JP5979029B2 - 極低硫低窒素鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋精錬を用いる極低硫低窒素鋼の製造方法に関し、具体的には、特に製品中の硫黄含有率が１０ｐｐｍ以下であるとともに窒素含有率が４０ｐｐｍ以下、好ましくは３５ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼を、安定して溶製する方法に関する。

鋼材中の窒素は、様々な製品性能の低下や必要な合金鉄使用量の増加を招き、窒化物系介在物の増加による鋼の清浄度悪化などを引き起こすため、鋼中の窒素含有率の低減が望まれている。特に、近年では従来以上の特性を有する鋼材が要求されており、鋼中の窒素含有率をさらに低減することが重要な課題になっている。

一般に、鋼中の窒素は製鋼処理中に増加することが多い。鋼中の窒素含有率は、転炉出鋼後から鋳造完了までの間における大気との接触によって、徐々に増加する。低窒素鋼を製造する技術として、溶鋼から窒素を除去する脱窒処理と、溶鋼への窒素の吸収を抑制する吸窒防止技術とが知られる。溶鋼からの脱窒反応速度はあまり高くないことが知られており、通常の方法により脱窒を図ることは経済的に困難であることが多い。したがって、処理時間を含めて経済性に優れた吸窒防止技術を確立することが重要である。

溶鋼の吸窒反応は取鍋精錬処理において最も顕著に進行する。取鍋精錬処理では、真空脱ガス装置を用いて行う操作の他に、大気圧下での溶鋼中への不活性ガス吹き込みによるスラグ−メタル間反応の促進や、溶鋼表面への酸素ガスの吹き付けによる溶鋼温度の上昇などの各種処理が行われる。これらの大気圧下での処理は、取鍋が大気中に開放された状態で行われる場合の他に、取鍋に蓋を設置したり、あるいは大径の浸漬管を用いるなど、大気との遮断処置が採られた条件下で行われる場合もある。しかし、そのような遮断処置が採られている場合でも、通常は大気との遮断が完全ではなく、Ａｒ雰囲気化等が図られているものの空気が残存する条件下で行われることが多い。特に、大気圧下で酸素ガスを吹き付けて溶鋼温度を上昇させる昇温処理において、吸窒反応が進行し易い。

大気圧下で酸素ガスを吹き付けて溶鋼温度を上昇させるこの昇温技術に関しては、多数の技術開発が行われてきた。例えば、取鍋溶鋼内に円錐状の浸漬管を浸漬させ、その浸漬管の内部でＡｌ昇熱を行う、例えば特許文献１により開示された昇熱方法が実施されている。しかし、この方法では取鍋スラグと溶鋼との反応を排除しているため、取鍋スラグを利用して促進する溶鋼の低硫化が不十分になる。

一方、特許文献２には、大気圧下で取鍋スラグを利用して溶鋼を極低硫低窒素化する取鍋精錬方法が開示されており、製品中の硫黄含有率が１０ｐｐｍ以下であるとともに窒素含有率が５０ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼が効率よく溶製されている。

特開昭６３−６９９０９号公報 特開２００８−１４４２２４号公報

特許文献２により開示された方法では、取鍋に取鍋蓋を設置して、取鍋蓋の開口部を不活性ガスまたは二酸化炭素ガスによりパージすることにより精錬中の吸窒反応を抑制できるとしている。しかし、鋼の窒素含有率を４０ｐｐｍ以下に低減するためには、取鍋精錬に至るまでの副原料投入等との工夫と組み合わせる一方、取鍋と取鍋蓋との間に存在する隙間への対処にも配慮する必要がある。すなわち、取鍋の上縁には製鋼操業中に地金やスラグが付着することがあり、取鍋と取鍋蓋との間の隙間の大きさは取鍋精錬処理毎に変動するため、窒素含有率４０ｐｐｍ以下のような低窒素鋼を安定して溶製するためには、その隙間から取鍋の内部空間に侵入してくる大気の影響を抑制するための何らかの工夫が必要になるからである。

（１）特願２０１２−２１９９６号により提案した溶製方法
本出願人は、特許文献２により開示された方法における上述の課題を解決するため、先に特願２０１２−２１９９６号により、図４に例示される基本構成を有する取鍋精錬装置０を用いて溶鋼２を下記工程１〜３で示される順序により処理する極低硫低窒素鋼の溶製方法を提案した。以下、図４を参照しながら、本出願人が特願２０１２−２１９９６号により提案した極低硫低窒素鋼の溶製方法を簡単に説明する。
工程１：大気圧下において取鍋１内の溶鋼２にＣａＯ系フラックスを添加する。
工程２：大気圧下において取鍋１の上方開口部１ａを覆い、溶鋼２の昇熱用の酸素ガスを上吹きするための酸素ランス５の挿入孔７ａと、溶鋼２の攪拌用の不活性ガスを吹き込むための浸漬ランス４の挿入孔７ｂと、合金添加孔（図示しない）とのうちの少なくとも一つを備える取鍋蓋６を設置し、取鍋蓋６の開口部および取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間を不活性ガスまたは二酸化炭素ガスによりパージし、かつ、取鍋１内の溶鋼２中に攪拌ガスを吹き込むことにより、取鍋蓋６に設けられた挿入孔７ａ，７ｂまたは合金添加孔の一方または双方から取鍋蓋６の内部６ｂへの大気の侵入を抑制しながら、溶鋼２およびＣａＯ系フラックスを攪拌するとともに、溶鋼２に酸素ガスを供給し、酸素ガスと溶鋼２との反応により生成した酸化物をＣａＯ系フラックスと混合してカバースラグ３を形成する。
工程３：酸素ガスの供給を停止し、大気圧下の取鍋１内の溶鋼２中に攪拌ガスを吹き込むことにより脱硫および介在物除去を行う。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、図４における破線丸印部を拡大して示す説明図である。

図５（ａ）に示すように、さらに工程２において、取鍋蓋６の下部６ｃの外周面６ｄに支持具１１を介して固定された供給配管９から不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２をパージすることによって、取鍋蓋６と取鍋１との隙間１０から取鍋蓋６の内側へ吸い込まれる大気を希釈し、これにより、溶鋼２への窒素吸収をさらに抑制する。

図５（ａ）において、不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２の供給配管９は、取鍋蓋６の下部６ｃの外周面６ｄの全周に張り巡らされて取り付けられ、供給配管９の下部には小さな穴またはスリット９ａが穿設されている。これにより、供給配管９の小さな穴またはスリット９ａから、不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２が隙間１０を取り囲むように吹き出される。

このガスパージは、図５（ｂ）に示すように、上部に小さな穴またはスリット９ａを穿設された供給配管９から不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２を噴出させることによって、溶鋼２への窒素吸収抑制効果をさらに高めることができる。図５（ｂ）では、供給配管９の上部に小さな穴またはスリット９ａが穿設されるとともに、その供給配管９の上方および側方を取り囲むようにカバー８が設置されている。このようにカバー８により上方および側方を取り囲まれた空間内で不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２を上向きに噴出させることにより、カバー８の下方に位置する隙間１０の周囲に不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１２の濃度が高く、かつ空気濃度が低い領域１３を形成する。これにより、取鍋蓋６の内部６ｂへ吸い込まれる大気が希釈されるため、取鍋蓋６の内側の窒素濃度が低下して溶鋼２への窒素吸収が抑制される。

これらのガスパージによる大気の希釈効果は、取鍋蓋６の開口部や取鍋蓋６と取鍋１との隙間１０の寸法等に影響される。パージガス流量と体積との比をパラメータに採って、そのパラメータの適正な範囲を説明する。

先ず、体積の指標として「取鍋蓋６の内部６ｂの体積とフリーボードの体積の合計」を採り、その体積をＶ（ｍ^３）とする。この「取鍋蓋６の内部６ｂの体積とフリーボードの体積の合計」を言い換えると、「取鍋１内の溶鋼２上にあるスラグ面と取鍋２の内壁および取鍋蓋６の内壁とにより囲まれた空間の体積」である。

次に、取鍋１と取鍋蓋６との隙間１０のパージガス流量をＱ_１（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）とするとともに取鍋蓋６の開口部のパージガス流量をＱ_２（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）として、（Ｑ_１／Ｖ），（Ｑ_２／Ｖ）の値と、取鍋精錬処理の工程２および工程３の間での溶鋼中窒素吸収濃度との関係を説明する。

「取鍋蓋６の開口部のパージガス流量」には、取鍋１上に設置した取鍋蓋６と溶鋼２の表面との間の空間に吹き込むパージガス（不活性ガスまたは二酸化炭素ガス）の流量と、取鍋蓋６に設けられた挿入孔７ａ，７ｂおよび／または合金添加孔の開口部分に吹き付けるパージガス（不活性ガスまたは二酸化炭素ガス）の流量の両方が含まれる。この取鍋１上に設置した取鍋蓋６と溶鋼２の表面との間の空間に吹き込むパージと、その取鍋蓋６に設けられた挿入孔７ａ，７ｂまたは合金添加孔の一方または双方の開口部分に吹き付けるパージとは、取鍋精錬装置０の形状や大きさにより適宜使い分ければよいものであって、開口部から取鍋蓋６の内部６ｂへの大気の侵入を抑制し、侵入した大気を希釈する効果としては、特に区別を要さない。

図４に示した取鍋精錬装置０を用い、取鍋１と取鍋蓋６との隙間１０への供給配管９に、図５（ａ）に示したものと、図５（ｂ）に示したものとを使い分けて、溶鋼２の窒素吸収抑制効果を比較して調査した結果を説明する。

共通する精錬条件として、転炉で吹錬した２５０トン（ｔ）の溶鋼を転炉から取鍋１へ出鋼する間に、転炉からの出鋼流の取鍋１内の溶鋼２の表面への落ち口へ向けて、ＣａＯ成分含有率が９２質量％の生石灰を１０ｋｇ／ｔ添加した後、金属Ａｌを添加して出鋼を完了した。

転炉吹錬終了時の溶鋼成分は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．４％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：２７〜２８ｐｐｍ、Ｎ：１３〜１４ｐｐｍであった。なお、以下の説明において、成分含有率を表す「％」は、「質量％」を意味するものとする。

転炉からの出鋼時に溶鋼２にＡｌを添加し、工程２におけるＡｒガスの吹込みによる攪拌開始前時点における溶鋼２中のＡｌ含有率を０．２５％に調整した。

その後、図５（ａ）または図５（ｂ）に示す取鍋１と取鍋蓋６との隙間１０へのパージガスの供給配管９を下部に取り付けた取鍋蓋６を取鍋１の上部に装着し、大気圧下において、取鍋蓋６に設けたランス挿入孔７ａ，７ｂと酸素ランス５，浸漬ランス４との隙間、および取鍋１と取鍋蓋６との隙間１０にＡｒガスを吹き付けながら、溶鋼２とスラグ３を撹拌するためのＡｒガスを昇降可能な浸漬ランス４を介して溶鋼２中へ吹き込み、かつ、昇降可能な酸素ランス５を介して溶鋼２の上部表面に酸素ガスを上吹きした。

溶鋼２とスラグ３を撹拌するためのＡｒガスの流量は、工程２と工程３を通じて溶鋼１トン（ｔ）当り０．０１２Ｎｍ^３／ｍｉｎで継続し、酸素ガスの上吹きは、工程２において溶鋼１トン（ｔ）当り０．１５０Ｎｍ^３／ｍｉｎの吹き付け速度で、合計で１．２Ｎｍ^３／ｔを吹き付けた。

酸素の上吹きを終了した後、工程３として、引き続き溶鋼２にＡｒガスを吹き込み、１０分間攪拌した。

この試験における取鍋蓋６の内部６ｂの体積とフリーボードの体積の合計Ｖは３４ｍ^３であった。

パージガスとしてＡｒを用い、下記試験Ａ〜Ｅで比較調査した。
試験Ａ．不活性ガスまたは二酸化炭素ガスパージ実施なし
試験Ｂ．取鍋蓋６の開口部のみＡｒガスパージを実施
試験Ｃ．図５（ａ）のガス供給配管９を用いて取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のみＡｒガスパージを実施
試験Ｄ．試験Ｂに加えて、試験Ｃ（図５（ａ）のガス供給配管９を用いて取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０をＡｒガスパージ）も実施
試験Ｅ．試験Ｂに加えて、試験Ｃ’（図５（ｂ）のガス供給配管９を用いて取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０をＡｒガスパージ）も実施
試験Ａは、従来例１であって、工程２および工程３を通じて取鍋蓋６は設置したものの、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスパージは一切行わずに撹拌用Ａｒを吹込んだ。

試験Ｂは、従来例２であって、工程２および工程３を通じて取鍋蓋６を設置し、取鍋蓋６の開口部のみＡｒガスパージを実施し、その流量（Ｑ_２）を変化させた。

試験Ｃは、比較例であって、工程２および工程３を通じて取鍋蓋６を設置し、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のみＡｒガスパージを実施し、その流量（Ｑ_１）を変化させた。この試験では、取鍋蓋６と取鍋１の間の隙間１０のＡｒガスパージ用配管９として図５（ａ）に示すＡｒガスパージ用配管９を用いた。

試験Ｄは、特願２０１２−２１９９６号により提案した発明の実施例１であって、工程２および工程３を通じて取鍋蓋６を設置し、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージと、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージとを併用した。試験Ｄでも取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージ用配管９には図５（ａ）に示すＡｒガスパージ用配管９を用い、その流量（Ｑ_１）を変化させた。なお、試験Ｄでの取鍋蓋６の開口部のＡｒパージガス流量の指標（Ｑ_２／Ｖ）は０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３で一定とした。

さらに、試験Ｅは、特願２０１２−２１９９６号により提案した発明の実施例２であって、工程２および工程３を通じて取鍋蓋６を設置し、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージと、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージとを併用した。試験Ｅでは、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のガスパージ効果を高めることを目的として取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージ用配管９として図５（ｂ）に示すＡｒガスパージ用配管９を用い、その流量（Ｑ_１）を変化させた。また、試験Ｅでも取鍋蓋６の開口部のＡｒパージガス流量（Ｑ_２／Ｖ）は０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３で一定とした。

試験Ａ〜Ｅにおいて工程２の処理を開始する前と工程３の処理を終了した後とにおいて溶鋼サンプルを採取し、溶鋼２中の窒素濃度の変化量（窒素吸収濃度）とパラメータ（Ｑ_１／Ｖ），（Ｑ_２／Ｖ）との関係を調査した。その結果を、図６にグラフにまとめて示す。

図６のグラフにおいて、取鍋蓋６を設置しただけで各種ガスパージを行わなかった試験Ａ（◇印：従来例１）では、窒素吸収濃度は１９〜２４ｐｐｍであったが、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージを実施した試験Ｂ（■印：従来例２）ではそれが１０〜１５ｐｐｍに抑制されていて、その流量指標（Ｑ_２／Ｖ）が０．３０以上で１１ｐｐｍ以下になっていた。

また、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージを実施せずに、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のみＡｒガスパージを実施した試験Ｃ（▲印：比較例）でも、窒素吸収濃度が１４〜１８ｐｐｍであったので、この隙間１０のガスパージも取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージとは別に窒素吸収抑制効果があり、その流量指標（Ｑ_１／Ｖ）が０．３０以上で１４ｐｐｍ以下になっていた。

次に、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージと、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージとを併用した試験Ｄ（×印：実施例１）では、窒素吸収濃度が９〜１２ｐｐｍに低減されていたので、両方のガスパージを併用することにより窒素吸収抑制効果が高まることがわかる。図６のグラフにおけるプロット（×印）は、取鍋蓋６の開口部のＡｒパージガス流量の指標（Ｑ_２／Ｖ）を０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３で一定として、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージ流量の指標（Ｑ_１／Ｖ）を変化させた場合の窒素吸収濃度の変化を示しており、この条件では指標（Ｑ_１／Ｖ）が０．３０以上で９ｐｐｍ以下となっており、それ以上増やしても効果が変わらない。

この（Ｑ_１／Ｖ）≧０．３０という効果的な範囲は、取鍋蓋６の開口部のＡｒパージガス流量の指標（Ｑ_２／Ｖ）が０．３５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３で一定という条件での結果であるが、試験Ｂ（■印）で示したように指標（Ｑ_２／Ｖ）が０．３０以上で窒素吸収濃度が１１ｐｐｍ以下と、その窒素吸収抑制効果が安定していることが分かっているので、両方のガスパージを併用した場合の窒素吸収抑制に効果的な指標の数値範囲は、（Ｑ_１／Ｖ）≧０．３０、かつ、（Ｑ_２／Ｖ）≧０．３０と考えることができ、この数値範囲での窒素吸収抑制効果は従来の取鍋蓋６の開口部のＡｒパージである試験Ｂ（■印：従来例２）の効果と比べて、約２ｐｐｍ相当であると言える。

最後に、取鍋蓋６の開口部のＡｒガスパージと、取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のＡｒガスパージとを併用し、かつ、その取鍋蓋６と取鍋１との間の隙間１０のパージガス供給配管９に工夫を加えた試験Ｅ（●印：実施例２）では、窒素吸収濃度が６〜９ｐｐｍに低減されていた。したがって、両方のガスパージを併用した上で、パージガス供給配管９に工夫を加えた効果が確認され、その効果を試験Ｄの結果に関して行ったのと同様に見積もると、試験Ｅ（●印）のプロットが、指標（Ｑ_１／Ｖ）が０．３０以上で６ｐｐｍ以下となっていることから、（Ｑ_１／Ｖ）≧０．３０、かつ、（Ｑ_２／Ｖ）≧０．３０の条件では、試験Ｂ（■印：従来例２）と比べて、約５ｐｐｍ相当であると言える。

なお、流量指標（Ｑ_１／Ｖ），（Ｑ_２／Ｖ）は、ともに、その指標を大きくすれば窒素吸収抑制効果が高まる性質のものであるが、いずれもパージガスの使用コストとの兼ね合いで適正な上限がある。今回の調査結果では、いずれも０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３まではその増加により窒素吸収抑制効果が高まることが分かったが、それを超えて増加させても窒素吸収抑制効果は実質的に変わらなかった。したがって、流量指標（Ｑ_１／Ｖ），（Ｑ_２／Ｖ）の上限は、ともに、今回調査した０．６０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３程度と考えてよい。

以上が、特願２０１２−２１９９６号により提案された極低硫低窒素鋼の溶製方法、およびその溶製方法に取鍋上部と取鍋蓋との隙間のパージを追加する方法である。特願２０１２−２１９９６号により提案されたこの溶製方法によれば、取鍋蓋６の開口部を不活性ガスまたは二酸化炭素ガスによりパージすることにより、取鍋蓋６の設置による溶鋼２中の窒素含有率の上昇抑制効果を高めることができる。

（２）課題
このように、特願２０１２−２１９９６号により提案された溶製方法は、溶鋼中の窒素含有率の上昇抑制効果を高めることができる優れた方法であるが、本発明者らはさらなる向上を求めて鋭意検討を重ねた。

この溶製方法において、パージを強化することで窒素吸収は確かに抑制されるものの、窒素が完全に存在しないのではなく取鍋蓋６の内部６ｂには微量の窒素が不可避的に残留している。

略述すると、本発明は、残留窒素による窒素吸収の抑制を目的とする。すなわち、特許文献２により開示された取鍋精錬方法では、吸窒反応抑制施策として、取鍋に設置された取鍋蓋の開口部を不活性ガスまたは二酸化炭素ガスによりパージするものの、特に取鍋の上縁に地金やスラグが付着し、取鍋の上縁部と取鍋蓋との間に隙間が発生して密閉性が低下した場合に、吸窒抑制効果が不十分になるという課題がある。本発明は、特願２０１２−２１９９６号により提案した発明と同様に、特許文献２により開示された方法、すなわち大気圧下で取鍋スラグを利用して溶鋼を極低硫低窒素化する取鍋精錬方法を利用して上記課題を解決するものであり、大気圧下で溶鋼を取鍋精錬処理することにより、製品中の硫黄含有率が１０ｐｐｍ以下であるとともに窒素含有率が４０ｐｐｍ以下、好ましくは３５ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼を、効率よく安定して溶製できる方法を確立することを目的とする。

本発明は、特許文献２により開示された方法を利用して、溶鋼の昇熱処理と併せて低硫化と低窒素化とを同時に満足させ、極低硫低窒素鋼を効率よく安定して製造できる精錬方法である。

図１は本発明に係る溶製方法を実施する状況を示す説明図であり、図２は、随伴ガス供給機構を備える酸素ランス５の一例を溶鋼２側から見た説明図であり、図３は、随伴ガス１８による酸素ガス１７の随伴状況の一例を模式的に示す説明図である。なお、図１〜３の説明では、図４，５により示す取鍋精錬装置０の構成要素と同一の構成要素には同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。

本発明では、図１に基本構成を例示する取鍋精錬装置１４を用いて、溶鋼２を以下の工程１〜３で示される順序により処理する極低硫低窒素鋼の溶製方法を基本的に利用する。

工程１：大気圧下において、取鍋１内の溶鋼２にＣａＯ系フラックスを添加する工程。
工程２：大気圧下において、取鍋上方開口部１ａを覆い、かつ、酸素上吹き用のランス挿入孔７ａと溶鋼攪拌用のランス挿入孔７ｂと溶鋼への合金添加孔（図示しない）とのうちの少なくとも一つを備える取鍋蓋６を設置し、取鍋１内の溶鋼２中に攪拌ガスを吹き込むことにより取鍋蓋６に設けられたランス挿入孔７ａまたは合金添加孔の一方または双方から取鍋蓋６の内側６ｂへの大気の侵入を抑制しながら、溶鋼２およびＣａＯ系フラックスを攪拌するとともに、溶鋼２に酸素ガスを上吹き供給し、酸素ガスと溶鋼２との反応により生成した酸化物をＣａＯ系フラックスと混合してカバースラグ３を形成する工程。

工程３：酸素ガスの供給を停止し、大気圧下の取鍋１内の溶鋼２中に攪拌ガスを吹き込むことにより脱硫および介在物除去を行う工程。

ここで「ＣａＯ系フラックス」とは、ＣａＯ含有率が４５質量％以上のフラックスを意味し、例えば、生石灰単味、および、生石灰を主体としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどの成分を含有するフラックスが該当する。

本発明では、上記工程２において、取鍋１内の溶鋼２と大気との接触防止を強化するために、取鍋１の上部開口部１ａを覆う取鍋蓋（カバー）６を取鍋１に設置する。この段階では、溶鋼２の表面はＣａＯ系フラックスなどによって既に覆われているものの、溶鋼２とフラックスとのガス攪拌が開始されると、その攪拌によって溶鋼２が大きく揺動するため、溶鋼２の表面の上方に大気中の窒素が存在すると、溶鋼２中への窒素の吸収が起こり易くなるからである。

取鍋１に取鍋蓋６を設置すること、すなわち被せておくことによって、Ａｒガスなどの溶鋼攪拌用不活性ガスが溶鋼２に吹き込まれると同時に溶鋼２の表面と取鍋蓋６との間の空間に不活性ガスが充満し、溶鋼２中の窒素含有率の上昇を抑制する効果が奏される。さらに、取鍋蓋６の開口部および取鍋蓋６と取鍋１との隙間１０を不活性ガスまたは二酸化炭素ガスによりパージすると、取鍋蓋６の設置による溶鋼２中の窒素含有率の上昇抑制効果をさらに高めることができる。

また、酸素ガスを供給することにより、溶鋼２の酸化反応に伴ってスプラッシュが飛散し、また発煙および発塵が起こるため、取鍋１の上方に設けられた取鍋蓋６を集塵設備に接続しておくことは、系外へのスプラッシュの飛散、発煙および発塵を防止する観点からも有効である。

この取鍋蓋６には、続いて行われる精錬処理操作用として、溶鋼昇熱用の酸素ランス５の挿入孔７ａと、溶鋼攪拌用の浸漬ランス４の挿入孔７ｂと、合金添加孔（図示しない）とのうちの少なくとも一つが設けられている。溶鋼昇熱用の酸素ランス５は、一般には金属製の水冷構造を有しており、取鍋蓋６に設けられたランス挿入孔７ａを通して、酸素ランス５の先端が取鍋内の溶鋼２の上部表面（湯面）から０．５〜３ｍの高さ位置となるように挿設される。

そして、酸素ランス５の中心管１５を通して酸素ガスが溶鋼２の上部表面に向けて吹き付けられる。

溶鋼攪拌用の浸漬ランス４を用いる場合には、取鍋蓋６に設けられたランス挿入孔７ｂから、耐火物製の浸漬ランス４を取鍋１内へ挿入し、浸漬ランス４の中心管を通して不活性ガスを浸漬ランス４の先端から噴出させつつ、溶鋼２中へと浸漬させる。

酸素ランス５，浸漬ランス４のいずれも、外径は１００〜３００ｍｍであって、取鍋蓋６に設けられたランス挿入孔７ａ，７ｂの内壁と酸素ランス５，浸漬ランス４の外面との間隔は２０〜５０ｍｍである。また、工程２または工程３において溶鋼２中の成分含有率を調整する場合があるため、取鍋蓋６にはフェロマンガンなどの合金鉄やアルミニウムを添加するための合金鉄添加口（図示しない）を設けておいてもよい。

パージの流量は、特許文献２やそれに加えて取鍋１の上部と取鍋蓋６との隙間をパージする方法に関して調べた流量から増加させても、明確な効果は得られなかったことから、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスの供給方法を変更して調査を行った結果、以下の（ａ）〜（ｄ）の知見が得られた。

（ａ）特許文献２により開示された方法での窒素吸収は、主に工程２で発生する。
（ｂ）工程２の窒素吸収は、酸素ランス５から上吹きされた上吹き酸素ガスが残留窒素を巻き込むことによって発生する。

（ｃ）例えば図２に示す随伴ガス供給機構を備える酸素ランス５を用いて、図３に示すように、不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１８を、上吹き酸素ガス１７の周囲の少なくとも一部を覆うように、好ましくは全周を包囲するように、随伴させて、上吹き酸素ガス１７を供給することにより、上吹き酸素ガス１７による窒素の巻き込み、吸収を抑制できる。

（ｄ）上吹き酸素ガス１７に不活性ガスまたは二酸化炭素ガス１８を随伴させても、窒素巻き込み以外の精錬反応には特に影響を与えない。

図２に示すように、この説明では、中心に配置される酸素供給孔１５の周囲に随伴ガス供給孔１６を８孔配置する酸素ランス５を用いる場合を例にとったが、随伴ガスの供給は、上吹き酸素ガスが溶鋼と接触する時点で窒素含有濃度が小さくなるように行えば良いのである。したがって、図３に示すように、随伴ガス１８が、上吹き酸素ガス１７の周囲を包囲するように供給することが好ましいのであるが、必ずしも全周を覆うように供給しなくても、酸素ガスの周囲に残存している窒素ガスの巻き込みを低減することができるため、上吹き酸素ガス１７の周囲の少なくとも一部、望ましくは全周に供給されればよいのである。このような随伴ガスの供給方法は、特定の構造の酸素ランスには限定されない。

本発明は以下に列記の通りである。
（１）Ａｌを含有する溶鋼を下記工程１〜３で示される順序により処理する極低硫低窒素鋼の溶製方法において、
下記工程２で行う酸素ガス上吹き時に、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスを上吹き酸素ガスの周囲の少なくとも一部に随伴させて、上吹き酸素ガスを溶鋼に吹き付けること
を特徴とする極低硫低窒素鋼の溶製方法。
工程１：大気圧下において、取鍋内溶鋼にＣａＯ系フラックスを添加する工程。
工程２：大気圧下において、取鍋の上方開口部を覆い、かつ、酸素ガス上吹きランス挿入孔と溶鋼攪拌用のランス挿入孔と溶鋼への合金添加孔とのうちの少なくとも一つを備える取鍋蓋を設置し、取鍋内溶鋼中に攪拌ガスを吹き込むことにより、取鍋蓋の内側への大気の侵入を抑制しながら、溶鋼およびＣａＯ系フラックスを攪拌するとともに、溶鋼に酸素ガスを上吹き供給しつつ、酸素ガスと溶鋼との反応により生成した酸化物をＣａＯ系フラックスと混合してカバースラグを形成する工程。
工程３：酸素ガスの供給を停止し、大気圧下の取鍋内溶鋼中に攪拌ガスを吹き込むことにより脱硫および介在物除去を行う工程。

（２）工程２における取鍋蓋の内側への大気の侵入抑制を、
取鍋蓋を設置した後に、取鍋蓋の開口部および取鍋と取鍋蓋との間の隙間を、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスにより下記（１）式および（２）式を満たすように調整してパージすることにより、強化すること
を特徴とする（１）項に記載の極低硫低窒素鋼の溶製方法。

０．３≦Ｑ_１／Ｖ・・・・・・・（１）
０．３≦Ｑ_２／Ｖ・・・・・・・（２）
Ｖ：取鍋蓋の内部の体積とフリーボード体積の合計（ｍ^３）
Ｑ_１：取鍋と取鍋蓋との間の隙間のパージガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）
Ｑ_２：取鍋蓋の開口部のパージガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）

本発明により、特許文献２により開示された方法において、不活性ガスや二酸化炭素ガスの使用量増加を抑えて、溶鋼への窒素吸収をさらに抑制することができる。特に取鍋の上縁に地金やスラグが付着し、取鍋の上縁部と取鍋蓋との間に隙間が発生して密閉性が低下した場合であっても、充分な吸窒抑制効果を得られ、これにより、特に製品中の硫黄含有率が１０ｐｐｍ以下であるとともに窒素含有率が４０ｐｐｍ以下、好ましくは３５ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼を、安定して溶製できるようになる。

図１は、本発明に係る溶製方法を実施する状況を示す説明図である。 図２は、随伴ガス供給機構を備える酸素ランスの一例を溶鋼側から見た説明図である。 図３は、随伴ガスによる酸素ガスの随伴状況の一例を模式的に示す説明図である。 図４は、本出願人が特願２０１２−２１９９６号により提案した、取鍋精錬装置を用いる極低硫低窒素鋼の溶製方法を示す説明図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、図４における破線丸印部を拡大して示す説明図である。 図６は、溶鋼中の窒素濃度の変化量（窒素吸収濃度）とパラメータ（Ｑ_１／Ｖ）およびパラメータ（Ｑ_２／Ｖ）との関係をまとめて示すグラフである。

１．処理対象とする溶鋼成分等
予め、上底吹き転炉等を用いて溶鋼を製造した後、その溶鋼を取鍋に出鋼し、出鋼時に各種脱酸剤および合金を添加して取鍋内溶鋼成分を、例えば、Ｃ：０．０３〜０．２％、Ｓｉ：０．００１〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．００３〜０．０５％、Ｓ：２０〜３０ｐｐｍ、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜２．０％、Ｎ：２２〜３５ｐｐｍ等の成分含有率に調整する。この出鋼時には、脱酸用であるとともに、工程２において上吹きする酸素ガスとの反応に要するＡｌを添加して、溶鋼を脱酸するとともに、出鋼流の攪拌によりスラグの脱酸も行うことが好ましい。

２．ＣａＯ系フラックスの添加
工程１では、後に脱硫を進行させるため、大気圧下において溶鋼にＣａＯ系フラックスを添加する。その添加量は、目標温度，目標Ａｌ濃度，目標Ｓ濃度に応じてＡｌ添加量および酸素供給量が決定されるので、それに応じた量とする。ただし、ＣａＯ系フラックスは、全量を酸素ガス供給完了前に添加することが、酸素ガス供給により形成される高温領域によってＣａＯ系フラックスの滓化が促進されるために、好ましい。

ＣａＯ系フラックスの添加量は、８ｋｇ／ｔ未満では脱硫不足となる場合があり、一方、１６ｋｇ／ｔを超えて多くなると生成するスラグ量が増大して溶鋼とスラグとの撹拌が難しくなるため、８ｋｇ／ｔ以上１６ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましい。

このＣａＯ系フラックスの添加時期は、転炉出鋼中、または出鋼完了後であって取鍋精錬開始前のいずれでもよいが、出鋼流による攪拌力を有効に活用でき、次工程でのフラックスの添加時間を短縮できることから、ＣａＯ系フラックスは転炉出鋼中に添加することが好ましい。

また、ＣａＯ系フラックスを添加すると、鍋中の溶鋼の上部表面をそのフラックスが覆うため、取鍋中の溶鋼を大気から遮断して溶鋼の吸窒を抑制する効果がある。この吸窒抑制効果を十分に活用するためには、出鋼中のＣａＯ系フラックスの添加時期を出鋼時間の前期５０％までの時期とすることが好ましく、さらに出鋼期間の前期２０％までに添加を完了することが一層好ましい。

３．Ａｌの添加
脱硫反応は還元雰囲気下で進行し易いことから、溶鋼中，スラグ中の酸素ポテンシャルを低減することが有効である。添加するＡｌ量は出鋼中に溶鋼を脱硫する観点からは出鋼後のＳｏｌ．Ａｌ濃度を０．０５０％以上とすることが好ましい。また、本発明では酸素ガスによるＡｌ燃焼を実施するため、酸化されるＡｌ予定量を出鋼段階で添加してもよい。

Ａｌの添加により、溶鋼昇熱のための発熱源およびＡｌ_２Ｏ_３源が供給される。Ａｌは、溶鋼中の酸素やスラグ中の酸化鉄を還元して、最終的にはスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３となり、スラグの融点を低下させて、溶鋼の脱硫および清浄化に有効に作用する。

極低硫鋼を溶製するためには、工程３以降において溶鋼上のスラグ成分組成を適正範囲に制御することが有効であり、工程１および工程２を通算して酸素ガスの供給が完了するまでに金属Ａｌ換算で１．５ｋｇ／ｔ以上のＡｌを添加することが好ましく、より好ましくは２ｋｇ／ｔ以上添加する。Ａｌ添加量が１．５ｋｇ／ｔ未満では、生成するＡｌ_２Ｏ_３量が少な過ぎ、スラグ制御へのＡｌ活用の効果が小さくなるのに加えて、ＣａＯ系フラックスの添加量の調整も必要となるからである。また、スラグ中の低級酸化物の十分な低減効果も低下するため、効果にややばらつきが大きくなる。

しかし、Ａｌは高価な金属であるし、溶鋼の目標温度および目標Ａｌ含有率、および目標Ｓ含有率に応じて、Ａｌ添加量および酸素ガス供給量が決定されるので、工程２において酸素ガスの供給が完了するまでのＡｌ添加量を７．０ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましい。

また、転炉にて吹錬された溶鋼を取鍋に出鋼する際に、Ａｌの添加に先立ち総出鋼時間の前期５０％以内にＣａＯ換算で溶鋼１ｔ当たり６ｋｇ以上１０ｋｇ以下のＣａＯ系フラックスを添加してカバースラグを形成した後、出鋼完了までに、または工程２における酸素ガスの供給完了までに、金属Ａｌ換算で溶鋼１ｔ当たり１．５ｋｇ以上７．０ｋｇ以下のＡｌを取鍋内へ添加することが、溶鋼への窒素吸収を抑制するためには一層好ましい。

４．酸素の供給
工程２において溶鋼に酸素ガスを供給するのは、溶鋼成分と酸素ガスとの反応による酸化熱を利用して溶鋼の加熱を行うとともに、Ａｌ_２Ｏ_３を生成させてスラグの成分制御を行うためである。酸素ガスの供給方法は、スラグの滓化性向上の観点から上吹きランスから溶鋼表面に吹き付ける方法を用いることが好ましい。

溶鋼の表面からの上吹きランスまたはノズルの高さは０．５ｍ以上３．０ｍ以下とすることが好ましい。高さが０．５ｍ未満ではスピッティングが激しくなるとともに、ノズル寿命が低下する。一方、高さが３．０ｍを超えて高くなると酸素ガスが溶鋼表面に到達しなくなり、Ａｌの燃焼効率が低下するおそれがある。

酸素ガスの供給量は、０．４Ｎｍ^３／ｔ以上とすることが好ましく、１．２Ｎｍ^３／ｔ以上とすることがさらに好ましい。この酸素供給量はＣａＯ源の滓化促進のために必要な供給量である。ただし、実際上、上記した添加Ａｌ量を酸化するために必要な酸素量との兼ね合いで、酸素ガスの供給量は８．７Ｎｍ^３／ｔ以下で十分である。

酸素ガスの供給流速は、酸素ガスの供給時間が５分間以上１５分間以下であることが適当であることから、０．０４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以上０．８Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以下程度とすることが好ましい。酸素ガスの供給時間が５分間未満では、酸素ガス上吹きによるＣａＯ系フラックスの滓化時間が不十分になり、一方、酸素ガスの供給時間が１５分間を超えるような処理は、本発明が「処理時間も含めて経済的に優れた吸窒防止技術の確立」を目的とすることに照らして、不適当だからである。

５．随伴ガスの供給
工程２において溶鋼に酸化ガスを供給する際、溶鋼撹拌用ガスや下記パージガスによって取鍋蓋の内部の窒素濃度は低下するものの完全に零となるわけではない。このため、この状態で酸素ガスを上吹きすると、上吹き酸素ガスが取鍋蓋の内部に残存する窒素を巻き込むことによって、窒素が溶鋼に侵入して窒素吸収が発生する。

これを抑制するために、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスの供給孔を酸素供給孔の周囲に適宜配置しておき、酸素ガス上吹き時に、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスである随伴ガスを酸素ガスの周囲の少なくとも一部、好ましくは全周に随伴させることにより、随伴ガスによって、上吹き酸素ガスによる窒素の巻き込みが防止または抑制される。例えば、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスの供給孔を酸素供給孔の周囲に環状に配置することによって随伴ガスを酸素ガスの全周に随伴させて酸素ガスを包囲する。随伴ガスは酸素ガスの供給開始と同時に流し始めればよい。

随伴ガスの流量は、前記した酸素ガスの供給量の範囲では、酸素ガスに対する体積流量比（随伴ガス流量／酸素ガス流量）で０．０４以上０．２以下とすることが好ましい。随伴ガスの流量が酸素ガスの流量に対する体積流量比で０．０４未満であると、随伴ガスの使用効果が明確には認められないとともに、この体積流量比が０．２を超えても、随伴ガスの使用コストが増加するだけで使用量増加効果が高まることもないからである。

６．撹拌ガスの供給
工程２における撹拌方法は、溶鋼に浸漬した浸漬ランスを通して溶鋼中に撹拌ガスを吹き込む方法が好ましい。この理由は、取鍋底に設置されたポーラスプラグから撹拌ガスを導入する方法などでは十分な撹拌ガス流量を確保できないからである。工程２における撹拌ガスの吹き込み流量は０．００４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以上０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以下であることが望ましい。撹拌ガスの吹き込み流量が、０．００４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ未満では撹拌力が不足し、一方、０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔを超えるとスプラッシュの発生が多くなるからである。

７．パージガスの供給
工程２において取鍋に取鍋蓋を設置した後、溶鋼撹拌の開始とほぼ同時にパージガスを流し始めることにより、吸窒抑制効果をさらに高めることができる。ただし、本発明では、酸素ガスの供給開始と同時に酸素ガスに随伴させて随伴ガスを供給する。この随伴ガスは、不活性ガスや二酸化炭素ガスであって、パージガスと同じ種類であるから、随伴ガスを供給することにより取鍋の内部の空間と取鍋の外部との隙間を内側からパージする効果を得られる。

したがって、本発明ではパージガスを供給することが好ましい。ただし、窒素吸収抑制効果を高めるためには、（Ｑ_１／Ｖ）＝０．３Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３以上０．６Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３以下、（Ｑ_２／Ｖ）＝０．３Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３以上０．６Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３以下のパージガスを併用することが好ましい。このパージガスは、溶鋼撹拌の開始より３０秒間程度前から流し始めることが、取鍋蓋の内側および取鍋蓋の周囲の窒素濃度が予め低下するために、さらに好ましい。
８．工程３
工程２において、スラグ成分組成の制御とその溶融が進行するとともに、脱硫反応が進行する。しかし、この酸素ガスの供給時間では脱硫反応が十分には進行せず、工程３において、酸素ガスの供給を停止し、大気圧下で溶鋼中に攪拌ガスを吹き込むことにより、脱硫および介在物の除去処理を行う。この処理により、脱硫余力を有するスラグによるさらなる脱硫と、不要な残留介在物の除去とが図られる。

工程２では、酸素ガスの供給により、不可避的に低級酸化物が生成する。このため、工程２の後の工程３において、不活性ガスを溶鋼中に吹き込み、これらの低級酸化物の濃度を低減させることによりさらに脱硫を促進させることができる。

工程３では酸素ガスの供給を停止するとともに、大気圧下にて溶鋼に浸漬した浸漬ランスを通して撹拌ガスを導入することにより溶鋼とスラグの撹拌を継続し、脱硫を行う。

このときの撹拌ガスの吹き込み流量も上述の０．００４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以上０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ以下とすることが好ましい。撹拌ガスの吹き込み流量が、０．００４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ未満では撹拌力が不足して脱硫が促進されず、一方、０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔを超えるとスプラッシュの発生が多くなるからである。

また、撹拌ガスの吹き込み時間は４分間以上２０分間以下とすることが好ましい。撹拌ガスの吹き込み時間が、４分間未満では脱硫時間が確保できず極低硫鋼の溶製は困難であり、一方、２０分間を超えて長くなると溶鋼の温度の低下と生産性の低下が発生する。

工程３による処理の終了後におけるスラグ中のＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との質量含有率の比を０．９以上２．５以下とし、そのスラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの質量含有率の合計を８％以下とすると、脱硫不足やスラグの滓化性悪化を防止することができるため、好ましい。

なお、工程３の終了後におけるスラグ量は、１３ｋｇ／ｔ以上３２ｋｇ／ｔ以下程度であることが好ましい。スラグ量が１３ｋｇ／ｔ未満ではスラグ量が少なく、安定した脱硫率を得られ難い。転炉から取鍋へのスラグ流出量のバラツキを考慮すると、工程３の終了後における取鍋中スラグ量は、１６ｋｇ／ｔ以上であることが一層好ましい。また、スラグ量が３２ｋｇ／ｔを超えて多いと、スラグ成分組成の制御に要する時間が長くなり、その結果、処理時間の延長につながる場合がある。取鍋の容量（取鍋内の溶鋼の容積とスラグの容積との合計）や溶鋼とスラグとの攪拌度合いを考慮すると、このスラグ量は２５ｋｇ／ｔ以下であることが一層好ましい。

また、工程１〜３においては、脱硫に有効に作用するスラグ量を確保する観点から、取鍋内の溶鋼にシュノーケルなどの浸漬管を浸漬せずに処理することが好ましい。脱ガス装置の浸漬管などを浸漬すると、浸漬管の内外でスラグが分断され、酸素ガスが供給される領域に存在するスラグの滓化は促進されるものの、それ以外の領域に存在するスラグの滓化が遅れ、浸漬管の外側に存在するスラグの攪拌も不十分になって、脱硫に有効に作用するスラグ量が減少するおそれがあるからである。

工程３の処理を終了することにより、溶鋼中Ｓ含有率が１０ｐｐｍ以下かつＮ含有率が３５ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼、例えば、Ｃ：０．０３〜０．２％、Ｓｉ：０．００１〜０．６５％、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．００５〜０．０５％、Ｓ：１０ｐｐｍ以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜２．０％、Ｎ：４０ｐｐｍ以下の鋼成分組成を有する極低硫低窒素の溶鋼が製造される。

工程３の終了時の温度は１５９０℃以上１６６５℃以下程度である。

本発明の効果を確認するため図１に示す取鍋精錬装置１４を用い、一部には取鍋蓋６に図５（ａ）または図５（ｂ）に示したパージガス供給配管９を装着して、その酸素ランスとして、従来一般的な酸素ランス、または、随伴ガス供給孔１６およびその配管を備えた酸素ランス５を使用して、下記に示す鋼の溶製試験を実施し、その評価を行った。

予め溶銑脱硫、溶銑脱りんを行った溶銑を上底吹き転炉に装入し、［Ｃ］含有量が０．０３〜０．２０％になるまで粗脱炭吹錬を行い、吹錬終点温度を１６４０℃〜１７００℃として取鍋１に出鋼し、出鋼時に脱酸素剤および合金を添加して取鍋溶鋼成分をＣ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．００１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．５％、Ｐ：０．００２〜０．０５０％、Ｓ：２０ｐｐｍ〜３０ｐｐｍとした。

出鋼量は２５０ｔとなるようにし、出鋼時には、ＣａＯ換算で８ｋｇ／ｔの生石灰と４．０ｋｇ／ｔのＡｌを一括して投入した。

次に、取鍋１に取鍋蓋６を設置して、工程２として、取鍋１内の溶鋼２に浸漬ランス４を浸漬させ、撹拌用Ａｒガスを０．０１２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔの供給速度で溶鋼２中に吹き込むとともに、水冷構造を有する酸素ランス５から酸素ガスを供給速度０．１６Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔの供給速度で、溶鋼２の表面に１．２Ｎｍ^３／ｔ以上２．０Ｎｍ^３／ｔ以下吹き付けた。

酸素ガスの吹き付けと同時に随伴ガス（Ａｒ）を、一部を除き０．０１Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔの供給速度で吹き付けを行った。一部は、図２に示した上吹きランス５を用いて、随伴ガスを０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔの供給速度で、酸素ガスの全周を包囲することを考えて吹き付けた。この時、ランス５の先端と溶鋼２の表面との距離は２．０ｍとした。

また、一部の例では、工程２において、溶鋼撹拌を開始する３０秒前から、取鍋１と取鍋蓋６との隙間のガスパージ（Ｑ_１）と取鍋蓋６の開口部のガスパージ（Ｑ_２）とを、それぞれ（Ｑ_１／Ｖ）＝０．３５〜０．５９Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３、（Ｑ_２／Ｖ）＝０．４４〜０．５９Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^３のＡｒ流量で、溶鋼撹拌終了時点まで供給し続けた。このとき、取鍋蓋６の内部６ｂとフリーボードの体積の合計Ｖは３４ｍ^３であった。

次いで、工程３として酸素ガスの供給停止後、撹拌用Ａｒガスを、０．０１２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔの供給速度で溶鋼中に１０分間吹き込んで、溶鋼２及びスラグ３の撹拌を行った。

本発明である随伴ガス供給の有無と、パージガス供給の有無、取鍋精錬の工程２の開始前および工程３の終了後の［Ｓ］（溶鋼中硫黄濃度）と脱硫率、並びに取鍋精錬の工程２の開始前および工程３の終了後の［Ｎ］（溶鋼中窒素濃度）と窒素吸収濃度とを、表１に纏めて示す。ここで、脱硫率は｛工程２前の［Ｓ］−工程３後の［Ｓ］）／工程２前の［Ｓ］×１００｝で計算され、窒素吸収濃度は（工程３後の［Ｎ］−工程２前の［Ｎ］ｐｐｍ）で計算される数値である。

表１において、取鍋精錬の工程３を終えた後の［Ｓ］は全て５ｐｐｍ以下であり、脱硫率は８０％以上と良好であった。

先ず、従来例（Ｎｏ．１，２）は、工程２において取鍋１に取鍋蓋６を設置したものの、取鍋１と取鍋蓋６との隙間のガスパージ（Ｑ_１／Ｖ）も、取鍋蓋６の開口部のガスパージ（Ｑ_２／Ｖ）も行わず、かつ、随伴ガス（Ａｒ）も流さずに、工程２と工程３を連続的に実施した例である。この従来例でも、取鍋蓋６の内側の空間は溶鋼撹拌用のＡｒガス０．０１２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔによりある程度充満されているものの、吸窒を抑制するためにはまだ不十分であり、窒素吸収濃度（△Ｎ）は２０〜２３ｐｐｍと不芳であった。

次に、比較例（Ｎｏ．３〜７）は、工程２において取鍋１に取鍋蓋６を設置し、取鍋１と取鍋蓋６の隙間のガスパージ（Ｑ_１／Ｖ）と取鍋蓋６の開口部のガスパージ（Ｑ_２／Ｖ）をそれぞれ表１に示す流量で行ったものの、随伴ガスは流さなかった例である。パージガス流量を合計で０．１１〜０．１４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔと撹拌用ガスの約１０倍用いたものの、ΔＮは４〜７ｐｐｍと抑制することができていた。

次に、発明例１（Ｎｏ．８，９）は、取鍋１と取鍋蓋６との隙間のガスパージ（Ｑ_１／Ｖ）も、取鍋蓋６の開口部のガスパージ（Ｑ_２／Ｖ）も行わなかったものの、随伴ガスであるＡｒガスを０．０１Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔまたは０．０２Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ用いた例である。比較例のパージガス使用と比べてＡｒガス流量を約１／１０と少なくしても、比較例のパージガス使用と同程度のΔＮに吸窒を抑制できることが確認され、本発明によりガスコストを低減しながら極低硫低窒素鋼を溶製できることが分かる。

さらに、発明例２（Ｎｏ．１０〜１４）は、随伴ガスであるＡｒガスを０．０１Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ用いることに加えて、取鍋１と取鍋蓋６との隙間のガスパージ（Ｑ_１／Ｖ）と取鍋蓋開口部のガスパージ（Ｑ_２／Ｖ）を行った例である。随伴ガスとパージガスとを併用することにより、工程２および工程３での吸窒はほぼ完全に防止できることが確認された。

この結果、本発明によれば、製品中の硫黄含有率が１０ｐｐｍ以下（実施例では４ｐｐｍ以下）であるとともに、窒素含有率が３５ｐｐｍ以下である極低硫低窒素鋼を、効率よく安定して溶製できることが確認された。

１ 取鍋
２ 溶鋼
３ スラグ
４ 浸漬ランス
５ 酸素ランス
６ 取鍋蓋
７ａ ランス挿入孔
７ｂ ランス挿入孔
１４ 取鍋精錬装置
１５ 中心管
１６ 随伴ガス供給孔
１７ 上吹き酸素ガス
１８ 随伴ガス（不活性ガスまたは二酸化炭素ガス）

Claims (2)

1. Ａｌを含有する溶鋼を下記工程１〜３で示される順序により処理する極低硫低窒素鋼の溶製方法において、
   下記工程２で行う酸素ガス上吹き時に、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスを上吹き酸素ガスの周囲の少なくとも一部に随伴させて、前記上吹き酸素ガスを前記溶鋼に吹き付けること
   を特徴とする極低硫低窒素鋼の溶製方法。
   工程１：大気圧下において、取鍋内溶鋼にＣａＯ系フラックスを添加する工程。
   工程２：大気圧下において、取鍋上方開口部を覆い、かつ、酸素ガス上吹きランス挿入孔と溶鋼攪拌用のランス挿入孔と溶鋼への合金添加孔とのうち少なくとも一つを備える取鍋蓋を設置し、取鍋内溶鋼中に攪拌ガスを吹き込むことにより、該取鍋蓋の内側への大気の侵入を抑制しながら、該溶鋼および前記ＣａＯ系フラックスを攪拌するとともに、前記溶鋼に酸素ガスを上吹き供給しつつ、酸素ガスと溶鋼との反応により生成した酸化物をＣａＯ系フラックスと混合してカバースラグを形成する工程。
   工程３：前記酸素ガスの供給を停止し、大気圧下の前記取鍋内溶鋼中に攪拌ガスを吹き込むことにより脱硫および介在物除去を行う工程。
2. 前記工程２における前記取鍋蓋の内側への大気の侵入抑制を、
   前記取鍋蓋を設置した後に、該取鍋蓋の開口部および取鍋と取鍋蓋との間の隙間を、不活性ガスまたは二酸化炭素ガスにより下記（１）式および（２）式を満たすように調整してパージすることにより、強化すること
   を特徴とする請求項１に記載の極低硫低窒素鋼の溶製方法。
   ０．３≦Ｑ_１／Ｖ・・・・・・・（１）
   ０．３≦Ｑ_２／Ｖ・・・・・・・（２）
   Ｖ：取鍋蓋の内部の体積とフリーボード体積の合計（ｍ^３）
   Ｑ_１：取鍋と取鍋蓋との間の隙間のパージガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）
   Ｑ_２：取鍋蓋の開口部のパージガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）

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