(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＯＤ法またはＶＯＤ法により、溶鋼とその浴面上に浮遊するスラグを形成し、溶鋼内に吹き込んだアルゴンガスによる攪拌にて溶鋼とスラグを反応させて溶鋼を精錬するステンレス鋼の精錬方法において、
蛍石を用いることなしに、脱炭精錬後の溶鋼に生石灰、フェロシリコン、およびＡｌの３種を同時に添加し、前記スラグの組成を、質量％で表したとき、下記（１）〜（３）の条件を満足するように制御することによって、該スラグと溶鋼との間のＳ分配比を４００以上に制御することを特徴とするステンレス鋼の精錬方法。
１．９≦ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）≦２．２  ・・・（１）
０．３５≦Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2≦４．１０  ・・・（２）
ＣａＦ2≦１．０  ・・・（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼の精錬方法に関し、特に、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法によるステンレス鋼の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、ステンレス鋼を製造する概略工程を説明する図である。同図に示すように、ステンレス鋼は、電気炉または転炉で溶製したステンレス粗溶鋼をＡＯＤ法、ＶＯＤ法、またはこれらの組合せによって二次精錬を行い、その溶鋼を鋳造し、圧延して製造される。
【０００３】
その際、電気炉では、所望の成分組成となるように、主原料としてのステンレススクラップ、および各種成分の原料を溶解し、粗溶鋼を溶製する。転炉では、溶銑にＣｒ合金鉄等を添加して粗溶鋼を溶製する。
【０００４】
ＶＯＤ法による二次精錬においては、粗溶鋼をＶＯＤ用取鍋に移送し、減圧雰囲気下で、アルゴンガスを粗溶鋼内に吹き込むことによって粗溶鋼を攪拌させながら、酸素ガスを粗溶鋼の浴面に吹き付けて脱炭精錬を行い、溶鋼中のＣ濃度を目標値に調整する。その後、脱炭精錬時に付随的に酸化されて溶鋼中からスラグ中に移行したＣｒを回収するために、脱酸剤を添加し還元精錬を行う。還元精錬時に、Ｓｉ、Ｍｎ等の成分調整を行う。また、ＡＯＤ法による二次精錬においては、粗溶鋼をＡＯＤ用炉に移送し、アルゴンガスと酸素ガスを粗溶鋼内に吹き込むことによって粗溶鋼を攪拌させながら脱炭精錬を行い、その後、脱酸剤の添加により溶鋼を還元精錬し、成分調整を行う。
【０００５】
そして、二次精錬後の溶鋼を連続鋳造機にて鋳造し、得られた鋳片を熱間圧延、冷間圧延することにより、ステンレス鋼としての所望の鋼材が製造される。
【０００６】
ここで、電気炉または転炉にて溶製した粗溶鋼中には、原料または合金鉄に含まれるＳ（硫黄）成分に起因して、高濃度のＳが含有され、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬における脱炭精錬の後にも残留する。このため、脱炭精錬後の還元精錬工程において、脱酸剤の他に、造滓剤としてＣａＯを主成分とする生石灰を添加し、溶鋼中のＳをスラグに移行させる脱硫も行われる。
【０００７】
従来から、還元精錬工程における脱酸剤として、ＳｉおよびＡｌのいずれか１種が用いられてきた。Ｓｉを脱酸剤として用いる場合、減圧雰囲気下において、アルゴンガスと酸素ガスによる脱炭精錬を行う前に昇熱用としてＡｌを添加するが、この場合のＡｌは、脱炭精錬中に完全に酸化されるため、還元精錬時の脱酸剤として機能するものではない。一方、Ａｌを脱酸剤として用いる場合には、還元精錬の後に成分調整用としてＳｉを添加する。従って、従来のステンレス鋼の二次精錬においては、還元精錬工程の直前または還元精錬工程中に、ＳｉとＡｌの２種の脱酸剤を同時に溶鋼に添加することはなかった。
【０００８】
従来、還元精錬時には、脱酸剤（ＳｉまたはＡｌ）および生石灰とともに、ＣａＦ2を主成分とする蛍石が造滓剤として添加されてきた。蛍石の添加は、スラグの融点を低下させてスラグの流動性を向上させるため、スラグと溶鋼の反応を促進させるのに有効である。従って、溶鋼に、脱酸剤および生石灰とともに蛍石を添加すると、スラグによる還元精錬および脱硫を効率的に行うことができる。
【０００９】
ところで、上述したステンレス鋼の精錬過程で生成したスラグは、路盤材等の土木・建設用資材として活用されているが、近年、環境保全の観点から、その活用が制限される状況になっている。これは、従来のスラグには、還元精錬時の蛍石の添加によって多量のフッ素が必然的に含まれるが、環境基準として土木・建材用製鋼スラグ中に含まれるフッ素の溶出量を規制する土壌汚染に関する環境基準が定められたことによる。
【００１０】
そのため、近年において、土壌汚染の規制に対応して、スラグ中のフッ素を低減したり、スラグからのフッ素の溶出を防止する技術が種々提案されている。
【００１１】
例えば、特許文献１には、電気炉にて溶鋼を精錬する際に、フッ素源である蛍石を使用せず、生成されたスラグの総量に対するＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の濃度を所定範囲内に規定する技術が提案されている。特許文献２および３には、電気炉にて溶鋼を精錬する際に、蛍石を使用せず、生成されたスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．６〜１．１に規定する技術が提案されている。
【００１２】
しかし、前記特許文献１〜３に提案された技術では、スラグの低融点化は期待できるものの、いずれも電気炉における精錬を対象としていることから、スラグ中のＣａＯ濃度が低く規定されており（前記特許文献１では３０〜５０質量％、前記特許文献２および３では２０〜４０質量％）、溶鋼中から除去できるＳの量に限界がある。一方、近年のＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬には、ステンレス鋼の高品質化への要請から、溶鋼中のＳを０．００１５質量％以下の極めて低濃度まで脱硫することが要求される。そのため、前記特許文献１〜３に提案された技術は、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬における脱硫能が不十分であり、スラグ中のフッ素を低減する手段として適用できない。すなわち、スラグ中のフッ素を低減する技術は、前記特許文献１〜３に提案されているものの、高度な脱硫能も具備しつつ、スラグ中のフッ素を低減する技術は、実用化されていないのが現状である。
【００１３】
また、特許文献４には、スラグからのフッ素の溶出を防止する技術が提案されている。提案の技術は、溶鋼上のフッ素を含むスラグに、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3を加えてカルシウムアルミネート相を形成し、その後にＭｇＯを加えてスラグを調製するものであり、フッ素の溶出を防止することができ、安定した脱硫能を期待することができるとしている。しかし、提案の技術が対象とするスラグは、プリメルトスラグであることから、溶鋼の脱酸を促進させるために、ＳｉまたはＡｌを新たに添加しなければならず、これによりスラグ量が増大し、コストも悪化するという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−３４２５１０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９０１１号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９０１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２１７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、低コストで効率良く、高度な脱硫および還元精錬を行うことができ、しかも、土木・建設用資材として土壌汚染を生ずることなく、安全なスラグを生成することができるステンレス鋼の精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】
【００１６】
本発明者は、上記目的を達成するために、ステンレス鋼の鋼材を製造する際のＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬において、スラグ中のフッ素を低減することを前提として、還元精錬の能力に優れ、合わせて溶鋼中のＳを０．００１５質量％以下にまで脱硫することができる精錬方法について鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
【００１７】
本発明は、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法により、溶鋼とその浴面上に浮遊するスラグを形成し、溶鋼内に吹き込んだアルゴンガスによる攪拌にて溶鋼とスラグを反応させて溶鋼を精錬するステンレス鋼の精錬方法において、ＣａＦ2を主成分とする造滓剤（蛍石など）を用いることなしに、脱炭精錬後の溶鋼に生石灰、フェロシリコン、およびＡｌの３種を同時に添加し、前記スラグの組成を、質量％で表したとき、下記（１）〜（３）の条件を満足するように制御することによって、該スラグと溶鋼との間のＳ分配比を４００以上に制御することを特徴とするものである。
【００１９】
１．９≦ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）≦２．２  ・・・（１）
０．３５≦Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2≦４．１０  ・・・（２）
ＣａＦ2≦１．０  ・・・（３）
本発明において、「Ｓ分配比」とは、スラグ中のＳ濃度と溶鋼中のＳ濃度との比を意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のステンレス鋼の精錬方法によれば、脱炭精錬後の溶鋼に生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌを同時に添加することにより低融点のスラグが形成されるので、ＣａＦ2を主成分とする造滓剤を添加することなく、流動性および脱硫能の優れたスラグを得ることができる。その結果、スラグと溶鋼との間のＳ分配比を３００以上に制御することができ、溶鋼の精錬に際し、効率良く高度な脱硫および還元精錬を行うことが可能になる。
【００２１】
また、二次精錬の際に、ＣａＦ2を主成分とする造滓剤を用いないことから、生成されたスラグ中のフッ素を著しく低減することができる。従って、このスラグは、土木・建設用資材として土壌汚染を生ずることなく、安全に活用することができる。
【００２２】
さらに、溶鋼の脱酸を促進させるために、ＳｉまたはＡｌを新たに添加することは不要であるため、スラグ量の抑制ができ、コストの低減も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の精錬方法は、上述したように、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法により、溶鋼とその浴面上に浮遊するスラグを形成し、溶鋼内に吹き込んだアルゴンガスによる攪拌にて溶鋼とスラグを反応させて溶鋼を精錬するステンレス鋼の精錬方法において、蛍石を用いることなしに、脱炭精錬後の溶鋼に生石灰、フェロシリコン、およびＡｌの３種を同時に添加し、スラグと溶鋼との間のＳ分配比を３００以上に制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明の精錬方法を前記の通り規定した理由を以下に説明する。
【００２５】
図２は、二次精錬で生成されたスラグにおける「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」と、そのスラグと溶鋼との間のＳ分配比（（Ｓ）／［Ｓ］）との関係を示す図である。ここでは、スラグ中の酸化物の組成をＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2の３元系のスラグ組成に換算している。「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」は、スラグ中に含有されるＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、およびＳｉＯ2のそれぞれの濃度から算出した質量濃度比である。Ｓ分配比は、スラグ中のＳの濃度（Ｓ）と溶鋼中のＳの濃度［Ｓ］との比「（Ｓ）／［Ｓ］」を表したものである。濃度の単位は、すべて質量％である。
【００２６】
図２で示す黒塗潰しの丸印は、本発明で規定する構成をすべて満足する状態で行った本発明例の試験結果を示し、同白抜きの丸印は、本発明で規定する構成を一部満足しない状態で行った比較例の試験結果を示す。
【００２７】
本発明例では、ＶＯＤ法による二次精錬において、脱炭精錬後、溶鋼上の酸化物に生石灰、フェロシリコン、およびＡｌの３種を同時に投入して還元精錬および脱硫を行い、スラグの主成分をＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系に調整した。一方、比較例では、二次精錬における脱炭精錬後、脱酸剤として、Ａｌを用いずに専らＳｉを用いるか、またはＳｉを用いずに専らＡｌを用いた。また、本発明例および比較例とも、粗溶鋼の溶製時も含め、二次精錬時に、フッ素源となる蛍石を一切使用せずに試験を行った。
【００２８】
本発明例では、脱炭精錬後に添加するフェロシリコンとして、普通Ｆｅ−Ｓｉを使用したが、その他に低Ｐ  Ｆｅ−Ｓｉを使用することもできる。Ａｌとしては、金属Ａｌを使用したが、その他にＡｌ合金を使用することができる。
【００２９】
さらに、本発明例では、還元および脱硫後のスラグの組成について、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」で表される質量濃度比が０．３５〜４．１０となるように調整した。実績値として、還元および脱硫後のスラグ中のＣａＯ濃度は５４〜６２質量％で、還元および脱硫後の溶鋼中の［Ｓ］は０．０００７〜０．００１４質量％であった。
【００３０】
本発明例においては、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」を０．３５以上に規定することにより、Ａｌ2Ｏ3源を確保し必要上の脱硫能を安定して得られる。但し、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」を４．１以上とすると、Ａｌ2Ｏ3源が過剰となりスラグの流動性が得られず精錬スラグとして操業できなくなる。
【００３１】
前記図２から明らかなように、本発明例においては、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」を１．６以上に規定することにより、Ｓ分配比を安定して３００以上に確保することができる。さらに、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」を１．９以上に規定すれば、Ｓ分配比を安定して４００以上に確保することも可能である。但し、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」が高くなり過ぎると、スラグの流動性が低下し、スラグと溶鋼との反応の促進が損なわれるため、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」の上限は２．２に規定する。スラグの流動性を一層重視する場合には、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」を２．０以下とするのが好適である。
【００３２】
一方、比較例においては、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」が１．６であるときのＳ分配比は高々２００であり、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」が２．２と高くてもＳ分配比が４００を超えることはない。
【００３３】
このような本発明例の試験結果から、蛍石を添加しなくても、脱炭精錬後に生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌを同時に添加し、Ｓ分配比を３００以上に制御することにより、高品質のステンレス鋼に精錬できる。
【００３４】
特に、本発明の精錬方法では、脱炭精錬後に生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌを同時に添加することが重要である。先に金属Ｓｉを添加し、その後に生石灰と金属Ａｌを添加すると、生石灰を溶融させるための熱量が不足するか、または生石灰が溶解するまで時間が遅延する。この場合のスラグは、生石灰が完全に溶融しないことから、脱硫能が不安定で流動性が悪化したものとなる。そのため、そのスラグは、精錬スラグとして不適当であるばかりではなく、操業不能の事態をもたらす。これに対し、生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌを同時に投入することにより、金属Ｓｉおよび金属Ａｌの酸化還元反応熱が急激に発生するため、生石灰の溶融促進が可能となり、その結果、短時間で流動性の優れたスラグが得られ、しかも脱硫能の安定したスラグとなる。
【００３５】
本発明の精錬方法によれば、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬の際に、ＣａＦ2を主成分とする造滓剤である蛍石を用いないことから、生成されたスラグ中のフッ素を著しく低減することができる。この場合、生成されたスラグ中のフッ素に関連するＣａＦ２濃度は、多くても１．０質量％程度に過ぎず、このスラグは、土木・建設用資材として土壌汚染を生ずることなく、安全に活用することができる。
【００３６】
また、本発明の精錬方法によれば、脱炭精錬後の溶鋼に生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌの３種を同時に添加することにより低融点のスラグが形成されるので、蛍石の添加がなくても、流動性および脱硫能の優れたスラグを得ることができ、その結果、スラグと溶鋼との間のＳ分配比を３００以上に制御することができる。従って、溶鋼に効率良く高度な脱硫および還元精錬を行うことが可能になる。
【００３７】
さらに、本発明の精錬方法は、前記特許文献４に提案された技術のような、溶鋼の脱酸を促進させるためのＳｉまたはＡｌの添加は不要であるため、スラグ量の抑制が可能であり、コストの低減が図れる。例えば、本発明の精錬方法によれば、前記特許文献４に提案された技術と比較して、溶鋼１ｔ当たり８．０ｋｇのスラグ量の減少効果が期待できる。
【実施例】
【００３８】
本発明のステンレス鋼の精錬方法による効果を確認するため、脱硫および還元精錬の試験を行い、その結果を評価した。本実施例の試験では、電気炉でステンレススクラップを溶解し、または転炉で溶銑にＣｒを添加し、ステンレス粗溶鋼を７５ｔ／ｃｈ（チャージ）溶製した。各粗溶鋼を、先ずＡＯＤ法によって粗脱炭精錬および昇熱を実施し、さらに、スラグの還元精錬および溶鋼成分の粗調整を実施した。続いて、ＶＯＤ法によって脱炭精錬を実施し、その後に還元精錬および脱硫を実施した。
【００３９】
その際、ＶＯＤ法による二次精錬の脱炭精錬工程の後に、生石灰、金属Ｓｉ、および金属Ａｌを同時に添加し、スラグ組成を調整した。このとき、脱炭精錬後、すなわち脱硫精錬前における粗溶鋼中に含有されるＳの濃度は、０．０１５〜０．０２０質量％の範囲内に調整し、生石灰の投入量は、粗溶鋼１ｔ当たり２０〜４０ｋｇの範囲内とした。
【００４０】
表１に、ＶＯＤ法による還元・脱硫後のスラグをＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2の３元系に換算した組成と、各組成での評価をまとめた試験結果を示す。評価は、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度［Ｓ］、Ｓ分配比、脱硫率、およびスラグの流動性により行った。
【００４１】
【表１】
0005338056.tif 000002
【００４２】
試験番号１〜８は、本発明で規定する条件の少なくとも一部を満足しない比較例を示し、試験番号９〜１５は、本発明で規定する条件をすべて満足する本発明例を示した。
【００４３】
表１から明らかなように、試験番号１〜８の比較例では、スラグの流動性、脱硫率の少なくとも一方を満足できなかった。すなわち、試験番号１および３では、スラグの流動性は確保できたが、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」およびＳ分配比が低いのに起因して、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度が高くなり、精錬を中断した。試験番号２では、スラグの流動性は確保できたが、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」が高く、Ｓ分配比が低いのに起因して、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度を０．００１５質量％以下にまで低減できなかった。
【００４４】
試験番号４では、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度を０．００１５質量％以下にまで低減できたが、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」が低いのに起因して、スラグの流動性が不十分となり、蛍石を添加し精錬を続行した。試験番号５では、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」が高く、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」が低いのに起因して、Ｓ分配比が低く、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度が高い上、スラグの流動性も悪化し、精錬を中断した。
【００４５】
試験番号６では、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」およびＳ分配比が低く、試験番号７では、「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」が高く、Ｓ分配比が低く、試験番号８では、「Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」が高く、Ｓ分配比が低いのに起因して、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度を０．００１５質量％以下にまで低減できず、またスラグの流動性も不十分となり、精錬を中断した。
【００４６】
これらに対して、本発明例である試験番号９〜１５では、いずれも、Ｓ分配比が３００以上と高く、脱硫後の溶鋼中のＳ濃度は０．００１５質量％以下まで低減でき、良好な脱硫率が得られた。さらに、スラグの流動性も確保できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の精錬方法によれば、ＡＯＤ法またはＶＯＤ法による二次精錬において、ＣａＦ2を主成分とする造滓剤の添加がなくても、溶鋼に効率良く高度な脱硫および還元精錬を行うことができる。また、土木・建設用資材として土壌環境に安全に活用することが可能なスラグを得ることができる。さらに、スラグ量の抑制が可能であり、コストの低減も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ステンレス鋼を製造する概略工程を説明する図である。
【図２】二次精錬で生成されたスラグにおける「ＣａＯ／（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）」と、そのスラグと溶鋼との間のＳ分配比（（Ｓ）／［Ｓ］）との関係を示す図である。
【図１】
0005338056.tif 000003
【図２】
0005338056.tif 000004