JPS5854171B2 - 高クロム鋼の精錬方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、転炉、就中純酸素底吹き転炉による高クロ
ム鋼の精錬方法に関し、とくに吹錬に伴うクロム滓化の
軽減と、その有利な還元によってクロム歩留りを効果的
に高めるように改良したこの種鋼の精錬方法を提案しよ
うとするものである。

この発明は、ＯＥＭ／Ｑ−ＢＯＰなどの純酸素底吹き転
炉を用い、高炉溶銑および屑鉄を主原料として、これに
クロム、ニッケルなどの合金鉄を添加することによる、
高クロム・ステンレス鋼の如きの製造に好適な、高クロ
ム鋼の有利な精錬方法である。

上記ＯＢＭ／Ｑ−ＢＯＰと称ばれるような純酸素底吹き
転炉は、大量生産プロセスとして有利であり、近年純酸
素上吹き転炉との競合に至っているか、ステンレス鋼の
精錬炉としても、有効な反応炉と考えられ、事実これを
利用するステンレス鋼の製法については、特開昭５０−
１１３４０７号公報に開示されている。

しかし乍ら実験に、純酸素底吹き転炉の上記開示を含め
た在来の吹錬技術のもとで、とくに高クロム鋼の吹錬を
実施すると、高クロム鋼の脱炭期における高いクロム歩
留りを実現することは一般に困難であって、現在までの
ところ底吹き転炉による経済的な高クロム鋼の生産を可
能にする技術は、確立するに至ってはいなかったのであ
る。

この発明は、この問題点についての極めて合理的な解決
を与えて、脱炭期におけるクロムの酸化損失を少なくす
るとともに、還元期における環元剤の反応利用効率を著
しく高めて、高クロム鋼の製造をとくに経済的に実現す
る、純酸素底吹き転炉の活用を達成したものである。

この発明に従う高クロム鋼の溶製工程を、まず具体例に
ついて、そのフローチャートで示す。

高炉溶銑→溶銑脱硫→排滓→脱炭、脱燐吹錬→スラグ分
離→クロム合金溶解吹錬→クロム還元吹錬→出鋼→造塊 これに従い高炉溶銑は、まず底吹き転炉への装入前に、
溶銑鍋もしくはトピード・カー内において予備脱硫処理
を施す。

溶銑鍋の場合には、カルシウム・カーバイド系脱硫剤を
使用したインペラ一式脱硫設備が適切であり、トピード
内溶銑の場合には、カルシウム・カーバイドを主体とす
るインジェクション式脱硫設備を用いるのが適当である
。

なお上吹き転炉とは異なり底吹き転炉内では、羽目から
酸素ガスと共に溶鋼中へ吹込まれる焼石灰粉末による脱
硫効果が著しいので、上記の予備脱硫の程度は、あまり
低い硫黄濃度を狙う必要はなく、０．０３％以下のＳ濃
度であれば十分である。

このような予備脱硫を終えた溶銑は、その脱硫処理後に
スラグを排滓した後、直ちに純酸素底吹き転炉に装入す
る。

この時点で必要とあらばニッケル合金の一部乃至全量を
添加する。

純酸素底吹き転炉では、上に触れたように通常の吹錬と
同様羽口から焼石灰粉末と酸素ガスを供給して、脱炭、
脱燐吹錬を行ない、鋼浴成分として０．０１〜０．３％
の炭素濃度、０．０１５％以下の燐濃度、および０．０
１０％以下のＳ濃度を得る。

ここで一旦出鋼してスラグを分離するか、もしくは溶鋼
は炉内に保持したままでスラグのみ排滓し、底吹き転炉
内には脱炭、脱燐した溶鋼のみを残す。

その後引続いて、高炭素クロム合金あるいは高炭素高け
い素クロム合金を添加し、また必要とあれば合金元素と
しての残部ニッケルあるいは熱源としての炭素やけい素
の合金などを添加する。

この時点でクロム、ニッケルなどの合金材が瞬時に溶解
したとして想定される鋼浴成分は、１．５〜２％Ｃ１１
〜１．５％Ｓｉであり、高合金成分であるクロムおよび
ニッケルなどは目標添加量の半量以上ないし全量が添加
されている。

例えば最終的に１００トンのフェライト系１８％Ｃｒ鋼
を製造する場合、約８０トンの脱炭、脱燐溶鋼に対し、
約６０％のクロムを含むクロム合金は、全量で約３３ト
ン添加せねばならないが、これを一度に添加すべきか、
あるいは一例として２０トンと１３トンとに２分割投入
すべきかについては、溶鋼温度との兼ね合いで決められ
、溶鋼温度が低いと判断される時には２０トンだけ、ま
ず先に添加して吹錬を開始し、浴温か再び回復してきた
時点で残りの１３トンを追加装入すればよい。

ともかく、かようにして、クロム合金添加後、クロム合
金の溶解吹錬を純酸素ガスにより実施して鋼浴炭素濃度
が１％になったところで、純酸素ガスによる吹錬を打ち
切る。

この間には副原料であるところの焼石灰、螢石などが適
宜に羽目から吹込まれる。

その後２重同心管から成る羽口の外管には、炭化水素系
の冷却ガスを引続き流すが、この時点まで純酸素ガスを
流してきた内管には、Ａｒで希釈した入ｒ−０２混合ガ
スを流して吹錬を継続する。

こうすることにより、鋼浴中のクロムの酸化反応を抑制
しつつ、炭素の優先酸化を促すことができ、このＡｒガ
スの混合割合は発明者らが新に見出した法則に従って鋼
中炭素濃度の低下と共に漸次増加させるが、例えばフェ
ライト系１８％Ｃｒ鋼の場合、以下のような値をとる。

１％Ｃ鋼浴から３５％Ａｒ−６５％０２の混合ガスで０
．６６％Ｃまで脱炭し、その後５０％Ａｒ−５０％０２
の混合ガスにより０．３３％Ｃまで脱炭する。

続いて７５％Ａｒ−２５％０２の混合ガスにより０．０
５％Ｃ迄脱炭する。

この時点では一部クロムも酸化してスラグ中へ移行し、
鋼中クロム濃度は約１６％となっている。

ここで羽口内管から吹込むガスを純Ａｒガスに切換えて
、炉上バンカーよりけい素合金を所定量、溶鋼に添加し
、かつ直ちに転炉の炉体を直立状態から傾動し、引続き
Ａｒガス吹込みを継続しつつ、スラグ中のクロムを還元
回収する。

このような転炉の炉体を傾動することにより、吹込みガ
スによって鋼浴中には大きな循環流れが引起され、スラ
グとメタルの混合が活発に進み、けい素によるスラグか
らのクロムの回収率が著しく向上するのである。

こうして最終的に０．０５％Ｃ１１７，３％Ｃｒの成分
で温度か１６１０℃の高クロム溶鋼を得るに至る。

この発明の方法が従来公知の底吹き転炉による高クロム
鋼製造プロセスと比較して優れている点はまずクロム共
存下の脱炭酸化精錬時におけるクロムの酸化損失が少な
いことである。

前記した特開昭５０−１１３４０７号公報開示の従来技
術にあたっては、吹込み酸素ガス中に、Ａｒなどの不活
性ガスを混入することでクロムの酸化損失が低減するこ
と自体こそ認識されているものの、その低減の程度は事
実上僅少であって、この点については、同公報第（８）
頁左上段落中第５〜７行に「酸素吹込流量がより高くま
た浴の深さがより少ないために、この方法によればかな
り多量のクロムが酸化される。

」とか同第１１〜１２行に、「過大量の不活性ガスを用
いても藁しいクロムの酸化は防止されない。

」と記載され、クロム酸化損失に関する課題は、ここに
実質上例らの解決を見ることはできず、現に実施例で該
酸化損失は５０％をこえている。

発明者らはこの点につき、不活性ガスによる酸素ガスの
希釈度のみでなく、これに浴の攪拌強度が相互に絡み合
って鋼中クロムの歩留りに影響することを、新規に、定
量的に見出しこの発明を完成するに至ったものである。

すなわち、純酸素底吹き転炉を利用して高クロム鋼を製
造するに際して、溶鋼中の炭素濃度が、１％になった時
点から、発明者の解明したところに基づく炭素優先酸化
指数ｌ５ＣＯ値を６０から２０の間で通訳的または漸次
的に減少させる吹錬制御の下で脱炭酸化精錬を行うこと
により、クロム歩留りが９０％を越えるような、吹錬か
現実に可能となったのである。

上記のｌ５ＣＯ値は、次式で算出される。

式中ＱＯ２は、送酸量（Ｎｒｒｉ’／分）を示し、Ｑｄ
は、ＣＯガスを希釈し得るガス流量、すなわち羽口内管
中の酸素ガスを希釈するためのＡｒ、Ｎ２などの各不活
性ガス流量Ｑ ｉ （Ｎｍ’／分）と、羽目冷却に供し
た分子式〇ｎＨｍであられされる流量Ｑｃ （Ｎｍ’／
分）の炭化水素から生じる水素ガスの発”量雪Ｑｃ （
、Ｎ′／ｆｊ ） （！： に’）＠ ＊＋・°１０Ｑ
ｄ−Ｑｉ＋万ｍＱＣにより算出し、Ｗはヒートサイズ（
トン）、Ｎは羽目の数、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）さらにＨは
、鋼浴深さくｃｒｆＬ）である。

酸素底吹き転炉などの酸化精錬炉は、ＡＯＤ炉などでも
そうであるが炉内で進行する主反応は脱炭反応であるが
、これに対比される反応として鉄の酸化反応を伴い、前
者が後者に優生すると、たとえはステンレス鋼の精錬の
場合でも鋼中クロムの如き高酸化元素の酸化を抑えた精
錬が可能であり、一方、後者の酸化鉄生成反応が活発に
進行するとき脱りんに有利であり、ここにＣの優先酸化
の度合いが、上掲（１）式のｌ５ＣＯ（Ｉｎｄｅｘ ｆ
ｏｒ ５ｅ−１ｅｃｔ ｉｖｅ Ｃａｒｂｏｎ ０ｘｙ
ｄａｔ ｉｏｎ ）値で与えられる０すなわち鋼溶内均
−混合時間をτとすると、現論的解析と実験に従い、 二こにεは浴内運動エネルギ密度の消散速度（Ｗａｔ
ｔ ／ ｔｓｔｅｅｌ ） で与えられ、このεは、炉底から吹き込まれるガスに由
来し、気泡の浮上過程での浮力と膨張による仕事の和か
ら で与えられる。

従ってヒートサイズＷ（ｔｓｔｅｅｌ ）と（２）式に
従う鋼浴内駒−混合時間τとの商Ｗ／τは溶鋼流量Ｏ２ をあられし、その酸素流量ＱＯ２との比豆渇は、それが
小さい程、浴内の非平衝緩和の傾向つまり供給酸素がＣ
により消費され易くなるＣの優先酸化に寄与する要因で
あり、（２） 、 （３）式を考慮してとあられすこと
ができる。

圧を意味し、その値が小さいはど平衝論的に優先脱炭を
生じ易くする要因として機能する。

これらの要因の積の形で与えられる（１）式のｌ５ＣＯ
値は、上記酸化精錬炉内における炉内反応の装置特性値
として以下に示すとおりの技術的意義をもつわけである
。

第１図は、上記した底吹き転炉による吹錬過程を経た高
クロム鋼のクロム歩留りを、各ヒートの操業条件につい
て上記ｌ５ＣＯ値の式に代入して算出した、炭素優先酸
素指数によって整理した経験図表である。

第１図から明白なように、脱炭酸化精錬中の鋼中炭素濃
度に応じてｌ５ＣＯ値を、通訳的または漸次的に減少さ
せる吹錬制御を行うことにより、クロム歩留りの著しい
改善が遂げられる。

第１図について、クロム歩留りとｌ５ＣＯ値間の関係は
、前掲したこの発明の準拠式の右辺において、２ＱＯ２
／（２ＱＯ２＋Ｑｄ）の項は、底吹き転炉内のＰｃｏ分
圧を与え、これが小さいほど溶鋼中で、反応式ｃ＋ｏ＝
ｃｏの反応が右向きへ進行することを示し、またＱＯ２
／Ｗの項は、溶鋼１トン当りの送酸速度（Ｎ 、、、ｌ
／分）でこの値が小さいほど溶鋼の過酸化度は小さくな
り、そして ・Ｎ は、底吹き転炉内における鋼浴の混合時間の指標
となってこれが小さいほど混合強度が強く、優先酸化が
保証されることを示すものである。

例えば５トンの純酸素底吹き転炉に羽口を２本セットし
て、純酸素吹込み流量Ｑｏ２−１３Ｎｍ／ｍｉｎ、冷却
ガスにプロパンを使用しその流量Ｑｄ ＝ １．０４
Ｎ ｍ’／ｍＶｌ、鋼浴深さ４５ｃｒｆＬ、Ｔ＝１８７
３になどの条件にて吹錬する際には、（１）式からｌ５
ＣＯ＝３５．４と算定される。

また同一炉に羽口を６本セットして、Ｑｏ２＝ ２３
Ｎｒｒｌ／ｍ１ｌＬ、 Ｑｄ ＝１．３８Ｎ ｍ ／ｍ
ｖｔ （７）条件で吹錬すれば、ｌ５ＣＯ＝７４−６と
大きな値となる。

ちなみに、８０トン上吹き転炉につき、上述したところ
に準じて発明者らが試算したｌ５ＣＯ値は１００より犬
であり、上吹き転炉を単発炉として高クロム鋼吹錬に使
用することが経済的でないことがここに明らかとなるの
である。

実施例 脱炭、脱燐吹錬前の溶銑条件は以下のとおりである。

重量８２．４トン、温度１３７４℃、取分（重量％）４
．５０％Ｃ，０，７５％Ｓｉ、０．５４％Ｍｎ。

０．１１３％Ｐ、０．０３２％Ｓ この溶銑を５トンの普通鋼スクラップと共に、１０本の
羽目を有するＱ−ＢＯＰ転炉に装入したところ鋼浴深さ
１０２ｃｍをえた。

これに、３５６７Ｎ−の酸素と１７８Ｎｍの純プロパン
と３．２５トンの焼石灰を吹込んで以下の溶鋼を得た。

温度１６８０℃、取分（重量％）０．０８４％Ｃ１０％
Ｓｉ、０．３２％Ｍｎ 、 ０．０１４％Ｐ 、 ０．
０１６％Ｓ この吹錬期間を通して、炉上より２．８トンの鉄鉱石を
連続的に投入した。

直ちに出鋼し、取鍋でけい素を添加しクロム溶解吹錬に
おける熱源とした。

転炉再装入前の取分は、０．１０４％Ｃ，１，０１％Ｓ
ｉであった。

この溶鋼に３４．４１−ンのクロム合金（６０，４９％
Ｃｒ、７．８％Ｃ，４，５％Ｓｉ）を添加し、４３０Ｏ
Ｎｍ”の酸素ガスと２１５Ｎ−の純プロパンと７．６ト
ンの焼石灰粉末を羽目から吹込み、吹止温度１７０５°
Ｃ１成分が０．９５％Ｃ，Ｏ％Ｓｉ、０．３２％Ｍｎ
、 ０．３１％Ｐ、０．０１４％Ｓ、１８．７％Ｃｒの
溶鋼を得た。

これより３５％Ａｒ−６５％０２混合ガスに切換えて、
３４９Ｎｍ”の酸素ガスと１７．５Ｎｍの純プロパンを
供給して、０．６％Ｃ，１８，７％Ｃｒ、１７２０℃の
溶鋼を得たが、この間ｌ５ＣＯ値は５７なる値に保持し
た。

引続いて５０％Ａｒ−５０％０２の混合ガスに切換えて
、３１９Ｎ−の酸素ガスと１６Ｎ−の純プロパンを供給
して０．２８％Ｃ，１８，６％Ｃｒ。

１７２０℃の溶鋼を得たが、この間のｌ５ＣＯ値は４２
なる値に保持した。

その後７５％Ａｒ−２５％０２の混合ガスで６０ＯＮｍ
の酸素ガスと３ＯＮｍの純プロパンを吹込んで０．０５
％Ｃ，１７，６％Ｃｒ、 １７３５°Ｃの溶鋼を得たが
、この間のｌ５ＣＯ（ｉは１７に保持した。

この時点で鋼浴中のＣｒ量は炉内装入Ｃｒ分の９２％に
相当し酸化精錬時のＣｒの歩留りは著しく高い。

その後、純Ａｒガスを２１０ Ｎ ｍ１ｍｍの流量で流
しつつ金属けい素４５０に９を炉上バンカーより炉内に
投入し、直ちに炉体を垂直から１５°傾動して２分間攪
拌して出鋼した。

その際、合金成分として少量のシリコン、マンガンおよ
び脱酸材としてのアルミを出鋼流に添加した。

取鍋での溶鋼成分は０．０５％Ｃ，０，４９％Ｓｉ、０
．７０％Ｍｎ。

１８．８％Ｃｒ、０．０３３％Ｐ、０．０１２％Ｓ。

ｏ、ｏｏｓ％Ａ［、また溶鋼重量は１１３トンでその温
度は１６００℃であった。

最終Ｃｒ歩留りは９８％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｒ歩留りと、ｌ５ＣＯ値との関係を示す経験
図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 純酸素ガスを用い吹錬中の送酸速度を２．５〜６Ｎ
   ｍ／トン（溶鋼）・分の範囲で操業する酸素底吹き転炉
   において純酸素ガスと焼石灰粉末とを炉底羽口より吹込
   むことにより、高炭素・高けい素・高クロム溶鋼の脱炭
   吹錬を鋼中炭素濃度が１％に低下するまでの間に実施し
   、その後は下記式から算定される炭素優先酸化指数ｌ５
   ＣＯ値を、６０から２０の間で逓次的または漸次的に減
   少させる吹錬制御により、目標炭素濃度まで脱炭する工
   程と、引続いて羽口から純アルゴンガスまたはこれと純
   酸素ガスとの混合ガスを吹込みつつ、けい素を含む還元
   剤を炉上より添加し、ついで炉体を直立状態から傾動さ
   せてクロムの還元回収をはかる工程とを実行することか
   ら成る高クロム鋼の精錬方法。 へ へ式中ＱＯ２は、送酸量（Ｎ
   ぜ７分）を示し、Ｑａは、ＣＯガスを希釈し得るガス流
   量、すなわち羽口内管中の酸素を希釈するためのＡ ｒ
   ｙ Ｎ ２などの不活性ガス流量Ｑ ｉ （Ｎ ｍ’
   ／分）と、羽口冷却に供した分子式ＣｎＨｍであられさ
   れる流量ＱＣ（Ｎ ｒｒ？１９ｆ）（７）ｒｅ（［ｓ＊
   ＊、６ｘら１１６”素”゛７０発１量丙Ｑ。 （Ｎ７７１”７分）との合計、′つまりＱ ＝Ｑｉ＋−
   ｚｍＱｃで算出し、そしてＷはヒートサ゛イズ（トン）
   、Ｎは羽口の数、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）、さらにＨは鋼浴
   深さくｃｒｒＬ）である。