JP4020125B2

JP4020125B2 - 高清浄度鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP4020125B2
Application number: JP2005069265A
Authority: JP
Inventors: 善彦樋口; 光裕沼田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2005226163A

Description

本発明は、介在物の少ない高清浄度鋼の溶製方法に関する。

近年、自動車向けあるいは家電向けの薄板鋼板では、プレス成形の加工性の向上が要求されており、それにともない、より低炭素濃度の極低炭素鋼が要請されている。さらに、自動車向けや家電向けの薄板鋼板は、表面傷等の表面欠陥の問題があり、表面傷の原因である介在物の低減が強く求められている。

極低炭素鋼は一般に高炉で製造される溶銑を転炉で脱炭吹錬し、炭素濃度を質量％で０．０２〜０．１％（以下、単に％で質量％を表す）まで低減した後、取鍋に出鋼してから真空脱ガス装置で０．００３％以下の極低炭素濃度まで脱炭される。脱炭では、Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ（ｇ）なる反応を利用して炭素濃度を低下させるため、溶鋼中の酸素濃度は高い方が脱炭速度を高める効果がある。

また、転炉出鋼時に溶鋼とともに取鍋に入るスラグ中には、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物（以下、低級酸化物ともいう）濃度が高く、この低級酸化物が鋳込み中に溶鋼中の、例えば脱酸剤のＡｌと反応してＡｌ_２Ｏ_３介在物を生成し、鋼の清浄性が悪化するという問題がある。

この鋼中の介在物を低減する目的で、例えば、特許文献１には、転炉出鋼時にスラグ中の低級酸化物濃度を低減する（以下、スラグ改質ともいう）方法等が提案されている。
このスラグ改質の方法は、スラグ中に金属Ａｌを含有するスラグ改質剤を添加し、スラグ中の低級酸化物をこのＡｌで還元することを骨子とする方法である。

特開平２−１９４１１３号公報

しかし、この添加されたＡｌは、スラグ中の低級酸化物に作用するだけでなく、溶鋼中の酸素と反応して、溶鋼中の酸素濃度も低下させる。
その結果、脱炭反応に必要な溶鋼中の酸素が不足し、例えばＲＨ真空脱ガス処理においては、真空槽内の溶鋼中に上吹きランス等から酸素ガスを新たに供給し、溶鋼中の不足酸素を補って脱炭反応を行うことが通常行われる。

この新たに供給された酸素ガスの一部は、溶鋼中のＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ等と反応してＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３等を生成する。この酸化物の生成反応を、以下、再酸化反応または単に再酸化という。これらの再酸化反応により生成した酸化物は、取鍋内のスラグに移動し吸収されるために、スラグ中の低級酸化物濃度が増加するという問題が生じる。

本発明の目的は、介在物の少ない高清浄度鋼を溶製する方法を提供することにある。

発明者らは、スラグ改質を行い、真空脱炭中に真空槽内の溶鋼へ酸素ガスを供給するという従来技術で、先ず極低炭素鋼の溶製を行った。炭素濃度０．０５％まで脱炭した粗脱炭鋼を取鍋に出鋼する際に、スラグ改質剤を添加して取鍋内スラグ中の低級酸化物濃度（ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３各濃度の合計濃度）を８％まで低下させた。

その後、取鍋を質量２５０トン規模のＲＨ脱ガス装置へ搬送し、真空脱ガスを行った。出鋼時のスラグ改質によって溶鋼中の酸素濃度が低下したため、真空槽内溶鋼に酸素ガスを１２０ｍ^３（標準状態）吹き付けて脱炭を進行させ、その後、酸素ガスの吹き付けを止めてさらに脱炭処理を継続し、炭素濃度２５ｐｐｍの時点で真空槽内に溶鋼脱酸用金属Ａｌを添加して脱炭処理を終了した。金属Ａｌ添加後も真空処理を１０分間継続して成分調整および介在物分離処理を行った。真空処理終了後に、取鍋を連続鋳造装置へ搬送して鋳片に鋳込んだ。

一方、酸素ガスの吹き付けにより生成したＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３などの酸化物で真空槽内の溶鋼表面が覆われるとともに、一部が浸漬管外に流出し、取鍋スラグ中に移動し、取鍋内スラグ中の低級酸化物濃度が８％から１０％に増加した。取鍋内スラグ中の低級酸化物濃度が増加したため、取鍋内溶鋼の再酸化反応が進行し鋳片中の全酸素濃度は４０ｐｐｍとなり、高清浄鋼として要求される２０ｐｐｍ以下を達成することはできなかった。

発明者らは、酸素ガス吹き付けに代わる溶鋼中への新たな酸素供給方法を検討したところ、脱炭反応に必要な酸素をスラグ中の低級酸化物の酸素から供給することを着想した。
しかし、ＲＨ真空脱ガス装置を代表とする浸漬管を有する真空脱ガス装置では、浸漬管外の取鍋内スラグと溶鋼との界面は、物質移動速度が極めて小さく、スラグ中の酸素の移動速度を促進する新たな方法の導入が必要であることがわかった。

そこで、新たに浸漬管外において新たにガス攪拌を行うことにより浸漬管外の取鍋スラグと取鍋内溶鋼とを攪拌し、取鍋スラグ中の低級酸化物が含有する酸素を溶鋼中に移動させる方法がよいと着想した。

この方法により、真空脱炭中にスラグ中の低級酸化物濃度が低下するため、鋼の清浄性をさらに向上できるという利点もあると着想した。
以上の着想を確認するために、ＲＨ真空脱ガス装置に到着時までの条件を上記従来法と同じとし、ＲＨ真空脱炭中にのみスラグ攪拌用ガスの吹き込みを行う試験を下記の条件で実施した。

図１は、試験を行ったガス攪拌の場所：Ａ点と、スラグ中の低級酸化物濃度のサンプル採取場所：Ｂ点とを概念的に示すＲＨ真空脱ガス装置の平面図である。
ガス攪拌の場所：Ａ点は、上昇管１０および下降管１１の浸漬している取鍋１２の取鍋中心Ｃと取鍋下端Ｅの中点の位置であり、サンプル採取場所：Ｂ点は、取鍋中心Ｃと取鍋上端Ｄの中点の位置である。

浸漬ランス先端部の単孔ノズルの位置は取鍋内溶鋼表面から０．５ｍの深さにした。
この試験の結果、下記の知見を得た。

（Ａ）真空脱炭処理時にスラグ中の低級酸化物濃度は８％から３％まで低下した。真空脱炭終了とともにスラグ攪拌用のランスを引き上げ、従来法と同様に真空槽内に金属Ａｌを添加して真空処理を１０分間継続し、連続鋳造に供した。得られた鋳片の全酸素濃度は１５ｐｐｍであり従来法と比較して低い値であった。
以上より、真空脱炭中に取鍋内スラグと溶鋼を攪拌することによりスラグ中の低級酸化物の酸素を溶鋼中に供給することが可能であることがわかった。

（Ｂ）さらに鋼の清浄度を向上させるために、転炉出鋼時のスラグ改質剤の添加量を増量し、真空脱炭処理前のスラグ中の低級酸化物濃度を４％とした。それによって溶鋼中の酸素濃度が低下したため、真空脱炭処理中に真空槽内溶鋼表面に酸素ガスを６０ｍ^３吹き付けた。酸素吹き付け後も炭素濃度：２５ｐｐｍに到達するまで真空脱炭を継続した。この真空脱炭処理中には上記と同じ条件でランスを取鍋内溶鋼に浸漬してスラグ攪拌を行った。その結果、酸素ガス供給を行ったにも関わらず、真空脱炭処理時にスラグ中の低級酸化物濃度は４％から１％まで低下した。

真空脱炭処理後、真空槽内へ脱酸剤の金属Ａｌを添加してＲＨ処理をさらに１０分間継続し、連続鋳造に供した。得られた鋳片の全酸素濃度は１０ｐｐｍであり、上記（Ａ）の方法よりもさらに低い値であった。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。
（１）浸漬管を有する真空脱ガス装置を用いて行う真空脱炭処理中に真空槽内溶鋼に酸素ガスを供給し、該酸素ガスの供給を停止した後に引き続き実施する真空脱炭処理中にスラグを撹拌して該スラグの酸化物濃度を低下させることを特徴とする高清浄度鋼の溶製方法。

（２）取鍋スラグを改質した後に前記真空脱炭処理を行うことを特徴とする上記（１）に記載の高清浄度鋼の溶製方法。

本発明により、介在物の少ない高清浄極低炭素鋼を製造できる。

真空脱ガス装置は、１本の浸漬管を下部に有する真空槽を用いて真空槽あるいは取鍋を繰り返し昇降させることにより溶鋼を流動させるＤＨ真空脱ガス装置を用いてもよいが、取鍋内溶鋼に２本の浸漬管を浸漬し、浸漬管上部の真空槽内を減圧にして溶鋼を吸い上げて片側の浸漬管から環流ガスを流すＲＨ真空脱ガス装置を用いるのが望ましい。

これらのＤＨ真空脱ガス装置またはＲＨ真空脱ガス装置等の真空脱ガス装置では、取鍋の溶鋼表面部分の流動がほとんどないため、スラグ攪拌用のガスを浸漬管外の場所に導入する。

攪拌ガスの吹き込み位置は、浸漬管外周の側壁、取鍋側壁も考えられるがいずれも耐火物の損耗や浸漬管・取鍋上部への地金付着による問題がある。従って、攪拌ガスの吹き込みは、浸漬ランスから吹き込むことが好ましい。

この浸漬ランスは真空槽あるいは浸漬管に固定したものでもよいが、浸漬深さの選択の自由度の観点からは昇降可能なものが好ましい。
浸漬ランスの先端ノズル形状は、例えば、単孔ストレート、Ｔ型２孔あるいはＴ型４孔などの形状のものが使用できる。

吹きこみガスはアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。
図２は、真空脱ガス装置としてＲＨ真空脱ガス装置を用いたときの望ましいガス攪拌の場所を概念的に示す平面図である。

図２に示すように、上昇管１０および下降管１１の上端接線１３と下端接線１４で囲まれた場所を除く上下のハッチングした場所Ｙが望ましく、Ｙの場所の中では、上下の両エッジ付近を除いた場所Ｚが、より望ましい。

Ｙの場所であれば、溶鋼表面付近全体を攪拌することが可能であり、Ｚの場所であれば、より効果的に溶鋼表面付近全体を攪拌することが可能となる。
スラグ攪拌を十分に機能させるためには、攪拌のためのガス吹き込み量Ｑを１０Ｌ(標準状態)／ｍｉｎとすることが望ましい。これ未満では、スラグ−溶鋼間の攪拌効果が十分に発揮できないためである。さらに望ましくはＱは３０００Ｌ(標準状態)／ｍｉｎ以下である。これを超えるとスラグ−溶鋼間の攪拌効果が飽和するだけでなく、溶鋼の飛散によりランスや浸漬管、真空槽への地金付着によって操業性が悪化するためである。

高炉から出銑した溶銑を脱硫・脱りん処理した後、２５０質量トン規模の上底吹き転炉にて炭素濃度０．０４％まで脱炭吹錬した。脱炭吹錬後、得られた粗脱炭鋼を取鍋に出鋼した。出鋼時には不可避的に転炉から取鍋へ転炉スラグが流出した。出鋼時にスラグ改質剤（金属Ａｌ純分３０％）を添加して、スラグ中の低級酸化物濃度を調整した。このときのスラグ中の低級酸化物濃度は１〜２０％であった。

溶鋼を収容した取鍋をＲＨ脱ガス装置へ搬送し、真空処理を開始した。浸漬管径：０．６ｍ、環流用ガスにはＡｒを用い、２．０ｍ^３(標準状態)／ｍｉｎを上昇管内壁に設けた横吹き羽口から流した。真空度を０．６７×１０^４〜１．３３×１０^４Ｐａ（５０〜１００Ｔｏｒｒ）に調整し、酸素ガスを真空槽内溶鋼に吹き付け真空脱炭を行った。所定の酸素ガス量を１２分間吹き付けた後、引き続き１２分間真空脱炭処理を炭素濃度：２０ｐｐｍまで継続した。

後半の酸素ガスを吹き込まない真空脱炭処理中にスラグ攪拌を行った。
前記図１は、試験を行ったガス攪拌の場所：Ａ点と、スラグ中の低級酸化物濃度のサンプル採取場所：Ｂ点とを概念的に示すＲＨ真空脱ガス装置の平面図である。

このＡ点で、先端ノズル形状が単孔ストレートであるランスを使用してガス攪拌操作を行った。なお、ガス攪拌用のガスはアルゴンガスを使用し、ガス流量は８０Ｌ（標準状態）／ｍｉｎとした。

上記真空脱炭処理後、真空槽内溶鋼へ脱酸用金属Ａｌを添加するとともに、スラグ攪拌用のランスを引き上げて、通常のＲＨ環流処理を１０分間行って介在物除去や成分調整を行った。
表１に試験結果を示す。

同表に示すように、脱炭前および脱炭後のスラグ中の低級酸化物濃度によらず、脱炭時のガス攪拌により鋳片の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下となり高清浄な鋼が製造できることがわかった。

また、出鋼時のスラグ改質を併用することにより鋳片の全酸素濃度は１０ｐｐｍと極めて清浄性の高い鋼が製造できることがわかった。
また、Ｎｏ．９の比較例に示すように、事前にスラグ改質を十分行っても、真空脱炭時に必要な供給ガス量が増大し、鋳片の全酸素濃度が３５ｐｐｍと高くなった。

試験を行ったガス攪拌の場所：Ａ点と、スラグ中の低級酸化物濃度のサンプル採取場所：Ｂ点とを概念的に示すＲＨ真空脱ガス装置の平面図である。望ましいガス攪拌の場所を概念的に示す平面図である。

符号の説明

Ａ：ガス攪拌の場所
Ｂ：サンプル採取場所
Ｃ：取鍋中心
Ｄ：取鍋上端
Ｅ：取鍋下端
Ｙ：ハッチングした場所
Ｚ：両エッジ付近を除いた場所
１０：上昇管
１１：下降管
１２：取鍋
１３：上端接線
１４：下端接線

Claims

浸漬管を有する真空脱ガス装置を用いて行う真空脱炭処理中に真空槽内溶鋼に酸素ガスを供給し、該酸素ガスの供給を停止した後に引き続き実施する真空脱炭処理中にスラグを撹拌して該スラグの酸化物濃度を低下させることを特徴とする高清浄度鋼の溶製方法。
取鍋スラグを改質した後に前記真空脱炭処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の高清浄度鋼の溶製方法。