(57)【要約】【課題】ステンレス鋼の製鋼工程において酸素吹き込み後の溶鋼の温度を急速に下げることができ、しかも、酸素の吹き込みによって生成されたスラグ中のＮｉ，Ｃｒ等の金属酸化物を還元することができ、作業性を飛躍的に向上できる冷却材を提供する。【解決手段】製鋼用冷却材は、Ｎｉ系ステンレス鋼の製造用はＳｉ，Ｎｉ及びＦｅを主成分とし、Ｃｒ系またはＮｉ系のステンレス鋼の製造用はＳｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とし、また、Ｎｉ−Ｃｒ系のステンレス鋼の製造用はＳｉ，Ｎｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする。Ｎｉ鉱石１及び／又はＣｒ鉱石２、珪石３及び石炭等の炭材４を混合し、電気炉７に装入して還元・溶融し、鋳型９に注入して鋳塊として製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ，Ｎｉ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材。
【請求項２】
Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材。
【請求項３】
Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが２０〜３０％、Ｃｒが４０〜５０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材。
【請求項４】
Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材。
【請求項５】
その他の成分としてＣ，Ｐ，Ｓを含み、Ｃが０．１％以下、Ｐが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下である請求項１〜４の何れかに記載の製鋼用冷却材。
【請求項６】
１個の質量が１００〜１，０００Ｋｇの盤状または柱状に鋳造されている請求項１〜５の何れかに記載の製鋼用冷却材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼用の冷却材に関するものであり、詳しくは、ステンレス鋼製鋼時の脱炭素工程において、酸素の吹き込みにより過度に上昇した溶鋼の温度を適切な温度範囲まで急速に低下させる目的で使用される製鋼用の冷却材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ステンレス鋼は次のような工程、すなわち、原料溶解工程、１次脱炭素工程、２次脱炭素工程、スラグ還元・脱酸素工程、精錬工程、および、連続鋳造工程を経て製造される。各工程における具体的な操作は以下の通りである。
【０００３】
原料溶解工程においては、フェロニッケル、フェロクローム又はスクラップ、あるいは必要に応じて生石灰等のフラックスが電気炉内に装入された後、黒鉛電極より導入される高圧・高電流の電気で溶解され、適切な温度になったのを見計らって溶鋼が取鍋に出鋼される。
【０００４】
次いで、１次脱炭素工程においては、溶鋼が転炉またはＡＯＤ炉に装入され、高圧の酸素が吹き込まれて目標レベルまで炭素が除去される。この際、炭素が除去されると同時に、有用金属であるＮｉ，ＣｒあるいはＭｎなども酸化されてスラグを形成する。また、これら金属および炭素の酸化熱により溶鋼の温度も急上昇し、時には１，８００℃を超えることも珍しくない。そこで、酸化された有用金属を還元回収するために、通常はフェロシリコンが投入される。更に、フェロシリコンの投入に併せて、炉壁や吹き込みノズル等の耐火物を保護するため、溶鋼温度を急速に低下させる目的で冷却材が投入される。Ｓｉによる還元が終了し、適切な温度になったのを見計らって溶鋼が取鍋に移注され、次の工程に搬送される。なお、フェロシリコンの投入と冷却材の投入は何れの作業が先行してもよい。
【０００５】
２次脱炭素工程においては、最終の脱炭素および鋼中のガス分除去を目的として、取鍋に移注された溶鋼が脱ガス炉に送られる。ここでは真空下において酸素が吹き込まれることにより、効率よく炭素が除去されて最終目標のＣ値に調整される。脱ガス炉においても、前工程の転炉、ＡＯＤ炉ほどではないが、同様に有用金属が酸化されて溶鋼の温度も上昇するため、フェロシリコン及び冷却材の投入が必要となる。
【０００６】
次に、精錬工程においては、溶鋼がＬＦ炉に運ばれ、Ａｒの吹き込みを行いながら、前工程で形成された非金属介在物を凝集、浮上させてクリーンな鋼を製造する。同時に、後工程である連続鋳造に適した溶鋼温度になるよう温度の調節を行なう。そして、連続鋳造工程においては、連続鋳造設備を使用して、ビレット、ブルーム或いはスラブが製造される。
【０００７】
因に、上記のようなステンレス鋼の製鋼において、１次および２次脱炭素工程で使用される冷却材としては、例えば、使用済みスチール缶を原料として、塊状に成型し、その嵩比重を２ｇ／ｃｃ以上に処理をした「溶鋼冷却精錬材」が提案されている（特許文献１参照）。また、連続鋳造の一例として、連続鋳造装置のモールドに溶鋼を供給し且つ圧下量を調節しながらブルームを製造する「クロムを含有した溶鋼の鋳造方法」が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−１０４９１４号公報
【特許文献２】特開２０００−１０７８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述のように、１次脱炭素工程および２次脱炭素工程を構成する転炉、ＡＯＤ炉および脱ガス炉においては、酸化された有用金属の還元と炉の耐火物を保護するために溶鋼の急速な温度低下が不可欠となる。そこで、還元剤であるフェロシリコンと冷却材が投入されるが、フェロシリコンとしては、ＪＩＳ規格品が使用されるのが一般的であり、また、冷却材としては、投入した際に粘性の高いスラグに巻き込まれないように、重量物であることが必要であり、通常は、自社工場にて発生するビレット、ブルーム又はスラブの端材、すなわち、トップ、エンド或いは熱延コイルのトップ、エンドが使用されていた。
【００１０】
しかしながら、昨今は上記のような連続鋳造技術が大幅に進歩したため、従来は１回の鋳造で各々１個発生していたトップ、エンドが、数回〜数十回に相当する連続鋳造で２個しか発生しない状況にある。従って、冷却材としてのトップ、エンドは、慢性的な入手難の状態が続いているのが実情である。
【００１１】
一方、冷却材としては、製品の端材に代えて、前述のような使用済みスチール缶などの廃棄物の利用も考えられるが、本来、冷却材には次のような要件が求められる。
【００１２】
（１）冷却材投入時のスラグは、多量の金属酸化物を含有し、粘性が極めて高いため、軽量物ではスラグに巻き込まれて冷却材として機能しない。従って、冷却材としては、比重が５ｇ／ｃｃであり、１個あたりの重量が１００〜１，０００Ｋｇの重量物が望ましい。
【００１３】
（２）冷却材投入時は酸素の吹き込みにより、溶鋼は不純物が除去された清浄な状態にある。従って、冷却材についても、炭素や重金属などの不純物が少なく、水分、油分、スケール等が付着していないクリーンな材料でなくてはならない。
【００１４】
（３）ステンレス系の冷却材が入手難になっていることから、普通鋼のスラブ片などを使用することも多いが、これらの材料を使用した場合は、Ｎｉ，Ｃｒを含んでいないため、鋼中のＮｉ，Ｃｒ等の元素の比率を低下させると言う欠点がある。すなわち、普通鋼のスラブ片などを使用した場合には、あらためて成分調整が必要となり、余分な作業を強いられ且つその作業に要した時間の分だけ生産性も低下する。従って、冷却材としては、製造中のステンレス鋼の成分に等しい成分を有した材料が最も望ましい。
【００１５】
（４）冷却材投入後は、直ちにフェロシリコンを投入することにより、酸化されたＮｉ，Ｃｒ等の有用金属の還元を行うが、冷却材の投入作業とフェロシリコンの投入作業とが別個に行われるため、生産性が低下していると言う実情がある。
【００１６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステンレス鋼の製鋼工程において酸素吹き込み後の溶鋼の温度を適切な温度範囲まで急速に下げるための冷却材であって、溶鋼の品質を損なうことなく冷却材として十分に機能し、かつ、作業性を飛躍的に向上でき、併せてコストダウンも期待できる冷却材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の全ての課題を一挙に解決すべく種々検討した結果、本発明の冷却材においては、製鋼中のステンレス鋼の主成分Ｎｉ及び／又はＣｒと略同一の組成を有する鋳塊を構成し、しかも、酸素の吹込みにより酸化されたＮｉ，Ｃｒ等の有用金属を還元・回収するのに十分な量のＳｉを当該鋳塊に含有させた。
【００１８】
代表的なステンレス鋼はＣｒ系がＳUＳ４３０、Ｎｉ系がＳUＳ３０４であり、前者はＣｒ含有量が１６〜１８％、後者はＮｉ含有量が８〜１０．５％で且つＣｒ含有量が１８〜２０％である。従って、製鋼中のステンレス鋼の成分に変動を来さないように、冷却材は、Ｎｉ及び／又はＣｒを同程度含有するものが望ましい。更に、通常、冷却材は溶鋼１ｔに対して５０〜１００Ｋｇ使用され、フェロシリコンは溶鋼１ｔに対して１０〜２０Ｋｇ使用される。従って、冷却材におけるＳｉ含有量は１５〜２５％程度に調整するのが理想的である。そして、上記の成分は、Ｎｉ系、Ｃｒ系またはＮｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系の各鋼の種類によって決定される。
【００１９】
すなわち、本発明は４つの要旨からなり、その第１の要旨は、Ｓｉ，Ｎｉ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材に存する。また、本発明の第２の要旨は、Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材に存する。更に、本発明の第３の要旨は、Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが２０〜３０％、Ｃｒが４０〜５０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材に存する。そして、本発明の第４の要旨は、Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅであることを特徴とする製鋼用冷却材に存する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の製鋼用冷却材によれば、ステンレス鋼と略同等の組成を有し且つ所定比率でＳｉが添加されており、１次脱炭素工程および２次脱炭素工程において、酸素吹き込み完了後、当該冷却材を投入するだけで、溶鋼の温度を急速に下げることができ、同時に、スラグ中のＮｉ，Ｃｒ等の金属酸化物を還元回収することができるため、２度手間がなく、作業性を飛躍的に向上できる。また、フェロシリコンは、比重が軽く、スラグ上で空気酸化されて歩留まりが悪いと言う難点があるのに対し、本発明の製鋼用冷却材は、比重が重く、スラグ表面に浮くことがないため、Ｓｉの空気酸化が殆どなく、歩留まりが１００％に近く、コストダウンに大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る製鋼用冷却材の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る製鋼用冷却材（以下、「冷却材」と略記する。）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
本発明の冷却材は、塊状の冷却材であり、適用される鋼の種類によって組成が調整される。Ｎｉ系のステンレス鋼の製造に使用される冷却材は、Ｓｉ，Ｎｉ及びＦｅを主成分とし、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、残部がＦｅである。また、Ｃｒ系またはＮｉ系の何れのステンレス鋼の製造にも使用される冷却材は、Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とし、Ｓｉが１５〜２５％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅである。更に、Ｃｒ系またはＮｉ系の何れのステンレス鋼の製造にも使用される他の冷却材は、Ｓｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とする製鋼用冷却材であって、Ｓｉが２０〜３０％、Ｃｒが４０〜５０％、残部がＦｅであるそして、Ｎｉ−Ｃｒ系のステンレス鋼の製造に使用される冷却材は、Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ及びＦｅを主成分とし、Ｓｉが１５〜２５％、Ｎｉが６〜１２％、Ｃｒが１０〜２０％、残部がＦｅである。
【００２４】
本発明の冷却材は、図１に示すように、原料として、Ｎｉ鉱石１、Ｃｒ鉱石２、珪石３、炭材４を使用して製造される。これらの原料は、通常得られる原料であれば問題はなく、また、特にフラックスを使用する必要もない。
【００２５】
Ｎｉ鉱石１及びＣｒ鉱石２は、通常、フェロニッケルあるいはフェロクロームを製造する際に使用される鉱石でよいが、Ｓｉの含有量を富化するためには、Ｆｅ分の少ないものが望ましい。また、珪石３も通常のフェロシリコンを製造する時に使用されるもので十分である。還元目的で使用される炭材４は、種々のものが提案されているが、石炭あるいはコークス等がコスト面および品質面から無難である。
【００２６】
冷却材を製造する場合には、先ず、上記の４種の原料から必要なものを選択し、これらを混合機５にて混合する。Ｎｉ系のステンレス鋼の製造に使用される冷却材の場合は、Ｎｉ鉱石１、珪石３、炭材４を使用し、また、Ｃｒ系またはＮｉ系の何れのステンレス鋼の製造にも使用できる冷却材の場合は、Ｃｒ鉱石２、珪石３、炭材４を使用し、そして、Ｎｉ−Ｃｒ系のステンレス鋼の製造に使用される冷却材の場合は、Ｎｉ鉱石１、Ｃｒ鉱石２、珪石３、炭材４を使用する。
【００２７】
混合機５で混合した原料は、電気炉７の炉上のホッパー６に貯蔵する。次いで、電気炉の溶解状態を見ながら、炉内に上記の原料を順次供給し、Ｎｉ，Ｃｒ、Ｓｉが含まれる合金鉄を炉内に生成させる。続いて、生成された合金鉄を取鍋８に出湯し、鋳型９に注入する。そして、合金鉄が常温に冷却された後は、鋳型より鋳塊として取り出す。
【００２８】
上記の電気炉７におけるＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金鉄の生成メカニズムは次の通りである。すなわち、炉内に装入されたＮｉ鉱石１、Ｃｒ鉱石２及び珪石３は、炭材４によって以下の還元反応を起こし、斯かる還元反応に基づいて鉱石がカーボン還元され、合金鉄が生成される。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
本発明の冷却材は、その他の成分として、Ｃ，Ｐ，Ｓが含まれていてもよく、その場合は、Ｃが０．１％以下、Ｐが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下に調整されるのが好ましい。そして、上記のように鋳塊として製造される冷却材は、転炉、ＡＯＤ炉あるいは脱ガス炉において粘性の高いスラグに巻き込まれず、確実に溶鋼中に装入し得るように、１個の質量が１００〜１，０００Ｋｇの塊状に構成される。取り扱いの利便性の観点からは、好ましくは盤状または柱状に鋳造される。
【００３１】
上記のように、本発明の冷却材によれば、ステンレス鋼と略同等の組成を有し且つ所定比率でＳｉが添加されており、１次脱炭素工程および２次脱炭素工程において、酸素の吹き込みが完了した後、当該冷却材を投入するだけで、溶鋼の温度を急速に下げることができ、同時に、スラグ中のＮｉ，Ｃｒ等の金属酸化物を還元回収することができるため、従来のように冷却材と還元剤のフェロシリコンとを別個に投入する手間がなく、作業性を飛躍的に向上できる。また、フェロシリコンは、比重が軽く、スラグ上で空気酸化されて歩留まりが悪いと言う難点があるのに対し、本発明の冷却材は、比重が重く、スラグ表面に浮くことがないため、Ｓｉの空気酸化が殆どなく、歩留まりが１００％に近く、大幅にコストダウンを図ることができる。
【００３２】
また、本発明の冷却材のうち、Ｃｒ系またはＮｉ系の何れのステンレス鋼の製造にも使用可能な冷却材であって、Ｓｉが２０〜３０％、Ｃｒが４０〜５０％に調製されたものは、脱炭素工程での酸素吹込みによるＣｒの変動に特に有効である。すなわち、Ｃｒは非常に酸化され易い金属であるため、脱炭素時に予想外に酸化されることがしばしば発生するが、斯かる酸化は酸素の吹込み条件によって変動する。これは溶鋼のＣｒ含有量が減ったことを意味しており、Ｃｒ源を追加装入することが求められる。通常、Ｃｒ源としては高炭素フェロクロームが使用されるが、脱炭素後はＣのピックアップ（組成比率の上昇）があるため高炭素フェロクロームを使用することができない。一方、低炭素フェロクロームは高価なため使用し難く、また、冷却材の過剰投入は溶鋼の温度低下を惹起する。そのような場合、上記の組成の本発明の冷却材を使用することにより、溶鋼の適切な温度を維持しつつ、Ｃｒを補充することができる。
【実施例】
【００３３】
ステンレス製鋼時、ＡＯＤ炉において第１次脱炭後、本発明の冷却材を投入することにより、溶鋼を冷却し且つ脱炭中に酸化されてスラグ化された酸化クローム（Ｃｒ２Ｏ３）をＳｉにより還元する実験を行った。製鋼条件および冷却材の成分は表１に示す通りであり、冷却材を投入した効果は表２に示す通りである。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【符号の説明】
【００３６】
１  ：Ｎｉ鉱石
２  ：Ｃｒ鉱石
３  ：硅石
４  ：炭材
５  ：混合機
６  ：炉上ホッパー
７  ：電気炉
８  ：取鍋
９  ：鋳型
【図１】
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