JPS6160889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ニツケルを含有するステンレス鋼を
安価に溶製するための方法に関する。 ニツケル系ステンレス鋼の溶製にあたつては、
合金としてのニツケルの価格が高いことから、極
力安価なニツケル源を選択することが重要であ
る。しかしその場合製鋼工程での作業費（特にエ
ネルギーコスト）が著しく上昇するようだと、全
体として安価に溶製するという目的を達すること
ができない。一般には原料が安ければ製鋼の作業
費は高くなるという傾向にある。 ステンレス鋼用のニツケル源としては、従来、
酸化物系ニツケル鉱石を乾式法で優先還元して得
られるフエロニツケル（Ni18〜25％）が主とし
て用いられてきた。しかし、鉱石事情の変化、す
なわち、酸化物系鉱石ではNi／Feの比が低下す
る傾向にあること、マンガンノジユールなど新た
に利用可能になつたニツケル資源はCuなど、一
般にステンレス鋼に入ると好ましくない不純物を
含んでいることから、従来主流を占めてきた優先
還元によるフエロニツケルの製造にかわつて、 (i) マツト精錬を行つてNiとFe.Cuを分離する方
法（乾式法） (ii) 湿式処理によりニツケル分を抽出する方法が
使われる比率がふえつつある。前者の場合、マ
ツトを焙焼すれば中間成品としてNiOが得られ
るが後者の場合、Ni分を例えば炭酸塩として
沈腋させ、焙焼すればNiOが得られる。すなわ
ち、資源の動向から、バージンニツケル源は従
来主流を占めていたフエロニツケルに代つて、
中間成品としてNiOを生成する工程を経由する
ものがふえる傾向にあるといえる。 従来は中間成品であるNiOは水素で還元した
り、あるいは浸出液から直接電気分解で析出させ
る方法で金属ニツケルにしていた。これらの還元
方法はいずれも純度の高いニツケルが得られると
いう特徴があるが還元に要するコストが高いこと
が問題である。NiOをそのまま製鋼炉に加えるこ
とにより溶湯中のＣやSiなどで還元する方法が用
いられている例があるが、高クロム鋼ではＣによ
つて還元されるのは添加量の50％程度で、残りは
一旦溶湯中のCrを酸化し、最終的には、クロム
回収のためにフエロシリコンなどのシリコン系還
元剤を加える必要がある。したがつて、NiOの約
50％は、全体としてシリコンによつて還元されて
いるということになる。この場合、シリコン系還
元剤は高価なエネルギー源である反面、酸化され
ると多量のSio₂を作りスラグ量をふやすという欠
点がある。 以上のように資源的に見たニツケル源の状況に
対応して、安価にオーステナイト系ステンレス鋼
を溶製するためには、一種の中間成品であるNiO
を用い、安価な方法で還元して歩留高く溶鋼に添
加する方法の開発が望まれているといえる。 一方、ステンレス製鋼において、特にニツケル
系ステンレス鋼に対してはAOD―連続鋳造の工
程が採用されている場合が多い。省エネルギーと
いう観点からみた場合、ヒートとヒートの間の
AOD炉体レンガからの放散熱をどのように回収
するかということが重要な課題である。特に、ス
テンレス製鋼では普通鋼溶製の転炉の場合より
も、ヒート間の炉内に溶鋼が存在していない時間
が平均として長く、また、前後工程とのつながり
や生産量調整の点からその時間が大幅に変化す
る。また、炉体レンガとしては苛酷な精錬に耐え
るために塩基性の高級耐火物が用いられており、
そのスポーリング防止のために少なくとも800℃
以上に保持しておく必要がある。通常、このよう
に溶鋼が入つていない時期には特に放散熱を回収
するための工夫は行われていないのが通例であ
る。スクラツプのような冷材を装入して予熱を行
う方法も考えられるが、出鋼後のAOD炉内のよ
うに高温の酸化性雰囲気下では再酸化をおこしや
すく、また熱を顕熱として回収するだけでは回収
率が低いという問題がある。溶湯移送に用いた取
鍋に場合もほぼ同様である。 本発明は以上のような事情に鑑み、NiOのの有
効利用をAOD炉体、取鍋等の顕熱回収と結びつ
け、NiO還元のための種々の実験を行い、NiOを
極めて有利に環元し得るニツケル系ステンレス鋼
の溶製方法を開発したものであつて、その要旨と
するところは溶鋼を出したあとの耐火物を内張し
た容器内に、NiO粉体に炭素質粉体を添加、混
合、成型したものを装入して前記NiOを20％以上
還元した後、Ｃ：0.6重量％以上含有する溶鋼を
加える工程を含むことを特徴とするニツケル系ス
テンレス鋼の溶製方法にある。 以下、具体的な実施例にそつて詳細に説明す
る。用いるNiO粉体は、通常の方法、すなわちニ
ツケルマツトを酸化焙焼する方法あるいはニツケ
ル炭酸塩を焙焼する方法などによつて得られたも
のあるいは、それを粉砕したものである。NiO粉
体は、以下に述べる工程に移るに先立つて粒度別
に分けることが望ましい。その理由は、以下で述
べる工程によつて得られた含炭成型物（例えばブ
リケツト）を加熱した時の還元挙動が第１図に示
すようにNiOの粒径によつて著しく変化するの
で、後述のように使用条件によつて使い分けるこ
とを可能にするためである。 第１図において曲線Ａ，Ｂは下記の意味を有す
る。NiOの粒度（90重量％がふるい下になる粒
度）

【表】 Nio：炭素分＝90：１（重量比） 本発明ではこのNiO粉体に炭素質粉体を添加、
混合する。炭素質粉体としては、微粉炭，コーク
ス粉，グラフアイト粉などを用いる。特に、製鉄
所で溶銑から発生するキツシユグラフアイトは、
リン，硫黄などの不純物含有量が少ないこと、後
述のように反応性がよいこと、収集時に不可避的
に混入する少量の酸化鉄粉が後述のように反応促
進の役割を果すことなどの点から、好ましい還元
剤である。上述の最後の理由から高炉などのガス
灰（コークス微粉と酸化鉄粉が共存する）なども
還元剤として用いることができる。還元剤の粒径
は１mm以下、80％以上が0.4mm以下であることが
望ましい。 得られた成形物を加熱するときのNiOの還元率
は100％である必要はない。しかし後述するよう
に0.6％以上のＣを含有する溶鋼を加えて、溶製
時に未還元NiOを還元するためには、前記加熱時
のNiO還元率は20％以上とする必要があり、溶製
をより効率的に行うためには40％以上とすること
が望ましい。 炭素によるNiOの還元反応は NiO＋１／２Ｃ→Ni＋１／２CO₂ NiO＋Ｃ→Ni＋CO の２つの反応が併行して進行する。平衡論的に
は、CO₂まで反応するとすればＣ：８％添加すれ
ばバランスするが、本発明では後述のように加熱
時に雰囲気と粉粒体混合物との間に炭素や酸素の
関与する反応がおこるためマスバランス的には最
適炭素量を決定することができない。最適炭素量
はむしろ反応速度によつてきめられる。各温度、
各炭素質添加量で還元実験を行つた結果を第２図
に示す。プロセスとして許容される時間内で還元
反応を進めるには炭素分添加量はNiO分の５％以
上、望ましくは８％以上である。一方、炭素質の
添加量が多すぎると還元途中で生成する空孔比率
が多く、還元生成物の強度が低下し、Ni分の飛
散をおこしやすくなる。炭素質添加量が20％以上
になると、特にこの傾向が顕著になるので好まし
くない。15％以下であることが望ましい。 NiO粉体と炭素質還元剤粉体の混合物に粘結剤
として水ガラス，糖蜜，タールなどを２〜５％添
加する。 NiOと粘結剤の混合物はハンドリングを容易に
し、かつNiOと炭素質粉末の接触を密にして反応
速度を大にし、かつ還元後の生成物の強度を大に
してNi分の飛散を防止するために、ペレツトあ
るいはブリケツトに成型する成型物の粒径は、内
部まで還元可能な温度に昇温するのに要する時間
に関係する。 このようにして作られた含炭NiO成型物は溶鋼
を出したあとの耐火物を内張した容器内に装入し
て予熱とNiOの還元を行わせた後、溶鋼を加えて
ニツケル分を溶鋼に溶け込ませるとともに未還元
のNiOを溶鋼中の炭素によつて還元する。用いる
容器は、電気炉から仕上げ脱炭炉（例・AOD
炉）に溶鋼を移送した後の取鍋や、精錬終了後の
溶鋼を出した後のAOD炉のような仕上げ脱炭炉
などである。これらはいずれも溶鋼を出した直後
は耐火物表面温度は1300℃以上の高温であり、か
つ次に溶湯を装入するまでに最少10分、場合によ
つては数時間、空の状態でおかれることが共通し
ている。この間の放散熱を効率的に回収、利用
し、かつニツケル分を歩留高く溶鋼に溶け込ませ
るのが本発明の骨子である。含炭NiO成型物を取
鍋，AOD炉等のいずれに、どれだけ加えるか
は、ステンレス鋼溶製の操業パターン，ヒートの
容量（これによつて放散熱の量が異なる）、使用
する製鋼原料の状況などによつて異なり、種々の
組合せがあるが、例えば、バージンニツケルの大
半がNiOである場合は次のような方式が適してい
る。すなわち、電気炉ではニツケル源としてはス
テンレス鋼スクラツプを用い、その他クロム源
（高炭素フエロクロムなど）、鉄源を装入し、後に
後述の、NiOからのNiが溶鋼に入ることによつて
所定のFe：Cr：Ni比が得られるように配合して
溶解する。含炭NiO成型物は一部を取鍋に、残り
をAODに装入する。 用いる容器が取鍋の場合、溶鋼をAODに移し
たあと可及的にすみやかに含炭NiO成型物を装入
する。出来れば放熱を小さくし、かつ外気の侵入
を抑制するために、取鍋に蓋を置くことが望まし
い。次回の受鋼までの間にバーナー加熱を行うこ
とが望ましい。いずれにしても容器内の雰囲気
は、従来法では酸化性であるが、本発明の方法で
は適正量の炭素質を配合した成型物を装入するの
で、Ｃおよび発生するCOによつて、ニツケルに
対しては還元性に保つことができる。 さきに成型する前のNiOを粒度別に分けること
を述べたが、次の受鋼までの時間が長い場合には
比較的粒径の大きいNiOから得られた成型物を、
逆に、受鋼までの時間が短い場合には比較的粒径
の小さいNiOから得られた成型物を選択して使用
することが安定して高い固相還元率を得るため、
また還元物の焼結を進行させて溶鋼を加えた時の
ニツケル分の飛散を防止するためにも好ましい。 NiO粉（含炭成形物の原料）の粒度（90重量％
がふるい下となる時の粒径：ｄmmで表わす）と、
含炭NiO成型物添加後受鋼までの時間をt₁
（min）とすると、取鍋の場合、両者の間には次
の関係が成立していることが望ましいことが経験
的にわかつた。 ｄ0.15√₁ (1) このような条件を満足していれば、取鍋内に装
入しておくだけで、ニツケル分の80％以上を還元
することができる。 所定時間経過後、装入物はそのままにした上に
溶鋼を受ける。この溶鋼中の炭素によつて未還元
のNiOを還元する。この溶鋼のＣ％は、ニツケル
分の溶鋼へ歩留りに大きな影響を及ぼす（第３
図）。溶鋼のＣが0.6％以上では安定して高い歩留
りが得られるが、それ以下にＣが低下すると歩留
りは低下する。これは、Ｃが低くなると溶鋼の液
相線温度が高くなり、ニツケル成型物に接した溶
鋼の一部が凝固しニツケル分の溶鋼中への溶解が
さまたげられる。その結果、ニツケル分のうち飛
散したり、スラグに捲き込まれたり、あるいは耐
火物壁に付着したりするのがふえるために、溶鋼
中へのNi歩留が低下する。したがつて、溶鋼Ｃ
が0.6％以上であることが必要である。 次に容器としてAOD炉を用いる場合について
述べる。その場合、前ヒートの精錬が終り溶融物
を出した後、可及的にすみやかに含炭NiO成型物
を炉内に装入する。考え方は取鍋の場合と同じで
あるが、AOD炉の場合にはNiO粉（含炭成型物
の原料）の粒度（90重量％がふるい下となる時の
粒径：ｄ（mm）で表わす）と、含炭NiO成型物添
加後受鍋までの時間をt₂（min）の間には次の関
係が成立していることが望ましい。 ｄ0.20√₂ (2) 取鍋の場合と係数が異なるのは、溶鋼を出した
後の温度低下のパターンが異なるからである。
AOD炉はそのまま保持、あるいは途中で傾動し
て成型物間の温度分布の均一化をはかりNiOを均
等に還元する。所定時間経過後、受鋼を行い、溶
鋼に含まれている炭素によつて未還元のNiOの還
元を行う。以後、ほぼ通常条件通り酸素ガスを溶
鋼に供給して仕上げ脱炭を行う。この場合、受鋼
する溶鋼のＣ％と、脱炭酸素効率の間には第４図
に示すような関係があることがわかつた。脱炭酸
素効率が低いということは、仕上げ脱炭中に酸化
されるクロム量が多いことを意味し、それを還元
するために要する還元剤（Ca―Si，Fe―Siなど
のシリコン系合金）の使用量をふやすことになつ
て好ましくない。受鋼時の溶鋼Ｃ％が低いと脱炭
酸素効率が低下するのは、温度との関係でクロム
に対する炭素の優先酸化度が低下するためであ
る。第４図より受鋼する溶鋼のＣ％は0.6％以上
であることが必要である。 本発明は以上のように、含炭NiO成型物の炭素
質固体の配合量、NiOの粒度として適正なものを
選び、溶鋼を出したあとの取鍋やAOD炉のよう
な高温容器を用いて予熱と固相還元を行い、その
上に所定Ｃ％を満足する溶鋼を加えることによつ
て歩留り高く、Niを溶鋼中に溶かし込むことを
可能にしたものである。 実施例 電気炉で、ステンレス鋼スクラツプ（18％Cr
―８％Ni鋼35^t，17％Cr鋼15^t）、高炭素フエロク
ロム（Cr55％，C8％：6.7^t）、普通鋼スクラツプ
16^tを装入して溶解し、Ni4.1％，Cr：18.5％，
Ｃ：1.6％のステンレス鋼粗溶鋼を得た。 一方、NiOはふるい分けて粒径0.2mm以下が90
重量％，0.5mm以下が90重量％，0.9mm以下が90重
量％となるように３段階に分けた。各々にコーク
ス粉（粒径0.3mm以下，炭素分88重量％）を12.5
ｇ／NiO1Kg，糖蜜20ｇ／NiO1Kg混合して、ブリ
ケツト化し、これを乾燥した。乾燥後のブリケツ
トはNiO89％，C9.5％，SiO₂0.6％で、１固あた
りの重量は250〜300ｇであつた。 前ヒートの電気炉からAOD炉へのステンレス
粗溶鋼の移送に用いた取鍋（ジルコン質）に、溶
鋼を移した後３分後に、前述の含炭NiOブリケツ
ト（原送NiO粉の粒度は、粒度が0.5mm以下が90
重量％を占めるものが0.7_t、粒径が0.9mm以下が90
重量％を占めるものが0.5_t）を装入した。蓋をお
いて90分保持した。 この取鍋に電気炉で溶解した溶鋼（前述）を受
鋼した。出鋼前の溶鋼温度は1600℃、ARD炉へ
移鋼前の溶鋼温度は1550℃、成分はＣ：1.5％，
Ni5.1，Cr18.3％，Si：0.2％であつた。 これと併行して前ヒートを出鋼したあとの
ARD炉に、前述の含炭NiOブリケツト（原料NiO
粉の粒径が0.5mm以下が90重量％を占めるものが
2.1^t，粒径が0.2mm以下が90重量％を占めるもの
0.8％^t）を装入した。装入して10分経過後に、前
述の取鍋内容鋼を加えた。以後Ar―O₂混合ガス
を底吹きしてＣ：0.08％まで脱炭した。脱炭酸素
効率は90％であつた。これにFe―Siと石灰を添
加して還元精錬を行い、Ｃ：0.08％Cr：8.0％，
Ni：8.8％の溶鋼（1590℃）を得た。 以上のように、本発明は適正量の炭素質固体を
配合したNiO成型物と溶鋼出鋼後の高温容器とを
組合せることにより、通常は、放散してしまうエ
ネルギーを効率的に回収するとともにNiOの還元
に有効に利用することを可能にし、かつNi分を
歩留高く溶鋼中に溶け込ませることを可能とした
ものであつて、ニツケル系ステンレス鋼溶製コス
トを低下するという点で経済的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は含炭NiOブリケツトの還元挙動に及ぼ
すNiO粒径の影響を示す図、第２図は含炭NiOブ
リケツトのNiOの還元率に及ぼす炭素分（コーク
ス粉使用）添加量，加熱温度，ブリケツトサイズ
の影響を示す図、第３図は含炭NiOブリケツトを
加熱する容器として取鍋を用いた場合、装入する
溶湯のＣ％と、Ni分の溶鋼中への歩留の関係を
示す図、第４図は、含炭NiOブリケツトを加熱す
る容器としてAOD炉を用いた場合の装入する溶
湯のＣ％と仕上げ脱炭期の酸素効率の関係を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶鋼を出したあとの耐火物を内張した容器内
   に、NiO粉体に炭素質粉体を添加、混合、成型し
   たものを装入して前記NiOを20％以上還元した
   後、Ｃ：0.6重量％以上含有する溶鋼を加える工
   程を含むことを特徴とするニツケル系ステンレス
   鋼の溶製方法。