JPH01215951A - 含クロム鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、含クロム鋼の溶製方法に関し、とくに溶融
還元法を利用して低Ｃおよび／または低Ｎ含クロム鋼を
溶製する場合に、容易がっ安価に仕上げようとするもの
である。

（従来の技術） 最近、クロム含有鋼やステンレス鋼の溶製に当たって溶
融還元法を利用する方法が開発され、実際に実施されて
もいる。この技術は、溶銑等の溶鉄を装入した溶融還元
炉内に、クロム鉱石や半還元クロムペレットなどのＣｒ
含有酸化物を、炭材や媒溶材と共に供給し、同時に酸素
を上底吹きすることによって、クロム鉱石や半還元クロ
ムペレットを溶鉄中又は炭材中のＣの燃焼熱によって溶
融し、かつＣによって下記（１）式に示す反応を導いて
Ｃｒ酸化物を還元する方法である。

（Ｃｒｚ０３）　＋　３　ＥＣ）　＝　２　（Ｃｒ）　
＋３ＣＯ−（１）しかしながら、クロム鉱石や予備還元
ペレットは、主として（Ｐｅ、　Ｍｇ）　（Ｏｒ、　Ａ
Ｉ　＋　Ｆｅ）　２０４のスピネル構造のクロマイトか
らなる難溶性のものであることから、還元速度を高めて
プロセスの生産性を向上させるためには、前記難溶性ク
ロマイトのスラグへの溶解速度を高めることが重要であ
る。そのために従来は、特開昭５８−６９１６号公報や
特開昭５８−９９５９合公報などに開示されているよう
に、生石灰等の媒溶材を添加し塩基度をＣａｂ／　Ｓｉ
Ｏ□＝１．２〜２．０にコントロールすることで対処し
ている。

（発明が解決しようとする課題） クロム含有溶鉄を用いた一般的なステンレス鋼の精錬過
程は、底吹き可能な精錬炉において純酸素または窒素、
アルゴン等の不活性ガスで希釈した含酸素混合ガスを吹
精することによって炭素を０．１〜０．５　ｉｖｔχ　
（以下単に％で示す）程度まで低減する粗脱炭精錬と、
ＲＨやＶＯＤのような真空脱炭が可能な二次精錬設備に
おいて真空脱炭および／または脱窒を実施する仕上げ脱
炭精錬とに分けられる。

この時、粗脱炭精錬後に酸化されたＣｒを還元回収し、
同時に脱硫を行なう還元・脱硫期をそなえる精錬方法も
利用され、ここに酸化Ｃｒを還元回収するためには、Ｆ
ｅ−３ｉが添加される。

しかしながら、この還元・脱硫期を経た溶鋼は、通常脱
硫促進のために溶鋼中にＳｉを０．３％以上程度残留さ
せ、鋼中酸素を低下させていることから、出鋼中の吸窒
が大きくなるため、後に続く仕上げ脱炭精錬期における
脱窒負担が大きく、仕上げ脱炭精錬期のスタートＣを低
下させることが難しいところに問題を残していた。さら
にＳｉの含有により仕上げ脱炭時間が長くなって生産性
を阻害する不利もあった。

なお出鋼中の吸窒を抑制するためには、還元後の溶鋼中
Ｓｉを低下させるか、または未還元で鋼中酸素の高い状
態で出鋼する方法があるが、この場合、粗脱炭精錬期に
は、脱硫がほとんど行なわれてないので、製品Ｓ濃度で
ある１１００ｐｐ以下に抑えるためには粗脱炭精錬炉か
ら出湯後に、フラックス・インジェクション等の脱硫プ
ロセスを経る必要があり、生産性の低下が免れ得なかっ
た。

（課題を解決するための手段） 発明者らの知見によると、高炭素濃度下での熔融還元精
錬においては、溶鉄およびスラグとも低酸素ポテンシャ
ルである。従って、スラグのもつサルファイドキャパシ
ティは大きいと予想される。

そこで発明者らは、上記の予想に立脚し、溶融還元精錬
時に脱硫を図るべく種々検討を重ねた結果、溶融還元精
錬時にスラグ中に比較的多量のＣを残留させることを含
め適正なスラグ組成とすることで、スラグ中の酸素ポテ
ンシャルが低下して脱硫が促進され、粗脱炭精錬炉へ供
給する溶鉄のＣ濃度を製品Ｓ濃度以下に低下させること
ができることの知見を得た。

またこの方法で溶製した母溶鋼（溶鉄）を粗脱炭精錬す
るに当っては、脱Ｓの必要が全くないため、高−Ｑ−濃
度での出鋼が可能であるから、出鋼中の吸窒が効果的に
抑制され、後に続く仕上げ脱炭精錬における脱窒負担が
軽減される結果、スタートｑの低下が可能となり、さら
にはＳｉのような脱炭阻害元素がないため、脱炭精錬時
間の短縮も併せて実現されることの知見を得た。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、上底吹き機能をそなえる精錬炉を
用いてクロム鉱石や半還元クロムペレットなどのクロム
含有酸化物を溶融還元精錬し、得られた含クロム溶鉄に
粗脱炭精錬ついで仕上げ脱炭精錬を施す一連の工程ｂ’
＝よって低Ｃおよび／または低Ｎ含クロム鋼を溶製する
に当り、溶融還元精錬時に、スラグ塩基度（ＣａＯ／５
ｉＯｚ）：、２．１〜３．５　、スラグ中残留炭素（Ｃ
）２１０％、溶鉄中炭素〔Ｃ］≧４．０％および溶鉄温
度≧１５００℃の各条件を満足させること、粗脱炭精錬
終了後、溶鋼中のＳｔ量が０．０５〜０，１０％となる
条件下にスラグ中の酸化クロムを還元回収したのち、仕
上げ脱炭精錬に供給することからなる低Ｃおよび／また
は低Ｎ含クロム鋼の溶製方法である。

第１図に、この発明に従う溶製工程を模式で示す。

予備処理後の溶銑や電気炉等で溶製された溶鉄を、上底
吹き機能をそなえる精錬炉からなる熔融還元炉１に装入
したのち、Ｃｒ鉱石等のクロム含有酸化物を炭材および
造滓材と共に投入しつつ、酸素を上底吹きしながら上記
クロム酸化物を溶融還元する。

溶融還元された溶鉄は、少なくとも底吹き機能をそなえ
る粗脱炭炉２（溶融還元炉１をそのまま粗脱炭炉として
利用することもできる。ただしこの場合は、溶鉄上に浮
漉するスラグの排出が必要である。）に装入されて、所
望のＣ濃度に脱炭されると同時に、所望のＣｒ量となる
ようにＦｅ−Ｃｒを投入し、さらに脱炭完了後はＦｅ−
３ｉを投入しスラグ中の酸化クロムを還元回収してから
、出鋼する。

出鋼された溶鋼はさらに、Ｒ１（やＶＯＤなどの仕上げ
脱炭設備３で製品としての最終成分に精錬され、しかる
のち鋳造設備に搬送されるのである。

（作　用） この発明では、まず溶融還元精錬時に溶鉄中Ｃ及びスラ
グ中Ｃを維持することによって酸素ポテンシャルを低下
させ、かつ高塩基度に調整したスラグと（２）式に示す
反応を導いて脱硫反応を促進させる。

Ｓ　十〇　−１−（Ｃａｂ）　　−（ＣａＳ）　　十Ｃ
Ｏ・・・（２）（２）式の反応は、熱力学的に低酸素ポ
テンシャル、高塩基度、高温の方が有利なことは明らか
であり、それらの条件を適正化することにより、溶融還
元精錬終了時の〔％Ｓ〕を１１００ｐｐ以下に低減させ
得ることが確認された。

すなわちその条件とは、第２図〜第５図に示すように、
溶融還元炉からの出湯条件を、（Ｃ）≧４％、温度≧１
５００℃、スラグ中（Ｃ）５１０％、２．１≦塩基度（
ＣａＯ／　５ｉＯｚ）≦３．５にすることである。

このようにこの発明では、溶融還元工程において上記の
４条件を満足させることによって高Ｃｒ歩留りでかつ低
Ｓの溶鉄が得られるのである。

すなわち、第２図から明らかなように、９０％以上のＣ
ｒ還元率を確保するためには溶鉄中炭素〔Ｃ〕を４％以
上とする必要がある。

また脱硫を促進しＳ≦０．０１０％溶鉄を得るためには
、第３図に示したようにスラグ中の炭素濃度（Ｃ）を１
０％以上、第４図に示したように溶鉄温度を１５００℃
以上とする必要があり、さらに脱Ｓ反応を促進するため
には第５図に示したようにスラグ中の塩基度（ＣａＯ／
５ｉＯｚ）を２．１〜３．５の範囲とすることが必要で
ある。

なお第５図で、塩基度に上限があるのは、スラグの融点
が高すぎると滓化性が悪くなり、スラグ−メタル反応に
バラツキが生じるためであると考えられる。

このような条件で溶製されたステンレス母溶鋼は、すで
に製品レベルまでの脱硫が完了しているので以後のプロ
セスで脱硫の負荷が全くない。

これに対し従来法では、粗脱炭プロセス時における装入
溶鉄（Ｓ）が０．０２〜０．０４％あり、還元後の（Ｓ
ｉ　）を０．３％以下にすると、鋼中０が高くなって第
６図に示すように、還元後の〔ｓ〕が大きくバラライで
しまうことから、安定した脱Ｓの目的で還元後の（Ｓｉ
　）は０．３％以上となるような精錬が行、なわれてき
た。

この点この発明法によると、粗脱炭プロセスでの脱Ｓ負
荷が全くないため、還元後の（Ｓｔ）は比較的自由に選
択できるようになったのである。

そこで粗脱炭プロセスにおいて、脱炭後の鋼中（Ｓｉ　
）を種々に変化させ、酸化物（ｃｒ２ｏｓ）の還元状況
及び出鋼中の吸窒について調査した。

その結果を第７図に示したが、同図によると、還元後の
〔Ｓｉ〕濃度が０．０５％以下になると未還元のＣｒが
スラグ中に２％以上残存し、Ｃｒ歩留りが悪化すること
が判明した。また第８図に示すように（Ｓｉ）濃度が０
．１％を上回ると、鋼中酸素が低下し、出鋼中の吸窒量
が増大し、仕上げ脱炭プロセスのスタート（Ｎ）を１１
００ｐｐ以下に抑えることが困難になることも判った。

このようにＲＨあるいはＶＯＤ等の仕上げ脱炭プロセス
で脱炭・脱窒負荷を増大させることなく、しかも効率の
良い粗脱炭精錬を行うには還元後の（Ｓｉ　）濃度は、
０．０５〜０，１０％であることが判明した。

かくして仕上げ脱炭プロセスにおけるスタート条件を（
Ｎ）≦１１００ｐｐに抑えることができるようになり、
スタート（Ｃ）をも低減できるようになった。すなわち
、仕上げ脱炭プロセスにおける脱Ｎ量は脱炭量に大きく
影響されるため、従来法のようにスタート（Ｎ〕が２０
０〜４００ｐｐｍ程度ある時は、脱Ｎ量を確保する目的
で、スタート（Ｃ）をある程度以上確保する必要があっ
たのである。

ここにスタート［Ｎ）と必要スタート（Ｃ）との関係は
第９図に示すとおりであって、スタート（Ｎ）を１１０
０ｐｐ以下に抑えることでスタート（Ｃ）を０．１％程
度にまで低下させることが可能になり、かくして仕上げ
脱炭プロセスの脱炭時間を大幅に短縮できるようになっ
たのである。

（実施例） 溶融還元精錬炉および粗脱炭炉としてそれぞれ、３５ｔ
ｏｎ上底吹き転炉を、また仕上げ脱炭炉としては５０ｔ
ｏｎ　５Ｓ−ＶＯＤ炉を用い、１８％Ｃｒの極低Ｃ極低
Ｎステンレス鋼を溶製した。

溶製プロセスは前掲第１図に示したとおりであり、溶鉄
としては下表１に示す脱Ｐ溶銑を用いた。

表１　　　　　　（％） 両方法とも、まず溶融還元炉においでＣｒベレット、コ
ークスを用いた溶融還元精錬を実施した。

使用Ｃｒベレットの成分組成は表２に示したとおり、ま
た精錬時におけるＣｒベレット、コークス、生石灰およ
び軽焼ドロマイトの使用量は表３に示したとおりである
。

なおこのときのスラグコン１−ロールは、この発明法で
は生石灰と軽焼ドロマイトとを使用し、ＣａＯ／５ｉｔ
）ｚ＝２．５　、ＭｇＯ／へ＋。ｏ３＝０．７　となる
ように制御し、一方従来法では脱Ｓを意図しないＣａＯ
／５ｉＯｚ＝１．７で行った。

溶融還元精錬後の溶鉄成分および溶鉄出湯条件は表４の
とおりである。

表２　　　　　（％） 表３ なお出湯時のスラグ中残留Ｃ濃度は、従来法で５．５％
、この発明法で１３．４％であった。

引続く粗脱炭プロセスでは、両法とも高炭素Ｆｅ−Ｃｒ
　（Ｃニア、５％、Ｓｉ：２．５％、Ｃｒ　：　５８％
）を使用し、出鋼時のＣｒ１）１度が１８．５％となる
ように調整した。

目標Ｃ濃度まで粗脱炭後、スラグ中のＣｒ分を還元回収
すると共に、目標鋼中Ｓｉ濃度を確保するためのＦｅ−
Ｓｉを添加した。ただし従来法の場合は、還元と脱硫を
兼ねＳｉ：０．３％となるようにＦｅ−Ｓｉを添加した
。この点この発明法の場合は、脱硫は溶融還元時に実施
されているので、Ｃｒ還元のみのＳｉ：０．０７％を目
標とした。また還元後のスラグについては、ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ□−１，９となるように生石灰を投入した。

粗脱炭精錬後の出鋼成分を表５に示す。ここに仕上げ脱
炭時にＮ≦１００　ｐｐｍの低Ｎ鋼とするため、従来法
では終了Ｃ量は０．４％、この発明法では０゜１１％と
した。

表５　　　　　　　（％） その後除滓したのち、５０ｔｏｎ　５Ｓ−ＶＯＤ炉を用
いた仕上げ脱炭精錬を実施した。

仕上げ脱炭時のスター１−　（Ｎ）は、従来法で２５６
ｐｐｍ　、この発明法で９７ｐｐｍであり、仕上げ脱炭
プロセス終了時には、両方法とも製品レベル以下まで脱
Ｎできた。

仕上げ脱炭後の溶鋼成分を表６に示す。

しかしながら仕上げ脱炭に要した時間は、昇熱、成分調
整に要した時間も含めて、従来法で１３５分であったの
に対し、この発明法では９４分であり、一　１３− 操業時間が大幅に短縮された。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、低Ｃおよび／または低Ｎ含
クロム鋼の溶製において、従来に較べ操業時間を大幅に
短縮することができ、生産性の向上およびコスト低減に
偉効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従う低Ｎ含クロム鋼の溶製工程を
示す模式図、 第２図は、溶融還元炉出鉄時における溶鉄中Ｃ濃度とＣ
ｒ歩留りとの関係を示したグラフ、第３図は、溶融還元
炉出鉄時におけるスラグ中Ｃ濃度と溶鉄中Ｓ濃度との関
係を示したグラフ、第４図は、溶融還元炉出鉄時におけ
る溶鉄温度と溶鉄中Ｓ濃度との関係を示したグラフ、第
５図は、溶融還元炉出鉄時におけるスラグ塩基度と溶鉄
中Ｓ濃度との関係を示したグラフ、第６図は、粗脱炭炉
出調時における溶鋼中５ｉｆｉ度とＳａ度との関係を示
したグラフ、 第７図は、粗脱炭炉出調時における溶鋼中５ｉｅ４＝　
１７− 度とスラグ中Ｔ、Ｃｒとの関係を示したグラフ、第８図
は、粗脱炭プロセス出ｍ（Ｓｉ）と仕上げ脱炭プロセス
・スタート（Ｎ）との関係を示したグラフ、 第９図は、仕上げ脱炭プロセス・スタートＣＮ）と必要
スタート（Ｃ）との関係を示したグラフである。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第３図 第５図 ２１ＭＪ元ＫＦ’スーｔグ）、２巻１（ＣａＯ）／（Ｓ
ｉ０２）第８図 享「脱炭ブ旨亡ス上４穎ｒｓｔ）（％）第７図 ず且脱戻プロセス出４ｆＡＣ５ｊ〕（％）第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上底吹き機能をそなえる精錬炉を用いてクロム鉱石
   や半還元クロムペレットなどのクロム含有酸化物を溶融
   還元精錬し、得られた含クロム溶鉄に粗脱炭精錬ついで
   仕上げ脱炭精錬を施す一連の工程によって低Ｃおよび／
   または低Ｎ含クロム鋼を溶製するに当り、 溶融還元精錬時に、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ＿２
   ）：２．１〜３．５、スラグ中残留炭素（Ｃ）≧１０ｗ
   ｔ％、溶鉄中炭素〔Ｃ〕≧４．０ｗｔ％および溶鉄温度
   ≧１５００℃の各条件を満足させること、粗脱炭精錬終
   了後、溶鋼中のＳｉ量が０．０５〜０．１０ｗｔ％とな
   る条件下にスラグ中の酸化クロムを還元回収したのち、
   仕上げ脱炭精錬に供給すること を特徴とする低Ｃおよび／または低Ｎ含クロム鋼の溶製
   方法。