JP2016204693A - 高清浄鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもアルミナ介在物の個数を低減でき、特に粒径が２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の個数を低減可能な高清浄鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】一次精錬を行った溶鋼を出鋼工程と真空脱ガス工程で順次処理して溶製した後、連続鋳造工程でタンディッシュ１０に注湯して連続鋳造するに際し、真空脱ガス工程による脱炭処理前ではなく脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加する高清浄鋼の製造方法であり、出鋼工程と真空脱ガス工程の間で炭素成分を添加した溶鋼を真空脱ガス工程で撹拌しながら脱炭処理した後、金属アルミニウムが添加され３〜１２分撹拌処理された溶鋼を、受湯部１４と排湯部１５に区切り、これを連通する溶鋼流路１７を形成した堰１３が内部に設けられ、溶鋼流路１７の受湯部１４側の開口部１９の受湯部１４の底面２２からの高さ位置を、受湯部１４側の溶鋼深さの０．２倍以下としたタンディッシュ１０に注湯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高清浄鋼の製造方法に係り、更に詳細には、Ａｌ脱酸による高清浄鋼の製造方法に関する。

転炉等で大気圧下で吹酸脱炭して製造した一次精錬終了後の溶鋼は、鋼中の溶存酸素濃度が高いため、脱酸処理が施された後に鋳造され、製品としての特性を得ている。
脱酸には、酸素と結合して酸化物を生成する元素の添加が一般に行われており、Ａｌ（アルミニウム）の他、Ｓｉ（珪素）、Ｃ（炭素）、Ｔｉ（チタン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、ＲＥＭ（希土類金属）等を、脱酸材として用いることが知られている。
このうち、脱酸材として用いるＡｌは、安価で、かつ、強い脱酸効果があり、これを用いて製造した鋼材は、飲料缶の用途を含めて使用実績があるため、汎用性が高い。

しかし、Ａｌによる脱酸反応後に生成するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、凝固後の鋼材（連続鋳造して得た鋳片）中に介在物として残存し、製品品質を損なう原因となる場合がある。例えば、飲料缶の素材として用いる際の製缶加工時の割れの原因となるため、品質の向上を図る上で、アルミナ介在物の悪影響を排除する必要がある。
更に、溶鋼中にアルミナが多量に存在すると、鋳造時において、浸漬ノズル内面へのアルミナの付着や凝集が促進され、鋳型（モールド）内での偏流発生やノズル閉塞が生じることに起因して、湯面の変動量が大きくなり、モールドパウダーの混入（パウダー系介在物）による品質劣化の原因となる。
なお、脱酸材としてＡｌ以外の金属を用いた場合でも、生成した金属酸化物（介在物）は製品品質を損なう可能性があり、この点ではＡｌと同様である。

そこで、以下の方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、脱酸材として金属アルミニウムを添加し、生成する介在物の改質剤としてＣａＯを活用して、溶鋼の撹拌により介在物を浮上させ、溶鋼中の介在物を低減させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、上記した特許文献１に記載のアルミナ介在物の生成を抑制するため、溶鋼を加炭して脱酸する技術が開示されている。詳細には、真空脱ガス処理時に添加した炭素を活用することで、脱酸材としての金属アルミニウムの使用量を抑制し、真空脱ガス前に炭素を添加することで、真空脱ガス処理時の突沸を防止することが記載されている。また、一次精錬後の出鋼時に、金属アルミニウムを添加することも記載している。
そして、特許文献３、４には、連続鋳造機のタンディッシュにおけるアルミナ介在物を浮上除去するため、タンディッシュ内を受湯部（受鋼部）と排湯部（溶鋼排出部）とに区切る堰に設けられた中空耐火物内で溶鋼を加熱し、この中空耐火物から排出された溶鋼の上昇流を活用することで、アルミナ介在物を効果的に浮上除去させる技術が開示されている。

特開平７−３００６１２号公報 特許第３６７４４２２号公報 特開昭６３−９３４５２号公報 特開平８−１２８９号公報

しかしながら、前記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１の技術では、相応のアルミナ介在物の低減効果は望めるが、品質の向上を図る上で、更なる介在物個数の低減が必要である。また、本発明者らの知見では、粒径が大きなアルミナ介在物（例えば、７０μｍ以上）を減少させる効果は望めるものの、粒径が小さなアルミナ介在物（１０〜５０μｍ程度）を減少させる効果は少ない。
特許文献２の技術は、介在物の抑制効果を記載した図４に示す通り、相応のアルミナ介在物の低減効果は望めるが、粒径が７０μｍクラスのアルミナ介在物の低減効果に比べ、５０μｍや３０μｍ、特に２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の低減効果は小さく、品質の向上を図る上で、粒径が小さなアルミナ介在物の低減効果の向上が望まれる。
特許文献３、４の技術では、例えば、「１００μｍ以上の大きさ」（特許文献３の第２頁右下欄第１１〜１３行目）と記載している通り、相応のアルミナ介在物の低減効果は望めるが、粒径が小さなアルミナ介在物（１０〜５０μｍ程度）を減少させる効果は少ない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来よりもアルミナ介在物の個数を低減でき、特に粒径が２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の個数を低減可能な高清浄鋼の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る高清浄鋼の製造方法は、大気圧下で吹酸脱炭する一次精錬を行った溶鋼を、少なくとも出鋼工程と真空脱ガス工程で順次処理して溶製した後、連続鋳造工程でタンディッシュに注湯して連続鋳造するに際し、前記真空脱ガス工程による脱炭処理前ではなく該脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加する高清浄鋼の製造方法であって、
前記出鋼工程と前記真空脱ガス工程の間で炭素成分を溶鋼に添加し、該溶鋼を前記真空脱ガス工程で撹拌しながら前記脱炭処理し、該脱炭処理後に前記金属アルミニウムが添加された溶鋼を３分以上１２分以下撹拌処理し、
溶鋼を受け入れる受湯部と該溶鋼を連続鋳造する鋳型に注入する排湯部とに区切る堰が内部に設けられ、前記受湯部と前記排湯部を連通する１又は複数の溶鋼流路が前記堰に形成され、しかも、前記溶鋼流路の前記受湯部側に位置する開口部の該受湯部の底面からの高さ位置を、前記受湯部側の溶鋼深さの０．２倍以下とした前記タンディッシュに、前記金属アルミニウムの添加後に前記撹拌処理した溶鋼を注湯する。

本発明に係る高清浄鋼の製造方法において、前記溶鋼流路を流れる溶鋼を誘導加熱することが好ましい。

本発明に係る高清浄鋼の製造方法は、真空脱ガス工程による脱炭処理前ではなく脱炭処理後の溶鋼に、金属アルミニウムを添加することを前提条件としている。
ここで、真空脱ガス工程による脱炭処理後に金属アルミニウムを添加するので、溶鋼中の溶存酸素濃度を減少させた溶鋼に対して金属アルミニウムの添加が行われ、アルミナ介在物の生成を抑制できる。このとき、溶鋼には小さなアルミナ介在物が生成するが、その生成量が抑制されているため、この溶鋼を所定時間撹拌処理することで、生成した小さなアルミナ介在物を凝集させ合体させる（凝集合体）効果を促進できるものと考えられる。
そして、この溶鋼を、受湯部と排湯部とに区切る堰が内部に設けられ、この堰の所定高さ位置に受湯部と排湯部を連通する溶鋼流路が形成されたタンディッシュに注湯して連続鋳造するので、このタンディッシュにおいて、凝集合体させたアルミナ介在物の浮上除去効果が得られる。これは、排湯部の表層（湯面近傍）の溶鋼温度がタンディッシュ内で低下し、受湯部の溶鋼温度に比べて排湯部の表層の溶鋼温度が低くなり、排湯部の深さ方向で温度差が生じるため、この温度差に起因した溶鋼の対流（上昇流）により、溶鋼流路から排湯部へ流れる溶鋼中の介在物が浮上除去されることによる。
従って、従来よりもアルミナ介在物の個数を低減でき、特に粒径が２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の個数を低減できる。

本発明の一実施の形態に係る高清浄鋼の製造方法を適用するタンディッシュの説明図である。 取鍋での撹拌処理終了時における溶鋼中のアルミナ介在物の粒径頻度分布を示すグラフである。 連続鋳造した鋳片中のアルミナ介在物の粒径個数分布を示すグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の高清浄鋼の製造方法に想到した経緯について説明する。

（１）アルミナ介在物の生成に関する知見
アルミナ介在物（以下、単に介在物ともいう）は、スラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯや、溶鋼の溶存酸素などと、脱酸材であるＡｌとが反応することで生成する。
生成当初のアルミナ介在物は、その粒径が小さく（２０μｍ以下）、時間の経過によらずそのまま溶鋼内に残留する場合と、生成した介在物が時間経過と共に緩やかに凝集する場合とがある。

前記した特許文献２に記載の加炭ならびに真空脱ガス処理では、脱酸にＣ元素を活用した結果、粗大介在物の生成を抑制できるものとみられる（特許文献２の図４において、粒径７０μｍの介在物が大幅に減少）。
しかし、粒径が小さな介在物（粒径２０μｍ以下クラス）の減少効果は小さい。
これは、特許文献２では、一次精錬炉からの出鋼時又は出鋼後に、溶鋼に伴われているスラグ中に金属アルミニウムやアルミ滓などの還元滓を添加し、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯなどの酸化性成分を低減させていることに起因している。

上記したように、スラグ中の酸化性成分を金属アルミニウムやアルミ滓などで還元することは、アルミナを生成させることを意味しており、その生成量が多量であれば、微細な状態（２０μｍ以下）で生成したアルミナ介在物が凝集や浮上しきれず、溶鋼中、更には、鋳造後の鋳片内に残存することとなる。
更に、この５〜２０μｍクラスの微細なアルミナ介在物が、溶鋼中や鋳片内に多数残存する場合には、鋼材の極薄化などの加工時に、欠陥の起点となる頻度が高くなる。

従って、品質向上のためには、アルミナ介在物の生成量を抑制する必要がある。

（２）溶鋼の撹拌処理に関する知見
取鍋を用いた溶鋼の撹拌処理は、一般に取鍋底部よりＡｒガスを溶鋼中に吹込み、ガス気泡の浮上効果を用いることで行われ、取鍋内の溶鋼の成分や温度の均一化、また、介在物の浮上除去に用いられている。
本発明者らは、溶鋼の撹拌処理を行うに際し、アルミナの生成量（脱酸直後の介在物の存在状況）によって撹拌の寄与形態が異なることを、数々の実験等から知見した。その状況は、以下の通りである。

溶鋼中のアルミナ介在物が比較的多い場合、撹拌処理による介在物個数の絶対値改善効果は小さい。なお、溶鋼中のアルミナ介在物の個数は、炭素成分を添加して行う脱炭処理（真空脱ガス処理）前の溶鋼（一次精錬直後の高溶存酸素濃度の溶鋼）に金属アルミニウムを添加する場合に、多量の金属アルミニウムを使用することに起因して多くなる。
この場合、取鍋でのガス撹拌（ＲＨ処理での環流撹拌も同様）によるエネルギーは、その大半が既生成の粗大介在物の浮上運動に費やされるため、微小介在物の顕著な個数減少効果が小さい。また、微細な（２０μｍ以下の）アルミナ介在物の個数が多いため、撹拌を行わずとも粒子同士の衝突頻度が高くなり、脱炭処理前に生成したアルミナ介在物は時間の経過と共に凝集合体による浮上が進む。しかし、アルミナ介在物の個数が多過ぎるため、粒径が増加していない介在物は、依然として溶鋼中に残存する。
このように、アルミナ介在物が比較的多い場合、撹拌による介在物除去の効果が不明瞭であると共に、所定の撹拌処理を行っても凝集合体しきれない微細な介在物の除去が困難であるため、撹拌処理の有無による介在物の粒度分布の大幅な変化が認められない。

一方、溶鋼中のアルミナ介在物が比較的少ない場合、撹拌処理による微細な介在物粒子の衝突頻度が増加するため、介在物の粒径分布はやや増加する（粒径が大きくなる）傾向がみられた。なお、溶鋼中のアルミナ介在物の個数は、炭素成分を添加して行う脱炭処理前の溶鋼に金属アルミニウムを添加することなく、脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加する場合に少なくできる。
この場合、撹拌処理により、粒径が５〜２０μｍクラスの微小介在物の個数が減少し、３０〜５０μｍクラスの介在物の個数が増加することを知見した。
これは、脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加し、この金属アルミニウムの添加直後にガス撹拌を施すことで、生成した、個数が少ない微細なアルミナ介在物のガス気泡による捕捉効果と、撹拌（流動）による介在物粒子の衝突に伴う凝集合体の効果が得られたことに起因するものと考えられる。

従って、脱炭処理後の溶存酸素濃度を低減させた溶鋼に対し、金属アルミニウムを添加することと、その直後に撹拌処理を行うことが重要である。

（３）タンディッシュに関する知見
連続鋳造においては、連続鋳造速度に対応する量で溶鋼がタンディッシュに注湯されるため（例えば、８トン／分以下程度の量）、タンディッシュ内での溶鋼の流動速度が、取鍋のガス撹拌における溶鋼の撹拌流速よりも小さく、介在物の凝集合体の効果が望みにくい。
また、タンディッシュ内で溶鋼温度が低下すると、溶解度積の低下によって新たな微細アルミナの生成（２Ａｌ＋３Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３）を招き、鋳造した鋳片中のアルミナ介在物の増加が顕著になる場合がある。
一方、タンディッシュ内で溶鋼を加熱することにより、新たなアルミナ介在物の生成を抑制する効果が期待できる。また、タンディッシュの内部に堰（仕切り壁）を立設し、タンディッシュ内の溶鋼に上昇流を発生（加熱後の溶鋼に発生）させると、タンディッシュ内の湯面に存在するスラグの撹拌効果を抑制した状態で、３０〜５０μｍ程度の粒子径を有する溶鋼中の介在物を浮上させ、これをスラグに捕捉させる効果が期待できる。

従って、タンディッシュの内部に、受湯部と排湯部を分割（独立して配置）する堰を立設し、しかも、この堰に、受湯部と排湯部を連通する溶鋼流路を形成する中空耐火物を設け、この中空耐火物の領域で溶鋼を加熱することが好ましい。

以上のことから、本発明者らは、本発明に係る高清浄鋼の製造方法に想到した。
即ち、図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る高清浄鋼の製造方法は、大気圧下で吹酸脱炭する一次精錬を行った（転炉で処理した）溶鋼を、少なくとも出鋼工程と真空脱ガス工程で順次処理して溶製した後、連続鋳造工程でタンディッシュ１０に注湯して連続鋳造するに際し、真空脱ガス工程による脱炭処理前ではなく脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加する方法である。
以下、詳しく説明する。

一次精錬を行った溶鋼を、出鋼工程で、取鍋へ供給する。
転炉吹錬等の一次精錬直後では、一般に溶鋼の溶存酸素濃度が６００〜９００ｐｐｍ程度と高く、この状態で金属アルミニウムの添加による脱酸処理を行うと、極めて多量の微細なアルミナが生成することとなる。この生成した微細なアルミナの一部は、前記したように、時間経過と共に凝集合体して粗大化し、浮上除去されるものもあるが、鋳造までの限られた時間内に、全ての介在物、特に２０μｍ以下クラスの介在物を、完全に浮上除去させることは事実上不可能である。

アルミナ生成量は、脱酸対象となる溶存酸素濃度と金属アルミニウムの添加量に支配される。即ち、脱酸処理前の溶存酸素濃度を下げた上で、金属アルミニウムの添加量を低減し、溶存酸素以外（スラグ中のＦｅＯやＭｎＯ）の酸素によるアルミニウム酸化（スラグなど）を抑制することが、極めて重要である。
そこで、まず、一次精錬終了後の溶存酸素濃度が高い状態の溶鋼に対し、介在物生成の起こり得ない脱酸元素である炭素成分を溶鋼に（出鋼工程と真空脱ガス工程の間で）添加する（加炭処理）。次に、炭素成分が添加された取鍋内の溶鋼を、真空脱ガス（真空下での脱ガス処理）工程で撹拌しながら脱炭処理（脱酸処理）を行う。
これにより、溶鋼の溶存酸素濃度を、例えば、５０〜２００ｐｐｍ程度まで減少できる。

そして、上記した溶存酸素濃度を低下させた脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加し、この金属アルミニウムが添加された溶鋼を３分以上１２分以下（好ましくは、下限を４分、上限を１０分）の範囲で撹拌処理する。
溶鋼への金属アルミニウムの添加量は、アルミナ生成量の減少につなげるため少なくすることが好ましく、溶鋼中の溶存酸素量に応じて、例えば、溶鋼１トンあたり０．１〜２．４ｋｇ程度添加するのがよい。
また、溶鋼の撹拌処理には、取鍋の底部からＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスを吹込むガス撹拌（バブリング）や、ＲＨを用いた環流撹拌を使用できる。なお、ＲＨを用いて環流撹拌する場合は、真空度が１３３〜４００×１０^２Ｐａ（１〜３００Ｔｏｒｒ）、好ましくは１３３×１０^２〜４００×１０^２Ｐａ（１００〜３００Ｔｏｒｒ）の低真空度で撹拌するとよい。また、取鍋での操業条件（ガス撹拌の撹拌力）は、上記した脱炭処理を行う場合と同様、あるいは、脱炭処理時より低流量（例えば、脱炭処理時のガス流量の０．３倍以上１．０倍未満）でよい。

ここで、撹拌処理の時間（撹拌時間）が３分未満の場合、前記した撹拌の作用効果が顕著に得られない。一方、撹拌時間の上限である１２分は、上記した撹拌処理の方法の１つである取鍋でのガス撹拌に基づいて決定した。
ＲＨでの環流撹拌では、１２分を超えて撹拌処理を行ってもよいが、取鍋でのガス撹拌では、撹拌時間を長くすることで溶鋼の温度低下が大きくなり、新たなアルミナ介在物粒子が生成し易くなる。これは、前記の溶鋼の温度低下に伴う「２Ａｌ＋３Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３」反応の溶解度積が低下することに起因する。
そこで、上記した撹拌処理の方法のうち、温度低下による影響を受ける取鍋でのガス撹拌を考慮して、撹拌時間の上限を決定した。
これにより、溶鋼中に生成した小さなアルミナ介在物の凝集合体の効果を促進できる。

続いて、金属アルミニウムの添加後に撹拌処理した溶鋼を、溶鋼鍋１１を用い、ロングノズル１２を介してタンディッシュ１０に注湯する。
タンディッシュ１０は、その内部が堰１３により、溶鋼鍋１１からロングノズル１２を介して溶鋼を受け入れる受湯部１４と、この溶鋼を連続鋳造する鋳型（図示しない）に注入する排湯部１５とに分割されている。なお、排湯部１５の底部には浸漬ノズル１６が設けられ、排湯部１５内の溶鋼を浸漬ノズル１６を介して鋳型に注入する構成となっている。
受湯部１４と排湯部１５を分割する堰１３には、この受湯部１４と排湯部１５を連通する溶鋼流路１７を形成する中空耐火物１８が設けられている。この中空耐火物１８は、受湯部１４側の開口部１９から溶鋼を受け、この溶鋼を排湯部１５側の開口部２０から排湯部１５へ排出するものである。この中空耐火物１８内（溶鋼流路１７）を流れる溶鋼は、例えば、前記した特許文献３、４に記載の誘導加熱装置（ここでは、誘導加熱コイル２１）によって加熱することもできる。

なお、連続鋳造終了後に、受湯部１４に溶鋼が残留することを防止するため、中空耐火物１８（溶鋼流路１７）の受湯部１４側に位置する開口部１９（開口部１９の下端）の受湯部１４の底面２２からの高さ位置を、受湯部１４側の溶鋼深さ（浴深）Ｈの０．２倍（０．２×Ｈ）以下にしている（下限は、例えば０倍（０×Ｈ）、即ち開口部１９が受湯部１４の底面２２に接する位置）。
ここで、堰１３に設ける中空耐火物１８（溶鋼流路１７）の数は、例えば、鋳造条件に応じて、１個でもよく、また、２個以上の複数個でもよい。なお、中空耐火物の数が複数個の場合は、全ての中空耐火物の受湯部側に位置する開口部の受湯部の底面からの高さ位置が、上記した条件を満足するように調整する。この中空耐火物１８（溶鋼流路１７）の長さ（堰１３の厚み）は、例えば、５００〜１５００ｍｍ程度である。
そして、堰１３と中空耐火物１８は、いずれも耐火物で構成されているが、使用用途に応じて、同一材質で構成してもよく、また、異なる材質で構成してもよい。
更に、中空耐火物１８（溶鋼流路１７）は、受湯部１４から排湯部１５へかけて、下方に向けて傾斜させているが、水平でもよい。また、排湯部１５の底面２３の深さ位置は、受湯部１４の底面２２の深さ位置よりも深くしているが、同一の深さでもよい。
なお、溶鋼流路は、中空耐火物によって形成することに限定されるものではなく、例えば、堰に孔を貫通（貫通孔）させることで形成することもできる。

前記したように、タンディッシュ１０内で溶鋼の上昇流を有効に作用させるには、タンディッシュ１０の内部に中空耐火物１８が設けられた堰１３を立設し、受湯部１４と排湯部１５の空間（チャンバー）を明確に分割する必要がある（タンディッシュ１０（受湯部１４と排湯部１５）内の溶鋼の湯面位置が、堰１３の上面より低くなっている）。
一般に、排湯部１５の表層の溶鋼温度はタンディッシュ１０内で低下するため、受湯部１４の溶鋼温度に比べて排湯部１５の表層の溶鋼温度は低くなり、排湯部１５の深さ方向で溶鋼に温度差が生じる。このため、中空耐火物１８から排湯部１５へ排出される溶鋼は、中空耐火物１８内で誘導加熱されない場合であっても、上記した温度差によって溶鋼の対流（上昇流）が生じ、この対流によって、中空耐火物１８から排湯部１５へ排出される溶鋼中の介在物が浮上除去される。

しかし、タンディッシュ１０内で上昇流を形成させても、浮上除去可能な介在物粒径は３０〜５０μｍ程度以上の粗大径のみであり、５〜２０μｍ程度の小径介在物の浮上除去は困難である。
また、鋳造時間が長くなってタンディッシュ１０内で溶鋼温度が低下すると、溶鋼粘性の上昇に起因して介在物の浮力が弱まり、介在物の浮上効率の悪化を招くと共に、アルミナ生成反応（２Ａｌ＋３Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３）の溶解度積が低下し、２０μｍ未満の微細なＡｌ_２Ｏ_３が新たに生成（二次生成）することが懸念される。

従って、前記したように、加炭及び減圧処理により添加する脱酸アルミニウム量を低減することにより、生成するＡｌ_２Ｏ_３量を抑制したうえで、その後の溶鋼撹拌によって微細なＡｌ_２Ｏ_３の凝集合体を進めて粗大化させると共に、タンディッシュ内での新たな微細Ａｌ_２Ｏ_３の生成を抑制しつつ、連続鋳造を行うことが重要である。
更に、前記した介在物の浮上を促進し、新たな微細Ａｌ_２Ｏ_３の生成を抑制するためには、タンディッシュ内に受湯部１４と排湯部１５に区切る堰１３を設け、この受湯部１４と排湯部１５を、堰１３に設けられた中空耐火物１８で連通させ、この中空耐火物１８内の溶鋼を誘導加熱することが望ましい。

これにより、タンディッシュ１０の排湯部１５内の溶鋼に対流を発生させ、凝集合体した３０〜５０μｍ程度の粒子径を有するアルミナ介在物を効率よく浮上させて、これを湯面上のスラグに捕捉させる効果が得られる。更に、中空耐火物１８内の溶鋼を誘導加熱して溶鋼の温度低下を回避することにより、排湯部１５における新たな微細アルミナの生成を抑制することができる。
従って、得られた溶鋼を連続鋳造することで、従来よりもアルミナ介在物の個数を低減でき、特に粒径が２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の個数を低減した鋼材（鋳片）を製造できる。特に、この鋼材は、介在物の含有量規制に対して最も要求の厳しい飲料缶用鋼板などの製造時においても、介在物に起因する製品不合（製品不良）を著しく低減できることが可能となる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、以下の方法を基本として各条件を変更し、鋳片の清浄性の評価を行った。
３５０トンの転炉にて一次精錬を行った後、取鍋内に出鋼した溶鋼（炭素濃度：０．０３７質量％、溶存酸素濃度：７００ｐｐｍ）に、ピッチコークス（炭素成分）添加による加炭処理を施した。その後、一本足の大径管の浸漬と取鍋での底吹きのガス撹拌による脱ガス処理（脱炭処理）を行った。
そして、取鍋内の溶鋼に金属アルミニウムを、溶鋼１トンあたり０．１〜２．４ｋｇ添加し、更に３〜１４分間のガス撹拌（撹拌処理）を施した後、撹拌処理後の取鍋を保温処置（保温材投入等）して速やかに連続鋳造機へ搬送し、撹拌処理後の溶鋼をタンディッシュに注湯して、連続鋳造を実施した。このタンディッシュは、受湯部と排湯部が堰によって区切られ、この受湯部と排湯部が堰に設けられた中空耐火物によって連通（受湯部内の溶鋼は中空耐火物からのみ排湯部へ供給）され、この中空耐火物内の溶鋼を誘導加熱可能な構造となっている。なお、中空耐火物の受湯部側の開口部の下端の、受湯部の底面からの高さ位置は、受湯部側の浴深Ｈの０．２倍（０．２×Ｈ）の位置とした。
試験条件とその結果及び評価を、表１に示す。

表１において、「加炭後」の欄には、ピッチコークスを添加した後の溶鋼の炭素濃度（［Ｃ］（％））と溶存酸素濃度（［Ｏ］（ｐｐｍ））を記載し、「減圧Ｃ脱酸後」の欄には、脱炭処理を行った後の溶鋼の炭素濃度（［Ｃ］（％））と溶存酸素濃度（［Ｏ］（ｐｐｍ））を記載している。
また、「取鍋処理後Ｔ．［Ｏ］」の欄には、「取鍋撹拌時間」の欄の時間でガス撹拌した後の溶鋼のトータル酸素濃度（Ｔ．［Ｏ］（ｐｐｍ））を記載している。
そして、「誘導加熱の有無」とは、中空耐火物内を流れる溶鋼に対する、上記した誘導加熱の有無を記載しており、「無」は前記した誘導加熱可能なタンディッシュを用いて溶鋼を誘導加熱しなかった場合を指す。なお、「中空耐火物出側の温度増加」とは、中空耐火物内を流れる溶鋼を誘導加熱によって加熱した際の、受湯部内の溶鋼に対する排湯部内（中空耐火物出側）の溶鋼の上昇温度（ΔＴ）を意味する。
更に、「鋳片」の欄のうち、「Ｔ．［Ｏ］（ｐｐｍ）」の欄には、連続鋳造を行った後の鋳片のトータル酸素濃度を記載し、「介在物個数」の欄には、代表位置から切り出したサンプル（２５ｍｍ角）を光学顕微鏡で調査した結果（アルミナ介在物の個数）を記載している。
なお、「評価」は、「介在物個数」の結果が１．００（個／ｃｍ^２）以下の場合を清浄性が良好（○）と判断し、１．００（個／ｃｍ^２）超の場合を清浄性が悪い（×）と判断した。

表１中の実施例１〜８は、上記したように、脱炭処理前ではなく脱炭処理後に金属アルミニウムを添加した溶鋼を用い、この溶鋼を、適正範囲内の時間（３〜１２分の範囲）で撹拌処理した後、適正範囲（０．２×Ｈ）に位置させた中空耐火物を備えるタンディッシュへ注湯して、連続鋳造した結果である。即ち、脱炭処理前の金属アルミニウムの添加量は０ｋｇである。
この場合、金属アルミニウムの添加時期によるアルミナ介在物の生成抑制効果、溶鋼の撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果、及び、タンディッシュの排湯部内の対流による溶鋼中のアルミナ介在物の浮上除去効果が得られた。
その結果、表１に示すように、鋳片のトータル酸素濃度を低減できると共に、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数を低減でき、鋳片の清浄性を良好にできた（評価：○）。

特に、実施例６〜８は、中空耐火物内を流れる溶鋼に対する、誘導加熱の影響を検討した結果であるが、誘導加熱を行っていない実施例８よりも、誘導加熱を行った実施例６、７の方が、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数を低減できた。また、誘導加熱による中空耐火物出側の溶鋼温度を、実施例７のように、実施例６よりも上昇させることで、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数を、更に低減できた。
これは、溶鋼の誘導加熱により、タンディッシュの排湯部内の対流効果と、排湯部における新たな微細アルミナ生成の抑制効果が、増大したことによる。

一方、比較例９は、実施例１〜３の条件において、一次精錬後の溶鋼に、加炭処理を施すことなく脱ガス処理を行った場合の結果である。
この場合、加炭処理を施さなかったため、脱ガス処理後の溶鋼に添加する金属アルミニウム量を多くしなければならず、アルミナ介在物が多く生成し、溶鋼の撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果が十分に得られなかった。
その結果、表１に示すように、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数が多くなり、鋳片の清浄性が悪くなった（評価：×）。

比較例１０、１１は、実施例１〜５の条件において、金属アルミニウムを添加した溶鋼の撹拌時間を、適正範囲外の時間（比較例１０：２分、比較例１１：１４分）とした場合の結果である。
この場合、比較例１０においては、撹拌時間が不足して撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果が十分に得られず、また、比較例１１においては、撹拌時間の長期化に伴い溶鋼温度が低下して多くのアルミナ介在物が生成した。
その結果、表１に示すように、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数が多くなり、鋳片の清浄性が悪くなった（評価：×）。

比較例１２は、実施例１〜３の条件において、金属アルミニウムの添加を、脱炭処理後ではなく脱炭処理前の溶鋼に行った場合の結果である（特許文献２と同様の方法）。
この場合、前記したように、スラグ中の酸化性成分が金属アルミニウムで還元され、アルミナが多く生成したため、溶鋼の撹拌処理によるアルミナ介在物の凝集合体効果が十分に得られなかった。
その結果、表１に示すように、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数が多くなり、鋳片の清浄性が悪くなった（評価：×）。

比較例１３は、実施例１〜３の条件において、金属アルミニウムを添加した溶鋼を撹拌処理しなかった場合の結果である。
この場合、撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果が得られず、表１に示すように、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数が多くなり、鋳片の清浄性が悪くなった（評価：×）。

従来法は、実施例１〜３の条件において、一次精錬後の溶鋼に、加炭処理を施すことなく、また、脱ガス処理を行うことなく、金属アルミニウムを添加した場合の結果である（即ち、金属アルミニウムによる脱酸のみ）。
この場合、加炭処理と脱ガス処理を施さなかったため、溶鋼に添加する金属アルミニウム量が多くなり、アルミナ介在物が多く生成し、溶鋼の撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果が十分に得られなかった。
その結果、表１に示すように、鋳片中に存在するアルミナ介在物の個数が多くなり、鋳片の清浄性が悪くなった（評価：×）。

ここで、上記した従来法と実施例２について、取鍋での撹拌処理終了時における溶鋼中のアルミナ介在物の粒径頻度分布を調査した結果を図２に、連続鋳造した鋳片中のアルミナ介在物の粒径個数分布を調査した結果を図３に、それぞれ示す。なお、図２の縦軸は、全てのアルミナ介在物（粒径範囲が５μｍ以上２０μｍ以下、２０μｍ超３０μｍ以下、３０μｍ超５０μｍ以下、及び、５０μｍ超）の合計個数を１００％としたときの各粒径範囲のアルミナ介在物の個数割合を示している。

図２に示すように、アルミナ介在物の粒径範囲が、５μｍ以上２０μｍ以下と２０μｍ超３０μｍ以下の個数割合はともに、実施例２が従来法より低くなっているが、３０μｍ超５０μｍ以下の個数割合は、実施例２が従来法より高くなっている。
即ち、５μｍ以上２０μｍ以下と２０μｍ超３０μｍ以下の個数割合の、実施例２の従来法に対する減少分が、３０μｍ超５０μｍ以下の個数割合の、実施例２の従来法に対する増加分に相当する。これは、実施例２が、金属アルミニウムの添加前に加炭処理と脱ガス処理を行っているため、溶鋼中のアルミナ介在物量を少なくでき、その結果、溶鋼の撹拌処理による小さなアルミナ介在物の凝集合体効果が得られたことに起因するものと考えられる。

そして、上記した溶鋼を、中空耐火物が設けられた堰を有するタンディッシュに注湯し、連続鋳造することで、実施例２については、タンディッシュの排湯部内の対流効果が得られ、図３に示すように、アルミナ介在物の粒径範囲が３０μｍ超５０μｍ以下の検出個数を、従来法よりも低くできた。
従って、本発明の高清浄鋼の製造方法を用いることで、従来よりもアルミナ介在物の個数を低減でき、特に粒径が２０μｍ以下クラスのアルミナ介在物の個数を低減できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高清浄鋼の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、一次精錬を行った溶鋼を、出鋼工程と真空脱ガス工程で順次処理して溶製した後、連続鋳造工程で連続鋳造した場合について説明したが、連続鋳造工程前に、必要に応じて、出鋼工程と真空脱ガス工程以外の工程を行ってもよい。

１０：タンディッシュ、１１：溶鋼鍋、１２：ロングノズル、１３：堰、１４：受湯部、１５：排湯部、１６：浸漬ノズル、１７：溶鋼流路、１８：中空耐火物、１９、２０：開口部、２１：誘導加熱コイル、２２、２３：底面

Claims (2)

1. 大気圧下で吹酸脱炭する一次精錬を行った溶鋼を、少なくとも出鋼工程と真空脱ガス工程で順次処理して溶製した後、連続鋳造工程でタンディッシュに注湯して連続鋳造するに際し、前記真空脱ガス工程による脱炭処理前ではなく該脱炭処理後の溶鋼に金属アルミニウムを添加する高清浄鋼の製造方法であって、
   前記出鋼工程と前記真空脱ガス工程の間で炭素成分を溶鋼に添加し、該溶鋼を前記真空脱ガス工程で撹拌しながら前記脱炭処理し、該脱炭処理後に前記金属アルミニウムが添加された溶鋼を３分以上１２分以下撹拌処理し、
   溶鋼を受け入れる受湯部と該溶鋼を連続鋳造する鋳型に注入する排湯部とに区切る堰が内部に設けられ、前記受湯部と前記排湯部を連通する１又は複数の溶鋼流路が前記堰に形成され、しかも、前記溶鋼流路の前記受湯部側に位置する開口部の該受湯部の底面からの高さ位置を、前記受湯部側の溶鋼深さの０．２倍以下とした前記タンディッシュに、前記金属アルミニウムの添加後に前記撹拌処理した溶鋼を注湯することを特徴とする高清浄鋼の製造方法。
2. 請求項１記載の高清浄鋼の製造方法において、前記溶鋼流路を流れる溶鋼を誘導加熱することを特徴とする高清浄鋼の製造方法。

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