JP2001001116A - 溶鋼へのBi添加方法 - Google Patents

溶鋼へのBi添加方法

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JP2001001116A
JP2001001116A JP11179266A JP17926699A JP2001001116A JP 2001001116 A JP2001001116 A JP 2001001116A JP 11179266 A JP11179266 A JP 11179266A JP 17926699 A JP17926699 A JP 17926699A JP 2001001116 A JP2001001116 A JP 2001001116A
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Osamu Kirihara
理 桐原
Nagayasu Bessho
永康 別所
Kenichi Tanmachi
健一 反町
Kenji Oshima
健二 大島
Hiroki Nishi
浩樹 西
Nobukazu Kitagawa
伸和 北川
Hiroshi Nomura
寛 野村
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 方向性電磁鋼のサブインヒビタとしてとく
に有用なBiを、インヒビタ成分の変動を伴わずに高歩留
りで鋼中に均一分散させ得る溶鋼へのBi添加方法を提供
する。 【解決手段】 溶鋼へのBi添加方法において、取鍋1を
出てタンディッシュ2内溶鋼浴MP面へ移動中の溶鋼流
MFに、例えば該溶鋼流を取り囲む取鍋ロングノズル3
壁(あるいはサンドシール10壁)に設けたBi導入口4
(あるいはBi導入口11)から、Biを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼へのBi(ビス
マス)添加方法に関する。
【0002】
【従来の技術】変圧器、発電機、回転機などの鉄心材料
に供される方向性電磁鋼板では、磁束密度が高く、かつ
鉄損が低いという特性が要求される。方向性電磁鋼板の
鉄損を小さくするには、二次再結晶方位をゴス方位と称
される{110}<001>方位に集積させるのが有効
であり、さらに、その集積度を高めるには、インヒビタ
と称される析出分散相を鋼中に均一かつ適正サイズで形
成して、一次再結晶粒の成長を選択的に抑制するのが有
効である。
【0003】インヒビタとしては、鋼に対する溶解度が
低い物質、例えばMnS 、MnSe、Cu2S、Cu2Se 、AlN など
が好適であり、これらを適正形態の析出分散相として鋼
中に残留させるために、溶製段階での鋼成分調整に種々
の工夫がこらされる。なお、インヒビタの構成元素(M
n、Se、Cu、S、Al、Nなど)をインヒビタ成分とい
う。
【0004】また、さらに、P、Sn、As、Bi、Sb、B、
Mo、Teなどの元素を付加するとインヒビタの作用(一次
粒成長選択抑制力)が強まることから、これらの元素は
サブインヒビタと称され、なかでも周期律表の5B族元
素に分類されるP、As、Sb、Biは、結晶粒界に偏析して
インヒビタの作用をより強化し、磁気特性を高めること
が知られており、さらにそのなかでも、Biは、鉄に対す
る溶解度がとくに低く、結晶粒界への偏析傾向がとくに
大きいことから、サブインヒビタとして最も有望視され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Biは、
溶鋼にほとんど溶解しないこと、比重が約10と鉄よりも
大きいこと、沸点が溶鋼温度並であることから、溶鋼へ
の添加が非常に難しい元素であり、さらに、方向性電磁
鋼板ではインヒビタ成分の適量範囲が狭いため、Biの添
加はインヒビタ成分の的中添加をより困難にする。
【0006】鋼成分調整のための合金元素添加法には、
転炉内添加、転炉出鋼中添加、RH等の真空脱ガス処理
中槽内添加(RH処理中添加)、取鍋内溶鋼への上添加
(取鍋上添加:特開平8−243700号公報)、取鍋ワイヤ
添加、タンディッシュ添加(特開平8-188825 号公
報)、モールド添加などがあるが、これらの方法でBiを
添加しようとしても、以下に述べるようにうまくいかな
い。
【0007】すなわち、転炉内添加、転炉出鋼中添加で
は、Biの沸点が溶鋼温度並であることから、投入したBi
の大部分が蒸気と化して系外に排出される。RH処理中
添加でも、減圧下で蒸発が促進され、溶鋼中にBiが残留
し難い。また、真空処理終了後の取鍋上添加、取鍋ワイ
ヤ添加、タンディッシュ添加では、溶鋼に対するBiの高
比重・難溶解性のため、投入したBiが取鍋やタンディッ
シュの底部に滞留してインヒビタの一次粒成長選択抑制
力強化に無効となるばかりか、この滞留し溶融したBiが
モールドに流れ込んでブレークアウトの原因となった
り、取鍋やタンディッシュの耐火物内に侵入して漏鋼の
原因となったりする。この滞留を回避するには、溶鋼を
攪拌することが有効であるが、攪拌すると裸湯面が露出
して溶鋼と空気との反応が過剰となり溶鋼成分の変動、
とくにインヒビタ成分の変動が大きくなって、十分な一
次粒成長選択抑制力が得られなくなる。
【0008】また、モールド添加では、溶鋼温度が低す
ぎてBi拡散が不十分なうえ、溶融Biが凝固シェルに付着
し、そこが再溶解を起こし、ブレークアウトの引き金に
なる危険性が取鍋添加やタンディッシュ添加の場合より
もさらに高い。また、特開昭61−226150号公報には、タ
ンディッシュ内に設置した耐火物で一体に成形したバブ
リング箱に溶鋼および重金属を導入し、その内で不活性
ガスを用い攪拌・均一化した溶鋼をタンディッシュ内に
導入する方法が示されているが、この方法では、特別な
タンディッシュを準備する必要があり、量産鋼の製造に
おいて、耐火物寿命、コストの点からその実用化が難し
いという問題がある。
【0009】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、方向性電磁鋼のサブインヒビタとしてとくに有
用なBiを、インヒビタ成分の変動を伴わずに高歩留りで
鋼中に均一分散させ得る溶鋼へのBi添加方法を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】まず、本発明の基礎とな
った知見を述べる。この知見は、本発明者らが小型溶解
炉を用いて、方向性電磁鋼相当の組成になる溶鋼にBiを
添加する実験を行って得たものである。それによれば、
添加温度1600℃と1500℃とでは、高温添加の方がBiの分
散は早いが放置しておくとすぐ蒸発してしまい、一方、
低温添加では蒸発はほとんど生じないが拡散が非常に遅
い。また、攪拌の効果については、添加時に強攪拌した
方が鋼のBi歩留りが向上する。ただし、高温で強攪拌す
ると蒸発速度も増加する。
【0011】また、強攪拌には上記したように成分変動
が大きくなるという副作用がある。ところが、とくに方
向性電磁鋼板では、インヒビタに適度な一次粒成長選択
抑制力を付与するためにその量とサイズを適度な範囲に
調整する必要があり、そのためには溶製段階でインヒビ
タ成分を狭い適量範囲に厳密に制御する必要があるた
め、上記強攪拌の副作用が必然的に不利な方向にはたら
く。
【0012】これらの点を勘案した結果、本発明者ら
は、取鍋内やタンディッシュ内の溶鋼プール(溶鋼浴)
への添加と強攪拌を組み合わせた従来の方法は好ましく
なく、取鍋からタンディッシュに注入されつつある溶鋼
フロー(溶鋼流)への添加という従来にない方法が好ま
しいということに想到した。すなわち、取鍋〜タンディ
ッシュ間の溶鋼フローは、流速が大きいから溶鋼プール
の強攪拌と同等なBi拡散促進効果があり、耐火物で完全
にシールされているから空気との反応による成分変動も
起こらず、かつその温度もタンディッシュ内溶鋼プール
温度に比べて高いからBiがよりよく分散する。
【0013】これらの知見に基づき、さらに検討を重ね
て成された本発明は、以下に記載の溶鋼へのBi添加方法
である。 (1)溶鋼へのBi添加方法において、取鍋を出てタンデ
ィッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流にBiを添加するこ
とを特徴とする溶鋼へのBi添加方法。 (2)溶鋼へのBi添加方法において、取鍋を出てタンデ
ィッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流に、該溶鋼流を取
り囲む取鍋ロングノズル壁に設けたBi導入口から、Biを
添加することを特徴とする溶鋼へのBi添加方法。
【0014】(3)溶鋼へのBi添加方法において、取鍋
を出てタンディッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流に、
該溶鋼流を取り囲むサンドシール壁に設けたBi導入口か
ら、Biを添加することを特徴とする溶鋼へのBi添加方
法。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係る方法(1)〜(3)
では、二次精錬終了の後、取鍋を出てタンディッシュ内
溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流にBiを添加するものとしたこ
とにより、Biは流速が大きくかつ温度の高い溶鋼流に添
加される。よって、Biは添加されると同時に高温で強攪
拌され、蒸発するいとまなく溶鋼中に均一に拡散する。
また、この溶鋼流は、通常、外気から完全にシールされ
ているから、空気との反応による溶鋼成分の変動もな
い。さらに、添加され均一拡散したBiは溶鋼流動に乗っ
てタンディッシュからモールドへと供給されることにな
る。
【0016】方法(2)は、例えば図1に示すように、
ロングノズル3を用いる場合に適したものであり、その
実施にあたっては、取鍋1底に設置されてタンディッシ
ュ2に溶鋼流MFを送り込むロングノズル3の壁(タン
ディッシュ内溶鋼浴MP面よりも高位置の部分)にBi導
入口4を設け、そこからロングノズル3内にBiを、例え
ば吹き込み装置5を用いて吹き込むようにすればよい。
なお、図1において、Fはフラックス、6はタンディッ
シュ内溶鋼浴MPの裸浴面に接する雰囲気を非酸化性雰
囲気に保持するためのArガス供給装置、7は堰、8は堰
下部の通孔、9は下方のモールド(図示しない)に通じ
る浸漬ノズルである。図1において、Biは溶鋼流MF中
に吹き込まれるので酸化することなく添加される。
【0017】方法(3)は、例えば図2に示すように、
ロングノズルを用いず取鍋からタンディッシュへ供給す
る溶鋼流に添加する場合に適したものであり、サンドシ
ール10で溶鋼流MFを囲繞して大気の入らない密閉空間
(シール領域)を形成し、そこをArガス供給装置6で供
給したArガスで満たして非酸化性雰囲気とした状況下で
添加する(図2(a))。添加にあたっては、サンドシ
ール10にBi導入口11を設け(図2(b))、そこからシ
ール領域内の溶鋼流MFにBiを、例えば電磁フィーダ12
を用いて送り込む(図2(c)、(d))ようにすれば
よい。Biは図2(d)に示すように溶鋼流MFを狙って
送り込まれ、送り込まれたBiは溶鋼流MFと衝突して溶
鋼流MF中にすみやかに溶融・拡散する。なお、図2に
おいて、図1と同一または相当部材には同じ符号を付し
説明を省略する。
【0018】本発明は、鋼種(溶鋼の化学組成)に限定
されるものではないが、とくに、サブインヒビタとして
Biが重要視される方向性電磁鋼を対象とするのが好適で
ある。かかる方向性電磁鋼としては、鋼板製品段階での
強度その他の機械的性質および磁気特性を確保する観点
から、C:0.03〜0.10wt%、Si:1.5 〜5.0 wt%、Mn:
0.04〜0.15wt%を含み、かつ前記インヒビタ成分を所望
の磁気特性に応じた量だけ含むものが好ましい。Bi以外
のこれら鋼成分は本発明実施に先立ち一次〜二次精錬工
程で調整済としておくのがよい。
【0019】
【実施例】転炉から取鍋に出鋼した溶鋼を、RH処理に
よる成分調整の後、連鋳機によりスラブとする工程のな
かで、添加方法(添加時期)を表1に示すように種々変
えてBiを添加する実験を行い、Bi歩留りと他成分の変動
状況を調べた。ここで本発明の実施例としたロングノズ
ル添加は図1、サンドシール添加は図2の形態にてそれ
ぞれ実験した。また、比較例としたものは従来公知の方
法で実験した。その結果を表1に示す。なお、ワイヤ添
加では直径10mmのBiワイヤを用い、それ以外の添加では
粒径0.5 mmのBi粒を用いた。
【0020】表1に示されたとおり、実施例では、Bi歩
留りが74〜80%の高位に達し、インヒビタ成分として添
加したAl、Nの量的変動もほとんど起こっていないのに
対し、比較例ではいずれもBi歩留りが実施例のレベルに
及ばない。なお、比較例の個々について付言すると、転
炉出鋼中添加、RH処理中添加では、他成分の調整はう
まくいくものの、BiがRH処理中にほぼ蒸発してしま
う。また、取鍋上添加、取鍋ワイヤ添加では、Bi歩留り
が比較例中最高位の約30〜40%に達するが、発煙が激し
く、環境上問題があり、しかも、Al、Nも大きく変動
し、成分的中が困難である。また、タンディッシュ添加
では、温度が低い分発煙は抑えられるが、Bi歩留りは20
%程度と低位であるばかりか、実験後タンディッシュ耐
火物を観察すると、耐火物内に多数のBi粒が検出され、
このまま操業を続けると漏鋼に至る危険性が高いことが
わかった。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】かくして本発明によれば、方向性電磁鋼
のサブインヒビタとしてとくに有用なBiを、インヒビタ
成分の変動を伴わずに高歩留りで鋼中に均一分散させる
ことができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方法(2)の例を示す説明図であ
る。
【図2】本発明に係る方法(3)の例を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 取鍋 2 タンディッシュ 3 ロングノズル 4、11 Bi導入口 5 吹き込み装置 6 Arガス供給装置 7 堰 8 通孔 9 浸漬ノズル 10 サンドシール 12 電磁フィーダ F フラックス MF 溶鋼流 MP タンディッシュ内溶鋼浴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 反町 健一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 大島 健二 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 西 浩樹 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 北川 伸和 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 野村 寛 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶鋼へのBi添加方法において、取鍋を出
    てタンディッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流にBiを添
    加することを特徴とする溶鋼へのBi添加方法。
  2. 【請求項2】 溶鋼へのBi添加方法において、取鍋を出
    てタンディッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流に、該溶
    鋼流を取り囲む取鍋ロングノズル壁に設けたBi導入口か
    ら、Biを添加することを特徴とする溶鋼へのBi添加方
    法。
  3. 【請求項3】 溶鋼へのBi添加方法において、取鍋を出
    てタンディッシュ内溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流に、該溶
    鋼流を取り囲むサンドシール壁に設けたBi導入口から、
    Biを添加することを特徴とする溶鋼へのBi添加方法。
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Cited By (5)

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