JP4430140B2 - ステンレス鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼の溶製方法に関し、詳しくは、高炉溶銑、又は含Ｃｒ粗溶湯にＦｅ−Ｃｒ合金を添加して脱炭吹錬する方法において、脱炭吹錬中のＣｒの酸化ロスを抑制すると共に、ＦｅＳｉ等の還元剤を削減して、スラグ発生量を抑え、さらに固体原料の形状・サイズにとらわれることなく、従来より安価にステンレス溶鋼を溶製する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ステンレス鋼を溶製するには、（１）電気炉でステンレス・スクラップを溶解し、それに種々の合金を添加して必要成分を調整する方法、（２）Ｃｒ鉱石を上底吹転炉で予め還元して得られた含Ｃｒ粗溶湯（溶銑、スクラップ、Ｃｒ鉱石等を溶融還元し、製造した鉄ベースの溶融金属）を、所謂ＡＯＤ炉あるいは上底吹転炉に移し、脱炭吹錬する方法、（３）高炉から出銑された溶銑を予備処理で脱珪、脱燐した後、上底吹転炉に移し、Ｆｅ−Ｃｒ合金を添加して成分を調整すると共に脱炭精錬する方法等が用いられている。
【０００３】
これらの方法のうちでも、転炉での脱炭精錬に関しては、特開平６−２４０３２８号公報が、「転炉に装入した溶銑に、炭材を添加して酸素で吹錬し、溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］が２．８〜４．０重量％、且つ溶鋼の温度が１３００〜１４５０℃になってから、該溶鋼にＦｅ−Ｃｒ合金を投入開始する」技術を提唱し、実用されている。また、特開平７−３１０１１１号公報は、「転炉で酸素吹錬する前に、溶銑に炭材を所定量添加することで、Ｃｒの酸化に消費される熱をＣの酸化に置換する」技術を開示し、所謂Ｃｒロスの低減に貢献している。なお、該Ｃｒの添加は、炉内に保持した溶湯へ炉上に設けられた投入装置（バンカー・シュートという）を介して行われ、その装入装置においてＦｅ−Ｃｒ合金が詰ること無く投入できるためには、Ｆｅ−Ｃｒ合金の粒度を３０〜５０ｍｍ程度に調整しておく必要があった。
【０００４】
ところで、ステンレス鋼を転炉で溶製する場合、Ｃｒ源は、上記のように、溶鋼の脱炭精錬が開始されてから、あるいは開始直前に溶湯中に添加するのが一般的である。その根拠は、Ｃｒの酸化が、溶湯が低温の時におき易いという従来からの知見にある。溶製方法としては、予め転炉内にＦｅ−Ｃｒ合金を装入しておき、その後に溶銑を加えて溶解し、そこで得られた溶湯を脱炭精錬することも考えられるが、このような溶製方法は、溶湯温度が最初から低く、Ｃｒの酸化し易い条件に相当するので、回避されていたのである。
【０００５】
しかしながら、上記特公平６−２４０３２８号公報や特開平７−３１０１１１号公報記載の技術を採用しても、脱炭吹錬中あるいは直前に、炉上よりＦｅ−Ｃｒ合金を溶鋼へ投入するので、投入された合金が溶鋼を局部的に冷やし、温度低下した部位でＣｒの酸化が必ず発生する」という問題があった。また、炉上より投入するＦｅ−Ｃｒ合金は、投入設備やハンドリング上の都合で、形状やサイズに制限があり、「安価なＦｅ−Ｃｒ合金を使用できず、溶製費用が嵩む」という問題も有していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、転炉での脱炭吹錬中に溶鋼の局部的な温度低下を防ぎ、Ｃｒの酸化ロス量を従来より低減すると共に、スラグに移行した酸化Ｃｒを還元するＦｅ−Ｓｉ合金の使用量を削減可能な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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、Ｆｅ−Ｃｒ合金の溶銑又は溶鋼への添加について検討し、その添加時期及び添加量を適切にすることを、本発明として具現化した。
すなわち、本発明は、溶銑又は含Ｃｒ粗溶湯、及びＦｅ−Ｃｒ合金を精錬炉に装入し、酸素吹錬及び成分調整してステンレス溶鋼を溶製する方法において、溶製に必要な全Ｆｅ−Ｃｒ合金量の全量あるいは６０〜８０％の量を、予め前記精錬炉に装入した後、溶銑又は含Ｃｒ粗溶湯を装入し、スラグの形成されていない時期に溶湯中にＣｒを溶解することを特徴とするステンレス溶鋼の溶製方法である。なお、本発明において、溶製に必要なＦｅ−Ｃｒ量とは、製品スペックで必要なＣｒ量から溶銑中のＣｒ分を差し引いた残りを、Ｆｅ−Ｃｒ合金で補う時の量をいう。含Ｃｒ粗溶湯使用の場合は、該粗溶湯中のＣｒ分を差し引いた残りをＦｅ−Ｃｒ合金で補う時の量となる。
【０００８】
また、本発明は、精錬炉が転炉であることを特徴とするステンレス鋼の溶製方法である。加えて、本発明は、前記予め装入するＦｅ−Ｃｒ合金の量のうちの全部又は一部の量をスクラップ・シュートを介して装入することを特徴とするステンレス溶鋼の溶製方法である。
【０００９】
さらに加えて、本発明は、前記溶銑を、予備処理を経た溶銑とすることを特徴とするステンレス溶鋼の溶製方法でもある。なお、ここに予備処理とは、脱珪、脱燐及び脱硫のいずれか１種又は２種以上を組み合わせた処理を言う。好ましくは、少なくとも脱珪と脱燐処理を経た溶銑が、転炉での酸化精錬負荷が軽減できるので良い。
【００１０】
本発明によれば、溶銑又は含Ｃｒ溶湯の転炉装入前に、溶製に必要なＦｅ−Ｃｒ合金量のすべて、あるいは６０〜８０％の量を装入しておき、その後に溶銑等を装入して溶解、酸素吹錬するようにしたので、従来のように炉上から合金投入で、溶鋼の局部的な温度降下を防止できるようになる。その結果、吹錬中におけるＣｒの酸化ロスを、最小限に抑えれるようになる。また、酸素吹錬初期の溶銑中［Ｃ］濃度が飽和状態でスラグの形成されていない時期にＦｅ−Ｃｒ合金の溶解が始まり、例え吹錬中にＣｒの酸化が発生しても、飽和［Ｃ］による還元反応も同時に起こるので、結果としてＣｒの酸化は低減し、その還元のために使用するＦｅ−Ｓｉ合金量も低減できるようになる。なお、本発明では、含Ｃｒ粗溶湯として、Ｃｒを高濃度（例えば、５重量％以上）、Ｃを３重量％から飽和状態まで含有するのが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明では、所謂事前装入を採用するようにしたので、Ｆｅ−Ｃｒ合金を投入する手段として、前記バンカー・シュートだけでなく、もっと大粒径の原料を投入可能なスクラップ・シュートが使用できるようになる。その結果、Ｆｅ−Ｃｒ合金メーカでの該合金の破砕作業負荷が低減し、従来より安価なＦｅ−Ｃｒ合金が使用できるようになり、原料コストの低減も達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をなすに至った経緯もまじえ、その実施形態を説明する。
まず、発明者は、現在の溶製方法を見直し、以下のように結論した。つまり、溶鋼の酸素吹錬中に小出しでＦｅ−Ｃｒ合金を投入しても、投入の都度、局部的な溶鋼温度の低下が起こり、その部分でのＣｒの酸化は回避できない。しかも、その時期には、溶鋼の脱炭がかなり進み、炭素濃度の低減及びスラグの形成もあるので、このＣｒの酸化を、むしろ促進する条件が整っている。
【００１３】
そこで、発明者は、以前には行っていなかったＦｅ−Ｃｒ合金の事前装入に着眼した。その根拠は、酸素吹錬開始前は、溶銑あるいは含Ｃｒ溶鋼の温度が低いかもしれないが、炭素量は多量に含まれ、スラグも形成されていない時期に溶鋼中へＣｒを溶解してしまうことにある。特に、最近は、完全に予備処理され，Ｓｉの少ない溶銑が使用されるので、事前装入の方が、Ｃｒ酸化に対するスラグの悪影響は少なくなると考えた。そして、かかる考えを確認するための試験操業を行った。
【００１４】
その結果を、Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入比率と吹錬中におけるＣｒの酸化ロス量との関係で、図１に示す。この場合、酸化ロス量は、酸素吹錬終了後にサンプルを採取し、該サンプルのＣｒ濃度と、その後Ｆｅ−Ｓｉ等で溶鋼を還元精錬した後のＣｒ濃度の差で評価している。図１より、ステンレス鋼の製造に必要なＦｅ−Ｃｒ合金量の事前装入比率が高いほど、吹錬中におけるＣｒの酸化ロスが低減していることが明らかである。これは、溶銑中［Ｃ］濃度が飽和状態と高い段階でＦｅ−Ｃｒ合金の溶解が始まるので、例え、吹錬中にＣｒの酸化が発生しても、所謂スラグ・レスの条件下で飽和［Ｃ］による還元反応も同時に起こり、結果としてＣｒ酸化が少ないという前記予想を、裏ずけたものである。
【００１５】
なお、実際には、Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入後に装入する溶銑又は含Ｃｒ粗溶湯の装入量が、計算通りに行かずに少ない場合も予想されるので、本発明では、溶銑又は含Ｃｒ粗溶鋼の装入量のばらつきを補正するために、全量事前装入よりも多少Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入量を抑えて操業しても良く、その場合は、該事前装入比率を６０〜８０％とするものである。その理由は、図１で明らかなように、事前装入比率が、８０％より大きくなると、Ｃｒの酸化ロス量の低下が止まり、事前装入効果が飽和し、６０％未満では、従来のＣｒ酸化ロス量に近く、事前装入効果が薄れるからである。
【００１６】
さらに、上記試験操業で、Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入には、通常スクラップの投入に使用する既設のスクラップ・シュートを用い、一時に多量の装入を行ったた。その結果、装入作業が迅速に行われ、酸素吹錬中に、次チャージで使用するＦｅ−Ｃｒ合金の準備が可能となり、作業時間の短縮によるステンレス鋼の生産性向上も得られた。加えて、バンカー・シュートを経由しないため、該合金のサイズや形状を全く問わないというメリットが発生した。つまり、合金製造メーカーでのＦｅＣｒ合金の破砕、形状選別という作業が省略でき、従来より安価なＦｅ−Ｃｒ合金が使用できるようになる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
まず、精錬ガスの上底吹き機能を有する１６０トン転炉（通称、Ｋ−ＢＯＰ）に、Ｃｒ含有濃度６０重量％のＦｅ−Ｃｒ合金４５．２トンを、スクラップ・シュートを介して装入した。この上に、事前に脱珪、及び脱燐が施された高炉溶銑１２７．２トンを装入し、脱炭のため酸素吹錬を開始した。酸素の吹錬条件は省略するが、この吹錬中に、炭材及び造滓材を投入して脱炭を終了し、その後、溶鋼トン当り１０．１ｋｇ／トン−溶鋼のＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成するスラグ中酸化物の還元及び溶鋼の脱硫を行い、出鋼した。なお、上記Ｆｅ−Ｃｒ合金４５．２トンは、溶製に必要な全量に相当する。また、使用したＦｅ−Ｃｒ合金の粒度は、２０ 〜３００ｍｍである。
（実施例２）
上記とほぼ同様の操業であるが、事前装入のＦｅ−Ｃｒ合金量を１１．６トンとし、高炉溶銑に代え、Ｃｒ濃度１２．５重量％の含Ｃｒ粗溶鋼１５９．６トンだけが異なる操業を行った。この場合、Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入比率は、溶製に必要な量の７８％であったので、酸素吹錬中には、不足分のＦｅ−Ｃｒ３．３トンをバンカー・シュートを介して小出しに投入しつつ、操業した。脱炭の終了後、溶鋼トン当たり９．９ｋｇのＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成するスラグ中の酸化物の還元及び溶鋼の脱硫を行い、出鋼した。
（従来例）
同じ１６０ｔ転炉に、高炉溶銑１２５．０トン装入し、脱炭吹錬中に、炉上のバンカー・シュートを介してＣｒ含有濃度６０重量％で、粒度が３０〜５０ｍｍに調整されたＦｅ−Ｃｒ合金４４．２トンを小出しに投入すると共に、炭材及び造滓剤を投入した。脱炭終了後は、同様に溶鋼トン当り１４．６ｋｇのＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成するスラグ中酸化物の還元及び溶鋼の脱硫を行い、出鋼した。
【００１８】
上記３通りの操業で得た吹錬実績を、表１に示す。表１より、２つの実施例と従来例とでは、転炉で吹錬中のＣｒ酸化ロス量に大きな差が生じ、従来例が実施例１に対して９．８ｋｇ／トン、実施例２に対して９．２ｋｇ／トンもＣｒの酸化ロスが多い。それに伴い、その後のスラグ中酸化物の還元に使用されるＦｅ−Ｓｉ合金の使用量に差が生じ（原単位で３〜５ｋｇ／ｔ程度）、精錬コストの点で本発明が優位であることがわかる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
なお、上記実施例は、転炉での溶製であるが、本発明は転炉に限らず、電気炉での溶製に適用しても構わない。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、ステンレス鋼を転炉で溶製するに際し、Ｆｅ−Ｃｒ合金の投入時に生じていた溶鋼の局部的な温度降下が抑制できるようになった。その結果、吹錬中のＣｒの酸化ロスを最小限に抑えることができ、また酸化物の還元に使用するＦｅ−Ｓｉ合金の使用量が低減した。さらに、スクラップ・シュートによる投入が可能となり、投入合金のサイズ及び形状を全く問わないというメリットが発生したので、合金製造メーカーでのＦｅ−Ｃｒ合金の形状選別作業が省略できるようになった。その結果、従来より安価なＦｅ−Ｃｒ合金が使用できるようになり、本発明は、原料コストの低減にも大きく貢献することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｆｅ−Ｃｒ合金の事前装入比率と吹錬中のＣｒ酸化ロス量との関係を示す図である。
【図２】本発明と従来法による溶製で、吹錬中のＣｒの酸化ロス量に大きな差が生じることを示す図である。

Claims (4)

1. 溶銑又は含Ｃｒ粗溶湯、及びＦｅ−Ｃｒ合金を精錬炉に装入し、酸素吹錬及び成分調整してステンレス溶鋼を溶製する方法において、
   溶製に必要な全Ｆｅ−Ｃｒ合金量の全量あるいは６０〜８０％の量を、予め前記精錬炉に装入した後、溶銑又は含Ｃｒ粗溶湯を装入し、スラグの形成されていない時期に溶湯中にＣｒを溶解することを特徴とするステンレス溶鋼の溶製方法。
2. 精錬炉が転炉であることを特徴とする請求項１記載のステンレス溶鋼の溶製方法。
3. 前記予め装入するＦｅ−Ｃｒ合金の量のうちの全部又は一部の量をスクラップ・シュートを介して装入することを特徴とする請求項１又は２に記載のステンレス溶鋼の溶製方法。
4. 前記溶銑を、予備処理を経た溶銑とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステンレス溶鋼の溶製方法。

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