TW201331377A - 高清淨度鋼的熔製方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種高清淨度鋼的熔製方法，是使用環流式真空脫氣裝置來熔製鋼的方法，可大幅度減少鋼鐵製品中由夾雜物引起的缺陷。本發明的高清淨度鋼的熔製方法是在環流式真空脫氣裝置中將盛鋼桶中的熔鋼一邊環流一邊進行脫碳處理，添加脫氧劑進行淨靜處理的鋼的熔製方法，該高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：將上述淨靜處理中的環流氣體的吹入量設為4 L(常壓)/min．t以上，一邊環流熔鋼一邊投入冷卻材料來調整熔鋼溫度，並且將上述冷卻材料投入後的環流時間T與每1噸熔鋼的冷卻材料添加量W的關係設定為滿足下述式：T(min)≧0.25W(kg/t)+2

Description

高清淨度鋼的熔製方法
本發明是有關於一種高清淨度鋼的熔製方法，該高清淨度鋼的熔製方法可使用環流式真空脫氣裝置來製造具有高清淨度的鋼。
近年來，伴隨著鋼鐵材料所使用的用途擴大，就強度或韌性等特性提高及品質保證的方面而言，對內部品質的高品質化的要求亦不斷提高。因此，強烈期望提高鋼的清淨度。
在熔製鋼的製鋼階段，通常在熔鋼中添加Al或Si等脫氧劑，使熔鋼中的溶存氧量下降。此時生成的Al2O3或SiO2等脫氧生成物大多由於藉由向熔鋼中吹入Ar氣體等來進行攪拌而浮起、分離且被去除至熔鋼外，但一部分殘留於熔鋼中，在鋼中作為氧化物系夾雜物而存在。該氧化物系夾雜物若為微量且微小，則在實用上無害，但若其量以及大小超過某值，則會對最終製品的內部品質或表面品質等帶來重大的不良影響。因此，此種有害的氧化物系夾雜物較理想為在製鋼階段中完全去除。
作為針對如上所述的有害氧化物系夾雜物的技術，例如專利文獻1中揭示有如下技術：在以Al、Al合金及/或Si合金作為脫氧劑的熔鋼脫氧中，將CaO-SiO2系助熔劑(flux)與脫氧劑一起添加於熔鋼中，使脫氧反應所生成的Al2O3被CaO-SiO2系助熔劑吸收，將形態控制成 CaO-SiO2-Al2O3系的具有延展性的夾雜物，藉此使脫氧生成物無害化。
另外，專利文獻2中揭示有如下技術：將低碳未脫氧鋼出鋼至盛鋼桶中後，在盛鋼桶內熔渣(slag)上投入脫氧劑(Al源)，將熔渣中的低級氧化物還原而使T.Fe濃度成為5%以下，然後在圖1所示的真空脫氣處理裝置中，一邊向真空脫氣槽內吹入氧一邊進行脫碳處理，使C含量成為0.006%以下，然後進行Al脫氧，藉此防止源自熔渣的再氧化，提高清淨度。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平6-33132號公報
[專利文獻2]日本專利特開平2-30711號公報
然而，上述專利文獻1及專利文獻2中揭示的添加助熔劑或改質熔渣的技術不僅導致製造成本的增大，而且對於製鋼的最終階段中的鋼的清淨化無法期待太大的效果。其原因在於：上述先前技術是以直至在熔鋼中添加脫氧劑為止的步驟為對象，對於在其後的步驟中添加於熔鋼中者，影響力小。
本發明是鑒於先前技術所具有的上述問題而形成，其目的在於提出一種高清淨度鋼的熔製方法，在使用環流式真空脫氣裝置來熔製鋼的方法中，可減少鋼中所含的夾雜物，亦可大幅度減少鋼鐵製品中的缺陷。
本發明者等人為了解決上述課題而反覆進行積極研究。其結果為發現：為了使用環流式真空脫氣裝置來熔製高清淨度的鋼，當在添加脫氧劑後投入冷卻材料的情況下，重要的是將冷卻材料投入後的環流氣體的流量設為規定以上，且確保規定時間的環流時間，另外，當在添加脫氧劑之前投入冷卻材料的情況下，能夠緩和上述環流處理中的限制，從而開發出本發明。
亦即，本發明是一種高清淨度鋼的熔製方法，其是在環流式真空脫氣裝置中將盛鋼桶中的熔鋼一邊環流一邊進行脫碳處理，添加脫氧劑來進行淨靜(killed)處理的鋼的熔製方法，上述高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：將上述淨靜處理中的環流氣體流量設為4 L(常壓)/min．t以上，一邊環流熔鋼一邊投入冷卻材料來調整熔鋼溫度，並且將上述冷卻材料投入後的環流時間T與每1噸熔鋼的冷卻材料添加量W的關係設定為滿足下述式：T(min)≧0.25W(kg/t)+2。
此外，上述環流時間較佳為設為精確到分鐘單位的時間。
本發明的高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：將上述盛鋼桶中的熔渣組成設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系，進而將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為4質量%以下。
另外，本發明是一種高清淨度鋼的熔製方法，其是在環流式真空脫氣裝置中將盛鋼桶中的熔鋼一邊環流一邊進行脫碳處理，添加脫氧劑來進行淨靜處理的鋼的熔製方法，上述高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：在投入上述脫氧劑之前，投入由轉爐吹煉結束時的熔鋼溫度、熔鋼中的溶存氧、其後的RH處理時間以及至鑄造為止的處理時間所決定的量的冷卻材料，藉此調整熔鋼溫度。
依據本發明，可藉由使用環流式真空脫氣裝置的簡便方法來提高鋼的清淨度，因此不僅可減少製造成本，而且能夠向市場提供不會產生由夾雜物性引起的缺陷的鋼鐵製品。
製鋼步驟中的熔鋼的脫氧通常是藉由將包含Al或Si等脫氧元素的脫氧劑添加於熔鋼中，減少溶存氧來進行。若將脫氧劑添加於熔鋼中，則藉由下式(1)式及(2)式所示的反應而生成Al2O3或SiO2作為一次脫氧生成物，懸浮於熔鋼中。
2[Al]+3[O]=Al2O3………(1)
[Si]+2[O]=SiO2………(2)
懸浮於熔鋼中的該些脫氧生成物是藉由將Ar氣等惰 性氣體吹入熔鋼中，進行攪拌而浮起、分離且排出至熔鋼外。
例如，使用如圖1所示的環流式脫氣裝置(Ruhrstahl-Hausen(RH)脫氣裝置)的RH處理在不具有盛鋼桶精煉爐(ladle furnace，LF)等其他盛鋼桶精煉設備的精煉階段中，最終步驟大多與連續鑄造等鑄造步驟直接連接。因此，RH處理中，由於連續鑄造等鑄造步驟中熔鋼的溫度管理很重要，因此將熔鋼溫度調整為規定的範圍。
此處，圖1所示的RH脫氣裝置包括：盛鋼桶1，儲存上層形成有熔渣層3的熔鋼2；以及真空脫氣槽4，下部具有浸漬於熔鋼2內的2根浸漬管5；並且在上述真空脫氣槽4的上部側面設置有與排氣設備相連的排氣口9、及添加儲藏於料斗(hopper)7中的冷卻材料的投入口(噴射器(shooter))8。2根浸漬管5中的其中一根連接用以將Ar氣等環流氣體6吹入至浸漬管內的配管，利用排氣設備對真空脫氣槽4內進行真空排氣而將熔鋼2導入至真空脫氣槽4內，同時向浸漬管5內供給環流氣體6，伴隨環流氣體6的上升而使熔鋼2流入至真空脫氣槽4內，從另一根浸漬管下降而產生返回至盛鋼桶1內的熔鋼流，對熔鋼實施真空脫氣處理。
上述熔鋼的溫度調整通常是藉由在RH處理結束前，具體而言是一邊使熔鋼環流一邊添加脫氧劑後，投入切碎(chopper)屑或切斷屑等冷卻材料來進行。但是，所添加的冷卻材料中，表面氧化者亦大量存在，因此添加Al等脫 氧劑，在熔鋼已為淨靜狀態的情況下，藉由下述(3)式的反應，熔鋼中的[Al]被氧化而生成Al2O3，熔鋼的清淨度大幅度下降。
Fe2O3+2[Al]=2[Fe]+Al2O3………(3)
為了去除由於投入冷卻材料而生成的Al2O3，必需充分確保RH處理中的冷卻材料投入後的環流時間。本發明者等人對於將由於上述冷卻材料投入而惡化的熔鋼的清淨度清淨化至不會對鋼鐵製品的品質帶來不良影響的程度為止所必需的環流時間進行調查。其結果為發現，清淨化所必需的環流時間T隨著冷卻材料添加量W而變化，必需設定為滿足下述(4)式：T(min)≧0.25W(kg/t)+2………(4)。上述環流時間較佳為設為精確到分鐘單位的時間。
此外，為了防止由熔鋼溫度的下降引起的鑄造故障(trouble)等，冷卻材料投入後的環流時間的上限較佳為設為6 min。
另外，本發明者等人發現，在上述RH處理中，藉由將冷卻材料投入後的環流氣體(Ar)的流量設為規定的流量以上，具體而言為4 L(常壓)/min．t以上，可更穩定地降低夾雜物的產生率。
另外，本發明者等人還發現，在上述RH處理中，較佳為添加以CaO為主成分的熔渣改質材料，將盛鋼桶內的熔渣設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系的組成，進而將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為4質量%以下。其原因在於：藉由將熔渣的組成設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系，可有效率地吸收熔鋼中生成的Al2O3等夾雜物。
另外，上述(T.Fe)以及(MnO)是作為氧化物而包含於熔渣中的鐵及Mn的總量，該些的合計濃度越少，越能夠抑制由於熔鋼中的Al等氧化而引起的氧化物系夾雜物增加。為了獲得上述效果，較理想為將(T.Fe)與(MnO)的合計濃度降低至4質量%以下，較佳為降低至2質量%以下。
進而，本發明者等人對如下方法進行研究：即便投入用以調整熔鋼溫度的冷卻材料，亦不會限制如上所述的環流時間或環流氣體流量而熔製高清淨度鋼。
其結果為發現，藉由在投入脫氧劑之前，根據轉爐精煉結束時的熔鋼溫度、熔鋼中的溶存氧、其後的RH處理時間以及至鑄造為止的處理時間來求出冷卻材料投入量，則即便將冷卻材料投入後的環流時間縮短至淨靜處理所必需的最低限度的時間，亦能夠確保鋼的清淨度。
決定上述冷卻材料投入量時考慮溶存氧的原因在於：脫氧劑的添加量會隨著溶存氧量而變化，且升溫量亦隨之不同。另外，考慮其後的RH處理時間以及至鑄造為止的處理時間的原因在於：考慮到RH處理以及至鑄造為止的 經過時間內的溫度下降。
[實例1]
使用圖1所示的RH脫氣裝置來精煉鋼時，為了調查添加脫氧劑後投入冷卻材料的情況的RH處理條件，而進行以下實驗。
對從高爐中出來的熔鐵實施脫硫、脫磷等熔鐵預備處理後，以轉爐進行吹煉而獲得約250噸的熔鋼，將該約250噸的熔鋼以未脫氧狀態出鋼至盛鋼桶中。該熔鋼的成分組成為：[C]：0.03質量%~0.04質量%、[Si]：0.03質量%~0.06質量%、[Mn]：0.3質量%~0.5質量%、[P]：0.007質量%以下、[S]：0.0030質量%以下。
繼而，對上述未脫氧狀態的熔鋼使用RH脫氣裝置，進行從浸漬管吹入環流氣體(Ar)而將熔鋼環流約15分鐘的淨面處理，使熔鋼中的碳濃度[C]降低至30質量ppm以下，然後同樣地一邊環流熔鋼，一邊從料斗中經由噴射器來添加Al源，以使熔鋼中的Al濃度[Al]達到0.02質量%~0.04質量%而進行脫氧，繼而，投入冷卻材料來調整溫度後，將真空脫氣槽內的真空度控制在0.5 torr~2 torr(67 Pa~266 Pa)的範圍來實施淨靜處理。
此外，上述RH處理中，向脫碳處理結束時的溶存氧[O]在200質量ppm~800質量ppm的範圍內進行各種變化的熔鋼中添加Al源。另外，關於冷卻材料投入量及冷卻材料投入後的環流時間亦加以各種變化，進而，使冷卻材料投入後的環流氣體(Ar)的流量在500 L(常壓)/min．t ~3000 L(常壓)/min．t的範圍內變動。此外，上述RH處理中，添加以CaO為主成分的熔渣改質材料，將盛鋼桶內的熔渣設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系的組成，進而，將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為4質量%以下。
然後，經實施上述RH處理的鋼進行連續鑄造而形成鑄片，進行熱軋、冷軋、最終退火而製成冷軋鋼板(鋼鐵製品)，然後調查上述鋼鐵製品的清淨度。清淨度的調查是切出冷軋鋼板的一部分，利用光學顯微鏡或者電子顯微鏡來觀察其板厚剖面，測定1 cm2的剖面內確認到的100 μm以上大小的夾雜物產生個數，將該產生率為0.01個/cm2以下的情況評價為清淨度良好(o)，且將超過0.01個/cm2的情況評價為清淨度不良(×)。
圖2是表示當將淨靜處理中的環流氣體(Ar)的流量設為8 L(常壓)/min．t時每1噸熔鋼的冷卻材料投入量W及冷卻材料投入後的熔鋼環流時間T對鋼鐵製品的清淨度帶來的影響的圖。由該圖可知，冷卻材料投入量W越少，則以越短的環流時間T來改善清淨度，具體而言，若根據冷卻材料投入量W而將冷卻材料投入後的環流時間T設定為滿足下述(4)式的關係，則獲得清淨度優異的鋼。
T(min)≧0.25W(kg/t)+2………(4)
另外，圖3是表示當冷卻材料投入量為4 kg/t且冷卻 材料投入後的環流時間為6 min時，淨靜處理中的環流氣體(Ar)的流量對鋼鐵製品中的夾雜物的產生率帶來的影響的圖。由該圖可知，藉由將環流氣體(Ar)的流量設為4 L(常壓)/min．t，能夠使鋼鐵製品中的夾雜物的產生率降低至0.01個/cm2以下。
[實例2]
為了調查對鋼鐵製品的清淨度(夾雜物產生率)帶來的冷卻材料投入時期的影響，而對具有與實例1相同的成分組成的轉爐出鋼的未脫氧熔鋼使用RH脫氣裝置來進行在以下條件下進行RH處理的實驗。
上述RH處理中，實施將上述熔鋼以未脫氧的狀態進行環流的淨面處理約15分鐘，使熔鋼中的碳濃度[C]降低至30質量ppm以下，繼而，測定此時的熔鋼溫度及熔鋼中的溶存氧[O]，並且根據其後的RH處理時間以及至鑄造為止的處理時間來將冷卻材料投入量決定為2 kg/t~12 kg/t，投入冷卻材料後，以熔鋼中的Al濃度[Al]達到0.02質量%~0.04質量%的方式添加Al源來脫氧，進而，將脫氣槽內的真空度控制在0.5 torr~2 torr(67 Pa~266 Pa)的範圍內，且將環流氣體(Ar)的流量控制在8 L(常壓)/min．t~12 L(常壓)/min．t的範圍內，以圖2所示的基準，根據冷卻材料添加量，使環流時間在1 min~6 min的範圍內變化來實施淨靜處理。
此外，作為比較例，將冷卻材料投入時期設為添加Al源後(脫氧後)，除此以外亦進行利用與上述相同的條件來 實施RH處理的實驗。
將如此而得的熔鋼連續鑄造而形成鑄片後，進行熱軋、冷軋、最終退火而製成冷軋鋼板(鋼鐵製品)，然後以與實例1相同的方式測定上述鋼鐵製品中的清淨度(夾雜物的產生率)，將其結果示於圖4中。由該圖可知：在Al源添加後(脫氧後)投入冷卻材料的比較例中，由於冷卻材料投入後的環流時間的變化，夾雜物的產生率大幅度變動，與此相對，將冷卻材料投入時期設為添加Al源前(脫氧前)的本發明例中，即便使環流時間變動，夾雜物的產生率亦能夠穩定地降低至0.01個/cm2以下。
[實例3]
為了調查對鋼鐵製品的清淨度(夾雜物產生率)帶來的熔渣改質的效果，對與實例1相同成分組成的轉爐出鋼的未脫氧熔鋼使用RH脫氣裝置，進行在以下條件下進行RH處理的實驗。
上述RH處理中，實施將上述熔鋼以未脫氧的狀態進行環流的淨面處理約15分鐘，使熔鋼中的碳濃度[C]降低至30質量ppm以下，且將溶存氧[O]控制在100質量ppm~300質量ppm的範圍內，然後同樣地一邊環流熔鋼，一邊以熔鋼中的Al濃度[Al]達到0.02質量%~0.04質量%的方式添加Al源來脫氧，進而，投入冷卻材料8 kg/t來調整溫度後，將脫氣槽內的真空度控制在0.5 torr~2 torr(67 Pa~266 Pa)的範圍內，且將環流氣體(Ar)的流量控制在10 L(常壓)/min．t的範圍內來實施6 min的淨靜處理。
另外，上述RH處理中，添加以CaO為主成分的熔渣改質材料，將盛鋼桶內的熔渣設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系的組成，進而，將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為4質量%以下。
此外，上述熔渣中的(T.Fe)+(MnO)的合計濃度是藉由如下方式來控制：當將鐵製的棒從熔渣層的上部插入時，根據由棒前端的赤熱部的長度而得的熔渣厚、平均的熔渣組成以及比重來計算作為低級氧化物的(T.Fe)+(MnO)量，將對於使該些還原而言所必需的當量分的Al與CaO作為熔渣改質劑而從盛鋼桶上部投入。而且，相對於熔鋼250 t，本實例中的Al及CaO的添加量為：Al：50 kg~100 kg(0.2 kg/t~0.4 kg/t)、CaO：25 kg~50kg(0.1 kg/t~0.2 kg/t)。
另外，作為比較例，不進行上述熔渣改質，將熔渣組成設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FetO-MnO系，且將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為5質量%~8質量%，亦進行實施RH處理的實驗。
將如此而得的熔鋼連續鑄造而形成鑄片後，進行熱軋、冷軋、最終退火而製成冷軋鋼板(鋼鐵製品)，然後以與實例1相同的方式測定上述鋼鐵製品中的清淨度(夾雜物的產生率)，將其結果示於表1中。由該表可知：在不進行熔渣改質的情況下，夾雜物的產生率大幅度變動為0.005個/cm2~0.007個/cm2，與此相對，在進行藉由添加Al+CaO的熔渣改質的本發明例的情況下，夾雜物的產生率較低地 穩定為0.002個/cm2以下。認為其原因在於：藉由進行熔渣改質，防止Al脫氧中溶解於熔鋼中的[Al]的再氧化。
[產業上之可利用性]
本發明的技術對於進行真空吹氧脫碳法(vacuum oxygen decarburization，VOD)或鋼包精煉法(ASEA-SKF)等真空環流處理的熔鋼二次精煉亦可適用。
1‧‧‧盛鋼桶
2‧‧‧熔鋼
3‧‧‧熔渣層
4‧‧‧真空脫氣槽
5‧‧‧浸漬管
6‧‧‧環流氣體(Ar)
7‧‧‧冷卻材料用料斗
8‧‧‧冷卻材料添加用噴射器
9‧‧‧排氣口
圖1是環流式真空脫氣裝置的概略剖面圖。
圖2是表示冷卻材料投入量與冷卻材料投入後的環流時間對鋼鐵製品的夾雜物產生率帶來的影響的圖表。
圖3是表示冷卻材料投入後的環流氣體的流量對鋼鐵製品的夾雜物產生率帶來的影響的圖表。
圖4是將添加脫氧劑後投入冷卻材料的情況與添加脫氧劑前投入冷卻材料的情況的鋼鐵製品的夾雜物產生率進行比較的圖表。

Claims (3)

  1. 一種高清淨度鋼的熔製方法，其是在環流式真空脫氣裝置中將盛鋼桶中的熔鋼一邊環流一邊進行脫碳處理，添加脫氧劑來進行淨靜處理的鋼的熔製方法，上述高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：將上述淨靜處理中的環流氣體流量設為4 L(常壓)/min．t以上，一邊環流熔鋼一邊投入冷卻材料來調整熔鋼溫度，並且將上述冷卻材料投入後的環流時間T與每1噸熔鋼的冷卻材料添加量W的關係設定為滿足下述式：式T(min)≧0.25W(kg/t)+2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高清淨度鋼的熔製方法，其中將上述盛鋼桶中的熔渣組成設為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系，進而將熔渣中的(T.Fe)與(MnO)的合計濃度調整為4質量%以下。
  3. 一種高清淨度鋼的熔製方法，其是在環流式真空脫氣裝置中將盛鋼桶中的熔鋼一邊環流一邊進行脫碳處理，添加脫氧劑來進行淨靜處理的鋼的熔製方法，上述高清淨度鋼的熔製方法的特徵在於：在投入上述脫氧劑之前，投入由轉爐吹煉結束時的熔鋼溫度、熔鋼中的溶存氧、其後的RH處理時間以及至鑄造為止的處理時間所決定的量的冷卻材料，藉此調整熔鋼溫度。
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