(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼溶銑を、スラグとともに取鍋内に出銑し、取鍋を大気雰囲気との接触防止用のカバーで覆いながら、溶銑内に非酸化性のガスを吹込んで撹拌する精錬方法において、
取鍋内雰囲気中の酸素ガス（Ｏ2）濃度が１％以下の条件で、スラグ中の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）濃度と取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス（ＣＯ）濃度との相関関係を求めておき、
所定時間経過後に、取鍋内雰囲気中の酸素ガス濃度を１％以下に保ちながら、撹拌を行い、
取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス濃度が、所望のスラグ中酸化クロム濃度に該相関関係に基づいて対応する一酸化炭素ガス濃度に達する時点で、撹拌を終了することを特徴とするステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法。
【請求項２】
前記所望のスラグ中酸化クロム濃度は１％以下であり、
前記相関関係に基づいて対応する排ガス中の一酸化炭素ガス濃度は２５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法。
【請求項３】
前記撹拌は、前記溶銑の温度が、予め定める停止温度まで降下する時点で終了することを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼溶銑を運搬する取鍋内で行うステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステンレス鋼は、電気アーク炉を用いて溶銑が製造され、取鍋に出銑されて、転炉や真空脱ガス炉などの後工程に運搬される。本件出願人は、電気アーク炉および後工程での操業効率を高めるため、たとえば特開平１０−１７６２１４（特願平８−３３５８８７）や特願平１０−７７９２７などで、取鍋内に非酸化性ガスや不活性ガスを吹込み、スラグや溶銑を撹拌して、ステンレス鋼溶銑の精錬工程の一部を行うことを提案している。
【０００３】
特開平１０−１７６２１４では、撹拌のためのエネルギを一定の範囲に保って、スラグ中の易還元性酸化物の還元および脱硫を行い、原料や製造のコストを低減させることを提案している。特願平１０−７７９２７では、取鍋にカバーをかぶせて密閉し、カバーに設ける挿入口にランスを挿入して、ランスとカバーの挿入口との間を機密に封止しながら、ランスから取鍋内の溶銑内に撹拌用の不活性ガスを吹込んで撹拌を行うことを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステンレス鋼溶銑を運搬する取鍋内で、酸素ガス濃度の低い雰囲気下で撹拌して脱硫や還元反応を促進させれば、溶銑中の硫黄（Ｓ）の濃度を減少させ、スラグ中からクロム（Ｃｒ）などの有効なメタル成分を回収することができる。
【０００５】
しかしながら、撹拌を続けると、溶銑の温度が低下し、後工程での精錬処理などを充分に行うことができなくなったり、時間がかかったりするようになる。また、取鍋や撹拌用のランスなどに使用する耐火物が損耗したり、撹拌用に使用する非酸化性ガスなどの使用量が増えてコストアップの要因となったりする。このようなデメリットは、撹拌時間が長くなるほど大きくなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、必要最小限の撹拌を行って、撹拌に伴うデメリットを抑えることができるステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステンレス鋼溶銑を、スラグとともに取鍋内に出銑し、取鍋を大気雰囲気との接触防止用のカバーで覆いながら、溶銑内に非酸化性のガスを吹込んで撹拌する精錬方法において、
所定時間経過後に、取鍋内雰囲気中の酸素ガス（Ｏ2）濃度が１％以下の条件で、スラグ中の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）濃度と取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス（ＣＯ）濃度との相関関係を求めておき、
取鍋内雰囲気中の酸素ガス濃度を１％以下に保ちながら、撹拌を行い、
取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス濃度が、所望のスラグ中酸化クロム濃度に該相関関係に基づいて対応する一酸化炭素ガス濃度に達する時点で、撹拌を終了することを特徴とするステンレス鋼溶銑の取鍋撹拌精錬方法である。
【０００８】
本発明に従えば、取鍋内には、ステンレス鋼溶銑がスラグとともに出銑される。取鍋は大気雰囲気との接触防止用のカバーで覆われる。取鍋内の溶銑内には、非酸化性のガス、たとえばアルゴンなどの不活性ガスや窒素ガスなどが吹込まれ、溶銑およびスラグを撹拌する。取鍋内雰囲気は、所定時間経過後に、酸素ガス濃度が１％以下となるように保たれる。この雰囲気条件下で、予めスラグ中の酸化クロム濃度と取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス濃度との相関関係が求められる。酸素ガス濃度が１％以下であるので、精度の高い相関関係を求めることができる。非酸化性ガスの吹込みによる撹拌は、スラグ中の酸化クロム濃度が所望の濃度になることを目標に行われる。スラグ中の酸化クロム濃度と排ガス中の一酸化炭素ガス濃度との相関関係に基づいて、所望の酸化クロム濃度に対応する排ガス中の一酸化炭素ガス濃度が求められる。溶鋼中に非酸化性ガスの吹込みが開始されると、溶銑中の炭素による酸化クロムの還元が行われ、一酸化炭素ガスが発生する。還元が充分に行われて、溶銑中の酸化クロムの量が所望の値まで低下すると、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス濃度も所望の酸化クロム濃度に対応する濃度まで降下する。この時点で撹拌を終了させるので、スラグからのクロム回収の目的を達成するのに必要な最小限の時間で撹拌を行い、撹拌時間が長くなることに伴うデメリットを回避することができる。
【０００９】
また本発明で前記所望のスラグ中酸化クロム濃度は１％以下であり、
前記相関関係に基づいて対応する排ガス中の一酸化炭素ガス濃度は２５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、スラグ中酸化クロム濃度が１％ととなる目標で撹拌を行う。撹拌によるクロムの回収は、溶銑中の炭素による酸化クロムの還元によって行われる。溶銑中の炭素は充分に存在するけれども、スラグ中の酸化クロムは還元によって減少し、酸化クロムの濃度が小さくなれば還元が困難になり、撹拌の時間をかけても回収されるクロムの増加量はあまり多くなくなってしまう。撹拌によって減少させるスラグ中の酸化クロム濃度を１％とし、予め相関関係を求めてある対応する排ガス中の一酸化炭素ガス濃度である２５０ｐｐｍに排ガス中の一酸化炭素ガス濃度が降下する時点で撹拌を終了させるので、撹拌効果が大きく、撹拌によるデメリットが少ない状態で取鍋内撹拌精錬を行うことができる。
【００１１】
また本発明で前記撹拌は、前記溶銑の温度が、予め定める停止温度まで降下する時点で終了することを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、溶銑の温度が予め定める停止温度まで降下する時点で撹拌を終了させるので、停止温度を後工程での処理に支障が生じない温度に設定しておけば、取鍋による溶銑の後工程への運搬等を確実に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態としての取鍋撹拌精錬工程を含むステンレス鋼の概略的な製造工程を示す。ステップｓ１では、ステンレス鋼の原料が電気アーク炉（以下「電気炉」と略称する）に装入されて溶解される。ステンレス鋼の原料となるのは、各種合金鉄やスクラップ、あるいは酸化物などである。溶解された鉄は炭素含有量が多い溶銑となる。電気炉内では、ステンレス鋼原料とともにスラグとなる副原料も挿入され、溶銑の上方に溶融したスラグの層が形成される。原料の溶解が終了すると、取鍋に溶銑およびスラグが流込まれる出銑が行われる。取鍋は、上方が開口した容器であり、電気炉からの出銑が行われると、ステップｓ２で取鍋内には溶銑であるメタルとその上方のスラグとが貯留される。ステップｓ３では、取鍋上方の開口部を、大気雰囲気との接触防止用のシールカバーをかぶせるようにセットして取鍋内雰囲気を大気雰囲気から遮断する。
【００１４】
ステップｓ３でシールカバーをセットした状態では、取鍋内雰囲気は大気雰囲気に近いので、ステップｓ４では、シールカバーから挿入したランスまたはシールカバーに設けたパージ用配管を用いて、取鍋内雰囲気のパージを行う。ランスの先端を溶銑中に挿入する前に、非酸化性のシールガスをランス先端またはシールカバーに設けたパージ用配管から吹出させ、取鍋内雰囲気中に残存している酸素ガスを追出す。ステップｓ５から撹拌がスタートする。後述するように、撹拌は、シールカバーに設けられる挿入口にランスを挿入し、溶銑中に非酸化性のガスを吹込んで行う。ステップＳ４およびステップＳ５は同時にスタートしてもよい。ステップｓ６では、排ガスである取鍋内雰囲気の分析を行い、酸素ガス濃度および一酸化炭素ガス濃度を測定する。ステップｓ７では、予め温度降下速度を求めておき経過時間から溶銑の温度を推定する。次にステップｓ８で、取鍋内雰囲気中の酸素ガス濃度がたとえば２分である所定時間経過後に、１％以下であることを確認する。取鍋の上方の開口部はシールカバーで覆って大気と遮断し、さらにステップｓ４でパージを行い、また撹拌にも非酸化性ガスを用いるので、正常な状態では酸素濃度は１％以下となっているはずである。次にステップｓ９で、排ガス中の一酸化炭素ガス濃度が２５０ｐｐｍ以下であるか否かを判断する。一酸化炭素ガス濃度が２５０ｐｐｍを超えていると判断されるときにはステップｓ６に戻って撹拌を継続する。一酸化炭素ガス濃度が２５０ｐｐｍ以下になると、ステップｓ１０で撹拌を終了し、取鍋を運搬してステップｓ１１で除滓をしてスラグの除去を行う。次にステップｓ１２で転炉に溶銑を移し、溶銑中の炭素を除く脱炭などの精錬工程を続ける。
【００１５】
ステップｓ７で溶銑の温度が所定の停止温度まで降下していると判断されるときには、ステップｓ１０に移って撹拌を終了する。撹拌を続けると溶銑の温度がさらに降下し、次工程のステップｓ１２の転炉などでの操業が困難になるからである。ステップｓ８で、酸素濃度が１％以上であると判断されるときには、ステップｓ１３で何らかの故障が生じていると判断する。本来ステップｓ４のパージが終了すると、取鍋内雰囲気は酸素ガス濃度が１％以下となるはずであり、この条件が満たされないのは何らかの故障が生じているからである。
【００１６】
図２は、図１のステップｓ４からステップｓ１０までの各ステップで行われる取鍋撹拌精錬の状態を示す。取鍋１は、大略的に有底円筒状であり、上部は開口している。上部の開口部はシールカバー２をかぶせることによって密閉することができる。取鍋１の外面は鉄皮と呼ばれる鋼板で覆われ、その内周面は耐火物レンガなどで覆われている。図１のステップｓ１で電気炉からの出銑が行われると、取鍋１内には溶銑３およびスラグ４が貯留される。１チャージ当りの溶銑３の重量は、たとえば数１０トンであり、スラグ４はその数〜１０数％である。
【００１７】
取鍋１内で溶銑３およびスラグ４の撹拌を行うために、シールカバー２の上方からランス５が挿入される。シールカバー２には挿入口６が設けられており、ランス５を挿入口６に挿入することができる。ランス５が挿入される挿入口６での気密性を確保するために、封止部７が設けられ、挿入口６の内周とランス５の外周との間の隙間を小さくして、大気中の酸素が取鍋１内の雰囲気中に侵入しないようにする。取鍋１内にはランス５から非酸化性ガスが吹込まれるので、取鍋１内の雰囲気の圧力は大気圧よりも高くなり、ランス５の外周と挿入口６の内周との間の隙間が小さければ、取鍋１内から流出する排ガスによって、大気中の酸素が取鍋１内に侵入しないようにすることができる。ただし、ランス５の外周と挿入口６の内周との間の隙間がなくなると、ランス５を円滑に昇降変位させることができなくなるので、ある程度の隙間は設ける必要がある。
【００１８】
取鍋１内の雰囲気は、排ガスとしてランス５と挿入口６との間の隙間などから排出される。この排ガスの成分は、排ガス分析計８によって分析され、酸素ガス（Ｏ2）および一酸化炭素ガス（ＣＯ）の濃度が測定される。酸素ガスの測定は、たとえばＪＩＳ  Ｂ  ７９８３で規定される磁気力方式や、あるいは隔膜ガルバニ電池式などで行う。一酸化炭素ガスの濃度測定は、たとえばＪＩＳ  Ｋ  ００９８で規定される非分散赤外線吸収法で行う。
【００１９】
図１のステップｓ７では温度測定のために、温度計９を設ける場合もある。温度計９は、取鍋１内に貯留される溶銑３の温度を監視し、たとえばニッケル系ステンレス鋼の溶銑で１３４０℃、クロム系ステンレス鋼の溶銑で１３５０℃まで下がると、ステップｓ１０で撹拌を終了させる。図１のステップｓ１で電気炉出銑の際に充分な温度の溶銑３を取鍋１に受入れていれば、温度が停止温度まで降下する前に、撹拌の終了条件であるステップｓ９の条件が満たされるはずである。何らかの異常によって溶銑３の温度が停止温度まで降下するときには、後工程での支障が生じないように撹拌を終了させる。
【００２０】
図３は、図２のランス５の構造を示す。ランス５は、中心に鋼管１０を有し、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスや、窒素ガスなどの酸化性を有しない非酸化性ガスを、上方から下方に導く。鋼管１０の周囲は、耐火物１１によって覆って保護する。ランス５を溶銑３内に挿入すると、鋼管１０の外周面は耐火物１１によって保護され、内周面は吹込む非酸化性ガスによって冷却されるので、高温の溶銑３中に浸漬されても溶失しにくく、充分な耐久性を有する。ランス５の上方にはストッパ１２やカップリング１３が設けられる。ストッパ１２は、ランス５を図２の挿入口６から取鍋１内に挿入するとき、ランス５が取鍋１内に落込まないようにするために設けられる。ランス５が取鍋１内に落下しようとすると、ストッパ１２が挿入口６の封止部７によって阻止され、ランス５の落下を防ぐことができる。カップリング１３は、ランス５内に非酸化性ガスを供給するためのホースなどの接続のために設けられる。
【００２１】
図４は、図１のステップｓ４からステップｓ１０までの撹拌の際に、取鍋内排ガスの酸素ガス濃度を１％以下に保つ理由として、撹拌終了時の一酸化炭素ガス濃度と酸化クロム濃度との関係を示す。図４（ａ）は、酸素濃度が１％以下のときの関係を示し、図４（ｂ）は、酸素濃度が０．２〜１８％のときの関係を示す。図４（ａ）に用いたデータは、図４（ｂ）に用いたデータの一部を利用して作成している。図４（ｂ）に示すように、酸素ガス濃度の範囲が広範囲であると、一酸化炭素ガス濃度と酸化クロム濃度との間に明確な相関関係を見出すことができない。図４（ａ）に示すように、酸素ガス濃度が１％以下であれば、一酸化炭素ガス濃度と酸化クロム濃度との間に実線で示すような明瞭な相関関係を見出すことができる。図４（ａ）から、撹拌後の酸化クロム濃度が１％以下を目標とする場合には、一酸化炭素ガス濃度が２５０ｐｐｍ以下となるときに撹拌を終了すればよいことが判る。
【００２２】
図５は、図２の排ガス分析計８による取鍋中の一酸化炭素ガス濃度および酸素ガス濃度の時間変化を示す。取鍋中の酸素濃度は、時間経過とともに減少する。一酸化炭素ガス濃度は時間経過とともにいったん上昇し、その後、減少する。撹拌の初期には、取鍋中に大気中から持込まれる酸素ガスが残存し、撹拌によって吹込まれる非酸化性ガスによってパージされたり、溶銑３中の炭素を酸化して酸素濃度は減少する。酸素ガス濃度が低下した後でも一酸化炭素ガス濃度がすぐには低下しない理由として考えられるのは、溶銑中の炭素が次の第１式に示すようにして、スラグ中の酸化物である、たとえば酸化クロムに含まれる酸素によって酸化され、一酸化炭素ガスが発生するからであると考えられる。
【００２３】
溶銑中Ｃ＋スラグ中酸化物（Ｃｒ2Ｏ3）のＯ→ＣＯ↑        …（１）
なお、第１式の炭素（Ｃ）を酸化する酸素（Ｏ）としては、溶銑中に含まれる酸素も一部使用されると考えられる。図５の酸素ガス濃度が低下するのに要する時間は、たとえば２分であり、いったん上昇した一酸化炭素ガス濃度が降下する時間は、１０〜２０分程度である。細い実線で示す条件▲１▼と、太い実線で示す条件▲２▼および点線で示す条件▲３▼では、それぞれ一酸化炭素ガス濃度が図４（ａ）で酸化クロム１％に相当する２５０ｐｐｍに到達する時間が異なる。したがって、単なる時間で撹拌の期間を定めるのではなく、排ガス中の一酸化炭素ガス濃度で撹拌時間を決定すれば、溶銑やスラグの条件が異なっても、必要最小限の撹拌を行い、スラグから効率的にクロムを回収することができる。
【００２４】
図６は、撹拌時間の精錬効果とデメリットとに与える影響の概念を示す。クロム回収や脱硫などの精錬効果は、撹拌時間が大きくなるとともに増大する。しかしながら、一定の時間が低下すると、効果の上昇率は低くなり、徐々に飽和する傾向を示すようになる。溶銑温度の低下、取鍋やランスの耐火物の溶損、撹拌用ガスの消費などのデメリットは、撹拌時間が長くなると急激に増大する。したがって、精錬効果の上昇がほとんどなくなってデメリットが急激に大きくなるまで撹拌を続けることは好ましくなく、精錬効果が大きくデメリットが小さい範囲で最適撹拌時間が設定されるべきであることが判る。
【００２５】
図５の一酸化炭素ガス濃度変化は、次の表１に示す実施例に従う撹拌の結果に基づく。
【００２６】
【表１】
0004260261.tif 000002
【００２７】
いずれの条件でも、取鍋１にシールカバー２を載せ、撹拌開始と同時に窒素ガスを５Ｎｍ3／ｍｉｎ×１分間のパージを行い、撹拌開始後２分で酸素ガス濃度は１％以下にしている。なお、撹拌条件の欄中で、「Ｎｌ／ｍｉｎ」は、１分当たり、標準状態での流量を「ｌ（リットル）」で示す。
【００２８】
次の表２は、比較データを示す。
【００２９】
【表２】
0004260261.tif 000003
【００３０】
表２に示す比較例の▲１▼〜▲３▼では、雰囲気酸素ガス濃度をスタート２分後に１％以下にしても、終了時の一酸化炭素ガス濃度が４００ｐｐｍ，３５０ｐｐｍ，２８０ｐｐｍであるので、スラグ中の酸化クロム濃度が１％の目標まで達していない。条件▲４▼〜▲６▼では、雰囲気酸素ガス濃度が高いので、スラグ中の酸化クロム濃度も高い状態である。特に、条件▲５▼および▲６▼では、終了時の一酸化炭素ガス濃度は２００ｐｐｍ，１２０ｐｐｍと小さいけれども、スラグ中の酸化クロム濃度は１％の目標を満足していない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、取鍋内雰囲気中の酸素ガス濃度を１％以下に保って撹拌を行うので、スラグ中の酸化クロム濃度と取鍋からの排ガス中の一酸化炭素ガス濃度との間の対応関係が明確となり、排ガス中の一酸化炭素ガス濃度の監視で、スラグ中の酸化クロム濃度が所望の値に低下するまで必要最小限の還元を行うことができ、脱硫も促進させることができる。撹拌時間が必要最小限に抑えられるので、撹拌による溶銑の温度降下、取鍋やランスの耐火物の溶損、あるいは撹拌用ガスのコスト上昇などのデメリットを最小限度に抑えることができる。
【００３２】
また本発明によれば、スラグ中の酸化クロム濃度が１％以下になるような取鍋内撹拌精錬を最小限度の時間で行うことができる。
【００３３】
また本発明によれば、取鍋内の溶銑温度が予め定める停止温度まで降下する時点で撹拌を停止するので、停止温度として後工程での処理に支障が生じない温度を設定しておけば、溶銑を後工程に運搬するという取鍋の本来の役割を充分に果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の取鍋撹拌精錬工程を含むステンレス鋼の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】図１のステップｓ４〜ステップｓ１０までの間での取鍋撹拌精錬の状態を示す簡略化した断面図である。
【図３】図２のランス５の断面図である。
【図４】排ガス中の一酸化炭素ガス濃度とスラグ中の酸化クロム濃度との相関関係が雰囲気中の酸素ガス濃度で変わることを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例での操業中の酸素ガス濃度と一酸化炭素ガス濃度の変化を示すグラフである。
【図６】本発明で撹拌時間が精錬の効果とデメリットとに与える影響を示す概念図である。
【符号の説明】
１  取鍋
２  シールカバー
３  溶銑
４  スラグ
５  ランス
６  挿入口
８  排ガス分析計
９  温度計
１０  鋼管
１１  耐火物
【図１】
0004260261.tif 000004
【図２】
0004260261.tif 000005
【図３】
0004260261.tif 000006
【図４】
0004260261.tif 000007
【図５】
0004260261.tif 000008
【図６】
0004260261.tif 000009