(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に保持した含クロム溶融鉄合金の浴中に、酸化性ガスを該容器の底又は側壁から吹き込み、脱炭する含クロム溶融鉄合金の精錬方法において、
前記含クロム溶融鉄合金の静止浴面位置から酸化性ガスが吹き込まれる位置までの浴深さ、該含クロム溶融鉄合金の静止浴面と該浴面上に存在するスラグとの界面積及び吹き込まれる酸化性ガスの流量を、下記式を満足する範囲内に定めて精錬することを特徴とする含クロム溶融鉄合金の精錬方法。
記
５≦Ｑ×Ａ／Ｈ≦２０…（１）
ここで、
Ｑ：１トン当たりの含クロム溶融鉄合金中に吹き込まれる酸化性ガスの流量（Ｎｍ3／ｔ・ｍｉｎ）、
Ａ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面と該浴面上に存在するスラグとの界面積（ｍ2）、
Ｈ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面位置から酸化性ガスが吹き込まれる位置までの浴深さ（ｍ）
【請求項２】
前記含クロム溶融鉄合金がクロムを５質量％以上含有することを特徴とする請求項１記載の含クロム溶融鉄合金の精錬方法。
【請求項３】
前記酸化性ガスが、酸素ガス又は酸素ガスと他のガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１又は２記載の含クロム溶融鉄合金の精錬方法。
【請求項４】
前記精錬容器が、底吹き転炉、上底吹き転炉及びＡＯＤ炉から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の含クロム溶融鉄合金の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含クロム溶融鉄合金の精錬方法に係わり、特に、ステンレス鋼等、含クロム溶鋼の溶製に有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼等の含クロム溶鋼を転炉で溶製するには、予めクロム鉱石等を転炉で直接溶融還元したり、あるいは溶銑とフェロクロムとを混合してクロムを含有した高炭素濃度の溶融鉄合金（以下、含クロム溶融鉄合金という）を製造する。そして、この含クロム溶融鉄合金を同一あるいは別の転炉でさらに脱炭等の精練を行ない、目的とする組成の含クロム溶鋼としている。
【０００３】
ところで、この脱炭等の精錬に際しては、含クロム溶融鉄合金に酸素ガスを多量に吹き込むことによって、クロムが酸化されてスラグへ移行する所謂「酸化ロス」をいかに低減するかが重要である。これは、言い換えると、吹き込んだ酸素ガスが炭素の除去に利用された割合を表す「脱炭酸素効率」の向上を必要とする。そのため、含クロム溶融鉄合金の溶製に上吹き（ＬＤ）転炉を用いる場合には、酸素ガスの吹き付けをハードブロー化したり、浴を浅くするシャローバス化により、浴の撹拌力を増大して、脱炭酸素効率の向上を図っている。また、上底吹き転炉を用いる場合には、浴の撹拌をガスの底吹きで行えるので、上記ＬＤ転炉の場合よりも大きな撹拌力が得られ、ＬＤ転炉よりも高い脱炭酸素効率が得られている。なお、この底吹きによる撹拌力を増大するには、従来より、浴の深さや底吹きガス流量を大きくするのが有効と言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本出願人の試行によれば、浴をある深さ以上にすると、脱炭酸素効率はかえって低下することが判明した。また、底吹きガスの流量の増大でも、脱炭酸素効率が低下する場合があった。さらに、ヒートサイズ（１回の精錬で処理する含クロム溶融鉄合金の重量）を一定にしてある程度の浴の深を確保しようとすると、必然的にスラグ−メタル界面積が減少してしまう。その結果、この場合には、スラグの脱硫能が低下し、脱硫率も下がるという別の問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑み、スラグの脱硫能を損なわずに、脱炭酸素効率を従来より向上可能な含クロム溶融鉄合金の精錬方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、クロム溶融鉄合金の精錬における操業条件について鋭意研究し、鋼浴形状、つまり、浴深さとスラグ−メタル界面積との比、及び底吹きガス流量の最適化に成功し、それを本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、精錬容器に保持した含クロム溶融鉄合金の浴中に、酸化性ガスを該容器の底又は側壁から吹き込み、脱炭する含クロム溶融鉄合金の精錬方法において、前記含クロム溶融鉄合金の静止浴面位置から酸化性ガスが吹き込まれる位置までの浴深さ、該含クロム溶融鉄合金の静止浴面と該浴面上に存在するスラグとの界面積及び吹き込まれる酸化性ガスの流量を、下記式を満足する範囲内に定めて精錬することを特徴とする含クロム溶融鉄合金の精錬方法である。
【０００８】
記
５≦Ｑ×Ａ／Ｈ≦２０…（１）
ここで、
Ｑ：１トン当たりの含クロム溶融鉄合金中に吹き込まれる酸化性ガスの流量（Ｎｍ3／ｔ・ｍｉｎ）、
Ａ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面と該浴面上に存在するスラグとの界面積（ｍ2）、
Ｈ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面位置から酸化性ガスが吹き込まれる位置までの浴深さ（ｍ）
また、本発明は、前記含クロム溶融鉄合金がクロムを５質量％以上含有することを特徴とする含クロム溶融鉄合金の精錬方法である。
【０００９】
さらに、本発明は、前記酸化性ガスが、酸素ガス又は酸素ガスと他のガスとの混合ガスであったり、あるいは前記精錬容器が、底吹き転炉、上底吹き転炉及びＡＯＤ炉から選ばれた１種であることを特徴とする含クロム溶融鉄合金の精錬方法である。
【００１０】
本発明では、操業条件の一部を最適化したので、スラグの脱硫能を損なわずに、脱炭効率を従来より向上させることができるようになった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、発明者は、前記した３つの問題点、つまり
１．浴をある深さ以上にすると、脱炭酸素効率はかえって低下した、
２．底吹きガスの流量の増大でも、脱炭酸素効率が低下する場合があった、
３．ヒートサイズ（１回の精錬で処理する含クロム溶融鉄合金の重量）を一定にしてある程度の浴深を確保しようとすると、必然的にスラグ−メタル界面積が減少してしまい、その結果、スラグの脱硫能が低下する
等の内容から、浴の深さ（記号Ｈ）、底吹き酸化性ガス流量（記号Ｑ）及びスラグ−メタル界面積（記号Ａ）を操業因子に選択し、操業試験を行なった。
【００１３】
この操業試験は、精錬容器に保持した含クロム溶融鉄合金の浴中に、酸化性ガスを該容器の底又は側壁から吹き込み脱炭精練するものである。含クロム溶融鉄合金としては、前記した直接クロム鉱石を予め溶融還元したもので、クロム濃度は、５重量％以上の鉄合金、具体的には５．５重量％Ｃｒ合金、９重量％Ｃｒ合金、１３重量％Ｃｒ合金、１６重量％Ｃｒ合金及び１８重量％Ｃｒ合金である。
【００１４】
使用した精錬容器は、図２（ｂ）に示すような底吹き転炉である。しかし、本発明では、図２（ａ）に示すような底吹き転炉、あるいは図２（ｃ）に示すような、酸化性ガスを側壁からメタル浴中に吹き込む所謂ＡＯＤ炉（転炉から出鋼された溶鋼を、別途アルゴンガスを吹き込み、脱炭するのに使用する炉）を使用しても良い。
【００１５】
そして、発明者は、上記試験操業の結果を脱炭酸素効率及び脱硫率に着眼して整理した。その際、上記３つの因子は操業で同時に使用されることから、３つの因子をすべて使用して脱炭酸素効率や脱硫率との関係が表現できることに留意した。この３つの因子の組み合わせを種々試みたところ、Ｑ×（Ａ／Ｈ）なる組み合わせが最も良い整理結果になった。つまり、図１に示すように、脱炭酸素効率に対しては台形状の関係が、脱硫率に対してはГ状の関係が得られた。この関係を得るに際して使用した各因子の具体的な値のうち浴の深さやスラグ−メタル界面積については、溶融鉄合金の静止状態を基準にした。これらの値は、操業中では常に変動し、一定にならないからである。また、酸化性ガスとしては、通常の転炉操業に従い、酸素ガスを用いたが、本発明では、酸素ガスと他のガス、例えばアルゴン、窒素等の不活性ガスとの混合ガスを用いても良い。なお、脱炭酸素効率は、（脱炭に必要な理論酸素量）／（実績酸素量）として、脱硫率は、（精錬前溶湯中Ｓ濃度−精錬後溶湯中Ｓ濃度）／（精錬前溶湯中Ｓ濃度）として定義される。
【００１６】
次に、発明者は、この図１を詳細に観察し、その関係が得られた理由を以下のように考察した。
【００１７】
脱炭酸素効率がＱ×Ａ／Ｈの大きい側（２０超えの領域）で低下しているのは、吹き込みガスがあまり大きくなり過ぎると、流速が早くて吹込んだガスが浴面からすぐに抜けてしまい、攪拌がＱ×Ａ／Ｈのより小さい側よりかえって弱まる。これは、操業中に酸素ガスと浴中炭素の接触機会を減らす。また、吹抜けガスが多いと、浴中で消費しきれない酸素がスラグ相や気相の酸素ポテンシャルが高まり、メタルの酸化を促進する。この酸化は、所謂スラグ−メタル間反応なので、炭素の酸化よりもクロムの酸化に有利になり、脱炭酸素効率が低下する。なお、クロムは、一旦酸化されスラグへ移行すると、溶融鉄合金浴中に含まれる他の金属元素では還元され難い。
【００１８】
脱硫率がＱ×Ａ／Ｈの小さい側（５未満の領域）で低くなっているのは、その条件下では、浴が深くてスラグ−メタル界面積が小さいため、スラグ−メタル反応が主体の脱硫を阻害するからである。従って、図１に現れた関係は、クロムを５質量％以上と多量に含有する溶融鉄合金の酸素吹錬ほど妥当なものである。
【００１９】
そこで、発明者は、図１から導きだせる下記（１）式を、本発明の要件に採用したのである。
【００２０】
５≦Ｑ×Ａ／Ｈ≦２０…（１）
ここで、
Ｑ：１トン当たりの含クロム溶融鉄合金中に吹き込まれる酸化性ガスの流量（Ｎｍ3／ｔ・ｍｉｎ）、
Ａ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面と該浴面上に存在するスラグとの界面積（ｍ2）、
Ｈ：含クロム溶融鉄合金の静止浴面位置から酸化性ガスが吹き込まれる位置までの浴深さ（ｍ）
【００２１】
【実施例】
処理能力１８０トンの精錬容器を用い、含クロム溶融鉄合金（Ｃｒ含有量１３〜１８重量％）を脱炭精練し、含クロム合金鋼を溶製した。その際、本発明に係る方法と表１に条件を示す従来通りの方法の２種類を採用し、操業結果を比較した。出発原料の含クロム溶融鉄合金は、事前に同一の精錬容器を用い、溶融還元法等で精錬を別途行い準備した。
【００２２】
操業結果を表１に一括して示す。表１より、本発明によれば、従来に比べて、脱硫率を損なわずに、脱炭酸素効率が格段に向上していることが明らかである。
【００２３】
【表１】
0003743237.tif 000002
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、含クロム溶融鉄合金の精錬において、操業条件の一部を最適化するだけで、スラグの脱硫能を損なわずに、脱炭効率を従来より向上できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】含クロム溶融鉄合金の脱炭酸素効率及び脱硫率と本発明で新たに採用した操業因子との関係を示す図である。
【図２】本発明に係る方法を実施可能な精練容器を示す図であり、（ａ）は上底吹き転炉、（ｂ）は底吹き転炉、（ｃ）はＡＯＤ炉である。
【符号の説明】
１    精錬容器（転炉、ＡＯＤ炉等）
２    ガスの上吹きランス
３    ガスの底吹き羽口、又はポーラスプラグ
４    含クロム溶融鉄合金
５    スラグ
６    酸化性ガス
７    静止浴面位置
【図１】
0003743237.tif 000003
【図２】
0003743237.tif 000004