JPH0673424A

JPH0673424A - 脱炭滓を用いた効率的なステンレス鋼の精錬方法

Info

Publication number: JPH0673424A
Application number: JP25044292A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kitamura; 信也北村; Masataka Yano; 正孝矢野; Yoji Idemoto; 庸司出本; Ryoji Tsujino; 良二辻野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】突沸を引き起こすことなく、かつ耐火物溶損
を増加させることなしに、フェロシリコンのごとき高価
な還元剤を全く使用しない効率的なステンレス鋼の精錬
方法を提供する。【構成】クロムを含有した溶鉄を転炉型反応容器にて
脱炭精錬するに際して、前チャージで生成した酸化クロ
ムを含有する脱炭滓を炉内に残存させたまま、１４００
℃以下なる次チャージの溶銑を装入し吹酸昇温精錬する
ことで前記脱炭滓中のクロム分を還元した後、クロム分
回収済スラグを排滓し、引き続いて同一炉でフェロクロ
ム合金を溶解しつつ脱炭精錬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉型反応容器による
精錬において前チャージで生成した脱炭滓中の酸化クロ
ム分を、次チャージの溶銑で還元した後、クロム分回収
済スラグを排滓し、引き続いて同一炉で脱炭精錬するこ
とを特徴とする効率的なステンレス鋼の精錬方法であ
る。

【０００２】

【従来の技術】クロムを含んだ溶鋼を精錬するための原
料としては、炉外精錬で脱燐脱硫した高炉溶銑、クロム
鉱石の溶融還元により生成した含クロム溶銑、ステンレ
ス鋼スクラップを利用して電気炉で溶製した含クロム溶
鉄等がある。これらの原料は、上吹き転炉、底吹き転
炉、上底吹き転炉、ＡＯＤで吹酸脱炭精錬され、場合に
よっては、さらに、ＶＯＤやＲＨ・ＯＢといった真空精
錬炉で吹酸脱炭されることによって、材質特性を満たす
炭素濃度へと低下されている。

【０００３】しかし、これらの精錬炉においては、吹酸
終了時に、吹酸脱炭中に生成した酸化クロムをＦｅ−Ｓ
ｉ等の還元剤を用いて還元回収することが広く行われて
いる。この還元剤は価格が高いため、吹酸中のクロム酸
化をできる限り低下させる試みがなされている。例え
ば、特開昭６１−３８１５号公報や特開昭６１−１９７
１６号公報では、吹錬中の送酸速度と撹拌力とを適正に
制御することで、クロムの酸化を抑制した精錬方法が開
示されている。しかし、これらの方法を用いても、還元
剤使用量をゼロにすることはできていない。

【０００４】一方、クロムを含まない普通鋼では、脱炭
で生成したスラグを転炉型反応容器で行う溶銑脱燐処理
の脱燐剤として用いる方法が、特開昭６３−１９５２０
９号公報で開示されている。しかし、普通鋼の脱炭精錬
で生成するＦｅＯは低温であっても溶銑中の炭素で容易
に還元されるために脱燐剤として有効であるのに対し
て、高クロム鋼の脱炭精錬で生成する酸化物は、難還元
性のＣｒ₂ Ｏ₃ であるためＣｒ₂ Ｏ₃ は低温状態では炭
素飽和に近い濃度の溶銑であっても還元できず、脱燐剤
としては利用できないという問題があった。また、Ｆｅ
Ｏの高いスラグは反応性が良いため、溶銑装入時に爆発
的なＣＯガスの発生反応が生じ、装入溶銑が飛散する、
いわゆる突沸が起こるため、安全上の問題もあった。

【０００５】ところで、脱燐は炉外精錬で実施し、単に
クロム酸化物の還元のみを目的とした場合には、クロム
酸化物の転炉型反応容器での溶融還元技術に相当し、そ
れは特開昭６０−９８１５号公報や特開平１−２１５９
１３号公報で開示されている。この方法によれば、特定
のスラグ組成に制御した条件下にクロム鉱石と炭材とを
連続的に添加するものである。しかし、スクグ中に含有
されるクロム酸化物濃度は脱炭滓に比較すると極めて低
く、スラグの流動性が高いことと、還元用に多量の炭材
を使用するため、溶銑は炭素が飽和濃度に近く、溶銑に
よる還元も速い速度で進行するという特徴があり、本技
術では、クロム酸化物濃度が高く流動性が無いスラグ状
態での、炭素不飽和で、かつスラグ中の炭材が存在しな
い条件での還元はできないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開昭６１
−３８１５号公報や特開昭６１−１９７１６号公報に開
示された技術では高価な還元剤使用量をゼロにすること
はできないという問題や、特開昭６３−１９５２０９号
公報で開示されている技術では、突沸という安全上の問
題がある上に、高クロム鋼の脱炭精錬で生成する酸化物
は、難還元性のＣｒ₂ Ｏ₃ であるため溶銑で容易には還
元されず、脱燐剤としては利用できないという問題、及
び、特開昭６０−９８１５号公報や特開平１−２１５９
１３号公報で開示されている方法では、クロム酸化物濃
度が高く流動性が無いスラグ状態での、炭素不飽和で、
かつスラグ中に炭材が存在しない条件での還元はできな
いという問題を解決し、脱炭滓を用いた効率的なステン
レス鋼の精錬方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するものであって、クロムを含有した溶鉄を転炉型反
応容器にて脱炭精錬するに際して、前チャージで生成し
た酸化クロムを含有する脱炭滓を炉内に残存させたま
ま、１４００℃以下なる次チャージの溶銑を装入し吹酸
昇温精錬することで前記脱炭滓中のクロム分を還元した
後、クロム分回収済スラグを排滓し、引き続いて同一炉
でフェロクロム合金を溶解しつつ脱炭精錬することを特
徴とする脱炭滓を用いた効率的なステンレス鋼の精錬方
法である。

【０００８】ここで、望ましくは、前チャージで生成し
た酸化物クロムを含有する脱炭滓の酸化クロムが６〜５
０％、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ （塩基度）が１．５〜３．５、
ＭｇＯが１５％以下であること、また吹酸昇温精錬は炭
素濃度を１％以上とした状態で温度を１４００〜１６５
０℃に制御しつつ行うことにより、一層効率的に脱炭滓
中のクロム分を還元回収できる。

【０００９】

【作用】本発明の工程を図１に示す。工程１は脱燐脱硫
溶銑の転炉への装入工程を、工程２は昇温還元工程を、
工程３は中間排滓工程を、工程４は脱炭及びフェロクロ
ム合金の溶解工程を、工程５は出鋼工程を示す。図１に
おいて１は前チャージで生成した脱炭滓、２は溶鉄（溶
銑ないし溶鋼）、３は転炉、４はクロム分回収済スラ
グ、５は脱炭滓である。このように、前チャージの脱炭
により生成した脱炭滓を残したまま、次チャージの溶銑
を装入し、次に、酸素を上吹きして昇温するとともにス
ラグ中の酸化クロムを還元する。その後、このクロム分
回収済スラグを転炉を傾動して排滓した後、炉を直立さ
せ、酸素を上吹きして脱炭するとともにフェロクロム合
金を添加溶解してステンレス鋼粗溶鋼、もしくは、製品
を製造する工程である。なお、本発明でいう転炉型反応
容器とは、上吹き転炉、上底吹き転炉などに代表される
酸化性ガスによる吹錬を精錬手段とする反応容器を指し
ている。

【００１０】本発明は、高クロム鋼の脱炭精錬で生成し
たスラグからのクロム酸化物の還元は、１４００℃未満
の低温状態では進行しないために、１３５０℃程度の脱
燐溶銑を受銑したのみでは、反応しないことの発見に基
づく。このため、普通鋼脱炭精錬で生成したスラグに溶
銑を受銑した場合に発生する、急激なる酸化鉄の還元に
よるＣＯガスの発生を原因とした突沸という大きな問題
が、本発明の場合には全く生じない。このため前チャー
ジの生成スラグが残存した炉内に溶銑を反応抑制した状
態で装入できる。

【００１１】図２は高クロム鋼の脱炭時に生成したスラ
グの溶銑による還元反応の温度依存性を調査した結果で
ある。ここでクロム酸化物低下速度は還元処理前後の
（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）濃度の差を処理時間で割った値である
（図３ないし図５においても同じ）。１４００℃以上の
場合に還元速度が急激に増大していることがわかる。こ
のように、１４００℃未満の温度条件では、スラグ全体
としては流動性はほとんどない状態であるため反応が進
行せず、突沸の危険性は全く回避されることがわかる。

【００１２】一方、１４００℃以上になると急激に反応
が開始することは、このスラグを転炉炉内で溶銑と共存
させ昇温すれば、温度が上昇した後に、スラグ中の酸化
クロムが還元されることを示している。この温度条件で
はスラグの中に部分的ではあるが溶融スラグ相が生成
し、その相が充分に流動性を持つと同時に、スラグ固体
相から、一部の溶融しているスラグ相への酸化クロムの
溶解速度が大きくなるために反応が促進されているもの
である。ただし実操業上は、１６５０℃よりも高温の場
合には、耐火物の溶損が急激に悪化する。

【００１３】本発明において、この還元条件を、より有
利にするためにはスラグの条件を制御する必要がある。
これは、高クロム鋼の脱炭精錬で生成したスラグからの
クロム酸化物の還元は、スラグ中のクロム酸化物の活量
が１と高いため反応速度が速いことと、スラグ中に存在
するクロム酸化物がＣｒ₂ Ｏ₃ あるため容易に液相中へ
溶解できるため、マクロ的には液相率を増大させずとも
還元が可能である事実の発見に基づくものである。つま
り、クロム酸化物を含むスラグは、酸化クロムを主成分
とした微小な固相が、その他の酸化物により構成される
液体（溶融スラグ相）中に、無数に存在する状況にあ
る。

【００１４】したがって、クロム酸化物を還元するに
は、以下の２つの過程が必要となる。（１）微小固相の溶融スラグ相への溶解（２）溶融スラグ相中の酸化クロムの還元反応界面への
移動

【００１５】このうち、（１）の速度は一般的には速い
が、固相がＣａＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ と
いった、Ｃｒ₂ Ｏ₃ よりも難還元性物質との複合酸化物
であった場合には、Ｃｒ₂ Ｏ₃ が優先して溶解、還元さ
れた後、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ の皮膜が残存する
ため、それ以降の溶解を妨げるという事実が確認され
た。

【００１６】また、（２）の過程の駆動力は、溶融スラ
グ相中の酸化クロム活量と、反応界面での活量との差で
あるため、この移動を促進するには、溶融スラグ相中の
酸化クロム活量を充分に高く保つことが重要となる。そ
のためには、析出している微小固相の組成が極めて重要
であり、例えば、ＣａＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ・Ｃｒ₂
Ｏ₃ 、ＦｅＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ といった複合酸化物を生成し
た場合には、平衡するＣｒ₂ Ｏ₃ の活量が著しく低下す
るため、反応速度が大幅に低下する。したがって、最も
反応速度を速くするためには、固相は純粋なＣｒ₂ Ｏ₃
とすることが必須となる。

【００１７】このうち、ＭｇＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ はクロム鉱
石中の主成分であり、また、脱炭滓においてもＭｇＯ濃
度が高すぎる場合に生成するため、脱炭滓中のＭｇＯを
１５％以下にする必要がある。一方、ＣａＯ・Ｃｒ₂ Ｏ
₃ はスラグ中のＣａＯ濃度が高すぎる場合に生成するた
め、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ を３．５以下にする必要がある。
逆に、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ が１．５未満の場合には、Ｍｇ
Ｏ溶解度が増えるため耐火物溶損量が増大し実用的では
ない。

【００１８】一方、酸化クロム濃度が５０％より多い場
合には、還元すべきクロム酸化物量が多いため、生産性
が低下し実用的ではない。逆に６％未満の場合には、ス
ラグの流動性が良くなるため溶銑装入時に急激な反応を
し、いわゆる突沸しやすいという問題が生じるのに加え
て、ＦｅＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ はスラグ中のＣｒ₂ Ｏ₃ 濃度が
低すぎる場合に生成するものであるため、脱炭滓中の酸
化クロム濃度が６％よりも低い場合には還元速度も低下
する。

【００１９】図３はＣａＯ／ＳｉＯ₂ の影響を、図４は
ＭｇＯ濃度の影響を示すが、これらの条件をみたせば、
脱炭滓からのクロム酸化物の還元は極めて速いことがわ
かる。

【００２０】ところで、このスラグは、粘性が高いため
炭材を過剰に入れずともスロッピングしないという特徴
がある。したがって、上吹き酸素により鋼浴の脱炭を進
行させつつ還元を実施することが可能となる。こうする
ことで、還元期と脱炭期とを通した全脱炭量が減少する
ため生産性が大幅に向上できる。図５は炭素濃度の影響
を示したものであるが、スラグを前述の条件に制御し
て、Ｃｒ₂ Ｏ₃ の活量を高く維持すれば、炭素濃度は１
％以上であれば充分な還元力があることがわかる。

【００２１】

【実施例】実施例の工程は図１と同一である。まず、前
チャージの脱炭により生成したスラグすなわち脱炭滓を
炉内に残した１７５トン上底吹き転炉へ、炉外精錬で充
分に脱燐脱硫を実施した溶銑を装入する。次に、その溶
銑とスラグに対して酸素吹錬を実施し昇温とともに、ス
ラグ中のクロム酸化物を還元する（昇温還元期）。

【００２２】その後、炉を傾動させて一部、もしくは大
部分のスラグを排滓し、次いで、炉を直立させ、フェロ
クロム合金とフラックスとを添加しつつ送酸し脱炭精錬
を実施する。目的の炭素濃度まで低下した後に、再び炉
を傾動し溶鋼のみを出鋼し、クロム酸化物を含んだスラ
グは炉内に残留させる。出鋼した溶鋼は仕上げ脱炭工程
へ移動し、転炉へは、スラグを残したまま次チャージの
脱燐脱硫溶銑を受銑する。ここでは、熱的条件やスラグ
条件によっては、昇温還元期において炭材やフラックス
を用いる場合や、昇温還元期、もしくは脱炭期にスクラ
ップを用いる場合もある。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に本発明を比較例とともに示す。試験
番号１から４は本発明の実施例である。これに対して、
試験番号５は装入溶銑温度が高い場合であるが、この場
合にも突沸が発生している。一方、試験番号６と７は脱
炭をクロム含有溶鉄ではなく、普通鋼で実施した場合で
あるが、この場合には溶銑装入時に激しく突沸するとい
う大きな問題が生じた。また、クロムに比べて鉄は安価
なため還元回収することの経済効果も小さい。試験番号
８は通常のステンレス鋼転炉精錬で実施されている、脱
炭後スラグのフェロシリコン合金による還元工程であ
る。この場合には、フェロシリコンが高価なことと還元
時に低塩基度スラグが生成するため耐火物溶損が激しい
ことにより、経済性が著しく低下するという問題があ
る。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２は、図１に示した本発明において、よ
り効果的条件を明確にしたものを比較例と合わせ示した
ものである。試験番号の１１から２０は本発明の実施例
における好ましい条件に対応する。一方、試験番号の２
１と２２は、脱炭滓中の塩基度（（％ＣａＯ）／（％Ｓ
ｉＯ₂ ））が低い場合と高い場合であるが、低い場合に
は、還元自体には問題はないもののスラグ中へのＭｇＯ
の溶解度が増すため耐火物溶損量が増加する。逆に高い
場合には、スラグ中の固相がＣａＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ となる
ため活量が低下し、昇温還元期終了時の酸化クロム濃度
が高くなる。試験番号の２３は脱炭滓中のＭｇＯ濃度が
高い場合であるが、この場合もスラグ中の固相がＭｇＯ
・Ｃｒ₂ Ｏ₃ となるため活量が低下し、昇温還元期終了
時の酸化クロム濃度が高くなる。

【００２７】これに対して、試験番号の２４は昇温還元
期終了時点の炭素濃度が低い場合であるが、溶鉄の還元
力が低下するために、昇温還元期終了時の酸化クロム濃
度が高くなる。試験番号の２５と２６は昇温還元期終了
時点の温度が高い場合と低い場合であるが、高い場合に
は、還元自体には問題はないものの耐火物溶損量が著し
く増加する。逆に低い場合には、スラグがほぼ完全に固
体状態となり反応性が阻害されるため、昇温還元期終了
時の酸化クロム濃度が高くなる。

【００２８】試験番号２７と２８は、それぞれ脱炭滓中
の酸化クロム濃度（（％Ｃｒ₂ Ｏ₃））が低い場合と高
い場合であるが、低い場合には、突沸という問題が生じ
やすい上、スラグ中の固相が純粋なＣｒ₂ Ｏ₃ でなく、
ＦｅＯ・Ｃｒ₂ Ｏ₃ となるため活量が低下し、昇温還元
期終了時の酸化クロム濃度が高い。また、高すぎる場合
には、後工程の仕上げ脱炭やＣＣのサイクルタイム以内
で処理をするために許容される昇温還元期時間で還元で
きる酸化クロム量は一定範囲であるため、終了時の酸化
クロム濃度が高い。これは、昇温還元期時間を長くすれ
ば低下できるが、生産性を阻害する。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、転炉型反応容器による精
錬において、前チャージの脱炭滓を次チャージの吹錬に
利用することにより、突沸を引き起こすことなく、かつ
耐火物溶損を増加させることなしに高価な還元剤を全く
使用しない効率的なステンレス鋼の精錬が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工程図

【図２】スラグ中のクロム酸化物量の低下速度の温度依
存性を示すグラフ

【図３】スラグ中のクロム酸化物量の低下速度に対する
ＣａＯ／ＳｉＯ₂ の影響を示すグラフ

【図４】スラグ中のクロム酸化物量の低下速度に対する
ＭｇＯ濃度の影響を示すグラフ

【図５】スラグ中のクロム酸化物量の低下速度に対する
炭素濃度の影響を示すグラフ

【符号の説明】

１前チャージで生成した脱炭滓２溶鉄３転炉４クロム分回収済スラグ５脱炭滓

フロントページの続き (72)発明者辻野良二福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クロムを含有した溶鉄を転炉型反応容器
にて脱炭精錬するに際して、前チャージで生成した酸化
クロムを含有する脱炭滓を炉内に残存させたまま、１４
００℃以下なる次チャージの溶銑を装入し吹酸昇温精錬
することで前記脱炭滓中のクロム分を還元した後、クロ
ム分回収済スラグを排滓し、引き続いて同一炉でフェロ
クロム合金を溶解しつつ脱炭精錬することを特徴とする
脱炭滓を用いた効率的なステンレス鋼の精錬方法。
【請求項２】前チャージで生成した酸化クロムを含有
する脱炭滓の成分が、酸化クロムが６〜５０％、ＣａＯ
／ＳｉＯ₂ が１．５〜３．５、ＭｇＯが１５％以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の脱炭滓を用いた効率
的なステンレス鋼の精錬方法。
【請求項３】吹酸昇温精錬は炭素濃度を１％以上とし
た状態で温度を１４００〜１６５０℃に制御しつつ行う
ことを特徴とする請求項１または２記載の脱炭滓を用い
た効率的なステンレス鋼の精錬方法。