JP4345213B2

JP4345213B2 - 高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法

Info

Publication number: JP4345213B2
Application number: JP2000282857A
Authority: JP
Inventors: 浩樹西; 健二大島; 寛野村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP2002097513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法に係わり、詳しくは、方向性電磁鋼板の基になる高Ｓｉ含有溶鋼を溶製するに際して、含有させるＡｌを狭い濃度範囲に的中させる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器や発電機の鉄心材料として使用される高Ｓｉ（通常、１重量％以上）の方向性電磁鋼板は、最も重要な特性として、高磁束密度、且つ低鉄損であることを要求される。そのためには、該方向性電磁鋼板の製造時に、結晶方位をゴス方位と呼ばれる状態にする必要がある。つまり、｛１００｝面を＜００１＞方位に高度に集積させるのである。
【０００３】
このような二次再結晶の集積を促進させるためには、一次再結晶の成長を選択的に抑制するインヒビターと呼ばれる析出分散相を、鋼中に均一且つ適正なサイズで形成させるのが一般的である。このインヒビターの一つにＡｌＮがある。ＡｌＮを前記インヒビターとして働かせるには、溶鋼段階で鋼中のＡｌ及びＮ濃度をある範囲内に調整する必要がある。その範囲をわずかでもはずれると、これらの元素は有害元素としてふるまい、前記特性が劣化することになるからである。
【０００４】
現在、この高Ｓｉ含有溶鋼は、転炉出鋼後の該溶鋼をＲＨ真空脱ガス槽を用いて減圧下でＡｌ源を投入して、Ａｌ濃度の調整を行なっている。
【０００５】
例えば、特開平８−１２０３２０号公報は、「二次精錬で溶鋼へキャリア・ガスを用いたインジェクションでＡｌを添加するにあたり、下記式に従いＡｌ添加量を求める」技術を提案している。
【０００６】
Ａｌ投入量＝（Ａｌ₂−Ａｌ₁−Ａｌ_L1）×Ｍ／Ｃ_Al
Ａｌ₂＝Ａｌ₃−Ａｌ_L2
ただし、Ａｌ₁：インジェクション前実績値
Ａｌ₂：インジェクション処理後ねらい値
Ａｌ₃：成品中心値
Ａｌ_L1：インジェクション処理中Ａｌロス量
Ａｌ_L2：インジェクション処理から連続鋳造工程でのＡｌロス量
Ｍ：溶鋼量
Ｃ_Al：合金鉄中のＡｌ品位
しかしながら、Ａｌは非常に酸化し易い元素であり、他の溶製条件の変化で酸化物としてスラグに容易に移行してしまい、上記技術を利用しても、溶鋼のＡｌを狭い濃度範囲に精度良く安定して調整することが非常に難しい状況にあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、溶鋼が高Ｓｉであっても、Ａｌ濃度を非常に狭い範囲に調整可能な高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、取鍋に保持した高Ｓｉ含有溶鋼を、ＲＨ真空脱ガス槽でＡｌ源を添加して処理し、Ａｌ濃度を調整するに際して、脱ガス処理前に予め取鍋内スラグのＦｅＯ及びＡｌ₂Ｏ₃濃度を分析し、その分析値から下記式に基づきＡｌ源の添加歩留りを予測し、その予測した歩留りからＡｌ源の添加量を定めると共に、該添加量のＡｌ源を脱ガス処理で溶鋼中のＳｉＯ₂の浮上を図る浮上処理期間の経過後に前記溶鋼中に添加することを特徴とする高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法である。
Ａｌ歩留り（％）＝ａ×（（ＦｅＯ）／２．１）−（Ａｌ₂Ｏ₃））＋ｂ
ここで，（ＦｅＯ）：取鍋内スラグのＦｅＯ濃度（質量％）
（Ａｌ₂Ｏ₃）：取鍋内スラグのＡｌ₂Ｏ₃濃度（質量％）
ａ，ｂ：鋼種、設備等で決まる定数
その際、前記ＳｉＯ₂の浮上処理期間は、脱ガス処理開始から取鍋内の全溶鋼が脱ガス槽との間で１回環流するに要する時間の７倍以上であることが好ましい。また、前記Ａｌ源を、金属アルミニウムとするのが良い。
【００１０】
本発明によれば、Ａｌの添加歩留りを予測してその添加量を定めると共に、溶鋼中に存在するＳｉＯ₂がほとんどスラグに移行してから、Ａｌ源を溶鋼に添加するようにしたので、ＳｉＯ₂やスラグ中のＦｅＯ及びＡｌ₂Ｏ₃に邪魔されることなく溶鋼中へのＡｌが溶解するようになる。すなわち、これら成分によるＡｌの酸化を防止した状態で、Ａｌの添加ができるようになる。その結果、従来に比べて、溶鋼のＡｌ濃度が目標値から狭い範囲に歩留まるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、ＲＨ真空脱ガス槽を用いた従来の溶鋼中Ａｌ濃度の調整方法を説明する。
【００１３】
ＲＨ真空脱ガス槽１は、図２に示すように、２本の浸漬管２を介して溶鋼３を吸い上げたり、降下させて、取鍋４内の溶鋼３を脱ガス槽１と取鍋４間で環流（循環）し、減圧した雰囲気にある溶鋼３から脱ガスする作用をする。その際、溶鋼３の脱炭も行なったり、あるいは各種成分源５を添加し、溶鋼３の成分調整も行なわれる。
【００１４】
高Ｓｉ溶鋼のＡｌ濃度を調整する場合にも、従来よりこのＲＨ真空脱ガス槽１が用いられており、転炉内及び／又は出鋼中に添加されるＳｉ源、脱ガス処理中に添加されるＡｌ源の順で、溶鋼３に添加されている。ところが、前記したように、高Ｓｉ含有鋼の場合には、Ａｌ濃度の狭幅な（高精度な）調整を難しくするという問題が生じていた。つまり、方向性電磁鋼板用の溶鋼３とするには、目標Ａｌ濃度に対して、±１０ｐｐｍの精度で調整するのが理想であるが、それが達成できていなかった。
【００１５】
そこで、発明者は、その原因について鋭意研究を行ない、まず、転炉内又は出鋼中に大量に添加されたＳｉがＳｉＯ₂として溶鋼３中に存在し、これがＡｌを酸化する酸素源となってＡｌの添加歩留りを不安定にし、Ａｌ濃度の狭幅な調整を難しくするという結論を得た。そして、Ａｌ歩留りが不安定になる原因が溶鋼３中に大量に存在する珪素介在物であるなら、この介在物を浮上させた後にＡｌを添加すれば、Ａｌ歩留りは安定すると考え、真空脱ガス処理中におけるＳｉＯ₂浮上のための浮上処理期間経過後にＡｌ源を添加するのが良いと考えた。また、このＳｉＯ₂浮上のための浮上処理期間は、溶鋼中に懸濁しているＳｉＯ₂を分析することで求められる。つまり、脱ガス処理中の溶鋼サンプリングを行なってＳｉ濃度が一定の値に安定した時、浮上処理が完了したとみることができ、この間をＳｉＯ₂浮上のための浮上処理期間とするのである。この浮上処理期間は、使用している脱ガス装置の大きさや能力別処理溶鋼量毎に予め調査しておくことでも、設定することができる。また、ＳｉＯ₂浮上に要する浮上処理の時間から設定することもできる。発明者らは、このＳｉＯ₂浮上に要する浮上処理の時間を調査した。
【００１６】
その調査は、溶鋼３の環流量Ｑを表わす下記（２）式を用いて、取鍋内の溶鋼３の全量が脱ガス槽との間で一回の還流をするに要する時間Ｈを（１）式で求め、環流回数（環流時間の何倍の時間であるか）と溶鋼中のＳｉ濃度との関係を求めることで行なわれた。得られた結果を図３に示す。なお、図３で、［Ｓｉ％］は各時間での溶鋼のＳｉ濃度であり、［Ｓｉ％］_fは処理後の値である。
【００１７】
Ｈ＝Ｗ／Ｑ ……（１）
Ｑ＝（１１．４Ｇ^1/3Ｄ^4/3（ｌｎＰ₁／Ｐ₂）^1/3）……（２）
ここで、Ｈ：全溶鋼が一回の環流に要する時間（分）
Ｑ：環流量（トン／分）
Ｗ：処理溶鋼の全量（トン）
Ｇ：環流ガス量（リットル（標準状態）／分）
Ｄ：浸漬管の内径（メートル）
Ｐ₁：大気圧力（Ｐａ）
Ｐ₂：槽内圧力（Ｐａ）
ＳｉＯ₂介在物もＳｉとして分析されるため、図３より、脱ガス処理の開始から溶鋼を７回還流（（７×Ｈ）分後）すれば、溶鋼３中のＳｉ濃度に変化がなくなる。このことは、、溶鋼３中のＳｉＯ₂がほぼ全量浮上し、スラグ７にトラップされたことを意味している。
【００１８】
従って、発明者は、溶鋼が７回環流した状態になってからＡｌ源を溶鋼に添加すれば、溶鋼のＡｌ濃度は目標値から大きく変動することはないと考え、この考えを本発明の１つの要件としたのである。
【００１９】
一方、従来より、Ａｌ歩留りへ影響を及ぼす要因は、スラグの酸化度（酸素含有量の多さ）にあると考えられていた。スラグが含有するＦｅＯ量（以下、ＦｅＯ濃度という）と溶鋼へのＡｌ添加歩留りがおおよそ比例関係にあったからである。そのため、溶鋼へ添加するＡｌ源の量は、スラグ中のＦｅＯ濃度と強い相関関係のある転炉出鋼時の溶鋼中酸素濃度を測定して、スラグ中のＦｅＯ濃度を求め、その値からＡｌ添加歩留りを予測して定められていた。しかしながら、スラグ中のＦｅＯ濃度とＡｌ添加歩留りとの関係は、前記したように精度が今一歩満足できるものでなく、もっと精度の良い別の指標が望まれれていた。
【００２０】
そこで、発明者は、この指標を見出すため、過去の操業データを鋭意解析し、Ａｌ添加歩留りには、スラグ中のＡｌ₂Ｏ₃濃度も影響していることを見出した。つまり、過去の操業データの解析過程で、スラグのＦｅＯ濃度及びＡｌ₂Ｏ₃濃度を用いて、（ＦｅＯ）／２．１）−（Ａｌ₂Ｏ₃）なる指標を作成し、Ａｌ歩留りとの関係を整理したところ、下記（３）式で示すように、高精度で負の相関関係が得られたのである。
Ａｌ歩留り（％）＝ａ×（（ＦｅＯ）／２．１）−（Ａｌ₂Ｏ₃））＋ｂ（３）
一般に、添加したＡｌとスラグのＦｅＯ濃度との間には、下記反応が成立する。
【００２１】
３ＦｅＯ＋２Ａｌ＝３Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃
この反応は、ＦｅＯが３ｍｏｌに対してＡｌ₂Ｏ₃が１ｍｏｌ生成し、質量に換算すると、ＦｅＯが２１６ｇでＡｌ₂Ｏ₃が１０２ｇなので、反応量の質量比は、ＦｅＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝２.１：１となる。従って、この関係から、Ａｌの上記（３）式による進み易さは、単位に質量％を用いると、（ＦｅＯ）／２．１−（Ａｌ₂Ｏ₃）で表されると考えられる。なお、このＡｌの酸化反応は、スラグのＦｅＯ濃度が高く、Ａｌ₂Ｏ₃濃度が低い程進行し易いことを示唆している。前記した（ＦｅＯ）／２．１−（Ａｌ₂Ｏ₃）なる指標は、ＦｅＯとＡｌ₂Ｏ₃の正負符号が反対で、Ａｌの酸化反応をまさに反映しており、妥当なものである。
【００２２】
発明者は、この（３）式の関係を用いれば、従来より精度の良いＡｌの添加ができると考えた。しかしながら、スラグのＦｅＯ濃度は、溶鋼中酸素濃度で迅速に予測できるが、Ａｌ₂Ｏ₃濃度は転炉で使用される石灰等の副原料の種類、使用量によって変化するため、予測が難しい。そこで、スラグを実際にＲＨ真空脱ガス槽１で処理する前に取鍋４から試料を採取し、迅速にＦｅＯ及びＡｌ₂Ｏ₃を分析してから、前記（３）式を用いてＡｌの歩留りを予測することにし、このことを先の要件（ＳｉＯ₂の完全浮上）に加えることで本発明を完成させたのである。なお、この予測した歩留りを用いれば、以下のようにしてＡｌの添加量が決定でき（（４）式参照）、従来より、Ａｌの狭幅調整ができるようになる。
Ａｌ投入量（ｋｇ／ｔ）＝（Ａｌ目標（％）／Ａｌ歩留り％）×（１０００００／Ａｌ純度（％））（４）
また、前記（３）式の定数であるａ，ｂは、鋼種、設備等で変化するため、予め実験等により求めておけば良く、設備とは、使用する取鍋の大きさ、ＲＨ脱ガス槽の還流能力等をさす。
【００２３】
【実施例】
方向性電磁鋼板を製造するため、Ｃ：０．０３〜０．１０重量％、Ｓｉ：１．５〜５．０重量％、Ｍｎ：０．０４〜０．１５重量％を含む高Ｓｉ含有溶鋼を、図２に示したＲＨ真空脱ガス槽１で溶製した。１回の溶製で処理した溶鋼量は２００トンである。
【００２４】
予め転炉（図示せず）でＳｉ濃度を調整してから出鋼した溶鋼を２００トン取鍋に受鋼した。そして、スラグ３.０トンを取鍋４に装入し、該取鍋４からスラグの分析試料を採取して分析する一方で、取鍋４をＲＨ真空脱ガス槽１にセットした。直ちに、ＲＨ真空脱ガス槽１の内部雰囲気を４０ｔｏｒｒに減圧し、環流ガス６を流して溶鋼３を脱ガス槽１に吸引し、環流を開始した。その後は、作業者がコンピュータにより前記（１）〜（２）式に基き、環流時間Ｈを求め、脱ガス開始からの経過時間が７Ｈを超えてから、純度の低い金属アルミニウムを溶鋼面上に投入した。なお、溶鋼３の目標Ａｌ濃度は、０．０１０〜０．０３０質量％の範囲で、処理毎に変更したが、Ａｌの添加量は、前記した本発明に係る方法により決定した。図１は、当該溶鋼及び設備を使用して求めたスラグのＦｅＯ濃度及びＡｌ₂Ｏ₃濃度と溶鋼へ添加したＡｌの歩留りとの関係を示したもので、前記（３）式は、下記のごとき（３）’式となった。
Ａｌ歩留り（％）＝−１．００７７×（（ＦｅＯ）／２．１）−（Ａｌ₂Ｏ₃））＋６２．２６７（３）’
スラグ分析の結果、例えば、スラグのＦｅＯ濃度が４．５６質量％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度が２．４質量％の場合には、（３）’式から予測Ａｌ添加歩留りは６２．５％となる。添加する金属アルミニウムの純度が９４質量％であり、目標Ａｌ濃度を０．０３０質量％とすると、前記（４）式よりＡｌの添加量は５．１ｋｇ／ｔになる。
【００２５】
このようにして、溶鋼の目標Ａｌ濃度を０．０１０〜０．０３０質量％の範囲で変更し、多数チャージの処理を行なった後、処理結果を、実績Ａｌ濃度と目標濃度との差の出現頻度で評価して図４に示す。なお、本発明との効果を比較するため、従来のＡｌ添加方法（脱ガス処理開始から連続的にＡｌ源を添加する）でも処理を行い、その結果も図４に示してあた。図４より、本発明によれば、溶鋼３中のＡｌ濃度が目標値に対して±１０ｐｐｍで調整されたことが明らかである。また、脱ガス処理後の溶鋼中のＮ濃度は、１００ｐｐｍであり、ＡｌＮを形成するに十分な量であった。ちなみに、得られた溶鋼の組成例を表１に示しておく。
【００２６】
【表１】

【００２７】
上記実施例では、溶鋼として電磁鋼板用のものを使用したが、本発明はそれに限らず、高Ｓｉであれば如何なる鋼材の溶鋼にも適用できることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度が狭い範囲で調整できるようになる。その結果、高磁気密度、低鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板が安定して製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグのＦｅＯ濃度及びＡｌ₂Ｏ₃濃度と溶鋼へ添加したＡｌの歩留りとの関係を示す図である。
【図２】ＲＨ真空脱ガス槽を示す縦断面図である。
【図３】溶鋼の脱ガス処理期間（溶鋼全量の１回還流時間の何倍であるか）と溶鋼中Ｓｉ濃度との関係を示す図である。
【図４】本発明に係るＡｌ濃度調整方法と従来方法でのＡｌ濃度の的中精度を示す図である。
【符号の説明】
１ＲＨ真空脱ガス槽
２浸漬管
３溶鋼
４取鍋
５各種成分源
６環流ガス
７スラグ

Claims

取鍋に保持した高Ｓｉ含有溶鋼を、ＲＨ真空脱ガス槽でＡｌ源を添加して処理し、Ａｌ濃度を調整するに際して、
脱ガス処理前に予め取鍋内スラグのＦｅＯ及びＡｌ₂Ｏ₃濃度を分析し、その分析値から下記式に基づきＡｌ源の添加歩留りを予測し、その予測した歩留りからＡｌ源の添加量を定めると共に、該添加量のＡｌ源を脱ガス処理で溶鋼中のＳｉＯ₂の浮上を図る浮上処理期間の経過後に前記溶鋼中に添加することを特徴とする高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法。
Ａｌ歩留り（％）＝ａ×（（ＦｅＯ）／２．１）−（Ａｌ₂Ｏ₃））＋ｂ
ここで，（ＦｅＯ）：取鍋内スラグのＦｅＯ濃度（質量％）
（Ａｌ₂Ｏ₃）：取鍋内スラグのＡｌ₂Ｏ₃濃度（質量％）
ａ，ｂ：鋼種、設備等によって決まる定数
前記ＳｉＯ₂の浮上処理期間は、脱ガス処理開始から取鍋内の全溶鋼が脱ガス槽との間で１回環流するに要する時間の７倍以上であることを特徴とする請求項１記載の高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法。
前記Ａｌ源を、金属アルミニウムとすることを特徴とする請求項１又は２記載の高Ｓｉ含有溶鋼のＡｌ濃度調整方法。