JPH1136007A

JPH1136007A - ステンレス鋼製造時に発生するスラグの排滓方法及び排滓スラグの再利用方法

Info

Publication number: JPH1136007A
Application number: JP19234597A
Authority: JP
Inventors: Tomomichi Terabatake; 知道寺畠; Eiji Tawara; 栄司俵; Hiroyasu Morioka; 宏泰森岡; Yasuo Kishimoto; 康夫岸本; Yoshihisa Kitano; 嘉久北野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-09
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JP3744133B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、脱炭炉や搬送容器からの排滓を容易
にするステンレス鋼製造時に発生するスラグの排滓方
法、及びその方法で排滓されたスラグの再利用方法を提
供することを目的としている。【解決手段】転炉型溶融還元炉内の溶銑に、クロム原料
及び焼石灰を投入し、別途投入した炭材を酸化性ガスで
燃焼せしめて熱を発生させ、該クロム原料を溶融還元
し、次いで、生成した含クロム粗溶鋼を、別の転炉型脱
炭炉内に移行して脱炭精錬を行いステンレス鋼を製造す
るに際し、前記脱炭炉内で発生したスラグに、冷却材／
スラグの体積比が０．２以上となるように、スラグの冷
却材を投入し、該スラグの凝集を抑制しながら混合及び
冷却、固化させた後のスラグを搬送容器へ排滓する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼製造
時に発生するスラグの排滓方法及び排滓スラグの再利用
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ステンレス鋼の製造コストを低減
するため、従来使用していた高価なフェロクロム合金、
あるいは還元ペレットに代え、安価なクロム鉱石を直接
使用することが行われるようになった。すなわち、特公
平４−３８８０６号公報が開示したように、「機能の異
なる２基の転炉を用い、１基目の転炉で溶銑に粉状クロ
ム鉱石を投入し、該鉱石を炭材で溶融還元してステンレ
ス鋼製造用母溶湯を吹錬し、該母溶湯を２基目の転炉で
通常通りの脱炭精錬を行ってステンレス鋼を製造する方
法」である。その際、２基目の脱炭炉でも、酸化クロム
を含有したスラグが発生するので、このスラグから高価
なクロムを回収する必要がある。現在は、前記脱炭炉か
らスラグを搬送容器（取鍋）に排滓し、該容器を介して
最初の溶融還元炉へ戻し、再び溶融還元でステンレス鋼
用母溶湯中に回収する方法を採用している。

【０００３】しかしながら、前記１基目の脱炭炉からの
スラグを受け入れた搬送容器内で、クロム酸化物が冷却
固化してしまい、スラグが大きな固形物となる。そのた
め、該脱炭炉から搬送容器へ排滓したり、あるいは該容
器から最初の溶融還元用炉へスラグを戻そうにも、凝集
したスラグが炉壁や容器壁に引っかかったり、へばり付
いて全量排出できない。また、この排出不良は、高価な
クロムの回収量減少になるばかりでなく、搬送容器内に
残留したスラグの処理というやっかいな問題を起こす。

【０００４】また、近年、ステンレス鋼のすべて鋼種に
高品質が求められ、それに応じて製鋼工程でも様々な精
錬方法が開発され、実用化されている。ところが、それ
ら精錬方法は、造滓材を従来より多量に使用するので、
精錬副産物であるスラグの処理が大きな問題となってい
る。そのため、造滓材使用量の低減やスラグの再使用方
法に関する技術開発が盛に行われるようになった。

【０００５】例えば、特公昭５８−３１３６２号公報
は、「前チャージの溶融スラグを炉内に残留させて、次
チャージの造滓材の一部として再利用する製鋼法」を提
案している。また、特公昭６２−５０５４３号公報は、
「ステンレス鋼製造時に発生する酸化クロムを含有する
スラグを、上底吹転炉型反応器内で安価な炭材を用いて
溶融還元することによりクロム分を還元回収する方法」
を開示している。

【０００６】しかしながら、特公昭５８−３１３６２号
公報記載の技術は、前チャージの溶融スラグを炉内に残
留させて、次チャージの造滓材の一部として再利用する
ので、次チャージでは炉内のスラグ量が増加することに
なる。吹錬に伴い溶鋼中のクロムは酸化されてスラグに
移行するが、該技術では、そのクロム酸化物を還元回収
するために、高価なＦｅ−Ｓｉを多量に使用することに
なるという問題を有している。

【０００７】また、特公昭６２−５０５４３号公報記載
の技術を試行したが、通常の溶融還元よりも高温（例え
ば、１６５０℃以上）で酸素吹錬しないと、該スラグは
溶融しなかった。つまり、この技術には、溶融還元炉の
内張耐火物損耗を促進させ、炉寿命を低下させるという
問題が存在しているように思われた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、脱炭炉や搬送容器からの排滓を容易にするステ
ンレス鋼製造時に発生するスラグの排滓方法、及びその
方法で排滓されたスラグの再利用方法を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、脱炭炉や搬送容器から排滓し易いスラグの
状態を見いだすべく研究を行い、スラグを凝集させずに
冷却、固化し、粉粒状で、且つ所謂サラサラの状態にで
きれば良いとの結論を得た。そして、脱炭炉内で精錬終
了後のスラグをかかる状態にするための手段を鋭意検討
し、本発明を完成させた。

【００１０】すなわち、本発明は、転炉型溶融還元炉内
の溶銑に、クロム原料及び焼石灰を投入し、別途投入し
た炭材を酸化性ガスで燃焼せしめて熱を発生させ、該ク
ロム原料を溶融還元し、次いで、生成した含クロム粗溶
鋼を、別の転炉型脱炭炉内に移行して脱炭精錬を行いス
テンレス鋼を製造するに際し、前記脱炭炉内で発生した
スラグに、冷却材／スラグの体積比が０．２以上となる
ように、スラグの冷却材を投入し、該スラグの凝集を抑
制しながら混合及び冷却、固化させた後のスラグを搬送
容器へ排滓することを特徴とするステンレス鋼製造時に
発生するスラグの排滓方法である。

【００１１】また、本発明は、前記冷却材を、炭材とし
たり、あるいは焼石灰とすることを特徴とするステンレ
ス鋼製造時に発生するスラグの排滓方法である。さら
に、本発明は、前記冷却材の投入前に、脱炭炉で生成す
るスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を１．８〜３．
０とすることを特徴とするステンレス鋼製造時に発生す
るスラグの排滓方法である。

【００１２】加えて、本発明は、前記のいずれかに記載
した方法で排滓したステンレス鋼製造時に発生したスラ
グを、前記転炉型溶融還元炉の溶銑に投入し、再度クロ
ム原料を溶融還元したり、その際の溶湯温度を１５５０
〜１６５０℃以下とすることを特徴とする排滓スラグの
再利用方法でもある。本発明によれば、脱炭炉内のスラ
グを粉粒状で、且つサラサラの状態になるので、該脱炭
炉や搬送容器からの排滓が円滑になる。その結果、脱炭
炉で生成したスラグ中の高価なクロムは、すべて回収さ
れるようになり、ステンレス鋼の製造コストの低減が達
成できる。また、本発明では、スラグの冷却材を、溶融
還元でも副原料として使用される炭材や焼石灰としたの
で、それらが排滓スラグの再利用方法において有効に使
用され、無駄にならない。さらに、溶融還元炉の内張耐
火物の損耗が抑制され、炉寿命の延長が達成できる。冷
材としては、特に、溶融還元炉の操業で必須であり、増
量に実質的に規制がないコークスを代表とする炭材が最
適である。一方、石灰も使用できるが、炭材より比重が
大きく実質的に炭材より多量に使用せねばならないこと
と、スラグと同時に固化した石灰は滓化が遅れることを
配慮すると、炭材よりも使用が限定される。従って、本
発明では、炭材と石灰とを適宜混合して使用するのが好
ましい。

【００１３】なお、本発明では、冷却材の投入量を冷却
材／スラグの体積比で求めたが、該スラグの体積は、嵩
比重を２．５ｔ／ｍ³ とし、冷却材の体積は、炭材や焼
石灰に固有の嵩比重を使用して計算している。例えば、
小塊コークス（粒度１０〜２５ｍｍ）や焼石灰（粒度５
〜２０ｍｍ）を本発明の実施に用いる場合、それらの嵩
比重はそれぞれ０．５ｔ／ｍ³ 及び１．０ｔ／ｍ³ であ
った。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
まじえて、本発明の実施の形態を説明する。まず、発明
者は、２基目の脱炭炉内に生成したスラグを、粉粒状
で、且つサラサラした状態に冷却、固化することを種々
検討した。その中で、図１に示す結果が最も好ましいも
のであった。すなわち、図１は、スラグの冷却材として
脱炭炉内に投入するものを炭材（具体的にはコークス）
とし、その添加量を、生成スラグとの体積比で定めて種
々変更し、１基目の溶融還元炉に戻すことができるスラ
グ量（スラグ回収率＝（戻しスラグ重量／生成スラグ重
量）×１００で表わす）の変化を調べたものである。

【００１５】図１から明らかなように、スラグ中に含ま
れるクロム酸化物の有無にかかわらず、冷却材／スラグ
の体積比が０．２を境にして、添加する冷却材の効果が
異なっている。つまり、冷却材／スラグの体積比が０．
２未満にすると、冷却固化後にスラグの凝集が促進し、
スラグの搬送容器に引っかかったり、あるいはへばり付
き、脱炭炉で生成したスラグを溶融還元炉に全量戻すこ
とができなくなった。

【００１６】また、発明者は、使用できる冷却材の種類
を種々変更し、前記と同様の検討を行った。その結果、
炭材以外にも、溶融還元炉でＣｒ鉱石の造滓材として使
用する焼石灰、ＭｇＯクリンカー、砂利や、レンガ屑、
ダスト、高炉滓等の産業廃棄物や製鉄所発生物等でも、
図１とほぼ同等の結果が得られた。そこで、発明者は、
これらの調査結果を本発明として具現化したのである。
なお、冷却材／スラグの体積比が０．２以上であれば、
上記効果が得られるので、該体積比には上限を設けてい
ない。しかし、０．２以上を超えると、その効果は飽和
するので、実際の操業では経済性の観点から該冷却材の
使用量を定めれば良い。また、冷却材としては、スラグ
を溶融還元炉に戻し、再利用することを妨げないもので
あることが重要である。

【００１７】さらに、発明者は、脱炭炉で生成するスラ
グの塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）についての調査を行
った。理由は、脱炭炉と溶融還元炉の間でスラグをリサ
イクルするので、スラグ・ボリューム・アップに起因し
た脱炭炉でのＣｒ酸化ロスの増加を抑制するためと、ス
ラグの排送容器のサイズを抑えるためである。その結
果、脱炭炉内でスラグの塩基度を３．０以下に制限する
のが妥当であると結論した。一方、脱炭炉内で脱炭精錬
の終了後に行う酸化クロムのＦｅ−Ｓｉによる還元で、
溶鋼からの脱硫をも期待するには、前記スラグの塩基度
は１．８以上が必要となるので、本発明では、脱炭炉で
生成されるスラグの塩基度を１．８〜３．０の範囲にす
ることが好ましい。

【００１８】次に、発明者は、上記本発明に係る排滓方
法で得たスラグの溶融還元炉内での最適な再利用方法に
ついて検討した。理由は、特公昭６２−５０５４３号公
報記載の従来技術では、通常の溶融還元よりも高温（例
えば、１６５０℃以上）で酸素吹錬しないと、該スラグ
は溶融しなかった。つまり、スラグの再利用時には、溶
融還元炉の内張耐火物の損耗が促進し、炉寿命を低下さ
せるという問題が存在しているからである。

【００１９】まず、発明者は、脱炭炉内で生成した溶融
スラグを、上記した本発明に係る排滓方法を採用して溶
融還元炉に戻し、再度クロム鉱石の溶融還元を行い、そ
の時の溶湯温度と溶融還元終了時のスラグ中のトータル
Ｃｒ濃度（以下、Ｔ．Ｃｒとする）との関係を調査し
た。その結果は、図２から明らかなように、脱炭炉から
のスラグにクロムが１０ｗｔ％含有していても、溶湯温
度を１６５０℃程度にすれば、溶融還元吹錬終了時のス
ラグ中のＴ．Ｃｒを通常の溶融還元スラグと同レベルの
０．５ｗｔ％以下にできることがわかった。これは、上
記した本発明に係る排滓方法で、冷却材として投入した
炭材、造滓剤が有効に利用され、クロム鉱石の溶融還元
を円滑にしたためと思われる。

【００２０】また、これらの再利用操業時において溶融
還元炉の耐火物溶損状況を調査し、その結果を図３に示
す。図３から明らかなように、溶融還元時の溶湯温度が
１６５０℃を超えると、溶融還元炉の耐火物損耗（溶湯
温度１５５０℃の時の耐火物損耗速度を１とした指数で
表示）が激しくなることがわかる。また、１５５０℃未
満では、戻しスラグのＴ．Ｃｒが多い場合、溶融還元で
スラグ中に残るＴ．Ｃｒが多くなり、溶融還元が不十分
だからである。

【００２１】そこで、発明者は、本発明に係る排滓方法
で得たスラグの溶融還元炉での再利用に際しては、溶湯
温度を１５５０〜１６５０℃の範囲とした。なお、脱炭
炉内で生成するスラグ中のＴ．Ｃｒは、できれば７ｗｔ
％以下に抑えることが好ましいようだ。

【００２２】

【実施例】２基の転炉型反応容器を用い、ステンレス鋼
を製造し、その操業に本発明に係る排滓方法及び排滓ス
ラグの再利用方法を採用した。（実施例１）２基目の脱炭炉を上底吹機能を有する１６
０ｔ転炉（Ｋ−ＢＯＰ）とし、そこに１基目の溶融還元
炉で溶製した含クロム粗溶鋼を１２０ｔ装入し、粗脱炭
を行った。その際、焼石灰やＦｅ−Ｃｒ合金鉄を投入
し、粗脱炭終了後のステンレス溶鋼にトン当り１３．１
ｋｇ／ｔのＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成したス
ラグ中の酸化物を還元すると共に、溶鋼の脱硫を行っ
た。

【００２３】脱炭精錬で生成したスラグの内訳は、Ｃａ
Ｏ＝１０．４ｔｏｎ、ＳｉＯ₂ ＝５．２ｔｏｎ、Ａｌ₂
Ｏ₃ ＝１．０ｔｏｎ、ＭｇＯ＝１．６ｔｏｎで、合計の
スラグ重量は１８．２ｔｏｎである。この合計重量を嵩
比重２．５ｔ／ｍ³ で除し、生成スラグの体積を７．２
８Ｎｍ³ とした。そして、本発明に係る排滓方法を採用
するため、冷却材として嵩比重０．５ｔ／ｍ³ のコーク
スを２．０ｔｏｎ使用することにした。つまり、冷却材
／スラグの体積比は０．５５であった。

【００２４】脱炭終了後、前記の生成スラグに、この体
積比に従いコークス粉を投入し、炉を揺動させてスラグ
と十分に混合して冷却、固化させた。その結果、スラグ
は、適度なサイズで、且つサラサラした状態になった。
そこで、該スラグを排送容器（取鍋）に排滓したとこ
ろ、ほぼ生成スラグの全量が円滑に回収できた。次に、
該排滓スラグを、１基目の溶融還元炉に装入し、別途装
入されている溶銑、クロム鉱石、焼石灰、炭材と共に溶
融還元を行った。その際、溶湯の温度は、１５５０℃に
なるように調整したところ、９０分の吹錬時間で操業が
終了した。（実施例２）２基目の脱炭炉を上底吹機能を有する１６
０ｔ転炉（Ｋ−ＢＯＰ）とし、そこに１基目の溶融還元
炉で溶製した含クロム粗溶鋼を１２３ｔ装入し、粗脱炭
を行った。その際、焼石灰やＦｅ−Ｃｒ合金鉄を投入
し、粗脱炭終了後のステンレス溶鋼にトン当り１０．３
ｋｇ／ｔのＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成したス
ラグ中の酸化物を還元すると共に、溶鋼の脱硫を行っ
た。

【００２５】脱炭精錬で生成したスラグの内訳は、Ｃａ
Ｏ＝９．２ｔｏｎ、ＳｉＯ₂ ＝４．６ｔｏｎ、Ａｌ₂ Ｏ
₃ ＝０．７ｔｏｎ、ＭｇＯ＝１．４ｔｏｎで、合計のス
ラグ重量は１５．９ｔｏｎである。この合計重量を嵩比
重２．５ｔ／ｍ³ で除し、生成スラグの体積を６．３６
Ｎｍ³ とした。そして、本発明に係る排滓方法を採用す
るため、冷却材として嵩比重１．０ｔ／ｍ³ の焼石灰を
４．０ｔｏｎ使用することにした。つまり、冷却材／ス
ラグの体積比は０．６３であった。

【００２６】脱炭終了後、前記の生成スラグに、この体
積比に従い焼石灰粉を投入し、炉を揺動させてスラグと
十分に混合して冷却、固化させた。その結果、スラグ
は、適度なサイズで、且つサラサラした状態になった。
そこで、該スラグを排送容器（取鍋）に排滓したとこ
ろ、ほぼ生成スラグの全量が円滑に回収できた。次に、
該排滓スラグを、１基目の溶融還元炉に装入し、別途装
入されている溶銑、クロム鉱石、焼石灰、炭材と共に溶
融還元を行った。その際、溶湯の温度は、１６００℃に
なるように調整したところ、８５分の吹錬時間で操業が
終了した。（比較例１）２基目の脱炭炉を上底吹機能を有する１６
０ｔ転炉（Ｋ−ＢＯＰ）とし、そこに１基目の溶融還元
炉で溶製した含クロム粗溶鋼を１２５ｔ装入し、粗脱炭
を行った。その際、焼石灰やＦｅ−Ｃｒ合金鉄を投入
し、粗脱炭終了後のステンレス溶鋼にトン当り１４．３
ｋｇ／ｔのＦｅ−Ｓｉを投入して、脱炭中に生成したス
ラグ中の酸化物を還元すると共に、溶鋼の脱硫を行っ
た。

【００２７】脱炭精錬で生成したスラグの内訳は、Ｃａ
Ｏ＝１２．６ｔｏｎ、ＳｉＯ₂ ＝６．３ｔｏｎ、Ａｌ₂
Ｏ₃ ＝１．２ｔｏｎ、ＭｇＯ＝１．９ｔｏｎで、合計の
スラグ重量は２２．０ｔｏｎである。この合計重量を嵩
比重２．５ｔ／ｍ³ で除し、生成スラグの体積を８．８
Ｎｍ³ とした。そして、冷却材として嵩比重０．５ｔ／
ｍ³ のコークスを０．５ｔｏｎ使用することにした。つ
まり、冷却材／スラグの体積比は０．１１である。

【００２８】脱炭終了後、前記の生成スラグに、この体
積比に従い焼石灰粉を投入し、炉を揺動させてスラグと
十分に混合して冷却、固化させた。しかし、スラグは、
凝集固化し、大きなサイズとなり、あるいは耐火物に張
り付き、円滑な排滓ができなかった。そのため、該スラ
グを排送容器（取鍋）に排滓したところ、生成スラグの
大部分が回収できずに炉内に残留した。

【００２９】次に、該排滓スラグを、１基目の溶融還元
炉に装入し、別途装入されている溶銑、クロム鉱石、焼
石灰、炭材と共に溶融還元を行った。その際、溶湯の温
度は、１５５０℃になるように調整したところ、吹錬時
間が１０２分にもなった。これら２つの本発明の実施例
及び比較例での成績を、表１〜４に示す。表１及び２
は、それぞれ脱炭炉からの出鋼した溶湯成分及びスラグ
の組成であり、表３は、該スラグを溶融還元炉へ戻した
際の再利用量の比較、そして表４は、溶融還元炉で再度
溶融還元を行って得たスラグの組成である。

【００３０】表３より明らかなように、比較例１は、脱
炭炉の生成スラグのうち８０％しか回収できていない。
また、実施例１の再利用後の溶融還元炉で生じたスラグ
は、Ｔ．Ｃｒが０．４％であり、従来のスラグの再利用
を行わない溶融還元炉の操業で得ていたスラグと同程度
である。このことは、再利用で順調な溶融還元が行われ
たことを示唆している。さらに、実施例２の脱炭炉で生
成したスラグは、Ｔ．Ｃｒが５．３％と高いが、その再
利用時に溶湯温度を従来より若干高い１６００℃とする
ことで、溶融還元炉での生成スラグ中のＴ．Ｃｒを０．
３％に低下でき、従来のスラグ再利用なし時の溶融還元
炉生成スラグと同程度の還元が達成されていた。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、２基
の転炉型反応容器を用い、安価なクロム鉱石の直接的な
溶融還元と該溶融還元で得た溶湯の脱炭でステンレス鋼
を製造するに際し、脱炭炉で生成したスラグが円滑に排
滓され、溶融還元炉で再利用できるようになった。ま
た、その排滓時、スラグの冷却材に、溶融還元炉で使用
する炭材、焼石灰等を有効に利用するようにしたので、
溶融還元炉でスラグを再利用する際の操業温度を、それ
ほど高くする必要がなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱炭炉の生成スラグに投入する冷却材量を説明
する図であり、冷却材／スラグの体積比と該スラグの溶
融還元炉での再利用率との関係を示す。

【図２】脱炭炉の生成スラグを再利用した溶融還元時の
溶湯温度とその溶融還元終了時のスラグ中Ｔ．Ｃｒとの
関係を示す図である。

【図３】溶融還元時の溶湯温度と炉耐火物の損耗状況と
の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡宏泰千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者岸本康夫千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者北野嘉久千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転炉型溶融還元炉内の溶銑に、クロム原
料及び焼石灰を投入し、別途投入した炭材を酸化性ガス
で燃焼せしめて熱を発生させ、該クロム原料を溶融還元
し、次いで、生成した含クロム粗溶鋼を、別の転炉型脱
炭炉内に移行して脱炭精錬を行いステンレス鋼を製造す
るに際し、前記脱炭炉内で発生したスラグに、冷却材／スラグの体
積比が０．２以上となるように、スラグの冷却材を投入
し、該スラグの凝集を抑制しながら混合及び冷却、固化
させた後のスラグを搬送容器へ排滓することを特徴とす
るステンレス鋼製造時に発生するスラグの排滓方法。
【請求項２】前記冷却材を、炭材とすることを特徴と
する請求項１記載のステンレス鋼製造時に発生するスラ
グの排滓方法。
【請求項３】前記冷却材を、焼石灰とすることを特徴
とする請求項１記載のステンレス鋼製造時に発生するス
ラグの排滓方法。
【請求項４】前記冷却材の投入前に、脱炭炉で生成す
るスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を１．８〜３．
０とすることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載
のステンレス鋼製造時に発生するスラグの排滓方法。
【請求項５】請求項１〜４いずれかに記載の方法で排
滓したステンレス鋼製造時に発生したスラグを、前記転
炉型溶融還元炉の溶銑に投入し、再度クロム原料を溶融
還元することを特徴とする排滓スラグの再利用方法。
【請求項６】前記溶融還元炉内の溶湯温度を１５５０
〜１６５０℃以下とすることを特徴とする請求項５記載
の排滓スラグの再利用方法。