JP7447878B2

JP7447878B2 - Ｃｒ溶湯の脱炭方法およびＣｒ含有鋼の製造方法

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Publication number: JP7447878B2
Application number: JP2021125875A
Authority: JP
Inventors: 華栄西田; 信彦小田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2041-07-30
Also published as: JP2023020489A

Description

本発明は、電気炉を用いたＣｒ溶湯の脱炭方法に関する。さらに、そのＣｒ溶湯を用いたＣｒ含有鋼の製造方法に関する。

Ｃｒ含有鋼はステンレス製品として幅広く普及している。Ｃｒ含有鋼は、目的とするＣｒ含有量のスクラップを溶解し、２次精錬で成分の調整をして製造する方法や、転炉に溶銑とともに高炭素フェロクロム原料を投入し、脱炭吹錬した後、２次精錬で成分調整をして製造する方法、他に、電気炉にて高炭素フェロクロム原料を溶解して、転炉溶鋼と合わせて製造する方法がある。これらの方法の場合、電気炉にて脱炭処理を必要とする。Ｃｒを含有する溶鋼または溶銑（以下、溶鋼または溶銑を総称して溶湯と呼ぶ）を脱炭する場合は熱力学的に決定されるある温度以上でないと、Ｃが優先酸化されずＣｒが酸化することになる。Ｃｒが酸化すると通常は金属シリコンもしくはアルミ等の脱酸材を用いて、送酸による酸化反応で生じたＣｒの酸化物であるスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３を還元し溶湯中へ戻す必要がある。その場合、脱酸材コストが増大するのみではなく、還元しきらなかったＣｒ_２Ｏ_３を含む難使用スラグの増加を招く。その様なスラグの再利用もしくは産業廃棄にかかる負担は製鉄プロセスをひっ迫させる。よって、Ｃｒ含有鋼製造の際は、脱炭処理時にこのＣｒの酸化を抑制する技術が必要である。たとえば、Ｃｒの酸化ロスを抑制する先行技術として以下が挙げられる。

特許文献１には、転炉やＡＯＤ炉等の精錬炉でＣ：１質量％以上、Ｃｒ：５質量％以上を含有する含Ｃｒ溶湯を脱炭精錬するに際し、出鋼前の溶鋼温度を１７００～１７６０℃に制御する製造技術が開示されている。

また、特許文献２には、高炉溶銑とフェロクロム合金鉄を用いたステンレス粗溶鋼の溶製において、精錬炉にて脱炭精錬するに際し、精錬炉に装入された溶銑に金属アルミニウム（Ａｌ）あるいは金属Ａｌ分を含んだアルミドロスを昇温材として添加して昇温することにより、フェロクロム合金添加直前の溶湯温度を１４５０～１６００℃とし、かつ、スラグ中Ａｌ_２Ｏ_３濃度を１０～３０％、溶湯中［Ｃ］濃度を２．５～４．０％とした後、フェロクロム合金を連続的に添加しつつ、吹酸脱炭精錬を行う技術が開示されている。

特開２００２－２８５２２２号公報特開平０９－５９７０８号公報

Ｄ．Ｃ．Ｈｉｌｔｙ、ｅｔａｌ、"ＯｂｓａｖａｔｉｏｎｓおｆＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌＭｅｌｔｉｎｇＰｒａｃｔｉｃｅ"、Ｊ．ＩｒｏｎＳｔｅｅｌＩｎｓｔ．、Ｌｏｎｄｏｎ、ｖｏｌ．１８０、ｐｐ．１１６－１２８（１９５５）

しかしながら、上記従来の技術には、以下のような問題点がある。
特許文献１に開示の技術については、出鋼前温度を１７００～１７６０℃に制御するのみであり、脱炭中の温度条件を規定したものではない。出鋼温度の確保によって脱炭中の優先脱炭温度が保証されたものではない。また、比較的高Ｃ低Ｃｒ条件下で脱炭する場合は不必要に温度を確保することになり、昇熱コストはもとより、高温処理をすることでいたずらに耐火物へ悪影響を与えることが問題となる。

また、特許文献２に開示の技術は、高炉溶銑および転炉を用いたＣｒ含有鋼の脱炭酸素吹錬についてのみ開示されており、高炉溶銑を用いない電気炉でＣｒ含有鋼を製造する技術に適用できるものではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電気炉を用いてＣｒ含有溶湯を脱炭するにあたり、Ｃｒの酸化ロスを低減したＣｒ溶湯の脱炭方法を提案することにある。さらに、得られたＣｒ溶湯を用いてＣｒ含有鋼を製造する方法を提案する。

上記課題を有利に解決する本発明にかかる第一のＣｒ溶湯の脱炭方法は、電気炉を用いてＣｒ含有溶湯を脱炭するにあたり、質量基準でＣｒ：５５～７０％およびＣ：４～９％の高炭素フェロクロムを前記電気炉に装入し溶解した後、または、投入した後の脱炭開始温度Ｔｓを１５３５℃以上とすることを特徴とする。

上記課題を有利に解決する本発明にかかる第二のＣｒ溶湯の脱炭方法は、電気炉を用いてＣｒ含有溶湯を脱炭するにあたり、質量基準で、溶湯中Ｃｒ濃度［％Ｃｒ］＝５～７０および溶湯中Ｃ濃度［％Ｃ］＝１～１０の範囲における優先脱炭温度Ｔｃ（℃）を下記（１）式で計算し、前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭開始温度Ｔｓ（℃）を前記優先脱炭温度Ｔｃ以上に制御して脱炭処理を開始することを特徴とする。
Ｔｃ＝２．５×［％Ｃｒ］＋１３６５（１）

なお、本発明にかかる転炉の操業方法は、上記第一または第二のＣｒ溶湯の脱炭方法において、
（ａ）前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭開始温度Ｔｓの制御は、［Ｉ］金属元素の酸化発熱反応を用いた昇温、［ＩＩ］Ｃｒ含有溶湯への通電による昇温、または、［ＩＩＩ］所定の温度を有する溶銑または溶鋼を利用することから選ばれる１または２以上を組み合わせて行うこと、
（ｂ）溶湯温度Ｔｒ（℃）を下記（２）式で求められる脱炭平衡温度Ｔｈ（℃）以上となるように冷却材を投入しながら、前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理を行うこと、（２）式中、［％Ｃｒ］：質量基準の溶湯中Ｃｒ濃度（質量％）、［％Ｃ］：質量基準の溶湯中Ｃ濃度（質量％）、Ｔｈ：Ｈｉｌｔｙの実験式に基づくＣｒ含有溶湯の脱炭平衡温度（℃）を表す、
（ｃ）前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理にあたり、酸素源として、Ｃｒ系ステンレス鋼の１次精錬または２次精錬で発生し回収されるＣｒ_２Ｏ_３含有スラグまたはＣｒ_２Ｏ_３含有ダストを用いること、
（ｄ）前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭中にＣｒ含有原料およびＣｒ含有スクラップから選ばれる一または二を冷却材として投入すること、
などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
ｌｏｇ｛［％Ｃｒ］／［％Ｃ］｝＝８．７６－１３８００／（Ｔｈ＋２７３）（２）

上記課題を有利に解決する本発明にかかるＣｒ含有鋼の製造方法は、上記いずれかのＣｒ溶湯の脱炭方法を用いて脱炭された相対的にＣｒ濃度の高いＣｒ含有溶湯を、別途脱炭して用意した相対的にＣｒ含有量の少ない、または、実質的にＣｒを含有しない溶鉄で希釈し、または、希釈せずに、仕上げ脱炭し、同時に成分調整したのち、鋳造することを特徴とする。

本発明によれば、Ｃｒ溶湯の脱炭処理にあたり、Ｃが優先的に酸化するように脱炭開始時の溶湯温度を高めることでＣｒの酸化ロスを低減することできるようになる。それにより、Ｃｒの歩留り向上、Ｃｒ_２Ｏ_３の還元材低減および難使用スラグの発生量低減が図れるので、Ｃｒ含有鋼の製造コストを低廉化することができる。本発明は、特にＣｒ含有量が５～７０％である高Ｃｒ溶湯に好ましく適用できる。

本発明にかかるＣｒ含有鋼の製造方法を模式的に表すフロー図である。Ｃｒ：７０質量％のフェロクロムのＣ濃度－温度にかかる計算状態図上にＨｉｌｔｙの実験式に基づくＣｒ酸化－Ｃ酸化の境界を曲線で描いたグラフである。Ｃｒ含有溶湯のＣｒ濃度と脱炭開始温度との関係を示すグラフである。図２の状態図に脱炭中のＣ濃度と溶湯温度との推移を示すグラフである。実施例のＣｒ酸化指標を比較するグラフである。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１はＣｒ含有鋼の製造プロセスの一例を示すフロー図である。Ｃｒ含有鋼、たとえば、Ｃｒを９質量％以上含有するＣｒ系ステンレス鋼を製造する場合、一次精錬工程１０では、目的とするＣｒ含有量のスクラップを原料１として、電気炉２で溶解しＣｒ含有溶鋼とする方法もある。しかしながら、製造コストの観点から、一次精錬工程１０において、高炭素フェロクロム等を原料１として電気炉２で溶解し、Ｃｒ含有溶湯を得て、一方、溶銑等を原料１として転炉３で一次精錬（Ｓ１０）し、溶鋼を得て、得られたＣｒ含有溶湯と溶鋼を合わせて、所定のＣｒ含有量のＣｒ含有溶鋼を得る方法がある。その後、これらのＣｒ含有溶鋼を２次精錬工程２０においてＶＯＤ等の減圧容器で脱ガスおよび成分調整し（Ｓ２０）、鋳造工程５で、たとえば連続鋳造し半製品を製造する。これらの方法では、１次精錬工程１０としての電気炉２による溶解や転炉精錬、および２次精錬工程２０のいずれも脱炭処理（Ｓ１０、Ｓ２０）を必要とする。なお、ＣｒおよびＣを含有するＣｒ含有溶湯の残部はＳｉなどの不可避不純物およびＦｅである。

本発明にかかるＣｒ溶湯の脱炭方法は、１次精錬工程１０としての電気炉２におけるＣｒ含有溶湯の脱炭工程（Ｓ１０）にかかる。この電気炉での脱炭工程で使用する酸素源としては、上吹きランスまたは底吹き羽口から供給される酸化性ガスであってもよいし、Ｃｒ_２Ｏ_３含有スラグやダストなどの固体状酸素源であってもよい。酸化性ガスとしては、酸素ガスや酸素ガスに不活性ガスを混合したガスが挙げられる。

Ｃｒ含有鋼の製造プロセスで回収されるＣｒ_２Ｏ_３含有スラグや排ガスの集塵処理により採取されるダスト中のＣｒ_２Ｏ_３濃度はおよそ１０～６０質量％程度である。これを上記脱炭処理のための酸素源として用いる場合、３０質量％以上のＣｒ_２Ｏ_３濃度のスラグやダストが好ましい。ただし、Ｃｒ_２Ｏ_３含有スラグやダスト中のＣｒ_２Ｏ_３を還元するのに、金属ＳｉやＡｌなどの脱酸剤を用いるのでは精錬スラグが増加してしまう。一方、酸化性ガスの供給による送酸脱炭中は、スラグが高酸素状態になっており、新たに酸化物を投入すると異常反応を起こし、突沸などが懸念される。したがって、Ｃｒ_２Ｏ_３含有スラグやダストを投入する時期は、脱炭開始前から脱炭初期までにすることが好ましい。

本発明の第一の実施形態では、電気炉で主として高炭素フェロクロムを溶解する。電気炉で溶解する高炭素フェロクロムは、ＪＩＳＧ２３０３：１９９８に規定される汎用高炭素フェロクロムとすることができ、Ｃｒ濃度が、５５～７０質量％、Ｃ濃度が、４～９質量％である。高炭素フェロクロムの一例として、Ｃｒ濃度７０質量％の場合のＣ濃度－温度状態図を、熱力学ソフトウェアを用いて計算した。また、その状態図上に、下記（２）式で示されるＨｉｌｔｙの実験式（非特許文献１）を破線で示した。これを図２に示す。この破線は優先脱炭曲線として広く知られており、この曲線より高温側で酸素を供給すると脱炭が進行し、低温側で酸素を供給するとＣｒが酸化する、脱炭平衡温度Ｔｈを表す。
ｌｏｇ｛［％Ｃｒ］／［％Ｃ］｝＝８．７６－１３８００／（Ｔｈ＋２７３）（２）
ここで、［％Ｃｒ］：質量基準の溶湯中Ｃｒ濃度（質量％）、
［％Ｃ］：質量基準の溶湯中Ｃ濃度（質量％）、
Ｔｈ：Ｈｉｌｔｙの実験式に基づくＣｒ含有溶湯の脱炭平衡温度（℃）
を表す。

図２に示す状態図から、Ｃｒ濃度が７０質量％程度の高炭素フェロクロムは、Ｃ濃度［％Ｃ］～３質量％、１４２０℃程度の液相として溶解開始することがわかる。すなわち、高炭素フェロクロムが溶け始める温度域で酸素源を供給して脱炭処理を開始すると、Ｃｒの酸化反応熱によって上記（２）式の脱炭平衡温度Ｔｈ以上に昇温するまで、脱炭反応効率が低下し、Ｃｒの酸化ロスが生じてしまう。酸素源がＣｒ_２Ｏ_３含有スラグやダストの場合には、優先脱炭温度Ｔｈ未満では脱炭反応に寄与しない。

したがって、高炭素フェロクロムを原料１として電気炉２に装入し、溶解した後に酸素源を供給して脱炭処理を開始する場合には、図２に一点鎖線で示す液相線と破線で示す（２）式の曲線の交点である１５３５℃以上とする。状態図上のより高炭素側の液相線温度を選んでもよいが、昇熱コストおよび炉の耐火物保護の観点から、脱炭開始温度Ｔｓは、少なくとも１５３５℃を下限とし、１７００℃を上限とすることが好ましい。また、電気炉２中に保持したＣｒ含有溶湯に高炭素フェロクロムを投入した後、酸素源を供給して脱炭処理を開始する場合にも、同じく脱炭開始温度Ｔｓは、少なくとも１５３５℃を下限とし、１７００℃を上限とすることが好ましい。

本発明の第二の実施形態では、電気炉で高炭素フェロクロムとスクラップとを合わせて溶解し、Ｃｒを希釈してＣｒ含有溶湯とする。この実施形態では、Ｃｒ含有溶湯を脱炭する際、溶湯中のＣｒ濃度およびＣ濃度ともに原料１のフェロクロムより希釈されている。上記（２）式からわかるように、同じＣ濃度であっても、Ｃｒ濃度が低いほど、上記（２）式の脱炭平衡温度Ｔｈは低くなる。したがって、上記第一の実施形態より低い溶湯温度から脱炭処理を開始することができる。ここで、スクラップは、鉄スクラップを用いるが、ステンレス鋼スクラップ、とくに、Ｃｒ系ステンレス鋼のスクラップが好ましい。

図３に溶湯中Ｃｒ濃度［％Ｃｒ］（質量％）と脱炭が開始する溶湯温度（優先脱炭温度）Ｔｃ（℃）との関係を示す。図３中のプロットは、各Ｃｒ濃度におけるＣｒ含有鉄のＣ濃度－温度状態図上に（２）式の曲線を描いて液相線との交点を求めたものである。一次式で近似して下記（１）式を得た。この（１）式の適用範囲は、Ｃｒ濃度［％Ｃｒ］＝５～７０質量％、Ｃ濃度［％Ｃ］＝１～１０質量％の範囲である。この範囲のＣｒ含有溶湯を計算した優先脱炭温度Ｔｃ以上の温度で脱炭処理開始することで脱炭処理中のＣｒ酸化が低減できる。
Ｔｃ＝２．５×［％Ｃｒ］＋１３６５（１）

また、Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理をより効率的に行うため、スラグの塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）は３以上とすることが好ましい。脱炭処理中にＣｒが酸化してスラグ中にＣｒ_２Ｏ_３として移行する。このＣｒ_２Ｏ_３含有スラグの塩基度が３未満では液相率が低下するおそれがある。一方、塩基度を高めるためにはＣａＯを添加する必要があり、スラグ量抑制の観点からは、Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理中は、スラグ塩基度の上限を３．８程度とすることが好ましい。スラグ塩基度の設計にあたっては、原料１の高炭素フェロクロムその他Ｃｒ含有原料やスクラップに含まれるＳｉ含有量、および、原料１としてのＣｒ_２Ｏ_３含有スラグやダストに含まれるＣａＯ含有量やＳｉＯ_２含有量を考慮する。

Ｃｒ含有溶湯の溶湯温度の測定は、接触式温度計または非接触式温度計を用いて行う。溶湯温度が、上記第一の実施形態の場合の１５３５℃または上記第二の実施形態の場合の優先脱炭温度Ｔｃを下回っていれば、以下の（Ｉ）～（ＩＩＩ）から選ばれるいずれかまたは組み合わせた昇熱方法を用いて昇熱することが好ましい。（Ｉ）Ｃ源として、黒鉛や無煙炭など、Ａｌ源として、アルミペレットやアルミブリケットなど、Ｓｉ源として、フェロシリコンなどに酸化性ガスを吹き付けて、酸化発熱反応を用いる。（ＩＩ）Ｃｒ含有溶湯への通電を用いる。（ＩＩＩ）脱珪・脱りん処理して昇温した溶銑や溶鋼を用いる。

なお、合金コスト低減の観点、スラグ量の抑制の観点、成分組成の自由度の観点からは、通電による昇温（ＩＩ）が好ましい。そして、溶湯温度が上記第一の実施形態または第二の実施形態で定める脱炭開始温度Ｔｓに昇温されたら、酸素源を投入して脱炭処理を開始する。

Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理中は、溶湯温度が全期間で、上記（２）式で求められる脱炭平衡温度Ｔｈ（℃）以上となるように操業することが好ましい。そうすることで、Ｃｒの酸化ロスを低減できる。一方、炉体保護の観点からは、あまりに高温での処理は好ましくないので、溶湯温度を１７００℃以下にすることが好ましい。

脱炭処理中にも、都度、接触式温度計や非接触式温度計を用いて、溶湯温度を測定し、冷却材を添加したり、上記昇温手段のいずれかまたは組み合わせて昇熱したりたりすることが好ましい。ここで、脱炭処理中に添加する冷却材としては、高炭素フェロクロムなどのＣｒ含有原料やＣｒ含有スクラップが好ましく、Ｃｒ含有スクラップとしては、Ｃｒ系ステンレス鋼スクラップが挙げられる。

また、酸素源として、Ｃｒ_２Ｏ_３含有スラグまたはＣｒ_２Ｏ_３含有ダストを用いる場合には、Ｃｒ含有溶湯の脱炭反応発熱量よりも、酸化物の還元吸熱量のほうが大きい。そこで、溶湯の温度降下を防止するため、通電や送酸を都度併用することが好ましい。加えて、脱炭酸素効率を向上させるために、Ｃｒ含有溶湯を攪拌することが好ましい。攪拌エネルギー密度として、１５～３００Ｗ／ｔ程度が好ましく、脱炭および温度上昇による湯面の状態によって調整することが好ましい。

上記のように一次精錬工程１０として、電気炉２で脱炭（Ｓ１０）して、相対的にＣｒ含有量の多いＣｒ含有溶湯を溶製する。同時に、一次精錬工程として、溶銑などを原料１として、脱炭（Ｓ１０）し、相対的にＣｒ含有量の少ない、または、Ｃｒを含有しない溶鉄を溶製する。ここで、溶鉄とは、脱炭した溶銑、溶解した冷鉄源および溶鋼を含む主としてＦｅからなる溶融金属をいうものとする。得られたＣｒ含有溶湯を直接、または、溶鉄と合わせて必要なＣｒ含有量に調整したうえで、二次精錬工程２０のＶＯＤやＡＯＤ、ＬＦ、ＲＨ－ＯＢなどを用いて、仕上げ脱炭および成分調整する（Ｓ２０）。そののち、連続鋳造などの鋳造工程５でＣｒ含有鋼の半製品とする。

実施例の操業条件および結果を表１に示す。
（実施例１）
発明例である処理Ｎｏ．１～５は、５０ｔ規模の電気炉を用い、高炭素フェロクロム（Ｃｒ濃度：６８～７０質量％、Ｃ濃度：７．８～８．５質量％）を原料として装入し、アーク溶解した。Ｃｒリサイクルの観点からステンレス鋼製造時に発生したＣｒ_２Ｏ_３含有ダストをＣｒ_２Ｏ_３含有原料として脱炭処理前に投入した。さらに、媒溶剤を投入して、脱炭処理時のスラグ塩基度が質量基準で（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）：３．５程度となるように調整した。溶解してＣｒ含有溶湯を得た後は、酸素を吹き付けてＣ濃度が１．８質量％以下になるまで脱炭処理した。その際、非接触式温度計で溶湯温度を測定し、送酸開始時の溶湯温度が１５３５℃以上となるように調整した（処理Ｎｏ．１～５）。また、送酸脱炭処理時は、過昇熱となるため、１３％Ｃｒステンレス鋼ビレットおよび高炭素フェロクロムを冷却材として投入した。目標のＣ濃度に到達後、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３を還元材で還元回収した。なお、電力原単位は、溶解期および送酸脱炭期に装入・投入する高炭素フェロクロムおよびステンレスビレットの合計重量に対して従来技術である処理Ｎｏ．１２と同一条件とした。

（実施例２）
発明例である処理Ｎｏ．６～１１は、５０ｔ規模の電気炉を用い、高炭素フェロクロム（Ｃｒ濃度：６８～７０質量％、Ｃ濃度：７．８～８．２質量％）および１３％Ｃｒステンレス鋼ビレットを原料として装入し、アーク溶解した。Ｃｒリサイクルの観点からステンレス鋼製造時に発生したＣｒ_２Ｏ_３含有ダストをＣｒ_２Ｏ_３含有原料として脱炭処理前に投入した。さらに、媒溶剤を投入して、脱炭処理時のスラグ塩基度が質量基準で（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）：３．５程度となるように調整した。溶解してＣｒ含有溶湯を得た後は、酸素を吹き付けてＣ濃度が０．５～１．３質量％になるまで脱炭処理した。その際、非接触式温度計で溶湯温度を測定し、送酸開始時の溶湯温度が（１）式の優先脱炭温度Ｔｃ以上となるように調整した（処理Ｎｏ．６～１１）。また、処理Ｎｏ．６～８については、送酸脱炭処理時に、過昇熱となるため、１３％Ｃｒステンレス鋼ビレットおよび高炭素フェロクロムを冷却材として投入した。その際、高炭素フェロクロムの投入時には、溶湯温度が１５３５℃以上であることを確認した。目標のＣ濃度に到達後、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３を還元材で還元回収した。

（従来例）
従来技術である処理Ｎｏ．１２は、高炭素フェロクロム（Ｃｒ濃度：６８質量％、Ｃ濃度：８．２質量％）を原料として装入し、アーク溶解した。Ｃｒリサイクルの観点からステンレス鋼製造時に発生したＣｒ_２Ｏ_３含有ダストをＣｒ_２Ｏ_３含有原料として脱炭処理前に投入した。さらに、媒溶剤を投入して、脱炭処理時のスラグ塩基度が質量基準で（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）：３．５程度となるように調整した。溶解してＣｒ含有溶湯を得た後は、酸素を吹き付けてＣ濃度が１．８質量％以下になるまで脱炭処理した。その際、目視でフェロクロムの溶解を確認してから送酸を開始した。非接触式温度計による測温では１４７０℃であった。また、処理Ｎｏ．１２では、全フェロクロムを溶解期に装入・投入し、送酸脱炭期に投入する冷却材は１３％Ｃｒステンレス鋼ビレットのみとした。目標のＣ濃度に到達後、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３を還元材で還元回収した。

表１には、操業結果として、脱炭後Ｃ濃度［Ｃ］（質量％）、推定Ｃｒ酸化量およびＣｒ酸化指数を示す。推定Ｃｒ酸化量は、還元剤使用量とスラグ中成分組成およびスラグ量とからＣｒ_２Ｏ_３の合計値として算出し、処理Ｎｏ．１２を１として基準化した。Ｃｒ酸化指数は脱炭量（ｋｇ／ｔ）に対するＣｒ酸化量（ｋｇ／ｔ）を算出し、処理Ｎｏ．１２を１として基準化した。

表１の結果から配合時のＣｒ濃度およびＣ濃度が同等の処理１～５とＮｏ．１２を比較して、発明例である処理Ｎｏ．１～５は、従来例である処理Ｎｏ．１２と比較して、Ｃｒ酸化量が低減できていることがわかる。Ｃｒ酸化量が最も低減できた処理Ｎｏ．２と従来例の処理Ｎｏ．１２について、脱炭処理中の溶湯中Ｃ濃度および溶湯温度の推移を図４にプロットした。処理Ｎｏ．１２については、特許文献１に示す出鋼時１７００～１７６０℃を目標に操業し、フェロクロムの溶解開始時点であるＣ濃度：４質量％、溶湯温度Ｔｓ：１４７０℃付近で送酸開始し、Ｃ濃度：３．３質量％付近では、１７００℃以上に上昇し、最高１８７０℃程度まで上昇した。一方、発明例である処理Ｎｏ．２は、送酸開始時の溶湯温度Ｔｓ：１６４０℃から、脱炭処理期間中１６００～１６８０℃の比較的なだらかなＣ濃度量－温度推移を示し、すべての両域で（２）式の脱炭平衡温度Ｔｈ以上を維持した。したがって、処理Ｎｏ．２の操業は、脱炭酸素効率が向上し、炉体への負荷も軽減した操業を実現できている。

表１に併記した、脱炭量で補正したＣｒ酸化指数を比較して、実施例２のようにフェロクロムをステンレス鋼で希釈しＣｒ含有量を低減した場合であっても、脱炭開始温度を制御することでＣｒ酸化ロスを低減した操業を行うことができた（図５）。

本発明のＣｒ溶湯の脱炭方法やＣｒ含有項の製造方法は、電気炉に限らず、Ｃｒ含有溶湯の送酸脱炭処理に適用して好適である。

１原料
２電気炉
３転炉
５連続鋳造（鋳造工程）
１０一次精錬工程
２０二次精錬工程

Claims

電気炉を用いてＣｒ含有溶湯を脱炭するにあたり、質量基準で、溶湯中Ｃｒ濃度［％Ｃｒ］＝５～７０および溶湯中Ｃ濃度［％Ｃ］＝１～１０の範囲における優先脱炭温度Ｔｃ（℃）を下記（１）式で計算し、前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭開始温度Ｔｓ（℃）を前記優先脱炭温度Ｔｃ以上に制御して脱炭処理を開始することを特徴とするＣｒ溶湯の脱炭方法。
Ｔｃ＝２．５×［％Ｃｒ］＋１３６５（１）
前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭開始温度Ｔｓの制御は、［Ｉ］Ｃまたは金属元素の酸化発熱反応を用いた昇温、［ＩＩ］Ｃｒ含有溶湯への通電による昇温、または、［ＩＩＩ］所定の温度を有する溶銑または溶鋼を利用することから選ばれる１または２以上を組み合わせて行うことを特徴とする請求項１に記載のＣｒ溶湯の脱炭方法。
溶湯温度Ｔｒ（℃）を下記（２）式で求められる脱炭平衡温度Ｔｈ（℃）以上となるように冷却材を投入しながら、前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＣｒ溶湯の脱炭方法。
ｌｏｇ｛［％Ｃｒ］／［％Ｃ］｝＝８．７６－１３８００／（Ｔｈ＋２７３）（２）
ここで、［％Ｃｒ］：質量基準の溶湯中Ｃｒ濃度（質量％）、
［％Ｃ］：質量基準の溶湯中Ｃ濃度（質量％）、
Ｔｈ：Ｈｉｌｔｙの実験式に基づくＣｒ含有溶湯の脱炭平衡温度（℃）
を表す。
前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭処理にあたり、酸素源として、ステンレス鋼の１次精錬または２次精錬で発生し回収されるＣｒ_２Ｏ_３含有スラグまたはＣｒ_２Ｏ_３含有ダストを用いることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のＣｒ溶湯の脱炭方法。
前記Ｃｒ含有溶湯の脱炭中にＣｒ含有原料およびＣｒ含有スクラップから選ばれる一または二を冷却材として投入することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のＣｒ溶湯の脱炭方法。
請求項１～５のいずれか１項に記載のＣｒ溶湯の脱炭方法を用いて脱炭された相対的にＣｒ含有量の多いＣｒ含有溶湯を、別途脱炭して用意した相対的にＣｒ含有量の少ない、または、Ｃｒを含有しない溶鉄で希釈し、または、希釈せずに、仕上げ脱炭し、同時に成分調整したのち、鋳造することを特徴とするＣｒ含有鋼の製造方法。