(57)【要約】【課題】耐火物の溶損を抑制できると共に、スラグからの水素ピックアップを抑制でき、さらに、溶鋼中のＴｉのピックアップも抑えながら取鍋精錬を行うことができるようにする。【解決手段】取鍋精錬において使用するフラックスであって、成分が、ＭｇＯ：１２〜１７質量％、ＴｉＯ2：０．１質量％以下（０質量％を除く）、ＳｉＯ2：４質量％以下（０質量％を除く）、Ａｌ2Ｏ3：３６〜４０質量％、ＣａＯ：４５〜４９質量％であり、残部が不可避不純物である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋精錬において使用するフラックスであって、成分が、ＭｇＯ：１２〜１７質量％、ＴｉＯ2：０．１質量％以下（０質量％を除く）、ＳｉＯ2：４質量％以下（０質量％を除く）、Ａｌ2Ｏ3：３６〜４０質量％、ＣａＯ：４５〜４９質量％であり、残部が不可避不純物であることを特徴とする取鍋精錬用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、フッ素が含有されていない取鍋精錬用フラックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転炉での一次精錬後の二次精錬では溶鋼の成分調整などのために精錬を行うのが一般的であるが、このような二次精錬時に使用するフラックスとして特許文献１〜特許文献３に示すものがある。
特許文献１には、低窒素、低酸素および低イオウの鋼を製錬するためのフラックスであって、重量で、ＣａＯ：３０〜５７％、Ａｌ2Ｏ3：３５〜６４％およびＭｇＯ：５〜１７％のフラックスが開示されている。
【０００３】
特許文献２には、スラグの組成がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3≧１．４、ＭｇＯ≧４％、ＣａＯ＝４５〜６０、Ａｌ2Ｏ3＝２５〜４０、ＳｉＯ2＜１５％としたものが開示されている。
特許文献３には、取鍋精錬を行うに際してスラグにＴｉＯ2が含まれることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９７８２５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８５７０９号公報
【特許文献３】特開２００８−３０３４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、ＣａＯ系のスラグは、融点が高く溶融し難いという問題があるため、精錬時には融点降下剤としてＣａＦ2を添加するということが行われている。しかしながら、近年では環境上の問題によりフッ素の使用が制限されており、精錬時に使用するフラックスにおいてもフッ素を含有しないものが望まれている。
このような点に鑑み、特許文献１〜特許文献３のフラックス（スラグ）を見てみると、フラックス（スラグ）の組成が開示されているものの、これらのフラックス（スラグ）はフッ素を使用しないことを前提としたものであるかは不明であるため、特許文献１〜特許文献３のフラックスをフッ素を使用しないものとして使用した場合は問題なく精錬を行うことができない恐れがあった。つまり、特許文献１〜特許文献３のフラックスを精錬に使用した場合、耐火物の溶損を抑制、スラグからの水素ピックアップの抑制、溶鋼中のＴｉのピックアップの抑制等に問題が生じ、適切な精錬を行えない可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フッ素を含有しないフラックスを取鍋精錬に用いても耐火物の溶損を抑制できると共に、スラグからの水素ピックアップを抑制でき、さらに、溶鋼中のＴｉのピックアップも抑えながら取鍋精錬が可能な取鍋精錬用フラックス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】
【０００７】
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、取鍋精錬において使用するフラックスであって、成分が、ＭｇＯ：１２〜１７質量％、ＴｉＯ2：０．１質量％以下（０質量％を除く）、ＳｉＯ2：４質量％以下（０質量％を除く）、Ａｌ2Ｏ3：３６〜４０質量％、ＣａＯ：４５〜４９質量％であり、残部が不可避不純物である点にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐火物の溶損を抑制できると共に、スラグからの水素ピックアップを抑制でき、さらに、溶鋼中のＴｉのピックアップも抑えながら取鍋精錬を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】スラグ中のＭｇＯ量と液相比率との関係図である。
【図２】スラグ中のＴｉＯ2とスラグへの水蒸気溶解度との関係図である。
【図３】Ｓ４５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、他の成分が中間値である図である。
【図４】Ｓ４５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、高塩基度である。
【図５】Ｓ４５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、低塩基度である。
【図６】Ｓ２５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、他の成分が中間値である図である。
【図７】Ｓ２５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、高塩基度である。
【図８】Ｓ２５Ｃを精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、低塩基度である。
【図９】ＳＵＪ２を精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、他の成分が中間値である図である。
【図１０】ＳＵＪ２を精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、高塩基度である。
【図１１】ＳＵＪ２を精錬した場合のスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係図であって、低塩基度である。
【図１２】スラグ中のＳｉＯ2量と液相比率との関係図である。
【図１３】スラグ中のＳｉＯ2量と溶鋼中の酸素濃度との関係図である。
【図１４】スラグ中のＡｌ2Ｏ3量と液相比率との関係図である。
【図１５】スラグ中のＡｌ2Ｏ3量とＡｌ2Ｏ3の活量との関係図である。
【図１６】スラグ中のＣａＯ量と液相比率との関係図である。
【図１７】取鍋精錬を行ったときの耐火物の測定残厚の傾向図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
本発明の取鍋精錬用フラックスは、例えば、転炉における脱炭処理などの一次精錬後にに行われる二次精錬工程における取鍋精錬にて使用するものである。なお、二次精錬工程における取鍋精錬は、バブリングにより溶鋼を攪拌しながら精錬を行う方法であっても、電磁攪拌により溶鋼を攪拌しながら精錬を行う方法であってもよく、取鍋精錬の方法については限定されない。
【００１１】
取鍋精錬用フラックスの化学成分は、ＭｇＯ：１２〜１７質量％、ＴｉＯ2：０．１質量％以下（０質量％を除く）、ＳｉＯ2：４質量％以下（０質量％を除く）、Ａｌ2Ｏ3：３６〜４０質量％、ＣａＯ：４５〜４９質量％であり、残部が不可避不純物である。なお、意図的に含有する元素は上記のみであるが、例えば、Ｎａ2Ｏ、ＢａＯなどの不可避不純物を含有していてもよい。不可避不純物は、これに限定されないのは当然である。また、本発明の取鍋精錬用フラックスは、フッ素を含まれないものを対象としているため当然にフッ素は添加されていない。
【００１２】
以下、フラックスの成分について詳しく説明する。
本発明のフラックスの成分を評価するにあたっては、取鍋精錬を行ったときのスラグの液相率を指標として考慮している。ここで、スラグの液相率とは、スラグ中の化学成分を基に、熱力学平衡計算ソフトウェア（ＦａｃｔＳａｇｅ  Ｖｅｒ．６．０）にて求めたもので、スラグの液相率が０％に近くなればなるほどスラグの溶融性が悪い状態を示し、スラグの液相率が１００％に近くなればなるほどスラグの溶融性が良いことを示している。
【００１３】
スラグの液相率が１００％であるときは、スラグの流動性（反応性）が高く、スラグへの耐火物の溶解が進みやすくなり耐火物が溶損し易くなる、また、スラグの液相率が９０％未満であるときは、例えば、特許０４０６３４５２号に開示されているように、スラグの流動性（反応）が低く取鍋精錬の効率が低下する。
そのため、本発明では、取鍋精錬用フラックスを使用したときに、スラグの流動性が９０％以上１００％未満となるように、当該フラックスの化学成分を設定している。
【００１４】
まず、本発明の取鍋精錬用フラックスに関して、その成分であるＭｇＯは、１２質量％以上１７質量％以下としている。ＭｇＯは、取鍋の内側に設けた耐火物（例えば、マグクロ系の耐火物）の溶損を防止する役割がある。図１は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＭｇＯ量と、スラグの液相比率（質量％）との関係をまとめたものである。他の成分は、中間値としている。なお、各図における１５００、１５５０、１６００、１６５０は処理温度（溶鋼の温度）を示している。
【００１５】
図１に示すように、ＭｇＯ（％ＭｇＯ）が１２質量％以上であるとき、全ての処理温度において液相率は１００％未満となり、耐火物の溶損を抑制することができる。ここで、ＭｇＯ（％ＭｇＯ）が高すぎるとスラグの流動性（反応性）が低下するが、ＭｇＯを１７質量％以下にすると液相率を９０％以下にすることができ、流動性を確保することができる。
【００１６】
ＴｉＯ2は、０．１質量％以下（０質量％を除く）としている。ＣａＯ系のスラグでは、水分を吸収し易いため、図２に示すように、ＴｉＯ2はスラグへの水素の溶解度を低下させる役割がある。なお、図２は、「鉄と鋼 第５１年（１９６５） 第１０号 Ｐ．１８４０」に示されているものである。
スラグへの水蒸気溶解度が上がってしまうと、スラグ中の水素が溶鋼中にピックアップ（溶解）してしまうために、取鍋精錬時に出来る限りＴｉＯ2を添加する必要がある。
【００１７】
しかしながら、ＴｉＯ2を入れすぎると、溶鋼中に多くのＴｉが溶解してしまい、その結果、鋳造時の冷却過程においてチタンナイトライド（ＴｉＮ）が生成して介在物となったり、表面欠陥を引き起こすことからＴｉＯ2の含有する上限値は設定する必要がある。
図３〜図１１を用いてＴｉＯ2の上限値を説明する。
図３〜図５は、Ｓ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼鋼材）を製造する際でのスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係をまとめたものである。図３はＴｉＯ2以外の他の成分は中間値であり、図４は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が高い場合であり、図５は塩基度が低い場合であることを示している。
【００１８】
図６〜図８は、Ｓ２５Ｃ（機械構造用炭素鋼鋼材）を製造する際でのスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係をまとめたものである。図６ではＴｉＯ2以外の他の成分は中間値であり、図７は塩基度が高い場合であり、図８は塩基度が低い場合を示している。
図９〜図１１は、ＳＵＪ２（軸受鋼）を製造する際でのスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係をまとめたものである。図９ではＴｉＯ2以外の他の成分は中間値であり、図１０は塩基度が高い場合であり、図１１は塩基度が低い場合である。
【００１９】
なお、図３〜図１１に示した処理温度（溶鋼の温度）は、各鋼種（Ｓ４５Ｃ、Ｓ２５Ｃ、ＳＵＪ２）を当業者常法にて取鍋精錬にて製造するときのものを示しており、各種値は、スラグ中の化学成分を基に、熱力学平衡計算ソフトウェア（ＦａｃｔＳａｇｅ  Ｖｅｒ．６．０）により求めた。
図３〜図５に示すように、鋼種がＳ４５Ｃのときにおいて、溶鋼中のフリー酸素（Ｏｆ値）がいずれの値であっても、スラグ中のＴｉＯ2が増加するにつれて溶鋼中のＴｉの濃度が大きくなる傾向にある。図３〜図５に示すように、塩基度がいずれの場合であっても、ＴｉＯ2の濃度（％ＴｉＯ2）が０．１質量％を超えると、溶鋼中のＴｉの濃度が急激に増加する傾向にある。
【００２０】
図６〜図８に示すように、鋼種がＳ２５Ｃのときにおいて、フリー酸素（Ｏｆ値）がいずれの値であっても、スラグ中のＴｉＯ2が増加するにつれて溶鋼中のＴｉの濃度が大きくなる傾向にある。図６〜図８に示すように、塩基度がいずれの場合であっても、ＴｉＯ2の濃度（％ＴｉＯ2）が０．１質量％を超えると、溶鋼中のＴｉの濃度が急激に増加する傾向にある。
【００２１】
図３〜図８に示すように、機械構造用炭素鋼鋼材を製造するにあたっては、ＴｉＯ2を０．１質量％以下にすることが良いことが分かる。
さて、図９〜図１１は、鋼種がＳＵＪ２（軸受鋼）を製造する際でのスラグ中のＴｉＯ2と溶鋼中のＴｉとの関係であるが、一般的に、ＳＵＪ２の場合は介在物の関係からＴｉの濃度を３０ｐｐｍ以下であることが必要とされている。つまり、ＳＵＪ２は、転がり寿命が高いことが要求されていてチタンナイトライド（ＴｉＮ）の介在物は極力少ないことが望まれ、例えば、特開２００９−０５７５８９号公報や特開２００９−０３０１４５号公報に示されるように、溶鋼中のＴｉの濃度が３０ｐｐｍ以下である必要がある。
【００２２】
図９〜図１１に示すように、ＳＵＪ２（軸受鋼）を製造するに際しても、フリー酸素（Ｏｆ値）がいずれの値であっても、スラグ中のＴｉＯ2が増加するにつれて溶鋼中のＴｉの濃度が大きくなる傾向にある。図９〜図１１に示すように、塩基度がいずれの場合であっても、ＴｉＯ2の濃度（％ＴｉＯ2）が０．１質量％以下であれば、溶鋼中のＴｉの濃度を３０ｐｐｍ以下に抑えることができる。
【００２３】
ＳｉＯ2は、４質量％以下（０質量％を除く）としている。ＳｉＯ2は、スラグの融点を低下させる役割がある。図１２は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＳｉＯ2量と、スラグの液相比率（質量％）との関係をまとめたものである。図１３は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＳｉＯ2量と、溶鋼中の酸素濃度（％[Ｏ]）との関係をまとめたものである。図１２や図１３における各種値は、スラグ中の化学成分を基に、熱力学平衡計算ソフトウェア（ＦａｃｔＳａｇｅ  Ｖｅｒ．６．０）により求めた。
【００２４】
図１２に示すように、ＳｉＯ2が増加するにつれて、液相率は１００％に向けて次第に増加する傾向にあるが、４質量％以下であると液相率を１００％未満にすることができる。なお、図１２では、ＴｉＯ2の濃度（％ＴｉＯ2）は上限値の０．１質量％である。図１３に示すように、スラグ中のＳｉＯ2が増加すると溶鋼中の酸素が増加する傾向にあるが、ＳｉＯ2が４質量％を超えると急激に溶鋼中の酸素が増加する。
【００２５】
このように、ＳｉＯ2は、４質量％以下（０質量％を除く）にする必要がある。
本発明の取鍋精錬用フラックスに関して、その成分であるＡｌ2Ｏ3は、３６質量％以上４０質量％以下としている。Ａｌ2Ｏ3は、融点を低下させる役割がある。図１４は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＡｌ2Ｏ3量と、スラグの液相比率（質量％）との関係をまとめたものである。図１５は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＡｌ2Ｏ3量と、Ａｌ2Ｏ3の活量との関係をまとめたものである。図１４や図１５における各種値は、スラグ中の化学成分を基に、熱力学平衡計算ソフトウェア（ＦａｃｔＳａｇｅ  Ｖｅｒ．６．０）により求めた。
【００２６】
図１４に示すように、Ａｌ2Ｏ3が増加するにつれて、液相率は１００％に向けて次第に増加する傾向にあるが、Ａｌ2Ｏ3が３６質量％以上になると液相率を９０％以上にすることができ、Ａｌ2Ｏ3が４０質量％を超えると液相率が１００％となる。また、図１５に示すように、Ａｌ2Ｏ3が４０質量％を超えると急激にＡｌ2Ｏ3の活量が増加する。
このように、Ａｌ2Ｏ3は、３６質量％以上４０質量％以下にする必要になる。
【００２７】
ＣａＯは、４５質量％以上４９質量％以下としている。図１６は、１５００℃〜１６５０℃までの温度帯域におけるＣａＯ量と、スラグの液相比率（質量％）との関係をまとめたものである。図１６における各種値は、スラグ中の化学成分を基に、熱力学平衡計算ソフトウェア（ＦａｃｔＳａｇｅ  Ｖｅｒ．６．０）により求めた。
図１６に示すように、ＣａＯが増加するにつれて、液相率は次第に減少する傾向にあるが、ＣａＯが４５質量％以上になると液相率を１００％未満にすることができる。また、ＣａＯが４９質量％を超えると液相率が９０％未満となるため、ＣａＯは、４５質量％以上４９質量％以下にする必要がある。
【００２８】
本発明の取鍋精錬用フラックスの化学成分は上述したものであるが、スラグの滓化性を向上させるためにプリメルト化したものであることが好ましい。
表１は、本発明の取鍋精錬用フラックスを用いて、複数の鋼種について取鍋精錬を行ったときの実施例を示したものである。なお、表１では、本発明の取鍋精錬用フラックスを使用して当業者常法通りに取鍋精錬を行ったときの結果をまとめたものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１における滓化性の判断では、例えば、バブリングにより溶鋼を攪拌したり、電磁攪拌により溶鋼を当業者常法により攪拌して取鍋精錬を行ったときにおいて、攪拌から１分以内にスラグが滓化していることが認められるもの（目視）を良好「○」とした。
表１における取鍋の溶損の判断では、当業者常法通りに取鍋精錬を複数回行ったときに、溶損の減少傾向（耐火物の残厚の減少度）がフッ素を含むフラックス、即ち、精錬時のスラグ（ＣａＯ＋ＣａＦ2系スラグ）に対して優れている場合を良好「○」とした。例えば、図１７に示すように、アークによる加熱により精錬を行う（ＬＦ装置での精錬）において、ＣａＯ＋ＣａＦ2系スラグにおける耐火物の測定残厚の減少度（矢印Ａ）よりも、ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3系スラグ（本発明の取鍋精錬用フラックスを使用したときのスラグ）における耐火物の測定残厚の減少度（矢印Ｂ）の方が小さく優れている。
【００３１】
表１では、清浄度を示しているが、この清浄度は、当業者常法通りに鋳造を経て分塊圧延を行い、鋳片（鋼片）のＤ／４にてサンプル採取して、ＡＳＴＭ  Ｅ４５−Ａ−９７法に従い評価したときの値である。表１では、Ｈピックアップ（水素性クラック）の判断が示されているが、溶鋼中にピックアップされた水素が起因して発生した欠陥が無いときは良好「○」とした。即ち、水素性クラックとは、鋳片（鋼片）の冷却過程において鋼中での水素溶解度が低下することにより欠陥になったものである。なお、水素性クラックの判断は、当業者常法通りに、取鍋精錬後に鋳造を経て分塊圧延を行い、その鋳片（鋼片）に対して超音波探傷試験（例えば、水ギャップ法、垂直／傾斜探傷、３ＭＨｚ、φ５００μｍ×１０ｍｍ  保証）を行い、当該試験にて欠陥が発見されなかった場合を良好「○」としている。なお、表１に示すように、Ｔｉピックアップ（Ｔｉが溶鋼に取り込まれること）は、検出できなかった（表１、Ｔｒ．）。
【００３２】
表１に示すように、本発明の取鍋精錬用フラックスして取鍋精錬を行った場合、耐火物の溶損を抑制できる（取鍋の溶損、良好「○」）と共に、スラグからの水素ピックアップを抑制でき（水素性クラック、良好「○」）、さらに、溶鋼中のＴｉのピックアップも抑えることができる（ＴｉピックアップＴｒ．）。しかも、表１に示すように、取鍋精錬用フラックスでは、スラグの滓化性も非常に向上させることができる。即ち、本発明の取鍋精錬用フラックスによれば、フッ素をしなくても所望の鋼（例えば、低酸素・低硫の鋼）を容易に製造することができる。
【００３３】
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。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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