JP2615728B2

JP2615728B2 - 含Ｃｒ銑の脱炭方法

Info

Publication number: JP2615728B2
Application number: JP62330979A
Authority: JP
Inventors: 治良田辺; 正弘川上; 謙治高橋; 克博岩崎; 茂井上
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1987-12-26
Filing date: 1987-12-26
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JPH01172505A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は含Cr銑の脱炭方法に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

一般に、ステンレス鋼等の高Cr鋼は、クロム鉱石から
製造されたフェロクロムを溶解炉へ合金材として投入し
て溶解し、これを脱炭処理することにより溶製される。

この脱炭処理を大気圧下で行う方法として所謂AOD法
やLD−OB法等が知られているが、これらの方法は真空方
式であるVOD法やVODC法に較べ設備コストが低くて済む
反面、Cr酸化ロスが非常に大きいという難点がある。

本発明は、大気圧下においてこのようなCr酸化ロスを
抑えつつ脱炭処理を行うことができる方法を提供せんと
するものである。

〔問題を解決するための手段〕

フェロクロムの溶解工程では脱炭も行われるため、そ
のままではCr酸化ロスが著しく、このためスラグに還元
剤としてFe−Siを投入している。ところが、このFe−Si
の投入により母溶湯中にSiが大量に含まれることにな
り、このSiが続く脱炭工程において脱珪され、耐火物に
対して非常に有害な酸性スラグを生成してしまうという
問題がある。このため従来では、スラグ中に中和剤とし
てCaOを投入し、耐火物の損耗を防止しているが、この
ような操業では必然的にスラグが大量に生じていた。

また、LD−OB法等では熱源用として炭材が投入され、
溶湯中のＳ濃度が高くなる。このため、脱炭終了後、酸
化Crの還元とともに脱硫を行う必要があるが、この脱硫
性を高める上でも多量のスラグが必要となる。

このように従来の脱炭吹錬は多量のスラグを形成した
下で行われていたものであるが、このようなスラグ量そ
のものがCr酸化ロスにおよぼす影響については、特に定
量的で詳細な検討の対象にはされていなかった。

これに対し、本発明者等はこのように多量に形成され
るスラグに着目し、スラグ量とCr酸化ロスとの関係につ
いて検討を行った。この結果、脱炭吹錬中のスラグ量と
Cr酸化ロスとの間には強い相関関係があり、スラグ量を
低く抑えつつ吹錬を行うことにより、Cr酸化ロスを効果
的に低下させ得ることを見い出した。

本発明は、このような事実に基づき、さらにCr酸化ロ
スを効果的に防止し得る適正スラグ量の範囲を解明する
ことによりなされたもので、その特徴とするところは、
脱炭前に二次燃焼を行う溶融還元法によって溶銑中の硫
黄濃度の低減を図り、スラグ量を50kg/溶湯Ton以下とし
つつ脱炭吹錬を行うことにある。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明において、スラグ量を上記範囲に抑えることに
よってCr酸化ロスが低減するのは次のような理由による
ものと考えられる。すなわち、脱炭処理においては上吹
きのO₂は以下のような反応を生じさせる。

上記（１）及び（２）式から、下記（３）式が成立す
る。

このように上吹きO₂によって生成したCr₂O₃は溶湯中
Ｃにより還元されることが判る。

ここで、還元作用すなわち上記（３）式の反応を右方
向へ進行させるためには、スラグ中のCr₂O₃の濃度を上
げることが重要である。このCr₂O₃濃度を上昇させるに
は、スラグ全体の量を減らすことが有効であり、これに
より上記（３）式の反応が生じ易くなり、この結果Cr₂O
₃の還元が促進され、Crロスが効果的に低減する。また
炉体耐火物（マグクロ、マグ・カーボン、マグドロ等）
を構成するMgOの溶損によりスラグ中には10〜30％程度
のMgOが含まれているが、このMgOはCr₂O₃と結合して難
溶融のMgO・Cr₂O₃スピネルを生成させるため、スラグ量
が多いと、この点からもスラグ中に溶解しているCr₂O₃
濃度が低下し、還元作用が得にくくなる。

そして、このようなスラグ量低下によるCr酸化ロス低
減効果は、スラグ量を50kg/溶湯Ton以下で吹錬処理した
場合に極めて顕著になることが判明した。すなわち換言
すれば、Cr酸化ロス低減効果を得るには、脱炭時にスラ
グ量を50kg/溶湯Ton以下に抑制すればよいことを本発明
者らは新たに見い出したものである。そして本発明で
は、脱炭終了後の脱硫がスラグ量増加の一要因であるこ
とに着目し、脱炭時前に二次燃焼を行う溶融還元法によ
って溶銑中の硫黄濃度の低減を図るものとした。なお、
硫黄濃度低減をより有効に図れる溶融還元法についても
本発明者らは既に開発したが、その詳細については後述
する。

本発明を適用すべき脱炭吹錬の方式は特に限定される
ものではないが、本発明者等が開発した次のような脱炭
方法によれば、より高いCr酸化ロス防止効果が得られ
る。

この脱炭方法は、第１図に示すように底吹き羽口２と
上吹きランス１とを備えた容器内の高Cr溶銑に対し、上
吹きランス１から、不活性ガス（N₂,Ar等）で希釈した
脱炭用O₂を上吹きするとともに、底吹き羽口２から不活
性ガス（N₂,Ar等）を吹き込んで溶銑を強攪拌すること
により脱炭処理を行うものである。

従来知られているAOD法では、O₂を炉底側の羽口から
吹き込む方法が採られているが、本発明者等の検討によ
れば、底吹きO₂がCr酸化ロスを増大させる大きな原因で
あることが判った。すなわち、O₂底吹きでは溶鋼静圧が
加わるためCO分圧が高くなり、この結果、脱炭反応が阻
害され、脱炭用O₂がCrを酸化させてしまう。このため本
脱炭法では、O₂底吹きは行わず、上吹きランス１から送
酸を行う。

しかし、この上吹きを単に純O₂で行うだけでは効果が
不十分であることが判った。これは、脱炭反応はランス
送酸による火点において最も激しく生じるが、O₂だけの
送酸ではこの部分のCO分圧が非常に高くなり、この結
果、脱炭反応が阻害され、O₂がCrを酸化させてしまうこ
とによるものである。このため、本脱炭法では不活性ガ
ス（N₂,Ar等）で希釈したO₂を上吹きするようにし、こ
れによつて火点におけるCO分圧を下げ、脱炭反応を促進
させるようにしたものである。なお、上吹きランスから
は処理時間を短くするため大量送酸することが好まし
い。

さらに本脱炭法では、溶湯と上吹きO₂との混合を促進
させるため、底吹き羽口２から不活性ガスを吹き込み、
溶湯を適度に強攪拌するものであり、この底吹き不活性
ガスによる適度な強攪拌と、上記ランスによる不活性ガ
ス希釈O₂の上吹きとの組み合わせによりCr酸化ロスを抑
えた効率的な脱炭処理が可能である。

溶湯を適度に強攪拌するためには大量の不活性ガスを
吹き込む必要がある。しかし、ガス量が多すぎると溶湯
が飛散して問題を生じるおそれがあり、このため0.5〜5
Nm³/分・溶湯Ton、好ましくは１〜3Nm³/分・溶湯Ton程
度の量のガスを吹き込むことが好ましい。

また、以上のような脱炭吹錬において、Cr酸化ロスを
より適切に防止するためには、Ｃレベルの低減にしたが
って送酸量を絞っていくことが有効である。しかし、一
般に上吹きランスによる送酸において、同一ノズルで送
酸量を絞るということは、吹込圧力の低下という面から
限界があり、最大でも1/2程度までしか送酸量の絞り込
みができない。

このような問題に対して、上吹きガス中の希釈用不活
性ガスの割合を、脱炭の進行にしたがって吹錬途中から
順次高め、これに伴い送酸量を絞るようにすることが好
ましく、これによって吹込圧力を過度に低下させること
なく送酸量を絞り込むことができる。

このような不活性ガスの増大と送酸量の絞り込みは、
連続的或いは段階的に行うことができる。

以上のような脱炭方式は、その方式そのものがCr酸化
ロスの防止に有効であり、本発明法との組み合わせによ
り、よく高度のCr酸化ロス防止効果を得ることができ
る。

また、本発明を実施するに当たっては、脱炭すべき溶
銑中の〔Si〕，〔Ｓ〕分が出来るだけ低いほうがスラグ
量をコントロール（低減）する上で有利であることは言
うまでもなく、このため、従来の各種脱炭方式に適用す
る場合、本発明の実施可能な製造条件を選定すべきこと
は当然である。

この点上述した新たな脱炭方式では、Fe−Si等の還元
剤の添加量を低く抑えることができることから、スラグ
量のコントロールも容易であるという優れた利点があ
る。

ところで、本発明者等はフェロクロム等を用いること
なく、Cr鉱石等の原料から直接含Cr銑を得ることができ
る所謂溶融還元法に関し、従来方式に較べ還元処理性が
非常に高い新たな方法を開発した。そして、この方法に
よれば、高い還元処理性が得られるだけでなく、二次燃
焼比が高いため、気化脱硫現象が活発になり、溶湯中の
Ｓがより効果的に低減する。したがって、このような溶
融還元により得られた溶銑を原料とすることにより、本
発明をより容易に実施することができる。

この溶融還元法は、還元期間中、下記（イ）〜（ハ）
のガス吹き込みを行い、（イ）底吹き羽口から不活性ガスを吹き込む、（ロ）ガス流の少なくとも一部が、底吹きガスによる溶
湯隆起部に当たるよう、横吹き羽口から不活性ガスを吹
き込む、（ハ）上吹きランスから、溶湯中へ脱炭用O₂を吹き込む
とともに、スラグ中へ二次燃焼用O₂を吹き込む、且つ、二次燃焼比を0.3以上に保持しつつ還元処理を
行うことをその内容とするものである。

この溶融還元法は、Cr鉱石はスラグ中に溶解した後、
スラグ中の炭材により還元されるものであるという従来
の認識に反し、実際の還元反応のほとんどが、実は溶湯
中のＣが還元物質として作用することにより生じるとい
う新たな知見に基づき、次のような作用により高い還元
処理速度が得られるようにしたものである。

（イ）攪拌ガスの底吹きと横吹きの組み合わせ、具体的
には、底吹きガスにより溶湯面に形成された溶湯隆起部
に横吹きガスを衝突させて、溶湯をスラグ中のCr鉱石の
存在する領域に積極的に拡散させ、溶湯中ＣによるCr鉱
石の還元作用を促進させる。

スラグの見掛比重は通常0.3〜0.5であり、一方Cr鉱石
の嵩比重は3.0前後であり、したがってスラグ中のCr鉱
石は、ほとんどスラグ下部領域に集中して浮遊してい
る。上記のように溶湯隆起部を横吹きガスで飛散させる
と、この飛散溶湯は、Cr鉱石が存在するスラグ下部領域
に拡散し、この拡散溶湯中のＣがCr₂O₃を還元し、高い
還元速度が得られる。

（ロ）脱炭用O₂とは別に二次燃焼用O₂の吹き込みを行
う。すなわち、この二次燃焼用O₂を上吹きランスからス
ラグ中に吹き込んで二次燃焼領域をスラグ中に形成さ
せ、且つ横吹きガスによりスラグを強攪拌し、二次燃焼
により生じた熱を鉱石に着熱させる。

このように二次燃焼領域をスラグ内に形成し且つ横吹
きガスによってスラグを強攪拌することにより、高二次
燃焼を確保しつつ高い着熱効率を得ることができる。し
たがって、上記二次燃焼用O₂は、主としてスラグ内に二
次燃焼領域が形成されるようスラグ中に吹き込まれるこ
とが必要である。

（ハ）溶湯中Ｃによる還元作用及び上吹きO₂による二次
燃焼が阻害されないようにするため、横吹きガス及び底
吹きガスはCOまたは不活性ガスとし、O₂は使わない。

横吹きガスにO₂を用いると、Cr鉱石還元のために飛散
させた溶湯中のＣとこのO₂とが反応し、溶湯中Ｃによる
還元作用を阻害してしまうという基本的問題がある。加
えてO₂を使用した場合、耐火物の温度が上昇し、耐火物
の損耗という問題を生じる。

また、底吹きガスにO₂を用いると、溶湯中で大量のCO
ガスを生じさせて溶湯を強攪拌し過ぎ、この結果、溶湯
のスプラツシュが二次燃焼領域に達し、溶湯中Ｃが後述
する二次燃焼用O₂と反応して二次燃焼が阻害されてしま
う。加えて、O₂を使用すると底吹き羽口など耐火物の温
度が上がり過ぎるため冷却ガス（C₃H₈等）を添加する必
要があり、これも底吹きガス量を増大させ、溶湯の過大
な強攪拌→溶湯スプラッシュの発生を助長することにな
る。

（ニ）二次燃焼比は、排ガス中のガス成分の（CO₂＋H
₂O）／（CO＋CO₂＋H₂＋H₂O）で定義されるが、本方法で
は、この二次燃焼比を0.3以上として上述の還元処理を
行う。本方法では高着熱効率が得られるため、二次燃焼
比を上記のように高くすることにより、高い還元処理性
（還元速度）が得られるが、これに加え、二次燃焼比を
上げることにより炭材（主としてコークス）の添加量を
低く抑えるこができ、この結果、炭材原単位の低減を図
ることができるとともに、溶湯のＰ成分のほとんどが炭
材により持込まれることから、溶湯中Ｐの低減を図るこ
とができる。そして、二次燃焼比が高くなると、上述し
たように気化脱硫現象が活発になり、溶湯中のＳも低下
する。第４図は、本方式の溶融還元における炉内二次燃
焼比とコークス原単位、溶湯中Ｐ成分及びＳ成分との関
係を示すもので、二次燃焼比を0.3以上とすることによ
り、コークス原単位が抑えられ、且つ溶湯中のP,Sも適
切に低減している。

〔実施例〕

転炉型容器を用い、5.5Tonの18％Cr溶銑の脱炭処理を
種々のスラグ量レベルで実施した。なお、脱炭処理は上
吹きランスからN₂ガスで希釈した脱炭用O₂を上吹きする
とともに、底吹き羽口２からN₂ガスを吹き込む方法によ
り実施し、溶湯を約40分間でＣを6.5％から0.03％まで
脱炭した。第２図はその際の吹込みガス量を示したもの
である。

第３図は、本実施例において得られたスラグ量とCr酸
化ロスとの関係を示すもので、スラグ量の低下とともに
Cr酸化ロスが低下するが、特にスラグ量≦50kg/溶湯Ton
（好ましくは≦40kg/溶湯Ton）においてCr酸化ロスが著
しく低下していることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得る脱炭方式の一例を示す説明
図である。第２図は本発明の実施例におけるガス吹込条
件を示すものである。第３図は実施例においてスラグ量
がCr酸化ロスに及ぼす影響を示したものである。第４図
は本発明法の脱炭対象として好適な溶湯を得るための溶
融還元法に関し、溶湯中〔Ｓ〕，〔Ｐ〕及びコークス原
単位に及ぼす二次燃焼比の影響を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎克博東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者井上茂東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭59−222518（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−12812（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−19716（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−222511（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−38412（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】二次燃焼を行う溶融還元法により、溶銑中
の硫黄濃度を低減させて含Cr溶銑を得た後、スラグ量を
50kg/溶湯Ton以下としつつ脱炭吹錬することを特徴とす
る含Cr銑の脱炭方法。