JP4057942B2 - 極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼中に含まれる不純物成分である脱酸処理後のＴｉの含有量を１５ｐｐｍ以下低減する溶鋼の溶製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶鋼中に不純物として含有されるＴｉは、特殊な鋼製品である軸受鋼や無方向性電磁鋼板などにおいて、加工性や鉄損特性などから低減することが行われている。特に電磁鋼の磁気特性向上を図るためには、溶鋼の低Ｔｉ化が必要である。
【０００３】
この溶鋼中のＴｉを低減する方法として、例えば特公平３−７９４０７号公報（特許文献１）に記載されているように、Ｔｉ含有量が０．０２％を超える溶銑を用いて精錬する際に、脱炭精錬を終了した溶鋼を取鍋に受鋼し、この取鍋のスラグの塩基度が２．０以下になるようにＣａＯ、ＳｉＯ₂ を含有するフラックスを添加することにより、スラグにＴｉＯ₂ 酸化物を補足して溶鋼中のＴｉ含有量を低減することが行われており、そして、ＴｉＯ₂ やＴｉＮなどの微細な介在物の析出を抑制して鋼の再結晶時の組織を改善することが行われている。
【０００４】
さらに、特開平５−８６４１３号公報（特許文献２）に記載されているように、取鍋に収容された溶鋼に、Ｓｉ、およびＳｉＯ₂ の混合物からなるフラックスを添加して取鍋内のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を０．６〜２．０の範囲に調整することにより、スラグ中のＳｉＯ₂ 濃度を高め、同時にＳｉの酸化反応による発熱による滓化を促進して取鍋内のスラグの塩基度を効率良く調整でき、しかも、スラグ中へのＴｉ分配比を高めることによって溶鋼中のＴｉ含有量を低減することが行われている。
【０００５】
【引用文献】
（１）特許文献１（特公平３−７９４０７号公報）
（２）特許文献２（特開平５−８６４１３号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１の方法では、溶鋼中のＴｉ含有量を３０〜４０ｐｐｍ以下にコントロールすることは可能であるが、取鍋内のスラグの調整のみではＴｉ含有量が１５ｐｐｍ以下の極低Ｔｉ溶鋼を溶製することが困難である。また、特許文献２の方法においても、取鍋内のスラグの塩基度調整のみでは脱Ｔｉ量に限界があり、取鍋中のスラグのＴｉ分配比のみを高めても目標とするＴｉ含有量が１５ｐｐｍ以下の極低Ｔｉ溶鋼を安定して溶製することに限界がある。このように、従来から一般に行われている低Ｔｉ溶鋼の溶製は、添加した合成フラックスが完全に溶解して滓化するのに時間を要し、処理時間の延長して生産性が阻害されるなどの問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、高炉から出銑された溶銑を転炉型容器に受け、この溶銑にフラックスの添加と吹酸を行って、予め溶銑中のＴｉを生成したスラグにＴｉＯ₂ として補足する脱Ｔｉ処理を行い、さらに一旦出銑・排滓を行うことによってスラグ中に移行したＴｉ源（ＴｉＯ₂ ）を排除し、かつ、取鍋処理時に難還元性組成に制御することによって、スラグからのＴｉ還元を防止し、Ｔｉ含有量を１５ｐｐｍ以下といった極低Ｔｉ溶鋼の溶製を可能とした極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法を提供することにある。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）高炉より出銑された溶銑を用いて極低Ｔｉ溶鋼を溶製するに際し、転炉型容器により、吹酸して脱Ｔｉ処理を行い、前記脱Ｔｉ処理終了時のスラグ組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ ₂ 質量％）：１．４〜２．５、かつ（％Ｔ．Ｆｅ）：１０〜２０質量％の範囲に制御し、その後一旦出銑・排滓を行った上で、同一転炉あるいは専用の脱炭炉にて脱炭処理を行い、前記脱炭処理終了時のＴｉ含有量を１１ｐｐｍ以下とした後に取鍋に出鋼し、引続きＡｌ、あるいはＡｌ合金によるＡｌ脱酸処理を行い、前記脱酸後のスラグ組成が、スラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ ₂ 質量％）：０．３〜１．５、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 濃度：３０〜５０質量％に調整することにより、前記脱酸処理後のＴｉ含有量を１５ｐｐｍ以下とすることを特徴とする極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法。
【０００９】
（２）前記（１）に記載の溶鋼が無方向性電磁鋼用の溶鋼であることを特徴とする極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法である。
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る溶銑予備処理に用いた転炉型容器の一例を示す全体概念図である。この図に示すように、上底吹き転炉１は炉体９の底部に設けられた底吹きノズル２と上方から炉体９に装入された上吹きランス５とを有し、さらに生石灰等の脱燐フラックスを貯蔵するフラックスホッパー６、および酸化鉄やミルスケール等の固体酸化剤を貯蔵する貯蔵ホッパー７と、これらフラックスホッパー６および貯蔵ホッパー７から切り出された材料を炉体９内の溶銑１０の上部に形成されるスラグ８に添加するシュート１１と出鋼口３を備えている。なお、符号４は炉口を示す。
【００１１】
上述したように、高炉から出銑された溶銑を転炉型容器に受け、この溶銑にフラックスの添加と吹酸を行って、溶銑にフラックスの添加と吹酸を行なって脱Ｔｉ処理を行ない、一旦生成したスラグを排滓することにより、スラグ中に移行したＴｉ源（ＴｉＯ₂ ）を排除し、かつ取鍋処理時に難還元性組成のスラグに制御することによって、スラグからのＴｉ還元を抑制し、Ｔｉ含有量が１５ｐｐｍ以下といった極低Ｔｉ溶鋼の溶製を可能とするものである。この場合のＴｉの酸化（脱Ｔｉ）反応式は以下の（１）式で表される。
Ｔｉ＋２（ＦｅＯ） → （ＴｉＯ₂ ）＋２Ｆｅ … （１）
【００１２】
上記（１）式を進行させるためには、（ｉ）スラグ中の酸素ポテンシャルの高位確保、（ｉｉ）スラグ中（ＴｉＯ₂ ）活量の低位化、のいずれかが重要であるが、数々の実験を行うことにより、（ｉ）の重要性を見出した。すなわち、具体的方策としては、転炉型反応容器において脱Ｔｉ処理終了時のスラグ組成として、ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％：１．４〜２．５、かつ、Ｔ・Ｆｅ％：１０〜２０質量％と制御することにある。ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％が１．４未満ではスラグ自体が過剰にフォーミーとなり、スロッピング発生による作業性が悪化する。また、２．５を超えると平衡論的にＴ・Ｆｅの確保が難しく、脱Ｔｉのための酸素ポテンシャルの維持が困難となる。従って、その範囲を１．４〜２．５とした。
【００１３】
さらに、Ｔ・Ｆｅ％が１０質量％未満では脱Ｔｉのための酸素ポテンシャル自体が不足し、所定の脱Ｔｉ処理が困難となり、その後のピックアップ挙動に対して悪影響を及ぼす。また、２０質量％を超えると脱炭反応が促進されてしまうためにスロッピングを招くことから、その範囲を１０〜２０質量％とした。 この脱Ｔｉ処理は、脱Ｓｉ、脱Ｐなどの溶銑予備処理と併せて行うことも可能である。その後、一旦、出銑、排滓を行い、同一炉、あるいは別の脱炭専用炉にて脱炭処理を行うことによって、脱炭処理終了時には、Ｔｉ含有量を１１ｐｐｍ以下の極低Ｔｉ化の達成が可能となる。
【００１４】
また、転炉出鋼後の取鍋精錬においては、スラグや脱ガス槽に付着した地金等からのＴｉの還元（ピックアップ）を防止することが重要にある。このスラグからのＴｉの還元は下記（２）式による反応が主体的である。
３（ＴｉＯ₂ ）＋４Ａｌ → ３Ｔｉ＋２（Ａｌ₂ Ｏ₃ ） … （２）
上記（２）式の反応を抑制するためには、（ｉ）（ＴｉＯ₂ ）活量を下げること、（ｉｉ）Ａｌ₂ Ｏ₃ 活量を上げることが重要であることが知られており、本発明者等は、（ｉｉ）の効果の方がより優先的であることが知見できた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は、アルミ添加後のスラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）（最終ＣａＯ質量％／ＳｉＯ ₂ 質量％）とＴｉ分配比との関係を示す図である。この図に示すように、低塩基度側であるほど高Ｔｉ分配比を示す傾向にあり、特に０．４近傍にて極大値を示し、０．３〜１．５の範囲で最適であることが分かる。図３は、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）とＡｌ₂ Ｏ₃ 活量との関係を示す図である。この図に示すように、Ａｌ₂ Ｏ₃ 活量は高塩基度化に伴い低下する傾向にあり、特に塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）が１．５を超える領域で活量が急激に低下することから、Ａｌ₂ Ｏ₃ 活量の高い範囲としては、上記同様に、０．３〜１．５の範囲であることが分かる。
【００１６】
上述した知見に基づいて、本発明に係る実施の形態について説明する。
高炉から出銑された溶銑を１５０トン溶銑予備処理用の上底吹き転炉に注入し、生石灰とその他ダストなどの酸化剤を添加し、上吹きランスから酸素を吹き付けて脱Ｔｉ処理を行った。そして、脱Ｔｉ処理した溶銑を出銑口から取鍋に移し、同時に炉（上底吹き転炉）内に残留した生成スラグを排滓鍋に排出した。その結果、溶銑中のＴｉ濃度（４００〜５００ｐｐｍ）を５０ｐｐｍ以下にすることができた。さらに、この転炉での脱Ｔｉ処理時のスラグの塩基度を１．４〜２．５、およびＴ・Ｆｅ％を１０〜２０質量％にそれぞれ調整して行なう。
【００１７】
さらに、脱Ｔｉ処理を施した溶銑を脱炭精錬に装入し、生石灰、軟珪石や酸化鉄などを添加し、底吹きによる攪拌と上吹きランスによる吹酸をし、脱炭精錬を行った。そして、脱炭精錬を終了した溶鋼を取鍋に出鋼し、この取鍋を次工程の二次精錬である取鍋精錬に搬送して、Ａｌ、あるいはＡｌ合金によるＡｌ脱酸処理を行う。このアルミ添加後のスラグ組成が、スラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）を０．３〜１．５、Ａｌ₂ Ｏ₃ 濃度が３０〜５０質量％となるように、生石灰、Ａｌ₂ Ｏ₃ などのフラックスを添加して調整して、Ａｌ₂ Ｏ₃ 活性を上昇させスラグ中からのＴｉの戻りを抑制して低Ｔｉ化が達成される。その結果、溶鋼中のＴｉ濃度を１５ｐｐｍ以下に低減することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
図１に示す上底吹き転炉１を用いて、高炉から出銑された溶銑を上底吹き転炉に注入し、生石灰とその他ダストなどの酸化剤を添加し、上吹きランスから酸素を吹き付けて脱Ｔｉ処理を行った。この脱Ｔｉ処理により溶銑に含有されたＴｉを酸化させ、ＴｉＯ₂ として生成したスラグ中に補足した。その時の塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）とＴ・Ｆｅ％を表１に示す。その後、生成した脱Ｔｉ処理した溶銑を出銑口から取鍋に移し、同時に炉（上底吹き転炉）内に残留した生成スラグを排滓鍋に排出した。さらに、脱Ｔｉ処理を施した溶銑を脱炭精錬に装入し、生石灰、軟珪石、アルミドロスや酸化鉄などを添加し、底吹きによる攪拌と上吹きランスによる吹酸をし、脱炭精錬を行った。その時の取鍋処理時の塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）と脱炭処理後のＴｉ濃度と最終到達時のＴｉ濃度および脱Ｔｉ処理時のスロッピング状態を表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜８は本発明例であり、Ｎｏ．９〜１４は比較例である。比較例Ｎｏ．９は脱Ｔｉ処理時の塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）が低いために、脱Ｔｉ処理時のスロッピングが発生し、また、比較例Ｎｏ．１０は脱Ｔｉ処理時の塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）が高いために、脱Ｔｉのための酸素ポテンシャルの維持が困難となり、脱炭処理後のＴｉ濃度が高い。比較例Ｎｏ．１１は脱Ｔｉ処理時のＴ・Ｆｅ％が低いために、脱Ｔｉのための酸素ポテンシャル自体が不足し、脱炭処理後のＴｉ濃度が高い。比較例Ｎｏ．１２は脱Ｔｉ処理時のＴ・Ｆｅ％が高いために、脱Ｔｉ処理時のスロッピングが発生する。
【００２１】
従来例Ｎｏ．１３および従来例Ｎｏ．１４は、いずれも脱Ｔｉ処理時の塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ₂ 質量％）および脱Ｔｉ処理時のＴ・Ｆｅ％の管理がされていないため、脱炭炉装入Ｔｉ濃度、および脱炭処理後のＴｉ濃度が高く、最終到達時のＴｉ濃度の目標値が達成できないことが分かる。これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜８のいずれも最終到達時のＴｉ濃度の目標値１５ｐｐｍ以下を達成することができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により安定した溶鋼の低Ｔｉ処理が可能になり、無方向性電磁鋼板の磁気特性の改善やその他鋼の物性を良好にすることができる。、また、スラグからの溶鋼への復Ｔｉを抑制でき、溶鋼中のＴｉ濃度をより低減することができると共に短期間での処理により脱Ｔｉ処理を行うことができ、耐火物、フラックスなどの低コスト化が図られる極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶銑予備処理に用いた転炉型容器の一例を示す全体概念図、
【図２】アルミ添加後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）とＴｉ分配比との関係を示す図、
【図３】塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）とＡｌ₂ Ｏ₃ 活量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 上底吹き転炉
２ 底吹きノズル
３ 出鋼口
４ 炉口
５ 上吹きランス
６ フラックスホッパー
７ 貯蔵ホッパー
８ スラグ
９ 炉体
１０ 溶銑
１１ シュート

Claims (2)

1. 高炉より出銑された溶銑を用いて極低Ｔｉ溶鋼を溶製するに際し、転炉型容器により、吹酸して脱Ｔｉ処理を行い、前記脱Ｔｉ処理終了時のスラグ組成を、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ ₂ 質量％）：１．４〜２．５、かつ（％Ｔ．Ｆｅ）：１０〜２０質量％の範囲に制御し、その後一旦出銑・排滓を行った上で、同一転炉あるいは専用の脱炭炉にて脱炭処理を行い、前記脱炭処理終了時のＴｉ含有量を１１ｐｐｍ以下とした後に取鍋に出鋼し、引続きＡｌ、あるいはＡｌ合金によるＡｌ脱酸処理を行い、前記脱酸後のスラグ組成が、スラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ ₂ 質量％）：０．３〜１．５、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 濃度：３０〜５０質量％に調整することにより、前記脱酸処理後のＴｉ含有量を１５ｐｐｍ以下とすることを特徴とする極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法。
2. 請求項１に記載の溶鋼が無方向性電磁鋼用の溶鋼であることを特徴とする極低Ｔｉ溶鋼の溶製方法。

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