JP2005240141A - 含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、安価なＣｒ源及びＮｉ源を従来より多量に利用しても、得られた含ニッケル・ステンレス溶鋼を所謂「連々鋳」を行う連続鋳造機へ途切れることなく供給可能な含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法を提供することを目的としている。
【解決手段】第一の溶製炉で鉄源、Ｃｒ鉱石、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジの一種以上をＣｒ源として還元性雰囲気下で含Ｃｒ溶鉄を溶製し、得られた含Ｃｒ溶鉄を加熱機能を有する溶湯保持炉に保持してから、次工程の第二の溶製炉での精錬スケジュールに合わせて含Ｃｒ溶鉄を第二の溶製炉へ供給して脱炭、成分調整を行う含ニッケル・ステンレス鋼の溶製技術を改良した。具体的には、溶湯保持炉内に保持した含Ｃｒ溶鉄を、前記第二の溶製炉の精錬スケジュールに合わせて別の溶製炉へ移行し、安価なＮｉ源を投入、溶解して含Ｃｒ溶鉄にＮｉを含有させてから第二の溶製炉へ供給して、脱炭及び成分調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法に係わり、特に、溶製工程で安価なＮｉ、Ｃｒ源を最大限に利用すると共に、得られた含ニッケル・ステンレス鋼を所謂「連々鋳」を行う連続鋳造機へ途切れることなく供給する技術に関する。

通常、ステンレス鋼は、ニッケル（記号：Ｎｉ）を含まないクロム（記号：Ｃｒ）系ステンレス鋼と、ニッケルを含有する含ニッケル・ステンレス鋼の二種類に大別される。従来、含ニッケル・ステンレス鋼は、ステンレス鋼スクラップ、フェロクロム、フェロニッケル等の冷材を大量に使用しなければならないので、その溶解にはアーク炉が使用されてきた。一方、クロム系ステンレス鋼に関しては、転炉を用い、鉄源として溶銑を使用してフェロニッケルを溶解し、溶製する方法が確立されており、アーク炉の使用に比較して遥かに低いエネルギー・コストで溶製が可能であった。

このように、ステンレス鋼の溶製は、クロム系ステンレス鋼か、含ニッケルステンレス鋼かによって製造工程が分化していたが、ステンレス鋼は、その製造ロットが小さいために、製造が分化していると、歩留まりや生産効率が著しく低いという問題があった。

また、ステンレス鋼の鋳造工程では、歩留まりと生産効率の向上の目的で、連続鋳造が採用されているが、連続鋳造の効率を最大限に発揮するには、連続連鋳操業が望まれるところ、アーク炉でのスクラップ等の冷鉄源の溶解や、転炉でのフェロクロムの溶解には長時間を要するため、連続鋳造において必要とされる溶鋼の供給タイミングと、転炉やアーク炉からの出鋼タイミングとがマッチしないという問題もあった。

このような事情に鑑みて、第一の溶製炉である転炉状反応容器により、酸化性雰囲気で高炭素フェロクロムを含む固体原料を溶融して得られた中炭素高クロム溶湯を電気式加熱保持炉に移し、この溶湯を加熱しつつスクラップやフェロニッケル等の固体金属原料を溶かし込み、そのようにして得られた溶湯を仕上げ脱炭機能を有する第二の精錬炉にて精錬することによって、上記問題を解決するステンレス鋼の溶製方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この特許文献１に記載された技術は、第１の溶製炉を酸化性雰囲気としてＦｅＣｒ及びスクラップを溶解するものである。このような酸化性雰囲気の下では、Ｃｒの酸化ロスが大きくなるので、スクラップよりもさらに安価なＣｒ源であるＣｒ鉱石を始め、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジ等を溶解することは難しくなる。また、第１の溶製炉を還元性雰囲気として、前記Ｃｒ鉱石やＣｒを含有するスラグ、ダスト、スラジの他、同時にスクラップも多量に溶解することはできるが、その場合にも、昇熱時問が長くなり、還元温度への到達時間も長くなって、前記連続鋳造のピッチに間合う含Ｃｒ溶鉄の溶製が出来ない。

また、前記の相反する問題点を解決するため、特許文献１記載の技術とは別の方法も提案されている。それは、図６に示すように、主としてＣｒ鉱石、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジをＣｒ源として第１の溶製炉を還元性雰囲気としてＣｒ溶鉄を溶製し、得られた含Ｃｒ溶鉄を加熱機能を備えた溶湯保持炉に保持すると共に、該溶湯保持炉でスクラップを溶解し、次工程の脱炭精錬装置へ、その精錬スケジュールに合わせて含Ｃｒ溶鉄を供給する方法である（特許文献２参照）。なお、図６に示した例は、第１の溶製炉として転炉型溶融還元炉及び塊コークスを充填した竪型炉式溶融還元炉を併用し、脱炭精錬炉として通常の転炉の他に二次脱炭炉である真空脱炭装置（ＶＯＤ）を併用している。この特許文献２記載の方法によれば、高Ｃｒ溶鉄の溶製に関して、安価なＣｒ源を最大限に利用すると共に、所謂「連々鋳」を行う連続鋳造機へ溶鋼を途切れることなく供給することができる。なお、この場合、含ニッケル・ステンレス鋼を溶製するには、Ｎｉ源の金属ニッケル、スクラップ等を、溶湯保持炉及び第２の溶製炉である転炉で投入している。これは、溶湯保持炉以前のプロセスでＮｉ源を溶解すると、溶湯保持炉内のＮｉ濃度が上昇し、以降のＣｒ系ステンレス鋼の溶製に支障を来たすためである。

一方、高価なＮｉ源として代表的な金属ニッケルは、高価なＣｒ源であるＦｅＣｒよりも数倍以上高価であるのが一般的であり、コスト面から考えると、特にニッケル含有量の多いステンレス鋼の溶製には、安価なＮｉ源（例えば、Ｎｉ含有ステンレス・スクラップ、ニッケル・スラッジ等）の大量使用が非常に重要である。しかしながら、特許文献１の技術では、安価なＣｒ源であるＣｒ鉱石、Ｃｒ含有スラグ等の溶解は困難であり、一方、特許文献２の技術では、安価なＣｒ源の大量使用に重点をおいているので、Ｎｉ含有量が大きくばらつく、前記安価なＮｉ源の大量使用はできない。そのため、高ニッケル含有のステンレス鋼について、安価なＮｉ源、Ｃｒ源を同時に大量使用する溶製方法は存在しないのが現状である。
昭５７−１６１０２０号公報 特開２００３−１５５５１５号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、安価なＣｒ源及びＮｉ源を従来より多量に利用しても、得られた含ニッケル・ステンレス溶鋼を所謂「連々鋳」を行う連続鋳造機へ途切れることなく供給可能な含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、第一の溶製炉で鉄源、Ｃｒ鉱石、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジの一種以上をＣｒ源として還元性雰囲気下で含Ｃｒ溶鉄を溶製し、得られた含Ｃｒ溶鉄を加熱機能を有する溶湯保持炉に保持してから、次工程の第二の溶製炉での精錬スケジュールに合わせて該含Ｃｒ溶鉄を該第二の溶製炉へ供給して脱炭、成分調整を行うに際して、前記溶湯保持炉内に保持した含Ｃｒ溶鉄を、前記第二の溶製炉の精錬スケジュールに合わせて別の溶製炉へ移行し、安価なＮｉ源を投入、溶解して前記含Ｃｒ溶鉄にＮｉを含有させてから前記第二の溶製炉へ供給して、脱炭及び成分調整することを特徴とする含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法である。

この場合、前記別の溶製炉が前記第一の溶製炉であっても良い。また、前記第二の溶製炉が、転炉及び／又は真空脱炭装置であることが好ましい。

本発明によれば、安価なＣｒ源及びＮｉ源を従来より多量に利用し、得られた含ニッケル・ステンレス溶鋼を所謂「連々鋳」を行う連続鋳造機へ途切れることなく供給できるようになる。また、ニッケルを含有しないステンレス鋼についても、連続鋳造機へ同様に途切れることなく連続供給ができる。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

含Ｃｒ溶鉄に安価なＮｉ源を大量に溶解するには、従来のように、脱炭精錬装置でＮｉ源を投入するのでは、「連々鋳」を行う連続鋳造機の要望に応じられない。安価なＮｉ源は、Ｎｉ含有量がばらつくばかりでなく、少ないものも多いので、溶解に時間がかかるので、「連々鋳」を行うには投入量に上限規制を設ける必要がある。

そこで、発明者は、ステンレス溶鋼の製造工程の見直しを行い、安価なＮｉ源をもっと大量に溶解するには、Ｎｉ源を溶解する作用を有する別の溶製炉を利用すれば良いと考えた。つまり、溶湯保持炉に貯留してある含Ｃｒ溶鉄を、該溶湯保持炉から脱炭精錬装置へ直接供給するのではなく、従来の精錬スケジュールより早めのタイミングで別の溶製炉へ移行し、予め含Ｃｒ溶鉄に所望量のＮｉを溶解させるのである。そのようにすれば、Ｎｉを含有した含Ｃｒ溶鉄を、脱炭精錬装置を経て連続鋳造機での「連々鋳」に遅れないように供給できるようになるからである。

本発明でいう別の溶製炉としては、溶鉄中のＣｒ及びＮｉを酸化しないように、還元雰囲気下で含Ｃｒ溶鉄にＮｉを溶解できるものならば如何なる炉を利用しても良い。具体的には、Ｃｒ鉱石等の溶融還元を行う既存の転炉型溶融還元炉を、本発明でいう別の溶製炉にするのが好ましい。設備費が不要で経済的だからである。その場合の本発明に係る工程は図１の通りである。つまり、実線矢印で示す従来のステンレス鋼の製造ラインにおいて、別の溶製炉として転炉型溶融還元炉を利用し、点線矢印で示すように、溶湯保持炉から含Ｃｒ溶鉄を該転炉型溶融還元炉へ移行し、安価なＮｉ源を投入してＮｉの溶解を行い、得られたＮｉを含有する含Ｃｒ溶鉄を直ちに脱炭精錬装置へ供給し、脱炭及び成分調整を行うのである。なお、本発明では、このような別の溶製炉でＮｉ源を溶解する際に、該溶製炉にＮｉ源の他にＣｒ源を同時に投入して，Ｃｒのさらなる溶解を行なっても良い。ＣｒがＮｉの溶解に好ましくない影響を与えることはないからである。

また、本発明の実施に際しては、前記脱炭精錬装置として転炉、つまり上吹き転炉、あるいは上底吹き転炉を利用すれば良い。ただし、低炭素、極低炭素等のステンレス鋼が要望される場合には、上記転炉から出鋼した溶鋼をさらに真空脱炭装置（例えば、ＶＯＤ，ＲＨ等）を用いて脱炭するのが好ましい。

さらに、本発明では、第１の溶製炉としては、転炉型溶融還元炉及び塊コークスを充填した方式の竪型溶融還元炉を併用するのが好ましい。転炉型溶融還元炉は、ＦｅＣｒ、Ｃｒ鉱石をＣｒ源とし、竪型溶融還元炉は、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジ等のＣｒ源として、それぞれ含Ｃｒ溶鋼を溶製するのに優れているからである。

加えて、本発明では、溶湯保持炉に加熱機能を持たせ、スクラップの溶解を行うのが好ましい。第１の溶製炉へのスクラップ投入量が減少でき、第１の溶製炉でのスクラップ溶解のための熱供給量が減り、昇熱に要する時間が短縮し、前記したＣｒ鉱石、スラグ、ダスト、スラッジ等、安価なＣｒ源の投入量が増大できるからである。

本発明を、図１に示した工程に前記竪型溶融還元炉を併用した形態で実施した。溶製転炉型溶融還元炉は、炉容量１８０トンで、酸素ガスを上吹きするランスと、酸素ガスを底吹きする羽口を備えた所謂「上底吹き転炉」方式の炉である。これにより、溶銑、Ｃｒ鉱石、炭材を主原料として溶融還元を行い、含Ｃｒ溶鉄を製造した。なお、この炉は、溶湯保持路炉から精錬スケジュールに合わせて移行させた含Ｃｒ溶鉄にＮｉを溶解するため、本発明でいう「別の溶製炉」としての役割も持たせた。竪型溶融還元炉は、塊コークスを充填した周知の所謂「シャフト炉」で、炉容量１４０ｍ³のものである。これにより、安価なクロム源であるスラグ、ダスト、スラッジの溶融還元を行い、含Ｃｒ溶鉄を溶製した。溶湯保持炉は、転炉型溶融還元炉及び竪型溶融還元炉で予め溶製した含Ｃｒ溶鉄を１０００トン保持できるものとした。また、脱炭精錬装置としては、炉容量１８０トンの前記上底吹き方式の転炉とし、所謂「二次精錬」で脱炭を行うため、容量１８０トンの取鍋を収容可能な真空脱ガス装置（例えば、ＶＯＤ）も利用した。得られたＮｉ：８質量％、Ｃｒ１８質量％、Ｃ：０．０５質量％を含有するステンレス溶鋼は、通常の垂直・湾曲型連続鋳造機で厚み２００ｍｍ×幅１２００ｍｍの鋼鋳片（スラブ）とされた。

Ｃｒ源の溶融還元及び含Ｃｒ溶鉄（Ｎｉを含む場合も）の脱炭、成分調整を行う操業内容及び条件については、周知の方法で実施したので、説明を省略するが、Ｃｒ源及びＮｉ源については、高価なもの（ＦｅＣｒ，金属Ｎｉ）と安価なものの使用比率を、従来の操業（例えば、図６に示す工程で実施した場合）の使用比率と比較し、図３及び図４に示しておく。本発明によれば、図４に示したように、安価なＮｉ源の使用比率が向上したことが明らかである。なお、Ｎｉ源の投入位置は、本発明の実施では別の溶製炉（転炉型溶融還元炉）であり、従来の操業では、溶湯保持炉及び脱炭精錬装置の上底吹き転炉である。

また、図２に、本発明の実施時の溶鉄、溶鋼の流れを示すが、Ｎｉを含む含Ｃｒ溶鉄を連続的に脱炭精錬装置へ供給でき、ニッケルを含まない場合と同様に含ニッケル・ステンレス溶鋼の「連々鋳」が可能になったことが明らかである。さらに、従来法のＮｉ及びＣｒのコストを１００として求めたコスト指数によれば、図５に示すように、本発明により従来よりステンレス鋼の製造コストの低下が確認された。

本発明に係る含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法を説明する工程図である。 本発明の実施時の溶鉄、溶鋼の流れを示すである。 高価及び安価なＣｒ源の使用比率を示す図である。 高価及び安価なＮｉ源の使用比率を示す図である。 含ニッケル・ステンレス鋼の製造コストを本発明の実施と従来操業の実施の場合で比較した図である。 含クロム溶鉄を製造する従来の工程を示す図である。

Claims (3)

1. 第一の溶製炉で鉄源、Ｃｒ鉱石、Ｃｒを含有するスラグ、ダスト、スラジの一種以上をＣｒ源として還元性雰囲気下で含Ｃｒ溶鉄を溶製し、得られた含Ｃｒ溶鉄を加熱機能を有する溶湯保持炉に保持してから、次工程の第二の溶製炉での精錬スケジュールに合わせて該含Ｃｒ溶鉄を該第二の溶製炉へ供給して脱炭、成分調整を行うに際して
   前記溶湯保持炉内に保持した含Ｃｒ溶鉄を、前記第二の溶製炉の精錬スケジュールに合わせて別の溶製炉へ移行し、安価なＮｉ源を投入、溶解して前記含Ｃｒ溶鉄にＮｉを含有させてから前記第二の溶製炉へ供給して、脱炭及び成分調整することを特徴とする含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法。
2. 前記別の溶製炉が前記第一の溶製炉であることを特徴とする請求項１記載の含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法。
3. 前記第二の溶製炉が、転炉及び／又は真空脱炭装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の含ニッケル・ステンレス鋼の溶製方法。

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