(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉にて脱炭吹錬を施した溶鋼を、スラグライン煉瓦としてMgO、Cを主成分とする耐火煉瓦を使用した取鍋に収容し、該取鍋内の取鍋スラグにMgOを投入して該取鍋スラグのMgO含有量を７〜10質量％に調整した後、ＲＨ真空脱ガス装置を用いて前記溶鋼に真空脱ガス処理を施して、C：0.0010質量％以下、Si：2.0〜3.0質量％、Mn：1.0〜2.0質量％、P：0.05質量％以下、S：0.02質量％以下、Al：0.4〜1.2質量％を含有する高Si高Al極低炭素鋼を溶製することを特徴とする高Si高Al極低炭素鋼の溶製方法。
【請求項２】
前記スラグライン煉瓦が、MgO：77〜79質量％、C：13〜14質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の高Si高Al極低炭素鋼の溶製方法。
【請求項３】
前記取鍋スラグに前記MgO源を、前記取鍋スラグ１トンあたり0.1〜0.2トン投入することを特徴とする請求項１または２に記載の高Si高Al極低炭素鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低炭素鋼でありながらSiとAlを多量に含有する高Si高Al極低炭素鋼の溶製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程において、溶鋼の輸送手段として取鍋が使用されている。そして近年では、取鍋を、輸送手段としてのみならず、溶鋼の精錬に関わる反応容器としても使用する技術が開発されている。取鍋を反応容器として使用する場合は、所定の反応が終了するまで溶鋼を取鍋内に収容する必要がある。そのため溶鋼が取鍋内に長時間にわたって収容されることになるので、取鍋に内張りされる耐火煉瓦は耐摩耗性、耐スポーリング性に優れた材料が使用され、特に、溶鋼上のスラグが接触する位置の耐火煉瓦（以下、スラグライン煉瓦という）はMgO、Cを主成分とする耐火煉瓦が使用されている。
【０００３】
こうして溶製した溶鋼から鋼板が製造され、様々な用途に使用される。たとえば自動車外装用鋼板や缶用鋼板等の分野では、Cの含有量が0.01質量％以下の極低炭素鋼と呼ばれる鋼板が広く使用されており、製鋼工程における溶鋼のC含有量を効率良く、かつ精度良く0.01質量％以下まで低減する技術が開発されている。
【０００４】
一方で、自動車の排ガスが原因となる環境汚染や地球温暖化を防止するために、電気モーターで走行する自動車（たとえば電気自動車、ハイブリッド車等）が開発され、実用化の段階に来ている。電気モーターの材料として、従来から、SiとAlを多量に含有する鋼板（いわゆる電磁鋼板）が使用されているが、電気モーターの効率や出力を更に向上するために、高Si高AlでありかつC含有量を極低炭素鋼のレベルまで低減した鋼板を製造する技術が種々検討されている。
【０００５】
たとえば特許文献１には、ＲＨ真空脱ガス処理において、取鍋内の溶鋼のO含有量とC含有量との比を制御することによって、C含有量を極低炭素鋼のレベルまで低下する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながらMgO、Cを主成分とする耐火煉瓦をスラグライン煉瓦として使用する取鍋では、溶鋼のC含有量を低下させても、その後の連続鋳造に至るまで溶鋼が取鍋内に収容される間に、スラグライン煉瓦からCが溶出して、溶鋼のC含有量が上昇するので、極低炭素鋼を安定して溶製するのが困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献２には、取鍋に収容した溶鋼上のスラグ（以下、取鍋スラグという）のCaO含有量とSiO2含有量との比（いわゆる塩基度）、ならびにMgO含有量を制御することによって、スラグライン煉瓦を取鍋スラグでコーティングして、Cの溶出を防止する技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら極低炭素鋼の電磁鋼板の溶製においては、O含有量が400ppm程度の溶鋼を転炉から出鋼し、次いでＲＨ真空脱ガス処理でC含有量を極低炭素鋼のレベルまで低下させた後、真空槽の上部から多量のSiとAlを投入するので、そのSiと溶鋼中のOとが反応し、生成されたSiO2が取鍋スラグに混入する。その結果、取鍋スラグのSiO2含有量が上昇し、取鍋スラグの融点の上昇および粘度の上昇をもたらす。したがって、特許文献２に開示されるような成分の取鍋スラグでは、取鍋の鉄皮や耐火煉瓦、あるいは真空槽に取付けられる浸漬管に取鍋スラグが大量に付着して、ＲＨ真空脱ガス装置の操業に支障を来たすばかりでなく、取鍋ならびに浸漬管の寿命低下を引き起こす。
【０００９】
取鍋スラグのMgO含有量が高い場合も、取鍋あるいは浸漬管に取鍋スラグが付着し易くなる。したがって、取鍋スラグのMgO含有量は低い方が好ましい。
また、電磁鋼板の溶製においては、真空槽の上部から多量のSiとAlを投入するので、溶鋼中にSiO2およびAl2O3が生成される。これらの酸化物の生成反応は、いずれも発熱反応であるから、溶鋼の温度が上昇する。したがって、電磁鋼板の素材となる溶鋼が転炉から出鋼される時の温度は、一般的な溶鋼の出鋼温度よりも低く設定されている。そのためＲＨ真空脱ガス処理では、融点が高温である取鍋スラグは溶融し難くなる。
【００１０】
特許文献２に開示されたような取鍋スラグは融点が高いので、同様の成分を有する取鍋スラグが極低炭素鋼の電磁鋼板の真空脱ガス処理にて生成すると、ＲＨ真空脱ガス装置の操業に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2007-31807号公報
【特許文献２】特開2000-17320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の技術の問題点を解消し、極低炭素鋼でありながらSiとAlを多量に含有する高Si高Al極低炭素鋼を溶製する際に、ＲＨ真空脱ガス処理の進行中のみならず、終了後（すなわち連続鋳造を行なうまでの間）も、取鍋スラグによるスラグライン煉瓦のコーティングの効果を得て、スラグライン煉瓦の溶損を防止し、かつスラグライン煉瓦からCが溶出するのを防止することが可能な取鍋スラグを生成させ、しかも、その取鍋スラグの融点および粘度の上昇を抑制することによって、高Si高Al極低炭素鋼を効率良く安定して溶製できる溶製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】
【００１３】
本発明者は、従来の高Si高Al極低炭素鋼の真空脱ガス処理では高融点かつ高粘度の取鍋スラグが生成することから、取鍋スラグの成分が融点や粘度に及ぼす影響について検討した。そして、取鍋スラグのMgO含有量を適正に制御することによって、低温の溶鋼を取鍋に収容して真空脱ガス処理を行なう際に、取鍋スラグでスラグライン煉瓦を十分にコーティングすることが可能であり、しかも取鍋スラグが取鍋や浸漬管に付着するのを防止できることを見出した。
【００１４】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、転炉にて脱炭吹錬を施した溶鋼を、スラグライン煉瓦としてMgO、Cを主成分とする耐火煉瓦を使用した取鍋に収容し、取鍋内の取鍋スラグにMgOを投入して取鍋スラグのMgO含有量を７〜10質量％に調整した後、ＲＨ真空脱ガス装置を用いて溶鋼に真空脱ガス処理を施して、C：0.0010質量％以下、Si：2.0〜3.0質量％、Mn：1.0〜2.0質量％、P：0.05質量％以下、S：0.02質量％以下、Al：0.4〜1.2質量％を含有する高Si高Al極低炭素鋼を得る溶製方法である。
【００１５】
本発明の高Si高Al極低炭素鋼の溶製方法においては、スラグライン煉瓦が、MgO：77〜79質量％、C：13〜14質量％を含有することが好ましい。また、取鍋スラグに投入するMgO源は取鍋スラグ１トンあたり0.1〜0.2トンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高Si高Al極低炭素鋼を効率良く安定して溶製することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一般に製鉄工場の製銑工程から製鋼工程へ至る過程で、高炉から出銑した溶銑を搬送容器（たとえばトーピードカー、溶銑鍋等）に収容して、保温しつつ転炉へ輸送する。そして、輸送しながら溶銑に対して予備処理（たとえば予備脱燐処理、予備脱硫処理等）を施した後、溶銑を転炉に装入して、上吹き酸素あるいは底吹き酸素によって脱炭吹錬を行なって溶鋼を得る。
【００１８】
高Si高Al極低炭素鋼を溶製するにあたって、転炉内の溶鋼のC含有量が0.02質量％未満になるまで脱炭吹錬を行なった場合は、溶鋼中のFe、MnがFeO、MnO等の低級酸化物となって、転炉内のスラグ（以下、転炉スラグという）に吸着するので、FeやMnの歩留りの低下を招く。溶鋼のC含有量が0.06質量％を超える状態で脱炭吹錬を停止した場合は、次工程のＲＨ真空脱ガス装置で脱炭するのに長時間を要するので、生産性の低下を引き起こす。したがって、転炉から出鋼する溶鋼のC含有量は0.02〜0.06質量％の範囲内が好ましい。
【００１９】
転炉から出鋼された溶鋼のO含有量が400ppm未満の場合は、次工程の真空脱ガス装置にて真空槽で投入される成分調整用のSi、Alと溶鋼中の溶存Oとの酸化反応が進行せず、十分な反応熱が発生しない。そのため、真空槽の上部からO2ガスを吹付けるとともに、酸化発熱量の大きい金属（たとえばAl等）を投入して溶鋼の温度を上昇させなければならないので、通常の温度調整処理よりも長時間を要する。溶鋼のO含有量が600ppmを超える場合は、溶鋼の密度が小さくなり、真空槽内で溶鋼が円滑に流れなくなる。また、真空槽内で溶鋼が許容される高さを上回る位置まで上昇して、設備故障（たとえばSiやAlの投入口の閉塞等）を引き起こす。したがって、転炉から出鋼する溶鋼のO含有量は400〜600ppmの範囲内が好ましい。
【００２０】
脱炭吹錬が終了した後、転炉から溶鋼を取鍋に出鋼する。出鋼時の溶鋼の温度は、1560〜1620℃の範囲内が好ましい。この温度は通常の出鋼温度よりも50〜100℃程度低く設定した温度であり、次工程のＲＨ真空脱ガス装置で真空脱ガス処理を行なうことによって、SiO2やAl2O3が生成する発熱反応が進行することを考慮して設定された温度である。
【００２１】
転炉から出鋼する際には、溶鋼とともに転炉スラグ（MgO含有量５〜６質量％程度）の一部が取鍋に流出する。その結果、取鍋に流出した一部の転炉スラグ（以下、取鍋スラグという）が、取鍋内の溶鋼上に滞留する。その取鍋スラグにMgOを投入して、取鍋スラグのMgO含有量を７〜10質量％に調整する。ここで投入するのはMgOを含有する物質（いわゆるMgO源）であれば良く、MgO源の投入量は取鍋スラグ１トンあたり0.1〜0.2トンであることが好ましい。このMgO源の投入量をMgOの投入量に換算すると、0.03〜0.08トンに相当する。
【００２２】
取鍋スラグのMgO含有量の調整とともに、極低炭素鋼を溶製する際に施される従来のスラグ改質を行なっても良い。また、取鍋スラグの酸素ポテンシャルが高い場合は、FeOやMnO等の低級酸化物の生成を抑制するために脱酸剤を投入して、取鍋スラグの酸素ポテンシャルを低下させても良い。
【００２３】
取鍋スラグのMgO含有量の調整が終了した後、取鍋をＲＨ真空脱ガス装置へ搬送して、取鍋内の溶鋼に真空脱ガス処理を行なう。ここで、真空脱ガス処理の手順について説明する。
【００２４】
真空脱ガス処理を行なうにあたって、まず、昇降装置で取鍋を上昇させ、真空槽の下部に取付けた２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼に浸漬する。次いで、真空槽の上部の排気口に連結された真空排気装置で真空槽内を減圧する。それと同時に、片方の浸漬管に取付けた金属製の送風管（いわゆるステンパイプ）から環流用Arガスを吹込んで、ガスリフト効果によって取鍋内の溶鋼を真空槽内へ環流させる。
【００２５】
真空槽内は大気中よりCO分圧が低いので、真空槽内で溶鋼中のCと溶存Oとの反応が進行する。つまり脱炭反応が進行して、溶鋼中のCがCOとなって排気口を通じて排気される。このようにして極低炭素鋼を溶製することができる。真空脱ガス処理によって溶存Oが減少して、脱炭反応が遅延する場合には、真空槽の上部に取付けたランスからO2ガスを吹込むことによって、脱炭反応を促進することが可能である。
【００２６】
こうして溶鋼を環流させながら、脱炭反応を伴う真空脱ガス処理を行なって、溶鋼のC含有量が所定の規定値に達したとき、真空槽の上部に取付けたホッパーから成分調整用のSiとAlを投入する。SiとAlは脱酸剤としての機能も有する。ここで投入するのはSi、Alを含有する物質（たとえばSi系合金、Al系合金等）であれば良い。ただし、SiよりもAlを先に投入すると、溶鋼中の溶存Oと投入されたAlとが反応して、溶鋼中に多量のAl2O3が生成し、後工程の連続鋳造の操業に支障をきたす。したがって、先にSiを投入し、次にAlを投入することが好ましい。
【００２７】
SiとAlを投入した後、溶鋼の環流を数分間継続して、その間に真空槽の上部のホッパーから成分調整用のMnを投入する。ここで投入するのはMnを含有する物質（たとえばMn系合金等）であれば良い。
そして、溶鋼の環流を停止して、真空脱ガス処理を終了する。その後、取鍋は連続鋳造設備へ搬送される。
【００２８】
このような手順で真空脱ガス処理を行なう間に、投入されたSiと溶鋼中の溶存Oとが反応して、真空槽内の溶鋼中に大量のSiO2が発生する。そして溶鋼の環流によって、そのSiO2が取鍋へ移動して取鍋スラグに吸着する。その結果、取鍋スラグのSiO2が増加して、塩基度が1.0〜1.5と非常に低い値を示し、スラグライン煉瓦に付着し易い取鍋スラグが生成される。なお塩基度は、SiO2の含有量（これを[SiO2]と記す）とCaOの含有量（これを[CaO]と記す）とを用いて、[CaO]／[SiO2]で算出される値である。
【００２９】
また、投入されたAlの一部が溶鋼中の溶存Oや取鍋スラグ中の低級酸化物と反応してAl2O3となり、取鍋スラグに吸着する。その結果、取鍋スラグの融点が低下して、スラグライン煉瓦に付着し易くなる。
【００３０】
以上に説明した通り、真空脱ガス処理を行なう過程で取鍋スラグがスラグライン煉瓦をコーティングして、ＲＨ真空脱ガス処理の進行中のみならず終了後も、スラグライン煉瓦の溶損を防止し、Cの溶出を防止する。しかも、取鍋スラグがスラグライン煉瓦に付着し易い環境（すなわち取鍋内の溶鋼の温度が低く、かつ取鍋スラグの塩基度が低い環境）の中で、スラグライン煉瓦の過剰なコーティングを回避できる成分の取鍋スラグを生成することによって、高Si高Al極低炭素鋼を効率良く安定して溶製することができる。
【００３１】
なお本発明の溶製方法は、C：0.0010質量％以下、Si：2.0〜3.0質量％、Mn：1.0〜2.0質量％、P：0.05質量％以下、S：0.02質量％以下、Al：0.4〜1.2質量％を含有する高Si高Al極低炭素鋼に適用することによって、顕著な効果が得られる。
【００３２】
また、MgO：77〜79質量％、C：13〜14質量％を含有するスラグライン煉瓦を使用することによって、その効果が安定してもたらされる。
【実施例】
【００３３】
高炉から出銑された溶銑をトーピードカーで受銑して搬送し、その溶銑をトーピードカーから転炉装入鍋に移した。そして、転炉装入鍋にCaO系脱硫剤を添加するとともに、回転する攪拌羽根を溶銑に浸漬し、溶銑とCaO系脱硫剤を攪拌して溶銑予備処理を行なった。引き続き、溶銑を転炉に装入して、溶銑の脱炭吹錬を施し、得られた溶鋼を取鍋に出鋼した。転炉出鋼時の溶鋼のC含有量は0.03質量％、SiとAlは微量（いわゆるトレース）であり、溶鋼の温度は1592℃であった。
【００３４】
次に、取鍋内の溶鋼に、MgO源であるスラグ改質剤を手投げで0.145トン投入した。このMgO源の投入量は、MgOの投入量に換算して、取鍋スラグ１トンあたり0.05トンに相当する。
そして、ＲＨ真空脱ガス装置へ搬送して真空脱ガス処理を施した。真空脱ガス処理が終了した後の取鍋スラグのT.Feは3.3質量％、Al2O3は20.3質量％、MgOは7.7質量％、MnOは4.0質量％、塩基度[CaO]／[SiO2]は1.2となり、目標とした許容範囲を満たしていた。また、真空脱ガス処理が終了した後の溶鋼のC含有量は0.0003質量％であった。
【００３５】
その後、連続鋳造を行なって、鋳片のC含有量を測定したところ、0.00033質量％であった。つまり、C含有量の上昇量は0.00003質量％であり、極めて低く抑えられた。
なお、この鋳片のC含有量（＝0.00033質量％）は、製造工程で許容される上限0.0004質量％に対して、その上限を超えることなく溶鋼を溶製できたことを示している。