(57)【要約】【課題】高密度金属または合金を濃度分布の偏りを生じさせずに溶鋼へ添加する方法を提供する。【解決手段】取鍋内の溶鋼に１本の浸漬管を浸漬し、溶鋼内に攪拌ガスを導入して溶鋼を精錬する際に、溶鋼よりも密度の高い金属または合金を、前記浸漬管内上方から下記▲１▼式を満足するように溶鋼へ添加する。なお、▲１▼式において、Ｑは攪拌ガスの流量（ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ）、ρは高密度金属または合金の密度（ｋｇ／ｍ３）、ρＦｅは溶鉄の密度（７×１０３ｋｇ／ｍ３）、ｈは金属または合金の投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離（ｍ）である。Ｑ≧８×１０−５×（ρ−ρＦｅ）×ｈ０．５    ・・・▲１▼【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋内の溶鋼に１本の浸漬管を浸漬し、溶鋼内に攪拌ガスを導入して溶鋼を精錬する際に、溶鋼よりも密度の高い金属または合金を、前記浸漬管内の上方から下記▲１▼式を満足するように溶鋼へ添加することを特徴とする高密度金属または合金の溶鋼への添加方法。
Ｑ≧８×１０−５×（ρ−ρＦｅ）×ｈ０．５    ・・・▲１▼
ただし、Ｑ：攪拌ガスの流量（ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ）
ρ：高密度金属または合金の密度（ｋｇ／ｍ３）
ρＦｅ：溶鉄の密度で、７×１０３ｋｇ／ｍ３
ｈ：金属または合金の投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離（ｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶鋼処理プロセスにおいて、高密度金属または合金を濃度分布の偏りを生じさせずに溶鋼へ添加する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉内で炭素その他の不純物が酸化除去された溶鋼は、一般に、真空処理可能なＲＨ法（真空循環脱ガス法）などの二次精錬装置で処理される。
【０００３】
この処理において、溶鋼中に合金成分として高密度金属または合金を添加する必要がある場合、それら金属または合金はＲＨ設備などの真空槽内で溶鋼に添加される。前記の高密度金属または合金とは、鉄の密度（７．８６×１０３ｋｇ／ｍ３）よりも大きい密度を有する金属または合金を意味する。具体的には、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）等の金属、またはこれらの金属のうちの１種以上を含有する合金を指すが、ここに列挙した金属、合金に限定されるものではない。また、その形態は、一般的には、塊、粒、粉またはこれらの混合体などであるが、溶鋼に添加可能な形態であれば特に限定されない。
【０００４】
上述の方法を実施するＲＨ設備には、真空槽の下部に上昇管と下降管の二つの浸漬管が取り付けられており、これらの浸漬管の下方部を取鍋内の溶鋼に浸漬し、上昇管で溶鋼を吸い上げて前記真空槽へ供給し、真空槽内の溶鋼を下降管を通過させて取鍋へ戻すことによって溶鋼を脱ガスしつつ混合し、成分の調整ならびに均一化を図っている。
【０００５】
成分調整のための金属や合金を添加する合金添加装置は真空槽の上部に設けられるのが一般的であり、この合金添加装置から供給された金属や合金は一旦真空槽内の溶鋼面に落下し、その後、下降管内に形成された溶鋼の下降流に乗って取鍋底部へ運ばれる。
【０００６】
溶鋼は取鍋と真空槽の間を循環するので、供給された金属や合金は、前記の高密度金属または合金でない場合は、溶鋼の動きに伴って移動しつつ溶解する。しかし、高密度金属または合金の場合は、密度が大きいために取鍋底部に停滞するので、それらに含まれる（つまり、添加した）成分について取鍋の上部と底部とで濃度差が生じる。そのため、取鍋上部で前記高密度金属または合金の添加歩留まりが低下し、添加した成分の濃度制御性が悪化する。
【０００７】
この問題に関連して、例えば特許文献１に、炭素を含有する溶融鉄合金の酸素による脱炭吹錬時に、高密度金属であるモリブデン（密度：１０．２×１０３ｋｇ／ｍ３）を安価な酸化モリブデンの形態で添加するに際し、モリブデンの歩留まりを高める技術が開示されている。しかし、脱炭吹錬における酸化モリブデンの歩留まりにはバラツキがあるため、二次精錬装置でモリブデンまたはその合金を添加して最終的な成分調整をする必要があるが、その際、高密度のモリブデンが取鍋底部に停滞し、取鍋内にモリブデン濃度分布の偏りが生じるという前記の問題については何も記載されていない。
【０００８】
このように、高密度金属または合金を添加する際に、取鍋内溶鋼中におけるその成分の濃度分布に偏りが生じ、濃度制御性が悪化するという問題に対して、従来の文献で見る限りにおいては有効な解決策は示されていない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３２３４２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の二次精錬装置で溶鋼に高密度金属または合金を添加する際、それらに含まれる成分（以下、「高密度元素」ともいう）について取鍋内溶鋼中で偏った濃度分布が形成されることによるその成分の濃度制御性の悪化という問題を解決し、高密度元素についての成分調整の精度を向上させることができる高密度金属または合金の溶鋼への添加方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、この課題を解決するために、従来の、例えばＲＨ設備の真空槽内で溶鋼に高密度金属または合金を添加した場合に生じる現象およびその現象に伴い生じる問題を整理・考察し、その解決策について検討を重ねた。
【００１２】
先に述べたとおり、ＲＨ設備の真空槽内の溶鋼に高密度金属または合金が添加されると、それは速やかに下降管内の下降流に乗って取鍋底部にまで到達する。取鍋底部近傍の領域に存在する溶鋼には、前記下降流が作用するが、大きな上昇流は作用しないので、高密度元素の濃度は、取鍋底部近傍において高く、取鍋上部で低いという状態になることが推測される。
【００１３】
さらに、この取鍋の上下で生じる濃度差の程度はヒート毎に（すなわち、取鍋単位で行う処理毎に）異なっており、取鍋上部で採取した溶鋼サンプルの分析値に基づいて取鍋底部での濃度を予測することは不可能であった。なお、従来は、この取鍋内における濃度差の成因に関する認識が十分ではなく、「原因は不明だが成分調整の安定性が悪い」という経験的な知見に止まっていた。
【００１４】
その結果、この取鍋内溶鋼を、例えば連続鋳造に供した場合、鋳込みの初期、中期および末期で高密度元素の濃度が異なることになる。具体的に説明すると、鋳造初期では、鋳造前に取鍋底部近傍に存在していた溶鋼が鋳型に供給されるため、高密度元素の濃度が高く、鋳造の中期および末期では取鍋の比較的浅い位置に存在していた溶鋼が鋳型に供給されるため、高密度元素の濃度は相対的に低くなる。このため、鋳造初期には規格成分内に収まっていたのに、鋳造の中期以降では成分はずれを発生して出荷できず、製品歩留まりの低下に直結する場合もあった。
【００１５】
近年、ＲＨ法が溶鋼の二次精錬に多用されている一方で、１本の浸漬管を用い、溶鋼内部に攪拌用ガスを導入して溶鋼を攪拌・混合する精錬プロセス（以下、「１本の浸漬管を用いた精錬法」ともいう）が考案・開発されている。この１本の浸漬管を用いた精錬法では、溶鋼中に浸漬され、その上方部が大気圧または減圧状態に維持された浸漬管に、攪拌用ガスが非対称に、すなわち、攪拌用ガスが浸漬管の水平断面を偏在して通過するように導入され、浸漬管内で攪拌用ガスの存在比が高い領域が溶鋼上昇流部を形成し、そうでない領域が溶鋼下降流部を形成する。溶鋼下降流は、ＲＨ設備の下降管内に形成される勢いのある下降流とは異なり、緩やかで、浸漬管の下端を通過した後に横方向にも広がり、ＲＨ設備を用いた場合のような取鍋底面を直撃する極端な下降流とならない。
【００１６】
本発明者は、この１本の浸漬管を用いる精錬プロセスを採用し、前記浸漬管の上部から高密度金属または合金を添加すれば、それらは取鍋底部まで直送されることなく、緩やかな溶鋼下降流に乗って横方向にも移動し、取鍋内溶鋼中に均一に混合させることが可能である、という着想を得た。
【００１７】
そこで、この着想に基づき、１本の浸漬管を用いる精錬法において金属モリブデンを添加した場合の取鍋内の上下方向における濃度差を調査し、ＲＨ法において金属モリブデンを添加した場合の前記濃度差と比較した。調査結果の詳細は後述するが、この調査により、１本の浸漬管を用いる精錬法を適用することによって前記濃度差は半減することが確認できた。
【００１８】
さらに、浸漬管の下方部から導入する攪拌ガス量を増加させることにより、高密度金属または合金の取鍋下部への到達を抑制し、または到達する時間を延長して、その間に高密度金属または合金を溶解し、前記の濃度差をより小さくできること、そのために必要な攪拌ガス量は、高密度金属または合金の密度、合金投入口と溶鋼浴面との鉛直方向距離によって異なることを知見した。
【００１９】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記の高密度金属または合金の溶鋼への添加方法にある。
【００２０】
取鍋内の溶鋼に１本の浸漬管を浸漬し、溶鋼内に攪拌ガスを導入して溶鋼を精錬する際に、溶鋼よりも密度の高い金属または合金を、前記浸漬管内の上方から下記▲１▼式を満足するように溶鋼へ添加する高密度金属または合金の溶鋼への添加方法。
【００２１】
Ｑ≧８×１０−５×（ρ−ρＦｅ）×ｈ０．５    ・・・▲１▼
ただし、Ｑ：攪拌ガスの流量（ＮＬ（リットル）／ｍｉｎ・ｔ）
ρ：高密度金属または合金の密度（ｋｇ／ｍ３）
ρＦｅ：溶鉄の密度で、７×１０３ｋｇ／ｍ３
ｈ：金属または合金の投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離（ｍ）
前記の「溶鋼よりも密度の高い金属または合金」とは、先にも述べたように、鉄の密度（７．８６×１０３ｋｇ／ｍ３）よりも大きい密度を有する金属または合金を意味する。さらに、これらに止まらず、合金成分を含む酸化物（例えば、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化ニッケル）、その他の化合物であってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の高密度金属または合金の溶鋼への添加方法（以下、「本発明の高密度金属等の添加方法」、または単に「本発明の方法」ともいう）について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の高密度金属等の添加方法は、取鍋内の溶鋼に１本の浸漬管を浸漬し、溶鋼内に攪拌ガスを導入して溶鋼を精錬する方法、すなわち、１本の浸漬管を用いた精錬法を適用して精錬を行うことを前提にしている。これは、一般的に使用されているＲＨ法では、高密度元素の取鍋内の上下方向における濃度差を解消できないからである。
【００２４】
本発明の添加方法においては、この１本の浸漬管を用いて精錬する際に、溶鋼よりも密度の高い金属または合金を、前記浸漬管内の上方から下記▲１▼式を満足するように溶鋼へ添加するのである。
【００２５】
Ｑ≧８×１０−５×（ρ−ρＦｅ）×ｈ０．５    ・・・▲１▼
ただし、Ｑ：攪拌ガスの流量（ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ）
ρ：高密度金属または合金の密度（ｋｇ／ｍ３）
ρＦｅ：溶鉄の密度で、７×１０３ｋｇ／ｍ３
ｈ：金属または合金の投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離（ｍ）
この▲１▼式は、以下に述べる検討に基いて導き出されたものである。
【００２６】
本発明者は、まず、高密度元素の取鍋内上下方向における濃度差を把握するために、ＲＨ法により溶鋼の二次精錬を行い、ＲＨ装置の真空槽の上部に設けられた合金添加装置から金属モリブデンを添加して、処理を終了した後、取鍋を連続鋳造装置へ移送し、取鍋底部からタンディッシュへ溶鋼を排出した。その際、排出された溶鋼（すなわち、タンディッシュ内溶鋼）のサンプルを逐次採取し、モリブデンの濃度の変化を調査した。また、処理を終了した後の取鍋上部で採取した溶鋼サンプルからＲＨ処理後のモリブデンの濃度を求めた。
【００２７】
前記ＲＨ処理後のモリブデンの濃度と鋳造初期のタンディッシュ内溶鋼の濃度との差ΔＣ（質量％）の絶対値｜ΔＣ｜を添加量Ｃ（質量％）で除したバラツキ指数Ｘ（Ｘ＝｜ΔＣ｜／Ｃ）の最大値を求めたところ、０．２と大きかった。なお、前記の添加量Ｃ（質量％）とは、添加した金属モリブデンが全て溶鋼に溶解したと仮定して計算した添加前後のモリブデン濃度の増加量である。
【００２８】
一方、前記ＲＨ法による二次精錬で処理した溶鋼と成分、履歴の同じ溶鋼について、１本の浸漬管を用いた精錬法により二次精錬を行い、前記と同様にバラツキ指数Ｘの最大値を求めたところ、０．１と半減した。これは、１本の浸漬管を用いた精錬法を採用すれば、添加された高密度金属または合金が取鍋底部まで直送されることなく、取鍋内溶鋼中に均一に混合させることが可能である、という前記の着想が有効に作用し、添加した金属モリブデンの取鍋下部における停滞を防止できたためであると考えられる。
【００２９】
しかし、バラツキ指数Ｘは、低減したものの、依然としてその最大値は０．１であり、高密度元素の濃度制御性の管理基準としては必ずしも満足できる値ではない。そこで、前記管理基準として、バラツキ指数Ｘの最大値が０．０５以下、という目標を設定して検討を重ねた結果、１本の浸漬管を用いた精錬法において、浸漬管に導入する攪拌ガス流量を所定の条件で増加させることにより前記目標を達成できることが判明した。
【００３０】
これは、以下の理由によるものである。密度が溶鋼よりも大きい高密度金属または合金では、溶鋼中において自重により沈降する力が作用するので、高密度金属または合金は、ＲＨ設備を用いた場合のような取鍋底面を直撃する極端な下降流となることはないにしても、浸漬管の下端を通過した後に取鍋下部まで達してしまう場合がある。しかし、浸漬管の下方部から導入する前記攪拌ガス流量を増加させることにより気泡が上昇する際の上向きのエネルギーが増加するため、高密度金属または合金の取鍋底部への到達が抑制され、または到達時間が延長し、その間に高密度金属または合金が溶解するからである。
【００３１】
図１は、溶鋼トン当たりの攪拌ガス流量Ｑがバラツキ指数Ｘに及ぼす影響を密度ρが異なる高密度金属または合金別に示す図である。高密度金属または合金としては、鉄−ニオブ（Ｆｅ−Ｎｂ）合金（密度８．２×１０３ｋｇ／ｍ３）、鉄−モリブデン（Ｆｅ−Ｍｏ）合金（密度９．２５×１０３ｋｇ／ｍ３）、金属モリブデン（Ｍｏ）（密度１０．２×１０３ｋｇ／ｍ３）および金属鉛（Ｐｂ）（密度１１．４×１０３ｋｇ／ｍ３）を用いた。また、浸漬管の上方に設けた高密度金属または合金の投入口（以下、「合金投入口」という）と溶鋼浴面との鉛直方向の距離ｈは一定（４ｍ）とした。なお、図１において、○印はバラツキ指数Ｘ（＝｜ΔＣ｜／Ｃ）の最大値が０．０５以下であることを、×印は０．０５を超えることを表す。
【００３２】
図１の結果から、高密度金属または合金の密度ρによってバラツキ指数Ｘの最大値を０．０５以下にするために必要な攪拌ガス流量Ｑは異なり、例えば、Ｆｅ−Ｎｂ合金（密度８．２×１０３ｋｇ／ｍ３）を用いる場合は、溶鋼トン当たりの攪拌ガス流量Ｑを０．１９ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上とする必要があることがわかる。同様に、Ｆｅ−Ｍｏ合金（密度９．２５×１０３ｋｇ／ｍ３）を用いる場合は、攪拌ガス流量Ｑを０．３６ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上、Ｐｂ（密度１１．４×１０３ｋｇ／ｍ３）を用いる場合は、０．７０ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上とすることが必要である。
【００３３】
図１に示した高密度金属または合金の密度ρと必要攪拌ガス流量Ｑとの関係を整理すると、バラツキ指数Ｘの最大値を０．０５以下にするためには、下記▲２▼式を満たすことが必要となる。なお、▲２▼式中のρＦｅは溶鉄の密度であり、７×１０３ｋｇ／ｍ３の値を用いることができる。
【００３４】
Ｑ≧１．６×１０−４×（ρ−ρＦｅ）    ・・・▲２▼
前記▲２▼式において、合金投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離ｈは、４ｍで一定としたが、浸漬管の浸漬深さが変化すると、前記合金投入口からの距離ｈが変化し、高密度金属または合金が浴面に突入する速度が変化する。そこで、合金投入口からの距離ｈを変化させて前記と同様の調査を行った。
【００３５】
図２は、前記合金投入口からの距離ｈを４．５ｍとした場合の攪拌ガス流量Ｑがバラツキ指数Ｘに及ぼす影響を、図３は、この距離ｈを５．５ｍとした場合の攪拌ガス流量Ｑがバラツキ指数Ｘに及ぼす影響をそれぞれ示す図である。なお、図２および図３において、○印は前記バラツキ指数Ｘの最大値が０．０５以下であることを、×印は０．０５を超えることを表す。
【００３６】
図２および図３と、前記の図１から、合金投入口からの距離ｈによってバラツキ指数Ｘの最大値を０．０５以下にするために必要な攪拌ガス流量Ｑが変化しており、前記合金投入口と浴面との距離ｈが大きいほど攪拌ガス流量Ｑを増やす必要があることがわかる。図１、図２および図３に示した○印と×印との境界線の傾きをｈで整理すると、前記傾きはｈの０．５乗に比例することがわかる。
【００３７】
そこで、前記▲２▼式で表される直線の傾き（すなわち、１．６×１０−４）を、ｈの０．５乗を含むかたちで整理し直すと、前記の▲１▼式が得られる。すなわち、高密度金属または合金の密度ρと、合金投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離ｈに応じて攪拌ガス流量Ｑを前記▲１▼式を満足するように設定すれば、バラツキ指数Ｘの最大値を０．０５以下にすることができる。
【００３８】
本発明の高密度金属等の添加方法で用いる浸漬管は、比較的長時間にわたり高温の溶鋼にさらされるので、内外面とも耐火物で被覆されたものであることが望ましい。
【００３９】
以上述べた本発明の方法によれば、溶鋼の成分調整等の必要に応じ、二次精錬装置で溶鋼に高密度金属または合金を添加する際、その成分についての取鍋内溶鋼中での偏った濃度分布の形成を抑制し、成分調整の精度を向上させることができる。
【００４０】
【実施例】
２５０トンの取鍋に収容した溶鋼に１本の浸漬管を浸漬し、溶鋼内に攪拌用のガスを導入してガス攪拌精錬を実施するとともに、溶鋼中に高密度合金である密度９．２５×１０３ｋｇ／ｍ３のＦｅ−Ｍｏ合金を添加し、精錬終了後、取鍋内溶鋼のＭｏ濃度のバラツキの程度を調査した。
【００４１】
前記精錬は、攪拌ガス流量または浸漬管の上方に設けた合金投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離を変えて８ヒート実施した。各ヒートとも精錬時間は約２０分とした。
【００４２】
精錬開始５分後に前記Ｆｅ−Ｍｏ合金を、浸漬管の上方に設けた合金投入口から添加した。また、攪拌用のガスは、取鍋底部に設けたガス導入孔から溶鋼内に導入した。
【００４３】
精錬終了後に取鍋の上方から溶鋼サンプルを採取するとともに、取鍋を連続鋳造設備へ運搬し、取鍋底部の溶鋼排出口を開口してタンディッシュへ溶鋼を排出した。続いて、タンディッシュ内の溶鋼をタンディッシュノズルを介して連続鋳造用鋳型へ注入し、連続鋳造に供した。なお、鋳造開始５分後に、タンディッシュから溶鋼サンプルを採取した。
【００４４】
また、比較のため、前記の精錬に供した溶鋼と成分、履歴の同じ溶鋼（２５０トンの取鍋に収容）に対して通常のＲＨ設備による精錬を実施し、前記と同様の調査を行った。なお、ＲＨ設備の浸漬管（上昇管および下降管）の内径は６００ｍｍ、環流ガス流量は２０００ＮＬ／ｍｉｎとした。
【００４５】
溶鋼中のＭｏ濃度のバラツキの程度は、各ヒートについて前述したバラツキ指数Ｘを求め、その最大値が０．０５以下になるか否かで評価した。なお、バラツキ指数Ｘを０．０５以下にするための攪拌ガス流量Ｑは、前記▲１▼式から、合金投入口と溶鋼浴面との鉛直方向の距離ｈが４ｍの場合は、０．３６ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上、同じくｈが５．５ｍの場合は、０．４２ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上となる。調査結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2004307911.tif 000002
【００４７】
表１の結果から明らかなように、１本の浸漬管を用いた精錬の実施時に高密度のＦｅ−Ｍｏ合金を添加した場合（試験Ｎｏ．１〜８）は、ＲＨ設備による精錬実施時に添加した場合（試験Ｎｏ．９）に比べて、バラツキ指数Ｘの最大値は大幅に低下した。
【００４８】
さらに、攪拌ガス流量Ｑが、本発明の方法で規定する前記の０．３６ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上（合金投入口と浴面との距離ｈが４ｍの場合）を満たす試験Ｎｏ．３〜５、または０．４２ＮＬ／ｍｉｎ・ｔ以上（同じく５．５ｍの場合）を満たす試験Ｎｏ．７および８では、バラツキ指数Ｘの最大値は０．０５以下で、良好な結果が得られた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の高密度金属または合金の溶鋼への添加方法によれば、二次精錬装置で溶鋼に高密度金属または合金を添加する際、その添加成分についての取鍋内溶鋼中での偏った濃度分布の形成を抑制し、成分調整の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１本の浸漬管を用いた精錬法における攪拌ガス流量Ｑが高密度元素の溶鋼中濃度のバラツキ指数Ｘに及ぼす影響を示す図である。
【図２】高密度金属または合金の投入口からの距離ｈを４．５ｍとした場合の攪拌ガス流量Ｑが高密度元素の溶鋼中濃度のバラツキ指数Ｘに及ぼす影響を示す図である。
【図３】高密度金属または合金の投入口からの距離ｈを５．５ｍとした場合の攪拌ガス流量Ｑが高密度元素の溶鋼中濃度のバラツキ指数Ｘに及ぼす影響を示す図である。
【図１】
2004307911.tif 000003
【図２】
2004307911.tif 000004
【図３】
2004307911.tif 000005