JP4357082B2 - 含クロム溶鋼の脱炭精錬方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含クロム溶鋼の脱炭精錬において、脱炭の進行状態を的確に把握し、進行状態に応じた精錬を行うことで、クロムの酸化損失を少なくして、精錬コストの低減を図る含クロム溶鋼の精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼のような11mass％以上のクロムを含む含クロム溶鋼の脱炭精錬法としては、脱炭中期以降（例えば、[ Ｃ] 濃度0.7mass ％以下）において、酸素ガス（以下、単に「酸素」という）と共に希釈ガスを吹込んで、雰囲気中のCOガス分圧ＰCOを下げる希釈脱炭法、および、取鍋に出鋼し取鍋内を減圧して処理を行う真空脱炭法が広く用いられている。前者は、一般に、ＡＯＤ法および上底吹き転炉法と呼ばれ、後者は、ＶＯＤ法と呼ばれている。
【０００３】
これらの方法は、いずれも溶鋼中[Cr]の酸化損失を抑えながら効率的に脱炭を進行させようとするものである。しかしながら、これまでの方法では、[ Ｃ] 濃度が低下するにつれて[Cr]の酸化が避けられず、[Cr]の酸化量が増大していた。
【０００４】
従来、溶鋼中[Cr]の酸化損失を抑えるために、例えば、ＶＯＤ法では、特開昭５５−８９４１７号公報や特開昭５５−１５２１１８号公報に示されているように、脱炭の進行に応じた酸素供給量の調整や真空度の調整（100Torr 以下）を行っている。
【０００５】
また、ＡＯＤ法では、[ Ｃ] 濃度の低下に応じて希釈ガス比率を上げる方法や、あるいは、特開平３−６８７１３号公報および特開平４−２５４５０９号公報に示されているように脱炭途中より真空精錬を付与する方法を行っている。
【０００６】
[Cr]の酸化損失を抑えるためには、前記の方法の他に溶鋼温度や溶鋼中[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操作が必要であるが、前記方法では、いずれも溶鋼温度の測定は間欠的に行うか、あるいは、測定を行っておらず、また、溶鋼中[ Ｃ] 濃度も連続的に把握されていないために、溶鋼温度および[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操作が行われておらず、[Cr]の酸化は十分に抑えられていなかった。
【０００７】
前記溶鋼中[ Ｃ] 濃度（mass％、以後[ ％Ｃ] と記す。）と溶鋼中[Cr]濃度（mass％、以後[ ％Cr] と記す。）と雰囲気中COガス分圧ＰCO（atm ）および溶鋼温度Ｔ（℃）との間には、熱力学平衡的には、下記(4) 式に示す関係が知られている。
log([ ％Cr] ・ ＰCO／[ ％Ｃ] ＝−13800 ／( Ｔ＋273.15) ＋8.76 …(4)
【０００８】
平衡状態で考えた場合には、精錬中の[ ％Cr] と[ ％Ｃ] およびＰCOにより、上記(4) 式で計算される溶鋼温度よりも、実際の溶鋼温度が低ければ[Cr]の優先酸化領域となるために、脱炭よりも先行して[Cr]の酸化損失が生じる。
【０００９】
上記(4) 式より、例えば、ＰCOを0.1atm以下とするか、Ｔを1800℃以上とするような、極端にＰCOを下げるか、あるいは、Ｔを上げれば、平衡論的には[Cr]の酸化は抑えられる。
【００１０】
しかしながら、極端にＰCOを下げることは高価な希釈ガスを多量に使用することになって、精錬コストの上昇を招き、また、極端に溶鋼温度を上げることは、高温状態で長時間の精錬を行うことになり、耐火物溶損が非常に大きくなる。
【００１１】
例えば、溶鋼温度に関する精錬方法として、特開昭６１−３８１５号公報には、高クロム含有鋼を製造する方法において、鋼浴中[ Ｃ] 濃度が２mass％以下で、溶鋼温度を1660〜1800℃以内に保ちながら、下記(5) 式で定義されるＢＯＣ値を３０以下に制御して吹錬することにより、[Cr]の酸化を抑制する方法が示されている。
ＢＯＣ＝ＱO2／（Ｗ／τ）×〔％Ｃ〕 …(5)
ここで、ＱO2はランスおよびノズルから供給される酸素ガス流量（Nm3/min ）、Ｗは溶鋼量（ton ）、τは均一混合時間（sec ）を示す。
【００１２】
しかし、この方法でも、特に[ Ｃ] 濃度が低い領域では[Cr]の酸化抑制には不十分であり、かつ、1660〜1800℃の高温状態に長時間保持する必要があるため、耐火物溶損が非常に大きいという問題がある。
【００１３】
溶鋼温度に応じた精錬操作を行うには、溶鋼温度を連続的に把握することが必要である。これまで、溶鋼温度を連続的に測定する手段としては、特開昭６３−２０３７１６号公報に開示された方法がある。この方法は、転炉等の反応容器の底部、側壁あるいは上部等から光ファイバーを溶鋼中に浸漬し、光ファイバーと接続する放射温度計により溶鋼温度を測定するものであり、この測定値により、冷却材等を使用して溶鋼温度を制御することが示されている。
【００１４】
しかし、この方法は消耗型の光ファイバーを使用するために、安定して連続に溶鋼温度を測定することは難しく、かつコスト的にも高価となる。また、含クロム溶鋼の[Cr]の酸化損失を抑える方法および耐火物の溶損を抑える方法についての記載は一切なく、指針を与えるものではない。
【００１５】
これまでの含クロム溶鋼の精錬では、通常は溶鋼温度を連続的に測定することは容易でないために、[Cr]の酸化を抑制するために、ＰCOの制御を行うための吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および、溶鋼温度を制御するための合金の添加量、スクラップ等の冷却材の添加量、CaO 等の副原料の添加量等の操業操作要因を適正に制御することができなかった。
【００１６】
したがって、[Cr]の酸化損失を抑制するために、例えば、必要以上の高温状態で吹錬を実施し耐火物の損耗を招いてしまうことや、必要以上に吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガスの比率を低下させてしまい、生産性の低下や精錬コストの増大を招いてしまうことや、合金、冷却材、副原料の添加が遅れてしまい、生産性の低下および耐火物の溶損を招いてしまうといった問題点を生じていた。
【００１７】
上述の問題を解決する手段として、本発明者らは、特開平１１−１２４６１８号公報による精錬方法を提案した。この方法は、含クロム溶鋼の温度を連続的に測定し、測定した溶鋼温度に応じて、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガスの比率、合金の添加量、冷却材の添加量、副原料の添加量を制御して、[Cr]の酸化損失を少なくし、かつ精錬炉の耐火物の溶損を軽減する方法である。
【００１８】
その後の研究により、本発明者らは、この方法では吹錬中の脱炭酸素効率の推移や、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が正確に把握されていないために、操業の制御操作が不十分であり、[Cr]の酸化損失が未だ大きく、生産性が十分に向上していないことを確認した。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、含クロム溶鋼の精錬において、従来開示されている技術では、[Cr]の酸化損失の抑制が十分でなく、かつ耐火物の溶損が大きいという問題点や、これらを解決するための処置をとれば生産性の低下を招くという問題点を解決するものであり、連続的に測定した溶鋼温度を用いて脱炭酸素効率を連続的に求め、該脱炭酸素効率から溶鋼中[ Ｃ] 濃度を推定すると共に、溶鋼温度および[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操業操作を行うことで、[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物の溶損を低減できる含クロム溶鋼の精錬方法を提供することを目的としたものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、含クロム溶鋼の精錬において、[ Ｃ] 濃度に応じたＰCOの制御が最も重要であることを見い出し、[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物の溶損を低減できる含クロム溶鋼の精錬を可能にした。
【００２１】
本発明による含クロム溶鋼の精錬方法の要旨は、以下のとおりである。
(1)含クロム溶鋼に酸素ガスと不活性ガスを吹き込んで脱炭精錬を行う方法において、脱炭開始時から該溶鋼の温度を連続的に測定し、測定した溶鋼温度に基づいて、下記(1)式で定義される脱炭酸素効率ηを、下記(2)式および(3)式により連続的に求め、該脱炭酸素効率ηに基づいて溶鋼中［Ｃ］濃度を推定し、溶鋼温度および該溶鋼中［Ｃ］濃度に応じて精錬を行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
η＝ＱC／((１−Ｒ)・ＱT) …(1)
η＝α・ΔＴ＋β …(2)
ΔＴ＝(Ｔ＋273.15)−(−13800／(−8.76＋log([%Ｃ]ＰCO/[%Cr]))) …(3)
ここで、ＱCは測温区間で脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3)、ＱTは測温区間で吹き込んだ全酸素ガス量(Nm3)、Ｒは二次燃焼率(−)、ΔＴは実績温度とHiltyの平衡温度との差（℃）、Ｔは測温された溶鋼温度(℃)、[%C]は測温前の溶鋼中[C]濃度(mass％)、ＰCOは雰囲気中のCOガスの分圧(atm)、[%Cr]は測温前の溶鋼中[Cr]濃度(mass％)、αとβは精錬炉および[Ｃ]濃度範囲によって決まる定数である。
【００２２】
(2)前(1)の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記(3)式で定義されるΔＴが３０℃以上となるように、ＰCOを制御することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【００２３】
(3)前（2）の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.2mass％以上の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
(4)前（2）の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.5mass％以下の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および／または、雰囲気圧力の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細な内容について説明する。
図１に、本発明の実施態様例の模式図を示す。ＡＯＤ炉１に溶鋼３が装入されており、溶鋼３上にはクロム酸化物を含むスラグ２が存在する。そこに、原料ホッパー８から切り出し装置９、投入シュート１０を経て、合金、冷却材および副原料が添加される。合金としては、フェロクロム（Fe−Cr）、フェロニッケル（Fe−Ni）、フェロシリコン（Fe−Si）、アルミ合金等が含まれ、冷却材には種々の形状および銘柄のスクラップ、副原料にはCaO 、CaF2、MgO 、SiO2等が含まれており、精錬する鋼種により種々選択することが可能である。
【００２５】
ＡＯＤ炉１の内側には上吹きランス４、側壁には底吹き羽口５が設置され、上吹きランス４および底吹き羽口５から、酸素と不活性ガスが吹き込まれる。ＡＯＤ炉１の炉底には測温用羽口１４が設置され、測温用羽口１４に接続されたパージガス供給ライン１５の中には輝度によって溶鋼温度を測定するイメージファイバー１６が挿入されている。パージガスには通常はArガスを用いるが、窒素ガス、COガス等の非酸化性ガスであっても構わない。また、測温用羽口１４には、その先端が閉塞した場合に、開口するために、酸素、空気、CO2 ガス等の酸化性ガスを供給することも可能である。
【００２６】
イメージファイバー１６で得られた情報は測温処理装置１７において、画像処理と信号処理がなされ、輝度から温度に変換され、溶鋼温度情報として出力される。制御演算装置１９では、この溶鋼温度に、装入した溶鋼３および切り出し装置９からの溶鋼量の情報と、上吹きガスライン６および底吹きガスライン７からの吹込みガス種および量の情報とを合わせ、前記(1) 式により脱炭酸素効率ηが計算される。また、装入した溶鋼の組成、投入した合金、スクラップ等の組成の情報を入れて、[ Ｃ] 濃度および[Cr]濃度が計算される。
【００２７】
さらに、制御演算装置１９では、これらの溶鋼温度、[ Ｃ] 濃度、[Cr]濃度の情報により、[Cr]の酸化損失および耐火物の溶損を抑制するための操業条件の計算を行い、制御指示を、上吹きガスライン６に設けた上吹きガス制御装置１２と底吹きガスライン７に設けた底吹きガス制御装置１３および排ガス設備１１に設けた排ガス系制御装置１８に伝達して操業条件を制御し、脱炭酸素効率に応じた精錬操作を行う。なお、排ガス系の制御では排ガス設備内の後段にある真空排気装置を稼働させ、ＡＯＤ炉１の炉内雰囲気圧力を１atm 以下の圧力に制御するような制御操作を行う。
【００２８】
このような方法で、酸素と不活性ガスの吹込みよる含クロム溶鋼の脱炭精錬を実施すると、脱炭酸素効率および[ Ｃ] 濃度、[Cr]濃度を連続的に推定できるため、得られた情報に応じて、ＰCOを制御するための吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率および雰囲気圧力を制御し、また、必要に応じて制御指示を切り出し装置９に伝達して添加原料の制御を行うことが可能になる。
【００２９】
この制御により、溶鋼温度を冶金特性上の必要な温度以上の高温状態として、耐火物の溶損を招くことや、必要以上に吹込みガスの酸素の比率を低下させること、又は、合金、冷却材、副原料の添加時期を遅らせることで処理時間が延長し、生産性を低下させるというような問題点が解決され、効率的な含クロム溶鋼の精錬が可能となる。
【００３０】
ここで、酸素と不活性ガスの吹込みガスによる脱炭精錬を含クロム溶鋼の精錬に限定したのは以下の理由による。
含クロム溶鋼の脱炭精錬では、大気圧下で酸素のみを用いて脱炭する場合および減圧下で酸素のみを用いて脱炭する場合もあるが、この場合には溶鋼温度の情報が得られても、これに応じて脱炭精錬を制御する手段に乏しく、かつ、いずれの場合も1700℃以上の高温下で脱炭を行う場合が主体であるために、[Cr]の酸化損失の変動する率が小さく、精錬制御の効果代は小さい。
【００３１】
一方、酸素と不活性ガスによる脱炭精錬では、一般に、精錬炉への装入直後の溶鋼温度は1400〜1600℃レベルであるが、その後の精錬中に1650℃以上となる。溶鋼温度が1650℃以上になると、吹込み酸素の脱炭に使用される割合（以後、「脱炭酸素効率η」と記す。）が大きくなると共に、溶鋼温度、[ Ｃ] 濃度および吹込みガスの酸素ガス比率に依存して変化し、[Cr]の酸化損失量が変動する。そのために、連続的に測定された溶鋼温度により、ηを求め、ηの値に応じてＰCOの制御を行う精錬制御は、[Cr]の酸化損失の抑制および耐火物溶損の抑制等に効果的な手段となる。
【００３２】
次に、脱炭酸素効率ηの算出方法について説明する。
ηは一般に下記(1) 式で表され、吹込んだ全酸素の中で、脱炭に使用された酸素の割合であり、残りの酸素は二次燃焼および溶鋼中[Cr]の酸化に使用されたことになる。
η＝ＱC ／((１−Ｒ) ・ＱT ) …(1)
ここで、ＱC は脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3) 、ＱT は吹き込んだ全酸素ガス量(Nm3) 、Ｒは二次燃焼率( −) を示す。
【００３３】
二次燃焼率Ｒは上吹きランスからの酸素の供給条件によって決まる値であり、供給条件が一定であれば、ほぼ一定値を示し、定数として位置づけられ、一般的には、0.05〜0.20の範囲にある。
【００３４】
精錬炉での精錬開始時より逐次、ηが求まれば、吹込んだ酸素量ＱT および二次燃焼率Ｒは既知であることから、脱炭に使用された酸素ガス量ＱC が求まり、脱炭されたＣ量が求まる。精錬炉に装入した時点の溶鋼量および組成、精錬中に添加した合金やスクラップ等の量および組成がわかれば、脱炭されたＣ量を差し引いて容易に溶鋼中[ Ｃ] 濃度が求められることになる。また、脱炭および二次燃焼に使用された以外の酸素が全て溶鋼中[Cr]の酸化に使用されたと仮定すると、溶鋼中[Cr]濃度を求めることができる。
【００３５】
次に、前記(2) および(3) 式に示す溶鋼温度測定値に基づく脱炭酸素効率ηの算出方法について説明する。
図２は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（18mass％−8mass ％Ni）を従来の方法で１〜３min おきに溶鋼の測温およびサンプリングを行いながら、ＡＯＤ炉で脱炭精錬を行った場合のΔＴと脱炭酸素効率ηの関係を示す。なお、図中のデータは全て[ Ｃ] 濃度が0.2mass ％以上のデータであり、また、図中の白丸印は容量が60ton 、黒丸印は90ton のＡＯＤ炉に係るデータであり、ΔＴは、測温、溶鋼温度とサンプリングによる溶鋼組成を用いて、下記(3) 式より求めた値である。
ΔＴ＝( Ｔ＋273.15) −( −13800 ／( −8.76＋log([%Ｃ] ＰCO/[%Cr]))) …(3)
ここで、Ｔは測温された溶鋼温度( ℃) 、[%C]は測温前の溶鋼中[C] 濃度(mass ％) 、ＰCOは雰囲気中のCOガスの分圧(atm) 、[%Cr] は測温前の溶鋼中[Cr]濃度(mass ％) である。
【００３６】
なお、ＰCOは下記(6) 式より、求められる値である。
ＰCO＝Ｐ×２ＱC ／（２ＱC ＋Ｑd ） …(6)
ここで、Ｐは精錬炉内の雰囲気圧力(atm) 、ＱC は、前記(1) 式と同様に脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3) 、Ｑd は吹込んだ希釈ガス量(Nm3) を示す。なお、Ｐは大気精錬時は１atm であり、減圧機能を持つ精錬炉では１atm 以下の値となる。
【００３７】
図２より、白丸印と黒丸印で若干、値は異なるが、両者ともΔＴが30℃以上でΔＴとηの間には良好な直線関係が得られる。ΔＴとηとの関係が下記(2) 式にて表されることが確認された。
η＝α・ΔＴ＋β …(2)
ここで、αおよびβは精錬炉によって求まる定数を示す。
【００３８】
図３には、図２と同様にして、[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以下の範囲で求めたΔＴとηの関係を示す。図２に示すΔＴとその関係に比べ、同一のΔＴでηの値が小さくなっているが、ΔＴが30℃以上において、ΔＴとηの間に良好な直線関係が得られ、上記(2) 式の関係が成り立つことが確認された。
【００３９】
図２および図３より、上記(2) 式の関係が成り立ち、定数であるαとβを精錬炉および[ Ｃ] 濃度範囲毎で求めれば、ηを精度よく求めることができる。ηが求まれば、〔００３４〕で説明したように、溶鋼中[ Ｃ] および[Cr]濃度も求めることができる。なお、図２と図３では、[ Ｃ] 濃度のしきい値を0.2mass ％として、ΔＴとηの関係を求めたが、[ Ｃ] 濃度をさらに、細かく限定した範囲で両者の関係を求めれば、ηの精度が向上する。
【００４０】
図２および図３より、ΔＴが30℃未満ではΔＴとηとの直線関係が崩れ、ηが極端に小さくなる傾向、つまり、[Cr]の酸化が進行し易くなることを示している。これは、ΔＴが０以下では前記(4) 式での[Cr]酸化優先域となり、ΔＴが30℃未満と小さい値では、徐々に[Cr]酸化が優先されるためと考えられる。
【００４１】
これより、含クロム溶鋼の脱炭精錬では、ΔＴを30℃以上に制御することで、効率的な脱炭が可能になる。ΔＴを制御するための操作要因には、前記(3) 式より、Ｔ、[%Ｃ] 、ＰCO、[%Cr] が挙げられる。この中、[%Ｃ] および[%Cr] は目標とする成分範囲の制限があるために、有効な操作とならない。次に、Ｔの制御は、Si、Alのような酸化発熱の大きな元素を含む合金の添加、あるいは、冷却材の添加により可能ではあるが、これらの添加は、溶鋼量および溶鋼組成の変化を招き、ηの推定の誤差を大きくするため、十分な効果が得られないことが確認された。したがって、ΔＴの制御にはＰCOの制御が最も有効な手段である。
【００４２】
次に、ＰCOの制御であるが、前記(6) 式よりＰCOの制御には雰囲気圧力Ｐの制御および吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御の２つの方法がある。一般に、含クロム溶鋼の脱炭反応は、[ Ｃ] 濃度0.5mass ％以上では酸素供給律速、0.2mass ％以下では溶鋼中[ Ｃ] の移動律速といわれ、0.2 〜0.5mass ％の範囲では、酸素供給と[ Ｃ] の移動の混合律速といわれている。
【００４３】
一方、精錬炉では、スプラッシュあるいはボイリング等の制約により、雰囲気圧力毎で、吹込む全ガス量に上限が存在し、雰囲気圧力が小さいほど吹込めるガス量が低下する。酸素供給律速域では酸素ガス量を稼ぐことが有効であり、雰囲気圧力の制御を行うことは不利である。
【００４４】
したがって、ＰCOの制御は、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が0.2mass ％以上の領域では吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御によって行うことが有効な手段となり、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が0.5mass ％以下の領域では、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および／または、雰囲気圧力の制御によって行うことが有効な手段となる。
【００４５】
【実施例】
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（18mass％Cr−8mass ％Ni）の精錬を、図１に示す６０ｔＡＯＤ炉にて実施した。電気炉にて溶解した粗溶鋼（[ Ｃ] ＝約2.0mass ％，[Si]＝0.3mass ％，[Ni]＝7.5mass ％，[Cr]＝19mass％，温度＝約1450℃）55ton の真空精錬機能を持つＡＯＤ炉に装入した後、上底吹きにより吹錬を開始した。
【００４６】
ＡＯＤ炉は上底吹きが可能な複合吹錬タイプのもので、上吹きは22mmφ×２孔のランスを用い、最大4000Nm3/Hrの酸素を供給した。底吹きは炉の側壁に設けた５本の２重管羽口（内管内径15mmφ、外管外径20mmφ）より最大5000Nm3/Hrの酸素、ArガスとN2ガスの不活性ガスを供給した。脱炭反応の進行にともなう〔Ｃ〕濃度の低下に伴って、上吹きは酸素ガス供給速度を低下させ、底吹きは吹込みガスの酸素ガス比率を低下させた。
【００４７】
炉底に設けた二重管羽口の内管内径10mmφのArガス吹込み孔にイメージファイバーを挿入し輝度イメージを得た。得られた輝度イメージはArガス気泡を介して見た溶鋼の輝度だけではなく、ガス吹込みパイプの周囲や、パイプ先端に生成された地金（マッシュルーム）の輝度も含まれているために、これを画像処理して、真の溶鋼部の輝度情報のみを抽出し溶鋼温度に換算した。内管Arガス流量は70Nm3/Hrとした。
【００４８】
表１に実施結果について、連続測温の有無、脱炭酸素効率ηの連続推定の有無、真空精錬の有無、ΔＴ制御の有無、および、各[ Ｃ] 濃度範囲でのＰCOの制御方法を示す。
【００４９】
なお、No.1〜No.6の例は発明例、No.7〜No.12 の例は本発明の条件外の例（比較例）を示す。ここで、発明例のNo.6ではηの推定は行ったが、ΔＴが30℃以上になるように制御を行わなかった例であり、それ以外では、各[ Ｃ] 濃度範囲で、ＰCOの制御を吹込みガスの酸素の比率、または、雰囲気圧力の制御により行い、ΔＴが30℃以上に制御した。一方、比較例のNo.7、No.8では連続測温は行ったが、ηの推定は行わなかった例であり、それ以外の比較例では連続測温も行わなかった例である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表２に実施結果について、平均のΔＴ、[Cr]酸化指数、耐火物溶損指数、脱炭時間指数、および、精錬コスト指数を示す。これらの指数は、発明例のNo.1の例を100 として比例換算したものである。
【００５２】
【表２】
【００５３】
発明例では、連続的に測定される溶鋼温度により、連続的に脱炭酸素効率ηの推定、[ Ｃ] 濃度、および、[Cr]濃度の推定ができるため、これらの値に応じて、精錬制御操作が可能となる。このような精錬制御操作を行うことにより、脱炭精錬時間を短縮し、かつ、[Cr]の酸化損失、および、耐火物溶損を低位に安定させ、精錬コストを低減できた。
一方、比較例では、溶鋼温度に応じた精錬制御が不可能であり、かつ、η、[ Ｃ] 濃度、および、[Cr]濃度の推定ができず、その結果、実際の溶鋼温度がばらつき、[Cr]酸化、および、耐火物溶損を過大に進行させてしまい、かつ、脱炭時間も長くなり、精錬コスト増を招いてしまった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により、含クロム溶鋼の精錬において[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物溶損を抑制できる脱炭精錬が可能になり、精錬コスト低減、および、生産性の向上をはかることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様例を示す模式図である。
【図２】溶鋼中[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以上におけるΔＴと脱炭酸素効率の関係を示す図である。
【図３】溶鋼中[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以下におけるΔＴと脱炭酸素効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…ＡＯＤ炉
２…スラグ
３…溶鋼
４…上吹きランス
５…底吹き羽口
６…上吹きガスライン
７…底吹きガスライン
８…原料ホッパー
９…切り出し装置
１０…投入シュート
１１…排ガス設備
１２…上吹きガス制御装置
１３…底吹きガス制御装置
１４…測温用羽口
１５…パージガス供給ライン
１６…イメージファイバー
１７…測温処理装置
１８…排ガス系制御装置
１９…制御演算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、含クロム溶鋼の脱炭精錬において、脱炭の進行状態を的確に把握し、進行状態に応じた精錬を行うことで、クロムの酸化損失を少なくして、精錬コストの低減を図る含クロム溶鋼の精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼のような11mass％以上のクロムを含む含クロム溶鋼の脱炭精錬法としては、脱炭中期以降（例えば、[ Ｃ] 濃度0.7mass ％以下）において、酸素ガス（以下、単に「酸素」という）と共に希釈ガスを吹込んで、雰囲気中のCOガス分圧ＰCOを下げる希釈脱炭法、および、取鍋に出鋼し取鍋内を減圧して処理を行う真空脱炭法が広く用いられている。前者は、一般に、ＡＯＤ法および上底吹き転炉法と呼ばれ、後者は、ＶＯＤ法と呼ばれている。
【０００３】
これらの方法は、いずれも溶鋼中[Cr]の酸化損失を抑えながら効率的に脱炭を進行させようとするものである。しかしながら、これまでの方法では、[ Ｃ] 濃度が低下するにつれて[Cr]の酸化が避けられず、[Cr]の酸化量が増大していた。
【０００４】
従来、溶鋼中[Cr]の酸化損失を抑えるために、例えば、ＶＯＤ法では、特開昭５５−８９４１７号公報や特開昭５５−１５２１１８号公報に示されているように、脱炭の進行に応じた酸素供給量の調整や真空度の調整（100Torr 以下）を行っている。
【０００５】
また、ＡＯＤ法では、[ Ｃ] 濃度の低下に応じて希釈ガス比率を上げる方法や、あるいは、特開平３−６８７１３号公報および特開平４−２５４５０９号公報に示されているように脱炭途中より真空精錬を付与する方法を行っている。
【０００６】
[Cr]の酸化損失を抑えるためには、前記の方法の他に溶鋼温度や溶鋼中[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操作が必要であるが、前記方法では、いずれも溶鋼温度の測定は間欠的に行うか、あるいは、測定を行っておらず、また、溶鋼中[ Ｃ] 濃度も連続的に把握されていないために、溶鋼温度および[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操作が行われておらず、[Cr]の酸化は十分に抑えられていなかった。
【０００７】
前記溶鋼中[ Ｃ] 濃度（mass％、以後[ ％Ｃ] と記す。）と溶鋼中[Cr]濃度（mass％、以後[ ％Cr] と記す。）と雰囲気中COガス分圧ＰCO（atm ）および溶鋼温度Ｔ（℃）との間には、熱力学平衡的には、下記(4) 式に示す関係が知られている。
log([ ％Cr] ・ ＰCO／[ ％Ｃ] ＝−13800 ／( Ｔ＋273.15) ＋8.76 …(4)
【０００８】
平衡状態で考えた場合には、精錬中の[ ％Cr] と[ ％Ｃ] およびＰCOにより、上記(4) 式で計算される溶鋼温度よりも、実際の溶鋼温度が低ければ[Cr]の優先酸化領域となるために、脱炭よりも先行して[Cr]の酸化損失が生じる。
【０００９】
上記(4) 式より、例えば、ＰCOを0.1atm以下とするか、Ｔを1800℃以上とするような、極端にＰCOを下げるか、あるいは、Ｔを上げれば、平衡論的には[Cr]の酸化は抑えられる。
【００１０】
しかしながら、極端にＰCOを下げることは高価な希釈ガスを多量に使用することになって、精錬コストの上昇を招き、また、極端に溶鋼温度を上げることは、高温状態で長時間の精錬を行うことになり、耐火物溶損が非常に大きくなる。
【００１１】
例えば、溶鋼温度に関する精錬方法として、特開昭６１−３８１５号公報には、高クロム含有鋼を製造する方法において、鋼浴中[ Ｃ] 濃度が２mass％以下で、溶鋼温度を1660〜1800℃以内に保ちながら、下記(5) 式で定義されるＢＯＣ値を３０以下に制御して吹錬することにより、[Cr]の酸化を抑制する方法が示されている。
ＢＯＣ＝ＱO2／（Ｗ／τ）×〔％Ｃ〕 …(5)
ここで、ＱO2はランスおよびノズルから供給される酸素ガス流量（Nm3/min ）、Ｗは溶鋼量（ton ）、τは均一混合時間（sec ）を示す。
【００１２】
しかし、この方法でも、特に[ Ｃ] 濃度が低い領域では[Cr]の酸化抑制には不十分であり、かつ、1660〜1800℃の高温状態に長時間保持する必要があるため、耐火物溶損が非常に大きいという問題がある。
【００１３】
溶鋼温度に応じた精錬操作を行うには、溶鋼温度を連続的に把握することが必要である。これまで、溶鋼温度を連続的に測定する手段としては、特開昭６３−２０３７１６号公報に開示された方法がある。この方法は、転炉等の反応容器の底部、側壁あるいは上部等から光ファイバーを溶鋼中に浸漬し、光ファイバーと接続する放射温度計により溶鋼温度を測定するものであり、この測定値により、冷却材等を使用して溶鋼温度を制御することが示されている。
【００１４】
しかし、この方法は消耗型の光ファイバーを使用するために、安定して連続に溶鋼温度を測定することは難しく、かつコスト的にも高価となる。また、含クロム溶鋼の[Cr]の酸化損失を抑える方法および耐火物の溶損を抑える方法についての記載は一切なく、指針を与えるものではない。
【００１５】
これまでの含クロム溶鋼の精錬では、通常は溶鋼温度を連続的に測定することは容易でないために、[Cr]の酸化を抑制するために、ＰCOの制御を行うための吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および、溶鋼温度を制御するための合金の添加量、スクラップ等の冷却材の添加量、CaO 等の副原料の添加量等の操業操作要因を適正に制御することができなかった。
【００１６】
したがって、[Cr]の酸化損失を抑制するために、例えば、必要以上の高温状態で吹錬を実施し耐火物の損耗を招いてしまうことや、必要以上に吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガスの比率を低下させてしまい、生産性の低下や精錬コストの増大を招いてしまうことや、合金、冷却材、副原料の添加が遅れてしまい、生産性の低下および耐火物の溶損を招いてしまうといった問題点を生じていた。
【００１７】
上述の問題を解決する手段として、本発明者らは、特開平１１−１２４６１８号公報による精錬方法を提案した。この方法は、含クロム溶鋼の温度を連続的に測定し、測定した溶鋼温度に応じて、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガスの比率、合金の添加量、冷却材の添加量、副原料の添加量を制御して、[Cr]の酸化損失を少なくし、かつ精錬炉の耐火物の溶損を軽減する方法である。
【００１８】
その後の研究により、本発明者らは、この方法では吹錬中の脱炭酸素効率の推移や、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が正確に把握されていないために、操業の制御操作が不十分であり、[Cr]の酸化損失が未だ大きく、生産性が十分に向上していないことを確認した。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、含クロム溶鋼の精錬において、従来開示されている技術では、[Cr]の酸化損失の抑制が十分でなく、かつ耐火物の溶損が大きいという問題点や、これらを解決するための処置をとれば生産性の低下を招くという問題点を解決するものであり、連続的に測定した溶鋼温度を用いて脱炭酸素効率を連続的に求め、該脱炭酸素効率から溶鋼中[ Ｃ] 濃度を推定すると共に、溶鋼温度および[ Ｃ] 濃度に応じた精錬操業操作を行うことで、[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物の溶損を低減できる含クロム溶鋼の精錬方法を提供することを目的としたものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、含クロム溶鋼の精錬において、[ Ｃ] 濃度に応じたＰCOの制御が最も重要であることを見い出し、[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物の溶損を低減できる含クロム溶鋼の精錬を可能にした。
【００２１】
本発明による含クロム溶鋼の精錬方法の要旨は、以下のとおりである。
(1)含クロム溶鋼に酸素ガスと不活性ガスを吹き込んで脱炭精錬を行う方法において、脱炭開始時から該溶鋼の温度を連続的に測定し、測定した溶鋼温度に基づいて、下記(1)式で定義される脱炭酸素効率ηを、下記(2)式および(3)式により連続的に求め、該脱炭酸素効率ηに基づいて溶鋼中［Ｃ］濃度を推定し、溶鋼温度および該溶鋼中［Ｃ］濃度に応じて精錬を行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
η＝ＱC／((１−Ｒ)・ＱT) …(1)
η＝α・ΔＴ＋β …(2)
ΔＴ＝(Ｔ＋273.15)−(−13800／(−8.76＋log([%Ｃ]ＰCO/[%Cr]))) …(3)
ここで、ＱCは測温区間で脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3)、ＱTは測温区間で吹き込んだ全酸素ガス量(Nm3)、Ｒは二次燃焼率(−)、ΔＴは実績温度とHiltyの平衡温度との差（℃）、Ｔは測温された溶鋼温度(℃)、[%C]は測温前の溶鋼中[C]濃度(mass％)、ＰCOは雰囲気中のCOガスの分圧(atm)、[%Cr]は測温前の溶鋼中[Cr]濃度(mass％)、αとβは精錬炉および[Ｃ]濃度範囲によって決まる定数である。
【００２２】
(2)前(1)の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記(3)式で定義されるΔＴが３０℃以上となるように、ＰCOを制御することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【００２３】
(3)前（2）の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.2mass％以上の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
(4)前（2）の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.5mass％以下の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および／または、雰囲気圧力の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細な内容について説明する。
図１に、本発明の実施態様例の模式図を示す。ＡＯＤ炉１に溶鋼３が装入されており、溶鋼３上にはクロム酸化物を含むスラグ２が存在する。そこに、原料ホッパー８から切り出し装置９、投入シュート１０を経て、合金、冷却材および副原料が添加される。合金としては、フェロクロム（Fe−Cr）、フェロニッケル（Fe−Ni）、フェロシリコン（Fe−Si）、アルミ合金等が含まれ、冷却材には種々の形状および銘柄のスクラップ、副原料にはCaO 、CaF2、MgO 、SiO2等が含まれており、精錬する鋼種により種々選択することが可能である。
【００２５】
ＡＯＤ炉１の内側には上吹きランス４、側壁には底吹き羽口５が設置され、上吹きランス４および底吹き羽口５から、酸素と不活性ガスが吹き込まれる。ＡＯＤ炉１の炉底には測温用羽口１４が設置され、測温用羽口１４に接続されたパージガス供給ライン１５の中には輝度によって溶鋼温度を測定するイメージファイバー１６が挿入されている。パージガスには通常はArガスを用いるが、窒素ガス、COガス等の非酸化性ガスであっても構わない。また、測温用羽口１４には、その先端が閉塞した場合に、開口するために、酸素、空気、CO2 ガス等の酸化性ガスを供給することも可能である。
【００２６】
イメージファイバー１６で得られた情報は測温処理装置１７において、画像処理と信号処理がなされ、輝度から温度に変換され、溶鋼温度情報として出力される。制御演算装置１９では、この溶鋼温度に、装入した溶鋼３および切り出し装置９からの溶鋼量の情報と、上吹きガスライン６および底吹きガスライン７からの吹込みガス種および量の情報とを合わせ、前記(1) 式により脱炭酸素効率ηが計算される。また、装入した溶鋼の組成、投入した合金、スクラップ等の組成の情報を入れて、[ Ｃ] 濃度および[Cr]濃度が計算される。
【００２７】
さらに、制御演算装置１９では、これらの溶鋼温度、[ Ｃ] 濃度、[Cr]濃度の情報により、[Cr]の酸化損失および耐火物の溶損を抑制するための操業条件の計算を行い、制御指示を、上吹きガスライン６に設けた上吹きガス制御装置１２と底吹きガスライン７に設けた底吹きガス制御装置１３および排ガス設備１１に設けた排ガス系制御装置１８に伝達して操業条件を制御し、脱炭酸素効率に応じた精錬操作を行う。なお、排ガス系の制御では排ガス設備内の後段にある真空排気装置を稼働させ、ＡＯＤ炉１の炉内雰囲気圧力を１atm 以下の圧力に制御するような制御操作を行う。
【００２８】
このような方法で、酸素と不活性ガスの吹込みよる含クロム溶鋼の脱炭精錬を実施すると、脱炭酸素効率および[ Ｃ] 濃度、[Cr]濃度を連続的に推定できるため、得られた情報に応じて、ＰCOを制御するための吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率および雰囲気圧力を制御し、また、必要に応じて制御指示を切り出し装置９に伝達して添加原料の制御を行うことが可能になる。
【００２９】
この制御により、溶鋼温度を冶金特性上の必要な温度以上の高温状態として、耐火物の溶損を招くことや、必要以上に吹込みガスの酸素の比率を低下させること、又は、合金、冷却材、副原料の添加時期を遅らせることで処理時間が延長し、生産性を低下させるというような問題点が解決され、効率的な含クロム溶鋼の精錬が可能となる。
【００３０】
ここで、酸素と不活性ガスの吹込みガスによる脱炭精錬を含クロム溶鋼の精錬に限定したのは以下の理由による。
含クロム溶鋼の脱炭精錬では、大気圧下で酸素のみを用いて脱炭する場合および減圧下で酸素のみを用いて脱炭する場合もあるが、この場合には溶鋼温度の情報が得られても、これに応じて脱炭精錬を制御する手段に乏しく、かつ、いずれの場合も1700℃以上の高温下で脱炭を行う場合が主体であるために、[Cr]の酸化損失の変動する率が小さく、精錬制御の効果代は小さい。
【００３１】
一方、酸素と不活性ガスによる脱炭精錬では、一般に、精錬炉への装入直後の溶鋼温度は1400〜1600℃レベルであるが、その後の精錬中に1650℃以上となる。溶鋼温度が1650℃以上になると、吹込み酸素の脱炭に使用される割合（以後、「脱炭酸素効率η」と記す。）が大きくなると共に、溶鋼温度、[ Ｃ] 濃度および吹込みガスの酸素ガス比率に依存して変化し、[Cr]の酸化損失量が変動する。そのために、連続的に測定された溶鋼温度により、ηを求め、ηの値に応じてＰCOの制御を行う精錬制御は、[Cr]の酸化損失の抑制および耐火物溶損の抑制等に効果的な手段となる。
【００３２】
次に、脱炭酸素効率ηの算出方法について説明する。
ηは一般に下記(1) 式で表され、吹込んだ全酸素の中で、脱炭に使用された酸素の割合であり、残りの酸素は二次燃焼および溶鋼中[Cr]の酸化に使用されたことになる。
η＝ＱC ／((１−Ｒ) ・ＱT ) …(1)
ここで、ＱC は脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3) 、ＱT は吹き込んだ全酸素ガス量(Nm3) 、Ｒは二次燃焼率( −) を示す。
【００３３】
二次燃焼率Ｒは上吹きランスからの酸素の供給条件によって決まる値であり、供給条件が一定であれば、ほぼ一定値を示し、定数として位置づけられ、一般的には、0.05〜0.20の範囲にある。
【００３４】
精錬炉での精錬開始時より逐次、ηが求まれば、吹込んだ酸素量ＱT および二次燃焼率Ｒは既知であることから、脱炭に使用された酸素ガス量ＱC が求まり、脱炭されたＣ量が求まる。精錬炉に装入した時点の溶鋼量および組成、精錬中に添加した合金やスクラップ等の量および組成がわかれば、脱炭されたＣ量を差し引いて容易に溶鋼中[ Ｃ] 濃度が求められることになる。また、脱炭および二次燃焼に使用された以外の酸素が全て溶鋼中[Cr]の酸化に使用されたと仮定すると、溶鋼中[Cr]濃度を求めることができる。
【００３５】
次に、前記(2) および(3) 式に示す溶鋼温度測定値に基づく脱炭酸素効率ηの算出方法について説明する。
図２は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（18mass％−8mass ％Ni）を従来の方法で１〜３min おきに溶鋼の測温およびサンプリングを行いながら、ＡＯＤ炉で脱炭精錬を行った場合のΔＴと脱炭酸素効率ηの関係を示す。なお、図中のデータは全て[ Ｃ] 濃度が0.2mass ％以上のデータであり、また、図中の白丸印は容量が60ton 、黒丸印は90ton のＡＯＤ炉に係るデータであり、ΔＴは、測温、溶鋼温度とサンプリングによる溶鋼組成を用いて、下記(3) 式より求めた値である。
ΔＴ＝( Ｔ＋273.15) −( −13800 ／( −8.76＋log([%Ｃ] ＰCO/[%Cr]))) …(3)
ここで、Ｔは測温された溶鋼温度( ℃) 、[%C]は測温前の溶鋼中[C] 濃度(mass ％) 、ＰCOは雰囲気中のCOガスの分圧(atm) 、[%Cr] は測温前の溶鋼中[Cr]濃度(mass ％) である。
【００３６】
なお、ＰCOは下記(6) 式より、求められる値である。
ＰCO＝Ｐ×２ＱC ／（２ＱC ＋Ｑd ） …(6)
ここで、Ｐは精錬炉内の雰囲気圧力(atm) 、ＱC は、前記(1) 式と同様に脱炭に使用された酸素ガス量(Nm3) 、Ｑd は吹込んだ希釈ガス量(Nm3) を示す。なお、Ｐは大気精錬時は１atm であり、減圧機能を持つ精錬炉では１atm 以下の値となる。
【００３７】
図２より、白丸印と黒丸印で若干、値は異なるが、両者ともΔＴが30℃以上でΔＴとηの間には良好な直線関係が得られる。ΔＴとηとの関係が下記(2) 式にて表されることが確認された。
η＝α・ΔＴ＋β …(2)
ここで、αおよびβは精錬炉によって求まる定数を示す。
【００３８】
図３には、図２と同様にして、[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以下の範囲で求めたΔＴとηの関係を示す。図２に示すΔＴとその関係に比べ、同一のΔＴでηの値が小さくなっているが、ΔＴが30℃以上において、ΔＴとηの間に良好な直線関係が得られ、上記(2) 式の関係が成り立つことが確認された。
【００３９】
図２および図３より、上記(2) 式の関係が成り立ち、定数であるαとβを精錬炉および[ Ｃ] 濃度範囲毎で求めれば、ηを精度よく求めることができる。ηが求まれば、〔００３４〕で説明したように、溶鋼中[ Ｃ] および[Cr]濃度も求めることができる。なお、図２と図３では、[ Ｃ] 濃度のしきい値を0.2mass ％として、ΔＴとηの関係を求めたが、[ Ｃ] 濃度をさらに、細かく限定した範囲で両者の関係を求めれば、ηの精度が向上する。
【００４０】
図２および図３より、ΔＴが30℃未満ではΔＴとηとの直線関係が崩れ、ηが極端に小さくなる傾向、つまり、[Cr]の酸化が進行し易くなることを示している。これは、ΔＴが０以下では前記(4) 式での[Cr]酸化優先域となり、ΔＴが30℃未満と小さい値では、徐々に[Cr]酸化が優先されるためと考えられる。
【００４１】
これより、含クロム溶鋼の脱炭精錬では、ΔＴを30℃以上に制御することで、効率的な脱炭が可能になる。ΔＴを制御するための操作要因には、前記(3) 式より、Ｔ、[%Ｃ] 、ＰCO、[%Cr] が挙げられる。この中、[%Ｃ] および[%Cr] は目標とする成分範囲の制限があるために、有効な操作とならない。次に、Ｔの制御は、Si、Alのような酸化発熱の大きな元素を含む合金の添加、あるいは、冷却材の添加により可能ではあるが、これらの添加は、溶鋼量および溶鋼組成の変化を招き、ηの推定の誤差を大きくするため、十分な効果が得られないことが確認された。したがって、ΔＴの制御にはＰCOの制御が最も有効な手段である。
【００４２】
次に、ＰCOの制御であるが、前記(6) 式よりＰCOの制御には雰囲気圧力Ｐの制御および吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御の２つの方法がある。一般に、含クロム溶鋼の脱炭反応は、[ Ｃ] 濃度0.5mass ％以上では酸素供給律速、0.2mass ％以下では溶鋼中[ Ｃ] の移動律速といわれ、0.2 〜0.5mass ％の範囲では、酸素供給と[ Ｃ] の移動の混合律速といわれている。
【００４３】
一方、精錬炉では、スプラッシュあるいはボイリング等の制約により、雰囲気圧力毎で、吹込む全ガス量に上限が存在し、雰囲気圧力が小さいほど吹込めるガス量が低下する。酸素供給律速域では酸素ガス量を稼ぐことが有効であり、雰囲気圧力の制御を行うことは不利である。
【００４４】
したがって、ＰCOの制御は、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が0.2mass ％以上の領域では吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御によって行うことが有効な手段となり、溶鋼中[ Ｃ] 濃度が0.5mass ％以下の領域では、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および／または、雰囲気圧力の制御によって行うことが有効な手段となる。
【００４５】
【実施例】
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（18mass％Cr−8mass ％Ni）の精錬を、図１に示す６０ｔＡＯＤ炉にて実施した。電気炉にて溶解した粗溶鋼（[ Ｃ] ＝約2.0mass ％，[Si]＝0.3mass ％，[Ni]＝7.5mass ％，[Cr]＝19mass％，温度＝約1450℃）55ton の真空精錬機能を持つＡＯＤ炉に装入した後、上底吹きにより吹錬を開始した。
【００４６】
ＡＯＤ炉は上底吹きが可能な複合吹錬タイプのもので、上吹きは22mmφ×２孔のランスを用い、最大4000Nm3/Hrの酸素を供給した。底吹きは炉の側壁に設けた５本の２重管羽口（内管内径15mmφ、外管外径20mmφ）より最大5000Nm3/Hrの酸素、ArガスとN2ガスの不活性ガスを供給した。脱炭反応の進行にともなう〔Ｃ〕濃度の低下に伴って、上吹きは酸素ガス供給速度を低下させ、底吹きは吹込みガスの酸素ガス比率を低下させた。
【００４７】
炉底に設けた二重管羽口の内管内径10mmφのArガス吹込み孔にイメージファイバーを挿入し輝度イメージを得た。得られた輝度イメージはArガス気泡を介して見た溶鋼の輝度だけではなく、ガス吹込みパイプの周囲や、パイプ先端に生成された地金（マッシュルーム）の輝度も含まれているために、これを画像処理して、真の溶鋼部の輝度情報のみを抽出し溶鋼温度に換算した。内管Arガス流量は70Nm3/Hrとした。
【００４８】
表１に実施結果について、連続測温の有無、脱炭酸素効率ηの連続推定の有無、真空精錬の有無、ΔＴ制御の有無、および、各[ Ｃ] 濃度範囲でのＰCOの制御方法を示す。
【００４９】
なお、No.1〜No.6の例は発明例、No.7〜No.12 の例は本発明の条件外の例（比較例）を示す。ここで、発明例のNo.6ではηの推定は行ったが、ΔＴが30℃以上になるように制御を行わなかった例であり、それ以外では、各[ Ｃ] 濃度範囲で、ＰCOの制御を吹込みガスの酸素の比率、または、雰囲気圧力の制御により行い、ΔＴが30℃以上に制御した。一方、比較例のNo.7、No.8では連続測温は行ったが、ηの推定は行わなかった例であり、それ以外の比較例では連続測温も行わなかった例である。
【００５０】
【表１】
表２に実施結果について、平均のΔＴ、[Cr]酸化指数、耐火物溶損指数、脱炭時間指数、および、精錬コスト指数を示す。これらの指数は、発明例のNo.1の例を100 として比例換算したものである。
【００５２】
【表２】
発明例では、連続的に測定される溶鋼温度により、連続的に脱炭酸素効率ηの推定、[ Ｃ] 濃度、および、[Cr]濃度の推定ができるため、これらの値に応じて、精錬制御操作が可能となる。このような精錬制御操作を行うことにより、脱炭精錬時間を短縮し、かつ、[Cr]の酸化損失、および、耐火物溶損を低位に安定させ、精錬コストを低減できた。
一方、比較例では、溶鋼温度に応じた精錬制御が不可能であり、かつ、η、[ Ｃ] 濃度、および、[Cr]濃度の推定ができず、その結果、実際の溶鋼温度がばらつき、[Cr]酸化、および、耐火物溶損を過大に進行させてしまい、かつ、脱炭時間も長くなり、精錬コスト増を招いてしまった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により、含クロム溶鋼の精錬において[Cr]の酸化損失を抑制し、かつ、耐火物溶損を抑制できる脱炭精錬が可能になり、精錬コスト低減、および、生産性の向上をはかることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様例を示す模式図である。
【図２】溶鋼中[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以上におけるΔＴと脱炭酸素効率の関係を示す図である。
【図３】溶鋼中[ Ｃ] 濃度0.2mass ％以下におけるΔＴと脱炭酸素効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…ＡＯＤ炉
２…スラグ
３…溶鋼
４…上吹きランス
５…底吹き羽口
６…上吹きガスライン
７…底吹きガスライン
８…原料ホッパー
９…切り出し装置
１０…投入シュート
１１…排ガス設備
１２…上吹きガス制御装置
１３…底吹きガス制御装置
１４…測温用羽口
１５…パージガス供給ライン
１６…イメージファイバー
１７…測温処理装置
１８…排ガス系制御装置
１９…制御演算装置
Claims (4)
- 含クロム溶鋼に酸素ガスと不活性ガスを吹き込んで脱炭精錬を行う方法において、脱炭開始時から該溶鋼の温度を連続的に測定し、測定した溶鋼温度に基づいて、下記(1)式で定義される脱炭酸素効率ηを、下記(2)式および(3)式により連続的に求め、該脱炭酸素効率ηに基づいて溶鋼中［Ｃ］濃度を推定し、溶鋼温度および該溶鋼中［Ｃ］濃度に応じて精錬を行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
η＝Ｑ C ／((１−Ｒ)・Ｑ T ) …(1)
η＝α・ΔＴ＋β …(2)
ΔＴ＝(Ｔ＋273.15)−(−13800／(−8.76＋log([%Ｃ]Ｐ CO /[%Cr]))) …(3)
ここで、Ｑ C ：測温区間で脱炭に使用された酸素ガス量(Nm 3 )
Ｑ T ：測温区間で吹き込んだ全酸素ガス量(Nm 3 )
Ｒ ：二次燃焼率(−)
ΔＴ ：実績温度とHiltyの平衡温度との差（℃）
Ｔ ：測温された溶鋼温度(℃)
[%C] ：測温前の溶鋼中[C]濃度(mass％)
Ｐ CO ：雰囲気中のCOガスの分圧(atm)
[%Cr] ：測温前の溶鋼中[Cr]濃度(mass％)
α、β：精錬炉および[Ｃ]濃度範囲によって決まる定数 - 請求項１記載の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記(3)式で定義されるΔＴが３０℃以上となるように、ＰCOを制御することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
- 請求項２記載の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.2mass％以上の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
- 請求項２記載の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記ＰCOの制御を、溶鋼中[Ｃ]濃度が0.5mass％以下の領域で、吹込みガスの全ガス量に対する酸素ガス量の比率の制御、および／または、雰囲気圧力の制御によって行うことを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
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