(57)【要約】【課題】２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込むことによって精錬を行うに際し、各底吹き用プラグの流量や合計の流量を適正化することによって、介在物の低減した溶鋼を安定して得ることができるようにする。【解決手段】取鍋１に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋１内の溶鋼の精錬を行うに際し、一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととする。ガス流量が大きい底吹き用プラグの流量を「Ｑ大」とし、ガス流量が小さい底吹き用プラグの流量を「Ｑ小」としたとき、不活性ガスを吹き込む際に、ガスの流量比Ｒ[Ｑ小／（Ｑ大＋Ｑ小）]）が、０．１＜Ｒ＜０．２５となるように、各底吹き用プラグの流量を設定する。２つの底吹き用プラスのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする。【選択図】図２
2011214083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋内の溶鋼の精錬を行うに際し、
一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラスのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとすることを特徴とする取鍋精錬方法。
【数３】
2011214083.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら精錬を行う取鍋精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転炉にて一次精錬が終了すると、溶鋼は取鍋に装入されて二次精錬工程に搬送され二次精錬工程にて成分の調整や介在物の除去などが行われている。この二次精錬工程では、不活性ガスを溶鋼に吹き込んで溶鋼を攪拌しながら処理を行うのが一般的である。二次精錬工程にて行われる取鍋精錬装置として特許文献１や特許文献２に示すものがある。
【０００３】
特許文献１では、取鍋の底部に設けた吹込口から内部にガスを吹き込み、内部の溶湯を攪拌して上記溶湯の表面に存在するスラグに溶湯中の不純物を捕捉させるようにした取鍋精錬装置において、１つの吹込口から吹き込むガスの流量を２０〜４０ＮＬ／分に設定している。また、特許文献１では、取鍋に注入し得る溶湯の重量トン数をＷ、前記吹込口の個数をＮとしたときに、式（Ｎ−１）×２０＜Ｗ≦Ｎ×２０を満足するようにしている。
【０００４】
特許文献２では、底部にガス吹き込み用のプラグ、上部に取鍋底部側壁と同心円上に３本の通電加熱用電極を備えた精錬用取鍋であって、前記プラグは前記精錬用取鍋の底部を２分割した一方に偏在させて複数配置され、かつ、前記プラグが配置される取鍋底部側壁の内径（Ｄ）と該取鍋底部側壁と同心である前記プラグが配置される直径（ｄ）との関係がｄ／Ｄ＝０．５０〜０．８０を満足し、さらに、前記プラグが配置される直径（ｄ）と電極の中心を通る円の直径（Ａ）との関係をｄ＞１．５Ａを満足するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４１７２０号公報
【特許文献２】特許第３７２１８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２には、２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込むことによって溶鋼を攪拌しながら取鍋精錬を行うものであるが、各底吹き用プラグにおけるガス流量は同じとなっており、このような方法では、十分に溶鋼を攪拌して介在物を除去することは難しいものとなっていた。特許文献１や特許文献２の技術では、特に、介在物個数が非常に少ないことが要求される高清浄度鋼を製造することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込むことによって精錬を行うに際し、各底吹き用プラグの流量や合計の流量を適正化することによって、介在物の低減した溶鋼を安定して得ることができる取鍋精錬方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、取鍋に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋内の溶鋼の精錬を行うに際し、一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラスのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする点にある。
【０００９】
【数１】
2011214083.tif 000003
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込むことによって精錬を行うに際し、各底吹き用プラグの流量や合計の流量を適正化することによって、介在物の低減した溶鋼を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】取鍋の平面図である。
【図２】ポーラスプラグの全体図である。
【図３】流量比と介在物個数の関係図である。
【図４】ポーラスプラグからのガス吹き込みを説明するものであって、（ａ）１つのポーラスプラグから不活性ガスを吹き込んだ状態を示し、（ｂ）２つのポーラスプラグから同じ流量の不活性ガスを吹き込んだ状態を示し、（ｃ）２つのポーラスプラグから異なる流量の不活性ガスを吹き込んだ状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
一般的に製鋼工場では、転炉や電気炉などで一次精錬が終了した溶鋼は、取鍋に出鋼されて二次精錬工程へと搬送され、この二次精錬工程にて溶鋼の介在物除去や成分調整などが行われる。疲労性特性に優れた鋼を製造するためには、溶鋼の清浄度を向上させる必要があり、そのために、特に二次精錬工程における処理が重要となる。
【００１３】
二次精錬工程では、溶鋼を交流磁場によって電磁攪拌しながら精錬を行ったり、取鍋の底部に設けた底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込むことにより精錬を行っている。
本発明では、底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込吹き込みながら行う取鍋精錬において、底吹きガスの吹き込みを規定することにより溶鋼の清浄度を高めることとしている。
【００１４】
なお、本発明の取鍋精錬は、特に、疲労特性が必要とされる軸受け鋼やクランク軸用鋼などの高清浄度鋼を製造するに際して行うことが好ましいが、軸受け鋼やクランク軸用鋼に限定されない。
また、本発明の取鍋精錬については、特に限定されず、例えば、電極加熱を行うと共に底吹き用プラグにより溶鋼を攪拌しながら精錬を行うＬＦ装置によるものであっても、底吹き用プラグにより溶鋼を攪拌しながら精錬を行うＣＡＳ装置によるものであってもよく、他の装置により精錬を行うものであってもよい。また、取鍋精錬において、溶鋼を攪拌する以外の処理、例えば、フラックスなどの精錬剤や合金添加などについては、当業者常法通りに行うものとする。
【００１５】
以下、本発明の取鍋精錬方法について詳しく説明する。
従来では、取鍋に１つの底吹き用プラグが設けられているものが多く、１つの底吹き用プラグを用いて取鍋精錬を行うという技術は数多く存在する。しかしながら、１つの底吹き用プラグを用いて取鍋精錬を行った場合、溶鋼の攪拌を効率よく行うには限界がある。
一方、取鍋に２つの底吹き用プラグが設けられているものも見受けられるものの、取鍋精錬時に両方の底吹き用プラグを用いて操業を行うのは数少ない。
【００１６】
本発明では、２つの底吹き用プラグを用いて取鍋精錬を行うことで溶鋼の攪拌を効率良く行うものとし、後述する条件を規定している。取鍋精錬方法を説明するにあたり、まず
、取鍋の構造から説明する。
図１は、取鍋精錬に用いる取鍋の平面を示したものである。
図１に示すように、取鍋１は、主に、取鍋１の本体を構成する有底状の鉄皮２と、鉄皮２の内面に施工された耐火物３とにより構成されている。取鍋１の底部には、不活性ガスを吹き込むための２つの底吹き用プラグ（ポーラスプラグ）４ａ、４ｂが設けられている。
【００１７】
一方のポーラスプラグ（以降、第１ポーラスプラグということがある）４ａは、当該ポーラスプラグ４ａの中心と取鍋中心Ｏとの距離が９００ｍｍとなる位置に配置され、他方のポーラスプラグ（以降、第２ポーラスプラグということがある）４ｂは、当該ポーラスプラグ４ｂの中心と取鍋中心Ｏとの距離が６８０ｍｍに配置されている。両ポーラスプラグ４ａ、４ｂは、取鍋中心Ｏを通る第１中心線Ｃ１を基準にすると、当該中心線Ｃ１とのなす角度が３０度となる位置に配置されている。また、両ポーラスプラグ４ａ、４ｂは、第１中心線Ｃ１に直交する第２中心線Ｃ２を基準にすると、当該第２中心線Ｃ２を挟んで互いに対向配置されている。
【００１８】
なお、第１ポーラスプラグ４ａの位置や第２ポーラスプラグ４ｂの位置は、図１に示したものに限定されない。ここで、取鍋中心Ｏからポーラスプラグ４ａ、４ｂまでの距離は、それぞれ取鍋底部の半径の１／４〜４／５の範囲が望ましい。この理由は、１／４未満、すなわち中心部に近づきすぎると十分な対流を起こすのに非常に大きな流量を要する場合があるためであり、逆に４／５超、即ち、取鍋１の壁面に近づきすぎると耐火物が溶損する可能性があるためである。また、第１ポーラスプラグ４ａと第２ポーラスプラグ４ｂのなす角度θは、９０°〜１８０°が望ましい。これは、両者が接近しすぎると撒き込み量が増大する可能性があるためである。なお、両者は同一円周上にあっても、異なる円周上にあっても特に作用効果が影響されるものではない。取鍋１内の直径（ワークレンガ間の距離）は、２７８４ｍｍ〜３１８８ｍｍに設定されている。
【００１９】
図２は、当業者常法通りのポーラスプラグの全体図を示したものである。当然の如く、ポーラスプラグは、図２に示すものに限定されない。
図２に示すように、一般的な取鍋１の底部に設けられるポーラスプラグ４ａ、４ｂは、鉄（鉄板）により次第に径が大きくなる筒状に形成されたケース１０と、このケース１０の内壁の略全面に設けられた被膜層（例えば、キャスタブル）１１と、この被膜層１１の内側に設けられた円柱状のポーラス部１２と、このポーラス部１２に連結されたガス通気路（例えば、中空状の鉄棒）１３とを備えている。このポーラス部１２は、多層（例えば、上下に２層）に分かれたものであってもよい。
【００２０】
このように、本発明では、２つのポーラスプラグを有する取鍋を用いて取鍋精錬を行うこととしている。
次に、図４を用いて、本発明のポーラスプラグから不活性ガスの吹き込み方について説明する。なお、図４では、説明の便宜上、１つめのポーラスプラグを４ａ、２つめのポーラスプラグを４ｂとする。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、従来のように、１つのポーラスプラグ４ａだけを用いて不活性ガスを吹き込んだ場合、当該ポーラスプラグ４ａの対角上に溶鋼を攪拌できない死水域が生じてしまい、溶鋼を十分に均一攪拌することができない可能性がある。
一方で、図４（ｂ）に示すように、２つのポーラスプラグ４ａ、４ｂを用いて不活性ガスを吹き込むとすると、死水域を無くすことができる。しかしながら、２つのポーラスプラグ４ａ、４ｂのガス流量が同じで、かつ流量が多い場合は、両者のポーラスプラグ４ａ、４ｂのガス吹き込みにより発生した溶鋼の対流同士が干渉してしまい、溶鋼を十分に均一攪拌することができない可能性がある。
【００２２】
図４（ｃ）に示すように、２つのポーラスプラグ４ａ、４ｂを用いて不活性ガスを吹き込むこととし、且つ、両者のガス流量に差をつけて攪拌すると、不活性ガスの吹き込みにより発生した主要な対流に対して小さな対流が干渉し難くなり、その結果、死水域を無くすと共に溶鋼を十分に均一攪拌することができる。
そこで、本発明では、上述したような取鍋１を用いて取鍋精錬を行う際に、第１ポーラ
スプラグ４ａによる不活性ガスの吹き込みのガス流量と、第２ポーラスプラグ４ｂによる不活性ガスの吹き込みのガス流量とに差を付けて不活性ガスを吹き込むこととしている。
【００２３】
よって、本発明では、第１ポーラスプラグ４ａのガス流量と、第２ポーラスプラグ４ｂのガス流量とに差を付けているため、主要な対流に干渉することなく、死水域も攪拌することが可能となり、溶鋼を十分に均一攪拌することができる。
具体的には、ガス流量が大きい方のポーラスプラグ（例えば、第１ポーラスプラグ４ａ）の流量を「Ｑ大」とし、ガス流量が小さい方のポーラスプラグ（例えば、第２ポーラスプラグ４ｂ）の流量を「Ｑ小」としたとき、不活性ガスを吹き込む際に、ポーラスプラグからの吹き込むガスの流量比Ｒ[Ｑ小／（Ｑ大＋Ｑ小）]）が、０．１＜Ｒ＜０．２５となるように、第１ポーラスプラグ４ａのガス流量と、第２ポーラスプラグ４ｂのガス流量とを設定している。即ち、不活性ガスを吹き込むに際して、式（１）を満たすように、第１ポーラスプラグ４ａ及び第２ポーラスプラグ４ｂのガス流量を設定している。ここで、ガス流量の単位ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎは、１分間当たり、溶鋼１ｔｏｎ当たりの流量を示すものであり、ＮＬ・ｍｉｎ-1・ｔｏｎ-1若しくはＮＬ／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）と同義である。
【００２４】
【数２】
2011214083.tif 000004
【００２５】
ガスの流量比Ｒが０．１よりも小さい場合、例えば、Ｑ大＝１００ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎの時は、Ｑ小＝１０ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとなる。この場合、Ｑ小の流量が小さすぎるために、ガス流量が小さい方の第２ポーラスプラグ４ｂから不活性ガスを放出することができず、当該プラグが詰まるなど、実質的に操業が困難である。また、第２ポーラスプラグ４ｂから不活性ガスを放出できたとしても、ガスの流量比Ｒが零であるときと状況が変わらないために、両ポーラスプラグ４ａ、４ｂ間でガスの流量に差を付けて攪拌効率を向上させるという効果が期待できない。
【００２６】
一方、ガスの流量比Ｒが０．２５よりも大きい場合、２つのポーラスプラグ４ａ、４ｂから発生する溶鋼対流がお互いに干渉することで溶鋼全体の均一性が失われるため溶鋼の均一特性が阻害されてしまったり、多量のスラグが溶鋼内に巻き込まれてしまったり、溶鋼の浴面が大気に触れるような状態になり、溶鋼の清浄度が低下してしまう。
そのため、第１ポーラスプラグ４ａと第２ポーラスプラグ４ｂとのガスの流量差を付ける場合であっても、式（１）を満たすように、両者のガス流量を設定することが必要である。なお、第１ポーラスプラグ４ａと第２ポーラスプラグ４ｂとの流量の大小を逆にしてもよく、発明者らは、逆にしても同様の効果が得られることを確認している。
【００２７】
本発明では、２つの底吹き用プラスのガス流量の合計、即ち、第１ポーラスプラグ４ａのガス流量と第２ポーラスプラグ４ｂのガス流量との合計が、０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとなるようにガスを吹き込むこととしている。
ガス流量の合計が０．９ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満であると、溶鋼の攪拌力が小さすぎるため、攪拌による溶鋼中の介在物の凝集やガスによって介在物を浮上分離させることが十分に進まず、溶鋼の清浄度を向上させることができない。
【００２８】
一方で、ガス流量の合計が１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎより大きいと、溶鋼の攪拌力が多すぎるため、多量のスラグが溶鋼内に巻き込まれてしまったり、溶鋼の浴面が大気に触れるような状態になり、溶鋼の清浄度が低下してしまう。
そのため、第１ポーラスプラグ４ａと第２ポーラスプラグ４ｂとで不活性ガスを吹き込
む場合であっても、ガス流量との合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとなるようにしなければならない。
【００２９】
表１は、取鍋精錬を行うにあたっての実施条件を示したものである。表２は、表１の実施条件に基づき本発明の取鍋精錬を行った実施例と、本発明とは異なる方法にて取鍋精錬を行った比較例をまとめたものである。
【００３０】
【表１】
2011214083.tif 000005
【００３１】
【表２】
2011214083.tif 000006
【００３２】
実施条件において、２種類（鋼種Ａ、鋼種Ｂ）の鋼種について取鍋精錬を行うこととした。一次精錬は当業者常法通りに電気炉にて行った。図１に示した取鍋１を用いることと
した。即ち、取鍋１の内径や第１ポーラスプラグ４ａの位置、第２ポーラスプラグ４ｂの位置が示されている図１に示す取鍋１を用いた。取鍋１において、スラグライン及び胴部の耐火物３はＭｇＯ−Ｃ系のものを用い、底部（敷部）の耐火物３は、Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系のものを用いた。また、取鍋１は、１００ｔｏｎクラスのものであり、取鍋精錬では、Ａｒガス（アルゴンガス）を吹き込みガスとして用いた。溶鋼処理及び脱ガス処理の二次精錬における攪拌動力は当業者常法通りの方法により底吹きガス流量で制御した。二次精錬においてのスラグの制御は、例えば、特開２００７−２３１４１０号公報に開示されているように当業者常法通りに行った。二次精錬後は下注ぎ造塊処理を行って鋳塊を製造した。
【００３３】
軸受け用鋼やクランク軸用鋼として用いられる高清浄度鋼において、介在物の数を出来るだけ低減することが望ましいが、３０個／ｃｍ2以下であれば一定以上の高い疲労特性が得られる。清浄度の評価、即ち、介在物個数の測定においては、まず、溶鋼処理終了時の溶鋼サンプル（試料）を樹脂に埋め込んで検鏡研磨処理を施した後、走査型電子顕微鏡にて１００〜２００倍の倍率で鋼断面の観察を行なった。各試料において、１０ｍｍ×１０ｍｍの観察エリア内に存在する長径５μｍ超の介在物について、ＥＰＭＡを用いて成分組成を測定し、介在物の数を測定した。さらに詳しくは、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製
ＪＸＡ-８９００ＲＬ）に付設のＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ-ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：特性Ｘ線のエネルギー分散型Ｘ線分光器 日本電子株式会社製 ＸＭ-Ｚ００４３Ｔ）を用い、電子線の照射条件を、加速電圧：１５ｋＶ、ビーム電流：１．７０×１０-9 Ａ、ビーム径：１μｍとして介在物の重心位置で定量分析した。分析時間（ビームを当てる時間）は、１点につき１０秒、デッドタイムは２０％を目安とした。また、表２に示した吊上重量は、溶鋼の重量を示したものである。
【００３４】
実施例１〜実施例１２では、Ａｒ流量の欄に示すように、一方の底吹き用プラグ（第１ポーラスプラグ４ａ）のガス流量と他方の底吹き用プラグ（第２ポーラスプラグ４ｂ）のガス流量とに差を付けて不活性ガスを吹き込むこととし、流量比Ｒを０．１よりも大きく０．２５よりも小さくし、さらに、ｔｏｔａｌ流量の欄に示すように、２つの底吹き用プラスのガス流量の合計を０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ（ｔｏｔａｌ流量の欄）の範囲内としている。その結果、ｔｏｔａｌ介在物個数の欄に示すように、介在物個数を３０個／ｃｍ2以下にすることができた。
【００３５】
一方、比較例１〜比較例７では、２つの底吹き用プラグのガス流量を零として両者のガス流量に差を付けていない。その結果、介在物個数を３０個／ｃｍ2以下にすることができない場合があった。また、比較例８〜比較例１４では、流量比Ｒが０．２５よりも大きいため、介在物個数を３０個／ｃｍ2以下にすることができない場合があった。
図３は、実施例及び比較例の結果をまとめたものである。
【００３６】
図３に示すラインＬは、流量比毎における介在物個数の増減傾向を示すものであって、介在物個数の最大値を示すものである。
図３に示すように、流量比が零であるとき、即ち、１つの底吹き用プラグを用いて吹き込みを行った場合、介在物個数の最大値は４０個である。ここで、ラインＬの推移を見てみると、流量比Ｒを零から次第に上げていくと介在物個数は次第に減り、流量比Ｒが０．１となった時点で介在物個数を３０個以下にすることができる。
【００３７】
また、２つのプラグにおけるガス流量に差をつけた場合であっても、流量比Ｒが０．１５付近を越えたところで介在物個数が減少傾向から増加傾向に転じ、さらに、流量比Ｒが０．２５を超えて大きくなると、介在物個数が徐々に増えて、１つの底吹き用プラグを用いた場合の介在物個数に近づいていく。このように、介在物個数の増減傾向を見た場合であっても、流量比Ｒは、０．２５よりも小さくすることが必要であると考えられる。
【００３８】
つまり、表２に示した実施例及び比較例の数値だけでなく、図３に示すように、介在物個数の増減の傾向をグラフ化して見た場合であっても、流量比Ｒは０．１よりも大きく０．２５よりも小さくすることが良いことが分かる。
加えて、表２に示した実施例及び比較例における介在物個数のバラツキを流量比Ｒから整理しても、流量比Ｒが０．１より大きく０．２５より小さくしたときが、最も介在物個
数のバラツキが少なく、バラツキをも抑制することができることも確認できた。
【００３９】
以上、本発明によれば、取鍋精錬を行うにあたって、一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて不活性ガスを吹き込むこととし、流量比Ｒを０．１よりも大きく０．２５よりも小さくし、さらに、２つの底吹き用プラスのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとしているため、鋼中の介在物を安定して低減することができ、疲労寿命や静粛性、疲労強度に優れた高清浄度鋼を製造することができる。
【００４０】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１  取鍋
２  鉄皮
３  耐火物
４ａ  一方の底吹き用プラグ（第１ポーラスプラグ）
４ｂ  他方の底吹き用プラグ（第２ポーラスプラグ）
１０  ケース
１１  被膜層
１２  ポーラス部
１３  ガス通気路
【図１】
2011214083.tif 000008
【図２】
2011214083.tif 000009
【図３】
2011214083.tif 000010
【図４】
2011214083.tif 000011