JP4195106B2 - 合金鋼の製造方法および合金鋼の製造プラント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金鋼、特に、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼用鋼材料の製造方法とその方法を行うプラントに関し、最初の製造工程で鉄キャリアを酸素により大きく脱炭するとともに脱リンし、その後に、そこからスラグ生成物として分離される溶融物を、酸素と不活性ガスにより合金キャリアを添加した後に追加の製造工程で目的とする合金と炭素含有物に調製するという技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法として、ＥＰ特許（ＥＰ-Ａ２-０ ２２９ ５８６）が知られている。このＥＰ特許では、酸素吹き込み転炉とそれと同じようなものでの両方の製造工程が行われている。この特許の方法では、溶融物に含有させられる固形物の総量は極めて限られている。酸素吹き込み転炉においては、鉄の金属塊と合金元素とスクラップとの最大量は、充填量の２０重量％が充填される。また、固体の充填量を多くする場合の１つの方法として、高価な化学的発熱材を添加することを余儀なくされるが、それはスラグ（ＳｉＯ2,Ａｌ2Ｏ3,他）のかなりの量の損失を招いてしまう。それらのかなりの量のスラグは、石灰の追加を招き、結果として、鉄とクロムとマンガンの不足をもたらす問題がある。
【０００３】
ＥＰ特許（ＥＰ-Ａ２-０ ２２９ ５８６）の酸素吹き込み転炉は溶鋼の撹拌のために底部に噴射する手段を備えている。酸素吹き込み転炉において、このことは、スラグの中に酸化されたクロムを高いレベルで導くことを意味し、一般に知られる経済性の面は損なわれる。経済的に成立し得る最低の限界は、（スラグ中へのクロムのロスを許容できるとして）炭素含有量に関しては０.２％である。
その上、最低炭素含有量を（例えば０.１％炭素より少なくは）調整できない問題がある。
更に、電気炉で特にクロム含有ステンレス鋼などの高合金鋼を生産した際に遭遇する困難は、特に高いレベルのクロムを含むスラグが電気炉における脱炭反応に影響を与えることである。スラグ中へのクロムの損失を避けるためには、溶鋼の温度を脱炭中に１７００℃を大きく超える温度に調整する必要があることが示唆される。それらの影響の結果として、世界中のステンレス鋼の大体８０％が転炉法により製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気炉における製造ルートの可能性は、仮に後工程での真空処理の利用が要求されるならば、経済的に材料を得るという面から見ると、極めて限られることになる。例えばリンの含有量が０.０３％未満に限られ、炭素含有量が約１％未満に限られるならば、クロム含有量はクロム酸化物の減少に従うことになるから、電気炉における脱リンは、長い時間を伴わないか、高いレベルのクロム酸化物を伴わないならばほとんど不可能であり、更なる脱炭も不可能である。高炭素のフェロクロムの総量の代わりに、低リン濃度のステンレス鋼スクラップを溶解する時に低炭素レベルを導くことができるにもかかわらず、電気炉における前駆溶融物は、通常は、０.５〜１.２％の炭素が採取されなくてはならず、それから、要求される炭素含有量に調整するために、長期の真空処理を施さなくてはならない。この長期間に渡る真空処理のコストは高いもので、連続鋳造では実施不可能なものである。
【０００５】
本発明の目的は、それらの欠点や問題を解決し、合金鋼を製造する場合に製造プラントでは勿論、工業的に実施可能な方法を行うことを提供することであり、特に、経済性の高い方法で高いレベルの生産効率でステンレス鋼を得ることができる方法を提供することである。また、特に、低コストで高いエネルギーを費やして実行できる方法であり、溶融物に含まれるリンおよび／又は０.０３％を超えるリンを含む鉄の金属塊を得ることができる方法である。更に、本発明は、固体のほとんどに１００％適用可能である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は前記課題を解決するために、合金鋼、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼用鋼材料などの合金鋼の製造方法において、最初の製造工程で鉄キャリアを酸素で大幅に脱炭するとともに脱リンし、その後に溶融物から生成されたスラグを除去した後に、望ましい合金組成と炭素含有量に酸素あるいは不活性ガスを用いて調整するとともに、追加の製造工程において合金キャリアを添加する合金鋼の製造方法であって、最初の製造工程において、第１の電気炉１において電気エネルギーを供給して処理し、追加の製造工程において、リンを含むスラグを除去する第２の電気炉１６において電気エネルギーを供給して処理するものである。請求項２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の間に、溶融物に、不活性ガスの場合は、３０ｌ／分以上、酸素または酸素を含む混合ガスの場合は３００ ｌ／分以上のガスを吹き込むことにより溶湯を撹拌するものである。請求項３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１または２に記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の１つの部分工程の間に、酸素または酸素を含む混合ガスの潜水吹き込みにより脱炭を行うものである。
【０００７】
請求項４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜３のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の間に酸素または酸素を含む混合ガスを溶融物の上から吹き込んで脱炭を行うものである。
請求項５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜４のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、潜水吹き込みを不活性ガスで、あるいは、不活性ガスに酸素あるいは酸素を含む混合ガスを追加して行うとともに、潜水吹き込みの進行に伴って吹き込み量を増加するものである。
請求項６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程を第１の電気炉１で行い、追加の製造工程を第２の電気炉１６で行うものである。
請求項７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜６のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の後に、溶融物を真空処理する付加製造工程を行うものである。
請求項８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜７のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の少なくとも１つの部分工程で溶融物のフラッシングを不活性ガスあるいは不活性ガスと炭化水素の混合ガスでなすものである。
【０００８】
請求項９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程を酸素をほぼ完全に除去した雰囲気において行うものである。
請求項１０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、スクラップに含まれる鉄キャリアを２０ｗｔ％以上、好ましくは４０ｗｔ％以上とするものである。
請求項１１記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１０のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程で得られるスラグの組成を維持しながらその製造工程を行うものである。
請求項１２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程において還元剤と石灰とフラックス剤を加えた不活性ガス雰囲気においてスラグを還元し、溶融物を脱酸および脱リンするものである。
請求項１３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１２記載の合金鋼の製造方法において、何も送り込まない炉の雰囲気でスラグの還元を行うか、もし空気を送るならば、２次空気を完全に除去した酸化ガスを送った炉の雰囲気で行うものである。
請求項１４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１３記載の合金鋼の製造方法において、炉の雰囲気の化学組成をチェックして常に調整するものである。
請求項１５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１２〜１４のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、溶融物が低炭素のものである場合に、少なくとも還元処理の間に第２の電気炉１６の圧力を調整する第２の工程を具備するものである。
請求項１６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、固形物を第２の電気炉１６の中空電極１３を通して電気アークとともに直接導入するものである。
請求項１７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１６に記載の合金鋼の製造方法において、酸素キャリアとクロムキャリアとして供給される固形物として微細クロム鉱石あるいは予備還元されたクロム鉱石を用いるものである。
請求項１８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２〜１７のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初のおよび／または追加の工程の間に溶鋼を大きく撹拌するのは、溶鋼に不活性ガスを供給しＳｉとＣの酸化剤を供給することと、上から酸素と酸素混合ガスを吹き込むものである。
請求項１９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜５と７〜１８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程を、最初の製造工程に影響される電気炉で行い、最初の製造工程から出湯された溶融物とリンを含むスラグを、電気炉から完全に除去し、それから溶融物を電気炉に戻すものである。
請求項２０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程および／または追加の製造工程において、鋼製造プラントからのフィルターダスト、鉱石、予備還元鉱石、鉄カーバイド、合金添加元素、還元物質、ダスト、スケール、チップ、スラッジ、粒状のプラスチック、および／または液体、排気中に含まれる霧状物質、あるいはそれらの混合物などの固形物を、加熱した溶融物の中に、上から投入、および／または中空電極１３から吹き込むものである。
請求項２１記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２０のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程から得られたＣａ2Ｏ3を含むスラグを出湯し、その後に、更なる反応容器の中でケイ素キャリアと他の還元剤の添加によりクロムを補い、回復されたクロムを先の追加の工程に、合金製造のために使用するものである。
請求項２２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、酸化ガスとともにコークスと石炭を吹き込むことにより、また、空気と酸素富化空気と酸素含有ガスをキャリアガスとして直接吹き込むことにより、消費電流を減じてスラグ生成を安定化するものである。
請求項２３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２２のいずれかに記載の合金鋼の製造方法を実施する製造プラントにおいて、通常の溶鋼液面レベルより上に位置する吹き込みランス９と側壁８と底部に設けられた浸漬ノズル４、６とを具備する少なくとも１つの電気炉１、１６を備えたものである。
請求項２４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３に記載の製造プラントにおいて、浸漬ノズル４、６が、炭化水素と炭化水素と不活性ガスとＣＯ2と水蒸気の少なくとも１種を通過させるジャケットノズルから構成されてなるものである。
請求項２５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３または２４に記載の製造プラントにおいて、溶鋼の通常液面レベル７より上に設けられた吹き込みランス９が、炉の側壁８に旋回自在かつ長さ方向に移動自在に設けられてなるものである。
請求項２６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３または２４に記載の製造プラントにおいて、溶鋼の通常液面レベルよりも上に設けられた吹き込みランス９が、消耗型であることを特徴とするものである。
請求項２７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３〜２６のいずれかに記載の製造プラントにおいて、追加の電気炉１６が追加の製造工程に設けられてなるものである。
請求項２８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２７に記載の製造プラントにおいて、更なる電気炉１６が、溶鋼の通常液面レベルより上に設けられた精錬ランス９を有し、炉床の下部に設けられた浸漬ノズル４、６を有しているものである。
請求項２９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２７または２８に記載の製造プラントにおいて、更なる電気炉１６が空気遮断構造にされてなるものである。
請求項３０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２９に記載の製造プラントにおいて、炉蓋１８を炉の側壁８を完全にシールする構成としたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の目的は、最初の製造工程が電気炉において電気エネルギーを供給して行なわれ、そして、追加の製造工程もまた、電気炉において、電気エネルギーを供給することで行われ、リンを含むスラグからリンが大幅に除去される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明方法によれば、最初の工程を電気炉で電気エネルギーを供給した状態で行い、そして、追加の工程も、電気炉において電気エネルギーを供給した状態で行い、リンを含むスラグから多量のリンを除去するものである。
本発明方法によれば、後で何ら真空工程を用いなくとも中庸の炭素量と低炭素量に精製することができる。低炭素含有量の場合に、仮に真空処理を施すとするならば、その真空処理は、極めて短い時間の処理で良い。
脱珪素、脱炭、高炭素のフェロクロムの分解等において速い反応速度を達成するためならば、追加の工程の間に溶鋼中に不活性ガスを供給することで溶鋼を撹拌することができ、好ましくは、不活性ガスの場合は最低でも３０ ｌ／分の割合で投入し、酸素ガスあるいは酸素ガスを含む混合ガスを用いた場合は、３００ｌ／分の割合で投入する。
好ましい実施例によれば、追加の工程の部分的な工程となる脱炭の間に、少なくとも、酸素あるいは酸素を含んだ混合ガスを溶鋼中に噴出させることを行うことにより、そこでは特に、速い脱炭速度なのでクロムスラグが特に低炭素の状態に保持される。
追加の工程の間に、酸素あるいは酸素混合ガスを溶鋼に吹き込んで脱炭することもできる。好ましくは、不活性ガスを溶鋼中に吹き込んでいる間に、不活性ガスに酸素ガスか、あるいは、酸素を含んだ混合ガスをそれぞれ、割合としては吹き込みの経過に従って増加するように混合する。
【００１１】
好ましい一実施例においては、最初の製造工程を第１の電気炉において行なうことに特徴があり、追加の工程を第１の電気炉とは異なる追加の別の電気炉において行うことに特徴がある。
第２の電気炉に原料を充填し、追加の製造工程を第２の電気炉で行うと、第１の電気炉においてはライニングの付着のためにスラグの分解がなされたにもかかわらず、第２の電気炉においてはリンを含んだスラグを除去された溶鋼を簡単に生成して維持することができる。この溶鋼は、ほとんど完全に脱リンされた溶融物であり、追加の工程において例えば、合金成分の調整と更なる脱炭を脱リンされた状態において行う。
【００１２】
化学成分を調整するために、脱リンと同じように脱酸が、そして、フラッシング処理が施されるが、それは、追加の製造工程の後に行われる溶融物の真空処理を含む追加の工程に適したものとなる。
追加の製造工程の少なくとも１つの部分的な工程の間に、不活性ガスあるいは不活性ガスとの混合ガスで溶融物をフラッシング（溶鋼中をこれらのガス起泡が上昇することで反応促進すること）することが有利であり、炭化水素が影響を与える。これは、例えば電気炉の溶鋼の通常液面レベルよりも上の壁に設けられた羽口によってなされる。そして、容器が傾斜されている時はいつでも吹き付ける方向は溶鋼の表面に斜めに向けて吹き付けられる。このように、それらの羽口は使用されていない間は溶鋼（とスラグ）の上に設けられ、このことはそれらの使用用途を拡張する。
【００１３】
もし空気がほぼ完全に除去された基で追加の製造工程がなされたならば、むしろ、金属の産出高は増加し、還元剤の消耗も減少するだろう。特に、スラグの還元および／または溶融物の脱酸反応の間に、２次空気を導入することは、セラミックファイバによる炉の蓋や炉壁の仕切り、あるいはスラグドアを隠すために経済性からみると避けるべきものだ。
【００１４】
本発明方法によれば、スクラップに含まれる鉄キャリアを２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上にする。
追加の製造工程において適切なことは、この製造工程から得られるスラグの割合を維持することである。
【００１５】
予備加熱により第２の電気炉で、また、フェロクロムからのケイ素の部分的酸化により生成されたスラグであってＣｒ2Ｏ3を含むスラグと、添加された石灰その他は、フェロクロムからの炭素とケイ素により主として還元され、そのスラグではすでに高いクロム産出レベルにスラグ化されていて、電気炉において先に十分に脱炭されたＦｅ-Ｓｉのような還元剤の消耗も最小になる。
好ましくは、そのスラグは、追加の工程において鋼の性能に要求される最終的な望ましい炭素含有量と化学的の残余組成にするために、溶融物として望ましい温度にするために、還元剤と、石灰と、フラッシング材と、脱酸と脱リンされた溶融物の添加のもとで不活性ガス雰囲気において追加の製造工程におけるフラッシングの間に還元される。
【００１６】
サブクレームで挙げられる他の好ましい実施例。
本発明における他の目的によれば、最初の製造工程において固形分を、例えば、転炉または電気炉のダスト、スラグを泡立たせるための石灰、スラグ生成物、鉱石、粒径微細化のための合金添加剤、配置された材料、スラッジ、微量切断破片、細粒ダスト、鉄スケールなどの固形物を、追加の追加の製造工程においては、好ましくは微粒鉱石を、例えば、Ｃｒとしてのクロム鉱石、酸素キャリア（Ｓｉ酸化物）を含むか、酸化剤が混入されていない（例えば、ＦｅＳｉ、石炭）、および／または石炭またはＮｉ酸化物を、電気炉の中空電極を通して溶鋼の上面に供給し、そして、電気アークにして吹き付ける。
【００１７】
この方法を実施するプラントは、溶鋼の通常液面レベルよりも上に配置されて炉の側壁を貫通して設けられた吹き込みランスと、炉床の底部に設けられた浸漬ノズルとを備えた少なくとも１つの電気炉を備えることを特徴とする。
ここで、浸漬ノズルは、ジャケットノズルから構成され、このジャケットノズルにはジャケットを通って炭化水素および／または炭化水素と不活性ガスおよび／またはＣＯ2および／または水蒸気が与えられる。
追加の電気炉が、追加の製造工程を実施するために別個に用意されていることが特に好ましい。
【００１８】
以下においては、発明をより詳細に図面を参照して説明するが、ここで、図１と図２は各々典型的な実施例において用いられる電気炉の断面図である。
図１に示す最初の工程のために用いられる電気炉１は、炉辺３の底部の耐火性ライニング２に設けられた３つの浸漬ノズル４を有している。それらの浸漬ノズル４は、２つ、または３つの同心状のジャケットノズル様式のパイプから構成され、これらは、ガスの流れとしては、中心のパイプの周囲に、パイプの断面で見ると、セグメント状あるいは環状のシールドガスのノズル流を形成するようにガスを流す。なるべくなら、プロパン、ブタンのような炭化水素、あるいは炭化水素と不活性ガスの混合ガスがシールドガスとして使用される。実施のためには、水蒸気、軽油、ＣＯ、不活性ガスあるいはそれらの混合物が、保護媒体として供給される。耐火物製のそれら中央パイプを備えた環状のギャップノズルには、浸漬ノズル４に送られた場合と同じように不連続の環状ギャップ（隙間）を通って製造ガスが送られる。
【００１９】
炉３の底部の底部領域５においては、各々２つのパイプで構成される３つのフラッシング装置６が設けられている。各々の内パイプは、耐火材によって閉じられている。ここの環状のギャップ（隙間）はまた、セグメントのような形にされている。フラッシング装置６は、多孔質の耐火物から、あるいは、フェロクラッド、または薄いパイプから構成されている。
通常の溶鋼液面レベル７の上あるいはスラグの上には、炉の側壁８に整列された状態で固定型の精錬ランス９が設けられている。これらの精錬ランス９は、２つまたは３つの同心円状に配置されたパイプまたは１つの水冷パイプから構成されている。図１の矢印１０の方向は、精錬ランス９が、溶鋼の表面１１から比較的に短い距離を斜め下方に吹き出しているイメージを示している。精錬ランス９は、複数の銅の冷却ボックス１２からの冷却水で冷却される位置に設けられている。更に、３つの電極１３のうちの１つが中空の電極にされている。また、３つのアフタバーナーランス１４は炉の側壁８の上部に設けられている。また、装入装置１５は、スラグ生成物や合金元素を供給するものである。
【００２０】
図２は、本発明に係る第２の電気炉１６の断面を示すものである。特に、この炉において、電気炉１と異なっているのは、底部１７において代わりに設けられた３つのフラッシング装置６である。
【００２１】
電極１３は、セラミックパイプで裏打ちされた中空電極から構成されている。合金元素が、炉の蓋１８の装入装置１５の（図面では省略された）スクラップ供給ボックスから炉に供給される（第２の電気炉）。炉の蓋１８と側壁８の境界部分にはシール部材１９が設けられ、炉の側壁８には炉の蓋１８の装入装置１５と同じようにスラグドア２０が設けられ、それらはセラミックファイバーから構成されている。少なくとも一時的に、炉の蓋１８は、把持装置によって炉の側壁８圧着され、側壁８の上部開口を閉じて炉を空気遮断構造にするものである。
【００２２】
以下に、本発明に関して更に詳細に説明する。
溶融した鋼（ＡＩＳＩ３０４）の１トン当たりに固形または液体材料が供給される７０ＭＷ級のＡ１００ｔ電気炉１（第１の電気炉）の通常出力は、以下の通りである。
鋳塊の溶融物４００ｋｇには、４.３％Ｃ、０.８％Ｓｉ、０.１％Ｐ、固形鋳塊３０ｋｇ、非合金スクラップ１１０ｋｇ、石灰２０ｋｇ、フィルタダスト１５ｋｇ（中空電極を通過して投入される）、ＦｅＮｉ１８０ｋｇが含まれる。
【００２３】
溶融した鋼のトン当たりのガス消費量は以下のように計算される。
精錬ランス９から付加されるのは１５Ｎｍ3Ｏ2 ／ｔ、浸漬ノズル４から供給されるのは８Ｎｍ3Ｏ2 ／ｔと１.１Ｎｍ3ＣＨ4／ｔ、フラッシング装置６を介して溶鋼を撹拌するために供給されるのは１.２Ｎｍ3Ｎ2＋０.３Ｎｍ3ＣＨ4／ｔである。電気炉１の電力消費は、最終生成物の溶鋼に対して１３０ｋＷｈ／ｔ（第２の電気炉から）である。これにより５０ｋｇのスラグが得られる。Ｃ ０.２％、Ｐ ０.０２０％含有であって、１５９０℃の６８０ｋｇの溶融前駆物が、第２の電気炉１６に送られる。採取までの時間は５７分であった。
【００２４】
溶融鋼（ＡＩＳＩ３０４）１トン当たり、おおよそ６０ｋｇのスラグが先の工程から得られ、このスラグが、再循環されて、第２の電気炉１６に、ドロマイト１０ｋｇと同じように、石灰４５ｋｇ、ＦｅＳｉ、ＦｅＭｎ、ＨＣＦｅＣｒが３５０ｋｇ、前駆溶融物６８０ｋｇが添加される（１００トン規模、７０ＭＶＡの電気炉で）。また、ＦｅＣｒとＳｉ酸化物を維持するために、中空電極１３を介して３０ｋｇのＣｒが投入される。
【００２５】
溶融鋼（ＡＩＳＩ３０４）１トンあたり、精錬ランス９を介して溶融物中に２０Ｎｍ3のＯ2を吹き込み、５Ｎｍ3のＯ2を消耗型パイプを介して溶融物に吹き込み、８Ｎｍ3のＯ2＋２Ｎｍ3のＡｒ＋１Ｎｍ3のＣＨ4を浸漬ノズル４から溶鋼に吹き込む。第２の電気炉１６に対する２次空気の導入は抑制される（炉の側壁８に対して炉の蓋１８を強く締め付けるによって）。そして、１２５ｋｇのスラグが、大きく減少されて炭素とＨＣＦｅＣｒからのケイ素によって分離スラグにされた。また、０.３％Ｃと１８.１％Ｃｒと０.２２％Ｐと８.５％Ｎｉを有する溶融鋼１００トンが、第２の電気炉１６で５５分処理されて最終的に４８分精錬されて、脱酸、精錬、脱リンされ、更に真空処理プラントで７Ｎｍ3Ｏ2の供給と０.３Ｎｍ3Ａｒ／ｔの供給がなされて得られた。そしてこれらは連続鋳造された。
他の条件として、同じレベルの消費量としては、Ｏ2＋Ａｒ／ＣＨ4＋Ａｒを吹き込む浸漬ノズル４により溶融物が第２の電気炉１６において０.０４％に精錬され、スラグが、不活性ガスの吹き込みの間に還元され、ＦｅＳｉと石灰の添加がなされ、その後に、中間の分離スラグと石灰の追加がなされ、溶融物は、脱リンされ、脱窒され、精錬され、撹拌され、注がれた。第２の電気炉１６での処理の時間は約７０分であった。
【００２６】
Ｆｅキャリアである鋳塊とスクラップの脱リンは、第１の電気炉で行われた。
Ｐ2Ｏ5を含むスラグはプラントから分離される。例えば、第２の電気炉に付加されて高度に脱炭され、精錬され、脱ケイされ脱炭される前に第１の電気炉から分離される。非常に短い脱炭処理、脱酸処理、そして、再フラッシング処理が真空プラントにおいてなされる。（例えばＶＯＤプラントで）
中庸のあるいは非常に低い炭素含有量のための脱炭処理と、最低のクロムスラグを維持することは、浸漬ノズル４及びまたは６で酸素を吹き込むか酸素を含んだ混合ガスを低濃度ＣＯ分圧で吹き込むことで実現でき、部分的に固定したおよびまたは移動自在な頂上吹き込みノズル９あるいは頂上吹き込みランスで吹き込むことでも実現できる。
【００２７】
工程はそのように構成される。
●低コストの充填物質（リンを含んでいる鋳塊、ＨＣＦｅＣｒ他）の実使用量の最大の自由度が保証され、
●第１電気炉が、鋳塊のようなＰを含む物質の加熱と溶融に使用され、同様に、脱ケイ、脱炭、脱リン、予備溶融がなされ、
●第２の電気炉で、ＨＣＦｅＣｒの急速溶融、脱ケイ、スラグの還元、脱炭、その他がなされ、
●脱ケイと脱炭と脱リンとＨＣＦｅＣｒの調整などにおいて、固定された精錬ランス９（Ｃｒ酸化の低いレベルが酸化性ガスの溶鋼への吹き込みにより達成される）でもって底部の強いフラッシングと結合させることにより、高い反応速度が達成される。
●連続鋳造の工程が短時間になり、
●操業上の最低消費量が確率される。
本発明方法の１つの実施例によれば、Ｃｒ2Ｏ3を含むスラグ、例えば溶鋼の出湯後に第２の電気炉１６で分離されていないスラグは、ＨＣＦｅＣｒからのＳｉあるいはＣで還元され、その後に分離スラグとされる。真空プラントでの短期間の高度な脱炭のために、アルゴンの消費量が、引用された１つの実施例においては減少された。
本発明の目的において、すでに先に述べたことは、他の鋼の製造において、通常のもの（例えば、２つの電気炉の１つかＶＯＤプラント他の補助として備える）に応用できるし、他の条件でも適用できるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、最初の製造工程を行う第１の電気炉で大幅に脱炭するとともに脱リンし、追加の製造工程を行う第２の電気炉で更に脱リンするので、リンなどを含む低コストの材料を自由に選択して使用することができ、低コストの材料の実使用量を大きくできるので、低コスト操業できる効果がある。最初の製造工程と追加の製造工程を別々の電気炉で行うならば、追加の工程で使用する電気炉中の脱リンされた溶融物とスラグの組成を容易に維持することができる。
追加の製造工程で溶融物に吹き込むガス量を不活性ガスの場合は３０ ｌ／分の割合に酸素を含む混合ガスの場合は３００ ｌ／分の割合にすることにより、溶融物を十分に撹拌して良好な速い速度の脱炭反応と脱リン反応を生じさせることができ、スラグを低炭素の状態に維持できる。
また、追加の製造工程において、ガスの潜水吹き込みとガスの溶湯上からの吹き込みを行うならば、ガス成分を溶融物中に十分に供給できるとともに、溶融物の上からと中からの両方から溶湯物に激しい流動状態を与えることができ、これにより溶融物でのスラグ生成反応を円滑にすることができる。更に、溶融物の反応進行に伴って吹き込むガス量を大きくすることが好ましい。また、これらのガス供給によりフラッシングを進行させて溶融物中の反応を促進できる。
空気を除去した環境で追加の工程を行うならば、産出量を増大でき、還元剤の消耗も少なくできる。
追加の製造工程の後で溶融物を短時間真空処理する工程を加えることにより製造コストの上昇をできる限り抑えた上に成分調整と更なる脱炭を促進できる。
【００２９】
最初の工程で得られた溶融物とリンを含むスラグを分離して溶融物のみを工程に戻すことにより、リンを効果的に除去した溶融物を得ることができる。また、追加の製造工程で得られたスラグにクロムを補い、再度このスラグを製造工程用として再利用することもできる。更に、ガスとともにコークスや石炭を送り込むことで消費電流を減じてスラグ生成の安定性を確保できる。
【００３０】
次に前記の製造方法を実施するプラントとして、溶融物液面レベルよりも上に位置する吹き込みランスと浸漬型ランスを備えた電気炉を用いるならば、溶融物の上からのガスの吹き込みと溶融物の中からのガス吹き込みを併用することができ、これにより溶融物中での反応促進を図ることができる。
また、電気炉のうち、追加工程に用いる電気炉を空気遮断構造とすることで、溶融物の不要な反応を防止して目的の反応のみを効率よく生じさせることができる。この具体的構成として、炉の側壁を閉じる蓋を備えた構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１の電気炉の一実施例を示す断面図。
【図２】 図２は第２の電気炉の一実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電気炉
２ ライニング
３ 炉辺
４ 浸漬ノズル
５ 底部領域
６ ブラッシング装置
７ 溶鋼液面レベル
８ 側壁
９ 精錬ランス
１１ 溶鋼の表面
１２ 冷却ボックス
１３ 電極
１４ アフターバーナーランス
１５ 装入装置
１６ 電気炉
１７ 底部
１８ 蓋
１９ シール部材
２０ スラグドア
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金鋼、特に、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼用鋼材料の製造方法とその方法を行うプラントに関し、最初の製造工程で鉄キャリアを酸素により大きく脱炭するとともに脱リンし、その後に、そこからスラグ生成物として分離される溶融物を、酸素と不活性ガスにより合金キャリアを添加した後に追加の製造工程で目的とする合金と炭素含有物に調製するという技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法として、ＥＰ特許（ＥＰ-Ａ２-０ ２２９ ５８６）が知られている。このＥＰ特許では、酸素吹き込み転炉とそれと同じようなものでの両方の製造工程が行われている。この特許の方法では、溶融物に含有させられる固形物の総量は極めて限られている。酸素吹き込み転炉においては、鉄の金属塊と合金元素とスクラップとの最大量は、充填量の２０重量％が充填される。また、固体の充填量を多くする場合の１つの方法として、高価な化学的発熱材を添加することを余儀なくされるが、それはスラグ（ＳｉＯ2,Ａｌ2Ｏ3,他）のかなりの量の損失を招いてしまう。それらのかなりの量のスラグは、石灰の追加を招き、結果として、鉄とクロムとマンガンの不足をもたらす問題がある。
【０００３】
ＥＰ特許（ＥＰ-Ａ２-０ ２２９ ５８６）の酸素吹き込み転炉は溶鋼の撹拌のために底部に噴射する手段を備えている。酸素吹き込み転炉において、このことは、スラグの中に酸化されたクロムを高いレベルで導くことを意味し、一般に知られる経済性の面は損なわれる。経済的に成立し得る最低の限界は、（スラグ中へのクロムのロスを許容できるとして）炭素含有量に関しては０.２％である。
その上、最低炭素含有量を（例えば０.１％炭素より少なくは）調整できない問題がある。
更に、電気炉で特にクロム含有ステンレス鋼などの高合金鋼を生産した際に遭遇する困難は、特に高いレベルのクロムを含むスラグが電気炉における脱炭反応に影響を与えることである。スラグ中へのクロムの損失を避けるためには、溶鋼の温度を脱炭中に１７００℃を大きく超える温度に調整する必要があることが示唆される。それらの影響の結果として、世界中のステンレス鋼の大体８０％が転炉法により製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気炉における製造ルートの可能性は、仮に後工程での真空処理の利用が要求されるならば、経済的に材料を得るという面から見ると、極めて限られることになる。例えばリンの含有量が０.０３％未満に限られ、炭素含有量が約１％未満に限られるならば、クロム含有量はクロム酸化物の減少に従うことになるから、電気炉における脱リンは、長い時間を伴わないか、高いレベルのクロム酸化物を伴わないならばほとんど不可能であり、更なる脱炭も不可能である。高炭素のフェロクロムの総量の代わりに、低リン濃度のステンレス鋼スクラップを溶解する時に低炭素レベルを導くことができるにもかかわらず、電気炉における前駆溶融物は、通常は、０.５〜１.２％の炭素が採取されなくてはならず、それから、要求される炭素含有量に調整するために、長期の真空処理を施さなくてはならない。この長期間に渡る真空処理のコストは高いもので、連続鋳造では実施不可能なものである。
【０００５】
本発明の目的は、それらの欠点や問題を解決し、合金鋼を製造する場合に製造プラントでは勿論、工業的に実施可能な方法を行うことを提供することであり、特に、経済性の高い方法で高いレベルの生産効率でステンレス鋼を得ることができる方法を提供することである。また、特に、低コストで高いエネルギーを費やして実行できる方法であり、溶融物に含まれるリンおよび／又は０.０３％を超えるリンを含む鉄の金属塊を得ることができる方法である。更に、本発明は、固体のほとんどに１００％適用可能である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は前記課題を解決するために、合金鋼、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼用鋼材料などの合金鋼の製造方法において、最初の製造工程で鉄キャリアを酸素で大幅に脱炭するとともに脱リンし、その後に溶融物から生成されたスラグを除去した後に、望ましい合金組成と炭素含有量に酸素あるいは不活性ガスを用いて調整するとともに、追加の製造工程において合金キャリアを添加する合金鋼の製造方法であって、最初の製造工程において、第１の電気炉１において電気エネルギーを供給して処理し、追加の製造工程において、リンを含むスラグを除去する第２の電気炉１６において電気エネルギーを供給して処理するものである。請求項２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の間に、溶融物に、不活性ガスの場合は、３０ｌ／分以上、酸素または酸素を含む混合ガスの場合は３００ ｌ／分以上のガスを吹き込むことにより溶湯を撹拌するものである。請求項３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１または２に記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の１つの部分工程の間に、酸素または酸素を含む混合ガスの潜水吹き込みにより脱炭を行うものである。
【０００７】
請求項４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜３のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の間に酸素または酸素を含む混合ガスを溶融物の上から吹き込んで脱炭を行うものである。
請求項５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜４のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、潜水吹き込みを不活性ガスで、あるいは、不活性ガスに酸素あるいは酸素を含む混合ガスを追加して行うとともに、潜水吹き込みの進行に伴って吹き込み量を増加するものである。
請求項６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程を第１の電気炉１で行い、追加の製造工程を第２の電気炉１６で行うものである。
請求項７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜６のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の後に、溶融物を真空処理する付加製造工程を行うものである。
請求項８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜７のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の少なくとも１つの部分工程で溶融物のフラッシングを不活性ガスあるいは不活性ガスと炭化水素の混合ガスでなすものである。
【０００８】
請求項９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程を酸素をほぼ完全に除去した雰囲気において行うものである。
請求項１０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、スクラップに含まれる鉄キャリアを２０ｗｔ％以上、好ましくは４０ｗｔ％以上とするものである。
請求項１１記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１０のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程で得られるスラグの組成を維持しながらその製造工程を行うものである。
請求項１２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程において還元剤と石灰とフラックス剤を加えた不活性ガス雰囲気においてスラグを還元し、溶融物を脱酸および脱リンするものである。
請求項１３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１２記載の合金鋼の製造方法において、何も送り込まない炉の雰囲気でスラグの還元を行うか、もし空気を送るならば、２次空気を完全に除去した酸化ガスを送った炉の雰囲気で行うものである。
請求項１４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１３記載の合金鋼の製造方法において、炉の雰囲気の化学組成をチェックして常に調整するものである。
請求項１５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１２〜１４のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、溶融物が低炭素のものである場合に、少なくとも還元処理の間に第２の電気炉１６の圧力を調整する第２の工程を具備するものである。
請求項１６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、固形物を第２の電気炉１６の中空電極１３を通して電気アークとともに直接導入するものである。
請求項１７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１６に記載の合金鋼の製造方法において、酸素キャリアとクロムキャリアとして供給される固形物として微細クロム鉱石あるいは予備還元されたクロム鉱石を用いるものである。
請求項１８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２〜１７のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初のおよび／または追加の工程の間に溶鋼を大きく撹拌するのは、溶鋼に不活性ガスを供給しＳｉとＣの酸化剤を供給することと、上から酸素と酸素混合ガスを吹き込むものである。
請求項１９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜５と７〜１８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程を、最初の製造工程に影響される電気炉で行い、最初の製造工程から出湯された溶融物とリンを含むスラグを、電気炉から完全に除去し、それから溶融物を電気炉に戻すものである。
請求項２０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜１９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程および／または追加の製造工程において、鋼製造プラントからのフィルターダスト、鉱石、予備還元鉱石、鉄カーバイド、合金添加元素、還元物質、ダスト、スケール、チップ、スラッジ、粒状のプラスチック、および／または液体、排気中に含まれる霧状物質、あるいはそれらの混合物などの固形物を、加熱した溶融物の中に、上から投入、および／または中空電極１３から吹き込むものである。
請求項２１記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２０のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程から得られたＣａ2Ｏ3を含むスラグを出湯し、その後に、更なる反応容器の中でケイ素キャリアと他の還元剤の添加によりクロムを補い、回復されたクロムを先の追加の工程に、合金製造のために使用するものである。
請求項２２記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、酸化ガスとともにコークスと石炭を吹き込むことにより、また、空気と酸素富化空気と酸素含有ガスをキャリアガスとして直接吹き込むことにより、消費電流を減じてスラグ生成を安定化するものである。
請求項２３記載の発明は前記課題を解決するために、請求項１〜２２のいずれかに記載の合金鋼の製造方法を実施する製造プラントにおいて、通常の溶鋼液面レベルより上に位置する吹き込みランス９と側壁８と底部に設けられた浸漬ノズル４、６とを具備する少なくとも１つの電気炉１、１６を備えたものである。
請求項２４記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３に記載の製造プラントにおいて、浸漬ノズル４、６が、炭化水素と炭化水素と不活性ガスとＣＯ2と水蒸気の少なくとも１種を通過させるジャケットノズルから構成されてなるものである。
請求項２５記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３または２４に記載の製造プラントにおいて、溶鋼の通常液面レベル７より上に設けられた吹き込みランス９が、炉の側壁８に旋回自在かつ長さ方向に移動自在に設けられてなるものである。
請求項２６記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３または２４に記載の製造プラントにおいて、溶鋼の通常液面レベルよりも上に設けられた吹き込みランス９が、消耗型であることを特徴とするものである。
請求項２７記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２３〜２６のいずれかに記載の製造プラントにおいて、追加の電気炉１６が追加の製造工程に設けられてなるものである。
請求項２８記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２７に記載の製造プラントにおいて、更なる電気炉１６が、溶鋼の通常液面レベルより上に設けられた精錬ランス９を有し、炉床の下部に設けられた浸漬ノズル４、６を有しているものである。
請求項２９記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２７または２８に記載の製造プラントにおいて、更なる電気炉１６が空気遮断構造にされてなるものである。
請求項３０記載の発明は前記課題を解決するために、請求項２９に記載の製造プラントにおいて、炉蓋１８を炉の側壁８を完全にシールする構成としたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の目的は、最初の製造工程が電気炉において電気エネルギーを供給して行なわれ、そして、追加の製造工程もまた、電気炉において、電気エネルギーを供給することで行われ、リンを含むスラグからリンが大幅に除去される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明方法によれば、最初の工程を電気炉で電気エネルギーを供給した状態で行い、そして、追加の工程も、電気炉において電気エネルギーを供給した状態で行い、リンを含むスラグから多量のリンを除去するものである。
本発明方法によれば、後で何ら真空工程を用いなくとも中庸の炭素量と低炭素量に精製することができる。低炭素含有量の場合に、仮に真空処理を施すとするならば、その真空処理は、極めて短い時間の処理で良い。
脱珪素、脱炭、高炭素のフェロクロムの分解等において速い反応速度を達成するためならば、追加の工程の間に溶鋼中に不活性ガスを供給することで溶鋼を撹拌することができ、好ましくは、不活性ガスの場合は最低でも３０ ｌ／分の割合で投入し、酸素ガスあるいは酸素ガスを含む混合ガスを用いた場合は、３００ｌ／分の割合で投入する。
好ましい実施例によれば、追加の工程の部分的な工程となる脱炭の間に、少なくとも、酸素あるいは酸素を含んだ混合ガスを溶鋼中に噴出させることを行うことにより、そこでは特に、速い脱炭速度なのでクロムスラグが特に低炭素の状態に保持される。
追加の工程の間に、酸素あるいは酸素混合ガスを溶鋼に吹き込んで脱炭することもできる。好ましくは、不活性ガスを溶鋼中に吹き込んでいる間に、不活性ガスに酸素ガスか、あるいは、酸素を含んだ混合ガスをそれぞれ、割合としては吹き込みの経過に従って増加するように混合する。
【００１１】
好ましい一実施例においては、最初の製造工程を第１の電気炉において行なうことに特徴があり、追加の工程を第１の電気炉とは異なる追加の別の電気炉において行うことに特徴がある。
第２の電気炉に原料を充填し、追加の製造工程を第２の電気炉で行うと、第１の電気炉においてはライニングの付着のためにスラグの分解がなされたにもかかわらず、第２の電気炉においてはリンを含んだスラグを除去された溶鋼を簡単に生成して維持することができる。この溶鋼は、ほとんど完全に脱リンされた溶融物であり、追加の工程において例えば、合金成分の調整と更なる脱炭を脱リンされた状態において行う。
【００１２】
化学成分を調整するために、脱リンと同じように脱酸が、そして、フラッシング処理が施されるが、それは、追加の製造工程の後に行われる溶融物の真空処理を含む追加の工程に適したものとなる。
追加の製造工程の少なくとも１つの部分的な工程の間に、不活性ガスあるいは不活性ガスとの混合ガスで溶融物をフラッシング（溶鋼中をこれらのガス起泡が上昇することで反応促進すること）することが有利であり、炭化水素が影響を与える。これは、例えば電気炉の溶鋼の通常液面レベルよりも上の壁に設けられた羽口によってなされる。そして、容器が傾斜されている時はいつでも吹き付ける方向は溶鋼の表面に斜めに向けて吹き付けられる。このように、それらの羽口は使用されていない間は溶鋼（とスラグ）の上に設けられ、このことはそれらの使用用途を拡張する。
【００１３】
もし空気がほぼ完全に除去された基で追加の製造工程がなされたならば、むしろ、金属の産出高は増加し、還元剤の消耗も減少するだろう。特に、スラグの還元および／または溶融物の脱酸反応の間に、２次空気を導入することは、セラミックファイバによる炉の蓋や炉壁の仕切り、あるいはスラグドアを隠すために経済性からみると避けるべきものだ。
【００１４】
本発明方法によれば、スクラップに含まれる鉄キャリアを２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上にする。
追加の製造工程において適切なことは、この製造工程から得られるスラグの割合を維持することである。
【００１５】
予備加熱により第２の電気炉で、また、フェロクロムからのケイ素の部分的酸化により生成されたスラグであってＣｒ2Ｏ3を含むスラグと、添加された石灰その他は、フェロクロムからの炭素とケイ素により主として還元され、そのスラグではすでに高いクロム産出レベルにスラグ化されていて、電気炉において先に十分に脱炭されたＦｅ-Ｓｉのような還元剤の消耗も最小になる。
好ましくは、そのスラグは、追加の工程において鋼の性能に要求される最終的な望ましい炭素含有量と化学的の残余組成にするために、溶融物として望ましい温度にするために、還元剤と、石灰と、フラッシング材と、脱酸と脱リンされた溶融物の添加のもとで不活性ガス雰囲気において追加の製造工程におけるフラッシングの間に還元される。
【００１６】
サブクレームで挙げられる他の好ましい実施例。
本発明における他の目的によれば、最初の製造工程において固形分を、例えば、転炉または電気炉のダスト、スラグを泡立たせるための石灰、スラグ生成物、鉱石、粒径微細化のための合金添加剤、配置された材料、スラッジ、微量切断破片、細粒ダスト、鉄スケールなどの固形物を、追加の追加の製造工程においては、好ましくは微粒鉱石を、例えば、Ｃｒとしてのクロム鉱石、酸素キャリア（Ｓｉ酸化物）を含むか、酸化剤が混入されていない（例えば、ＦｅＳｉ、石炭）、および／または石炭またはＮｉ酸化物を、電気炉の中空電極を通して溶鋼の上面に供給し、そして、電気アークにして吹き付ける。
【００１７】
この方法を実施するプラントは、溶鋼の通常液面レベルよりも上に配置されて炉の側壁を貫通して設けられた吹き込みランスと、炉床の底部に設けられた浸漬ノズルとを備えた少なくとも１つの電気炉を備えることを特徴とする。
ここで、浸漬ノズルは、ジャケットノズルから構成され、このジャケットノズルにはジャケットを通って炭化水素および／または炭化水素と不活性ガスおよび／またはＣＯ2および／または水蒸気が与えられる。
追加の電気炉が、追加の製造工程を実施するために別個に用意されていることが特に好ましい。
【００１８】
以下においては、発明をより詳細に図面を参照して説明するが、ここで、図１と図２は各々典型的な実施例において用いられる電気炉の断面図である。
図１に示す最初の工程のために用いられる電気炉１は、炉辺３の底部の耐火性ライニング２に設けられた３つの浸漬ノズル４を有している。それらの浸漬ノズル４は、２つ、または３つの同心状のジャケットノズル様式のパイプから構成され、これらは、ガスの流れとしては、中心のパイプの周囲に、パイプの断面で見ると、セグメント状あるいは環状のシールドガスのノズル流を形成するようにガスを流す。なるべくなら、プロパン、ブタンのような炭化水素、あるいは炭化水素と不活性ガスの混合ガスがシールドガスとして使用される。実施のためには、水蒸気、軽油、ＣＯ、不活性ガスあるいはそれらの混合物が、保護媒体として供給される。耐火物製のそれら中央パイプを備えた環状のギャップノズルには、浸漬ノズル４に送られた場合と同じように不連続の環状ギャップ（隙間）を通って製造ガスが送られる。
【００１９】
炉３の底部の底部領域５においては、各々２つのパイプで構成される３つのフラッシング装置６が設けられている。各々の内パイプは、耐火材によって閉じられている。ここの環状のギャップ（隙間）はまた、セグメントのような形にされている。フラッシング装置６は、多孔質の耐火物から、あるいは、フェロクラッド、または薄いパイプから構成されている。
通常の溶鋼液面レベル７の上あるいはスラグの上には、炉の側壁８に整列された状態で固定型の精錬ランス９が設けられている。これらの精錬ランス９は、２つまたは３つの同心円状に配置されたパイプまたは１つの水冷パイプから構成されている。図１の矢印１０の方向は、精錬ランス９が、溶鋼の表面１１から比較的に短い距離を斜め下方に吹き出しているイメージを示している。精錬ランス９は、複数の銅の冷却ボックス１２からの冷却水で冷却される位置に設けられている。更に、３つの電極１３のうちの１つが中空の電極にされている。また、３つのアフタバーナーランス１４は炉の側壁８の上部に設けられている。また、装入装置１５は、スラグ生成物や合金元素を供給するものである。
【００２０】
図２は、本発明に係る第２の電気炉１６の断面を示すものである。特に、この炉において、電気炉１と異なっているのは、底部１７において代わりに設けられた３つのフラッシング装置６である。
【００２１】
電極１３は、セラミックパイプで裏打ちされた中空電極から構成されている。合金元素が、炉の蓋１８の装入装置１５の（図面では省略された）スクラップ供給ボックスから炉に供給される（第２の電気炉）。炉の蓋１８と側壁８の境界部分にはシール部材１９が設けられ、炉の側壁８には炉の蓋１８の装入装置１５と同じようにスラグドア２０が設けられ、それらはセラミックファイバーから構成されている。少なくとも一時的に、炉の蓋１８は、把持装置によって炉の側壁８圧着され、側壁８の上部開口を閉じて炉を空気遮断構造にするものである。
【００２２】
以下に、本発明に関して更に詳細に説明する。
溶融した鋼（ＡＩＳＩ３０４）の１トン当たりに固形または液体材料が供給される７０ＭＷ級のＡ１００ｔ電気炉１（第１の電気炉）の通常出力は、以下の通りである。
鋳塊の溶融物４００ｋｇには、４.３％Ｃ、０.８％Ｓｉ、０.１％Ｐ、固形鋳塊３０ｋｇ、非合金スクラップ１１０ｋｇ、石灰２０ｋｇ、フィルタダスト１５ｋｇ（中空電極を通過して投入される）、ＦｅＮｉ１８０ｋｇが含まれる。
【００２３】
溶融した鋼のトン当たりのガス消費量は以下のように計算される。
精錬ランス９から付加されるのは１５Ｎｍ3Ｏ2 ／ｔ、浸漬ノズル４から供給されるのは８Ｎｍ3Ｏ2 ／ｔと１.１Ｎｍ3ＣＨ4／ｔ、フラッシング装置６を介して溶鋼を撹拌するために供給されるのは１.２Ｎｍ3Ｎ2＋０.３Ｎｍ3ＣＨ4／ｔである。電気炉１の電力消費は、最終生成物の溶鋼に対して１３０ｋＷｈ／ｔ（第２の電気炉から）である。これにより５０ｋｇのスラグが得られる。Ｃ ０.２％、Ｐ ０.０２０％含有であって、１５９０℃の６８０ｋｇの溶融前駆物が、第２の電気炉１６に送られる。採取までの時間は５７分であった。
【００２４】
溶融鋼（ＡＩＳＩ３０４）１トン当たり、おおよそ６０ｋｇのスラグが先の工程から得られ、このスラグが、再循環されて、第２の電気炉１６に、ドロマイト１０ｋｇと同じように、石灰４５ｋｇ、ＦｅＳｉ、ＦｅＭｎ、ＨＣＦｅＣｒが３５０ｋｇ、前駆溶融物６８０ｋｇが添加される（１００トン規模、７０ＭＶＡの電気炉で）。また、ＦｅＣｒとＳｉ酸化物を維持するために、中空電極１３を介して３０ｋｇのＣｒが投入される。
【００２５】
溶融鋼（ＡＩＳＩ３０４）１トンあたり、精錬ランス９を介して溶融物中に２０Ｎｍ3のＯ2を吹き込み、５Ｎｍ3のＯ2を消耗型パイプを介して溶融物に吹き込み、８Ｎｍ3のＯ2＋２Ｎｍ3のＡｒ＋１Ｎｍ3のＣＨ4を浸漬ノズル４から溶鋼に吹き込む。第２の電気炉１６に対する２次空気の導入は抑制される（炉の側壁８に対して炉の蓋１８を強く締め付けるによって）。そして、１２５ｋｇのスラグが、大きく減少されて炭素とＨＣＦｅＣｒからのケイ素によって分離スラグにされた。また、０.３％Ｃと１８.１％Ｃｒと０.２２％Ｐと８.５％Ｎｉを有する溶融鋼１００トンが、第２の電気炉１６で５５分処理されて最終的に４８分精錬されて、脱酸、精錬、脱リンされ、更に真空処理プラントで７Ｎｍ3Ｏ2の供給と０.３Ｎｍ3Ａｒ／ｔの供給がなされて得られた。そしてこれらは連続鋳造された。
他の条件として、同じレベルの消費量としては、Ｏ2＋Ａｒ／ＣＨ4＋Ａｒを吹き込む浸漬ノズル４により溶融物が第２の電気炉１６において０.０４％に精錬され、スラグが、不活性ガスの吹き込みの間に還元され、ＦｅＳｉと石灰の添加がなされ、その後に、中間の分離スラグと石灰の追加がなされ、溶融物は、脱リンされ、脱窒され、精錬され、撹拌され、注がれた。第２の電気炉１６での処理の時間は約７０分であった。
【００２６】
Ｆｅキャリアである鋳塊とスクラップの脱リンは、第１の電気炉で行われた。
Ｐ2Ｏ5を含むスラグはプラントから分離される。例えば、第２の電気炉に付加されて高度に脱炭され、精錬され、脱ケイされ脱炭される前に第１の電気炉から分離される。非常に短い脱炭処理、脱酸処理、そして、再フラッシング処理が真空プラントにおいてなされる。（例えばＶＯＤプラントで）
中庸のあるいは非常に低い炭素含有量のための脱炭処理と、最低のクロムスラグを維持することは、浸漬ノズル４及びまたは６で酸素を吹き込むか酸素を含んだ混合ガスを低濃度ＣＯ分圧で吹き込むことで実現でき、部分的に固定したおよびまたは移動自在な頂上吹き込みノズル９あるいは頂上吹き込みランスで吹き込むことでも実現できる。
【００２７】
工程はそのように構成される。
●低コストの充填物質（リンを含んでいる鋳塊、ＨＣＦｅＣｒ他）の実使用量の最大の自由度が保証され、
●第１電気炉が、鋳塊のようなＰを含む物質の加熱と溶融に使用され、同様に、脱ケイ、脱炭、脱リン、予備溶融がなされ、
●第２の電気炉で、ＨＣＦｅＣｒの急速溶融、脱ケイ、スラグの還元、脱炭、その他がなされ、
●脱ケイと脱炭と脱リンとＨＣＦｅＣｒの調整などにおいて、固定された精錬ランス９（Ｃｒ酸化の低いレベルが酸化性ガスの溶鋼への吹き込みにより達成される）でもって底部の強いフラッシングと結合させることにより、高い反応速度が達成される。
●連続鋳造の工程が短時間になり、
●操業上の最低消費量が確率される。
本発明方法の１つの実施例によれば、Ｃｒ2Ｏ3を含むスラグ、例えば溶鋼の出湯後に第２の電気炉１６で分離されていないスラグは、ＨＣＦｅＣｒからのＳｉあるいはＣで還元され、その後に分離スラグとされる。真空プラントでの短期間の高度な脱炭のために、アルゴンの消費量が、引用された１つの実施例においては減少された。
本発明の目的において、すでに先に述べたことは、他の鋼の製造において、通常のもの（例えば、２つの電気炉の１つかＶＯＤプラント他の補助として備える）に応用できるし、他の条件でも適用できるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、最初の製造工程を行う第１の電気炉で大幅に脱炭するとともに脱リンし、追加の製造工程を行う第２の電気炉で更に脱リンするので、リンなどを含む低コストの材料を自由に選択して使用することができ、低コストの材料の実使用量を大きくできるので、低コスト操業できる効果がある。最初の製造工程と追加の製造工程を別々の電気炉で行うならば、追加の工程で使用する電気炉中の脱リンされた溶融物とスラグの組成を容易に維持することができる。
追加の製造工程で溶融物に吹き込むガス量を不活性ガスの場合は３０ ｌ／分の割合に酸素を含む混合ガスの場合は３００ ｌ／分の割合にすることにより、溶融物を十分に撹拌して良好な速い速度の脱炭反応と脱リン反応を生じさせることができ、スラグを低炭素の状態に維持できる。
また、追加の製造工程において、ガスの潜水吹き込みとガスの溶湯上からの吹き込みを行うならば、ガス成分を溶融物中に十分に供給できるとともに、溶融物の上からと中からの両方から溶湯物に激しい流動状態を与えることができ、これにより溶融物でのスラグ生成反応を円滑にすることができる。更に、溶融物の反応進行に伴って吹き込むガス量を大きくすることが好ましい。また、これらのガス供給によりフラッシングを進行させて溶融物中の反応を促進できる。
空気を除去した環境で追加の工程を行うならば、産出量を増大でき、還元剤の消耗も少なくできる。
追加の製造工程の後で溶融物を短時間真空処理する工程を加えることにより製造コストの上昇をできる限り抑えた上に成分調整と更なる脱炭を促進できる。
【００２９】
最初の工程で得られた溶融物とリンを含むスラグを分離して溶融物のみを工程に戻すことにより、リンを効果的に除去した溶融物を得ることができる。また、追加の製造工程で得られたスラグにクロムを補い、再度このスラグを製造工程用として再利用することもできる。更に、ガスとともにコークスや石炭を送り込むことで消費電流を減じてスラグ生成の安定性を確保できる。
【００３０】
次に前記の製造方法を実施するプラントとして、溶融物液面レベルよりも上に位置する吹き込みランスと浸漬型ランスを備えた電気炉を用いるならば、溶融物の上からのガスの吹き込みと溶融物の中からのガス吹き込みを併用することができ、これにより溶融物中での反応促進を図ることができる。
また、電気炉のうち、追加工程に用いる電気炉を空気遮断構造とすることで、溶融物の不要な反応を防止して目的の反応のみを効率よく生じさせることができる。この具体的構成として、炉の側壁を閉じる蓋を備えた構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１の電気炉の一実施例を示す断面図。
【図２】 図２は第２の電気炉の一実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電気炉
２ ライニング
３ 炉辺
４ 浸漬ノズル
５ 底部領域
６ ブラッシング装置
７ 溶鋼液面レベル
８ 側壁
９ 精錬ランス
１１ 溶鋼の表面
１２ 冷却ボックス
１３ 電極
１４ アフターバーナーランス
１５ 装入装置
１６ 電気炉
１７ 底部
１８ 蓋
１９ シール部材
２０ スラグドア
Claims (29)
- 合金鋼の製造方法において、
最初の製造工程で鉄含有装入物を酸素で脱炭するとともに脱リンし、その後に溶融物から生成されたスラグを除去した後に、追加の製造工程において合金元素含有装入物を添加した状態で、溶湯を望ましい合金組成と炭素含有量に、酸素あるいは酸素を含有する混合ガスを用いて調整する合金鋼の製造方法であって
最初の製造工程は、第１の電気炉１において電気エネルギーを供給して行われ、該最初の製造工程の間に、上からの吹き込み、および／または浸漬ノズルによる吹き込みによる脱炭が行われ、
追加の製造工程は、リンを含むスラグを除去した状態で第２の電気炉１６において電気エネルギーを供給して行われ、該工程では、溶湯上に酸素または酸素を含有する混合ガスを上から吹き込むことによる脱炭、及び酸素または酸素を含有する混合ガスで浸漬ノズルによる吹き込みによる脱炭が行われる、
ことを特徴とする合金鋼の製造方法。 - 前記合金鋼は、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼用鋼材料であることを特徴とする請求項１に記載の合金鋼の製造方法。
- 請求項１または２に記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の間に、溶融物に、合計量が、不活性ガスの場合は、３０ ｌ／分以上、酸素または酸素を含む混合ガスの場合は３００ ｌ／分以上のガスを吹き込むことにより溶湯を撹拌することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の合金鋼の製造方法において、前記追加の製造工程の１つの部分工程の間に、前記酸素または酸素を含む混合ガスの浸漬ノズルによる吹き込みにより脱炭を行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程における浸漬ノズルによる吹き込みを不活性ガスで、あるいは、不活性ガスに酸素あるいは酸素を含む混合ガスを追加して行うとともに、前記浸漬ノズルによる吹き込みの進行に伴って吹き込み量を増加することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程を第１の電気炉（１）で行い、追加の製造工程を、第２の電気炉（１６）で行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の後に、溶融物を真空処理する付加製造工程を行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程の少なくとも１つの部分工程で溶融物のフラッシングを不活性ガスあるいは不活性ガスと炭化水素の混合ガスでなすことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程を、外気を除去した雰囲気において行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、装入物中の鉄含有装入物の２０重量％以上はスクラップからなることを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 装入物中の鉄含有装入物の４０重量％以上はスクラップからなることを特徴とする請求項１０に記載の合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜１１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程で得られるスラグの組成を維持しながらその製造工程を行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜１２のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程において、不活性ガスの吹き込みの間に、還元剤と石灰とフラックス材とを加えてスラグを還元し、溶融物を脱酸および脱リンすることを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１３記載の合金鋼の製造方法において、炉の雰囲気はスラグの還元の間、外気の流入を回避しつつ、不活性ガスを供給することによって調整されていることを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１４記載の合金鋼の製造方法において、炉の雰囲気の化学組成をチェックして常に調整することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１３〜１５のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、少なくとも前記スラグの還元処理の間に第２の電気炉１６の圧力を調整するさらなる工程を具備することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜１６のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、固形物を第２の電気炉１６の中空電極１３を通して電気アークとともに直接導入することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１７に記載の合金鋼の製造方法において、酸素含有装入物とクロム含有装入物として供給される固形物が、クロム鉱石あるいは予備還元されたクロム鉱石であることを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項３〜１８のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初のおよび／または追加の工程の間に溶鋼を大きく撹拌するのは、溶鋼に不活性ガスを供給しＳｉとＣの酸化剤を供給することと、上から酸素と酸素混合ガスを吹き込むことで行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜５と７〜１９のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程から出湯された溶融物とリンを含むスラグとを前記電気炉から完全に除去し、次いで前記溶融物を前記電気炉に戻すことによって、追加の製造工程を、最初の製造工程が行われた電気炉で行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜２０のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、最初の製造工程および／または追加の製造工程において、鋼製造プラントからのフィルターダスト、鉱石、予備還元鉱石、鉄カーバイド、合金添加元素、還元物質、ダスト、スケール、チップ、スラッジ、粒状のプラスチック、および／または液体、排気中に含まれる霧状物質、あるいはそれらの混合物などの固形物を、加熱した溶融物の中に、上から投入、および／または中空電極１３から吹き込むことで行うことを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜２１のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、追加の製造工程から得られたＣｒ2 Ｏ3 を含むスラグを出湯し、その後に、更なる反応容器の中でケイ素含有装入物と他の還元剤の添加によりクロムを還元し、この還元されたクロムを先の追加の工程に、合金製造のために使用することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜２２のいずれかに記載の合金鋼の製造方法において、空気、酸素富化空気、又は酸素含有ガスのようなキャリアガスとしての酸化ガスとともにコークス及び石炭を吹き込むことにより、消費電流を減じてスラグ生成を安定化することを特徴とする合金鋼の製造方法。
- 請求項１〜２３のいずれかに記載の合金鋼の製造方法を実施する製造プラントであって、
少なくとも１つの電気炉（１，１６）を有し、該電気炉の底部領域（３）にはジャケットノズル（４、６）が設けられ、該ジャケットノズルのジャケットを通じて炭化水素ガスおよび／または不活性ガスを供給することができる製造プラントにおいて、
通常の溶鋼液面レベルより上に炉の側壁８を貫通するように位置する旋回自在かつ長さ方向に移動自在な吹き込みランス（９）と、前記底部領域（３）に設けられたジャケットノズル（４、６）とを具備し、前記ジャケットノズルのジャケットを通じて
炭化水素；
炭化水素と不活性ガスとの混合ガス；
ＣＯ2；
水蒸気；
のうちの少なくとも１種を供給することが可能であることを特徴とする合金鋼の製造プラント。 - 請求項２４に記載の製造プラントにおいて、溶鋼の通常液面レベルよりも上に設けられた吹き込みランス９が、消耗型であることを特徴とする合金鋼の製造プラント。
- 請求項２４または２５に記載の製造プラントにおいて、更なる電気炉１６が追加の製造工程に設けられてなることを特徴とする合金鋼の製造プラント。
- 請求項２６に記載の製造プラントにおいて、前記更なる電気炉１６が、溶鋼の通常液面レベルより上に設けられた精錬ランス９を有し、炉床の下部に設けられた浸漬ノズル４、６を有していることを特徴とする合金鋼の製造プラント。
- 請求項２６または２７に記載の製造プラントにおいて、前記更なる電気炉１６が空気遮断構造にされてなることを特徴とする合金鋼の製造プラント。
- 請求項２８に記載の製造プラントにおいて、炉蓋１８が炉の側壁８を完全にシールする構成であることを特徴とする合金鋼の製造プラント。
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