JP4806869B2 - 高清浄鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄性に優れた鋼の製造方法に関し、詳しくは、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼の清浄性を高める方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物元素を極限まで低減することが望まれており、溶鋼段階での鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。鋼中の不純物元素の１つである酸素は、鋼中に酸化物として存在した場合、鋼板における欠陥の原因となる。
【０００３】
鋼の精錬段階において、鋼中に酸化物を生成させる要因の１つとして、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼と溶鋼上に浮遊するスラグとの反応、即ち、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物による溶鋼の再酸化が挙げられており、こうした背景からスラグによる溶鋼の再酸化を防止する対策が実施されている。
【０００４】
従来、この対策は溶鋼保持容器内のスラグにＡｌ等の脱酸剤（還元剤とも云う）を添加し、スラグを還元する方法が採られている。例えば、特開平２−３０７１１号公報には、精錬炉から取鍋への出鋼直後、未脱酸状態の溶鋼上で浮遊するスラグ上に脱酸剤を添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、特開平２−９３０１７号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置における真空脱炭処理後に取鍋内スラグにＡｌを添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、又、特開平７−３４１１７号公報には、出鋼中若しくは出鋼直後に取鍋内スラグにスラグ還元に必要な量の一部の脱酸剤を添加し、真空脱ガス精錬中に残りの脱酸剤を取鍋内スラグに添加する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の３つの公報を始めとして従来のスラグ改質方法では、スラグ還元用の脱酸剤を添加する際に、スラグ中の低級酸化物濃度が不明であるため、添加する脱酸剤が不足する場合には、スラグの還元が十分に行われず、一方、添加する脱酸剤が過剰の場合には、スラグの還元用に添加した脱酸剤が溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になるという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スラグ改質剤としての過剰のＡｌ添加を防止しつつ、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼のスラグによる再酸化を防止して、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。以下に研究結果を説明する。
【０００８】
スラグを還元するために必要なＡｌ量は、スラグ中のＦｅＯ濃度に依存しており、従って、Ａｌを過剰に添加すればスラグ還元用に添加したＡｌが溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になり、一方、添加するＡｌが不足する場合にはスラグの還元が十分に行われない。そこで、溶鋼上に存在するスラグのＦｅＯ濃度を測定し、測定したＦｅＯ濃度に応じて添加するＡｌ量を決めれば、過不足なくＡｌを添加することができるとの知見を得た。
【０００９】
この場合、Ａｌ添加後にスラグを撹拌してスラグとＡｌとを強制的に混合した場合と、強制的に混合しない場合とで、スラグ還元に必要なＡｌ量に差が生じることも判明した。即ち、強制的に混合した場合には、必要最小限のＡｌ量でスラグの還元が行われるという知見も得た。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づきなされたもので、第１の発明による高清浄鋼の製造方法は、精錬炉で精錬した溶鋼を溶鋼保持容器に出鋼した後、この溶鋼上に存在するスラグへＡｌを含有するスラグ改質剤を添加してスラグを改質する際に、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグのＦｅＯ濃度を分析するとともに、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグ量を測定し、前記分析により得たスラグ中ＦｅＯ濃度と、前記測定により得たスラグ量と、に応じて、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（１）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、溶鋼及びスラグを不活性ガスにより撹拌することなくスラグの酸化度を低減させるか、或いは、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（２）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、スラグ又は溶鋼を不活性ガスにより撹拌してスラグの酸化度を低減させることを特徴とするものである。但し、（１）式及び（２）式において、（%FeO）はスラグ中のＦｅＯ濃度（質量％）、Ｗs はスラグ量（kg/ton-steel）、ＱAlはスラグ改質剤中のＡｌ添加量（kg/ton-steel）を表すものである。
【００１１】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】
第２の発明による高清浄鋼の製造方法は、第１の発明において、スラグ中のＦｅＯ濃度を、固体電解質を用いた酸素センサーにより測定することを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明による高清浄鋼の製造方法は、第１の発明又は第２の発明において、その最大径が溶鋼上に存在するスラグの厚みより小さいＡｌを含有するスラグ改質剤を用いることを特徴とするものである。
【００１６】
スラグ中の鉄酸化物をＡｌにより還元する反応は、下記の（３）式に例示するように、鉄酸化物の形態に関わらず、３個のＦｅ原子と２個のＡｌ原子とが反応して還元反応が行われる。
【００１７】
【数３】
【００１８】
従って、スラグ中の全ての鉄酸化物をＡｌにより還元する場合には、スラグ中のＦｅＯ濃度（質量％）と、溶鋼上に存在するスラグ量Ｗs （kg/ton-steel）と、スラグ改質剤中のＡｌ添加量ＱAl（kg/ton-steel）即ちスラグ還元用のＡｌ添加量との間には、Ｆｅ及びＡｌの原子量から化学量論的に下記の（４）式が成立する。（４）式の左辺はスラグ中の酸素量と添加するＡｌ量との比を表している。
【００１９】
【数４】
【００２０】
それ故、（４）式の左辺に示す［（%FeO）Ｗs ／ＱAl］の比（以下「酸素／Ａｌ比」と記す）が３９７を越える場合には、添加するＡｌが不足する状態を表し、一方、酸素／Ａｌ比が３９７よりも小さくなる場合には、添加するＡｌが過剰である状態を表すことになる。
【００２１】
そこで、溶鋼上に存在するスラグのＦｅＯ濃度及びスラグの質量を測定すると共に、スラグ還元用のＡｌ添加量を種々変更して酸素／Ａｌ比を変更し、薄鋼板における酸化物系介在物による欠陥発生率に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。この場合、Ａｌ添加後にスラグに浸漬させたランスからＡｒを吹き込み、スラグを強制的に撹拌した場合と、強制的に撹拌しない場合の２水準について試験した。
【００２２】
その結果、以下のことが判明した。スラグの強制撹拌の有無に拘わらず、酸素／Ａｌ比が大きくなるほど薄鋼板における欠陥発生率は増加するが、スラグを強制的に撹拌しない場合には、酸素／Ａｌ比が３００以下であれば、スラグによる溶鋼の再酸化は清浄性への影響がほとんどないレベルまで低減し、欠陥発生率は目標とする範囲に収まることが分かった。このようにＡｌ添加量が（４）式に示した化学量論量以上に必要な理由は、Ａｌ添加後にスラグの攪拌を実施しないので、空気との反応によりＡｌが酸化し、効率が落ちるためである。一方、酸素／Ａｌ比が１００未満では、溶鋼の清浄性の改善効果は飽和して変わらずに、過剰に添加されるＡｌが無駄になるために製造コストの上昇を招くと共に、溶鋼のＡｌ濃度が増加して成分規格を越える場合が発生する。
【００２３】
従って、スラグを強制的に撹拌しない場合を前提とした第１の発明では、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲となるように、即ち、上記の（１）式を満足する範囲でスラグ還元用のＡｌ添加量を設定することにした。
【００２４】
又、スラグを強制的に撹拌した場合には、酸素／Ａｌ比が４００以下であれば、スラグによる溶鋼の再酸化は清浄性への影響がほとんどないレベルまで低減し、欠陥発生率は目標とする範囲に収まることが分かった。一方、酸素／Ａｌ比が３００未満では、溶鋼の清浄性の改善効果は飽和して変わらずに、過剰に添加されるＡｌが無駄になるために製造コストの上昇を招くと共に、溶鋼のＡｌ濃度が増加して成分規格を越える場合が発生する。
【００２５】
従って、スラグを強制的に撹拌する場合を前提とした第２の発明では、酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲となるように、即ち、上記の（２）式を満足する範囲でスラグ還元用のＡｌ添加量を設定することにした。
【００２６】
この場合、スラグのＦｅＯ濃度の測定は、オンラインでの迅速測定が可能であるので、固体電解質を用いた酸素センサーにより行うことが好ましい。又、様々な大きさのＡｌを含有するスラグ改質剤を取鍋内スラグへ添加し、スラグ組成及びメタル組成を調査した結果、Ａｌの最大径が取鍋内溶鋼上のスラグ厚みより大きいスラグ改質剤をスラグ上へ添加した場合には、Ａｌがスラグを突き抜けて溶鋼へ到達し、溶鋼組成に影響を及ぼす場合も生じることが判明した。従って、これを防止するためには、その最大径が溶鋼保持容器内溶鋼上のスラグ厚みより小さいＡｌを含有する改質剤を使用することが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず、第１の実施の形態について、図１に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図であって、溶鋼保持容器内にスラグ改質剤を投入する様子を示す概略図である。
【００２８】
転炉や電気炉等の一次精錬炉にて脱炭精錬を行い、得られた溶鋼１を取鍋等の溶鋼保持容器３に出鋼する。出鋼の際に脱炭精錬により発生した一次精錬炉内のスラグ２もその一部が溶鋼１と共に溶鋼保持容器３内に注入される。出鋼後、溶鋼保持容器３内の溶鋼１を覆っているスラグ２上にＡｌを含有するスラグ改質剤４を添加する。この場合、出鋼時に溶鋼１をＡｌ等で脱酸しても良く、又、未脱酸のままでも良い。即ち、Ａｌを含有するスラグ改質剤４を添加する際に溶鋼１は脱酸されていても又は未脱酸のままでもどちらでも良い。又、スラグ改質剤４を添加する時期は、連続鋳造工程の前であれば転炉等の一次精錬炉からの出鋼直後でも、ＲＨ真空脱ガス装置や取鍋精錬炉等の二次精錬炉での処理中若しくは処理後でも構わない。又、スラグ改質剤４をスラグ２上に分散して添加できる装置であれば、特に専用の添加設備を用いる必要はない。
【００２９】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４の添加直前にスラグ２中のＦｅＯ濃度を測定する。ＦｅＯ濃度の測定はスラグ２を採取して化学分析により求めることも可能ではあるが、固体電解質を用いた酸素センサー５を用いてＦｅＯ濃度を測定することが好ましい。この場合、酸素センサー５によりスラグ２の酸素ポテンシャルを測定し、酸素ポテンシャルとＦｅＯ濃度との検量線を予め作成しておくことで、瞬時にスラグ２のＦｅＯ濃度を測定することができる。
【００３０】
又、溶鋼保持容器３内のスラグ２の質量を測定する。スラグ２の質量は、スラグ２の厚みの測定又は溶鋼１を覆うスラグ２の面積率の目視測定等により測定することができる。溶鋼保持容器３内に収容された溶鋼量から、溶鋼トン当たりのスラグ量（Ｗs ）を求める。スラグ２の質量測定は、スラグ改質剤４の添加前に予め行えば良い。又、溶鋼量は転炉等の一次精錬炉から溶鋼保持容器３への出鋼時に溶鋼保持容器３を秤量することで把握することができる。
【００３１】
このようにして測定したスラグ２のＦｅＯ濃度（%FeO）とスラグ量（Ｗs ）とを前述の（１）式に代入し、スラグ２の還元に必要なＡｌ添加量（ＱAl）の範囲を設定する。そして、スラグ改質剤４のＡｌ含有量に応じて、Ａｌ添加量が（１）式の範囲内の任意の量になるように設定し、投入装置６を介してスラグ２上へ添加する。
【００３２】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４としては、金属Ａｌ、Ａｌ灰、金属Ａｌ又はＡｌ灰とＣａＯやＡｌ2 Ｏ3 等のフラックスとの混合物等を用いることができる。スラグ改質剤４中のＡｌの大きさは、溶鋼成分へ影響を及ぼさないために最大径がスラグ厚みより小さいことが望ましく、又、小さすぎると飛散して歩留まりが低下するので、歩留まり向上の観点から、添加時に飛散しない程度であることが好ましい。
【００３３】
その後、次工程の二次精錬設備や連続鋳造設備や普通造塊設備等の鋳造設備に溶鋼保持容器３を搬出する。
【００３４】
このようにしてスラグ２を処理することで、溶鋼１にＡｌが添加されることなく、スラグ２のＦｅＯ濃度を迅速に且つ安定して低くすることができ、その結果、溶鋼１のスラグ２による再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態について図２に基づき説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態を示す図であって、溶鋼保持容器内にスラグ改質剤を投入する様子を示す概略図である。第２の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同一であり、従って重複する点が多いが、以下に詳細に説明する。
【００３６】
転炉や電気炉等の一次精錬炉にて脱炭精錬を行い、得られた溶鋼１を取鍋等の溶鋼保持容器３に出鋼する。出鋼の際に脱炭精錬により発生した一次精錬炉内のスラグ２もその一部が溶鋼１と共に溶鋼保持容器３内に注入される。出鋼後、溶鋼保持容器３内の溶鋼１を覆っているスラグ２上にＡｌを含有するスラグ改質剤４を添加する。この場合、出鋼時に溶鋼１をＡｌ等で脱酸しても良く、又、未脱酸のままでも良い。即ち、Ａｌを含有するスラグ改質剤４を添加する際に溶鋼１は脱酸されていても又は未脱酸のままでもどちらでも良い。又、スラグ改質剤４を添加する時期は、連続鋳造工程の前であれば転炉等の一次精錬炉からの出鋼直後でも、ＲＨ真空脱ガス装置や取鍋精錬炉等の二次精錬炉での処理中若しくは処理後でも構わない。又、スラグ改質剤４をスラグ２上に分散して添加できる装置であれば、特に専用の添加設備を用いる必要はない。
【００３７】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４の添加直前にスラグ２中のＦｅＯ濃度を測定する。ＦｅＯ濃度の測定はスラグ２を採取して化学分析により求めることも可能ではあるが、固体電解質を用いた酸素センサー５を用いてＦｅＯ濃度を測定することが好ましい。この場合、酸素センサー５によりスラグ２の酸素ポテンシャルを測定し、酸素ポテンシャルとＦｅＯ濃度との検量線を予め作成しておくことで、瞬時にスラグ２のＦｅＯ濃度を測定することができる。
【００３８】
又、溶鋼保持容器３内のスラグ２の質量を測定する。スラグ２の質量は、スラグ２の厚みの測定又は溶鋼１を覆うスラグ２の面積率の目視測定等により測定することができる。溶鋼保持容器３内に収容された溶鋼量から、溶鋼トン当たりのスラグ量（Ｗs ）を求める。スラグ２の質量測定は、スラグ改質剤４の添加前に予め行えば良い。又、溶鋼量は転炉等の一次精錬炉から溶鋼保持容器３への出鋼時に溶鋼保持容器３を秤量することで把握することができる。
【００３９】
このようにして測定したスラグ２のＦｅＯ濃度（%FeO）とスラグ量（Ｗs ）とを前述の（２）式に代入し、スラグ２の還元に必要なＡｌ添加量（ＱAl）の範囲を設定する。そして、スラグ改質剤４のＡｌ含有量に応じて、Ａｌ添加量が（２）式の範囲内の任意の量になるように設定し、投入装置６を介してスラグ２上へ添加する。
【００４０】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４としては、金属Ａｌ、Ａｌ灰、金属Ａｌ又はＡｌ灰とＣａＯやＡｌ2 Ｏ3 等のフラックスとの混合物等を用いることができる。スラグ改質剤４中のＡｌの大きさは、溶鋼成分へ影響を及ぼさないために最大径がスラグ厚みより小さいことが望ましく、又、小さすぎると飛散して歩留まりが低下するので、歩留まり向上の観点から、添加時に飛散しない程度であることが好ましい。
【００４１】
スラグ改質剤４の添加に前後して、スラグ２或いは溶鋼１に浸漬させたバブリングランス７からＡｒ等の不活性ガスを吹き込み、ガス気泡８によりスラグ２を強制的に攪拌する。この攪拌により、添加したＡｌとスラグ２中の鉄酸化物との反応が迅速に起こり、スラグ２中のＦｅＯ濃度は３％以下まで低下し、それ以降のスラグ２による溶鋼１の再酸化を抑制することができる。
【００４２】
その後、次工程の二次精錬設備や連続鋳造設備や普通造塊設備等の鋳造設備に溶鋼保持容器３を搬出する。
【００４３】
このようにしてスラグ２を処理することで、溶鋼１にＡｌが添加されることなく、スラグ２のＦｅＯ濃度を迅速に且つ安定して低くすることができ、その結果、溶鋼１のスラグ２による再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となる。
【００４４】
【実施例】
［実施例１］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、出鋼後、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、スラグ改質剤として金属Ａｌを用いて、酸素／Ａｌ比が５０〜４００の範囲となるように最大径が１〜１０ｃｍ程度の金属Ａｌの添加量を調整してスラグ上に添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。この試験では、Ａｌ添加後にスラグ及び溶鋼の強制的な撹拌は行わなかった。
【００４５】
その後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要な精錬を施した後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。溶鋼の清浄性は、この表面欠陥の発生率を指数化した製品欠陥指数で評価した。製品欠陥指数が低いほど、清浄性が高いことを表しており、本発明では製品欠陥指数が０．５以下を清浄性に優れると評価した。
【００４６】
表１に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図３に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１及び図３に示すように、酸素／Ａｌ比が３００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が１００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、添加後のスラグを採取してみると、未反応のＡｌが見られ、経済的に問題があることが分かった。
【００４９】
又、本実施例ではスラグの厚みは５．１ｃｍ以上であり、最大径がそれ以上のＡｌを添加した場合（試験Ｎo.１２，１３）には、Ａｌが一部溶鋼へ達したため、酸素／Ａｌ比がほぼ同一である試験Ｎo.３〜５に比較してスラグの還元がやや不足したが、製品欠陥指数は０．５以下を確保できた。このように、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲では清浄性の高い薄鋼板製品を得ることができ、特に、Ａｌの最大径が５ｃｍ以下の場合では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００５０】
従来、スラグの酸素濃度を測定しないでスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然１００〜３００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７０％程度であった。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００５１】
［実施例２］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して精錬した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず真空脱炭処理し、次いで、溶鋼中の溶解酸素量を酸素センサーで測定して、溶解酸素を脱酸するために必要な金属Ａｌ量と製品成分規格（０．０２〜０．０４質量％）を満足するために必要な金属Ａｌ量との合計量を添加した。
【００５２】
その後、環流用Ａｒ流量を３０００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空槽内の圧力を６６．７〜２６６．６Ｐａ（０．５〜２ｔｏｒｒ）の状態に維持したまま、スラグ改質剤として直径が１ｃｍ程度の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加した。その際、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、酸素／Ａｌ比が５０〜３５０の範囲となるように金属Ａｌ量を調整して添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。スラグ改質剤添加後、必要に応じて溶鋼を環流させてＲＨ真空脱ガス装置による精錬を終了した。この環流中、溶鋼の成分調整を行った。
【００５３】
その後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００５４】
表２に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図４に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２及び図４に示すように、酸素／Ａｌ比が３００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が１００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、添加後のスラグを採取してみると、未反応のＡｌが見られ、経済的に問題があることが分かった。一方、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００５７】
従来、ＲＨ真空脱ガス装置においてスラグの酸素濃度を測定しないで金属Ａｌを添加してスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然１００〜３００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７５％程度であった。尚、表２の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００５８】
［実施例３］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、出鋼後、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、取鍋の周方向４箇所に設置したランスを取鍋内の溶鋼に浸漬させ、これらのランスからＡｒを吹き込んでスラグを攪拌しつつ、スラグ改質剤として金属Ａｌを用いて、酸素／Ａｌ比が２５０〜４５０の範囲となるように最大径が１〜１０ｃｍ程度の金属Ａｌの添加量を調整してスラグ上に添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。
【００５９】
その後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要な精錬を施した後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００６０】
表３に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図５に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００６１】
【表３】
【００６２】
表３及び図５に示すように、酸素／Ａｌ比が４００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が３００未満でも、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、溶鋼のＡｌ濃度が増加するので成分調整に配慮する必要があり、過剰にＡｌが添加されているため、経済的にも問題があることが分かった。
【００６３】
又、本実施例ではスラグの厚みは５．１ｃｍ以上であり、最大径がそれ以上のＡｌを添加した場合（試験Ｎo.１１，１２）には、Ａｌが一部溶鋼へ達したため、酸素／Ａｌ比がほぼ同一である試験Ｎo.３〜５に比較してスラグの還元がやや不足したが、製品欠陥指数は０．５以下を確保できた。このように、酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲では清浄性の高い薄鋼板製品を得ることができ、特に、Ａｌの最大径が５ｃｍ以下の場合では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００６４】
従来、スラグの酸素濃度を測定しないでスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然３００〜４００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７０％程度であった。尚、表３の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００６５】
［実施例４］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して精錬した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず真空脱炭処理し、次いで、溶鋼中の溶解酸素量を酸素センサーで測定して、溶解酸素を脱酸するために必要な金属Ａｌ量と製品成分規格（０．０２〜０．０４質量％）を満足するために必要な金属Ａｌ量との合計量を添加した。
【００６６】
その後、環流用Ａｒ流量を３０００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空槽内の圧力を６６．７〜２６６．６Ｐａ（０．５〜２ｔｏｒｒ）の状態に維持したまま、取鍋の周方向４箇所に設置したランスを取鍋内の溶鋼に浸漬させ、これらのランスからＡｒを吹き込んでスラグを攪拌しつつ、スラグ改質剤として直径が１ｃｍ程度の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加した。その際、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、酸素／Ａｌ比が２５０〜４５０の範囲となるように金属Ａｌ量を調整して添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。スラグ改質剤添加後、必要に応じて溶鋼を環流させてＲＨ真空脱ガス装置による精錬を終了した。この環流中、溶鋼の成分調整を行った。
【００６７】
その後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００６８】
表４に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図６に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００６９】
【表４】
【００７０】
表４及び図６に示すように、酸素／Ａｌ比が４００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が３００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、経済的に問題があることが分かった。酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００７１】
従来、ＲＨ真空脱ガス装置においてスラグの酸素濃度を測定しないで金属Ａｌを添加してスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然３００〜４００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７５％程度であった。尚、表４の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、スラグ還元用Ａｌをスラグ中のＦｅＯ濃度に応じて添加するので、過剰なＡｌを添加することなく、スラグのＦｅＯ濃度を安定して低くすることができ、その結果、溶鋼のスラグによる再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す模式図である。
【図２】本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す模式図である。
【図３】実施例１における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図４】実施例２における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図５】実施例３における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図６】実施例４における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶鋼
２ スラグ
３ 溶鋼保持容器
４ スラグ改質剤
５ 酸素センサー
６ 投入装置
７ バブリングランス
８ ガス気泡
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄性に優れた鋼の製造方法に関し、詳しくは、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼の清浄性を高める方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物元素を極限まで低減することが望まれており、溶鋼段階での鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。鋼中の不純物元素の１つである酸素は、鋼中に酸化物として存在した場合、鋼板における欠陥の原因となる。
【０００３】
鋼の精錬段階において、鋼中に酸化物を生成させる要因の１つとして、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼と溶鋼上に浮遊するスラグとの反応、即ち、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物による溶鋼の再酸化が挙げられており、こうした背景からスラグによる溶鋼の再酸化を防止する対策が実施されている。
【０００４】
従来、この対策は溶鋼保持容器内のスラグにＡｌ等の脱酸剤（還元剤とも云う）を添加し、スラグを還元する方法が採られている。例えば、特開平２−３０７１１号公報には、精錬炉から取鍋への出鋼直後、未脱酸状態の溶鋼上で浮遊するスラグ上に脱酸剤を添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、特開平２−９３０１７号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置における真空脱炭処理後に取鍋内スラグにＡｌを添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、又、特開平７−３４１１７号公報には、出鋼中若しくは出鋼直後に取鍋内スラグにスラグ還元に必要な量の一部の脱酸剤を添加し、真空脱ガス精錬中に残りの脱酸剤を取鍋内スラグに添加する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の３つの公報を始めとして従来のスラグ改質方法では、スラグ還元用の脱酸剤を添加する際に、スラグ中の低級酸化物濃度が不明であるため、添加する脱酸剤が不足する場合には、スラグの還元が十分に行われず、一方、添加する脱酸剤が過剰の場合には、スラグの還元用に添加した脱酸剤が溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になるという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スラグ改質剤としての過剰のＡｌ添加を防止しつつ、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼のスラグによる再酸化を防止して、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。以下に研究結果を説明する。
【０００８】
スラグを還元するために必要なＡｌ量は、スラグ中のＦｅＯ濃度に依存しており、従って、Ａｌを過剰に添加すればスラグ還元用に添加したＡｌが溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になり、一方、添加するＡｌが不足する場合にはスラグの還元が十分に行われない。そこで、溶鋼上に存在するスラグのＦｅＯ濃度を測定し、測定したＦｅＯ濃度に応じて添加するＡｌ量を決めれば、過不足なくＡｌを添加することができるとの知見を得た。
【０００９】
この場合、Ａｌ添加後にスラグを撹拌してスラグとＡｌとを強制的に混合した場合と、強制的に混合しない場合とで、スラグ還元に必要なＡｌ量に差が生じることも判明した。即ち、強制的に混合した場合には、必要最小限のＡｌ量でスラグの還元が行われるという知見も得た。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づきなされたもので、第１の発明による高清浄鋼の製造方法は、精錬炉で精錬した溶鋼を溶鋼保持容器に出鋼した後、この溶鋼上に存在するスラグへＡｌを含有するスラグ改質剤を添加してスラグを改質する際に、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグのＦｅＯ濃度を分析するとともに、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグ量を測定し、前記分析により得たスラグ中ＦｅＯ濃度と、前記測定により得たスラグ量と、に応じて、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（１）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、溶鋼及びスラグを不活性ガスにより撹拌することなくスラグの酸化度を低減させるか、或いは、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（２）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、スラグ又は溶鋼を不活性ガスにより撹拌してスラグの酸化度を低減させることを特徴とするものである。但し、（１）式及び（２）式において、（%FeO）はスラグ中のＦｅＯ濃度（質量％）、Ｗs はスラグ量（kg/ton-steel）、ＱAlはスラグ改質剤中のＡｌ添加量（kg/ton-steel）を表すものである。
【００１１】
【数１】
【数２】
第２の発明による高清浄鋼の製造方法は、第１の発明において、スラグ中のＦｅＯ濃度を、固体電解質を用いた酸素センサーにより測定することを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明による高清浄鋼の製造方法は、第１の発明又は第２の発明において、その最大径が溶鋼上に存在するスラグの厚みより小さいＡｌを含有するスラグ改質剤を用いることを特徴とするものである。
【００１６】
スラグ中の鉄酸化物をＡｌにより還元する反応は、下記の（３）式に例示するように、鉄酸化物の形態に関わらず、３個のＦｅ原子と２個のＡｌ原子とが反応して還元反応が行われる。
【００１７】
【数３】
従って、スラグ中の全ての鉄酸化物をＡｌにより還元する場合には、スラグ中のＦｅＯ濃度（質量％）と、溶鋼上に存在するスラグ量Ｗs （kg/ton-steel）と、スラグ改質剤中のＡｌ添加量ＱAl（kg/ton-steel）即ちスラグ還元用のＡｌ添加量との間には、Ｆｅ及びＡｌの原子量から化学量論的に下記の（４）式が成立する。（４）式の左辺はスラグ中の酸素量と添加するＡｌ量との比を表している。
【００１９】
【数４】
それ故、（４）式の左辺に示す［（%FeO）Ｗs ／ＱAl］の比（以下「酸素／Ａｌ比」と記す）が３９７を越える場合には、添加するＡｌが不足する状態を表し、一方、酸素／Ａｌ比が３９７よりも小さくなる場合には、添加するＡｌが過剰である状態を表すことになる。
【００２１】
そこで、溶鋼上に存在するスラグのＦｅＯ濃度及びスラグの質量を測定すると共に、スラグ還元用のＡｌ添加量を種々変更して酸素／Ａｌ比を変更し、薄鋼板における酸化物系介在物による欠陥発生率に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。この場合、Ａｌ添加後にスラグに浸漬させたランスからＡｒを吹き込み、スラグを強制的に撹拌した場合と、強制的に撹拌しない場合の２水準について試験した。
【００２２】
その結果、以下のことが判明した。スラグの強制撹拌の有無に拘わらず、酸素／Ａｌ比が大きくなるほど薄鋼板における欠陥発生率は増加するが、スラグを強制的に撹拌しない場合には、酸素／Ａｌ比が３００以下であれば、スラグによる溶鋼の再酸化は清浄性への影響がほとんどないレベルまで低減し、欠陥発生率は目標とする範囲に収まることが分かった。このようにＡｌ添加量が（４）式に示した化学量論量以上に必要な理由は、Ａｌ添加後にスラグの攪拌を実施しないので、空気との反応によりＡｌが酸化し、効率が落ちるためである。一方、酸素／Ａｌ比が１００未満では、溶鋼の清浄性の改善効果は飽和して変わらずに、過剰に添加されるＡｌが無駄になるために製造コストの上昇を招くと共に、溶鋼のＡｌ濃度が増加して成分規格を越える場合が発生する。
【００２３】
従って、スラグを強制的に撹拌しない場合を前提とした第１の発明では、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲となるように、即ち、上記の（１）式を満足する範囲でスラグ還元用のＡｌ添加量を設定することにした。
【００２４】
又、スラグを強制的に撹拌した場合には、酸素／Ａｌ比が４００以下であれば、スラグによる溶鋼の再酸化は清浄性への影響がほとんどないレベルまで低減し、欠陥発生率は目標とする範囲に収まることが分かった。一方、酸素／Ａｌ比が３００未満では、溶鋼の清浄性の改善効果は飽和して変わらずに、過剰に添加されるＡｌが無駄になるために製造コストの上昇を招くと共に、溶鋼のＡｌ濃度が増加して成分規格を越える場合が発生する。
【００２５】
従って、スラグを強制的に撹拌する場合を前提とした第２の発明では、酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲となるように、即ち、上記の（２）式を満足する範囲でスラグ還元用のＡｌ添加量を設定することにした。
【００２６】
この場合、スラグのＦｅＯ濃度の測定は、オンラインでの迅速測定が可能であるので、固体電解質を用いた酸素センサーにより行うことが好ましい。又、様々な大きさのＡｌを含有するスラグ改質剤を取鍋内スラグへ添加し、スラグ組成及びメタル組成を調査した結果、Ａｌの最大径が取鍋内溶鋼上のスラグ厚みより大きいスラグ改質剤をスラグ上へ添加した場合には、Ａｌがスラグを突き抜けて溶鋼へ到達し、溶鋼組成に影響を及ぼす場合も生じることが判明した。従って、これを防止するためには、その最大径が溶鋼保持容器内溶鋼上のスラグ厚みより小さいＡｌを含有する改質剤を使用することが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず、第１の実施の形態について、図１に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図であって、溶鋼保持容器内にスラグ改質剤を投入する様子を示す概略図である。
【００２８】
転炉や電気炉等の一次精錬炉にて脱炭精錬を行い、得られた溶鋼１を取鍋等の溶鋼保持容器３に出鋼する。出鋼の際に脱炭精錬により発生した一次精錬炉内のスラグ２もその一部が溶鋼１と共に溶鋼保持容器３内に注入される。出鋼後、溶鋼保持容器３内の溶鋼１を覆っているスラグ２上にＡｌを含有するスラグ改質剤４を添加する。この場合、出鋼時に溶鋼１をＡｌ等で脱酸しても良く、又、未脱酸のままでも良い。即ち、Ａｌを含有するスラグ改質剤４を添加する際に溶鋼１は脱酸されていても又は未脱酸のままでもどちらでも良い。又、スラグ改質剤４を添加する時期は、連続鋳造工程の前であれば転炉等の一次精錬炉からの出鋼直後でも、ＲＨ真空脱ガス装置や取鍋精錬炉等の二次精錬炉での処理中若しくは処理後でも構わない。又、スラグ改質剤４をスラグ２上に分散して添加できる装置であれば、特に専用の添加設備を用いる必要はない。
【００２９】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４の添加直前にスラグ２中のＦｅＯ濃度を測定する。ＦｅＯ濃度の測定はスラグ２を採取して化学分析により求めることも可能ではあるが、固体電解質を用いた酸素センサー５を用いてＦｅＯ濃度を測定することが好ましい。この場合、酸素センサー５によりスラグ２の酸素ポテンシャルを測定し、酸素ポテンシャルとＦｅＯ濃度との検量線を予め作成しておくことで、瞬時にスラグ２のＦｅＯ濃度を測定することができる。
【００３０】
又、溶鋼保持容器３内のスラグ２の質量を測定する。スラグ２の質量は、スラグ２の厚みの測定又は溶鋼１を覆うスラグ２の面積率の目視測定等により測定することができる。溶鋼保持容器３内に収容された溶鋼量から、溶鋼トン当たりのスラグ量（Ｗs ）を求める。スラグ２の質量測定は、スラグ改質剤４の添加前に予め行えば良い。又、溶鋼量は転炉等の一次精錬炉から溶鋼保持容器３への出鋼時に溶鋼保持容器３を秤量することで把握することができる。
【００３１】
このようにして測定したスラグ２のＦｅＯ濃度（%FeO）とスラグ量（Ｗs ）とを前述の（１）式に代入し、スラグ２の還元に必要なＡｌ添加量（ＱAl）の範囲を設定する。そして、スラグ改質剤４のＡｌ含有量に応じて、Ａｌ添加量が（１）式の範囲内の任意の量になるように設定し、投入装置６を介してスラグ２上へ添加する。
【００３２】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４としては、金属Ａｌ、Ａｌ灰、金属Ａｌ又はＡｌ灰とＣａＯやＡｌ2 Ｏ3 等のフラックスとの混合物等を用いることができる。スラグ改質剤４中のＡｌの大きさは、溶鋼成分へ影響を及ぼさないために最大径がスラグ厚みより小さいことが望ましく、又、小さすぎると飛散して歩留まりが低下するので、歩留まり向上の観点から、添加時に飛散しない程度であることが好ましい。
【００３３】
その後、次工程の二次精錬設備や連続鋳造設備や普通造塊設備等の鋳造設備に溶鋼保持容器３を搬出する。
【００３４】
このようにしてスラグ２を処理することで、溶鋼１にＡｌが添加されることなく、スラグ２のＦｅＯ濃度を迅速に且つ安定して低くすることができ、その結果、溶鋼１のスラグ２による再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態について図２に基づき説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態を示す図であって、溶鋼保持容器内にスラグ改質剤を投入する様子を示す概略図である。第２の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同一であり、従って重複する点が多いが、以下に詳細に説明する。
【００３６】
転炉や電気炉等の一次精錬炉にて脱炭精錬を行い、得られた溶鋼１を取鍋等の溶鋼保持容器３に出鋼する。出鋼の際に脱炭精錬により発生した一次精錬炉内のスラグ２もその一部が溶鋼１と共に溶鋼保持容器３内に注入される。出鋼後、溶鋼保持容器３内の溶鋼１を覆っているスラグ２上にＡｌを含有するスラグ改質剤４を添加する。この場合、出鋼時に溶鋼１をＡｌ等で脱酸しても良く、又、未脱酸のままでも良い。即ち、Ａｌを含有するスラグ改質剤４を添加する際に溶鋼１は脱酸されていても又は未脱酸のままでもどちらでも良い。又、スラグ改質剤４を添加する時期は、連続鋳造工程の前であれば転炉等の一次精錬炉からの出鋼直後でも、ＲＨ真空脱ガス装置や取鍋精錬炉等の二次精錬炉での処理中若しくは処理後でも構わない。又、スラグ改質剤４をスラグ２上に分散して添加できる装置であれば、特に専用の添加設備を用いる必要はない。
【００３７】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４の添加直前にスラグ２中のＦｅＯ濃度を測定する。ＦｅＯ濃度の測定はスラグ２を採取して化学分析により求めることも可能ではあるが、固体電解質を用いた酸素センサー５を用いてＦｅＯ濃度を測定することが好ましい。この場合、酸素センサー５によりスラグ２の酸素ポテンシャルを測定し、酸素ポテンシャルとＦｅＯ濃度との検量線を予め作成しておくことで、瞬時にスラグ２のＦｅＯ濃度を測定することができる。
【００３８】
又、溶鋼保持容器３内のスラグ２の質量を測定する。スラグ２の質量は、スラグ２の厚みの測定又は溶鋼１を覆うスラグ２の面積率の目視測定等により測定することができる。溶鋼保持容器３内に収容された溶鋼量から、溶鋼トン当たりのスラグ量（Ｗs ）を求める。スラグ２の質量測定は、スラグ改質剤４の添加前に予め行えば良い。又、溶鋼量は転炉等の一次精錬炉から溶鋼保持容器３への出鋼時に溶鋼保持容器３を秤量することで把握することができる。
【００３９】
このようにして測定したスラグ２のＦｅＯ濃度（%FeO）とスラグ量（Ｗs ）とを前述の（２）式に代入し、スラグ２の還元に必要なＡｌ添加量（ＱAl）の範囲を設定する。そして、スラグ改質剤４のＡｌ含有量に応じて、Ａｌ添加量が（２）式の範囲内の任意の量になるように設定し、投入装置６を介してスラグ２上へ添加する。
【００４０】
Ａｌを含有するスラグ改質剤４としては、金属Ａｌ、Ａｌ灰、金属Ａｌ又はＡｌ灰とＣａＯやＡｌ2 Ｏ3 等のフラックスとの混合物等を用いることができる。スラグ改質剤４中のＡｌの大きさは、溶鋼成分へ影響を及ぼさないために最大径がスラグ厚みより小さいことが望ましく、又、小さすぎると飛散して歩留まりが低下するので、歩留まり向上の観点から、添加時に飛散しない程度であることが好ましい。
【００４１】
スラグ改質剤４の添加に前後して、スラグ２或いは溶鋼１に浸漬させたバブリングランス７からＡｒ等の不活性ガスを吹き込み、ガス気泡８によりスラグ２を強制的に攪拌する。この攪拌により、添加したＡｌとスラグ２中の鉄酸化物との反応が迅速に起こり、スラグ２中のＦｅＯ濃度は３％以下まで低下し、それ以降のスラグ２による溶鋼１の再酸化を抑制することができる。
【００４２】
その後、次工程の二次精錬設備や連続鋳造設備や普通造塊設備等の鋳造設備に溶鋼保持容器３を搬出する。
【００４３】
このようにしてスラグ２を処理することで、溶鋼１にＡｌが添加されることなく、スラグ２のＦｅＯ濃度を迅速に且つ安定して低くすることができ、その結果、溶鋼１のスラグ２による再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となる。
【００４４】
【実施例】
［実施例１］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、出鋼後、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、スラグ改質剤として金属Ａｌを用いて、酸素／Ａｌ比が５０〜４００の範囲となるように最大径が１〜１０ｃｍ程度の金属Ａｌの添加量を調整してスラグ上に添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。この試験では、Ａｌ添加後にスラグ及び溶鋼の強制的な撹拌は行わなかった。
【００４５】
その後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要な精錬を施した後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。溶鋼の清浄性は、この表面欠陥の発生率を指数化した製品欠陥指数で評価した。製品欠陥指数が低いほど、清浄性が高いことを表しており、本発明では製品欠陥指数が０．５以下を清浄性に優れると評価した。
【００４６】
表１に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図３に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００４７】
【表１】
表１及び図３に示すように、酸素／Ａｌ比が３００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が１００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、添加後のスラグを採取してみると、未反応のＡｌが見られ、経済的に問題があることが分かった。
【００４９】
又、本実施例ではスラグの厚みは５．１ｃｍ以上であり、最大径がそれ以上のＡｌを添加した場合（試験Ｎo.１２，１３）には、Ａｌが一部溶鋼へ達したため、酸素／Ａｌ比がほぼ同一である試験Ｎo.３〜５に比較してスラグの還元がやや不足したが、製品欠陥指数は０．５以下を確保できた。このように、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲では清浄性の高い薄鋼板製品を得ることができ、特に、Ａｌの最大径が５ｃｍ以下の場合では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００５０】
従来、スラグの酸素濃度を測定しないでスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然１００〜３００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７０％程度であった。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００５１】
［実施例２］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して精錬した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず真空脱炭処理し、次いで、溶鋼中の溶解酸素量を酸素センサーで測定して、溶解酸素を脱酸するために必要な金属Ａｌ量と製品成分規格（０．０２〜０．０４質量％）を満足するために必要な金属Ａｌ量との合計量を添加した。
【００５２】
その後、環流用Ａｒ流量を３０００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空槽内の圧力を６６．７〜２６６．６Ｐａ（０．５〜２ｔｏｒｒ）の状態に維持したまま、スラグ改質剤として直径が１ｃｍ程度の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加した。その際、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、酸素／Ａｌ比が５０〜３５０の範囲となるように金属Ａｌ量を調整して添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。スラグ改質剤添加後、必要に応じて溶鋼を環流させてＲＨ真空脱ガス装置による精錬を終了した。この環流中、溶鋼の成分調整を行った。
【００５３】
その後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００５４】
表２に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図４に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００５５】
【表２】
表２及び図４に示すように、酸素／Ａｌ比が３００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が１００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、添加後のスラグを採取してみると、未反応のＡｌが見られ、経済的に問題があることが分かった。一方、酸素／Ａｌ比が１００〜３００の範囲では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００５７】
従来、ＲＨ真空脱ガス装置においてスラグの酸素濃度を測定しないで金属Ａｌを添加してスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然１００〜３００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７５％程度であった。尚、表２の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００５８】
［実施例３］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、出鋼後、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、取鍋の周方向４箇所に設置したランスを取鍋内の溶鋼に浸漬させ、これらのランスからＡｒを吹き込んでスラグを攪拌しつつ、スラグ改質剤として金属Ａｌを用いて、酸素／Ａｌ比が２５０〜４５０の範囲となるように最大径が１〜１０ｃｍ程度の金属Ａｌの添加量を調整してスラグ上に添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。
【００５９】
その後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要な精錬を施した後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００６０】
表３に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図５に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００６１】
【表３】
表３及び図５に示すように、酸素／Ａｌ比が４００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が３００未満でも、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、溶鋼のＡｌ濃度が増加するので成分調整に配慮する必要があり、過剰にＡｌが添加されているため、経済的にも問題があることが分かった。
【００６３】
又、本実施例ではスラグの厚みは５．１ｃｍ以上であり、最大径がそれ以上のＡｌを添加した場合（試験Ｎo.１１，１２）には、Ａｌが一部溶鋼へ達したため、酸素／Ａｌ比がほぼ同一である試験Ｎo.３〜５に比較してスラグの還元がやや不足したが、製品欠陥指数は０．５以下を確保できた。このように、酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲では清浄性の高い薄鋼板製品を得ることができ、特に、Ａｌの最大径が５ｃｍ以下の場合では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００６４】
従来、スラグの酸素濃度を測定しないでスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然３００〜４００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７０％程度であった。尚、表３の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００６５】
［実施例４］
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して精錬した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず真空脱炭処理し、次いで、溶鋼中の溶解酸素量を酸素センサーで測定して、溶解酸素を脱酸するために必要な金属Ａｌ量と製品成分規格（０．０２〜０．０４質量％）を満足するために必要な金属Ａｌ量との合計量を添加した。
【００６６】
その後、環流用Ａｒ流量を３０００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空槽内の圧力を６６．７〜２６６．６Ｐａ（０．５〜２ｔｏｒｒ）の状態に維持したまま、取鍋の周方向４箇所に設置したランスを取鍋内の溶鋼に浸漬させ、これらのランスからＡｒを吹き込んでスラグを攪拌しつつ、スラグ改質剤として直径が１ｃｍ程度の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加した。その際、取鍋内のスラグのＦｅＯ濃度を酸素センサーにより測定し、酸素／Ａｌ比が２５０〜４５０の範囲となるように金属Ａｌ量を調整して添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗs ）はスラグ厚みと取鍋の内径から算出した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。スラグ改質剤添加後、必要に応じて溶鋼を環流させてＲＨ真空脱ガス装置による精錬を終了した。この環流中、溶鋼の成分調整を行った。
【００６７】
その後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００６８】
表４に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図６に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す。
【００６９】
【表４】
表４及び図６に示すように、酸素／Ａｌ比が４００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が３００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、過剰にＡｌが添加されているため、経済的に問題があることが分かった。酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲では清浄性が高く、又、スラグ中に未反応のＡｌも残留していなかった。
【００７１】
従来、ＲＨ真空脱ガス装置においてスラグの酸素濃度を測定しないで金属Ａｌを添加してスラグ改質を実施した場合にも、酸素／Ａｌ比が偶然３００〜４００の範囲だったものは製品欠陥指数が低くなったが、その割合は７５％程度であった。尚、表４の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示した。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、スラグ還元用Ａｌをスラグ中のＦｅＯ濃度に応じて添加するので、過剰なＡｌを添加することなく、スラグのＦｅＯ濃度を安定して低くすることができ、その結果、溶鋼のスラグによる再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す模式図である。
【図２】本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す模式図である。
【図３】実施例１における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図４】実施例２における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図５】実施例３における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図６】実施例４における酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶鋼
２ スラグ
３ 溶鋼保持容器
４ スラグ改質剤
５ 酸素センサー
６ 投入装置
７ バブリングランス
８ ガス気泡
Claims (3)
- 精錬炉で精錬した溶鋼を溶鋼保持容器に出鋼した後、この溶鋼上に存在するスラグへＡｌを含有するスラグ改質剤を添加してスラグを改質する際に、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグのＦｅＯ濃度を分析するとともに、スラグ改質剤添加前の前記溶鋼保持容器内のスラグ量を測定し、前記分析により得たスラグ中ＦｅＯ濃度と、前記測定により得たスラグ量と、に応じて、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（１）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、溶鋼及びスラグを不活性ガスにより撹拌することなくスラグの酸化度を低減させるか、或いは、スラグ改質剤中のＡｌ添加量が下記の（２）式を満足するようにスラグ改質剤をスラグ上へ添加し、スラグ改質剤の添加後、スラグ又は溶鋼を不活性ガスにより撹拌してスラグの酸化度を低減させることを特徴とする高清浄鋼の製造方法。
(%FeO)Ws/300≦QAl≦(%FeO)Ws/100…（１）
(%FeO)Ws/400≦Q Al ≦(%FeO)Ws/300…（２）
但し、（１）式及び（２）式において各符号は以下を表すものである。
（%FeO）：スラグ中のＦｅＯ濃度（質量％）
Ｗs ：スラグ量（kg/ton-steel）
ＱAl：スラグ改質剤中のＡｌ添加量（kg/ton-steel） - スラグ中のＦｅＯ濃度を、固体電解質を用いた酸素センサーにより測定することを特徴とする請求項１に記載の高清浄鋼の製造方法。
- その最大径が溶鋼上に存在するスラグの厚みより小さいＡｌを含有するスラグ改質剤を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高清浄鋼の製造方法。
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