JPWO2020183841A1 - Ｔｉ含有極低炭素鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

ＲＨ真空脱ガス装置を用いて溶鋼を精錬する方法において、真空脱炭処理に続けてＡｌによる溶鋼の脱酸処理を施した後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内に溶鋼温度より融点の高いフラックスを添加し、続いて、Ｔｉ源を添加するＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法。また、フラックスを所定量添加し、ＲＨ真空脱ガス装置でＴｉ源を添加した後の溶鋼環流時間ｔ１と、ＲＨ処理終了から連続鋳造のためのタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間ｔ２が、下記式（式中、Ｇ：環流ガス流量、Ｐ：真空度、Ｐ０：大気圧、ＷＭ：溶鋼重量、およびＤ：取鍋内溶鋼湯面部直径）を満足するように調整する。１９０（Ｇ・ｌｎ（Ｐ０／Ｐ）／ＷＭ）１/３・ｔ１＋１１．８（Ｄ２／Ｗｆ）・ｔ２≦１８００

Description

本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置において、Ｔｉ含有極低炭素鋼を、高いＴｉ歩留りで製造する方法に関する。

一般に、Ｔｉを含有する極低炭素鋼は、転炉等の一次精錬炉で粗脱炭処理を行い、取鍋へ出鋼した後、ＲＨ真空脱ガス装置にて極低炭素レベルまでの真空脱炭を行い、Ａｌ添加による脱酸処理を経た溶鋼にＴｉ源を添加して溶製する。

Ｔｉは、Ａｌと同様に酸化力の強い元素であり、また、一般的にＴｉ源はＡｌ源より高価なため、Ｔｉ含有鋼を溶製する場合には、取鍋内の溶鋼をＡｌの添加による脱酸処理の後にＴｉ源を添加することで溶存酸素とＴｉの反応を抑制し、Ｔｉの歩留りを確保している。

しかし、Ａｌによる脱酸処理により溶鋼の酸素ポテンシャルは低下するものの、取鍋内の溶鋼上にＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物を含有する酸素ポテンシャルの高いスラグが浮遊している場合、溶鋼中のＴｉとスラグ中の低級酸化物との反応、即ち再酸化反応が継続して進行し、Ｔｉが酸化物となってしまうことでＴｉの歩留りが低下する。そのため、上記再酸化反応を抑制すべく、スラグの組成を制御する方法が多数提案されている。

この対策として取鍋内のスラグに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おり、たとえば、特許文献１には、Ａｌの再酸化を抑制すべく、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ている。

また、特許文献２には、Ａｌの再酸化を抑制すべく、スラグ上に脱酸剤を添加するとともに、溶鋼成分とスラグの反応性を低下させるため、その後、ＭｇＯ源を添加してスラグ中ＭｇＯ濃度を１３％以上に制御し、スラグ中の固相率を増加させ、スラグの流動性を低下させる方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、スラグ中のＳｉＯ_２と溶鋼中Ｔｉの反応を抑制すべく、スラグにＴｉＯ_２源を添加してスラグ中ＴｉＯ_２濃度を５％以上に制御する方法が開示されている。

特開平 ２− ３０７１１号公報 特開２０１５−１８３２５９号公報 特開２００１−３５５０１８号公報

しかしながら、上記の方法では、スラグ組成制御用の原料を添加する際に、スラグの組成、量が不明であるため、原料の添加量を決定できない、あるいは、添加後のスラグの組成が所望の範囲から外れてしまう場合がある。
また、特許文献１や２のようにスラグに脱酸剤を添加して低級酸化物を低減したとしても、溶鋼が未脱酸状態で処理を行うと溶鋼中の酸素ポテンシャルと平衡するようにスラグの酸素ポテンシャルが増加する、即ち、低級酸化物が増加し、溶鋼脱酸後の再酸化源となる、あるいはそれを防ぐために過剰な脱酸材の添加が必要となる、という問題点がある。

特許文献３に開示の技術は、設備としてＶＯＤを用いており、溶鋼のＡｌ脱酸により、スラグ中の低級酸化物は、平衡する濃度まで還元されるとしているが、ＲＨ真空脱ガス処理では、スラグ−メタル反応は遅く、実際には、Ｔｉ歩留まりに影響する低級酸化物が残留していたり、それを防止するには、過剰のＡｌを投入したりしなければならない問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、取鍋内の溶鋼中Ｔｉのスラグによる再酸化を防止し、Ｔｉ含有極低炭素鋼を高いＴｉ歩留りで安定して製造する方法を提案することを目的とする。

発明者らは、溶鋼より融点が高く密度が低いフラックスをＲＨ真空脱ガス装置の真空槽に投入し、溶鋼とスラグの間を遮蔽することでＴｉ添加後の再酸化を抑制できることを見出し、本発明を開発した。上記課題を有利に解決する本発明のＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法は、ＲＨ真空脱ガス装置を用いて溶鋼を精錬するに際し、真空脱炭処理に続けてＡｌによる溶鋼の脱酸処理を施した後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内に溶鋼温度より融点の高いフラックスを添加し、続いて、Ｔｉ源を添加することを特徴とする。

なお、本発明にかかるＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法は、
（ａ）上記フラックスを所定量添加し、ＲＨ真空脱ガス装置でＴｉ源を添加した後の溶鋼環流時間ｔ_１と、ＲＨ処理終了から連続鋳造のためのタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間ｔ_２が、下記（１）式（（１）式中、ｔ_１：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の環流時間（ｓ）、Ｇ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の環流用ガス流量（Ｎｍ^３／ｓ）、 Ｐ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の槽内真空度（Ｐａ）、Ｐ_０：大気圧（１０１３２５Ｐａ）、Ｗ_Ｍ：溶鋼重量（ｋｇ）、ｔ_２：ＲＨ処理終了からタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間（ｓ）、Ｄ：取鍋内溶鋼湯面部直径（ｍ）、Ｗ_ｆ：溶鋼温度より融点の高いフラックスの添加量（ｋｇ）を表す。）を満足するように調整すること、
１９０（Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ）^１/３・ｔ_１＋１１．８（Ｄ^２／Ｗ_ｆ）・ｔ_２≦１８００ ・・・（１）
（ｂ）上記溶鋼環流時間ｔ_１および上記搬送時間ｔ_２を事前に決定し、上記フラックスの添加量Ｗ_ｆが、前記（１）式を満足するように計算して添加すること、
（ｃ）上記フラックスを所定量添加した後、上記Ｔｉ源の添加を開始するまでの時間ｔ_３が下記（Ａ）〜（Ｃ）式（（Ａ）〜（Ｃ）式中、ｔ_３：ＲＨ真空脱ガス装置でのフラックス添加からＴｉ源添加までの環流時間（ｓ）、Ｈ：取鍋内溶鋼深さ（ｍ）、 ｕ_Ｐ：溶鋼中のフラックス粒子の終端速度（ｍ／ｓ）、Ｕ_ｕ：取鍋内溶鋼平均上昇流速（ｍ／ｓ）、ρ_ｐ：フラックス密度（ｋｇ／ｍ^３）、ρ_Ｍ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）、μ_Ｍ：溶鋼粘度（Ｐａ・ｓ）、ｄ_ｐ：フラックス平均粒子径（ｍ）、Ｑ：溶鋼環流量（ｋｇ／ｓ）、Ｓ：取鍋湯面位置面積（ｍ^２）、ｄ_ｉ：浸漬管径（ｍ）を表す。）を満足すること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
ｔ_３＞Ｈ／（ｕ_ｐ＋Ｕ_ｕ） ・・・（Ａ）
ｕ_ｐ＝（４・（ρ_ｐ−ρ_Ｍ）^２・ｇ^２／（２２５ρ_Ｍ・μ_Ｍ））^１／３・ｄ_ｐ ・・・（Ｂ）
Ｕ_ｕ＝Ｑ／ρ_Ｍ／（Ｓ−π／４・ｄ_ｉ ^２） ・・・（Ｃ）

本発明によれば、スラグと溶鋼をフラックスによって遮断し、溶鋼環流時間およびＲＨ処理終了からタンディッシュでの注入開始までの搬送時間を制御することで、溶鋼中Ｔｉのスラグによる再酸化が抑制され、Ｔｉの歩留り低下を抑制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。また、過剰なフラックスの使用を低減できるメリットもある。さらに、フラックスの浮上時間を確保することで、溶鋼中Ｔｉのスラグによる再酸化をより抑制することができる。

本発明の実施に用いる装置の一例を示す模式図である。 本発明の方法を適用した場合の（１）式左辺で計算したＴｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉと実操業におけるＴｉ濃度減少量比Δ_Ｔｉの関係とフラックス添加からＴｉ源添加までの環流時間ｔ_３の影響を示すグラフである。

発明者らは、課題を解決するに当たり、以下のように考えた。
溶鋼中のＴｉのスラグによる再酸化反応は、スラグ中の低級酸化物と溶鋼中の脱酸元素の反応である。そこで、スラグと溶鋼の間を物理的に遮断すれば反応は進まないと考えた。そこで、遮蔽物として単体では溶鋼温度で溶融せず、溶鋼より低密度のフラックスを投入することとした。方法としては、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内溶鋼へフラックスを投入させた。そのフラックスが環流している溶鋼流に乗ってＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管を通って取鍋内溶鋼中に分散する。フラックスは溶鋼より低密度のため、溶鋼中を浮上し、取鍋湯面上のスラグの溶鋼と接している側を被覆し、溶鋼とスラグを遮断することとなる。また、フラックスの投入時期としては、溶鋼の未脱酸処理中の場合、溶鋼中の酸素ポテンシャルと平衡するように投入したフラックス層中に低級酸化物が生成してしまうため、溶鋼をＡｌで脱酸した後に添加すればよいと考えた。

また、フラックスによってスラグ−溶鋼界面を遮断したとしても、長時間保持していれば、浸潤、拡散によって、加えて、溶鋼が撹拌されていればさらに短い時間でも溶鋼成分とスラグ成分の反応が起こり、再酸化抑制の効果が小さくなる。

まず、ＲＨ真空脱ガス装置にて、極低炭素鋼溶製時の溶鋼へのＴｉ添加後のＴｉ濃度挙動を調査した。比較として、転炉からの出鋼時に溶鋼とスラグを脱酸（以下、スラグ脱酸）した後、即ち、スラグ中に低級酸化物の少ない状態でＲＨ真空脱ガス装置での溶鋼環流中にＴｉを添加した後のＴｉ濃度挙動も調査した。

その結果、極低炭素鋼溶製時は、スラグ脱酸処理を施した場合と比較して、Ｔｉ濃度の減少量が大幅に増加した。そこで、極低炭素鋼溶製時のＡｌでの溶鋼脱酸後、ＭｇＯを真空槽内から添加し、その後、Ｔｉを添加し、Ｔｉ濃度挙動を調査したところ、Ｔｉ濃度の減少量は、ＭｇＯを添加していない場合より大幅に減少した。

しかし、ＭｇＯを添加した場合でも、スラグ脱酸処理を施した場合と同等にＴｉ濃度減少量が抑制されている場合もあれば、Ｔｉ濃度減少量がそれほど小さくなっていない場合もあり、大きなばらつきを持っていた。このばらつきはＲＨ処理終了時にＴｉ濃度減少として現れる場合もあり、ＲＨ処理終了時にはスラグ脱酸処理を施した場合と同等でも、ＲＨ処理終了の後、溶鋼を保持した取鍋をタンディッシュ上へ搬送し、溶鋼を注入したタンディッシュ内の溶鋼までにＴｉ濃度減少として現れる場合もあった。これはＲＨでのＴｉ添加からタンディッシュ注入までの環流処理、搬送、保持時間の影響と考え、Ｔｉ添加後の時間経過によるＴｉ濃度減少量Ｒ_Ｔｉを調査した。

その結果、ばらつきはあったが、Ｔｉ添加から、タンディッシュ注入までの時間が長いとＴｉ濃度減少量が多い傾向となった。そこで、（１）Ｔｉを添加した後のＲＨでの溶鋼環流時間ｔ_１（ｓ）と、（２）ＲＨ処理終了から連続鋳造のためのタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間ｔ_２（ｓ）に分けて検討した。Ｔｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉは下記（２）式で表すものとする
Ｒ_Ｔｉ＝ｋ_１ｔ_１＋ｋ_２ｔ_２ ・・・（２）
ここで、
ｋ_１：溶鋼環流時のＴｉ酸化反応の反応速度定数、
ｋ_２：ＲＨ処理終了後、タンディッシュ注入までの搬送時のＴｉ酸化反応の反応速度定数、
を表す。

＜１．溶鋼環流時間の影響＞
ここで、ＲＨでの溶鋼環流処理中の溶鋼中のＴｉとスラグの反応については溶鋼に付与されている撹拌力と相関があると考えられる。ＲＨでの溶鋼環流処理中の取鍋内溶鋼の撹拌動力密度ε（Ｗ／ｔ）は下記（３）式で表される。
ε∝Ｕ^２・Ｑ／Ｗ_Ｍ ・・・（３）
ここで、
Ｕ：ＲＨ真空脱ガス装置の下降側浸漬管内の溶鋼流速（ｍ／ｓ）、
Ｑ：溶鋼環流量（ｋｇ／ｓ）、
Ｗ_Ｍ：取鍋内溶鋼重量（ｋｇ）、
を表す。

また、溶鋼環流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）は一般的に下記（４）式が用いられる。
Ｑ∝Ｇ^１/３・ｄ^４/３・（ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ））^１/３ ・・・（４）
ここで、
Ｇ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の環流用ガス流量（Ｎｍ^３／ｓ）、
Ｐ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の槽内真空度（Ｐａ）、
Ｐ_０：大気圧（１０１３２５Ｐａ）、
ｄ：ＲＨ浸漬管内径（ｍ）
を表す。

（４）式からＲＨ真空脱ガス装置の下降側浸漬管内の溶鋼流速Ｕ（ｍ／ｓ）は下記（５）式で表される。
Ｕ＝Ｑ／（（π／４）・ｄ^２・ρ_Ｍ） ・・・（５）
ここで
ρ_Ｍ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ^３）
を表す。

（３）式に（４）および（５）式を代入すると下記（６）式が得られる。
ε∝Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ ・・・（６）
また、溶鋼環流時の物質移動速度は撹拌動力密度の１／３に比例すると言われているため、反応速度定数ｋ_１は上記（６）式から下記（７）式が求められる。
ｋ_１∝ε^１/３∝（Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ）^１/３ ・・・（７）

＜２．搬送時間の影響＞
一方、ＲＨ処理終了からタンディッシュ注入までの搬送時間ｔ_２中の溶鋼中Ｔｉとスラグの反応については、その反応速度は溶鋼−スラグ間の遮断層の厚みに反比例すると考え、搬送中の反応速度定数ｋ_２は下記（８）式で表される。
ｋ_２∝１／Ｌ ・・・（８）
ここで、
Ｌ：溶鋼より融点の高いフラックスによる遮断層厚み（ｍ）
を表す。
遮断層厚みＬは下記（９）式で表される。
Ｌ＝Ｗ_ｆ／ρ_ｆ／（π／４・Ｄ^２） ・・・（９）
ここで、
ρ_f：遮断層見かけ密度（ｋｇ／ｍ^３）
を表す。

ρ_ｆは酸化物であればほぼ一定と考えられるので、（８）および（９）式を合わせて、下記（１０）式が得られる。
ｋ_２∝Ｄ^２／Ｗ_ｆ ・・・（１０）

＜Ｔｉ減少量＞
上記（７）および（１０）式を（２）式に加えて、Ｔｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉを下記（１１）式で表す。
Ｒ_Ｔｉ＝Ａ（Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ）^１/３・ｔ_１＋Ｂ（Ｄ^２／Ｗ_ｆ）・ｔ_２・・・（１１）
ここで、
Ａ、Ｂ：定数
を表す。

操業条件、処理時間等を変化させ、スラグ脱酸処理した場合よりＴｉ減少量が多い条件を回帰分析することで、（１１）式の定数ＡおよびＢ、ならびにスラグ脱酸処理した場合のＴｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉを算出した。その結果、Ａ＝１９０、Ｂ＝１１．８およびＲ_Ｔｉ＝１８００が得られた。即ち、（１１）式右辺が１８００以下であれば、Ｔｉ減少量はスラグ脱酸処理した場合と同等となるということである。これにより、（１）式の関係が得られた。
１９０（Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ）^１/３・ｔ_１＋１１．８（Ｄ^２／Ｗ_ｆ）・ｔ_２≦１８００ ・・・（１）

したがって、ＲＨ真空脱ガス装置を用いたＴｉ含有極低炭素鋼の製造にあたっては、真空脱炭処理に続けてＡｌによる溶鋼の脱酸処理を施した後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内に溶鋼温度より融点の高いフラックスを添加し、続いて、Ｔｉ源を添加することにより、Ｔｉの酸化減量を少なくして、Ｔｉ含有極低炭素鋼を製造できる。また、所定量のフラックスを添加したうえで、（１）式を満足するように、Ｔｉを添加した後のＲＨでの溶鋼環流時間ｔ_１と、ＲＨ処理終了から連続鋳造のためのタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間ｔ_２を調整することで、Ｔｉの酸化減量をスラグ脱酸処理と同等にすることができ好ましい。さらに、溶鋼環流時間ｔ_１および搬送時間ｔ_２を事前に決定しておき、（１）式を満足する量のフラックスＷ_ｆを添加すれば、フラックスの使用量も最小化でき、より好ましい。たとえば、溶鋼の環流時間ｔ_１は、３００トンの取鍋であれば、通常、１８０〜４８０ｓ程度であり、搬送時間ｔ_２は、設備の配置や操業条件にもよるが、１２００〜３６００ｓ程度である。環流時間が短すぎるとＴｉ濃度が不均一となるおそれがあり、環流時間が長すぎると、耐火物の溶損やＴｉ減量の増加、溶鋼温度の低下が懸念される。搬送時間の下限は、設備の配置に依存し、あまり搬送時間が長いとＴｉ減量の増加や溶鋼温度の低下が懸念される。さらに、フラックスの量は、溶鋼環流時の攪拌によっても、遮断層が破壊されないよう最低の厚み３ｍｍが好ましく、３０ｍｍ超えて添加してもＴｉ酸化の遮断効果が飽和するため、遮断層とするフラックスの厚みＬは３〜３０ｍｍの範囲が好ましく、５〜１０ｍｍの範囲がさらに好ましい。したがって、フラックスの添加量は、取鍋の直径にもよるが溶鋼１トン当たり０．３〜３．０ｋｇの範囲が好ましく、０．４〜１．０ｋｇの範囲がさらに好ましい。

＜フラックス浮上時間の確保＞
また、フラックスを所定量添加した後、直ちにＴｉ源を添加すると、フラックスが取鍋内溶鋼を浮上してスラグ―溶鋼界面を遮断する前に、添加して溶鋼中に溶解したＴｉとスラグ中の低級酸化物が反応してしまう懸念がある。そこで、Ｔｉ源を添加する前にフラックスの浮上する時間を確保することを考えた。
液体中の液体より密度の小さい粒子の浮上速度は、液体の上下方向の流速Ｕ_ｕ（ｍ／ｓ）と静止浴での粒子の終端速度ｕ_Ｐ（ｍ／ｓ）の和となる。粒子の終端速度ｕ_Ｐは一般的に下記（Ｄ）式で表される。
ｕ_Ｐ＝（４／３・ｄ_ｐ／Ｃ_Ｄ・｜ρ_Ｐ−ρ_Ｍ｜／ρ_Ｍ）^１／２ ・・・（Ｄ）
式中、ρ_ｐ：フラックス密度（ｋｇ／ｍ^３）、
ρ_Ｍ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ^３）、
ｄ_ｐ：フラックス平均粒子径（ｍ）
を表す。

ここで、Ｃ_Ｄは抗力係数と呼ばれ、レイノルズ（Ｒｅ）数に依存する。本発明の対象であるＲＨ処理中の取鍋内溶鋼中のフラックス粒子の運動に関するＲｅ数（２〜５００）ではＡｌｌｅｎの式によりＣ_Ｄ＝１０／Ｒｅ^１／２で表される。ここで、レイノルズ数Ｒｅ＝ｄ_ｐ・ｕ_ｐ・ρ_Ｍ／μ_Ｍである。Ａｌｌｅｎの式に基づき、粒子の終端速度ｕ_Ｐは下記（Ｂ）式となる。
ｕ_ｐ＝（４・（ρ_ｐ−ρ_Ｍ）^２・ｇ^２／（２２５ρ_Ｍ・μ_Ｍ））^１／３・ｄ_ｐ ・・・（Ｂ）
式中、ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）、
μ_Ｍ：溶鋼粘度（Ｐａ・ｓ）
を表す。

また、取鍋内において、ＲＨでの溶鋼環流中は溶鋼下降側の浸漬管の直下は下降流であるが、それ以外の領域を上昇流と考えると、その領域の平均上昇流速Ｕ_Ｕは下記（Ｃ）式で表される。
Ｕ_ｕ＝Ｑ／ρ_Ｍ／（Ｓ−π／４・ｄ_ｉ ^２） ・・・（Ｃ）
式中、Ｑ：溶鋼環流量（ｋｇ／ｓ）、
Ｓ：取鍋湯面位置面積（ｍ^２）、
ｄ_ｉ：浸漬管径（ｍ）
を表す。

ＲＨ真空槽内溶鋼に添加されたフラックスは環流に乗り、一旦取鍋底部まで到達し、そこから流速Ｕ_Ｕ（ｍ／ｓ）の上昇流に乗って上昇すると考えると、フラックス粒子が取鍋底部から溶鋼−スラグ界面まで上昇する時間ｔ_Ｕ（ｓ）は、取鍋内溶鋼深さをＨ（ｍ）として、下記（Ｅ）式で表される。
ｔ_Ｕ＝Ｈ／（ｕ_Ｐ＋Ｕ_ｕ） ・・・（Ｅ）
この上昇時間ｔ_Ｕ後にはスラグ―溶鋼界面がフラックスで十分に遮断されることとなるため、フラックス添加後、ｔ_Ｕ以上経過後にＴｉ源を添加すれば、Ｔｉとスラグ中低級酸化物の反応をより抑制できると考えられるため、フラックス添加後、Ｔｉ源を添加開始するまでの時間ｔ_３は下記（Ａ）式を満たすことが好ましい。
ｔ_３＞Ｈ／（ｕ_ｐ＋Ｕ_ｕ） ・・・（Ａ）

ＲＨ真空脱ガス装置でのフラックス添加からＴｉ源添加までの環流時間ｔ_３が長すぎても、Ｔｉの再酸化減少の抑制に与える影響は飽和するうえ、処理コストの増大を招くことになる。なお、ｔ_３の上限は、添加するフラックス量や、装置のサイズに依存するが、６０ｓ程度とすることが好ましい。

以下、本発明の好適実施形態の概略図である図１を参照して本発明の方法を説明する。
転炉にて脱炭精錬を行い、得られた溶鋼１とスラグ２を取鍋３に出鋼する。溶鋼１は未脱酸状態とするが、取鍋３内の溶鋼１を覆っているスラグ２上にはＡｌ含有スラグ改質剤を添加することが望ましい。尚、Ａｌ含有スラグ改質剤はスラグ２上に分散して添加できれば、特に専用の添加設備を用いる必要はない。

その後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置に搬送された取鍋３を昇降装置（図示せず）にて上昇させ、上昇側浸漬管４及び下降側浸漬管５を取鍋３内の溶鋼１に浸漬させる。そして、Ａｒガス吹き込み管６から上昇側浸漬管４内にＡｒガスを吹き込むと共に、真空槽７内を排気装置（図示せず）にて排気して真空槽７内を減圧する。真空槽７内が減圧されると、取鍋２内の溶鋼１は、Ａｒ吹き込み管６から吹き込まれるＡｒと共に上昇側浸漬管４を上昇して真空槽７内に流入し、その後、下降側浸漬管５を介して取鍋３に戻る流れ、いわゆる、環流を形成してＲＨ真空脱ガス精錬が施される。

溶鋼が未脱酸の状態では、このＲＨ真空脱ガス精錬により脱炭反応が進行する。脱炭終了後、溶鋼中の溶存酸素濃度を測定し、その酸素を脱酸するのに必要とする量および必要組成分の金属Ａｌを真空槽７内の溶鋼に投入シュート９から添加し、溶鋼１を脱酸する。その後、真空槽７内の溶鋼に投入シュート９からフラックスを添加し、溶鋼１とスラグ２との間にフラックスによる遮断層８を形成する。このフラックスはスラグと溶鋼を遮断し、鋼中のＴｉやＡｌが酸化されるのを抑制するために用いられるもので、ＡｌやＴｉと脱酸力が同等以上の元素の酸化物であって、溶鋼温度で溶融しないことが必要である。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯ、ＣａＯが例示され、これらを主成分とするボーキサイトや生石灰、マグネシアレンガ屑、またはドロマイトのような化合物なども使用することができる。

その後、好ましくは（Ａ）式を満たす時間ｔ_３経過後に、真空槽７内の溶鋼に投入シュート９からＴｉ源を所定量添加し、好ましくは（１）式を満たすようにＲＨ環流処理時間ｔ_１、タンディッシュへの注入までの搬送時間ｔ_２を調整する。ＲＨの環流処理時間ｔ_１は短い方が良いが、添加したＴｉが溶鋼中に均一に混合するまでの時間を予め測定しておき、それ以上の時間を確保することが望ましい。

炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約３００トンの溶鋼を転炉から内径３．２ｍの取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、出鋼後、ＲＨ真空脱ガス装置で真空脱炭処理を行い、炭素濃度を０．００３質量％以下まで低下させた。脱炭後、溶鋼中溶存酸素濃度に見合う量の金属Ａｌを添加し、その後、真空槽内溶鋼に所定量のＭｇＯを添加した。ｔ_３（ｓ）経過後、真空槽内に金属Ｔｉを添加した。添加後、ＲＨで環流処理を行い、連続鋳造用のタンディッシュまで取鍋を搬送し、溶鋼の注入を開始した。その際のＲＨのＴｉ添加後の溶鋼環流時間ｔ_１、タンディッシュまでの搬送時間ｔ_２を変化させた。取鍋内溶鋼の約半分をタンディッシュに注入した段階で、タンディッシュ内の溶鋼のサンプルを採取し、分析に供した。比較として、真空槽内溶鋼にＭｇＯを添加せずにＴｉを添加した場合も実施した。

表１に処理条件および結果を示す。処理条件１〜２５のＴｉ濃度減少量比Δ_Ｔｉは、比較例とした真空槽内溶鋼にＭｇＯを添加せずにＴｉを添加した処理条件２６〜３０の平均のＴｉ濃度減少量との比で評価した。

表１に示すように、処理条件１〜２５は真空槽内溶鋼にＭｇＯを添加した場合であり、真空槽内溶鋼にＭｇＯを添加しなかった処理条件２６〜３０に比較してＴｉ濃度の減少が抑制できていることが分かる。真空槽内溶鋼にＭｇＯを添加し、（１）式を満たす溶鋼環流時間、搬送時間およびフラックス添加量で処理を行った処理条件１１〜２５では、さらにＴｉ濃度の減少を抑制できていた。表１の処理条件１〜２５について、横軸に（１）式左辺で計算したＴｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉを、縦軸に実操業におけるＴｉ濃度減少量比Δ_Ｔｉをとり、プロットして、Ｒ_ＴｉとΔ_Ｔｉとの関係を図２に示す。Ｒ_ＴｉとΔ_Ｔｉとはよい相関にあることが分かる。また、（Ａ）式を満足する時間ｔ_３の条件を○印で、満足しない条件を△でプロットした。同じＴｉ濃度減少指数Ｒ_Ｔｉであっても、（Ａ）式を満足する条件がＴｉ濃度減少量比Δ_Ｔｉをより小さくできていることがわかる。

本発明は、溶鋼とスラグの間に遮断層を形成することでスラグによるＴｉの酸化減量を抑制することができた。この技術は、Ｔｉ含有鋼の製造以外にもスラグ−メタル反応を抑制する必要がある鋼種に適用可能である。

１ 溶鋼
２ スラグ
３ 取鍋
４ 上昇側浸漬管
５ 下降側浸漬管
６ Ａｒガス吹き込み管
７ 真空槽
８ 遮断層
９ 投入シュート

Claims (4)

1. ＲＨ真空脱ガス装置を用いて溶鋼を精錬する方法において、真空脱炭処理に続けてＡｌによる溶鋼の脱酸処理を施した後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽内に溶鋼温度より融点の高いフラックスを添加し、続いて、Ｔｉ源を添加することを特徴とするＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法。
2. 前記フラックスを所定量添加し、ＲＨ真空脱ガス装置でＴｉ源を添加した後の溶鋼環流時間ｔ_１と、ＲＨ処理終了から連続鋳造のためのタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間ｔ_２が、下記（１）式を満足するように調整することを特徴とする請求項１に記載のＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法。
   １９０（Ｇ・ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ）／Ｗ_Ｍ）^１/３・ｔ_１＋１１．８（Ｄ^２／Ｗ_ｆ）・ｔ_２≦１８００ ・・・（１）
   ここで、
   ｔ_１：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の環流時間（ｓ）、
   Ｇ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の環流用ガス流量（Ｎｍ^３／ｓ）、
   Ｐ：ＲＨ真空脱ガス装置でのＴｉ源添加後の槽内真空度（Ｐａ）、
   Ｐ_０：大気圧（１０１３２５Ｐａ）、
   Ｗ_Ｍ：溶鋼重量（ｋｇ）、
   ｔ_２：ＲＨ処理終了からタンディッシュへの溶鋼注入開始までの搬送時間（ｓ）、
   Ｄ：取鍋内溶鋼湯面部直径（ｍ）、
   Ｗ_ｆ：溶鋼温度より融点の高いフラックスの添加量（ｋｇ）
   を表す。
3. 前記溶鋼環流時間ｔ_１および前記搬送時間ｔ_２を事前に決定し、前記フラックスの添加量Ｗ_ｆが、前記（１）式を満足するように計算して添加することを特徴とする請求項２に記載のＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法。
4. 前記フラックスを所定量添加した後、前記Ｔｉ源の添加を開始するまでの時間ｔ_３が下記（Ａ）〜（Ｃ）式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＴｉ含有極低炭素鋼の製造方法。
   ｔ_３＞Ｈ／（ｕ_ｐ＋Ｕ_ｕ） ・・・（Ａ）
   ｕ_ｐ＝（４・（ρ_ｐ−ρ_Ｍ）^２・ｇ^２／（２２５ρ_Ｍ・μ_Ｍ））^１／３・ｄ_ｐ ・・・（Ｂ）
   Ｕ_ｕ＝Ｑ／ρ_Ｍ／（Ｓ−π／４・ｄ_ｉ ^２） ・・・（Ｃ）
   ここで、
   ｔ_３：ＲＨ真空脱ガス装置でのフラックス添加からＴｉ源添加までの環流時間（ｓ）、
   Ｈ：取鍋内溶鋼深さ（ｍ）、
   ｕ_Ｐ：溶鋼中のフラックス粒子の終端速度（ｍ／ｓ）、
   Ｕ_ｕ：取鍋内溶鋼平均上昇流速（ｍ／ｓ）、
   ρ_ｐ：フラックス密度（ｋｇ／ｍ^３）、
   ρ_Ｍ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ^３）、
   ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）、
   μ_Ｍ：溶鋼粘度（Ｐａ・ｓ）、
   ｄ_ｐ：フラックス平均粒子径（ｍ）、
   Ｑ：溶鋼環流量（ｋｇ／ｓ）、
   Ｓ：取鍋湯面位置面積（ｍ^２）、
   ｄ_ｉ：浸漬管径（ｍ）
   を表す。

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