JPS63190134A - クロム鉱石からの高クロム合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、クロム鉱石から高能率でコスト安くステン
レス鋼等の高クロム合金を製造する方法に関するもので
ある。

〈従来技術とその問題点〉 近年、耐食性や耐酸性に優れると共に高温環境中におい
ても優れた特性を発揮するところの、ステンレス鋼に代
表される高クロム合金の需要は益々増加する傾向にある
が、従来、このような高クロム鋼は、まずクロム鉱石を
高温度が得られる電気炉によってコークス還元し、これ
により得られた高炭素フェロクロムを鉄源等と共に再溶
解して脱炭すると言う２段階法で製造されるのが一般的
であった。

しかしながら、“間接製造法”と称されるこの方法には
、 （ａ）　　クロム酸化物の還元に要する多量のエネルギ
ーとして高価な電力を使用している、（ｂ）　　フェロ
クロム製造工場と製鋼工場等の高クロム合金製造工場と
は距離的に離れているのが普通であるので、溶製された
フェロクロムを一旦凝固させて運搬すると共に高クロム
合金製造過程で再度溶融する必要があり、そのためのエ
ネルギー損失が大きい、 （Ｃ）　　高クロム合金製造過程では多量のスラグをＣ
ｒ含有割合の高いフェロクロムと接触した状態で精錬が
なされるので、スラグ中のＣｒ量を低くするのが困難で
あり、クロム損失が大きい、との問題が指摘されており
、製造コスト低減が一層厳しく要求されるようになって
きたこともあって、その改善が強（望まれていた。

このようなことから、高価な電力を還元エネルギーとし
て使用したりエネルギー損失の多い２段階溶解法による
ことなく、高い収率の下で所望の高クロム合金を得るこ
とを目指したところの「酸素を底吹きできる転炉によっ
てクロム鉱石から直接的にクロム鋼を製造する方法」が
提案されるに至った（特開昭５４−１５８３２０号、特
開昭６０−９８１５号）。

ところが、酸素を底吹きできる転炉を使用した上記提案
になるクロム鋼の製造方法では、クロム酸化物の還元が
十分でなくて格別な操作を必要としたり、溶融金属の温
度維持やスラグと溶融金属の分離が困難であるとの問題
が未解決であるなど、実用が今−歩躊躇されるものであ
った。

このようなことから本発明者等は、先に、これらに代わ
る実用的な高クロム合金の製造法として、様々な観点か
らの研究結果に基づいて成されたところの 「底部に攪拌ガス吹き込み用羽目を備えると共に、溶融
メタル浴面とスラグ面との間に酸素ガス又は酸素富化ガ
ス吹き込み用羽目を有し、かつ酸素上吹きランスをも備
えた転炉に、まずクロム原料、炭材及び媒溶剤を投入し
て精錬末期におけるスラグ中のＣｒ分が５〜２０重量％
となるように精錬を行い、続いて炭材のみを投入して、
スラグ中のＭｇ０分を３０重量％未満に保持しながら、
かつ該スラグにおける吹き込み酸素と接触しない部分の
温度をメタル浴の平均温度よりも５０℃以上高く維持し
つつ精錬を行う方法」 を提案した（特願昭６０−１２１７９４号）。

しかし、実操業を通じてなされた本発明者等のその後の
検討により、上記「先に提案した方法」は確かに能率の
優れた高クロム合金の製造方法ではあるものの、より良
好な操業能率を上げるために“クロム鉱石を溶かし易い
低融点スラグを形成し、かつ還元反応速度を上げるべく
スラグの強攪拌を行うと、これらは炉の耐火物にとって
も溶は易い苛酷な条件であるので、炉材コストの点で必
ずしも好ましい結果がもたらされるものではないとの問
題を認識するに至った。

そこで、能率向上を目指しつつ上記クロム鉱石還元時に
おける耐火物の負担軽減を図るため、クロム源として半
還元ペレットを使用する方法についても検討したが、半
還元ペレットを製造するためにはロータリーキルン等の
予備処理を行う必要があり、製造コストの点で決して好
ましい方法とは言い難かった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、価格の高い電力
を還元エネルギーとして使用しないことは勿論、炉材コ
ストの面でも原料コストの面でも格別な不利を伴うこと
のない、“クロム鉱石から直接的に高クロム合金を高能
率・低コストで製造し得る方法”を見出すべく鋭意研究
を続けたところ、 「精錬炉として炉底から酸素と微粉炭とを吹き込むこと
ができる上、下側吹き複合吹錬転炉を使用すると共に、
クロム源として安価な“鉱石粉と炭材を練り固めただけ
の炭材内装ブリケット”を用い、まず炉に装入した出発
溶銑に底吹き羽目から０８ガス及び微粉炭を吹き込んで
該溶融金属の温度と［Ｃ］量を特定値に維持しつつ上記
ブリケットを投入すると、転炉内の高温により該ブリケ
ット中のクロム鉱石は固相状態で還元が進行することと
な、るが、この還元が進んだ状態でＳｉｎｇ　。

ＣａＯ等のフラツクスを添加して低融点のスラグを形成
すると、ブリケットは容易に溶解して該ブリケットから
メタル成分を短時間に効率良く還元・分離することがで
き、炉材を損傷する低融点スラグの保持時間少なく、低
コスト・高能率で酸化クロムの還元作業を終了すること
ができる」との知見を得るに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいて成されたものであり、 「炉底から酸素と微粉炭を吹き込むことができる上、底
両吹き複合吹錬転炉に溶銑を収容し、底吹き吹錬にて溶
銑温度の調整と溶銑中の［Ｃ］量：３重量％以上の維持
を行いつつ、クロム鉱石と炭材とを混合して成るブリケ
ットを投入して溶銑温度にてクロム鉱石を固相還元した
後、フラックスの添加により溶融還元を行い、次いで除
滓してから脱炭処理を施すことにより、炉材寿命に格別
な悪影響を与えることなく、クロム鉱石から直接的に高
能率かつ低コストで高クロム合金を製造し得るようにし
た」点 に特徴を有するものである。

ここで、固相還元における溶銑中の［Ｃ］量を３重量％
以上に維持すると定めたのは、該［Ｃ］量が３重量％を
下回ると還元されたＣｒの再酸化を少なく抑えることが
できない上、炉内還元雰囲気が十分に確保されないため
である。

上述のように、この発明の高クロム合金の製造方法は酸
化クロムの還元を２期に分ける点を大きな特徴としてい
るが、以下、この発明の方法を工程を追って更に詳述す
る。

この発明の方法によって高クロム合金を製造するに際し
ては、第１図の概略図で例示されるような、底吹羽口１
から０！ガスと微粉炭を吹き込むことができる通常の上
、底両吹き複合吹錬転炉２が使用される。なお、第１図
において、符号３で示されるものは酸素上吹きランス、
４は原料装入用の炉上バンカーである。

さて、高クロム合金の製造に当り、まず出発原料である
脱燐銑を転炉２内に注銑した後、底吹羽口１から０□ガ
ス及び微粉炭を溶融メタル５中に吹き込んで発熱させる
と同時に、溶融メタル中の［Ｃ］量を３重量％以上に維
持するが、前述した如く、これによってＣｒの再酸化が
少なくなると共に炉内還元雰囲気が確保される。

この状態にて、原料装入用の炉上バンカー４から底吹き
ｏ２ガスによる発熱に見合う量の炭材内装ブリケット６
を炉内に連続的に投入し溶融メタル５の温度を１５５０
〜１７００℃に保つと、その熱によって固相状態のまま
でブリケット内のクロム鉱石の還元が円滑に進行する（
以下、この期間を′固相還元期”と称する）。なお、こ
の場合に溶融メタル５の温度が低過ぎると反応速度が遅
くなり、一方、該温度が高過ぎると耐火物の寿命が低下
することから、溶融メタルの温度は上記範囲に保持する
のが好ましい。また、ブリケットの主要構成物は“コー
クス粉”及び“クロム鉱石粉”であるが、結合材として
Ｓｉｎｇ等を少量添加するのが良い。そして、ブリケッ
ト中の炭材内装量は、Ｃ量（重量割合）が ３．５Ｃ（χ）く全Ｆｅ（χ）＋１．５×全Ｃｒ（χ）
＜　５　Ｃ（χ）を満足する割合、即ち、 に調整するのが望ましい。この範囲は、少なくとも酸化
鉄及び酸化クロムと結合している酸素原子がＣ原子によ
りＣＯとして除去されるに十分であって、しかもコスト
的にみて余りに過剰にならない量である。

そして、この“固相還元期”では次の点が注目される。

即ち、 ■　炉内の還元雰囲気を強化するため、酸素上吹きラン
スからの０！吹き込みは実施されない、■　スラグ形成
は特に意図されないので、ブリケットは未滓化のまま溶
融メタル上に浮遊する、■　酸化クロムの還元は内装炭
材で行なわれ、必要な熱供給は溶融メタル側からの伝熱
並びに溶融メタルからの発生Ｃｏガスによってなされる
、■　酸化クロムの還元は主としてブリヶ・７ト内部で
起こる。もっとも、一部は崩壊して溶融メタルと接触し
はするもののその量は僅かであり、従って小量のスラグ
の発生はあるが、形成されるスラグは高融点組成であっ
て耐火物との反応は殆んどない。

続いて、還元の進んだブリケットからメタル成分を分離
する必要があるので、この時点（条件によっても異なる
が、固相還元を３０〜６０分程度実施した時点）で５ｉ
ＯｚやＣａＯ等のフラックス添加が行われて低融点のス
ラグ形成がなされ、ブリケットが溶解される（以下、こ
の期間を“溶融還元期”と称する）。

この“溶融還元期”では次の点が注目される＝即ち、 ■　溶融メタル中Ｃｒの再酸化を防止するため、好まし
くは酸素上吹きランスからの０２ガス吹き込みだけを実
施し、底吹羽口からの０２ガス吹き込みは避け、Ｎ２ガ
ス吹き込みによる攪拌だけにするのが良い（ただ、この
場合の０２ガス吹き込みは最低源の発熱量確保を狙った
ものであるので、底吹羽口からのＯｔガス吹き込みのみ
によっても目的の達成ができることは言うまでもない）
、■　溶融メタルの再酸化防止と熱量確保のためスラグ
中に塊コークスを分投するのが良い。そして、このとき
の塊コークス量はスラグ重量の５％以上２０％未満が舅
ましい（この溶融還元期終了後の溶融メタル成分は［Ｃ
］　ｉｔが３重量％以上で［Ｃｒｌ量が８〜４０重量％
となる。なお、溶融還元期の■並びに■で示した事項は
前述の「本発明者等が先に提案した方法」と基本的には
同じであるが、この場合にはスラグが多量に生成するこ
とがないのでスラグ攪拌の必要はなく、従って先に提案
した方法のように横吹羽口は必要としない）。

■　酸化クロムの還元は基本的には同相還元段階で終了
しており、この段階はメタルとスラグとを分離するため
のものであるので処理時間が極めて短い（１０分程度で
良い）。従って、低融点スラグの接触による耐火物の侵
食は極めて軽微でしかない。

そして、溶融還元期終了の後、常法通りに除滓がなされ
、脱炭処理が行われて高クロム合金かえられるが、この
とき必要に応じてＡＯＤ等の脱炭専用炉に移し替えて脱
炭を行って良いことは勿論である。

次いで、この発明を実施例により具体的に説明する。

〈実施例〉 第１図で示されるような形式の上、底両吹き複合吹錬１
５トン転炉を使用し、まずＣ：　４．２重量％、Ｍｎ：
０．１重量％、ｐ：ｏ、ｏ２重量％、　　Ｓ　：　０．
００３重量％を含む脱燐溶銑を５トン注銑した後、底吹
羽口から０□ガスと微粉炭とを吹き込んで（０２ガス吹
き込みＷｋ　：　１６００　Ｎｎ？／ｈｒ、微粉炭吹き
込み量：１Ｂ００ｋｇ）溶銑温度を１５５０〜１７００
℃の範囲に維持すると共に、溶銑中の［Ｃ］量を３重量
％以上に保ちつつ、その上に炉上バンカーからクロム鉱
石と炭材とを混合して成るブリケット（サイズ：１０〜
３０ｗｍ）５）ンを投入した。なお、ブリケットの成分
組成は次の第１表の通りであった。

第　　　１　　　表 （注）残部はその他の混入物である。

そして、このままの状態を維持しブリケット内クロム鉱
石の固相還元を進行させて５０分経過後（この時点で固
相還元は殆んど終了）、今度は炉上バンカーからフラフ
クスとして９００ｋｇの焼成石灰及び５００ｋｇの珪砂
を投入し、酸素上吹きランスから８００　Ｎｒｒｒ／ｈ
ｒの０□ガスを、そして底吹羽目から６００　Ｎ　ｎ？
／ｈｒの攪拌用Ｎ２ガスのみを吹き込みつつ、更に５０
０ｋｇの塊コークスを分投して十分間の溶融還元を実施
した。なお、この溶融還元終了後の溶融メタル成分を調
査したところ、Ｃ：６．２重量％、　Ｓｔ　：　０．０
５重量％、Ｍｎ：０．１重量％。

Ｐ　：　０．０２４重量％、Ｓ：０．０１重量％、　Ｃ
ｒ　：　１６．８重量％を含み、残部が実質的にＦｅか
らなる組成を有していた。

溶融還元終了の後、転炉内の除滓を行い、常法通りに酸
素上吹きランスから０□ガスを吹き込んで脱炭処理して
ステンレス鋼を溶製した。

その結果を検討すると、この方法によるステンレス鋼溶
製能率は、従来法に比して高能率が得られたところの前
記「本発明者等が先に提案した方法」よりも更に２５％
向上していることが確認され、しかも炉材耐火物の溶損
量も激減したことが明らかとなった。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、高価な電力エ
ネルギーに頼らずに、また炉材コスト上昇を懸念するこ
ともなく、クロム鉱石から高能率・低コストで高クロム
合金を製造することが可能となるなど、産業上極めて有
用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る方法を実施する際に使用される
上、底両吹き複合吹錬転炉設備例を示した概略模式図で
ある。 図面において、 １・・・底吹羽目、 ２・・・上、底両吹き複合吹錬転炉、 ３・・・酸素上吹きランス、 ４・・・原料装入用の炉上バンカー、 ５・・・？容融メタル、　　　６・・・フ゛リケット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉底から酸素と微粉炭を吹き込むことができる上、底両
   吹き複合吹錬転炉に溶銑を収容し、底吹き吹錬にて溶銑
   温度の調整と溶銑中の（Ｃ）量：３重量％以上の維持を
   行いつつ、クロム鉱石と炭材とを混合して成るブリケッ
   トを投入して溶銑温度にてクロム鉱石を固相還元した後
   、フラックスの添加により溶融還元を行い、次いで除滓
   してから脱炭処理を施すことを特徴とする、クロム鉱石
   からの高クロム合金の製造方法。