JPH08319508A - ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融還元炉と脱炭炉の２炉を持つ必要もな
く、Ｃ還元のみによるクロム未還元問題を解消し、脱炭
期に要する造滓剤を低減することができる方法を提供す
る。 【構成】 溶湯の準備工程、溶湯の粗脱炭・昇温工程、
粗脱硫とクロム酸化物の還元を行う工程、生成スラグを
排出する工程、ステンレス鋼粗溶鋼の仕上げ脱炭を行う
工程、そして含Cr₂O₃ 含有スラグ生成後に行う出鋼工程
から成るステンレス鋼の製造方法であって、仕上げ脱炭
工程で生じるAl₂O₃ 含有率10％以下の酸化クロムを含有
するスラグを、次チャージ以降の前記粗脱炭素・昇温工
程にリサイクル使用し、溶湯中の炭素または粗脱炭時に
添加する含炭素材中の炭素により酸化クロムを、スラグ
塩基度を0.9 〜1.5 、還元温度を1500〜1650℃で還元し
て溶湯中に回収し、還元末期にSi含有合金を添加して、
クロム回収および粗脱Ｓした後、スラグを排出してか
ら、Cr含有合金および石灰を添加して仕上げ脱炭を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルゴン酸素脱炭炉(A
OD炉) 、転炉、電気炉などの製鋼炉において、溶銑、ス
クラップ、合金鉄等を用いてステンレス鋼を製造するス
テンレス鋼の精錬方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼の溶製方法として最も典型
的なプロセスは、スクラップやFe−Cr、Fe−Ni等の合金
鉄を主原料として電気炉で溶解し、その後AOD 炉または
VOD 炉等で脱炭と還元精錬を行い、出鋼後受鋼鍋でArガ
ス吹き込みを行って溶鋼の清浄化および温度コントロー
ルを行うことから成り、しかる後、得られた溶鋼を連続
鋳造機にかけるのである。

【０００３】また文献 (「鉄と鋼」1985, vol.71, 180)
にあるように、電気炉を用いずに底吹き転炉内に脱燐溶
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を添加して所定の
成分とし、脱炭工程終了後、Fe−Si等の合金鉄を投入し
て還元工程に移行し、しかる後出鋼して連続鋳造するプ
ロセスもある。

【０００４】他にクロム鉱石を用いたステンレス鋼溶製
プロセスも存在する。例えば文献 (鉄と鋼 1985, vol.7
1, 1072)ではAOD 炉に脱燐溶銑を装入し、しかる後クロ
ム鉱石とコークスを投入して、いわゆる溶融還元を行
い、その後スラグを除去して通常の脱炭精錬を行うもの
である。

【０００５】しかし、これらの従来方法では、以下の問
題点がある。 (1) 大量のSi分 (多くの場合Fe−Siの形で使用) を添加
するためコストが高くなる。 (2) 反応生成物としてSiO₂が発生するため、それを中和
するのにCaO を大量に必要とする。またその結果、大量
のスラグが発生する。 (3) 酸化クロムの珪素による還元反応は発熱反応のた
め、温度が上昇することおよび上記スラグは流動性に富
むことにより、耐火物が侵食される。

【０００６】そこで、特公平４−38806 号公報では、ス
テンレス鋼粗溶鋼の仕上げ脱炭末期の含クロムスラグを
溶融還元炉に戻して、クロム分を還元回収するプロセス
を提案している。これによりFe−Siを用いた還元期を省
略できるため、上記の問題点は解決されるとしている。

【０００７】また脱炭炉に残留した含クロムスラグを、
次のチャージのステンレス粗溶鋼中のＣで還元回収する
場合については、溶湯中のＣが５％、1500℃以上であれ
ば可能としている。

【０００８】そこで、特公平４−38806 号公報では、ス
テンレス鋼粗溶鋼の脱炭末期の含クロムスラグを溶融還
元炉に戻して、クロム分を還元回収するプロセスを提案
している。これによりFe−Siを用いた還元期を省略でき
るため、上記の問題点は解決されるとしている。また脱
炭炉に残留した含クロムスラグを、次のチャージのステ
ンレス溶鋼中のＣで還元回収する場合については、溶湯
中のＣが５％、1500℃以上であれば可能としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの方法
では、溶融還元炉と脱炭炉の２炉を持たなければ実現で
きないという問題点がある。また脱炭炉に残留した含ク
ロムスラグを次のチャージのステンレス鋼粗溶鋼中のＣ
で還元回収する場合については、溶湯中のＣが５％、15
00℃以上であれば可能としている。しかし脱炭炉スラグ
組成はCaO:20％、MgO:18％、SiO₂:5％、Cr₂O₃:55％とな
っており、この組成では1500℃以上であっても滓化せ
ず、還元速度は極めて遅いことが予想される。これはス
ラグ中に融点を低下させる作用を持つAl₂O₃ が10％をこ
えて多量に含まれていないためである。

【００１０】本発明は、脱炭末期スラグ中の (％Al₂O₃)
を増加せずに還元を速やかに行い、しかも耐火物溶損を
抑制するステンレス鋼の精錬方法を提供することを目的
とする。

【００１１】また、本発明者らは特願平５−336863号と
して脱炭末期スラグを同一炉にリサイクルして次チャー
ジの粗溶湯の脱炭昇温時にスラグ中酸化クロムを[C] で
還元回収し、還元末期にSi含有合金を少量添加してクロ
ム回収率を向上させるプロセスを提案している。

【００１２】本発明者らが先に提案した方法では、スラ
グ中のCr₂O₃ のＣによる還元末期にSiを含有する合金を
添加し、クロム回収率の向上を図っているが、単にSi含
有合金を添加して還元するだけでは、脱炭期に投入した
クロム合金中に不可避的に含まれるSiが脱炭時に酸化さ
れ、生成したSiO₂を中和するための生石灰添加量は低減
できない。

【００１３】ここに、本発明の具体的な目的は、(1) 溶
融還元炉と脱炭炉の２炉を持つ必要もなく、(2) Ｃ還元
のみによる酸化クロム未還元問題を解消し、(3) 脱炭期
に要する造滓剤を低減することができるステンレス鋼の
精錬方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明の要旨と
するところは、転炉へ脱りん銑から成る溶湯を受け入れ
るか、または電気炉で溶湯を溶解する準備工程、該転炉
または電気炉で前記溶湯を粗脱炭・昇温する粗脱炭・昇
温工程、得られた溶湯へのSi分の投入によって粗脱硫と
クロム酸化物の還元を行いステンレス鋼粗溶鋼とする仕
上還元・粗脱硫工程、生成スラグを排出する流滓工程、
前記ステンレス鋼粗溶鋼の仕上げ脱炭を行い、ステンレ
ス鋼溶鋼とする仕上げ脱炭工程、そしてCr₂O₃ 含有スラ
グ生成後に該ステンレス鋼溶鋼の出鋼を行う出鋼工程か
ら成るステンレス鋼の製造方法であって、ステンレス鋼
粗溶鋼の仕上げ脱炭工程で生じるAl₂O₃ 含有率10％以下
の酸化クロムを含有するスラグを、次チャージ以降の前
記粗脱炭・昇温工程にリサイクル使用し、溶湯中の炭素
または粗脱炭時に添加する含炭素材中の炭素により酸化
クロムを還元して溶湯中に回収する際に、スラグ塩基度
を0.9 〜1.5 、還元温度を1500〜1650℃で前記酸化クロ
ムを還元して溶湯中に回収した後、該粗脱炭・昇温工程
における還元末期にSi含有合金 (SiおよびCrを含有する
合金を含む）添加し、該Ｓｉによりスラグ中に残留する
酸化クロムを溶湯中に回収した後、前記流滓工程を経
て、さらにCr含有合金および石灰を添加して仕上げ脱炭
を行うことを特徴とするステンレス鋼の精錬方法であ
る。

【００１５】

【作用】次に、添付図面を参照しながら、本発明の作用
について、さらに具体的に説明する。

【００１６】図１は、本発明にかかるステンレス鋼の製
造方法の工程図であって、本発明にあっても従来のよう
に予備処理をした溶湯、つまりクロムを含有しない脱燐
溶湯の準備工程10、脱燐銑または電気炉溶解粗溶湯の脱
炭昇温を図るとともにスラグ中に含有されるクロムを還
元する粗脱炭昇温工程12、Si分 (Si、Cr含有合金を含
む) を添加して粗脱硫とクロム酸化物のより一層の還元
を行う仕上還元・粗脱硫工程14、生成したスラグを排出
する流滓工程16、そしてフェロクロム添加後の脱炭精錬
工程18を経て溶製され、出鋼工程22を経て最後に炉外脱
硫工程24で脱硫処理されてステンレス鋼が得られる。

【００１７】ここに、本発明によれば、フェロクロム添
加後のステンレス粗溶湯の仕上げ脱炭工程18で得られた
酸化クロム含有スラグ20は、クロムを殆ど含まない脱燐
銑または電気炉溶解粗溶湯の脱炭昇温工程12でリサイク
ル使用し、含有される酸化クロムが還元される。つま
り、酸化クロムは次チャージの粗脱炭昇温工程でリサイ
クル使用され還元される。なお、リサイクルの形態とし
て出鋼工程22でクロム酸化物含有スラグを炉内に残留さ
せたまま準備工程10からの溶湯を受け入れるようにして
もよい。

【００１８】このように、本発明において、ステンレス
鋼の粗溶鋼を脱炭するときに生じた酸化クロムを含有す
るスラグを、次チャージ以降の脱炭時にリサイクル使用
することは、溶湯中の炭素、またはコークス等の含炭素
材により酸化クロムを還元し、金属Siの添加を省略また
は使用量の節減のため必要である。

【００１９】本発明によれば、脱炭末期スラグ中のCr₂O
₃ を溶湯中のＣで還元するには、還元温度 (1500〜1650
℃) においてスラグが滓化していなくてはならない。し
たがって CaO−SiO₂−Cr₂O₃ 系の状態図から判断して還
元温度で溶融範囲が広いのは、Ｃ／Si＝0.5 〜1.5 の領
域であり、1500〜1650℃では還元速度向上の点からスラ
グ塩基度＝0.9 〜1.5 とする。

【００２０】図２は塩基度CaO/SiO₂と還元速度との関係
を示すグラフである。AOD 炉において1520〜1650℃とし
た状態でスラグ中Cr₂O₃ を還元した場合の耐火物溶損速
度とスラグ塩基度の関係を図３に示す。これより耐火物
溶損抑制の点から塩基度を0.9 以上1.5 以下とする必要
のあることが分かる。好ましくは1.0〜1.3 である。

【００２１】AOD 炉でスラグ中クロム酸化物の還元を行
ったときの還元速度および耐火物溶損速度と温度との関
係を調べた。ただしスラグ塩基度は1.11〜1.22であっ
た。結果は図４、図５にまとめて示す。これより耐火物
溶損抑制と還元速度増大のためには還元温度を1500〜16
50℃とする必要のあることが分かる。

【００２２】スラグ中Al₂O₃ 濃度と還元速度の関係を図
６に示す。これより塩基度2.4 では(%Al₂O₃)＜10％の場
合、還元速度が著しく低下することがわかる。しかし(%
Al₂O₃)＜10でも塩基度1.2 の場合は還元速度は比較的高
い値に維持される。

【００２３】上記方法において脱Ｐ銑中の[C] による前
チャージ脱炭末期スラグ中のCr₂O₃還元末期に、Si含有
合金 (Si、Cr含有合金も含む) を添加することにより、
合金中のSiでスラグ中に残存するCr₂O₃ を還元回収しク
ロムの歩留まりを上昇することができる。また、その時
同時に脱硫の進行も期待できる。そしてさらに、粗脱炭
・昇温工程でSi、Cr含有合金を添加した場合は、Cr還元
後の脱炭中に添加するクロム含有合金量を低減できる。
このためクロム含有合金に不可避的に含まれるSiの酸化
によって、脱炭期に生じるSiO₂量が低減され、耐火物溶
損抑制を目的としたSiO₂中和用の生石灰添加量を低減で
きる。なお、本発明の実施態様としては、前述の(a) 炉
内スラグ残留法および(b) 排出スラグのリサイクル法の
両者を含む。

【００２４】

【実施例】

(実施例１)予め準備した脱りん銑70T を上底吹き転炉に
装入し、底吹き羽口よりArガスを45Nm³/min 、上吹きラ
ンスより酸素を350 Nm³/min 吹き込みつつ、前回のチャ
ージでのステンレス鋼の仕上げ脱炭期終了時に回収した
スラグ (組成：T.Cr＝20％、T.Fe＝３％、CaO/SiO₂＝1.
6 、MgO ＝５％、Al₂O₃ ≦10％) を6000kg、コークスを
9800kg添加し、約35分間の吹錬を行い、酸化クロムの還
元挙動を調査した。ただしスラグ塩基度および(%Al₂O₃)
を変えるため適宜生石灰、硅砂、Al₂O₃ を添加した。ま
た、処理温度も変化させた。結果を表１にまとめて示
す。ただし耐火物溶損指数は通常 AOD炉吹錬時の耐火物
溶損速度を１として指数化して示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】このように還元温度が高いほど還元速度は
大きいが、耐火物溶損速度も大きくなる。またスラグ塩
基度が0.9 未満もしくは1.5 を超えると還元速度は低下
することが分かる。

【００２７】ただし評価基準としては、還元速度が0.4
%/min 以上、耐火物溶損速度指数が１以下を優良とし
た。なお、還元速度および還元率は次式により算出し
た。 (1) 還元速度 (k)は (0 次) の速度式で求める。

【００２８】

【数１】

【００２９】(％Cr₂O₃) : スラグ中Cr₂O₃ 濃度 (％)
、ｔ: 時間 (min) (2) 還元率は次式で求める。

【００３０】

【数２】

【００３１】(従来法)予め準備した脱りん銑65T を上底
吹き転炉に装入し、底吹き羽口よりArガスを17Nm³/min
、O₂ガスを63 Nm³/min、上吹きランスより酸素を83 Nm
³/min吹き込みつつ、ステンレス鋼脱炭期終了時に回収
したスラグ (組成：T.Cr＝20％、T.Fe＝３％、CaO/SiO₂
＝1.5 、MgO ＝５％、Al₂O₃ ≦10％) を6000kg、生石灰
を570kg、コークスを4000kg添加して、41分間の吹錬を
行った。吹錬末期の塩基度は1.65であった。その後Fe−
Si (組成: Si＝75％、残部Fe) を243 kg添加した。

【００３２】粗脱炭しFe−Si添加後の温度は1632℃、ス
ラグ塩基度は1.5 、[%Cr] ＝1.65％であった。また粗脱
炭終了時の溶湯中[%C]は１％であった。その後スラグを
排出し、フェロクロム (組成：Cr＝60％、Ｃ＝６％、Si
＝2.66％、残部Fe) を21T 、生石灰1.8T添加して、脱炭
処理を行った。脱炭処理後の温度は1700℃、スラグ塩基
度は1.5 、[%Cr] ＝1.3 であった。

【００３３】(実施例２)予め用意した脱りん銑65T を上
底吹き転炉に装入し、底吹き羽口よりArガスを17Nm³/mi
n 、O₂ガスを63 Nm³/min、上吹きランスより酸素を83 N
m³/min吹き込みつつ、前チャージでのステンレス鋼の仕
上げ脱炭期終了時に回収したスラグ (組成：T.Cr＝20
％、T.Fe＝３％、CaO/SiO₂＝1.5 、MgO ＝５％、Al₂O₃
＜10％) を6000kg、生石灰を570kg 、コークスを4500kg
を添加し、45分間の吹錬を行った。その後フェロクロム
を6600kg添加して粗脱硫を行った。

【００３４】粗脱炭終了し、フェロクロム添加による粗
脱硫後の温度は1628℃、スラグ塩基度は1.5 、[%Cr] ＝
7.8 ％であった。また粗脱炭および粗脱硫終了時の溶湯
中[%C]は1.1 ％であった。

【００３５】その後スラグを排出し、フェロクロムを1
4.4T 、生石灰1.3T添加して仕上げ脱炭処理を行った。
脱炭処理後の温度は1712℃、スラグ塩基度は1.5 、[%C
r] ＝12.9であった。なお、従来法と実施例２の本発明
法での脱炭期添加生石灰量を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】本発明により次チャージ以降の脱炭中
に、高融点の低Al₂O₃ 濃度のスラグ中の酸化クロムを還
元する際、還元速度を高い値に維持することが可能とな
り、還元時間の短縮および耐火物溶損の抑制が可能とな
り、また連々鋳造することができる。

【００３８】次チャージ以降の粗脱炭中に、Cr₂O₃ を多
量に含む脱炭末期スラグをリサイクルし、脱りん銑中の
ＣでCr₂O₃ を還元し、その末期にSiおよびCrを含有する
合金を添加して合金中のSiでスラグ中に残存するCr₂O₃
を還元回収することにより、クロム歩留まり向上、還元
と脱硫の同時進行、脱炭期の造滓剤低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる方法の工程図である。

【図２】還元速度と塩基度の関係を示すグラフである。

【図３】耐火物溶損速度と塩基度の関係を示すグラフで
ある。

【図４】還元速度と温度との関係を示すグラフである。

【図５】耐火物溶損速度と温度との関係を示すグラフで
ある。

【図６】還元速度と(%Al₂O₃)の関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(i) 転炉へ脱りん銑から成る溶湯を受け入
   れるか、または電気炉で溶湯を溶解する準備工程; (ii)該転炉または電気炉で前記溶湯を粗脱炭・昇温する
   粗脱炭・昇温工程; (iii) 得られた溶湯へのSi分の投入によって粗脱硫とク
   ロム酸化物の還元を行いステンレス鋼粗溶鋼とする粗脱
   硫工程; (iv)生成スラグを排出する流滓工程; (v) 前記ステンレス鋼粗溶鋼の仕上げ脱炭を行い、ステ
   ンレス鋼溶鋼とする仕上げ脱炭工程; そして (vi)含Cr₂O₃ 含有スラグ生成後に該ステンレス鋼溶鋼の
   出鋼を行う出鋼工程から成るステンレス鋼の製造方法で
   あって、 ステンレス鋼粗溶鋼の仕上げ脱炭工程(v) で生じるAl₂O
   ₃ 含有率10％以下の酸化クロムを含有するスラグを、次
   チャージ以降の前記粗脱炭・昇温工程(ii)にリサイクル
   使用し、溶湯中の炭素または粗脱炭時に添加する含炭素
   材中の炭素により酸化クロムを還元して溶湯中に回収す
   る際に、スラグ塩基度を0.9 〜1.5 、還元温度を1500〜
   1650℃として前記酸化クロムを還元した後、該粗脱炭・
   昇温工程(ii)における還元末期にSi含有合金を添加し、
   該Siによりスラグ中に残留する酸化クロムを溶湯中に回
   収した後、前記流滓工程(iv)を経て、さらに仕上げ脱炭
   工程(v) においてCr含有合金および石灰を添加して仕上
   げ脱炭を行うことを特徴とするステンレス鋼の精錬方
   法。