JPS5856005B2 - 高クロム鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄およびクロムの酸化物を安価に還元せしめた
後、リン、炭素、硫黄などの不純物を合理的に除去して
高クロム鋼を溶製するための方法に関する。

高クロム鋼、特にステンレス鋼は一般に溶銑、スクラッ
プ等の鉄源と、フェロクロム、高クロム鋼スクラップな
どのクロム源、および必要に応じてニッケル源を溶融、
混合し、精錬を行う方法で溶製されている。

現在用いられている主たるクロム源はクロム鉄鉱石をコ
ークスなどの炭素質還元剤を用いて還元し、かつ溶融す
ることによって脈石分を分離して得られた高炭素フェロ
クロムである。

このようにフェロクロムを経由する高クロム鋼の溶製方
法の欠点は、クロム源のコストが高いことである。

すなわち、クロム鉄鉱石を還元してクロム５０％以上を
含有するフェロクロムを製造するには、必要な還元温度
、還元エネルギーを供給するために熱源として電力を用
いなければならないので、エネルギーコストが高い。

また、溶湯のＣｒ％が高いのでそれに対応するスラグ中
のクロム優も４係以下に下げることは困難で、フェロク
ロム製造時のクロム歩留は通常９４優を越えることはむ
づかしい。

このようにクロム歩留が低いことからコストが高くなる
一因となっている。

これを改良して安価に高クロム鋼を溶製する方法として
、最近、フェロクロムを経由することなく、クロム品位
の低いクロム鉱石あるいはクロム鉱石と鉄鉱石を混合し
て高炉のように電気加熱を行なわないでコークスのよう
な炭素質還元剤を用いる還元炉により還元し、成品の高
クロム鋼のクロム含有量に近い高クロム銑を作り、これ
を脱炭する方法が検討されている。

通常用いられている高クロム鋼のクロム含有量は３０φ
以下、主として１２〜２０優であるが、このようなりロ
ム含有量だとフェロクロムの場合と異なり、加熱源とし
て電力を用いなくても還元を行うことができる。

また、この溶湯と対応するスラグ中のクロム量を低下し
、クロム歩留を上げることができる。

したがって従来のフェロクロムを経由する方法に比して
クロム源コストを低下せしめる可能性がある。

方、この方法の最大の問題点は脱リンがむづかしく、戊
品高クロム鋼は取分親格を満足しがたいことである。

すなわち、通常得られる鉄鉱石、クロム鉄鉱石の混合物
をコークスにより高炉で溶融還元すると原料に伴って持
ち込まれたリンがほとんどすべて還元されて溶湯中に入
り、溶湯のリン含有量は０．０４〜ｏ、ｉ％となる。

一方、ステンレス鋼の成分規格によるとほとんどのもの
がｐ：ｏ、０４０％以下となっており、規格を満足する
ためには高クロム溶湯の脱リンを行わなければならない
。

溶銑あるいは炭素鋼は周知のように、塩基度が高く酸化
鉄含有量の高い溶融スラグ下で溶湯の酸化精錬を行うこ
とにより、容易に脱リンできる。

しかるに、溶湯中のクロム含有量が高くなると（Ｃｒ＞
４係）、鉄よりも酸化されやすいクロムが優先的に酸化
消耗し、かつスラグ中のクロム酸化物含有量がふえるた
めに物理的、化学的にスラグの脱リン能が低下するため
に、脱リンは実質的にはほとんど進行しない。

したがって、高クロム銑からステルレス製鋼までの間に
脱リンできる方法を確立しないかぎり、安価に得られる
クロム源である高クロム銑をステンレス鋼原料として用
いることができない。

なお、リンの問題について現行ステンレス溶製法と本発
明の対象とする高クロム銑を経由する方法の差について
説明を加えておく。

まず現行のステンレス鋼溶製方法において（」、リンの
問題は次のように解決されている。

すなわち、電気炉製鋼法で（」スクラップを鉄源として
用いるが、これ１１溶銑に比べるとすでに脱リン過程を
経たものであるからＰが低い。

したがって、これと通常のフェロクロムを溶融混合する
だけで通常のリン成分規格を満足することができる。

また転炉製鋼法では鉄源である溶銑を脱リン処理した後
、クロム源を添加するので、クロム源添加後はほとんど
脱リンが行えなくても、やはり通常の成分規格を満足す
ることができる。

このように現行法においては、通常の酸化精錬による脱
リンが可能な溶湯条件（すなわちクロムを含まないか、
わずかしか含んでいない状態）で十分脱リンを行うこと
によって、成分規格を満足することを可能にしている。

一方、本発明が対象とする゛ように原料鉱石から一段階
で高クロム銑を作った場合には、鉄源からもたらされる
リンを、酸化精錬により脱リン処理を行う機会がないこ
とが不利な点であり、リン含有量の低い原料を厳選して
用いるか（コスト的に実施困難）、あるいは高クロム溶
湯脱リンのための方法を開発しなければならない。

高クロム溶湯を脱リンする方法としては、すてにＣａな
とのアルカリ土類金属とその弗化物を用いる方法がある
が、この方法（」エレクトロスラグ溶解のような水冷金
型を用いた再溶解法でしか実施困難であるが、これらの
条件（言いずれも処理コストが著しく高いので少量の高
級品製造用にしか適用できず本発明が目的とするような
高クロム鋼、特にステンレス鋼を大量かつ安価に溶製す
る方法としては適さない。

本発明はかかる事情に鑑みて種々検討の結果得られたも
のであり、安価に高クロム溶湯を得た後、脱リンを可能
ならしめ、合理的に高クロム鋼を溶製する方法として、
鉄およびクロムの酸化物をコークスのような炭素質によ
り還元しＣｒ／Ｆ ｅ＜ １０の溶湯を作る第１工程と
該溶湯のＳｉを低下せしめる第２工程と、該溶湯を非酸
化性雰囲気下で、炭化カルシウムとアルカリ土類金属の
ハライドを主成分とするフラックス、例えば炭化カルシ
ウムと弗化カルシウムを主成分として含有するフラック
スにより処理して脱燐、脱硫を行う第３工程と。

溶湯をフラックスから分離後、所定の値まで脱炭を行う
第４工程とからなることを特徴とするものである。

以下、具体的な実施例に基いて詳細に説明する。

まず、第■工程において、鉄およびクロムの酸化物を還
元して鉄−クロム系溶湯を作る。

この際、安価な還元剤、安価なエネルギーおよび熱効率
の高い炉を用いることが重要で、高炉などのシャフト炉
が適している。

高炉の場合には主熱源および還元剤はコークスであるが
、重油などの吹込みを併用して必要エネルギーを補給す
ることも効果がある。

溶湯中の鉄とクロムの割合は原料酸化物の種類と配合に
よって任意に調整できるが、電力加熱を行わない還元炉
を用いるとすれば、必要還元温度、エネルギーの両面か
らＣｒ／Ｆｅの比が１．０以下であることが必要である
。

一方策１工程で得られる溶湯のＣｒ／Ｆｅの比が最終成
品である高クロム鋼のそれに比べて小さすぎる場合には
（Ｃｒ／Ｆｅ＜０、■）製鋼段階でフェロクロムなどＣ
ｒ／Ｆｅ比の高い原料を大量に加えれぼればならず、本
発明の意義がうすれるので、Ｃｒ／Ｆｅ比の最適値とし
ては０．２〜０．７となる。

コークスなどの炭素質還元剤を用いた場合ｌこは、溶湯
は飽和値に近い炭素を含有している。

飽和炭素濃度はＣｒ／Ｆｅ比とともｌこ大きくなり、４
〜７係となる。

またリンはインプットされたものの８割以上が還元され
て溶湯に入る。

主要なリン供給源としては、鉄鉱石、コークスクロム鉄
鉱石、媒溶剤などがあり、通常の溶銑を得る場合よりも
熱量が多量に必要なことから一般的にコークス使用量が
増加し、コークスに起因するリンインプラ１１−１！増
加する。

必要熱量の一部を前述のように低リンの重油などの吹込
みによって補うとすれば、それだけ溶湯のリンを低くで
きる。

通常得られる原料を用いた場合には得られる溶湯のリン
は０．０４〜０．１％程度である。

また、硫黄は溶湯に移行するのはインプットされたもの
の半分以下であるが、燃料からの硫黄インプットが多い
ことから溶湯に（」通常０．０３〜０．０５％含まれて
いる。

また、溶湯は通常の溶銑よりも高いレベルのＳｉを含有
している。

すなわち、クロム分を還元するために通常の溶銑を得る
場合よりも炉内温度が高く脈石分中の８１０２の還元が
促進されるためで、Ｓ ｉ Ｉｉ １〜４係である。

このように多量の不純物を含む溶湯から成分規格を満足
するような高クロム鋼を得るためＩこ合理的に脱リン、
脱硫、脱珪、脱炭を行うことが第２工程以後の課題であ
る。

第２工程では、まず脱リンを可能にするための予備処理
として溶湯のＳｉ％を低下させる。

溶湯中のＳｉはＣの活量係数を大きくし、Ｓｉ係が高く
なるほど溶湯の飽和Ｃφは低くなる。

前述のように第１工程ではコークスなどの炭素質還元剤
が過剰に存在する条件で還元を行うのでほぼ飽和値に近
い炭素を含有している。

第３工程で後述のように炭化カルシウムを用いて脱リン
するためには溶湯を炭素不飽和にする必要があるが。

本発明はこれを溶湯のＳｉ％を低下させることによって
行う。

すなわち、Ｓｉ％を低下させると。たとえＣ％ｉ＊変ら
なくても、溶湯の炭素不飽和度が大きくなり第３工程で
の反応の進行を可能ならしめる。

（１）酸素ガスあるいは酸化物を反応させて溶湯中のＳ
ｉをＳｉＯ２として除去する。

（２）Ｓｉの低いスクラップ、合金鉄（Ｎｉ源など）を
添加してＳｉを稀釈する。

の２方法がある。

（２）では溶湯温度の点から添加材の童には制限がある
が、第１工程で得られる溶湯の過熱度を大きくするとか
、（１）式の反応による反応熱を利用するか、添加材を
加熱してから添加するなどの方法によって添加材の量を
ふやすことが可能である。

なお、Ｓｉ％の低下の程度が大きいほど第３工程では有
利であるが、炭化カルシウムの原単位と脱珪素率（正確
には稀釈も含めてＳｉ係の低下率を意味する）との関係
の１例は第１図（１８％Ｃｒ）に示すようになり、脱Ｓ
ｉ率が３０係以上にすることが望ましい。

なお第２工程においてはＳｉ％を低下することが本来の
目的であり、Ｃ％の低下はおこらなくてもよいが、もし
Ｃ％の低下があればそれだけ第３工程では有利になるの
で、設備上可能であれば脱炭を並行して行わしてもよい
。

ただし、前記（１）の方法で脱炭も行わせようとすれば
排ガス処理設備が完備していることが前提となる。

（１）の方法でＳｉ％の低下を行わせた場合には、第３
工程に移る前に８１０２％の高いスラグを溶湯から分離
することが必要である。

次に第３工程では該溶湯を非酸化性雰囲気下でＣａＣ２
、ＣａＦ ２を主成分として含有するフラックスで処理
して、脱リンと脱硫を行う。

ＣａＣ２は炭素不飽和の溶湯と反応させると により遊離の金属カルシウムを生じ、 つづいて の反応により脱リンがおこる。

Ｃａ Ｆ ２はフラックスの融点調整と、金属カルシウ
ムをフラックス中に安定に存在させるために必要である
。

ＣａＣ２とＣａＦ ２の配合割合はＣａＣ２／ＣａＦ
２−１．５〜６．５の範囲を最適とする。

残りの取分（４不純物として混入するＣａＯ，Ｓｉ０２
ｙＭｇＯＳ１０２ｙなどであるが、金属カルシウムによ
って還元されやすい酸化物は極力少ないことが望ましい
。

なお、炭素不飽和度が小さい場合にはＣａ Ｃ２の一部
をＣａ−８ｉなどのカルシウム合金に置換することは必
要フラツクス量を低下できるという効果がある。

Ｃａ−８ｉを多量に添加すると溶湯のＳｉ係が上昇して
前述のように炭素溶解度を小さくする逆効果も伴う。

これを抑制するためにも第２工程であらかじめＳｉ％を
低下したことは効果がある。

なお、ＣａＣ２を全く用いないでカルシウム合金とＣａ
Ｆ２で溶湯を処理しても脱リンは行えるが、この場合に
カルシウム合金中のＣａの多くが溶湯中のＣと反応して
Ｃａ Ｃ２に変化する。

したがって本発明の対象とするような溶湯を処理する場
合にはＣａ Ｃ２を全く用いないことは経済的ではない
。

次に第４工程においては、溶湯とフラックスを分離した
後、吹酸により脱炭と溶湯中に残ったＳｉの除去を行う
。

脱炭反応を行う前にフラックスの分離を行うのは、酸化
精錬により（１）、（２）式の逆反応がおこるのを防ぐ
ためである。

脱炭して所定のＣ％にするには既存の方法１例えば大気
圧下での上吹、Ａｒ−０□混合ガス横吹、減圧吹酸など
のいずれか、あるいは、あるいは組合せて用いればよい
。

実施例 １ シャフト型還元炉Ｉコクロム鉄鉱石、鉄鉱石、コークス
、ＣａＣＯ３を装入して予熱した酸素富化空気（０２：
４２％）を吹き込み、高クロム銑を作る。

高クロム銑の成分は次の通りである。

次に、この溶湯に酸素を吹き脱珪し、次いで電気炉で溶
融したフェロニッケルを添加する。

この工程の終りの溶湯成分は次の通りである。

排滓後、雰囲気をＡｒガスでシールしながらカルシウム
カーバイド１０ｋｇ／ ｔ 、精整蛍石３ｋｇ／ｌを溶
湯に添加してＡｒ吹込によりバブリングを行う。

本処理終了後の溶湯成分は次の通りである。溶湯とフラ
ックスを分離後この溶湯を転炉で一次脱炭後、真空下で
の吹酸法により仕上げ脱炭して成分調整する。

合金添加前の溶湯成分は次の通りである。

実施例 ２ 高クロム銑の製造および脱珪してフェロニッケル添加ま
では実施例１と同じである。

次に排滓後、雰囲気をＡｒガスでシールしながら、カル
シウムカーバイド６ｋｇ／ｌ、精整蛍石３ｋｙ／ｌ、カ
ルシウムとりサイド（２５％Ｃａ）３に９／ｌを溶湯に
添加してＡｒ吹込によりバブリングを行う。

本処理終了後の溶湯成分は次の通りである。

以上のように本発明を実施することにより、鉱石から茹
附こ高クロム溶湯を得る方法である高クロム銑を経由す
るプロセスの最大の欠点である脱リンを合理的に実施す
ることができ、高クロム鋼を安価に得るという観点から
その効果は太きい。

なお、高クロム銑を電気炉で製造した場合にもこの方法
は適用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は高クロム銑の脱珪素率と炭化カルシウム原単位の
関係の１例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄およびクロムの酸化物をコークスのような炭素質
   還元剤により還元して、Ｃｒ／Ｆｅ＜１．０の溶湯を作
   る第１工程と、該溶湯のＳｉ％を低下せしめる第２工程
   と、該溶湯を非酸化性雰囲気下で炭化カルシウムとアル
   カリ土類金属のハライドを主成分として含有するフラッ
   クスにより処理して、脱燐、脱硫を行う第３工程と、溶
   湯をフラックスから分離後、所定の値まで脱炭を行う第
   ４工程からなることを特徴とする高クロム鋼の溶製方法
   。