Ｃｒを含有する溶鋼の精錬方法
【課題】Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際に、鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進させる。
【解決手段】溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することによって、Ｃｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼を精錬する。
【解決手段】溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することによって、Ｃｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼を精錬する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉におけるＣｒを含有するＣｒ含有鋼（以下、「Ｃｒ鋼」ともいう）の精錬方法に関し、より具体的には、蛍石などのＣａＦ２を含む副原料を実質的に使用せずに、Ｃｒを１．０〜２．０質量％含有する溶鋼を脱燐する精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣａＦ２を主要成分とする蛍石は、電気炉製鋼においてスラグを低融点化させる媒溶剤として用いられている。しかし、フッ素（Ｆ）を土壌環境基準以上に含有したスラグは再利用が不可能であることから、蛍石を使用しない製鋼法が求められている。
【０００３】
Ｃｒ鋼において脱燐を行う場合には、脱燐のための酸素源と鋼中のＣｒが不可避に反応し、Ｃｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３は、スラグ流動性の悪化を引き起こし、反応効率の悪化につながる。また、前述のように、蛍石はスラグを低融点化することから、蛍石を使用しない場合には、スラグが高融点化し流動性が悪化する。したがって、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際には、スラグの流動性の悪化が顕著であり、脱燐反応が十分に進行しない。
【０００４】
特許文献１には、電気炉において脱燐用フラックスを出湯流により撹拌し、かつ脱炭優先温度での脱燐を行うことによりＣｒ酸化を抑制する脱燐法が開示されている。しかし、この方法は蛍石を含有したフラックスを前提としており、蛍石を使用しない方法に適用できるものではない。
【０００５】
特許文献２には、電気炉においてＣａＯとカルシウム・フェライトを含むスラグ造滓材を使用し、且つ、スクラップ１トン当たりの使用電力量が３００〜４００ＫＷＨに到達するまでにスクラップ１トン当たり０．１５〜０．４５ｍ３／分で酸素ガスを吹き込むことによって、スラグに含まれる未溶解のＣａＯ含有量を０．５％以下（本明細書において「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味するものとする）に抑えてＰ含有量が０．００８％以下の低Ｐ鋼を製造する製鋼法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７３５２０号公報
【特許文献２】特開２００７−０３９７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２により開示された発明には、スクラップ中に不可避に含まれるＳｉへの対応が考慮されていない。溶鋼中にＳｉが残存したまま脱燐を実施すると、酸素源がＳｉと反応し、脱燐反応を阻害するという課題が解消されない。また、特許文献２により開示された発明においては、酸素使用量が５．０〜１３．０Ｎｍ３／ｔという高酸素量での条件が規定されているが、この条件では送酸に起因したＦｅのロスが多くなる上に、スラグ中のＣｒ２Ｏ３濃度が１０．０％を超過し、スラグの流動性が著しく悪化するという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際に、鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電気炉において蛍石を使用せずにＣｒ鋼で脱燐を実施するには、脱燐のために必要十分な酸素源の添加を行うこと、および反応効率を上昇させるスラグの流動性を確保することが必要となる。
【００１０】
しかし、上述したように、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を実施すると、酸素源の添加に起因してスラグ中のＣｒ２Ｏ３濃度が不可避に増加し、スラグの流動性が悪化する。
【００１１】
従来は、この流動性の確保のため、スラグを低融点化させるＣａＦ２を主成分とする蛍石を媒溶剤として使用してきたが、このスラグはＦを含有するため、再利用が不可能となる。そこで、本発明者らは、以下に列記するように、（Ａ）Ｆを含有しない媒溶剤を添加し、スラグを低融点化させること、および（Ｂ）スラグの流動性の悪化の要因となるＣｒ２Ｏ３濃度を一定量以下に抑制することによって、スラグの流動性を確保して十分な脱燐を行うことを発想した。
【００１２】
（Ａ）媒溶剤による低融点化
媒溶剤にＦを含む媒溶剤を添加せず、スラグにＦが含まれない状態で脱燐を進行させるには、強い塩基性を示すアルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の利用が考えられる。
【００１３】
例えばＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグにＮａ２Ｏを加えると、さらに脱燐が促進されることが既に知られている。このことはスラグ融体中Ｎａイオンが塩基性であり、燐の酸化物である燐酸が酸性であることで定性的に理解される。したがって、スラグにＮａ２Ｏを含有させれば、溶鋼中燐を酸化するに足る充分な量の酸素の供給により、燐は溶鋼からスラグへ移行することになって、溶鋼の脱燐の改善が図られる。
【００１４】
しかし、Ｎａ２Ｏ自体は、製鋼温度域では活発に分解反応を生じる。この反応は、酸素を放出することにより酸化源になる一方で、Ｎａの蒸発が生じスラグ中Ｎａ分が時間とともに減少することも考えられる。この蒸発したＮａは大気中の酸素と反応し、多量の白煙を生じることが知られている。すなわち、脱燐を促進するためにＮａ２Ｏを過剰に添加することは、操業上の観点から好ましくない。また、溶鋼中の燐を酸化させるに足る酸化源は、酸素ガス上吹き等の供給によってスラグに酸化鉄を形成すること等により充分に供給する必要がある。
【００１５】
さらには、Ｎａ２ＯはＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグに添加することでスラグを低融点化させることも知られている。スラグが低融点化することで、脱燐反応が促進されることは言うまでもない。
【００１６】
以上より、Ｎａ２Ｏはスラグ中で塩基性を示すこと、ＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグを低融点化させることから、ＣａＦ２に代わる媒溶剤として有効であるといえる。
また、Ｎａ２Ｏ源としては、常温で安定であり、工業的にも入手が容易であるＮａ２ＣＯ３を用いることが一般的であるが、そのほかのＮａ２Ｏを含んだものを使用してもこの発明は実施可能である。
【００１７】
（Ｂ）Ｃｒ２Ｏ３濃度を一定量以下に抑制すること
Ｃｒを１．０％以上含む溶鋼を脱燐する際には、送酸に起因したＣｒ２Ｏ３の生成が不可避的に生じる。その一方で、Ｃｒが２％を超えると、本発明の要件を満たしてもＣｒロスを十分に抑えることができないため、Ｃｒ濃度を１〜２％とする。また、Ｃｒ２Ｏ３はＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグの液相領域を狭め、流動性を悪化させることが知られている。そのため、脱燐に必要な十分な流動性を確保するためには、なるべく鋼中Ｃｒを酸化させないことが重要である。
【００１８】
電気炉製鋼において脱燐精錬を行うにあたり、Ｃｒ２Ｏ３生成によりスラグの流動性が悪化する要因として、（ａ）スクラップ溶解期の空気巻き込みによるＣｒ酸化、（ｂ）脱燐のために添加する酸素源によるＣｒ酸化が挙げられる。
【００１９】
前者（ａ）については、Ｃｒよりも酸素と結び付き易いＳｉを含む合金を添加することと、それに加えて、溶解期に十分なＣａＯを含む媒溶剤を添加することによって、Ｃｒ酸化を抑制することができる。しかし、ＣａＯ量が過剰であるとコストアップにつながるのはもちろん、スラグが滓化不良を起こし、流動性の悪化が生じる。また、Ｓｉは酸素との反応性が良いために、脱燐工程時に溶鋼中に存在すると脱燐を阻害する。そこで、脱燐工程の前には酸素源の添加により溶鋼中から除去する脱珪が必要である。したがって、Ｃｒ酸化抑制にはＳｉ合金の添加が有用であるが、Ｓｉ合金の添加量が過剰であると、酸化反応熱による過剰な温度上昇、酸素原単位増加、さらには脱燐に必要な塩基度（ＣａＯ質量／ＳｉＯ２質量）低下によるＣａＯ原単位の増加といった不具合が生じる。
【００２０】
本発明者らは、これらの問題に対して、溶解期の加炭量および添加Ｓｉ量を適切な範囲で設定し、それに見合うように溶解期のＣａＯ量を調整することによって、配合〜脱珪までのＣｒロスを最小限にすること、さらには前記したＮａ２Ｏ投入と組み合わせて、脱燐工程での脱燐率を向上させることを新たに想到した。
【００２１】
次に、後者（ｂ）については、上述したように脱燐のために酸素源を添加することが必須であることから、脱燐工程で不可避的にＣｒ酸化が生じてしまう。しかしながら、本発明者らが詳細な検討をした結果、この酸素源が一定量以下においては、Ｃｒ酸化よりも脱燐が優勢であることを見出した。このことから、酸素源に上限を設けることでＣｒ酸化を抑制しながら脱燐反応を進行させることができる。酸化源としては、電気炉製鋼で一般的に用いられる気体酸素、ならびに固体炭素が容易に考えられる。固体酸素は、鉄の酸化物であるＦｅＯｘを用いるのがよいが、使用には常温で安定なＦｅ２Ｏ３が用いられるのが一般的である。
【００２２】
また、Ｃｒ酸化を抑制することでスラグの流動性が向上するのは言うまでもないが、この流動性の評価をするのは容易ではない。スラグは非常に高粘性であり、粘性の測定が容易ではなく、実炉ではスラグの不均一性もあるからである。そこで、本発明者らは、この流動性の評価に「復燐率」という指標を用いることとする。電気炉製鋼においては、燐酸を含んだスラグを複数回の流滓ないし除滓によって炉外に排出することで脱燐を完了させる。この操作は、後の還元工程により、燐が溶鋼中に戻る「復燐」を防止する意味を持つ。スラグ流動性が不十分であると、この流滓ないし除滓が十分にできず、復燐が顕著となる。そのため、この復燐度合いが流動性の評価に相当する。そこで、本発明者らは、「還元後の燐濃度」から「脱燐後の燐濃度」を差し引いたものを「溶落の燐濃度」で除したものを「復燐率」と定義し、流動性を評価する。
【００２３】
本発明は、溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することを特徴とするＣｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼の電気炉脱燐方法である。
【００２４】
具体的には、本発明は、電気炉にスクラップを最初に装入する時点から装入したスクラップの全量が溶解する時点までの期間である溶解期に、スクラップに含まれるＣと合わせてＣ量が８．０〜１４．０ｋｇ／ｔとなるように加炭材をスクラップに添加し、スクラップに含まれるＳｉとを合わせてＳｉ量が６．０〜１０ｋｇ／ｔとなるようにＳｉを含む合金をスクラップに添加するとともに、脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上となるようにスクラップにＣａＯ源を添加し、炉内生成スラグの排出を完了するまでの期間である脱燐期に、溶鋼に、Ｎａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ添加するとともに、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することを特徴とするＣｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼の脱燐方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、Ｃｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼を脱燐して精錬する際に、蛍石を使用しなくとも、鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、溶解期のＳｉ量とＣｒロス率との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、脱燐期のＮａ２Ｏ量と脱燐率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、脱燐期の酸素量と復燐率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
はじめに、本発明者らが実施した本発明の工程の一例を説明する。本発明は、溶解期、脱珪工程及び脱燐工程を経るので、これらを順に説明する。
【００２８】
（ｉ）溶解期
本発明の説明において、「溶解期」とは、「電気炉にスクラップを最初に装入する時点から、装入したスクラップの全量が溶解する時点（溶落時点）までの期間」を意味する。
【００２９】
本発明で規定する必要要件を特定するために、容量４０トンを溶解可能な電弧式電気炉を製鋼炉として使用し、Ｃｒを１．０〜２．０％、Ｃを０．１〜０．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％含むスクラップを原料として、２５トンの装入物（初装）をアーク溶解した。
【００３０】
その後通電を行った後、１５トンのスクラップ（追装）を装入し、全量で４０トンとした。この追装の際に、脱燐促進目的にコークスや黒鉛粒等の加炭材をスクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせて、Ｃ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ（通常操業レベル）、大気酸化防止目的にＳｉ源をスクラップ中ＳｉとＦｅ−Ｓｉ合金中Ｓｉとを合わせて、Ｓｉ質量で３．０〜８．５ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源であるＣａＯ含有媒溶剤として生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４５．０ｋｇ／ｔ投入した。
【００３１】
このＣ投入量は、後の脱燐工程において脱燐反応を促進させることを目的に、スクラップ溶解完了時の溶鋼中に０．５％以上含有されていることを目指して投入する。Ｓｉ投入量は、スクラップ溶解期のＣｒ酸化を防止するために、スクラップ溶解完了時の溶鋼中に０．３％以上含有されていることを目指して投入する。
【００３２】
また、生石灰投入量は、Ｓｉ酸化に伴い生成されるスラグの塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）を、スクラップ溶解完了時の溶融スラグの生成と、後に続く脱燐工程での精錬の両方を考慮して、後の脱珪工程完了時に好適な１．５〜３．０の範囲になるように、Ｆｅ−Ｓｉ合金中およびスクラップ中のＳｉ量を考慮して定める。ただし、ＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔを下回ると、スラグの絶対量が少なく、後のスラグ排出が困難になるため、ＣａＯ量の下限を２０ｋｇ／ｔとした。
これらを添加し終わり、全量が溶解した時点で溶落とし、溶鋼サンプルを採取した。
【００３３】
（ｉｉ）脱珪工程
本発明の説明において、「脱珪工程」とは「溶解期後、溶鋼中Ｓｉ含有濃度が０．０５％以下に低減するまでの期間」を意味する。前記の溶解期に続いて、脱燐工程を開始する前に溶鋼中のＳｉを除去するために、この溶落サンプルのＳｉ値から計算される溶鋼中のＳｉ１％あたり、７．６Ｎｍ３／ｔの気体酸素（Ｓｉ値が０．５％なら３．８Ｎｍ３／ｔ）を吹き込み、脱珪工程を実施した。
【００３４】
この送酸が終了次第、溶鋼サンプル採取および溶鋼温度測定を行い、それぞれ、脱珪後サンプルおよび脱珪後温度とした。ここで、脱珪時の酸素量が過剰であると、溶鋼中Ｃｒが過剰に酸化されてしまうため、脱珪工程完了の目標管理値として、Ｓｉ＝０．０５％になるように酸素を吹込む。
【００３５】
（ｉｉｉ）脱燐工程
本発明の説明において、「脱燐工程」とは、「脱珪工程後、酸素源を添加した後、炉内生成スラグの排出を完了するまでの期間」を意味する。脱珪工程を必要に応じて実施した後、Ｎａ２Ｏ源であるＮａ２ＣＯ３を溶鋼１トン当たりＮａ２Ｏ質量で３．５〜１１．８ｋｇ添加し、通電による昇温でスラグの滓化を促しながら酸素ガスまたはＦｅ２Ｏ３を添加することで脱燐工程を実施して、Ｎａ２Ｏ添加量および酸素供給量が及ぼす脱燐効果を調査検討した。Ｎａ２Ｏ源の化合物組成は特に限定されず、メタ珪酸ソーダなどでもよい。酸素源を気体酸素換算で１．５〜５．５Ｎｍ３／ｔ添加した後に、炉を１５°傾動させた。また、このときに溶鋼サンプルを採取し、脱燐後サンプルとした。スラグが炉外に流れ出なくなったことを目視で確認してから、炉を水平（傾きは０°）に戻した。
【００３６】
その後、脱燐時に添加した酸素源を気体酸素に換算し、気体酸素１Ｎｍ３／ｔあたり、Ｓｉ分で２．０ｋｇのＦｅ−Ｓｉ合金を添加し、還元工程とした。還元剤を投入した後、出鋼した。
【００３７】
次に、本発明における数値限定の理由を説明する。
（ａ）溶解期のＳｉ量：６．０〜１０．０ｋｇ／ｔ、ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量：２０ｋｇ／ｔ以上
Ｃを０．１〜０．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％含むスクラップであって、Ｃｒを１．５〜２．０％含むもの約４０トンを電気炉に装入し、加炭剤とスクラップ中に含有されているＣとを合わせたＣ質量で、８．６〜１３．２ｋｇ／ｔになるように加炭剤を投入した。
【００３８】
加炭剤の投入と前後して、合金鉄とスクラップ中に含有されているＳｉとを合わせたＳｉ質量が３．６〜８．５ｋｇ／ｔの範囲で電気炉内へ投入し、溶解期に投入するＳｉ質量が溶解期における溶鋼のＣｒロスに及ぼす影響を調査した。なお、この合金鉄投入時には、脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４４．４ｋｇ／ｔ投入した。
【００３９】
表１には、装入量、配合Ｃｒ濃度、石灰量、溶解期Ｃ量、溶解期Ｓｉ量、溶落Ｓｉ量、溶落塩基度、溶落Ｃｒ濃度、Ｃｒロス濃度、脱珪後Ｓｉ濃度、脱珪後塩基度、溶解期Ｃｒロス率、及びＣｒロス評価をまとめて示す。
【００４０】
図１は、溶解期Ｓｉ量と溶解期Ｃｒロス率との関係を示すグラフである。
図１にグラフで示すように、溶解期に投入する溶解期Ｓｉ質量を６．０ｋｇ／ｔ以上にすると、溶解期Ｃｒロス率を安定して１０％以下に低減できることが判明した。
【００４１】
Ｓｉは、Ｃｒよりも先行して酸化されるために、溶解期の投入Ｓｉ量が増加すると、空気巻き込みに起因したＣｒの酸化を抑制できる。その一方で、溶解期Ｓｉ量が増加すると溶落時のＳｉ濃度も増加することから、脱珪時の酸素量が増加し、酸化熱により溶鋼温度の上昇が過剰になるとともに、生成スラグの塩基度調整に必要なＣａＯ量が増加し、スラグ量が増加してしまう。
【００４２】
したがって、溶解期のＣｒロス濃度を低減するために、溶解期に投入するＳｉ質量を６．０ｋｇ／ｔ以上とする一方、そのＳｉ投入量は１０．０ｋｇ／ｔ以下とすることが実際上適切である。
【００４３】
また、上記したようにＳｉ投入に合わせて、脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、生石灰を投入するが、その投入量はＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔを下回ると、スラグの絶対量が少なく、後のスラグ排出が困難になるため、ＣａＯ量の下限として２０ｋｇ／ｔは必要である。
【００４４】
（ｂ）脱燐期Ｎａ２Ｏ量：６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、脱燐期酸素源：気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ
スクラップ条件や加炭材投入条件を前記した表１に係る調査条件と同一にした他、その調査結果である、溶解期に投入するＳｉ質量を６．０〜１０．０ｋｇ／ｔとし、それに合わせて脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、２０ｋｇ／ｔ以上の生石灰を投入して、脱燐期におけるＮａ２Ｏ投入量と酸素供給量とが溶鋼の脱燐率に及ぼす影響を調査した。
【００４５】
この調査では、脱珪期の終了後、脱燐期を開始する際に、電気炉内へＮａ２ＣＯ３をＮａ２Ｏ質量で３．５〜１１．８ｋｇ／ｔ投入し、通電による温度上昇でスラグの溶融滓化を促進しつつ、酸素源として気体酸素又は鉄鉱石を供給して脱燐期を開始した。
【００４６】
その酸素供給量を、気体酸素の量に換算して３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔの範囲で統一して、Ｎａ２Ｏ供給量と脱燐率との関係を調査した結果を、表２および図２に示す。表２には、脱燐期の条件及び脱燐能（配合Ｃｒ濃度、Ｎａ２Ｏ量、酸素源、酸素源種類、脱珪後燐濃度、脱燐後燐濃度、脱燐率及び脱燐性評価）を示し、図２には、脱燐期Ｎａ２Ｏ量と脱燐率との関係をグラフで示す。
【００４７】
表２および図２に示した結果から、この調査条件では脱燐期におけるＮａ２Ｏ供給量である脱燐期Ｎａ２Ｏ量を６ｋｇ／ｔ以上にすると、脱燐率が４０％以上と顕著に向上することが判明した。
【００４８】
Ｎａ２Ｏは、ＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグを低融点化させるために、投入量が多ければ流動性が向上する。しかしながら、多量に添加すると、Ｎａの蒸発に起因した白煙が発生するため、操業上の観点から、上限を設ける必要がある。今回の調査範囲である１２．０ｋｇ／ｔでも集塵により対応できる程度であり、操業上問題なかったが、脱燐率向上効果を勘案して１０ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましいといえる。
【００４９】
次に、Ｎａ２Ｏ投入量と酸素源供給量以外の条件を表２に係る調査条件と同一にし、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一し、脱燐期における酸素供給量を１．５〜５．５Ｎｍ３／ｔの範囲で変化させて、その酸素供給量が溶鋼の脱燐率および復燐率に及ぼす影響を調べた。
【００５０】
条件及び結果を表３及び図３に示す。表３には、脱燐期の条件及び復燐率（配合Ｃｒ濃度、Ｎａ２Ｏ量、酸素源、酸素源種類、脱珪後燐濃度、脱燐後燐濃度、還元後燐濃度、脱燐率、復燐率、脱燐性評価及び流動性評価）を示し、図３には、脱燐期の酸素量と復燐率との関係をグラフで示す。
【００５１】
表３に示すように、この条件下では、酸素供給量が３．０Ｎｍ３／ｔ以上になると脱燐率４０％以上が得られることが判明した。しかし、表３および図３に示したように、酸素供給量が４．５Ｎｍ３／ｔを超えると、還元期後の復燐率が１５％以上に悪化してしまうことも判明した。
【００５２】
したがって、本発明の目的、すなわち、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際に鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進させることに照らし、脱燐処理終了後の溶鋼中燐濃度すなわち還元期後の溶鋼中燐濃度を効率的に低減するには、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一した条件下において、脱燐期における酸素供給量を３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔの範囲で調整することが適切であるといえる。
【００５３】
なお、上記の脱燐期における酸素供給量は、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一した条件下におけるものであるが、先に酸素供給量を３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔの範囲で統一してＮａ２Ｏ供給量を６ｋｇ／ｔ以上にすると、脱燐率が４０％以上と顕著に向上することを説明した。それぞれの調査上の統一条件であるＮａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔと、酸素供給量を３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔとは、両方とも脱燐促進に係る量的条件の下限側にあって、それらの上限をそれぞれ１２．０ｋｇ／ｔ、４．５Ｎｍ３／ｔに増加しても、脱燐反応促進上の問題は考えられない。したがって、所定の溶解期、脱珪期を経てきた電気炉内の溶鋼およびスラグに対し、溶解期における適切なＮａ２Ｏおよび酸素の供給条件は、それぞれ６．０〜１２．０ｋｇ／ｔおよび３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔの範囲である。
【実施例】
【００５４】
電気炉にＣｒを１．０〜２．０％を含む４０トンのスクラップを原料として溶解した。溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．６〜１３．２ｋｇ／ｔのＣを添加し、スクラップ中ＳｉとＦｅ−Ｓｉ合金中Ｓｉとを合わせて、Ｓｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源であるＣａＯ含有媒溶剤として生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４４．４ｋｇ／ｔ投入した。
【００５５】
溶落において溶鋼サンプルを採取し、溶解完了時の溶鋼中にＣが０．５％以上含有されていること、およびＳｉが０．３％以上含有されていることを確認した。また、溶落時のＳｉ濃度から計算されるＳｉ１％あたり、７．６Ｎｍ３／ｔの気体酸素を吹き込み、脱珪工程を実施した。
【００５６】
その後、Ｎａ２Ｏ源であるＮａ２ＣＯ３を溶鋼１トン当たりＮａ２Ｏ質量で６．０〜１０．０ｋｇ添加し、通電による昇温でスラグの滓化を促しながら酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加した後に、炉を１５°傾動させた。また、このときに溶鋼サンプルを採取し、脱燐後サンプルとした。スラグが炉外に流れ出なくなったことを目視で確認してから、炉を水平（傾きは０°）に戻した。
【００５７】
その後、脱燐時に添加した酸素源を気体酸素に換算し、気体酸素１Ｎｍ３／ｔ当り、Ｓｉ分で２．０ｋｇのＦｅ−Ｓｉ合金を添加し、還元工程とした。還元剤を投入した後、出鋼した。出鋼時の溶鋼サンプルを採取し、還元後サンプルとした。
【００５８】
その結果、ＣａＦ２を用いずに、溶解期のＣｒロスが１０％以下であって、溶鋼の脱燐率が４０％以上、かつ、溶鋼の復燐率が１５％未満である効率的な脱燐処理が行えていることが確認できた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉におけるＣｒを含有するＣｒ含有鋼（以下、「Ｃｒ鋼」ともいう）の精錬方法に関し、より具体的には、蛍石などのＣａＦ２を含む副原料を実質的に使用せずに、Ｃｒを１．０〜２．０質量％含有する溶鋼を脱燐する精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣａＦ２を主要成分とする蛍石は、電気炉製鋼においてスラグを低融点化させる媒溶剤として用いられている。しかし、フッ素（Ｆ）を土壌環境基準以上に含有したスラグは再利用が不可能であることから、蛍石を使用しない製鋼法が求められている。
【０００３】
Ｃｒ鋼において脱燐を行う場合には、脱燐のための酸素源と鋼中のＣｒが不可避に反応し、Ｃｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３は、スラグ流動性の悪化を引き起こし、反応効率の悪化につながる。また、前述のように、蛍石はスラグを低融点化することから、蛍石を使用しない場合には、スラグが高融点化し流動性が悪化する。したがって、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際には、スラグの流動性の悪化が顕著であり、脱燐反応が十分に進行しない。
【０００４】
特許文献１には、電気炉において脱燐用フラックスを出湯流により撹拌し、かつ脱炭優先温度での脱燐を行うことによりＣｒ酸化を抑制する脱燐法が開示されている。しかし、この方法は蛍石を含有したフラックスを前提としており、蛍石を使用しない方法に適用できるものではない。
【０００５】
特許文献２には、電気炉においてＣａＯとカルシウム・フェライトを含むスラグ造滓材を使用し、且つ、スクラップ１トン当たりの使用電力量が３００〜４００ＫＷＨに到達するまでにスクラップ１トン当たり０．１５〜０．４５ｍ３／分で酸素ガスを吹き込むことによって、スラグに含まれる未溶解のＣａＯ含有量を０．５％以下（本明細書において「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味するものとする）に抑えてＰ含有量が０．００８％以下の低Ｐ鋼を製造する製鋼法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７３５２０号公報
【特許文献２】特開２００７−０３９７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２により開示された発明には、スクラップ中に不可避に含まれるＳｉへの対応が考慮されていない。溶鋼中にＳｉが残存したまま脱燐を実施すると、酸素源がＳｉと反応し、脱燐反応を阻害するという課題が解消されない。また、特許文献２により開示された発明においては、酸素使用量が５．０〜１３．０Ｎｍ３／ｔという高酸素量での条件が規定されているが、この条件では送酸に起因したＦｅのロスが多くなる上に、スラグ中のＣｒ２Ｏ３濃度が１０．０％を超過し、スラグの流動性が著しく悪化するという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際に、鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電気炉において蛍石を使用せずにＣｒ鋼で脱燐を実施するには、脱燐のために必要十分な酸素源の添加を行うこと、および反応効率を上昇させるスラグの流動性を確保することが必要となる。
【００１０】
しかし、上述したように、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を実施すると、酸素源の添加に起因してスラグ中のＣｒ２Ｏ３濃度が不可避に増加し、スラグの流動性が悪化する。
【００１１】
従来は、この流動性の確保のため、スラグを低融点化させるＣａＦ２を主成分とする蛍石を媒溶剤として使用してきたが、このスラグはＦを含有するため、再利用が不可能となる。そこで、本発明者らは、以下に列記するように、（Ａ）Ｆを含有しない媒溶剤を添加し、スラグを低融点化させること、および（Ｂ）スラグの流動性の悪化の要因となるＣｒ２Ｏ３濃度を一定量以下に抑制することによって、スラグの流動性を確保して十分な脱燐を行うことを発想した。
【００１２】
（Ａ）媒溶剤による低融点化
媒溶剤にＦを含む媒溶剤を添加せず、スラグにＦが含まれない状態で脱燐を進行させるには、強い塩基性を示すアルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の利用が考えられる。
【００１３】
例えばＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグにＮａ２Ｏを加えると、さらに脱燐が促進されることが既に知られている。このことはスラグ融体中Ｎａイオンが塩基性であり、燐の酸化物である燐酸が酸性であることで定性的に理解される。したがって、スラグにＮａ２Ｏを含有させれば、溶鋼中燐を酸化するに足る充分な量の酸素の供給により、燐は溶鋼からスラグへ移行することになって、溶鋼の脱燐の改善が図られる。
【００１４】
しかし、Ｎａ２Ｏ自体は、製鋼温度域では活発に分解反応を生じる。この反応は、酸素を放出することにより酸化源になる一方で、Ｎａの蒸発が生じスラグ中Ｎａ分が時間とともに減少することも考えられる。この蒸発したＮａは大気中の酸素と反応し、多量の白煙を生じることが知られている。すなわち、脱燐を促進するためにＮａ２Ｏを過剰に添加することは、操業上の観点から好ましくない。また、溶鋼中の燐を酸化させるに足る酸化源は、酸素ガス上吹き等の供給によってスラグに酸化鉄を形成すること等により充分に供給する必要がある。
【００１５】
さらには、Ｎａ２ＯはＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグに添加することでスラグを低融点化させることも知られている。スラグが低融点化することで、脱燐反応が促進されることは言うまでもない。
【００１６】
以上より、Ｎａ２Ｏはスラグ中で塩基性を示すこと、ＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグを低融点化させることから、ＣａＦ２に代わる媒溶剤として有効であるといえる。
また、Ｎａ２Ｏ源としては、常温で安定であり、工業的にも入手が容易であるＮａ２ＣＯ３を用いることが一般的であるが、そのほかのＮａ２Ｏを含んだものを使用してもこの発明は実施可能である。
【００１７】
（Ｂ）Ｃｒ２Ｏ３濃度を一定量以下に抑制すること
Ｃｒを１．０％以上含む溶鋼を脱燐する際には、送酸に起因したＣｒ２Ｏ３の生成が不可避的に生じる。その一方で、Ｃｒが２％を超えると、本発明の要件を満たしてもＣｒロスを十分に抑えることができないため、Ｃｒ濃度を１〜２％とする。また、Ｃｒ２Ｏ３はＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグの液相領域を狭め、流動性を悪化させることが知られている。そのため、脱燐に必要な十分な流動性を確保するためには、なるべく鋼中Ｃｒを酸化させないことが重要である。
【００１８】
電気炉製鋼において脱燐精錬を行うにあたり、Ｃｒ２Ｏ３生成によりスラグの流動性が悪化する要因として、（ａ）スクラップ溶解期の空気巻き込みによるＣｒ酸化、（ｂ）脱燐のために添加する酸素源によるＣｒ酸化が挙げられる。
【００１９】
前者（ａ）については、Ｃｒよりも酸素と結び付き易いＳｉを含む合金を添加することと、それに加えて、溶解期に十分なＣａＯを含む媒溶剤を添加することによって、Ｃｒ酸化を抑制することができる。しかし、ＣａＯ量が過剰であるとコストアップにつながるのはもちろん、スラグが滓化不良を起こし、流動性の悪化が生じる。また、Ｓｉは酸素との反応性が良いために、脱燐工程時に溶鋼中に存在すると脱燐を阻害する。そこで、脱燐工程の前には酸素源の添加により溶鋼中から除去する脱珪が必要である。したがって、Ｃｒ酸化抑制にはＳｉ合金の添加が有用であるが、Ｓｉ合金の添加量が過剰であると、酸化反応熱による過剰な温度上昇、酸素原単位増加、さらには脱燐に必要な塩基度（ＣａＯ質量／ＳｉＯ２質量）低下によるＣａＯ原単位の増加といった不具合が生じる。
【００２０】
本発明者らは、これらの問題に対して、溶解期の加炭量および添加Ｓｉ量を適切な範囲で設定し、それに見合うように溶解期のＣａＯ量を調整することによって、配合〜脱珪までのＣｒロスを最小限にすること、さらには前記したＮａ２Ｏ投入と組み合わせて、脱燐工程での脱燐率を向上させることを新たに想到した。
【００２１】
次に、後者（ｂ）については、上述したように脱燐のために酸素源を添加することが必須であることから、脱燐工程で不可避的にＣｒ酸化が生じてしまう。しかしながら、本発明者らが詳細な検討をした結果、この酸素源が一定量以下においては、Ｃｒ酸化よりも脱燐が優勢であることを見出した。このことから、酸素源に上限を設けることでＣｒ酸化を抑制しながら脱燐反応を進行させることができる。酸化源としては、電気炉製鋼で一般的に用いられる気体酸素、ならびに固体炭素が容易に考えられる。固体酸素は、鉄の酸化物であるＦｅＯｘを用いるのがよいが、使用には常温で安定なＦｅ２Ｏ３が用いられるのが一般的である。
【００２２】
また、Ｃｒ酸化を抑制することでスラグの流動性が向上するのは言うまでもないが、この流動性の評価をするのは容易ではない。スラグは非常に高粘性であり、粘性の測定が容易ではなく、実炉ではスラグの不均一性もあるからである。そこで、本発明者らは、この流動性の評価に「復燐率」という指標を用いることとする。電気炉製鋼においては、燐酸を含んだスラグを複数回の流滓ないし除滓によって炉外に排出することで脱燐を完了させる。この操作は、後の還元工程により、燐が溶鋼中に戻る「復燐」を防止する意味を持つ。スラグ流動性が不十分であると、この流滓ないし除滓が十分にできず、復燐が顕著となる。そのため、この復燐度合いが流動性の評価に相当する。そこで、本発明者らは、「還元後の燐濃度」から「脱燐後の燐濃度」を差し引いたものを「溶落の燐濃度」で除したものを「復燐率」と定義し、流動性を評価する。
【００２３】
本発明は、溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することを特徴とするＣｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼の電気炉脱燐方法である。
【００２４】
具体的には、本発明は、電気炉にスクラップを最初に装入する時点から装入したスクラップの全量が溶解する時点までの期間である溶解期に、スクラップに含まれるＣと合わせてＣ量が８．０〜１４．０ｋｇ／ｔとなるように加炭材をスクラップに添加し、スクラップに含まれるＳｉとを合わせてＳｉ量が６．０〜１０ｋｇ／ｔとなるようにＳｉを含む合金をスクラップに添加するとともに、脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上となるようにスクラップにＣａＯ源を添加し、炉内生成スラグの排出を完了するまでの期間である脱燐期に、溶鋼に、Ｎａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ添加するとともに、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加することを特徴とするＣｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼の脱燐方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、Ｃｒを１．０〜２．０％含有する溶鋼を脱燐して精錬する際に、蛍石を使用しなくとも、鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、溶解期のＳｉ量とＣｒロス率との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、脱燐期のＮａ２Ｏ量と脱燐率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、脱燐期の酸素量と復燐率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
はじめに、本発明者らが実施した本発明の工程の一例を説明する。本発明は、溶解期、脱珪工程及び脱燐工程を経るので、これらを順に説明する。
【００２８】
（ｉ）溶解期
本発明の説明において、「溶解期」とは、「電気炉にスクラップを最初に装入する時点から、装入したスクラップの全量が溶解する時点（溶落時点）までの期間」を意味する。
【００２９】
本発明で規定する必要要件を特定するために、容量４０トンを溶解可能な電弧式電気炉を製鋼炉として使用し、Ｃｒを１．０〜２．０％、Ｃを０．１〜０．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％含むスクラップを原料として、２５トンの装入物（初装）をアーク溶解した。
【００３０】
その後通電を行った後、１５トンのスクラップ（追装）を装入し、全量で４０トンとした。この追装の際に、脱燐促進目的にコークスや黒鉛粒等の加炭材をスクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせて、Ｃ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ（通常操業レベル）、大気酸化防止目的にＳｉ源をスクラップ中ＳｉとＦｅ−Ｓｉ合金中Ｓｉとを合わせて、Ｓｉ質量で３．０〜８．５ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源であるＣａＯ含有媒溶剤として生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４５．０ｋｇ／ｔ投入した。
【００３１】
このＣ投入量は、後の脱燐工程において脱燐反応を促進させることを目的に、スクラップ溶解完了時の溶鋼中に０．５％以上含有されていることを目指して投入する。Ｓｉ投入量は、スクラップ溶解期のＣｒ酸化を防止するために、スクラップ溶解完了時の溶鋼中に０．３％以上含有されていることを目指して投入する。
【００３２】
また、生石灰投入量は、Ｓｉ酸化に伴い生成されるスラグの塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）を、スクラップ溶解完了時の溶融スラグの生成と、後に続く脱燐工程での精錬の両方を考慮して、後の脱珪工程完了時に好適な１．５〜３．０の範囲になるように、Ｆｅ−Ｓｉ合金中およびスクラップ中のＳｉ量を考慮して定める。ただし、ＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔを下回ると、スラグの絶対量が少なく、後のスラグ排出が困難になるため、ＣａＯ量の下限を２０ｋｇ／ｔとした。
これらを添加し終わり、全量が溶解した時点で溶落とし、溶鋼サンプルを採取した。
【００３３】
（ｉｉ）脱珪工程
本発明の説明において、「脱珪工程」とは「溶解期後、溶鋼中Ｓｉ含有濃度が０．０５％以下に低減するまでの期間」を意味する。前記の溶解期に続いて、脱燐工程を開始する前に溶鋼中のＳｉを除去するために、この溶落サンプルのＳｉ値から計算される溶鋼中のＳｉ１％あたり、７．６Ｎｍ３／ｔの気体酸素（Ｓｉ値が０．５％なら３．８Ｎｍ３／ｔ）を吹き込み、脱珪工程を実施した。
【００３４】
この送酸が終了次第、溶鋼サンプル採取および溶鋼温度測定を行い、それぞれ、脱珪後サンプルおよび脱珪後温度とした。ここで、脱珪時の酸素量が過剰であると、溶鋼中Ｃｒが過剰に酸化されてしまうため、脱珪工程完了の目標管理値として、Ｓｉ＝０．０５％になるように酸素を吹込む。
【００３５】
（ｉｉｉ）脱燐工程
本発明の説明において、「脱燐工程」とは、「脱珪工程後、酸素源を添加した後、炉内生成スラグの排出を完了するまでの期間」を意味する。脱珪工程を必要に応じて実施した後、Ｎａ２Ｏ源であるＮａ２ＣＯ３を溶鋼１トン当たりＮａ２Ｏ質量で３．５〜１１．８ｋｇ添加し、通電による昇温でスラグの滓化を促しながら酸素ガスまたはＦｅ２Ｏ３を添加することで脱燐工程を実施して、Ｎａ２Ｏ添加量および酸素供給量が及ぼす脱燐効果を調査検討した。Ｎａ２Ｏ源の化合物組成は特に限定されず、メタ珪酸ソーダなどでもよい。酸素源を気体酸素換算で１．５〜５．５Ｎｍ３／ｔ添加した後に、炉を１５°傾動させた。また、このときに溶鋼サンプルを採取し、脱燐後サンプルとした。スラグが炉外に流れ出なくなったことを目視で確認してから、炉を水平（傾きは０°）に戻した。
【００３６】
その後、脱燐時に添加した酸素源を気体酸素に換算し、気体酸素１Ｎｍ３／ｔあたり、Ｓｉ分で２．０ｋｇのＦｅ−Ｓｉ合金を添加し、還元工程とした。還元剤を投入した後、出鋼した。
【００３７】
次に、本発明における数値限定の理由を説明する。
（ａ）溶解期のＳｉ量：６．０〜１０．０ｋｇ／ｔ、ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量：２０ｋｇ／ｔ以上
Ｃを０．１〜０．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％含むスクラップであって、Ｃｒを１．５〜２．０％含むもの約４０トンを電気炉に装入し、加炭剤とスクラップ中に含有されているＣとを合わせたＣ質量で、８．６〜１３．２ｋｇ／ｔになるように加炭剤を投入した。
【００３８】
加炭剤の投入と前後して、合金鉄とスクラップ中に含有されているＳｉとを合わせたＳｉ質量が３．６〜８．５ｋｇ／ｔの範囲で電気炉内へ投入し、溶解期に投入するＳｉ質量が溶解期における溶鋼のＣｒロスに及ぼす影響を調査した。なお、この合金鉄投入時には、脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４４．４ｋｇ／ｔ投入した。
【００３９】
表１には、装入量、配合Ｃｒ濃度、石灰量、溶解期Ｃ量、溶解期Ｓｉ量、溶落Ｓｉ量、溶落塩基度、溶落Ｃｒ濃度、Ｃｒロス濃度、脱珪後Ｓｉ濃度、脱珪後塩基度、溶解期Ｃｒロス率、及びＣｒロス評価をまとめて示す。
【００４０】
図１は、溶解期Ｓｉ量と溶解期Ｃｒロス率との関係を示すグラフである。
図１にグラフで示すように、溶解期に投入する溶解期Ｓｉ質量を６．０ｋｇ／ｔ以上にすると、溶解期Ｃｒロス率を安定して１０％以下に低減できることが判明した。
【００４１】
Ｓｉは、Ｃｒよりも先行して酸化されるために、溶解期の投入Ｓｉ量が増加すると、空気巻き込みに起因したＣｒの酸化を抑制できる。その一方で、溶解期Ｓｉ量が増加すると溶落時のＳｉ濃度も増加することから、脱珪時の酸素量が増加し、酸化熱により溶鋼温度の上昇が過剰になるとともに、生成スラグの塩基度調整に必要なＣａＯ量が増加し、スラグ量が増加してしまう。
【００４２】
したがって、溶解期のＣｒロス濃度を低減するために、溶解期に投入するＳｉ質量を６．０ｋｇ／ｔ以上とする一方、そのＳｉ投入量は１０．０ｋｇ／ｔ以下とすることが実際上適切である。
【００４３】
また、上記したようにＳｉ投入に合わせて、脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、生石灰を投入するが、その投入量はＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔを下回ると、スラグの絶対量が少なく、後のスラグ排出が困難になるため、ＣａＯ量の下限として２０ｋｇ／ｔは必要である。
【００４４】
（ｂ）脱燐期Ｎａ２Ｏ量：６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、脱燐期酸素源：気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ
スクラップ条件や加炭材投入条件を前記した表１に係る調査条件と同一にした他、その調査結果である、溶解期に投入するＳｉ質量を６．０〜１０．０ｋｇ／ｔとし、それに合わせて脱珪期終了後のスラグ塩基度が１．５〜３．０になるように、２０ｋｇ／ｔ以上の生石灰を投入して、脱燐期におけるＮａ２Ｏ投入量と酸素供給量とが溶鋼の脱燐率に及ぼす影響を調査した。
【００４５】
この調査では、脱珪期の終了後、脱燐期を開始する際に、電気炉内へＮａ２ＣＯ３をＮａ２Ｏ質量で３．５〜１１．８ｋｇ／ｔ投入し、通電による温度上昇でスラグの溶融滓化を促進しつつ、酸素源として気体酸素又は鉄鉱石を供給して脱燐期を開始した。
【００４６】
その酸素供給量を、気体酸素の量に換算して３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔの範囲で統一して、Ｎａ２Ｏ供給量と脱燐率との関係を調査した結果を、表２および図２に示す。表２には、脱燐期の条件及び脱燐能（配合Ｃｒ濃度、Ｎａ２Ｏ量、酸素源、酸素源種類、脱珪後燐濃度、脱燐後燐濃度、脱燐率及び脱燐性評価）を示し、図２には、脱燐期Ｎａ２Ｏ量と脱燐率との関係をグラフで示す。
【００４７】
表２および図２に示した結果から、この調査条件では脱燐期におけるＮａ２Ｏ供給量である脱燐期Ｎａ２Ｏ量を６ｋｇ／ｔ以上にすると、脱燐率が４０％以上と顕著に向上することが判明した。
【００４８】
Ｎａ２Ｏは、ＣａＯ−ＳｉＯ２系スラグを低融点化させるために、投入量が多ければ流動性が向上する。しかしながら、多量に添加すると、Ｎａの蒸発に起因した白煙が発生するため、操業上の観点から、上限を設ける必要がある。今回の調査範囲である１２．０ｋｇ／ｔでも集塵により対応できる程度であり、操業上問題なかったが、脱燐率向上効果を勘案して１０ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましいといえる。
【００４９】
次に、Ｎａ２Ｏ投入量と酸素源供給量以外の条件を表２に係る調査条件と同一にし、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一し、脱燐期における酸素供給量を１．５〜５．５Ｎｍ３／ｔの範囲で変化させて、その酸素供給量が溶鋼の脱燐率および復燐率に及ぼす影響を調べた。
【００５０】
条件及び結果を表３及び図３に示す。表３には、脱燐期の条件及び復燐率（配合Ｃｒ濃度、Ｎａ２Ｏ量、酸素源、酸素源種類、脱珪後燐濃度、脱燐後燐濃度、還元後燐濃度、脱燐率、復燐率、脱燐性評価及び流動性評価）を示し、図３には、脱燐期の酸素量と復燐率との関係をグラフで示す。
【００５１】
表３に示すように、この条件下では、酸素供給量が３．０Ｎｍ３／ｔ以上になると脱燐率４０％以上が得られることが判明した。しかし、表３および図３に示したように、酸素供給量が４．５Ｎｍ３／ｔを超えると、還元期後の復燐率が１５％以上に悪化してしまうことも判明した。
【００５２】
したがって、本発明の目的、すなわち、Ｃｒ鋼において蛍石を使用せずに脱燐を行う際に鋼中Ｃｒの酸化に起因したＣｒ２Ｏ３生成によるスラグの高融点化を防止し、流動性を確保した上で脱燐反応を促進させることに照らし、脱燐処理終了後の溶鋼中燐濃度すなわち還元期後の溶鋼中燐濃度を効率的に低減するには、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一した条件下において、脱燐期における酸素供給量を３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔの範囲で調整することが適切であるといえる。
【００５３】
なお、上記の脱燐期における酸素供給量は、Ｎａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔに統一した条件下におけるものであるが、先に酸素供給量を３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔの範囲で統一してＮａ２Ｏ供給量を６ｋｇ／ｔ以上にすると、脱燐率が４０％以上と顕著に向上することを説明した。それぞれの調査上の統一条件であるＮａ２Ｏ投入量を６．６〜７．５ｋｇ／ｔと、酸素供給量を３．０〜３．５Ｎｍ３／ｔとは、両方とも脱燐促進に係る量的条件の下限側にあって、それらの上限をそれぞれ１２．０ｋｇ／ｔ、４．５Ｎｍ３／ｔに増加しても、脱燐反応促進上の問題は考えられない。したがって、所定の溶解期、脱珪期を経てきた電気炉内の溶鋼およびスラグに対し、溶解期における適切なＮａ２Ｏおよび酸素の供給条件は、それぞれ６．０〜１２．０ｋｇ／ｔおよび３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔの範囲である。
【実施例】
【００５４】
電気炉にＣｒを１．０〜２．０％を含む４０トンのスクラップを原料として溶解した。溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．６〜１３．２ｋｇ／ｔのＣを添加し、スクラップ中ＳｉとＦｅ−Ｓｉ合金中Ｓｉとを合わせて、Ｓｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源であるＣａＯ含有媒溶剤として生石灰をＣａＯ質量で２０．０〜４４．４ｋｇ／ｔ投入した。
【００５５】
溶落において溶鋼サンプルを採取し、溶解完了時の溶鋼中にＣが０．５％以上含有されていること、およびＳｉが０．３％以上含有されていることを確認した。また、溶落時のＳｉ濃度から計算されるＳｉ１％あたり、７．６Ｎｍ３／ｔの気体酸素を吹き込み、脱珪工程を実施した。
【００５６】
その後、Ｎａ２Ｏ源であるＮａ２ＣＯ３を溶鋼１トン当たりＮａ２Ｏ質量で６．０〜１０．０ｋｇ添加し、通電による昇温でスラグの滓化を促しながら酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加した後に、炉を１５°傾動させた。また、このときに溶鋼サンプルを採取し、脱燐後サンプルとした。スラグが炉外に流れ出なくなったことを目視で確認してから、炉を水平（傾きは０°）に戻した。
【００５７】
その後、脱燐時に添加した酸素源を気体酸素に換算し、気体酸素１Ｎｍ３／ｔ当り、Ｓｉ分で２．０ｋｇのＦｅ−Ｓｉ合金を添加し、還元工程とした。還元剤を投入した後、出鋼した。出鋼時の溶鋼サンプルを採取し、還元後サンプルとした。
【００５８】
その結果、ＣａＦ２を用いずに、溶解期のＣｒロスが１０％以下であって、溶鋼の脱燐率が４０％以上、かつ、溶鋼の復燐率が１５％未満である効率的な脱燐処理が行えていることが確認できた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、
脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加すること
を特徴とするＣｒを１．０〜２．０質量％含有する溶鋼の電気炉脱燐方法。
【請求項１】
溶鋼の電気炉精錬方法における溶解期において、スクラップ中Ｃと加炭材中Ｃとを合わせてＣ質量で８．０〜１４．０ｋｇ／ｔ、スクラップ中Ｓｉと合金鉄中Ｓｉとを合わせてＳｉ質量で６．０〜１０ｋｇ／ｔ、およびＣａＯ源を脱珪後塩基度が１．５〜３．０であって、かつ、該ＣａＯ源に含まれるＣａＯ量が２０ｋｇ／ｔ以上であるように添加し、
脱燐期にＮａ２Ｏを６．０〜１２．０ｋｇ／ｔ、酸素源を気体酸素換算で３．０〜４．５Ｎｍ３／ｔ添加すること
を特徴とするＣｒを１．０〜２．０質量％含有する溶鋼の電気炉脱燐方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１９１５（Ｐ２０１３−１９１５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１３１２（Ｐ２０１１−１３１３１２）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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