JP2713795B2 - ステンレス鋼の溶製方法 - Google Patents

ステンレス鋼の溶製方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、ステンレス鋼を効率良くかつ安価に溶製
するための含クロムステンレス高炭素溶湯(以下ステン
レス鋼母溶湯と云う)を製造するプロセスの改善に関す
るものである。
(従来の技術) ステンレス鋼の溶製方法としては、スクラップやFeC
r,FeNi等の合金鉄を主原料として電気炉で溶解し、その
後AODやVODで脱炭と還元精錬を行ってステンレス鋼を溶
製するプロセスすなわち電気炉−AOD(VOD)プロセスが
最も一般的である。
しかしながら電気炉を用いるこのプロセスには、高価
なエネルギーである電気エネルギーを用いる必要がある
ことや原料選択の上で制限がある点で、ステンレス鋼の
安価な製造法として問題がある。
一方、電気炉を用いずに上底吹き転炉内に溶銑を装入
し、ステンレス鋼の成分となるように脱炭吹錬中または
吹錬前にスクラップや合金鉄(FeCrやFeNi)を添加して
所定の成分とし、脱炭工程終了後、FeSi等の合金鉄を投
入して還元工程に移行し、しかるのち出鋼して連続鋳造
するプロセスが例えば文献(鉄と鋼(1985),Vol.71,s
180)に記載されている。
しかしながらこの方法でも、熱バランス上、溶銑に投
入可能なスクラップや合金鉄は制限される。またその制
約を回避すべく熱源として炭材を添加する方法では、吹
錬時間が延長されるために、ダスト発生量が増加して歩
留りが低下することの他連続鋳造とのマッチングの面で
支障をきたし、従って安価材料を用いる効率的なステン
レス鋼溶製という面では不充分といわざるを得ない。
ところで近年、ステンレス鋼の溶製プロセスの一部に
フェロクロムの代わりにクロム鉱石または一部還元を行
ったクロム鉱石のペレットを溶融、還元してステンレス
鋼を溶製する技術が開発されている。
かようなクロム鉱石を溶融還元してステンレス鋼を溶
製する方法(以下ではクロム鉱石の溶融還元法と云う)
は、安価なステンレス鋼の製造法とはいえるけれども、
以下の点に問題又は改善の余地があった。
すなわち、通常の脱炭処理に比べて処理時間が長く、
しかも上吹きランスからの送酸速度が大きいためにメタ
ルを溶製する際のダスト発生量が多く、そのためメタル
の歩留りの面、又ダストの処理の観点からの改善を必要
とすることである。また大量のクロム鉱石を処理する観
点からは可能な限り大量の熱エネルギーを付加する技
術、具体的には高二次燃焼を達成する技術が必要であ
る。
ここに高二次燃焼のための技術としては、種々の技術
が提案されている。
しかしながらその多くはプロセスの大幅な改善を必要
とするものであり、必ずしも現実的ではない。例えば特
開昭64-42511号および特開昭64-83606号各公報にはそれ
ぞれ、二次燃焼を促進するため炉側に羽口を設けて酸素
を吹きこむ方法が提案されている。しかしながらかよう
な技術を既存の設備に適用するためには、設備を大幅に
改造する必要がるので、実用上困難である。
また上吹きランスを改善し、二次燃焼を促進する技術
も種々提案されている。例えば特開平1-136913号公報で
は、上吹ランスの側面に二次燃焼促進用のノズルを設け
ることを提案している。しかしながら、かかるランスは
二次燃焼を促進する点では有効であるものの、それに伴
い側面のノズルによる二次燃焼の高熱が必然的に炉側壁
面に伝わり高温になって壁面が溶損することになる。
ところでもう一つの問題点であるダストの発生量の低
減に対する対策はほとんど提案されていない。なお普通
鋼の予備処理溶銑を用いたレススラグ脱炭吹錬では、特
開昭59-182909号公報にみられるように、上吹ランスの
ガスジェットの火点面積を分散させる観点からノズルを
7孔にすることが提案されている。しかしながらレスス
スラグ脱炭吹錬とクロム鉱石の溶融還元では、上述した
ダスト発生量が大幅に異なるので、かようなランスを用
いてもダスト発生量の低減の観点らは十分とはいえなか
った。
一方、ステンレス鋼の溶製プロセスとして考えた際
に、上記クロム鉱石の溶融還元プロセスは有力なプロセ
スであるが、工程の中でステンレススクラップを原料と
して使用できることも必要である。
しかしながらステンレス溶湯の脱炭に際してステンレ
ススクラップを冷材として投入する場合でも当然ながら
その使用量は限られたものにならざるを得ず、この観点
からは安価な原料を使用できるプロセスとしてはなお十
分とはいい難い。
特にステンレス溶製においては安価な含クロム、含ニ
ッケルのスクラップを大量に使用できるプロセスが必要
で、この点に鑑みこれまでの技術ではスクラップを大量
に使用できる電気炉がどうしても必要とされたのであ
る。
(発明が解決しようとする課題) この発明は、上記の観点から、クロム鉱石の溶融還元
を安価に実施するために二次燃焼における燃焼効率を高
めると共に、その二次燃焼で発生した熱の鉄浴やスラグ
浴への着熱の効率を促進させ、さらに排ガス温度の上昇
やそれに伴なう炉壁の耐火物の溶損を効果的に防止でき
るだけでなく、ダストの発生量を低減し、さらには安価
な原料であるステンレススクラップの使用も可能とした
ステンレス鋼の溶製方法を提案することを目的とする。
(課題を解決するための手段) すなわちこの発明は、上底吹き可能な反応容器に、予
め予備処理済みの溶銑およびスクラップを装入し、つい
でクロム酸化物および炭素含有物質を投入して溶融還元
することにより含クロム溶鉄を溶製し、しかるのち脱炭
することからなるステンレス鋼の溶製方法において、 反応容器の上部から挿入したランスのノズル径d(m
m)、ノズルの数をnおよび酸素ガス流量をFo2(Nm3/mi
n)とするとき、これらのd、nおよびFo2が、下記
(1)および(2)式の関係を満足する条件下に溶融還
元操業を行うことからなるステンレス鋼の溶製方法であ
る。
記 d<0.050・Fo2 ……(1) Fo2/(n・d)<1.0 ……(2) この発明では、溶融還元中の少なくとも一部の期間に
つき、ランス先端および溶鉄表面間の距離L(mm)とス
ラグ層の厚みt(mm)とが次式(3) L/t<3.0 ……(3) の関係を満足するランス配置とするこのが好ましい。
またこの発明では、反応容器における底吹きガス量は
0.4Nm3/min/t以上とすることが好ましい。
以下、この発明を具体的に説明する。
さて発明者らは、クロム鉱石の溶融還元に関し、種々
のランスを用いて数多くの実験と検討を重ね、ダストの
発生速度を低減し、しかも高二次燃焼操業を高着熱効率
の下で行う方法について追求した。
第1図に、実験に用いた上底吹き転炉の断面を模式で
示す。
第1図において、1は炉体、2は上吹きランス、3は
炉体1内の鉄浴、4はスラグ浴、5は底吹き羽口であ
る。この転炉において、底吹き羽口5から酸素を中心と
するガスを吹き込んで熱補償を行うと共に浴内の撹拌を
行う。ここで酸素を吹きこむ際に、羽口の冷却ガスとし
てプロパンを二重管羽口の外管より吹きこむ。
さて、まずダスト発生速度を低下させるためにランス
ノズルの形状および操業方法について検討した。従来か
らランス高さを高くすれば上吹きランスのダスト発生速
度を低減し得ることが知られている。この実験において
も、ダスト発生速度は、ランス高さを高くすることによ
って低減することが確認された。しかしながら、ランス
高さを高くすると上吹きランスからの02ジェットによる
二次燃焼が増加し、それと共に排ガス温度が上昇して炉
体上部の耐火物の溶損を招いた。
そこでランス高さを高くしないでダスト発生速度を低
下させるためのランスの改善について検討した。
その結果、ダストの発生速度は、ランスからの吹き込
み酸素ガス流量、ランスのノズル径およびノズル数に大
きく影響を受けることが判った。
すなわち、以下の関係式(1)、(2)の条件を満足
すればダストの発生量を低減できることが判明したので
ある。
d<0.050・Fo2 ……(1) Fo2/(n・d)<1.0 ……(2) ここでd:ランスノズル口径d(mm) n:ランスの数(個) Fo2:上吹きランスによる酸素ガス流量(Nm3/min) 表1に、ノズル径とノズル数を種々変更した場合のダ
スト発生量、二次燃焼率および着熱効率について調査し
た結果を示す。
同表より明らかなように、(1),(2)式を満足す
るランスを用いた場合に、ダスト発生量を低減できると
共に、二次燃料率およびそれに伴なう燃料熱の鋼浴ある
いはスラグ浴への着熱効率の向上が得られることがわか
る。
なお単に(1)式のみあるいは(2)式を満たしただ
けではこうした効果が得られないのは、No.5〜8の実験
から確認された。
またすでに述べたように従来ランスを使用して、ラン
ス高さを高くする方法についても調査したが、No.9およ
び10に示すように、ダスト発生量の低減および二次燃焼
率の向上は達成されたものの、二次燃焼の増加により排
ガス温度が上昇し、炉体上部の耐火物の溶損が大きくな
ったため、途中で操業の停止を余儀なくされた。
さらに同様の観点から、(1),(2)式のいずれか
一方の条件を満たすランスを用いた場合についても調べ
たところ、ランス高さを高くするとNo.12のように二次
燃焼の発生熱により排ガス温度が上昇し、炉壁耐火物が
溶損する場合があった。
そこでさらにこの点について調査したところ、以下の
式を満たすようにランス高さを管理することが望ましい
ことがわかった。
L/t<3.0 ……(3) ここでL:ランスの先端と溶鉄表面との間の距離(mm) t:スラグ層の厚み(mm) ただし(3)式の条件は操業中、常時満足させておく
必要はなくて、操業中少なくとも一部の時期に満足させ
ればよく、とくに溶湯温度が上昇する溶融還元操業の中
期から後半にかけて満たすことが望ましい。
またこうしたステンス溶製プロセスにおいて、スクラ
ップを使用することが安価な溶製プロセスとしては必要
な条件であることを既に述べた。表1の調査においても
ステンレススクラップを前装入で10トン使用したが、底
吹きガスを低下させるとNo.11あるいはNo.13にみられる
ように操業時にスクラップの解け残りが生じた。
表1の結果からわかるように、ダスト発生量低減ある
いは二次燃焼向上の観点からは底吹きガス流量を低下さ
せた方が有効であるが、こうしたスクラップ使用を可能
とする観点から考えると、第2図に示すように底吹きガ
ス流量は0.4Nm3/min/t以上とすることが好ましい。
(実施例) 85トン上底吹き転炉にステンレススクラップを予め10
トン装入した。ついで脱りん溶銑を55トン装入したの
ち、吹錬を行った。炭材と酸素を供給しながらスクラッ
プ溶解を行い、その後引き続き昇温吹錬さらにはクロム
鉱石の溶融還元を行った。
用いたランスは、第3図に示すようなノズル径:10m
m、ノズル数:60個のものである。ランス高さは溶鉄面か
ら2800mm、送酸速度は270Nm3/minとした。また底吹きガ
ス流量は60Nm3/min(0.75Nm3/min/t)であった。
吹錬開始後、送酸量4000Nm3の時、測温とサンプリン
グを行い、スクラップが完全に溶解していることを確認
した。また温度が1540℃であったので溶融還元を行っ
た。このとき熱バランスが一定となるよう半還元クロム
ペレットと炭材を投入した。半還元ペレット投入完了
後、仕上げ還元を行った。すなわち上吹き送酸速度を絞
り、15分間、上吹き02:60Nm3/min、底吹き02:60Nm3/min
で行い、出湯した。
出湯量は79.2トンであった。出湯成分を表2に示す。
なおこの吹錬期間中、排ガスの分析計から求めた炉内の
二次燃料率は75〜87%(平均80%)、熱バランスから求
めた着熱効率は93%であった。さらに排ガスに含まれる
ダストは19(kg/t)と従来より大幅に低い値であった。
(発明の効果) かくしてこの発明によれば、ステンレス鋼母溶湯とし
ての含クロム溶鉄の溶製に際し、上部耐火物の溶損を招
くことなしに、二次燃焼率および着熱効率の向上が実現
できるだけでなく、ダスト発生量を大幅に低減すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施に用いて好適な上底吹き転炉
の断面を示す模式図、 第2図は、底吹きガス流量とスクラップの溶け残りの有
無との関係を示した図、 第3図は、この発明に用いて好適な上吹きランスの先端
形状を示した図である。 1……炉体、2……上吹きランス 3……溶湯、4……スラグ 5……底吹き羽口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 嘉英 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (72)発明者 桜谷 敏和 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭59−222511(JP,A) 特開 平1−172505(JP,A) 特開 昭61−272308(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上底吹き可能な反応容器に、予め予備処理
    済みの溶銑およびスクラップを装入し、ついでクロム酸
    化物および炭素含有物質を投入して溶融還元することに
    より含クロム溶鉄を溶製し、しかるのち脱炭することか
    らなるステンレス鋼の溶製方法において、 反応容器の上部から挿入したランスのノズル径d(m
    m)、ノズルの数nおよび酸素ガス流量Fo2(Nm3/min)
    が、下記(1)および(2)式の関係を満足する条件下
    に溶融還元操業を行うことを特徴とするステンレス鋼の
    溶製方法。 記 d<0.050・Fo2 ……(1) Fo2/(n・d)<1.0 ……(2)
  2. 【請求項2】溶融還元中の少なくとも一部の期間につ
    き、ランス先端および溶鉄表面間の距離L(mm)とスラ
    グ層の厚みt(mm)とが次式(3) L/t<3.0 ……(3) の関係を満足するランス配置とする請求項1記載の溶製
    方法。
  3. 【請求項3】反応容器における底吹きガス量が0.4Nm3/m
    in/t以上である請求項1または2記載の溶製方法。
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