(57)【要約】【課題】  吹酸によるクロムの酸化損失を最小に抑制し、かつ還元シリコンの節減、及び転炉耐火物の損傷の防止が可能な含クロム溶鋼の精錬方法を提供する。【解決手段】  予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、吹酸すると共にＣｒ源となるＦｅ−Ｃｒ合金を添加しながら脱炭精錬を行う含クロム溶鋼の精錬方法において、Ｆｅ−Ｃｒ合金に含まれるＳｉ成分量を、０．２質量％以上２質量％以下に調整して、溶銑に添加するので、吹酸によるクロムの酸化損失を最小に抑制し、かつ還元シリコンの節減、及び転炉耐火物の損傷を防止できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、吹酸すると共にＣｒ源となるＦｅ−Ｃｒ合金を添加しながら脱炭精錬を行う含クロム溶鋼の精錬方法において、
前記Ｆｅ−Ｃｒ合金に含まれるＳｉ成分量を、０．２質量％以上２質量％以下に調整して、前記溶銑に添加することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【請求項２】
請求項１記載の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記Ｆｅ−Ｃｒ合金は、含まれるＳｉ成分量が異なる複数のＦｅ−Ｃｒ合金で構成され、該複数のＦｅ−Ｃｒ合金の配合割合を調整して前記Ｆｅ−Ｃｒ合金のＳｉ成分量を調整することを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の含クロム溶鋼の精錬方法において、前記脱炭精錬の際のスラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．１以上２．５以下にすることを特徴とする含クロム溶鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含クロム溶鋼を溶製する際に、吹酸によるクロムの酸化損失を最小に抑制し、かつ還元シリコンの節減、及び転炉耐火物の損傷を防止する含クロム溶鋼の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転炉を用いて含クロム鋼を溶製する方法として、例えば、脱Ｓｉ、脱Ｓ、又は脱Ｐの溶銑予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、ランスから酸素を吹酸し、同時に高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金を添加して、その溶解と脱炭精錬（炭素濃度：０．１質量％以上０．７質量％以下）を行った後、更に二次精錬を行う溶製方法が採用されている。
しかし、脱炭精錬においては、スラグ中にクロム酸化物（Ｃｒ2 Ｏ3 ）が多量に生成するため、例えば、還元処理又はスラグ処理を行ってクロムを溶鋼中に回収することが行われている。この代表的な方法として、以下の方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、転炉に装入する溶銑に予備処理を施し、溶銑中のＳｉ成分量を０．０２質量％以下にして、クロム鉱石又は生石灰を添加し吹酸して、クロム鉱石中の酸化クロムを還元し、ニッケル−クロム系のステンレス鋼を溶製する方法が開示されている。
また、特許文献２及び特許文献３には、前チャージで精錬した脱炭スラグを転炉内に残し、この転炉に溶銑を装入して、例えば炭材を添加して吹酸することにより、脱炭スラグ中のクロムを還元して溶鉄中にクロムの回収を行った後、Ｆｅ−Ｃｒ合金の添加を行い、引き続き吹酸して、合金の溶解と脱炭を行う方法が開示されている。
そして、特許文献４には、添加するＦｅ−Ｃｒ合金全量の１０質量％以上９０質量％以下のＦｅ−Ｃｒ合金を溶銑に添加した後、第１の吹酸を停止し、残りのＦｅ−Ｃｒ合金を添加して、底吹きガスにより２〜７分間の撹拌を施し、第２の吹酸を行うことにより、クロムの酸化を抑制する脱炭精錬が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２１５９１７号公報
【特許文献２】特開平９−３５１７号公報
【特許文献３】特開平７−２０７３２３号公報
【特許文献４】特開平１１−１７２３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の方法には未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１の方法は、クロム鉱石に含まれる酸化クロムを炭素により還元して溶銑中に回収するものであり、クロム鉱石の溶融還元を行った後、この溶銑を別の炉に入れてＦｅ−Ｃｒ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金を添加し、合金の溶解とスラグの還元処理を行っている。このため、溶湯のハンドリングが煩雑で作業性が悪く、しかもクロム鉱石に含まれる不純物により、大量のスラグが発生するため、この処理に対応した設備も必要となり経済的でない。
また、特許文献２及び特許文献３の方法は、前チャージで酸化したスラグ中のクロムを、炭素又は還元性のある元素で還元して溶銑中に回収するものであり、脱炭精錬過程におけるＦｅ−Ｃｒ合金の溶解又は脱炭を、クロムの酸化損失を抑制しながら行うことについては考慮されていない。このため、脱炭精錬過程で酸化したクロムを還元する場合、炭素及び還元性のある元素（例えば、シリコン等）のいずれか１又は２の量が増加して経済的でなく、しかもこの量の増加に伴う精錬時間の延長と共に、生成するスラグ量も増加するため、転炉耐火物の溶損も進行する。
そして、特許文献４の方法については、脱炭精錬過程におけるＦｅ−Ｃｒ合金の溶解又は脱炭を、クロムの酸化損失を抑制しながら行うことについて考慮されていない。このため、脱炭精錬過程で酸化したクロムを還元する場合、炭素及び還元性のある元素（例えば、シリコン等）のいずれか１又は２の量が増加して経済的でなく、しかもこの量の増加に伴う精錬時間の延長と共に、生成するスラグ量も増加するため、転炉耐火物の溶損も進行する。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、吹酸によるクロムの酸化損失を最小に抑制し、かつ還元シリコンの節減、及び転炉耐火物の損傷の防止が可能な含クロム溶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】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る含クロム溶鋼の精錬方法は、予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、吹酸すると共にＣｒ源となるＦｅ−Ｃｒ合金を添加しながら脱炭精錬を行う含クロム溶鋼の精錬方法において、
前記Ｆｅ−Ｃｒ合金に含まれるＳｉ成分量を、０．２質量％以上２質量％以下に調整して、前記溶銑に添加する。
【０００８】
本発明に係る含クロム溶鋼の精錬方法において、前記Ｆｅ−Ｃｒ合金は、含まれるＳｉ成分量が異なる複数のＦｅ−Ｃｒ合金で構成され、該複数のＦｅ−Ｃｒ合金の配合割合を調整して前記Ｆｅ−Ｃｒ合金のＳｉ成分量を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る含クロム溶鋼の精錬方法において、前記脱炭精錬の際のスラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．１以上２．５以下にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜３記載の含クロム溶鋼の精錬方法は、含まれるＳｉ成分量を低く調整したＦｅ−Ｃｒ合金を溶銑に添加することにより、生成するＳｉＯ2 量を低減できるので、脱炭精錬過程において、スラグ中のクロム濃度と溶銑中のクロム濃度とが平衡状態になるため、溶銑中からスラグ中へ移行しようとするクロム量を減少し、クロムの酸化損失を抑制して、クロムの歩留りを向上できる。このように、クロムの酸化損失を従来よりも低減できるので、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ合金の昇温及び溶解を阻害することなく、また脱炭精錬を阻害することなく、良好な精錬を行うことができる。
また、Ｆｅ−Ｃｒ合金から溶銑中へ持ち込まれるＳｉ量を低減することで、転炉中に生成するスラグ量の低減が可能になり、これと、クロムの酸化抑制による還元用Ｓｉ量低減に伴うスラグ量低減との相乗効果で、転炉から排出される含クロムスラグ量の大幅な低減が可能になる。この結果、発生スラグの高価な処理費用の低減を図ることができる。
【００１１】
特に、請求項２記載の含クロム溶鋼の精錬方法は、含まれるＳｉ成分量が異なる複数のＦｅ−Ｃｒ合金の配合割合を調整して、溶銑に添加するＦｅ−Ｃｒ合金のＳｉ成分量を調整するので、例えば、Ｓｉ成分量の高いＦｅ−Ｃｒ合金でも、Ｓｉ成分量の低いＦｅ−Ｃｒ合金と混合することで溶銑に添加でき、使用可能なＦｅ−Ｃｒ合金の種類の選択範囲を広げることができる。
請求項３記載の含クロム溶鋼の精錬方法は、脱炭精錬のスラグ塩基度を調整するので、転炉内面の構成体である耐火物の溶損を軽減できると共に、生成したクロム酸化物の還元性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る含クロム溶鋼の精錬方法の工程説明図、図２は溶銑に添加したＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位と発生スラグ量との関係を示す説明図、図３は発生スラグ量と耐火物損耗量との関係を示す説明図、図４（Ａ）は溶銑に添加するＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位と酸化したクロムを還元するＦｅ−Ｓｉ合金中のＳｉ原単位との関係を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る含クロム溶鋼の精錬方法は、予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、吹酸すると共にＣｒ源となるＦｅ−Ｃｒ合金を添加しながら脱炭精錬を行う方法であり、Ｆｅ−Ｃｒ合金に含まれるＳｉ成分量を所定範囲内に調整して、溶銑に添加している。このＦｅ−Ｃｒ合金とは、例えば、Ｃｒ：４５質量％以上７５質量％以下、Ｃ：５質量％以上１０質量％以下、及びＳｉを含む合金鉄である。以下、詳しく説明する。
【００１４】
図１に示すように、まず溶銑予備処理において、高炉で製造した溶銑から不純元素であるＳｉ、Ｐ、及びＳを予め除去する。そして、予備処理を施した溶銑を転炉に装入し、例えば、上吹ランス及び底吹羽口のいずれか一方又は双方で吹酸することにより、溶銑中のＣを除去する粗脱炭精錬を行うと共に、例えば、小片としたＦｅ−Ｃｒ合金、更にはクロム鉱石のＣｒ源を溶銑に添加して、含クロム粗溶鋼（例えば、炭素濃度が０．１質量％以上０．７質量％以下程度）を製造する。
この含クロム粗溶鋼から含クロム溶鋼を製造する場合、大気雰囲気下で含クロム粗溶鋼に吹酸を行っても、クロム酸化を招いて目標レベルまでＣ量を低減できない。そこで、引き続き行う二次精錬において、真空下又は不活性ガス雰囲気下で含クロム粗溶鋼の吹酸脱炭（仕上脱炭精錬）を行い、目標Ｃ量（例えば、炭素濃度が０．００２質量％以上０．０８質量％以下程度）となるまで脱炭し、含クロム粗溶鋼の成分調整及び温度調整を行う。しかる後に、この脱炭精錬を行った含クロム溶鋼を、例えば、連続鋳造法により凝固して鋼片を製造する。
【００１５】
含クロム溶鋼の脱炭精錬において、主にＦｅ−Ｃｒ合金から持ち込まれるＳｉ源は、脱炭のために吹き込まれる酸素によって酸化されＳｉＯ2 となる。この際、転炉鉄皮の保護用として、炉体内部に施工された耐火物を保護する目的で、溶銑にＣａＯ源を添加しスラグ塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．１以上２．５以下（ここでは１．４程度）の範囲内に調整する。
ここで、スラグ塩基度が１．１未満の場合、耐火物の保護効果が薄れ、転炉寿命の低下を招く。一方、２．５を超える場合、例えば、スラグ滓化性の悪化、含クロムスラグ生成量の増加により発生したスラグの処理負荷の増大、更には、スラグ量増大に伴う溶出ＭｇＯの増大による耐火物損耗に繋がる。
このように、スラグ生成量は転炉に持ち込まれるＳｉ源の量に左右されることになる。
【００１６】
ここで、転炉へ装入したＳｉ原単位（溶銑１トン当たりの装入Ｓｉ量）と、発生したスラグ量（溶銑１トン当たりの発生スラグ量）との関係を、図２に示す。なお、図２は、転炉に装入した１２０トンの溶銑に、Ｓｉ成分を含むＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、Ｃｒ：５２質量％、Ｃ：８質量％、Ｓｉ：１．５質量％）を添加した後、このＳｉ原単位に見合ったＣａＯを添加して、スラグ塩基度を１．４に調整した結果である。また、発生スラグ量は、スラグ組成分析結果（ＳｉＯ2 濃度）と転炉への持込Ｓｉ量（溶鉄中Ｓｉ、及びＦｅ−Ｃｒ合金中Ｓｉ）から算出した。
図２から明らかなように、溶銑へ添加されるＳｉ原単位が増加すると共に、発生するスラグ量も増加している。このため、添加するＳｉ原単位を低減することで、発生スラグ量の大幅な低減が可能となり、スラグの処理費を低減できることが分かる。
【００１７】
また、この発生したスラグ量（溶銑１トン当たりの発生スラグ量）と、転炉の内張りに使用した耐火物の損耗量（溶銑１トン当たりの耐火物損耗量）との関係を、図３に示す。なお、図３の発生スラグ量は、図２の発生スラグ量に対応するものである。また、使用した耐火物は、マグネシア・カーボンれんがである。なお、耐火物の損耗量は、スラグ組成分析結果を使用して、耐火物から溶出したマグネシア量を求め、該量から耐火物損耗量を算出した。
図３から明らかなように、発生スラグ量が増加すると共に、耐火物損耗量も増加している。このため、添加するＳｉ原単位を低減することで、耐火物損耗量も低減できることが分かる。
図２、図３から分かるように、添加するＳｉ原単位を低減することで、スラグ発生量を減少し、転炉の耐火物損耗量も低減できるので、耐火物の使用寿命が従来より長くなって経済的であると共に、転炉の補修頻度も従来より低減され生産性を向上できる。
【００１８】
前記した脱炭精錬においては、吹酸によって溶銑中に多量に含まれるクロム成分が一旦酸化され、生成したクロム酸化物を溶銑中の炭素で還元することで、脱炭が進行していくことが知られている。ここで、スラグとして残留するクロム酸化物の濃度は、溶鋼中のクロムと炭素の濃度により規定されるので、クロムを溶鋼中により多く残存させるためには、スラグ生成量を低減する必要がある。
そこで、主なＳｉ持ち込み源であるＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量を調整することで、スラグ生成量を低減する。なお、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量は、図４（Ａ）、（Ｂ）に基づいて決定した。
【００１９】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、転炉へ装入したＳｉ原単位（溶銑１トン当たりの装入Ｓｉ量）と、酸化したクロムを還元するために使用した還元Ｓｉ原単位（溶銑１トン当たりの還元Ｓｉ量）との関係を示している。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）は、転炉に装入した１１５〜１４０トンの溶銑に、Ｓｉ成分を含むＦｅ−Ｃｒ合金（例えば、Ｃｒ：５２質量％、Ｃ：８質量％、Ｓｉ：０．５〜４質量％）を添加した後、このＳｉ原単位に見合ったＣａＯを添加して、スラグ塩基度を１．４に調整し、更に、Ｓｉ成分を含む酸化クロム還元用Ｆｅ−Ｓｉ合金（例えば、Ｓｉ：７５質量％）を添加した後、このＳｉ原単位に見合ったＣａＯを添加して、スラグ塩基度を１．４に調整した結果である。また、図４（Ａ）、（Ｂ）の各線は、Ｃｒ濃度が１１質量％（実線）、１６質量％（点線）、及び１９質量％（一点鎖線）の溶鋼をそれぞれ製造した場合の結果であり、この溶鋼中のＣｒ濃度と装入Ｓｉ原単位との関係を、表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
この表１には、各Ｃｒ濃度別の溶鋼を製造するときに添加したＦｅ−Ｃｒ合金の原単位（溶銑１トン当たりの装入Ｆｅ−Ｃｒ合金量）と、このＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位（図４（Ａ）、（Ｂ）の横軸に相当）を示している。即ち、表１は、各Ｃｒ濃度の溶鋼毎に、Ｆｅ−Ｃｒ合金の原単位が変化し、それに含まれるＳｉ原単位も変化することを示している。なお、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位の縦欄の値は、表１の最下欄に位置するＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ量、即ち転炉へ装入したＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量に相当する。
【００２２】
図４（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、装入Ｓｉ原単位の上昇と共に、還元Ｓｉ原単位、即ちクロム酸化量は、ある一定値まで略一定量であるが、その後急激に増加している。このクロム酸化量が増加する変化点、即ち各装入Ｓｉ原単位は、製造する溶鋼のＣｒ濃度が１１質量％の場合４．７ｋｇ／トン、１６質量％の場合６．８ｋｇ／トン、１９質量％の場合８．１ｋｇ／トンとなっている。
この装入Ｓｉ原単位は、表１から分かるように、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量が２質量％に相当する。
【００２３】
従って、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量を２質量％以下にすることで、生成するＳｉＯ2 を低減し、このＳｉＯ2 量に応じて添加するＣａＯ量を低減できるため、発生するスラグ全量を低減できる。これにより、スラグ中へ移行しようとするクロム量を減少し、クロムの酸化損失を抑制でき、クロム酸化物の還元に使用する還元用Ｆｅ−Ｓｉ合金量を節減でき、更に、このとき生成するＳｉＯ2 を低減し、このＳｉＯ2 量に応じて添加するＣａＯ量を低減できるため、発生するスラグ全量を低減できる。
なお、Ｓｉ成分量が０．２質量％未満の場合、溶銑表面のスラグ（カバースラグともいう）量が少なくなり、吹酸によるダスト飛散が発生し、含クロム粗溶鋼の歩留りが低下する。
以上のことから、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量の上限値を２質量％としたが、１．５質量％にすることが好ましく、また下限値を０．２質量％としたが、０．５質量％とすることが好ましい。
【００２４】
なお、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量の調整は、溶銑に添加するＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量が０．２質量％以上２質量％以下の範囲内であれば、このＦｅ−Ｃｒ合金を単独で使用できる。また、含まれるＳｉ成分量が２質量％を超えるＦｅ−Ｃｒ合金を使用する場合は、含まれるＳｉ成分量が２質量％未満のＦｅ−Ｃｒ合金と混合して使用する。
ここで、Ｆｅ−Ｃｒ合金の銘柄を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２において、銘柄Ａ、Ｂは、Ｓｉ成分量が２質量％を超えるＦｅ−Ｃｒ合金であり、銘柄Ｃ〜Ｆは、Ｓｉ成分量が０．２質量％以上２質量％以下のＦｅ−Ｃｒ合金である。
従って、銘柄Ｃ〜Ｆのように、Ｓｉ成分量が２質量％以下のＦｅ−Ｃｒ合金は単独で溶銑に添加できる。一方、銘柄Ａ、Ｂのように、Ｓｉ成分量が２質量％を超えるＦｅ−Ｃｒ合金は、例えば、銘柄Ａと銘柄Ｆ、銘柄Ｂと銘柄Ｅ、又は銘柄Ａと銘柄Ｅと銘柄Ｆのように、含まれるＳｉ成分量が異なる複数のＦｅ−Ｃｒ合金を混合し、Ｆｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ成分量を２質量％以下に調整して、溶銑に添加する。
【００２７】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の含クロム溶鋼の精錬方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る含クロム溶鋼の精錬方法の工程説明図である。
【図２】溶銑に添加するＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位と発生スラグ量との関係を示す説明図である。
【図３】発生スラグ量と耐火物損耗量との関係を示す説明図である。
【図４】（Ａ）は溶銑に添加するＦｅ−Ｃｒ合金中のＳｉ原単位と酸化したクロムを還元するＦｅ−Ｓｉ合金中のＳｉ原単位との関係を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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