JPH09501737A - 鋼製錬用複合装入物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、鉄冶金、特に、鋼の製造において、特に電気炉で溶解する鋼の製造において使用する装入物の成分に関する。本発明の本質は、鋼を製錬するための複合装入物が鉄−炭素合金および酸化物材料を次の割合（重量％で）、即ち、鉄−炭素合金５０−９５、酸化物材料５−５０を有することである。該酸化物材料は、炭素のものよりも大きくない酸素との親和力を有する０．２５％と９９．５％との間の遊離金属酸化物を含む。鋼の製錬において提案される複合装入物の使用は、製錬時間を短縮し、製錬される金属の等級の範囲を広げると共に、製錬される鋼の等級の性質を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】 鋼製錬用複合装入物 発明の分野 本発明は、鉄および鋼の製造、特に、電気炉における鋼の製造に関する。 発明の背景 電気アーク炉で製造される鋼がスクラップ金属と、スクラップのトン当り０． ５トンから５．０トンになる鉄と共に鋳造される鉄−鉱石ペレットの形状の材料 とによる材料を最初に装入して作られるものであることは、周知である（ソ連発 明者証No．９８５０６３，Ｃ２１Ｃ５／５２ １９８１年）。鉄−炭素合金（銑 鉄として）および酸化鉄の非調製含有料のペレット含有装入物の使用は、溶解の 際に炭素濃度の大きい範囲（０．２％から２．６％まで）をもたらし、これは、 金属の精錬を妨げる。これは、溶解の時間を増大し、鋼の品質およびこれ等の化 学的安定性を著しく劣化する。 また、可変化学成分による周知の装入物は、限られた用途を有し、その利用は 、溶解による高炭素鋼（即ち、炭素の１．２５％またはそれ以上）の製造の分野 に属する。 １）溶解の時間を低減し、２）鋼の品質を改善し、３）電気炉溶解によって得 られる金属の範囲を増大することは、本発明の技術的な利点である。 発明の要約 これ等の利点は、鋼の製造において調製された装入物の利用によって達成され る。該調製された装入物は、鉄-炭素合金（重量で５０％から９５％まで）と、 酸化物材料（重量で５％から５０％まで）とから成っている。該酸化物材料は、 遊離金属酸化物が重量で０．２５％から９９．５％までの量で存在するとき、酸 素に対する炭素の親和力に等しいか、または小さい酸素に対する親和力を有する 金属の遊離酸化物を含む。金属成分として、炭素の重量で０．２％から４．５％ までを有する鉄−炭素合金、例えば転換銑鉄(Conversion Pig Iron)が使用され る。該酸化物材料は、酸化される溶剤（フラックス）含有材料および溶剤なしの 鉄−鉱石材料、即ち、集塊、ペレット、原鉱石およびこれ等の廃棄生成物、スケ ール、小片型式の酸化金属屑、破片になった金属廃棄物、煙道ダストの集塊によ って得られる固体酸化剤および冶金処理からのスラッジ（sludge）を含んでもよ い。 好適実施例の説明 該酸化物材料は、例えば原子価状態IIまたはIIIにおける鉄およびマンガンの 酸化物（ＭｎＯ、ＭｎＯ₂、Ｍｎ₂ Ｏ₃、Ｍｎ₃ Ｏ₄）およびまた合金元素の銅、 クロム、ニッケル、モリブデン、タングステンおよびコバルトが製造中の鋼品位 に整合性があれば、これ等の元素の酸化物によって構成される。鋼製造浴の状態 における酸素に対するこれ等の金属の親和力は、炭素に対するよりも低い。これ は、鋼製造浴の金属成分に存在する炭素による金属へのこれ等の還元を溶解の工 程において与える（表１）。 調製される装入物は、重量で５０％から９５％までの範囲の鉄−炭素合金と、 ５％から５０％までの酸化物材料とによって形成される。 鉄−炭素合金成分が９５％以上になって、酸化物材料が５％よりも少く調製さ れた装入物の利用は、該装入物中の酸素の不足によって浴の溶解中にシリコンお よびその他の高度に活性の元素の部分的な酸化を生じる。これは、溶解中の酸化 期間の適正な管理を許容せず、燐の除去および炭素の酸化を防げる。シリコン、 燐および炭素の残りの含有量を酸化するための酸素の補給は、酸化期間および全 体の溶解サイクルの双方を時間において増大し、従って、低品質の金属を生じ、 これにより、電気溶解の有効さをかなり低減する。金属中の炭素の量は、成分が 上述で与えられるようであれば、浴における溶解の終りによって増大する傾向が ある。これは、酸化期間を一層長くし、余分な酸素を要求する。 鉄−炭素合金の５０％以下と、酸化物材料の５０％以上とを夫々含む調製され る装入物の使用は、溶解中の浴において低炭素濃度を生じる。これは、一層の浴 の加熱と、金属および出湯の標的温度の達成とを妨げる。その上、調製される装 入物における酸化物材料の過剰な部分は、金属浴の急な冷却をもたらし、これに より、溶解の時間と、電力の浪費とを増大し、従って、ガスの含有量および介在 物の成分に関して一層低い品位の金属を生じる。 ５０％から９５％までと、５％から５０％までとに夫々なる調製される装入物 の鉄−炭素合金および酸化物材料の成分の間の所要の関係は、種々な鋼の品位（ steel grades）に関し高品質の鋼の溶解および獲得において最上の技術的および 経済的な結果を与える。シリコンと、バナジウムおよびチタンの形式のその他の 高度に活性のある元素（これ等が調製される装入物の金属成分を構成する場合に ）との完全な酸化を実施することも許容され、これにより、早期の段階における 炭素および燐の酸化の機会を与える。調製される装入物の酸化物材料の成分が５ ％を越える際、該装入物内の酸素の量は、炭素の部分を酸化するのに十分になる 。この反応におけるガス状生成物の放出は、１）浴中の熱および材料の転移を促 進し、２）流体スラグ段階の形成を加速し、３）スラグ形成およびアーク遮蔽を 強化し、４）金属加熱の状態を改善し、５）炭素および燐の酸化を加速し、６） スラグの除去および燐の除去を導くのを一層容易にする。 鉄−炭素合金および酸化物材料の成分が７０％から８０％までと、２０％から ３０％までとの夫々の重量の範囲内になれば、酸素の量は、１）総ての合金混和 物（炭素、シリコン、マンガンを含む）の完全な酸化と、２）金属状態への酸化 鉄の全体の還元とを実施するのに十分になる。 この関係は、１）最大可能な浴の沸騰を与え、２）金属浴の化学成分上の調製 の影響を排除し、３）金属精錬のための好ましい状態を作り、４）溶解の時間を 減少する。鉄−炭素合金および酸化物材料の成分の間の関係が７０−３０を越え れば、合金混和物の酸化において使用されなかった酸化鉄の一部は、スラグの酸 素含有量を増大して、石灰の溶解を加速するようにスラグ内へ移動する。これは 、スラグの精錬および発泡の特性を増大し、炭素、燐、硫黄およびガスの一層深 い除去を行うと共に、溶解および酸化の期間を組合わす。従って、それは、溶解 サイクルのかなりな低減を生じる。調製される装入物における漸進的な夫々の鉄 −炭素合金の低減と、酸化物材料の増大とは、調製される装入物から金属浴へ供 給される鉄の連続的な低減によって伴われる。装入物の成分の間の一定の関係か ら始まって、酸化鉄から還元される鉄の量は、鉄−炭素合金から来る金属の減少 を補わない。この結果、高温金属の生産高は、減少する。この減少と共に、スラ グの量と、浴の冷却とは、増大する。従って、調製される装入物における酸化物 材 料の一層高い量（５０％を越える）は、不当なスラグの生長と、加熱上の過度な 無駄と、酸化物材料の分解および溶解と、かなり低減する実行可能な生産高とへ 導く。 鉄−炭素合金の一層高い量と、酸化物材料の一層低い部分とから成る装入物は 、中炭素鋼および高炭素鋼の製造に使用可能である。一層低い鉄−炭素合金含有 量と、酸化物材料の一層高い含有量とによって構成される調製される装入物は、 自動車のシートの製造等に使用されるステンレス鋼のような特別の低炭素鋼の一 層低い炭素の鋼製造に使用されてもよい。更に、酸化物材料の高い量を有する調 製される装入物は、酸素転炉工程における冷却剤として使用されてもよく、また 、電気炉内の前の溶解物からの金属の一部を残し電気炉溶解金属で被われる（「 浸される」）ペレットに使用されてもよい。後者の場合では、最初の装入物の溶 解は、アークの下へ来る領域における金属の局部的な過熱と、また、炉床の摩耗 の増大とによって伴われる。この装入物は、最大の冷却効果と、純度との組合わ せによって特徴づけられる。これ等の条件の下で、調製される装入物は、冷却剤 としてスクラップに置換え可能であると共に、特別な特性を有する鋼の製造に使 用される。 重量で少くとも０．２５％の金属酸化物の量において酸素に対する化学的親和 力を有する（炭素と同等および／または以下の）遊離金属酸化物は、浴内に到達 する金属および混和物無しの純粋な金属への酸化鉄およびその他の元素の還元を 完了するための条件を作り出す。純粋な溶融金属による金属浴の希釈は、鋼の特 性に悪影響を与える望ましくない元素の濃度を低減すると共に、高温金属の生産 高を増大する。 他方、酸化物材料における酸素は、最初にシリコン、バナジウム、チタンおよ びその他の高度に反応性の元素のような銑鉄の合金を酸化した後に炭素を酸化す る。発生される炭素の酸化のガス状生成物による浴の混合は、浴内の熱および質 量の交換を強化する。該混合効果は、最初に装入された部分の溶解から始まって 、全体の溶解期間にわたって継続する。これは、活性流体の形成を可能にし、溶 解期間の終りにおいてスラグを高度に発泡し、アークを止めて常態のスラグ除去 を与えるのを可能にし、これは、金属の脱燐および脱硫は、浴の脱ガスとの条件 を 改善する。これの結果は、酸化および溶解の期間の部分的な一致と、溶解サイク ルの短縮と、金属の品質の改善とにおいて表現される。 大部分の鉄−炭素合金、特に銑鉄におけるシリコンの存在は、その酸化と、酸 化シリコンの形成とへ導き、これは、溶解の際に低い塩基度および収量を有する 酸性スラグを与える。該スラグは、弱々しく浴を去り、溶融金属の脱燐を妨げる 低い発泡特性を有し、炉の内張りに負の効果を有し、炭素の酸化を遅延する。重 量で０．２５％以上の遊離金属酸化物含有量の選択は、１）溶解の終りにおける 活性流体のスラグ形成の条件と、２）鉄−炭素合金の補給と、調製される装入物 におけるその相対的な部分とに留意して脱酸上の所与の炭素含有量の産出とによ って必要とされる。 溶解段階の終りで作られる多量の高温流体スラグは、燐、硫黄およびクロムの 低濃度を有する金属を作る脱燐および脱硫を促進する。これにより、酸化期間は 、溶解に部分的に組合わされ、これは、更にこの段階を一層容易に導き、少量の 固体酸化剤（即ち、集塊）の添加と、所要の温度への金属の加熱とによって炭素 含有量の調節を低減する。高温スラグおよび金属の促進される形成は、安定した アーク燃焼を可能にし、溶解の開始から１０分から１２分までのノイズ負荷(noi seload）を著しく低減する。 炭素およびその他の混和物の含有量が鉄−炭素合金（０．２％）と、調製され る装入物との双方において最少であれば、０．２５％またはそれ以上になる遊離 金属酸化物の含有量は、少量のシリコン、マンガンおよびその他の混和物の完全 な酸化を導くのに十分である。 一層低い酸化物含有量は、合金混和物の酸化に必要な酸素の不足によって不適 当である。一層高い酸化物含有量は、溶解に使用される熱流の増大のためと、多 量の発生するスラグにより不都合である。 遊離金属酸化物の最大可能な濃度は、鉄−炭素合金（銑鉄）における最大のシ リコンおよび炭素の含有量と、提案される調製される装入物における該合金の最 大部分（９５％）とに相当する。これ等の条件は、１）シリコンの完全な酸化と 、２）最大の発泡と、燐および硫黄に関する増大される精錬特性と、また高い酸 化の可能性とを有する高温流体スラグの形成とを与える。この結果、燐および炭 素 の同時かつ共在の酸化と、硫黄の除去とを達成することが可能である。換言すれ ば、溶解期間と、酸化期間とを組合わすことが可能である。溶解は、最小の持続 時間と、高品質金属の生産高とによって特徴づけられる。 種々な好例の酸化物材料の成分は、表１Ａ、１Ｂに与えられる。 実例 炭素（０．０３５％よりも多くない）と、シリコン（３％）と、銅（０．３％ から０．６％まで）とを含む電炉鋼の製造は、１００メートルトンのアーク炉で 実施された。金属装入物は、調製された装入物（１３トンから３５トンまで）と 、スラグ屑（２０トンから２５トンまで）と、圧延された耳端部（１６トンから ４５トンまで）と、屑鉄（８トンから３６トンまでになる）とを含んだ。調製さ れた装入材料は２回にわけて装入された。即ち最初に７０％で、後に３０％の２ 部分に分けて装入された。スラグ形成用材料として、我々は、石灰（２トンから ３．５トンまで）と、集塊(agglomerate)（２．５トンから４トンまで）と、蛍 石（０．３トンから０．５トンまで）とを使用した。酸素は、自由ランス(free lance)を経て送られ、一回の溶解量当り合計消費量は、１，２００立方メートル から１，６００立方メートルまでである。 調製された装入物は、種々な酸化物材料が銑鉄と共に注出された銑鉄注出機械 で作られた。大きい溶解物は、酸化物成分としてミクハイロブスキーおよびレベ ディンスキーの調製工場において作られた鉄−炭素ペレットを使用して実施され た。また、集塊と、スケールと、集塊されたダストおよび汚泥と、種々な固体酸 化物の混合物とが使用された。 溶融された金属は、総ての％が重量で表わして炭素（０．１％から１．０％ま で）と、マンガン（０．０５％から０．２０％まで）と、燐（０．００７％から ０．０１６％まで）と、硫黄（０．１８％から０．０２５％まで）と、クロムお よびニッケル（０．０５％以下）とを含んだ。溶解後、浴は、脱炭されて加熱さ れ、酸化され、シリコンで合金化されて出湯された。次に、取鍋処理と、連続的 な型への注入とが実施された。表２（提案された調製物で実施された溶解を報告 する）と、表３（製品の即座の等級づけを報告する）とを参照せよ。 表２、３を参照すると、調製成分１は、従来技術の標本である。調製成分２か ら１０までは、本発明によるものである。表２は、本発明により調製される装入 物が溶解の期間を５％から１５％まで削減可能であると共に、高温鋼の好ましい 成分の生産高を増大することを示す。 表３を参照すると、最良の結果は、調製される好ましい装入物に対応する。調 製される好ましい装入物から溶解される鋼で作られる製品は、従来技術に比較し て優れた電磁特性によって特徴づけられる。これにより、良質の生産の量は、該 従来技術を使用するときの５０％に比較して８０％ほど優る。エレクトロレチニ カル（electrorechnical）鋼を別にして、調製される装入物は、普通の炭素鋼の 製造において検査された。該検査は、種々な鋼等級の製造において新しく調製さ れる装入物を使用する可能性を立証した。 特許法によって必要とされる詳細および特性について本発明を説明したが、特 許によって保護されるのを望むものは、次の請求の範囲において述べられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アフォニン，セラフィム ザクハロビッチ ロシア連邦 117678 モスクワ，ノボヤセ ネブスキル，ピーアール．，ディー．３, ケイブイ．320 (72)発明者 ウトキン，ユリ ビクトロビッチ ロシア連邦共和国 109369 モスクワ，ウ ル．ペレルバ，ディー．50，ケイブイ. 437 (72)発明者 マクロブ，アレクサンドル ブラディミロ ビッチ ロシア連邦 300027 ツラ，ウル．メタル ルゴブ，ディー．43 ― エイ，ケイ．ブ イ．29 (72)発明者 シトノブ，アナトリイ ゲオルギエビッチ ロシア連邦 300027 ツラ，ウル．メタル ルゴブ，ディー．80 ― エイ，ケイブ イ．42

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鉄−炭素合金と、酸化物材料とを含む鋼製造のための調製された装入物におい て，前記調製された装入物が、前記成分を重量による％で表わして次の割合、即 ち 鉄−炭素合金 ５０−９５ 酸化物材料 ５−５０を含み、 該酸化物材料が、炭素に劣るかまたは等しい酸素に対する親和力を有する遊離金 属酸化物を重量で０．２５％から９９．５％までの量を含むことを特徴とする装 入物。