JPS6123244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は通常入手できる固体フエロクロムを溶
解して、ステンレス製鋼用クロム源として望まし
い中炭素フエロクロム溶湯を経済的に得るための
方法に関する。 ステンレス鋼の主クロム源としては、通常Ｃ
６％を含有する高炭素フエロクロムが用いられて
いる。高炭素フエロクロムはクロム鉱石あるいは
その半還元物を、電気炉でコークスを還元剤とし
て溶融、還元することによつて製造される。炭素
を飽和値まで含有するとすれば約８％となるが、
操業法を工夫すれば約６％にすることができる。
ただし、Ｃ＜６％にしようとすれば、還元されな
いでスラグ中に残留するクロム量が多くなるため
実用的でない。なお、フエロクロム中のCr/Fe比
は用いるクロム鉱石の品位によつてきまる。以下
では〓フエロクロム〓という語を、Cr40％の
成分調整用Fe―Cr合金の意味で用いる。また、
SiはCr、Fe還元と並行してスラグ中のSiO₂が還
元されてフエロクロムに入る。その量は還元条件
によつて異なるが、フエロクロム中には通常１〜
６％含有されている。 ステンレス製鋼工程では、この高炭素フエロク
ロムをそのまま、あるいは適当な処理をしてか
ら、他の諸原料（鉄源、スクラツプなどのクロム
源、Ni源など）とともに溶解、混合し、脱炭を
行つてステンレス溶鋼とする。転炉あるいは電炉
のような製鋼炉に入る段階のフエロクロムの状態
という点から見ると、従来の諸方法は次のように
分類される。 (1) 固体高炭素フエロクロムとして (2) 溶融高炭素フエロクロムとして (a) フエロアロイ製造炉から出た高炭素フエロ
クロムを溶融状態のまま、 (b) 固体フエロクロムを溶融して、 (3) 固体の中〜低炭素フエロクロムとして溶融し
た高炭素フエロクロムを脱炭処理後、いつたん
凝固させた状態で、 (4) 溶融中〜低炭素フエロクロムとして (a) 溶融状態の高炭素フエロクロムを脱炭処理
して溶融状態のままで、 (b) 固体の中〜低炭素フエロクロムを溶融し
て。 製鋼炉の負担を低下するという点からは、フエ
ロクロムは固体よりは溶融状態の方が、またＣは
低い方が望ましい。しかし、一般にフエロクロム
製造工場と製鋼工場は離れており、フエロクロム
をずつと溶融状態に保つことはむつかしい（(2)―
(a)、(4)―(a)）。したがつて、いずれの場合にもフ
エロクロムの再溶融を行うことが必要である。従
来知られている溶解方法（電弧炉、誘導炉など）
では、(2)―(b)、(4)―(b)のようにフエロクロムだけ
を溶融することは、固体フエロクロムを鉄源とと
もに製鋼炉で溶解する方式に比べて大きな改善は
期待できない。また、フエロクロムの状態で脱炭
して中〜低炭素フエロクロムを経由することは、
従来法ではCr％が高いだけステンレス溶鋼
（Cr：12〜25％）の状態で行うよりもむつかし
く、真空を用いたり、シリサイドを経由するため
にコストが高くなる。大気下で溶融フエロクロム
を酸素や酸化物で処理する方法もあるが、クロム
の酸化損失を小さくしようとすれば酸素供給速度
を低い値に制限せざるを得ず、熱損失などの点か
ら必ずしも効率的な方法とは言えない。したがつ
て、中〜低炭素フエロクロムは現在成分調整用な
どとして少量用いられているにすぎない。 以上のような理由で、従来、製鋼炉の負担が最
も大きくなる固体高炭素フエロクロムを用いる方
法（(1)）が一般的に用いられてきた。今後さらに
ステンレス鋼溶製コストを低下しようとすれば、
製鋼での負担を小さくできるようなクロム源を安
価に製造できる方法を見出すことが望ましい。具
体的には、固体高炭素フエロクロムを原料とし
て、溶融と脱炭を合理的に組み合せて、安価に、
熱効率高く、かつクロム歩留の高く、溶融フエロ
クロムを製造する方法である。 本発明は以上のような観点から実験的検討を行
つた結果得られたもので、溶湯に固体フエロクロ
ムを添加するとともに、溶湯の酸化を行つて、溶
湯の平均成分、温度が 〔Cr％〕＋1410（℃）Ｔ1620（％） (1) 0.8（％）〔Ｃ％〕4.2（％） (2) を同時に満足するように推移せしめることを特徴
とする中炭素フエロクロム溶湯の経済的な溶製法
である。 以下具体的な実施例にそつて、本発明を詳細に
説明する。 用いる設備の１例を第１図に示す。反応容器は
耐火物内張した転炉状のもので、炉底に酸素を含
むガスを吹込むための羽口２と、バーナー３が設
けられている。４は発生ガスを補集するフード、
５は発生する高温ガスと固体装入物６の熱交換を
行う設備である。 操業法は次の通りである。まず、反応容器内に
別の溶解炉で得られた溶湯、例えば製鋼工場では
利用しやすい低炭素溶鋼を、炉容量の30％以下装
入する。この溶湯に酸素を含むガス（例えばN₂
―O₂混合ガス）を底吹きして溶鋼の撹拌と脱炭
を行いつつ、予熱された高炭素フエロクロム塊を
溶解の進行に応じて半連続的に投入する。フエロ
クロム鬼と同時に反応容器内に石灰も投入する。
石灰は高炭素フエロクロム中に含まれるSiが酸化
されて生成するSiO₂と結合して流動性および耐
火物損傷抑制の点から好ましいスラグを作るため
に添加するもので、その添加量は次式によつてき
められる量を最適とする。 〔添加物中のCaO量（Kg/t溶解原料）〕 ＝（13〜29）×〔Si％〕 (3) ここで〔Si％〕は溶解原料（造滓材を除く）中
の平均Si含有量である。石灰源としては生石灰
（CaO）でも石灰石（CaCO₃）でもよいが、後者
の方が総合的な熱効率を上げ、かつ予熱中のフエ
ロクロム塊の融着を防止する点からは好ましい。 炉の上部、例えば出鋼孔７を通して炉内にバー
ナー３を挿入して、溶解原料の加熱を行う。バー
ナーに供給する燃料としては、重油、灯油などの
液体燃料、コークス炉ガス、天然ガスなどの気体
燃料、微粉炭、微粉コークスなどの固体燃料のい
ずれでもよい。 高炭素フエロクロムの添加速度、底吹きガス中
のO₂量およびバーナーの酸素比（μ）の三者の
相互関係を調節して、溶解途中は 〔Cr％〕＋1410（℃）Ｔ（℃）1620（℃） (1) 0.8％〔Ｃ％〕4.2％ (2) の条件を満足するような温度、成分条件にする必
要がある。ここで〔Cr％〕は溶湯のCr％、Ｔは
溶湯の温度、〔Ｃ％〕は溶湯のＣ％である。 まず、耐火物原単位は第２図に示すように溶鋼
温度に依存し、特に1620℃を越えると急増する。
したがつて、耐火物の点から本発明でま溶鋼温度
を1620℃以下に保つことを必要条件とする。 第３図は、この温度条件の溶湯に塊状の高炭素
フエロクロムを投入した時の溶解速度と、溶湯Ｃ
％の関係を示す。Ｃ＜0.8％あるいはＣ＞4.2％で
は溶解速度が著しく小さくなつている。溶湯に高
炭素フエロクロム塊を投入した時の溶解過程は次
のように考えられる。まず、溶湯温度よりも低温
のフエロクロム塊が入ると、溶湯の一部はフエロ
クロム塊をつつむように凝固する。この凝固層の
厚さは、溶湯のスーパーヒート（溶湯温度と溶融
点温度の差）に依存する。溶融はこの凝固層が熱
伝導によつて溶けて、つづいて第４図に示すよう
にフロクロム中のＣが溶湯の中に拡散移動して溶
融点を低下することによつて溶解してゆく。実際
に観察される溶解速度はこれらの現象の総合的な
ものであるが、Ｃ＜0.8％、Ｃ＞4.2％では溶融点
が高いこと、さらにＣ＞4.2％では溶湯のＣが高
いので、フエロクロム塊からのＣの拡散移動速度
が小さくなるために第３図のような関係が得られ
たものである。したがつて、溶解速度を大にし
て、効率的に溶解を行うために、 0.8％〔Ｃ％〕4.2％ (2) の関係が満足されていなければならない。 次に、〔Ｃ％〕4.2％とするために溶湯に底吹
吹酸を行つた時のスラグ中のCr％、溶鋼Cr％と
溶鋼温度の関係は第５図のようになる。この図は
Cr＞18％ではスラグ性状が悪化して順調な操業
が行えないのでCr18％が必要であることを示
している。スラグ中のCr％を18％以下にするこ
とによつて、スラグの流動性を良好にし、高炭素
フエロクロム塊の溶湯中への装入に支障をきたさ
ないようにするには、温度と〔Cr％〕の間には
次の関係が成立していなければならない。 Ｔ〔Cr％〕＋1410（℃） (1)′ 以上のように、溶湯温度を低くして耐火物原単
位を小さくしながら、高炭素フエロクロムを効率
的に溶解し、かつスラグへのCrロスを小さくす
るには、溶解途中は(1)、(2)の条件を同時に満足し
なければならない。 この条件を維持するためには、例えば次のよう
な検出方法を採用する。まず、溶湯温度は連続的
あるいは適当な時間間隔で測定する。〔Cr％〕は
フエロクロム塊添加前の〔Cr％〕とフエロクロ
ムの添加量から計算する。〔Cr％〕はフエロクロ
ム添加前のＣ％と、フエロクロムの添加量および
排ガスのCO、CO₂量から計算した脱炭量を考慮
すれば求められる。 温度が(1)の条件よりも低くなつた場合にはバー
ナー燃焼速度を大にするか、あるいはフエロクロ
ム装入速度を小さくする。温度が(1)の条件よりも
高くなると、フエロクム装入速度を大にするか、
あるいはバーナーの発熱量を小さくする。〔Ｃ
％〕が(2)の条件よりも高目になると、吹込の酸素
量を大にするか、バーナーの酸素比μを大にする
か、あるいはフエロクロムの装入速度を小さくす
る。〔Ｃ％〕が(2)の条件よりも低目になると、上
と逆の操作をすればよい。 以上のような方法で、中炭素フエロクロム溶湯
が得られるが、これを全量出湯して利用してもよ
いが、30％以下を残しておき次ヒートの種湯とす
ることも可能である。 なお、さきの説明では加熱はバーナーを用いる
方法を述べたが、特に固体燃料を用いる場合には
バーナーのかわりに、炉底にN₂ガスをキヤリヤ
ーとして粉体を溶湯中に吹き込む方法がある。こ
の場合は、例えば粉コークスを用いた場合には、
一旦Ｃが溶湯に溶解し、これが底吹酸素によつて
酸化されて発熱する。この場合にも(1)、(2)の条件
は必要であり、(1)、(2)の条件を満足させるための
制御方法も前述のことに準ずる。 なお、高炭素フエロクロムが溶解後、底吹ガス
（O₂―N₂）のN₂比率を高めると、Crの酸化を抑制
しつつ脱炭できる。しかし、Ｃ＜0.5％にすると
第４図より溶湯の溶融点が著しく高くなるので、
溶湯ハンドリングを困難にする。したがつて、Ｃ
＞0.5％でステンレス溶製工程に送ることが望ま
しい。 なお、溶解原料としては高炭素フエロクロムの
ほかにNi、Ni合金、スクラツプも用いることが
できる。それらの量が全溶解原料（造滓剤を除
く）の30％以内の場合には上述のことがそのまま
適用される。 このようにして得られた中炭素溶融フエロクロ
ムは種々の方式のステンレス製鋼法に利用するこ
とができる。例えば、別の炉で溶製したCrを含
まない低炭素鋼溶湯と、中〜低炭素フエロクロム
溶湯を混合し、Ｃ＜1.5％のステンレス粗溶鋼を
作り、これを従来の仕上げ脱炭法のいずれか
（AOD法、VOD法、RH法など）で処理すること
ができる。この方式ではクロム源があらかじめ一
次脱炭されているので、混合後直接仕上げ脱炭す
ることができ、ステンレス鋼溶製工程を簡素化し
コストダウンが可能である。 なお、溶解・脱炭時に生成したスラグは溶解炉
からフエロクロムと同時に、あるいは別のタツプ
ホールから出す。なお、必要に応じてスラグ中に
含まれるクロムを還元・回収するが、そのために
は次のような方法がある。 (イ) スラグをSiやAlなどの強還元剤で還元する。 (ロ) フエロクロム溶湯をを取鍋に出し、これを真
空処理して、溶湯のＣによりスラグ中の酸化ク
ロムを還元後、スラグとフエロクロムを分離す
る。 (ハ) スラグが共存した状態でフエロクロム溶湯に
溶湯を加えてステンレス粗溶鋼とした後、ガス
撹拌する。 (ニ) スラグをフエロクロム溶湯から分離後、クロ
ムを含まない溶湯を加えて撹拌する。 実施例 第１図のような溶解炉において、前ヒートの20
％の溶湯（4.8t）（Cr：52.3％、Ni：8.0％、Ｃ：
2.8％、Si：0.5％、残りFe）を残して、その上に
高炭素フエロクロム（Cr：57.0％、Ｃ：8.1％、
Si：2.0％、残りFe、粒度は７〜150mmの範囲内の
全重量の93％が入つている）と金属ニツケル
（Ni：99％以上、粒径は７〜50mmの範囲に全重量
の98％が入つている）および石灰石（CaCO₃：
98％、粒度は10〜50mmの範囲に全重量の98％が入
つている）を混合して連続的に装入する。平均装
入速度はそれぞれ次の通りである。

【表】 バーナーは灯油を燃料とし、（200、257.2）Kg/
ｈｒ供給する。酸素源は純酸素を用い、酸素比μ＝
１とした。底吹ガスはO₂―N₂系で、溶解途中は
O₂90％、N₂10％でO₂供給速度は500〜1000Nm³/h
ｒの範囲に変化させた。溶解途中の温度は1520〜
1550℃、Ｃ％：2.0〜3.2％の範囲を推移させた。
0.9時間操業後得られた溶湯スラグの成分、量は
次の通りである。

【表】 なお、出湯後の溶鋼温度は1500℃、溶解時のク
ロム歩留は98.2％である。この溶湯を転炉で溶製
した低炭素溶鋼（Cr＜0.3％、Ｃ＝0.05％）と混
合して、Cr＝18.1％、Ni＝6.7％、Ｃ＝1.5％のス
テンレス粗溶鋼を得、これをAOD炉に移して仕
上げ脱炭し、SUS304を溶製した。 以上のように本発明を実施することにより、固
体高炭素フエロクロムから溶融中炭素フエロクロ
ムを安価に製造することができ、最終的にはステ
ンレス鋼を安価に溶製することを可能にすること
から工業的な意義が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施のために用いる設備の１
例を示す説明図、第２図は溶湯温度と耐火物原単
位指数の関係を示すグラフ、第３図は溶湯Ｃ％と
高炭素フエロクロム鬼の溶解速度の関係を示すグ
ラフ、第４図はFe―Cr―Ｃ合金の溶融点におよ
ぼす〔Ｃ％〕と〔Cr％〕の関係を示すグラフ、
第５図はＣ：3.0〜4.2％の範囲における溶湯Cr
％、Ｔとスラグ中の（Cr％）の関係を示すグラ
フである。 １：反応容器、２：酸素を吹込む羽口、３：バ
ーナー、４：フード、５：熱交換設備、６：装入
物、７：出鋼孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Fe―Cr系溶湯に固体フエロクロムを添加す
   るとともに、溶湯の酸化を行つて、溶湯の平均成
   分―温度が(1)、(2)式を同時に満足するように推移
   せしめることを特徴とする中炭素フエロクロム溶
   湯の製造方法。 〔Cr％〕＋1410（℃）Ｔ1620（℃） (1) 0.8％〔Ｃ％〕4.2％ (2)