JPH0565528A - 高清浄度鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） ［目的］ 鋼中に非介在物の少ない高清浄度鋼をＲＨ真
空脱ガス装置により効率よく溶製する。 ［構成］ キルド溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置により撹拌
して鋼中の介在物を除去する脱酸処理を行なう際に、真
空脱ガス容器内の溶鋼表面に主たる成分としてＣａＯを
含むフラックス粉末と水素ガスとを同時に溶鋼に吹き付
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高清浄度鋼の溶製方法に
係り、詳しくは、高品質の冷間圧延鋼板を製造する上で
重要な鋼中に非金属介在物（以下単に介在物という）の
少ない高清浄度鋼の溶製方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷間圧延鋼板の表面品質欠陥を低
減する要求が高まっており、溶鋼段階での高清浄度化の
向上が強く求められている。溶鋼の清浄化技術として
は、ガス撹拌あるいは電磁撹拌により鋼中の介在物の除
去を促進する方法の他、ＲＨやＤＨなどの真空脱ガス装
置により溶鋼を撹拌する方法が広く用いられている。特
に、真空脱ガス装置は転炉では除去しきれない鋼中炭素
を除去する上で有効な方法であるため、最近、生産量が
増加している連続焼鈍用極低炭素鋼や加工性の優れた冷
間圧延鋼板用極低炭素鋼を溶製するのに多用されてい
る。

【０００３】これらの冷間圧延鋼板では清浄化度を高め
るためには鋼中の介在物を低減することが重要である。
溶融金属中に浮遊する鋼中介在物（例えばアルミナ系介
在物）は製品品質欠陥の原因となるため、極力低減させ
ることが望ましい。

【０００４】しかし、上記の真空脱ガス装置による処理
は脱ガスあるいは脱炭には有効であるが、溶鋼中に浮遊
するスラグとの反応が小さく、溶鋼中に浮遊する介在物
を浮上促進させる点では必ずしも効果的ではない。例え
ば、アルミナ系介在物の溶鋼中の浮遊は一般にアルミキ
ルド鋼では溶鋼中の酸素の化学分析値（［Ｔ．Ｏ］と以
下略記）の値と明確な相関があることが知られている。
しかし、前述したように従来は溶鋼とスラグの反応が小
さく、Ａｌ脱酸後も溶鋼中のＡｌとスラグ中のＭｎＯ、
ＦｅＯ等の酸化物とが反応して微小介在物を生成し、溶
鋼中に浮遊し完全に鋼中の介在物を低減させることが困
難であった。

【０００５】これらの問題を解決する方法として、従
来、真空脱ガス装置処理前に取鍋内のスラグ中の酸化物
をアルミニウムなどの還元剤で改質しようとする試みが
提案されており、例えば、特開平２−６６１１１号ある
いは特開平２−３０７１１号の各公報がある。

【０００６】しかしながら、スラグ中の酸化物の還元法
は先に述べたように溶鋼中の介在物低減の点では必要か
つ有効な技術であるが、このような方法では、［Ｔ．
Ｏ］＜１０ｐｐｍである高清浄度鋼を溶製することは困
難であり、特に極低炭素冷延鋼板では、一度にＲＨ等の
真空脱ガス装置で脱炭を行なうため、鋼中の［Ｏ］はあ
る程度例えば３００〜４００ｐｐｍに維持する必要があ
るので、処理前のスラグの還元のみでは高清浄度鋼を溶
製することはできない。

【０００７】また、可溶ガスの溶解、脱ガス処理により
高清浄化鋼を得る方法としては例えば窒素ガスを処理前
の取鍋に添加すると同時にＲＨ真空脱ガス装置で急速に
脱窒素反応を生じさせることにより、介在物の浮上を促
進させる方法が特公平２−４６５０号、さらにＶＯＤに
おいて処理前に加圧状態あるいは弱減圧状態として窒素
ガスなどの可溶性ガスを溶解せしめてその後、減圧下の
脱ガス反応を利用して介在物の浮上を狙う方法が特開平
２−９９２６３号および特開平２−９９２６４号の各公
報により提案されている。

【０００８】これらの可溶性ガスの溶解・脱ガス処理法
は介在物浮上促進の点ではいずれも有効であると思われ
るが、本発明者らの追実験では実際にはＲＨ・ＤＨ等の
真空脱ガス装置においては脱ガス反応が大きいので、予
め可溶性ガスを溶解させても２〜３分程度の短時間で溶
解ガス成分は通常と同じ低いレベルになってしまうた
め、［Ｔ．Ｏ］や介在物の低減への効果は小さいことが
確認された。

【０００９】また、真空脱ガス装置の前半に鍋底部に取
付けた耐火物製のプラグより可溶性ガスとＡｒガスなど
の不活性ガスを吹き込み介在物の浮上を図る方法が特開
平１−１８８６１９号公報に提案されているが、これに
ついても本発明者等が追実験をしたところ同様に清浄化
効果は小さかった。これは高真空下ではこのような方法
で可溶性ガスを吹き込んでも、可溶性ガスが溶解せずに
吹きぬけを生じること、さらには以下に述べるように単
に可溶性ガスの脱ガス反応により介在物を一度浮上させ
るだけでは不充分なためである。また、炉底の耐火物製
プラグからガスを吹き込むと溶損量が大きいため、実質
上吹き込めるガス量も限定されるという問題もある。

【００１０】また、特開昭６３−１１４９１８号公報に
はＲＨ真空脱ガス装置内の鋼浴表面に不活性ガスをキャ
リヤ−ガスとし、脱硫フラックスを吹き付ける方法が提
案されているが、この方法は脱硫ともに溶鋼の清浄化に
も効果があることが示されている。しかし、この方法で
十分な清浄化効果を得るには、大量のフラックスを吹き
込む必要があり、その場合、ＲＨ脱ガス容器あるび溶鋼
浸漬管の耐火物が著しく損耗するという問題があること
から、［Ｔ．Ｏ］≦１０ｐｐｍの高清浄度鋼を工業的に
溶製することが困難である。以上説明したように従来技
術では極低炭素鋼において［Ｔ．Ｏ］≦１０ｐｐｍの高
清浄度鋼を溶製することは困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決することを目的とし、具体的には、鋼中の介在物の少
ない高清浄化鋼をＲＨ真空脱ガス装置により大量に効率
よく溶製することができる高清浄度鋼の溶製方法を提案
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、キ
ルド溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置により撹拌し、鋼中の介
在物を除去する脱酸処理を行なう際に、真空脱ガス容器
内の溶鋼表面に主たる成分としてＣａＯを含むフラック
ス粉末と共に水素ガスを吹き付ける期間を設けることを
特徴とする高清浄度鋼の溶製方法であり、前記の高清浄
度鋼の溶製方法において、ラバ−ルノズルを具えた水冷
ランスを用いて主たる成分としてＣａＯを含むフラック
ス粉末と水素ガスを脱ガス容器内の溶鋼表面に吹き付け
ることを特徴とする高清浄度鋼の溶製方法であり、前記
の高清浄度鋼の溶製方法において、脱ガス容器の側壁に
設けた管路を通じて主たる成分としてＣａＯを含むフラ
ックス粉末と共に水素ガスを脱ガス容器内の溶鋼表面に
吹き付けることを特徴とする高清浄度鋼の溶製方法であ
る。

【００１３】

【作用】以下、本発明の手段たる構成を作用と共に説明
すると、次の通りである。

【００１４】まず、本発明者らは、二次精錬設備、中で
も極低炭素鋼を大量生産するのに経済的に優れたＲＨ真
空脱ガス装置を用いて高清浄度鋼を溶製する方法につい
て鋭意実験を重ねた結果、溶鋼中の［Ｔ．Ｏ］を低減せ
しめる方法として次のような知見を得た。

【００１５】すなわち、ＲＨ真空脱ガス装置において、
脱ガス容器内の溶鋼表面に主たる成分としてＣａＯを含
むフラックス粉末と共に水素ガスを吹き付けることによ
り、鋼中の介在物の除去が促進されて低酸素化が実現で
きることを見出した。

【００１６】更に進んで、高清浄化鋼の溶製条件を研究
し、この研究に基づいて本発明は成立したものである。

【００１７】本発明者等の研究結果によれば、図３のＡ
ｌ添加後の脱酸処理時間と［Ｔ．Ｏ］との関係を示すグ
ラフに示すように［Ｏ］＜２０ｐｐｍのレベルで顕著で
あり、単にフラックス粉末を吹き付けた場合よりもフラ
ックス粉末と水素ガスを同時に吹き付けることにより低
酸素化が促進された。従って、同レベルまで脱酸する場
合で比較するとフラックス原単位も少なくてすみ、それ
だけ耐火物損耗の点でも本発明法は有利である。また、
従来法では極低炭素鋼では実現できなかった［Ｏ］＜１
０ｐｐｍの高清浄度鋼を、本発明法を用いることにより
実現できる。

【００１８】高級線材などでは［Ｏ］＜１０ｐｐｍは実
現されているが、こうした鋼種では［％Ｃ］＝０．１〜
０．１５といったレベルであり、転炉→二次精錬プロセ
スで溶製する際にスラグの酸化が小さい。その結果、
［Ｏ］の低下が比較的容易に行なうことができる、一方
で極低炭素鋼では脱炭中に［Ｏ］が高いことに起因し、
スラグの酸化度が大きいために低酸素化が困難である
が、本発明法はこうした極低炭素鋼においても容易に達
成することができる。

【００１９】以下図面に従って本発明をさらに詳しく説
明する。

【００２０】図１は本発明を実施する際に用いられる装
置の一例を示す縦断面図であり、図２は図１の装置の他
の一例を示す縦断面図である。

【００２１】まず、図１に示す符号１はＲＨ真空脱ガス
装置の脱ガス容器を示し、この脱ガス容器１の下部に浸
漬管８を介して溶鋼鍋２を設けたものから構成されてい
る。脱ガス容器１は上部に容器内の空気を排気する排気
口９と、この脱ガス容器１の上部から下部方向に向って
主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と、水素
ガスとを同時に吹き込むラバ−ノズルを具えた昇降自在
な上吹きランス６と、脱ガス容器１の下部に溶鋼鍋２内
の溶鋼３の液面内に浸漬する浸漬管８とこの浸漬管８の
側壁に溶鋼３を環流させる環流ガス吹き込み羽口４を設
けた構造のものから構成されたものである。

【００２２】また、図２は図１の上吹きランス６の代り
に脱ガス容器１内の溶鋼３の表面よりも上方で脱ガス容
器１の側壁に設けた脱ガス容器羽口５を通じ溶鋼３の表
面に向って主たる成分がＣａＯであるフラックス粉末と
水素ガスとを同時に吹き込むようにした以外は図１に示
す構造と同様の構造としたものから構成されたものであ
る。

【００２３】図１ならびに図２に示す構造の装置を用
い、主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と共
に水素ガスを上吹きランス６あるいは脱ガス容器１内の
溶鋼表面よりも上方で脱ガス容器１の側壁に設置された
脱ガス容器羽口５を通じて溶鋼表面に吹き付けるように
すると従来法のように浸漬羽口からガスあるいはフラッ
クスを吹き込む場合に生ずる羽口損耗や溶鋼飛散による
地金付きの問題はなく、通常のＲＨ法と同様に安定操業
ができる。

【００２４】このような方法で水素ガスを吹き込んだ場
合には、気液界面での水素分圧が溶鋼中に吹き込んだ場
合に比べ非常に低いため水素の溶解量は小さい。従っ
て、溶鋼中の水素濃度も本発明者等の実験範囲内では２
ｐｐｍ程度までしか上昇しなかった。

【００２５】このことから本発明法による脱酸速度向上
効果は、従来の真空脱炭処理中に溶鋼中に多量の水素を
溶解させて脱ガス容器内で気泡を活発に発生させること
によって、気泡による介在物浮上の促進を図るという特
開平１−１８８６１９号公報に提案されている方法とは
本質的に異なるメカニズムによるものであると言える。

【００２６】本発明法の場合に脱酸速度が向上するメカ
ニズムは十分に解明されていないが、おそらく水素ガス
を吹き付けることにより気液界面の物性が変化するため
に、溶鉄−フラックス間に特異な限象が生じてフラック
スによる介在物吸収が促進されるものと推察される。こ
うしたことから本発明法においては、ＲＨ真空脱ガス容
器内において、脱酸剤添加後の環流処理中に主たる成分
としてＣａＯを含むフラックス粉末と水素ガスとを同時
に吹き込むことが肝要である。特開昭６３−１１４９１
８号公報には真空脱ガス容器内でＣａＯと螢石からなる
フラックスをＡｒガスにより吹き付けて脱硫反応を行な
う方法が示されているが、これは主に脱硫促進を狙うも
のであり、上記に説明したようにフラックス粉末と共に
水素ガスを同時に溶鋼表面に吹き付けることにより介在
物除去を促進する点で、本発明法は脱酸に関して技術的
に進歩性を有するものである。

【００２７】本発明の主たる成分としてＣａＯを含むフ
ラックス粉末と水素ガスとを吹き込む期間とは、脱炭処
理が終了した後、通常行なわれるＡｌ等の脱炭剤添加後
の環流処理（以下脱酸処理と称する）期間をさすもので
あり、この期間中に行なうのが最適である。

【００２８】この期間以外では、水素ガスの吹き込みノ
ズルが溶鋼や凝固鉄で詰まらない程度にガスを流してお
けばよく、その際使用するガスの種類としては水素、ア
ルゴン、窒素のいずれかを目標溶鋼成分などに応じて使
い分けてもよい。また、ＲＨ真空脱ガス装置において、
極低炭素鋼の脱炭を促進する方法については、本発明者
等は極低炭素濃度域のものでは脱ガス槽内溶鋼浴面への
水素ガス吹き付けが有効であることを見出し、さきに特
願平２−１６４１９６号として提案したが、本発明者等
は更に研究を進めた結果、本発明を完成したものであっ
て、脱炭末期に上吹きランスを通して水素ガスを溶鋼に
吹き付けた後、更に脱酸剤を添加し、溶鋼を循環させる
際に主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と共
に水素ガスを吹き付けることにより、極低炭素高清浄度
鋼が得られるようにしたものである。

【００２９】水素ガスの吹き込み速度としては、反応容
器内の溶鋼表面を平坦面とした場合の単位表面積当たり
のガス吹き込み速度で１〜１０Ｎｍ³／ｍ²・ｍｉｎの範
囲が適当である。１Ｎｍ³／ｍ³・ｍｉｎ未満では効果は
少なく、また、１０Ｎｍ³／ｍ²・ｍｉｎを越えさらに高
速度で吹き込みを行なう場合には、真空度の低下、羽口
詰まり防止用のガス使用量の増加などの欠点が生じる一
方、より以上の脱酸の促進効果は望めず得策ではない。

【００３０】主たる成分がＣａＯを含むフラックス粉末
と水素ガスとを同時に上吹きランス６より吹き付ける場
合には、ランス高さが高すぎるとフラックスの添加効率
が低下し、逆にランス高さが低すぎるとランスへの地金
付きやランスの溶損の危険がある。適当な設計のラバ−
ルノズルを用いることにより、比較的ランス高さが高く
てもフラックスの添加効率は低下せず、また、ランスを
水冷構造としたラバ−ルノズルを用いることにより安定
した操業が可能となる。この上吹きランス６は図１に示
すように窒素ガス上吹き用のランスと兼用としてもよい
が、この場合、窒素ガスから水素ガスあるいは逆にガス
種類を変更する際に一旦配管内を不活性ガスでパ−ジす
るシ−ケンスとすることが必要である。

【００３１】

【実施例】本発明方法を、２５０トン規模のＲＨ脱ガス
装置において実施した場合の実施例を以下に示す。

【００３２】転炉で溶製した［Ｃ］：約４００ｐｐｍ、
［Ｏ］：約４５０ｐｐｍの未脱酸溶鋼２５０トンを容器
内径約２．０ｍの図１ならびに図２に示すＲＨ脱ガス容
器を用いて脱炭処理した後に、本発明法による脱酸処理
を行なって極低炭素濃度の高清浄度鋼を溶製した場合の
例について述べる。

【００３３】以下に述べるように、［Ｃ］＜５０ｐｐｍ
の時点で水素ガス吹き付けを行ない、その後、脱炭終了
時に脱酸剤を添加した後、さらにＲＨ真空脱ガス容器内
の溶鋼面に主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉
末と水素ガスとを同時に吹き付けを行なった。

【００３４】実施例１は図１に示すよすに脱ガス処理中
に昇降可能な上吹きランス６のラバ−ルノズルを通じて
溶鋼表面に向けて主たる成分がＣａＯを含むフラックス
粉末と水素ガスとを吹き付けた場合の例である。

【００３５】実施例２は図２に示すようにステンレス鋼
管製の脱ガス容器の羽口５を８本、脱ガス容器１の側壁
の仮想溶鋼表面より１４００ｍｍ高い位置に設置し、溶
鋼表面に向けて下向き４５°に主たる成分としてＣａＯ
を含むフラックス粉末と水素ガスとを吹き付けた場合の
例である。

【００３６】図１ならびに図２のいずれの場合にも脱ガ
ス容器１内の排気および環流ガス吹き込み羽口４からの
Ａｒガス吹き込みを開始して通常の脱炭処理を１０分間
行なった後、水素ガスの吹き込みを開始した。環流用Ａ
ｒガスの吹き込み速度は比較例も含めていずれの場合も
２．０Ｎｍ²／ｍｉｎで一定とした。

【００３７】実施例１では脱炭処理開始後１０分後の水
素ガス吹き込み開始直前に上吹きランス６の先端を仮想
溶鋼浴面から３．０ｍ上方の位置に下降させ、脱炭処理
終了までの１０分間に１５Ｎｍ²／ｍｉｎの吹き込み速
度で水素ガス吹き込みを行なった。

【００３８】実施例２では処理開始直前から、脱ガス容
器羽口５から詰まり防止のために少量のＡｒガスを流し
ておき、脱炭処理開始１０分後にバルブ操作によって水
素ガスの吹き込みを開始した。脱炭処理終了までの１０
分間に１５Ｎｍ³／ｍｉｎの吹き込み速度で水素ガスの
吹き込みを行なった。

【００３９】脱炭終了時の［Ｈ］はいずれの場合も１〜
２ｐｐｍの範囲であった。脱炭終了後、脱酸剤としてＡ
ｌを添加し、溶鋼を環流させて脱酸処理を行なった。Ａ
ｌ添加後、実施例１では上吹きランス６のラバ−ノズル
を用いて、１５Ｎｍ³／分の水素ガスと５０ｋｇ／分の
ＣａＯ−ＣａＦ₂系フラックス粉末とを１５分間吹き付
けた。実施例２では７．５Ｎｍ³／分の水素ガスと５０
ｋｇ／分のＣａＯ−ＣａＦ₂系フラックス粉末を脱ガス
容器羽口５から１５分間吹き付けた。比較例１では同じ
脱ガス装置を用いて通常の脱炭処理を２０分間と水素ガ
スおよびフラックスの吹き付けを行なわない通常の脱酸
処理を１５分間行なった。比較例２は通常の脱炭処理２
０分間の後の脱酸処理の期間中に実施例１で用いたもの
と同じランスから、１５Ｎｍ³／分のＡｒガスと５０ｋ
ｇ／分のＣａＯ−ＣａＦ₂系フラックスを１５分間吹き
付けた。

【００４０】なお、実施例１、２および比較例１、２の
いずれの場合も転炉出鋼後、ＲＨ処理前に取鍋内スラグ
に金属Ａｌを含有するスラグ還元材を添加し、取鍋内ス
ラグの（Ｔ．Ｆｅ）を２％以下とした。また、いずれの
場合もＲＨ脱炭処理終了時の鋼中フリ−酸素レベルに有
意差はなかった。実施例１、２および比較例１、２にお
ける［Ｃ］、［Ｔ．Ｏ］の平均値を表１に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１に記したとおり、本法により極低炭素
鋼の高清浄度化が図れ、従来法より優れることがわか
る。また、実施例１と比較例２を比べると、環流管耐火
物の溶損も実施例１の方が小さく、操業上問題のない程
度であった。

【００４３】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明法
は、キルド溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置により撹拌して、
鋼中の非金属介在物を除去する脱酸処理を行なう際に、
ＲＨ真空脱ガス容器内の溶鋼表面に主たる成分としてＣ
ａＯを含むフラックス粉末と共に水素ガスを吹き付ける
期間を設けることを特徴とする。

【００４４】本発明法によればＲＨ真空脱ガス装置によ
り脱炭処理した後、脱酸剤を添加して脱酸処理中に主た
る成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と水素ガスと
を同時に吹き付けるようにしたため、鋼の極低酸素化が
図ることができ、その結果、非金属介在物の除去能力が
著しく向上され、冷延鋼板における非金属介在物起因の
表面欠陥が低減できる。特に、極低酸素化の実現が困難
であった極低炭素鋼の品質改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する際に用いられる装置の一例を
示す縦断面図である。

【図２】図１の装置の他の一例を示す縦断面図である。

【図３】本発明法と従来法におけるＡｌ添加後の脱酸処
理時間と［Ｔ．Ｏ］との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 脱ガス容器 ２ 溶鋼鍋 ３ 溶鋼 ４ 環流ガス吹き込み羽口 ５ 脱ガス容器羽口 ６ 上吹きランス ７ フラックス吹き込み装置 ８ 浸漬管 ９ 排気口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キルド溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置により
   撹拌して、鋼中の非金属介在物を除去する脱酸処理を行
   なう際に、ＲＨ真空脱ガス容器内の溶鋼表面に主たる成
   分としてＣａＯを含むフラックス粉末と共に水素ガスを
   吹き付ける期間を設けることを特徴とする高清浄度鋼の
   溶製方法。
2. 【請求項２】 ラバ−ルノズルを具えた、水冷ランスを
   用いて主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と
   水素ガスとを脱ガス容器内の溶鋼表面に吹き付けること
   を特徴とする請求項１記載の高清浄度鋼の溶製方法。
3. 【請求項３】 脱ガス容器の側壁に設けた管路を通じて
   主たる成分としてＣａＯを含むフラックス粉末と共に水
   素ガスを脱ガス容器内の溶鋼表面に吹き付けることを特
   徴とする請求項１記載の高清浄度鋼の溶製方法。