(57)【要約】【課題】添加したＢｉの歩留りを向上させて、溶鋼中のＢｉ濃度を効率良く高めることのできる有用なＢｉ添加方法を提供する。【解決手段】Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の混合粉末を封入した鉄皮被覆ワイヤを溶鋼中に投入する。このとき、前記Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比を好ましくは下記（１）の範囲内とすることで、確実にＢｉ歩留りを高めることができる。Ｂｉ酸化物粉末：Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末＝（５０：５０）〜（９０：１０）  …（１）【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の混合粉末を封入した鉄皮被覆ワイヤを溶鋼中に投入することを特徴とする溶鋼へのＢｉ添加方法。
【請求項２】
前記Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を下記（１）に示す質量比で混合する請求項１に記載の溶鋼へのＢｉ添加方法。
Ｂｉ酸化物粉末：Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末＝（５０：５０）〜（９０：１０）  …（１）
【請求項３】
前記質量比を下記（２）に示す範囲とする請求項２に記載の溶鋼へのＢｉ添加方法。
Ｂｉ酸化物粉末：Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末＝（７０：３０）〜（８５：１５）  …（２）
【請求項４】
前記ワイヤを１．０  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以上の速度で投入する請求項１〜３のいずれかに記載の溶鋼へのＢｉ添加方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼へのＢｉ添加方法に関するものであり、添加したＢｉの歩留りを向上させて、溶鋼中のＢｉ濃度を効率良く高めることのできる有用なＢｉ添加方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｂｉ（ビスマス）を溶鋼中に添加して得られるＢｉ含有鋼は、近年、環境問題の高まりから敬遠されているＰｂ添加鋼（快削鋼）の代替品として有用であることが一般に知られている。しかしＢｉは低融点元素であり、単体金属の状態で溶鋼中に添加しても蒸発・揮散しやすいため、溶鋼中のＢｉ濃度を効率良く高めることは困難である。
【０００３】
これまでにも、Ｂｉを溶鋼中に添加する方法として次の様な技術が提案されている。例えば特許文献１には、Ｂｉ等の低融点材料から成る金属成分の粉末を鉄または他の合金成分粉末と混合して、ペレット状に成形したものを溶鋼中に投入することが提案されている。
【０００４】
しかしこの方法では、単体金属のＢｉを使用するため、ペレットが溶融してＢｉがその他の合金粉末と分離した時点で蒸発しやすく、結果としてＢｉ歩留りの低下を招くと考えられる。またペレットサイズが小さい場合には、ペレットを炉上部から投入したときに、溶鋼表面を覆うスラグ層中に留まり溶融しないことも考えられるため、溶鋼中のＢｉ濃度を直ぐに高めることができず生産性が低下するおそれがある。
【０００５】
特許文献２には、鉛やビスマスを含有する機械切削性に優れた快削鋼を製造するに際し、鉄より比重の大きいこれらの低融点金属を、硫化物や酸化物として添加したり、該硫化物や酸化物と低融点金属を混合物として添加することで、見掛け比重を鉄と同等レベルにして溶鋼中に懸濁し易くすることが示されている。この様に硫化物や酸化物として溶鋼中に投入することで、Ｂｉの蒸発を防止することは可能となるが、これらの硫化物や酸化物のみを溶鋼中に投入しても、Ｂｉへの還元速度が遅いので、効率良く溶鋼中のＢｉ濃度を高めることは難しい。
【０００６】
また特許文献３には、比重の大きいＢｉ等の低融点金属を溶鋼中に高歩留かつ均一に分散させるため、該低融点金属または該低融点金属の酸化物のうち１種又は２種と、嵩比重の小さい炭素物質（コークス粉等）とを混合して低融点金属の見掛け比重を小さくすることが提案されている。
【０００７】
しかし、コークス粉を使用する場合には鋼中の炭素濃度や硫黄濃度が上昇しやすい。従って、Ｃ濃度の許容範囲が狭い鋼種を製造する場合には、コークス粉の添加量が制限されるといった問題が生じる。またＳ（硫黄）を除去する必要も生じる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−６７６１４号公報
【特許文献２】
特公平２−５６４０５号公報
【特許文献３】
特公平２−９６４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低融点元素であるＢｉを、高歩留りで溶鋼に添加することのできる有用なＢｉ添加方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶鋼へのＢｉ添加方法とは、Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の混合粉末を封入した鉄皮被覆ワイヤを、溶鋼中に投入するところに特徴を有するものである。
【００１１】
前記Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比が、好ましくは（５０：５０）〜（９０：１０）、より好ましくは（７０：３０）〜（８５：１５）の範囲内となるよう調整することで確実にＢｉ歩留りを高めることができる。また本発明では、前記ワイヤを１．０  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以上の速度で投入することによっても、Ｂｉ歩留りを高めることができる。
【００１２】
尚、前記ワイヤの投入速度は、溶鋼１ｔ（トン）について１分間あたりに投入されるワイヤ中のＢｉ量（ｋｇ−Ｂｉ）で規定している（以下、同じ）。また、前記Ｂｉ歩留り（以下、単に「歩留り」ということがある）とは、下記式（３）で示される値をいうものとする（以下、同じ）。
Ｂｉ歩留り（％）＝（［連続鋳造タンディッシュ内の溶鋼中のＢｉ量］／［溶鋼への投入Ｂｉ量］）×１００          …（３）
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前述した様な状況の下で、Ｂｉを高歩留りで溶鋼中に添加することのできる有用な方法を確立すべく様々な角度から検討を行った。その結果、Ｂｉ酸化物とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の混合粉末を鉄皮被覆ワイヤの形態で溶鋼中に投入すれば、高い歩留りでＢｉを添加できることを見出した。
【００１４】
また、Ｂｉ歩留りを確実に高めるには、前記Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比や前記ワイヤの投入速度を最適範囲とすればよいことも見出し、上記本発明に想到した。以下、本発明でＢｉの添加方法を上記の通り規定した理由について詳述する。
【００１５】
まず本発明では、溶鋼中に投入する粉末材料として、Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を組み合わせて用いることとした。Ｂｉ単体金属ではなくＢｉ酸化物として投入することで、従来法の様に溶鋼中に投入したときに直ちにＢｉが蒸発するのを防止できるからである。また、Ｂｉ酸化物粉末とともにＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を投入することで、Ｂｉ酸化物とＦｅ−Ｍｎ系合金中のＭｎを溶鋼中で反応させてＢｉ酸化物をＢｉに還元させ、確実にＢｉを溶鋼中に歩留らせることができる。
【００１６】
該Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末は、この様に還元剤として有効に作用するだけでなく、その他の還元性材料（コークス粉やＦｅ−Ｓｉ系合金粉末等）よりも、Ｂｉ酸化物粉末との配合率を調整しやすくかつワイヤに成形し易いので、Ｂｉ酸化物粉末と混合させる粉末として最適である。またＭｎ濃度の許容範囲は、いずれの鋼種においても比較的広いので、Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末の添加による溶鋼中のＭｎ濃度の上昇に細心の注意を払う必要がなく、投入量を調整しやすいといった利点もある。尚、前記Ｂｉ酸化物粉末としては、Ｂｉ２Ｏ３粉末を使用することができる。
【００１７】
Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を組み合わせて使用するに際し、これらの粉末の質量比を調整することで、確実にＢｉ歩留りを高めることができる。具体的には、Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を質量比で（５０：５０）〜（９０：１０）とすれば、Ｂｉ歩留りを４０％以上とすることができる。
【００１８】
Ｂｉ歩留りを５０％以上とより高めるには、Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を質量比で（７０：３０）〜（８５：１５）とするのがよい。最も好ましくは、Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を質量比で８０：２０とすることで、６０％近い高歩留りを達成することが可能となる。
【００１９】
Ｂｉ酸化物およびＦｅ−Ｍｎ系合金粉末は、どちらも最大粒径が５ｍｍ以下で、かつ粒度分布における平均粒径が１〜３ｍｍであるものを使用すれば、飛散することなく均一に混合できるので好ましい。
【００２０】
本発明では、上記混合粉末をワイヤの形態で溶鋼中へ投入する。この様にワイヤとして投入することで、ペレット状にして投入したり粉末状のまま吹き込む場合より、上記Ｂｉ酸化物粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を確実に溶鋼中に投入してＢｉ歩留りを向上させることができる。
【００２１】
前記ワイヤは、１．０  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以上の速度で投入することによって、Ｂｉ歩留りを高めることができる。ワイヤの投入速度を１．１  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以上とすることでＢｉ歩留りをより向上させることができるので望ましい。しかしワイヤの投入速度が速すぎると、投入箇所でのＢｉ濃度が一時的に上昇してＢｉが蒸発し易くなるので、投入速度は１．３  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以下に抑えることが好ましい。
【００２２】
本発明の方法は、対象とするＢｉ鋼の成分組成まで規定するものでなく、Ｂｉ濃度が０．０１質量％と極少量のＢｉ含有鋼から、０．３質量％と多量に添加したものまで幅広く適用することができる。また本発明のＢｉ添加方法は、溶鋼中のＢｉ以外の成分の影響を受けるものではない。例えばＢｉ以外に、Ｃ（炭素）：０．０１〜１質量％、Ｍｎ：０．０５〜２質量％、Ｓｉ：０．２質量％以下（０質量％含む）を満たすＢｉ含有鋼の製造に適用することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２４】
Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：２ｍｍ）とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末（平均粒径：２ｍｍ）を用い、これらＢｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比を（４０：６０）〜（９５：５）の間で変化させて混合した。
【００２５】
得られた混合粉末を鉄皮で被覆してワイヤ（断面：１１ｍｍ×５．３ｍｍの角型）を製造し、該ワイヤを取鍋内の溶鋼処理後の溶鋼（９０トン，Ｃ：０．３５質量％、Ｍｎ：０．７２質量％、Ｓｉ：０．１８質量％を含む）中に投入した。このときワイヤの投入速度を０．９〜１．３  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）の間で変化させてＢｉ含有鋼を製造した。
【００２６】
使用したＢｉ２Ｏ３粉末は１３４ｋｇ／溶鋼９０トン，Ｆｅ−Ｍｎ系合金粉末は３２ｋｇ／溶鋼９０トンであった。また上記鉄皮被覆ワイヤは、Ｂｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末をドラムミキサーで攪拌・混合し、得られた混合粉末をワイヤ鉄皮内に充填させながらワイヤ成形して得た。
【００２７】
この様にしてＢｉ含有鋼を溶製したときのＢｉ歩留りを上記式（３）から求めた。その結果を図１に示す。図１は、ワイヤ中のＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比とＢｉ歩留りとの関係をワイヤの投入速度別に示したグラフであり、この図１から次のように考察することができる。
【００２８】
Ｂｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の混合粉末を封入したワイヤを溶鋼中に投入することで、Ｂｉ歩留りを高めることができ、特にＢｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比を本発明で規定する範囲内とすることで、Ｂｉ歩留りを確実に向上できる。図１に示す通り、Ｂｉ歩留りを４０％以上とするには、ワイヤの投入速度により多少の変動はあるが、Ｂｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末を概ね（５０：５０）〜（９０：１０）の質量比で混合するのがよく、Ｂｉ歩留りを５０％以上と更に高めるには、前記質量比を概ね（７０：３０）〜（８５：１５）とするのがよい。
【００２９】
ワイヤの投入速度については、図１から、Ｂｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比が同一のワイヤを使用する場合でも、ワイヤの投入速度が大きいほど歩留りが高くなる傾向がみられ、１．０  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以上とすることで高歩留りを達成できることがわかる。しかし、前記ワイヤの投入速度が１．３  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）と高すぎると、却って歩留りが低下するので、その上限は１．２  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）以下に留めておくのが好ましい。
【００３０】
また図１から明らかなように、Ｂｉ歩留りを最高値まで高めるには、Ｂｉ２Ｏ３粉末とＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の配合率を８０：２０とし、前記ワイヤの投入速度を１．２  ｋｇ−Ｂｉ／（ｍｉｎ・ｔ）とするのが最も好ましい。
【００３１】
尚、Ｂｉ金属粉末を単独で添加した場合にはＢｉ歩留りが０％であった。またＢｉ２Ｏ３粉末を単独で添加した場合には、Ｂｉ歩留りが５％以下であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されており、低融点元素であるＢｉを蒸発させることなく高歩留りで溶鋼に添加することができるので、溶鋼中のＢｉを所望の濃度まで効率良く高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ中のＦｅ−Ｍｎ系合金粉末の質量比とＢｉ歩留りとの関係を、ワイヤの投入速度別に示したグラフである。
【図１】
2004346352.tif 000002