(57)【要約】  本発明は、添加剤ないしは合金を加えた溶鋼におけるリカバリーを増加させる。これは、添加合金と脱酸素剤粉末を混合することによって達成される。脱酸素剤粉末は酸素と反応し、反応した領域において酸素を減少させる。合金ないしは添加剤の領域は、溶鋼におけるリカバリーが向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの添加合金と、
少なくとも一つの脱酸素剤と、
これらを混合して得た混合物の周りの長尺シースとからなる合金送入デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも一つの添加合金は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、およびＦｅＴｉからなるグループから選択される請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項３】
前記脱酸素剤は、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＣａＣＮ２からなるグループから選択される請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも一つの脱酸素剤は、１ミリメートル未満の直径を有する粒子からなる粉末である請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも一つの添加合金は、１ミリメートル未満の直径を有する粉砕粉末粒子からなる請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも一つの脱酸素剤は、混合物の質量または体積の５％から５０％存在している請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項７】
溶融金属に添加合金を供給する方法であって、
少なくとも一つの脱酸素剤と少なくとも一つの添加合金とを混合して混合物を提供し、
前記脱酸素剤および添加合金の混合物を金属シースで覆って合金送入デバイスを提供し、
溶融金属を作り、
前記溶融金属内に前記合金送入デバイスを供給する方法。
【請求項８】
前記溶融金属は鋼である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記脱酸素剤は、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＣａＣＮ２からなるグループから選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの添加合金は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、およびＦｅＴｉからなるグループから選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、さらに前記シースを溶かすステップを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、さらに前記混合物を放出させるステップを含む請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、２００７年５月１７日に出願された米国仮出願番号６０／９３８，６７１の優先権を主張したもので、その開示は本明細書に参考として組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般に溶融金属、特に鋼への合金の添加に関する。さらに詳しくは、本発明は、溶鋼におけるリカバリー向上を目的とした合金および脱酸素剤の添加に関する。
【背景技術】
【０００３】
最終の鋼製品における強度や靭性などの材料特性を向上させるために、溶鋼に合金および他の添加剤を添加することが知られている。
【０００４】
従来技術では、溶鋼への合金および添加剤の添加は、粉末の合金および添加剤を金属シースで包み込んで「コアードワイヤ（cored wire）」を形成し、次いで、このコアードワイヤをほとんどの製鋼所にある鋼精錬施設の取鍋内の溶鋼に「注入する（injected）」ことよってしばしば行われる。米国特許第４，１２８,４１４号は、このような注入の工程を開示している。鋼内に注入された物質のいくらかは、鋼内にはとどまらない。添加剤ないしは合金を加えた溶鋼を効率的に作るためには、溶鋼内の「リカバリー（recovery）」を向上させることが望ましい。
【０００５】
「リカバリー」は、合金ないしは添加剤を注入した後に、溶鋼に含まれている合金ないしは添加剤の量を示す一つの尺度である。リカバリーは、鋼内に注入された合金ないしは添加剤の量に対する注入後に鋼内に含まれている量の比率として表わされる。注入後の鋼に含まれている割合が大きければ大きいほど、リカバリーはより大きくなる。より大きいリカバリーは、コアードワイヤの注入量が減るために、鉄鋼メーカーのコストが下がることを意味する。また、より大きいリカバリーは、通常最終的な鋼組成が予測可能で、かつ再現可能であることを意味する。
【０００６】
溶融湯に深く注入された、鋼で被覆されたコアードワイヤ内に入れられた添加合金(通常直径1ミリメートル未満の粉末に粉砕)が、リカバリーの大幅な改善をもたらすことはよく知られている。しかし、ある添加合金のリカバリーは、溶融湯および溶融湯上の溶融スラグの両方に含まれる酸素によって否定的な影響を受けることもよく知られている。溶融湯およびスラグに含まれる酸素を減らすことは可能であるが、決して酸素をゼロにすることはできない。最も一般的には、溶融金属およびスラグには酸素が常に残存して、これが添加合金のリカバリーに否定的な影響を与える。酸素レベルが大きければ大きいほど、効果はより否定的になる。
【０００７】
添加合金粉末粒子１６が溶融金属１０内で溶ける前に、添加合金１６の表面が溶融金属１０内の酸素１３によって酸化されると考えられている。これは図１に示されている。この場合、酸化膜１９が添加合金粉末粒子１６を覆っており、これが粒子１６全体の密度を減少させて、粒子１６を鋼１０中でより浮かびやすくする。例えば、Ｎｂの密度は８．５７ｇｍ／ｍ３であり、Ｎｂ２Ｏ５の密度は４．４７ｇｍ／ｍ３であるが、鋼の密度は７．６ｇｍ／ｍ３である。図２は溶鋼１０の表面に向かって浮上する低密度の酸化された合金を示したものである。また、酸化膜１９は溶融状態の添加合金コア１６の妨害となる。例えば、７０％のＦｅＴｉの融点は１０８５℃であり、ＴｉＯ２の融点は、１８５０℃であるが、通常鋼１０の融点は約１６００℃である。この問題を図３に示す。これらのメカニズムは、添加合金粒子１６が溶融金属１０内で完全に溶けないで、スラグの表面に浮上してそこで吸収されるという影響を及ぼす。
【０００８】
他の知られている方法では、溶融湯１０に添加合金１６を注入する目的は、最終成品にとって有益な窒化物および/または炭化物を形成することである。長年、製鋼業者は各自の溶融湯１０内の窒素を増加させるために、カルシウムシアナミド（ＣａＣＮ２）を使用している（例えば、米国特許第３，３２２，５３０号参照）。さらに、米国特許第４，８９７，１１４号に記載されているように、ＣａＣＮ２が溶融湯１０にコアードワイヤの注入によって添加された場合に、窒素のリカバリーは大いに向上することがわかっている。
【０００９】
従来技術における向上にもかかわらず、溶融金属、特に鋼におけるリカバリーを向上させる必要性は残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，１２８,４１４号
【特許文献２】米国特許第３，３２２，５３０号
【特許文献３】米国特許第４，８９７，１１４号
【発明の概要】
【００１１】
本発明は合金送入デバイスとして具体化される。送入デバイスは少なくとも一つの添加合金と少なくとも一つの脱酸素剤とを有する混合物を含む。混合物は長尺のシースで覆われている。シースは混合物が中に入る実質的に空洞のワイヤである。
【００１２】
少なくとも一つの添加合金は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、またはＦｅＴｉである。少なくとも一つの脱酸素剤は、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、またはＣａＣＮ２である。脱酸素剤は、主として1ミリメートル未満の直径を有する粒子からなる粉末である。添加合金は、主として1ミリメートル未満の直径を有する粉砕粉末粒子である。脱酸素剤は、主として混合物の質量または体積の５％から５０％存在している。
【００１３】
本発明は、溶融金属に添加合金を供給するための方法として具体化され、そこでは混合物を供給するために、少なくとも一つの脱酸素剤が少なくとも一つの添加合金と混合される。この混合物は、合金送入デバイスを供給するために金属シースで包まれている。溶融金属が作られ、合金送入デバイスは溶融金属内に供給される。送入デバイスが溶融金属内に供給されると、シースは溶融金属内で溶ける。一旦溶けると、混合物は溶融金属と混ざり、混合物は溶融金属内に分散される。
【００１４】
本発明の一実施形態においては、添加合金に、例えばＣａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、ＣａＣＮ２であるがこれらに限られない脱酸素剤粉末をさまざまな量(主として混合物の質量または体積の５％から５０％であるが、これに限られない)で混合することによって、溶鋼内の添加合金のリカバリーは向上する。理論に縛られる意図はないが、脱酸素剤粉末が添加合金と混合されて、コアードワイヤの中に入れられて溶融湯に注入されると、脱酸素剤粉末は添加合金粉末に極めて接近して放出されると考えられる。脱酸素剤粉末は、溶融金属内の溶存酸素と反応して、添加合金粒子と同じ領域に低酸素領域を作り出す。さらに、ＣａＣＮ２粉末を窒化物および/または炭化物を生成する添加合金とコアードワイヤ内で混合した場合、この粉末が溶融湯内で放出される領域は、酸素が少なく、かつ炭素と窒素が豊富に存在している。したがって、本発明は添加剤ないしは合金のリカバリーが向上した溶鋼を提供する。
【００１５】
本発明の特徴および目的の完全な理解のために、添付図面および以下の記述を参照するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】酸素が豊富な溶融湯が添加合金と反応し、添加合金コア表面に酸化膜が形成される従来の方法を示す。
【図２】添加合金の酸化膜が密度を減少させるので溶鋼湯内の添加合金の浮力が増加する従来の方法を示す。
【図３】低融点の添加合金コアの溶解を妨害する高融点の酸化膜を示す。
【図４】ＣａＣＮ２粒子が湯内の酸素と反応して低酸素領域をもたらし、同時に炭素と窒素が溶融湯内に放出され、その密度が低酸素領域で高められる本発明に係る一実施形態を示す。
【図５】一方、脱酸素剤が炭素または窒素を溶融湯内に放出しない本発明に係る一実施形態を示す。
【図６】本発明に係る方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、溶鋼における添加剤ないしは合金の高いリカバリーを提供するために使用される。理論に縛られる意図はないが、溶融湯に注入されるコアードワイヤにおいて、添加合金粉末２８に脱酸素剤粉末３１を加えることにより、脱酸素剤の粉末３１と溶融湯１０に含まれている酸素原子との間で化学反応がおきると考えられる。この反応は、添加合金粉末２８が放出される局所領域３４における酸素の量を減らす。これは図４および図５により確認できる。添加合金粉末２８が放出される局所領域３４における酸素の量を減らすことによって、これらの添加合金粉末２８が酸化される量が大きく減少し、その結果、添加合金粉末２８のリカバリーを増加させる。添加合金２８のリカバリーが増加することによって、溶融金属１０内に注入されるべき添加合金２８の量は減少し、その結果、金属生産者のための時間とお金とが節約される。さらに、リカバリーが増加することによって、溶鋼の最終的な化学的性質は、より予測可能でかつ再現可能となる。それらはともにプロセス上の好ましい特性である。
【００１８】
本発明に係る一実施形態において、合金送入デバイスが提供される。合金送入デバイスは、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、またはＦｅＴｉなどの添加合金と、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、またはＣａＣＮ２の脱酸素剤との混合物を含んでいる。この混合物は長尺の金属シースに包みこまれている。
【００１９】
従来技術とは異なり、本発明は、ＣａＣＮ２が酸化可能な窒化物および／または炭化物形成材(例えば、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、ＦｅＴｉ)と共に、コアードワイヤによって溶融湯に導入されることによる脱酸および／または炭化および窒化の可能性を認識している。図４は、コアードワイヤ内でＣａＣＮ２粒子３１が窒化物および炭化物形成添加合金２８と混合されると、ＣａＣＮ２粒子３１が添加合金２８の周りに領域３４を作り、そこでは酸素が少なく、かつ炭素および窒素が豊富に存在していることを示す。
【００２０】
好ましい実施形態では、脱酸素剤が通常１ミリメートル未満の直径を有する粉末粒子として存在し、一方、添加合金が通常１ミリメートル未満の直径を有する粉砕粉末粒子として存在する。別の好ましい実施形態では、脱酸素剤は、主として混合物の質量または体積の５％から５０％存在している。
【００２１】
図６は、本発明に係る一つの方法を示す。その方法では、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、ＡｌまたはＣａＣＮ２の脱酸素剤は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、またはＦｅＴｉの添加合金と混合される（１００）。この混合物は金属シースで包まれて、合金送入デバイスを提供する（１０３）。そして、溶鋼のような溶融金属湯が作られ（１０６）、合金送入デバイスが溶融金属内に供給される（１０９）。シースが溶けて（１１２）、混合物が溶融金属内に放出される。図６は、そのような方法を示す。
【００２２】
溶融金属を脱酸するとともに、窒素と炭素とを豊富にする化合物（例えば、ＣａＣＮ２）と、酸化可能な窒化物および／または炭化物生成粉末とをコアードワイヤ内で混合すると、この混合物が放出される領域は酸素の減少および窒素および炭素の増加を示すと考えられている。その結果、添加合金のリカバリーは改善され、上記のように最終製品では、より多くの窒化物および／または炭化物が作り出されるという利点を生じる。この場合、溶融湯内に注入される、窒化物および／または炭化物形成添加合金量を減らすことができ、かつ最終製品は窒化物および／または炭化物が増えるというより良い利点を生じる。したがって、生産コストは減少し、製品特性は向上する。
【００２３】
本発明は一以上の特定の実施例に関して説明しているが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態をなすことが理解されるであろう。したがって、本発明は、明細書中の請求項およびそれらの合理的な解釈によってのみ限定されると考えられる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月21日(2010.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの添加合金と、
少なくとも一つの脱酸素剤と、
これらを混合して得た混合物の周りの長尺シースと、からなり、
当該シースが溶融金属湯に供給された後に溶けることによって前記脱酸素剤が前記湯内に分散して前記溶融金属内の酸素と結合する合金送入デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも一つの添加合金は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、およびＦｅＴｉからなるグループから選択される請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項３】
前記脱酸素剤は、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＣａＣＮ２からなるグループから選択される請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも一つの脱酸素剤は、１ミリメートル未満の直径を有する粒子からなる粉末である請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも一つの添加合金は、１ミリメートル未満の直径を有する粉砕粉末粒子からなる請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも一つの脱酸素剤は、混合物の質量または体積の５％から５０％存在している請求項１に記載の合金送入デバイス。
【請求項７】
溶融金属に添加合金を供給する方法であって、
少なくとも一つの脱酸素剤と少なくとも一つの添加合金とを混合して混合物を提供し、
前記混合物を金属シースで覆って合金送入デバイスを提供し、
溶融金属湯を作り、
前記溶融金属湯に前記合金送入デバイスを供給し、
前記シースを前記溶融金属湯内で溶かして前記混合物を分散させることによって、前記脱酸素剤を前記湯内に分散させて前記溶融金属内の酸素と結合させる方法。
【請求項８】
前記溶融金属は鋼である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記脱酸素剤は、Ｃａ、ＣａＳｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＣａＣＮ２からなるグループから選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの添加合金は、ＦｅＮｂ、ＦｅＶ、およびＦｅＴｉからなるグループから選択される請求項７に記載の方法。
【国際調査報告】
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