(57)【要約】【課題】粗脱炭で生成されるスラグの熱を電気炉での溶解に有効利用することができ、またスラグ中に含まれるクロム分を溶銑の成分として利用することができるステンレス鋼の製造方法を提供する。【解決手段】ステンレス鋼の溶銑２を転炉４で酸素吹精して粗脱炭し、粗脱炭で生成されるスラグ１０を容器１１に排滓する。排滓されたスラグ１０をホットチャージ状態で電気炉に装入し、装入されたスラグ１０をステンレス製鋼用の原料とともに溶解する。当該原料の組成を、ＦｅＣｒ：１０重量％以上、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％とし、ＦｅＣｒ中のＳｉ含有量を３重量％以上とすることが好ましい。【選択図】  図１
2010261062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス製鋼用の原料を電気炉で溶解し、粗精錬炉で粗脱炭し、二次精錬炉で仕上げ脱炭するステンレス鋼の製造方法において、
粗精錬炉の粗脱炭で生成されるクロム酸化物を含むスラグを排滓し、
当該スラグをホットチャージ状態で電気炉に装入し、
装入されたスラグを原料とともに溶解することを特徴とするステンレス鋼の製造方法。
【請求項２】
前記原料の組成を、
フェロクロム合金：１０重量％以上、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％とし、
フェロクロム合金中のＳｉ含有量を３重量％以上とすることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼の製造方法。
【請求項３】
前記スラグを電気炉に装入し、続いて原料を電気炉に装入することを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製鋼用の原料を溶解炉で溶解し、粗精錬炉で粗脱炭し、二次精錬炉で仕上げ脱炭するステンレス鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐食性が優れるステンレス鋼は、水周り製品や外装建材などに広く用いられている。図５は、一般的なステンレス鋼の製造方法を例示する。図５に示す製造方法では、まずステンレス製鋼用の原料を電気炉１で溶解して溶銑２とする。受銑鍋３を介して溶銑２を粗精錬炉である転炉４に注銑し、転炉４で酸素吹精して粗脱炭する。粗脱炭された溶鋼を取鍋５に出鋼する。さらに、溶鋼を二次精錬炉である真空脱ガス装置６（ＶＯＤ）で仕上げ脱炭し、連続鋳造装置７（ＣＣ）でスラブ８を形成する。さらにスラブ８を熱間圧延してステンレスの熱間圧延鋼帯とし、必要に応じて冷間圧延して冷間圧延鋼帯とする。
【０００３】
図６は、従来のステンレス鋼の製造方法における転炉４での処理の概要を示す。転炉４では、まず電気炉１で溶解された溶銑２が注入される（注銑）。次いで、ノズル９から酸素吹精して溶銑２を粗脱炭するとともに、必要に応じて副原料を装入して成分調整する。この酸素吹精による粗脱炭処理を通じてスラグ１０が生成される。ステンレス鋼の溶銑２には、易酸化性元素であるクロム（Ｃｒ）が含まれる。溶銑２中のクロムが酸化されてクロム酸化物となりスラグ１０中へ移行するので、スラグ１０はクロム酸化物を含む。粗脱炭が終了（終点に到達）すると、溶銑２のみが取鍋５へ出鋼され、スラグ１０が転炉４内に残される。溶銑２の出鋼後、転炉４からスラグ１０を容器１１へ排滓する。容器１１へ排滓されたスラグ１０は、冷却された後、Ｃｒやマンガン（Ｍｎ）などの有価成分の回収、いわゆる地金回収が行われる。回収された地金は、電気炉１で溶解するステンレス製鋼用の原料として使用される。地金回収後のスラグは、路盤改良材などに二次利用または廃棄される。スラグ１０を転炉４で排滓して地金回収する場合、ハンドリング可能な温度にまで冷却するので、スラグ１０が保有している熱が無駄になる。逆に、スラグ１０が保有する熱を有効に利用しようとすると、高温の状態での地金の回収が難しいという問題がある。
【０００４】
高温の転炉生成スラグから有価成分を回収する先行技術として、転炉で出鋼後、排滓しないで次チャージの溶銑または炭材を装入して、クロム分を還元回収することが提案されている（特許文献１参照）。また、脱炭精錬で生成されるスラグ中の有価成分を回収する先行技術として、容器に排滓したスラグに溶鉄およびアルミニウムを投入し、スラグ中のクロム酸化物を還元してクロムを溶鉄中に回収することが提案されている（特許文献２参照）。また、スラグの顕熱を利用する先行技術として、複数の転炉で操業する場合、１つの転炉から容器に排滓されるスラグをガスバーナーで加熱して保温し、もう一つの転炉から排滓される高温状態のスラグを足し、次に操業を開始する転炉へ当該スラグを装入して再使用することが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７３４２４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４２２６号公報
【特許文献３】特開平５−２５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、次チャージの溶銑を装入する場合、既に溶解している溶銑に対してスラグの熱を溶解に有効利用したことにはならず、クロム分回収済みのスラグを排滓するときに熱の損失が発生する。また、炭材を装入する場合には、炉壁を保護するために付着されているコーティングスラグが溶解されるので、炉寿命が低下するという問題がある。また、特許文献２では、容器に排滓したスラグに溶鉄を注入するので、スラグの熱を溶解に有効利用したことにはならない。また、高価なアルミニウムを多く必要とするのでコストが高くなるとともに、スラグを排滓した容器に溶鉄を注入して回収クロムの受け皿とするので、還元回収処理後の溶鉄中のクロム濃度を余り高くすることができないという問題がある。また、特許文献３では、追加のスラグが発生するまでの待機中に、容器に排滓されたスラグを保温するためにバーナー加熱を必要とするので、熱の有効利用という観点からは十分でない。
【０００７】
本発明の目的は、粗脱炭で生成されるスラグの熱を電気炉での溶解に有効利用することができ、またスラグ中に含まれるクロム分を溶銑の成分として利用することができるステンレス鋼の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ステンレス製鋼用の原料を電気炉で溶解し、粗精錬炉で粗脱炭し、二次精錬炉で仕上げ脱炭するステンレス鋼の製造方法において、
粗精錬炉の粗脱炭で生成されるクロム酸化物を含むスラグを排滓し、
当該スラグをホットチャージ状態で電気炉に装入し、
装入されたスラグを原料とともに溶解することを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【０００９】
また本発明で、前記原料の組成を、フェロクロム合金：１０重量％以上、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％とし、フェロクロム合金中のＳｉ含有量を３重量％以上とすることを特徴とする。
【００１０】
また本発明で、前記電気炉として電極通電式電気炉を使用し、前記スラグを電気炉に装入し、続いて原料を電気炉に装入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粗脱炭で生成されるスラグをホットチャージの状態で電気炉へ装入するので、スラグが保有する熱を原料に付与して溶解に有効利用することができる。また、溶解される原料に含まれる還元成分によってスラグ中のクロム酸化物を還元し、クロム分を溶銑へ回収することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、ステンレス製鋼用原料としてのフェロクロム合金のＳｉ含有量を規定し、さらに原料組成のフェロクロム合金およびＳｉ量を所定範囲とすることによって、原料でスラグ中のクロム酸化物を一層効率的に還元し、クロム分を回収することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、スラグの装入に続けて原料を装入するので、装入のための炉蓋開放の頻度を少なくして熱損失を抑制することができる。さらに、電気炉内でスラグの上に導通のある原料が位置するので、通電不良の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態であるステンレス鋼の製造方法の概要を示す図である。
【図２】ホットチャージ状態でスラグを電気炉に装入する状況を示す図である。
【図３】溶解電力原単位が山盛およびスプラッシュに及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】スラグ中のクロム酸化物の還元に及ぼす原料中のＦｅＣｒ量とＳｉ量の影響を示すグラフである。
【図５】一般的なステンレス鋼の製造方法を例示する図である。
【図６】従来のステンレス鋼の製造方法における転炉４での処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態であるステンレス鋼の製造方法の概要を示す。本実施形態のステンレス鋼の製造方法は、前述のステンレス製鋼用の原料を電気炉１で溶解し、粗精錬炉である転炉４で粗脱炭し、二次精錬炉であるＶＯＤ６で仕上げ脱炭する工程を含み、転炉４の粗脱炭で生成されるクロム酸化物を含むスラグ１０を排滓し、当該スラグ１０をホットチャージ状態で電気炉１に装入し、装入されたスラグ１０を原料とともに溶解する。図１に示す方法のうち転炉４での排滓までは、前述の図６と同一であるため説明を省く。
【００１６】
本実施形態のステンレス鋼の製造方法の特徴とするところは、転炉４で排滓されたスラグ１０を、ホットチャージ状態で電気炉１に装入することにある。ここで、ホットチャージ状態で電気炉１に装入とは、粗脱炭を終えて転炉４から容器１１に排滓されたスラグ１０を、積極的に冷却することなく、また地金回収処理をすることなく、顕熱を保有したままで電気炉１に装入することをいう。ホットチャージ状態のスラグ１０は、容器１１の中で液相または表層部分のみが若干固相になっている状態である。このことによって、スラグ１０は、電気炉１の中で原料に対してその保有する熱を付与することができるので、熱損失を抑制して原料の溶解に有効利用することができる。
【００１７】
図２は、ホットチャージ状態でスラグを電気炉に装入する状況を示す。電気炉１は、炉体２１と、炉蓋２２と、三相交流式の３本の電極２３と、不図示の電源および傾動装置等を含む。電気炉１では、炉体２１内に合金やスクラップなどのステンレス製鋼用の原料２４を装入し、炉蓋２２に形成される貫通孔から挿入される電極２３で原料２４に通電し、原料２４を溶解して溶銑２とする。転炉４の粗脱炭で生成されるスラグ１０は、容器１１に排滓され、ホットチャージの状態で電気炉１の炉体２１へ装入される。電気炉１の炉体２１へのスラグ１０の装入は、初装時でもよく、また追装時でもよい。初装とは、電気炉１で溶銑２を出鋼した後、電気炉１の炉体２１内へ初めて原料２４を装入することをいう。追装とは、先に装入された原料２４がある程度溶解され、液相の溶銑２と固相の原料２４とが炉体２１内で混在する状態で、追加の原料２４を装入することをいう。
【００１８】
図２では、追装時にスラグ１０を電気炉１の炉体２１へ装入する場合について示す。初装または追装のいずれの場合であっても、スラグ１０を炉体２１に装入し、続いて原料２４を炉体２１に装入する。スラグ１０の装入に続けて原料２４を装入することによって、装入のための炉蓋２２開放の頻度を少なくして熱損失を抑制することができる。また、電気炉１では、電極２３から原料２４への通電により主として抵抗発熱で原料２４を溶解するが、スラグ１０の上に導通のある原料２４を装入することによって、通電不良の発生が防止される。図２に示す追装時にスラグ１０を電気炉１へ装入する場合、スラグ装入前に電気炉１へ装入された原料２４が、溶解されて溶銑２と混在する状態になるまでの溶解電力原単位を、４００〜５００ｋＷｈ／Ｔｏｎに調整することが望ましい。
【００１９】
以下、溶解電力源単位の範囲限定理由について説明する。図３は、溶解電力原単位が山盛およびスプラッシュに及ぼす影響を示す。図３では、横軸に電力原単位、縦軸に山盛およびスプラッシュの発生頻度を表す。ここで、山盛とは、原料２４を追装すると、装入した原料２４が炉体２１の炉壁の上端を超え、炉蓋２２を閉じることが困難になる状態をいう。スプラッシュとは、原料２４やスラグ１０を追装すると、先に装入された原料２４が溶解して形成される溶銑２が飛散することをいう。発生頻度は、原料２４を装入した総回数に対して、山盛またはスプラッシュがそれぞれ発生した回数の比を百分率で表した。電力原単位が４００ｋＷｈ／Ｔｏｎ未満の場合、先に装入した原料２４の溶解が十分進まず、未溶解の原料２４が多いので、炉体２１中の原料２４の嵩が高くなる。このような嵩が高い原料２４の上にスラグ１０を装入し、さらに原料２４を追装すると、山盛が発生する。逆に、電力原単位が５００ｋＷｈ／Ｔｏｎを超えると、原料２４の溶解が十分に進み、炉体２１の中は液相の溶銑２のみとなる。このような状態で、原料２４やスラグ１０を電気炉１へ装入すると、溶銑２が飛散してスプラッシュが発生する。スプラッシュは、炉壁を痛める原因となる。したがって、スラグ装入前の原料２４の溶解に際しては、溶銑２と未溶解の原料２４とが適当に混在し、山盛およびスプラッシュの発生を防止することができる４００〜５００ｋＷｈ／Ｔｏｎの電力原単位とすることが望ましい。
【００２０】
電気炉１にスラグ１０を装入し、続いて原料２４を装入し、原料２４とスラグ１０とが混在する状態で電極２３に通電して溶解する。溶解される原料２４によりスラグ１０中のクロム酸化物を還元する。電気炉１の溶解工程でスラグ１０中のクロム酸化物を還元し、クロムを溶銑２へ回収することによって、別工程での地金回収処理をすることなく、スラグ１０中のクロムを溶銑２の成分として利用することができる。溶解される原料２４の組成を、フェロクロム合金（以下、ＦｅＣｒで表す）が１０重量％以上、Ｓｉが０．５〜１．５重量％とし、ＦｅＣｒ中のＳｉ含有量を３重量％以上とする。このことによって、スラグ１０中のクロム酸化物を一層効率的に還元し、回収されるクロムを溶銑の成分として利用することができる。
【００２１】
以下、原料２４の組成範囲限定理由について説明する。図４は、スラグ中のクロム酸化物の還元に及ぼす原料中のＦｅＣｒ量とＳｉ量の影響を示す。図４では、装入原料中のＦｅＣｒ量およびＳｉ量を種々に変化させて電気炉１でスラグ１０とともに溶解し、スラグ１０中のクロム酸化物を還元する試験をした結果を表す。
【００２２】
以下、図４を参照して組成範囲の限定理由を説明する。
【００２３】
ＦｅＣｒ：１０重量％以上
ＦｅＣｒには、一般的にＳｉが含まれている。特に、３重量％以上のＳｉを含有するＦｅＣｒを原料中に１０重量％以上含有させることで、ＦｅＣｒ中に含まれるＳｉによって、クロム酸化物を効率的に還元することができる。ＦｅＣｒが１０重量％未満では、スラグ中のクロム酸化物を還元するために、還元剤としてのＳｉを追加しなければならない。スラグ中のクロム酸化物の還元という観点からは、ＦｅＣｒ含有量の上限値を特に規定しない。他の原料との関係および鋼種系から必要とされる溶銑中のＣｒ量を満足するように上限値を選定することができる。ＦｅＣｒは、ステンレス鋼の必須成分であるＣｒの供給源であるため、溶銑のＣｒ量の観点からも、原料中に１０重量％以上含有させることが好ましい。
【００２４】
Ｓｉ：０．５〜１．５重量％
Ｓｉは、スラグ中のクロム酸化物を還元する還元剤として必須である。含有量が０．５重量％未満では、クロム酸化物を十分に還元することができず還元不良を生じる。１．５重量％を超えて含有すると、電気炉で生成されるスラグ量を不要に増大させるとともに、出鋼時にスラグが突沸するフォーミングを発生する。したがって、Ｓｉ量を０．５〜１．５重量％とする。
【実施例】
【００２５】
以下本発明の実施例について説明する。本実施例では、容量１６０Ｔｏｎの電気炉、粗脱炭炉として容量８０Ｔｏｎの転炉、仕上げ脱炭炉として容量８０ＴｏｎのＶＯＤを使用し、転炉での粗脱炭で生成されるスラグを排滓し、当該スラグをホットチャージ状態で電気炉へ装入してステンレス鋼を製造した。
【００２６】
電気炉での溶解に使用したステンレス製鋼用の原料は、ＦｅＣｒが４５Ｔｏｎ、普通鋼屑が８３Ｔｏｎ、コークスが４Ｔｏｎ、残部がステンレス屑で、原料総量が１７１Ｔｏｎであった。原料総量中のＦｅＣｒ含有量は２６．３重量％であり、ＦｅＣｒ中のＳｉ含有量は４．０重量％であった。また、配合比から求められる装入原料中のＳｉ含有量は、１．０５重量％であった。
【００２７】
電気炉で上記の原料と造滓剤とを溶解し、８０Ｔｏｎの溶銑を電気炉から転炉へ注銑した。転炉で、ＣａＯを１２３０ｋｇ投入した後に酸素上吹し、Ｃを０．２５重量％まで粗脱炭した。このときの粗脱炭された溶鋼のＣｒ含有量は１６．３重量％、Ｓｉ含有量は０重量％であった。粗脱炭を通じて生成されたスラグ量は、５Ｔｏｎであった。転炉の出鋼口から溶鋼のみを取鍋に出鋼した後、転炉を出鋼口と逆の方向へ傾動し、スラグを全量スラグポットに排滓した。排滓したスラグを、強制冷却することなく、また地金回収することなく、ホットチャージ状態で電気炉へ装入した。このときのスラグポット内のスラグは、表層部分のみが固まっている状態であった。取鍋に出鋼した溶鋼は、ＶＯＤで仕上げ脱炭し、連続鋳造してスラブとした。
【００２８】
ホットチャージ状態でスラグを電気炉に装入するに際し、原料を初装する場合には、先にスラグを装入し、続いて原料を装入した。原料を追装する場合には、先に装入した原料を電力原単位が４００〜５００ｋＷｈ／Ｔｏｎになるようにして溶解し、溶銑および原料が混在する状態でスラグを装入し、続いて追加の原料を装入した。初装および追装のいずれの場合とも、装入した原料の組成は、先に電気炉で溶解した上記の原料と同一組成である。スラグをホットチャージ状態で電気炉に装入する方法で１チャージ分の溶解が終了した後、１チャージ分の溶解に要した電力原単位を求め、スラグの装入なしで溶解した場合の１チャージ分の電力原単位と比較した。また、溶解原料の配合比から求められるＣｒ分の重量％と、電気炉で１チャージ分の溶解が終了した後の溶銑中のＣｒ含有量とを比較し、スラグ中のＣｒ酸化物からＣｒを還元回収したことによるＣｒ量の増分を求めた。
【００２９】
スラグをホットチャージ状態で電気炉へ装入することで、電気炉での溶解電力原単位を１０ｋＷｈ／Ｔｏｎ低減し、スラグが保有する顕熱を利用してエネルギー節減をすることができた。また、溶解される原料でスラグ中のＣｒ酸化物からＣｒを還元回収することにより、溶銑中のＣｒ分を約０．９重量％増加することができた。
【符号の説明】
【００３０】
１  電気炉
２  溶銑
４  転炉
６  ＶＯＤ
７  ＣＣ
１０  スラグ
２４  原料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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