JP2962163B2 - 高清浄極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、清浄性に優れた極低炭
素鋼の溶製方法、特に真空脱ガス処理による高清浄極低
炭素鋼の溶製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】極低炭素鋼は、転炉を用いて経済的に脱
炭し得る限界まで大気圧下で転炉にて脱炭され、その後
真空脱ガス装置を用いて減圧下で鋼中酸素あるいは添加
酸素源(取鍋スラグや吹き込み酸化性ガスまたは鉄酸化
物などの固体酸素) との反応により目的の濃度まで脱炭
され、その後脱酸剤を添加して成分調整・介在物低減処
理を行い溶製される。

【０００３】すなわち、炭素濃度0.02〜0.1 重量％であ
る溶鋼を取鍋に収容し、その溶鋼に１本の筒状の浸漬管
や２本足の浸漬管を浸漬し、浸漬管内を真空にした状態
において、不活性ガスを溶鋼に吹き込んで脱炭処理を行
って、溶鋼中の炭素濃度を0.003 重量％以下にした後
に、浸漬管内の気圧を真空に保ったままでアルミニウム
含有物質を溶鋼に添加し、不活性ガスを溶鋼に吹き込ん
で攪拌して脱酸処理を行う。

【０００４】このように一般的に、転炉では炭素濃度0.
02〜0.10重量％まで脱炭するが、しかし、この程度まで
転炉で脱炭すると炭素以外にも大量の鉄が酸化され転炉
終点時のスラグ中のFeO 濃度が高くなる。このスラグの
一部は出鋼時に溶鋼と共に取鍋に流出してしまう。真空
脱ガス装置で脱炭処理後にアルミニウムによる脱酸処理
を行うと、スラグ中のFeO が溶鋼中のアルミニウムと反
応しアルミナ系介在物が生成し溶鋼中に供給され鋼の清
浄性が低下してしまう。このような問題に対しては従来
技術にも幾つかの提案が見られる。

【０００５】特開平２−277711号公報では転炉出鋼時あ
るいは出鋼後に取鍋にアルミニウムを添加してスラグ中
のFeO 濃度を0.2 〜2.0 重量％とし、その後、真空脱ガ
ス装置で真空脱炭処理をするに際して、処理開始時に酸
素ガスを溶鋼１ｔ当たり0.14〜1.4 Nm³添加しつつ真空
脱炭し、炭素濃度が0.003 重量％以下となった時期にア
ルミニウムを添加して真空処理を５分以上継続し、表面
欠陥発生率が著しく減少したとしている。

【０００６】特開平１−92314 号公報では１本足からな
る筒状浸漬管を浸漬し、浸漬管内を真空排気して、浸漬
管の投影面下の取鍋内下部から不活性ガスを吹き込むに
際して、浸漬管の内径D₁と取鍋の内径D₂との比D₁/D₂ が
0.5 以下の値となるような浸漬管の内径を定め真空脱炭
処理する方法を提案している。しかし、これらの従来方
法では以下のような問題点があることが判明した。

【０００７】特開平２−277711号公報では、真空脱ガス
装置で真空脱炭処理する前に溶鋼にアルミニウムを添加
して脱酸処理を行いスラグ中FeO 濃度を0.2 〜2.0 重量
％としているために、不可避的に溶鋼中溶解酸素が低下
し、脱炭のための酸素が常に不足するために酸素ガスの
供給が不可欠である。すなわち、溶鋼中酸素濃度を一旦
低下させ、その後、酸素ガス添加により溶鋼中酸素濃度
を再び増加させるという脱炭反応に関しては非効率的な
処理を取らざるを得ないのである。また、特開平２−27
7711号公報では明記されていないが、酸素ガス供給時に
は真空脱炭装置内の真空度は通常100 Torr程度であり、
真空脱炭反応に必要な真空度５Torr以下への到達時間は
長くなってしまい、脱炭反応の効率はこの点からも低下
してしまう。また、酸素ガス供給による真空脱炭時に鋼
中炭素と未反応の酸素が溶鋼中のマンガンや鉄を酸化さ
せ、マンガン合金原単位の増加によるコストアップやス
ラグ中FeO あるいはMnO の増加により、スラグ中FeO 濃
度は真空脱炭前の0.2 〜2.0 ％よりも大きな値 (通常は
２％以上) に増加してしまい、溶鋼の清浄性への悪影響
の問題も生じてしまう。

【０００８】一方、特開平１−92314 号公報では、浸漬
管の内径D₁と取鍋の内径D₂との比D₁/D₂ が0.5 以下の値
となるような浸漬管の内径を定め真空脱炭処理する方法
を提案している。確かに脱炭処理のみを考えた場合、こ
のように小さな浸漬管径を用いても十分に極低炭素鋼の
溶製が可能である。しかし、近年ますます要求の厳しく
なってきた鋼の清浄性の観点から考えると、このように
小さな管径の浸漬管を用いた場合、真空脱炭後のスラグ
中FeO 濃度の低減が非常に難しくなってしまう。したが
って、鋼の清浄性を優先に考えると特開平２−277711号
公報で提案されるような非常に効率の悪い溶製方法を採
用せざるを得なくなってしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、清浄性を一層改善した例えば炭素濃度0.0030重量％
以下という極低炭素清浄鋼の溶製方法を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らが上述の目的
を達成すべく、従来法における浸漬管内における溶鋼に
流れに着目してその挙動を調べた結果、次のような点に
着目した。

【００１１】ここに、図１は、１本の筒状の浸漬管10を
取鍋11に収容された溶鋼12に浸漬したときの溶鋼の挙動
の模式的説明図であり、図中、浸漬管内は真空に保持さ
れるため溶鋼の表面14が持ち上げられるようになり、内
部の溶鋼は浸漬管下方から吹込管16を経て吹き込まれる
Arガスによって、矢印で示すように、まず上昇流れとな
り、次いで管壁付近を下方に流れる。しかし、管外の表
面18の付近の流れは少なく、したがって管外表面の溶鋼
は攪拌されにくい。特に管外の溶鋼表面では攪拌は全く
行われないことになる。

【００１２】そこでさらに取鍋と浸漬管との位置関係を
種々変更して実験を行ったところ、浸漬管の内径Ｄ₁
と取鍋の内径Ｄ₂ との比が0.5 〜0.8 となるような浸漬
管および取鍋を使用し、浸漬管を溶鋼中に0.5m以内の
深さに浸漬し、真空脱炭処理終了後に、浸漬管内の気
圧を400Torr 以上大気圧程度まで戻してからアルミニウ
ム物質を溶鋼に添加するとともに、不活性ガスを溶鋼に
吹き込むことで、極低炭鋼の清浄性が著しく改善される
ことを知り、本発明を完成した。

【００１３】ここに、本発明の要旨とするところは、例
えば炭素濃度が0.02〜0.1 重量％である溶鋼を取鍋に収
容し、この取鍋に収容した溶鋼に１本の筒状の浸漬管を
浸漬して溶鋼の精錬を行う方法において、浸漬管の内径
D₁と取鍋内径D₂の比(D₁/D₂)が0.5 以上、0.8 以下を満
足するような浸漬管および取鍋を用いて、該浸漬管内を
真空にした状態において、不活性ガスを溶鋼に吹き込ん
で脱炭処理を行って、溶鋼中の炭素濃度を0.003 重量％
以下にした後に、浸漬管内の気圧を400 Torr以上、大気
圧以下まで戻し、該浸漬管が溶鋼に0.5m以下の深さに浸
漬してある状態において、アルミニウム含有物質を溶鋼
に添加し、不活性ガスを溶鋼に吹き込んで５分以上脱酸
処理を行うことを特徴とする高清浄極低炭素鋼の精錬方
法である。

【００１４】

【作用】次に、本発明において真空処理条件を上述のよ
うに限定した理由をその作用とともに詳述する。図２は
本発明において用いる取鍋と浸漬管との配置例の説明図
であり、前述の図１と同一部材は同一符号でもって示
す。図２は真空脱炭終了後、400 Torrないし大気圧まで
復圧したときの様子を示すもので、真空脱炭操作それ自
体は慣用の態様で行えばよい。

【００１５】本発明によれば、浸漬管10の内径Ｄ₁ と取
鍋の内径Ｄ₂ の比 (D₁/D₂)が0.5 〜0.8 となる浸漬管、
取鍋を用い、浸漬管10の溶鋼12内への浸漬深さ(H) は
0.5m以内とする。なお、溶鋼12上にはスラグ層20が存在
するが、浸漬深さＨは溶鋼だけの深さである。なお、図
中、符号22は合金投入口、24は排気口、26はポーラスプ
ラグである。

【００１６】図３は、本発明にかかる方法を実施する場
合の浸漬管内の溶鋼流動の様子の模式的説明図であり、
図中、浸漬管内は復圧後であって400 Torrないし大気圧
であるため、浸漬管内にあっても溶鋼の表面14は持ち上
げられない。溶鋼12の流れは、矢印で示すように、浸漬
管10の浸漬深さＨが0.5m以内と浅いために浸漬管10を越
えて管外溶鋼の表面18の付近を平行に流れる。したがっ
て、管外表面溶鋼も十分に攪拌される。

【００１７】本発明によれば、転炉などで例えば炭素濃
度0.02〜0.1 重量％にまで脱炭してから、取鍋に出鋼
し、１本足からなる筒状浸漬管を取鍋内溶鋼に浸漬し、
浸漬管内を真空排気して、浸漬管の投影面下の取鍋内か
ら吹込みランス16またはポーラスプラグ26から不活性ガ
スを吹き込む処理において、まず例えば真空度0.5 〜２
Torrの条件で行う真空脱炭処理により炭素濃度が0.003
重量％以下とし、次いで400 Torr〜大気圧 (浸漬管内、
ちなみに、浸漬管外は常に大気圧である) に復圧してか
らアルミニウムを添加して５分以上脱酸処理を行うこと
により、効率的な高清浄極低炭素鋼の溶製が可能とな
る。

【００１８】脱酸処理前に溶鋼中の炭素濃度を0.003 重
量％以下とするのは、通常、高清浄極低炭素鋼に求めら
れる鋼中の炭素濃度は0.003 重量％以下であり、そのよ
うな性質を求められる鋼において、脱酸処理前の炭素濃
度が0.003 重量％を超えていると、脱酸処理段階では、
脱炭に必要な酸素はアルミニウムと反応し、脱炭は進行
しない。従って、脱酸処理終了後の炭素濃度が0.003 重
量％を超えてしまい、求められる性質を満足することが
できないからである。

【００１９】脱酸処理を５分以上行うのは、５分未満で
は鋼中の酸素とアルミニウムとの反応が十分でなく、ア
ルミナがあまり生成せず、脱酸が十分行われないからで
ある。脱酸処理時間は、５分以上行い、上限は20分程度
とするのが好ましい。

【００２０】したがって、本発明によれば、酸化剤を添
加することによる溶鋼中の酸素濃度の低下がないため、
真空脱炭時に酸素ガス供給は必要とせず、たとえごく希
に必要としてもそのとき添加量は極微少量に抑制するこ
とができ、早期に浸漬管内を高真空度にでき脱炭速度の
向上が図れる。また、酸素ガスによる溶鋼中のマンガ
ン、鉄の酸化も極微少量に抑制することができる。

【００２１】また、本発明法では真空脱炭後のスラグ中
FeO 濃度は特開平２−277711号公報で提案されている濃
度0.2 〜2.0 重量％ほど低くはないが、大型浸漬管を用
いるためアルミニウム添加後のスラグ−溶鉄攪拌により
容易にスラグ中FeO 濃度を1.0 重量％以下に低減できる
ため、特開平２−277711号公報よりも鋼の清浄性は改善
される。次に、浸漬管の内径D₁と取鍋の内径D₂との比D₁
/D₂ が0.5 以上0.8 以下の値となるような浸漬管の内径
を定めた理由を以下に述べる。

【００２２】図４に示すように真空下に溶鋼がさらされ
る浸漬管内の面積が大きいほど浸漬管内に反応界面積が
増大し、脱炭反応速度は増加する。また、浸漬管内径が
増加するにしたがって真空脱炭処理後の脱酸処理におけ
るスラグ中FeO 濃度低減効果は大きくなる。なお、図４
は本発明の条件で脱炭、脱酸処理を行いD₁/D₂ 比だけを
変更したときの結果をまとめて示すグラフである。ただ
し、必要以上に浸漬管内径を大きくすると浸漬管の溶損
速度が高まり、耐火物の補修頻度が増加したり浸漬管寿
命が低下するなどの問題も生じる。

【００２３】つまり、真空中の浸漬管内のスラグの攪拌
を良好に行われるが、浸漬管外のスラグの攪拌は浸漬管
内ほど大きくない。したがって、浸漬管の内径が小さい
場合、スラグ全体量を考慮すると、スラグの攪拌はあま
り良好ではなく、スラグ中のFeO の低減が難しくなる。
つまり、鋼の清浄性が保てない。

【００２４】後述する実施例に示すように、浸漬管内径
と取鍋内径との比D₁/D₂ と(A) 脱炭速度、(B) 処理後ス
ラグ中低級FeO 濃度および(C) 浸漬管補修頻度指数の関
係を250 トン取鍋内に収容した溶鋼を用いて調査した。
結果からも分かるように、上記(A) 、(B) 、(C) の３つ
を同時に満足のいくレベルにするための最適範囲として
浸漬管内径D₁と取鍋の内径D₂との比D₁/D₂ が0.5 以上0.
8 以下を選定したのである。好ましくは0.6 〜0.75であ
る。また、真空脱炭後の脱酸処理において浸漬管内の気
圧を400 Torr〜大気圧の状態で、しかも浸漬深さを0.5m
以下に定めた理由を以下に述べる。

【００２５】浸漬管内を400 Torrより小の高真空下にし
た状態で脱酸処理を行う場合、浸漬管内のスラグの攪拌
は良好であるが、浸漬管外側のスラグの攪拌が不十分と
なる。好ましくは600 Torr〜大気圧に復圧する。また、
浸漬管内を400 Torr〜大気圧に復圧した場合でも、浸漬
管の浸漬深さＨが大きいとやはり浸漬管外側のスラグの
攪拌は不十分となる。

【００２６】そこで、本発明者らは本発明の条件で脱
炭、脱酸処理を行う際に、浸漬管内を大気圧に復圧し、
浸漬管の浸漬深さがスラグ中のFeO 濃度に及ぼす影響を
調査した。その結果を図５に示した。

【００２７】浸漬深さが0.5m超の場合、つまり溶鋼内部
にまで深く浸漬する場合には浸漬管内外のスラグ中FeO
濃度差に開きがあり、0.5m以内にするとFeO 濃度差は著
しく小さくなることが判明した。好ましくは0.3 ｍ以内
である。

【００２８】これは不活性ガス吹き込みにより生じた溶
鋼の上昇流が浸漬管内浴表面で浸漬管内壁に向かう水平
流となり、浸漬管の浸漬深さが0.5m超ではその溶鋼流が
浸漬管内壁で完全に下降流へと変化するのに対し、浸漬
深さが0.5m以下ではその水平溶鋼流が完全な下降流には
変化せず、浸漬管外側での溶鋼流を形成し、したがって
スラグの攪拌が可能となるためである。

【００２９】このようにして脱酸を行うが、その場合、
吹込みランスまたは底部ポーラスプラグを介して例えば
0.3 〜4.0 Nm³/minの不活性ガスを吹込んで攪拌を行い
ながら、例えばプレスAl、FeAl、CaAlなどのアルミ含有
物質を脱酸材として投入する。

【００３０】また、転炉での終点成分または終点温度調
整に失敗した場合は、本発明法で用いる真空精錬炉にお
いて酸素を供給してもよい。また、脱酸処理によってス
ラグ中FeO 重量濃度を低下させても、鋳込み中などに徐
々に生じる鋼中アルミニウムとの反応を完全に抑制する
ことはできないため、必要に応じて生石灰等を添加し、
スラグの融点を上昇させることによりスラグを固化して
スラグ中FeO の影響を抑制することも可能である。次
に、実施例に関連させて本発明の作用効果をさらに具体
的に説明する。

【００３１】

【実施例】250 ton 取鍋に収容した炭素濃度0.03wt％溶
鋼中に１本足浸漬管を浸漬し、浸漬管内を真空排気した
状態で取鍋底吹きポーラスからアルゴンガスを３ Nm³/m
in吹き込み真空脱炭・脱酸処理を行った。取鍋内径は４
ｍで一定とし、浸漬管内径を1.5, 1.8, 2, 2.5, 3, 3.5
ｍの各条件で極低炭素鋼を溶製した。

【００３２】真空脱炭後、大気圧に復圧し、溶鋼にプレ
ス成型したアルミニウムを0.5kg/ton 添加した。その際
の溶鋼中の炭素濃度は表１に示す通りである。また、脱
酸処理を行う際の浸漬管の浸漬深さは0.3mとした。ただ
し、脱炭速度Ｋc は溶鋼中の炭素重量濃度が300 ppm か
ら20ppm に到達するのにかかった時間Ｔc を使い、以下
の式で計算した。

【００３３】Ｋc ＝Ｉn (300/20)／Ｔc 表１に示すように、真空脱炭時間は13〜15分であり、D₁
/D₂ が0.5 以上が脱炭条件として望ましいことがわか
る。また、表２に示すように真空脱炭後の脱酸処理でも
D₁/D₂ が0.5 以上において、スラグ中のFeO 重量濃度低
減効果も大きく、冷延鋼板の製鋼条件に起因する欠陥発
生率低減効果も著しいことがわかる。

【００３４】浸漬管寿命および浸漬管補修頻度を D₁/D₂
＝0.375 の場合を基準にして指数化した値を表３に表示
した。表３の結果からD₁/D₂ が0.8 以上で浸漬管の寿命
および補修頻度が著しく増加することがわかる。

【００３５】チャージNo.6はD₁/D₂ ＝0.875 と本発明の
範囲外であるが、表面欠陥発生率が非常に低く優れてい
る。しかし、D₁/D₂ ＝0.875 は表３に示すように、数十
チャージを行った際の浸漬管の補修頻度が高くなる欠点
を有している。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明による高清浄極
低炭素鋼の溶製方法を用いることにより、真空脱炭時の
脱炭速度を低下させることなく、スラグ中FeO 濃度を低
下せしめることにより極低炭素鋼の清浄性を著しく向上
すると同時に耐火物の損耗等をも抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法の溶鋼の流動の状況の模式的説明図であ
る。

【図２】本発明における取鍋、浸漬管の配置例の説明図
である。

【図３】本発明における溶鋼の流動の状況の模式的説明
図である。

【図４】本発明における浸漬管径D₁と取鍋径D₂の比が脱
炭速度処理後スラブ中(%FeO)、浸漬管補修頻度指数に及
ぼす影響を示すグラフである。

【図５】浸漬深さと復圧後圧力が処理後スラブ中(%FeO)
に及ぼす影響を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 7/00 C21C 7/06 C21C 7/068 C21C 7/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋に収容した溶鋼に１本の筒状の浸漬
   管を浸漬して溶鋼の精錬を行う方法において、浸漬管の
   内径D₁と取鍋の内径D₂の比(D₁/D₂) が0.5 以上、0.8 以
   下を満足するような浸漬管および取鍋を用いて、該浸漬
   管内を真空にした状態において、不活性ガスを溶鋼に吹
   き込んで脱炭処理を行って、溶鋼中の炭素濃度を0.003
   重量％以下にした後に、該浸漬管内の気圧を400 Torr以
   上、大気圧以下まで戻し、該浸漬管が溶鋼に0.5m以下の
   深さに浸漬してある状態において、アルミニウム含有物
   質を溶鋼に添加するとともに、不活性ガスを溶鋼に吹き
   込んで５分以上脱酸処理を行うことを特徴とする高清浄
   極低炭素鋼の溶製方法。