開発裏話～合金鉄溶解炉による資源循環システムプロセスの開発
加藤勝彦

を多量に加えるが，クロムの酸化ロスや熱不足に起因した，

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開 発 の 背 景

製造段階におけるクロム含有発生物(鋼屑・ダスト・スラグ等)の再利用リサイクル率低位が業界共通の長年の課題であ

わが国の鉄鋼業の工業出荷額は製造業全体の 6にあたる
19 兆円であるが，お客様である自動車等の主要産業の出荷り，ステンレス鋼をさらに高効率に製造できるプロセス開発が急務と判断した．

額154兆円を加えると，鉄鋼業が関連する出荷額は製造業全体の 60 弱の 173 兆円に上る†．従って当社には，製造段階

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資源循環システムプロセスの着想と特徴

での省資源や省エネルギー，環境負荷を低減しつつ，コストパフォーマンスに優れた鋼材を安定供給する社会的使命がある．

当社では，ステンレス鋼製造プロセスにおいて，クロム酸化ロス極小化，発生物利用による省資源化，発生物の系外排ステンレス鋼においても，より過酷な環境での使用に耐え出量ミニマム化とふっ素レス化による環境負荷軽減，かつ低うる高耐食性鋼材，ライフサイクルコストを考慮した長期耐コスト化を実現するために，高炉・転炉一貫プロセスに還元用性鋼材，更には省資源型で要求特性を満足できる鋼材等の溶解電気炉を加えた資源循環型ステンレス鋼製鋼プロセスをニーズは年々高まり，高機能と省資源を両立させたステンレ開発，2010年に実用化した．

ス鋼製品が求められている．
当社では，電気炉によるスクラップ溶解に比べて安価な高炉溶銑を主原料とし，上底吹き転炉にてフェロクロム合金を連続投入する含クロム鋼製造技術を構築してきた．しかしなでは，なぜ資源循環型ステンレス鋼製鋼プロセス構築に当り，高炉・転炉一貫プロセスに敢えて増工程となる合金鉄溶解炉を加えたのか，という点について触れたいと思う．
従来，前述した理由によって，クロム鋼屑のリサイクル比

がら，溶銑に対してフェロクロム合金を多量に溶解するには率は図に示す様に 2しかなく，大部分のクロム鋼屑をリ熱源が必要となる．必要な熱源は炭材添加によって確保されサイクルできない状態であった．しかも，クロム鋼屑は磁着るが，炭材には不可避的に硫黄が含まれるため，低硫鋼の製する性質から，普通鋼屑との分別が非常に難しい．一旦混在造に課題が生じる．したがって，クロム鋼屑を転炉で再利用してしまうと，クロム鋼屑中のクロムは有害なコンタミ成分することは困難であった．となってしまう．ステンレス鋼にとっては，欠くことのできまた，溶鉄中の炭素濃度低減および燃焼熱の確保の観点かない重要な元素であるにも関わらず，クロム資源の国内循環ら，転炉では送酸による酸化精錬が必須である．この際，炭率は実に 1/ 3程度しかない††．一方，クロム資源の確認可採

素のみならず添加したクロムの一部が酸化される．従来，送年数は，レアメタルの中でも短く†††，ステンレス鋼製造の事酸で生じた高濃度クロム酸化物は，転炉内にフェロシリコン業継続性が危ぶまれる状況と考えられた．

合金を添加することで還元回収していた．しかし，還元時にまた，高炉・転炉一貫プロセスでステンレス鋼を製造する

シリコンの酸化物が生成し，転炉でのスラグ発生量の増大を場合，クロム添加は転炉工程で行われるが，クロム源である招いていた．また，高価なフェロシリコン合金の使用は製造フェロクロム合金中には，その製造過程で不可避的にシリココストの悪化につながる点も課題であった．更に，高濃度クンが一定量含まれる．転炉でフェロクロム合金の添加とともロム酸化物は融点が高く溶解し難いため，クロム酸化物の還に，純酸素による脱炭処理を行う事から，合金中のシリコン元には限界があった．

は酸化物としてスラグ化し，同時にクロムの一部も酸化されこのように，ステンレス鋼は製造段階でクロムやニッケルてクロム酸化物となりスラグに取り込まれてしまう．このク新日鐵住金株式会社八幡製鐵所 ステンレス部ステンレス企画室室長(〒8048501 北九州市戸畑区飛幡町 11)Development Story～Development of the MultiMaterial Recycling System Using Electric Arc Furnace for Melting FerroAlloy;
Katsuhiko Kato(Stainless Steel Planning & Coordination Department, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation YAWATA WORKS,Kitakyushu)
Keywords: electric arc furnace, multimaterial recycling system, stainless steelmaking, reduction of chromium oxide YES(yawata environment
friendly smelter)(まてりあ第56巻 1 号3638頁「新技術・新製品」掲載)† 経済産業省大臣官房調査統計グループ平成26年(2014)工業統計表［産業編］．
†† 産業技術総合研究所「地質ニュース」2009.12月号．
††† 環境省_平成23年版_環境・循環型社会・生物多様性白書．
2018年 2 月27日受理[doi:10.2320/materia.57.230]

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新技術・新製品裏話

図2
図1

本開発のステンレス鋼製鋼プロセス全体概要．

クロム鋼屑リサイクル比率の変化．に招き，全面的な協力体制を構築した．また，宴席で隣り合ロム酸化物を還元回収する新たなフェロシリコン合金の添加

わせた人からの情報で，定年された電気炉一筋の筋金入り助

により多量のスラグが発生してしまう．

っ人を得ることができた．幸運はどこに潜んでいるか判らなクロム鋼屑のリサイクルと，無駄にスラグ化してしまうフいとつくづく実感した．一方 YES 操業クルーは，半数が入ェロクロム合金中のシリコンを何とか有効に使えないか，議社 3 年目以下の若手集団であり本当に大丈夫か，といった論の末に行きついたのが，合金鉄溶解炉を新たに加えた新し声も耳にしたが，1 年間 NSSC 光製造所の電気炉で実操業経いステンレス鋼製鋼プロセスであった．

験を積むことで，そんな不安を一蹴し電気炉操業感覚を身に本プロセスの特徴は，酸化精錬によって脱炭処理を行う転付けた．クルー全員の努力には頭が下がる思いであった．

炉と，還元精錬により高濃度クロム酸化物をフェロクロム合2 年半に及ぶ YES 建設は順調に進み，計画通り 2010 年 4

金中のシリコンで還元するとともにクロム鋼屑をリサイクル

月 2 日に初溶解を迎えた．資源循環システムプロセスが産する合金鉄溶解炉とに，完全に分離したプロセス構成を取っ声をあげた瞬間である．ている点である(図参照)．これにより，発生物リサイク初溶解操業はすこぶる順調であった．しかし，やはり魔物ル・スラグ発生量低減・コスト低減が可能となる．合金鉄溶は潜んでいた．立上げから数チャージの溶解で，炉壁耐火物解炉では，スラグ組成や処理温度，撹拌条件の適正化によが想定を遥かに上回る速度で溶損していた．また，ウルトラり，蛍石を使用することなく高効率にクロムを還元回収できハイパワー電力の投入により，誘導加熱による設備損傷が散る技術を確立した．

発した．また，装入した原料の未溶解による処理時間延長の頻発も余儀なくされた．何れも， YES の安定稼働を阻害す.

開 発 の 経 緯るものであった．
このままでは，当初の目的はおろか，多額の投資が水泡に資源循環システムプロセスの構想が固まってからは，いか帰してしまう．プロジェクトチームの総力を挙げた格闘が始に効率的な処理を行えるか最適条件探索試験を，ラボや実機まった．操業クルー，製鋼技術スタッフに加え，設備担当，電気炉を使って実施した．本プロセスを適用する八幡製鐵所

炉材担当，研究部隊，協力会社と，まさに総力戦で臨んだ結には電気炉が無かったため，室蘭製鐵所や新日鐵住金ステン

果，1 年後には当初計画通りの設備・操業技術を確立するこ

株 光製造所の電気炉による調査や実証試験を約 2 年がレスとができた．

かりで繰り返し行った．

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操業条件の適正化も終え，いよいよ実機設備建設へとステ開発を振り返ってージは移行した．新しいプロセスの追加であり，新たな操業クルーの結成とともに，新規 YES†プロジェクトチームが始動した．

本開発は，クロム資源循環を核に，従来のプロセスとは全く異なる，高炉・転炉一貫プロセスに還元溶解電気炉を加え八幡におけるステンレス鋼製造は， 1920 年の 13 クロム鋼た資源循環型ステンレス鋼製鋼プロセスという前例の無い技試作から開始された．当初は高炉溶銑は使用せず電気炉によ術へのチャレンジであった．そのような新技術を工業生産プる原料溶解法を選択していたが， 1979 年，鉄源工程の八幡ロセスとして実現できたことは，構想から 5 年に亘る研究地区から戸畑地区への移管を契機に，高炉・転炉一貫プロセ開発成果と， 2010 年工業設備立上げ以降の総力を挙げた改スへと移行した．それから 30 年近く電気炉操業からは遠ざ

善努力の集大成の結果である．更に言えば，八幡製鐵所製鋼かっていた． YES プロジェクトは電気炉経験のない素人集技術に関わった多くの先人が，本開発を構想する遥か昔よ団だった．

り，ステンレス鋼製鋼工程への電気炉復活を夢見ていた脈々

この窮地を乗り切る為，ステンレス鋼電気炉操業経験の長
株 (NSSC)への応援を要請，技術い，新日鐵住金ステンレス

スタッフや現場叩き上げの作業長を八幡 YES プロジェクトとしたパッションが後押ししてくれた事は紛れもない事実である．
本開発技術が，クロムをはじめとする限りある地球資源の有効利用の一助となれば幸いである．

† Yawata Environment
friendly Smelter.

ま て り あ 第57巻 第 5 号(2018)Materia Japan