含クロム溶鋼の製造方法
【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。
【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。
【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
【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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−163377(P2008−163377A)
【公開日】平成20年7月17日(2008.7.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−352507(P2006−352507)
【出願日】平成18年12月27日(2006.12.27)
【出願人】(000003713)大同特殊鋼株式会社 (916)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年7月17日(2008.7.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年12月27日(2006.12.27)
【出願人】(000003713)大同特殊鋼株式会社 (916)
【Fターム(参考)】
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