JP2016199785A - ＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、転炉などの精錬炉から取鍋に出鋼した溶鋼の上に存在するスラグの改質を行う場合に、発煙を生じさせることなくスラグの改質ができる技術の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、転炉から取鍋への溶鋼の出鋼時にＣａＯを投入し、転炉から取鍋への溶鋼の出鋼完了後に取鍋内の溶鋼の上に存在するスラグの表面に該スラグの酸化性を改善するためのＦｅＳｉ合金粒を投入することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、転炉等の精錬炉から取鍋への溶鋼の出鋼完了後にＦｅＳｉ合金粒を投入してスラグを改質する方法に関する。

転炉においては、転炉に溶鉄を装入し、転炉精錬によって主に脱りん脱炭精錬を行う。精錬完了後に溶鋼を取鍋に出鋼し、その後、転炉炉内のスラグをスラグ鍋に排滓し、次の精錬のために溶銑を装入するという操業サイクルを繰り返している。
精錬後に転炉から出鋼した取鍋内の溶鋼表面にはスラグが浮遊しており、このスラグ中にはＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、等の比較的還元されやすい酸化物を含有している。これらの酸化物は溶鋼中のＡｌなどと反応し、Ａｌ_２Ｏ_３などの非金属介在物を生成し、溶鋼清浄性を悪化させ、製品欠陥の原因となるおそれがある。

このため、スラグ中の酸素源となるＦｅＯなどを極力還元し、スラグ中の酸素ポテンシャルを下げ、また、生成した非金属介在物を吸着し易いスラグ組成とする必要がある。スラグ中の酸素ポテンシャルが高いままだと後工程の連続鋳造工程まで非金属介在物の生成が継続し、鋼の清浄度をより悪化させる。
その対応として、スラグ中の酸素量を低減することと非金属介在物等を吸着し易いスラグ組成に改善することが重要で、従来、転炉から取鍋への出鋼中にＣａＯ粉体を投入するとともに、出鋼完了後にスラグ表面に還元剤としてアルミニウム材を投入することがなされている。

例えば、スラグの還元を十分に行い、溶鋼の再酸化を抑制し、また生成したＡｌ_２Ｏ_３などの脱酸生成物を効率良く吸収することができる組成のスラグを得るための技術として、従来、生石灰に加えてホタル石を混合したフラックスをスラグに添加し、出鋼後さらに酸化性スラグを改質するためにアルミ灰などのスラグ還元剤を添加してスラグ組成を調整する技術が知られている（特許文献１参照）。
また、高品質の極低炭素鋼を製造する方法において、精錬炉内のスラグを改質するために、転炉より鋼の脱酸出鋼時にＣａＯとアルミニウム材を投入し、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系の低融点改質スラグを２ｋｇ／ｔ・ｓ以上存在させ、出鋼完了時に転炉スラグと改質スラグとの混合スラグを低融点とし、出鋼末期にＡｌとＣａＯを投入することにより出鋼完了後の酸素ポテンシャルを低減させる技術が知られている（特許文献２参照）。

特開平６−２２８６２７号公報 特開平５−２２２４２８号公報

ところが、前述の出鋼中にＣａＯ粉体を投入後、スラグ表面にアルミニウム材を投入した場合、アルミニウムの反応によって白煙が多量発生する問題があった。例えば、取鍋をクレーンで吊り上げる際、未反応のアルミニウムが振動によって反応し、急激な発煙を引き起こし、クレーン作業に支障をきたす恐れがあった。
その場合、取鍋を転炉の下に移動し、転炉の集塵機により白煙を吸引していた。しかし、その時間、転炉から炉内スラグを排出する排滓作業ができず、転炉のサイクルタイムが伸び、生産性を著しく低下させ、また、物流も乱していた。
このため、スラグ改質のための還元剤をスラグ表面に投入した場合であっても、発煙を生じさせることのない技術の登場が望まれていた。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、転炉などの精錬炉から取鍋に出鋼した溶鋼の上に存在するスラグの改質を行う場合に、発煙を生じさせることなくスラグの改質ができる技術の提供を目的とする。

本発明の特徴は以下の通りである。
本発明では、まず出鋼中にＣａＯを投入し、出鋼完了後に取鍋内スラグにＦｅＳｉ粒を投入する。
ＣａＯを投入するのは、取鍋内スラグ中の酸素ポテンシャルを低減すると同時に、スラグを非金属介在物を吸着し易い組成に改善するためである。
ＣａＯは単体では融点が高いので早期に溶解するように出鋼中から投入する。
次に出鋼完了後、取鍋内スラグの表面にＦｅＳi合金粒を投入する。

従来用いていたアルミニウム材の添加に代えてＦｅＳｉ合金粒をスラグに投入することで、発煙することなくスラグの還元ができる。出鋼後の発煙が無いため、出鋼完了後、直ちに転炉炉下から取鍋を移動することができ、発煙によるロスタイムを生じないため、転炉の稼動サイクルを短縮することができる。また、白煙による炉下での待機時間のばらつきもなくなるため物流も安定する。

以上を本発明の基本とするが、ＦｅＳi合金粒は、粒径が１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下のものを９０質量％以上含むことが望ましい。
粒径１０ｍｍ未満のＦｅＳｉ合金粒が大量に含まれていると、ＦｅＳｉ合金粒の投入量のばらつきが大きくなるおそれがある。粒径の小さいＦｅＳｉ合金粒は秤量機に切り出す際に流れ込みがあり、それが投入量のばらつき要因となっている。また、粒径の小さいＦｅＳｉ合金はスラグの上で焼結して未溶解のまま溶け残るおそれもある。溶け残ったＦｅＳｉ合金を有したまま二次精錬を行うと、未溶解のＦｅＳｉ合金と溶鋼とが反応し、例えば、溶鋼中の必要な酸素までも低減してしまうおそれがある。
一方、３０ｍｍを超えるＦｅＳｉ合金粒では、スラグ表面に投入すると、ＦｅＳｉ合金粒が溶鋼まで到達し、溶鋼中のＳｉが増加する結果となり、あるいは、Ｃ≦０．０１％である極低炭素鋼のような、脱炭のために必要な溶鋼中酸素までも低減してしまい、脱炭処理に支障をきたしてしまうおそれがあった。
このように、１０〜３０ｍｍの適度な粒径のＦｅＳｉ合金粒であるならば、溶鋼まで到達することを抑制し、溶鋼に悪影響を与えることなく、効率よくスラグの改質を行うことができる。

本発明は、溶鋼の出鋼時にＣａＯを投入し、出鋼完了後にスラグの表面にＦｅＳｉ合金粒を投入するので、発煙することなくスラグの改質ができる。出鋼後の発煙が無いため、出鋼後直ちに取鍋の移動ができ、発煙によるロスタイムを生じないため、転炉の稼動サイクルを短縮することができる。
取鍋をクレーンで吊り上げる際、従来は未反応のアルミニウムが振動によって反応し、発煙することがあり、取鍋の周囲が発煙で見えなくなり、で問題があったが、発煙を無くすることで取鍋上方の視野が良好となり、取鍋の移動や吊り上げのための作業を問題なくできる。

転炉を用いた精錬工程の一部を示すもので、（Ａ）は精錬中の転炉を示す部分断面図、（Ｂ）は出鋼中の転炉を示す部分断面図。 ＦｅＳｉ合金粒を取鍋中のスラグに添加した後の状態と二次精錬工程の一例状態を示すもので、（Ａ）は取鍋内の溶鋼の上にＦｅＳｉ合金粒が投入された状態を示す部分断面図、（Ｂ）は未溶解のＦｅＳｉ合金粒を有したまま二次精錬処理を行った状態を示す部分断面図。 スラグに投入するＦｅＳｉ合金粒の一例を示す模式図。 スラグに投入するＦｅＳｉ合金粒の一例を示すもので、（Ａ）は１０ｍｍ〜５０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒の一例を示す写真、（Ｂ）は１０ｍｍ〜３０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒の一例を示す写真。 ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の三元系状態図。 スラグにＦｅＳｉ合金粒を投入した状態において鋼中酸素濃度と頻度の関係を示すグラフ。

以下、第１実施形態に係るスラグの改質方法について図面に基づいて説明する。
図１は精錬炉として転炉１を用いた精錬工程の概要を示す。図１（Ａ）に示すように転炉１に溶銑２を収容するとともに、転炉１の炉頂から転炉１内に挿入したランス３によって溶銑２に酸素ガスを吹き込んで脱炭するとともに、リンなどの不純物の除去を行う。

転炉１による精錬が終了したならば、図１（Ｂ）のように転炉１を傾動し、炉壁上側部に形成されている出鋼孔から転炉１の下方に配置されている取鍋５に溶鋼６を出鋼する。取鍋５に溶鋼６を出鋼する際、本発明ではＣａＯ（生石灰）を投入する。例えば、３００ｔ規模の転炉１から出鋼する場合、５０トン程度出鋼してからＣａＯの添加を開始することが好ましい。
取鍋５に溶鋼６を出鋼する際、転炉炉内の溶鋼６の上に存在しているＦｅＯなどの酸化性スラグ７の一部も取鍋５に流出する。ＣａＯの投入量は、３００トン規模の転炉１から溶鋼６を出鋼している場合、０．９ｋｇ／ｔ.ｓ.〜１．０ｋｇ／ｔ.ｓ.（ton-steel：１tonの溶鋼当たり）の範囲とすることができる。なお、上述のＣａＯ投入量は操業上の一例であり、上述の範囲に限るものではない。転炉からの流出スラグ量等に応じて適宜増減すれば良い。
出鋼が終了した時点において、図２（Ａ）に示すように取鍋５には溶鋼６が収容され、その上にスラグ７ａが浮遊している。本実施形態では、このスラグ７ａに対し以下に説明するようにＦｅＳｉ合金粒を極力均一に散布して、スラグの改質を行う。
取鍋５に流出されるスラグ７ａは転炉内のスラグ７の一部であるが、図２（Ａ）に示すように取鍋５溶鋼６の上に３０〜５０ｍｍ程度の厚さのスラグ７ａが形成され、その上、あるいは中に投入したＦｅＳｉが存在する。

ＦｅＳｉ合金粒８の投入量（散布量）は、３００トン規模の転炉１から溶鋼６を出鋼した場合、０．３ｋｇ／ｔ.ｓ.〜０．４ｋｇ／ｔ.ｓ.の範囲を選択できる。
スラグ７ａに投入するＦｅＳｉ合金粒８は、市販のものは、ＦｅＳｉ合金を粉砕して得た種々の粒径のＦｅＳｉ合金粒の集合体であるが、本実施形態では１０ｍｍ〜３０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒を９０質量％以上含むＦｅＳｉ合金粒８を用いる。より好ましくは９５質量％以上含むＦｅＳｉ合金粒８を用いる。
図３に１０ｍｍ〜３０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒８の一例を示す。
ＦｅＳｉ合金粒８において、１０ｍｍ未満の粒径のＦｅＳｉ合金粒を１０質量％未満含有していても良い。より好ましくは５質量％未満とする。
また、更に好ましくは３０ｍｍを超える粒径のＦｅＳｉ合金粒を含有する場合、１質量％以下とする。更に好ましくは全くなくする方が良い。
ＦｅＳｉ合金粒８をスラグ７ａに投入する場合、スラグ７の表面にできるだけ均一に散布することが好ましい。

スラグ７ａの上に散布した１０〜３０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒８は、スラグ７ａの熱により溶融し、スラグ７ａ中に拡散してスラグ７ａの還元を行う。ここで、３０ｍｍ超の粒径のＦｅＳｉ合金粒を用いるとスラグ７ａで溶融しきれなかったＦｅＳｉ合金粒の一部が沈降して溶鋼６まで到達するので、溶鋼中のＳｉが所望以上に増加してしまう。あるいは、未脱酸溶鋼の場合、溶鋼６中の酸素と反応し、鋼中酸素量を低下させてしまう。
特に溶鋼６が極低炭素鋼（Ｃ≦０．０１％）のような二次精錬で脱炭処理が必要な鋼種の場合、脱炭を促進するために所定量の溶鋼中酸素が必要である。前記のように溶鋼中酸素が低減されると脱炭効率が低下する。
また、ＦｅＳｉ合金の融点が約１０００℃で、従来のＡｌの融点が６６０℃と高く、ＦｅＳｉ合金粒８をスラグ７ａに投入した際に、ＦｅＳｉ合金粒８の一部が図２（Ｂ）に示すように未溶解合金１２として残留するおそれがあるので、ＦｅＳｉ合金粒８の粒径はより小さくすることが望ましい。
逆に、１０ｍｍ未満の粒径でも、スラグ上で焼結してしまう場合があり、有効にスラグ還元に供されない。また、図２（Ｂ）のように二次精錬で浸漬管を溶鋼に浸漬するなどの際に、焼結したＦｅＳｉを未溶解合金１２として溶鋼中に押し込んでしまい、上記と同様に溶鋼中のＳｉが所望以上に増加したり、あるいは未脱酸溶鋼の場合、鋼中酸素量を低下させてしまう。

このようにスラグ７ａに対し改質のために添加する還元剤として、従来投入していたアルミニウム材に替えてＦｅＳｉ合金粒８とするならば、発煙を生じない。そのため、従来、発煙が終了するまで取鍋５が転炉炉下に待機する必要がなく、取鍋５の移動を従来よりも早く開始できるので、転炉１の操業サイクルタイムを短縮することができる。

例えば、３００トン転炉から取鍋に出鋼し、出鋼完了から、取鍋の溶鋼上のスラグにアルミニウム塊を投入し、発煙した場合、発煙終了まで待機する時間は、８０秒程度あり、この間、取鍋を移動できない。それに対して、ＦｅＳｉ合金粒８をスラグに投入することで、発煙が無くなるので、取鍋移動開始までの時間を８０秒程度短縮できる。この８０秒程度の時間は、従来の３００トン転炉の操業において、出鋼完了からアルミニウム材の投入、待機、サンプル回収位置までの取鍋移動時間の合計時間に対し、約７０％を占めるので、転炉サイクル時間に対し極めて大きなサイクルタイムの短縮となる。また、一般的な転炉サイクルタイムが３０〜４０分と考えても数％に相当し、短縮の効果は大きい。

鋼中酸素量を減少させることなく二次精錬ができるならば、極低炭素鋼などの高品位鋼を効率よく製造でき、且つ、好適な溶鋼６が得られる。
前述の二次精錬は、真空脱ガス装置（ＲＨ(Ruhrstahl-Heraeus）による二次精錬について例示したが、二次精錬については、ＤＨ (Dortmund-Horde)、ＬＦ(Ladle Furnace)あるいは、ＡＯＤ(Argon Oxygen Decarburization)炉、ＶＯＤ(Vacuum Oxygen Decarburization)炉などを用いた二次精錬を適用しても良いのは勿論である。
ここで用いるＦｅＳｉ合金粒８は、Ｓｉを７０質量％以上含むものが好ましい。
また、ＦｅＳｉ合金粒８は、Ｃ含有量の低いものを用いることが好ましい。一例として、Ｃ含有量１．０質量％以下のＦｅＳｉ合金粒８を用いることが好ましい。ＦｅＳｉ合金粒８において、Ｃ含有量の多いもの、例えば、Ｃ含有量３質量％以上のＦｅＳｉ合金粒８を用いると、Ｃが酸化してＣＯガスを発生し、スラグ７ａにふくれを発生する。スラグ７ａは粘度が高いため、内部でガスが発生するとスラグ７ａがふくれることとなり、結果的に取鍋５からスラグ７ａが溢れるおそれがある。スラグ７ａのふくれを無くするためにＣ含有量はできるだけ低いことが望ましく、１．０質量％以下であっても、０．５質量％以下が好ましく、０．２質量％以下がより好ましい。

ところで、上述のＦｅＳｉ合金粒８を投入する際、ＦｅＳｉ合金粒８の投入量に対し、発煙が問題にならない程度少ないようであれば、アルミニウム塊を一部添加しても良い。
取鍋５の内径を４ｍと仮定し、１回の投入時にＣａＯ投入量３００ｋｇ、溶鋼６の上にスラグ７ａが層厚として３０〜５０ｍｍ流出していると仮定することができ、スラグ比重を３．０〜４．０と仮定すると、スラグボリュームは、１．０〜２．５トンとなる。
この条件に対し、１０〜３０ｍｍの粒径のＦｅＳｉ合金粒８ならば８０ｋｇを投入し、更に加えてアルミニウム塊を３０ｋｇ程度投入することができる。この割合では、スラグ７ａのスラグに対し、ＦｅＳｉ合金粒：０．０３２〜０．０８ｋｇ／ｋｇの割合で投入し、アルミニウム塊：０．０１２〜０．０３ｋｇ／ｋｇの割合で投入したこととなる。
スラグにアルミニウム塊を投入する場合、スラグボリューム１．０トンに対し、１０〜２０ｋｇの範囲で投入することが好ましい。ただし、操業の規模に応じてスラグ量が多いからといってアルミニウム塊を１００ｋｇも投入すると当然発煙が多量に発生するので、上述の３０ｋｇ程度を上限とすることが好ましい。

前述のようにＣａＯとＦｅＳｉ合金８に加え、アルミニウム材を投入する場合、スラグ７ａの酸化性の改質のために、投入した結果においてスラグ７ａの中にＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３の比率において、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の比で０．７以上、１．７以下の範囲で含まれていることが好ましく、０．９〜１．３５の範囲がより好ましい。
ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の比を上述のように設定することが好ましい理由は、図５に示すＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の三元系状態図に太い実線で示す１６００℃の等温線に示すように、この１６００℃等温線の内側であればすべて液相領域となる。溶鋼清浄性の向上、つまり、溶鋼中の介在物を減少させるには、溶鋼表面に浮上してきた介在物をスラグでいかに捕らえて吸着するかが肝心となる。この点、スラグメタルが強攪拌されないＲＨ処理では、特に液相率が重視される。また、スラグメタルが強攪拌される工程ではＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．６と高い方が望ましいといえる。上述の０．９〜１．３５の範囲は上述の液相領域に完全に含まれる範囲にあり、スラグが液相であると介在物吸着能が高いと考えられるため、上述の範囲が好ましい。

３００トン転炉を用い、転炉から内径４ｍの取鍋に溶鋼を出鋼している最中にＣａＯ粒体を３００ｋｇ投入した。この出鋼時、取鍋内の溶鋼の上に厚さ３０〜５０ｍｍのスラグが生成される。スラグの比重は約３．０〜４．０であり、取鍋内のスラグボリュームは１．０〜２．５トンとなる。
取鍋に対する出鋼完了後に行うスラグ改質試験のために、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒と粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を用意した。
用いたＦｅＳｉ合金粒を構成するＦｅＳｉ合金は、Ｓｉ：７５．４５質量％、Ｃ：０．１１質量％、Ｐ：０．０１３質量％、Ｓ＜０．００５質量％、Ａｌ：１．０５質量％、残部Ｆｅの組成である。

粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒とは、粒度選別を行っていない原料合金粒に対し、１０ｍｍの目開きの篩にかけて残留した合金粒を再度５０ｍｍの篩にかけて篩を通過したＦｅＳｉ合金粒の集合体である。
粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒とは、粒度選別を行っていない原料合金粒に対し、１０ｍｍの目開きの篩にかけて残留した合金粒を再度３０ｍｍの篩にかけて篩を通過したＦｅＳｉ合金粒の集合体である。
篩にかける前の原料合金粒は、１０ｍｍ以下のＦｅＳｉ合金粒が１０％、１０〜２０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒が１５％、２０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒が１５％、３０ｍｍ以上のＦｅＳｉ合金粒が６０％含まれていると表記されている市販品の原料合金粒である。

粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒の一例を図４（Ａ）の写真に示し、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒の一例を図４（Ｂ）の写真に示す。図４（Ａ）の写真から判るように、目開き５０ｍｍの篩を通過する粒で側面視略楕円形状の粒は、５０ｍｍより若干長い粒が通過するので、図４（Ａ）に示す粒の中には５０ｍｍを若干超える長さの略楕円形状の粒等が含まれている。同様に図４（Ｂ）の写真から判るように、目開き３０ｍｍの篩を通過した粒の中には３０ｍｍを若干超える長さの粒が含まれ、目開き１０ｍｍの篩で選別された粒の中には１０ｍｍ未満の粒も一部含まれている。
粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を得る場合に、表１に示すように各重量の合金粒を粒度選別して得たＦｅＳｉ合金粒の粒度分布測定結果を以下の表１に示す。

ＦｅＳｉ合金粒の粒度については、１０−３０ｍｍ粒径のＦｅＳｉ合金粒１０００ｋｇをタンクに投入し、該タンクからコンテナバックに５回に分けて排出した際、排出開始（０ｋｇ）〜２０ｋｇ、２００〜２２０ｋｇ、４００〜４２０ｋｇ、６００〜６２０ｋｇ、８００〜８２０ｋｇの各回で排出した２０ｋｇを篩にかけて粒度分布を測定した。
その結果が以下の表２であり、この実績を％に換算した値が表１の％に相当する。

いずれの量の粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒であっても、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒が９５〜９８％含まれており、試験目的に合致するＦｅＳｉ合金粒であると判断できる。

従来から、３００ｔ転炉から内径４ｍの取鍋に出鋼した溶鋼に対し、アルミニウム材（アルミニウム滓）を８０〜１６０ｋｇ添加してスラグ改質を行っている。この場合、大量の白煙が発生し、転炉設備に常備されている集塵装置により白煙を処理し、発煙が終了するまで、８０秒程度要している。
上述のアルミニウム材に替えて、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を、必要量に応じて１６０ｋｇ、１２０ｋｇ、８０ｋｇ投入するケースに分けて実施してみた。
その結果、いずれの場合も、脱Ｃモデルにより推定した脱炭後Ｃ値と実績Ｃ値との乖離が大きく、脱Ｃが推定よりも進行しないケースが多い結果となった。これは、脱Ｃ処理中に脱Ｃ反応以外の反応（２Ａｌ＋３Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＳｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ_２の反応）により鋼中酸素濃度が低くなって脱炭速度が低下したためと思われる。

次に、上述のアルミニウム材に替えて、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を必要量に応じて、１６０ｋｇ、１２０ｋｇ、８０ｋｇ投入するケースに分けて実施してみたが、いずれの場合も、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を使用した場合よりも脱炭モデルで推定したＣ値と実績Ｃ値との乖離は小さかった。

前記転炉を用いた試験において脱炭モデルから脱炭後Ｃ値と実績Ｃ値とが乖離した原因について考察した。
図６は、取鍋に出鋼した溶鋼のスラグに対し、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を投入してスラグ改質を行った場合に得られた鋼中酸素濃度と、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を投入してスラグ改質を行った場合に得られた鋼中酸素濃度を対比して示すグラフである。
３００トン転炉を用いて取鍋に溶鋼を出鋼し、溶鋼の上に積層しているスラグに対し、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を１６０ｋｇ投入する試験と、１２０ｋｇ投入する試験と、８０ｋｇ投入する試験を転炉精錬操業に合わせて出鋼の度に２２２回繰り返し、投入量に応じて得られた鋼中酸素濃度の出現頻度を図６に示す。
また、３００トン転炉を用いて取鍋に溶鋼を出鋼し、溶鋼の上に生成しているスラグに対し、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を１６０ｋｇ投入する試験と、１１０〜１２０ｋｇ投入する試験を転炉精錬操業に合わせて取鍋に出鋼する度に２０３回繰り返し、投入量に応じて得られた鋼中酸素濃度の出現頻度を図６に示す。

鋼中酸素濃度（ｐｐｍ）は粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒の場合、平均４５９ｐｐｍ、偏差９１であり、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒の場合、平均５０７ｐｐｍ、偏差８６である。
図６に示す結果から、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒の場合、鋼中酸素濃度が２８０〜４２０ｐｐｍの比較的低濃度領域において頻度が高くなった。これは、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を用いてスラグ改質を行った場合、鋼中酸素濃度が低くなる確率が高く、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を用いてスラグ改質を行った場合、鋼中酸素濃度が低位とならず、高位のまま保持可能であることを意味する。

図６に示す結果から、スラグの改質を行う場合、粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を用いてスラグ改質を行う方が、粒径１０〜５０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を用いてスラグ改質を行う場合よりも鋼中酸素濃度を低下させないという利点があることがわかる。
鋼中酸素濃度を低下させないということは、特に脱炭を要する極低炭素鋼などのように二次精錬処理がなされる鋼種を製造する場合に有利となる。
即ち、ＦｅＳｉ合金粒の粒径差で処理前の溶鋼中酸素濃度の差があるため、二次精錬処理中もＦｅＳｉ合金粒の粒径が大きいと溶鋼中酸素濃度が消費され易くなるので、脱Ｃモデルと実績に乖離が生じ易くなる。このため、ＦｅＳｉ合金粒は前述の如く粒径の小さいものが好ましい。
また、上述のアルミニウム材に替えて、Ｃを４質量％含むＦｅＳｉ合金粒を１４０ｋｇ投入したところスラグにふくれを生じた。このため、Ｃを多く含むＦｅＳｉ合金粒を添加することはスラグ膨れにつながるので適用できないことがわかった。

上述の粒径１０〜３０ｍｍのＦｅＳｉ合金粒を８０ｋｇ投入するケースに加え、アルミニウム塊３０ｋｇを付加して投入する試験を行った。対スラグ原単位はＦｅＳｉ：０．０３２〜０．０８ｋｇ／ｋｇの割合であり、アルミニウム塊：０．０１２〜０．０３ｋｇ／ｋｇの割合である。スラグ改質材としての合計の対スラグ原単位は、０．０４４〜０．１１ｋｇ／ｋｇとなる。
アルミニウム塊をＦｅＳｉ合金粒に対し追加して投入する場合、３０ｋｇが転炉サイクルタイムを延長させない程度の発煙（発煙がほとんど無く集塵の必要がない程度の発煙）を前提とした上限であり、アルミニウム塊をこれ以上投入すると発煙することを確認している。
上述の割合でＦｅＳｉ合金粒に対しアルミニウム塊を添加してスラグに投入した場合、発煙を生じることが無く、鋼中酸素濃度が目標の脱炭モデルから乖離しなかったので、良好な結果が得られた。

１…転炉（精錬炉）、２…溶銑、３…ランス、５…取鍋、６…溶鋼、７…スラグ、７ａ…スラグ、８…ＦｅＳｉ合金粒、１０…浸漬管、１１…真空槽、１２…未溶解合金。

Claims (5)

1. 転炉等の精錬炉から取鍋への溶鋼の出鋼時にＣａＯを投入し、前記精錬炉から取鍋への溶鋼の出鋼完了後に取鍋内の溶鋼の上に存在するスラグの表面にＦｅＳｉ合金粒を投入することを特徴とするＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法。
2. 前記ＦｅＳｉ合金粒の粒径が１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下のものが９０質量％以上であり、Ｃ≦０．０１質量％の極低炭素鋼を製造する場合に用いることを特徴とする請求項１に記載のＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法。
3. 前記ＦｅＳｉ合金粒の粒径が１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下のものが９５質量％以上、１０ｍｍ未満のものが５質量％以下、３０ｍｍ超のものが１質量％以下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ＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法。
4. 前記ＦｅＳｉ合金粒のＣ含有量が１％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法。
5. 前記取鍋内のスラグの表面にＦｅＳｉ合金粒とアルミニウム塊を投入し、且つ、前記スラグ中のＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の比を０．７０以上、１．７０以下とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法。
   なお、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３は、それぞれスラグ中のＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）とする。