含クロム溶鋼の不純物除去方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は含クロム溶鋼の最終精錬期において、鋼の熱間加工性に悪影響を及ぼすＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎを効率よく除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ステンレス鋼のごとき１１ｗｔ％以上のクロムを含むような含クロム溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物の除去に関する定量的な知見はない。Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎは鋼の熱間加工性に悪影響を及ぼすために、一般的に鋼の母地の性状に合わせて上限が定められている。
【０００３】普通鋼においては、例えば「材料とプロセス」、ｖｏｌ．１、 No.４、ｐａｇｅ１１６９〜１１７２（１９８８年）に示されているように、Ｐｂ、Ｚｎは攪拌ガス流量の増大により除去が促進されること、およびＳｎは若干の除去が可能であることが示されている。しかし、含クロム溶鋼については、多量に含まれるクロムの影響が不明なために、例えば除去限界値を求めるような定量的な知見はない。
【０００４】そのため、スラグ中のクロム酸化物の還元および成分、温度の調整を行う最終精錬期に添加する還元材、成分調整材および冷却材については、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度管理を徹底し、かつ濃度の低い材料を優先的に使用すると共に、過剰のガス吹込みを行っていた。しかし、このような操業管理を行っても、目標とするＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの規制値を外れることがある。また、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度の低い材料は価格が高く、コスト高を招く。さらに、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度を下げるために、過剰のガス吹込みをするとコストを上げることになり、効率的な精錬法とは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はスラグ中のクロム酸化物の還元および成分、温度調整を行う含クロム溶鋼の最終精錬期において、添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、吹込みガス流量を決定することにより、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度が目標値を外れることを防止し、かつ効率的なガス吹込みを行うことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を有利に解決したものであり、含クロム溶鋼の最終精錬期において、溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を目標値以下に低下させるために、最終精錬期に添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、下記（１）式を満足する流量ＱG で、ガス吹込みを行うことを特徴とする含クロム溶鋼の不純物除去方法を要旨とするものである。
【０００７】
ＱG ≧−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
ＱG ；最終精錬期のガス吹込み流量（Ｎｍ3 ／溶鋼トン）
αM ；不純物元素Ｍ毎に定まる定数 αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αSn＝６０．２ Ｔ ；最終精錬開始時の溶鋼温度〔Ｋ〕
〔Ｍ〕；不純物元素Ｍの濃度（ｐｐｍ）
添字のｔは精錬終了後の目標値、０は最終精錬開始時の計算濃度を 示す。
【０００８】以下本発明について詳細に説明する。本発明は図１に例示するような含クロム溶鋼の精錬法に適用するものであり、図１（ａ）はＡＯＤ法、（ｂ）は上底吹き転炉法、（ｃ）はＶＯＤ法とよばれている吹錬法である。これらの吹錬法では、まず酸素あるいは酸素と不活性ガスの吹込みによって脱炭精錬を行った後に、脱炭時に酸化してスラグ中に移行したクロム酸化物を還元すると同時に、成分および温度の調整を行うための最終精錬期を設けている。
【０００９】この最終精錬期には、クロム酸化物を還元するためのＡｌやＳｉ等の還元材、成分調整を行うためのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ等の成分調整材および溶鋼温度を所定の温度に低下させるためのスクラップ等の冷却材が多量に添加される。これらの材料には量の大小はあるが、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物が含まれている。これらの材料よりピックアップされるＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度は、添加する材料の不純物濃度および添加量を表１の記号とすると、（２）〜（４）式によって求められる。
【００１０】
【表１】
【００１１】
〔Ｐｂ〕1 ＝（ａPbＷa ＋ｂPbＷb ＋ｃPbＷc ＋ｄPbＷd ＋ｅPbＷe ＋ｆPbＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（２）
〔Ｚｎ〕1 ＝（ａZnＷa ＋ｂZnＷb ＋ｃZnＷc ＋ｄZnＷd ＋ｅZnＷe ＋ｆZnＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（３）
〔Ｓｎ〕1 ＝（ａSnＷa ＋ｂSnＷb ＋ｃSnＷc ＋ｄSnＷd ＋ｅSnＷe ＋ｆSnＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（４）
ここで、〔Ｐｂ〕1 、〔Ｚｎ〕1 、〔Ｓｎ〕1 はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの添加材料からのピックアップ濃度（ｐｐｍ）を示し、Ｗm は添加材添加後の溶鋼重量（ｔｏｎ）を示す。
【００１２】また、最終精錬開始時の濃度〔Ｍ〕0 は（５）〜（７）式によって求まる。
〔Ｐｂ〕0 ＝〔Ｐｂ〕1 ＋〔Ｐｂ〕D ……（５）
〔Ｚｎ〕0 ＝〔Ｚｎ〕1 ＋〔Ｚｎ〕D ……（６）
〔Ｓｎ〕0 ＝〔Ｓｎ〕1 ＋〔Ｓｎ〕D ……（７）
ここで、〔Ｐｂ〕D 、〔Ｚｎ〕D、 〔Ｓｎ〕D はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの脱炭精錬終了時の濃度（ｐｐｍ）を示す。これらの濃度は脱炭精錬条件より経験的に求められるものであり、一般的には、〔Ｐｂ〕D ≦３ｐｐｍ、〔Ｚｎ〕D ≦１ｐｐｍ、〔Ｓｎ〕D ≦５０〜２００ｐｐｍの範囲にある。
【００１３】一方、最終精錬終了後の目標値〔Ｍ〕t は鋼の母材の性状および後工程より要求される熱間加工性より、鋼種毎に定められる値であり、〔Ｐｂ〕t ＝１〜２０ｐｐｍ、〔Ｚｎ〕t ＝１０〜１５０ｐｐｍ、〔Ｓｎ〕t ＝１００〜５００ｐｐｍの範囲にある。上述の関係より、最終精錬期に要求される除去率（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ）が決定される。
【００１４】次に、最終精錬期のガス吹込み流量ＱG の限定理由について説明する。最終精錬期には溶鋼の酸化を防止するために、一般に、Ａｒ、Ｎ2 等の不活性ガスが吹き込まれる。図２に６０ｔＡＯＤ炉を用いてＡｒガス吹込みにより、ＳＵＳ ３０４ステンレス鋼の最終精錬を行った場合のガス流量と〔Ｐｂ〕の除去率（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）の関係を示す。同様に、図３にはガス流量と〔Ｚｎ〕の除去率（〔Ｚｎ〕t ／〔Ｚｎ〕0 ）の関係、図４にはガス流量と〔Ｓｎ〕の除去率（〔Ｓｎ〕t ／〔Ｓｎ〕0 ）の関係を示す。なお、最終精錬開始時の溶鋼温度は１５９０〜１６１０℃の範囲にあった。
【００１５】３元素とも、若干のばらつきはあるが、吹込みガス流量の増大により、除去率が向上し、かつ除去率は吹込みガス流量に対して、対数的に変化することが確認された。図２〜４の実線で示す除去率が最も悪い条件を定式化すると、（８）〜（１０）式となる。
ＱPb＝−３．０×ｌｎ（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ） ……（８）
ＱZn＝−２．５×ｌｎ（〔Ｚｎ〕t ／〔Ｚｎ〕0 ） ……（９）
ＱSn＝−６０．２×ｌｎ（〔Ｓｎ〕t ／〔Ｓｎ〕0 ） ……（１０）
図５に６０ｔＡＯＤ炉を用いてＡｒガス吹込みにより、ＳＵＳ ３０４ ステンレス鋼の最終精錬を行った場合の最終精錬開始時の溶鋼温度と〔Ｐｂ〕の除去率（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）の関係を示す。なお、ガス吹込み流量の範囲は０．９〜１．１Ｎｍ3 ／Ｔの範囲の値である。溶鋼温度の上昇とともに、除去率が向上する傾向にあり、これを定式化すると、（１１）式のように表される。
【００１６】
（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）＝ｒ（１−Ｔ／１８７３） ……（１１）
ここで、Ｔは最終精錬開始時の溶鋼温度（Ｋ）を示し、ｒは定数である。（１１）式の関係は、Ｚｎ、Ｓｎについても、定数値が変わるだけで、溶鋼温度に対しては同一の関係をもつことが確認された。以上の知見をまとめると、不純物元素Ｍについて、最終精錬終了後の目標値を達成するために必要なガス吹込み流量ＱG （Ｎｍ3 ／溶鋼トン）は下式のようにまとめられる。
【００１７】
ＱG ＝−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αsn＝６０．２（１）式により、最終精錬期に必要なガス流量は容易に求まる。なお、最終精錬期にはクロム酸化物の還元および成分および温度の調整に必要なガス吹込み量があり、（１）式のＱG より、この量が大きい場合には（１）式の規制は必要でない。また、（１）式のＱG はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎのそれぞれについて求め、それぞれの値よりも大きい値でガスを吹込む必要がある。また、ガス吹込みは必要な流量以上はかえってコスト増を招くために、適度に抑える必要がある。
【００１８】
【作用】図６に溶鋼温度と各種金属元素の純金属状態での蒸気圧の関係を示す。Ｐｂ、Ｚｎ、ＳｎはＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉに比べ蒸気圧が大きく、１４５０〜１７５０℃の溶鋼温度状態では蒸発による除去が進行する。また、蒸発除去速度は蒸気圧の高いＺｎ、Ｐｂ、Ｓｎの順に大きいものと考えられる。
【００１９】この蒸発除去反応は、溶鋼内での蒸発元素の反応界面への移動あるいは蒸発元素の反応界面から気相側への離脱が反応の律速過程と考えられている。この反応を促進させる要因としては、下記が挙げられる。
１）溶鋼温度を上昇させる。
２）雰囲気を減圧あるいは真空状態にする。
【００２０】３）反応界面積を大きくするために、ガス発生速度を大きくする。
含クロム溶鋼の最終精錬期は一般に、大気圧下で行うために、２）の効果を享受することはできない。従って、１）および３）がポイントとなる。従来より、１）および３）効果は定性的に示されていたが、特にクロムを多量に含む含クロム溶鋼の分野については定量的な知見はなかった。本発明では、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの除去率が蒸気圧の高いＺｎ、Ｐｂ、Ｓｎの順に大きいこと、溶鋼温度に比例すること、および吹込みガス流量の増大により対数的に大きくなることを見出し、定式化した。本発明の（１）式からも、溶鋼温度の上昇および吹込みガス流量の増大によって、除去が促進されることがわかる。
【００２１】また、鋼の熱間加工性等より、不純物の含有量は一般的に、鋼種毎に上限が規制されており、規制値を満足するために、（１）式を利用して、吹込みガス流量を決定し、ガス吹込みを行えば、効率的な精錬が可能となる。
【００２２】
【実施例】６０ｔｏｎＡＯＤ炉を用いて、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（８ｍａｓｓ％Ｎｉ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ）を対象として行った実施例について説明する。表２に最終精錬期に添加した材料の種類とＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を示す。表２に示す材料を最終精錬期初期に所定量添加し、Ａｒガス吹込みを行った。なお、最終精錬期の還元および、成分および温度の調整に必要なガス流量は０．７０Ｎｍ3 ／Ｔであり、ガス吹込み速度はいずれも２０００Ｎｍ3 ／Ｈｒ一定で実施した。
【００２３】また、最終精錬期までの吹錬はいずれの場合も同一にして実施したことにより、脱炭終了時点のＰｂは２．０ｐｐｍ、Ｚｎは０．１ｐｐｍ、Ｓｎは１４０ｐｐｍとなった。なお、各実施例も最終精錬終了後の目標値はＰｂ≦３．０ｐｐｍ、Ｚｎ≦２０ｐｐｍ、Ｓｎ≦１５０ｐｐｍの鋼に適用した。表３に最終精錬期に添加した材料の種類と添加量および最終精錬開始時の計算濃度を本発明例と比較例を併せて示す。
【００２４】実施例の結果を表４に示す。表中の精錬コストは No.１の例を１００として換算した値である。また、 No.７の例はＰｂの値が成分外れとなったために、そのままでは製品とならず、コストの算出は不可能であった。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
【発明の効果】本発明によると、含クロム溶鋼の最終精錬期において、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの規制値外れをなくし、また過剰なガス吹込みを防止することが可能となる。さらに、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎを規制値以下にするためのガス吹込み流量が定量化できるために、最終精錬期に安価な添加材料を使用できるようになり、大幅な精錬コストの低減が可能となる。また、本発明によれば、Ｐｂ、Ｚｎと同レベルの蒸気圧をもつＢｉ、Ｓｂ等の効率的な除去がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用する精錬法の例に関する図で、（ａ）はＡＯＤ法、（ｂ）は上底吹き転炉法、（ｃ）はＶＯＤ法を示す。
【図２】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｐｂ〕の除去率の関係を示す図である。
【図３】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｚｎ〕の除去率の関係を示す図である。
【図４】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｓｎ〕の除去率の関係を示す図である。
【図５】本発明における溶鋼温度と〔Ｐｂ〕の除去率の関係を示す図である。
【図６】不純物元素の純粋状態での蒸気圧と温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 横吹き羽口
２ 上吹きランス
３ 底吹き羽口
４ 溶鋼
５ スラグ
６ 上吹き火点部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は含クロム溶鋼の最終精錬期において、鋼の熱間加工性に悪影響を及ぼすＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎを効率よく除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ステンレス鋼のごとき１１ｗｔ％以上のクロムを含むような含クロム溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物の除去に関する定量的な知見はない。Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎは鋼の熱間加工性に悪影響を及ぼすために、一般的に鋼の母地の性状に合わせて上限が定められている。
【０００３】普通鋼においては、例えば「材料とプロセス」、ｖｏｌ．１、 No.４、ｐａｇｅ１１６９〜１１７２（１９８８年）に示されているように、Ｐｂ、Ｚｎは攪拌ガス流量の増大により除去が促進されること、およびＳｎは若干の除去が可能であることが示されている。しかし、含クロム溶鋼については、多量に含まれるクロムの影響が不明なために、例えば除去限界値を求めるような定量的な知見はない。
【０００４】そのため、スラグ中のクロム酸化物の還元および成分、温度の調整を行う最終精錬期に添加する還元材、成分調整材および冷却材については、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度管理を徹底し、かつ濃度の低い材料を優先的に使用すると共に、過剰のガス吹込みを行っていた。しかし、このような操業管理を行っても、目標とするＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの規制値を外れることがある。また、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度の低い材料は価格が高く、コスト高を招く。さらに、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度を下げるために、過剰のガス吹込みをするとコストを上げることになり、効率的な精錬法とは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はスラグ中のクロム酸化物の還元および成分、温度調整を行う含クロム溶鋼の最終精錬期において、添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、吹込みガス流量を決定することにより、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度が目標値を外れることを防止し、かつ効率的なガス吹込みを行うことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を有利に解決したものであり、含クロム溶鋼の最終精錬期において、溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を目標値以下に低下させるために、最終精錬期に添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、下記（１）式を満足する流量ＱG で、ガス吹込みを行うことを特徴とする含クロム溶鋼の不純物除去方法を要旨とするものである。
【０００７】
ＱG ≧−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
ＱG ；最終精錬期のガス吹込み流量（Ｎｍ3 ／溶鋼トン）
αM ；不純物元素Ｍ毎に定まる定数 αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αSn＝６０．２ Ｔ ；最終精錬開始時の溶鋼温度〔Ｋ〕
〔Ｍ〕；不純物元素Ｍの濃度（ｐｐｍ）
添字のｔは精錬終了後の目標値、０は最終精錬開始時の計算濃度を 示す。
【０００８】以下本発明について詳細に説明する。本発明は図１に例示するような含クロム溶鋼の精錬法に適用するものであり、図１（ａ）はＡＯＤ法、（ｂ）は上底吹き転炉法、（ｃ）はＶＯＤ法とよばれている吹錬法である。これらの吹錬法では、まず酸素あるいは酸素と不活性ガスの吹込みによって脱炭精錬を行った後に、脱炭時に酸化してスラグ中に移行したクロム酸化物を還元すると同時に、成分および温度の調整を行うための最終精錬期を設けている。
【０００９】この最終精錬期には、クロム酸化物を還元するためのＡｌやＳｉ等の還元材、成分調整を行うためのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ等の成分調整材および溶鋼温度を所定の温度に低下させるためのスクラップ等の冷却材が多量に添加される。これらの材料には量の大小はあるが、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物が含まれている。これらの材料よりピックアップされるＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの濃度は、添加する材料の不純物濃度および添加量を表１の記号とすると、（２）〜（４）式によって求められる。
【００１０】
【表１】
【００１１】
〔Ｐｂ〕1 ＝（ａPbＷa ＋ｂPbＷb ＋ｃPbＷc ＋ｄPbＷd ＋ｅPbＷe ＋ｆPbＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（２）
〔Ｚｎ〕1 ＝（ａZnＷa ＋ｂZnＷb ＋ｃZnＷc ＋ｄZnＷd ＋ｅZnＷe ＋ｆZnＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（３）
〔Ｓｎ〕1 ＝（ａSnＷa ＋ｂSnＷb ＋ｃSnＷc ＋ｄSnＷd ＋ｅSnＷe ＋ｆSnＷf ）÷（１０００Ｗm ） ……（４）
ここで、〔Ｐｂ〕1 、〔Ｚｎ〕1 、〔Ｓｎ〕1 はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの添加材料からのピックアップ濃度（ｐｐｍ）を示し、Ｗm は添加材添加後の溶鋼重量（ｔｏｎ）を示す。
【００１２】また、最終精錬開始時の濃度〔Ｍ〕0 は（５）〜（７）式によって求まる。
〔Ｐｂ〕0 ＝〔Ｐｂ〕1 ＋〔Ｐｂ〕D ……（５）
〔Ｚｎ〕0 ＝〔Ｚｎ〕1 ＋〔Ｚｎ〕D ……（６）
〔Ｓｎ〕0 ＝〔Ｓｎ〕1 ＋〔Ｓｎ〕D ……（７）
ここで、〔Ｐｂ〕D 、〔Ｚｎ〕D、 〔Ｓｎ〕D はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの脱炭精錬終了時の濃度（ｐｐｍ）を示す。これらの濃度は脱炭精錬条件より経験的に求められるものであり、一般的には、〔Ｐｂ〕D ≦３ｐｐｍ、〔Ｚｎ〕D ≦１ｐｐｍ、〔Ｓｎ〕D ≦５０〜２００ｐｐｍの範囲にある。
【００１３】一方、最終精錬終了後の目標値〔Ｍ〕t は鋼の母材の性状および後工程より要求される熱間加工性より、鋼種毎に定められる値であり、〔Ｐｂ〕t ＝１〜２０ｐｐｍ、〔Ｚｎ〕t ＝１０〜１５０ｐｐｍ、〔Ｓｎ〕t ＝１００〜５００ｐｐｍの範囲にある。上述の関係より、最終精錬期に要求される除去率（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ）が決定される。
【００１４】次に、最終精錬期のガス吹込み流量ＱG の限定理由について説明する。最終精錬期には溶鋼の酸化を防止するために、一般に、Ａｒ、Ｎ2 等の不活性ガスが吹き込まれる。図２に６０ｔＡＯＤ炉を用いてＡｒガス吹込みにより、ＳＵＳ ３０４ステンレス鋼の最終精錬を行った場合のガス流量と〔Ｐｂ〕の除去率（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）の関係を示す。同様に、図３にはガス流量と〔Ｚｎ〕の除去率（〔Ｚｎ〕t ／〔Ｚｎ〕0 ）の関係、図４にはガス流量と〔Ｓｎ〕の除去率（〔Ｓｎ〕t ／〔Ｓｎ〕0 ）の関係を示す。なお、最終精錬開始時の溶鋼温度は１５９０〜１６１０℃の範囲にあった。
【００１５】３元素とも、若干のばらつきはあるが、吹込みガス流量の増大により、除去率が向上し、かつ除去率は吹込みガス流量に対して、対数的に変化することが確認された。図２〜４の実線で示す除去率が最も悪い条件を定式化すると、（８）〜（１０）式となる。
ＱPb＝−３．０×ｌｎ（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ） ……（８）
ＱZn＝−２．５×ｌｎ（〔Ｚｎ〕t ／〔Ｚｎ〕0 ） ……（９）
ＱSn＝−６０．２×ｌｎ（〔Ｓｎ〕t ／〔Ｓｎ〕0 ） ……（１０）
図５に６０ｔＡＯＤ炉を用いてＡｒガス吹込みにより、ＳＵＳ ３０４ ステンレス鋼の最終精錬を行った場合の最終精錬開始時の溶鋼温度と〔Ｐｂ〕の除去率（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）の関係を示す。なお、ガス吹込み流量の範囲は０．９〜１．１Ｎｍ3 ／Ｔの範囲の値である。溶鋼温度の上昇とともに、除去率が向上する傾向にあり、これを定式化すると、（１１）式のように表される。
【００１６】
（〔Ｐｂ〕t ／〔Ｐｂ〕0 ）＝ｒ（１−Ｔ／１８７３） ……（１１）
ここで、Ｔは最終精錬開始時の溶鋼温度（Ｋ）を示し、ｒは定数である。（１１）式の関係は、Ｚｎ、Ｓｎについても、定数値が変わるだけで、溶鋼温度に対しては同一の関係をもつことが確認された。以上の知見をまとめると、不純物元素Ｍについて、最終精錬終了後の目標値を達成するために必要なガス吹込み流量ＱG （Ｎｍ3 ／溶鋼トン）は下式のようにまとめられる。
【００１７】
ＱG ＝−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αsn＝６０．２（１）式により、最終精錬期に必要なガス流量は容易に求まる。なお、最終精錬期にはクロム酸化物の還元および成分および温度の調整に必要なガス吹込み量があり、（１）式のＱG より、この量が大きい場合には（１）式の規制は必要でない。また、（１）式のＱG はＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎのそれぞれについて求め、それぞれの値よりも大きい値でガスを吹込む必要がある。また、ガス吹込みは必要な流量以上はかえってコスト増を招くために、適度に抑える必要がある。
【００１８】
【作用】図６に溶鋼温度と各種金属元素の純金属状態での蒸気圧の関係を示す。Ｐｂ、Ｚｎ、ＳｎはＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉに比べ蒸気圧が大きく、１４５０〜１７５０℃の溶鋼温度状態では蒸発による除去が進行する。また、蒸発除去速度は蒸気圧の高いＺｎ、Ｐｂ、Ｓｎの順に大きいものと考えられる。
【００１９】この蒸発除去反応は、溶鋼内での蒸発元素の反応界面への移動あるいは蒸発元素の反応界面から気相側への離脱が反応の律速過程と考えられている。この反応を促進させる要因としては、下記が挙げられる。
１）溶鋼温度を上昇させる。
２）雰囲気を減圧あるいは真空状態にする。
【００２０】３）反応界面積を大きくするために、ガス発生速度を大きくする。
含クロム溶鋼の最終精錬期は一般に、大気圧下で行うために、２）の効果を享受することはできない。従って、１）および３）がポイントとなる。従来より、１）および３）効果は定性的に示されていたが、特にクロムを多量に含む含クロム溶鋼の分野については定量的な知見はなかった。本発明では、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの除去率が蒸気圧の高いＺｎ、Ｐｂ、Ｓｎの順に大きいこと、溶鋼温度に比例すること、および吹込みガス流量の増大により対数的に大きくなることを見出し、定式化した。本発明の（１）式からも、溶鋼温度の上昇および吹込みガス流量の増大によって、除去が促進されることがわかる。
【００２１】また、鋼の熱間加工性等より、不純物の含有量は一般的に、鋼種毎に上限が規制されており、規制値を満足するために、（１）式を利用して、吹込みガス流量を決定し、ガス吹込みを行えば、効率的な精錬が可能となる。
【００２２】
【実施例】６０ｔｏｎＡＯＤ炉を用いて、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（８ｍａｓｓ％Ｎｉ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ）を対象として行った実施例について説明する。表２に最終精錬期に添加した材料の種類とＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を示す。表２に示す材料を最終精錬期初期に所定量添加し、Ａｒガス吹込みを行った。なお、最終精錬期の還元および、成分および温度の調整に必要なガス流量は０．７０Ｎｍ3 ／Ｔであり、ガス吹込み速度はいずれも２０００Ｎｍ3 ／Ｈｒ一定で実施した。
【００２３】また、最終精錬期までの吹錬はいずれの場合も同一にして実施したことにより、脱炭終了時点のＰｂは２．０ｐｐｍ、Ｚｎは０．１ｐｐｍ、Ｓｎは１４０ｐｐｍとなった。なお、各実施例も最終精錬終了後の目標値はＰｂ≦３．０ｐｐｍ、Ｚｎ≦２０ｐｐｍ、Ｓｎ≦１５０ｐｐｍの鋼に適用した。表３に最終精錬期に添加した材料の種類と添加量および最終精錬開始時の計算濃度を本発明例と比較例を併せて示す。
【００２４】実施例の結果を表４に示す。表中の精錬コストは No.１の例を１００として換算した値である。また、 No.７の例はＰｂの値が成分外れとなったために、そのままでは製品とならず、コストの算出は不可能であった。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
【発明の効果】本発明によると、含クロム溶鋼の最終精錬期において、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎの規制値外れをなくし、また過剰なガス吹込みを防止することが可能となる。さらに、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎを規制値以下にするためのガス吹込み流量が定量化できるために、最終精錬期に安価な添加材料を使用できるようになり、大幅な精錬コストの低減が可能となる。また、本発明によれば、Ｐｂ、Ｚｎと同レベルの蒸気圧をもつＢｉ、Ｓｂ等の効率的な除去がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用する精錬法の例に関する図で、（ａ）はＡＯＤ法、（ｂ）は上底吹き転炉法、（ｃ）はＶＯＤ法を示す。
【図２】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｐｂ〕の除去率の関係を示す図である。
【図３】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｚｎ〕の除去率の関係を示す図である。
【図４】本発明におけるガス吹込み流量と〔Ｓｎ〕の除去率の関係を示す図である。
【図５】本発明における溶鋼温度と〔Ｐｂ〕の除去率の関係を示す図である。
【図６】不純物元素の純粋状態での蒸気圧と温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 横吹き羽口
２ 上吹きランス
３ 底吹き羽口
４ 溶鋼
５ スラグ
６ 上吹き火点部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 含クロム溶鋼の最終精錬期において、溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を目標値以下に低下させるために、最終精錬期に添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、下記（１）式を満足する流量ＱG でガス吹込みを行うことを特徴とする含クロム溶鋼の不純物除去方法。
ＱG ≧−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
ＱG ；最終精錬期のガス吹込み流量（Ｎｍ3 ／溶鋼トン）
αM ；不純物元素Ｍ毎に定まる定数 αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αSn＝６０．２ Ｔ ；最終精錬開始時の溶鋼温度〔Ｋ〕
〔Ｍ〕；不純物元素Ｍの濃度（ｐｐｍ）
添字のｔは精錬終了後の目標値、０は最終精錬開始時の計算濃度を 示す。
【請求項１】 含クロム溶鋼の最終精錬期において、溶鋼中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの不純物濃度を目標値以下に低下させるために、最終精錬期に添加する材料からのＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎの戻りを考慮して、下記（１）式を満足する流量ＱG でガス吹込みを行うことを特徴とする含クロム溶鋼の不純物除去方法。
ＱG ≧−αM １０1-T/1873・ｌｎ（〔Ｍ〕t ／〔Ｍ〕0 ） ……（１）
ＱG ；最終精錬期のガス吹込み流量（Ｎｍ3 ／溶鋼トン）
αM ；不純物元素Ｍ毎に定まる定数 αPb＝３．０、 αZn＝２．５、 αSn＝６０．２ Ｔ ；最終精錬開始時の溶鋼温度〔Ｋ〕
〔Ｍ〕；不純物元素Ｍの濃度（ｐｐｍ）
添字のｔは精錬終了後の目標値、０は最終精錬開始時の計算濃度を 示す。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】特許第３１４３７６４号（Ｐ３１４３７６４）
【登録日】平成１３年１月５日（２００１．１．５）
【発行日】平成１３年３月７日（２００１．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３４４８６６
【出願日】平成４年１２月２４日（１９９２．１２．２４）
【公開番号】特開平６−１９２７２０
【公開日】平成６年７月１２日（１９９４．７．１２）
【審査請求日】平成１０年４月２４日（１９９８．４．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【参考文献】
【文献】特開 昭６４−１７８１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５５−１２５２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５６−１２７７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６０−６７６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−８０２１８（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１３年１月５日（２００１．１．５）
【発行日】平成１３年３月７日（２００１．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成４年１２月２４日（１９９２．１２．２４）
【公開番号】特開平６−１９２７２０
【公開日】平成６年７月１２日（１９９４．７．１２）
【審査請求日】平成１０年４月２４日（１９９８．４．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【参考文献】
【文献】特開 昭６４−１７８１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５５−１２５２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５６−１２７７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６０−６７６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−８０２１８（ＪＰ，Ａ）
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