JPS59150059A - クロム鉱石の溶融還元による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】 本発明は、転炉内でステンレス鋼を溶製するに際して、
クロム源として安価なりロム鉱石を使用し、炉内でクロ
ム鉱石を溶融還元してステンレス鋼を製造するための方
法に関する。

従来、ステンレス鋼の転炉溶製においては、電気炉など
の溶解炉においてＱｒ合今やＣｒ含有スクラップを溶解
してＱｒ源とし、これを転炉に装入して脱炭吹錬するか
、あるいは、高炉から得られる溶銑とｃｒ金合金転炉内
に装入して脱炭吹錬する方法が採用されていた。この方
法は、工業的なステンレス鋼の製造法として広く用いら
れているが、エネルギーコストの高い電気炉を使用する
点、あるいは、高価・なクロム合金を使用する点で改良
の余地がある。最近に至って、転炉内でのステンレス鋼
の溶製に際して、Ｑｒ源として安価なりロム鉱石を直接
転炉内に装入し、炉内でクロム鉱石を浴融還元して、安
価にステンレス鋼を製造する方法が提案されている。し
かし、この方法では、クロム鉱石が炉上から投入される
ために、転炉排気ガス中に混入したり、また、スラグ面
上への浮遊を防止して浴中にクロム鉱石を侵入させるた
めには、クロム鉱石の粒径を大とする必要があり、塊状
のクロム鉱石を使用する必要があった。そのために、還
元のための反応界面積を十分に大とすることができない
ので、還元にかなりの長時間を要するといった問題があ
った。

これに対し、本発明者らは、クロム鉱石をＱｒ源として
用い、転炉内でクロム鉱石を溶融還元してステンレス鋼
をＲ造する技術について、種々検討の結果、クロム鉱石
を粉末状で底吹き羽口から溶鋼中に直接インジェクショ
ンすると、鋼浴とクロム鉱石間の反応界面積が大きいの
で、還元反応が急速に進行し、溶融還元処理時間の短縮
が可能であり、また、Ｑｒの還元回収率が同上し得、さ
らに、クロム鉱石粉のインジェクションのために炭化水
素系組成物を用いると、クロムの還元回収率が向上し得
るとの知見を得て、これに基づき、前記従来技術の問題
点を解決した高能率で安価なステンレス鋼の溶製方法を
発明するに至ったものであり、その要旨とするところは
、製鋼炉内でステンレス鋼を溶製するに際して、炉底か
ら酸素ガスや粉末等をインジェクション可能な羽口を有
する転炉を用い、あらかじめ脱燐処理した溶銑を前記転
炉内に装入し、その炉底の羽口から酸素ガスを吹き込ん
で精錬するにあたり、炭素源を供給しつつ前記炉底の羽
口から炭化水素系組成物を搬送体として用いてクロム鉱
石の粉末をインジェクションしてクロム鉱石を溶融還元
し、鉱石中のクロム酸化物を金属クロムとして鋼浴中に
移行せしめる点にある。

以下、本発明を実施するに際してのその態様について説
明する。

ステンレス鋼の＠製に用いる転炉は、炉底にガスと粉末
をインジェクション可能η複数個の羽口分有する構造と
し、その配管の概略を第１図に示す。なお、容管および
ホッパーには切替えバルブが設けられている。

転炉吹錬の鉄源としては高炉から得られる安価な溶銑を
用いる。この際に、溶銑中のＰはその後の転炉吹錬で除
去できないので、炉内に装入前に、たとえば通常のＣａ
Ｏ系フラックスを用いて脱Ｐ処理全行い、Ｐ濃度を０．
０４％以下まで低下させた溶銑を用いる。

溶銑装入と同時に酸素ガスを吹き込み脱炭吹錬を開始す
る。これと同時に、他の羽口からクロム鉱石粉末をＣＨ
，などの炭化水素系のカスを搬送ガスとして炉底から吹
き込んで、鋼浴中のＣと反応させて、（１）式に従って
鉱石中のクロム酸化物を還元して浴中にＱｒを移行させ
る。

ｃｒｏ＋３ａ−＋ｚｃｒ十ａｃｏ（ｇ）　　　・＝・（
ｎ８ クロム鉱石の吹込みの点については、クロム鉱石は粉末
状で鋼浴中に直接供給されるため、従来・法の塊状の鉱
石を炉上から投入する方法と比較して、浴上に浮遊する
ことなく、また、スラグ相に捕捉されることなく、溶鋼
と直接に接触するために、（１）式の還元反応はすみや
かに進行する。さらに、粉末状であるために、反応の界
面積が大きいことも、従来法と比較して有利である。

また、Ｃ吹込みの必要性については、前記式の反応は、
浴中のＣを多量に消費するために、溶銑中に含有されて
いたＣΩみでは不足である。このため、他の羽口を用い
て、石炭粉末を非酸化性ガスをキャリヤーガスとしてイ
ンジェクションしてＣ源を供給する。（１）式の反応は
吸熱反応であるために、ｃ　＋−ＨＯ□→ＣＯなる反応
を進行させてこの反応の熱を熱源として利用するために
もＣ源を供給する必要がある。さらに、（１）式は浴中
のＣ濃度が高いほど有利に進行するので、溶融還元中を
通じて浴中のＣ濃度を高値に保持するためにもＣ源の連
続供給が必要である。

以上のようにして、クロム鉱石と石炭の粉末を底吹き羽
口から連続供給して吹錬を継続し、浴中に所定のクロム
鉱石の添加が終えた時点で、クロム鉱石の添加を終了す
る。この際に、クロム鉱石粉の供給に使用した羽口には
、羽口近傍の切替えバルブを用いて、酸素ガス全供給し
、その後の吹錬には酸素ガス供給用の羽口として使用す
る。このようにすることで、　ＯＨ，などの炭化水素系
ガスの使用量を節約することができる。石炭供給用の羽
口についても全く同様で、石炭の供給停止と同時に、切
替えバルブにて、羽口への供給ガスを非酸化性ガスと石
炭から酸素に替えて、酸素供給用の羽口として使用する
。

このようにして、酸素ガスのみの吹錬を継続して浴中の
炭素を酸化除去する、いわゆる脱炭吹錬全継続する。こ
の吹錬区間では、浴中のＣ濃度に応じて、酸素ガス中に
不活・性ガスを混入してガスの酸素分圧を低下させａｒ
の酸化防止をはかる方法は従来法と同一である。所望の
炭素濃度に達した時点で酸素ガスと不活性ガスの混合ガ
スの供給を停止して、脱炭吹錬を終了する。

脱炭吹錬に引き続いて行われる還元吹錬は、従来法とは
ｙ同一であシ、以下の工程となる。酸素ガスと不活性ガ
スとの混合ガスに替えて、羽口から不活性ガスを吹き込
み、また、脱硫用の石灰を底吹きインジェクション、あ
るいは、炉上より添加する。さらに、脱炭吹錬中に十分
に還元されずにクロム酸化物としてスラグ中に移行した
クロム酸化物、あるいは、還元されても脱炭吹錬中に再
び酸化されたクロム酸化物の還元を目的として、ＦｅＳ
ｉ合金を添加し、クロム酸化物の鉄浴中への還元回収を
計る。その後、取鍋に出鋼して、通常の鋳造工程を経る
。

以上の吹錬法において、炉底の羽口からインジェクショ
ンされるクロム鉱石の還元回収率を向上させることが最
大の技術的課題である。なお、還元回収率とは、クロム
鉱石の添加が終了した時点ニオイて、クロム鉱石として
インジェクションされた全ｃｒ分のうち、鋼浴中に金属
クロムとして回収されたＱｒの割合であり、次式で定義
される。

この点、本発明者らは、第１表に示すクロム鉱石および
第２表に示す石炭を用い（他の条件は後述の実施例の条
件と同様である）　、　Ｏｒの還元回収率の向上方法に
ついて、種々の検討を行った。その結果、従来から認め
られているように、還元回収中の浴中のＣａ度と温度が
高いほど還元回収率が向上することが明らかとなったが
、その他に、本発明者らは、クロム鉱石の搬送ガスの種
類がＯｒの還元回収率に重要な影響を及はすことを見い
出した。すなわち、不活性ガスを搬送ガスとして用いて
クロム鉱石粉末をインジェクションした場合と、ＯＨ，
ガスを搬送ガスとして用いてクロム鉱石をインジェクシ
ョンした場合とでクロム鉱石からのＱｒの還元回収率に
差のあることを発見した。これらの実験結果を第３表に
示すが、ＯＨ，ｉ搬送ガスとして用いた方が、Ｑｒの還
元回収率が２〜５％向上する。

第１表　クロム鉱石の組成（％） 第２表　　石炭の組成（％） 第　　３　　表 このように、回収率が向上する理由は以下のように考え
られる。すなわち、鋼浴中に吹き込まれたクロム鉱石は
、ＣＨ，が分解して生成されたＣ粉末とＮ２ガスによっ
てとり囲まれているために、Ｎ２ガスなどの不活性ガス
によって吹き込まれた場合と比較して、よシ強還元性の
雰囲気となるためと考えられる。

したがって、本発明の特徴は、クロム鉱石の還元速度の
増大と還元回収率の増加を目的として、粉状のクロム鉱
石をＯＨ４などの炭化水素系組成物を搬送体として炉底
の羽口から浴中にインジェクションすることにある。

実施例 精錬には、５トン容量の試験転炉を用いた。転炉の炉底
には内径が１７朋の２重管羽口を６本設け、各１本づつ
を石炭粉末と、クロム鉱石粉末のインジェクションが可
能な構造とした。また、石炭とクロム鉱石の添加の必要
のない時には、これらの羽口には酸素ガスが供給可能な
構造とした（第１図参照）。脱燐処理した（３：４．８
．Ｓｉ：０００８゜Ｉｎ　：　０．２８　、　Ｐ　：　
０．０１５　、　Ｓ　：　０．０２０％で１１８０〜１
２３０°Ｃの溶銑約８．６トンを転炉内に装入し、６本
の羽口から酸素とｌｒの混合ガス（ｏ２ｓｏ％。

Ａｒ　２０％）を酸素流量で２０　Ｎｍ８７ｍ１ｎの速
度で吹き込んだ。また、上吹きランスを使用して、浴面
上からｌ　ＯＮｍ８／ｍ１ｎの速度で純酸素ガスを上吹
きした浴温か１４５０”Ｃに達した時点で、Ｎ２を搬送
ガスとして１本の羽口から石炭粉末（Ｃ／７９゜ａ／４
．５　、　Ｎ／１．９　、　Ｏ／６．１　％ＡＳＶ８−
５　％）を２８００ｋｇ／Ｈｒの速度で、また、他の１
本の羽口からＯＨ４を搬送ガスとしてクロム鉱石粉末（
Ｃｒ／ａａ、７　。

Ｆ８／１８．５　、　Ｃ／２０．８　、　ＭｇＯ／９．
８　、’ＡＡ２０８／１８．６％）を１５００　　ｋｇ
７Ｈｒの速度で吹き込んだ。なお、搬送用ガスの使用量
は、クロム鉱石１　ｋｇ当ｐ　ＯＨ，を０．１〜０．２
　Ｎｍ８．石炭１　ｋｇ当５　Ｎ２を０．１〜０．２Ｈ
ｍ８用いた。この吹錬を約１００分継続し、（ｉｒ濃度
が１５〜１６％に達した時期にクロム鉱石のインジェク
ションを停止し、浴温か約１６００°Ｃに達した時点で
石炭の粉末のインジェクションを停止した。この時点で
のＣ濃度は２．５〜３．５％である。

この後、クロム鉱石、石炭の粉末インジェクション用羽
口を、切替えバルブを用いて酸素用の羽口とし、６本の
羽口のすべてから酸素を２０　Ｎｍ’／ｍｉｎの速度で
供給して、脱炭吹錬を継続し、Ｃ濃度が１．５％近傍で
上吹きの酸素の供給を停止する。その後、底吹きの不活
性ガスと酸素との混合ガスのみで脱炭吹錬を継続し、従
来法と同様に、Ｃ濃度に応じて、不活性ガスと酸素の流
量比を変化させ、Ｃ濃度が０．０５％まで脱炭した。

なお、本発明によれば、ＯＨ，などの炭化水素系のガス
は、Ｎ２ガスと比較して高価であるが、未燃焼で転炉ガ
スを回収する最近の転炉を用いればＯＨはＣＯガスとＨ
，ガスとして回収可能であるので、回収ガスのカロリー
増加を考慮すればＯＨ，の使用によるコスト上昇は著し
く低減される。

【図面の簡単な説明】

図は、ガスと粉体の供給用配管の概略図である。 特許出願人　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　製鋼炉内でステンレス鋼を溶製するに際して、炉底
   から酸素ガスや粉末等をインジェクション可能な羽口を
   有する転炉を用い、あらかじめ脱燐処理した溶銑を前記
   転炉内に装入し、その炉底の羽口から酸素ガスを吹き込
   んで精錬するにあたシ、炭素源を供給しつつ前記炉底の
   羽口から炭化水素系組成物を搬送体として用いてクロム
   鉱石の粉末をインジェクションしてクロム鉱石を溶融還
   元し、鉱石中のクロム酸化物を金属クロムとして鋼浴中
   に移行せしめることを特徴とするステンレス鋼の溶製方
   法。