JPS59150060A - クロム鉱石の溶融還元によるステンレス鋼の溶製方法と装置 - 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だめの方
法と装置に関する。

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金合金Ｑｒ含有スクラップを溶
解してｃｒ源とし、これを転炉に装　゛大して脱炭吹錬
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、高価なり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源として安価々クロム鉱石を
直接転炉内に装入し、炉内でクロム鉱石を溶融還元して
、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シ、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犬とする必要があり、
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
ことができカいので、還元にかカリ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
を製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彦ステンレス鋼の溶製方法と装置
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、方法に係る発明にあっては、炉底から酸素ガスや粉
末等をインジェクション可能々羽口を有する炉を用い、
まず゛あら゛かじめ脱燐処理した溶銑を前記炉内に装入
し、その炉底の羽口から酸素ガスを吹き込みつつクロム
源を装入して脱炭精錬をし、ついで還元精錬をするステ
ンレス鋼の溶製方法において、前記クロム源の装入にあ
たシ、前記炉底の羽口の一部を用いて、平均粒径が、０
．４ｍｍ以下のクロム鉱石の粉体および石炭粉を鋼浴中
にインジェクションし、クロム鉱石を還元して鉱石中の
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
点にあり、また転炉に係る発明にあっては、切替えバル
ブを設けることによって、クロム鉱石粉末と石炭粉末を
それぞれ独立に吹き込み可能であるとともに、酸素ガス
も吹き込み可能である羽口をそれぞれ備え、吹錬中の必
要な時期にクロム鉱石粉末と石炭粉末を独立にそれぞれ
の羽口から吹込み開始可能とし、粉末吹込み時以外の吹
錬期間は酸素ガスを吹き込むことを可能とした点にある
。

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。

ステンレス鋼の溶製に用いる転炉は、炉底にガスと粉末
をインジェクション可能な複数個の羽口を有する構造と
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ＣａＯ
系フラックスを用いて脱Ｐ処理を行い、Ｐ濃度を０．０
４％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吻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Ｎ２
やＡｒ７どの非酸化性ガスをキャリヤーガスとして炉底
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Ｃｊｒを
移行させる。

０ｒ２０３　＋　８０−＋　２　ｃｒ　＋８ｃｏ　（？
）　　−−・−（１）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彦く、また、スラグ相に捕捉さ
れるととカく、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
して宵利である。

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Ｃのみでは不足である。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、ａ　＋、Ｏ２→ＣＯ々る反応を
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濃度が高いほど宵利に進行するので、溶融還元中を
通じて浴中のＣ＠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
鉱石の添加が終了した時点で、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目に
は、羽口近傍の切替えバルブを用いて、酸素ガスを供給
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、非酸化性ガスの使用鼠を節約す
ることができる。石炭供給用の羽口につぃても全く同様
で、石炭の供給停止と同時に、切替えパルプにて、羽目
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、いわゆる脱炭吹錬を継続する。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
ソ同一であり、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、羽口が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工
合金合金加し、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。彦お、還元回収率とは、クロム
鉱石の添加が終了した時点において、クロム鉱石として
インジェクションされた全０］−分のうち、鋼浴中に金
属クロムとして回収されたＯｒの割合であり、次式で定
義される。

還元回収率＝ 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）、Ｑｒの還元回収率の向上方法につい
て、種々の検討を行った。

第１表　　　クロム鉱石の組成　（％）第２表　　　　
石炭の組成　（％） 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Ｃ濃度と温度が高いほど還元回収率が向上する
ことが明らかと力っだが、その他に、本発明者らは、ク
ロム鉱石の粒度が回収率に重大な影響を及はすことを新
らたに発見した。その実験結果を第２図に示す。図よシ
、９０％以上の還元回収率を達成するためには、クロム
鉱石の平均粒径（重量規準）は０．４ｍｍ以下とするこ
とが必要である。さらに９２チ以上とするには、０．２
ｍｍ以下の粒径とすることが望ましい。

したがって、本発明の最大の特徴は、クロム鉱石の還元
速度の増大を目的として、粉状の鉱石を底吹き羽口から
浴中にインジェクションすることにあり、その際に、鉱
石の粒径は、平均粒径（重量規準）が０．４’ｍｍ以下
、望ましくは０．２ｍｍ以下とすることにある。

さらに、またＯｒの還元回収率について研究を行ったと
ころ、その還元回収率は、浴内のＣｒ濃度に依存し、Ｃ
ｒ濃度が低値の領域ではｃｒの還元回収率が高いことが
判明した。す彦わち、クロム鉱石インジェクション中の
浴中のＣｒ濃度とその時点でのｃｒの還元回収率（±０
．１２５％範囲のａｒの濃度増加期間内にインジェクシ
ョンされたクロム鉱石に対して、還元さ肛て０．２５％
溶鋼Ｏｒ＠度上昇に寄与したクロム鉱石の割合い）を第
８図に示すが、図より、Ｃｒ濃度が１０％までは９５チ
以上の還元回収率であるが、その後、Ｃｒ濃度の増加に
伴い、回収率が急速に低下することが判明した。

したがって、本発明の二義的特徴としては、クロム鉱石
の還元反応は、前記（１）式に示すように、浴中のＣｒ
濃度に依存し、定性的にはＣｒ濃度が低いほど還元反応
が容易に進行するが、浴中のＣｒ濃度が高く々ると還元
が容易で々く々す、通常の吹錬条件下でクロム鉱石を容
易に還元できる浴中　　　′のＣｒ濃度の限界値は１０
％−以下であること、したがって、クロム鉱石の添加は
、前記上限値に達するまでの区間とし、その後のＣｒ濃
度の増加に対しては、Ｆｅ　Ｏｒ金合金どの金属状のＱ
ｒを添加する点にある。本発明により所定のクロムを含
有するステンレス鋼を製造するに際しては、脱燐処理さ
れたＣｒ濃度がゼロの溶銑をスタートとして、Ｃｒ濃度
が１０％まで上昇する期間においては、クロム鉱石ヲイ
ンジエクションして溶融還元法によってＣｒ源を添加す
る。その後はクロム鉱石の添加を停止し、溶融還元法に
よる還元回収率が低下するＣｒ濃度が１０％以上の領域
においては、従来法のクロム合金を用いるステンレス鋼
吹錬により、従来のステンレス鋼製造に用いられている
クロムが金属状で含有している高炭素フエロクロム合金
をＣｒ源として炉上よシ添加する。この吹錬法により、
クロム鉱石の溶融還元回収率として９７％の高値が得ら
れ、また、溶融還元のだめの所要時間か／８に短縮され
る々どの長所がある。

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　ｍｍの２１箸羽口を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
必要の彦い時には、これらの羽目には酸素ガスが供給可
能々構造とした（第１図参照）。脱燐処理したＱ　：　
４．８、Ｓｌ：０．０８、Ｍｎ　：　０．２８、ｐ　：
　０．０１−５、Ｓ　：　０．０２０楚で１１８０〜１
２８０℃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Ａｒの混合ガス（８０％０□、２０％Ａ
ｒ）Ｋ酸素流鼠で２ＯＮｍ８７ｍｉｎ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１０　
Ｎｎ８／ｍｉｎの速度で純酸素ガスを上吹きした。浴温
か１４５０　℃に達した時点で、１本の羽口から石炭粉
末（０／７９、Ｈ／４．５、Ｎ／１．９、Ｏ／６．１％
、Ａ３ｈ／８．５％）を２８００　ｋ７／　Ｈｒの速度
で、また、他の１本の羽口からクロム鉱石粉末（Ｑｒ／
３８．７、Ｆｅ／１８．５、Ｑ／２０．８．０ａＯ１０
，８、ＭｇＯ／９．８、Ａｔ２０８／１８．６、Ｓ　１
０２　／　０　、４８％で平均粒径が０．２ｒｒＬｒｒ
Ｌ）を１５００　ｋｇ／　Ｈｒの速度で吹き込んだ。こ
の吹錬を約１００分継続し、Ｃｒ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ヲ停止し、
浴温か約１６００℃に達した時点で石炭の粉末ノインシ
エクションを停止した。この時点でのＣ濃度は２．５〜
８．５％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
性ガスと酸素の流風比を変化させ、Ｃ濃度が０．０５％
まで脱炭した。

力お、本発明の説明において、炭素源として石炭を例と
したが、炭素を含有するものでおれば石炭に限定される
ものではカく、コークスや重油彦とでも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスと粉体−の供給用配管の概略図、第２図
は、クロム鉱石の平均粒径とＱｒの還元回収率との関係
を示す図、 および第８図は、Ｃｒ濃度とＯｒの還元回収率との関係
を示す図である。 平均班独（ｍｍ　） 第８図 ｔｒ壇度（９／、）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　炉底から酸素ガスや粉末等をインジェクション可能
   彦羽口を有する炉を用い、１ずあらかじめ脱燐処理した
   溶銑を前記炉内に装入し、その炉底の羽口から酸素ガス
   を吹き込みつつクロム源を装入して脱炭精錬をし、つい
   で還元精錬をするステンレス鋼の溶製方法において、前
   記クロム源の装入にあた９、前記炉底の羽口の一部を用
   いて、平均粒径が０．４ｍｍ以下のクロム鉱石の粉体お
   よび石炭粉を鋼浴中にインジェクションシ、クロム鉱石
   を還元して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。 ａ　鋼浴中のクロム濃度が１０％まで上昇するのに相当
   する量のクロム鉱石をインジェクションし、その後、製
   品として必要なりロム濃度までのクロム濃度の上昇には
   クロム合金を使用することを特徴とする特許請求の範囲
   １に記載する方法。 ＆　切替えバルブを設けることによって、クロム鉱石粉
   末と石炭粉末をそれぞれ独立に吹き込み可能であるとと
   もに、酸素ガスも吹き込み可能である羽目をそれぞれ備
   え、吹錬中の必要が時期にクロム鉱石粉末と石炭粉末を
   独立にそれぞれの羽口から吹込み開始可能とし、粉末吹
   込み時以外の吹錬期間は酸素ガスを吹き込むことを可能
   としたことを特徴とする転炉。