JP2008240136A

JP2008240136A - 高清浄度鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP2008240136A
Application number: JP2007086695A
Authority: JP
Inventors: Yuukai Kawabata; 悠介川端; Momoki Kamo; 百紀加茂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】取鍋内のスラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の含有量を下げるとともに、改質したスラグの取鍋からタンディッシュへの流出を防止して高清浄度鋼を溶製する。
【解決手段】転炉から出鋼された溶鋼を収容する取鍋内にスラグ還元剤を添加してスラグを改質し、その後、取鍋内に、スラグの融点を上昇させるＭｇＯ含有物質を添加し、改質されたスラグを固化させる。この場合に、前記スラグ改質剤を転炉からの出鋼直後に添加し、前記ＭｇＯ含有物質をＲＨ真空脱ガス装置で添加すること、及び、前記ＭｇＯ含有物質をマグネシアクリンカーとすることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、高清浄度鋼の溶製方法に関し、詳しくは、取鍋内の溶鋼上に存在するスラグを還元するとともに、還元したスラグの溶鋼への混入を防止した高清浄度鋼の溶製方法に関するものである。

溶鋼を溶製するに当たり、高炉と転炉との組み合わせからなる銑鋼一貫工程においては、転炉では酸素ガスを用いた酸化精錬によって溶銑中炭素を脱炭精錬している。その際に、脱炭反応に伴って鉄やマンガンも酸化され、転炉内に鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）やマンガン酸化物（ＭｎＯ）を大量に含有するスラグが生成される。転炉での脱炭精錬終了後、溶鋼を転炉から取鍋に出鋼する際に、このスラグの一部が溶鋼に巻き込まれて取鍋内に排出され、排出されたスラグは溶鋼との密度差により取鍋内の溶鋼上に滞留する。

高清浄性が要求される鋼種では、出鋼時或いは出鋼後、金属Ａｌなどによる脱酸処理により、転炉での酸化精錬によって濃度上昇した酸素が除去される。このように、溶鋼は脱酸されて酸素ポテンシャルが低下しても、鉄酸化物やマンガン酸化物を大量に含有した酸素ポテンシャルの高いスラグが共存する場合には、溶鋼中のＡｌなどの強脱酸元素とスラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物との反応が継続して発生し、溶鋼中にＡｌ₂ Ｏ₃ などの脱酸生成物が継続して生成され、清浄性の高い溶鋼を得ることができない。そのために、スラグに還元剤などを添加し、スラグ中の鉄酸化物やマンガン酸化物を還元して低減する（この技術は「スラグ改質」と呼ばれている）ことによって高清浄度鋼を得る方法が多数提案されている。

例えば、特許文献１には、極低炭素鋼の溶製において、転炉より取鍋への出鋼時に、Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −ＣａＯ−ＣａＦ₂系のスラグ改質剤とＣａＯとを投入し、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の低融点（≦１６００℃）スラグに改質し、出鋼完了時に金属ＡｌとＣａＯとを投入して更にスラグを低融点化するスラグ改質方法が提案されている。

特許文献２には、転炉から取鍋への出鋼の際に、生石灰と蛍石とからなる脱酸生成物吸収能改善フラックスを添加し、出鋼後に酸化性スラグを改質するためのスラグ還元剤（金属Ａｌなど）を添加する清浄鋼の溶製方法が提案されている。

また、特許文献３には、転炉と真空脱ガス設備とを用いて極低炭素鋼を溶製する際に、取鍋内のスラグに金属Ａｌなどの還元剤を０．１トン／秒以下の添加速度で添加することによって、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物を可逆的速やかに低減することが提案されている。
特開平６−１５８１３６号公報特開平６−２２８６２７号公報特開２０００−２９７３１４号公報

上記に示すようなスラグ改質方法により、例えばスラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の合計含有量が５質量％以下となるまで改質されるなど、取鍋内スラグの酸素ポテンシャルは安定して低位に制御されるようになった。これにより、新たにＡｌ₂ Ｏ₃ などが生成することもなくなり、鋼の清浄性は大幅に向上した。

しかしながら、スラグ改質によって、以下に示す新たな問題が発生することが、本発明者等の調査・検討によって明らかになった。

スラグ改質によってＣａＯを主体とするスラグはＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系のスラグに改質され、これにより、スラグの融点は１４００℃以下にまで低下する。スラグの融点が低下することによって、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の還元反応は促進されるが、取鍋内の溶鋼の温度は１６００℃程度、低くても１５５０℃程度であり、鋳造末期になっても溶鋼と接触している側の取鍋内スラグのほとんどは固化せずに、溶融状態のままのスラグが大量に存在する。改質しない場合には、ＣａＯを主体とするスラグのままであり、鋳造末期には、ほとんどのスラグが固化し、溶融状態のスラグは溶鋼と接触している側のわずかな量となる。

取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入末期には、取鍋底部に設置された細い流出孔から溶鋼を流出させることにより、取鍋内の溶鋼に渦が形成される。この渦に溶融状態のスラグが巻き込まれて、タンディッシュに流入し、更には、タンディッシュから鋳型内に流入し、鋳型内に流入したスラグの一部は鋳片に捕捉される。つまり、スラグを改質することによって、取鍋内溶鋼の注入末期に渦流に巻き込まれるスラグが多くなり、それにより、スラグに起因する酸化物系非金属介在物が増加して鋳片の清浄性が低下するという問題である。

特許文献１〜３を始めとして従来のスラグ改質方法は、スラグの融点を低下させるのみであり、上記の点は考慮していない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、出鋼時に混入した転炉内のスラグを取鍋内で改質して高清浄度鋼を溶製するに当たり、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の含有量を下げるとともに、改質したスラグの取鍋からタンディッシュへの流出を防止して、酸化物系非金属介在物の少ない清浄性に優れた溶鋼を得ることのできる、高清浄度鋼の溶製方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る高清浄度鋼の溶製方法は、転炉から出鋼された溶鋼を収容する取鍋内にスラグ還元剤を添加してスラグを改質し、その後、取鍋内に、スラグの融点を上昇させるＭｇＯ含有物質を添加することを特徴とするものである。

第２の発明に係る高清浄度鋼の溶製方法は、第１の発明において、前記スラグ改質剤を転炉からの出鋼直後に添加し、前記ＭｇＯ含有物質をＲＨ真空脱ガス装置で添加することを特徴とするものである。

第３の発明に係る高清浄度鋼の溶製方法は、第１または第２の発明において、前記ＭｇＯ含有物質はマグネシアクリンカーであることを特徴とするものである。

本発明によれば、先ず、転炉から出鋼された溶鋼上に存在するスラグにスラグ還元剤を添加して、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物などの低級酸化物を還元し、次いで、この還元が十分進行した後に、このスラグにＭｇＯ含有物質を添加してスラグの融点を上昇させ、少なくともスラグの一部を固化させるので、取鍋内のスラグは低級酸化物が少なく、しかも、ＭｇＯ含有物質の添加による融点の上昇に伴う固化によって取鍋からタンディッシュへのスラグ流出量が減少し、スラグ中の低級酸化物が減少することに基づく清浄性向上効果と、改質スラグの取鍋からの流出量低減に基づく清浄性向上効果とが重なり合い、酸化物系非金属介在物の極めて少ない高清浄度鋼を溶製することが可能となる。

以下、本発明を具体的に説明する。

高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑保持・搬送用容器で受銑し、次工程の脱炭精錬を行う転炉に搬送する。この搬送途中で、通常、予備脱硫処理や予備脱燐処理などの溶銑予備処理が施されるが、本発明においては実施しても実施しなくても、どちらでも構わない。

転炉精錬は生石灰などを媒溶剤として用いた通常の脱炭精錬を実施する。但し、この媒溶剤の添加量は、溶銑の予備脱燐処理に応じて設定する。つまり、予備脱燐処理により溶銑中燐濃度が鋼材製品レベルまで低下している場合には生石灰の添加量を少なくし、溶銑中燐濃度が高い場合には大量の生石灰を添加する。そして、酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑の脱炭精錬を行う。

転炉脱炭精錬終了時の溶鋼中炭素濃度は、製造する鋼種にもよるが０．０２〜０．１５質量％とすることが好ましい。この範囲が転炉における脱炭精錬の経済的な範囲である。即ち、０．０２質量％未満まで脱炭精錬した場合には、スラグ中の鉄酸化物濃度及びマンガン酸化物濃度が高くなり、鉄及びマンガンの歩留まりが低下するのみならず、スラグ改質のために大量のスラグ還元剤を必要とするので好ましくない。一方、０．１５質量％を超える場合には、溶鋼温度を確保するために、転炉脱炭精錬時にミルスケール、鉄鉱石、更にはマンガン鉱石などの吸熱反応を伴う副原料の転炉内への添加量を低減せざるを得ず、効率的な脱炭精錬ができない。また、極低炭素鋼を溶製する場合には、真空脱ガス設備における真空脱炭処理の負担が重くなるので好ましくない。

脱炭精錬終了後、溶鋼を転炉から取鍋に出鋼する。出鋼時、溶鋼に巻き込まれて炉内スラグの一部が取鍋内に流出し、取鍋内の溶鋼上に滞留する。この出鋼時または出鋼直後に取鍋内にスラグ還元剤を添加する。スラグ還元剤の添加量は、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の全量を十分に還元することができる量とする。従って、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物の含有量と、スラグの流出量とから決めればよい。

スラグ還元剤としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇの１種または２種以上の強還元剤を含有するものであれば、例えば金属Ａｌ単体であってもまた金属Ａｌと生石灰などの媒溶剤との混合体であっても構わない。特に好適なスラグ還元剤としては、安価であり経済性に優れることから金属Ａｌを５０質量％程度含有するＡｌ滓（「Ａｌ灰」とも呼ぶ）を用いることが好ましい。尚、出鋼時または出鋼直後にはスラグの温度及びスラグの流動性が高いので、スラグ還元剤をスラグ上に添加するだけで、スラグ還元剤とスラグとの反応が起こる。この場合、当然ながらスラグに満遍なく添加することが好ましい。

また、出鋼時、ＡｌやＳｉなどの強脱酸元素による溶鋼の脱酸処理は実施しても実施しなくてもどちらでも構わないが、次工程に、極低炭素鋼を溶製する際の真空脱炭処理などのように、未脱酸状態の溶鋼を処理する工程がある場合には、次工程の処理を阻害するので、脱酸処理は実施せずに未脱酸状態のままとする。次工程に未脱酸状態の溶鋼を処理する工程がない場合には、出鋼時に強脱酸元素による脱酸を実施してもよい。出鋼時に強脱酸元素を添加することで、脱酸生成物の浮上・分離期間を長期間確保することができるので、清浄性を高めることが可能となる。

その後、取鍋を次工程に搬送する。この搬送中にもスラグ還元剤とスラグとの反応が進行する。そして、スラグ中の鉄酸化物及びマンガン酸化物が５質量％以下の或る値になった時点で見掛け上の平衡状態となり、スラグ還元剤とスラグとの反応が終了する。これにより、溶鋼中のＡｌなどの強脱酸元素とスラグ中の低級酸化物との反応が回避され、溶鋼中に新たにＡｌ₂ Ｏ₃ などが形成されることが防止される。本発明者等は、通常、スラグ還元剤を投入して１０分間程度が経過すると、見掛け上の平衡状態になることを確認している。

この見掛け上の平衡状態になったなら、取鍋内スラグの上にＭｇＯ含有物質を添加してスラグの融点を上昇させる。スラグ還元剤によって改質された後の取鍋内スラグの組成は、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系或いはＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系であり、何れの場合でもＭｇＯを加えることによってスラグの融点が上昇する。スラグの融点が上昇することにより、スラグの固化が始まり、溶融状態の領域が減少する。また、ＭｇＯ含有物質は冷間状態で添加されるので、ＭｇＯ含有物質による冷却効果によっても取鍋内スラグの固化が進行する。

ここで、ＭｇＯ含有物質とは、ＭｇＯを８０質量％以上含有する物質であり、ＭｇＯを８０質量％以上含有する限り、廃ＭｇＯ質レンガでも構わないが、天然マグネサイト（ＭｇＣＯ₃ ）または海水から沈殿させた水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）を高温焼成して得られるマグネシアクリンカーが好適である。スラグの融点を上昇させるためにはＭｇＯ含有物質がスラグに溶解する必要があり、そのためには、ＭｇＯ含有物質のサイズは細かいほど好ましい。マグネシアクリンカーは、本来、数ｍｍ以下の粒状であり、破砕しなくても本発明の目的を達成することができる。ＭｇＯ含有物質の添加量は特に規定する必要はないが、溶鋼トン当たり２〜３ｋｇであれば十分であり、また、ＭｇＯ含有物質をスラグの上に添加するだけで十分であるが、添加後スラグとＭｇＯ含有物質とを機械的に攪拌することが好ましい。尚、ＭｇＯ含有物質のＭｇＯ含有量が８０質量％未満であると、スラグの融点を上昇させる効果が少なくなるので好ましくない。

ＭｇＯ含有物質を添加する場所は、転炉から連続鋳造設備への取鍋の搬送過程の途中であれば何処でも構わないが、高清浄性を求められる鋼種の溶製工程には、ＲＨ真空脱ガス装置における清浄化処理が施される場合が多いので、従って、ＭｇＯ含有物質は、ＲＨ真空脱ガス装置で添加することが好ましい。通常の場合、取鍋内にスラグ還元剤を添加してからＲＨ真空脱ガス装置に搬送され、ＲＨ真空脱ガス装置で処理開始するまでの時間は１０分間以上費やす場合がほとんどであり、ＲＨ真空脱ガス装置での処理開始前或いは処理中にシュートなどを介して添加する。ＲＨ真空脱ガス装置で添加することにより、特別な処理設備を設けることなく、本発明を実施することができる。

ＲＨ真空脱ガス装置における精錬は、ＭｇＯ含有物質を添加することに起因して特別に変更する必要はなく、必要の精錬を通常通り実施すればよい。ＲＨ真空脱ガス装置での精錬が終了したなら、次工程の連続鋳造工程に取鍋を搬送し、連続鋳造を実施する。連続鋳造工程において、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入末期、取鍋内の溶鋼量が少なくなった時点で取鍋内溶鋼に渦流が形成されるが、スラグは融点が上昇しており、固化が進行し、前記渦流に巻き込まれてタンディッシュに流出するスラグの量が大幅に減少する。

以上説明したように、本発明によれば、取鍋内のスラグの鉄酸化物及びマンガン酸化物などの低級酸化物はスラグ還元剤によって還元されて減少し、また、スラグ還元剤によって改質されたスラグはＭｇＯ含有物質の添加による融点の上昇に伴って固化が進行するので、スラグ中の低級酸化物が減少することに基づく清浄性向上効果と、改質スラグの取鍋からの流出量低減に基づく清浄性向上効果とが重なり合い、酸化物系非金属介在物の極めて少ない高清浄度鋼を溶製することが可能となる。

２５０トンの溶鋼を収容した取鍋に本発明を適用した例を説明する。転炉にて脱炭精錬して得た約２５０トンの溶鋼を未脱酸のまま取鍋に出鋼した。出鋼後、取鍋内に金属Ａｌと生石灰との混合物をスラグ還元剤として添加してスラグを改質した。

その後、溶鋼を収容した取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送し、先ず、真空脱炭処理を施して炭素濃度を０．００３質量％以下とし、その後、金属Ａｌによる脱酸処理、環流攪拌による清浄化処理、及び溶鋼成分調整を実施してＲＨ真空脱ガス装置の精錬を終了した。この精錬中、取鍋内の溶鋼上に、シュートを介して６６０ｋｇのマグネシアクリンカーを添加した。取鍋内のスラグ組成の調査結果から、６６０ｋｇのマグネシアクリンカーを添加することにより、状態図から求められるスラグの融点は平均値で１３５１℃から１４４３℃におよそ９２℃上昇することが確認できた。尚、マグネシアクリンカーを添加した時点は、スラグ還元剤を添加した以降、２０分間以上経過した時点であった。

この極低炭素鋼の溶鋼を連続鋳造機で鋳造してスラブ鋳片を製造し、この鋳片を熱間圧延、冷間圧延して薄鋼板とした。この薄鋼板において、酸化物系非金属介在物による疵の発生を調査した（本発明例）。また、比較のために、ＲＨ真空脱ガス装置でマグネシアクリンカーを添加しないこと以外は上記の溶製方法と同一の溶製方法及び同一の鋳造条件によって得た鋳片についても、薄鋼板において酸化物系非金属介在物による疵の発生を調査した（従来例）。

図１に、薄鋼板における疵発生率を本発明例と従来例とで比較して示す。尚、図１では、従来例の疵発生率を１．０とする指数で表示している。図１からも明らかなように、本発明を適用することで薄鋼板の疵発生率が大幅に低減することが確認できた。

薄鋼板における疵発生率を本発明例と従来例とで比較して示す図である。

Claims

転炉から出鋼された溶鋼を収容する取鍋内にスラグ還元剤を添加してスラグを改質し、その後、取鍋内に、スラグの融点を上昇させるＭｇＯ含有物質を添加することを特徴とする、高清浄度鋼の溶製方法。
前記スラグ改質剤を転炉からの出鋼直後に添加し、前記ＭｇＯ含有物質をＲＨ真空脱ガス装置で添加することを特徴とする、請求項１に記載の高清浄度鋼の溶製方法。
前記ＭｇＯ含有物質はマグネシアクリンカーであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の溶製方法。