JP3885387B2 - 清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物系非金属介在物が少く、清浄性の優れた極低硫鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓ含有量の少ない鋼は、高炉から出銑された溶銑を脱硫した後に転炉精錬して製造されるが、溶銑段階でＳを低減しても転炉精錬中にＳがピックアップするので、例えばＳ含有量が３０ｐｐｍ以下のような極低硫鋼は溶銑段階の脱硫だけでは製造困難であり、そのため、極低硫鋼の製造の際には、転炉精錬後に取鍋精錬炉を用いて溶鋼段階でも脱硫が行なわれてきた。しかし、取鍋精錬炉は真空精錬機能を有しておらず、脱水素等の脱ガス処理が必要な場合には、取鍋精錬炉とＲＨ真空脱ガス装置等の真空精錬炉との両方で精錬しなければならず、そのため、溶鋼温度の低下、作業能率の低下、及び出鋼から鋳造までのリードタイムの延長等の操業上の問題のみならず、２つの二次精錬炉が必要であるという設備上の問題もあり、二次精錬炉の統合と二次精錬工程の簡略化を目的として真空精錬炉で脱硫する方法が多数提案されている。
【０００３】
例えば、特公昭４５−２２２０４号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置の上昇側浸漬管から粉状脱硫剤を不活性ガスと共に溶鋼中に吹き込んで溶鋼を脱硫する方法が開示されており、又、特公昭６１−５９３７５号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置の上昇側浸漬管の下方中央に、吹き込みランスの開口部を配置し、この吹き込みランスを介して微粉状脱硫剤をキャリヤガスと共に溶鋼の上昇流中に吹き込んで溶鋼を脱硫する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＲＨ真空脱ガス装置で脱硫する場合には、以下の問題点がある。ひとつは、脱硫剤添加による温度降下が大きく、取鍋精錬炉のように電気加熱装置を有していないため、転炉出鋼温度を上昇させたり、ＲＨ真空脱ガス装置で溶鋼中のＡｌを燃焼させて溶鋼温度を補償する必要があることである。もうひとつは、ＲＨ真空脱ガス装置では取鍋内のスラグを十分に攪拌することができないために、スラグの酸化度を低減することが困難なことである。
【０００５】
従って、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯの含有量が多い状態、即ち、スラグの酸化度が高い状態でＲＨ真空脱ガス装置による精錬を開始した場合には、溶鋼を十分に脱酸しても、溶鋼中の脱酸元素によるスラグの還元はほとんど起こらず、脱ガス精錬終了後も酸化度の高いスラグが溶鋼上に存在することになる。この状態で溶鋼中に脱硫剤を添加すると、脱硫剤が溶鋼湯面上に浮上するまでのトランジトリー反応では高い脱硫率が得られても、脱硫剤が溶鋼湯面上に浮上して酸化度の高いスラグと接触すると、溶鋼中にＳが戻る反応、所謂復硫が起こり、脱硫反応が阻害される。更に、前述の溶鋼中Ａｌの燃焼による溶鋼の昇熱を行なうと、スラグの酸化度は一層上昇し、脱硫反応は阻害される。又、スラグの酸化度が高い場合には、ＲＨ真空脱ガス精錬後に、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯによる溶鋼の再酸化が起こり、溶鋼中に酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）を生成させ、溶鋼の清浄性を劣化させる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、介在物が少なくて清浄性の優れた極低硫鋼を、効率の良い脱硫反応により安定して製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法は、転炉とＲＨ真空脱ガス装置との組み合せによる極低硫鋼の製造方法において、転炉精錬により得た溶鋼を転炉から取鍋に出鋼する際に、Ａｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すると共に、溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ以下とし、出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分がスラグｋｇ当り０．１ｋｇ以上となるように、Ａｌを含有するスラグ改質剤を取鍋内スラグに添加し、次のＲＨ真空脱ガス装置での精錬では、先ず、真空槽内に送酸してＡｌを燃焼させて溶鋼を昇熱し、次いで、送酸終了後５分以上経過してからＭｎ合金及び脱硫剤を溶鋼に添加すると共に、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに環流による攪拌エネルギーを溶鋼トン当り６ＷＨ以上とすることを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明による清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法は、第１の発明において、転炉からの出鋼時、石灰又は石灰を含有するフラックスを取鍋内に添加することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者等は、転炉精錬と溶鋼の昇熱を伴うＲＨ真空脱ガス精錬とを組み合わせて極低硫鋼を製造する際に、転炉出鋼時の溶鋼への脱酸剤の添加量やＭｎ合金の添加量、及び、出鋼後のスラグ改質剤の添加量を変更すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬でのＭｎ合金添加時期の変更や溶鋼への攪拌エネルギーを変更した試験操業を行ない、これらの条件が脱硫率及び製品における介在物性欠陥の発生率に及ぼす影響を調査した。
【００１０】
その結果、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保するためには、図３に示すように、脱硫剤添加時のスラグ中のＴ．ＦｅとＭｎＯとの合計含有量（以下、「Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ」と記す）を２．０ｗｔ％未満とすれば良いことを見出した。又、製品における介在物性欠陥の発生を防止するためには、図４に示すように、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすることと、図５に示すように、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、取鍋と真空槽との間を環流する溶鋼による攪拌エネルギーを溶鋼トン当り６ＷＨ（以下、「ＷＨ／ｔ」と記す）以上とすれば良いことを見出した。即ち、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造するためには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満まで低減して復硫防止及び溶鋼の再酸化防止を図ると共に、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、６ＷＨ／ｔ以上の攪拌エネルギーで溶鋼を攪拌して介在物の浮上・分離を促進すれば良いことが判明した。尚、図３、図４、図５の詳細は実施例で後述する。
【００１１】
そこで、上記試験操業において、転炉出鋼後からＲＨ真空脱ガス精錬後までのスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの挙動を解析し、以下の結論を得た。即ち、本発明ではＲＨ真空脱ガス装置において、転炉出鋼温度を上昇させないために、酸素を真空槽内に送酸して溶鋼中のＡｌを燃焼させ、溶鋼を昇熱する。そのため、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯはＲＨ真空脱ガス精錬中に増加するが、本発明では、ＲＨ真空脱ガス精錬中でのＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制することとした。そして、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満である条件を満足させるため、ＲＨ真空脱ガス精錬開始前、即ち転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満まで低減することとした。
【００１２】
そして、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの解析結果から、転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とするためには、▲１▼出鋼時にＡｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌともいう）が０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すること、▲２▼出鋼時の溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）以下とすること、▲３▼出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分がスラグｋｇ当り０．１ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｋｇ」と記す）以上となるように、Ａｌを含有するスラグ改質剤をスラグに添加してスラグを改質すること、の３つの条件を全て満足する必要があることが判明した。
【００１３】
又、ＲＨ真空脱ガス精錬中におけるスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制するためには、溶鋼昇熱のための送酸終了後、５分以上経過して真空槽内が酸化性雰囲気でなくなった後にＭｎ合金を添加する必要があることが判明した。
【００１４】
本発明では、これらの全ての条件を満足する条件で極低硫鋼を製造するので、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となる。
【００１５】
更に、転炉からの出鋼時、石灰又は石灰を含有するフラックスを取鍋内に添加することで、取鍋内スラグはＣａＯを５０ｗｔ％以上含有する組成となり、ＲＨ真空脱ガス装置での脱硫反応が一層促進される。
【００１６】
尚、本発明の極低硫鋼とは、Ｓ含有量が３０ｐｐｍ以下の鋼であり、本発明に用いるＡｌを含有するスラグ改質剤とは、金属Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｌ滓、及びこれらの混合物、又は、これらと生石灰やアルミナ等のフラックスとの混合物であり、又、Ｔ．Ｆｅとは、スラグ中の全ての鉄酸化物（ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 等）の鉄分の総和を表わすものである。更に、本発明の攪拌エネルギーとは、下記の（１）〜（３）式にて算出されるものである。但し、（１）式〜（３）式において、Ｊは溶鋼トン当りの攪拌エネルギー（ｋＷＨ／ｔ）、εは溶鋼トン当りの攪拌動力密度（ｋＷ／ｔ）、Ｔは時間（Ｈ）、Ｑは取鍋と真空槽との間の溶鋼環流量（ｔ／ｍｉｎ）、Ｖは下降側浸漬管からの溶鋼の下降流速（ｍ／ｓ）、Ｗ0 は処理する溶鋼量（ｔ）、Ｇは環流用Ａｒ流量（ｌ／ｍｉｎ）、Ｄは浸漬管内径（ｍ）、Ｐ1 は環流用Ａｒ吹き込み管でのＡｒ圧力（Ｐａ）、Ｐ2 は真空槽内圧（Ｐａ）である。
Ｊ＝ε×Ｔ……（１）
ε＝0.0085×Ｑ×Ｖ2 ／W0……（２）
Ｑ＝11.4×Ｇ1/3 ×Ｄ4/3 ×［ln（P1／P2）］1/3 ……（３）
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づき説明する。図１は、本発明の工程を示す概要図、図２は、本発明を実施したＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【００１８】
図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑を溶銑脱硫場２にて脱硫した後、転炉３に装入し、上吹き酸素ランス９を介して酸素を溶銑に吹き付けて脱炭精錬を行い、転炉３内に溶鋼６とスラグ７とを得、次いで、溶鋼６を転炉３から取鍋４に出鋼する。出鋼時、溶鋼６に金属Ａｌを添加して取鍋４内の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼６を脱酸する。又、出鋼時、溶鋼６の成分調整用に用いるＦｅ−Ｍｎ合金、Ｓｉ−Ｍｎ合金等のＭｎ合金の添加量は、Ｍｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とする。尚、出鋼時、Ｆｅ−Ｓｉ合金や金属Ｎｉ等の他の成分調整用金属を添加しても良く、又、高炉１からの出銑後、脱珪や脱燐等の他の溶銑予備処理を行っても良い。
【００１９】
出鋼時、スラグ７の成分調整剤として、出鋼流にめがけて石灰又は石灰を含有するフラックスを添加することが好ましい。この石灰又は石灰を含有するフラックスの添加量は、スラグ７がＣａＯを５０％以上含有する組成となるように、転炉３内のスラグ組成と、取鍋４内に排出されたスラグ量とで決める。
【００２０】
出鋼後、取鍋４の上方に位置するホッパー１０から取鍋４内のスラグ７にＡｌを含有するスラグ改質剤８（以下、単に「スラグ改質剤」と記す）を添加して、スラグ７中のＦｅＯ等の鉄酸化物とＭｎＯとを還元する。その際、スラグ改質剤８の添加量は、スラグ改質剤８中のＡｌ純分が０．１ｋｇ／ｋｇ以上となるようにする。スラグ改質剤８の添加量の上限は特にないが、Ａｌ純分で０．５ｋｇ／ｋｇを越えると空気と反応するＡｌが多くなり、歩留りが悪化するため、０．５ｋｇ／ｋｇ以上の添加は不要である。取鍋４内のスラグ７の量は、例えば、取鍋４内のスラグ７の厚みを測定することで把握することができる。取鍋４内にスラグ改質剤８を添加する時期は、スラグ７とスラグ改質剤８との反応が促進されるので、スラグ７の大部分が溶融状態である出鋼直後が好ましいが、設備上出鋼直後の添加が不可能の場合には、転炉３からＲＨ真空脱ガス装置５への搬送途中の任意の位置であっても良い。スラグ改質剤８の添加後、取鍋４をＲＨ真空脱ガス装置５に搬送する。
【００２１】
ＲＨ真空脱ガス装置５は、図２に示すように、上部槽１２及び下部槽１３からなる真空槽１１と、下部槽１３の下部に設けた上昇側浸漬管１４及び下降側浸漬管１５と、脱硫剤２２を収納するホッパー２１に連結し、真空槽１１の側壁外面に沿って上下移動の可能な吹き込みランス２０とから構成されている。上部槽１２には、上吹きランス１７と、原料投入口１８と、排気装置（図示せず）と接続するダクト１９とが設けられ、又、上昇側浸漬管１４にはＡｒ吹き込み管１６が設けられ、上昇側浸漬管１４内に環流用Ａｒが吹き込まれる構造となっている。
【００２２】
真空槽１１の直下に取鍋４を搬入し、次いで、昇降装置（図示せず）にて取鍋４を上昇させ、上昇側浸漬管１４及び下降側浸漬管１５を取鍋４内の溶鋼６に浸漬させる。そして、Ａｒ吹き込み管１６から上昇側浸漬管１４内にＡｒを吹き込むと共に、真空槽１１内を排気装置にて排気して真空槽１１内を減圧する。真空槽１１内が減圧されると、取鍋４内の溶鋼６は、Ａｒ吹き込み管１６から吹き込まれるＡｒと共に上昇側浸漬管１４を上昇して真空槽１１内に流入し、その後、下降側浸漬管１５を介して取鍋４に戻る流れ、所謂、環流を形成してＲＨ真空脱ガス精錬が施される。
【００２３】
先ず最初、上吹きランス１７から真空槽１１内の溶鋼６に向けて酸素を吹き付け、溶鋼６中の溶解Ａｌを燃焼させて溶鋼６を昇熱させる。この昇熱中、溶鋼６中の溶解Ａｌは燃焼して減少するので、少なくとも溶解Ａｌが０．０１ｗｔ％以上確保されるように、例えば溶鋼６から分析試料を採取して溶解Ａｌ量を確認しつつ、原料投入口１８から金属Ａｌを添加する。溶鋼６の昇熱中に溶解Ａｌが０．０１ｗｔ％未満になると、ＦｅＯやＭｎＯが生成してスラグ７中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが増加するので好ましくない。
【００２４】
そして、送酸終了から５分以上経過して、真空槽１１内が不活性雰囲気となってから、溶鋼６の成分調整用のＭｎ合金及びその他の成分調整用金属を原料投入口１８から添加する。尚、Ｍｎ合金は、転炉３からの出鋼時とＲＨ真空脱ガス精錬中との２回に分けて添加するが、成分調整に必要な添加量がＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ以下の場合には、分割して添加する必要はなく、全量を転炉３からの出鋼時に添加しても良い。
【００２５】
Ｍｎ合金等の成分調整用金属を添加した後、吹き込みランス２０を下部槽１３と取鍋４側壁との間を下降させて溶鋼６中に浸漬し、吹き込みランス先端２０ａを上昇側浸漬管１４の直下で停止し、Ａｒ等の不活性ガスを搬送ガスとしてホッパー２１に収納された脱硫剤２２を上昇側浸漬管１４の直下の溶鋼６中に吹き込む。吹き込まれた脱硫剤２２は、上昇側浸漬管１４を溶鋼６と共に上昇して真空槽１１内に流入し、次いで下降側浸漬管１５を通り取鍋４内に戻り、取鍋４内で浮上して溶鋼６の湯面に到達する。その間に脱硫剤２２は溶鋼６と反応して溶鋼６を脱硫する。脱硫剤２２は慣用のＣａＯ系フラックスとし、脱硫剤２２の添加量はＣａＯ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）以上とすれば良い。
【００２６】
所定量の脱硫剤２２の添加後、溶鋼６の最後の成分調整を行い、次いで、真空槽１１内を大気圧に戻してＲＨ真空脱ガス精錬を終了するが、昇熱用の送酸終了後からＲＨ真空脱ガス精錬の終了までに、取鍋４と真空槽１１との間の環流による攪拌エネルギーが６ＷＨ／ｔ以上となるようにする。具体的には、例えば（３）式より求めた送酸終了後の溶鋼環流量（Ｑ）と、溶鋼環流量（Ｑ）と浸漬管内径（Ｄ）とから定まる溶鋼の下降流速（Ｖ）と、溶鋼量（Ｗ0 ）とから（２）式により攪拌動力密度（ε）を求め、求めた攪拌動力密度（ε）を（１）式に代入して攪拌エネルギー（Ｊ）が６ＷＨ／ｔ以上となるように、送酸終了後から精錬終了までの時間（Ｔ）を決めれば良い。次いで、取鍋４を次工程の連続鋳造設備等の鋳造設備に搬出し、溶鋼６を鋳造する。
【００２７】
このようにして極低硫鋼を製造するので、スラグ７の酸化度が低く抑えられ、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となる。
【００２８】
尚、上記説明では、吹き込みランス２０を介して脱硫剤２２を吹き込んでいるが、脱硫剤２２の添加方法はこの方法に限るものではなく、上吹きランス１７を介して吹き付けても、又、原料投入口１８から装入しても良い。又、上記説明では、上吹き型の転炉３で説明したが、転炉３は上吹き型に限るものではなく、底吹き型転炉や上底吹き型転炉であっても良い。
【００２９】
【実施例】
図１に示す製造工程で、図２に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱硫し、極低硫鋼を製造する際に、転炉出鋼時の溶鋼への脱酸剤の添加量やＭｎ合金の添加量、及び、出鋼後のスラグ改質剤の添加量を変更すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬でのＭｎ合金添加時期の変更や溶鋼への攪拌エネルギーを変更した試験操業を合計４７ヒート行ない、これらの操業条件が脱硫率及び製品における介在物性欠陥の発生率に及ぼす影響を調査した。
【００３０】
試験操業は次のようにして行なった。先ず、溶銑予備処理にて脱硫及び脱燐した溶銑を上底吹き型転炉に装入すると共に生石灰をフラックスとして添加して脱炭精錬し、炭素濃度が０．０４〜０．０５ｗｔ％の１ヒート２５０トンの溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼の際に、生石灰を出鋼流に向けて２０００ｋｇ添加し、スラグの成分をＣａＯが５０ｗｔ％以上とした。又、出鋼時、金属Ａｌを添加して溶鋼中の溶解Ａｌを０．００９〜０．０８６ｗｔ％として脱酸すると共に、成分調整用のＭｎ合金（Ｆｅ−Ｍｎ合金）の添加量をＭｎ純分で０〜７．２ｋｇ／ｔの範囲に変更した。出鋼後、スラグ改質剤として金属Ａｌを用い、Ａｌ純分で０．０３〜０．１６ｋｇ／ｋｇに変更してスラグを改質した。尚、出鋼時、成分調整用にＦｅ−Ｓｉ合金をＳｉ純分で溶鋼トン当たり２．５ｋｇ添加した。
【００３１】
ＲＨ真空脱ガス装置では、送酸して溶鋼を昇熱した後、成分調整用の残りのＭｎ合金（Ｆｅ−Ｍｎ合金）を添加し、溶鋼のＭｎ濃度を１．３ｗｔ％に調整した。この場合、出鋼時とＲＨ真空脱ガス精錬時とで添加したＭｎ合金の総添加量は、Ｍｎ純分で９〜１０ｋｇ／ｔであった。このＭｎ合金の添加時期を送酸終了後２〜９分に変更した。Ｍｎ合金添加後、ＣａＯを主成分とする脱硫剤をＣａＯ純分で２．３〜４．５ｋｇ／ｔ添加して脱硫した。又、送酸終了後から精錬終了までの環流による攪拌エネルギーを３．６〜８．５ＷＨ／ｔとなるように環流用Ａｒ量を変更した。そして、最終の成分調整及び溶鋼温度調整を行ない、ＲＨ真空脱ガス精錬を終了した。脱ガス精錬後、連続鋳造機にて厚み２２０ｍｍ、幅１６００ｍｍの鋳片に鋳造し、得られた鋳片を厚鋼板に圧延した。圧延後、厚鋼板を超音波探傷して介在物による欠陥を調査し、超音波探傷による欠陥発生率を指数化した製品欠陥指数で鋳片の清浄性を評価した。表１及び表２に４７ヒートの試験操業の試験条件と調査結果とを示す。尚、製品欠陥指数が低いものほど、超音波探傷による欠陥発生率が低いことを表わしている。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
図３は、４７ヒートの全ての試験操業におけるＣａＯ純分当りの脱硫剤原単位と脱硫率との関係を調査した結果を示す図であるが、図３に示すように、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保するためには、脱硫剤添加時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすれば良いことが分かった。これは、スラグの酸化度が低減して復硫が防止されるためである。
【００３５】
図４は、環流による攪拌エネルギーを６ＷＨ／ｔ以上とした試験操業（No.１〜３５、４２〜４７）におけるＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯと製品欠陥指数との関係を調査した結果を示す図であるが、図４に示すように、製品における介在物性欠陥の発生を防止するには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすれば良いことが分かった。これは、スラグの酸化度が低減して溶鋼の再酸化が防止されるためである。
【００３６】
図５は、ＲＨ真空脱ガス精錬終了のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満の試験操業（No.１〜１７、３６〜４１）における環流による攪拌エネルギーと製品欠陥指数との関係を示す図であるが、図５に示すように、攪拌エネルギーを６ＷＨ／ｔ以上とすることで、溶鋼中の介在物を効率良く浮上・分離することができ、製品における介在物性欠陥の防止が可能であることが分かった。これは、強攪拌することで、介在物の浮上・分離が促進するためである。
【００３７】
上記の図３、図４、及び図５から、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造するためには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とし、且つ、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、６ＷＨ／ｔ以上の攪拌エネルギーで溶鋼を攪拌すれば良いことが判明した。
【００３８】
そこで、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満の条件を満足する手段として、ＲＨ真空脱ガス精錬中でのＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬開始前、即ち転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満まで低減することとした。
【００３９】
図６は、出鋼時のＭｎ合金の添加量が２．０ｋｇ／ｔ以下で、且つ、スラグ改質剤である金属Ａｌの添加量が０．１ｋｇ／ｋｇ以上の試験操業（No.１〜２３、３６〜４７）における出鋼後の溶鋼中溶解Ａｌ濃度とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図６に示すように、出鋼後の溶解Ａｌを０．０３ｗｔ％以上とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満にすることができることが分かった。これは、溶解Ａｌを０．０３ｗｔ％以上とすることで、溶鋼中の溶解酸素濃度が十分に低減するので、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯも安定して低いレベルに維持されるからである。
【００４０】
図７は、出鋼後の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上で、且つ、スラグ改質剤である金属Ａｌの添加量が０．１ｋｇ／ｋｇ以上の試験操業（No.１〜１７、３０〜４７）における出鋼時のＭｎ合金の原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図７に示すように、出鋼時のＭｎ合金の添加量を２．０ｋｇ／ｔ以下とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とすることができることが分かった。これは、出鋼時にＡｌ脱酸を行なっても、転炉からの出鋼流は未脱酸状態であるので、添加したＭｎ合金の一部が酸化されてスラグ中のＭｎＯ濃度が上昇するが、Ｍｎ合金の添加量をＭｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とすることで、生成されるＭｎＯが少ないためである。
【００４１】
図８は、出鋼後の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上で、且つ、出鋼時のＭｎ合金の添加量が２．０ｋｇ／ｔ以下の試験操業（No.１〜１７、２４〜２９、３６〜４７）における改質剤としての金属Ａｌの原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図８に示すように、改質剤としての金属Ａｌの添加量を０．１ｋｇ／ｋｇ以上とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満にすることができることが分かった。これは、金属Ａｌの添加量を０．１ｋｇ／ｋｇ以上とすることで、スラグ中の鉄酸化物とＭｎＯとが十分に還元されて低減するからである。
【００４２】
これら図６〜図８の結果から、転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とするためには、▲１▼出鋼時にＡｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すること、▲２▼出鋼時の溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とすること、▲３▼出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分が０．１ｋｇ／ｋｇ以上となるように、スラグ改質剤をスラグに添加してスラグを改質すること、の３つの条件を全て満足すれば良いことが分かった。
【００４３】
図９は、４７ヒートの全ての試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬での送酸終了からＭｎ合金添加までの時間とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量との関係を示す図であるが、図９に示すように、Ｍｎ合金の添加時期を送酸終了後５分以上経過してから行なうことで、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑えることが可能であることが分かった。これは、送酸終了後５分以上経過することで、真空槽内に吹き込まれた酸素が排出して不活性雰囲気となり、Ｍｎ合金が酸化されることがないからである。このようにすることで、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満にすることが可能となる。
【００４４】
上記の全ての条件を満足して極低硫鋼を製造することで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満に抑えると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすることができ、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となることが分かった。尚、表１及び表２の備考欄に、本発明の範囲内の試験操業を実施例とし、その他の試験操業を比較例として表示した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、スラグの酸化度を低く抑えると共に、溶鋼に所定量の攪拌エネルギーを与えるので、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となり、その工業的効果は格別である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を示す概要図である。
【図２】本発明を実施したＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【図３】試験操業におけるＣａＯ純分当りの脱硫剤原単位と脱硫率との関係を示す図である。
【図４】試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯと製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図５】試験操業における環流による攪拌エネルギーと製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図６】試験操業における出鋼後の溶鋼中溶解Ａｌ濃度とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図７】試験操業における出鋼時のＭｎ合金の原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図８】試験操業における改質剤としての金属Ａｌの原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図９】試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬での送酸終了からＭｎ合金添加までの時間とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 溶銑脱硫場
３ 転炉
４ 取鍋
５ ＲＨ真空脱ガス装置
６ 溶鋼
７ スラグ
８ スラグ改質剤
９ 上吹き酸素ランス
１０ ホッパー
１１ 真空槽
１２ 上部槽
１３ 下部槽
１４ 上昇側浸漬管
１５ 下降側浸漬管
１６ Ａｒ吹き込み管
１７ 上吹きランス
１８ 原料投入口
１９ ダクト
２０ 吹き込みランス
２１ ホッパー
２２ 脱硫剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物系非金属介在物が少く、清浄性の優れた極低硫鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓ含有量の少ない鋼は、高炉から出銑された溶銑を脱硫した後に転炉精錬して製造されるが、溶銑段階でＳを低減しても転炉精錬中にＳがピックアップするので、例えばＳ含有量が３０ｐｐｍ以下のような極低硫鋼は溶銑段階の脱硫だけでは製造困難であり、そのため、極低硫鋼の製造の際には、転炉精錬後に取鍋精錬炉を用いて溶鋼段階でも脱硫が行なわれてきた。しかし、取鍋精錬炉は真空精錬機能を有しておらず、脱水素等の脱ガス処理が必要な場合には、取鍋精錬炉とＲＨ真空脱ガス装置等の真空精錬炉との両方で精錬しなければならず、そのため、溶鋼温度の低下、作業能率の低下、及び出鋼から鋳造までのリードタイムの延長等の操業上の問題のみならず、２つの二次精錬炉が必要であるという設備上の問題もあり、二次精錬炉の統合と二次精錬工程の簡略化を目的として真空精錬炉で脱硫する方法が多数提案されている。
【０００３】
例えば、特公昭４５−２２２０４号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置の上昇側浸漬管から粉状脱硫剤を不活性ガスと共に溶鋼中に吹き込んで溶鋼を脱硫する方法が開示されており、又、特公昭６１−５９３７５号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置の上昇側浸漬管の下方中央に、吹き込みランスの開口部を配置し、この吹き込みランスを介して微粉状脱硫剤をキャリヤガスと共に溶鋼の上昇流中に吹き込んで溶鋼を脱硫する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＲＨ真空脱ガス装置で脱硫する場合には、以下の問題点がある。ひとつは、脱硫剤添加による温度降下が大きく、取鍋精錬炉のように電気加熱装置を有していないため、転炉出鋼温度を上昇させたり、ＲＨ真空脱ガス装置で溶鋼中のＡｌを燃焼させて溶鋼温度を補償する必要があることである。もうひとつは、ＲＨ真空脱ガス装置では取鍋内のスラグを十分に攪拌することができないために、スラグの酸化度を低減することが困難なことである。
【０００５】
従って、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯの含有量が多い状態、即ち、スラグの酸化度が高い状態でＲＨ真空脱ガス装置による精錬を開始した場合には、溶鋼を十分に脱酸しても、溶鋼中の脱酸元素によるスラグの還元はほとんど起こらず、脱ガス精錬終了後も酸化度の高いスラグが溶鋼上に存在することになる。この状態で溶鋼中に脱硫剤を添加すると、脱硫剤が溶鋼湯面上に浮上するまでのトランジトリー反応では高い脱硫率が得られても、脱硫剤が溶鋼湯面上に浮上して酸化度の高いスラグと接触すると、溶鋼中にＳが戻る反応、所謂復硫が起こり、脱硫反応が阻害される。更に、前述の溶鋼中Ａｌの燃焼による溶鋼の昇熱を行なうと、スラグの酸化度は一層上昇し、脱硫反応は阻害される。又、スラグの酸化度が高い場合には、ＲＨ真空脱ガス精錬後に、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯによる溶鋼の再酸化が起こり、溶鋼中に酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）を生成させ、溶鋼の清浄性を劣化させる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、介在物が少なくて清浄性の優れた極低硫鋼を、効率の良い脱硫反応により安定して製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法は、転炉とＲＨ真空脱ガス装置との組み合せによる極低硫鋼の製造方法において、転炉精錬により得た溶鋼を転炉から取鍋に出鋼する際に、Ａｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すると共に、溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ以下とし、出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分がスラグｋｇ当り０．１ｋｇ以上となるように、Ａｌを含有するスラグ改質剤を取鍋内スラグに添加し、次のＲＨ真空脱ガス装置での精錬では、先ず、真空槽内に送酸してＡｌを燃焼させて溶鋼を昇熱し、次いで、送酸終了後５分以上経過してからＭｎ合金及び脱硫剤を溶鋼に添加すると共に、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに環流による攪拌エネルギーを溶鋼トン当り６ＷＨ以上とすることを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明による清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法は、第１の発明において、転炉からの出鋼時、石灰又は石灰を含有するフラックスを取鍋内に添加することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者等は、転炉精錬と溶鋼の昇熱を伴うＲＨ真空脱ガス精錬とを組み合わせて極低硫鋼を製造する際に、転炉出鋼時の溶鋼への脱酸剤の添加量やＭｎ合金の添加量、及び、出鋼後のスラグ改質剤の添加量を変更すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬でのＭｎ合金添加時期の変更や溶鋼への攪拌エネルギーを変更した試験操業を行ない、これらの条件が脱硫率及び製品における介在物性欠陥の発生率に及ぼす影響を調査した。
【００１０】
その結果、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保するためには、図３に示すように、脱硫剤添加時のスラグ中のＴ．ＦｅとＭｎＯとの合計含有量（以下、「Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ」と記す）を２．０ｗｔ％未満とすれば良いことを見出した。又、製品における介在物性欠陥の発生を防止するためには、図４に示すように、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすることと、図５に示すように、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、取鍋と真空槽との間を環流する溶鋼による攪拌エネルギーを溶鋼トン当り６ＷＨ（以下、「ＷＨ／ｔ」と記す）以上とすれば良いことを見出した。即ち、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造するためには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満まで低減して復硫防止及び溶鋼の再酸化防止を図ると共に、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、６ＷＨ／ｔ以上の攪拌エネルギーで溶鋼を攪拌して介在物の浮上・分離を促進すれば良いことが判明した。尚、図３、図４、図５の詳細は実施例で後述する。
【００１１】
そこで、上記試験操業において、転炉出鋼後からＲＨ真空脱ガス精錬後までのスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの挙動を解析し、以下の結論を得た。即ち、本発明ではＲＨ真空脱ガス装置において、転炉出鋼温度を上昇させないために、酸素を真空槽内に送酸して溶鋼中のＡｌを燃焼させ、溶鋼を昇熱する。そのため、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯはＲＨ真空脱ガス精錬中に増加するが、本発明では、ＲＨ真空脱ガス精錬中でのＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制することとした。そして、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満である条件を満足させるため、ＲＨ真空脱ガス精錬開始前、即ち転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満まで低減することとした。
【００１２】
そして、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの解析結果から、転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とするためには、▲１▼出鋼時にＡｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌともいう）が０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すること、▲２▼出鋼時の溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）以下とすること、▲３▼出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分がスラグｋｇ当り０．１ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｋｇ」と記す）以上となるように、Ａｌを含有するスラグ改質剤をスラグに添加してスラグを改質すること、の３つの条件を全て満足する必要があることが判明した。
【００１３】
又、ＲＨ真空脱ガス精錬中におけるスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制するためには、溶鋼昇熱のための送酸終了後、５分以上経過して真空槽内が酸化性雰囲気でなくなった後にＭｎ合金を添加する必要があることが判明した。
【００１４】
本発明では、これらの全ての条件を満足する条件で極低硫鋼を製造するので、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となる。
【００１５】
更に、転炉からの出鋼時、石灰又は石灰を含有するフラックスを取鍋内に添加することで、取鍋内スラグはＣａＯを５０ｗｔ％以上含有する組成となり、ＲＨ真空脱ガス装置での脱硫反応が一層促進される。
【００１６】
尚、本発明の極低硫鋼とは、Ｓ含有量が３０ｐｐｍ以下の鋼であり、本発明に用いるＡｌを含有するスラグ改質剤とは、金属Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｌ滓、及びこれらの混合物、又は、これらと生石灰やアルミナ等のフラックスとの混合物であり、又、Ｔ．Ｆｅとは、スラグ中の全ての鉄酸化物（ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 等）の鉄分の総和を表わすものである。更に、本発明の攪拌エネルギーとは、下記の（１）〜（３）式にて算出されるものである。但し、（１）式〜（３）式において、Ｊは溶鋼トン当りの攪拌エネルギー（ｋＷＨ／ｔ）、εは溶鋼トン当りの攪拌動力密度（ｋＷ／ｔ）、Ｔは時間（Ｈ）、Ｑは取鍋と真空槽との間の溶鋼環流量（ｔ／ｍｉｎ）、Ｖは下降側浸漬管からの溶鋼の下降流速（ｍ／ｓ）、Ｗ0 は処理する溶鋼量（ｔ）、Ｇは環流用Ａｒ流量（ｌ／ｍｉｎ）、Ｄは浸漬管内径（ｍ）、Ｐ1 は環流用Ａｒ吹き込み管でのＡｒ圧力（Ｐａ）、Ｐ2 は真空槽内圧（Ｐａ）である。
Ｊ＝ε×Ｔ……（１）
ε＝0.0085×Ｑ×Ｖ2 ／W0……（２）
Ｑ＝11.4×Ｇ1/3 ×Ｄ4/3 ×［ln（P1／P2）］1/3 ……（３）
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づき説明する。図１は、本発明の工程を示す概要図、図２は、本発明を実施したＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【００１８】
図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑を溶銑脱硫場２にて脱硫した後、転炉３に装入し、上吹き酸素ランス９を介して酸素を溶銑に吹き付けて脱炭精錬を行い、転炉３内に溶鋼６とスラグ７とを得、次いで、溶鋼６を転炉３から取鍋４に出鋼する。出鋼時、溶鋼６に金属Ａｌを添加して取鍋４内の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼６を脱酸する。又、出鋼時、溶鋼６の成分調整用に用いるＦｅ−Ｍｎ合金、Ｓｉ−Ｍｎ合金等のＭｎ合金の添加量は、Ｍｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とする。尚、出鋼時、Ｆｅ−Ｓｉ合金や金属Ｎｉ等の他の成分調整用金属を添加しても良く、又、高炉１からの出銑後、脱珪や脱燐等の他の溶銑予備処理を行っても良い。
【００１９】
出鋼時、スラグ７の成分調整剤として、出鋼流にめがけて石灰又は石灰を含有するフラックスを添加することが好ましい。この石灰又は石灰を含有するフラックスの添加量は、スラグ７がＣａＯを５０％以上含有する組成となるように、転炉３内のスラグ組成と、取鍋４内に排出されたスラグ量とで決める。
【００２０】
出鋼後、取鍋４の上方に位置するホッパー１０から取鍋４内のスラグ７にＡｌを含有するスラグ改質剤８（以下、単に「スラグ改質剤」と記す）を添加して、スラグ７中のＦｅＯ等の鉄酸化物とＭｎＯとを還元する。その際、スラグ改質剤８の添加量は、スラグ改質剤８中のＡｌ純分が０．１ｋｇ／ｋｇ以上となるようにする。スラグ改質剤８の添加量の上限は特にないが、Ａｌ純分で０．５ｋｇ／ｋｇを越えると空気と反応するＡｌが多くなり、歩留りが悪化するため、０．５ｋｇ／ｋｇ以上の添加は不要である。取鍋４内のスラグ７の量は、例えば、取鍋４内のスラグ７の厚みを測定することで把握することができる。取鍋４内にスラグ改質剤８を添加する時期は、スラグ７とスラグ改質剤８との反応が促進されるので、スラグ７の大部分が溶融状態である出鋼直後が好ましいが、設備上出鋼直後の添加が不可能の場合には、転炉３からＲＨ真空脱ガス装置５への搬送途中の任意の位置であっても良い。スラグ改質剤８の添加後、取鍋４をＲＨ真空脱ガス装置５に搬送する。
【００２１】
ＲＨ真空脱ガス装置５は、図２に示すように、上部槽１２及び下部槽１３からなる真空槽１１と、下部槽１３の下部に設けた上昇側浸漬管１４及び下降側浸漬管１５と、脱硫剤２２を収納するホッパー２１に連結し、真空槽１１の側壁外面に沿って上下移動の可能な吹き込みランス２０とから構成されている。上部槽１２には、上吹きランス１７と、原料投入口１８と、排気装置（図示せず）と接続するダクト１９とが設けられ、又、上昇側浸漬管１４にはＡｒ吹き込み管１６が設けられ、上昇側浸漬管１４内に環流用Ａｒが吹き込まれる構造となっている。
【００２２】
真空槽１１の直下に取鍋４を搬入し、次いで、昇降装置（図示せず）にて取鍋４を上昇させ、上昇側浸漬管１４及び下降側浸漬管１５を取鍋４内の溶鋼６に浸漬させる。そして、Ａｒ吹き込み管１６から上昇側浸漬管１４内にＡｒを吹き込むと共に、真空槽１１内を排気装置にて排気して真空槽１１内を減圧する。真空槽１１内が減圧されると、取鍋４内の溶鋼６は、Ａｒ吹き込み管１６から吹き込まれるＡｒと共に上昇側浸漬管１４を上昇して真空槽１１内に流入し、その後、下降側浸漬管１５を介して取鍋４に戻る流れ、所謂、環流を形成してＲＨ真空脱ガス精錬が施される。
【００２３】
先ず最初、上吹きランス１７から真空槽１１内の溶鋼６に向けて酸素を吹き付け、溶鋼６中の溶解Ａｌを燃焼させて溶鋼６を昇熱させる。この昇熱中、溶鋼６中の溶解Ａｌは燃焼して減少するので、少なくとも溶解Ａｌが０．０１ｗｔ％以上確保されるように、例えば溶鋼６から分析試料を採取して溶解Ａｌ量を確認しつつ、原料投入口１８から金属Ａｌを添加する。溶鋼６の昇熱中に溶解Ａｌが０．０１ｗｔ％未満になると、ＦｅＯやＭｎＯが生成してスラグ７中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが増加するので好ましくない。
【００２４】
そして、送酸終了から５分以上経過して、真空槽１１内が不活性雰囲気となってから、溶鋼６の成分調整用のＭｎ合金及びその他の成分調整用金属を原料投入口１８から添加する。尚、Ｍｎ合金は、転炉３からの出鋼時とＲＨ真空脱ガス精錬中との２回に分けて添加するが、成分調整に必要な添加量がＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ以下の場合には、分割して添加する必要はなく、全量を転炉３からの出鋼時に添加しても良い。
【００２５】
Ｍｎ合金等の成分調整用金属を添加した後、吹き込みランス２０を下部槽１３と取鍋４側壁との間を下降させて溶鋼６中に浸漬し、吹き込みランス先端２０ａを上昇側浸漬管１４の直下で停止し、Ａｒ等の不活性ガスを搬送ガスとしてホッパー２１に収納された脱硫剤２２を上昇側浸漬管１４の直下の溶鋼６中に吹き込む。吹き込まれた脱硫剤２２は、上昇側浸漬管１４を溶鋼６と共に上昇して真空槽１１内に流入し、次いで下降側浸漬管１５を通り取鍋４内に戻り、取鍋４内で浮上して溶鋼６の湯面に到達する。その間に脱硫剤２２は溶鋼６と反応して溶鋼６を脱硫する。脱硫剤２２は慣用のＣａＯ系フラックスとし、脱硫剤２２の添加量はＣａＯ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）以上とすれば良い。
【００２６】
所定量の脱硫剤２２の添加後、溶鋼６の最後の成分調整を行い、次いで、真空槽１１内を大気圧に戻してＲＨ真空脱ガス精錬を終了するが、昇熱用の送酸終了後からＲＨ真空脱ガス精錬の終了までに、取鍋４と真空槽１１との間の環流による攪拌エネルギーが６ＷＨ／ｔ以上となるようにする。具体的には、例えば（３）式より求めた送酸終了後の溶鋼環流量（Ｑ）と、溶鋼環流量（Ｑ）と浸漬管内径（Ｄ）とから定まる溶鋼の下降流速（Ｖ）と、溶鋼量（Ｗ0 ）とから（２）式により攪拌動力密度（ε）を求め、求めた攪拌動力密度（ε）を（１）式に代入して攪拌エネルギー（Ｊ）が６ＷＨ／ｔ以上となるように、送酸終了後から精錬終了までの時間（Ｔ）を決めれば良い。次いで、取鍋４を次工程の連続鋳造設備等の鋳造設備に搬出し、溶鋼６を鋳造する。
【００２７】
このようにして極低硫鋼を製造するので、スラグ７の酸化度が低く抑えられ、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となる。
【００２８】
尚、上記説明では、吹き込みランス２０を介して脱硫剤２２を吹き込んでいるが、脱硫剤２２の添加方法はこの方法に限るものではなく、上吹きランス１７を介して吹き付けても、又、原料投入口１８から装入しても良い。又、上記説明では、上吹き型の転炉３で説明したが、転炉３は上吹き型に限るものではなく、底吹き型転炉や上底吹き型転炉であっても良い。
【００２９】
【実施例】
図１に示す製造工程で、図２に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱硫し、極低硫鋼を製造する際に、転炉出鋼時の溶鋼への脱酸剤の添加量やＭｎ合金の添加量、及び、出鋼後のスラグ改質剤の添加量を変更すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬でのＭｎ合金添加時期の変更や溶鋼への攪拌エネルギーを変更した試験操業を合計４７ヒート行ない、これらの操業条件が脱硫率及び製品における介在物性欠陥の発生率に及ぼす影響を調査した。
【００３０】
試験操業は次のようにして行なった。先ず、溶銑予備処理にて脱硫及び脱燐した溶銑を上底吹き型転炉に装入すると共に生石灰をフラックスとして添加して脱炭精錬し、炭素濃度が０．０４〜０．０５ｗｔ％の１ヒート２５０トンの溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼の際に、生石灰を出鋼流に向けて２０００ｋｇ添加し、スラグの成分をＣａＯが５０ｗｔ％以上とした。又、出鋼時、金属Ａｌを添加して溶鋼中の溶解Ａｌを０．００９〜０．０８６ｗｔ％として脱酸すると共に、成分調整用のＭｎ合金（Ｆｅ−Ｍｎ合金）の添加量をＭｎ純分で０〜７．２ｋｇ／ｔの範囲に変更した。出鋼後、スラグ改質剤として金属Ａｌを用い、Ａｌ純分で０．０３〜０．１６ｋｇ／ｋｇに変更してスラグを改質した。尚、出鋼時、成分調整用にＦｅ−Ｓｉ合金をＳｉ純分で溶鋼トン当たり２．５ｋｇ添加した。
【００３１】
ＲＨ真空脱ガス装置では、送酸して溶鋼を昇熱した後、成分調整用の残りのＭｎ合金（Ｆｅ−Ｍｎ合金）を添加し、溶鋼のＭｎ濃度を１．３ｗｔ％に調整した。この場合、出鋼時とＲＨ真空脱ガス精錬時とで添加したＭｎ合金の総添加量は、Ｍｎ純分で９〜１０ｋｇ／ｔであった。このＭｎ合金の添加時期を送酸終了後２〜９分に変更した。Ｍｎ合金添加後、ＣａＯを主成分とする脱硫剤をＣａＯ純分で２．３〜４．５ｋｇ／ｔ添加して脱硫した。又、送酸終了後から精錬終了までの環流による攪拌エネルギーを３．６〜８．５ＷＨ／ｔとなるように環流用Ａｒ量を変更した。そして、最終の成分調整及び溶鋼温度調整を行ない、ＲＨ真空脱ガス精錬を終了した。脱ガス精錬後、連続鋳造機にて厚み２２０ｍｍ、幅１６００ｍｍの鋳片に鋳造し、得られた鋳片を厚鋼板に圧延した。圧延後、厚鋼板を超音波探傷して介在物による欠陥を調査し、超音波探傷による欠陥発生率を指数化した製品欠陥指数で鋳片の清浄性を評価した。表１及び表２に４７ヒートの試験操業の試験条件と調査結果とを示す。尚、製品欠陥指数が低いものほど、超音波探傷による欠陥発生率が低いことを表わしている。
【００３２】
【表１】
【表２】
図３は、４７ヒートの全ての試験操業におけるＣａＯ純分当りの脱硫剤原単位と脱硫率との関係を調査した結果を示す図であるが、図３に示すように、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保するためには、脱硫剤添加時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすれば良いことが分かった。これは、スラグの酸化度が低減して復硫が防止されるためである。
【００３５】
図４は、環流による攪拌エネルギーを６ＷＨ／ｔ以上とした試験操業（No.１〜３５、４２〜４７）におけるＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯと製品欠陥指数との関係を調査した結果を示す図であるが、図４に示すように、製品における介在物性欠陥の発生を防止するには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすれば良いことが分かった。これは、スラグの酸化度が低減して溶鋼の再酸化が防止されるためである。
【００３６】
図５は、ＲＨ真空脱ガス精錬終了のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満の試験操業（No.１〜１７、３６〜４１）における環流による攪拌エネルギーと製品欠陥指数との関係を示す図であるが、図５に示すように、攪拌エネルギーを６ＷＨ／ｔ以上とすることで、溶鋼中の介在物を効率良く浮上・分離することができ、製品における介在物性欠陥の防止が可能であることが分かった。これは、強攪拌することで、介在物の浮上・分離が促進するためである。
【００３７】
上記の図３、図４、及び図５から、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造するためには、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とし、且つ、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに、６ＷＨ／ｔ以上の攪拌エネルギーで溶鋼を攪拌すれば良いことが判明した。
【００３８】
そこで、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯが２．０ｗｔ％未満の条件を満足する手段として、ＲＨ真空脱ガス精錬中でのＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑制すると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬開始前、即ち転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満まで低減することとした。
【００３９】
図６は、出鋼時のＭｎ合金の添加量が２．０ｋｇ／ｔ以下で、且つ、スラグ改質剤である金属Ａｌの添加量が０．１ｋｇ／ｋｇ以上の試験操業（No.１〜２３、３６〜４７）における出鋼後の溶鋼中溶解Ａｌ濃度とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図６に示すように、出鋼後の溶解Ａｌを０．０３ｗｔ％以上とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満にすることができることが分かった。これは、溶解Ａｌを０．０３ｗｔ％以上とすることで、溶鋼中の溶解酸素濃度が十分に低減するので、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯも安定して低いレベルに維持されるからである。
【００４０】
図７は、出鋼後の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上で、且つ、スラグ改質剤である金属Ａｌの添加量が０．１ｋｇ／ｋｇ以上の試験操業（No.１〜１７、３０〜４７）における出鋼時のＭｎ合金の原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図７に示すように、出鋼時のＭｎ合金の添加量を２．０ｋｇ／ｔ以下とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とすることができることが分かった。これは、出鋼時にＡｌ脱酸を行なっても、転炉からの出鋼流は未脱酸状態であるので、添加したＭｎ合金の一部が酸化されてスラグ中のＭｎＯ濃度が上昇するが、Ｍｎ合金の添加量をＭｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とすることで、生成されるＭｎＯが少ないためである。
【００４１】
図８は、出鋼後の溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上で、且つ、出鋼時のＭｎ合金の添加量が２．０ｋｇ／ｔ以下の試験操業（No.１〜１７、２４〜２９、３６〜４７）における改質剤としての金属Ａｌの原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図であるが、図８に示すように、改質剤としての金属Ａｌの添加量を０．１ｋｇ／ｋｇ以上とすることで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満にすることができることが分かった。これは、金属Ａｌの添加量を０．１ｋｇ／ｋｇ以上とすることで、スラグ中の鉄酸化物とＭｎＯとが十分に還元されて低減するからである。
【００４２】
これら図６〜図８の結果から、転炉出鋼後にスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満とするためには、▲１▼出鋼時にＡｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すること、▲２▼出鋼時の溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で２．０ｋｇ／ｔ以下とすること、▲３▼出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分が０．１ｋｇ／ｋｇ以上となるように、スラグ改質剤をスラグに添加してスラグを改質すること、の３つの条件を全て満足すれば良いことが分かった。
【００４３】
図９は、４７ヒートの全ての試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬での送酸終了からＭｎ合金添加までの時間とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量との関係を示す図であるが、図９に示すように、Ｍｎ合金の添加時期を送酸終了後５分以上経過してから行なうことで、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量を１．０ｗｔ％未満に抑えることが可能であることが分かった。これは、送酸終了後５分以上経過することで、真空槽内に吹き込まれた酸素が排出して不活性雰囲気となり、Ｍｎ合金が酸化されることがないからである。このようにすることで、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満にすることが可能となる。
【００４４】
上記の全ての条件を満足して極低硫鋼を製造することで、転炉出鋼後のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを１．０ｗｔ％未満に抑えると共に、ＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯを２．０ｗｔ％未満とすることができ、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となることが分かった。尚、表１及び表２の備考欄に、本発明の範囲内の試験操業を実施例とし、その他の試験操業を比較例として表示した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、スラグの酸化度を低く抑えると共に、溶鋼に所定量の攪拌エネルギーを与えるので、８０％以上の高い脱硫率を安定して確保しつつ、介在物が少なく清浄性の優れた極低硫鋼を製造することが可能となり、その工業的効果は格別である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を示す概要図である。
【図２】本発明を実施したＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【図３】試験操業におけるＣａＯ純分当りの脱硫剤原単位と脱硫率との関係を示す図である。
【図４】試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬終了時のスラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯと製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図５】試験操業における環流による攪拌エネルギーと製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図６】試験操業における出鋼後の溶鋼中溶解Ａｌ濃度とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図７】試験操業における出鋼時のＭｎ合金の原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図８】試験操業における改質剤としての金属Ａｌの原単位とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯとの関係を示す図である。
【図９】試験操業におけるＲＨ真空脱ガス精錬での送酸終了からＭｎ合金添加までの時間とスラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯの増加量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 溶銑脱硫場
３ 転炉
４ 取鍋
５ ＲＨ真空脱ガス装置
６ 溶鋼
７ スラグ
８ スラグ改質剤
９ 上吹き酸素ランス
１０ ホッパー
１１ 真空槽
１２ 上部槽
１３ 下部槽
１４ 上昇側浸漬管
１５ 下降側浸漬管
１６ Ａｒ吹き込み管
１７ 上吹きランス
１８ 原料投入口
１９ ダクト
２０ 吹き込みランス
２１ ホッパー
２２ 脱硫剤
Claims (2)
- 転炉とＲＨ真空脱ガス装置との組み合せによる極低硫鋼の製造方法において、転炉精錬により得た溶鋼を転炉から取鍋に出鋼する際に、Ａｌを溶鋼に添加して溶鋼中の溶解Ａｌが０．０３ｗｔ％以上となるように溶鋼を脱酸すると共に、溶鋼へのＭｎ合金の添加量をＭｎ純分で溶鋼トン当り２．０ｋｇ以下とし、出鋼後、スラグ改質剤中のＡｌ純分がスラグｋｇ当り０．１ｋｇ以上となるように、Ａｌを含有するスラグ改質剤を取鍋内スラグに添加し、次のＲＨ真空脱ガス装置での精錬では、先ず、真空槽内に送酸してＡｌを燃焼させて溶鋼を昇熱し、次いで、送酸終了後５分以上経過してからＭｎ合金及び脱硫剤を溶鋼に添加すると共に、送酸終了後からＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了までに環流による攪拌エネルギーを溶鋼トン当り６ＷＨ以上とすることを特徴とする清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法。
- 転炉からの出鋼時、石灰又は石灰を含有するフラックスを取鍋内に添加することを特徴とする請求項１に記載の清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法。
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