JP3740084B2

JP3740084B2 - 高清浄度鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3740084B2
Application number: JP2002113982A
Authority: JP
Inventors: 勝弘淵上; 昌光若生
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003306713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストで高清浄度鋼を製造する製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高清浄度鋼へのユーザー要求は厳しさを増してきており、高負荷のプロセスで製造していることが実態である。このような品質上の要求の厳しさがある反面、最近の鋼材価格の下落などもあり、高清浄度鋼と言えども低コストで製造する方法が求められてきている。
【０００３】
ブリキに代表される表面品質、内部品質に優れた鋼材は、溶鋼の溶製や連続鋳造時に種々の対策を行っている。表面欠陥としては、（１）脱酸生成物であるアルミナクラスターによるスリバーキズ、（２）連続鋳造時に使用するパウダーの巻き込みにより生成するパウダー系介在物が起因する表面キズ、（３）不可避的に溶鋼内に混入するスラグ粒子が鋳片内に残存し表面キズになるものがある。また、内部欠陥としては、不可避的に溶鋼内に混入するスラグ粒子が鋳片内に残存するものや連続鋳造に使用されるパウダーが鋳型内で巻き込んで鋳片内に残存するものが代表的な欠陥である。脱酸生成物であるアルミナクラスターに関しては、スラグ改質によりスラグの酸化度を低減させ生成するアルミナ系酸化物を低減させる方法、アルミナ吸収能の高い低融点フラックスを使用する方法、脱ガス装置などの二次精錬において十分な攪拌処理を行うことにより脱酸生成物を凝集・浮上除去させる方法、タンディッシュ内での空気酸化を防止する方法、連続鋳造時の浸漬ノズル内への不活性ガスを吹き込む方法、鋳型内において電磁攪拌などの電磁力を用いて溶鋼の流動を制御する方法が行われている。脱酸生成物に関しては、上記の方法で表面欠陥を防止できる。また、連続鋳造時に使用するパウダーの巻き込みに起因する欠陥は、高粘性のパウダーを使用して巻き込みを抑制する方法、鋳型内の電磁力を用いて溶鋼流動を制御する方法などが行われている。
【０００４】
溶鋼内へ懸濁したスラグ粒子に対しては、転炉からの出鋼時にできるだけスラグを混入しない工夫を行い、脱ガス装置などの二次精錬において、十分な攪拌処理を行うことによりスラグ粒子などの非金属介在物を凝集・浮上除去させる方法が主流であり、積極的に溶鋼内へ懸濁したスラグ粒子を除去する方法は確立されていない。
【０００５】
スラグ粒子は、出鋼中のスラグの混入を防止する手段を用いても不可避的に混入し、そのばらつきも多いのが実情であり、そのばらつきが最後まで影響を与える。従来の出鋼中の取鍋内へのスラグ流出量コントロール法では、出鋼中の取鍋へのスラグ流出量はある程度制御可能ではあるが、出鋼中に溶鋼内に懸濁するスラグ粒子の量や転炉の脱炭吹錬中の溶鋼内への巻き込みを制御する方法はない。従って、転炉から出鋼した後の溶鋼内に懸濁したスラグ粒子のばらつきを低減する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
溶鋼内に混入したスラグ粒子の低減を図り、高清浄度鋼を低コストで製造方法を確立することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段は、以下の通り。
手段１は、転炉から取鍋に溶鋼を注入した後に、二次精錬前に該取鍋の底部から不活性ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下の吹き込み速度で全不活性ガス量として１０〜２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下吹き込み、二次精錬前の溶鋼中のスラグ粒子を減少させることを特徴とする高清浄度鋼の製造方法である。
【０００８】
手段２は、転炉から取鍋に溶鋼を注入した後に、二次精錬前に該取鍋の底部から不活性ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下の吹き込み速度で全不活性ガス量として１０〜２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下吹き込み、不活性ガス吹き込み終了時から二次精錬開始までの溶鋼の静置時間を１０分以上確保して、二次精錬前の溶鋼中のスラグ粒子を減少させることを特徴とする高清浄度鋼の製造方法である。
【０００９】
また、引き続き脱ガス装置などの二次精錬装置で二次精錬するに当たり、溶鋼をＡｌ脱酸する際に、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上とすることが好ましい。
【００１０】
さらに、溶鋼をＡｌ脱酸する際に、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量を１００ｐｐｍ以上とし、脱酸材を一括添加することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、二次精錬前の介在物量（スラグ粒子）と鋳片での介在物量との関係を調査した。製造プロセスは、転炉で脱炭を行い取鍋に出鋼した後、二次精錬としてＲＨ脱ガス装置（以下、ＲＨと称す）で脱酸及び成分調整を行い、タンディッシュを介して連続鋳造を行った。鋼種は、表１のＡに示した低炭Ａｌ−Ｋ鋼である。二次精錬前の介在物量は、ＲＨでの処理を行う前に溶鋼のサンプリングを実施し、スライム法により介在物を抽出して個数を測定した。ＲＨ処理前においては、溶鋼中にフリー酸素が存在するため脱酸材としてＴｉを入れたサンプラーで採取した。スライム法で抽出した介在物は、ＥＰＭＡで定量分析を行い、スラグ系介在物のみを評価した。また、鋳片の介在物に対しては、鋳片の幅方向の１／４幅と１／２幅の３カ所のＬ面から１００ｍｍ（介在物の集積帯を含むように）までを切り出し、スライム法で評価した。鋳片の介在物もＲＨ処理前の介在物と同様にＥＰＭＡで定量分析を行いスラグ系介在物を評価した。ＲＨ処理前の介在物個数及び鋳片の介在物個数の平均値を１として指標化した。ＲＨ処理前介在物と鋳片介在物の関係を図１に示す。図１に示すように、ＲＨ処理前の介在物が多くなると鋳片での介在物も多くなる傾向が見られ、二次精錬前の介在物のばらつきを制御する必要があることがわかった。
【００１２】
二次精錬前の介在物のばらつきを抑制するためには、混入したスラグ粒子を除去する必要があるが、プロセスを増加させることはコスト増加を招き好ましくない。そこで、出鋼後の取鍋への合金の添加やスラグ改質材の添加において、溶鋼及びスラグの攪拌を行うために実施されることがある取鍋底部からの不活性ガスの吹き込みに着目した。二次精錬や連続鋳造においては、不活性ガスを吹き込み脱酸生成物であるアルミナの除去を促進させることが行われている。今回は、介在物として溶鋼に混入したスラグ粒子の除去を促進させることを検討した。浸漬ボードがない状態での取鍋底部からの不活性ガス吹き込みでは、スラグを直接攪拌するためにスラグの巻き込みが生じてしまう。また、介在物の除去効果としては、（１）攪拌による介在物の凝集促進による大型化、（２）底吹きによる上昇流形成による介在物浮上促進、（３）不活性ガスへの介在物付着による除去促進が考えられる。このように不活性吹き込みには、介在物除去促進とスラグの巻き込み助長の影響があるため、不活性ガスの吹き込み速度と吹き込み量に適性範囲があると推定され、これらの条件に関して検討を行った。不活性ガスは、取鍋の底部に設置したポーラス状の耐火物から吹き込んだ。また、不活性ガスはＡｒガスを使用し、吹き込み時間及び流量とＲＨ処理前介在物との関係を調査した。取鍋内の溶鋼量は、３４０〜３６０ｔｏｎであった。調査した鋼種及び不活性ガス吹き込み以外のプロセスは前項と同様であり、ＲＨ処理前の介在物も前項と同様の方法で行った。図２に、ＲＨ処理前のスラグ系介在物指標に与えるＡｒ吹き込み速度とＡｒ吹き込み量の影響について示す。図２からわかるように、ＲＨ処理前のスラグ系介在物指数が１未満になるのは、Ａｒ吹き込み速度が３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下で、全Ａｒ吹き込み量が１０〜２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下の範囲であることがわかった。全Ａｒ吹き込み量が１０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ未満の場合には、介在物と合体する気泡総量が少ないため、十分な介在物除去効果が得られず、全Ａｒ吹き込み量が２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌを超える場合には、スラグ巻き込みの影響の方が大きくなっていることが推定される。また、Ａｒ吹き込み速度が３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌを超えると、吹き込み速度を増加させてもガス径の大型化により有効なガス／メタル界面積が小さくなるためにＡｒガスとの凝集合体による除去効果が小さくなり、一方スラグの巻き込みは増加するためにスラグ粒子の除去が十分ではなくなると推定される。
【００１３】
さらに、介在物除去のための基本的な考え方として、介在物の凝集を促進させ、その後、溶鋼を静置して介在物の浮上を促進させることがある。そこで、上述の取鍋底部からの不活性ガスの吹き込みの適性条件下において、不活性ガス吹き込み終了時から二次精錬開始までの静置時間の適正化を行った。前述のＲＨ処理前のスラグ系介在物指標と静置時間の関係を図３に示す。図３に示すように、静置時間が１０分以上の場合には、ＲＨ処理前のスラグ系介在物指標が０．５以下となり、さらにスラグ系介在物個数の低位安定化が可能である。
【００１４】
なお、取鍋底部からの不活性ガス吹き込み処理及び静置時間の両者をあわせた時間は、できるだけ短い方が好ましい。これは、上記の処理のために鋳造開始までの時間が長くなる場合には温度補償のために、転炉での吹き止め温度が高くなり、耐火物コスト増加を招くためである。そのため、取鍋底部からの不活性ガスを吹き込む場合には、低吹き込み速度であると吹き込み時間が長くなるために吹き込み速度としては１Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ程度以上が好ましい。
【００１５】
これまで述べてきた不活性ガス吹き込みと静置時間を適正化した条件において、タンディッシュや連続鋳造における介在物浮上促進対策を行っても超介在物厳格材では依然としてばらつきが大きく十分ではない。このような鋼種においては、二次精錬においてさらなるスラグ系介在物の低減が必要である。介在物除去に関しては、凝集合体により介在物を大型化させて浮上させやすくするという考え方が基本となる。そこで、脱酸時に生成する脱酸生成物とスラグ系介在物の凝集合体・浮上除去を促進させる目的で、前記のＡｒガス吹き込み条件の適性範囲内において脱酸条件の適正化を検討した。脱酸脱酸条件はＡｌ脱酸とし、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量と脱酸材の添加方法、つまり一括して脱酸材を添加するか分割して脱酸材を添加するかの違いを検討した。ここで、一括脱酸とは、一回で全て脱酸材を添加することである。分割脱酸とは、溶鋼中フリー酸素をある程度脱酸できる量の脱酸材を添加した後、溶鋼中フリー酸素を測定しさらに必要量の脱酸材を添加することであり、つまり複数回に分けて脱酸材を添加することである。なお、介在物は鋳片を調査し、調査方法は前述と同様の方法で行った。対象とする介在物は、ＥＰＭＡで定量分析を行いスラグ系介在物を評価した。各々の介在物に対して、ＲＨ処理前の取鍋底部からの不活性ガスの吹き込みを行わない場合の鋳片での介在物個数の平均値を１として指標化した。スラグ系介在物個数に与える脱酸条件の影響について調査した。脱酸前の溶鋼中フリー酸素量と鋳片でのスラグ系介在物指標との関係を図４に示す。図４に示すように、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上となる場合に１以下となることがわかる。これは、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が多い方が生成するアルミナ（脱酸生成物）が多くなり、スラグ系介在物との凝集合体が促進された結果、スラグ系介在物の浮上除去効果が大きくなったためと推定される。また、脱酸材を一括添加した方が分割添加した場合よりも低位安定することがわかる。
【００１６】
以上の脱酸条件の影響をまとめると、内部欠陥で問題となるスラグ系介在物に対しては脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上で良好な結果となる。スラグ系介在物の低減を徹底的に図りたい場合には、脱酸前の溶鋼中フリー酸素を１００ｐｐｍ以上で一括脱酸を行うことが好ましい。
【００１７】
なお、取鍋底部からの不活性ガス吹き込みの適性吹き込み条件下で処理を行った後、二次精錬開始までの静置時間を１０分以上とし、上述の脱酸条件を行えば、さらにスラグ系介在物個数が低位安定化する。
【００１８】
本発明の対象鋼種は特に限定するものではないが、キルド鋼、特にアルミキルド鋼である。
【００１９】
【実施例】
実施例を以下に示す。
一般的なブリキ用素材について実施した。成分を表１のＢに示す。製造工程は、溶銑予備処理、転炉、二次精錬（ＲＨ）、連鋳である。代表的な条件を表２に示す。本発明例１〜６は、転炉から出鋼した後に取鍋の底部からＡｒガスを吹き込む際の条件としてＡｒ吹き込み速度を２〜３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ、Ａｒ吹き込み量を１２〜１５Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌとした。また、連鋳モールドパウダーの巻き込みを防止するために高粘性のパウダーを使用した。評価の指標としては、５００ｍｍ四方にカットされたブリキ板でのスラグに起因する欠陥の発生率とした。欠陥発生率の合格基準は、０．１％である。欠陥発生無しは◎、欠陥発生率が０．０５％以下は○、欠陥発生率が０．１％を超える場合には×とした。表３に結果を示す。
【００２０】
本発明例１では、取鍋底部からの不活性ガスの吹き込み条件を満足しており、製品成績は良好である。
【００２１】
本発明例２では、取鍋底部からの不活性ガスの吹き込み条件を満足し、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上で一括脱酸しており、本発明例１よりもさらに製品成績は良好である。
【００２２】
本発明例３では、取鍋底部からの不活性ガスの吹き込み条件を満足し、脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上で脱酸しており、製品成績は良好である。
【００２３】
本発明例４では、取鍋底部からの不活性ガスの吹き込み条件、静置時間の条件を満足しており、欠陥の発生はない。
【００２４】
本発明例５、６では、取鍋底部からの不活性ガスの吹き込み条件、静置時間の条件を満足しており、さらに脱酸前の溶鋼中フリー酸素量が１００ｐｐｍ以上で脱酸しているため、欠陥の発生はない。
【００２５】
比較例１、２は、取鍋底部から不活性ガス吹き込みを行っていないため、欠陥が多発している。
【００２６】
比較例３は、取鍋底部から吹き込んでいる全不活性ガス量が１０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ未満であるため、欠陥が多発している。
【００２７】
比較例４は、取鍋底部から吹き込んでいる全不活性ガス量が２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌを超えているため、欠陥が多発している。
【００２８】
比較例５は、取鍋底部から吹き込んでいる不活性ガス吹き込み速度が３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌを超えているため、欠陥発生率が高めである。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
【発明の効果】
以上の結果から、本発明法により低コストで高清浄度鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＨ前介在物と鋳片介在物の関係（スラグ系介在物）を示す図である。
【図２】スラグ系介在物に与えるＡｒ吹き込み時間とＡｒ流量の影響を示す図である。
【図３】スラグ系介在物に与える静置時間の影響を示す図である。
【図４】鋳片のスラグ系介在物と脱酸条件の関係を示す図である。

Claims

転炉から取鍋に溶鋼を注入した後に、二次精錬前に該取鍋の底部から不活性ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下の吹き込み速度で全不活性ガス量として１０〜２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下吹き込み、二次精錬前の溶鋼中のスラグ粒子を減少させることを特徴とする高清浄度鋼の製造方法。
転炉から取鍋に溶鋼を注入した後に、二次精錬前に該取鍋の底部から不活性ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下の吹き込み速度で全不活性ガス量として１０〜２０Ｎｌ／ｔｏｎ−ｓｔｅｅｌ以下吹き込み、不活性ガス吹き込み終了時から二次精錬開始までの溶鋼の静置時間を１０分以上確保して、二次精錬前の溶鋼中のスラグ粒子を減少させることを特徴とする高清浄度鋼の製造方法。