(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MgO 含有耐火物を用いた精錬容器を使用する２次精錬設備で、Alを１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼を精錬するに際し、脱炭処理後であって脱酸・還元処理前に所定量のAlを添加することを特徴とする高Al含有ステンレス鋼の精錬方法。
【請求項２】
前記所定量のAlを添加する際のスラグ組成を、CaO 濃度とAl2O3 濃度の比、CaO/Al2O3 が0.5 〜0.7 で、かつMgO 濃度が０〜５wt％とすることを特徴とする請求項１に記載の高Al含有ステンレス鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンレス鋼の精錬方法に係り、とくにAlを１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼の２次精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、従来から、転炉、電気炉で１次精錬されたのち、AOD 、VOD 等の２次精錬設備で、脱炭処理、脱酸・還元処理からなる２次精錬を施されて溶製されている。従来、Alを１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼の２次精錬は、Al2O3 耐火物を用いた取鍋（精錬容器）で行われてきた。例えば、特開平3-158410号公報には、3.0 重量％以上を含有する高Al含有ステンレス鋼の精錬において、鋼中のMg濃度を低下するために、鋼中Alを調整する際にスラグのCaO/Al2O3 を0.8 〜1.2 に調整し、かつスラグ中のSiO2＋MgO ＋MnO を５重量％以下に調整するフェライト系ステンレス鋼の製造方法が提案され、スラグ中のSiO2＋MgO ＋MnO を５重量％以下とする方法として、精錬容器内張りレンガ材質をAl2O3 を95重量％以上とすることが開示されている。
【０００３】
しかし、Al2O3 耐火物を用いた取鍋（精錬容器）は、特殊鍋であるためチャンスフリーで溶製することができないうえ、高価であるため、コストアップの原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、Al2O3 耐火物を用いた取鍋（精錬容器）に代えて、安価なMgO 含有耐火物を用いた取鍋（精錬容器）を用いて精錬した場合には、取鍋（精錬容器）の耐火物からMgO が溶出し、スラグ中のMgO 濃度が高くなる。MgO 濃度の高いスラグの存在下で、多量のAl（例えば、10〜120kg/t-steel ）を一括して投入すると、添加直後、スラグ近傍の高濃度Al領域において、スラグ中のMgO とAlが反応し、Mg蒸気を発生させるため、そのMg蒸気が大気中で酸化されることにより発火するという問題があった。そのために、MgO 含有耐火物を用いた取鍋（精錬容器）で高Al含有ステンレス鋼を溶製する場合には、Alは少量ずつ分割して添加することが要請され、そのため処理時間が大幅に延長し、コッストアップの一つの要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、安価なMgO 含有耐火物を用いた精錬容器を用いて安全でかつ短時間に、Alが１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼を２次精錬できる高Al含有ステンレス鋼の精錬方法を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するため、鋭意研究した結果、Mg蒸気の発生を抑制するには、スラグ中MgO 濃度の最も低い時期にAlを添加することが重要であることに思い至った。従来の高Al含有ステンレス鋼のVOD 処理では、図３に示すように、まず酸素ガスを上吹きし溶鋼を脱炭する脱炭処理期と、その後、酸素吹精を止め、高真空下で還元剤（Fe-Si ）を添加しArガスを底吹きし溶鋼とスラグを攪拌しながら、溶湯の脱酸、スラグ中Crの還元等を行う脱酸・還元処理期からなる。
【０００７】
そこで、まず、含MgO 耐火物を用いた取鍋でAlキルドステンレス鋼をVOD 処理した際の、スラグ中MgO 濃度の変化を調査した。その結果を図１に示す。
図１から、脱炭処理期には、スラグ中MgO 濃度は低位に推移し、耐火物からのMgO の溶出は全く無いことがわかる。その後、還元剤を添加してスラグおよび溶湯を底吹きガスにより撹拌する脱酸・還元処理期には、スラグ中MgO 濃度が急激に増加しており、この時期に耐火物からのMgO の溶出が発生していることがわかる。このことから、MgO とAlの反応を少なくするため、Alの多量添加は、脱炭処理後で脱酸・還元処理前に行うのがよいという知見を得た。
【０００８】
従来、MgO を含む耐火物を用いた取鍋で高Al含有ステンレス鋼のVOD 処理を行った場合には、脱酸・還元処理後のスラグ中MgO 濃度の高い時期に大量（10〜120kg/t ）のAlを添加していたために、Alとスラグ中MgO が反応したものと考えられる。
また、本発明者らは、さらにスラグ組成を変化し、スラグ中MgO とAlの反応について調査した。Mg蒸気発生量とスラグ組成の関係を図２に示す。
【０００９】
図２から、スラグ中MgO 濃度およびCaO/Al2O3 が高くなるにしたがって、Mg蒸気の発生が多くなることがわかる。また、スラグCaO/Al2O3 が低くなるほどMg蒸気の発生量は少なくなるが、CaO/Al2O3 が0.5 未満では、スラグはAl2O3 が飽和し、完全に固化してしまうために、実際の処理には適さない。
このようなことから、Mg蒸気の発生を抑制し、Alを一括して多量に添加でき、処理時間を短縮するためには、Alの多量添加時のスラグ組成を、CaO/Al2O3 が0.5 〜0.7 の範囲で、かつMgO 濃度が０〜５wt％の範囲とすることが好適であるという知見を得た。
【００１０】
本発明は、上記した知見に基づいて構成されたものである。
すなわち、本発明は、MgO 含有耐火物を用いた精錬容器を使用する２次精錬設備で、Alを１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼を精錬するに際し、脱炭処理後であって脱酸・還元処理前に所定量のAlを添加することを特徴とする高Al含有ステンレス鋼の精錬方法であり、また、本発明では、前記所定量のAlを添加する際のスラグ組成を、CaO 濃度とAl2O3 濃度の比、CaO/Al2O3 が0.5 〜0.7 で、かつMgO 濃度が０または５wt％以下とするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、転炉あるいは電気炉で１次精錬を行ったステンレス鋼溶湯を、MgO 含有耐火物を用いた精錬容器を使用する２次精錬設備で精錬し、高Al含有のステンレス鋼を溶製する。２次精錬設備は、ＶＯＤ設備、あるいはＡＯＤ設備がいずれも好適に使用でき、また２次精錬設備で用いる精錬容器は、MgO 含有耐火物、を内張りした取鍋等の容器を使用する。具体的にはMgO 含有耐火物は、マグネシア−カーボン系耐火物が好ましい。
【００１２】
１次精錬されたステンレス鋼溶湯は、精錬容器に移され、２次精錬設備で２次精錬される。２次精錬について、ＶＯＤ処理を例に説明する。なお、本発明における２次精錬はＶＯＤ処理に限定されるものではないことは言うまでもない。
取鍋（精錬容器）に移されたステンレス鋼溶湯は、上吹きランスから酸素ガスを上吹きする脱炭処理を施されて、脱炭される。その後、還元剤を添加して、高真空下でArガスを底吹きし溶湯とスラグを攪拌し溶湯の脱酸とスラグの還元を行う脱酸・還元処理を施される。還元剤としては、Fe-Si 、あるいはAlが好ましい。
【００１３】
本発明で対象とする高Al含有ステンレス鋼は、Alを１〜10wt％含有するステンレス鋼である。
本発明では、Alの添加は、脱炭処理終了後で脱酸・還元処理前に行う。脱酸・還元処理後では、スラグ中のMgO 濃度が高く、Alの大量添加を行うとMg蒸気の発生が著しくなり、２次精錬作業が危険となる。ここで、Alの大量添加とは、Alを、10〜120kg/t-steel 一括して添加することをいう。
【００１４】
また、本発明では、Al添加時のスラグ組成を、CaO 濃度とAl2O3 濃度の比、CaO/Al2O3 が0.5 〜0.7 で、かつMgO 濃度が０〜５wt％とするのが好ましい。CaO/Al2O3 が0.5 未満では、スラグ中のAl2O3 が飽和し、スラグが完全に固化するため２次精錬が困難となる。また、CaO/Al2O3 が0.7 を超えると、Al添加時にMg蒸気の発生が顕著となる。スラグ組成の調整は、スラグ成分となるCaO 、Al2O3 を必要量添加し、あるいはさらにスラグ組成の分析を適宜行いその結果に基づいて、所定の範囲となるように添加物を装入することにより行うのが好ましい。
【００１５】
また、スラグ中のMgO 濃度が５wt％を超えると、Al添加時にMg蒸気の発生が顕著となる。このようなことから、Al添加時のスラグ組成は、CaO 濃度とAl2O3 濃度の比、CaO/Al2O3 を0.5 〜0.7 、かつMgO 濃度を０、または５wt％以下とするのが好ましい。当然ながら、Al添加時にMg蒸気の発生を防止するには、スラグ中MgO 濃度を０、すなわちスラグ中にMgO を含まないほうが好都合である。なお、精錬容器の溶損を防止する意味から、ドロマイト、れんが屑等を添加して少量のMgO をスラグ中に含有させることもある。
【００１６】
【実施例】
（比較例１）
転炉で１次精錬したステンレス鋼溶湯を、含MgO 耐火物を用いた取鍋に移し、160Ton VOD設備で２次精錬し、Alを５wt％含有する高Al含有ステンレス鋼とした。２次精錬は、酸素ガス吹精による脱炭処理後、真空中でFe-Si を7kg/t 添加し底吹きガスでの強撹拌による脱酸・還元処理を実施し、その後、大気圧下で38kg/tのAlを一括添加した。Al添加時のスラグ組成は、CaO/Al2O3 ＝1.1 、MgO ＝7.3 ％であった。その結果、Al添加後、スラグ中MgO とAlとの反応が生じ、Mg蒸気が発生し、それが酸化し大量のMgO の白煙が取鍋より舞い上がった。発火の危険を回避するため、そのまま処理を中止し、溶湯を廃塊とした。なお、スラグ中のMgO 濃度は、脱炭処理期で０〜３wt％、脱酸・還元処理期で5 〜10wt％であった。
【００１７】
（比較例２）
転炉で１次精錬したステンレス鋼溶湯を、含MgO 耐火物を用いた取鍋に移し、160Ton VOD設備で２次精錬し、Alを５wt％含有する高Al含有ステンレス鋼とした。２次精錬は、酸素ガス吹精による脱炭処理後、真空中でFe-Si を7kg/t 添加し底吹きガスでの強撹拌による脱酸・還元処理を実施し、その後、大気圧下で合計42kg/tのAlを、１回当たり6kg/t として７回に分割して添加した。Al添加時のスラグ組成はCaO/Al2O3 ＝1.2 、MgO ＝ 8.5wt％であった。その結果、比較例１のようなMg蒸気の発生はなく、安全に精錬することができた。しかし、７回に分割してAlを添加したために、Alを一括添加した場合に比べ処理時間が30min 程度長くなった。
【００１８】
（実施例１）
転炉で１次精錬したステンレス鋼溶湯を、含MgO 耐火物を用いた取鍋に移し、160Ton VOD設備で２次精錬し、Alを５wt％含有する高Al含有ステンレス鋼とした。２次精錬は、酸素ガス吹精による脱炭処理後、スラグ組成が、CaO/Al2O3 ＝0.65、MgO ＝ 2.3wt％の時、大気圧下で40kg/tのAlを一括添加し、脱酸・還元処理とAl量の調整を行った。その結果、Al添加後、比較例１のようなMg蒸気の発生はなく、安全にかつ迅速に精錬することができた。
【００１９】
（実施例２）
実施例１と同様に、160Ton VOD設備で２次精錬し、Alを５wt％含有する高Al含有ステンレス鋼とした。２次精錬は、酸素ガス吹精による脱炭処理後、スラグ組成が、CaO/Al2O3 ＝0.85、MgO ＝ 2.0wt％の時に、大気圧下で41kg/tのAlを一括添加し、脱酸・還元処理とAl量の調整を行った。その結果、Al添加後、比較例１のようなMg蒸気の多量発生はなく、安全にかつ迅速に精錬することができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、安価な含MgO 耐火物を用いた取鍋（精錬容器）を使用するVOD 等の２次精錬設備において、Alを１〜10wt％含有する高Al含有ステンレス鋼を安全でかつ迅速に精錬することができ、製造コストを低減することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  VOD 処理におけるスラグ中MgO 濃度の変化を示すグラフである。
【図２】  Mg蒸気発生におよぼすスラグ中MgO 濃度とCaO/Al2O3 の関係を示す説明図である。
【図３】  VOD 処理を模式的に示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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