JP4077504B1

JP4077504B1 - 屑鉄を主原料とする製鋼方法

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Publication number: JP4077504B1
Application number: JP2007237427A
Authority: JP
Inventors: 榮子山田
Original assignee: 榮子山田
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP2009068068A

Abstract

【課題】屑鉄を主原料とする電炉製鋼方法において、原料中のＭｎは大半が酸化スラグと共に廃棄されている。該Ｍｎの一部を製品溶鋼に還元回収する。
【解決手段】原料溶解に引き続き通常の酸化精錬を行い、酸化性スラグの過半を炉内に残留させ、出鋼に際して該スラグを溶鋼と共にレードルに移す。同時に該スラグ中の低級酸化物量に対応した還元剤を投入する。レードルに上下気密カバーを装着して減圧し、ガスバブリングを行って還元精錬し、スラグ中のＭｎを還元回収する。
酸化精錬による脱リンの多くは復リンしＰ含有量は増加するが、中心偏析が発生せず且つ凝固組織がチル晶と柱状晶から成る連続鋳造方法により鋼片とする。その結果不純物Ｐの有害元素としての作用が軽減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、屑鉄を主原料とし、電気炉又は酸素バーナーを使用する溶解炉により該原料を溶解・精錬し、次いでレードルで仕上げ精錬し、次いで連続鋳造して鋼片を製造する方法に関している。

電気炉製鋼法又は類似の製鋼法では通常屑鉄を主原料とし、アーク加熱の溶解炉、通称電炉で溶解し、電炉内で酸化して各種不純物を除去ないし調整を行い、その後脱酸脱硫等の還元・仕上げ精錬を行ってレードルに出鋼される。最近では電炉生産性向上のため還元・仕上げ精錬はレードルで処理されることが多い。所定温度、所定成分に溶製された溶鋼は連続鋳造に供給されて鋼片とされる。

電炉内での酸化精錬工程は１）アークを安定させ、熱効率を向上させ、且つ精錬を誘導する塩基性スラグの生成、２）酸素吹錬による溶鋼中のＰ等の不純物の酸化・除去、３）酸素吹錬による溶鋼中Ｃの燃焼とＣＯ沸騰による脱ガス、４）Ｐ等の有害不純物を含有したスラグの炉外への排出、５）昇温等からなる。
レードルにおける還元・仕上げ精錬は１）スラグを非酸化性に再生するための再造滓、２）新スラグと還元剤、脱酸剤等の添加によるＯ，Ｓ等の不純物の除去・低減、３）成分・温度の調整等の工程から成る。
酸化性スラグ、還元性スラグとも使用後は産業廃棄物として処理される。

酸化精錬の一対象であるＰは鋼を脆化させる不純物としてその含有量は鋼種、鋼材、用途に対応して規制されている。屑鉄は元の鋼種によりＰを約０．０１〜０．０５％含有している。今日では転炉鋼の精錬水準が向上して数十年経過し、市中屑中のＰ含有量は低下傾向にある。原料中のＰ平均含有量は屑鉄種の配合に依存し約０．０２％と見なされるが、銑鉄の配合、リン酸化成表面処理鋼板や他の不純物の混入により約０．０３〜０．０５％になると推定される。従って脱リン処理は必須である。脱リンを進めるには溶鋼を酸素吹錬してＰを酸化し、生成した酸化物を塩基性スラグに吸収させる。該酸化精錬時のスラグはＰ，Ｆｅ，Ｍｎ等の低級酸化物を多量に含有する。該スラグの一部が炉内又はレードルでの還元精錬に持ち込まれると該酸化物は還元され溶鋼中に回帰する。従ってこの復リンを抑制するため予め該スラグを炉外に排出するか又はレードルに排出しない必要がある。
ここで物質量に対する％表示は質量％とし以後同様である。

脱リン処理は同時に脱マンガンを併発する。屑鉄はＭｎも約０．２〜２．０％含有し、同様に平均約０．５％と見なされる。酸化精錬によりＭｎは酸化され溶鋼中の含有量は０．１〜０．２％に低下する。残りは酸化物としてスラグに吸収される。Ｍｎは硫化物安定剤として又脱酸安定剤として更に合金元素として有用な精錬補助剤であるがスラグ排出に伴い原料中のＭｎの大半は廃棄され以後何の役にも立っていない。

脱リン処理は程度の差があれ必要とされ、それに伴うマンガンの酸化・排出は不可避として放置されてきた。Ｍｎの還元精錬自体は特に困難ではない。多少でもＭｎ回収効果のある作業方法を探すと、高炉〜転炉による製鋼において脱リン後の溶鋼に素性の知れた屑鉄を限定量だけ挿入する場合がある。この場合屑鉄中のＭｎは回収されるが屑鉄の大量再生方法として一般的ではない。

鉄筋用異形棒鋼においてはＰ含有量の規格上限は０．０５％であるので復リンはある程度許容される。従って復リンを承知で酸化精錬スラグを還元すれば多少のＭｎの回収は見込めるが、還元・脱酸精錬自体も生産性優先のため簡略化され、従って還元機能も省略されていて回収されていない。以上経済的な回収法は未実用である。

Ｐ含有量の規制について検討する。規格値は通常のプロセス・材料・製品を対象として設定されている。Ｐ、Ｓ等の不純物が実害を示す場合の多くはそれらの偏析に起因している。従って多少の偏析は不可避との前提で規格が決められている。

偏析は３形態に分類される。第１のミクロ偏析はチル晶、柱状晶、等軸晶であれ樹枝状凝固における樹枝間の濃縮であり濃縮比と分布は規則的であり且つ大部分固溶していて実害を示さない。第２はセミマクロ偏析であり低融点の炭化物、リン化物、硫化物の介在物として等軸晶間に偏在する。柱状晶間には無い。大きさは１０〜数１００μｍになる。鋼の脆化、硬化等に対して微妙に影響し有害である。第３は中心部偏析で第２形態が中心周辺で集団となっているものであり、製品鋼材の脆化だけでなく熱延工程でワレを誘発するなど明らかに有害不純物として作用する。従って第２，第３形態の偏析を解消することができれば現行の規格外成分も問題なく使用でき、場合により合金元素としての作用を発揮させることも可能になる。

特許文献１には連続鋳造工程における中心偏析の発生を解消する方法が開示されている。同時に該方法において鋳込み温度制御により凝固組織を外皮のチル晶の内側全面を柱状晶とする方法が開示されている。チル晶と柱状晶に制御することにより場合により一方向凝固鋼塊やＥＳＲ鋼塊と同様の均質鋼塊の可能性が有ると示唆されている。該文献には偏析解消を通してＰ，Ｓ等の不純物を実質的に低害化ないし無害化することが示唆されているが、不純物の規格外量もしくは過剰な混入を許容し且つ合金化へ活用する思想までは開示されていない。

不純物Ｐの混入を大きく許容するとしてＭｎの還元回収方法の先行例を検討する。
一般的にはＬＦ法と称して、溶解炉において酸化精錬された溶鋼のみをレードルに移すと共に該レードルに造滓材と炭材を添加しアークで再加熱しつつ還元滓を生成し脱酸・脱硫を促進させる。酸化精錬スラグの一部が持ち込まれると該スラグ中のＰ，Ｆｅ，Ｍｎは還元され溶鋼中に移行する。精錬に通常３０分以上を要し、あまり能率的ではない。

特許文献２、特許文献３には高速の還元、脱酸、脱硫精錬方法が開示されている。両方法は基本的に同一原理に基づく。即ち１）非酸化性スラグの誘導、２）減圧下のガスバブリングによる非酸化性雰囲気中のガス・スラグ・溶鋼間の強力な撹拌、３）還元、脱酸剤の添加、４）電磁力による撹拌強化、等により溶鋼及びスラグの還元・脱酸反応を高度・高速に誘導している。スラグ中のＭｎは容易に還元されると開示されているが、スラグ中のＰの多量の還元をも許容する思想は全く気付かれていない。

特許第２９８９７３７特許第１５７５３１６特許第３６５４２４８

以上述べたように従来の屑鉄を主原料とする製鋼方法では不純物のＰを除去するため溶鋼を酸化精錬してＰを酸化物として塩基性スラグに吸収させ、該スラグを炉外に排出して残存スラグからの復リンを防止している。その際、本来有用成分である屑鉄中のＭｎも全く同様の挙動により大半が排出スラグに持ち出され回収されていない。
本発明は屑鉄中に含まれるＭｎを溶鋼に回収して精錬補助剤であるＭｎ合金の使用量を節減することを第１の目的とする。第２の目的は再造滓量を少なくしていずれ産業廃棄物となるスラグの量を削減することである。

上記問題を解決するため以下の要素手段により発明を構成した。
１）酸化精錬スラグを溶鋼と共にレードルに移行させスラグ中のＭｎを還元回収する。２）Ｍｎ回収に伴い必然的に増加する溶鋼中のＰ含有量を許容する。
３）連続鋳造において中心偏析解消の手段を講じＰの有害作用を抑制する。

第１の発明は、屑鉄を主原料とし溶解炉において該原料を熔解し、精錬し、レードルにおいて仕上げ精錬し、次いで連続鋳造する製鋼方法において、１）溶解中及び溶落後に生成し溶鋼上に浮遊しているスラグの過半を炉内に残留させたまま酸化精錬し、２）該精錬後溶鋼と該スラグを共にレードルに出鋼し、３）該レードルにおいて還元精錬して該スラグ中のＭｎ酸化物をＭｎとして溶鋼中に０．１質量％Ｍｎ以上を回収するとともに、４）Ｐ含有量の増加を許容し、次いで５）該溶鋼から下記の連続鋳造方法によって凝固組織がチル晶と柱状晶から成る鋼片を鋳造することを特徴とする製鋼方法である。
記：溶鋼を下方開放の湾曲鋳型に垂直に鋳込んで鋳片の外皮を形成し、該鋳片を該鋳型下方から連続的に引抜き、該鋳片の中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さを越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し、次に該鋳片をロールによって圧下して中空内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法であって、該方法において鋳込温度を過熱度で２０〜５０℃と設定することを特徴とする連続鋳造方法。

第２の発明は、還元精錬の方法が、出鋼時に還元剤としてＳｉ含有材、Ａｌ含有材及び炭材の１種以上をレードルに投入し、該還元剤の投入量をスラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｐ₂Ｏ₅の化学当量の和の０．８〜１．６倍とし、その後、該スラグで覆われた溶鋼中に該レードル底面より精錬用ガスを５〜２０Ｎリットル／分／溶鋼トンの割合で吹き込んでガスバブリングしつつ溶鋼上方の雰囲気圧を６〜４０ｋＰａに減圧・維持することを特徴とする第１発明に記載の製鋼方法である。

第３の発明は、還元精錬の方法が、出鋼時に還元剤としてＳｉ含有材、Ａｌ含有材及び炭材の１種以上をレードルに投入し、該還元剤の投入量をスラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｐ₂Ｏ₅の化学当量の和の０．８〜１．２倍とし、その後、アーク加熱用電極を保持したカバーにより該レードルの上方を覆い、該スラグで覆われた溶鋼中に該レードル底面より精錬用ガスを吹き込んで撹拌し、溶鋼上方より炭材投入とアーク加熱によりカーバイド・スラグを生成しつつ還元することを特徴とする第１発明に記載の製鋼方法である。

本発明による第１の効果は、原料の屑鉄中のＭｎの多くが一度は酸化されてスラグに吸収されるがレードルにおける還元処理により溶鋼に回収され、合金鉄の使用量が節減される。しかも特別のコストを要しない。

第２の効果は酸化スラグの多くが還元・仕上げ精錬スラグに持ち込まれて造滓材の使用量が大幅削減され、産業廃棄物物量が削減される。第３にスラグ量の減少に伴い消費される電力エネルギーも節減される。第４に不純物Ｐが増加するが偏析が生じない方法で連続鋳造されるので有害性が解消ないし軽減され、Ｐの合金作用（硬化、切削性、耐摩性、耐蝕性）が附加され品質改良ないし特徴有る新鋼種が容易に製造される。

以下実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する設備群の前半の例の説明図である。
主原料である屑鉄２が溶解炉１に装入され、アーク３の加熱により溶解される。溶落前より酸素ランス４により酸素吹錬して脱炭処理と共に溶鋼中の不純物Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｚｎ，Ｐｂ等の全部又は一部を酸化除去する。造滓剤として石灰を適量投入し、酸化能を持つ塩基性スラグ５を形成する。Ｍｎ，Ｓｉ，Ｐは酸化物として該スラグ５中に吸収されるがＳの一部，Ｚｎ，Ｐｂ等は気相中に移行し粉塵となり集塵処理される。

該スラグは通常出鋼までに炉外に排出処理されるが本発明では過半を炉内に残留させ、酸化精錬終了後溶鋼６と共にレードル７へ排出する。該スラグ５はＰ₂Ｏ₅，ＭｎＯ，ＦｅＯ等の低級酸化物を約２０〜３０％含有する。出鋼時には規格Ｓｉ値に対応するフェロシリコンの他に、還元剤としてフェロシリコン、シリコマンガン及び炭材等を該レードル投入する。アルミドロス等も補助的に使用することができる。適量として該低級酸化物量の化学当量の０．８〜１．６倍が望ましい。又スラグ成分調整用として石灰等をレードルに適量投入する。該適量値の把握は当業者には困難ではない。出鋼撹拌のみでスラグ中の上記低級酸化物の一部はＣ及びＳｉ、Ａｌにより還元され溶鋼中に回帰する。分析用サンプルを取り最終成分調整の準備を行う。

受鋼したレードル７を移送して下部気密カバー８上に静置する。次ぎに合金添加用ホッパー９と排気装置１０を連接している上部気密カバー１１を該レードル７の上側に装着する。該レードル７は気密側壁を持つので、上下の気密カバーと一体化して気密構造になる。次ぎにレードル底部に付設された通気性耐火物のプラグ１２よりＡｒガス等の非酸化性のガスを吹込み、且つレードル上方空間を排気装置１０により減圧し、減圧下のガスバブリングをガス流量５〜２０Ｎリットル／分／溶鋼トンの割合で作用させる。他方溶鋼上方の雰囲気圧を６〜４０ｋＰａに減圧・維持する。

吹き込まれたガスは気泡となって上昇し溶鋼を撹拌する。気泡は溶鋼上層部に達すると急速に外圧が低下して急膨張する。その結果溶鋼とガスとスラグの３相が激しく混合し、沸騰状ではなく発泡状となり３相間の反応が強力に刺激され平衡へ移行しようとする。減圧初期には炭材と溶鋼中のＣが上記低級酸化物と反応し、ＣＯガスを発生させつつ還元が進む。その後溶鋼中のＳｉが反応主体となって還元が進み、３〜６分後にはスラグ中の上記酸化物の濃度は容易に２％以下に低下し、スラグは白色になる。スラグ中のＭｎ、Ｆｅ、Ｐはほとんど溶鋼中に回収される。従って回収量は初期スラグの残留量に依存する。Ｐ含有量の増加を無視するなら０．３〜０．４％Ｍｎの回収が期待される。
還元に併行して脱酸、脱硫、脱非金属介在物が進行する。

Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎその他合金の成分を最終調整して精錬を終了する。精錬終了後、レードルを連続鋳造機に移送し、溶鋼を連続的に鋳込んで鋼片とする。本発明による溶鋼は有害不純物Ｐを従来よりも多く含み、場合により０．０５％を越える。鋼種に対応して許容値を設定する。Ｐの増加は偏析が生ずると明らかに有害となる。従って特別の連続鋳造方法が不可欠である。

図２は本発明で使用される設備群の後半をなす連続鋳造装置の説明図であり、図に沿って本発明の鋳造方法を説明する。
精錬の終わった溶鋼をレードル（図示せず）から中間容器であるタンディシュ２２に注入し、該溶鋼２１を該タンディシュ２２から下方が開放した鋳型２３に上方より鋳込み、外皮を形成して鋳片２４とし、該鋳片２４を下方へ円弧に沿って連続的に引抜き、スプレイ冷却装置２５により冷却を進め、該鋳片２４の中心部が凝固するまでに半円を越え、さらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）Ｐ点を越えて上方に引き抜いて中空鋳片２６を形成し、該鋳片２６を伸直ロール２７により伸直し、圧接圧延機２８によって圧下し、内面を互いに圧接して中実鋳片２９とする。凝固終点が存在しないので中心偏析が原理的に解消される。
該連続鋳造方法の詳細については既述特許文献１に開示されているので省略する。

上記連続鋳造方法において鋳込温度を過熱度（＝溶鋼温度−当該成分の液相温度）で２０〜５０℃と設定すると、凝固組織は外皮がチル晶から成り、内部は柱状晶から成る。等軸晶を実質的に含まない。当該条件と結果については特許文献１に詳細に説明されている。
柱状晶自体は本来均質であるが凝固終点まで柱状晶で固めると中心偏析が発生する。従って一般には等軸晶化により中心偏析の分散が図られる。この場合中心周辺の等軸晶はセミマクロ偏析を随伴する。上記条件では等軸晶が存在しないのでセミマクロ偏析をも避けることができる。有害な偏析構造を持たないのでＰ含有量が従来規格の外でも通常の不都合は生じず、実用に供することができる。

以下当該プロセスの要点を補足する。
酸化精錬スラグの過半を炉内に残留させると限定した理由は、残留量が多いほどＭｎの回収量の増加が見込めるが、Ｐの増加も問題となる。炉内沸騰処理の過程でスラグの発泡により炉外に流出するスラグもある。最適量は原料以下の多くの作業条件に依存するので単純には決まらない。効果があり且つ無難な作業条件として上記の量とした。

不純物Ｐの規格と許容値に関して、鋼種によりＰの規格値は異なる。ＪＩＳピアノ線では０．０２５％以下、硬鋼線材では０．０３０％以下、鉄筋用異形棒鋼では０．０５％以下、その他協定値、内規では０．０１５％，０．０１％以下等がある。一般には規格値よりも低い値に管理基準が設定されている。以上からＰの妥当な許容値は鋼種や製品、需要家等により異なるから単純に設定すると無理が生ずる。
本発明では一応規格内で従来の管理基準を緩和する。場合により個別に規格外を許容する。当然規制上限が大きいほどＭｎ回収に有利となる。他方小さいと一見回収効果が無いように思えるがそうではない。上限が厳しいほど高度で高コストの不純物管理を適用しているので、Ｍｎ回収の効果の低下は脱リンコストの低減により補われる。
一般的にＰ上限値として０．０２５％以上を許容すると製鋼作業は相当楽になる。

第２発明のレードルにおける還元精錬において還元剤の量を低級酸化物量の化学当量の０．８〜１．６倍とした根拠は以下である。本発明の還元方法では還元性が大きいので本来約１．０で必要充分である。しかし１）出鋼時のＣの燃焼損、２）スラグの排出量のバラツキ、３）スラグ成分不均一性、４）分析値が即時に得られないことから統計的に処理しなければならず、経験的にある幅を設けた。０．８以下では製品成分用のＳｉの一部が還元に消費されて不都合、１．６以上では逆に製品Ｓｉ％，Ｃ％が増加傾向になって不都合になる。
同発明において、減圧下におけるガスバブリングの作業条件の根拠は特許文献２及び３に説明されており特に変わらないので省略する。

第３発明の還元精錬方法は周知事項であるから詳細は省略するが、還元剤の量の下限値は第２発明と同様の理由で同じ値とした。上限値はアーク加熱時の新たな炭材投入によるカーバイド滓の生成の効果により１．２以上では製品Ｓｉ％，Ｃ％が増加傾向になって不都合になるからである。

凝固組織と偏析について補足する。
凝固の進行に伴い前面にはＣ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等の溶質元素の濃縮液層が形成される。該層は柱状晶で進行する場合は樹枝状凝固の樹枝間に取り込まれ上記元素は樹枝内とある比率で分配される。即ちミクロ偏析を形成する。柱状晶はセミマクロ的には均質であり、不純物元素は多くの場合合金元素と同様に固溶している。析出相ではないので該ミクロ偏析は有害にはならない。柱状晶から等軸晶に移行すると、以後では液相中で等軸晶核が個別に成長し、中心周辺領域では多孔質の形成と併行して等軸晶を取り囲む濃縮層の集積と流動と行き詰まりが絡み、セミマクロ偏析を形成する。

図３は高炭素鋼ビレットの凝固組織を示す。左図に示すように柱状晶粒界には非金属相の析出が無く、フェライトの析出がある。他方右図に示す中心周辺に位置する等軸晶の粒界にはリン化物、硫化物、炭化物あるいはそれらの固溶体の非金属相が析出する。該相の偏析率と寸法はミクロ偏析を圧倒するものである。該相自体がある種の機械的性質に有害になることもあれば該相の集団が中心偏析として有害な作用を及ぼす。

本発明では、Ｐは非金属の析出相として現れずに固溶しており、且つ通常より含有量が多いので合金元素としての作用を発現する。含Ｐ鋼のように鋼を硬化、脆化、切削性向上、耐蝕性向上、耐摩性向上、焼戻し脆化等の傾向が強められる。

Ｍｎの還元回収の経済性について検討する。
還元剤としてＳｉ、Ａｌと炭材が使用される。Ｍｎの還元過程で酸化鉄、酸化リンも還元され還元剤が消費される。低級酸化物の濃度は約２０〜３０％と既述したが、該酸化物中のＭｎＯは３０〜４０％と見なされる。概算としてＭｎ１当量に対し３当量の還元剤が必要になる。
（１）式に示すように本来Ｍｎ１ｋｇの還元にＳｉは２８／１１０×１＝０．２５ｋｇでよい。即ち質量比で１／４でよい。Ｓｉの合金鉄価格はＭｎのそれより安い。従って操業上３当量を消費してもなお充分引き合う。因みに下記反応は発熱反応であるから電力消費に問題は生じない。
２ＭｎＯ＋Ｓｉ＝２Ｍｎ＋ＳｉＯ₂ −−−（１）
原子量２８１１０
低級酸化物濃度について補足すると、原料及び吹錬に起因するＦｅＯの発生量は相当多いが、吹錬時の熱効率向上のためスラグを発泡させるよう炭材も吹き込まれる。これが意外にもＦｅＯを還元しており、上記濃度範囲で安定操業になっている。

還元剤としてコスト有利な炭材の反応分を増加させると（２）、（３）式に示されるようにＳｉの消費は削減される。低価格アルミドロスの併用も有利になる。
ＭｎＯ＋Ｃ＝Ｍｎ＋ＣＯ −−−（２）
ＭｎＯ＋ＣＯ＝Ｍｎ＋ＣＯ₂ −−−（３）
低級酸化物を多量に含有するスラグに炭材を添加して減圧バブリングするとＣＯ発泡反応が促進され該酸化物の還元に作用する。
又伝統的方法であるアーク加熱により還元能を持つ塩基性スラグと炭材を反応させてカーバイド含有スラグに誘導する方法も有効である。第３発明における還元精錬は本方法を踏襲している。本方法は通称ＬＦ法と称され、レードル上方をカバーしてアーク加熱しつつ塩基性スラグに炭材を添加して還元精錬する。当該方法においてもＭｎの大部分は容易に還元回収でき、しかも炭材分の反応分が増加して好ましいが、反応速度が遅いと言う難点がある。

例１：第２発明の実証試験を行った。３０トン電気炉を使用し、原料として全量屑鉄を溶解し、０．８％Ｃの高炭素鋼の溶製を行った。酸化精錬後炉内スラグの大半を排出、一部を残存させた。残存量を２水準とし、一方は従来作業条件、他方は目分量で従来に２倍とした。次いで両者ともアーク加熱しつつ新たに石灰を約３００ｋｇ投入してスラグを増量し、還元用炭材を投入したのちレードルに出鋼した。後者に対して出鋼時にはフェロシリコンを５〜１０ｋｇ通常より増加させてレードルに投入した。出鋼直後のスラグ組成は従来の通常操業では低級酸化物濃度は平均３％、試験では７〜１１％の範囲になった。次ぎに該レードルに上下の気密カバーを取付け、水封ポンプにより約０．１気圧に減圧・維持し、流量１６０Ｎリッター／分のＡｒガスを約６分吹き込んでガスバブリングし、還元・脱酸・脱硫・脱非金属介在物処理を進めた。精錬終了後のスラグ組成は、１０チャージのテストで低級酸化物濃度はすべて１．０％以下に還元されていた。当該レードル精錬方法が低級酸化物の還元に極めて有効であることが解る。
還元によりＰ濃度は通常の０．０１０から０．０１３％へ増加するのに対して０．０１０から０．０１７％になった。溶鋼中のＭｎ濃度は０．０４％の増加した。

例２：ばね用Ｓｉ−Ｃｒ鋼を対象に同様にＣｒ酸化物の還元試験を行った。Ｃｒの酸素との結合力はＭｎのそれに近い。従来同様の作業において出鋼前に炉内に紛状のＣｒ鉱石（Ｃｒ分３３％）を０．５％Ｃｒ鋼に相当する量４５０ｋｇだけ炉内に装入（推定低級酸化物濃度は約５０％）し、出鋼時には中和用の石灰と、該鉱石中のＣｒとＦｅの化学当量分のＳｉをフェロシリコンの形でレードルに投入した。減圧ガスバブリングによる還元精錬終了後、スラグ中の低級酸化物濃度（ＦｅＯ＋ＭｎＯ＋Ｃｒ₂Ｏ₃）濃度は１．５％に還元されていた。当該レードル精錬方法は低級酸化物の初期濃度が大きくても充分還元されることが解った。

例３：例１の実験と同様に、酸化精錬後のスラグを目分量で約半分を炉外へ排出、半分を残留させ石灰を約３００ｋｇ投入して低級酸化物を希釈し、還元用炭材を投入したのちレードルに出鋼した。レードルにおいて同様の還元、脱酸、脱硫処理を行った。還元前Ｐは０．０１０％、還元後は０．０２５％を越える場合があり、ＪＩＳ硬鋼線材の規格に問題が生じた。Ｍｎの回収は０．１〜０．２％の効果が得られた。復リンを無視するなら０．２〜０．３％Ｍｎの回収は可能との見通しを得た。

本発明によると、屑鉄が含有していたＭｎの一部は溶鋼中に回収され、合金鉄使用量が節減される。他方で不純物Ｐも還元回帰し通常の規制値を越える場合も生ずる。
以上は現行のプロセス・設備・作業を部分修正して容易に実施することができる。Ｐの増加した溶鋼に対して、中心偏析が発生せず、且つ等軸晶間のセミマクロ偏析も発生させない連続鋳造方法（中空鋳片の圧接による中実化）を採用して鋼片を製造することによりＰの有害性を解消ないし抑制する。その結果、１）Ｍｎ合金鉄の使用量が削減され、２）スラグ量が消費及び廃棄の両面で削減され、３）スラグ量減少による省エネルギーが得られ、４）且つＰの合金化作用を誘導・活用することが可能になる。
本発明は文献１の上記連続鋳造方法の効用を新規に拡張する。

本発明を実施する設備群の前半の例の説明図である。本発明を実施する設備群の後半の例の説明図である。凝固組織と不純物析出相を示す組織写真である。

符号の説明

１：屑鉄２：溶解炉３：アーク４：酸素ランス５：スラグ６：溶鋼７：レードル８：下部気密カバー９：ホッパー１０：排気装置１１：上部気密カバー１２：プラグ２１：溶鋼２２：タンディシュ２３：鋳型２４：鋳片２５：スプレイ冷却装置２６：中空鋳片２７：伸直ロール２８：圧接圧延機２９：中実鋳片

Claims

屑鉄を主原料とし溶解炉において該原料を熔解し、精錬し、レードルにおいて仕上げ精錬し、次いで連続鋳造する製鋼方法において、１）溶解中及び溶落後に生成し溶鋼上に浮遊しているスラグの過半を炉内に残留させたままＰ、Ｍｎの酸化処理を含む酸化精錬を行い、２）該精錬後溶鋼と該スラグを共にレードルに出鋼し、３）該レードルにおいて還元精錬して該スラグ中のＭｎ酸化物をＭｎとして溶鋼中に０．１質量％Ｍｎ以上を回収し、次いで４）該溶鋼から下記の連続鋳造方法によって凝固組織がチル晶と柱状晶から成る鋼片を鋳造することを特徴とする製鋼方法。
記：溶鋼を下方開放の湾曲鋳型に垂直に鋳込んで鋳片の外皮を形成し、該鋳片を該鋳型下方から連続的に引抜き、該鋳片の中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さを越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し、次に該鋳片をロールによって圧下して中空内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法であって、該方法において鋳込温度を過熱度で２０〜５０℃と設定することを特徴とする連続鋳造方法。
還元精錬の方法が、出鋼時に還元剤としてＳｉ含有材、Ａｌ含有材及び炭材の１種以上をレードルに投入し、該還元剤の投入量をスラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｐ₂Ｏ₅の化学当量の和の０．８〜１．６倍とし、その後、該スラグで覆われた溶鋼中に該レードル底面より精錬用ガスを５〜２０Ｎリットル／分／溶鋼トンの割合で吹き込んでガスバブリングしつつ溶鋼上方の雰囲気圧を６〜４０ｋＰａに減圧・維持することを特徴とする請求項１に記載の製鋼方法。
還元精錬の方法が、出鋼時に還元剤としてＳｉ含有材、Ａｌ含有材及び炭材の１種以上をレードルに投入し、該還元剤の投入量をスラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｐ₂Ｏ₅の化学当量の和の０．８〜１．２倍とし、その後、アーク加熱用電極を保持したカバーにより該レードルの上方を覆い、該スラグで覆われた溶鋼中に該レードル底面より精錬用ガスを吹き込んで撹拌し、溶鋼上方より炭材投入とアーク加熱によりカーバイド・スラグを生成しつつ還元することを特徴とする請求項１に記載の製鋼方法。