JPS587691B2 - 製鋼法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鉄基質金属の精錬法、特に溶融鉄を鋼に転化
する方法に関する。

平炉にせよ、或は塩基酸素転炉にせよ、鋼を精錬する現
行法は仕込材料（これは通常鋼スクラップおよび高炉か
らの溶金から成る）からのケイ素、炭素、マンガン、燐
、硫黄および付随する不純物の酸化生成物と反応する塩
基性鉱滓を形成する生石灰、ドロマイト石灰岩および蛍
石の添加から成る。

通常冷スクラップを炉または転炉に仕込み、次に溶金を
添加して精錬作業が開始される。

生石灰、ドロマイト石灰および蛍石の添加を浴に行って
所望の鉱滓組成となす。

溶金中のケイ素は最初に酸化され、溶融シリカが形成さ
れ、生石灰、ドロマイト石灰および蛍石の混合物と混合
される。

生石灰とドロマイト石灰岩とは２４８２°Ｃ（ ４ ５
０ ０’Ｆ）以上の融点を持っているから、これらの
鉱滓形成石灰の粒子または塊状物は実質上溶融シリカ中
に浸漬され、このシリカはケイ酸二カルシウムの層を形
成し、これが生石灰およびドロマイト石灰岩の各塩基性
粒子の外部を完全に包封する。

ここに生じた物質は非常に耐熱性で、元の生石灰よりも
溶解速度が低くさえあるから、石灰の溶解を抑制し、石
灰の溶解を達成するに要する時間を長くする。

これは恐らく全精錬操作中所望の鉱滓の組成を早期に生
成することに対する最も重要な障害である。

鉱滓形成物質および蛍石を慣用の仕込物に添加するとき
に石灰対シリカの比は約１対１である。

最初の酸化段階（シリコン吹錬）中にケイ素はシリカに
酸化し、石灰対シリカの比を１対１の割合より低くする
。

酸化に利用できるシリカの量は減少し、シリカの生成量
が減少し、例えば０．４から１の最小の比に達すると、
その後に続いて生成する鉱滓の塩基性度は生石灰および
ドロマイト石灰岩の固体塩基性粒子が溶解し始めるから
徐々に増大する。

蛍石は石灰溶解速度を早めるために使用する。

しかしこれは石灰粒子の耐熱性包封層の生成を阻害しな
い。

その代り、それはこれらの包封層を崩壊するように作用
し、従ってその作用は精錬操作のより後の段階に限定さ
れる。

さらに蛍石は有毒の且つ腐食性化合物を生じ、有毒のフ
ッ素ガスを遊離する。

従って製鋼業者は蛍石の石灰溶解速度の促進作用と等し
いか或は凌駕し、且つ有害な副作用を持たないより良い
物質を活発に探し求めている。

更に蛍石の供給は限られており、過去２０年間に亘って
絶えずその価格は上昇し続けている。

現在地方の製鋼工場原料のパラメータに依存して鋼１ト
ン当り約３〜２，５ポンドの蛍石が現在使用されている
。

この発明によれば、重量％で５〜５０％の酸化鉄、２〜
２０％の酸化マンガン、０〜１５％の酸化マグネシウム
、２０〜５０％の酸化カルシウムおよび８〜２５％の酸
化ケイ素からなる、鉄、マンガン、マグネシウム、カル
シウムおよびケイ素の酸化物を含有する鉱滓調節剤を鋼
１トン当り１．３５〜２２．５ｋｇ（３〜５０ポンド）
の量で、４９．５〜９０ｋｇ（１１０〜２００ポンド）
の石灰およびドロマイト石灰の両方または一方と共に溶
金に添加して実質上ケイ素が酸化されるケイ素酸化燃焼
段階である第１段階において石灰：シリカの比を１：１
〜２：１に維持し、実質上炭素および鉄が酸化される炭
素酸化燃焼段階である第２段階において石灰：シリカ比
を２．５：１〜４．０：１にもたらすことからなる、溶
金中に鉱滓形成石灰を迅速に溶解させて石灰のまわりに
ケイ酸二カルシウムの形成を実質上防止する製鋼法が提
供される。

鉱滓調節剤は１０９３°Ｃ〜１５３８°Ｃ（ ２ ０’
０ ０〜２８００°Ｆ）の融点の範囲内にあるものが最
適である。

これらの鉱滓調節剤の機能は固体の石灰添加物を溶液中
へ吸収するのを促進することである。

この発明の方法は酸化反応中に生成した溶融シリカによ
って固体の石灰粒子が包囲される時に起る、先行技術に
よる耐熱性包封層を回避するものである。

鉱滓調節剤は１０９３゜Ｃ〜１５３８℃（２０００〜２
８００°Ｆ）の低温度で溶融して高塩基性度の液体を形
成し、この液体中に生石灰および（または）ドロマイト
石灰粒子から実質上成る固体の鉱滓形成剤が浸漬される
。

これがケイ酸二カルシウムの耐熱性包封層の生成を排除
し、状態図の関係と一致する石灰粒子の迅速な液体化を
可能となす。

こうして単位時間当りより多量の固体の石灰粒子が溶液
中に吸収されるから、この方法の任意の段階でより高い
石灰一シリカ比が存在することになる。

この発明を図について例証する。

図は石灰一シリカ比、炭素、マンガン、ケイ素、硫黄お
よび燐の経時変化を示すグラフを表わす。

この発明の方法は平炉、塩基性酸素転炉、下吹き（ ｓ
ｕｂｍｅｒｇｅｄ ）酸素転炉、および電気炉のよ）う
な多くの型の精錬炉の任意の一種で実施できる。

これらの型の炉において金体としての結果および特に使
用する鉱滓の型によって操作に若干の差があるかも知れ
ないが、取るに足らないことである。

？の発明を記述するために、他の方法が適当である場合
にその方法も記述する以外は塩基性酸素転炉法について
記述する。

転炉に鋼スクラップおよび溶融鉄の管理された量を仕込
んだ後でそれを回転して垂直姿勢となし、溶融金属浴の
表面の上部の所定の位置に酸素のランスを開放頂部から
挿入する。

溶融金属は炭素、マンガン、燐、硫黄、およびケイ素を
含む他の多数の化学元素と糾合わされた主として元素鉄
から成る銑鉄であり、前記諸元素は原料の組成および高
炉が稼動されている方法のような因子に依存して炭素３
．０〜４．５％、マンガン０．１５〜２．５％、０．２
％までの硫黄、０．０２５〜２．５％の燐および０．５
〜４．０％のケイ素から成る。

これらの元素は溶融金属を鋼に精錬すなわち転化する間
にほとんど完金に除くか或は量を減少させなければなら
ない。

その目的のために、塩基性酸素炉においては実質上純粋
な酸素ガスを高度で且つ９．８〜１ ３ｋｙｌ ｆｆｌ
（ １ ４ ０〜１８０ポンド／平方インチ）の圧力の
下でランスすなわちジェットノズルから吹込む。

ここに生ずる現象は一部物理的であり、一部化学的であ
る。

酸素が液状金属浴に打ち当ると、ケイ素の酸化が開始さ
れてシリカを生成し、酸素流の動的導入によって生じた
激しい流れ路に従って該酸化が行われる。

約２分間好適には１分間以内に、生成したシリカの量お
よび酸化鉄のような他の酸化物の量に応じて鉱滓調節剤
および鉱滓形成剤を添加することが必要である。

平炉および電気炉のような他の製鋼操作の場合には前記
期間はより長く、すなわち１時間まで、またはそれ以上
の時間である。

鉱滓調節剤は生石灰または生石灰およびドロマイト石灰
の添加前、添加中または添加後に加えることができる。

望ましい鉱滓調節剤の特性は高流動性、低融点、溶解操
作の初期段階における高反応性、高塩基性、非汚染性お
よび低価格であることである。

この発明の鉱滓調節剤は下記の表に列挙する物質および
量から本質的に成る。

これらは先行技術の転炉作業から容易に且つ経済的に例
えば転炉鉱滓として得られる。

高度に塩基性を与える、この発明の方法で推奨しうる組
成をもつものである。

添加する上記物質の粒子寸法はそれらの有効性を著しく
低下させることなく微細なものから粗大なものに亘って
広範囲に変化できるが、好適な寸法の範囲は約１９〜３
２ｍｍ（インチ〜１インチ）平均直径である。

明らかに粒子寸法は転炉から吹き飛んでしまうほど細か
くてはならない。

この発明の鉱滓調節剤を構成する物質は平炉、電気炉お
よび塩基性平炉などのような先行冶金および精錬処理か
らの鉱滓によって、或はこれらの物質の合成によって主
として得られる。

これらの物質を破砕して大きい金属物質を除き、適当な
大きさに整粒し、必要に応じ鉄、マンガン、マグネシウ
ム、ケイ素、カルシウムの酸化物と混合する。

上に示した数種の金属の酸化物は製鋼法からの煙道塵（
これは実質上酸化鉄から成る）、高炉からめフエロマン
ガン塵（これは鉄およびマンガン酸化物並びに金属マン
ガンに富む）、セメント工場からの石灰塵および類似物
（これらはカルシウムおよびマグネシウムの酸化物であ
る）のような給源から得られる。

これらの物質を所望の粒子寸法に合成し、所望の組成に
混合する。

回収した鉱滓の合成は塵例えば煙道塵の湿った量を細か
い粉末としたケイ岩または廃棄しうるガラス粒子および
ケイ酸ナトリウムまたは他の水硬性結合剤と混合し、得
られた混合物を熱または乾操空気の助けにより硬化させ
るような種々の仕方で達成できる。

合成の他の技法はケイ酸ナトリウムと共にこれらの物質
を使用し、二酸化炭素注入により大きい形状の結合した
成分を生じさせ、転炉に仕込むために粉砕することから
成る。

塩基性平炉および塩基性酸素法からの溶融鉱滓は融点を
下げるためにホウ砂、ケイ酸ナトリウム、アルカリ金属
の酸化物またはシリカで処理してもよい。

鉱滓を次に鉄、マンガン、マグネシウムおよびカルシウ
ムの酸化物と必要に応じ混合して前記表に示した組成物
となす。

これらの鉱滓調節剤を造る他の方法は溶融鉱滓を、鉄、
マンガン、マグネシウム、カルシウムの酸化物およびシ
リカの混合物に注加して不均質な塊を造り、これを冷却
し、破砕して塩基性酸素転炉に添加のために整粒するこ
とから成る。

種々の方法から回収した溶融鉱滓を鉄、マンガン、マグ
ネシウム、ケイ素およびカルシウムの酸化物を添加し或
は添加しないで混合して塩基性酸素転炉に加えるための
鉱滓調節剤を形成させるか、或は前の溶解操作からの若
干の鉱滓を次の溶解操作に使用するために転炉または炉
の中に保持してもよい。

これらの鉱滓は前述の金属の合成酸化物で処理して塩基
性酸素転炉中で液状で使用するための鉱滓調節剤を造っ
てもよい。

最後に高塩基性度の溶融鉱滓を上述の金属の酸化物で処
理し、溶融金属と混合し、転炉中に注加してもよい。

鉱滓調節剤の有用な量は鋼１トン当り約１．３５〜２２
．５ｋｇ（３〜５０ポンド）で、鉱滓形成剤〔生石灰お
よび（または）ドロマイト石灰〕の有用な量はインゴッ
ト１トン当り約４９．５〜９０ｋｙ（１１０〜２００ポ
ンド）の添加量である。

鉱滓調節剤の好適な範囲は１トン当り約５．４〜９．
９ ｋ９（１２〜２２ポンド）で最良の結果を得るため
の最適量は鋼１トン当り約７．９ｋｇ（ １ ７．５ポ
ンド）である。

一般に添加は酸素の吹入れを開始１分間後に行う。

鉱滓調節剤の融点は溶融金属仕込物の融点より低く、生
石灰およびドロマイト石灰の融点が２４８２°Ｃ（４５
００”Ｆ）以上であるのに比して１０９３°Ｃ〜１５３
８°Ｃ（ ２０００°〜２８００°Ｆ）の範囲にあるの
が好適である。

鉱滓調節剤を生石灰およびドロマイト石灰と共に添加す
れば蛍石は不要である。

前記調節剤は急速に溶解して生石灰およびドロマイト石
灰粒子を囲む塩基性のプールを造り、それによって従来
の方法においては生起した各塩基性粒子の周りのケイ酸
二カルシウムの包封または層の生成を防止する。

生石灰およびドロマイト石灰の溶解速度は著しく増大す
る。

さらに調節剤の高酸化鉄含量は燐の酸化を促進し、鉱滓
形成中にそれを溶解するのを助ける。

加熱処理の最初の段階で燐の除去のための最適条件を与
え、次の段階の炭素吹錬において、より少い酸化鉄量に
おいて、蛍石を添加する慣用の処理において可能であっ
たよりもより高い塩基性度が達成される。

図において、曲線Ａは石灰添加と共に鉱滓調節剤を添加
することによって得た石灰：シリカ比（塩基性比）を表
わす。

縦の破線Ａ′は第１段階の終りと第２段階の始まりとの
大体の処理段階時間の分離線で、縦の破線Ｂ′は第２段
階と第３段階との間の大体の処理段階時間分離線である
。

精錬操作の初期、恐らく酸素吹入れの開始１〜２分間後
にこの発明の鉱滓調節剤を添加することによって１．８
〜２程度の石灰−シリカ比が得られる。

ケイ素吹錬中金属中のケイ素の酸化が進行するにつれて
前記比は減少するが、現在の方法におけるように低い０
．５以下の最低値には減少しない。

すなわち石灰−シリカ比は１：１の大きさより上に維持
され、従って更に重要なことには石灰の残存固体粒子は
一層迅速に溶液中に吸収される。

こうしてケイ素の大部分が酸化した後加熱処理の第２段
階（炭素吹錬）が始まり、生成した鉱滓は現行法の場合
よりも高石灰−シリカ比を持つ。

曲線ＡおよびＢ（慣用の処理）の比較は加熱処理の最初
の段階である「ケイ素吹錬」の段階中低融点調節剤が高
度に塩基性の溶融池を生ずること、炭素濃度が高く、従
って酸化程度が低いこと、および溶解浴温か低いことを
示す。

鉱滓調節剤の酸化鉄含量がかなりであることが最初の段
階である「ケイ素吹錬」中の燐除去に対する最適の環境
を確立するものである。

この燐除去に対する最適の環境は低温度、高塩基性度お
よび酸化鉄の充分な利用可能性によって特長付けられる
ことは既知である。

加熱処理の第２段階は「炭素吹錬」と呼ばれる。

炭素が酸化され金属浴から除去されるから生成する酸化
鉄の量は金属の炭素含量が減少すると共に増大する。

図からこの発明の方法は慣用の方法に比べるとどの炭素
および酸化レベルでもより高い塩基性度（石灰一シリカ
比）を与えることは明らかである。

こうして酸化鉄の生成が比較的少い炭素吹錬の開始時に
は石灰含有粒子のケイ酸二カルシウム被封が避けられる
から石灰が非常に迅速に溶液中に吸収されるからこの発
明の方法においては石灰一シリカ比の増大が起る。

事実与えられた炭素含量、従って酸化レベルに関してよ
り高い塩基性度をカーボンブロウ段階中全般に亘りおよ
び溶解の最終段階中へと持続する。

すなわちカーボンブロウ段階である第２段階においては
塩基性度（石灰：シリカ比）は２．５：１〜４：１にも
たらされる。

このように第１段階において石灰：シリカ比を１：１〜
２：１に保ち、第２段階において２．５：１〜４．０：
１に保つことに転炉または炉のライニング寿命を維持す
るために肝要である。

何となれば転炉または炉のライニングの侵食は約０．７
：１の石灰：シリカ比のところで最大となるからである
。

精錬中の所定のところで塩基性度が高ければ高い程精錬
はより効率的であり、同時に転炉または炉のライニング
寿命を延長するのに役立つ。

こうしてこの発明に記載の調節剤は炭素吹錬段階におい
て、および最終段階における硫黄除去に対する最適の環
境を確立した。

この環境は急速な石灰の溶解のためにどの酸化レベルで
もはるかに塩基性が高いことである。

硫黄の除去は最終段階の特長である高酸化レベルに達す
る前の炭素吹錬中進行する。

硫黄除去の最適条件は高塩基性度、低酸化度、高流動性
および高温度であり、これらの条件はこれらの調節剤の
使用によって満される。

次に例を掲げてこの発明を説明する。

例１ 溶融浴（ ｈｅａｔ ）を２３０トンを収容する塩基性
酸素上吹き転炉中で精錬した。

酸素吹入れ開始１分後に溶湯１トン当り鉱滓調節剤（酸
化鉄２５％、酸化マンガン１０％、酸化マグネシウム９
％、酸化カルシウム４２％、酸化ケイ素１４％）７．９
ｋｇ（ １ ７．５ポンド）、生石灰５．９ｋｙ（ １
３ ０ポンド）およびドロマイト石灰２８．８ｋｇ（
６４ポンド）を加えた。

溶融金属の分析はＣ ３． Ｏ Ｏ％．Ｓｉ１％、Ｍｎ
０．８７％、Ｐ０．１１３％、Ｓ０．０２６％を示した
。

結果：最初の採取（ Ｔｕｒｎｄｏｗｎ ）金属分析は
Ｃ０．５２％：Ｐ０．００８％：Ｓ０．０１８％であっ
た。

最初の採取鉱滓分析はＳ ｉ０ ２１２．０３％： Ｃ
ａ０ ３ ９．６％； Ｍｇ０ ８．０ ４％；Ｕ比３
，２９、Ｆｅ ２ ６．４ ： Ｍｎ ４．５％；Ｓ０
．０５％；Ｐ０．５４％；Ａ１２０３１．１％であった
。

例２ 鋼１トン当り鉱滓調節剤の量を４０．５ｋｇ（９０ポン
ド）に増大した以外は同様にして他の溶融浴を造った。

鉱滓調節剤はこの発明によって作動したけれども溶融浴
中で早期に非常に流動性の鉱滓を生じ、該鉱滓は許容で
きない過度のスロツピング（ ｓ］ｏｐｐｉｎｇ ）を
起した。

しかしこの多量の添加は石灰を溶液中に吸収するこれら
の調節剤の能力が上吹き酸素転炉法の必要量をはるかに
上回ることを示す。

鉱滓あるいは調節剤の低融点並びにその高塩基性（石灰
−シリカ）比（これは約３であるが、３の値になる前に
１〜４に亘って変化してもよい）の利点は上述の効果を
達成する環境を創ることである。

更に調節剤の低融点であることは酸素流の周りの反応帯
域の拡張を可能となす。

慣用の方法においては高度にケイ素質の物質（これは実
質的に溶融シリカの池である）が吹錬の初期段階におい
て生じ、ケイ酸二カルシウムの形成を助勢する。

このような事情とは異って、この発明の融剤すなわち調
節剤は固体の石灰粒子と緊密に結合する高塩基性の液体
の池を生ずる。

この効果は酸素流の周りの空間的反応帯域を拡大し、固
体の塩基性粒子の溶解速度を物理的におよび熱的に増大
する。

この発明の鉱滓すなわち調節剤の他のすぐれた利点は塩
基性酸素転炉の耐熱炉壁の腐食速度を小さくすることで
あり、この腐食速度は鉱滓の石灰一シリカ比が約０，７
の時に最大である。

上述したように、この発明の鉱滓すなわち調節剤は生石
灰とドロマイト石灰との適当な釣合いがとれているため
に加熱処理の初期において１より大きい石灰一シリカ比
の維持を可能となす。

燐および硫黄の除去状態がすぐれているのに加えて、こ
の発明の鉱滓調節剤は精錬において蛍石を不必要となす
。

結論としてこの発明の鉱滓調節剤は生石灰粒子が高濃度
のシリカに遭遇（このことは従って石灰の周りにケイ酸
二カルシウムの包封を形成し、それによって石灰の溶解
を遅延させる）することがない高塩基性の液状鉱滓を与
える。

この鉱滓調節剤は確立された状態図の関係に従って生石
灰を迅速に溶液中に吸収する鉄、マグネシウムおよびマ
ンガンの酸化物のような流動化剤を含有する。

更に鉱滓調節剤の石灰溶解能力は非常に大きいので、こ
の物質の過剰量は過度に流動性が犬であって、転炉中に
「スロツピング」を起させる。

この因子はこの発明の鉱滓調節剤は下吹きまたは上吹き
と問わず塩基性酸素転炉法の要求をはるかに超えた大き
な石灰溶解速度能力を持つことを示すものである。

鉱滓調節剤によって達成できる石灰溶解速度は鉄含有溶
融金属中の炭素の酸化速度を凌駕するのに充分なほど迅
速である。

従って燐および硫黄除去に対する最適状態は炭素の酸化
が完了する前に与えられる。

最後に、この発明の他の利点は（ａ） 酸化鉄が速や
かに生成すること、（ｂ） 鉱滓は包封された固体の
ままの生石灰を含まないこと、（ｃ） 全く蛍石を使
用しないこと、および（ｄ） 強塩基性鉱滓を維持す
ることによって、冶金容器の壁の耐熱ライニングの腐食
がより小さいことである。

【図面の簡単な説明】

図は石灰一シリカ比、炭素、ケイ素、硫黄および燐の経
時変化を示す図である。 図中：Ｃ・・・・・・炭素含量、Ｐ・・・・・・燐含量
、Ｓ・・・・・・硫黄含量、Ｍｎ・・・・・・マンガン
含量、Ｓｉ・・・・・・ケイ素含量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量％で５〜５０％の酸化鉄、２〜２０％の酸化マ
   ンガン、０〜１５％の酸化マグネシウム、２０〜５０％
   の酸化カルシウムおよび８〜２５％の酸化ケイ素からな
   る、鉄、マンガン、マグネシウム、カルシウムおよびケ
   イ素の酸化物を含有する鉱滓調節剤を鋼１トン当り１．
   ３５〜２ ２． ５ ｋｇの量で、４９．５〜９０ｋｇ
   の石灰およびドロマイト石灰の両方または一方と共に溶
   金に添加して実質上ケイ素が酸化されるケイ素酸化燃焼
   段階である第１段階において石灰：シリカの比を１＝１
   〜２：１に維持し、実質上炭素および鉄が酸化される炭
   素酸化燃焼段階である第２段階において石灰：シリカ比
   を２．５：１〜４．０：１にもたらすことからなる、溶
   金中に鉱滓形成石灰を迅速に溶解させて石灰のまわりに
   ケイ酸二カルシウムの形成を実質上防止する製鋼法。