(57)【要約】【課題】清浄度の高い鋼の取鍋などの精錬容器による精錬において、精錬容器へのスラグや付着地金の影響を取り除いて溶製する方法を提供する。【解決手段】取鍋などの精錬容器１のオフラインで十分に冷やした状態の精錬容器内に残存するスラグや付着地金２を取り除くことや、オフラインまたはオンラインにて処理した休み鍋に残存するスラグや付着地金２を火炎バーナーにて溶融させて排出することで、あるいは、精錬容器１内のスラグや付着地金を出鋼直前まで火炎バーナーによる溶融を継続しながら行って該容器内の溶鋼に溶かし込んだ後に出鋼することで、精錬容器１を調整し、この調整した精錬容器１を用いて鋼を溶製して清浄度の高い鋼を得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、取鍋その他の精錬容器をオフラインで冷やした状態で精錬容器内に残存するスラグや付着地金を取り除いた後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【請求項２】
取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、オフラインで冷やした状態にある取鍋その他の精錬容器の鍋、または溶製処理して出鋼した後のオンラインにある取鍋その他の精錬容器の鍋に残存するスラグや付着地金を火炎バーナーにより溶融して排出した後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【請求項３】
取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、取鍋その他の精錬容器内のスラグや付着地金を出鋼直前まで火炎バーナーにより溶融を継続して該スラグや付着地金の溶融物を該精錬容器内の溶鋼に溶かし込んで出鋼した後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【請求項４】
取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、新鍋を作製設置後、該新鍋をＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を含有しない鋼種からなる洗い鋼種により一回または繰り返し複数回溶製して精錬容器とし、該精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【請求項５】
取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を含有する鋼の溶製により該非金属介在物生成元素が目地に浸潤した精錬容器を使用する溶製に先立って、該精錬容器を該不純物元素および該非金属介在物生成元素を含有しない鋼種からなる洗い鋼種により一回または繰り返し複数回溶製することで、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を浸潤した目地から除去した後、この不純物元素および非金属介在物生成元素を除去した精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の清浄度の高い鋼の溶製方法おいて、予め請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法により取鍋その他の精錬容器内のスラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して洗い鋼種を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高清浄度の鋼を溶製するための精錬容器の調整に関し、特に酸化物と不純元素による汚染回避して高清浄度鋼を溶製するための取鍋の調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気炉などで溶製した溶鋼を取鍋に出鋼して取鍋内で取鍋精錬し、さらにＲＨ真空脱ガス精錬をして清浄度の高い鋼を製造するが、この工程において取鍋精錬における取鍋底部からの不活性ガスのバブリングにより、あるいはＲＨ脱ガス精錬の還流によって発生する溶鋼流の取鍋内での対流により、取鍋内の溶鋼湯面近傍のＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系スラグ溶融層を溶鋼に巻き込む形となり、溶鋼の清浄度を悪化させていた。これらの巻き込んだスラグを浮上させるために長時間静置を行うと、溶鋼温度が低下し取鍋の側壁部から剥離して浮上する介在物が溶鋼中に捕捉されることになる。また、長時間の静置では取鍋のノズルの開孔率が低くなり、連続鋳造するために取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する際の開孔遅れを招くこととなる。このためタンディッシュ保持溶鋼量が減少することによる介在物の巻き込みや、取鍋ノズルの開孔に使用する切断酸素量の増加による溶鋼汚染や、前チャージの溶鋼切れによる連連鋳の継続失敗などを引き起こす恐れがあった。
【０００３】
こうした問題は取鍋に限られず、転炉の場合やＡＯＤなどの精錬容器などにおいても同様であった。
【０００４】
またこれとは別に、通常は不純物とされる元素はある程度の量を含むと鋼の機械的性質などを低下させるので少ない方が望ましく、通常は原材料の管理を行うなどしてある程度の量に収まるように溶解がなされている。しかしこれらの元素は少量を含有すると鋼にある性質を付与するので、機械的性質とのバランスを考慮して積極的に添加される場合がある。例えばＰｂは被削性を向上させることから添加され、ＪＩＳにも規定されている。しかしこうした鋼を溶解した鍋は、鍋の内壁に地金が付着したり、鍋の内壁の目地に地金が浸潤していたりするため、次にこうした元素を含ませない鋼を溶解するとこれらの地金が溶解して鋼の不純物レベルを押し上げる（以下「ピックアップ」という。）ことになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、清浄度の高い鋼の取鍋などの精錬容器による精錬において、精錬容器へのスラグや付着地金の影響を取り除いて溶製する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、清浄度の高い鋼を溶製するためには、取鍋の全溶製鋼種のスラグや付着地金の影響を取り除くため、高温における出鋼が有効であることを以前に見出している。ところで、新たに製作された鍋や耐火物の張り替えによって更新された鍋（これらを以下、「新鍋」という。）や、精錬と連続鋳造への鋳込みとを順繰りに行っているオンライン操業のラインから鍋の内壁に耐火物の吹付け補修などを行うために外されてある程度あるいは十分に冷やされた鍋（以下、「休み鍋」という。）は、いずれも熱的に非平衡な状態にあるので、通常は負荷の大きい精錬を行う必要のある清浄度の高い鋼の溶製には不利であると考えられている。
【０００７】
しかし、発明者らは鋭意考究したところ、第一の手段として休み鍋において精錬容器内に残存するスラグや付着地金を取り除いた鍋、第二の手段として休み鍋またはオンライン中に鋼を溶製処理し出鋼した後の空の鍋（以下、「空鍋」という。）のそれぞれの鍋において残存するスラグや付着地金に対して火炎バーナーにて溶融せて排出した鍋、第三の手段として精錬容器内のスラグや付着地金を出鋼直前まで火炎バーナーによる溶融を継続しながら行って該容器内の溶鋼に溶かし込んだ後に出鋼して調整した鍋、第四の手段として取鍋などの精錬容器の新鍋に対してＰｂなどの不純物元素や非金属介在物生成元素を含有しない鋼種を１回または複数回溶解してＰｂなどの不純物元素や非金属介在物生成元素が鍋の内壁の目地に浸潤するのを防止しつつ新鍋を精錬容器の定常状態にした鍋、第五の手段として休み鍋や空鍋に対してＰｂなどの不純物元素や非金属介在物生成元素を含有しない鋼種を１回または複数回溶解して鍋の内壁の目地に浸潤したＰなどの不純物元素や非金属介在物生成元素を洗浄して除去した鍋、第六の手段として予め第一ないし第三の手段に示すいずれか一つの方法により取鍋その他の精錬容器内のスラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用することで、同様に清浄度の高い鋼を溶製できることを見出し、上記の課題を解決するための手段を得たものである。
【０００８】
なお第五の手段で記載した、Ｐｂなどの不純物元素や非金属介在物生成元素を含有しないという意味は、含有しないとは全く含まないということではなく、製鋼技術からみて不可避的不純物といえるほど含有量が少ないことをいう。
【０００９】
また第五または第六の手段で述べた洗浄目的の溶解は、洗浄のみを目的にした溶解であっても、高清浄度鋼に対する通常レベルの清浄度の鋼の生産を兼ねた溶解であっても構わない。
【００１０】
すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段を以下に示す。
請求項１の発明では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、取鍋その他の精錬容器をオフラインで冷やした状態で精錬容器内に残存するスラグや付着地金を取り除いた後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１１】
請求項２の発明では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、オフラインで冷やした状態にある取鍋その他の精錬容器の鍋、または溶製処理して出鋼した後のオンラインにある取鍋その他の精錬容器の鍋に残存するスラグや付着地金を火炎バーナーにより溶融して排出した後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１２】
請求項３の発明では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、取鍋その他の精錬容器内のスラグや付着地金を出鋼直前まで火炎バーナーにより溶融を継続して該スラグや付着地金の溶融物を該精錬容器内の溶鋼に溶かし込んで出鋼した後、スラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１３】
請求項４の発明では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、新鍋を作製後、該新鍋をＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を含有しない鋼種からなる洗い鋼種により一回または繰り返し複数回溶製して精錬容器とし、該精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１４】
請求項５の発明では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を含有する鋼の溶製により該非金属介在物生成元素が目地に浸潤した精錬容器を使用する溶製に先立って、該精錬容器を該不純物元素および該非金属介在物生成元素を含有しない鋼種からなる洗い鋼種により一回または繰り返し複数回溶製することで、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を浸潤した目地から除去した後、この不純物元素および非金属介在物生成元素を除去した精錬容器を使用して鋼を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１５】
請求項６の発明では、請求項５の手段の清浄度の高い鋼の溶製方法おいて、予め請求項１ないし３のいずれか１項の手段の方法により取鍋その他の精錬容器内のスラグや付着地金を取り除いた精錬容器を使用して洗い鋼種を溶製することを特徴とする清浄度の高い鋼の溶製方法である。
【００１６】
なお請求項４の手段または請求項５の手段で、掲げた不純物元素および非金属介在物生成元素にはＰｂ、Ｔｉ、Ｂ以外にも、主な元素としてＰ、Ｓ、Ｏ、Ｎ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｓ、ＲＥＭが、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどとして挙げられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２は請求項５に係る発明に関する図である。図１は、付着地金２が付着し、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの非金属介在物生成元素が浸潤した目地３を有する出鋼後の取鍋その他の精錬容器１を示す図である。図２は、洗い鋼種による溶製の繰り返し数とその精錬容器から溶鋼に溶出される非金属介在物生成元素のＰｂ、Ｔｉ、Ｂの量の相対比との関係を示すグラフである。
【００１８】
まず、請求項１に係る発明の実施の形態は、鋼を溶製して出鋼した後、取鍋その他の精錬容器１を製造ラインから外してオフラインにおいて十分に冷却する。この冷却した状態の精錬容器１内には残存スラグが残存しており、さらに地金が付着して付着地金２となっている。そこでこれらの残存スラグや付着地金２を冷却した状態の精錬容器１から取り除く。これらの除去は機械的に打撃を与えてその衝撃で鍋のない壁面から分離し、これを鍋から排出して行う。次いで、この残存スラグや付着地金２を取り除いた精錬容器１の内壁に補修材を吹付けて鍋に溶鋼を受講可能な状態に戻してから、この鍋を使用して、新たに鋼を溶製することにより、清浄度の高い鋼を溶製する。
【００１９】
なお、鍋の内部がある程度高温の場合には、特願２００２−６４４８３に記載されたような補修台車を利用することにより、高温状態でも取り除き作業が実施できる。
【００２０】
次に、残存スラグや付着地金２を除去した場合の本発明例と除去しない場合の比較例のそれぞれについて、精錬容器１に装入する直前の溶鋼（表で、「直前の溶鋼」という。）と精錬容器１に装入後の溶鋼（表で、「直後の溶解」という。）の各分析値および介在物の大きさを相対比によりこの発明の実施の形態の効果として表１に示す。なお、前述したＳやＢｉなどこの表１に記載していない元素や非金属介在物についても、この表１と同様にそれらの分析値および大きさの相対比が低下した。
【００２１】
なお、介在物量については精錬容器１に装入する前後の溶解から試料を採取し、その中で最大の介在物の大きさを直前の溶解から採取したものの大きさを１とし、直後の溶解から採取したものの大きさをその相対比で評価した。１回の溶解から試料を１２個以上採取し、これらを顕微鏡でミクロ組織を２００μｍ２ずつ観察し、各試料に認められる最大介在物について上位３つを選んでその平均サイズを算出し、これで以ってその溶鋼の介在物サイズとした。ここで介在物のサイズの評価に当たっては、その介在物と同一面積に対応する円について、その直径で以って介在物のサイズとした。
【００２２】
また溶解ごとのバラツキを考慮し、表１中の各条件について１０回以上測定し、表１にはその平均値を記載した。以上の評価方法は表２以下についても同様である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
請求項２に係る発明の実施の形態は、オフラインにある取鍋その他の精錬容器１の休み鍋あるいは溶製処理して出鋼した後のオンラインにある取鍋その他の精錬容器１の空鍋に残存しているスラグや付着地金２を火炎バーナーにより溶融して取鍋その他の精錬容器１から排出する。ここで高温状態の取鍋その他の精錬容器１に対して溶融処理をする場合にはノズルの柄の長い火炎バーナーにより容器の外から人が操縦することもできるが、機械化して遠隔操作をしてもよい。次いでこれらの残存スラグや付着地金２を火炎バーナーにより溶融排出した精錬容器１を使用して、新たに鋼を溶製することにより、清浄度の高い鋼の溶製する。
【００２５】
この発明の実施の形態の効果を介在物の量の分析値と介在物の大きさの相対比により表２に示す。なお、表１の場合と同様に、前述したＳやＢｉなどのこの表２に記載していない元素や非金属介在物についても分析値の相対比および大きさの相対比が低下した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
請求項３に係る発明の実施の形態では、取鍋その他の精錬容器１内のスラグや付着地金２を出鋼直前まで火炎バーナーにより溶融し続けて、溶融したスラグや付着地金２の溶融物をその精錬容器内の溶鋼に溶かし込んで鋳造するために出鋼する。次いで、高炉や電気炉から銑鉄や溶鋼を受けて新たな鋼を溶製する場合に、この出鋼した後の精錬容器１を使用して新たな鋼を溶製することにより清浄度の高い鋼の溶製する。すなわち、請求項２に係る発明の実施の形態は出鋼後の精錬容器１である休み鍋や空鍋を対象としているが、請求項３に係る発明の実施の形態はオンラインで溶鋼を入れたまま状態の精錬容器１を対象としている。
【００２８】
この発明の実施の形態の効果を介在物の量の分析値と介在物の大きさを相対比により表３に示す。なお表１の場合と同様に、前述したＳやＢｉなどのここに記載していない元素や非金属介在物についても分析値の相対比および大きさの相対比が低下した。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
請求項４に係る発明の実施の形態では、取鍋その他の精錬容器による鋼の溶製方法において、新鍋を作製して設置後、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素および非金属介在物生成元素を含有しない鋼種からなる洗い鋼種により少なくとも一回洗い溶解した精錬容器を使用して鋼を溶製する。洗いのための溶解は取鍋その他の精錬容器１を内面を連続精錬操業しているときの定常状態にするためであり、洗いのための溶解回数はコストの上からは少ないようが良い。
【００３１】
この発明の実施の形態の効果を新鍋に１回洗い溶解した本発明例と新鍋のままで溶解した比較例の分析値の介在物の量の分析値と介在物の大きさを相対比により表４に示す。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
請求項５に係る発明の実施の形態では、取鍋その他の精錬容器１によりＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの非金属介在物の生成元素を含有する鋼を溶製して出鋼した場合、精錬容器１はＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの非金属介在物生成元素が浸潤した目地３となっている。この非金属介在物生成元素が浸潤した目地３を有する精錬容器１にＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの非金属介在物生成元素を含有しない鋼種を洗い鋼種として装入し、溶製して出鋼する。この洗い鋼種による溶製、出鋼を数回繰り返し行う。この洗い鋼種による溶製・出鋼を繰り返すことで、この精錬容器１の非金属介在物生成元素を浸潤した目地３からこれらの非金属介在物生成元素を洗い出す。次いで、非金属介在物生成元素を洗い出した精錬容器１を使用して新たな鋼を溶製することにより清浄度の高い鋼の溶製する。
【００３４】
本発明における目地から溶鋼へ溶出する量の評価は次のようにして行った。まずＰｂ、Ｔｉ、Ｂの各元素を不可避定不純物としてしか含有しない鋼種を連続して１０回以上溶解する場合の、１０回目以降の鋼材に含まれるＰｂ、Ｔｉ、Ｂの各元素の含有量を分析し、この平均値を基準値とする。そしてＰｂ、Ｔｉ、Ｂの各元素の一種または二種以上を積極的含有する鋼種を溶解したときに、この後、洗いの溶解を１回以上行いその時の鋼材を分析し、これと基準値との差を求めて目地から溶鋼へ溶出する量を評価した。また比較例の場合には先述したＰｂ、Ｔｉ、Ｂの各元素を積極的含有する鋼種を溶解した後に、洗いの溶解を行わず溶解し、その分析値の比較を行った。以上の結果をまとめたものが図２である。なお、図２において、縦軸の指数は洗い溶解を１回行った精錬容器を使用した時の目地から溶鋼へＰｂ、Ｔｉ、Ｂの各元素が溶出する量を１として相対比で示したものである。
【００３５】
図２に見られるように、Ｐｂは洗い鋼種による溶製の繰り返し数３〜４回により、ＴｉおよびＢは２回により、目地から溶鋼に溶出する量はほぼ相対比０となることがわかる。なおここで、比較例である洗い鋼種を溶解しない場合のピックアップ量の絶対値であるが、これは前の溶解のときのＰｂ、Ｔｉ、Ｂなどの含有量などにより変動が大きいので一概にはいえない。よって図２では相対値でその概要を示した。
【００３６】
また非金属介在物について同様に測定したところ、非金属介在物は上の不純物元素に比べて分析値にバラツキがあるが、同様の結果が得られ、本発明の効果が確認された。
【００３７】
請求項６に係る発明の実施の形態は、この請求項５の実施の形態に先立ち、取鍋その他の精錬容器１に請求項１乃至請求項３の実施の形態に準じて取鍋その他の精錬容器１内のスラグや付着地金２を除去した後に、請求項５の実施の形態を施して清浄度の高い鋼の溶製する。
【００３８】
その結果は初回の洗いの段階から不純物量や非金属介在物少ない鋼が得られ、２回目の溶解で高清浄度鋼を製造する際に操業のバラツキにより不純物量が下がり切らないといったケースが抑制さえられようになった。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、取鍋その他の精錬容器内に残存するスラグや付着地金を取り除いて精錬容器を調整すること、あるいは洗い鋼種による繰り返し溶製により非金属介在物を生成する不純物元素の浸潤した目地からこれらの不純物元素が溶出することを減少することにより、取鍋その他の精錬容器における鋼の溶製において、酸化物や不純物元素による溶鋼の汚染を回避して高清浄度鋼を溶製することができ、優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】付着地金が付着し、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｂなどの非金属介在物生成元素が浸潤した目地を有する出鋼後の取鍋その他の精錬容器を示す図である。
【図２】洗い鋼種による溶製の繰り返し数とその精錬容器から溶鋼に溶出される非金属介在物生成元素のＰｂ、Ｔｉ、Ｂの量の関係を指数化して相対比で示すグラフである。
【符号の説明】
１　精錬容器
２　付着地金
３　目地
【図１】
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【図２】
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