(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼へ添加するニッケル源に金属ニッケルを使用して含ニッケル鋼を溶製するにあたり、
電解で製造した板状金属ニッケルを予め取鍋に装入し、精錬容器で脱炭精錬を済ました溶鋼を該取鍋に出鋼し、該溶鋼に金属ニッケルを溶解させることを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法。
【請求項２】
前記精錬容器を転炉とすることを特徴とする請求項１記載の含ニッケル溶鋼の溶製方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２の実施で得た含ニッケル溶鋼を、引き続き２次精錬することを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法。
【請求項４】
前記２次精錬で溶鋼の昇熱を図ることを特徴とする請求項３記載の含ニッケル溶鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含ニッケル溶鋼の溶製方法に係わり、詳しくは、溶鋼へのニッケル源の添加方法に工夫を凝らし、従来より製造コストが安価な含ニッケル鋼を溶製する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、含ニッケル鋼の製造では、添加するニッケル源の価格が製造コストに大きな影響を与えるので、安価なニッケル源の採用及びニッケル添加歩留の向上が重要である。例えば、特開昭５７−１１６７２１号公報は、含ニッケル・オーステナイト系ステンレス鋼の転炉での溶製において、安価な酸化ニッケル粉を炭材粉と混合して使用し、製造コストを低減することを提案している。
【０００３】
しかしながら、その方法に従い、転炉内の溶鋼に安価な酸化ニッケル粉を直接添加しても、酸素吹錬中に該酸化ニッケル粉の一部がダストとして飛散したり、せっかく溶鋼中に溶解しても、スロッピングや出鋼時の鍋外への地金こぼれ、あるいは出鋼後の転炉内への残湯等で、ニッケル添加歩留が低く、安価品採用のメリットが十分に享受できなかった。
【０００４】
ところで、溶鋼にニッケルを配合するには、ニッケル源の一部に、高価な金属ニッケルを使用することも考えられる。この金属ニッケルとしては、一般に、製造方法が乾式であろうと電解であろうと、形状が板状、板を裁断した形状（以下、カット品という）、ブリケット状（以下、ブリケット品という）のものが入手できる。このうち、前記カット品及びブリケット品は、そのサイズが１０〜３０ｍｍ程度と比較的小さいので、転炉あるいは二次精錬用装置（例えば、ＶＯＤ，ＲＨ，ＤＨ等の真空脱ガス装置）に既設された原料装入装置（具体的には、転炉の場合は炉上バンカーからシュートを通じて投入、二次精錬の場合はホッパからロータリー・フィーダで切り出しシュートで投入）を介して、溶鋼の上方から投入されている。そして、前述のように、転炉で炉上からの添加では、ニッケル添加歩留の低下問題が生じるが、二次精錬装置の上記装置による投入では、歩留の低下問題はない。しかしながら、同じ金属ニッケルでも、カット品及びブリケット品は、それらの製造工程で手がかかるため、板状のものより高価であり、使用メリットは享受し難い。
【０００５】
一方、金属ニッケルのうち比較的安価な板状の金属ニッケル（電解によってカソード板上に板状に析出させたもの）を使用する場合には、形状が長尺で炉上からの添加が不可能なので、スクラップを装入する大型のシュートで転炉炉に装入していた。しかしながら、この方法においても、前述のように、転炉内に添加したのでは、吹錬中のダストとしての損失や、出鋼時の取鍋外への損失によるニッケル添加歩留の低下は避けられなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来は、含ニッケル溶鋼を製造するに当り、安価な酸化ニッケル粉を転炉で上添加すると、ニッケルの添加歩留の低下が避けられなかった。また、板状の金属ニッケルを吹錬前の転炉にスクラップ・シュートを介して装入する場合も、同様の歩留低下が避けられなかった。さらに、カット品あるいはブリケット品を使用する場合には、２次精錬装置での添加は可能であったが、高価なため、製造コストのアップにつながってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、ニッケル源に金属ニッケルを使用しても、従来より安価に含ニッケル溶鋼の溶製が可能な方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ね、金属ニッケルの添加方法及び時期に新規な工夫を凝らし、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、溶鋼へ添加するニッケル源に金属ニッケルを使用して含ニッケル鋼を溶製するにあたり、電解で製造した板状金属ニッケルを予め取鍋に装入し、精錬容器で脱炭精錬を済ました溶鋼を該取鍋に出鋼し、該溶鋼に金属ニッケルを溶解させることを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法である。
【０００９】
また、本発明は、前記精錬容器を転炉とすることを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法である。
さらに、本発明は、前記本発明の実施で得た含ニッケル溶鋼を、引き続き２次精錬することを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法である。
加えて、本発明は、前記２次精錬で溶鋼の昇熱を図ることを特徴とする含ニッケル溶鋼の溶製方法でもある。
【００１０】
本発明によれば、入手可能な金属ニッケルのうち最も安価な、板状の電解ニッケル（電解採取されたニッケルで特別に粉砕やサイジングなどを経ていないもの）を使用すると共に、その添加を取鍋で行うようにしたので、従来よりニッケル添加歩留が大幅に向上するようになる。その結果、含ニッケル鋼の製造コストが従来より格段と低減させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、発明をなすに至った経緯もまじえ、本発明の実施の形態を説明する。従来、精錬途上の溶鋼へ合金成分を添加するにあたっては、次のような事項が配慮されていた。
（１）溶鋼中への迅速な溶解
（２）溶鋼中での溶解成分の均一性
（３）溶解に伴う熱ロスの補償
そして、上記の（１）と（２）を満足するため、添加する合金成分源は、小さな塊状物か粒状物であることが望まれた。やむを得ず大型の塊状物を使用する場合は、精錬開始前に転炉へ溶銑を装入するに先立ち、スクラップ・シュートを介して装入し、転炉における全酸素吹錬時間内で溶解させることで、合金成分を溶鋼内に均一に分布せしめるようにしていた。
【００１２】
また、転炉における吹錬末期や出鋼時に合金成分源を添加する場合には、その際の顕熱により溶鋼温度が低下する。そのため、（３）を満足するためには、目標の溶鋼温度より低下しないように、吹錬末期に溶鋼温度を高めて置かねばならない。ところが、転炉において、吹錬末期の溶鋼温度を高くすると、それに伴って炉内張り耐火物が著しく溶損するので、操業上は好ましくなかった。したがって、従来は、吹錬中に酸化ロスする恐れのないニッケルやモリブデン等の合金成分を、吹錬前か吹錬の初期に転炉内に装入しておくことによって吹錬末期の溶鋼温度を高めないですむようにしていた。
【００１３】
しかしながら、それでは、前記したように、ニッケルのような高価な合金成分源の精錬中や出鋼時の損失が避け難く、抜本的な添加歩留の向上は不可能である。そこで、発明者は、ニッケル源のコスト、添加歩留、精錬中の諸現象を適切に組み合わせ、最も製造コストが安い方法を模索した。そして、従来の考え方からすると非常識と思われていた「出鋼時前の取鍋に、予め大型の金属ニッケルを装入しておき、そこへ脱炭精錬済みの溶鋼を加えて、該溶鋼でニッケルを溶解させる」ことを採用し、望外の効果を達成したのである。
【００１４】
その際、金属ニッケルとして、電解で製造した板状のものに限定したのは、かかる金属ニッケルは、その製造を水溶液からの電気分解で行い、カソード板に析出したものを剥離し、そのまま使用できるので、安価だからである。ただし、本発明では、カソードから剥離する際に破砕し、長辺が１００ｍｍ以上のものも、電解したままの範畴に含めることにする。なお、図２に、ニッケル源の種類によるコストの比較を示しておく。
【００１５】
また、本発明でニッケル源の溶解に取鍋を利用するようにしたのは、転炉内に添加する場合と異なり、スロッピング、取鍋外への溶鋼こぼれ、残り溶鋼等が避けられ、ニッケル添加歩留の向上が図れるからである。さらに、このような取鍋内でのニッケル溶解を行えば、溶鋼温度の低下が懸念されたが、使用した金属ニッケルは、電解析出の際に発達した柱状晶間の間隙に、電解液やガス成分が取り込まれたり、あるいは取鍋内での吸熱により容易に分裂し、小粒化して溶鋼中に迅速溶解するので、前記カット品やブリケット品に比しても溶解速度が大幅に悪化せず、何ら支障が生じなかったのである。従来、やむを得ず大型の合金成分源を取鍋に前装入し、そこに出鋼することもあったが、合金成分源の溶解に要する顕熱及び潜熱に相当する分を上回る顕熱（すなわち、温度）を溶鋼に与えて出鋼し、合金成分源の迅速な溶解を図っていた。これがために、合金成分源を取鍋に前装入して出鋼する操業では、著しい高温出鋼が余儀なくされていた。しかしながら、本発明では、上記した大型の電解ニッケルを採用し、その溶鋼への溶解性が優れていることを利用したのである。
【００１６】
なお、本発明では、溶鋼の脱炭精錬に転炉を用いるのが好ましいが、転炉以外にも脱炭機能を有する所謂ＡＯＤ（Argon Oxygen Decarburizationの略）炉や電気炉を使用しても良い。また、本発明では、上記ニッケルを溶解し、ほぼ目標組成になった溶鋼を、所謂２次精錬にかけて、さらに清浄度を高めたり、ニッケルの均一溶解を促進するようにしても良い。その際、通常はＲＨ真空脱ガス法が利用されるが、所謂ＶＯＤ法、ＤＨ法、ＬＦ法、ガス・バブリング法、ＶＡＤ法、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法を採用しても良い。さらに、それらの脱ガス装置には、処理中に溶鋼温度の低下を防止するよう、酸素ガスの上吹き機能（ランス、羽口の設置）を持たせ、排ガスの二次燃焼や、金属アルミニウムやシリコン等の発熱性金属の添加を行えるようにしたり、アーク加熱、プラズマ加熱、誘導加熱の手段を備えたものの利用が一層好ましい。これによって、前記取鍋への注入時に、溶鋼温度を低くすることができるからである。
【００１７】
【実施例】
出鋼能力１６０トンの上底吹き転炉を用い、ＳＵＳ  ３０４のステンレス鋼（８重量％Ｎｉ−１８重量％Ｃｒ）を製造する実験を行った。
（従来例１）
まず、本発明法との比較のため、従来法による実験を述べるが、それは、含クロム溶銑、含ニッケル・スクラップを転炉内に装入して、酸素吹錬で脱炭精錬するものである。そして、この脱炭精錬中に、市販の酸化ニッケル粉及びフェロ・クロムを所定量だけ投入し、８重量％Ｎｉ−１８重量％Ｃｒ溶鋼とし、その後、ニッケル源を添加することなく、取鍋に出鋼した。出鋼温度は１６５０℃である。
【００１８】
ここでは、全く同一の操業を、９チャージ行い、得られたニッケル添加歩留を度数分布で図１（ａ）に示す。なお、９チャージの平均ニッケル添加歩留は、９７％であった。また、出鋼後に取鍋内の溶鋼から深さ方向５点についてサンプルを採取し、ニッケル濃度のばらつきを調査したところ、特に成分のばらつきは認められなかった。
（本発明例１）
次に、二次精錬を行わない場合の本発明の実施例を説明する。
【００１９】
含Ｃｒ溶銑、含ニッケル・スクラップ及びフェロ・クロムを転炉に装入し、おおよそ２重量％Ｎｉ−１９重量％Ｃｒに相当する溶鋼を溶製する。その際、取鍋には、予め、金属ニッケルを装入しておき、該取鍋に前記溶鋼を出鋼して、    分間で金属ニッケルを溶解した。なお、金属ニッケルとしては、電解で製造され、カソードから剥離した８００ｍｍ角で厚み１ｍｍの板を約１．６トン分結束したものを、１取鍋当たり６個装入した。この量は、前記ＳＵＳ  ３０４にするための必要量である。
【００２０】
なお、ここでは、同一条件での操業を５チャージ行ったが、いずれも二次精錬を行わないため、取鍋に出鋼する際には、金属ニッケルを溶解する顕熱と潜熱を補償するために、溶鋼温度を前記従来法の場合より６０℃高める必要があった。しかし、この温度は、当該転炉におけるＳＵＳ４３０鋼の出鋼温度と同等であり、転炉耐火物に対する影響は認められなかった。
【００２１】
また、得られたニッケル添加歩留は、５チャージの平均で９９％と、前記従来法による９７％より２％も高い値であった。
（本発明例２）
最後に、二次精錬を行った本発明の実施例であるが、前記した本発明例１と同じ条件で、７チャージの実験操業を行った。
【００２２】
各チヤージで得たニッケル添加歩留を、度数分布で図１（ｂ）に示す。７チャージの平均ニッケル添加歩留は、９９％であった。また、取鍋内の溶鋼から深さ方向５点についてサンプルを採取し、ニッケル濃度のばらつきを調査したところ、１チャージ当たり、最大０．６重量％のばらつきが認められた。
引き続き、この溶鋼を保持した取鍋をＶＯＤ真空装置に入れ、減圧下で酸素吹錬による脱炭と脱ガス処理からなる二次精錬を行った。そして、再度、深さ方向５点について溶鋼サンプルを採取し、ニッケル濃度のばらつきを調査したところ、溶鋼内の成分ばらつきは、ほぼ消滅していた。なお、この実験は、全てＶＯＤ真空装置で、酸素吹錬による昇熱を行ったので、転炉から取鍋へ出鋼する時の溶鋼温度は、１６５０℃であり、従来法によりニッケル源を転炉添加した操業時と同じである。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、大型の金属ニッケルをニッケル源に採用し、従来よりニッケル添加歩留を向上させることができた。その結果、含ニッケル鋼を、従来より安価に製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ニッケル添加歩留を示す度数分布図であり、（ａ）は、従来法による場合、（ｂ）は、本発明による場合である。
【図２】ニッケル源の種類によるニッケル・コストの比較を示す図である。
【図１】
0003807084.tif 000002
【図２】
0003807084.tif 000003