专利名称：含铬熔融金属的精炼方法
技术领域：
本发明涉及一种用电炉等制造含铬熔融金属的精炼方法。
背景技术：
含铬钢，特别是不锈钢中含有大量铬。该熔融金属中的铬为高价金属，因此如果精炼温度低，铬比铁更容易被氧化，在精炼工序中成为损耗，造成重大的经济损失。
制造不锈钢的工艺一般采用电炉法。该方法是通过电能将金属废料和合金铁进行加热、熔融和升温的工艺，特别是含有铬·镍的奥氏体系不锈钢几乎都是通过该方法对其粗熔融金属进行熔制。当用电炉制造不锈钢时，由于原料废金属、合金铁的堆积密度小，因此要分两次或三次将其装入电炉内，用电能顺次将其熔融。完全熔融后还要继续通电，对熔融金属进行升温，达到预定温度后排出熔融金属。排出的熔融金属在进行排渣后，用称为AOD(Argon Oxygen Decarburization)或VOD(VacuumOxygen Decarburization)的精炼炉进行脱碳精炼，再进行成分调整后用连续铸造机铸造成等半成品。
另一方面，在普通钢的电炉操作中，为了促进金属废料的熔融，从炉壁或出渣口的出口通过喷嘴吹入氧气，利用由于金属废料的切割、燃烧时产生的热实施熔融。这在《最近炉制钢法的进展》(日本钢铁协会、1993年10月发行、P51～67)中有记载。金属废料熔融后，一边继续通电加热，一边从上述喷嘴吹入氧气，使熔融金属中的碳燃烧，通过氧气喷射及产生的CO气体对熔融金属进行搅拌，进行所谓脱碳、升热操作。熔融金属达到预定的碳浓度和温度后进行排出，用LF(Ladle Furnace)等2次精炼装置进行成分调整等。
一般而言，电炉的熔融金属搅拌力小，熔融金属均匀混合所需的时间长。原因在于，只是通过电极通电的方式对熔融金属进行搅拌。即使导入底吹或顶吹气体，由于形状，熔融金属的深度浅，且熔融金属的表面面积大，因此搅拌熔融金属的效率极差。
熔制不锈钢时，如上所述，金属废料、合金中含有铬，为了防止该铬被氧化，与普通钢的电炉操作相同，通常回避向熔融金属中吹入氧而进行熔融金属脱碳的做法。姑且不管出于任何目的，向不锈钢熔融金属中吹入氧，则铬氧化量增大，在排出时需要用硅合金等将该铬还原，回收高价的铬。因此，在不锈钢的电炉操作中，通常不会向电炉内的熔融金属吹入氧气，而对熔融金属进行主动脱碳(积极脱碳)的操作。熔融金属的脱碳，通过称为AOD、VOD等2次精炼装置，利用真空、惰性气体稀释、强搅拌等使得尽可能不使熔融金属中的铬被氧化的方法。
用电炉熔制不锈钢时，以购入不锈钢废料以及在工厂内回收的不锈钢废料等不锈钢废料为主进行原料配合。理想地，优选全部原料都由不锈钢废料组成，但从城市中无法充分地获得不锈钢废料。可获得的不锈钢废料量因该工厂所在的位置不同而有所不同，配合比为20～60质量％左右。因此，分别配合普通钢和铬·镍的合金铁作为剩余的配合原料，作为不锈钢的替代。在该铬·镍的合金中含有大量的碳。例如，在高碳铬铁合金铁中含有6～8质量％的碳，高碳镍铁合金铁中含有2～3质量％的碳。配合这些物质的结果，全体原料中平均碳量一般为1～2质量％左右，最多为2.5质量％。
作为熔融金属中的不纯物，必须将这些物质除去，如上所述，用搅拌力弱的电炉，即使吹入氧，也难于在不使铬氧化损失的情况下有效地进行脱碳。因此，可以用AOD、VOD之类的2次精炼炉，用惰性气体使氧气稀释，利用真空，或对熔融金属进行强搅拌从而可以有效地进行脱碳。但当用2次精炼炉对含碳熔融金属进行脱碳时，精炼时间由其氧供给速度确定。例如，在AOD情况下，由于在大气下进行精炼，因此通过使底吹氧流量增大，或者设置顶吹喷嘴，以高氧流量吹入到熔融金属中，即使上述熔融金属中碳浓度为2～2.5质量％，也可以达到精炼。另一方面，在VOD情况下，由于在真空下吹氧，大的送氧速度要求真空排气能力增强，此外飞溅增加，金属锭等操作容易变得困难。因此，与AOD相比，用VOD的设备可以操作的氧流量受到大幅度限制，因此，在处理开始时的熔融金属中碳浓度限制在0.2～0.3质量％范围内，例外地，其也可限制在0.7质量％。这样，如果从电炉中排出的熔融金属中碳浓度过高，则处理时间显著延长，生产性降低，2次精炼成本增高，最糟的情况是其工艺不能实现。因此，考虑到2次精炼的脱碳能力，必须限制用电炉时的最终碳浓度。
由于用该电炉的排出碳浓度具有限制，需要在配合于电炉的原料中具有使用铁水、生铁块、DRI(直接还原铁)、HBI(热压块铁)等含碳铁源。例如，在具有高炉的制铁所中，可以比较便宜地得到铁水、生铁块。又，在天然气、石油、煤等能源资源为主的地方，用铁矿石的直接还原法可以比较便宜地制备DRI、HBI等。另一方面，在国内产业不发达的地域，大量消费钢铁的历史短，金属废料的产生少，必须从国外有剩余金属废料的地域进口。在这种情况下，与金属废料大量产生地相比，金属废料价格相当高。因此在有的地域，使用铁水、生铁块、DRI、HBI等作为电炉的铁源，比使用金属废料在经济上有利。
在普通钢的电炉中，如上所述，从技术方面考虑氧气是可以使用的，将该含碳铁源积极地导入，可以享受经济上所具有的优势(例如，参照第114、115次西山纪念讲座《最近的电炉操作技术的进步》、日本钢铁协会、1986年9月发行、P55～60及P246～273)。另一方面，希望积极将铁水、生铁块、DRI、HBI等含碳铁源用于电炉的不锈钢制造。但是，如上所述，使用含碳铁源使配合原料中的碳浓度增高，从技术方面考虑，在不锈钢熔制的电炉中还不能使用氧气，在这种现状下，电炉排出熔融金属中碳浓度增高，超过了用2次精炼炉的吹氧脱碳所允许的碳浓度界限。
在目前的不锈钢熔制用电炉中，尚不能够有效利用该含碳铁源的技术，因此强烈希望能够解决该问题。
发明内容
本发明提供了一种操作方法，该方法在使用电炉对以不锈钢为首的含铬熔融金属进行熔制中，由于积极利用铁水、生铁块、DRI、HBI等含碳铁源，在技术上使使用氧气成为可能，并且使以适当比例含有铬的合金铁熔融，并且熔融金属中铬的氧化损失最小。
其要点如下所述。
1、一种含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类(日文原文为地金)之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器中，用电能进行加热、熔融的同时，吹入氧气或含氧气体将熔融金属中的碳氧化除去，当达到预定的温度、碳浓度后，停止吹入氧气或含氧气体，然后连续或间歇地投入含铬合金铁和含铬金属粉之中的之一或两者，通过电能进行熔融。
2、根据1记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器中，首先只通过电能进行加热、熔融，然后吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳氧化除去。
3、根据1或2记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于连续或间歇地投入含铬合金铁和含铬金属粉之中的之一或两者，在通过电能进行熔融时，吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳或碳和硅除去。
4、根据3记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将含铬合金铁和含铬金属粉之中的之一或两者连续或间歇地投入终止后，吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳或碳和硅除去。
5、根据1～4中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于通过底吹气体、顶吹喷射气体、电磁感应搅拌装置的至少一种在精炼容器中对熔融金属进行搅拌。
6、根据1～5中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器时，装入除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类以及金属废料之中的一种或两种和作为含碳铁源的冷铁源，或在装入后设置用于装入铁水的空间，装入铁水等含碳铁源。
7、根据1～6中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于在将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器时，在将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和作为含碳铁源的冷铁源装入后，在将铁水等含碳铁源装入前，对该冷铁源进行预热。
8、根据1～7中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于在对精炼容器供给电能时，相对于含电极的1式电源，在每1次热处理中向两个精炼容器交替通电。
9、一种含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于权利要求1～8中任何一项记载的熔制方法得到的熔融金属及熔渣排出到铁水包等容器里。
图1(a)～(e)为本发明的使用电炉工艺中，铁水使用方法的示意图。
图2为本发明的电炉操作图案的示意图。
图3(a)～(e)为通过以往方法的使用电炉工艺中，铁水使用方法的示意图。
图4为表示含铬熔融金属中铬浓度、碳浓度、熔融金属温度的平衡关系。
具体实施例方式
通过附图对本发明进行详细说明。
本发明的电炉中含铬熔融金属熔制方法的概念图，如图1所示。在熔融前首先将预先配合的主原料3(冷铁源)装入作为精炼容器的电炉1中。主原料包括作为金属废料的购入以及在所内回收不锈钢废料、普通钢废料、以及作为除了含铬合金铁之外的合金铁、金属锭类的Ni金属锭及Ni合金铁等不含铬合金铁类等。此外，可以使用DRI或HBI等作为含碳铁源的冷铁源。又，通常也将生石灰、白云石、萤石等副原料装入炉内。
装入结束后提供电能，通常使用电极4下降而通电的方法。通电开始后，将作为含碳铁源的铁水等装入电炉内。在铁水的装入过程中继续通电，从而促进炉内金属废料等的熔融。
作为铁水等的装入方法，将设置于排出孔对侧的排渣用孔的铁水装入门14打开，将铁水装入板7固定，将置于铁水装入台车6的铁水锅5搬送到铁水装入板，倾斜铁水锅，使锅内的铁水流到铁水装入板上，从而装入到电炉内。又，除了该方法，还有停止通电，将炉盖打开，用使铁水锅倾斜而将铁水从电炉的上方装入的方法，从排出孔侧的板导入的方法等。在这些方法中，可以采用对于电炉的类型、形状、与其他设备的适合等各种设备、操作条件最适合的方法，本发明可以使用这些方法中的任何一个。
随后，在铁水装入终止后，继续连续通电熔融，为了促进炉内金属废料、金属锭、合金铁的熔融及将铁水中碳除去，用氧气或含氧气体进行吹氧。这里的氧气是指纯氧，此外含氧气体为将Ar、N2等惰性气体或CO2等气体单独或组合而与氧气混合的气体。当使用惰性气体等与氧的混合气体时，尽管脱碳所需时间加长，但由于氧分压降低而具有使脱碳的氧效率提高的效果，因此使用哪种方法可以适当选择。
当炉内的冷铁源熔融基本终止后继续通电及吹氧脱碳，直至熔融金属的温度及碳浓度达到预定值。这里所说的预定值，是根据后述图4为根据，熔融金属的温度设定在不引起耐火物等熔损的程度上，又，熔融金属的碳浓度可以在不导致铬被氧化的范围内适当设定，并无特别规定，通常在熔融金属碳浓度为约0.4～1.6质量％、熔融金属温度为1500～1600℃下实施。
炉内的熔融金属11达到上述预定的碳浓度、温度后，停止吹氧，从炉上料斗分别将含铬合金铁(以后称为高碳铬铁合金)、含铬金属粉单独或两者一起(可以混合)连续投入。继续通电，使电力的供给速度进一步上升，调整高碳铬铁合金的投入速度以使熔融金属的温度能够基本保持上述预定的温度。为了使高碳铬铁合金的投入时间缩短，优选尽可能使投入速度增快，但如果投入速度过快，则投入的高碳铬铁合金一部分没有熔融便积聚在炉内，投入终止后还需继续熔融或存在于炉内熔融效率差的地方，其结果是有时熔融时间延长，因此考虑到这一点，优选适宜设定投入速度。
又，有时无法用投入装置连续投入，在这种情况下则须间歇投入。使用含铬合金铁1次投入量尽可能少从而使投入次数增加的方法，以保持含铬合金铁的投入速度与电力供给产生的熔融速度的平衡。含铬合金铁的尺寸小则熔融时间缩短，因此优选，但如果过小，则当将含铬合金铁通过破碎变为小比例时，粉化率增大，而且将其团块化需要费用，需要多余的成本。因此，考虑到总成本，优选含铬合金铁具有最佳尺寸大小。又，优选地，考虑电炉内形状或供给电力的电源容量(容量)及炉内耐火物、水冷壁等的程度、炉上含铬合金投入装置的装备水平等，设定各电炉最佳的含铬合金的投入方法、速度。
根据以上记载的本发明所涉及的方法，首先将除去含铬合金铁的冷铁源熔融，在铬浓度低的状态下进行吹氧脱碳，然后只用电能将含铬合金铁熔融、升热，当原料中使用含碳铁源对含铬熔融金属进行熔制时，产生了可以显著抑制铬氧化的效果。
对上述作用进行理论上的考察。图4为熔融金属中铬浓度、碳浓度及熔融金属温度的平衡关系图。不锈钢溶钢中铬，其温度越高，碳浓度越高，不易被氧化，又，铬浓度越高，越易于被氧化。即，附图曲线右上领域意味着铬难于被氧化，左下领域意味着铬容易被氧化。因此，熔融铬时，尽可能在曲线的右上领域实施成为抑制铬氧化的关键。特别地，当氧化去除熔融金属中的碳时，优选尽可能在铬浓度低的状态下进行。
又，本图表示平衡状态，有必要从速度论方面进行考虑。与转炉、AOD等比较，电炉即使在精炼炉内，炉内熔融金属的搅拌力也很差。转炉、AOD等用炉形状及顶吹氧和底吹气体产生的对熔融金属的强搅拌，使精炼中熔融成分及温度近于均匀状态。但是，由于电炉熔融金属深度浅，为所谓车型的形状，或无底吹搅拌气体，或流量极小，因此熔融金属的搅拌弱，精炼中熔融金属成分及温度不能说是均匀的。因此，在图4平衡图上，作为熔融金属整体即使成分、温度都处于铬难以被氧化的领域，作为局部的熔融金属成分，由于铬浓度高或碳浓度低，实际上存在着成分、温度处于在平衡上铬容易被氧化的区域。
从以上理论上的考察可以看到，为了在电炉中使用含碳铁源，在抑制铬氧化的同时实施含铬熔融金属的熔制，不象用以往方法进行的那样，将全部原料熔融，在熔融金属中铬浓度高的状态下进行吹氧脱碳，而如本发明这样，将含铬合金铁以外的冷铁源熔融，在铬浓度低的状态下进行吹氧脱碳，然后只用电能将含铬合金铁于高温、高碳浓度熔融金属中熔融、升温，该方法极为合理，从而完成了本发明。
下面就将初期装入的除了含铬合金铁之外的合金铁等冷铁源和铁水进行通电熔融及吹氧脱碳时的其他实施形态进行说明。
将初期装入的除了含铬合金铁之外的合金铁等冷铁源和铁水进行通电熔融及吹氧脱碳时，如果在固相的冷铁源和液相的铁水共存状态下进行吹氧，则有时引起低温状态下的氧化，容易产生铁的氧化及铬的氧化。因此，优选地，在两者的混合状态下，温度相对低时，只用电能进行熔融，在液相比率提高到某程度时进行吹氧脱碳。这里对两者混合状态下温度和上述液相的比率并无特别规定，可以适当设定。
下面对一边投入含铬合金铁或含铬金属粉的任意一种或两种，一边在用电能熔融时的氧气或含氧气体的吹送进行说明。
通过一边将含铬合金铁或含铬金属粉从炉上连续投入，在用电能保持熔融金属温度时，进行氧气或含氧气体的吹入，发现对温度保持及促进高碳铬铁合金的均匀熔融具有很大效果。这里所说的氧气是指纯氧，含氧气体是指将Ar、N2等惰性气体或CO2等气体单独或组合而与氧气混合的气体。
但是，由于氧多时将促进铬的氧化，因此通过降低氧流量或用惰性气体等使其稀释而进行吹氧，可以使铬的氧化达到最小限度，而且可以保持温度及高碳铬铁合金的均匀熔融。进而还可以进行熔融金属中的碳或硅的氧化去除。当使用惰性气体等和氧气的混合气体时，尽管脱碳或脱硅所需时间延长，但由于氧分压降低，因此具有使脱碳的氧效率提高的效果，因此对于使用哪种方法可以进行适当选择。在该方法中，最佳的氧流量及惰性气体的稀释比率等因各个电炉的不同而不同，需通过操作上的经验来决定。
下面对一边投入含铬合金铁或含铬金属粉的任意一种或两种，一边在用电能熔融时的氧气或含氧气体的吹送的其他形态进行说明。
即，在供给电能的状态下，在完成投入含铬合金铁或含铬金属粉的任意一种或两种后，进行氧气或含氧气体的吹入。
高碳铬铁合金等投入、熔融终止后，熔融金属中碳、硅上升。这些是高碳铬铁合金中含有的成分，熔融中由于不使用氧，因此便原封不动地转移到熔融金属中。然后，通过吹入氧气或含氧气体，进行碳或硅的氧化去除。氧气或含氧气体从吹氧被吹入熔融金属中。由于其中硅比熔融金属中的铬更容易被氧化，因此脱硅中铬的氧化损失极小。
优选地，熔融金属中的硅并不都被脱除，在熔融金属中残留约0.4质量％左右的硅，从而终止吹氧，原因在于例如在后工序中使熔融金属与熔渣混合时，硅可以还原铬酸。
又，在吹入氧气或含氧气体时可以停止通电，如果继续进行则可以将熔融金属温度迅速升温到约1500～1600℃左右。
如上所述，由于电炉的形状及搅拌源的不足，熔融金属的搅拌力很弱。因此，在装入冷铁源及铁水后的通电、吹氧中，可能会有氧化铬、氧化铁生成。在连续或间歇投入铬合金铁等的熔融时，可能无法实现均匀地迅速熔融。
因此，为了赋予熔融金属的搅拌力，采用的方法是从底吹口或天井部或从侧壁通向熔融金属的浸渍喷嘴等向熔融金属内吹送氩、氮等惰性气体，在炉底近边设置电磁感应搅拌装置，用电磁力对熔融金属进行搅拌。
这样，在装入冷铁源及铁水后的通电、吹氧时，可以促进冷铁源的熔融、熔融金属的升温、脱碳。又，在含铬合金铁等的熔融时，可以促进含铬合金铁等的熔融、熔融金属的升温、脱碳、脱硅。
装入冷铁源、铁水时，铁水容易进入炉内，因此在操作上优选。例如，如果在侧壁设计有铁水装入门近边的炉内空间填充金属废料，装入的铁水可能不从铁水板顺利地滑入炉内，而泄漏到炉外，因此，要使装入速度极端降低，进行长时间的铁水装入。又，当铁水装入终止而向炉内吹入氧时，如果氧喷嘴前面有金属废料，则氧直接接触金属废料，容易引起金属废料中的铁成分被氧化，或不锈钢屑中的铬过度被氧化。
因此，当将铁水装入冷铁源投入的炉内时，优选留出空间。作为具体的实施方法，可以按如下做法进行实施例如，在金属废料装入后，用将铁水装入的地方压缩，留出空间，或在装入金属废料时预先用阻挡板等留出空间。又，当从电炉顶方装入铁水时，用电极通电，在金属废料中开孔，将铁水注入其中。
下面对熔融冷铁源前的预热方法进行说明。将冷铁源预热后，投入铁水等，通过进行熔融、吹氧，容易引起冷铁源的熔融，由于对节约电能有贡献，因此优选。
对预先装入的金属废料进行预热一般在电炉中进行，但在不锈钢的电炉制造中并不太普遍。原因在于，预先装入的金属废料、合金铁的平均铬浓度高，铬氧化损失大，从而抵消了电能节约的优点。
但是，在本发明中，由于预先装入的冷铁源为不锈钢废料及普通钢废料、除了含铬合金铁之外的合金铁、金属锭类及去除铁水的含碳铁源等冷铁源，因此它们的平均铬浓度低。因此，被氧化的铬损失小，可以享受电能节约的优点。
金属废料等冷铁源的预热方法可以与通常的金属废料预热相同地进行实施，或利用从其他电炉排出的气体为热源，或利用通过将液体、固体、气体燃料的任何一个以上组合的燃料而得到的热源。
又，作为预热之外的利用方法，其包括在将冷铁源及铁水装入后，用电能进行加热、熔融，在用含氧气体进行脱碳、升温的同时，在炉内使LNG、LPG、重油、轻油等燃料燃烧从而促进加热、熔融、升温，在生产性提高方面产生很大的效果。
又，与含有电极的1式电源相比，通过每1次热处理交替向2个电炉通电进行加热、熔融、升温等，可以有效地在电炉中进行生产。
作为具体例，首先，在一炉中，在铁水装入后，从通电、吹氧脱碳开始一直进行到脱碳终了后的含铬合金铁的连续或间歇投入中的通电熔融，在另一电炉中进行从含铬合金铁投入、熔融终止后的调整脱硅开始一直进行到熔融金属排出、排渣、炉修补、装入冷铁源及装入铁水。相互重复进行该操作，可以有效地供给电能，实现生产性的提高。
装入铁水及脱硅的调整不必在通电中进行，可以选择与各电炉的设备、操作条件相适合的方法。
又，如上所述，优选地，用本发明的方法熔制的熔融金属中的硅并不都被脱除，在熔融金属中残留约0.4质量％左右的硅，从而结束吹氧，原因在于例如在从后工序的电炉排出到铁水包中时，积极地将熔融金属与熔渣混合时，熔融金属的硅可以还原熔渣中的铬酸。这里，作为使熔融金属与熔渣混合的方法如下所述。
即，脱硅、升温终止，达到目标温度和成分后停止吹氧、通电，使电炉倾斜，将炉内的熔融金属与熔渣一起排出到铁水包中。排出中炉内的熔渣同时在锅内排出，在锅内对熔融金属和熔渣进行强搅拌，熔融金属中的硅将熔渣中的铬酸还原。这样，在熔融中产生的铬酸在熔渣中浓度减少的同时，熔融金属中铬浓度上升。铁水包内熔渣中铬浓度降低，则熔渣的熔点降低，流动性提高，随后进行的熔渣排渣操作变得容易，锅内残留的熔渣也大幅度减少。熔渣排渣后，将该粗熔融金属装入后工序的AOD中。
实施例用图1及图2对本发明的实施例进行说明。图1为电炉中含铬熔融金属熔制方法的概念图，图2为用本发明的电炉法熔制作为一般不锈钢的18％Cr-8％Ni钢的操作图案。
如图1(a)所示，熔融前首先将预先计算好配合量的主原料3(冷铁源)用金属废料料斗2装入电炉1中。主原料分为购入及在所内不锈钢废料、普通钢废料、Ni金属锭及Ni合金铁等不含铬的合金铁类。如图2所示，这里装入的主原料3(冷铁源)为不足全部主原料的约30％，即使考虑堆积密度，用1料斗可以充分装入炉内。此外，生石灰、白云石、萤石等副原料也从料斗10装入炉内。
装入终止后，如图1(b)所示，将炉盖13盖上，使电极4下降，开始通电。通电开始后，将设置于出料口对侧的排渣用孔的铁水装入门14打开，固定铁水装入板7，将装载于铁水装入台车6上的铁水锅5搬送到铁水装入板上，边倾斜旋转铁水锅边使锅内的铁水流到铁水装入板上，从而装入到电炉内。在铁水装入中仍继续通电，促进炉内金属废料等的熔融。
原料的具体配合例、平均成分、平均温度、电力、吹氧图案等如图2所示。原料配合为不锈钢废料10质量％、普通金属废料2.7质量％、铁水45质量％、Ni金属锭5.2质量％、Ni合金铁8.3质量％、含铬合金铁28.7质量％。初期将除了含铬合金铁之外的冷铁源和铁水熔融、吹氧脱碳时熔融金属中的平均铬浓度约为2.7质量％。然后，如图1(c)所示，一边将该除了含铬合金铁之外的铁源进行通电熔融，一边进行吹氧脱碳，使熔融金属温度为1550℃，碳浓度约为1质量％。由于对低铬浓度的熔融金属进行吹氧脱碳，因此熔融金属中铬的氧化损失很小。然后，如图1(d)所示，用炉上料斗10将高碳铬铁合金连续投入，用高电力进行通电，使熔融金属温度保持在1550℃。然后，如图1(e)所示，用约20分钟完成投入和熔融，为了在降低电力的同时降低熔融金属中的硅浓度，从铁水装入门装入喷嘴9实施吹氧。熔融金属硅浓度约为0.4质量％时停止吹氧，熔融金属温度为1600℃时停止通电。熔融金属碳浓度约为2.7质量％。直接倾斜旋转电炉，将熔融金属排出到铁水包，熔融金属排出终止后进行排渣，将熔融金属装入下一工序的AOD中。用该方法可以熔制18％Cr-8％Ni的熔融金属。
另一方面，作为比较例，图3表示用以往电炉工艺的铁水使用方法。如图3(a)、(b)、(c)所示，以往工艺是将包含含铬合金铁的全部金属废料、合金铁在初期装入。然后，与图1相同将铁水装入炉内。然后，如图3(d)所示，只用电能进行熔融，在基本熔融时，用吹氧将熔融金属中的碳、硅氧化去除。一般不锈钢的配合铬浓度约为18质量％，因此用该以往法进行吹氧脱碳时熔融金属中铬的平均浓度，由于将原料全部熔融，约为18质量％。脱碳、升温后，当达到预定的温度1600℃，碳浓度2.7质量％时，由于被氧化的铬以铬酸的形式存在于熔渣中，因此为了将其还原，如图3(e)所示，投入硅铁17用于还原熔渣中的铬酸，实施铬还原，将熔融金属排出。
其结果，得到的熔制溶钢的铬浓度约为18质量％。但是，与本发明法相比，增加了多余的铬酸还原用硅铁及生石灰，而且必须进行硅铁的投入及还原操作。即，由于硅铁及生石灰使用量增加从而使成本增加，以及工序增多使电炉熔制时间延长等，与本发明法相比，其在成本及生产性方面极为不利。
如上所述，本发明确立了一种其在用电炉对含铬熔融金属进行熔制中，使用含碳铁源作为主原料，使熔融金属中铬的氧化损失达到最低限度，不使AOD等后工序中的精炼时间显著延长的脱碳熔制方法。根据其制得的设备、操作上的效果如下所述。
第1，由于脱碳产生的铬氧化损失可以显著减少，因此可以减少用于铬酸还原的硅铁的使用量，以及减少与此相伴的碱度调整用生石灰、渣化用萤石及耐火物保护用白云石。又，由于可以减少炉内生成熔渣量，因此可以延长耐火物寿命及削减耐火物成本。
第2，由于投入了铬合金铁等，其含有硅，因此出料时熔融金属中硅浓度高，即使不使用还原用硅铁，通过出料过程中在铁水包内搅拌熔渣与溶钢，熔渣中的铬酸被熔融金属中的硅还原。因此，可以使用于还原铬酸的硅铁的用量为0，与此相伴的碱度调整用生石灰、渣化用萤石及耐火物保护用白云石可以大幅度削减。又，由于炉内生成熔渣量减少，因此耐火物寿命延长，可以减少耐火物成本。
第3，可以省略出料前用硅铁进行的铬酸还原，使电炉精炼时间缩短，生产性提高，消耗电力减少，减少底吹气体量。
权利要求
1.一种含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器中，用电能进行加热、熔融的同时，吹入氧气或含氧气体将熔融金属中的碳氧化除去，当达到预定的温度、碳浓度后，停止吹入氧气或含氧气体，然后连续或间歇地投入含铬合金铁或含铬金属粉之中的之一或两者，通过电能进行熔融。
2.根据权利要求1记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器中，首先只通过电能进行加热、熔融，然后吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳氧化除去。
3.根据权利要求1或2记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于连续或间歇地投入含铬合金铁和含铬金属粉之中的之一或两者，在通过电能进行熔融时，吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳或碳和硅除去。
4.根据权利要求3记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将含铬合金铁和含铬金属粉之中的之一或两者连续或间歇地投入终止后，吹入氧气或含氧气体，将熔融金属中的碳或碳和硅除去。
5.根据权利要求1～4中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于通过底吹气体、顶吹喷射气体、电磁感应搅拌装置的至少一种在精炼容器中对熔融金属进行搅拌。
6.根据权利要求1～5中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器时，装入除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类以及金属废料之中的一种或两种和作为含碳铁源的冷铁源，或在装入后设置用于装入铁水的空间，装入铁水等含碳铁源。
7.根据权利要求1～6中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于在将金属废料、除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和含碳铁源装入精炼容器时，在将金属废料或除了含铬合金铁之外的合金铁·金属锭类之中的之一或两者和作为含碳铁源的冷铁源装入后，在将铁水等含碳铁源装入前，对该冷铁源进行预热。
8.根据权利要求1～7中任何一项记载的含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于在对精炼容器供给电能时，对于含电极的1式电源，在每1次热处理中向两个精炼容器交替通电。
9.一种含铬熔融金属的熔制方法，其特征在于权利要求1～8中任何一项记载的熔制方法得到的熔融金属及熔渣排出到铁水包等容器里。
全文摘要
提供一种为了用电炉熔制含铬熔融金属，在配合铁水、DRI、HBI等含碳铁源为主原料时，抑制熔融金属中铬及铁的氧化损失，熔融、脱碳、升温方法；一种用电炉的含铬熔融金属的熔制方法，其包括将金属废料、不含铬的合金铁及含碳铁源等原料装入电炉后，通过电能进行加热、熔融、升温的同时，用氧将熔融金属中的碳氧化除去，在熔融金属达到预定温度、碳浓度后，连续投入含铬合金铁，通过电能进行熔融。
文档编号C22C33/00GK1497054SQ20031010280
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月17日 优先权日2002年10月18日
发明者山下幸介, 新井贵士, 内田新司朗, 司朗, 士 申请人:新日本制铁株式会社