(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス溶鋼の脱炭精錬によって生成されたスラグを受滓した容器に溶鉄を投入した後、前記スラグにアルミ含有物質を添加し、前記スラグを攪拌しながら電気アークによって加熱して、前記スラグ中の酸化クロムを還元して前記溶鉄中にクロムを回収するステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法であって、前記酸化クロムを還元した後のスラグ組成は塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ2質量％）に対するＡｌ2Ｏ3の濃度比｛Ａｌ2Ｏ3質量％／（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ2質量％）｝が１０以上であることを特徴とするステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法において、前記脱炭精錬によって生成されたスラグは未還元スラグ又は還元スラグであることを特徴とするステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス溶鋼の脱炭精錬の際に生成され酸化クロムを含有するスラグからクロムを回収してスラグの資源化を図るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶鉄にＦｅ−Ｃｒ合金を添加して、上底吹き転炉や電気炉等の精錬炉を用いて脱炭精錬を行ってステンレス溶鋼を溶製する際に、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）を多量に含むスラグが発生する。
このスラグ中に含まれるクロムは、高価な金属であるため、Ｆｅ−Ｓｉ等の合金を添加して酸化クロムを還元して、ステンレス溶鋼中に回収することが行われている。
しかし、スラグ中の酸化クロムの還元は、Ｆｅ−Ｓｉ等の還元剤の使用コストとスラグ中に未還元で残留する酸化クロムとのコストバランスで決まるため、クロム濃度として０．６〜３質量％程度がスラグ中に残留し、一部微量の金属クロムがスラグに存在する状態になる。
更に、ステンレス溶鋼の脱炭精錬を行った際に生成したスラグは、土木用埋め立て材や路盤材として資源化が推進されているが、膨張による崩壊性（粉化）が大きいため、その用途に制約を受けたり、使用できない等の問題がある。
この対策として、特開昭５２−１４７５１２号公報に記載されているように、上吹き転炉や上底吹き転炉、電気炉等の精錬炉を用いて大気下で炭素濃度が０．２〜０．３質量％程度になるまで吹酸による脱炭を行った後、このステンレス溶鋼を真空取鍋精錬装置に移し、取鍋底部から不活性ガスを吹き込んでステンレス溶鋼とスラグを混合攪拌し、スラグ中に含まれる酸化クロムを炭素により還元して、クロム歩留りを高めて低炭素のステンレス溶鋼を溶製することが行われている。
また、特開平９−１６５２３８号公報、特開平１１−６１２１９号公報に記載されているように、ステンレス溶鋼の製造過程で発生するスラグにほう酸（Ｂ2Ｏ5）を添加して、ダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）内にほう酸を拡散して固溶させ、α’２ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ2Ｓ）からγ２ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ2Ｓ）への相転移を抑制し、膨張に起因する粉化を防止するか、あるいは特開平８−１８８８１３号公報に記載されているように、ほう酸とリン酸を混合して添加し、α’Ｃ2ＳからγＣ2Ｓへの相転移を抑制することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５２−１４７５１２号公報に記載された方法では、スラグ中の酸化クロムの還元に限界があり、精錬を終了した後のスラグ中に残存する酸化クロムが多くなり、フェロクロム等の合金の使用量が増加して、製造コストが高くなる。しかも、スラグの崩壊性を改善することができないため、土木埋め立て材や路盤材として使用する際に問題がある。
また、特開平９−１６５２３８号公報、特開平１１−６１２１９号公報及び特開平８−１８８８１３号公報に記載された方法では、スラグにほう酸、あるいはほう酸とリン酸を添加するため、スラグの処理コストが高くなる。
しかも、スラグにほう素（Ｂ）やリン酸を加えることになり、スラグ量の増加を招き、スラグの処理費用等を含めた経済性や環境上から好ましくない。
更に、精錬を終了した後のスラグ中に残存する酸化クロムを還元してステンレス溶鋼中に回収できないため、クロムの損失を招き、フェロクロム等の合金の使用量が増加して、製造コストが高くなる等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ステンレス溶鋼の脱炭精錬の際に生成するスラグ中の酸化クロムを効率良く還元して溶鉄にクロムを回収し、スラグ中に含まれるクロム量を低減すると共にスラグの膨張性を改善して資源化を図ることができるステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法は、ステンレス溶鋼の脱炭精錬によって生成されたスラグを受滓した容器に溶鉄を投入した後、前記スラグにアルミ含有物質を添加し、前記スラグを攪拌しながら電気アークによって加熱して、前記スラグ中の酸化クロムを還元して前記溶鉄中にクロムを回収するステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法であって、前記酸化クロムを還元した後のスラグ組成は塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ2質量％）に対するＡｌ2Ｏ3の濃度比｛Ａｌ2Ｏ3質量％／（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ2質量％）｝が１０以上である。
この方法により、スラグにアルミ含有物質を添加して、攪拌しながら加熱して熱を与えるので、アルミ含有物質中のアルミニウム（Ａｌ）によるスラグ中の酸化クロムの還元反応が促進され、溶鉄中へのクロム回収効率を高めることができる。
そして、処理後のスラグ中のクロム濃度を低下することができ、同時に酸化クロムの還元に作用して生成したＡｌ2Ｏ3によりスラグの膨張性を抑制でき、スラグを土木埋め立て材や路盤材として活用することができる。
なお、アルミ含有物質とは、金属Ａｌ、Ａｌ合金、アルミドロス等である。
更に、容器は、取鍋あるいは溶銑鍋、ＬＦ（Ｌａｄｌｅ・Ｆｕｒｎａｃｅ）精錬鍋等をいう。
【０００６】
ここで、前記脱炭精錬によって生成されたスラグを未還元スラグ又は還元スラグとしても良い。
これにより、未還元スラグ、あるいは還元スラグのどちらの場合においても、アルミ含有物質中のアルミニウム（Ａｌ）により、スラグ中の酸化クロムを十分に還元して溶鉄中に回収することができ、処理後のスラグ中のクロム濃度を低下させ、スラグの膨張性を抑制することができる。
【０００７】
更に、前記スラグの加熱は、電気アークで行う。
電気アークを用いるので、スラグの昇熱を簡単に行うことができ、しかも、添加したアルミ含有物質の損失を抑制し、アルミ含有物質中のアルミニウムによる酸化クロムの還元反応を促進することができる。
【０００８】
また、前記酸化クロムを還元した後のスラグ組成は塩基度に対するＡｌ2Ｏ3の濃度比を１０以上にする。
なお、塩基度はスラグ中の含まれるＳｉＯ2濃度に対するＣａＯ濃度の比（ＣａＯ／ＳｉＯ2）である。
アルミ含有物質により還元した後のスラグの膨張を安定して防止でき、土木埋め立て材や路盤材等の資源化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。
図１は本発明の第１及び第２の実施の形態に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法に適用されるスラグ処理装置の断面図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法に適用されるスラグ処理装置１０は、溶鉄１１及びスラグ１２を投入する容器の一例である取鍋１３と、取鍋１３の開口した上部を覆う鍋蓋１５とを有している。
取鍋１３の底部には、溶鉄１１とスラグ１２を攪拌する不活性ガスの一例であるアルゴンガスを吹き込むポーラスプラグ１４を備え、鍋蓋１５には、図示しない電源に連通して溶鉄１１及びスラグ１２に熱を供給する電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、取鍋１３内にアルミ含有物質を添加するシュート１７を取付けている。
【００１０】
次に、本実施の形態に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法について説明する。
図示しない上底吹き転炉に炭素２質量％以上の溶鉄とＦｅ−Ｃｒ合金、生石灰等の副原料を入れて、吹酸することにより炭素濃度が０．２〜０．７質量％となるまで脱炭精錬を行いステンレス溶鋼を溶製した。
そして、酸化クロム濃度が約３０質量％のスラグが約２３トン生成したので、Ｆｅ−Ｓｉを２３００ｋｇ添加してスラグ中の酸化クロムの還元処理を行い、還元されたクロムをステンレス溶鋼に回収した。
その結果、スラグ中の酸化クロム濃度が約４質量％に低減できたので、上底吹き転炉内のステンレス溶鋼を出鋼し、残留したスラグ（還元スラグ）１２を取鍋１３に排滓した。
更に、炭素２質量％以上の溶鉄１１を入れた後、ポーラスプラグ１４からアルゴンガスを７００ＮＬ／分吹き込み、溶鉄１１とスラグ１２の攪拌を行いながら、鍋蓋１５で取鍋１３の上部を覆い、同時にシュート１７から取鍋１３内にアルミ含有物質の一例であるアルミドロスを５０００ｋｇ添加した。
そして、鍋蓋１５に取付けた電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃに電源から通電して、電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃと混合されたスラグ１２と溶鉄１１の表面との間にアーク放電を行わせ、全体（溶鉄１１とスラグ１２）を１４００〜１４５０℃に加熱を行った。
この加熱によって、スラグ１２の滓化が促進され、（１）式の反応により酸化クロムの還元反応が大幅に向上でき、還元されたクロム（Ｃｒ）は、溶鉄１１中に回収することができる。
Ｃｒ2Ｏ3＋２Ａｌ→２Ｃｒ＋Ａｌ2Ｏ3    ・・・・・（１）
クロムを回収した溶鉄１１は、次の新しい脱炭精錬用の上底吹き転炉に用いるので、上底吹き転炉にて添加するＦｅ−Ｃｒ合金を節減でき、製造コストを低減することができる。
更に、この還元反応は、Ａｌを用いるため、酸化クロムを確実に還元することができ、処理を行った後のスラグ１２中に含まれる酸化クロム及び金属クロム（以下、総クロムという）を普通溶鋼の溶製時のスラグ（総クロムが０．５質量％以下）と遜色ないレベルにすることができ、総クロム量に起因する環境上の制約を解消することができる。
しかも、酸化クロムの還元を行った際に生成したＡｌ2Ｏ3を活用して、スラグ組成をダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）が生成しない組成にすることができ、α’２ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ2Ｓ）からγ２ＣａＯ・ＳｉＯ2（Ｃ2Ｓ）への相転移するのを防止することができ、スラグの膨張性が無くなり、土木埋め立て材、あるいは路盤材等の資源として活用することができる。
このスラグ１２は、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）に対するＡｌ2Ｏ3の濃度比を１０以上にすることにより、ダイカルシウムシリケートの生成を確実に抑制でき、より安定して膨張性の低いスラグにすることができる。
【００１１】
次に、本発明に係る第２の実施の形態に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法について説明する。
図示しない上底吹き転炉に炭素２質量％以上の溶鉄とＦｅ−Ｃｒ合金、生石灰等の副原料を入れて、吹酸することにより炭素濃度が０．２〜０．７質量％となるまで脱炭精錬を行いステンレス溶鋼を溶製した。
スラグ中の酸化クロム濃度としは約３０質量％の高濃度であり、上底吹き転炉内のステンレス溶鋼を出鋼し、残留したスラグ（未還元スラグ）１２ａを前記したスラグ処理装置１０の取鍋１３に排滓した。
更に、炭素２質量％以上の溶鉄１１を入れた後、ポーラスプラグ１４からアルゴンガスを７００ＮＬ／分吹き込み攪拌を行いながら、鍋蓋１５で取鍋１３の上部を覆い、同時にシュート１７からアルミ含有物質の一例であるアルミドロスを１００００ｋｇ、不足する量として金属Ａｌを２００ｋｇ添加した。この添加量は、スラグ１２ａに含まれるＣｒ2Ｏ3を全て還元する化学量論的に必要な量以上に相当する。
そして、鍋蓋１５に取付けた電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃに電源から通電して、スラグ１２ａと溶鉄１１が混合している表面にアークを飛ばして加熱し、前記還元スラグを用いた実施の形態と同様に、スラグ１２ａの滓化が促進し、酸化クロムの還元を行い、還元されたクロム（Ｃｒ）を溶鉄１１中に回収した。
従って、添加するＦｅ−Ｃｒ合金を節減でき、製造コストを低減することができる。
このようにして脱炭精錬を行った後のスラグからクロムを回収した溶鉄１１を上底吹き転炉に装入し、不足するクロム量に相当するＦｅ−Ｃｒ合金と副材を添加して吹酸してステンレス溶鋼を溶製し、連続鋳造を用いて鋳片を製造した。
【００１２】
【実施例】
次に、ステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法の実施例について説明する。
上底吹き転炉に炭素２質量％以上の溶鉄とＦｅ−Ｃｒ合金、生石灰等の副原料を入れて吹酸し、炭素濃度が０．５質量％となるまで脱炭精錬を行いステンレス溶鋼を溶製した。脱炭精錬の際に生成した約２３トンのスラグにＦｅ−Ｓｉ合金を添加した還元スラグ、あるいは添加しない未還元スラグを用い、スラグの還元剤としてアルミドロス、又はアルミドロスと金属Ａｌを添加し、ポーラスプラグからアルゴンガスを７００ＮＬ／分吹き込み攪拌を行いながら、電極に通電して電気アークによる加熱を行い、クロムの溶鉄への回収と、スラグの改質を行った。そして、クロムの回収効率、スラグの膨張性の良否、従来の精錬炉内でＦｅ−Ｓｉ合金による還元のみの場合を指数１とした場合の製造コスト指数、総合評価について調査した。その結果を表１に示す。
実施例１は、脱炭精錬を行った後にＦｅ−Ｓｉ合金を添加してスラグを還元処理したものをＬＦ鍋に受け、アルミドロスを添加した場合であり、クロムの回収効率が９８．３％、スラグの膨張性が低く、製造コスト指数が０．９５となり、総合評価として優れた（○）結果が得られた。
実施例２は、脱炭精錬を行ってからＦｅ−Ｓｉ合金を添加しないで未還元のスラグをＬＦ鍋に受け、アルミドロスと金属Ａｌを添加した場合であり、クロムの回収効率が９９．１％、スラグの膨張性が低く、製造コスト指数が０．８５となり、総合評価として優れた（○）結果が得られた。
【００１３】
【表１】
0004189112.tif 000002
【００１４】
これに対し、従来例１、２は、還元スラグを使用したアルミ含有物質を添加せず加熱を行わなかった例であり、従来例１は、クロムの一部がスラグに残存して回収効率が８３．８％と悪く、スラグ組成からダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）が生成して相転移により膨張して、製造コスト指数も高く、総合評価として悪い（×）結果となった。
従来例２は、ほう酸を添加した場合であり、クロムの一部がスラグに残存して回収効率が８３．９％と悪く、スラグの膨張は抑えられたが、製造コスト指数が１．０５と高くなり、総合評価として悪い（×）結果となった。
【００１５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、アルミドロスあるいは金属Ａｌの添加は、スラグの上方から投入するか、又は、ランスを用いてインゼクション（吹き込み）を行うことができる。
更に、脱炭精錬炉としては、上吹き転炉、上底吹き転炉、電気炉の他にＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ・Ｏｘｙｇｅｎ・Ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ）やＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ・Ｏｘｙｇｅｎ・Ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ）等の二次脱炭精錬スラグにも適用することができる。
また、還元剤であるアルミドロス、あるいは金属Ａｌ等に炭材を混合して添加して、酸化クロムを還元することもできる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１、２記載のステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法は、アルミ含有物質を添加して攪拌しながらスラグに熱を与えるので、スラグ中の酸化クロムの還元反応が促進され、溶鉄中へのクロム回収効率を高め、同時にスラグ中に含まれるクロム量が低減し、スラグの膨張性を改善して土木埋め立て材や路盤材等の資源化を図ることができる。
【００１７】
特に、請求項２記載のステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法は、未還元スラグ又は還元スラグを用いるので、アルミ含有物質により、スラグ中の酸化クロムを十分に還元して溶鉄中に回収することができ、高価な合金の使用量を節減して製造コストを低減することができる。
【００１８】
請求項１記載のステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法は、スラグの加熱は電気アークで行うので、添加したアルミ含有物質の損失を抑制し、アルミ含有物質中のアルミニウムによる酸化クロムの還元反応を促進することができ、スラグ中の総クロム量を低減することができ、安定して土木埋め立て材や路盤材等の資源化を図ることができる。
【００１９】
請求項１記載のステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法は、酸化クロムを還元した後のスラグ組成が塩基度に対するＡｌ2Ｏ3の濃度比を１０以上にするので、アルミ含有物質により還元した後のスラグの膨張性がより安定し、土木埋め立て材や路盤材等の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態に係るステンレス溶鋼の精錬スラグの処理方法に適用されるスラグ処理装置の断面図である。
【符号の説明】
１０：スラグ処理装置、１１：溶鉄、１２：スラグ、１２ａ：スラグ、１３：取鍋、１４：ポーラスプラグ、１５：鍋蓋、１６ａ：電極、１６ｂ：電極、１６ｃ：電極、１７：シュート
【図１】
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