(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク加熱装置を備えていない二次精錬装置でＣ濃度０．０１重量％以下の高純度高Ｎｉ溶鋼を製造する際、Ａｌ脱酸後で溶鋼の自由酸素濃度が０．０２重量％以上残留するようにＡｌを添加し、次いでＳｉ添加剤を添加してＳｉ脱酸することを特徴とする高純度高Ｎｉ溶鋼の溶製方法。
【請求項２】
１回又は複数回に分けてＡｌを添加する請求項１記載の高純度高Ｎｉ溶鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｌ，Ｓｉ脱酸による二次精錬で高純度高Ｎｉ鋼を溶製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低熱膨張特性，磁気特性等を活用してシャドウマスク用材料，リードフレーム材料，磁性材料，封着合金，低温用構造物等として使用される材料として、たとえばＮｉ含有量が３０〜５０重量％の高純度Ｎｉ鋼やＦｅ−Ｎｉ合金（以下、高純度Ｎｉ鋼で総称する）が製造されている。高純度高Ｎｉ鋼を工業的規模で製造する場合、Ｆｅ及びＮｉの主要成分以外に不純物が不可避的に混入する。意図的に合金成分を添加することもあるが、特別な理由のある規格値を有する合金成分以外の元素，たとえばＣ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ等の元素が一般的に不純物として高純度Ｎｉ鋼又はＦｅ−Ｎｉ合金に混入する。
不純物含有量が多いと、種々の弊害がもたらされる。たとえば、シャドウマスク用材料では、不純物含有量の増加によって熱膨張係数が大きくなり、エッチング性も低下する。その結果、高純度高Ｎｉ鋼本来の材料特性が十分に発揮されなくなる。また、鋼製造時においても熱間加工性が低下して歩留りを下げ、製造コストを上昇させる。そのため、高純度高Ｎｉ鋼の溶製に際しては、不純物含有量を極力少なくすることが要求される。
【０００３】
なかでも極低Ｃが要求されることから、ＲＨ装置等の真空脱ガス設備を使用する二次精錬でＣ＋Ｏ→ＣＯの反応によってＣＯガスとして溶湯中のＣを除去する方法が採用されている。この精錬反応では、溶湯中に一定量以上の溶存酸素が要求されるので、必要に応じて酸素を添加している。その結果、脱炭精錬終了後に溶存酸素をｐｐｍオーダまで低減するため、Ａｌ，Ｆｅ−Ｓｉ等の添加による脱酸処理を施している。
高純度高Ｎｉ鋼をＡｌ脱酸すると、脱酸生成物であるＡｌ２  Ｏ３  は、二次精錬中に取鍋スラグに吸着され、溶湯中に残存することはない。しかし、脱酸に消費されなかったＡｌは、溶湯に残留し、鋳造工程への移動中や鋳造中に空気中の酸素と反応し、再酸化して再びＡｌ２  Ｏ３  を生成する。その結果、得られた鋳片等にＡｌ２  Ｏ３  系介在物が残留し、製品表面に疵を発生させる原因となる。
Ａｌ２  Ｏ３  系介在物に起因する悪影響を回避するためには、Ｆｅ−Ｓｉ等のＳｉ添加剤を使用した脱酸が採用される。Ｓｉ脱酸では、ある程度のレベルまで脱酸反応が進行するが、脱酸生成物であるＳｉＯ２  が浮上しないとそれ以上に脱酸が進行しない。ＳｉＯ２  の浮上を促進させるためには、取鍋スラグのＳｉＯ２  活量を低減することが要求される。そのため、ＣａＯやＣａＦ２  等のスラグ成分調整剤を溶鋼に添加して取鍋スラグのＳｉＯ２  活量を低減させることにより、初めて１０ｐｐｍ程度まで脱酸が進行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ脱酸では、このように取鍋スラグのＳｉＯ２  活量を低減するために大量のＣａＯ，ＣａＦ２  等のスラグ調整剤を添加する必要がある。ＣａＦ２  等の過剰添加は、取鍋スラグの融点を下げ、耐火物を異常に損傷させ、取鍋炉壁や浸漬管の寿命を短くする原因となる。
また、Ａｌ添加のように発熱反応が利用できないことから、アーク加熱装置を備えていない二次精錬装置では温度補償を行うことができないため、必要以上に出鋼温度を上げざるを得なかった。その結果、主原料，副原料の歩留り低下や耐火物の寿命低下，電力，昇温剤の原単位上昇等の原因となっていた。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｓｉ脱酸に先立ってＡｌ添加により溶湯中の自由酸素を低下させることにより、Ｓｉ脱酸時に発生するＳｉＯ２  量を減らしてスラグ調整剤の添加量削減を可能にすると共に、Ａｌの酸化発熱を利用して出鋼温度を過度に高く設定することなく高純度高Ｎｉ鋼を製造することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱酸方法は、その目的を達成するため、アーク加熱装置を備えていない二次精錬装置でＣ濃度０．０１重量％以下の高純度高Ｎｉ溶鋼を製造する際、Ａｌ脱酸後で溶鋼の自由酸素濃度が０．０２重量％以上残留するようにＡｌを添加し、次いでＳｉ添加剤を添加してＳｉ脱酸することを特徴とする。Ａｌ添加は、１回又は複数回に分けて実施される。
本発明で使用される二次精錬装置としては、ＲＨ真空脱ガス装置，ＤＨ真空脱ガス装置，ＶＯＤ真空脱ガス装置等がある。
【０００６】
【作用】
本発明に従った脱酸方法では、Ｓｉ脱酸に先立ってＡｌを添加する初期脱酸を行い、溶鋼の自由酸素濃度を低減している。これにより、Ｓｉ脱酸時に自由酸素濃度が低くなり、ＳｉＯ２  の発生量が少なくなる。そのため、スラグ調整剤の添加量が減少する。また、溶鋼中酸素とＡｌとの発熱反応で発生した熱量を溶鋼の昇温に利用できるため、出鋼温度を過度に高くする必要がない。
Ａｌと自由酸素との平衡関係に温度が及ぼす影響を図１に示す。図１から、高純度高Ｎｉ鋼溶製時における一般的な二次精錬中の温度１６５０℃以下では自由酸素が０．０２重量％以上であると、平衡するＡｌ濃度が０．００１５重量％以下になることが判る。また、本発明者等による種々の実験結果から、図２にみられるように、溶鋼のＡｌ濃度が０．００２重量％以下になると、鋳造工程への移動中又は鋳造中におけるＡｌの再酸化で発生したＡｌ２  Ｏ３  系介在物が原因となって製品に表面疵を発生させることがないことが判明している。
【０００７】
【実施例】
普通鋼や特殊鋼の製造に使用されている溶銑の予備処理，ＬＤ−ＲＨ法による転炉及びＲＨ真空脱ガス装置を使用し、Ｎｉ含有量が３０〜５０重量％の範囲にある種々の高純度高Ｎｉ鋼を製造した。その代表的な操業例を以下に説明する。高純度高Ｎｉ鋼の成分目標値を、Ｃ：０．０１重量％以下，Ｓｉ：０．０５重量％以下，Ｎｉ：３５．５〜３６．５重量％，Ｐ：０．００５重量％以下，Ｓ：０．００３重量％以下，Ａｌ：０．０１重量％以下，Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ｎ：３０ｐｐｍ以下とし、その他の不純物成分を極力下げた３６％Ｎｉ鋼とした。
高炉溶銑６８トンを樋で脱Ｓｉ処理し、予備処理設備に移した。予備処理設備で、ソーダ灰１９ｋｇ／トン，ＣａＯ系脱Ｐ剤５６ｋｇ／トン及び酸素６．５Ｎｍ３  ／トンをそれぞれインジェクションし、脱Ｓ・脱Ｐを施した。
【０００８】
予備処理した溶銑を転炉に装入し、更に純Ｎｉ３１トン，脱酸剤としてＦｅ−Ｓｉ４００ｋｇ，造滓剤，塩基度調整・脱Ｐ剤としてＣａＯ２８００ｋｇ，炉壁保護用添加剤として軽焼ドロマイト９８０ｋｇ，スラグ粘度調整剤としてＣａＦ２  ４６０ｋｇ及び昇温剤としてカーボンブリケット１１５００ｋｇを装入した。装入後、酸素吹錬し、脱炭，Ｎｉ溶解，脱Ｓｉ，脱Ｐ及び脱Ｎした。
吹錬終了後に分析した結果、Ｐ，Ｓ，Ｎｉ及びＮの含有量は、何れも目標成分値の範囲に入っていており、溶鋼温度が１７００℃に上昇していた。この溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼段階では、造滓剤としてのＣａＯ３００ｋｇを予め取鍋内に装入しておき、取鍋内に転炉スラグが流出しないようにスラグカットした。
得られた高Ｎｉ溶鋼をＲＨ真空脱ガス設備に移し、真空脱炭した。その後、溶鋼温度を測定したところ、目標値よりも２０℃低かったので、酸素２５Ｎｍ３  を溶鋼に吹き込むと共にＡｌを５５ｋｇ添加することにより溶鋼を昇温した。昇温後の溶湯について、自由酸素を迅速分析装置で測定したところ０．０２５重量％であった。次いで、成分調整及び真空脱ガスを施した。
【０００９】
成分調整，真空脱ガス後の自由酸素を測定したところ０．０２重量％であったので、Ｆｅ−Ｓｉを１００ｋｇ添加し、溶鋼を２分間環流処理した。環流後の溶鋼を採取してＳｉ濃度を測定したところ、Ｓｉ濃度は０．０５重量％と規格範囲に入っていた。そこで、速やかにＲＨ真空槽内にＣａＯ３００ｋｇ及びＣａＦ２  ２００ｋｇを添加し、脱酸用スラグを造滓した。その後、溶鋼を再度１０分間環流処理し、取鍋スラグによる脱酸を施した。ＲＨ出鍋時点で、自由酸素が０．００１重量％，Ａｌ濃度が０．００１重量％であった。
以上の各工程における溶鋼成分値，溶鋼温度，溶鋼重量及びスラグ組成を表１に示す。
【００１０】
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【００１１】
表１にみられるように、ＲＨ真空脱ガス処理後の溶鋼は、各成分が目標値に達しており、溶鋼温度も適正であった。そこで、この溶鋼を連続鋳造工程で鋳造し、所定寸法形状をもつ高純度高Ｎｉ鋼素材を得た。得られた連鋳スラブの品質を調査した結果、図３及び図４に示すように介在物レベル及び表面品質レベル共に従来法で製造されたスラブとほぼ同等の性状を呈した。
また、別の試験において、処理中の温度調整のため２回又は３回、或いはそれ以上の回数でＡｌを添加したが、何れの場合も自由酸素を０．０２０重量％以上残すようにした。そのため、ＲＨ出鍋時点でＡｌ濃度が０．００２重量％以下となり、介在物及び表面品質レベルに支障を来すことがなかった。
また、Ａｌ添加により自由酸素濃度を下げた溶鋼にＦｅ−Ｓｉを装入しているので、Ｓｉ脱酸に伴ったＳｉＯ２  発生量が減少した。そのため、取鍋スラグ調整剤の添加量を低減することができ、図５に示すように、ＲＨ浸漬管の寿命を従来法に比較して約倍にすることできた。また、Ａｌ添加によって溶鋼が昇温するため、図６に示すように転炉又は電気炉の出鋼温度を約２０℃低減することが可能となった。したがって、高純度高Ｎｉ鋼を低コストで製造できることが判った。
【００１２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、Ｓｉ脱酸に先立ってＡｌ添加により溶鋼の自由酸素濃度を低下し、次いでＦｅ−Ｓｉ等を使用してＳｉ脱酸している。そのため、Ｓｉ脱酸時のＳｉＯ２  発生量が減少し、それに応じてスラグ調整剤の添加量を減らすことができるため、二次精錬装置の炉壁や浸漬管の寿命が長くなり、製造コストが低減される。また、Ａｌの酸化発熱反応で発生した熱量を温度補償に利用でき、加熱機構を備えていない二次精錬装置を使用した場合でも出鋼温度を過度に高くする必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼のＡｌ濃度と自由酸素との平衡関係に及ぼす温度の影響
【図２】表面疵の発生に及ぼすＡｌ濃度の影響
【図３】本発明法と従来法とで比較した介在物レベル
【図４】本発明法と従来法とで比較した表面品質レベル
【図５】本発明法と従来法とで比較したＲＨ浸漬管の寿命
【図６】本発明法と従来法とで比較した出鋼温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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