JP6410311B2

JP6410311B2 - ステンレス鋼の精錬方法

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Publication number: JP6410311B2
Application number: JP2015020797A
Authority: JP
Inventors: 史明桐原; 轟　秀和; 秀和轟; 清輝粢田
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2018-10-24
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Description

本発明は、ステンレス鋼の精錬方法に関し、具体的には、Ｎｂを含有する原料を用いて、アルゴン酸素脱炭装置（Argon Oxygen Decarburization、以降、単に「ＡＯＤ」という）でステンレス鋼を精錬するステンレス鋼の精錬方法に関するものである。

電気炉等でステンレス鋼の原料を溶解し、ステンレス鋼を製造する場合、原料として、ステンレス鋼の屑（スクラップ）を使用することができれば、原料コストを大幅に低減することが可能となる。そのため、ステンレス鋼の製造技術において、原料としてステンレス屑を多く使用できる技術は極めて重要である。

ステンレス鋼は、いわゆる高合金鋼の一種であり、多くの合金元素が多量に配合されているが、その中には、特定の用途にのみ使用される元素がある。たとえば、Ｎｂは、その一つであり、耐粒界腐食性の向上や高温強度の向上などを目的とし、必要に応じで添加されている。

上記Ｎｂは、レアメタルの一種であり、埋蔵量も少なく、産出国も限られているため、高価な元素である。そこで、たとえば、ＳＵＳ３４７やＮＣＦ６２５等のＮｂ含有ステンレス鋼には、原料としてＮｂを含有したスクラップを使用し、スクラップ中のＮｂを有効活用することが望ましい。

しかし、電気炉等でＮｂを含有したスクラップを溶解し、次工程のＡＯＤの脱炭工程で酸素吹精して脱炭した場合には、Ｎｂは酸化され、酸化物となってスラグ相へと移行してしまう。また、引き続き行われるＣｒ還元処理において、ＦｅＳｉ等の脱酸剤を添加しても、Ｎｂ酸化物がそのままスラグ中に留まり、Ｎｂロスが生ずることがある。斯かる場合には、Ｎｂロスを補うため、最終段階の取鍋精錬で、高価なＮｂ源、たとえば、Ｆｅ−Ｎｂ合金や純Ｎｂなどを添加する必要があり、原料コストの増大を引き起こす。そのため、Ｎｂ含有ステンレス鋼を製造する場合には、スクラップ中のＮｂをできる限り高い歩留りで溶鋼中に回収することが必要となる。

一方、一般的なステンレス鋼においては、Ｎｂは、溶接性を悪化したり、析出物を形成し、脆化を招いたりするため、不要な元素である。このような場合には、逆に、溶鋼中のＮｂ濃度が高くなるのを防止するため、スクラップ中のＮｂが、スラグ中に移行し、溶鋼中に残存しないようにする必要がある。しかし、スクラップを原料としてステンレス鋼を製造する場合には、スクラップ中のＮｂが不純物として残存することは不可避である。したがって、斯かる場合には、溶鋼中のＮｂ濃度をできる限り低減することが必要となる。

ところで、ステンレス鋼中のＮｂ濃度を制御する技術としては、特許文献１の技術がある。この技術は、低Ｎｂ含有ステンレス鋼を、電気炉にてスクラップを用いて溶製するとき、溶落時の溶鋼中のＮｂ濃度と目標Ｎｂ濃度とからＮｂ残存率を求め、該Ｎｂ残存率に基いて出鋼時の目標Ｓｉ濃度を決定し、該目標Ｓｉ濃度になるように溶鋼中のＳｉ濃度を調節することで、ステンレス鋼の脱Ｎｂを図る技術である。

特開平０８−０８１７０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の技術は、電気炉で脱炭のための酸素吹精を行い、出鋼後、目標のＳｉ濃度になるよう、ＦｅＳｉ合金を投入し、Ｃｒ還元処理している。しかし、電気炉における酸素吹精は脱炭効率が悪く、Ｃｒが過剰に酸化ロスするため、その還元のためにＦｅＳｉ合金を多量に添加する必要がある。
また、低Ｎｂ濃度を達成するためには、出鋼後のＳｉ濃度を低く抑える必要があるが、Ｃ濃度が高い状態でＳｉ濃度を低くすると、酸素吹精によってＣＯガスが発生し、出鋼時にスラグが湧き上がり、操業に支障を来すという問題がある。
さらに、近年では、ステンレス鋼の精錬方法は、電気炉等で原料を溶解した後、ＡＯＤ等で脱炭し、Ｃｒ還元処理するのが一般的であり、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度が重要となる。しかし、上記特許文献１の技術は、電気炉溶解時のＮｂ濃度を制御する技術であり、ＡＯＤでのＣｒ還元処理後のＮｂ濃度制御にはそのまま適用できない。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｎｂを含有するスクラップ等を原料に用いてステンレス鋼を精錬する際、ＡＯＤでのＣｒ還元処理後の溶鋼中のＣｒ濃度を高い精度でかつ任意に調整することができるステンレス鋼の精錬方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決するため、ＡＯＤにおけるＣｒ還元処理終了時点、即ち、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度、特に、Ｎｂ含有ステンレス鋼であるＳＵＳ３４７やＮＣＦ６２５、ＳＵＳ３０９のＣｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度に及ぼす各種要因の影響を調査した。
その結果、Ｃｒ還元処理後における溶鋼中のＮｂの歩留り、すなわち、電気炉等で溶解し、出稿したときの溶鋼中のＮｂ濃度に対するＣｒ還元処理後のＮｂ濃度の比率（％）は、Ｃｒ還元処理終了時点のスラグ中のＣｒ酸化物濃度と極めてよい相関があり、スラグ中のＣｒ酸化物濃度を制御すれば、Ｎｂの歩留りを予測でき、ひいては、Ｃｒ還元処理後のＮｂ濃度を精度よく制御することができることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、Ｎｂを含有するステンレス鋼の原料を溶解した後、酸素吹精が可能な炉でステンレス溶鋼とスラグを共存させてＣｒ還元処理し、ステンレス鋼を精錬する方法において、上記溶解後のステンレス溶鋼中のＮｂ濃度と、予め求めておいたＣｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係式に基いて、上記スラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整し、Ｃｒ還元処理後のステンレス溶鋼中のＮｂ濃度を制御することを特徴とするステンレス鋼の精錬方法を提案する。

本発明の上記ステンレス鋼の精錬方法は、上記Ｃｒ還元処理時のスラグをＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系とすることを特徴とする。

また、本発明の上記ステンレス鋼の精錬方法は、上記酸素吹精が可能な炉としてＡＯＤを用いることを特徴とする。

また、本発明の上記ステンレス鋼の精錬方法は、上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度をｘ（ｍａｓｓ％）、Ｎｂ歩留りをｙ（％）としたとき、上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度ｘとＮｂ歩留りｙとの関係式として、下記（１）式；
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ・・・（１）
ここで、上記ａ，ｂ，ｃは、定数である。
を用いることを特徴とする。

また、本発明の上記ステンレス鋼の精錬方法は、上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度ｘ（ｍａｓｓ％）とＮｂ歩留りｙ（％）との関係式として、下記（２）式；
ｙ＝２．３０ｘ^２−２８．３２ｘ＋９７．４８・・・（２）
を用いることを特徴とする。

本発明によれば、ＡＯＤにおけるＣｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を高い精度でかつ任意に制御することが可能であるので、Ｎｂ含有ステンレス鋼を精錬するに当たっては、原料として用いるスクラップ中のＮｂのロスを抑えて、有効活用することが可能となり、また、Ｎｂレスのステンレス鋼を精錬するに当たっては、スクラップからＮｂの混入を抑止し、溶鋼中のＮｂ濃度を極微量まで低減することができる。したがって、本発明によれば、Ｎｂ含有量を気にすることなくスクラップをステンレス鋼の原料として使用できるので、原料コストを大幅に削減することができる。

ＡＯＤでのＣｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係を示すグラフである。ＡＯＤでのＣｒ還元処理後の溶鋼中のＳｉ濃度とＮｂ歩留りとの関係を示すグラフである。実施例におけるＡＯＤでのＣｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係を示すグラフである。実施例におけるＡＯＤでのＣｒ還元処理後の溶鋼中のＳｉ濃度とＮｂ歩留りとの関係を示すグラフである。

発明者らは、６０トン電気炉で、フェロニッケル、純ニッケル、フェロクロムの他、鉄屑やステンレス屑、Ｆｅ−Ｎｉ合金屑、Ｎｂ含有屑などのスクラップ等からなるＮｂを含有するステンレス原料を溶解し、出鋼した後、該溶鋼を、ＡＯＤにおいて、酸素吹精してＣを除去（脱炭）し、石灰石等を投入してスラグを生成させ、さらに、ＦｅＳｉ合金を投入してＣｒ還元処理した後、上記スラグを除去（脱滓）し、脱酸し、さらにＡｒガスで撹拌して脱硫処理を施した後、上記溶鋼を取鍋に出鋼し、最終の温度調整ならびに成分調整を行う取鍋精錬して、Ｎｂ含有ステンレス鋼であるＳＵＳ３４７やＮＣＦ６２５、ＳＵＳ３０９を合計１５チャージ溶製した後、連続鋳造してスラブとした。

その際、上記ＡＯＤでのＣｒ還元処理終了時点における溶鋼中のＮｂ濃度を調査した。その結果、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度に、大きなバラツキが認められた。この原因は、電気炉で溶解する原料、特に、ステンレス屑（スクラップ）中に含まれるＮｂの含有量がチャージごとに変化し、電気炉出鋼時のＮｂ濃度が変動したためであると考えられた。

そこで、電気炉出鋼時の溶鋼中のＮｂ濃度と、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度との関係を表す指標として、下記（１）式；
Ｎｂ歩留り（％）＝Ｃｒ還元処理後のＮｂ濃度／電気炉出鋼時のＮｂ濃度×１００
・・・（３）
で定義される「Ｎｂ歩留り」という概念を導入し、上記Ｎｂ歩留りに及ぼす各種要因の影響をさらに調査した。

その結果、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度と、上記Ｎｂ歩留りとの間には、図１に示したように、極めてよい相関関係があり、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度が低いほど、Ｎｂ歩留りが高くなる傾向があることがわかった。ここで、上記Ｃｒ酸化物濃度とは、スラグ中の全ＣｒをＣｒ_２Ｏ_３の濃度（ｍａｓｓ％）に換算した値のことをいう。
なお、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＳｉ濃度と、Ｎｂ歩留りとの関係についても調べたが、図２に示したように、ばらつきが大きく、特許文献１のような相関関係は認められなかった。

上記のように、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度と、溶鋼中のＮｂ歩留りとの間によい相関関係ある理由について、発明者らは以下のように考えている。
ＡＯＤでＣを除去するために酸素吹精を行うと、溶鋼中のＣｒも酸化されると同時にＮｂも酸化され、酸化物となってスラグ中に移行する。しかし、その後、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の脱酸剤を投入してＣｒ還元処理を行うと、Ｃｒ酸化物が還元されると共に、Ｎｂ酸化物も還元される。すなわち、Ｃｒ酸化物の還元処理により、スラグ中のＣｒ酸化物濃度が低下すると、スラグ中のＮｂ酸化物は還元され、その結果、溶鋼中のＮｂ濃度が高くなり、Ｎｂ歩留りが高くなる。

また、上記の結果から、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度は、下記（４）式；
２（Ｃｒ_２Ｏ_３）＋３Ｎｂ＝３（ＮｂＯ_２）＋４Ｃｒ・・・（４）
ここで、（４）式中の括弧はスラグ中の成分、下線は溶鋼中の成分を表す。
で示される反応によって支配されていることが推察された。

次いで、発明者らは、上記図１に示された１５チャージのデータを、Ｃｒ還元処理後のＮｂ歩留りをｙ（％）、スラグ中のＣｒ酸化物濃度をｘ（ｍａｓｓ％）として、下記（１）式；
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ・・・（１）
の２次曲線で近似することを試みた。その結果、上記データは、下記（２）式；
ｙ＝２．３０ｘ^２−２８．３２ｘ＋９７．４８・・・（２）
の回帰式で表され、その決定係数（寄与率）Ｒ^２は０．９７であり、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとは極めて高い相関関係にあることがわかった。

上記のように、ＡＯＤでＣｒ還元処理してステンレス鋼を精錬するときに、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの間に極めてよい相関関係あるということは、Ｃｒ還元処理終了時点におけるスラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整すれば、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を制御することができる、すなわち、電気炉出鋼時のＮｂ濃度と、ＡＯＤにおけるＣｒ還元処理後の目標Ｎｂ濃度から、目標とするＮｂ歩留りを設定し、該Ｎｂ歩留りを得るために必要なスラグ中のＣｒ酸化物濃度を、予め求めておいた上記（２）式から求め、そのＣｒ酸化物濃度となるようにＣｒ還元処理時のスラグ成分を調整すれば、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を任意の値に制御することができることを示している。

ここで、上記（２）式は、前述したように、Ｎｂを含有するＳＵＳ３４７、ＮＣＦ６２５およびＳＵＳ３０９系のステンレス鋼のデータについての回帰式であることから、鋼種に依らず成り立つものと考えられる。
ただし、上記（２）式は、前述した（４）式のスラグ−メタル間の相平衡に基いたものであり、速度論的な因子を考慮していないことから、係数ａ、ｂ、ｃは、精錬設備によって微妙に異なる可能性がある。そこで、上記式を用いて本発明を実施し、Ｎｂ濃度を制御しようとする場合には、各精錬設備の実績データから回帰式を求め、係数の補正を適宜行っておくことが好ましい。なお、上記回帰式を求めるに当たっては、少なくとも１０チャージの実績データを用いることが好ましく、より高い精度を求める場合には、２０チャージ以上の実績データを用いるのが好ましい。

次に、本発明のステンレス鋼の精錬方法について説明する。
本発明のステンレス鋼の精錬方法は、まず、電気炉等でＮｂを含有するステンレス原料を溶解し、Ｎｂを含有する溶鋼とする。ここで、Ｎｂを含有する溶鋼としたのは、Ｎｂを含有しない場合には、Ｎｂ濃度を制御する必要がなく、本発明を用いる必要がないからである。上記ステンレス原料としては、フェロニッケル、純ニッケル、フェロクロム等の他に、鉄屑やステンレス屑、Ｆｅ−Ｎｉ合金屑、Ｎｂ含有屑等のＮｂを含有するスクラップを用いる。ここで、上記スクラップとしては、ステンレス鋼を製造する観点から、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系のＮｂ含有合金屑、例えば、ＳＵＳ３４７屑、ＮＣＦ６２５屑や、Ｆｅ−３５％Ｎｉ−２５％Ｃｒ−１％Ｎｂ屑などを好ましく用いることができる。なお、本発明では、Ｎｂの濃度制御が可能であるので、Ｎｂを高濃度で含有する安価なものも用いることができることが特徴である。なお、上記説明では、ステンレス鋼原料の溶解に電気炉を用いているが、電気炉に限定されるものではなく、例えば、転炉や高周波誘導炉などを用いてもよい。

上記電気炉等で溶解し、出鋼した溶鋼は、その後、酸素ガスを吹精することが可能な炉で、酸素ガスを吹精して溶鋼中のＣを除去（脱炭）し、石灰石等を添加してスラグを生成させた後、ＦｅＳｉ等の脱酸剤を添加してＣｒ還元処理を施した後、上記スラグを除去（除滓）する。なお、上記脱酸剤としては、ＦｅＳｉの他に、Ａｌを用いてもよい。

上記酸素ガスを吹精することが可能な炉としては、傾動してスラグを除滓することができる炉であることが好ましく、具体的には、ＡＯＤや転炉を挙げることができるが、以降の説明では、ＡＯＤを用いた例について説明する。

ＡＯＤにおける上記脱炭工程においては、溶鋼中のＣがＣＯ_２となって除去され、それと同時に、溶鋼中のＣｒやＮｂも酸化され、酸化物となってスラグ相に移行するが、その後のＣｒ還元処理工程では、スラグ中のＣｒ酸化物が還元されると同時に、Ｎｂ酸化物も還元されて溶鋼中に回収される。その後、上記スラグを除去するが、この除滓によって、スラグ中に残存するＮｂ酸化物は系外に排出される。

したがって、上記Ｃｒ還元処理時に生成させるスラグの成分系は重要であり、本発明においては、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系とするのが望ましい。というのは、Ｎｂを含有するステンレス鋼を製造する場合には、Ｃｒ還元処理時にスラグ中に存在するＮｂ酸化物をできるだけ還元し、Ｎｂを溶鋼中に回収する必要があるが、溶鋼中のＮｂ濃度は、前述したように、下記（４）式；
２（Ｃｒ_２Ｏ_３）＋３Ｎｂ＝３（ＮｂＯ_２）＋４Ｃｒ・・・（４）
に支配されているからである。

また、Ｃｒ還元時のスラグをＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系とする場合には、そのスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）は、０．９〜１．５の範囲とするのが好ましい。（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が０．９未満では、スラグの粘度が高く流動性を確保できなくなり、一方、１．５を超えると、スラグを溶融状態に保持することができなくなるからである。より好ましくは、１．０〜１．３の範囲である。

また、上記ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３濃度は、０．１〜６ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。Ｃｒ_２Ｏ_３濃度を０．１ｍａｓｓ％未満とすると、高い歩留りでＮｂを回収できるという効果がある反面、ＦｅＳｉ合金を大量に添加する必要があるため、副原料コストの上昇を招くこと、および、平衡論的にも限界に近く、実施が困難だからである。一方、６ｍａｓｓ％を超えると、有価金属であるＣｒのロスが多くなり、原料コストが上昇するとともに、スラグを安定して溶融状態に保持できなくなるからである。より好ましくは、０．３〜５．５ｍａｓｓ％の範囲である。

ここで、本発明の特徴である、Ｃｒ還元処理時における溶鋼中のＮｂ濃度制御方法について説明する。
先述したように、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留り（％）との間には極めて強い相関関係があり、スラグ中のＣｒ酸化物濃度（ｍａｓｓ％）をｘ、Ｎｂ歩留り（％）をｙとしたとき、下記（１）式のような２次式；
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ・・・（１）
具体的には、下記（２）式；
ｙ＝２．３０ｘ^２−２８．３２ｘ＋９７．４８・・・（２）
で高い寄与率を持って表すことができる。

上記（２）式は、ＡＯＤでＣｒ還元処理を施してステンレス鋼を精錬するときのＣｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの間に相関関係にあることを示しているが、本発明は、上記（２）式を活用し、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整することで、Ｃｒ還元処理後のＮｂ歩留り、ひいては、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を高い精度で制御する。

具体的には、電気炉から出鋼したときの溶鋼中のＮｂ濃度と、ＡＯＤでのＣｒ還元処理後の目標とするＮｂ濃度とから、目標Ｎｂ歩留りを求め、そのＮｂ歩留りと上記（２）式から、上記Ｃｒ還元処理後のＮｂ濃度を達成するために必要なスラグ中のＣｒ酸化物濃度を求め、上記Ｃｒ酸化物濃度になるよう、スラグの成分組成を調整することで、Ｃｒ還元処理後のＮｂ濃度を制御することができる。例えば、Ｃｒ歩留りを６０％以上としたい場合には、スラグ中のＣｒ酸化物濃度を１．５ｍａｓｓ％以下に低減すればよく、逆に、Ｃｒ歩留りを３０％以下としたい場合には、スラグ中のＣｒ酸化物濃度を３．２ｍａｓｓ％以上とすればよい。

ここで、上記スラグ中のＣｒ酸化物濃度の調整は、まず、ＡＯＤの脱炭工程における酸素吹精量および石灰の投入量から、スラグ中のＣｒ酸化物濃度を推定する。ここで、酸素吹精量のうち、炭素の除去に使われた酸素以外の酸素が溶鋼中のＣｒと反応してＣｒ酸化物を形成すると考え、Ｃｒ酸化物量を推定する。次いで、上記Ｃｒ酸化物量と目標とするＣｒ酸化物濃度から、必要とされるスラグ総量を算出し、そのスラグ総量となるよう石灰石を投入することで行うことができる。該推定濃度が目標のＣｒ酸化物濃度と異なる（高い）場合には、その差分に応じてＦｅＳｉの投入量を調整することにより行うことができる。なお、上記調整で、目標のＣｒ酸化物濃度とならなかった場合は、さらに、目標濃度となるよう、ＦｅＳｉ合金を投入すればよい。上記Ｃｒ酸化物濃度の調整にＦｅＳｉを添加する理由は、Ｓｉは、Ｃｒよりも酸化し易いからであり、ＦｅＳｉに代えて、Ａｌを添加してもよい。一方、Ｃｒ酸化物の濃度を増加させたい場合には、酸素吹錬をさらに継続すればよい。

次に、Ｃｒ還元処理が完了し、スラグを除去（除滓）した後の工程について説明する。
上記除滓後の工程は、通常公知の方法で行えばよく、本発明においては特に制限しないが、例えば、上記除滓後のＡＯＤ内に石灰石や蛍石等の造滓材を投入して新たなスラグを生成させ、Ａｒ撹拌して脱硫を促進した後、取鍋に出鋼し、該取鍋にて最終の温度調整および成分調整を施した後、連続鋳造法等で鋼素材（スラブ）とする。なお、上記撹拌に用いるガスは、Ａｒ以外の希ガスやＮ_２ガスを用いてもよい。

なお、上記新たに生成させるスラグは、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ系またはＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｆ系とするのが好ましい。その理由は、上記成分系に調整することにより、溶鋼中の酸素濃度が低下するので、脱硫を促進することができたり、酸素濃度の低下により、介在物の形態を制御することができたりするからである。

容量６０トンの電気炉で、フェロニッケル、純ニッケル、フェロクロム、鉄屑、ステンレス屑、Ｆｅ−Ｎｉ合金屑、Ｎｂ含有屑などのステンレス原料を溶解し、Ｎｂ濃度が０．０１６〜２．１７ｍａｓｓ％の範囲で変化した溶鋼とし、出鋼し、次いで、ＡＯＤで、上記溶鋼を酸素吹精して脱炭した後、石灰石を投入してＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系スラグを生成させた後、ＦｅＳｉ合金を投入してＣｒ還元処理し、スラグを除滓した後、新たに石灰石および／または蛍石を投入してＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ系スラグまたはＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｆ系スラグを生成させ、Ａｒ撹拌して脱硫した後、取鍋に出鋼し、最終の温度調整ならびに成分調整を行う取鍋精錬することにより、各種成分組成のＮｂ含有ステンレス鋼を２０チャージ溶製した。

この際、ＡＯＤのＣｒ還元処理時に生成させるＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系スラグ中のＣｒ酸化物濃度を０．４〜５．３ｍａｓｓ％の範囲で種々に変化させ、Ｃｒ還元処理終了時点の溶鋼中のＮｂ濃度を調査した。なお、上記スラグ中および溶鋼中の成分は、蛍光Ｘ線分析装置で定量分析した。

表１に、電気炉出鋼時の溶鋼中のＮｂ濃度、および、ＡＯＤにおけるＣｒ還元処理後のスラグおよび溶鋼の成分組成を示した。なお、表１に示したスラグ組成の合計が１００ｍａｓｓ％となっていないのは、スラグ中には、表１に示したＣａＯ，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＮｂＯの他に、ＦｅＯやＮｉＯ，Ｆなどが含まれているためである。
ここで、上記表１の結果を、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係として示したのが図３である。図１と同様、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの間には明確な相関関係が認められた。
また、図３中には、図１から得られた回帰式である下記（２）式；
ｙ＝２．３０ｘ^２−２８．３２ｘ＋９７．４８・・・（２）
を重ねて記載したが、測定データと回帰式とのずれはほとんどない、即ち、Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係は、上記（２）式で精度よく表されることが確認された。
これに対して、上記表１の結果を、Ｃｒ還元処理後のＳｉ濃度とＮｂ歩留りとの関係として示したのが図４であり、図２と同様、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＳｉ濃度とＮｂ歩留りとの間に相関関係は認められない。

実施例１の結果、上記（２）式の有効性が確認できたので、上記式を活用し、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を制御する実験を行った。
実験は、実施例１と同様、容量６０トンの電気炉で、フェロニッケル、純ニッケル、フェロクロム、鉄屑、ステンレス屑、Ｆｅ−Ｎｉ合金屑、Ｎｂ含有屑などのステンレス原料を溶解し、Ｎｂ濃度が０．５〜２ｍａｓｓ％の範囲で変化した溶鋼とした後、ＡＯＤで、上記溶鋼を酸素吹精して脱炭した後、石灰石を投入してＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系スラグを生成させた後、ＦｅＳｉ合金を投入してＣｒ還元処理し、スラグを除滓した後、新たに石灰石および／または蛍石を投入してＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ系スラグまたはＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｆ系スラグを生成させ、Ａｒ撹拌して脱硫した後、取鍋に出鋼し、最終の温度調整ならびに成分調整を行う取鍋精錬することにより、Ｎｂ含有ステンレス鋼を３０チャージ溶製し、連続鋳造してスラブとした。

この際、上記３０チャージのうちの１０チャージについては、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度が０．３ｍａｓｓ％になるよう、また、１０チャージについては、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度が１.０ｍａｓｓ％になるよう、Ｃｒ還元処理時に生成させるスラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整してＮｂ歩留りを制御し、得られたＣｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を測定した。また、残りの１０チャージについては、比較例として、Ｃｒ還元処理時に生成させるスラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整することなくＣｒ還元処理し、得られたＣｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を測定した。

上記の結果を表２に示した。この結果から、Ｃｒ還元処理時に生成させるスラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整することなくＣｒ還元処理した場合には、Ｃｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度が大きく変動しているのに対して、本発明を適用した場合には、目標Ｎｂ濃度の高低に拘わらず、高い精度でＣｒ還元処理後の溶鋼中のＮｂ濃度を制御することができることがわかる。

Claims

Ｎｂを含有するステンレス鋼の原料を溶解した後、酸素吹精が可能な炉でステンレス溶鋼とスラグを共存させてＣｒ還元処理し、ステンレス鋼を精錬する方法において、
上記溶解後のステンレス溶鋼中のＮｂ濃度と、予め求めておいたＣｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度とＮｂ歩留りとの関係式に基いて、上記スラグ中のＣｒ酸化物濃度を調整し、Ｃｒ還元処理後のステンレス溶鋼中のＮｂ濃度を制御することを特徴とするステンレス鋼の精錬方法。
上記Ｃｒ還元処理時のスラグをＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｃｒ_２Ｏ_３系とすることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼の精錬方法。
上記酸素吹精が可能な炉としてＡＯＤを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のステンレス鋼の精錬方法。
上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度をｘ（ｍａｓｓ％）、Ｎｂ歩留りをｙ（％）としたとき、上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度ｘとＮｂ歩留りｙとの関係式として、下記（１）式を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステンレス鋼の精錬方法。
記
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ・・・（１）
ここで、上記ａ，ｂ，ｃは、定数である。
上記Ｃｒ還元処理後のスラグ中のＣｒ酸化物濃度ｘ（ｍａｓｓ％）とＮｂ歩留りｙ（％）との関係式として、下記（２）式を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステンレス鋼の精錬方法。
記
ｙ＝２．３０ｘ^２−２８．３２ｘ＋９７．４８・・・（２）