JPH03271314A - ステンレス鋼の溶製方法 - 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、ステンレス鋼を効率良くかつ安価に溶製す
るための含クロムステンレス高炭素溶湯（以下ステンレ
ス鋼母溶湯と云う）を製造するプロセスの改善に関する
ものである。

（従来の技術） ステンレス鋼の溶製方法としては、スクラップやＦｅＣ
ｒ＋　ＦｅＮｉ等の合金鉄を主原料として電気炉で溶解
し、その後ＡＯＤやＶＯＯで脱炭と還元精錬を行ってス
テンレス鋼を溶製するプロセスすなわち電気炉−ＡＯＤ
　（ＶＯＤ）プロセスが最も一般的である。

しかしながら電気炉を用いるこのプロセスには、高価な
エネルギーである電気エネルギーを用いる必要があるこ
とや原料選択の上で制限がある点で、ステンレス鋼の安
価な製造法として問題がある。

一方、電気炉を用いずに上底吹き転炉内に溶銑を装入し
、ステンレス鋼の成分となるように脱炭吹錬中または吹
錬前にスクラップや合金鉄（ＦｅＣｒやＦｅＮ１）を添
加して所定の成分とし、脱炭工程終了後、ＦｅＳｉ等の
合金鉄を投入して還元工程に移行し、しかるのち出綱し
て連続鋳造するプロセスが例えば文献（鉄と１１ｉｌ（
１９８５）、　Ｖｏｌ、　７Ｌ　Ｓ　１８０）に記載さ
れている。

しかしながらこの方法でも、熱バランス上、溶銑に投入
可能なスクラップや合金鉄は制限される。

またその制約を回避すべく熱源として炭材を添加する方
法では、吹錬時間が延長されるために、ダスト発生量が
増加して歩留りが低下することの他、連続鋳造とのマツ
チングの面で支障をきたし、従って安価材料を用いる効
率的なステンレス鋼溶製という面では不充分といわざる
を得ない。

ところで近年、ステンレス鋼の溶製プロセスの一部にフ
ェロクロムの代わりにクロム鉱石または一部還元を行っ
たクロム鉱石のベレットを溶融、還元してステンレス鋼
を溶製する技術が開発されている。

かようなりロム鉱石を溶融還元してステンレス鋼を溶製
する方法（以下ではクロム鉱石の溶融還元法と云う）は
、安価なステンレス鋼の製造法とはいえるけれども、以
下の点に問題又は改善の余地があった。

すなわち、通常の脱炭処理に比べて処理時間が長く、し
かも上吹きランスからの送酸速度が大きいためにメタル
を溶製する際のダスト発生量が多く、そのためメタルの
歩留りの面、又ダストの処理の観点からの改善を必要と
することである。また大量のクロム鉱石を処理する観点
からは可能な限り大量の熱エネルギーを付加する技術、
具体的には高二次燃焼を達成する技術が必要である。

ここに高二次燃焼のための技術としては、種々の技術が
提案されている。

しかしながらその多くはプロセスの大幅な改善を必要と
するものであり、必ずしも現実的ではない。例えば特開
昭６４−４２５１１号および特開昭６４−８３６０６号
各公報にはそれぞれ、二次燃焼を促進するため炉側に羽
目を設けて酸素を吹きこむ方法が提案されている。しか
しながらかような技術を既存の設備に適用するためには
、設備を大幅に改造する必要があるので、実用上困難で
ある。

また上吹きランスを改善し、二次燃焼を促進する技術も
種々提案されている。例えば特開平１−１３６９１３号
公報では、上吹ランスの側面に二次燃焼促進用のノズル
を設けることを提案している。しかしながら、かかるラ
ンスは二次燃焼を促進する点では有効であるものの、そ
れに伴い側面のノズルによる二次燃焼の高熱が必然的に
炉側壁面に伝わり高温になって壁面が溶損することにな
る。

ところでもう一つの問題点であるダストの発生量の低減
に対する対策はほとんど提案されていない。なお普通鋼
の予備処理溶銑を用いたレススラグ脱炭吹錬では、特開
昭５９−１８２９０９号公報にみられるように、上吹ラ
ンスのガスジェットの火点面積を分散させる観点からノ
ズルを７孔にすることが提案されている。しかしながら
レスススラグ脱炭吹錬とクロム鉱石の溶融還元では、上
述したダスト発生量が大幅に異なるので、かようなラン
スを用いてもダスト発生量の低減の観点からは十分とは
いえなかった。

一方、ステンレス鋼の溶製プロセスとして考えた際に、
上記クロム鉱石の溶融還元プロセスは有力なプロセスで
あるが、工程の中でステンレスのスクラップを原料とし
て使用できることも必要である。

しかしながらステンレス溶湯の脱炭に際してステンレス
スクラップを指材として投入する場合でも当然ながらそ
の使用量は限られたものにならざるを得す、この観点か
らは安価な原料を使用できるプロセスとしてはなお十分
とはいい難い。

特にステンレス溶製においては安価な含クロム、含ニッ
ケルのスクラップを大量に使用できるプロセスが必要で
、この点に鑑みこれまでの技術ではスクラップを大量に
使用できる電気炉がどうしても必要とされたのである。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記の観点から、クロム鉱石の溶融還元を
安価に実施するために二次燃焼における燃焼効率を高め
ると共に、その二次燃焼で発生した熱の鉄浴やスラグ浴
への着熱の効率を促進させ、さらに排ガス温度の上昇や
それに伴なう炉壁の耐火物の溶損を効果的に防止できる
だけでなく、ダストの発生量を低減し、さらには安価な
原料であるステンレススクラップの使用も可能としたス
テンレス鋼の溶製方法を提案することを目的とする。

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、上底吹き可能な反応容器に、予め
予備処理済みの溶銑およびスクラップを装入し、ついで
クロム酸化物および炭素含有物質を投入して溶融還元す
ることにより含クロム溶鉄を溶製し、しかるのち脱炭す
ることからなるステンレス鋼の溶製方法において、 反応容器の上部から挿入したランスのノズル径をｄ　（
ｓ＋ｎ）、ノズルの数をｎおよび酸素ガス流量をＦｏｘ
（Ｎ・・・＋”／ｗ＋ｉｎ）　とするとき、これらのｄ
、ｎおよびＦＯ２が、下記（１）および（２）式の関係
を満足する条件下に溶融還元操業を行うことからなるス
テンレス鋼の溶製方法である。

記 ｄ　＜０．０５０　・Ｆ　ｏｚ　　　　　　−（１）Ｆ
　ｏｘ／　（ｎ　＝ｄ　）　＜１．０　　　−　（２）
この発明では、溶融還元中の少なくとも一部の期間につ
き、ランス先端および溶鉄表面間の距離Ｌ　（ｍｍ）と
スラグ層の厚みｔ（ＩＷＩＩ＋）とが次式（３）％式％
（３） の関係を満足するランス配置とするこのが好ましい。

またこの発明では、反応容器における底吹きガス量は０
．４　Ｎｍ＋’／ｗｉｎ／を以上とすることが好ましい
。

以下、この発明を具体的に説明する。

さて発明者らは、クロム鉱石の溶融還元に関し、種々の
ランスを用いて数多くの実験と検討を重ね、ダストの発
生速度を低減し、しかも高二次燃焼操業を高着熱効率の
下で行う方法について追求した。

第１図に、実験に用いた上底吹き転炉の断面を模式で示
す。

第１図において、ｌは炉体、２は上吹きランス、３は炉
体１内の鉄浴、４はスラグ浴、５は底吹き羽目である。

この転炉において、底吹き羽口５から酸素を中心とする
ガスを吹き込んで熱補償を行うと共に浴内の撹拌を行う
。ここで酸素を吹きこむ際に、羽口の冷却ガスとしてプ
ロパンを二重管羽目の外管より吹きこむ。

さて、まずダスト発生速度を低下させるためにランスノ
ズルの形状および操業方法について検討した。従来から
ランス高さを高くすれば上吹きランスのダスト発生速度
を低減し得ることが知られている。この実験においても
、ダスト発生速度は、ランス高さを高くすることによっ
て低減することが確認された。しかしながら、ランス高
さを高くすると上吹きランスからの０□ジエツトによる
二次燃焼が増加し、それと共に排ガス温度が上昇して炉
体上部の耐火物の溶損を招いた。

そこでランス高さを高くしないでダスト発生速度を低下
させるためのランスの改善について検討した。

その結果、ダストの発生速度は、ランスからの吹き込み
酸素ガス流量、ランスのノズル径およびノズル数に大き
く影響を受けることが判った。

すなわち、以下の関係式（１）、（２）の条件を満足す
ればダストの発生量を低減できることが判明したのであ
る。

ｄ　＜０．０５０　・Ｆ　ｏｚ　　　　　　−（１）Ｆ
ｏｇ／　（ｎ−ｄ）＜１．０　　−（２）ここでｄ：ラ
ンスノズル口径ｄ　（ｍｍ）ｎ：ランスの数（個） Ｆｏｇｓ上吹きランスによる酸素ガス流量（Ｎｍ３／ｗ
ｉｎ） 表１に、ノズル径とノズル数を種々変更した場合のダス
ト発生量、二次燃焼率および着熱効率について調査した
結果を示す。

同表より明らかなように、（１）、　（２）弐を満足す
るランスを用いた場合に、ダスト発生量を低減できると
共に、二次燃焼率およびそれに伴なう燃焼熱の鋼浴ある
いはスラグ浴への着熱効率の向上が得られることがわか
る。

なお単に（１）式のみあるいは（２）式を満たしただけ
ではこうした効果が得られないのは、Ｎα５〜８の実験
から確認された。

またすでに述べたように従来ランスを使用して、ランス
高さを高くする方法についても調査したが、ＮＱ、９お
よび１０に示すように、ダスト発生量の低減および二次
燃焼率の向上は達成されたものの、二次燃焼の増加によ
り排ガス温度が上昇し、炉体上部の耐火物の溶損が大き
くなったため、途中で操業の停止を余儀なくされた。

さらに同様の観点から、（１）、　（２）式のいずれか
一方の条件を満たすランスを用いた場合についても調べ
たところ、ランス高さを高くするとＮ１１１２のように
二次燃焼の発生熱により排ガス温度が上昇し、炉壁耐火
物が溶損する場合があった。

そこでさらにこの点について調査したところ、以下の式
を満たすようにランス高さを管理することが望ましいこ
とがわかった。

Ｌ／ｌ＜３．０　　　　　　　　　・・・（３）ここで
Ｌ：ランスの先端と溶鉄表面との間の距離（問） ｔニスラグ層の厚み（Ｉｌｌｌ） ただしく３）式の条件は操業中、常時満足させておく必
要はなくて、操業中央なくとも一部の時期に満足させれ
ばよく、とくに溶湯温度が上昇する溶融還元操業の中期
から後半にかけて満たすことが望ましい。

またこうしたステンス溶製プロセスにおいて、スクラッ
プを使用することが安価な溶製プロセスとしては必要な
条件であることを既に述べた。表１の調査においてもス
テンレススクラップを前装入で１０トン使用したが、底
吹きガスを低下させると階、１１あるいはＮ１１１３に
みられるように操業時にスクラップの解は残りが生じた
。

表１の結果かられかるように、ダスト発生量低滅あるい
は二次燃焼向上の観点からは底吹きガス流量を低下させ
た方が有効であるが、こうしたスクラップ使用を可能と
する観点から考えると、第２図に示すように底吹きガス
流量は０．４　Ｎｍ３／ｓｉｎ／を以上とすることが好
ましい。

（実施例） ８５トン上底吹き転炉にステンレススクラップを予め１
０トン装入した。ついで脱りん溶銑を５５トン装入した
のち、吹錬を行った。炭材と酸素を供給しながらスクラ
ップ溶解を行い、その後引き続き昇温吹錬さらにはクロ
ム鉱石の溶融還元を行った。

用いたランスは、第３図に示すようなノズル径：１０１
１１ｍ、ノズル数：６０個のものである。ランス高さは
溶鉄面から２８００＋ｗａ＋、送酸速度は２７ＯＮｍ３
／ｓｉｎとした。また底吹きガス流量は６０　Ｎ＋ｗ”
／ｗｉｎ（０，７５Ｎｍ’／１１ｉｎ／ｌ）であった。

吹錬開始後、送酸量４００ＯＮｍ’の時、測温とサンプ
リングを行い、スクラップが完全に溶解していることを
確認した。また温度が１５４０°Ｃであったので溶融還
元を行った。このとき熱バランスが一定となるよう半還
元クロムペレットと炭材を投入した。半還元ペレット投
入完了後、仕上げ還元を行った。すなわち上吹き送酸速
度を絞り、■５分間、上吹き０２　：　６ＱＮｍ”／ｗ
ｉｎ、底吹き０２　：　６０　Ｎｍ３／１１Ｉｉｎで行
い、出湯した。

出湯量は７９．２　）ンであった。出湯成分を表２に示
す。なおこの吹錬期間中、排ガスの分析計から求めた炉
内の二次燃焼率は７５〜８７％（平均８０％）、熱バラ
ンスから求めた着熱効率は９３％であった。

さらに排ガスに含まれるダストは１９　（ｋｇ／ｌ）　
と従来より大幅に低い値であった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、ステンレス鋼母溶湯として
の含クロム溶鉄の溶製に際し、上部耐火物の溶損を招く
ことなしに、二次燃焼率および着熱効率の向上が実現で
きるだけでなく、ダスト発生量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、この発明の実施に用いて好適な上底吹き転炉
の断面を示す模式図、 第２図は、底吹きガス流量とスクラップの溶は残りの有
無との関係を示した図、 第３図は、この発明に用いて好適な上吹きランスの先端
形状を示した図である。 １・・・炉体　　　　　　　２・・・上吹きランス３・
・・溶湯　　　　　　　４・・・スラグ５・・・底吹き
羽口 ／−１体 ２−−−一上吠芝ｉｖス ３　＝−Ｅ容置 ４−−−−スラグ ５−一−−広吹き羽口 第２図 〜０．１ 〜０．２〜０．３〜０．４〜０５〜０°６１廠口、２６
カ゛ス：度量（Ｎｍ３／′Ｉｎ１ｎ）〜０．７ 〜ａ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上底吹き可能な反応容器に、予め予備処理済みの溶
   銑およびスクラップを装入し、ついでクロム酸化物およ
   び炭素含有物質を投入して溶融還元することにより含ク
   ロム溶鉄を溶製し、しかるのち脱炭することからなるス
   テンレス鋼の溶製方法において、 反応容器の上部から挿入したランスのノズ ル径ｄ（ｍｍ）、ノズルの数ｎおよび酸素ガス流量Ｆｏ
   ＿２（Ｎｍ＾３／ｍｉｎ）が、下記（１）および（２）
   式の関係を満足する条件下に溶融還元操業を行うことを
   特徴とするステンレス鋼の溶製方法。 記 ｄ＜０．０５０・Ｆｏ＿２・・・（１） Ｆｏ＿２／（ｎ・ｄ）＜１．０・・・（２）２、溶融還
   元中の少なくとも一部の期間につき、ランス先端および
   溶鉄表面間の距離Ｌ（ｍｍ）とスラグ層の厚みｔ（ｍｍ
   ）とが次式（３） Ｌ／ｔ＜３．０・・・（３） の関係を満足するランス配置とする請求項１記載の溶製
   方法。 ３、反応容器における底吹きガス量が０．４Ｎｍ＾３／
   ｍｉｎ／ｔ以上である請求項１または２記載の溶製方法
   。