(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム、ケイ素、カルシウム、炭素、及び鉄を含む、鋼の還元及びドープのための合金において、さらにバリウム、バナジウム、及びチタンを下記の構成元素の相互関係（単位：質量％）で含むことを特徴とする合金。
ケイ素          ４５．０〜６３．０
アルミニウム    １０．０〜２５．０
カルシウム      １．０〜１０．０
バリウム        １．０〜１０．０
バナジウム      ０．３〜５．０
チタン          １．０〜１０．０
炭素            ０．１〜１．０
鉄              残部
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄冶金の分野に関し、より詳細には鋼を還元、アロイング、改良するための合金の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼を還元、改良するための合金が知られている（ソビエト連邦発明者証第９９０８５３号、分類C22C 35/00、発明公報1983年No.３に掲載）。この合金の組成（単位：質量％）は、ケイ素３０．０〜４９．０、カルシウム６．０〜２０．０、バナジウム４．０〜２０．０、マンガン１．０〜１０．０、チタン１．５〜４．０、マグネシウム１．５〜５．０、アルミニウム０．３〜０．８、リン０．５〜１．５、残部鉄である。
【０００３】
この合金の欠点はリンを含むことである。リンは鋼の品質に悪影響を及ぼし、特に冷間脆性となることがある。合金中のケイ素及びアルミニウム含有量が低いと鋼の還元が充分になされない。この合金の合金元素の回収率を上げるためには、鋼をまずアルミニウムで還元する必要がある。さもないとより大量の合金を消費することが必要となる。
【０００４】
本願発明の合金に組成が最も近いのは、鋼を還元及びドープするための合金（カザフスタン共和国特許第３２３１号、分類C22C 35/00、1996年3月15日、公報No. 1に掲載）である。この合金は構成元素として、アルミニウム１５．０〜３０．０質量％、ケイ素４５．０〜５５．０質量％、カルシウム１．０〜３．０質量％、マグネシウム０．１〜０．３質量％、炭素０．１〜０．８質量％、残部鉄を含む。この合金は石炭灰のコークス還元によって製造される。高炉装入物の技術的・化学的組成を表１に示す。
【０００５】
【表１】
0005479457.tif 000002
【０００６】
このアロイング（プロトタイプ）プロセスの欠点は、このドープ用組成物が鋼を十分に還元しないので、この種の合金で処理した鋼の定性的特徴が充分高水準ではなく、よって得られた鋼の性質が低水準となる、ということである。公知の合金（前記プロトタイプ）で処理した鋼の酸素含有量が０．００３６％まで高くなると、鋼中の酸化物系介在物の残存量が増加しやすくなる（〜０．０９７％）。これは改良元素であるカルシウム含有量が低いためであり、そのために非金属介在物をより完全に除去してその量を０．００８２％未満まで低下させることができない。さらに、高炉装入混合物の組成中にコークス及び石炭灰を使用することは溶融工程に悪影響を与え、電気炉上部表面に装入物が多く凝集し、ヒュームの排出が困難になる。可融灰が激しく引火し始め、その結果、早計にスラグが生成され、ガス透過性が低下し、高温ガスの流出により主要元素が気相に排出される。合金製造時の電力消費率は１１．０〜１１．６MW時／ｔであり、カルシウム含有量は３．０％を超えない。
【０００７】
上述した欠点が集まると、製造される鋼の定性的特徴が低下しやすくなり、特に衝撃硬さ（−４０℃）が０．８８ｍＪ／ｍ2を上回らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明が達成した技術的結果は、非金属介在物を高度に還元、改良すると同時に、バリウム、チタン、及びバナジウムによって鋼をマイクロアロイングすることにより、本願発明の合金によって処理した鋼の品質を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は以下の特徴を有する。
鋼を還元、ドープ、改良するための合金であって、以下の割合で、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、炭素、及び鉄を含み、さらにバリウム、バナジウム、及びチタンを含む（単位：質量％）。
ケイ素          ４５．０〜６３．０
アルミニウム    １０．０〜２５．０
カルシウム      １．０〜１０．０
バリウム        １．０〜１０．０
バナジウム      ０．３〜５．０
チタン          １．０〜１０．０
炭素            ０．１〜１．０
鉄              残部
【発明の効果】
【００１０】
合金組成における還元元素の含有量が特定範囲内であると、公知の合金（前記プロトタイプ）と比較して１．４〜１．８倍、鋼体積中の酸素量を低下させることができる。これによりバナジウムの有効利用を９０％まで上げることができた。活性カルシウム、バリウム、アルミニウム、及びケイ素による高度な還元及び酸素遮断により、シリコマンガンから鋼へのマンガンの回収率は９〜１２％上昇して９８．８％に達した。特定範囲内のバリウム及びカルシウムは、その還元効果に加えて、活性脱硫剤、及び非金属介在物（ＮＩ）のための脱リン剤及び調整剤としての役割も果たし、その製錬能を上げ、さらに複雑さにより、鋼中の総ＮＩ量を顕著に削減する。カルシウム、バリウム、及びチタンの存在下では、残留硫黄及び酸化物は、ストリンガー及びその塊（堆積物）を生じることなく、鋼体積中に均等に分散して、細かい硫化酸素及び複合酸化物に接種される。残留酸化物系非金属介在物（ＮＩ）の量は、前記合金（前記プロトタイプ）による鋼処理と比較して１．１６〜１．３５倍減少した。
【００１１】
公知の合金（前記プロトタイプ）の使用と比較して、バナジウム及びチタンによるマイクロドープにより、処理後の鋼の機械的特性を顕著に改善することができるので、−４０℃における衝撃硬さは０．９２〜０．９４ＭＪ／ｍ2まで達した。
【００１２】
本願発明の合金は、直接ドープのマンガン含有精鉱及びフェロアロイ由来のマンガン含有精鉱の両方による処理中における鋼へのマンガンの移行率を増加させる。マンガン抽出率は０．３〜０．５％増加し、酸化物系介在物の量は２０％減少し、衝撃硬さは０．０４〜０．０６ＭＪ／ｍ2増加し、公知の合金（前記プロトタイプ）を使用した場合よりも高かった。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願発明の合金は、高灰分石炭採掘時の石炭廃棄物に、低強度裂炭、石灰、バリウム鉱石、バナジウム含有珪岩、及びイルメナイト精鉱を添加したものからなる。コークスを使用する必要はない。比消費電力は１０．０〜１０．９ＭＷ／時である。合金溶融工程において、公知の合金（前記プロトタイプ）とは異なり、高灰分炭質岩及び裂炭を使用する。炭質岩は５０〜６５％の灰分を含み、そのうち酸化ケイ素及び酸化アルミニウムの含有量は９０％以上であり、還元工程に十分な量の天然炭素を含有しているので、技術的且つ経済的に理にかなっている。装入物剥離剤の性質を有する裂炭添加物は、シャフト上部上層のガス透過性及びプロセスガスの抽出を改善する。本願発明の合金のドープ時の消費電力は、プロロタイプと比較して８．７％低い。
【実施例】
【００１４】
鉱石製錬炉に装入した本願発明の合金組成物を、変圧器電力０．２ＭＷＡで溶融した。使用した装入物の化学的・技術的組成を表２及び表３に示す。
【００１５】
【表２】
0005479457.tif 000003
【００１６】
【表３】
0005479457.tif 000004
【００１７】
試験の結果、最小限の比消費電力、安定した炉運転、及び炉口におけるガス透過性の改善が、本願発明の合金組成物の溶融に対応することが証明された。そのアプローチは、カーバイドの生成を無くし、炉口の技術的性質を改善し、よって炉の運転を改善する。
【００１８】
開放型コアレス誘導炉ＩＳＴ−０．１（容量１００ｋｇ）で低合金鋼グレード（１７ＧＳ、１５ＧＵＴ）を溶融して、本願発明の合金及び公知（プロトタイプ）の合金の還元能及びドープ能を評価した。金属装入物として、炭素含有量０．０３〜０．０５％、マンガン含有量０．０５％以下の金属くずを使用した。
【００１９】
金属溶湯を得て、１６３０〜１６５０℃まで加熱した後、取鍋に注湯した。取鍋内で、鋼中にマンガンを１．４％以下得るためにシリコマンガンＳＭｎ17と共に本願発明の合金及び公知の合金（前記プロトタイプ）による還元を行った。合金へのマンガン抽出率を、金属試料の化学的組成によって求めた。金属を取鍋から鋳塊とし、これを圧延して１０〜１２ｍｍのシートとした。還元及びドープの結果を表４に示す。
【００２０】
本願発明の合金を鋼処理に使用した。鋼を合金No.５〜９（表４、No.３，４，１０，１１は比較のための合金）で処理した場合に、還元、ドープ、改良について最良の結果が得られた。これらの製造例では、シリコマンガンから鋼へのマンガンの最高回収率９６．０〜９８．９％を達成した。これはプロトタイプの合金を使用した場合よりも９〜１２％高い。マンガン抽出率の増加は、本願発明の合金にはケイ素及びアルミニウムが高含有量で含まれ、さらにカルシウム、バリウム、チタンが含まれるために、鋼がより完全に還元される、ということによって説明できる。合金No.５〜９で処理した鋼試料の酸素含有量は、プロトタイプの合金で処理した場合の０．００３〜０．００３６％と比較して、１．４〜１．８倍少ない０．００２〜０．００２６％であった。
【００２１】
得られた金属の品質及び機械的特性を評価するために、非金属介在物の量をGOST（ロシア閣僚会議国家標準委員会規格）１７７８−７０に従って測定した。公知の合金（前記プロトタイプ）を使用する場合とは異なり、本願発明の合金による還元では、非金属介在物はより小さい球状であり、アルミナのストリンガーや酸化物の蓄積はない。これは、カルシウム及びバリウムが合金中に存在するためであり、このことは、脱硫能及び脱リン能以外に、毛細管現象を生じる物質に似た接種特性も示している。これは酸化物が、凝固物から鋼体積から容易に除去できる易可融性錯体となることから明らかである。残留酸化物系NIの含有量は、０．００８４〜０．００９７％である公知の合金（前記プロトタイプ）で還元する場合と比較して、０．００７〜０．００７５％まで低下した。本願発明の合金にバナジウム及びチタンがマイクロドープされていることにより、試料鋼の衝撃硬さ、成形性、及び硬度が上昇した。−４０℃における衝撃硬さは、０．８２〜０．８８MJ/ｍ2に対して０．９２〜０．９４MJ/ｍ2まで増加した。フローリミット(flow limit)（σT）：４９０〜５１０ｍPa、相対伸び(relative extension)（σS）：３５〜３７％、暫定抵抗(temporary resistance)（σB）：６１０〜６２９ｍPa。得られた本願発明の合金の構成元素の組成は最適組成に相当し、セミキルド鋼及び低合金鋼の還元及びドープに使用することができ、鋼体積から容易に除去できる易可融性の錯体NIの均等な形成を確実にし、残留NIを微細分散した最適な球状に変える。
【００２２】
合金構成元素の許容範囲は合理的である。特にカルシウム、バリウム、バナジウム、及びチタンの濃度を立証した範囲よりも低くすると、鋼処理において所望の還元、ドープ及び残留NIの改良の効果を保証することができない。よってアルミニウム及びチタンの含有量は高いが、ケイ素、カルシウム、及びバリウムの含有量が低い溶湯No. 3で得られた合金による鋼処理では、鋼を十分に還元することはできず、アルミナ及び酸化物系NIのストリンガーの含有量が高く、機械的特性は公知の合金（プロトタイプ）で処理した鋼と同様のレベルである。
【００２３】
また、これらの元素の許容濃度範囲を超えることは、本願発明の合金を得る工程における比消費電力を上昇させるので合理的ではなく、その使用の結果として得られる有益な特性も、請求の範囲に記載した組成の範囲と大差がない。
【００２４】
従って、プロトタイプと比較して合金中のバリウム、バナジウム、及びチタンの含有量が多いため、本願発明によれば以下のことが可能である。
−  鋼のより高度な還元
−  非金属介在物含有量の顕著な削減
−  残留非金属介在物の、鋼体積中に均等分散される好ましい錯体への改良（接種）
−  鋼へのマンガン抽出率の増加
−  鋼の衝撃硬さの増強
【００２５】
さらにドープは、高価なコークスを使用せず、廉価な高灰分炭質岩を使用できるため、経済的に実行可能性がある。
【００２６】
１７GS及び１５GUTグレード鋼の試作結果は、本願発明の合金が非常に効果的であることを示している。
【００２７】
【表４】
0005479457.tif 000005