【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】含クロム溶鋼の脱炭精錬法において、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化を抑え、効率よく脱炭を行う含クロム溶鋼の脱炭精錬法に関する。
【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の浴面下および浴面上より酸素ガスまたは酸素ガス（以下、単に酸素という）と不活性ガスの混合ガスを吹込む複合吹錬法において、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化を抑え、効率よく脱炭を行う方法として、例えば、特開昭５５−１５８２１３号には、浴面下に酸素および不活性ガスを吹き込んで脱炭を行うと同時に該酸素量の少なくとも、０．２倍に相当する量の酸素ガスを浴面上より供給し、浴面上より供給した酸素による二次燃焼反応熱によって、脱炭の促進をはかる方法が記載されている。
【０００３】また、特開昭５９−１６６６１７号には、上吹き酸素、底吹き酸素または不活性ガスを用いる複合吹錬法で含クロム溶鋼を脱炭するに際し、鋼中［Ｃ］濃度に応じて、ランス高さおよび上吹き酸素量を抑制することによって、浴面から発生するスプラッシュを抑え、また、上吹き酸素による二次燃焼反応熱によって、脱炭の促進をはかる方法が記載されている。
【０００４】一般に、複合吹錬による含クロム溶鋼の脱炭は、浴面下により供給される酸素による脱炭と浴面上より供給される酸素による脱炭に分けて考えられるが、前記従来術は、いずれも浴面上より供給される酸素による脱炭を改善した技術であって、浴面下および浴面上の双方より供給される酸素による脱炭の関係については着目されてない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】含クロム溶鋼の脱炭精錬法において、底吹き条件およびを上吹き条件を好適な範囲に維持することにより、溶鋼中［Ｃｒ］の酸化を抑え、効率よく脱炭を行い、併せて、還元用Ｓｉ原単位の低減、精錬時間の短縮をはかるものである。
【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、その要旨は炭素を０．３ｗｔ％以上含有する含クロム溶鋼の浴面下および浴面上より酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを吹込む脱炭精錬法において、浴面下および浴面上より吹込むガスを下記の■式、■式および■式を満足する条件下で、吹込むことを特徴とする含クロム溶鋼の脱炭精錬法である。
【０００７】
【数２】


【０００８】以上本発明について詳細に説明する。
【０００９】本発明の含クロム溶鋼の脱炭精錬法は図１に例示するように複合吹錬による脱炭精錬法であり、（ａ）は静止浴状態、（ｂ）はガス吹込み状態を示し、図中の１は上吹きランス、２は底吹き羽口、３は溶鋼、４はスラグを示し、上吹きランス１および底吹き羽口から酸素または酸素と不活性ガスとの混合ガスを吹込む。図中５は火点部を示す。
【００１０】本発明は、含クロム溶鋼の複合吹錬において、浴面下から一定流量以上の酸素または混合ガスを吹込むことによって、溶鋼を積極的に攪拌し、浴面の流動を活発にする。一方、浴面上より吹込んだ酸素によって、浴面上に高温域を形成させ、浴面において、前記の活発な流動作用と高温作用とによって、脱炭が極めて効率的に進行することに着目したものである。
【００１１】まず、底吹き条件としては■式を満足する必要がある。図２は底吹きのみの吹錬において、底吹きガス流量と脱炭酸素効率の関係を示す。なお、脱炭酸素効率は底吹き酸素のうち脱炭に使用された酸素の割合を示す。また、吹錬前の［Ｓｉ］濃度は０．１ｗｔ％以下の値であった。図２より底吹きガス流量が０．４Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ以上で脱炭酸素効率が高位に安定する。底吹きガス流量が０．４Ｎｍ³ ｍｉｎ・Ｔよりも少ない場合、鋼浴の攪拌力が小さくなり、供給された酸素が［Ｃ］と反応するための反応界面積が小さくなり、供給された酸素は［Ｃｒ］酸化に使用されスラグ中に（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）として移行することになる。従って、底吹きガス流量は■式を満足する必要がある。
【００１２】
【数３】


【００１３】なお、脱炭速度比率は底吹き酸素量１．０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔで、上吹き酸素量の比率が０の場合の平均脱炭速度を１００として指数化したものである。また底吹きガス流量は１．０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔで、上吹きガスによる浴面の凹み率Ｌ／Ｌ₀ は０．１の場合の値である。図３より横軸の値が０．２０以上で０．６５以下の場合に縦軸の値が高位に安定する。これは上吹き酸素量比率が小さい場合、上吹き酸素は底吹き酸素による脱炭反応で生じたＣＯガスと反応してＣＯ₂ガスを生成する二次燃焼反応に殆どが使用され、脱炭反応に有効に使用されない。また、上吹き酸素量比率が大きい場合、上吹き火点部に供給される酸素量が過剰になり過ぎ、供給された酸素が高酸素濃度の溶鋼を生成する以外に［Ｃｒ］の酸化にも使用され、スラグ中の（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度の上昇に働くことによる。従って、上吹き酸素量の比率は■式を満足する必要がある。
【００１４】図４は上吹きガスによる浴面の凹み率［Ｌ／Ｌ₀ ］と脱炭酸素効率の関係を示す。なお、脱炭酸素効率は上吹き酸素のうち脱炭に使用された酸素の割合を示す。なお、吹錬前の溶鋼中［Ｓｉ］濃度は０．１ｗｔ％以下であり、上吹きガスによる浴面の凹み率は図１に基づいて説明される。
【００１５】図１（ａ）の静止浴状態での鋼浴深さＬ₀ の溶鋼３に上吹きおよび底吹きのガスを供給することで、（ｂ）の状態になる。ここで、上吹きガスによる浴面の凹み深さＬは■式、■式によって導かれる。
【００１６】
【数４】


【００１７】つまり、上吹きランス・ギャップｈを小さくし、吹込むガスの流速を大きくとることによって、浴面の凹み深さＬが大きくなり、Ｌ／Ｌ₀ も大きくなることになる。
【００１８】図４よりＬ／Ｌ₀ が０．０４以上で０．４以下の範囲で縦軸の値が高位安定する。これは、Ｌ／Ｌ₀ が小さい場合、上吹きより供給される酸素の中で鋼浴表面まで到達する酸素の比率が小さく、該酸素は気相中で二次燃焼反応に使用され、脱炭反応に有効に使用されない。、また、Ｌ／Ｌ₀ が大きい場合、上吹きより供給される酸素の殆どが鋼浴表面まで到達するが、局部的に集中して酸素が供給されるために、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化に使用されるために、脱炭反応に有効に使用されない。また、Ｌ／Ｌ₀ が大き過ぎると、溶鋼のスプラッシュ量が大きくなり、安定な操業が行えない問題点がある。従って、Ｌ／Ｌ₀ の値は■式を満足する必要がある。
【００１９】図５に底吹き酸素量０．６Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ、底吹き不活性ガス流量０．２Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔ、上吹き酸素量０．４Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔの条件下における溶鋼中［Ｃ］濃度と脱炭酸素効率の関係を示す。なお、脱炭酸素効率は上吹きおよび底吹きによって供給した酸素の脱炭に使用された割合を示す。図５より、炭素濃度０．３ｗｔ％以上では脱炭酸素効率は高位に安定するが、炭素濃度０．３ｗｔ％未満では急激に低下する。つまり、溶鋼中［Ｃｒ］の酸化が進行し、スラグ中の（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）の量および濃度が急激に上昇する。このような状態では、酸素ガスの供給条件を変えても脱炭反応に対して、十分な効果が得られない。
【００２０】以上より、炭素濃度が０．３ｗｔ％以上の含クロム溶鋼の複合吹錬法による脱炭精錬において、溶鋼中の［Ｃｒ］の酸化を抑え、効率よく脱炭を行うには、先に示した■式、■式および■式を満足する条件下で行う必要がある。操業においては溶鋼温度との対応で条件を設定する必要があるが、粗溶鋼の装入時に溶鋼組成および溶鋼温度を把握し、これを基に、上吹き条件および底吹きの条件を決定して、精錬を行う。Ｌ／Ｌ₀ の調整は基本的には上吹きランス・ギャップの調整により操業する。なお、目標温度より溶鋼温度が低い場合には上吹き酸素量を多めにして操業することにより、調整が可能である。
【００２１】
【作用】含クロム溶鋼のい脱炭精錬では、下記■式で示される脱炭反応と同時に■式で示される溶鋼中［Ｃｒ］の酸化反応も進行する。
【００２２】
［Ｃ］＋１／２ Ｏ₂ ────→ＣＯ（ｇ） ………………■ ２［Ｃｒ］＋３／２ Ｏ₂ ──→（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ） …………■また、上吹きにより酸素を吹き込む場合には、上記の反応以外に■式で示される二次燃焼反応が進行する。
【００２３】
ＣＯ＋１／２ Ｏ₂ （ｇ）──→ＣＯ₂ （ｇ）……………■この二次燃焼反応は発熱反応であり、適度に制御することにより、上吹き酸素の火点部５の温度が上昇し、脱炭反応を有利に進めることが可能である。しかし、過剰な二次燃焼反応の進行は上吹きにより供給される酸素が脱炭反応に使用されなくなって、不利となる。従って、■式および■式で示した条件によって、二次燃焼反応を制御することによって、脱炭反応を効率よく進めることが、可能である。
【００２４】脱炭反応は［Ｃ］濃度によって律速過程が変化する。低［Ｃ］濃度側では律速過程は［Ｃ］の移動であり、鋼浴の攪拌を強化することによって［Ｃ］の移動が促進されて、脱炭速度が増大する。この状態で、上吹きガスを制御しても、脱炭速度の向上にはつながらない。
【００２５】一方、高［Ｃ］濃度では鋼浴への酸素の供給が律速過程であり、鋼浴への酸素の供給条件を好適な範囲に維持することで脱炭速度が向上する。しかし、このような領域においても、攪拌力が弱過ぎると反応界面積が小さくなり、脱炭反応が［Ｃｒ］の酸化に優先して進行しない。このために、一定の攪拌力が必要となり、■式の関係が導出される。
【００２６】
【実施例】ＳＵＳ３０４スレンレス鋼（８ｗｔ％Ｎｉ−１８ｗｔ％Ｃｒ）６０ｔｏｎ処理において、図１（ｂ）に示す実施態様で図６に示す酸素ガスとＡｒガスの供給パターンで実施した。なお、脱炭開始時の［Ｃ］濃度は１．５ｗｔ％とし、また、［Ｃ］濃度０．２ｗｔ％以下では上吹きを中止し、底吹きのみでの精錬を行った。
【００２７】表１に脱炭の精錬条件の実施例を示す。
【００２８】なお、本発明の実施例は先に示した■式、■式および■式を満足するように精錬を実施した。比較例のＮｏ．６およびＮｏ．８は従来法として一般に実施されている方法と認められる特開昭５５−１５２１３号の方法に従った。また、比較例のＮｏ．７は底吹きガス流量およびＬ／Ｌ₀ が本発明条件外の例、Ｎｏ．９は上吹き酸素量比率が本発明外の例、Ｎｏ．１０は底吹きガス流量、Ｌ／Ｌ₀ および上吹き酸素量比率が本発明外の例である。
【００２９】
【表１】


【００３０】
【表２】


【００３１】実施結果を表２に示す。表中の平均脱炭酸素効率は［Ｃ］≧０．３ｗｔ％での値、脱炭速度指数はＮｏ．６の例を１００とし、かつ供給酸素ガス流量で比例換算した値、また、還元用Ｓｉ原単位および精練時間はＮｏ．６の例を１００として換算した値である。
【００３２】
【発明の効果】本発明法によると、含クロム溶鋼の脱炭精錬において、脱炭酸素効率が向上し、かつ同一供給酸素ガス量での脱炭速度の向上がはかられる。また、還元用Ｓｉ原単位が低減すると共に、精錬時間が短縮される。これにより、精錬コストの大幅な低減ができると共に、生産性の向上がはかられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様例の説明図で、（ａ）は静止浴状態、（ｂ）はガス吹込み状態を示す図。
【図２】本発明法における底吹きガス流量の限定理由を示す図。
【図３】本発明法における上吹き酸素量比率の限定理由を示す図。
【図４】本発明法における上吹きによるＬ／Ｌ₀ の限定理由を示す図。
【図５】本発明法における炭素濃度の限定理由を示す図。
【図６】実施例におけるガス供給パターンの例を示す図。
【符号の説明】
１…上吹きランス ２…底吹き羽口
３…溶鋼 ４…スラグ
５…火点部

【特許請求の範囲】
【請求項１】 炭素を０．３ｗｔ％以上含有する含クロム溶鋼の浴面下および浴面上より酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを吹込む脱炭精錬法において、浴面下および浴面上より吹込むガスを下記の■式、■式および■式を満足する条件下で、吹込むことを特徴とする含クロム溶鋼の脱炭精錬法。
【数１】

【図６】


【図１】


【図２】


【図３】


【図４】


【図５】

【特許番号】第２５１５０５９号
【登録日】平成８年（１９９６）４月３０日
【発行日】平成８年（１９９６）７月１０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１５６９２８
【出願日】平成３年（１９９１）６月２７日
【公開番号】特開平５−９５４７
【公開日】平成５年（１９９３）１月１９日
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【参考文献】
【文献】特開昭６０−２３０９３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０−１９４００７（ＪＰ，Ａ）