(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼をスラグで被覆することで溶鋼中への窒素の侵入を防止する方法において、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 を含有し、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯおよびＭｎＯの濃度が合計で８質量％以下であり、ＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 との質量比（ＣａＯ／Ａｌ2 Ｏ3 ）が０．９５〜２．７であり、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 との質量比（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ）が０．３９以下であるスラグを使用することを特徴とする低窒素鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼中の窒素濃度（以下、［Ｎ］濃度ともいう）の増大を防止する低窒素鋼の製造方法に関し、特に特定成分を含有し、かつ特定成分の含有比が一定範囲のスラグを使用して溶鋼中への窒素の侵入（以下、吸窒ともいう）を防止する低窒素鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼材要求性能の変化に伴い、低窒素鋼の安定製造技術確立が望まれている。しかし、低窒素鋼の安定製造は２次精錬技術に依存しているのが実状である。
【０００３】
この２次精錬は、転炉工程以降の鋳造工程までの一連の工程の総称である。
【０００４】
すなわち、２次精錬は溶鋼中の水素、窒素などを除去する脱ガス工程、硫黄を除去する脱硫工程、成分の最終調整工程などの一連の工程である。
【０００５】
この一連の２次精錬における溶鋼中の［Ｎ］濃度は、出鋼時または脱硫処理時には溶鋼中に空気中の窒素が侵入して上昇し、ＲＨ真空脱ガス装置（以下、単にＲＨ装置またはＲＨともいう）などを用いた真空脱ガス処理時には低下する。
【０００６】
しかし、真空脱ガス処理での溶鋼中の［Ｎ］濃度の低下量は極めて小さく通常の操業では溶鋼中の［Ｎ］濃度の低減は困難とされてきた。
【０００７】
そこで、これまでに多数の低窒素鋼の製造技術が検討されてきた。
低窒素鋼の製造技術は、大きく２つの技術に分けられる。
【０００８】
その第一は、溶鋼中に溶解している［Ｎ］を効率よく除去する（以下、脱窒ともいう）技術であり、第二は、溶鋼中の［Ｎ］濃度の上昇を抑制する吸窒防止技術である。
【０００９】
脱窒技術には、脱窒反応を促進させる物質を溶鋼に添加し、溶鋼からの脱窒速度を向上させる技術と、溶鋼中の［Ｎ］と親和力の強い物質を溶鋼に添加し、この親和力の強い物質で化学的に吸着して除去する技術とがある。
【００１０】
例えば特開昭６４−４２５１７号公報には、溶鋼中の窒素を吸着する性能を有するスラグを溶鋼表面に形成し、このスラグで直接溶鋼中の［Ｎ］を除去する方法が提案されている。
【００１１】
一方、吸窒防止技術は真空脱ガス処理において重要な技術となるが、従来真空脱ガス処理中の吸窒は、ＲＨ浸漬管から空気が侵入することにより進行すると考えられ、この空気の侵入を防止する技術が主体であった。
【００１２】
例えば特開平６−２０６６号公報には、ＲＨ浸漬管内に不活性ガス吹き込み部を設け浸漬管からの空気侵入を抑制する吸窒防止方法が開示され、特開平５−５１６２６号公報にはＲＨ浸漬管をシールガスで包囲することによりＲＨ浸漬管への空気侵入を防止する吸窒防止方法が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＲＨ浸漬管からの空気侵入防止策を行っても吸窒をほとんど防止できないため低窒素鋼の溶製は困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、従来のＲＨ浸漬管等からの空気侵入防止技術よりも効果的な吸窒防止を行うことができる低窒素鋼の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、浸漬管からの侵入空気以外に溶鋼への窒素供給源があると考え、詳細な調査を実施した結果、スラグ中の窒素あるいはスラグを介した気相から溶鋼への窒素侵入が溶鋼中の［Ｎ］濃度を上昇させる原因であることがわかった。この溶鋼中の［Ｎ］濃度を低位に保つには、溶鋼上部にあるスラグの含有物を適正範囲にすればよいことを見いだした。
【００１６】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、「溶鋼をスラグで被覆することで溶鋼中への窒素の侵入を防止する方法において、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 を含有し、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯおよびＭｎＯの濃度が合計で８質量％以下であり、ＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 との質量比（ＣａＯ／Ａｌ2 Ｏ3 ）が０．９５〜２．７であり、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 との質量比（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ）が０．３９以下であるスラグを使用することを特徴とする低窒素鋼の製造方法」である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
スラグ成分濃度と吸窒挙動を試験確認したところ、スラグ中のＦｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯおよびＭｎＯ（以下、スラグ中の低級酸化物ともいう）の濃度が合計で８質量％（以下、単に％で質量％を表す）を越えて高い場合には、溶鋼中の［Ｎ］濃度とスラグ成分濃度とは無関係であることがわかった。
【００１８】
そこで、スラグ中の低級酸化物濃度が８％以下のスラグを対象に試験を継続して行った。
【００１９】
図１は、転炉出鋼後の取鍋内溶鋼にアルゴンガスを吹き込んだときの吹き込み処理時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
なお、縦軸の窒素濃度は溶鋼中の［Ｎ］濃度を意味する。
【００２０】
試験条件は下記の通りである。
アルゴンガスを吹き込んだときの雰囲気はアルゴンガス雰囲気とした。
また、スラグ中のＳｉＯ2含有量は１０％以下であり、ＣａＯおよびＡｌ2 Ｏ3 含有量は質量比（ＣａＯ／Ａｌ2 Ｏ3 ）（以下、Ｃ／Ａとも略記する）で０．６〜３．１とした。
【００２１】
図１に示すように、Ｃ／Ａが０．９５〜２．７の範囲では溶鋼中の［Ｎ］濃度が約１５ppm の一定値を示すが、Ｃ／Ａが０．９５未満または２．７を超えるとアルゴンガス雰囲気に残留した窒素がスラグを介して溶鋼に徐々に侵入し、溶鋼中の［Ｎ］濃度が上昇した。
【００２２】
図２は、Ｃ／Ａを１．３一定下で、転炉処理後の取鍋内溶鋼にアルゴンガスを吹き込んだときの吹き込み処理時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
【００２３】
試験条件は下記の通りであった。
アルゴンガスを吹き込んだときの雰囲気はアルゴンガス雰囲気とした。
【００２４】
また、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 含有量は質量比（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ）（以下、Ａ／Ｓとも略記する）で０．２〜０．５とした。
【００２５】
図２に示すように、Ａ／Ｓが０．３９以下では溶鋼中の［Ｎ］濃度が約１５ppm の一定値を示すが、Ａ／Ｓが０．３９を超えるとアルゴンガス雰囲気に残留した窒素がスラグを介して溶鋼に徐々に侵入し、溶鋼中の［Ｎ］濃度が上昇した。
【００２６】
以下、ＲＨ装置を用いた場合の試験結果について説明する。
なお、ＲＨではＲＨ処理中スラグと空気とが接触している。
【００２７】
図３は、Ａ／Ｓが０．３９以下のスラグを使用して真空処理を行ったときのＲＨ処理時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
【００２８】
なお、試験条件はスラグのＣ／Ａを０．６〜３．１とした。
図３に示すように、Ｃ／Ａが０．９５〜２．７の範囲では溶鋼中の［Ｎ］濃度は減少するが、Ｃ／Ａが０．９５未満または２．７を超えると空気中の窒素がスラグを介して溶鋼に徐々に侵入し、溶鋼中の［Ｎ］濃度が上昇した。
【００２９】
以上の試験結果から溶鋼の吸窒は特定スラグ成分の含有比が深く関与しており、吸窒を防止するには、スラグ中の低級酸化物濃度が８％以下であり、Ｃ／Ａが０．９５〜２．７、かつＡ／Ｓが０．３９以下であることが必要であることがわかった。
【００３０】
以下に、本発明の実施形態を転炉出鋼後に２次精錬を行う例で説明する。
【００３１】
転炉出鋼後の取鍋スラグ中にスラグ改質剤を添加し、スラグ中の低級酸化物濃度を８％以下まで低減する。
【００３２】
さらに、ＣａＯ、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 等のフラックスを添加し、スラグ中のＣ／Ａが０．９５〜２．７、かつＡ／Ｓが０．３９以下となるように調整する。
【００３３】
上記スラグ成分の含有比を調整後、溶鋼の成分調整のためガス吹き込み装置により、Ｍｎ、Ａｌ等の成分を調整する。
【００３４】
次に、ＲＨ装置にて真空脱ガス処理を開始するが、処理時の真空度を約７００Ｐａ未満とするのが望ましい。ＲＨで最終成分調整処理後、取鍋を移動し連続鋳造機を用いてスラブとする。
【００３５】
図４は、転炉出鋼から連続鋳造後のスラブ製品までの窒素濃度の推移を示すグラフである。
【００３６】
横軸の「転炉後」は転炉出鋼後を、「ガス吹込後」は転炉出鋼後の取鍋内溶鋼にアルゴンガスを吹き込んだ後を、「ＲＨ後」は真空脱ガス等のＲＨ処理の後を、製品は連続鋳造後のスラブをそれぞれ意味する。
【００３７】
また、同図は、スラグ中の低級酸化物濃度が２％の条件下、○印はＣ／Ａ：１．３およびＡ／Ｓ：０．２、▲印はＣ／Ａ：２．８およびＡ／Ｓ：０．４のそれぞれのスラグ成分の含有比であり、スラグ量は、溶鋼トン当り１８ｋｇ／ｔの一定条件でそれぞれ試験を行った結果を示す。
【００３８】
図４に示すように、本発明に従った場合、各処理での吸窒が抑制され連続鋳造後のスラブ製品の窒素濃度を約１５ppm に低減できる。
【００３９】
一方本発明に従わなかった場合、スラブ製品の窒素濃度は約４０ppm の高い値になる。
【００４０】
なお、スラグ量は溶鋼トン（以下、単にｔともいう）当り９ｋｇ／ｔ以上が望ましい。
【００４１】
その理由は、スラグ量が９ｋｇ／溶鋼トン未満となるとスラグが溶鋼表面を十分に被覆できないおそれがあり、スラグによる吸窒防止を十分に発揮できないおそれがあるからである。
【００４２】
【実施例１】
転炉でＣ：０．０７％とした溶鋼３００ｔを取鍋へ出鋼した。
【００４３】
出鋼時にスラグ改質剤を添加し、スラグ中の低級酸化物濃度を２％とし、さらにＣａＯを添加してスラグ中のＣ／Ａを調整した。
【００４４】
また、スラグ中のＳｉＯ2 濃度はＳｉの添加タイミングを変更して調整し、スラグ量は１８ｋｇ／溶鋼トンとなるように調整した。
出鋼後、取鍋をＲＨへ移送し、処理を開始した。
【００４５】
ＲＨでは、高真空で１３分間脱ガス処理を実施した。脱ガス処理後、溶鋼を連続鋳造機で鋳造した。
【００４６】
表１に出鋼後、ＲＨ後、製品でのそれぞれの窒素濃度を示す。
【００４７】
なお、表中の「出鋼後」は転炉出鋼後を、「ＲＨ後」はＲＨで１３分間脱ガス処理を実施した後を、製品は連続鋳造後のスラブ製品をそれぞれ意味する。
【００４８】
本発明例のＣ／Ａが０．９５〜２．７、かつＡ／Ｓが０．０１〜０．３９の場合に、連続鋳造後のスラブ製品の鋼中の窒素濃度が１５ppm 以下であり、鋼中の窒素濃度のばらつきも１４〜１５ppm と小さかった。
【００４９】
Ｃ／ＡおよびＡ／Ｓが上記範囲に入っていない比較例は、吸窒が進行し、連続鋳造後のスラブ製品の鋼中の窒素濃度は高く、しかも鋼中の窒素濃度のばらつきも３７〜５４ppm と大きかった。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
【発明の効果】
本発明により、従来のＲＨ浸漬管からの空気侵入防止技術より効果的な吸窒防止ができ、低窒素鋼を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉出鋼後の取鍋内溶鋼にアルゴンガスを吹き込んだときの吹き込み時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
【図２】Ｃ／Ａを１．３一定下で、転炉出鋼後の取鍋内溶鋼にアルゴンガスを吹き込んだときの吹き込み時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
【図３】Ａ／Ｓが０．３９以下のスラグを使用して真空処理を行ったときのＲＨ処理時間と溶鋼中の［Ｎ］濃度との関係を示すグラフである。
【図４】転炉出鋼から連続鋳造後のスラブ製品までの窒素濃度の推移を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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