JPH0967608A

JPH0967608A - ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0967608A
Application number: JP21850395A
Authority: JP
Inventors: Masaki Miyata; 政樹宮田; Yoshihiko Higuchi; 善彦樋口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ステンレス鋼の製造方法の提供。【解決手段】仕上脱炭で発生する酸化Cr含有スラグを粗
溶湯の粗脱炭昇温時に用い、粗溶湯中及び粗脱炭時に添
加する含炭素材中の炭素によりスラグ中の酸化Crを還元
し、その後の仕上還元期にスラグ中の酸化Crを還元剤で
還元してCrを溶湯中に回収し、次いで仕上脱炭を施すス
テンレス鋼の製造方法であって、下記又は／及びの
条件を満たす方法。粗脱炭昇温中に上吹ランスの主孔から酸素を吹込むと
共に、炉壁からスラグ中へ二次燃焼用酸素を吹込む。上記の主孔からの酸素吹込みと共に、上吹ランスの
副孔からスラグ中へ二次燃焼用酸素を吹込む。【効果】含炭素材量の低減、Cr還元率と気化脱硫率の向
上が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＯＤ炉および転
炉等の製鋼炉において、溶銑、スクラップおよび合金鉄
等を用いてステンレス鋼を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼の製造方法として最も典型
的なプロセスは、スクラップおよび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
トロールを行い、次いで連続鋳造機で鋳片とするもので
ある。

【０００３】「鉄と鋼」1985,vol71,180に報告されてい
るように、電気炉を用いずに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、その後、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るステンレス鋼溶製
プロセスが存在する。例えば「鉄と鋼」1985,vol.71,10
72には、ＡＯＤ炉に溶銑を装入し、次いで、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方法が報告
されている。

【０００５】しかし上記方法では、以下の (1)〜(3) の
問題点がある。

【０００６】(1)大量のSi（多くの場合Fe-Si)を添加す
るためコストが高くなる。

【０００７】(2)反応生成物としてSiO₂が発生するた
め、それを中和するための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。

【０００８】(3)酸化クロムのSiよる還元反応は発熱反
応である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。

【０００９】特公平4-38806 号公報に示されるステンレ
ス鋼の製造方法は、ステンレス粗溶湯の脱炭末期の含ク
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
る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
チャージのステンレス素溶湯中の〔Ｃ〕（炭素）で還元
してクロムを回収する場合については、溶湯中の〔Ｃ〕
が５％、溶湯温度が1500℃以上であれば可能としてい
る。

【００１０】本発明者らは、特開平7-62413 号公報にお
いて、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〕で還元してクロムを回収し、還元末期にSi含有合
金を添加してクロム回収率を向上させるプロセスを提案
した。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記特公平4-38806 号
公報の方法は、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を有する。また、脱炭炉に
残留した含クロムスラグを次チャージの溶湯中の〔Ｃ〕
で還元してクロムを回収する場合には、溶湯中の〔Ｃ〕
による酸化クロム還元率が十分ではない。

【００１２】前記特開平7-62413 号公報の方法では、ス
ラグ中の酸化クロムを〔Ｃ〕により還元するとしている
が、単に脱炭末期スラグを炉内に添加して〔Ｃ〕により
還元するだけでは還元速度が遅く、酸化クロム還元率が
十分ではない。

【００１３】すなわち、スラグが滓化する温度（還元温
度：1500〜1600℃）にまで、吹錬開始後早急にスラグお
よび溶湯を昇温する必要があるにもかかわらず、注銑時
の溶銑温度は高々1300℃程度、スラグはそれ以下の温度
である。このため、吹錬開始前あるいは吹錬開始直後に
酸化クロム含有スラグおよびコークスを添加して、低二
次燃焼率下で粗脱炭昇温する場合、スラグおよび多量の
コークス添加起因の抜熱が起こることおよび溶湯からス
ラグへの伝熱速度が低いことから、溶湯およびスラグの
還元温度（1500〜1600℃）までの昇温時間が長くなって
しまう。

【００１４】昇温に寄与する反応は、下記式（１）およ
び（２）である。

【００１５】Ｃ＋1/2 ・Ｏ₂＝ＣＯ・・・・・・・・・・・・・・・（１）ＣＯ＋1/2 ・Ｏ₂＝ＣＯ₂（二次燃焼反応）・・・・・（２）しかし、式（１）の反応熱のみで昇温する、即ち低二次
燃焼率下で粗脱炭昇温する場合、式（１）による発熱量
が式（２）による発熱量より小さいため、昇温用に添加
するコークス量が増大する。その結果、粗脱炭吹錬の時
間が長くなり、また炉内に装入されるＰ（りん）、Ｓ
（硫黄）分が増大する。

【００１６】本発明の目的は、(1) 溶融還元炉と脱炭炉
の２炉を必要とせず、(2) 粗脱炭吹錬時に昇温用として
添加する含炭素材量の増大、それに伴う(3) 粗脱炭吹錬
時間の延長、ＰおよびＳ装入量の増大の問題を解消する
ことが可能なステンレス鋼の製造方法を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次のステ
ンレス鋼の製造方法にある。

【００１８】仕上還元後のステンレス溶湯を酸素により
仕上脱炭吹錬するときに生じる酸化クロム含有スラグを
粗溶湯の粗脱炭昇温吹錬時に用い、粗溶湯中および粗脱
炭昇温吹錬時に添加する含炭素材中の炭素によりスラグ
中の酸化クロムを還元し、その後に続く仕上還元期にス
ラグ中の酸化クロムを還元剤で還元してクロムを溶湯中
に回収し、次いで仕上脱炭吹錬を施すステンレス鋼の製
造方法であって、粗脱炭昇温吹錬中において酸化クロム
の炭素による還元を効率よく行うために、下記または
／およびの条件を満たすことを特徴とするステンレス
鋼の製造方法。

【００１９】粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔
から酸素を吹き込むとともに、炉壁からスラグ中へ二次
燃焼用酸素を吹き込む。

【００２０】粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔
から酸素を吹き込むとともに、上吹きランスの副孔から
スラグ中へ二次燃焼用酸素を吹き込む。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明方法を実現するための装置
は、１基の後述する装置構成のＡＯＤ炉、転炉などの製
鋼炉であればよい。通常の方法で製造された溶銑を上記
の炉に装入し、粗脱炭昇温吹錬および吹錬中の酸化クロ
ムの還元回収、仕上還元および脱硫、成分調整ならびに
仕上脱炭吹錬を行う。

【００２２】図１に基づいて本発明方法例を説明する。
図１は本発明方法の工程例を示すフロー図である。図１
の場合、脱りん（Ｐ）銑（粗溶湯）を上記炉で粗脱炭昇
温吹錬する前に、前チャージまたはさらにそれ以前のチ
ャージの仕上脱炭吹錬で生じた酸化クロム含有スラグお
よび含炭素材を炉内に添加して、上吹き酸素により粗溶
湯の粗脱炭昇温吹錬を行う。このとき、スラグ中に高温
の二次燃焼領域を形成させて、粗溶湯中の〔Ｃ〕および
スラグ中の含炭素材により、スラグ中の酸化クロムを還
元回収する。

【００２３】上記の還元回収が終了した後、同じ炉内に
Ｓｉ含有合金および／またはＡｌ含有合金ならびにＣａ
Ｏなどの造滓剤を添加して仕上還元および脱硫（Ｓ）を
施し、次いでスラグを流出させた後、フェロクロム合金
などを添加して成分調整を行う。さらに、仕上脱炭吹錬
を行って出鋼し、製品ステンレス溶鋼とする。

【００２４】図１の場合では、仕上脱炭吹錬によって発
生した酸化クロム含有スラグは、そのまま炉内に残して
次チャージの粗脱炭昇温吹錬にリサイクルされ、スラグ
中の酸化クロムからクロムを還元回収する。

【００２５】粗脱炭昇温吹錬時に酸化クロム含有スラグ
を添加する方法は、上記の吹錬開始前の一括添加のほか
に、吹錬中において連続または分割添加のいずれでもよ
い。

【００２６】粗脱炭昇温吹錬で用いる含炭素材は、コー
クス、チャーまたは無煙炭等である。

【００２７】上記のように、仕上脱炭のときに生じた酸
化クロムを含有するスラグを、次チャージ以降の粗脱炭
昇温吹錬時にリサイクルして使用することは、溶湯中の
〔Ｃ〕およびコークス等の含炭素材により酸化クロムを
還元し、仕上還元工程においてＳｉの添加省略または使
用量の節減を図るために必要な条件である。

【００２８】本発明方法は、上記の方法においてさら
に、粗脱炭昇温吹錬中における酸化クロムの炭素による
還元を効率よく行うために、下記または／およびの
条件を満たすものである。

【００２９】粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔
から酸素を吹き込むとともに、炉壁からスラグ中へ二次
燃焼用酸素を吹き込む。以下、後者を横吹きという。

【００３０】粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔
から酸素を吹き込むとともに、上吹きランスの副孔から
スラグ中へ二次燃焼用酸素を吹き込む。

【００３１】図２により、炉の装置構成例および粗脱炭
昇温吹錬時の炉内状況を説明する。

【００３２】図２は、上底吹き転炉を用いる場合の装置
構成例および粗脱炭昇温吹錬時の炉内状況の概念を示す
模式図である。図２において、符号１は上底吹き転炉、
２は酸素ジェット吹き込み用の主孔および副孔を有する
上吹きランス、３はAr吹き込み用の底吹き羽口、４はス
ラグ中へ二次燃焼用酸素を吹き込むために炉壁に設けた
横吹き羽口、５は仕上脱炭吹錬で生じた酸化クロム含有
スラグ、６は含炭素材（コークス）、７は粗溶湯であ
る。図２に示すＡは、発生ＣＯガスの、上吹きランス２
の副孔から吹き込まれる酸素ジェットによる高温の二次
燃焼領域である。Ｂは、粗溶湯７の、上吹きランス２の
主孔から吹き込まれる酸素ジェットによる脱炭領域であ
る。

【００３３】炉壁に設けた横吹き羽口４および／または
上吹きランス２の副孔からスラグ５中へ二次燃焼用酸素
を吹き込むことにより、スラグ５中に高温の二次燃焼領
域Ａが形成され、スラグ５の昇温速度が増加して滓化が
促進され、クロム酸化物の還元を効率よく行うことがで
きる。さらに昇温のためのコークス６の添加量を削減す
ることがきる。

【００３４】酸化クロム含有スラグ５中の酸化クロムを
粗溶湯７中の〔Ｃ〕で還元するには、スラグ５および溶
湯７の温度をスラグ５が滓化し還元が効率よく進行する
温度（1500℃以上）にまで、吹錬開始後、早急に昇温す
る必要がある。しかし、前述のように注銑時の溶銑温度
は高々1300℃程度であり、吹錬開始前あるいは吹錬開始
直後に酸化クロム含有スラグ５およびコークス６を添加
して、上吹きランス２の主孔のみから酸素ジェットを超
音速で吹き付けて低二次燃焼率下で粗脱炭昇温吹錬する
場合には、多量のコークス６の添加が必要となり、この
コークス添加起因の抜熱により滓化温度（1500℃以上）
までの昇温時間が長くなる。

【００３５】すなわち、上記の低二次燃焼率下で粗脱炭
昇温吹錬を施す場合、この昇温時にはスラグ５およびそ
の中に分散したコークス６の温度が低いため、酸化クロ
ムの還元はあまり進行しない。これを図３により説明す
る。

【００３６】図３は、酸素吹き込み条件を変化させた場
合の、溶湯温度と酸化クロム還元率との関係を示す図で
ある。酸素吹き込み条件は、ａが上吹きランスの主孔か
ら酸素を吹き込むとともに、上吹きランスの副孔および
横吹き羽口からスラグ中へ二次燃焼用酸素を吹き込む前
記及びを同時に満たす場合、ｂが横吹き羽口を用い
ずに上吹きランスの主孔から酸素を吹き込むとともに、
上吹きランスの副孔からスラグ中へ二次燃焼用酸素を吹
き込む前記を満たす場合である。ｃが上吹きランスの
主孔のみから酸素を吹き込む場合である。

【００３７】図３にｃで示すように、主孔のみを用いた
酸素吹き込みの場合には酸化クロムの還元率は低く、低
二次燃焼率の条件下であったことがわかる。一方、上記
ａおよびｂの条件の場合には、図２に示す高温の二次燃
焼領域Ａが形成され、その着熱効率（二次燃焼熱が粗溶
湯７およびスラグ５の昇温に使われた割合）が向上する
ため、酸化クロムの還元率は高くなる。この状況を図４
により説明する。

【００３８】図４は、図３の場合と同様に酸素吹き込み
条件を変化させた場合の、二次燃焼率と着熱効率との関
係を示す図である。図示するように、ａおよびｂの条件
の場合には着熱効率が高いため、スラグ５の温度が早期
に上昇し、しかもスラグ５中に分散したコークス６が酸
素により赤熱するため、粗溶湯７の温度が1500℃以上
（スラグの滓化温度）に昇温する前にスラグ５を滓化す
ることができ、その結果、図３に示すように還元も早期
に進行するのである。さらに、二次燃焼用に吹き込んだ
酸素によりスラグ５層を効率よく撹拌することができる
ため、還元効果が高まる。

【００３９】また、スラグ中に高温の二次燃焼領域Ａを
形成させ、かつスラグを強撹拌して着熱効率を高めるこ
とにより、昇温用に添加する含炭素材量を削減すること
ができる。しかも還元が効率よく進行するため、粗脱炭
吹錬の時間も短縮でき、また含炭素材起因の装入Ｐおよ
びＳ量を低減することができる。

【００４０】上記の効果は、前記の条件のように主孔
のみおよび横吹き羽口から酸素を吹き込む場合も同様で
ある。ただし、他の本発明条件の場合と同量の酸素吹き
込み条件として、このスラグ５中に高温の二次燃焼領域
Ａを同体積分だけ形成させる必要がある。これは、上吹
き酸素による脱炭で生成したＣＯ気泡はスラグ５中に略
々均一に分散しているので、他の本発明条件の場合と同
体積分だけの高温の二次燃焼領域Ａを形成させてやれ
ば、二次燃焼による発熱および着熱効率に大きな差は生
じないからである。

【００４１】図５は本発明方法における二次燃焼率と気
化脱硫率との関係を示す図である。

【００４２】図示するように、二次燃焼率増大に伴い気
化脱硫率が増大するので、粗脱炭昇温吹錬末期の〔Ｓ〕
が低下する。この結果、その後のFe-Si 合金などの添加
による仕上還元工程の脱硫負荷が軽減されるので、この
工程で脱硫促進のために添加する塩基度調整用の生石灰
量を低減することができる。

【００４３】本発明方法で用いる上吹きランスの望まし
い構造は、次のとおりである。

【００４４】主孔：１孔（ラバール）副孔：４〜10孔（ラバールまたはストレート、角度は水
平から±70°）本発明方法で用いる横吹き羽口の望ましい設置条件、次
のとおりである。

【００４５】位置：炉内のスラグに浸漬可能な任意の位
置本数：４〜10本角度：水平から±70° 前記条件における横吹き羽口と主孔との吹き込み酸素
の望ましい比率の範囲は、横吹き羽口／主孔で0.05〜0.
4 程度、条件における副孔と主孔との吹き込み酸素の
望ましい比率の範囲は、副孔／主孔で0.05〜0.4 程度で
ある。

【００４６】含炭素材の望ましい添加量はコークス換算
で９〜100kg/t 程度、望ましいスラグ塩基度は 0.9〜1.
8 程度である。仕上脱炭吹錬で発生した酸化クロム含有
スラグの望ましいリサイクル使用量は25〜150kg/t 程
度、望ましい底吹きArガス流量は10〜30Nm³/min 程度で
ある。

【００４７】

【実施例】

（比較例）以下、% は還元率の場合を除いてwt% を意味
する。

【００４８】脱りん銑65トンを上底吹き転炉に装入し、
仕上脱炭吹錬工程の終了時に回収したスラグ（組成：T.
Cr=20%、T.Fe=3% 、CaO=27% 、SiO₂=18%、MgO=10% 、Al
₂O₃＜10%)6000Kg、コークス4000kg、生石灰228kg を炉
内に添加した後、底吹きArガスを17Nm³/min 、上吹きラ
ンスからの酸素を146Nm³/minで吹き込みつつ、40分間の
粗脱炭昇温吹錬を行った。このとき、粗脱炭昇温吹錬工
程の末期で〔Cr〕=1.2%(還元率65%)、〔Ｓ〕=0.049% と
なった。また粗脱炭昇温吹錬工程の終了時の溶湯中
〔Ｃ〕は0.6%であった。なお、粗脱炭昇温吹錬工程の後
半には、スラグ上面が炉口付近まで到達しており、やや
頻繁にスロッピングが発生した。

【００４９】その後、Fe-Si （組成：Si=75%、残部Fe）
243kg 、生石灰900 Kg、CaF₂275kgを添加した。Fe-Si
添加後の温度は1632℃、スラグ塩基度は1.8 、〔Cr〕＝
１．７５％（還元率９５％）、〔Ｓ〕=0.015% であっ
た。

【００５０】次いでスラグを排出し、チャージクロム
（組成：Cr=60%、Si=2.7% 、Ｃ=6% 、残部Fe）21トン、
生石灰1.8 トンを添加して、仕上脱炭吹錬を行った。仕
上脱炭吹錬後の温度は1700℃、スラグ塩基度は1.5 、
〔Cr〕=13%であった。

【００５１】（本発明例１）脱りん銑65トンを上底吹き
転炉に装入し、仕上脱炭吹錬工程の終了時に回収したス
ラグ（組成：T.Cr=20%、T.Fe=3% 、CaO=27% 、SiO₂=18
%、MgO=10% 、Al₂O₃＜10%)6000Kg、コークス2220kg、生
石灰288kg を炉内に添加した後、底吹きArガスを17Nm³/
min 、上吹きランス主孔から酸素を110Nm³/min、副孔
（孔数：４、角度：20°) から酸素を合計36Nm³/min 吹
き込みつつ36分間の粗脱炭昇温吹錬を行った。粗脱炭昇
温吹錬終了時で〔Cr〕=1.39%（還元率75%)、〔Ｓ〕=0.0
33% 、〔Ｃ〕=0.6% であった。

【００５２】その後、Fe-Si （組成：Si=75%、残部Fe）
200kg 、生石灰800Kg 、CaF₂250kgを添加した。Fe-Si
添加後の温度は1610℃、スラグ塩基度は1.7 、〔Cr〕=
1.75%（還元率95%)、〔Ｓ〕=0.012% であった。

【００５３】次いでスラグを排出し、チャージクロム
（組成：Cr=60%、Si=2.7% 、Ｃ=6% 、残部Fe）21トン、
生石灰1.8 トンを添加して、仕上脱炭吹錬を行った。仕
上脱炭吹錬後の温度は1700℃、スラグ塩基度は1.5 、
〔Cr〕=13%であった。

【００５４】（本発明例２）脱りん銑65トンを上底吹き
転炉に装入し、仕上脱炭工程の終了時に回収したスラグ
（組成：T.Cr=20%、T.Fe=3% 、CaO=27% 、SiO₂ =18% 、
MgO=10% 、Al₂O₃＜10%)6000Kg、コークス2200kg、生石
灰288kg を炉内に添加した後、底吹きArガスを17Nm³/mi
n 、上吹きランスから酸素を110Nm³/min、炉体に設置し
た横吹羽口（羽口数：４）から酸素を合計36Nm³/min 吹
き込みつつ36分間の粗脱炭昇温吹錬を行った。粗脱炭昇
温吹錬終了時で〔Cr〕=1.41%（還元率76%)、〔Ｓ〕=0.0
30% 、〔Ｃ〕=0.6% であった。

【００５５】その後、Fe-Si （組成：Si=75%、残部Fe）
200kg 、生石灰800Kg 、CaF₂250Kgを添加した。Fe-Si
添加後の温度は1615℃、スラグ塩基度は1.7 、〔Cr〕=
1.75%（還元率95%)、〔Ｓ〕=0.011% であった。

【００５６】次いでスラグを排出し、チャージクロム
（組成：Cr=60%、Si=2.7% 、Ｃ=6% 、残部Fe）21トン、
生石灰1.8 トンを添加して、仕上脱炭吹錬を行った。仕
上脱炭吹錬後の温度は1700℃、スラグ塩基度は1.5 、
〔Cr〕=13%であった。

【００５７】

【発明の効果】本発明方法によれば、粗脱炭昇温吹錬中
に炭素で酸化クロムを還元する際、含炭素材添加量の低
減、クロム還元率向上および気化脱硫率向上が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の例を示すフロー図である。

【図２】上底吹き転炉を用いる場合の装置構成例および
粗脱炭昇温時の炉内状況の概念を示す模式図である。

【図３】酸素吹き込み条件を変化させた場合の、溶湯温
度と酸化クロム還元率との関係を示す図である。

【図４】酸素吹き込み条件を変化させた場合の、二次燃
焼率と着熱効率との関係を示す図である。

【図５】二次燃焼率と気化脱硫率との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：上底吹き転炉、２：上吹きランス、３：底吹
き羽口、４：横吹き羽口、５：仕上脱炭吹錬で発生
した酸化クロム含有スラグ、６：含炭素材、７：
粗溶湯、Ａ：高温の二次燃焼領域、Ｂ：脱炭
領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仕上還元後のステンレス溶湯を酸素により
仕上脱炭吹錬するときに生じる酸化クロム含有スラグを
粗溶湯の粗脱炭昇温吹錬時に用い、粗溶湯中および粗脱
炭昇温吹錬時に添加する含炭素材中の炭素によりスラグ
中の酸化クロムを還元し、その後に続く仕上還元期にス
ラグ中の酸化クロムを還元剤で還元してクロムを溶湯中
に回収し、次いで仕上脱炭吹錬を施すステンレス鋼の製
造方法であって、粗脱炭昇温吹錬中において酸化クロム
の炭素による還元を効率よく行うために、下記または
／およびの条件を満たすことを特徴とするステンレス
鋼の製造方法。粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔から酸素を吹
き込むとともに、炉壁からスラグ中へ二次燃焼用酸素を
吹き込む。粗脱炭昇温吹錬中に上吹きランスの主孔から酸素を吹
き込むとともに、上吹きランスの副孔からスラグ中へ二
次燃焼用酸素を吹き込む。