(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉を用いて高合金鋼を得るために溶銑の脱炭処理を行なう脱炭吹錬方法において、揮発分の含有量が2.7質量％以下である無煙炭を、熱補償のために前記転炉内に投入することを特徴とする脱炭吹錬方法。
【請求項２】
前記転炉に鉄源として前記溶銑に加えてスクラップを装入することを特徴とする請求項１に記載の脱炭吹錬方法。
【請求項３】
前記無煙炭として、粒度を３mm未満に調整した粒子を、酸化性ガスを供給する上吹きランスとは別に設けた炭材投入ランスから供給することを特徴とする請求項１または２に記載の脱炭吹錬方法。
【請求項４】
前記炭材投入ランスを通して燃料ガスと酸素ガスとを供給して、前記炭材投入ランスの先端にバーナー火炎を形成し、該バーナー火炎中に前記無煙炭の粒子を吹込むことを特徴とする請求項３に記載の脱炭吹錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉を用いて、合金成分の多い鋼種（たとえばステンレス鋼等の高合金鋼）の脱炭処理を行なうにあたって、吹錬中に熱源として炉内に投入した炭素源の飛散を抑制することで、ダストの発生量を低減しつつ、炭素源の添加歩留りを向上する脱炭吹錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転炉を用いた溶銑の脱炭処理では、スクラップの溶解や溶銑の昇温のために炭素源を投入して、吹錬が行なわれる。その炭素源は、通常、輸送時の発火や粉塵爆発を防止する観点から、揮発分を殆ど含有しないコークスが使用されている。ところがステンレス鋼を始めとする高合金鋼の脱炭吹錬では、炉内にスクラップや合金鉄等の冷鉄源が多量に装入されるので、吹錬中に熱補償のために投入すべき炭素源の必要量も、炭素鋼の脱炭吹錬に比べて、増大する。
【０００３】
熱補償のための炭素源として投入されるコークスは、揮発分は少ないが、ＰやＳ等の鋼材の材質に悪影響を及ぼす不純物元素が含まれており、高合金鋼を得るための脱炭吹錬にてコークスを多量に投入すると、ＰやＳが鋼材の許容範囲を超えて混入することになる。とりわけステンレス鋼においては、鋼中のＰ含有量が増加することによってＰの活量が大幅に低下するので、脱燐処理が困難になるという問題がある。
【０００４】
したがって、脱燐処理を容易に行なうためには、不純物元素（とりわけＰ含有量）の少ない炭素源を昇熱材として使用する必要がある。しかし、コークスの原料として好適でありかつ不純物元素の少ない炭材資源は、埋蔵量が乏しく、高価であるから、そのような炭材資源から製造したコークスの製造コストが上昇するのは避けられない。
また、Ｐ含有量が少ない一般炭を使用すると、揮発分の含有量が多いので、輸送設備や投入ホッパーに発火や粉塵爆発を防止する装置が必要であるから、設備投資が膨大になる。
【０００５】
これに対して無煙炭は、コークスの原料としては適していないが、Ｐ含有量が少ないので、溶銑から高合金鋼（特にステンレス鋼）を得る脱炭吹錬において、熱補償のための炭素源として好適である。しかも無煙炭は一般炭の中でも揮発分が少ないので、貯蔵および搬送に関わる機器に、発火や粉塵爆発を防止する装置を設置する必要はない。
そこで、高合金鋼を得るために、無煙炭等の揮発分の少ない石炭を用いて脱炭吹錬を行なう技術が種々検討されている。
【０００６】
たとえば特許文献１には、クロム鉱石の溶融還元吹錬において、粒度調整を行ない、かつ揮発分が10質量％以下である石炭を用いる技術が開示されている。この技術は、一定濃度の揮発分が含有される石炭を炉内に投入することによって、石炭が熱崩壊を起こし、その微細な石炭が、スラグ中に存在する酸化クロムの還元反応を促進するものである。
しかしながら、熱崩壊によって微細化した石炭は、炉口から排出される排ガスに巻込まれて炉外に飛散し易いので、ダストの発生量が増大し、かつ石炭の添加歩留りの低下を招く。特にステンレス鋼を得るための脱炭吹錬にて発生するダストは、クロムを含有しているので、そのダストの処理に多大な費用を要する。したがって、ダストの発生量を低減することが必要である。
【０００７】
特許文献２には、高クロム鋼を得るための脱炭吹錬において、脱炭吹錬の初期に無煙炭を投入する際に、上吹きランスから供給される酸素の供給速度を低下させることによって、炉口から排出される排ガスの線流速を低下させて、無煙炭が炉外へ飛散するのを抑制する技術が開示されている。しかし、この技術では、熱崩壊した無煙炭の飛散を抑制するために、脱炭吹錬に不可欠である酸素の供給速度を低下させなければならず、脱炭吹錬の生産性の低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平9-227919号公報
【特許文献２】特開2006-233265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、転炉を用いて、合金成分の多い鋼種（たとえばステンレス鋼等）の脱炭処理を行なうにあたって、吹錬中に熱源として炉内に投入した炭素源の飛散を抑制することで、ダストの発生量を低減しつつ、炭素源の添加歩留りを向上することができる吹錬方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、高合金鋼を得るための脱炭吹錬の初期においては、スラグ中の酸化クロムや酸化鉄等の濃度が低いことから、炭素源を必ずしも熱崩壊によって微細化させて還元反応を促進する必要はなく、むしろ、炭素源の炉外への飛散を抑制するために熱崩壊（すなわち微細化）を抑止することが重要であるという観点から、様々な銘柄，種類の炭素源を実験用の小型溶解炉内の溶銑に投入した後、バグフィルターで回収して、その飛散量を測定した。
【００１１】
また、小型溶解炉の炉口から排出されるガス流の線流速が、通常の転炉操業と同等になるように、小型溶解炉の排風量を調整し、バグフィルターで回収したダストの粒度を調査したところ、粒度３mm以下の微細な粒子が大部分を占めていた。つまり、炉内に投入され、熱崩壊によって微細化した炭素源は、排ガスに巻込まれて、ダストとして炉口から飛散する。
【００１２】
加えて、揮発分が３質量％以下の炭素源では、投入した炭素源の熱崩壊による微細化が抑止されることを見出した。
以上の結果から、高合金鋼を得るための脱炭吹錬において、ダストの飛散を抑制するためには、揮発分の含有量が３質量％以下の炭素源を用いることによって、炉内へ投入する際の熱崩壊を抑止することが重要であることが分かった。しかも、炭素源の熱崩壊を抑止することでダストの飛散を抑制するので、上吹きランスから供給される酸素の供給速度を低下させる必要はなく、高合金鋼の脱炭吹錬の生産性低下も防止できる。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、転炉を用いて高合金鋼を得るために溶銑の脱炭処理を行なう脱炭吹錬方法において、揮発分の含有量が2.7質量％以下である無煙炭を、熱補償のために転炉内に投入する脱炭吹錬方法である。
本発明の脱炭吹錬方法においては、転炉に鉄源として溶銑に加えてスクラップを装入することが好ましく、無煙炭として、粒度を３mm未満に調整した粒子を、酸化性ガスを供給する上吹きランスとは別に設けた炭材投入ランスから供給することが好ましい。また、炭材投入ランスを通して燃料ガスと酸素ガスとを供給して、炭材投入ランスの先端にバーナー火炎を形成し、バーナー火炎中に無煙炭の粒子を吹込むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、転炉を用いて、合金成分の多い鋼種（たとえばステンレス鋼等）の脱炭処理を行なうにあたって、吹錬中に熱源として炉内に投入した炭素源の飛散を抑制することで、ダストの発生量を低減しつつ、炭素源の添加歩留りを向上することができるので、生産性を向上させる等の産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用する転炉の例を模式的に示す断面図である。
【図２】炭素源の揮発分と飛散率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ステンレス鋼等の高合金鋼を得るために、溶銑の脱炭吹錬を行なうにあたって、予め予備処理を施して低燐化した溶銑に加えて、ステンレススクラップやフェロクロムを転炉内に装入した後に、上吹きランスから酸素を供給し、さらに炭素源を投入して、その燃焼熱によって転炉内を昇温する。このとき本発明では、炭素源が熱崩壊によって微細化するのを抑止するために、揮発分の含有量が2.7質量％以下の炭素源として無煙炭を使用する。上記で説明した通り、無煙炭の揮発分の含有量が2.7質量％以下であれば、熱崩壊による微細化が抑止される。しかも、発火や粉塵爆発の危険性も低く、特段の設備改造は必要ない。したがって、揮発分の含有量は2.7質量％以下とする。
【００１７】
さらに、炉上添加ホッパーから添加する場合には、無煙炭の分級を行ない、粒度が３mm未満の微細粒を除去しても良い。粒度３mm未満の微細粒が混入した無煙炭を使用すると、炉内に投入された後、溶銑湯面に到達する前に、排ガスの上昇流に巻込まれ、ダストとして周辺に飛散する、あるいは集塵機に吸引される割合が多いからである。このような無煙炭の微細粒の飛散に起因するダストの発生量の増加、あるいは無煙炭の添加歩留りの低下を防止するためには、上吹きランスから供給される酸素の供給速度を低下させることも考えられるが、これは脱炭吹錬の生産性が低下する可能性もある。したがって、粒度３mm以上の炭素源を転炉内に投入することが好ましい。一方、炭素源の粒度が100mmを超えると、反応性が低下するという問題があることから、粒度は３〜100mmの範囲内が好ましい。
【００１８】
粒度の調整には、工業的に使用されるいかなる方法も使用できるが、簡便には篩い分けにより調整することができる。すなわち無煙炭を篩い目100mmあるいはそれ以下の篩いで篩った篩い下を、更に篩い目３mmあるいはそれ以上の篩いで篩い、その篩い上を使用することで粒度を３〜100mmの間に調整することができる。
さらに３mm未満の微粒の無煙炭を供給する場合には、上向きの排ガス流に吸引されないよう、上吹きランスからの下向きの噴流が存在する領域（以下、下向き酸素噴流領域という）に投入することが好ましい。
【００１９】
また本発明者らは、図１に示すように、３mm未満の微粒の無煙炭を投入する炭材投入ランス２と上吹きランス３を有する転炉１において、炭材投入ランス２の中心軸と上吹きランス３の中心軸との水平方向の距離をＤ（mm）とし、炭材投入ランス２の先端位置と上吹きランス３の先端位置との垂直方向の距離をＨ（mm）として、そのＤとＨがＨ≧1.1Ｄを満足するように配置することで、下向き酸素噴流領域内に粒状の無煙炭を供給することが可能となることを見出した。
【００２０】
さらに炭材投入ランス２に燃料ガスおよび酸素ガスを供給し、炭材投入ランス２の先端部に火炎（以下、バーナー火炎という）を形成し、そのバーナー火炎の中に無煙炭の粒子を吹込むことによって、無煙炭の粒子がバーナー火炎によって加熱され、伝熱媒体となって転炉１内の溶湯（図示せず）に伝熱する。その結果、着熱効率が向上して、昇熱に必要な炭材量が減少し、溶湯から発生するダスト（いわゆるバブルバースト系ダスト）の発生を低減することが可能となる。
【００２１】
また本発明では、炭素源として無煙炭を使用するので、Ｐ含有量が少ない炭材で脱炭が可能となり、ステンレス鋼を得るための溶銑の脱炭吹錬に好適である。
【実施例】
【００２２】
＜実施例１＞
まず、粒度３mm以上に分級した無煙炭粒を用いて、容量150tonの転炉に溶銑（1200℃）およびステンレススクラップ，フェロクロムを装入し、さらに上吹きランスから酸素供給を開始した直後に、種々の炭素源を投入して脱炭吹錬を行ない、ステンレス鋼を製造した。転炉に投入した炭素源の種類とその揮発分の含有量は表１に示す通りであり、それぞれ2.7質量％、3.0質量％、4.3質量％、5.8質量％、10.2質量％であった。さらに比較として、揮発分の含有量が1.4質量％のコークス、および参考までに本実験で用いた炭素源サンプルの詳細分析値を表２に示す。投入量は、ステンレススクラップやフェロクロムの装入量に応じて、10〜20tonの範囲内で調整して炉内を昇温した。
【００２３】
また、脱炭吹錬の時間経過から転炉内の溶銑のＣ含有量が1.5質量％程度と推定される時に、サンプルを採取してＣ含有量（以下、実測Ｃ含有量という）を測定した。さらに、炉口から排出される排ガスの流量，ＣＯ濃度，ＣＯ2濃度を排ガス分析計によって測定し、得られたデータに基づいて脱炭量（以下、分析脱炭量という）を算出した。一方で、炭素源の投入量の実測値と上記の実測Ｃ含有量とに基づいて脱炭量（以下、実測脱炭量という）を算出した。
【００２４】
このようにして得た実測脱炭量と分析脱炭量との乖離を、炉外に飛散した炭素源の飛散量とみなし、炭素源の飛散量（ton）と投入量（ton）の比を飛散率（％）として表１に示す。なお、飛散率は下記の式で算出される値である。表１中の炭素源の揮発分含有量と飛散率との関係を図２に示す。
飛散率（％）＝100×飛散量（ton）／投入量（ton）
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
また、脱炭吹錬開始前の溶銑中のＰ含有量と、脱炭吹錬終了後の溶鋼中のＰ含有量とを測定し、脱炭吹錬に起因するＰ含有量の上昇量を表１に併せて示す。なお、Ｐ含有量上昇量は下記の式で算出される値である。
Ｐ含有量上昇量（質量％）＝溶鋼中のＰ含有量（質量％）−溶銑中のＰ含有量（質量％）
表１および図２から明らかなように、炭素源の揮発分が３質量％以下の範囲であれば、炭素源の飛散率が低く抑えられており、揮発分が３質量％を超えると飛散率が大幅に上昇した。
【００２８】
また、炭素源としてコークスを使用した場合（比較例１）には、揮発分の含有量が３質量％以下であることから、飛散率は低く抑えられたが、脱炭吹錬に起因してＰ含有量が上昇した。
炭素源として無煙炭を使用した場合（発明例１，２および比較例２〜４）には、いずれも脱炭吹錬に起因するＰ含有量の上昇量は0.002〜0.004質量％であり、コークスを使用した比較例１（Ｐ含有量上昇量0.011質量％）に比べて低かった。揮発分の含有量が３質量％以下である発明例１〜２は、飛散率が9.5〜11％であったのに対して、揮発分が３質量％を超える比較例２〜４は、飛散率が19〜35％であった。
【００２９】
＜実施例２＞
次に、粒度３mm未満の微細な無煙炭の粒子を昇熱用の炭材として使用して、脱炭吹錬を行なった。使用した炭材は、無煙炭を篩い目３mm未満の篩で分級した篩い下を用い、実施例１と同様に揮発分の含有量を変化させて調査した。添加方法は、炉上ホッパーから添加する方法、および酸素ガスを供給する上吹きランスとは別に設置した炭材投入ランスを用いて投入する方法について調査した。炭材投入ランスを用いる場合は、上吹きランスの中心軸と炭材投入ランスの中心軸との水平方向の距離Ｄを１ｍ（＝1000mm）とし、炭材投入ランスの先端位置と上吹きランスの先端位置との垂直方向の距離Ｈを種々変化させた。ＤとＨの関係をＤ／Ｈとして表３に示す。
【００３０】
【表３】
0006028696.tif 000004
【００３１】
炉上ホッパーから添加すると、炭材の飛散率が上昇した。また炭材投入ランスを用いると、炭材投入ランスの位置を下げるほど、炭材の飛散率が低下した。また、上吹きランスによって形成される下向き酸素噴流領域の中に炭材投入ランスの先端が入るように配置した場合は、炭材の飛散率が一層低下した。
さらに、炭材投入ランスに燃料ガスと酸素ガスを供給して、炭材投入ランスの先端部にバーナー火炎を形成し、そのバーナー火炎の中に無煙炭の粒子を吹込んだ。その結果、転炉内の溶湯の着熱効率が向上し、昇熱用炭材と昇熱用酸素の使用量削減を図ることができ、ひいては溶湯から発生するバブルバースト系ダストが低減された。
【００３２】
以上の通り、本発明によれば、ステンレス鋼を得るために転炉で行なう脱炭吹錬において、炭素源の飛散を抑制できることが確かめられた。その結果、ダストの発生量を低減しつつ、炭素源の添加歩留りを向上することが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１  転炉
２  炭材投入ランス
３  上吹きランス
【図１】
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【図２】
0006028696.tif 000006