(57)【要約】【課題】取鍋精練法での取鍋の耐火煉瓦の溶損やスラグの溶鋼への巻き込みによる鋼の清浄度の低下を防止し、技術的にも経済的にも有用な高清浄鋼溶製方法の提供。【解決手段】アーク溶解炉または転炉で製造した溶鋼を取鍋精錬設備に移して精錬することにより高清浄鋼を溶製する方法において、電磁誘導撹拌装置を装備した取鍋精錬設備を使用し、この取鍋精錬設備にアーク溶解炉または転炉から移された溶鋼を、まず電磁誘導撹拌装置により１次の強撹拌を加え、合金成分組成および溶湯温度の均一化ならびに初期脱酸生成物の浮上分離を行った後、取鍋の耐火物およびスラグの巻き込みを防止する状況のもとで、同電磁誘導撹拌装置により２次の弱撹拌を加えて精錬することを特徴とする高清浄鋼の溶製法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶解炉または転炉で製造した溶鋼を取鍋精錬設備に移して精練することにより高清浄鋼を溶製する方法において、電磁誘導撹拌装置を装備した取鍋精錬設備を使用し、この取鍋精錬設備にアーク溶解炉または転炉から移された溶鋼に、まず電磁誘導攪拌装置により１次の強撹拌を加え、合金成分組成および溶湯温度の均一化ならびに初期脱酸生成物の浮上分離を行った後、同電磁誘導撹拌装置により、取鍋の耐火物およびスラグの巻き込みを防止する状況のもとで、２次の弱撹拌を加えて精錬することを特徴とする高清浄鋼の溶製法。
【請求項２】
２次の弱撹拌における溶鋼推力を１次の強撹拌における溶鋼推力の７０％以下で行うことを特徴とする請求項１に記載の高清浄鋼の溶製法。
【請求項３】
２次の弱撹拌の処理時間を、取鍋精錬時間全体の１５〜８０％の範囲で選択することを特徴とする請求項１ないし２に記載の高清浄鋼の溶製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品用あるいは機械構造用、その他工具やばね用の材料として広く使用される高清浄鋼を、取鍋精錬炉を使用して溶製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の高清浄鋼は、すぐれた疲労強度および疲労寿命等が要求されることから、残留しやすい非金属介在物を、取鍋精錬により極度に排除するようにして溶製される。
【０００３】
しかし、取鍋精錬法として常法化しているガス撹拌あるいは真空脱ガスによる鋼の清浄度の改善のみでは近時のこれら高清浄鋼の品質向上にともなう厳しい要求に対してはもはや不十分となり、この結果、ＡＳＥＡ−ＳＫＦ方式の精練法のような、電磁撹拌を併用する精錬法が改めて注目されている。この精錬は電磁撹拌を行ないながら、合金添加と組成の均一化、加熱、スラグ精練そして脱ガス等を実施することが可能であり、高清浄鋼が比較的容易に溶製できる特徴がある。
もっとも、取鍋精錬した鋼を、真空再溶解あるいはエレクトロスラグ再溶解等により二重に再溶製することはすでに実用化されているが、コスト等が加重されるのはいうまでもない。
【０００４】
下記特許文献１は、取鍋精錬によるガス撹拌に電磁撹拌を付加的に取り入れ、あるいはさらに還流式真空脱ガスをも付加する有効な方法を教示している。この方法は、転炉等から移注した溶湯に、取鍋の底部からのガス撹拌操作に加えて電磁撹拌を付加して精錬する。具体的には、溶鋼をガス撹拌と同時に、２００〜７００Ｗ／ｔｏｎの撹拌エネルギーで５０〜８０分の時間をかけ、かなり強力な電磁撹拌処理をするとしている。そして、この方法によると、精錬時間の短縮で取鍋耐火物の溶損による不純物の混入が抑制でき、再溶解法によるコストアップを避けることも可能にして、高清浄度のＪＩＳ・ＳＣＭ４３５等の鋼が溶製できるようである。
【０００５】
確かに、この方法は、ガス撹拌と電磁撹拌とを併用するため、溶湯の撹拌効率が高くなることは理解できるが、ガス攪拌に付加する形で電磁撹拌するために、本発明者らの研究によると、ガス撹拌によるスラグの溶鋼への巻き込みを避けるのが容易でなく、鋼のより以上の高清浄化にはかなり高度の制御が必要と考えられる。
【特許文献１】特開２００１−３４２５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、取鍋精錬法により高清浄鋼を溶製する場合、鋼の精錬度を増す目的で精錬時間を引き伸ばすような操業が取鍋の耐火煉瓦を溶損して逆に鋼の清浄度を損なうような問題、あるいは前記特許文献１に紹介されたガス撹拌と電磁誘導撹拌との併用によるスラグの溶鋼への巻き込みが鋼の高清浄化操作を困難にする問題を解決し、技術的にも経済的にも有用な取鍋精錬法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、
（１）アーク溶解炉または転炉で製造した溶鋼を取鍋精錬設備に移して精錬することにより高清浄鋼を溶製する方法において、電磁誘導撹拌装置を装備した取鍋精錬設備を使用し、この取鍋精錬設備にアーク溶解炉または転炉から移された溶鋼に、まず電磁誘導撹拌装置により１次の強撹拌を加え、合金成分組成および溶湯温度の均一化ならびに初期脱酸生成物の浮上分離を行った後、取鍋の耐火物およびスラグの巻き込みを防止する状況のもとで、同電磁誘導撹拌装置により２次の弱撹拌を加えて精錬することを特徴とする高清浄鋼の溶製法、
（２）２次の弱撹拌における溶鋼推力が、１次の強撹拌における溶鋼推力の７０％以下であることを特徴とする上記（１）に記載の高清浄鋼の溶製法、及び
（３）２次の弱撹拌による処理時間を、取鍋精錬時間全体の１５〜８０％の範囲で選択することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の高清浄鋼の溶製法、を提案するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記したように、取鍋精錬設備での電磁誘導撹拌操作を１次の強い撹拌と２次の弱い撹拌との２段階に分けて実施し、上記特許文献１に紹介されている方法のように、ガス撹拌との併用を避けているので、初期脱酸生成物の効果的な浮上ならびに耐火物の混入やトップスラグの巻き込みを確実に防止する状況のもとで、溶鋼の精錬度、すなわち、鋼の清浄度を十分に向上でき、再溶解法に比しては経済的にも有用な溶製法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、広く実用化されている常法にしたがって、まずアーク溶解炉または転炉で所定成分の溶鋼を酸化精錬して製造し、これをＡＳＥＡ−ＳＫＦ式の取鍋精錬設備に導入して電磁誘導撹拌処理を行う。従って、この設備は所定の電磁誘導撹拌装置を付設したものを使用するが、この装置は、撹拌力および撹拌処理時間がそれぞれ制御できるように設計したものが必要である。
【００１０】
本発明では、上記取鍋精錬設備に導入された酸化精錬後の溶鋼を、つぎのように、強弱２段階に分けて電磁誘導撹拌することが特徴であって、まず１次の強撹拌時には、取鍋壁表面から5cmの位置における鉛直方向の溶鋼推力が1000〜6000N/m3となるような撹拌力を選択する。この工程では、限られた操業時間の中で、溶鋼成分を適正濃度に均質化し、かつ初期の脱酸生成物を効果的に除去するために相応の強い撹拌力を必要とする。同時に、この強撹拌は、処理時間を、上記攪拌力とのかねあいを考慮して、３０〜１２０分の範囲で選択することにより、耐火物の溶損を最低限に抑制して大部分の精錬が確実に達成できる。
【００１１】
なお、撹拌力を弱くすると、耐火物の混入やスラグの巻き込みは減少できるが、上記した合金添加による溶鋼成分や溶湯温度の均一化に時間を必要とし、生産性を損なうから、強撹拌は重要な条件である。
【００１２】
つぎに、同溶鋼を継続して２次の弱撹拌に移行させるが、この弱撹拌時の撹拌力は前記１次の強撹拌時における撹拌力の７０％以下の条件下で実施することが好ましい。そして、具体的な撹拌力は上記溶鋼推力として250〜4000N/m3の範囲を、また処理時間は２０〜９０分の範囲を選択する。この２次の弱撹拌での撹拌力が１次の強撹拌のそれの７０％を超えると、下記のような本発明の２段撹拌による特異な作用、効果を十分に達成できなくなる。
【００１３】
すなわち、本発明が強弱２段に分けた電磁撹拌を行うのは、強撹拌のみの取鍋精錬では、取鍋耐火物の混入やトップスラグの巻き込み等による外来系介在物の溶鋼への混入を招来するからである。しかし、取鍋精錬の後半に電磁撹拌力を弱めると、上記した介在物の混入現象を抑制しながら、精錬前半の強撹拌時に混入した外来系介在物を浮上分離させることができる。その結果、きわめて高清浄度の溶鋼が製造でき、この点に本発明の意義がある。
【００１４】
なお、以上の２段階にわたる電磁誘導撹拌工程では、ガス撹拌を併用しないことはいうまでもない。従って、溶鋼の上面を覆っている溶融スラグの層、すなわちトップスラグにガス撹拌によるエネルギーを与えるおそれはなく、溶鋼中への巻き込まれは実質的にない。そして、電磁誘導撹拌の電磁力による撹拌エネルギーは、金属である溶鋼のみに作用し、トップスラグの巻き込みを誘発する度合いは無視できる程度になる。
【００１５】
また、本発明の実施条件として、後半の弱撹拌の処理時間を、取鍋精錬時間全体の１５〜８０％の範囲で選択するのが実用的である。１５％より少ないと、前半での強撹拌時に混入した外来系の介在物を浮上分離させるのに必要な時間が不足するおそれがある。しかし、８０％以上もの長時間にわたり弱い電磁撹拌を継続すると、溶鋼成分や温度の均質化に長い時間を要し、生産性を損なう。
【００１６】
なお、本発明は、処理すべき鋼種を限定するものではなく、ＳＵＪ２、ＳＣＭ、ＳＵＰなど各種の鋼に適用できるし、スラグ精錬の条件や取鍋精錬の設備条件等も限定されるものではない。また、取鍋精錬後に必要に応じて溶鋼の真空脱ガス処理を行うことも本発明の実施の妨げになるものではない。さらにまた、取鍋精錬後に要求に応じて造塊、鋳造等の工程に譲るのはいうまでもない。特に、本発明は、いわゆるＡＳＥＡ−ＳＫＦ方式の取鍋精錬設備を用いて行うことが有利であるが、電磁誘導撹拌装置を備え、これにより取鍋内の溶鋼を電磁撹拌し、またその溶鋼推力を制御しうる設備であれば、どのような形式の精錬設備でも実施可能である。
（実施例）
鋼種としてＪＩＳ・ＳＵＪ２を選定し、本発明の方法および近似の参考例ならびに本発明によらない比較例に分けて精錬した。
【００１７】
転炉から取鍋に１００〜２５０ｔｏｎの溶鋼を移し、各ロット分の溶鋼に表１に示したとおりの各種取鍋精錬処理を実施した。すなわち、本発明の実施例の場合は、電磁誘導撹拌装置を有する取鍋精錬設備を使用し、撹拌力および処理時間を同表記載のとおりの３種（発明例１〜３）の条件下で１次および２次の強弱２段階の電磁撹拌を実施した。
これに対し、電磁誘導撹拌の撹拌力を、溶鋼処理時間全体を通じて一定としたものが表１の比較例４〜６および比較例７〜８である。このうち、比較例４〜６においては、本発明における1次の強撹拌相当の撹拌力のみを与えており、比較例７〜８においては、本発明における２次の弱撹拌相当の撹拌力のみを与えている。
【００１８】
【表１】
2006322060.tif 000002
【００１９】
一方、同じ鋼種について、ガス撹拌装置（ＬＦ）で溶鋼の成分および温度を調整したのちに、ＲＨによる真空脱ガス処理を行ったのが表２の比較例９〜１１である。表２には、比較例のＬＦにおける撹拌力の指標として攪拌動力密度ε（単位：W/ton）を示した。
【００２０】
【表２】
2006322060.tif 000003
【００２１】
上記の各取鍋精錬処理をして溶製された各溶鋼を連続鋳造により鋳塊にしたのち、常法により加熱、圧延を施し、１６０ｍｍ角のビレットとし、各ビレットから小片を切り出し、研磨して試験材とした。
【００２２】
これらの試験材について、ＥＰＭＡ（日本電子製ＪＸＡ−８０００シリーズ、測定条件は加速電圧２０ｋＶ）を用いて介在物の個数を計測した。なお、この計測は、代表性を確保するために３０００ｍｍ2以上を対象域とし、計測対象は幅５μｍ以上の全介在物の個数をカウントし、表１には１０００ｍｍ2あたりの換算値を記載した。また、この介在物は、スラグ系およびアルミナ系の２種に区分けした。
【００２３】
表１、２から理解できるように、本発明の三実施例１〜３は、強弱二段階の電磁誘導撹拌のみによる取鍋精錬が奏効して合理的な処理時間内に、介在物が減少して高度の清浄化が遂行していることが明らかである。これに対して、在来法Ｎｏ．４〜６あるいはガス撹拌および真空脱ガスによるＮｏ．９〜１１は、いずれも清浄化が期待以下となっている。
【００２４】
また、比較例７の場合は、一応清浄度は評価できるものの精錬にかなりの長時間を要しており、生産性が低い。同８の場合は、撹拌力を高めて処理時間を短くしているが、アルミナ系の介在物が十分に浮上分離せず、鋼の清浄度が本発明の実施例１〜３に比べて劣っている。