JP3903603B2

JP3903603B2 - 清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP3903603B2
Application number: JP20529398A
Authority: JP
Inventors: 隆之西; 信深川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000038614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面欠陥が少なくかつ成形性に優れていることが要求される自動車の外装用鋼板には、極低炭素鋼が用いられており、その素材の溶製の際には、鋼の極低炭素化および高清浄化対策が採られている。
【０００３】
極低炭素鋼を溶製する場合には、真空処理装置を用いて未脱酸溶鋼の脱炭反応をおこさせる方法が一般的である。すなわち、転炉等の製鋼炉より炭素含有率が０．０２〜０．１重量％の未脱酸溶鋼を取鍋に出鋼し、その後に真空処理装置を用いて溶鋼中酸素と炭素との反応により炭素含有率０．００１〜０．００５重量％まで脱炭する。
【０００４】
上記の反応の際に、十分な脱炭速度を得るために必要な酸素含有率は、０．０４重量％以上であることが知られている。このような酸素含有率の高い溶鋼を転炉等の製鋼炉で得る場合、スラグ中の低級酸化物であるＦｅＯとＭｎＯの含有率の合計が、１５〜２０重量％程度と高くなる。
【０００５】
真空脱炭処理後にＡｌにより脱酸処理を行った極低炭素鋼の溶鋼では、真空処理後から連続鋳造中の間に、取鍋内溶鋼中のＡｌとスラグ中の低級酸化物とが反応する。この反応によりＡｌの酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃ ）が生成する。この酸化物は、連続鋳造中にタンデイッシュ内や鋳型内の溶鋼から除去されずに鋳片に残存して非金属介在物となり、鋼の清浄性を悪化させる。
【０００６】
このＡｌ₂Ｏ₃系非金属介在物は、鋳片の表面付近に集積しやすく、そのため自動車の外装用鋼板の表面欠陥となったり、また、連続鋳造中の浸漬ノズルが閉塞する原因となったりする場合がある。浸漬ノズルが閉塞すると連々鋳ができなくなり生産性が阻害されるばかりでなく、ノズル内を通過する溶鋼に偏流が生じて鋳型内の流動状態が変化し表面欠陥が生じる。さらにこのノズル閉塞を防ぐために、ノズルの上部より吹き込まれるＡｒ等の不活性ガスの流量を増加する必要が生じる。この吹き込まれた不活性ガスも、鋳片の表面近傍に残留し捕捉された場合には、表面欠陥の一因となる。このような表面欠陥を防止するために、鋳片や熱間圧延した鋼板用素材の表面を手入れする場合は、経済性や生産性の面から問題がある。
【０００７】
そこで、鋼中のＡｌと反応を起こしやすいスラグ中のＦｅＯやＭｎＯなどの低級酸化物の含有率を、転炉等の製鋼炉からの出鋼時、または真空処理前に下げる対策が採られてきた。
【０００８】
たとえば、特開平５−２３９５３７号公報に開示される方法では、転炉からの出鋼中または出鋼後の取鍋内のスラグに、スラグ改質剤を添加してスラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの合計の含有率を５重量％以下にし、その後、真空脱炭処理前に上吹きランスから真空槽内の溶鋼の表面に酸素ガスを吹き付け、脱炭処理後のＡｌ脱酸の後に、上記上吹きランスからＣａＯを５０重量％以上含有するフラックスを溶鋼表面に吹き付ける方法を採っている。
【０００９】
この方法では、真空槽内の溶鋼表面に上吹きランスから酸素ガスを吹き付けることを前提としている。その理由は、スラグ改質により真空処理前のスラグ中の低級酸化物の含有率を低くするため、脱炭反応に寄与する低級酸化物からの酸素供給量が低下して、脱炭反応に必要な酸素が不足するからである。
【００１０】
しかし、真空槽内の溶鋼表面に酸素ガスを吹き付けることにより、溶鋼中のＦｅやＭｎなどが酸化され、ＦｅＯやＭｎＯなどの低級酸化物が発生し、結局スラグ中の低級酸化物の含有率が高くなる。また、出鋼後のスラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの合計の含有率を５％以下にするために、多量の改質剤および造滓剤を出鋼中に使用するので、溶鋼の温度降下が大きい。
【００１１】
特開平６−１１６６２３号公報では、真空脱炭処理前にＡｌを含むスラグ改質剤を取鍋内のスラグに添加し、真空脱炭処理開始時にＭｇＯを含有するフラックスを真空槽内に添加し、また酸素ガスを真空槽内の溶鋼表面に吹き付ける方法が提案されている。しかし、この方法では、上述の特開平５−２３９５３７号公報の方法と同様の理由により、真空脱炭処理時の酸素ガスの使用を前提としているので、スラグ中の低級酸化物の含有率が高くなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低級酸化物の含有率を低く抑えながら、かつ真空脱炭処理時に酸素ガスを吹き付けないことから、清浄性に優れている極低炭素鋼の溶製方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の（１）に示す清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製方法にある。
【００１４】
（１）真空処理装置を用いて、取鍋内の溶鋼を脱炭処理後に脱酸処理することにより炭素含有率が０．００５重量％以下の極低炭素鋼を溶製する方法において、真空処理前の取鍋内のスラグ中のＣａＯ含有率とＡｌ₂Ｏ₃含有率の重量％の比ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．６以上２．０以下、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計を２重量％以上１０重量％以下、ＳｉＯ₂含有率を１２重量％以下ならびにＭｇＯ含有率を５重量％以上１０重量％以下に調整した後、溶鋼を脱炭処理し、引き続き溶鋼を脱酸処理するために溶鋼にＡｌを添加し、それと同時にまたはその後に、真空槽内にＭｇＯを含有する酸化物をＭｇＯ純分で０．４０〜３．２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔ添加することによる清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製方法。
【００１５】
本発明の方法では、真空処理前のスラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計を適切でかつ低目の範囲に調整する。これにより、スラグによる溶鋼の再酸化が抑制される。また、真空脱炭処理時に脱炭速度の停滞を生じない程度に、ＦｅＯおよびＭｎＯの合計の含有率を確保している。
【００１６】
さらに、真空処理前のスラグの化学組成を、上述のＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計以外に、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の値、ＳｉＯ₂含有率、ＭｇＯ含有率を適切な値の範囲とすることにより、スラグによる溶鋼の再酸化を抑制している。以下に、その機構を説明する。
【００１７】
取鍋内のスラグは、固相と液相に分かれており、このうち、溶鋼と直接接触して溶鋼を再酸化させているのは、液相のスラグである。したがって、スラグによる溶鋼の再酸化を抑制するには、真空処理後のスラグの液相の割合を減らし、固相の割合を増やせばよい。
【００１８】
このとき、液相のスラグを完全に固相とする必要はなく、液相のスラグの中に１０体積％程度の固相を生成させれば、溶鋼の再酸化を抑制できることが分かった。
【００１９】
真空処理前のスラグの化学組成を上述のような範囲にした場合、真空処理時のＡｌ脱酸とともにＭｇＯを主体とする酸化物を真空槽内の溶鋼に添加すると、液相のスラグ中に、１０体積％程度の固相を生成させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
真空処理前のスラグ組成を適正な範囲に制御するためには、転炉等の製鋼炉から取鍋に溶鋼を出鋼するときに、スラグの流出を抑制し、造滓剤として生石灰や、Ａｌ₂Ｏ₃またはＣａＯを主成分とするフラックスを添加する。また、スラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの合計の含有率を調整するため、Ａｌ灰やＡｌ−ＣａＯ系のスラグ改質剤を添加する。
【００２１】
本発明の方法では、真空処理前のスラグのＣａＯ含有率とＡｌ₂Ｏ₃含有率の重量％の比ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．６以上２．０以下とする。ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．６未満のスラグでは、真空脱炭処理後のＡｌ脱酸時に不可避的に生成し、浮上するＡｌ₂Ｏ₃を固定し吸収する能力が不十分である。また、この比が２．０を超えたスラグは、スラグ中の液相の割合が減少して流動性が低下する。そのため、Ａｌ₂Ｏ₃を吸収する能力が低下するので好ましくない。
【００２２】
また、真空処理前のスラグのＦｅＯおよびＭｎＯの含有率は、合計で２〜１０重量％（以下、単に％と記す）とする。２％未満では、真空脱炭反応に必要な溶鋼中酸素量０．０４％以上を確保できない。また、これら低級酸化物からの酸素供給量が減少し、真空脱炭反応速度が遅くなるばかりでなく、極低炭素鋼の溶製ができない場合がある。
【００２３】
図１は、真空処理前のスラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計と、真空脱炭処理時に溶鋼中のＣ含有率が０．００２％に到達するまでの時間との関係を示した図である。溶鋼量２７０ｔの極低炭素鋼をＲＨ真空処理装置により溶製した結果であり、その処理条件は、真空脱炭開始時の溶鋼中のＣ含有率は０．０４〜０．０５％、真空処理前のスラグ中のＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃は０．８〜１．２、ＳｉＯ₂含有率は１２％以下、ＭｇＯ含有率は５〜１０％である。
【００２４】
図１に示すように、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計が２％未満では、真空脱炭に要する時間が大幅に延びる。５％以上でこの所要時間は最短となる。したがって、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の下限は合計で２％、さらに望ましいのは５％である。
【００２５】
また、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計が１０％までは溶鋼の清浄性を確保できる。しかし、１０％を超えて多量に含有すると、真空槽内にＭｇＯを含有する酸化物を添加した後にも、スラグによる溶鋼の再酸化が発生する。したがって、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の上限は合計で１０％とした。
【００２６】
真空処理前のスラグ中のＳｉＯ₂含有率は、１２％以下とする。ＳｉＯ₂は、転炉等の製鋼炉からの流出スラグや造滓剤から不可避的に混入する。このＳｉＯ₂が、１２％を超えると、脱酸後の溶鋼の再酸化が発生する。また、脱酸後の液相のスラグに固相を生成させるために添加するＭｇＯを含有する酸化物の量を増加させる必要が生じる。
【００２７】
したがって、ＳｉＯ₂は１２％以下とし、望ましくは１０％以下である。１０％以下の場合には、脱酸時に添加するＭｇＯを含有する酸化物を、さらに減らすことができる。また、ＳｉＯ₂による溶鋼の再酸化も抑制できる。下限については、とくに限定しないが、脈石として造滓剤に含まれるので、通常１％程度以上となる。
【００２８】
真空処理前のスラグ中のＭｇＯ含有率は５〜１０％とする。５％未満では、脱酸後の液相のスラグに固相を生成させるためのＭｇＯを含有する酸化物の添加量が多くなりすぎ、溶鋼の温度の低下を招く。また、出鋼時にＭｇＯ含有率を減ずるには多量の造滓剤を添加して希釈する必要があり、溶鋼の温度の低下を招く。一方、ＭｇＯ含有率が１０％を超えると、取鍋内のスラグの固相の割合が増大することに加えて、スラグのＡｌ₂Ｏ₃を吸収する能力が低下するので好ましくない。
【００２９】
真空脱炭処理後のＡｌ脱酸時に添加するＭｇＯを含有する酸化物には、ＭｇＯ単体、ＭｇＯ・ＣａＯ、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃などがある。
【００３０】
ＭｇＯ単体としては、ＭｇＯを８５％以上、望ましくは９０％以上含有する酸化物で、一般的には、天然マグネシアあるいは海水マグネシアと呼ばれるものがある。
【００３１】
また、ＭｇＯ・ＣａＯには、ドロマイトと呼ばれる鉱物があり、ＭｇＯを３５％、ＣａＯを６０％前後含有するもの、このほかＭｇＯ含有率が５０％以上あるいは７０％以上のマグネシアドロマイトがある。ＭｇＯ含有率が高い方が、添加量を抑えることができるので望ましい。マグネシアドロマイトは、レンガ材料として使用されるので、使用済みレンガを適宜破砕、整粒したものを用いることができる。
【００３２】
ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃には、ＭｇＯを２８％、Ａｌ₂Ｏ₃を７２％含有するスピネルやＭｇＯ含有率が４０％以上あるいは６０％以上に高めてＭｇＯ飽和組成にしたマグネシアスピネルと呼ばれるものがある。ＭｇＯ含有率が高い方が、添加量を抑えることができるので望ましい。スピネルも、レンガ材料、不定形耐火物材料として使用されるので、これらの使用済み材料を適宜破砕、整粒したものを用いることができる。
【００３３】
上述した天然マグネシア、ドロマイト、スピネルの使い分けについては、コスト等の経済性を勘案するほか、真空脱炭処理前のスラグ組成のＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．６以上１．０未満ではスピネルを用い、１．０〜２．０ではドロマイトを用いるのが望ましい。また、天然マグネシアは、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．６〜２．０の全ての値のときに用いることができる。その理由は、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．６以上１．０未満では、液相のスラグにＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃の固相が増加し、１．０〜２．０では、ＭｇＯの固相が増加するためである。
【００３４】
これらＭｇＯを含有する酸化物の粒径は、０．１〜３０ｍｍが望ましい。０．１ｍｍ未満では、真空槽内に添加する際に飛散しやすい。３０ｍｍを超えると、添加後に溶鋼に巻き込まれにくく、また溶鋼中に均一に分散しにくい。そのため、ＲＨ真空処理装置の場合には、下降側浸漬管の外周にかたまって浮上する場合がある。粒径は１〜２０ｍｍであれば、さらに望ましい。添加された酸化物が、より均一に溶鋼に巻き込まれるからである。
【００３５】
図２は、ＲＨ真空処理装置を用いて、真空脱炭、脱酸処理後に真空槽内に添加した酸化物の粒径と液相のスラグへの分散率との関係を示す図である。ＭｇＯ７５％以上、ＳｒＯ２０％以上からなる酸化物をトレーサーとして、酸化物の分散率を調査した結果である。分散率とは、ＲＨ真空処理後、任意の位置のスラグを２５箇所の位置にわたって採取し、ＳｒＯを含むスラグを採取した位置の数を、全調査の位置の数で除したものである。酸化物の粒径が０．１〜３０ｍｍでは、分散率は９０％以上となり、とくに粒径が１〜２０ｍｍでは、分散率は、９５％以上であった。
【００３６】
ＭｇＯを含有する酸化物の添加量は、真空処理前のスラグの組成、スラグ量などにもよるが、ＭｇＯ純分で０．４〜３．２ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ程度である。これにより、脱酸後の液相のスラグ中に１０体積％程度以上の固相を生成させることができる。
【００３７】
【実施例】
転炉およびＲＨ真空処理装置を用いて、２７０ｔの極低炭素鋼を溶製した。転炉では、Ｃ含有率０．０２〜０．０６％、Ｍｎ含有率０．０１〜０．２％、Ｓｉ含有率０．０１〜０．０３％に精錬し、１６６０〜１６９０℃の溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼に際し、転炉からのスラグ流出を極力抑制するようにした。出鋼直後の取鍋内の溶融スラグに、造滓剤として生石灰、Ａｌ₂Ｏ₃系フラックス、ＣａＯ系フラックスを、スラグ改質剤として、Ａｌ灰、Ａｌ−ＣａＯ系フラックスを添加した。
【００３８】
次に、ＲＨ真空処理装置を用いて、溶鋼中の炭素含有率が０．００５％以下となるまで真空脱炭を行った。その後に、真空槽内にＡｌを添加して脱酸を行い、溶鋼中のＡｌ含有率を０．０３〜０．０８％に調整した。
【００３９】
Ａｌ添加から約２分後にＭｇＯを含有する酸化物の粒を添加した。酸化物としては、ＭｇＯを９２％以上含有するマグネシアクリンカーと、ＭｇＯを５２％、ＣａＯを４４％含有するマグネシアドロマイトクリンカーと、ＭｇＯを５８％、Ａｌ₂Ｏ₃を３３％含有するマグネシアスピネルクリンカーを用いた。酸化物の粒径は、１〜２０ｍｍの範囲に約９５％含む粒径とした。これらのＭｇＯを含有する酸化物は、ＲＨ真空槽の合金添加シュートを利用して、槽内の溶鋼に添加した。酸化物の添加後、５分以上の環流時間を確保した。なお、後述する比較例の試験の一部では、これら酸化物を添加しない試験も実施した。
【００４０】
真空処理の後の溶鋼を、厚み２５０ｍｍ、幅１２５０ｍｍの形状のスラブ鋳片に連続鋳造した。得られたスラブ鋳片から横断面サンプルを採取し、全酸素量および非金属介在物を検査し、鋼の清浄性を調査した。
【００４１】
全酸素量は、スラブ鋳片の横断面サンプルの表面直下、１／４厚および１／２厚の位置から試料を採取し、３個の全酸素量の平均値とした。
【００４２】
鋳片の清浄度は、鋳片の表面から表面直下１０ｍｍ以内の１０ｃｍ²の被顕面積を４００倍の倍率の顕微鏡観察により調査した。後述する本発明例の試験Ｎｏ．１の清浄度の調査結果を指数１．００として、他の試験の清浄度の調査結果を指数化して表示した。
【００４３】
また、鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルの内面へのＡｌ₂Ｏ₃の付着状況を調査した。連続鋳造終了後に浸漬ノズルを回収し、高さ方向の中央部の横断面の孔の空隙の断面積を測定した。未使用の浸漬ノズルの同様な位置の横断面の孔の空隙の面積を、使用後の孔の空隙の断面積で除した値を調査した。後述する本発明例の試験Ｎｏ．１の浸漬ノズルの詰まり発生状況、すなわち上述の面積の比の値を指数１．００として、他の試験の浸漬ノズルの使用後の状況を指数化して表示した。
【００４４】
試験の条件および試験結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
本発明例の試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の真空処理前のスラグ組成は、本発明で規定する範囲内である。また、脱酸処理後にＭｇＯを含有する酸化物を、ＭｇＯ純分で０．４０〜３．２ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ添加した。
【００４７】
スラブ鋳片の全酸素量は、本発明例の試験Ｎｏ．１〜１１では、すべて２５ｐｐｍ以下で清浄性が良好であることが裏付けられた。また、鋳片の清浄度は、本発明例の試験Ｎｏ．１〜１１では、指数０．８８〜１．０１程度で良好な清浄度であった。さらに、浸漬ノズルの内面の孔の詰まり状況は、本発明例の試験Ｎｏ．１〜１１では、指数０．８８〜１．００程度で、浸漬ノズルの閉塞はほとんど発生せず、良好な結果であった。いずれの本発明例の試験も、脱酸後のスラグによる溶鋼の再酸化を抑制し、Ａｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の生成が抑制できた。そのため、清浄度が向上するとともに浸漬ノズルの詰まりも抑制できた。
【００４８】
比較例の試験Ｎｏ．１２は、スラブ鋳片の全酸素量が３３ｐｐｍ、また鋳片の清浄度は指数１．８９で、いずれも悪かった。さらに、浸漬ノズルの詰まり状況は指数１．８０で詰まりが発生した。これらの原因は、真空処理前のスラグ組成は本発明で規定する範囲内であったが、ＭｇＯを含有する酸化物の粒を添加しなかったため、スラグによる溶鋼の再酸化が顕著であったことによる。
【００４９】
比較例の試験Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１８では、スラブ鋳片の全酸素量が２７〜３４ｐｐｍで清浄性が悪く、また鋳片の清浄度は、指数１．５４〜２．０３で悪かった。さらに、浸漬ノズルの詰まり状況は指数１．５０〜１．８０で詰まりの発生が多かった。比較例で清浄性が悪く、ノズルが詰まりやすかった理由は次のとおりである。
【００５０】
試験Ｎｏ．１３および試験Ｎｏ．１６は、真空処理前のスラグのＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が２．０９、またはＭｇＯ含有率を１０．８％と、それぞれ本発明で規定する範囲の上限を外れていたため、スラグの固相が多くなり、スラグのＡｌ₂Ｏ₃吸収能力が低下したことによる。
【００５１】
一方、試験Ｎｏ．１４は、真空処理前のスラグのＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃が０．５５で、本発明で規定する範囲の下限を外れていたため、スラグのＣａＯ分が少なく、スラグのＡｌ₂Ｏ₃吸収能力が低下したことによる。
【００５２】
試験Ｎｏ．１５および試験Ｎｏ．１８は、真空処理前のスラグのＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計が１０．８％、またはＳｉＯ₂含有率が１２．７％で、それぞれ本発明で規定する範囲の上限を外れていたため、スラグによる溶鋼の再酸化が顕著であった。
【００５３】
試験Ｎｏ．１７は、真空処理前のスラグのＭｇＯ含有率が４．６％で、本発明で規定する範囲の下限を外れおり、スラグ量も多く、ＭｇＯ純分の添加量が少なかったため、スラグによる溶鋼の再酸化が顕著であった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の方法の適用により、清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計と真空脱炭処理時Ｃ含有率が０．００２％に到達する時間との関係を示した図である。
【図２】真空槽内に添加した酸化物の粒径と液相のスラグへの酸化物の分散率との関係を示す図である。

Claims

真空処理装置を用いて、取鍋内の溶鋼を脱炭処理後に脱酸処理することにより炭素含有率が０．００５重量％以下の極低炭素鋼を溶製する方法において、真空処理前の取鍋内のスラグ中のＣａＯ含有率とＡｌ₂Ｏ₃含有率の重量％の比ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を０．６以上２．０以下、ＦｅＯおよびＭｎＯの含有率の合計を２重量％以上１０重量％以下、ＳｉＯ₂含有率を１２重量％以下ならびにＭｇＯ含有率を５重量％以上１０重量％以下に調整した後、溶鋼を脱炭処理し、引き続き溶鋼を脱酸処理するために溶鋼にＡｌを添加し、それと同時にまたはその後に、真空槽内にＭｇＯを含有する酸化物をＭｇＯ純分で０．４０〜３．２０ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔ添加することを特徴とする清浄性に優れた極低炭素鋼の溶製方法。