JP2727627B2 - 高合金鋼用溶銑の製造方法 - Google Patents

高合金鋼用溶銑の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、筒型炉を使用し、スクラップ、および合金
元素を含有する鉱石又はその酸化物を原料とする高合金
鋼用溶銑の製造方法に関する。
(従来の技術) 高合金鋼の製造方法には、溶鋼に合金鉄(フェロマン
ガン、フェロクロム、フェロモリブデン、フェロニッケ
ル等)を加えて作る方法と、溶銑に合金元素含有鉱石
(Mn鉱石、Cr鉱石など)を添加して作る方法とがある。
溶鋼へ合金鉄を加える方法では、転炉で溶製した溶鋼
を炉外精錬するときに添加する。酸化されにくいフェロ
モリブデンやフェロニッケルの場合には直接転炉内に投
入することもある。しかしこの方法では合金鉄が高価
で、その歩留が低いために製造コストが高くなるという
欠点がある。
溶銑に合金元素含有鉱石を加える方法は、高価な合金
鉄の使用量を節減するために提案されたものである。こ
の方法には高炉から出銑した溶銑を溶銑脱燐するときに
加える方法〔CAMP−ISIJ、vol.(1988)−1146〕、及び
転炉で吹錬中に添加する方法(鉄と鋼,1985−S145、同,
1986−S177、同,1986−S241、同,1986−S1038等)、が
ある。しかしこれらの方法は、いずれも鉱石の添加によ
り溶銑温度を著しく低下させるため、その添加量は最大
50kg/溶銑トン程度に制限される。そこで熱補償するた
めにコークスやAlなどを添加することが行われている。
しかしコークスを加えると規定の鋼成分から外れるし、
Alを添加すると製造コストが高くなるという問題があ
る。
上記のほかに、高炉にMn、Cr、Mn、Niを含有する鉱石
を装入して高合金含有溶銑を製造することが考えられ
る。しかし、たとえ、そのようなことができたとしても
MnやCr等の合金成分は転炉吹錬中に酸化消失してしま
い、その歩留が著しく低下するうえ、所望の高合金用溶
銑を製造することはできない。
ところで、本出願人は先に転炉型筒型炉を使用してス
クラップと鉄鉱石を鉄源として熱効率よく溶銑を製造す
る方法を提案した(特願昭63−122292号)。この溶銑の
製造方法は、第1図に示すような転炉型式の筒型炉1を
用いる。図示のように、筒型炉1は炉上部に炉内ガスの
排出と原料装入用開口部2、炉壁下部に支燃性ガスと燃
料を吹き込む一次羽口3、その上部炉壁に支燃性ガスを
吹き込む二次羽口4、炉底に溶銑とスラグを排出する出
銑口5を備えている。
この筒型炉1により溶銑を製造するには、まず炉内下
部にコークス充填層7を、その上にスクラップと鉄鉱石
の充填層9を形成させる。そして下部のコークス層7に
一次羽口3から支燃性ガスと燃料を吹き込んで下記
(1)式の反応を生じさせ、その反応熱によってコーク
ス層7を高温に保つ。
C+1/2O2→CO+29,400kcal/kmol・C …(1) 上記(1)式で発生したCOはスクラップと鉄鉱石の充
填層9で二次羽口4から吹き込まれる支燃性ガスと下記
(2)式の反応(2次燃焼)を起こす。その反応熱はス
クラップと鉄鉱石の加熱および溶融に利用される。
CO+1/2O2→CO2+67,590kcal/kmol・CO …(2) この反応で溶融した鉄鉱石(溶融酸化鉄)は下部のコ
ークス層7に滴下し、高温のコークスと下記(3)式に
より反応して速やかに還元される。
Fe2O3+3C→2Fe+3Co −108,090kcal/kmol・Fe2O3 …(3) 上記(3)式の反応のとき近くにCO2が存在しないか
ら、CO2で(3)式の反応が阻害されることはない。そ
して(1)式および(3)式で発生したCOはスクラップ
と鉄鉱石の充填層内で2次燃焼するので、それらの加熱
と溶融に有効に利用されて高い燃料効率が達成される。
このように上記溶銑の製造方法は、筒型炉内の反応帯
のコークス層と、スクラップと鉄鉱石の充填層とに分
け、コークス層を高温の強還元雰囲気に保たせて溶融酸
化鉄の還元をすみやかに起こさせると同時に可燃性ガス
を発生させ、上部のスクラップと鉄鉱石の層内で下部か
ら供給される高温可燃性ガスを燃焼させて、それらの加
熱及び溶融を高効率で行わせるようにしたものである。
この方法によって初めて転炉のような小型筒型炉でス
クラップと鉄鉱石から熱効率よく溶銑を製造することが
可能になった。
そこで、本発明者らは前記溶銑の製造方法をもとに高
合金鋼用溶銑の製造方法について種々検討した結果下記
の知見を得た。すなわち、 a.多量のスクラップの使用(従来の転炉で使用されてい
る量の約10倍)により炉内に持ち込まれる燐分が減少し
て溶銑燐が低下する。したがって炉内で脱燐する必要が
ないからMnやCrの酸化損失がない。いわゆる転炉のスラ
グレス吹錬と同じことが行える。
b.燃料としてコークスや石炭が使用できるので製造コス
トが安くなる。
c.高価な合金鉄の代わりに安いNi鉱石、Mo鉱石、Mn鉱石
等の合金元素含有鉱石又はNiOやMoO3などの酸化物を使
用できる。
d.ステンレスなどの高合金スクラップも普通鋼スクラッ
プと同様に溶解できる。
e.スクラップと合金元素含有鉱石等の配合量を変えるだ
けで転炉で溶製する鋼種と同等の合金成分含有溶銑を製
造できる。
f.粉状鉱石もそのまま使用できるので塊成化する必要が
ない。また羽口から直接炉内に吹き込むことができるの
で歩留が高い。
g.連続鋳造やインゴットの鋳造量に合わせて少量でも溶
製できるから小ロットの生産にも適している。
i.バッチ溶製ができるので次回の溶製のときに合金元素
による汚染が少ない。
本発明は上記知見にもとづいて成されたもので、その
要旨は次のとおりである。すなわち、 第1発明は、上部に炉内ガスの排出と原料装入用開口
部を、炉底部に出銑口を、炉壁下部に排滓口と一次羽口
を、炉壁上部に二次羽口を有する筒型炉を用いて高合金
鋼用溶銑を製造する方法であって、炉底から一次羽口を
含むレベルまでコークス充填層を形成させ、そのうえに
スクラップと塊状のMn鉱石、Cr鉱石、Mo若しくはNiを多
く含有する鉱石またはMn、Cr、Mo、Niの酸化物の1種以
上からなる充填層を形成させた後、一次羽口及び二次羽
口から支燃性ガスを吹き込む高合金鋼用溶銑の製造方
法。
第2発明は、第1発明の方法において、粉状のMn鉱
石、Cr鉱石、Mo若しくはNiを行く含む鉱石又はMn、Cr、
Mo、Niの酸化物の1種以上を一次羽口または二次羽口か
ら支燃性ガスと共に吹き込む高合金鋼用溶銑の製造方
法、 第3発明は、第1発明乃至第2発明の方法において、
スクラップの一部または全部を高合金スクラップとする
ことを特徴とする高合金鋼用溶銑の製造方法、である。
上記いずれの方法においても、Mn鉱石、Cr鉱石、Mo若
しくはNiを多く含む鉱石またはそれらの酸化物、及び高
合金スクラップの配合量を調整すれば連続鋳造又はイン
ゴット鋳造時に要求される合金元素含有成分とすること
ができる。また本発明方法を実施する筒型炉としては、
従来の転炉に必要最小限度の改造を加えて使用すること
ができる。
従来、合金鋼の製造方法は前述したように、高炉製
銑→溶銑脱燐→転炉精錬→炉外精錬(合金鉄添加)→鋳
造、若しくは高炉→溶銑脱燐(合金元素含有鉱石添
加)→転炉→炉外精錬→鋳造、又は高炉→溶銑脱燐→
転炉(合金元素含有鉱石添加)→炉外精錬→鋳造、とい
うような複雑な工程を経て製造されていた。
ところが本発明によれば、転炉型筒型炉による溶製だ
けで、スクラップ、及び合金元素含有鉱石又はそれらの
酸化物から連続鋳造やインゴット鋳造のときに要求され
る合金成分を含有する溶銑を製造することができる。こ
のあと転炉で脱炭だけを行えば、上記〜の工程を経
て作る高合金鋼と同等のものを製造することができる。
(作用) 以下、本発明の高合金鋼用溶銑の製造方法を図面を用
いて説明する。第2図は、本発明法を実施する筒型炉の
概略断面図である。図において、1は筒型炉、2は開口
部、3は一次羽口、4は二次羽口、5は出銑口、6は排
滓口である。
このような筒型炉1を用いて高合金鋼用溶銑を製造す
るには、まず筒型炉1の炉底から一次羽口を含むレベル
までコークス充填層7を形成し、その上に二次羽口を含
み炉肩部までスクラップと合金元素含有鉱石または合金
元素酸化物の混合層8を形成する。そのあと一次羽口3
および二次羽口4から支燃性ガス(酸素含有ガス)、又
は支燃性ガスと合金元素含有粉体を吹き込む。そうする
と前記(1)〜(3)と同様の反応を起こしてスクラッ
プと鉱石(酸化物)の溶解および還元が速やかに行われ
て鋳造時に要求される合金成分を含有する溶銑が製造さ
れる。生成したスラグは排滓口6から、溶銑は出銑口5
からそれぞれ排出される。この溶銑は炭素分が高いから
出銑後転炉へ運んで脱炭精錬だけを行えば、連続鋳造や
インゴット鋳造に供給できる溶鋼が製造できる。
(実施例) 以下、実施例により本発明の高合金鋼用溶銑の製造方
法を説明する。
この実施例では第2図に示すような試験用小型転炉を
用いた。この転炉は、直径1.5m、炉底から炉口までの高
さ3.6m、内容積6.0m3である。転炉炉壁には一次羽口及
び二次羽口がそれぞれ炉底から0.8m、1.2mの位置に90度
間隔で4本づつ設置され、炉底中央部に出銑口、炉底か
ら1m上の炉壁には排滓口が設けられている。
原料スクラップは第1表に示す組成を有し、嵩比重3.
5トン/m3、最大寸法400mm角にプレスしたものを用い
た。また原料の合金元素含有鉱石および酸化物の組成と
サイズを、それぞれ第2表および第3表に示す。
燃料コークスの組成およびサイズを第4表に示す。支
燃性ガスには純酸素を使用した。
以上のような装置、原料、及び燃料を使用して第5表
に示す高合金鋼用溶銑を製造し、この溶銑を転炉で脱炭
精錬して同表最下段に示す合金鋼を製造した。なお第5
表のスクラップ及び鉱石の欄の( )内英記号は第1表
〜第3表に記載するスクラップ及び鉱石を示している。
第5表において、本発明例1は普通鋼スクラップ(第
1表のA)と塊状Mn鉱石(第2表のD)を用いて高Mn溶
銑を製造し、転炉で脱炭精錬して低炭素高マンガン鋼を
製造した場合である。
本発明例2は塊状Mn鉱石の代わりに粉状Mn鉱石(第2
表のE)を用いた場合である。
本発明例3は、普通鋼スクラップと塊状Cr鉱石(第2
表のF)を使用して13クロム鋼を製造した場合である。
本発明例4は、ステンレススクラップ(第1表のB)
と粉状Cr鉱石(第2表のG)を用いて16Cr−Ni鋼を製造
した場合である。
本発明例5は、普通鋼スクラップ、塊状Cr鉱石、およ
び酸化Ni鉱石(第2表のH)を使用して高張力鋼を製造
した場合である。
本発明例6は、普通鋼スクラップ、塊状Cr鉱石、及び
粉状硫化モリブデン精鉱(第2表のJ)を用いCr−Mo鋼
を製造した場合である。
本発明例7は、普通鋼スクラップ、粉状Cr鉱石、粉状
モリブデン精鉱、および粉状NiO酸化物(第3表のK)
を使用して3%Ni鋼を製造した場合である。
本発明例8は、普通鋼スクラップ、粉状Cr鉱石、及び
粉状MoO3酸化物(第3表のL)を用いてCr−Mo鋼を製造
した場合である。
また第5表に示す従来例の「溶銑脱燐無し」は、高炉
で製造した溶銑を脱燐しないまま転炉に送り、転炉で脱
炭と脱燐を行ったあと炉外精錬のときにMn合金鉄を添加
して低炭素高マンガン鋼を製造した場合である。
従来例の「溶銑脱燐有り」は、高炉で製造した溶銑に
溶銑脱燐を施したあと、転炉で脱炭を行うときにMn合金
鉄とMn鉱石を加えて低炭素高Mn鋼を製造した場合であ
る。
第5表から明らかなように、本発明例の場合には製銑
のときに既に鋳造時に要求される合金成分に調整されて
いる。したがって製鋼のときに高価な合金鉄を添加した
り、脱燐をする必要はなく単に脱炭を行うだけでよい。
また同表から本発明法は従来の高炉法に比べて排ガス温
度が低くなっており、排ガスのもつ熱がスクラップと鉱
石の加熱及び溶解に有効に利用されているのが分かる。
(発明の効果) 以上説明したように本発明の方法によれば、スクラッ
プと安価な合金元素含有鉱石またはそれらの酸化物を用
いて高い熱効率で高合金鋼用溶銑を製造することができ
る。したがって転炉で脱炭するだけで所望の高合金鋼を
製造でき、その製造コスト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、スクラップと鉄鉱石から溶銑を製造する筒型
炉の概略断面図、 第2図は、本発明の方法を実施する転炉の概略断面図、
である。 1は筒型炉、2は開口部、3は一次羽口、4は二次羽
口、5は出銑口、6は排滓口、7はコークス充填層、8
はスクラップと合金元素含有鉱石または合金元素含有酸
化物の充填層、9はスクラップと鉄鉱石の充填層。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部に炉内ガスの排出と原料装入用開口部
    を、炉底部に出銑口を、炉壁下部に排滓口と一次羽口
    を、炉壁上部に二次羽口を有する筒型炉を用いて高合金
    鋼用溶銑を製造する方法であって、炉底から一次羽口を
    含むレベルまでコークス充填層を形成させ、その上にス
    クラップと塊状のMn鉱石、Cr鉱石、Mo若しくはNiを多く
    含む鉱石又はMn、Cr、Mo若しくはNiの酸化物の1種以上
    からなる充填層を形成させたあと、一次羽口および二次
    羽口から支燃性ガスを吹き込むことを特徴とする高合金
    鋼用溶銑の製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の高合金鋼用溶
    銑の製造方法において、粉状のMn鉱石、Cr鉱石、Mo若し
    くはNiを多く含む鉱石またはMn、Cr、Mo、若しくはNiの
    酸化物の1種以上を一次羽口または二次羽口から支燃性
    ガスと共に吹き込むことを特徴とする高合金鋼用溶銑の
    製造方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項および第2項記載の
    高合金鋼用溶銑の製造方法において、スクラップの一部
    または全部を高合金スクラップにすることを特徴とする
    高合金鋼用溶銑の製造方法。
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