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JPH0925509A - 極低窒素Cr含有鋼の溶製方法 - Google Patents

極低窒素Cr含有鋼の溶製方法

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Publication number
JPH0925509A
JPH0925509A JP17604095A JP17604095A JPH0925509A JP H0925509 A JPH0925509 A JP H0925509A JP 17604095 A JP17604095 A JP 17604095A JP 17604095 A JP17604095 A JP 17604095A JP H0925509 A JPH0925509 A JP H0925509A
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JP
Japan
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steel
molten steel
extra
decarburizing
molten
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JP17604095A
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Hisashi Hiraoka
久 平岡
Hideji Takeuchi
秀次 竹内
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極低窒素Cr含有鋼を溶製するにあたり、初期
C濃度を高くすることなしに極低窒素濃度域までの脱窒
を可能にし、したがって、目標とする極低炭素域まで脱
炭する処理時間を短縮でき、耐火物の溶損低減及び用役
低減による処理コストの削減を可能とする。 【解決手段】 極低窒素Cr含有鋼の溶製方法であって、
粗脱炭後の減圧槽内クロム含有溶鋼にAlを添加し酸化さ
せてこの酸化発熱により溶鋼を昇温させる間に、水素ガ
スをこの溶鋼中に吹き込み、しかる後に通常の真空脱炭
処理により極低炭素域まで脱炭する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、極低窒素Cr含有
鋼の溶製方法に関し、特に真空脱炭処理を行って極低炭
素鋼を製造する際に用いて有利な方法を提案しようとす
るものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼に代表されるCr含有鋼で
は、窒素濃度を100ppm以下に下げると機械的特性が向上
することが知られている。また、フェライト系ステンレ
ス鋼では炭素濃度を30ppm 以下とすると耐銹性が飛躍的
に向上し、靱性も良くなることが知られている。このよ
うに、Cr含有鋼においては、極低炭素化・極低窒素化す
ることによって品質を大幅に改善することができる。し
たがって、かかるCr含有鋼の極低炭素化・極低窒素化に
ついて研究開発が進められている。
【0003】しかし、Cr含有鋼は普通鋼に比べて平衡窒
素濃度が高いため、単なる真空脱ガス処理では極低窒素
濃度まで脱窒することは困難である。それゆえ極低窒素
Cr鋼を溶製するための通常の手法は、減圧槽内に収容し
た溶鋼の初期C濃度を一定濃度以上に高くしておき、か
かる減圧槽内に酸素を吹込む真空脱炭処理の、その初期
において多量に発生するCOガス気泡を脱窒の反応サイト
として利用する脱窒処理法、すなわち鋼中窒素を該COガ
ス気泡内に窒素ガスとして溶解させることによって該気
泡の浮上除去とともに窒素を系外に放出する処理法が行
われている。
【0004】このような処理法では、脱炭と共に脱窒を
も行われるけれども、Cr含有鋼は、極低窒素濃度が要求
される鋼種では、ほとんどの場合に極低炭素濃度も要求
されるのであり、したがって処理後にC、Nのどちらか
一方の濃度を極小にしたとしても、他方の濃度がそれほ
どに低減されていない場合には所望の特性が得られな
い。結局のところ、炭素濃度と窒素濃度との総和(C+
N)をパラメ−タとしてC、Nの両方を低減することが
必要である。
【0005】ところが、上述したように、従来の方法で
該Cr含有溶鋼を極低窒素濃度まで脱窒するためにはむし
ろ、処理前溶鋼のC濃度を一定濃度以上に高くする必要
がある。このことは、極低窒素を得ようとする溶鋼を極
低炭素濃度まで脱炭するために長時間の処理が必要とな
ることを意味し、処理時間が長期化によって、耐火物の
溶損や処理用役が増大し、大幅なコストアップとなると
いう弊害を招いていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題点を有利に解決するもので、極低窒素Cr含有鋼を溶製
するにあたり、初期C濃度を高くすることなしに極低窒
素濃度域までの脱窒を可能にし、したがって、目標とす
る極低炭素域まで脱炭する処理時間を短縮でき、耐火物
の溶損低減及び用役低減による処理コストの削減を可能
とする方法を提案することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、粗脱炭後の
減圧槽内クロム含有溶鋼にAlを添加し酸化させてこの酸
化発熱により溶鋼を昇温させる間に、水素ガスをこの溶
鋼中に吹き込み、しかる後に真空脱炭処理により極低炭
素域まで脱炭することを特徴とする極低窒素Cr含有鋼の
溶製方法(第1発明)である。
【0008】この発明の方法においては、溶鋼トン当た
り2.0Nm3/hr 以上の流量で水素ガスを溶鋼中に吹き込む
ことが有利であり、また、減圧槽が、VOD 法, DH法又は
RH法で用いる減圧槽であることが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明を減圧槽としてVO
D 法の減圧槽を用いた場合を例にして具体的に説明す
る。減圧下におけるCr含有鋼の脱炭において、初期C濃
度を高くすると脱窒が進行することは従来から知られて
いる。その一例として、鉄鋼便覧(日本鉄鋼協会編、丸
善株式会社発行、1978 第2巻、第708 頁)から引用し
た到達N濃度に及ぼす初期C濃度の影響を図1に示す。
図1から、初期C濃度が高いほど脱炭処理後の到達N濃
度が低くなっていることがわかる。
【0010】このことは、脱炭反応で発生するCO気泡
が、脱窒反応サイトである気液界面積を増大させること
によって、脱窒反応速度が促進されるため、換言すれば
該COガス気泡内にN2 ガスとして鋼中窒素を溶解させる
ことで、該気泡の浮上除去とともに窒素を系外に放出す
るためと考えられている。
【0011】また、この発明の発明者らが行ったCr含有
溶鋼の真空脱炭処理中における溶鋼中窒素濃度の推移を
示す図2に示す。図2から、脱窒が進行するのはCOガス
気泡の発生が多い脱炭初期であり、C濃度が0.1 %以下
ではほとんど脱窒が進行しないことが判明した。
【0012】以上のような実験結果を基に、発明者らは
さらに鋭意研究を重ねた結果、脱窒の反応サイトとし
て、COガス気泡の代わりに水素ガス気泡を利用すること
を発案したのである。すなわち、溶鋼中へ水素ガスを吹
き込むと、吹き込まれた水素ガスはその性質上、溶鋼中
に容易に溶解し、鋼浴表面近傍で再度水素ガスからなる
無数の微細気泡となることから、脱窒サイトである気液
界面積が飛躍的に増大することになる。この鋼浴表面近
傍で生成する無数の微細気泡中では、窒素ガス分圧が零
であるため、気泡内に窒素ガスが生成するようにして脱
窒反応が進行する。云うなれば、CO気泡が存在しない場
合でも、水素ガスを吹き込むことによって、微細かつ内
部のCO分圧が零である水素ガス気泡が浴表面近傍に存在
することになるため、脱窒反応の経路としては、従来と
は異なった経路が形成されることになり、脱窒反応が促
進されるのである。
【0013】なお、水素ガスを減圧槽の底部から吹き込
む場合は、溶鋼静圧下で一旦溶鋼中に溶解するが、この
溶解水素は浴表面近傍で溶鋼静圧が低下することから、
再度水素ガス気泡となり、浴表面近傍で無数の微細気泡
が生成することになる。また、水素ガスの吹き込みは、
かかる底吹きの例に限らず、その他浸漬ランスの例や側
壁羽口からの横吹きの例であってもよい。
【0014】さらに、減圧槽は、VOD 法に用いる減圧槽
に限らずRH法やDH法に用いる減圧槽でも良く、また他の
真空脱炭処理方法でも同様の効果が得られた。
【0015】ところで、上述のような水素ガスで脱窒反
応を促進させる場合において、特に好適な条件があるこ
とが、発明者らの広範な実験・検討によって初めて明ら
かとなった。すなわち、Cr含有鋼を溶製するに際して、
Crの酸化損失を低減するためには高温処理が適している
けれども、通常、転炉等による粗脱炭後からVOD 等の真
空脱炭処理の開始までの時間に溶鋼温度が低下するのは
避け難い。そのため、VOD 処理開始直後にAlを添加し、
例えば送酸することによってこのAlを酸化・発熱させ、
その酸化発熱を利用して溶鋼の昇温が行われることが多
い。
【0016】このようなAlの酸化発熱による溶鋼の昇温
期にはAlが優先的に燃焼するため、脱炭反応は進行する
ことがない。そこで、このAlが優先的に燃焼している時
期に水素ガスを鋼浴中に吹き込むならば、脱窒反応だけ
が進行することになる。ということは、初期C濃度が低
くしておいても低N濃度まで到達することができる。逆
に云えば、初期C濃度を脱窒反応促進のために上昇させ
ておく必要がなくなるということであり、これにより、
真空脱炭・脱窒処理時間の短縮を図ることができるので
ある。
【0017】以上のような溶鋼昇温時において溶鋼中に
吹き込む水素ガスの流量は、溶鋼トン当たりの水素ガス
溶解量、溶解した水素が浴表面で再度水素気泡となって
ガス化する速度、溶鋼流動量及び水素ガス吹き込み位置
での溶鋼静圧等によって異なるが、種々の実験や検討か
ら溶鋼トン当たり2.0Nm3/hr 以上の流量とすることが好
適であることが判明した。それ未満の水素ガス流量で
は、脱窒にさほど寄与しないために脱窒速度の向上は望
めず、処理時間が長くなることから、工業的に有効な脱
窒効果が期待できない。一方で水素ガス流量は多いほど
脱窒速度が増大するけれども、吹き込む水素ガス流量が
過大な場合はスプラッシュの飛散が多く、かつ、真空度
も低下するため、その容器・設備に応じて吹き込みガス
流量の上限は適宜規制される。
【0018】なお、上記のような水素ガス吹き込みを脱
炭中に行う場合について発明者らが広範に検討した結
果、この脱炭中の水素ガス吹き込みは、高炭素濃度域で
はスプラッシュ発生量が増大し、それを防ぐためにはCO
ガス発生速度を抑制することになり脱窒に不利となり、
一方、低炭素濃度域では溶鋼中の溶存酸素濃度が上昇す
るため脱窒に不利となり、いずれにしても得策とはいえ
ないことが判明した。
【0019】以上のことから、水素ガス吹き込みの終期
は、脱炭反応の開始時であって、投入したAlが全て酸化
してしまった後でも脱炭反応によるCOガスボイリングの
程度が小さい間は水素ガスを吹き込むことによって脱窒
促進が期待できる。特に窒素濃度を低減した鋼を得よう
とする場合には、Alの酸化後、送酸を中断することで脱
炭反応開始までの時間を積極的に設けることが有利であ
る。
【0020】なお、脱炭処理中に脱窒不良が判明した場
合で脱炭が進行している場合(溶鋼中が低い)には、
脱炭のための送酸を停止し、水素ガスを吹き込むことに
よって脱窒することが可能である。また、水素ガス吹き
込みの際の雰囲気は、平衡N2濃度を低下させる及びH2
泡の膨張が大きくなるという観点から減圧の方が好まし
いが常圧でも良い。
【0021】
【実施例】転炉で粗脱炭した17%Cr鋼約70t を取鍋に受
けた。かかる取鍋内溶鋼の成分組成は表1に示すとおり
である。
【0022】
【表1】
【0023】これらの溶鋼についてVOD 処理を行った。
処理前の窒素濃度は170 〜200ppmであり、処理開始前温
度は1600±20℃の範囲で、Alを溶鋼トン当たり4.0 〜4.
5 kg添加し、真空度10〜20Torrで、上吹きランスから酸
素ガスを25〜30Nm3/hr t-steelの流速で15〜20min 間流
し、約50℃昇温した。その後、通常の脱炭処理を行っ
た。
【0024】かかる処理に当たって、この発明を適用し
た実施例1〜3については、初期C濃度が0.51, 0.42,
0.24%であり、Al酸化発熱を利用する昇温期に水素ガス
を2.0, 3.5, 3.5Nm3/hr t-steel の流量で底吹きノズル
から吹き込んだ。一方、比較材では水素ガスの吹き込み
を行わなかった。比較材の初期C濃度は 0.55, 0.26%
であった。実施例及び比較材の処理条件及び0.1 ±0.02
%Cまで脱炭した時点での窒素濃度を表2に示す。な
お、脱窒後、引き続き極低炭素域まで脱炭し、炭素濃度
0.003 %を得、またその際の窒素濃度の変化は微小であ
った。
【0025】
【表2】
【0026】実施例及び比較材の到達窒素濃度の比較か
ら、初期C濃度が等しい場合には水素ガス吹き込みによ
って到達窒素濃度が約25%低減されていることが判る。
また、初期C濃度が0.26%の比較材では到達窒素濃度が
95ppm であり、脱窒不良であるのに対し、この発明の実
施例では68ppm まで脱窒が進んでおり、約25分の脱炭時
間の短縮が図られていることが明白である。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、従来よりも到達窒素
濃度が低減され、かつ短時間で極低窒素、極低炭素のCr
含有鋼を溶製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】VODにおいて到達N濃度に及ぼす初期C濃度
の影響を示すグラフである。
【図2】Cr含有溶鋼の真空脱炭処理中における溶鋼中窒
素濃度の推移を示すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粗脱炭後の減圧槽内クロム含有溶鋼にAl
    を添加し酸化させてこの酸化発熱により溶鋼を昇温させ
    る間に、水素ガスをこの溶鋼中に吹き込み、しかる後に
    真空脱炭処理により極低炭素域まで脱炭することを特徴
    とする極低窒素Cr含有鋼の溶製方法。
  2. 【請求項2】 溶鋼トン当たり2.0Nm3/hr 以上の流量で
    水素ガスを溶鋼中に吹き込む請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 減圧槽が、VOD 法, DH法又はRH法で用い
    る減圧槽である請求項1又は2記載の方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000034533A3 (de) * 1998-12-04 2002-10-03 Vai Technometal Gmbh Verfahren zur entstickung von stahlschmelzen
WO2007091700A1 (ja) * 2006-02-09 2007-08-16 Jfe Steel Corporation 溶鋼の脱窒方法
CN113373277A (zh) * 2021-05-18 2021-09-10 北京科技大学 一种在aod炉吹氢冶炼不锈钢的方法

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