化電流値）として計測されるので、異なるガスでも親ピークが一致するガス、たとえばＣＯガスとＮ2ガスとではいずれの親ピークもｍ／ｅ＝２８であるから分離できないという問題がある。
【００３７】
本実施の形態では、精錬反応によって生ずるガスはＣＯおよびＣＯ2ガスであるけれども、リークによって真空容器内に進入する空気も考慮しなければならず、空気中のＮ2ガスとＣＯガスとを分離して計測する必要がある。この問題に対しては、質量分析計２０において、異種のガスは子ピークすなわち２価イオンピークおよび再配列ピークまで含めて一致することはないこと、たとえばＣＯガスの２価イオンピークはｍ／ｅ＝１４に現れると同時に再配列ピークはｍ／ｅ＝１２にも現れるけれども、Ｎ2ガスの２価イオンピークはｍ／ｅ＝１４に現れるだけでＮ2の２価イオンピークまたは再配列ピークはｍ／ｅ＝１２には現れないこと、および親ピークのイオン化電流に対する子ピークのイオン化電流の割合を表すパターン係数πは一定のイオン化電圧などの条件下ではガスの種類によって固有であることに着目すると、以下に示すように前記問題は解決できる。
【００３８】
図４は、図１に示す排出酸素流量検出装置による真空容器から排出される排出酸素流量の検出方法を示す説明図である。前述のように排出酸素流量検出装置３７の標準ガスタンク４４から供給された標準ガスは、標準ガス流量計１９および標準ガス供給管路４３を経由して真空排気ダクト２９内に導入され、排出ガスと均一に混合される。標準ガスと排出ガスとから成る混合ガスは吸引ポンプ４０によって分析ガス採取管路３８に吸引され、フィルタ３９を経て質量分析計２０に導かれる。
【００３９】
第１ステップでは、質量分析計２０において、前記混合ガスの各質量数における各ピークのイオン化電流値（Ａｍｐ）が計測される。計測されたイオン化電流値Χ12、Χ14、Χ28、Χ32、Χ40、Ｘ44は、質量数ｍ／ｅ＝１２，１４，２８，３２，４０，４４のイオン化電流値をそれぞれ示す。また本実施の形態では、標準ガスとしてアルゴンガス（質量数ｍ／ｅ＝４０）が真空排気ダクト２９内に間欠的に供給される。アルゴンガスが間欠的に供給されるのは、取鍋２６の底部のポーラスプラグ２７から溶鋼を撹拌するために供給され、排出ガス中にすでに含まれているアルゴンガスと標準ガスとして供給されるアルゴンガスとを区分するためである。したがって質量数ｍ／ｅ＝４０のイオン化電流値は、間欠的に供給されるアルゴンガスによるイオン化電流値の変化ΔΧ40としても求められる。
【００４０】
第２ステップでは、間欠的に供給されるアルゴンガスの流量変化ΔｑA（リットル／分）が計測される。前記流量変化は標準ガス流量計１９によって求められる。第３ステップではＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2およびアルゴンガスの感度Ｓ（ｐ）（Ａｍｐ／Ｔｏｒｒ）が求められる。前記感度Ｓ（ｐ）は排出ガスの圧力が変化するとそれに伴って変化するので、真空計２１の測定圧力ｐによって感度を補正する必要がある。このため感度は圧力ｐの関数Ｓ（ｐ）として表される。なお感度ＳCO（ｐ）、ＳCO2（ｐ）、ＳO2（ｐ）およびＳA（ｐ）はＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2およびアルゴンガスの感度をそれぞれ示す。
【００４１】
第４ステップでは、ＣＯ、ＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2、アルゴンガスの分圧ＰCO、ＰCO2、ＰN2、ＰO2、ΔＰAが算出される。ＣＯ、Ｎ2のｍ／ｅ＝１４への前記パターン係数をπCO.14、πN2.14、ＣＯ、ＣＯ2のｍ／ｅ＝１２への前記パターン係数をπCO.12、πCO2.12およびＣＯ2のｍ／ｅ＝２８への前記パターン係数をπCO2・28とするとき、前記分圧ＰCO、ＰCO2、ＰN2、ＰO2、ΔＰAは、下記（１）〜（６）式で表すことができる。
【００４２】
Χ12＝ＳCO(p)・πCO.12・ＰCO＋ＳCO2(p)・πCO2.12・ＰCO2 …（１）
Χ14＝ＳCO(p)・πCO.14・ＰCO＋ＳN2(p)・πN2.14・ＰN2    …（２）
Χ28＝ＳN2(p)・ＰN2＋ＳCO(p)・ＰCO＋ＳCO2(p)・πCO2.28・ＰCO2…（３）
Χ44＝ＳCO2(p)・ＰCO2                                   …（４）
Χ32＝ＳO2(p)・ＰO2                                     …（５）
ΔΧ40＝ＳA(p)・ΔＰA                                   …（６）
前記（１）〜（４）式においてΧ12、Χ14、Χ28、Χ44は第１ステップで求められる既知の値であり、ＳCO、ＳCO2、ＳN2 は第３ステップで求められる既知の値であり、πCO.12、πCO.14、πCO2.12、πCO2.28、πN2.14 は一定条件下では固有な値であるので、ＰCO、ＰCO2、ＰN2 は（１）〜（４）式から求めることができる。また前記（５）〜（６）式において、Χ32、ΔΧ40は第１ステップで求められる既知の値であり、ＳO2、ＳA は第３ステップで求められる既知の値であるので、ＰO2、ΔＰAは（５）式、（６）式からそれぞれ求めることができる。
【００４３】
第５ステップでは、全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐとの比率が算出される。全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐおよび標準ガスとして供給されたアルゴンガスの流量変化ΔｑAとその分圧ΔＰAとの間には下記（７）式が成立する。
【００４４】
【数１】
0003987149.tif 000002
【００４５】
（７）式においてΔｑAは第２ステップで求められる既知の値であり、ΔＰAは（６）式から求められるので、全排出ガス流量Ｑと排出ガスの全圧Ｐとの比率（Ｑ／Ｐ）は（７）式から求めることができる。
【００４６】
第６ステップでは、排出ガス中のＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2ガスの流量が算出される。排出ガス中のＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2ガスの流量をｑCO、ｑCO2、ｑO2とするとｑCO、ｑCO2、ｑO2、ＰCO、ＰCO2、ＰO2、ＰおよびＱの間には下記（８）〜（１０）式が成立する。
【００４７】
【数２】
0003987149.tif 000003
【００４８】
（８）〜（１０）式においてＰCO、ＰCO2、ＰO2 は第４ステップで求められる既知の値であり、Ｑ／Ｐは第５ステップで求められる既知の値であるので、排出ガス中のＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2ガスの流量ｑCO、ｑCO2、ｑO2は（８）〜（１０）式から求めることができる。
【００４９】
第７ステップでは排出酸素流量が算出される。排出酸素流量は下記（１１）式に示すようにＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2として排出される各排出ガス中の酸素分をそれぞれ求め、それらを加算することによって算出される。
【００５０】
【数３】
0003987149.tif 000004
【００５１】
（１１）式においてｑCO、ｑCO2、ｑO2は第６ステップで求められる既知な値であるので、排出酸素流量ＱO2は（１１）式から求めることができる。なお前記ステップ３以降の演算は前記計算手段によって行われる。
【００５２】
このように本実施の形態では標準ガスとしてアルゴンガスを用い、アルゴンガスを間欠的に真空排気ダクト２９中に供給することによって真空容器１３から排出される排出ガスの流量に関係なく、排出ガス中の排出酸素流量を精度よく求めることができる。また排出ガス中に親ピークの質量数が同一である異種ガス、たとえばＣＯガス、Ｎ2ガスが含まれていても、子ピークの質量数の違いからＣＯガスとＮ2ガスとを分離することができる。したがって取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量を精度よく求めることができる。前記残存酸素量は溶鋼の精錬状況を表す有効な指標値であり、そのままの形で用いることもできるけれども本実施の形態では、前述のように前記求めた残存酸素量を対応する値であるＣｒ2Ｏ3量に換算して用いている。
【００５３】
なお前記排出ガス中の排出酸素流量の算出方法は酸素を含むガスとしてＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2ガスを対象としているけれども、対象ガスはそれらに限定されるものではなく、たとえばＳＯ2、Ｈ2Ｏなどのガスに対しても同様に適用することができる。したがって本算出方法は適用対象となる排出ガスの範囲の広い汎用性のある算出方法である。さらに標準ガスとしてＨｅガス、Ｎ2ガスを用いてもよい。
【００５４】
図５は本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートであり、図６および図７は本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。図５、図６および図７により本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明する。ステップｓ１では、精錬開始に先立って条件設定が行われる。設定される条件は、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される換算Ｃｒ2Ｏ3量のしきい値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ならびに吹精酸素流量とランス高さとから成る酸素吹精条件の初期目標値などである。前記しきい値および前記酸素吹精条件の初期目標値は、前記図３に示す換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標酸素吹精条件との対応関係に基づいて設定される。なお本実施の形態では、換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標吹精酸素流量との対応関係および換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標ランス高さとの対応関係はいずれも階段状に設定されている。
【００５５】
ステップｓ２では、真空処理が開始される。真空処理は時刻ｔ１１に開始され、真空度が急速に低下する。真空度の低下に伴って脱炭速度が緩やかに増大し、溶鋼中炭素含有率「Ｃ」％が緩やかに低下する。ステップｓ３では、酸素吹精が時刻ｔ１２において開始され、溶鋼に酸素が吹付けられる。酸素吹精開始時の酸素吹精条件は前記初期目標値に基づいてプリセットされる。酸素吹精開始に伴い脱炭速度は急速に増大し、酸素吹精条件と平衡する脱炭速度に到達し、その後、ほぼ平衡値に保たれる。また前記「Ｃ」％は急速に低下し、換算Ｃｒ2Ｏ3量はほとんど増大しない。これは、酸素吹精初期には溶鋼中炭素含有量が高いので、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が高く、吹精酸素はほとんど全量脱炭反応に費やされることによるものである。
【００５６】
ステップｓ４では吹精酸素流量およびランス高さの測定が酸素流量計１６およびランス高さ検出器４１によって連続的に行われる。ステップｓ５では、吹精酸素流量およびランス高さの測定値がステップｓ１で設定された各初期目標値と一致しているか否かが判断される。この判断が否定であれば、ステップｓ６に進み、酸素吹精条件の変更が行われる。酸素吹精条件の変更は、酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動することによって行われる。酸素吹精条件の変更後、再度ステップｓ４に戻り、吹精酸素流量およびランス高さの測定が行われる。このステップｓ４からステップｓ６を巡る処理は、ステップｓ５の判断が肯定になるまで繰返される。このように、前記吹精酸素流量およびランス高さの制御がフィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に初期目標値と一致するように制御される。ステップｓ５の判断が肯定であれば、あるいは肯定になれば、ステップｓ７に進む。
【００５７】
ステップｓ７では、排出ガス中の排出酸素流量が検出される。前記排出酸素流量の検出は、前記図４に示す方法によって行われる。ステップｓ８では、残存酸素量および換算Ｃｒ2Ｏ3量の算出が行われる。取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される残存酸素量は、ステップｓ４で計測した吹精酸素流量とステップｓ７で求めた排出酸素流量との差を積算することによって連続的に求められる。また換算Ｃｒ2Ｏ3量は、前記求めた残存酸素量に換算係数（＝１５２／４８）を乗算することによって求められる。なお前記換算係数は、クロムおよび酸素の原子量５２、１６に基づいて求められる。
【００５８】
ステップｓ９では、前記求めた換算Ｃｒ2Ｏ3量がステップｓ１で設定されたしきい値Ｃ１以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ１の値は、たとえば２５０ｋｇである。この判断が否定であれば再度ステップｓ７に戻る。このステップｓ７からステップｓ９を巡る処理はステップｓ９における判断が肯定になるまで繰返される。前述のように酸素吹精初期においては換算Ｃｒ2Ｏ3量はほとんど増大しないので、ステップｓ９における判断は酸素吹精初期には否定となり、酸素吹精がそのまま続けられる。しかしながら酸素吹精の進行に伴い脱炭反応が進行して〔Ｃ〕％が低くなると、溶鋼中炭素と酸素との反応効率が低下し、溶鋼中クロムと酸素との反応が生ずる。その結果、脱炭速度が低下し、換算Ｃｒ2Ｏ3量がしだいに増加する。換算Ｃｒ2Ｏ3量が増加してステップｓ９の判断が肯定になると、ステップｓ１０に進む。
【００５９】
ステップｓ１０では、酸素吹精条件の目標値の設定変更が行われる。前記酸素吹精条件の目標値の設定変更は、前記図３（１）、（２）に示す換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標酸素吹精条件との対応関係に基づいて行われる。すなわち前記求めた換算Ｃｒ2Ｏ3量に対応する目標吹精酸素流量および目標ランス高さが目標値として設定変更される。図３（１）、（２）に示すように目標吹精酸素流量および目標ランス高さは、換算Ｃｒ2Ｏ3量が大きくなるにつれて小さくなるように設定されているので、設定変更後の目標吹精酸素流量および目標ランス高さは設定変更前よりも減少する。
【００６０】
ステップｓ１１では、酸素吹精条件の変更が時刻ｔ１３において行われる。酸素吹精条件の変更はステップｓ６の場合と同様に酸素流量調整弁１７およびランス昇降装置２２を駆動することによって行われる。ステップｓ１２では、吹精酸素流量およびランス高さの測定が行われる。ステップｓ１３では、これら酸素吹精条件の測定値が前記設定変更した目標値と一致しているか否かが判断される。この判断が否定であれば再度ステップｓ１１に戻り、さらに酸素吹精条件の変更が行われる。このステップｓ１１からステップｓ１３を巡る処理は、ステップｓ１３の判断が肯定になるまで繰返される。このように前記酸素吹精条件の制御は、フィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に設定変更された目標値と一致するように制御される。ステップｓ１３の判断が肯定であれば、あるいは肯定になれば、ステップｓ１４に進む。
【００６１】
前記ステップｓ１１における酸素吹精条件の変更後、「Ｃ」％は引続き低下し、換算Ｃｒ2Ｏ3量は引続き増大し、これに伴い脱炭速度も低下する。しかしながら酸素吹精条件の変更によって「Ｃ」％の時間変化率は大きくなり、換算Ｃｒ2Ｏ3量の時間変化率は小さくなる。すなわち酸素吹精条件の変更によって「Ｃ」％の低下は促進され、換算Ｃｒ2Ｏ3量の増大は抑制される。
【００６２】
ステップｓ１４では排出酸素流量の検出が行われ、ステップｓ１５では残存酸素量および換算Ｃｒ2Ｏ3量の算出が行われる。ステップｓ１４およびステップｓ１５の処理内容は、前記ステップｓ７およびステップｓ８の処理内容とそれぞれまったく同一であるので、説明を省略する。ステップｓ１５において換算Ｃｒ2Ｏ3量の算出が行われた後、ステップｓ１６に進む。ステップｓ１６では換算Ｃｒ2Ｏ3量がステップｓ１で設定したしきい値Ｃ２以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ２の値はたとえば３５０ｋｇである。この判断が否定であれば、前記ステップｓ９の場合とまったく同様の繰返し処理が行われる。ステップｓ１６における判断が肯定になるとステップｓ１７に進む。ステップｓ１７では、酸素吹精条件の目標値の設定変更がステップｓ１０の場合と同様に行われ、ステップｓ１８では酸素吹精条件の変更が時刻ｔ１４においてステップｓ１１の場合と同様に行われる。なお酸素吹精条件の変更後における脱炭速度、「Ｃ」％、換算Ｃｒ2Ｏ3量の経時変化およびその時間変化率は時刻ｔ１３以降の場合とほぼ同一である。
【００６３】
ステップｓ１７以降ステップｓ２２までの各ステップの処理内容は、前記ステップｓ１０からステップｓ１５の処理内容とそれぞれまったく同一であるので、説明を省略する。ステップｓ２２において換算Ｃｒ2Ｏ3量の算出が行われた後、ステップｓ２３に進む。ステップｓ２３では換算Ｃｒ2Ｏ3量がステップｓ１で設定したしきい値Ｃ３以上であるか否かが判断される。前記しきい値Ｃ３の値は、たとえば４５０ｋｇである。この判断が否定であれば前記ステップｓ９およびステップｓ１６の場合とまったく同一の繰返し処理が行われる。この判断が肯定になるとステップｓ２４に進む。
【００６４】
ステップｓ２４では、酸素吹精の停止が時刻ｔ１５において行われる。酸素吹精の停止は、酸素流量調整弁１７を閉じて吹精酸素流量を零とすることによって行われる。またランス高さは、初期設定高さまで戻される。酸素吹精停止後、溶鋼は減圧下（約２Ｔｏｒｒ）で取鍋２６の底部に設けられたポーラスプラグ２７から吹込まれるアルゴンガスによって引続き撹拌される。これによって溶鋼中の炭素とスラグ中のＣｒ2Ｏ3との反応が生じ、脱炭反応およびＣｒ2Ｏ3の還元反応が進行する。その結果、時刻ｔ１５以降も脱炭速度は小さいけれども、「Ｃ」％が緩やかに低下を続ける。また還元反応の進行によって換算Ｃｒ2Ｏ3量が減少する。
【００６５】
ステップｓ２５では、真空処理が終了する。真空処理の終了は、時刻ｔ１６において真空排気手段であるスチームエジェクタ１８を停止し、真空容器１３内の圧力を大気圧に復圧させることによって行われる。真空処理終了後、測温サンプリング装置３０によって測温サンプリングが行われ、鋼中化学成分の分析が行われる。さらに前記測温および分析結果に基づいて溶鋼の成分および温度調整が行われ、ステンレス鋼溶鋼の精錬が終了する。
【００６６】
以上述べたように本実施の形態では、取鍋２６内の溶鋼およびスラグ中に蓄積される換算Ｃｒ2Ｏ3量を連続的に求め、前記求めた換算Ｃｒ2Ｏ3量が増加して予め定めるしきい値Ｃ１、Ｃ２に達すると予め定める対応関係に基づいて酸素吹精条件の目標値が変更され、目標吹精酸素流量および目標ランス高さが同調して低減される。このように換算Ｃｒ2Ｏ3量の増大に対応して吹精酸素流量が低減されるので、過剰な酸素の供給が抑制され、クロムの過剰酸化が抑制される。その結果、クロムの添加歩留りが大幅に向上する。また換算Ｃｒ2Ｏ3量は脱炭効率との相関関係が明瞭な指標値であるので、前記換算Ｃｒ2Ｏ3量に基づいて設定される目標吹精酸素流量およびその変更タイミング（しきい値Ｃ１、Ｃ２）は、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正流量および適正タイミングに確実に設定される。これに対して従来技術の目標吹精酸素流量およびその変更タイミングは脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度などの指標値に基づいて設定されるので、それらを適正流量および適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに吹精酸素流量の低減に同調してランス高さが低減されるので、吹精酸素流量の低減による溶鋼くぼみ深さの減少をランス高さの低減による溶鋼くぼみ深さの増加によって相殺し、反応界面積を維持して脱炭効率の低下を防止することができる。その結果、溶鋼の脱炭効率が高水準に維持される。さらにまた換算Ｃｒ2Ｏ3量は脱炭効率に直接的に影響を及ぼす指標値であるので、前記換算Ｃｒ2Ｏ3量に基づいて設定される目標ランス高さおよびその変更タイミング（しきい値Ｃ１、Ｃ２）は脱炭効率を高水準に維持することのできる適正高さおよび適正タイミングに設定される。これに対して従来技術の目標ランス高さおよびその変更タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、それらを適正高さおよび適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００６８】
さらにまた本実施の形態の酸素吹精停止タイミングは、脱炭効率に直接的に影響を及ぼす換算Ｃｒ2Ｏ3量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに確実に設定される。すなわち換算Ｃｒ2Ｏ3量が予め定めるしきい値Ｃ３に達すると、酸素吹精が停止されるので、スラグ中のＣｒ2Ｏ3量の過剰な増加を確実に防止することができ、Ｃｒ2Ｏ3量の適正化を図ることができる。前記スラグ中のＣｒ2Ｏ3量の過剰な増加はスラグの粘性の著しい増加を招き、酸素吹精後における溶鋼とスラグとの反応を阻害する。したがって前記Ｃｒ2Ｏ3量の適正化は前記反応阻害要因を排除することになり、酸素吹精終了後における溶鋼中炭素とスラグ中のＣｒ2Ｏ3との反応を効率的に進行させ、脱炭反応およびＣｒ2Ｏ3の還元反応を促進させる。その結果、溶鋼の到達炭素含有率が大幅に低下し、極低炭素ステンレス鋼溶鋼を安定して製造することができる。これに対して従来技術の酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に間接的に影響を及ぼす真空度などの指標値に基づいて設定されるので、前記適正タイミングに設定することが困難である。したがって本実施の形態では、従来技術に比べて溶鋼の到達炭素含有率を低下することができる。またＣｒ2Ｏ3が還元されるのでクロムの添加歩留りが向上する。さらにまた前記酸素吹精条件の制御は、フィードバック制御によって行われるので、酸素吹精条件は迅速かつ確実に測定値と目標値とが一致するように制御される。
【００６９】
なお換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標吹精酸素流量との対応関係ならびに換算Ｃｒ2Ｏ3量と目標酸素吹精ランス高さとの対応関係は、本実施の形態では前述のように階段状に設定された対応関係を用いているけれども、図３（１）、図３（２）中に点線で示すように連続的に設定された対応関係を用いてもよい。
【００７０】
実施例
図１に示すクロム含有鋼の精錬装置１１を用いて極低炭素ステンレス鋼の精錬を行った。対象鋼種はＳＵＳ４４４であり、１チャージ当たりの溶鋼重量は７８トン／チャージである。操業チャージ数は、本発明の精錬方法で精錬を実施した実施例１においては５チャージであり、従来技術の精錬方法で精錬を実施した比較例１および比較例２においてはそれぞれ５チャージである。実施例１の精錬方法は、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングを前記換算Ｃｒ2Ｏ3量に基づいて行う方法であり、比較例１の精錬方法は酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングを真空度および排出ガス中酸素濃度に基づいて行う方法であり、比較例２の精錬方法は酸素吹精条件を初期設定のまま固定し、酸素吹精の停止タイミングを真空度および排出ガス中酸素濃度に基づいて行う方法である。実施例１、比較例１および比較例２の操業条件および精錬後の最終到達炭素含有率（以後、到達「Ｃ」と略称する）を表１にそれぞれ示す。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
表１から実施例１の到達「Ｃ」は２０〜４０ｐｐｍであり、比較例１および比較例２に比べて低水準で良好であること、比較例１の到達「Ｃ」は５０〜７０ｐｐｍであり、比較例２よりは低水準で良好であるけれども、実施例１に比べると高水準で劣ること、比較例２の到達「Ｃ」は５０〜９０ｐｐｍであり、実施例１および比較例１に比べて高水準で劣ることなどが判る。
【００７３】
このように実施例１の到達「Ｃ」が良好であるのは、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングが脱炭効率との相関関係が明瞭な換算Ｃｒ2Ｏ3量に基づいて適正に設定されているからであると考えられる。これに対して比較例１の到達「Ｃ」が実施例１に比べて劣るのは、酸素吹精条件の変更タイミングおよび酸素吹精の停止タイミングが脱炭効率との相関関係が不明瞭な真空度や排出ガス中酸素濃度に基づいて設定されているので、適正タイミングから外れているからであると考えられる。また比較例１の到達「Ｃ」が比較例２に比べて良好であるのは、酸素吹精条件の変更タイミングが精錬の進行に応じて設定されているためであると考えられる。以上述べたように本発明は極低炭素ステンレス鋼の精錬方法として極めて優れた精錬方法であり、産業上極めて有益である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、残存酸素量の増加につれて吹精酸素流量が減少されるので、クロムの過剰酸化が抑制され、クロムの添加歩留りが大幅に向上する。また吹精酸素流量およびその変更タイミングは、残存酸素量に基づいて脱炭反応を効率的に進行させることのできる適正流量および適正タイミングに設定されるので、従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
またＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒガスを含む未知流量の排出ガス中の排出酸素流量が標準ガスおよび質量分析装置を用いることによって正確に求められるので、それに基づいて残存酸素量を連続的に迅速かつ正確に求めることができる。
【００７５】
また本発明によれば、酸素ランスのノズルと溶鋼の上面との距離は残存酸素量の増加につれて小さくなるので、脱炭効率の低下が防止され、脱炭効率が高水準に維持される。また前記距離およびその変更タイミングは残存酸素量に基づいて脱炭効率を高水準に維持することのできる適正距離および適正タイミングに設定されるので、従来技術に比べて脱炭効率を向上させることができる。
【００７６】
また本発明によれば、残存酸素量が予め定めるしきい値に達するとき、酸素吹精が停止されるので、スラグ中のＣｒ2Ｏ3量を抑制することができる。スラグ中のＣｒ2Ｏ3量の抑制はスラグの粘性を低粘性に止め、酸素吹精後の脱炭反応の進行を促進させる。このように本発明の酸素吹精停止タイミングは脱炭効率に直接的に影響を及ぼす残存酸素量に基づいて設定されるので、脱炭効率を高水準に維持することのできる適正タイミングに設定される。その結果、極低炭素クロム含有鋼を効率的に製造することができる。また前記脱炭反応の進行に伴ってスラグ中Ｃｒ2Ｏ3の還元反応が進行するのでクロムの添加歩留りを向上することができる。
【００７９】
また本発明によれば、クロム含有鋼の精錬装置はクロム含有鋼の脱炭効率を高水準に維持することができるので、極低炭素クロム含有鋼を効率的に精錬することができる。またスラグ中のＣｒ２Ｏ３量が抑制されるので、クロムの添加歩留りを向上させることができ、省資源を図ることができる。
また排出酸素流量検出手段は排出ガス中の排出酸素流量を精度よく検出することができるので、残存酸素量の算出精度を大幅に向上することができる。
【００８１】
また本発明によれば、標準ガスは通路に標準ガス供給管路を介して導入されるので、排出ガスと標準ガスとが均一に混合されるまでの所要時間が短くなる。したがって質量分析装置の応答性を大幅に向上することができる。
【００８２】
また本発明によれば、標準ガスは標準ガス供給口の開口部から排出ガスの流れ方向上流側に向けて供給されるので、標準ガスと排出ガスとの混合が迅速かつ均一に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるクロム含有鋼の精錬装置の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】図１に示すクロム含有鋼の精錬装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】換算Ｃｒ2Ｏ3量と酸素吹精条件の目標値との対応関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す排出酸素流量検出装置による真空容器から排出される排出酸素流量の検出方法を示す説明図である。
【図５】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明にかかわるステンレス鋼の精錬方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来からのＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１  クロム含有鋼の精錬装置
１３  真空容器
１５  酸素ランス
１６  酸素流量検出手段
１７  酸素流量調整手段
１８  真空排気手段
１９  標準ガス流量検出手段
２０  質量分析計
２１  真空計
２２  ランス昇降手段
２３  演算手段
２４  制御手段
２９  真空排気ダクト
３７  排出酸素流量検出手段
４１  ランス高さ検出手段
【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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【図７】
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【図８】
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