JP3465801B2

JP3465801B2 - Ｆｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法

Info

Publication number: JP3465801B2
Application number: JP29251994A
Authority: JP
Inventors: 孝向井
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JPH08143939A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶湯を、真空、または低
酸素分圧雰囲気下で精錬した後、大気圧付近でさらに精
錬するＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】真空または低酸素分圧雰囲気下での精錬
法（以下、真空または低酸素分圧下精錬と記す）では、
高レベルの清浄鋼等を容易に得ることができることから
広く用いられており、真空誘導加熱炉(ＶＩＦとも称さ
れる）はその一つの手段である。この真空または低酸素
分圧下精錬において、ある種の不純物は、それ自身また
は酸化物等の化合物となって、溶湯から蒸発、飛散また
は浮上して分離されることにより、精錬が進行する。そ
して、この場合、精錬が進行した状態では、溶湯中の不
純物（本発明で不純物とは不純元素や非金属介在物の原
因となる物質を総称する）を非常に低いレベルにするこ
とができる。

【０００３】この真空または低酸素分圧下精錬におい
て、精錬炉の炉壁フリーボード部分には蒸発、飛散成分
の一部が凝縮してスカム状に付着している。また精錬炉
中の溶湯液面には、別種の蒸発できないドロス状等の不
純物成分が浮上して分離されている。精錬炉の傾注によ
り出湯する場合、溶湯流によりこれらの付着物や浮遊物
の一部が洗い流されて溶湯中に再度取り込まれ、溶湯中
に再混入する。さらに受湯容器である取鍋またはタンデ
ィシュの内張り耐火物は、それが受湯前に十分加熱され
ていない場合、活性ガス成分を吸着しており、またこの
耐火物は受湯後、真空または低酸素分圧下での処理によ
り活性化した溶湯と一部反応し、または溶湯に侵食され
て、これら活性ガス、反応生成物、侵食物により溶湯を
汚染する。

【０００４】前記の再混入の防止方法として今日まで試
みられた方法には、精錬炉の炉底出湯を行なうととも
に、浮遊不純物の混入防止のため溶湯を一部炉内に残留
させる方法、インダクションスカル炉により溶湯を空中
出湯する方法、また、取鍋またはタンディッシュ内にお
いては、セラミックフィルタにより微小非金属介在物原
因物質を除去する方法などが提案され一部実用化されて
いるが、種々の制約があり、未だ広く採用されるに至っ
ていない。また、これらの方法はすべての再混入物質や
汚染物質等に対して有効ではないので、前記各再混入物
質等に対して有効ならしめるためには、これらを組み合
わせることが必要である。しかし、これらは組み合わせ
るほど、費用が嵩む等の問題を生ずる。また真空誘導溶
解炉では、真空精錬を行なうために、造滓剤を添加しな
いのでスラグの発生がない。したがって、脱硫を行なう
ことがほとんど不可能であるという問題がある。

【０００５】一方、真空精錬後、黒鉛電極アーク加熱方
式の取鍋精錬炉、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ法などで再精錬する
ことで再混入物質等を除去したり、脱硫を行なうという
ことも考えられるが、これらの方法では電極が黒鉛質で
あり、その電極を溶鋼表面上のスラグ中に浸漬するの
で、脱酸、脱硫ができる反面、溶湯中への炭素のピック
アップの問題がある。また特開平4-318118号には、真空
脱ガス処理により溶湯を脱炭した後、Ｓol.Ａl≧0.2wt%
を含有させた状態で、プラズマ加熱し、塩基度8以上の
スラグの存在下で撹拌し、脱硫する極低炭素、極低硫鋼
の製造方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記提案の方法では、
プラズマ精錬前時点でのスラグをプラズマ精錬炉に持ち
込むので、プラズマ精錬中でのＳｏｌ.Ａｌおよびスラ
グの塩基度を8以上に高くしなければならない。すなわ
ち、スラグを持ち込むので、スラグの改質のために大量
の脱酸剤をおよび還元剤を必要とするため、精錬効果が
劣る問題があった。ところで、Ｆｅ−Ｎｉ系合金など電
磁気材料と称される合金製品の中には、要求される特性
を害する理由から、炭素と硫黄をともに厳しく制限され
るものもある。

【０００７】上記の炭素および硫黄の混入の多くは溶解
時の固体原料から持ち込まれ、精錬によって低酸素の材
料ほど脱炭を強化しなければならない。さらに低硫黄と
するにはＣａＯを主体とする造滓剤を添加して効率よく
脱硫精錬を行なう必要がある。このうち、脱炭は酸素な
どとの反応で、燃焼させる手段が知られており、さらに
減圧雰囲気や真空雰囲気と組み合わせると効率がよい。
しかし、いずれの場合も反応生成物は酸化物であり、こ
れが精錬炉の溶湯面や炉壁に付着して、溶湯の動きによ
っては溶湯中に再混入してせっかく精錬した溶湯を汚染
するという危険性が大きいものである。一方、脱硫に関
しては、前工程の予備精錬の仕方や溶湯の移動時の取扱
い方法によっては、前の工程で発生したスラグが存在す
る状態で行なうことにより、このスラグの改質に負担が
かかり、効率のよい脱硫が行なえない欠点があった。

【０００８】しかし、上記の脱炭処理や脱硫処理を回避
しようとすると、精錬炉への挿入材料について低Ｃや低
Ｓの高級な材料を選択する必要があり、溶解するための
原料費が著しく高価になり、経済的な量産に適さない欠
点がある。本発明の目的は、重量％でＮｉ 30〜50%を
含有するＦｅ−Ｎｉ系合金など電磁気材料と称される製
品の炭素含有量と硫黄含有量がともに厳しく制限される
鋼や合金などの精錬時に、前述の炭素のピックアップの
問題がなく、持込みスラグを改質する必要もなく、高レ
ベルの精錬等の場合にも柔軟に対応できるＦｅ−Ｎｉ系
合金溶湯の精錬方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％でＮｉ
30〜50%を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金の溶湯を加熱手
段を有する容器中で真空または低酸素分圧雰囲気で脱酸
・脱炭精錬を行ない、引き続き別容器または前記脱酸精
錬を行なうものと同じ容器内でガスプラズマで再精錬を
行なう組合せの精錬方法である。しかし、その内容は従
来の方法とは大きく異なる。

【００１０】本発明では、低炭素レベルに脱炭精錬を終
えた溶湯は、アーク炉や転炉のように別容器の場合には
取鍋を介して脱酸すべき容器に移し、また脱酸すべき容
器で溶解を行なった溶湯は同じ容器内で低炭素レベルに
脱炭精錬を終えた後、真空または低酸素分圧雰囲気で予
備精錬を行なって脱酸を完了する。本発明は、いずれも
Ｎｉ 30〜50%を含有して、低Ｃ化が望まれるＦｅ−Ｎｉ
系の合金を加熱手段を有する容器により真空または低酸
素分圧雰囲気中で精錬することにより、予備精錬するた
めの造滓剤を添加する必要がなく、したがって実質的に
スラグのない状態で所定のレベルの予備精錬を達成する
ところに大きな特徴がある。ところで、前述したように
真空または低酸素分圧下の予備精錬において、精錬炉の
炉壁フリーボード部分にスカム状に付着している不純物
あるいは精錬炉中の溶湯液面上に浮上しているドロス状
の不純物の他、溶湯中には浮上しきれない状態で存在す
る不純物がある。これらの不純物の中には、精錬炉の炉
壁の侵食によるＳｉＯ₂がかなりの割合を占めている。

【００１１】本発明では、予備精錬炉で造滓剤を添加し
ていないので、次のプラズマ加熱による再精錬で、スラ
グの改質をする必要がない。したがって、再精錬過程で
は、ＣａＯやＳｉＯ₂を多量に添加して塩基度を8以上に
調整しなくてよく、予備精錬時に溶湯中に混入した不純
物を効率的に除去し、さらに高レベルに精錬できる利点
がある。発明者はＦｅ−Ｎｉ合金の低Ｃ化、低Ｓを検討
する中で、前記合金の予備精錬で発生し不純物の一部と
して混入した比較的少量のＳｉＯ₂を利用して、次工程
のプラズマ加熱による再精錬時には、ＣａＯを必須とし
て複合組成からなる新たな造滓剤を添加して、基本的に
はＳｉＯ₂を添加しないで塩基度を調整することで不純
物の改質とさらに高レベルの精錬を行なうことができる
ことを見出した。

【００１２】すなわち、本発明のうちの第１発明は、予
め溶解した、重量％でＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ−
Ｎｉ系合金の溶湯を加熱手段を有する容器へ注湯し、該
容器中で真空または低酸素分圧雰囲気で、炭素含有量が
0.01%以下まで予備精錬をした後の溶湯に、主としてＣ
ａＯおよびＣａＦ₂、主としてＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、ま
たは主としてＣａＯ，ＣａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなる
いずれかの組合せの造滓剤を添加し、ガスプラズマによ
り加熱して再精錬を行ない、炭素 0.01%以下、硫黄
0.005%以下にすることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金溶
湯の精錬方法である。

【００１３】第２発明は、予め溶解した重量％でＮｉ
30〜50%を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金の溶湯を加熱手段
を有する容器へ注湯し、該容器中で真空または低酸素分
圧雰囲気で、炭素含有量が0.01%以下まで予備精錬をし
た後、予備精錬時のスラグを実質的に持ち込まないで前
記容器とは別容器に移すとともに、主としてＣａＯおよ
びＣａＦ₂、主としてＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、または主と
してＣａＯ，ＣａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれか
の組合せの造滓剤を添加し、ガスプラズマにより加熱し
て再精錬を行ない、炭素 0.01%以下、硫黄 0.005%以
下にすることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬
方法である。第１発明と第２発明は、いずれも予備精錬
の前にＦｅ−Ｎｉ合金を溶解し、できれば予備精錬の前
に一次精錬を行なっておく工程を含む。第１発明と第２
発明の違いは、第１発明が予備精錬を行なう炉とプラズ
マ精錬を行なう炉が同一であるのに対し、第２発明は予
備精錬をした溶湯を別の炉に移してプラズマ精錬を行な
う点にある。

【００１４】また、第３発明は、重量％でＮｉ 30〜50
%を含有するＦｅ−Ｎｉ系の合金を加熱手段を有する容
器中で真空または低酸素分圧雰囲気で、固体原料から溶
解して炭素含有量が0.01%以下まで予備精錬をした後の
溶湯に、主としてＣａＯおよびＣａＦ₂、主としてＣａ
ＯおよびＡl₂Ｏ₃、または主としてＣａＯ，ＣａＦ₂およ
びＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれかの組合せの造滓剤を添加
し、ガスプラズマにより加熱して再精錬を行ない、炭素
0.01%以下、硫黄 0.005%以下にすることを特徴とす
るＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法である。

【００１５】第４発明は、重量％でＮｉ 30〜50%を含
有するＦｅ−Ｎｉ系の合金を加熱手段を有する容器中で
真空または低酸素分圧雰囲気で、固体原料から溶解して
炭素含有量が0.01%以下まで予備精錬をした後の溶湯を
前記容器とは別容器に移すとともに、主としてＣａＯお
よびＣａＦ₂、主としてＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、または主
としてＣａＯ，ＣａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれ
かの組合せの造滓剤を添加し、ガスプラズマにより加熱
して再精錬を行ない、炭素 0.01%以下、硫黄0.005%以
下にすることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬
方法である。

【００１６】本発明は、Ｎｉ 30〜50%を含有するＦｅ−
Ｎｉ系合金の溶湯を、プラズマ精錬に移行する直前まで
に、炭素を0.01%以下に下げておき、プラズマ精錬過程
では炭素の変動を極少としてスカムなど不純物の除去、
脱硫を中心にした精錬に専念できることに特徴がある。
そのため、本発明の特徴は、特定条件下でのＦｅ−Ｎｉ
系合金の予備精錬を行ない、引き続いて新しく添加する
特定の造滓剤を用いてガスプラズマによる再精錬を行な
うところにある。

【００１７】本発明でいう真空または低酸素分圧雰囲気
とは、それぞれ大気圧未満の雰囲気、または大気中の酸
素分圧すなわち213HPa(1013HPa×0.21)未満の酸素分圧
雰囲気を意味する。この条件を満足させる手段として
は、真空ポンプで排気し減圧すること、不活性ガス(Ａ
ｒやＮ₂ガス）で酸素の一部を置換すると、または減圧
とガス置換を組み合わせて、数100Torr以下の不活性ガ
ス雰囲気とする方法がある。本発明では、予備精錬過程
で本発明で規定するＦｅ−Ｎｉ系合金の溶湯の炭素含有
量を0.01%以下に調整しておくことが重要である。この
手段としては、まず原料である鉄源の炭素含有量を極力
少ないものを選ぶことが必要で、例えばＣ 0.01%以下を
狙う時は、鉄源のＣ％は0.03%程度が望ましい。

【００１８】さらに、低い値、例えばＣ 0.005%程度を
狙う場合は、鉄源のＣ％は0.015〜0.02%程度が望まし
い。しかし、Ｃ％が低い鉄源はコスト高になるので、そ
の場合は鉄鉱石やＮｉＯなどの酸化物による脱炭反応と
組み合わせることができる。さらに、第３の手段として
は、撹拌と組み合わせることができる。撹拌の方法とし
ては、電磁撹拌やＡｒガスによる撹拌が採用できる。こ
れらの手段を兼ね備えた炉として真空誘導炉（ＶＩＦ）
が望ましいが、本発明の予備精錬はＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉
などの実用炉でも実現できる。さらに、上記発明の予備
精錬で炭素含有量を0.01%以下に調整する手段を酸素ガ
スなどの酸素源または酸素源と不活性ガスの混合物を添
加または吹き込みとすることができる。この場合は、効
率的な脱酸が可能であり、鉄源の炭素含有量が少々高く
てもよいという利点がある。

【００１９】プラズマ精錬で使用する造滓剤は、前記の
ようにＣａＯを必須とし、それにＣａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃の
１種または２種を添加する新たな合成造滓剤を再精錬で
用いるのが本発明の特徴である。特に予備精錬炉での精
錬用のスラグは再精錬に実質的に持ち込まないところに
本発明の別の特徴がある。新たに添加する造滓剤が「主
として」とは、本発明の新たに添加する造滓剤がスラグ
容量の95%以上のほとんどを占めることを意味するが、
塩基度調整のための極少量のＳｉＯ₂などの添加は許容
される。しかし、本発明の方法によれば通常はＳｉＯ₂
も予備精錬炉の不純物として持ち込まれるので添加する
必要はない。

【００２０】本発明において、予備精錬として誘導加熱
方法によるものが望ましい。また、別容器は予備精錬で
のスプラッシュやヒューム等による汚染を受けないよう
に準備するとよい。なお、本願の精錬方法において、再
精錬は、ポーラスプラグ、その他の方法によるガス吹込
み法や誘導法等による撹拌条件下で行なうことが望まし
く、また再精錬容器からの出湯は、容器底に設けたスラ
イディングノズル方式によるものが、傾注法やストッパ
形式のものによるものよりスラグの混入やプラズマ加熱
によるストッパの損傷等の不都合がなく適当である。

【００２１】

【作用】本発明は、極めて低い炭素、硫黄および非金属
介在物が要求されるＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ−Ｎｉ
系合金の新しい精錬方法を提案するもので、その構成は
プラズマ精錬の負荷を大幅に低減する特定条件の予備精
錬とプラズマ精錬の組合せを必須としている。さらに本
発明では、予備精錬での負荷を軽減する目的を主とする
一次精錬との組合せをも含むものである。

【００２２】本発明では、予備精錬過程で炭素を0.01%
以下、Ｆｅ−Ｎｉ合金のエッチング性向上などの厳しい
要求の場合には、望ましくは0.005%以下に下げておく。
この条件を満足させることで次工程のプラズマによる再
精錬過程でＣ％を0.01%、望ましくは0.005%以下のまま
推移させ、最終製品の炭素含有量を少なくとも0.01%以
下にすることができるのである。このことは、再精錬過
程で脱炭をする工程をほとんどなくすか、極めて少量の
脱炭を行なえばよい程度となり、全体の精錬時間を短縮
化するとともに、プラズマ再精錬では脱炭以外の精錬を
主に行ない、極めて低い不純物と低ＣのＦｅ−Ｎｉ合金
が得られるものである。

【００２３】本発明の精錬方法において予備精錬は、加
熱手段を有する容器中で行なわれるから、多岐に亘る材
質や要求精錬レベルに対しても、比較的少量の溶湯に対
しても、要すれば加熱手段を用いることにより、溶湯の
温度低下が防止され、これにより柔軟に対応して所定の
精錬レベルの溶湯を得ることができる。本発明では、第
１、第２発明のように予備精錬に先立つ溶解・精錬炉と
してアーク炉を用いれば溶解と精錬が効率よく行なえ、
特に炭素含有量の高い鉄源を用いたＦｅ−Ｎｉ合金の精
錬の場合には、アーク炉での酸素吹錬も併用できるなど
の利点がある。このため、予備精錬炉の負担が軽減され
る効果がある。本発明の第３、第４発明のように予備精
錬炉で固体原料の溶解から実施する場合には、当然一次
精錬炉を省略できるし、真空または減圧下での速やかな
脱炭ができる。

【００２４】また、本発明の方法において、再精錬炉で
の精錬効果を上げるために、および予備精錬での耐火物
との反応生成物を減らすために、耐火物の選択が重要で
ある。すなわち予備精錬は基本的に減圧下で行なうた
め、ＳｉＯ₂含有量の多い耐火物は不向きであり、高ア
ルミナ質、またはマグネシア系の塩基性レンガを使用す
るか、超高温で焼成したマグクロ系ダイレクトボイドレ
ンガの使用が有効である。また、予備精錬開始前の耐火
物の保熱も重要であり、これらの配慮をして初めてスカ
ムの量が減少し、再精錬でのＣａＯを必須とする造滓剤
の役割が生かせるのである。また、第２発明の精錬方法
において、再精錬は、予備精錬とは別の新鮮な容器中で
行なわれるから、造滓剤の添加によるスラグの汚染は寡
少で、高レベルに精錬された溶湯が容易に、かつ効率的
に得られる。

【００２５】本発明の方法は、予備精錬段階で造滓剤を
添加しないので、実質的にスラグの発生がなく、蒸発で
きない不純物やスカム状の不純物は次工程の再精錬で新
たに添加する造滓剤をガスプラズマ加熱により活性化さ
せて効果的に吸収させることにより行なわれる。すなわ
ち、本発明において、造滓剤はガスプラズマ加熱により
十分加熱されて低粘性かつ活性化されることにより、前
記付着物、浮遊物等の不純物の再混入物質および非金属
介在物ならびに耐火物に起因する汚染物質を効果的に捕
集することができ、望ましくは後述の不活性ガス吹込み
等による十分な撹拌により、溶湯と十分に相互に交換し
つつ接触し、高い精錬効果を生ずる。

【００２６】再精錬で使用する造滓剤には、脱酸と脱硫
効果の高いＣａＯを必須とし、流動性を高めて精錬効果
を向上させる目的で低融点のＣａＦ₂と、脱酸効果およ
び脱硫性改善の目的でＡｌ₂Ｏ₃を適宜組み合わせたもの
を主に添加する。この際、塩基度を調整するためのＳｉ
Ｏ₂は、添加せずとも、予備精錬時に不純物として混入
するＳｉＯ₂と新たに添加する上記のＣａＯによって塩
基度2以上に調整する。望ましい塩基度は3〜7である。
造滓剤はまとめて溶湯に入れるが、例えば上記のＡｒを
利用して炉底から吹き込んで添加することができる。

【００２７】再精錬での加熱は本発明ではガスプラズマ
加熱法であるのが特徴である。このように再精錬を行な
うガスプラズマ加熱法は、上述のようにＣａＯおよびＣ
ａＦ₂、ＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、またはＣａＯ，ＣａＦ₂
およびＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれかの合成造滓剤を効果的
に加熱する一方、溶湯や造滓剤の表面を被覆して溶湯の
酸化や造滓剤が酸化性となることを防ぎつつ、溶湯を昇
温し、または温度低下を補償し、かつ、黒鉛電極アーク
加熱法のごとく、炭素のピックアップ等の再汚染の危険
がないので本発明が対象とする低Ｃ（Ｃ≦0.01%)のＦｅ
−Ｎｉ系合金の精錬には都合がよい。なお、本発明方法
では、後述の実施例のように予備精錬以上の高レベルに
まで精錬を行なうものを含んでも良いことは言うまでも
ない。

【００２８】なお、プラズマ加熱下で行なう再精錬前の
予備精錬終了時点の溶湯が実質的にスラグのないものと
は、予備精錬を行なう目的で造滓剤を添加して十分な反
応を終えて発生したスラグがないことを指す。したがっ
て、本発明のうちの第２発明や第４発明において、別容
器の再精錬に注湯する前の予備精錬終了直前、または終
了直後の溶湯に造滓剤を添加して再精錬炉に注湯するこ
とがあるが、これは予備精錬炉中で造滓剤の添加による
精錬を目的としたものではないので、予備精錬での反応
用のスラグはないものと実質的に同一であり、予備精錬
時のスラグを次の再精錬炉に実質的に持ち込まないとす
る本発明方法に包含されるものである。本発明の精錬方
法における望ましい態様である撹拌の方法は、炉底に設
けたポーラスプラグからの不活性ガスによるものが、撹
拌効果の点から望ましい。不活性ガスを吹き込む時に本
発明で使用する種類の造滓剤を粉末の形で吹き込むこと
も、造滓剤による介在物の捕捉の点から有効である。ま
た、電磁撹拌装置を単独またはガス吹き込みと併用して
用いてもよい。

【００２９】ガスプラズマ加熱装置は、前述のようにバ
ーナのごとく、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、遊離Ｏ₂等の酸化性ガス
を発生せず、かつ高温加熱に適する。また、本発明では
ＣａＯ，ＣａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃などの造滓剤を第１発明や
第３発明では、予備精錬炉に引き続き添加して精錬し、
第２発明や第４発明では再精錬炉に移した後で添加する
から、迅速に加熱して流動性のあるスラグとし、できる
だけ早期に溶湯と接触させて脱酸や脱硫反応を促進させ
る必要がある。そのためにも本発明の方法であるガスプ
ラズマ加熱装置は有効である。さらに前記の加熱装置
は、黒鉛電極による加熱のように炭素の変動がないとい
う効果がある。この効果は極めて炭素の制御が要求され
る本発明が対象とする、重量％でＮｉ 30〜50%を含有
するＦｅ−Ｎｉ系合金に適している。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）図１に示す設備において、以下に示す手順
で操業を行なった。誘導加熱精錬炉５でＦｅ−Ｎｉ合金
のスクラップ、鉄源、Ｎｉ源からなる固体原料を溶解し
た。目標とする組成は、Ｆｅ−42Ｎｉ合金で、Ｃ％が0.
008以下、Ｓ％が0.005以下である。鉄源のＣ％は0.034
であり、合金原料と脱炭を兼ねた固体原料としてＮｉＯ
（酸化ニッケル）と鉄鉱石をトン当り12kg/tonで使用し
た。真空排気系６ａにより、大気遮断室ａ内を真空にし
て一部ＮｉＯの添加で合金組成を調整しながら脱炭と脱
酸を繰返し予備精錬を行なった。本実施例では固体原料
から予備精錬炉で開始しているが、この固体原料の溶解
を別の炉で行ない、図１に示す予備精錬炉５に取鍋を介
して蓋体３を開放して溶湯を移すことでも実施できる。

【００３１】並行的に大気遮断室ａの内部には、予め予
熱された再精錬容器が容器蓋体２７ａを付けてセットさ
れている。これは予備精錬中のスプラッシュなどを防止
するためである。本実施例では、再精錬容器２７′を大
気遮断室ａの内部に予めセットしたが、ａとは別の大気
遮断室（図示しないがｂとする）を仕切りバルブ４を介
して連通して設ければ、外段取りで再精錬容器２７′を
準備することができる。この場合には、プラズマ加熱に
よる再精錬位置２７でプラズマの予熱を利用して再精錬
容器を十分予熱しておくことができる。その後、予備精
錬が終了する直前からａ室と連通する大気遮断室ｂをａ
室と同程度以上の減圧状態にして、仕切りバルブ４を開
放して再精錬容器２７′を２７の位置から２７′の位置
に移動する。その後は、本実施例と同様に予備精錬の終
了した溶湯を受湯して再び再精錬位置２７に移動する。

【００３２】この方法は、再精錬容器にスプラッシュな
どが付着することが防止できること、十分な予熱がで
き、速やかにプラズマ精錬の効果が発揮できる特徴があ
る。大気遮断室ａでの精錬が完了すると、誘導加熱精錬
炉５を傾動することにより、溶湯を再精錬容器２７′へ
出湯する。次に仕切バルブ４を開放し、その開口を経て
再精錬容器２７′を軌条および台車２４により再精錬位
置２７へ移動した。続いて副原料投入系９により造滓剤
を添加し、ガスプラズマ加熱装置により加熱して造滓剤
の溶融、加熱を行ない、かつ不活性ガス導入系７ｂを経
てポーラスプラグ２８からＡｒガス吹込み撹拌すること
により、再精錬を行なった。再精錬が終了し、所定の鎮
静を行なった後、スライディングノズル２９を経てイン
ゴットケース３０に鋳造した。

【００３３】次に本願の方法発明の効果を各種のテスト
例で説明する。いずれも、実験に用いた溶湯は、Ｆｅ−
42Ｎｉ合金である。図２は、アーク炉で溶解し、特に脱
炭処理をしない状態で真空誘導加熱精錬炉に受湯して、
引き続き前記精錬炉を真空にして予備精錬をした時の経
過時間に対する精錬の進行度合を、鋼中のＯ値，Ｃ値お
よびＳ値で測定した結果を示した図である。図２から、
真空精錬により経過時間とともに、溶湯中の酸素が気化
する際に炭素と反応してＣＯガスとなって精錬炉外に排
出される結果、脱酸とともに脱炭も急速に進行する反
面、脱硫は進行しないことがわかる。

【００３４】図３は、アーク炉で溶解し、真空誘導炉
（ＶＩＦ）で予備精錬したＦｅ−Ｎｉ合金の溶湯を、別
の容器に注湯し、予めガスプラズマ加熱装置で内張り耐
火物を加熱した再精錬容器へ上述と同一条件の傾注によ
り受湯し、造滓剤を添加すると共に、炉底のポーラスプ
ラグによるアルゴンガス撹拌と溶湯上面からのガスプラ
ズマ加熱を行ないつつ、本発明における再精錬を行なっ
た時のＯ値、Ｓ値、Ｃ値の変化を示すものである。な
お、再精錬時に添加した造滓剤は、ＣａＯとＣａＦ₂と
Ａｌ₂Ｏ₃を２対１対１の比率で溶湯トン当り合計で２０
ｋｇであった。図３から、本発明に係る再精錬で再混入
物の再溶解は防止され、時間の経過とともに脱硫が進行
し、また酸素濃度も徐々に低下していることがわかる。
なお、この精錬で得られた合金をＪＩＳ法で非金属介在
物の評価を行なったが、下記に示すＡＳＥＡ−ＳＫＦ炉
での再精錬の場合は、ｄ_60×400＝0.025%であったもの
が、ｄ_60×400＝0.004%と減少し、非金属介在物低減の
効果も大きいことを確認した。

【００３５】一方、図４は前記の実施例と同様なアーク
炉と真空誘導炉（ＶＩＦ）を用いた予備精錬を行なった
溶湯を従来実施された精錬のうちの一つであるＡＳＥＡ
−ＳＫＦ炉に注湯して再精錬を行なった時の経過時間に
対するＯ値、Ｓ値、Ｃ値の変化を示したものである。図
４から、従来のＡＳＥＡ−ＳＫＦ炉による精錬は、脱
酸、脱硫に対して有効であるが、加熱電極が黒鉛製のた
め炭素のピックアップにより急激にＣ値が増加してお
り、炭素の混入が厳しく制限される本発明が対象とする
Ｆｅ−42Ｎｉ合金には不適当であることがわかる。

【００３６】（実施例２）図５に示す設備を用いて、以
下に示す手順で操業を行なった。実施例１と同じＦｅ−
42Ｎｉ合金の固体原料を容器５０内に投入した後、容器
真空蓋５３を施し、真空排気系５４により容器５０内を
減圧し、誘導加熱コイル５２により溶解を開始した。次
いで溶解した溶湯に図示しないランスをこの溶湯５１に
挿入し、前記ランスを介して外部から酸素ガスとＡｒガ
スを混合したガスを吹き込んで脱炭精錬を行なった。上
記の混合ガスの吹き込みを終了した後に、引き続いて酸
化ニッケルと酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を合計で溶湯トン当り
３ｋｇ投入装置５５から添加した。次に真空排気系５４
の容量を高めて脱酸を開始した。脱酸精錬が終了した時
点で溶湯サンプルを採取した結果、Ｏ値が66ppm、Ｃ値
が27ppm、Ｓ値が83ppmであった。続いて真空排気系５４
を止め、アルゴン底吹き撹拌装置５８からアルゴンガス
を流入して置換した。

【００３７】次いで投入装置５５からＣａＯとＣａＦ₂
を１対１の比率で、溶湯トン当り合計で２０ｋｇの造滓
剤を添加した。次いで、容器真空蓋５３の外部にセット
してあるプラズマ加熱トーチ５６を容器５０内に挿入し
てプラズマ加熱を開始し、同時に前記アルゴン底吹き撹
拌装置５８からアルゴンガスを吹き込みながら、溶湯を
撹拌させて再精錬を行なった。再精錬が終了すると、ス
ライディングノズル５７を開口し、前記スライディング
ノズルの下に用意されたインゴットケースに受湯した。
このようにして得られた鋳塊から採取した試料を分析し
た結果、実施例１の真空精錬によって脱炭、脱酸し、さ
らにブラズマ加熱炉で再精錬した合金のＯ値が36ppm、
Ｃ値が54ppm、Ｓ値が65ppmであったのに対して、上記方
法による合金は、Ｏ値が31ppm、Ｃ値は27ppm、Ｓ値が32
ppmであった。

【００３８】なお、以上の実施例において、予備精錬の
例として真空精錬法を用いた例で述べたが、本発明はこ
れに限定されない。すなわち、精錬対象である溶湯が含
有する合金成分元素によっては、その成分の蒸発等によ
る損失を防止抑制するため、通常、絶対圧力で200Torr
程度以下の不活性ガス雰囲気が適宜選定されており、高
真空でない場合も本発明に含む。次に、図５に示す設備
を用いて上記の実施例２と同じ要領でＦｅ−42Ｎｉ合金
を溶解、脱炭および真空処理による予備精錬を行なった
後、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を１対２の比率で、溶湯トン当り
5kgの造滓剤を添加してプラズマ加熱による再精錬を行
なった。得られた鋳塊から試料を採取して分析した結
果、Ｏ値が49ppm、Ｃ値が31ppm、Ｓ値が51ppmであっ
た。

【００３９】

【発明の効果】本発明のＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ−
Ｎｉ系合金の精錬方法は、予備精錬炉で予めＣ%を0.01
以下として、かつ予備精錬過程で造滓剤を添加しないの
で、実質的にスラグのない比較的きれいな状態で低Ｃの
ままで再精錬を行ない、予備精錬よりもさらに低い不純
物とすることができる利点がある。再精錬時に添加する
造滓剤は、持込みスラグを改質する必要がないため少量
ですみ、ガスプラズマ加熱により十分加熱されて低粘性
かつ活性化されることにより、効果的、かつ効率良く脱
硫やスカムなどの不純物を除去する再精錬を実施するこ
とができるのである。

【００４０】本発明の精錬方法によれば、製品の炭素含
有量と硫黄含有量、および非金属介在物がともに厳しく
制限される、重量％でＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ−
Ｎｉ系合金の精錬時に、前述の炭素のピックアップの問
題がなく、持込みスラグを改質する必要もなく、高レベ
ルの精錬等の場合にも柔軟に対応できる溶湯の精錬が可
能である。また、予備精錬の前段階に一次精錬とを組み
合わせれば、さらに効率のよい精錬ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いた装置の一例を示す図で
ある。

【図２】アーク炉で１次精錬した溶湯を真空誘導炉で予
備精錬した時の、精錬経過時間に対する精錬の進行度合
を鋼中の酸素濃度で示した図である。

【図３】上記予備精錬（図２）後、本発明のＣａＯ、Ｃ
ａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃よりなる造滓剤にて、プラズマ再
精錬を行った時の時間経過と溶湯中のＯ値、Ｃ値、Ｓ値
の変化を示す図である。

【図４】従来方法である真空精錬後の溶湯をＡＳＥＡ−
ＳＫＦ炉で再精錬を行なったＦｅ−42Ｎｉ合金の経過時
間とＯ値、Ｃ値、Ｓ値の変化を示す図である。

【図５】本発明の実施例に用いた装置の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１真空または低酸素分圧下精錬装置、２大気遮断室
本体、３蓋体、４仕切りバルブ、５誘導加熱精錬
炉、６ａ真空排気系、７ａ不活性ガス導入系、７ｂ
不活性ガス導入系、８副原料投入系、９副原料投
入系、２０再精錬装置、２３ガスプラズマ加熱装
置、２４軌条および台車、２７再精錬容器（再精錬
位置）、２７ａ蓋体、２８ポーラスプラグ、２９
スライディングノズル、３０インゴットケース、３１
台車、５０容器、５１溶湯、５２誘導加熱コイ
ル、５３容器真空蓋、５４真空排気系、５５投入
装置、５６プラズマ加熱トーチ、５７スライディン
グノズル、５８アルゴン底吹き撹拌装置、ａ大気遮
断室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/00 C21C 7/064 C21C 7/068 C21C 7/076

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め溶解した、重量％でＮｉ 30〜50%
を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金の溶湯を加熱手段を有する
容器へ注湯し、該容器中で真空または低酸素分圧雰囲気
で、炭素含有量が0.01%以下まで予備精錬をした後の溶
湯に、主としてＣａＯおよびＣａＦ₂、主としてＣａＯ
およびＡl₂Ｏ₃、または主としてＣａＯ，ＣａＦ₂および
Ａｌ₂Ｏ₃からなるいずれかの組合せの造滓剤を添加し、
ガスプラズマにより加熱して再精錬を行ない、炭素 0.
01%以下、硫黄 0.005%以下にすることを特徴とするＦ
ｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法。
【請求項２】予め溶解した重量％でＮｉ 30〜50%を
含有するＦｅ−Ｎｉ系合金の溶湯を加熱手段を有する容
器へ注湯し、該容器中で真空または低酸素分圧雰囲気
で、炭素含有量が0.01%以下まで予備精錬をした後、予
備精錬時のスラグを実質的に持ち込まないで前記容器と
は別容器に移すとともに、主としてＣａＯおよびＣａＦ
₂、主としてＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、または主としてＣａ
Ｏ，ＣａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれかの組合せ
の造滓剤を添加し、ガスプラズマにより加熱して再精錬
を行ない、炭素 0.01%以下、硫黄 0.005%以下にする
ことを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法。
【請求項３】重量％でＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ
−Ｎｉ系の合金を加熱手段を有する容器中で真空または
低酸素分圧雰囲気で、固体原料から溶解して炭素含有量
が0.01%以下まで予備精錬をした後の溶湯に、主として
ＣａＯおよびＣａＦ₂、主としてＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、
または主としてＣａＯ，ＣａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からな
るいずれかの組合せの造滓剤を添加し、ガスプラズマに
より加熱して再精錬を行ない、炭素 0.01%以下、硫黄
0.005%以下にすることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金
溶湯の精錬方法。
【請求項４】重量％でＮｉ 30〜50%を含有するＦｅ
−Ｎｉ系の合金を加熱手段を有する容器中で真空または
低酸素分圧雰囲気で、固体原料から溶解して炭素含有量
が0.01%以下まで予備精錬をした後の溶湯を予備精錬時
のスラグを実質的に持ち込まないで前記容器とは別容器
に移すとともに、主としてＣａＯおよびＣａＦ₂、主と
してＣａＯおよびＡl₂Ｏ₃、または主としてＣａＯ，Ｃ
ａＦ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなるいずれかの組合せの造滓
剤を添加し、ガスプラズマにより加熱して再精錬を行な
い、炭素 0.01%以下、硫黄 0.005%以下にすることを
特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方法。
【請求項５】予備精錬で炭素含有量を0.01%以下に調
整する手段が酸素源または酸素源と不活性ガスの混合物
を添加または吹き込みによるものである請求項１ないし
４のいずれかに記載のＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯の精錬方
法。