(57)【要約】【課題】  電気炉でフッ素を含まないフラックスを用いて低りん鋼を効率良く精錬する。【解決手段】本発明の電気炉１を用いた精錬方法は、電気炉１でＣｒを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行う際に、ＣａＯフラックスに加えてＣａＯフラックスの滓化性を向上させるプリメルトフラックスを用いると共に、酸素ガスを特定の条件下で吹き込むものである。そして、このような特徴的な精錬方法を行うことで、精錬終了後にＦｅＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔ．Ｆｅ、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ／ＳｉＯ2が所定の範囲に調整されたスラグを得ると共に、効率良く脱りんを行うものである。【選択図】図１
2010013674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉でＣｒを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行うに際して、
前記電気炉の使用電力が３００ｋＷｈ／ｔに達するまでにＣａＯフラックスの添加を開始し、かつ前記ＣａＯフラックスを該ＣａＯフラックスの精錬終了までのＣａＯの総使用量が２０〜５２ｋｇ／ｔとなるように添加し、
前記ＣａＯフラックスの投入に続いて、ＣａＯ：２７〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：４８〜６０質量％、ＳｉＯ2：≦５質量％、ＭｇＯ：６〜１０質量％、ＴｉＯ2：≦０．０５質量％、Ｐ2Ｏ5：≦０．０５質量％、Ｓ：≦０．２質量％を含むプリメルトフラックスを添加し、
前記使用電力が３００〜３８０ｋＷｈ／ｔまでに、吹込速度０．１〜１．４Ｎｍ3／ｔ・分、吹込時間１２〜３０分、かつ酸素使用量５．０〜１３．０Ｎｍ3／ｔとなるように前記酸素ガスの吹き込みを開始し、
精錬終了後に、ＦｅＯ：８〜３０質量％、Ｃｒ2Ｏ3：０．７〜９質量％、Ｔ．Ｆｅ：１０〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：１〜１０質量％、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3：３．５〜２７．０、ＣａＯ／ＳｉＯ2：２．１〜５．５を含むスラグを得る
ことを特徴とする電気炉を用いた精錬方法。
【請求項２】
前記冷鉄源は、Ｃｒ：≦２．０質量％かつＰ：≦０．０４５質量％を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電気炉を用いた精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素が含まれたフラックスを用いることなく効率的に脱りんできる電気炉を用いた精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気炉で精錬を行う際には、スクラップや冷銑などの冷鉄源をフラックスと一緒に炉内に装入し、アークにより冷鉄源を加熱溶解している。そして、冷鉄源が十分に溶解した後、酸素ガスを吹き込みながら脱りんを行って低りん鋼が製造される。このフラックスにはスラグの流動性を上げて排滓性を高めるために一般に蛍石（ＣａＦ2）を主成分とするフラックスが含まれており、排滓されたスラグにもフラックスに由来するフッ素が含まれている。排滓されたスラグは路盤材などに利用されることが多いが、スラグに含まれるフッ素が環境を汚染する可能性が指摘されるようになっている。それゆえ、近年はフッ素を含まないフラックスを用いて電気炉で精錬を行う方法が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、カルシウム・フェライトを含むフラックスをスクラップと一緒に電気炉に装入し、通電開始後に所定の電力量となってから酸素を吹き込んで脱りん精錬を行う電気炉の精錬方法が開示されている。
また、特許文献２には、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯを主成分とし、蛍石を用いていないフラックスが開示されている。特許文献２のフラックスは、低窒素、低酸素及び低イオウの高清浄鋼を精錬する際に用いられるものである。
さらに、特許文献３には、電気炉の精錬方法ではないが、トピードカーにおいて脱りん処理と脱硫処理とを含む溶銑予備処理を行うに当たって、脱酸された際に生成する浮遊スラグを用いたフッ素レスのフラックスを用いて流動性を備えたスラグを得ることが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３９７０６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７８２５号公報
【特許文献３】特開２００２−２８５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のカルシウム・フェライト系フラックスには多量のＣａＯが含まれている。当然、このカルシウム・フェライト系フラックスを用いて脱りんすると、ＣａＯが未滓化のまま残り脱りんが十分に行われない虞がある。
また、特許文献１の精錬方法では、スラグが多量に発生するので、精錬後にスラグを排滓することが困難となり、生産性を悪化させるという問題を有している。
一方、特許文献２のＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯを主成分とするフッ素レスのフラックスも滓化性が十分ではなく、ＣａＯが未滓化状態で残って十分に脱りんがされない可能性がある。また、このフラックスは、高清浄鋼の精錬に用いられるものであり、低りん鋼を電気炉で精錬する際にそのまま用いることができるものではない。
【０００５】
さらに、特許文献３のフッ素レスのフラックスも、特許文献２のフッ素レスのフラックスと同様に、滓化性が十分でなく、十分に脱りんがされない可能性がある。また、トピードカーでの精錬に用いられる引用文献３のフラックスは電気炉で精錬する際にそのまま用いることができるものではなく、同文献に示されるような流動性を備えたスラグは得られない。
本発明は、上記の問題点を解消するために為されたものであって、その目的はフッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することのできる電気炉を用いた精錬方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の電気炉を用いた精錬方法は、
電気炉でＣｒを含む冷鉄源を溶解し、溶解した冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むと共にフラックスを添加して脱りんを行うに際して、
前記電気炉の使用電力が３００ｋＷｈ／ｔに達するまでにＣａＯフラックスの添加を開始し、かつ前記ＣａＯフラックスを該ＣａＯフラックスの精錬終了までのＣａＯの総使用量が２０〜５２ｋｇ／ｔとなるように添加し、
前記ＣａＯフラックスの投入に続いて、ＣａＯ：２７〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：４８〜６０質量％、ＳｉＯ2：≦５質量％、ＭｇＯ：６〜１０質量％、ＴｉＯ2：≦０．０５質量％、Ｐ2Ｏ5：≦０．０５質量％、Ｓ：≦０．２質量％を含むプリメルトフラックスを添加し、
前記使用電力が３００〜３８０ｋＷｈ／ｔまでに、吹込速度０．１〜１．４Ｎｍ3／ｔ・分、吹込時間１２〜３０分、かつ酸素使用量５．０〜１３．０Ｎｍ3／ｔとなるように前記酸素ガスの吹き込みを開始し、
精錬終了後に、ＦｅＯ：８〜３０質量％、Ｃｒ2Ｏ3：０．７〜９質量％、Ｔ．Ｆｅ：１０〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：１〜１０質量％、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3：３．５〜２７．０、ＣａＯ／ＳｉＯ2：２．１〜５．５を含むスラグを得ることを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、滓化性に優れたフッ素レスのフラックスを用いると共に、このフラックスに合わせて最適な精錬条件で精錬できれば、低りん鋼を効率良く精錬することができるのではないかと考えた。そして、フッ素を含まないフラックスとして上述の物性を備えたプリメルトフラックスをＣａＯフラックスと併用することで、また精錬条件としてはフラックスの添加タイミングや酸素ガスの吹き込みタイミングを最適化することにより低りん鋼を効率良く精錬できることを知見して、本発明を完成するに至ったのである。
なお、前記冷鉄源は、Ｃｒ：≦２．０質量％かつＰ：≦０．０４５質量％を含んでいるのが好ましい。
【０００８】
このようにＣｒ及びＰが低濃度に抑えられた冷鉄源を用いることで良好な脱りん性を発揮させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電気炉の精錬方法により、フッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することのできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、本発明に係る精錬方法が行われる電気炉１について説明する。ただし、本発明の精錬方法は、以下に例示する電気炉以外の型式のものであっても良い。
図１に示されるように、電気炉１は、耐火レンガなどの耐火材及び／又は水冷パネルが内貼りされた蓋体６と本体７とから構成され、これらは上下に分割可能となっており、電気炉１の側面には排滓口２が形成されている。電気炉１は、開蓋状態で装入された冷鉄源及びフラックスを内部で溶解して溶湯として収容可能となっている。
電気炉１には上方から内部に向かって挿し込まれる複数（本実施形態では３本）の電極３が設けられている。この電極３は、黒鉛電極であって三相交流が供給されており、電極３と内部に装入された冷鉄源との間にアークを発生して冷鉄源が溶解して溶湯を形成可能となっている。
【００１１】
電気炉１の排滓口２からは酸素ランス４が挿し込み可能となっており、溶湯に対して酸素ガスを吹き込むことで滓化を促進して脱りん処理や脱炭処理ができるようになっている。電気炉１には、排滓口２と反対側の側面に溶鋼を出鋼する出鋼口５が形成されており、電気炉１の姿勢を傾動させる炉傾動装置（図示略）が設けられている。つまり、炉傾動装置を用いて排滓口２が低くなるように電気炉１を傾動させることでスラグが排滓口２から排滓がされ、出鋼口５が低くなるように電気炉１を傾動させることで溶鋼が出鋼口５から出鋼される。
【００１２】
冷鉄源は、自動車、産業機器、電化製品などのスクラップで構成されており、必要に応じて冷銑が加えられている。冷鉄源にはステンレス、クロム鋼、モリブデン鋼などの各種合金鋼やスクラップの表面処理に由来するＣｒやＰが含まれている。本実施形態では、冷鉄源中のＣｒの濃度が２．０質量％を超えると、滓化性が悪くなり脱りん性が落ちる。また、冷鉄源中のＰの濃度が０．０４５質量％を超えると、脱りんに時間がかかり、生産性が悪い。
次に、本発明の精錬方法を説明する。
【００１３】
本発明の精錬方法では、まず電気炉１の内部に蓋体６をあけてＣｒが含まれた冷鉄源を装入する。冷鉄源の装入はコンベアやシュータ等によって行われ、スクラップや冷銑などがコンベアやシュータ等で搬送するのに適当な大きさに砕かれて電気炉１の内部に装入される。
次に、蓋体６を閉めて装入された冷鉄源に対して電極３からアークを発生させて冷鉄源を溶解する。実操業に用いられる容量が１００ｔ程度までの電気炉１であれば、使用電力が３００ｋＷｈ／ｔまでには装入された冷鉄源の溶解が始まり、冷鉄源の一部は溶湯に変化する。
【００１４】
そして、冷鉄源の一部が溶解して得られた溶湯に対してフラックスの添加が開始される。
最後に、溶湯に対して酸素ガスを吹き込んでスラグの滓化を促進させて脱りんが行われる。すなわち、冷鉄源に対して酸素ガスを吹き込むことで、スラグと溶湯との界面に鉄が酸化した酸化鉄（ＦｅＯ）が形成され、このＦｅＯと溶湯中のＰとが以下の式（１）で示すように反応する。
２［Ｐ］＋５ＦｅＯ  →  Ｐ2Ｏ5＋５Ｆｅ    （１）
その結果、溶湯中のりんＰがＰ2Ｏ5などとなり、スラグに取り込まれて溶湯中から除去される。この酸素ガスの吹き込みを所定の時間に亘って行うことで溶湯中からりんが取り除かれて普通鋼や合金鋼として精錬される。
【００１５】
本発明の精錬方法は、精錬終了後にＦｅＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔ．Ｆｅ、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ／ＳｉＯ2が所定量含まれたスラグを得るように、フラックスとしてＣａＯを主成分とするＣａＯフラックスに加えて、ＣａＯの溶湯への溶解性を高めることでスラグの滓化性を向上させるプリメルトフラックスを用いることを特徴としており、その結果効率良く脱りんを行っている。
電気炉１に装入されるフラックスは、ＣａＯフラックスと、ＣａＯフラックスに続いて添加されるプリメルトフラックスとからなる。ＣａＯフラックスは、溶湯に配合しやすいように粒度調整されたＣａＯで形成されており、溶湯に対して添加されることでスラグの滓化を進行させるものである。ＣａＯフラックスは、溶湯に過剰に添加するとＣａＯが未滓化で溶湯中に残り易くなるため滓化性がかえって低下する。そこで、本発明では、添加されたＣａＯフラックス中のＣａＯを溶湯へ溶解し易くし、ＣａＯの溶湯への溶解性を高めることでスラグの滓化性を向上させるプリメルトフラックスをＣａＯフラックスに続いて添加する。
【００１６】
プリメルトフラックスは、ＣａＯ：２７〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：４８〜６０質量％、ＳｉＯ2：≦５質量％、ＭｇＯ：６〜１０質量％、ＴｉＯ2：≦０．０５質量％、Ｐ2Ｏ5：≦０．０５質量％、Ｓ：≦０．２質量％を含んでいる。プリメルトフラックスは、上述のようにＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3状態図において最も低融点となる組成を備えており、ＣａＯより低温度で溶解し易くなっている。また、プリメルトフラックスは、上述のような組成の酸化物の混合物を一旦完全に溶解し、その後冷却凝固して粉砕して形成されている。それゆえ、プリメルトフラックスは、ＣａＯフラックスより低温で容易に溶解し、溶湯に溶解し易い。つまり、プリメルトフラックスをＣａＯフラックスに続けて添加すると、プリメルトフラックスが短時間で溶け、ＣａＯフラックスとして先に添加されたＣａＯの溶解をも促進し、未溶解のＣａＯが減ってスラグの滓化性が向上する。
【００１７】
なお、プリメルトフラックスにもＣａＯが２７〜３５質量％含まれているため、ＣａＯフラックスの後にプリメルトフラックスを多く添加しすぎるとＣａＯが過剰となり、滓化性が悪くなる。また、プリメルトフラックスが少なすぎると、ＣａＯの溶解促進効果が弱くなって滓化性がかえって悪くなる。そこで、ＣａＯフラックスについては、最初に投入されるＣａＯフラックスのＣａＯの精錬終了までのＣａＯの総使用量が２０〜５２ｋｇ／ｔとなるように添加する。そして、スラグの滓化性が良好になる範囲でプリメルトフラックスを適宜添加する。このようにすれば、スラグの滓化性が向上し、高い脱りん率を発揮させることが可能となる。なお、プリメルトフラックスの添加量については、鋼種やプリメルトフラックスの組成に応じて添加量が変化するが、当業者であれば過去の操業実績などに基づいて添加量を決めることができる。
【００１８】
また、プリメルトフラックスは、最初にＣａＯフラックスを添加した後で、添加されるのが好ましい。プリメルトフラックスを最初に添加すると、ＣａＯフラックスが添加されたときにはプリメルトフラックスの溶解が完了してしまい、ＣａＯフラックスの滓化を促進することが困難になるからである。ただし、冷鉄源の組成のばらつきなどによりＣａＯの総使用量が目標を下回る場合などには、プリメルトフラックスの添加が終了した後にＣａＯフラックスをさらに添加してＣａＯの総使用量を調整することもできる。
本発明の精錬方法は、上述のようなプリメルトフラックスをＣａＯフラックスに続けて用いると共に、このようなプリメルトフラックスを使用するのに合わせて以下の４つの精錬条件を満足するように精錬（脱りん）を行うものである。
【００１９】
第１の精錬条件は、酸素ガスの吹込開始のタイミングに関するものである。つまり、酸素ガスの吹込を電気炉１の使用電力が３００〜３８０ｋＷｈ／ｔに達するまでに開始する。電気炉１の使用電力が３００ｋＷｈ／ｔに達する前に酸素ガスを吹き込むと、冷鉄源の溶解による溶湯が十分に形成されていないのに酸素ガスの吹込を開始することになり、生産性を低下させる。また、電気炉１の使用電力が３８０ｋＷｈ／ｔを超えてから酸素ガスを吹き込むと、酸素ガスの溶湯への供給が遅れて脱りん処理が十分に行われなくなる。
第２の精錬条件は、酸素ガスの吹込速度に関するものである。つまり、酸素ガスを吹込速度が０．１〜１．４Ｎｍ3／ｔ・分の範囲になるように吹き込む。酸素ガスを吹込速度０．１Ｎｍ3／ｔ・分未満で吹き込むと、溶湯中に酸素ガスが十分に供給されなくなり、スラグと溶湯との界面にＦｅＯが十分に形成されなくなって脱りん性が低下する。また、酸素ガスを１．４Ｎｍ3／ｔ・分を超える吹込速度で吹き込むと、酸素ガスの吹込により溶湯の湯面が乱れてスプラッシュ（飛散）が生じ、歩留り性を低下させる。
【００２０】
第３の精錬条件は、酸素ガスの吹込時間に関するものである。つまり、酸素ガスを吹込時間１２〜３０分の範囲になるように吹き込む。酸素ガスの吹込時間が１２分未満となると、溶湯に供給される酸素量が少なくなりすぎてスラグと溶湯との界面にＦｅＯが十分に形成されなくなり、脱りん性が低下する。また、酸素ガスを吹込時間３０分を超えて吹き込んでも脱りん性の向上を期待できないため、生産性に鑑みて酸素ガスの吹込時間は３０分を超えないようにする。
第４の精錬条件は、酸素使用量（酸素ガスの吹込総量）に関するものである。つまり、酸素使用量が５．０〜１３．０Ｎｍ3／ｔとなるように酸素ガスを吹き込む。酸素使用量が５．０Ｎｍ3／ｔ未満では、溶湯に供給される酸素量が少なくなりすぎてスラグと溶湯との界面にＦｅＯが十分に形成されなくなり、脱りん性が低下する。また、酸素使用量が１３．０Ｎｍ3／ｔを超えると、吹込まれた酸素ガスによる酸化で失われる鉄の量が大きくなり、歩留り性が低下する。
【００２１】
上述のようにして精錬を行うと、精錬終了後に一定の組成を備えたスラグが形成される。この精錬終了後のスラグは、ＦｅＯ：８〜３０質量％、Ｃｒ2Ｏ3：０．７〜９質量％、Ｔ．Ｆｅ：１０〜３５質量％、Ａｌ2Ｏ3：１〜１０質量％を含むものであり、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が３．５〜２７．０、ＣａＯ／ＳｉＯ2（塩基度）が２．１〜５．５となっている。
なお、スラグには上述のＦｅＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＳｉＯ2以外の酸化物なども含まれている。しかし、ここでは、脱りん性や滓化性に影響の大きなＦｅＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＳｉＯ2についてのみ組成の濃度を示す。
【００２２】
精錬終了後のスラグにＦｅＯが８質量％未満しか含まれない場合やＴ．Ｆｅが１０質量％未満しか含まれない場合は、精錬中のスラグと溶湯との界面にもＦｅＯが十分に存在していなかったことを示している。それゆえ、このようにＦｅＯが８質量％未満しか含まれないスラグやＴ．Ｆｅが１０質量％未満しか含まれないスラグが形成された場合には、脱りん性が低くなってしまう。また、精錬終了後のスラグにＦｅＯが３０質量％より多く含まれる場合やＴ．Ｆｅが３５質量％より多く含まれる場合は、精錬中に溶湯中のＦｅの酸化が過剰に進行しＦｅＯやＴ．Ｆｅが多量に形成されたことを示している。それゆえ、このようにＦｅＯが３０質量％を超えるほど多量に含まれたスラグやＴ．Ｆｅが３５質量％を超えるほど多量に含まれたスラグが得られるような精錬を行うと、酸化で失われる鉄の量が大きくなり、歩留り性が低下する。
【００２３】
精錬終了後のスラグにＣｒ2Ｏ3が０．７質量％未満の場合、その主原因は溶鋼に供給される酸素が少ないためである。すなわち、スラグ中のＣｒ2Ｏ3濃度が０．７質量％未満の場合、脱りんが不十分になってしまう。また、精錬終了後のスラグにＣｒ2Ｏ3が９．０質量％より多く含まれる場合は、高融点であるＣｒ2Ｏ3がスラグの滓化性を悪くし、脱りん性を低くくする。それゆえ、スラグに含まれるＣｒ2Ｏ3を０．７質量％〜９．０質量％とすることで、脱りん性を良好にすることができる。
精錬終了後のスラグにＡｌ2Ｏ3が１質量％未満しか含まれない場合やＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が２７．０を超える場合は、溶湯中にＡｌ2Ｏ3が少量しかないため、スラグの滓化が促進され難くなっていることを示している。それゆえ、このようにＡｌ2Ｏ3が１質量％未満しか含まれないスラグやＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が２７．０を超えるスラグが得られるような精錬を行うと、スラグの滓化性が低下して脱りん性が低くなる。一方、精錬終了後のスラグにＡｌ2Ｏ3が１０質量％を超えて含まれる場合やＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が３．５未満となる場合は、溶湯中にＡｌ2Ｏ3が過剰に存在してスラグの流動性が大きくなりすぎて脱りん性が低くなる。
【００２４】
精錬終了後のスラグの塩基度が２．１未満になる場合は、溶湯中にＣａＯが少量しかないため、脱りん性が低くなる。また、精錬終了後のスラグの塩基度が５．５を超える場合は、溶湯中にＣａＯが過剰に存在し、かえってスラグの滓化が進み難くなって脱りん性が低くなる。
上述のような精錬方法を行うことにより、フッ素を含まないフラックスを用いて精錬するものでありながら、低りん鋼を効率良く精錬することができる。
【実施例】
【００２５】
以下に実施例及び比較例を用いて本発明の精錬方法をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、表１に示すように、容量が２０ｔの三相交流アーク式の電気炉１を用いて表２に示すような２種類の鋼種について精錬を行ったものである。電気炉１には、先端側に直径３０ｍｍの酸素ガスの噴出口が１箇所形成された酸素ランス４が、装入角度が変更自在になるように設けられている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
電気炉１に装入される冷鉄源は、炭素が０．５〜１．５質量％とＰ（りん）が０．０２０〜０．０４６質量％含まれている。この冷鉄源から精錬される溶製鋼種には鋼種ａ（普通鋼）と鋼種ｂ（クロム鋼）とがあり、鋼種ａには冷鉄源にＣｒが０．３〜０．５質量％含まれており、鋼種ｂにはＣｒが０．８〜２．０質量％含まれている。
フラックスの添加順序は、ＣａＯフラックス→プリメルトフラックスの順番で添加するもの（添加順序Ａ）と、プリメルトフラックス→ＣａＯフラックスの順番で添加するもの（添加順序Ｂ）とのいずれかで行った。精錬が終了した溶鋼は当業者常法通りに２次精錬と鍛造とを行って、鋼片（サンプル片）を得た。
【００２８】
なお、実施例及び比較例は、表２に示すような「脱りん性」、「歩留り性」、「滓化性」、「生産性」の判断基準に従って、評価した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
冷鉄源に含まれるＣ、Ｐ、Ｃｒの配合濃度については、冷鉄源が溶湯に変化した後は、Ｃ、Ｐ、Ｃｒの配合濃度を分析するのは非常に困難である。そこで、冷鉄源を構成する原材料毎にＣ、Ｐ、Ｃｒの濃度を求める。一般には、スクラップや冷銑はＣ、Ｐ、Ｃｒの濃度が分かっていることが多く、また必要に応じて容易にこれらの濃度を分析することができる。そして、次に冷鉄源における原材料の配合比率に基づいて配合後の冷鉄源の濃度を計算する。
脱りん性については、鍛造後の鋼片に対して発光分光分析装置（島津製作所製、ＰＤＡ−７０００）を用いてＰ濃度の分析を行い、分析結果がＰの規格上限濃度に対して多いか少ないかで脱りん性を評価した。すなわち、分析された鋼片のりん濃度が規格上限濃度である０．０１５質量％未満のときは脱りん性を○と評価し、鋼片のりん濃度が０．０１５質量％と等しい場合は脱りん性を△と評価し、鋼片のりん濃度が０．０１５質量％超える場合は脱りん性を×と評価した。
【００３１】
歩留り性については、通常の操業で普通鋼又はクロム鋼を精錬した際の歩留り率を複数記録したデータに対して、このデータから歩留り率の平均値を求めると共に、歩留り率が正規分布となると仮定した場合の標準偏差を求めた。そして、実施例又は比較例の歩留り率が通常操業の平均値〜平均値＋２σ（σは標準偏差）に含まれるか否かで歩留り性を評価した。すなわち、実施例又は比較例の歩留り率が上述の範囲に含まれる場合は生産性は○の評価となり、含まれない場合は×の評価となる。
滓化性については、精錬終了時に電気炉１の内部を目視で観察し、未溶解のＣａＯが残留しているかどうかで滓化性を評価した。電気炉１の内部に未溶解のＣａＯが全く存在しない場合を○、一部でも存在する場合を△、多数存在する場合を×と評価した。
【００３２】
生産性については、通常の操業で普通鋼又はクロム鋼を精錬した際の操業時間を複数記録したデータに対して、このデータから操業時間の平均値を求めると共に、操業時間が正規分布となると仮定した場合の標準偏差を求めた。そして、実施例又は比較例の操業時間が通常操業の平均値〜平均値−２σ（σは標準偏差）に含まれるか否かで生産性を評価した。すなわち、実施例又は比較例の操業時間が上述の範囲に含まれる場合は生産性は○の評価となり、含まれない場合は×の評価となる。
次に、表３を用いて、実施例及び比較例に示されるプリメルトフラックスの組成、精錬の条件、精錬後のスラグの組成が上述の評価結果に及ぼす影響を説明する。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
比較例１及び比較例２は、酸素ガスの吹き込みの開始が、電気炉の使用電力が３００〜３８０ｋＷｈ／ｔにされなかった例である。比較例１では、電気炉１の使用電力が２９０ｋＷｈ／ｔと少ないうちから酸素ガスの吹き込みを開始しており、溶湯中へ供給される酸素ガスの総量が過剰となって鉄の酸化ロスが大きくなっている。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」及び「生産性」の評価が×となる。また、比較例２では、電気炉１の使用電力が３９０ｋＷｈ／ｔと大きくなってから酸素ガスの吹き込みを開始しており、酸素ガスの溶湯中への供給が遅れて脱りん反応を十分に行うことができなくなる。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
【００３５】
比較例３及び比較例４は、酸素ガスの吹込速度が０．１〜１．４Ｎｍ3／ｔ・分でなかった例である。比較例３では、酸素ガスの吹込速度を０．０９Ｎｍ3／ｔ・分と小さくなっており、酸素ガスが溶湯中に十分に供給され難くなって脱りんが十分に行われなくなっている。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」及び「生産性」の評価が×となる。また、比較例４では、酸素ガスの吹込速度を１．４１Ｎｍ3／ｔ・分と大きくなっており、酸素ガスの吹込の勢いが強くなりすぎて溶湯の湯面が乱れてスプラッシュ（飛散）が生じている。その結果、表３の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。
【００３６】
比較例５及び比較例６は、酸素ガスの酸素使用量が５．０〜１３．０Ｎｍ3／ｔでなかった例である。比較例５では、酸素ガスの吹込総量が４．９Ｎｍ3／ｔと少なくなっており、溶湯に十分な量の酸素ガスが吹き込まれなくなって溶湯中でのＦｅＯの形成が不十分となっている。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となり、また「生産性」の評価が×となる。また、比較例６では、酸素ガスの吹込総量が１３．１Ｎｍ3／ｔと多くなっており、溶湯に吹き込まれる酸素ガスの量が多くなってＦｅの酸化ロスが過大となっている。その結果、表３の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。
【００３７】
比較例７及び比較例８は、酸素ガスの吹込時間１２〜３０分でなかった例である。比較例７では、酸素ガスの吹込時間が３１分と長くなっており、酸素ガスの吹き込みが無駄に長時間行われている。その結果、表３の「評価」に示すように「生産性」の評価が×となる。比較例８では、酸素ガスの吹込時間が１１分と短くなっており、溶湯に十分な量の酸素ガスが吹き込まれなくなって溶湯中でのＦｅＯの形成が不十分となっている。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」及び「歩留り性」の評価が×となる。
比較例９及び比較例１７は、精錬後に得られたスラグにＡｌ2Ｏ3が１〜１０質量％含まれていなかった例であり、スラグのＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3の値が３．５〜２７．０になっていなかった例である。比較例９では、精錬後のスラグにＡｌ2Ｏ3が０．９８質量％と少量しか含まれておらず、またＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3の値も２７．２と高くなっている。その結果、比較例９では、Ａｌ2Ｏ3の濃度が低くなってスラグの流動性が低下し、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となり、また「滓化性」の評価が×となる。また、比較例１７では、精錬後のスラグにＡｌ2Ｏ3が１０．８０質量％と多量に含まれており、またＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3の値も３．４と低くなっている。その結果、比較例１７では、スラグの流動性が大きくなり過ぎて脱りん性がかえって低下し、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となる。
【００３８】
比較例１０及び比較例１１は、精錬後に得られたスラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ2が２．１〜５．５にならなかった例である。比較例１０では、精錬後に得られたスラグの塩基度が２．０と小さくなっており、ＣａＯが脱りんに最低限必要な量確保できていない。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△となる。また、比較例１１では、精錬後に得られたスラグの塩基度が５．６と大きくなっており、過剰に存在するＣａＯの一部が未滓化で溶湯中に残留する。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」及び「滓化性」の評価が△となる。
【００３９】
比較例１２、比較例１３及び比較例１８は、精錬後に得られたスラグにＦｅＯが８〜３０質量％含まれていなかった例であり、スラグのＴ．Ｆｅが１０〜３５質量％になっていなかった例である。比較例１２では、精錬後のスラグにＦｅＯが３０．２４質量％と多量に含まれており、またＴ．Ｆｅも３５．１０質量％と大きくなっている。その結果、比較例１２では、脱りん反応中にＦｅの酸化が過剰に行われたことになり、表３の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となる。また、比較例１３では、精錬後のスラグにＦｅＯが７．９８質量％と少量しか含まれておらず、またＴ．Ｆｅも９．８８質量％と小さくなっている。さらに、比較例１８でも、精錬後のスラグにＦｅＯが７．９２質量％と少量しか含まれておらず、またＴ．Ｆｅも９．８４質量％と小さくなっている。比較例１３と比較例１８とは溶製する鋼種が異なっているが、スラグの表面にＦｅＯが十分に形成されなくなって脱りん性が低下し、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×や△になる点で等しい。
【００４０】
比較例１４及び比較例１５は、精錬後に得られたスラグにＣｒ2Ｏ3が０．７〜９質量％含まれていなかった例である。比較例１４では、精錬後に得られたスラグにＣｒ2Ｏ3が０．６９質量％と少量しか含まれておらず、溶鋼中への酸素の供給が不十分となる。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。また、比較例１５では、精錬後に得られたスラグにＣｒ2Ｏ3が９．２１質量％と多量に含まれており、非常にスラグの流動性が悪くなり、スラグ排出時に溶鋼も一緒に排出されてしまう。その結果、表３の「評価」に示すように「歩留り性」の評価が×となり、「滓化性」の評価が△となる。
【００４１】
比較例１９及び比較例２０は、ＣａＯが２７〜３５質量％又はＡｌ2Ｏ3が４８〜６０質量％含まれていないプリメルトフラックスを用いて精錬した例である。比較例１９では、ＣａＯが３６質量％と多く、またＡｌ2Ｏ3が４７質量％と少量しか含まれていない。その結果、比較例１９では、プリメルトフラックス中でのＡｌ2Ｏ3の相対濃度が低下してＣａＯの溶解促進効果が弱くなり、表３の「評価」に示すように「滓化性」の評価が×となる。また、比較例２０では、Ａｌ2Ｏ3が６１質量％と多く、またＣａＯが２６質量％と少量しか含まれていない。その結果、比較例２０では、プリメルトフラックス中でのＡｌ2Ｏ3の相対濃度が高くなってスラグの流動性が高くなりすぎなり、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
【００４２】
比較例２１〜比較例２４では、プリメルトフラックスに続いてＣａＯフラックスが添加されており、ＣａＯフラックスが添加されたときにはプリメルトフラックスの溶解が完了している。その結果、プリメルトフラックスによるＣａＯフラックス中のＣａＯの溶解促進効果が発揮されず、表３の「評価」に示すように「脱りん性」や「滓化性」の評価が△や×となる。
比較例２５及び比較例２６は、ＣａＯフラックスの精錬終了までのＣａＯの総使用量が２０〜５２ｋｇ／ｔとなっていない例である。比較例２５では、精錬終了までのＣａＯの総使用量が１９ｋｇ／ｔと少なく、溶湯中の脱りんを十分に行うのに必要なＣａＯ量に達していない。そのため、脱りんが十分に行われず、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。また、比較例２６では、精錬終了までのＣａＯの総使用量が５３ｋｇ／ｔと多く、溶湯に対して未溶解のＣａＯが残りやすい。その結果、表３の「評価」に示すように「滓化性」の評価が△となる。
【００４３】
比較例２７は冷鉄源がＰ：≦０．０４５質量％となっていない例である。比較例２７では、冷鉄源の［Ｐ］＝０．０４６質量％と多量であって、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が×となる。
比較例２８は冷鉄源がＣｒ：≦２．０質量％となっていない例である。比較例２８では、冷鉄源のＣｒ＝２．１質量％と多くなっており、溶鋼中への酸素の供給によって、スラグ中のＣｒ2Ｏ3が増え、溶鋼の脱りん性が悪化する。その結果、表３の「評価」に示すように「脱りん性」の評価が△、また「滓化性」の評価が×となる。
【００４４】
上述の比較例１〜２８に対して、実施例１〜１８は「酸素ランスからの酸素吹込条件」、「スラグ条件」、「プリメルトフラックスの組成」、「フラックスの添加順序」及び「冷鉄源中でのＣｒ、Ｐの濃度」が全て課題を解決する手段に開示した範囲内に含まれており、表３の「評価」に示す「脱りん性」、「歩留り性」、「滓化性」及び「生産性」がいずれも○の評価となっている。これらのことから、「酸素ランスからの酸素吹込条件」、「スラグ条件」、「プリメルトフラックスの組成」、「フラックスの添加順序」及び「冷鉄源中でのＣｒ、Ｐの濃度」が全て課題を解決する手段に開示した範囲内になるように精錬を行うことにより、低りん鋼を効率良く精錬することができる。
【００４５】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の精錬方法に用いられる電気炉の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電気炉
２  排滓口
３  電極
４  酸素ランス
５  出鋼口
６  蓋体
７  本体
【図１】
2010013674.tif 000006