JP2006283089A

JP2006283089A - 電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法

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Publication number: JP2006283089A
Application number: JP2005103448A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hashimoto; 雅之橋本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】目的のＡｌ濃度範囲に精度良く調整可能な電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法を提供する。
【解決手段】電磁鋼製造において真空精錬中に溶鋼にＡｌを添加する際、Ａｌ濃度が目的の範囲になるように添加量を調整する方法において、スラグの酸化度に応じてＡｌの添加量を決定する。さらに溶鋼中のＡｌ濃度に応じて不足のＡｌ量を算出し、その不足分を添加する。これにより、Ａｌ濃度が精度良く調整可能である。このため、磁気特性に優れた電磁鋼を大量生産することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法に関し、特にＡｌ濃度を目的の範囲に精度良く調整可能な電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法に関する。

電磁鋼帯や電磁鋼板などの電磁鋼の製造プロセスでは、Ａｌ及びＮ等のインヒビター成分を添加することで磁気特性を決める結晶粒の二次再結晶を制御し（インヒビター制御）、目的の磁気特性を備えた電磁鋼を製造している。図１に、電磁鋼の製造プロセスの一例を示す。同図に示す製造プロセスでは、予備処理、転炉吹錬、真空精錬を順に行ない、溶鋼を鋳込工程に供給する。この製造プロセスにおいて、Ａｌは真空精錬時に添加している。

図６に従来のＡｌの添加方法を示す。従来は、真空精錬中の途中（例えば開始後１０分）に一定量のＡｌを初期投入するとともに、初期投入後に溶鋼からサンプルを採取して溶鋼中のＡｌ濃度を測定し、目的濃度の不足分を真空精錬終了間際（例えば真空精錬終了３分前）に追加投入している。このように追加投入を行うのは、Ａｌは歩留り（Ａｌ添加量に対する添加後の溶鋼中のＡｌ量）がばらつき、毎回一定量投入しただけでは目的のＡｌ濃度に調整できないためである。

Ａｌ歩留りがばらつく要因としては、従来から、酸化されやすいＡｌがスラグ中の酸素源によってＡｌ₂Ｏ₃等の介在物となって溶鋼からスラグに浮上分離されることが考えられており、この問題への対策としていくつかの製鋼過程における技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
特開平１０−２１９３３６号公報特公平６−９２６１２号公報

優れた磁気特性を備えた電磁鋼の製造を実現するためには、インヒビター成分としてのＡｌ濃度を極狭い範囲内に高い精度で調整することが求められるが、従来の図６に示したＡｌ添加方法では精度が不十分である。
同様に、特許文献１に示される技術は、Ａｌの濃度範囲が比較的広い薄板製造における脱酸方法を提案するものであり、極狭い濃度範囲の調整に用いることはできない。

また、特許文献２に示される技術は、スラグ中の酸素源による酸化を防ぐためにＡｌ添加の前にスラグの除去又は入れ替えを行うが、スラグを完全に除去することは困難であり、手間を要するだけでなく、除去しきれずに残ったスラグによりやはりＡｌ濃度が不安定になる。これに加え、スラグを入れ替えた場合には温度降下が起こり、真空精錬に影響する。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、目的のＡｌ濃度範囲に精度良く調整可能な電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、スラグ中の酸化度とＡｌ歩留りとが強く相関し、スラグ中の酸化度が大きいとＡｌ歩留りが低いことを見出した。すなわち、Ａｌ濃度低下の要因の大半がスラグとの酸化反応であり、各鋼のスラグ組成のばらつきがＡｌ歩留りのばらつきの一因となっていると考えられる。
そこで、本発明の請求項１による電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法は、電磁鋼製造において真空精錬中に溶鋼にＡｌを添加する際、Ａｌ濃度が目的の範囲になるように添加量を調整する方法であって、スラグの酸化度に応じて前記Ａｌの添加量を決定することを特徴とする。
ここで、スラグの酸化度は、酸素及び酸化物を含有するスラグのＡｌに対する酸化力を表す量であり、例えばＡｌの酸化剤となるような酸化物の濃度を指標として用いることができる。

本発明の請求項２による電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法は、請求項１において、前記スラグの酸化度は、前記真空精錬前のスラグの酸化度であることを特徴とする。
本発明の請求項３による電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法は、請求項１又は２において、前記スラグの酸化度に応じて決定された添加量のＡｌを添加後、さらに前記溶鋼中のＡｌ濃度に応じて不足のＡｌ量を算出し、その不足分を添加することを特徴とする。
本発明の請求項４による電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記添加量の決定は、前記真空精錬前のスラグの酸化度と、全添加Ａｌ量に対する前記溶鋼中のＡｌ量であるＡｌ歩留りと、の予め定められた対応関係に基づいて行うことを特徴とする。

本発明の電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法によれば、Ａｌ濃度を目的の範囲に精度良く調整可能である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、方向性珪素鋼板の製造プロセスの一例を示す図である。この製造プロセスでは、予備処理、転炉吹錬、真空精錬を順に行ない、その後鋳込工程でスラブを製造し、さらに図示しない熱間圧延等を経て方向性珪素鋼板を製造する。
ここで、予備処理では主に脱リン及び脱硫を行い、転炉吹錬では主に脱炭を行っており、転炉吹錬後取鍋２１への出鋼時に脱酸剤であるＦｅＳｉの添加条件下で脱酸を行う（キルド出鋼）。また、図１に示す真空精錬では、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ−Ｈａｕｓｅｎ）槽２３を用いて主に酸素、窒素、水素などの脱ガス、介在物の除去や成分調整を行っており、Ａｌもこの工程で添加する。図１中、符号２５は合金投入装置２５であり、ここで秤量されたＡｌがＲＨ槽２３上部に設けられた合金投入孔２４を通って溶鋼３２に投入される。なお、投入するＡｌは、Ａｌ単体でも、Ｆｅ−Ａｌ合金でもよい。

これらの予備処理、転炉吹錬や真空精錬は前述した従来の製造プロセスとほぼ同様であってもよいが、本実施形態では、指定添加量±５ｐｐｍという極めて狭い添加範囲に調整するために、真空精錬におけるＡｌの添加方法が従来とは異なっている。
すなわち、磁気特性が優れた鋼板を製造する際には、さらに精密な調整が必要である。Ａｌ濃度が指定添加量より少しでも低いと、二次再結晶の温度が低くなり、磁束密度が低くかつ鉄損が大きくなって十分に優れた品質のものが得られない。一方、Ａｌ濃度が指定添加量の上限をわずかに超えても二次再結晶自体が起こらず磁性不良が生じる。このため、前記のように指定添加量に対し±５ｐｐｍの添加範囲等極めて狭い範囲内を目標にＡｌを添加する必要がある。

次に、図２も参照して本実施形態のＡｌの添加方法について説明する。
同図に示すように、転炉吹錬が終了し、溶鋼３２及び溶鋼３２上に浮遊するスラグ３１を取鍋２１に出鋼した後、真空精錬の前にスラグ３１からサンプルを採取し（図２では真空精錬前９分）、その酸化度を測定する。酸化度は、例えば、方向性珪素鋼のスラグ３１中の酸化物のうちの多くを占める、Ｔ．Ｆｅ（主にＦｅＯからなる酸化鉄）及びＭｎＯの濃度を酸素プローブを用いて測定しこれを指標とする。

サンプルを採取し取鍋２１がＲＨ槽２３下に到着したら、真空精錬を開始する。そして、開始後しばらく経過し、キルド出鋼時に生じてスラグ中に分散したＳｉＯ₂がスラグにほぼ完全に浮上分離された頃（例えば開始後１０分）、Ａｌの初期投入を行う。ＳｉＯ₂の分離を待つのは、ＳｉＯ₂によってＡｌが酸化され、歩留りが不安定になるのを防止するためである。

この初期投入の際、Ａｌの投入量は前記スラグの酸化度の測定値に応じて決定する。決定は、例えば、前述したように、スラグの酸化度とＡｌ歩留りとの関係式を用いて前記スラグの酸化度の測定値からＡｌ歩留りの推定値を求め、このＡｌ歩留りからＡｌ添加量を導出することにより行う（図３参照）。スラグの酸化度とＡｌ歩留りとの関係式は、例えば、予め試験を行って、操業時のサンプル採取時点となるキルド出鋼後のスラグの酸化度と真空精錬後のＡｌ歩留りとを測定しておき、これらの相関を回帰直線として得る。

Ａｌの初期投入後、真空精錬の途中で（例えば開始から１７分）、今度は溶鋼３２からサンプルを採取し、溶鋼３２中のＡｌ濃度を測定する。Ａｌ濃度の測定は、例えば発光分光分析装置や蛍光Ｘ線分析計を用いて行う。
そして、このＡｌ濃度の測定値から目標のＡｌ濃度に対する不足量を算出し、この不足量に歩留りを見込んで添加量を算出し、算出された添加量のＡｌを溶鋼３２に追加投入する（例えば、真空精錬終了３分前）。この際、Ａｌ歩留りは、例えば初期投入時に測定したスラグの酸化度に応じた推定値を用いる。これにより、初期投入後のＡｌ濃度とＡｌ濃度の目標範囲との誤差を補うことができるので、より高い精度で濃度調整が可能である。

そして、真空精錬が終了し、追加投入されたＡｌも拡散し、適切なＡｌ濃度とされた溶鋼が次の鋳込工程に供給される。
以上、本実施形態について説明したが、電磁鋼の種類は方向性珪素鋼に限られず、低炭素鋼や無方向性電磁鋼等であってもよい。また、製造プロセスも前記実施形態に示したものに限定されず、例えば真空精錬としてこれらの場合、各製造プロセスに応じて最適な時期にスラグを採取し、酸化度の指標とする酸化物には、スラグの組成に応じ、強力な酸化力を有し又はスラグ中で支配的なものを選択する。スラグの採取時期は、キルド出鋼のような脱酸処理を行う場合には、Ａｌの歩留りが比較的安定する脱酸処理後が好ましい。
また、本発明ではスラグの酸化度を測定するが、溶鋼の酸化度を測定し、これを添加量の決定の際に考慮してもよい。

さらに、本実施形態では、Ａｌの追加投入量の決定の際、初期投入のために測定したスラグの酸化度に対応するＡｌ歩留りを用いたが、本発明における追加投入量の決定方法はＡｌ歩留りの採用に関し特に限定されるものではなく、公知の経験値等を用いていもよい。あるいは、Ａｌの追加投入のために測定した溶鋼中のＡｌ濃度から当該時点におけるＡｌ歩留りの実測値を得ることができるので、この実測値よりＡｌ歩留りの推定値を補正して用いてもよい。このＡｌ歩留りの実測値の評価に際しては、精錬の進行に伴うスラグの成分変化及びこれに伴うＡｌ歩留りの変化を考慮して、当該実測値を得る時点までの初期Ａｌ歩留りの推定値を比較の対象に用いることも可能である。図４に、初期Ａｌ歩留り（追加投入のためのサンプル採取時点におけるＡｌ濃度／初期投入時のＡｌ添加量）と真空精錬前のスラグの酸化度との関係を示す。これらの間には、真空精錬後の最終的なＡｌ歩留りと真空精錬前のスラグの酸化度との関係と同様に強い相関が見られ、かつ、初期Ａｌ歩留りの値の方が高いことが確認される。このため、初期Ａｌ歩留りの推定値を比較に用いることで、より精度の高いＡｌ調整が可能である。
また、Ａｌの追加投入のためのサンプル採取と同時にスラグも採取してその酸化度を測定し、関係式からＡｌ歩留まりの推定値を得てこれを用いてもよい。このとき関係式としては、例えば追加投入のためのサンプル採取時のスラグの酸化度と最終的なＡｌ歩留りとの関係式を用いることができる。

本実施例では図２に示した実施形態と同様にＡｌを添加して操業を行った。そして、図２の鋳込工程中（矢印Ｙ１で示す）に、代表試料を採取してＡｌ濃度を湿式分析により測定した。従来例は、図６に示すように初期投入時に一定量のＡｌを添加したものである。
結果を図５のグラフに示す。横軸は湿式分析値の目標濃度（２００ｐｐｍ）との差を示し、縦軸は頻度を示す。図５に示すように、従来例では目標濃度±５ｐｐｍの頻度が７５％であるのに対し、実施例では９０％に向上した。このため、本発明の採用によりＡｌ濃度を精度良く調整でき、このため、より省工程な製造プロセスで、優れた磁気特性を備えた方向性珪素鋼板を製造できることが確認された。

電磁鋼の製造プロセスを説明する図である。本発明のＡｌの添加方法の一例を説明する図である。スラグの酸化度とＡｌ歩留りとの関係を示すグラフである。スラグの酸化度と初期Ａｌ歩留りとの関係を示すグラフである。本発明の効果を説明するグラフである。従来のＡｌの添加方法を説明する図である。

符号の説明

２１取鍋
２３ＲＨ槽
２４合金投入孔
２５合金投入装置
３１スラグ
３２溶鋼

Claims

電磁鋼製造において真空精錬中に溶鋼にＡｌを添加する際、Ａｌ濃度が目的の範囲になるように添加量を調整する方法であって、
スラグの酸化度に応じて前記Ａｌの添加量を決定することを特徴とする電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法。
前記スラグの酸化度は、前記真空精錬前のスラグの酸化度であることを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法。
前記スラグの酸化度に応じて決定された添加量のＡｌを添加後、さらに前記溶鋼中のＡｌ濃度に応じて不足のＡｌ量を算出し、その不足分を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法。
前記添加量の決定は、前記真空精錬前のスラグの酸化度と、全添加Ａｌ量に対する前記溶鋼中のＡｌ量であるＡｌ歩留りと、の予め定められた対応関係に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁鋼製造におけるＡｌ添加方法。