(57)【要約】【課題】  ＲＥＭの歩留まりを向上させることができ、処理時間を短縮することができ、しかも溶鋼中のＲＥＭ濃度を従来と同様に均一化することができる溶鋼中に添加した微量ＲＥＭの均一化方法を提供する。【解決手段】  Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸した溶鋼中に，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素を微量添加し、均一混合時間τの０.１〜０.９倍の時間だけ攪拌する。均一混合時間τとしては、溶鋼中に添加したＳをトレーサーとし、平衡濃度の±５％に達した時間として定義されたものを用いる。ＲＥＭの比重は大きいため、上方投入の慣性力により溶鋼中に深く入った後、鍋溶鋼の攪拌処理後も慣性対流に乗ってゆるやかに鍋全体に広がるため、攪拌時間を短縮できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸した溶鋼中に，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素を微量添加し、均一混合時間τの０.１〜０.９倍の時間だけ攪拌することを特徴とする溶鋼中に添加した微量希土類元素の均一化方法。
【請求項２】
均一混合時間τが、溶鋼中に添加したＳをトレーサーとして、平衡濃度の±５％に達した時間として定義されたものである請求項１記載の溶鋼中に添加した微量希土類元素の均一化方法。
【請求項３】
溶鋼の攪拌を、ＣＡＳ，ＲＨ、ボトムバブリングのいずれかの方法によって行う請求項１または２記載の溶鋼中に添加した微量希土類元素の均一化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼中に添加した微量の希土類元素（以下、ＲＥＭと記す）を短時間に歩留まりよく均一化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸した溶鋼には、アルミナが集積した硬度の高いアルミナクラスターが発生することがあり、スリ疵などの製品欠陥の原因となる。そこでＣｅ，Ｌａ，Ｐｒ，ＮｄなどのＲＥＭを溶鋼中に添加することによって、アルミナの集積を防止してクラスターを微細化し、製品欠陥の発生を抑制する技術がある。
【０００３】
通常、ＲＥＭは溶鋼鍋などの内部の溶鋼に投入添加され、攪拌されて均一化されている。このとき、均一混合時間τを確保して攪拌することが業界の常識とされている。この均一混合時間τは、通常はＳ、場合によってはＣｕ等をトレーサーとして溶鋼中に添加して攪拌し、溶鋼中のトレーサーの濃度が平衡濃度の±５％に達した時間として定義される。均一混合時間τは溶鋼鍋の種類や大きさ、溶鋼温度、攪拌エネルギーなどにより変化するが、これらが決定されれば客観的に測定できる時間であり、ＲＥＭ添加後もこの均一混合時間τ以上の時間にわたり、溶鋼の攪拌を行っていた。
【０００４】
なお、この均一混合時間τ自体を短縮するための提案は従来からなされており、例えば特許文献１にはボトムバブリングによる攪拌が行われる溶鋼の表面から合金成分を添加する場合に、ガス吹き込み位置を挟んだ複数位置から添加を行うことにより、均一混合時間τを短縮する方法が開示されている。
【０００５】
また特許文献２には、取鍋内に攪拌用ガスを吹き込むノズル位置や、浸漬管の径を所定の数式を満たすように設定することによって、均一混合時間τを短縮する方法が開示されている。しかしいずれにせよ、従来はこの均一混合時間τよりも長時間にわたり溶鋼の攪拌を行っており、均一混合時間τ未満の攪拌に言及した特許文献は見当たらない。
【０００６】
ところが、ＲＥＭを添加した溶鋼をこの均一混合時間τ以上攪拌した場合の溶鋼中のＲＥＭの歩留まりは３０％程度に過ぎない。これは添加したＲＥＭが攪拌中にスラグ中のＦｅＯ，ＭｇＯ等により酸化され消費されてしまうためであり、アルミナクラスターの防止という本来の機能を発揮させるためには過剰量のＲＥＭが必要となる。
【０００７】
また、大型の溶鋼鍋の均一混合時間τは６０秒を越えるため、ＲＥＭ添加後にこの均一混合時間τを確保するためにはかなり長い処理時間を要する。このため、その間に溶鋼の温度が低下したり、耐火物の溶損が進行したり、攪拌用ユーティリティのコストが嵩むなどの種々の問題を引き起こしていた。
【特許文献１】特開平７−１４５４２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２０４４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、添加されたＲＥＭの歩留まりを向上させることができ、また処理時間を短縮することができ、しかも溶鋼中のＲＥＭ濃度を従来と同様に均一化することができる溶鋼中に添加した微量ＲＥＭの均一化方法を提供するためになされたものである。
【０００９】
本発明者は上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、溶鋼中添加するＲＥＭあるいはＲＥＭ合金（Ｆｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ）の比重はそれぞれ６.７、６．０であってＡｌの２．７やＳの２．３よりもはるかに重く、溶鋼の比重に近いこと、従って比重の小さいＳとは攪拌中の挙動も異なることを解明した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであって、Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸した溶鋼中に、Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素を微量添加し、均一混合時間τの０.１〜０.９倍の時間だけ攪拌することを特徴とするものである。なお、均一混合時間τとして、溶鋼中に添加したＳをトレーサーとして、平衡濃度の±５％に達した時間として定義されたものを用いることが好ましい。また溶鋼の攪拌を、ＣＡＳ（成分微調整設備），ＲＨ（真空脱ガス設備）、ボトムバブリング（炉底部からのガス吹込み）のいずれかの方法によって行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の溶鋼中に添加した微量ＲＥＭの均一化方法によれば、従来用いられていた均一混合時間τの０.１〜０.９倍という短時間だけ溶鋼を攪拌すればよい。このため、添加されたＲＥＭがスラグと反応して酸化される可能性が減少し、ＲＥＭの歩留まりを４０〜６０％程度にまで高めることができる。このため同一効果を発揮させるために添加すべきＲＥＭの量を減少させることができる。
【００１２】
また本発明の溶鋼中に添加した微量ＲＥＭの均一化方法によれば、当然ながら処理時間の短縮化が可能となり、溶鋼の温度が低下したり、耐火物の溶損が進行したり、攪拌用ユーティリティのコストが嵩むなどの従来の欠点を解消することができる。しかもこのように攪拌時間を短縮したにもかかわらず、溶鋼中のＲＥＭ濃度は従来と同様に平衡濃度に達しており、十分な均一化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、溶鋼鍋１中の溶鋼２をＲＨ（真空脱ガス設備）３により攪拌処理している状態を示す図である。溶鋼２は前工程においてＡｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸されている。Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄから選択された１種以上のＲＥＭ４が、ＲＨ３の内部において溶鋼２の表面から微量添加されている。
【００１４】
本発明では、ＲＥＭ４を添加した後の攪拌時間は、均一混合時間τの０.１〜０.９倍の短時間とする。前述したようにこの均一混合時間τは、溶鋼中に添加したＳをトレーサーとして、トレーサーの濃度が平衡濃度の±５％に達した時間として定義されたものである。本発明において攪拌時間を均一混合時間τの０.１〜０.９倍としたのは、これよりも短いと攪拌が不十分となって溶鋼中のＲＥＭ濃度が不均一になり、逆にこれよりも長いとスラグ５との反応が進行して従来と同様の欠点を生ずるためである。上記の攪拌が終了した後、溶鋼鍋１は静置される。
【００１５】
図２は、横軸に攪拌時間／均一混合時間τを取り、縦軸に濃度／平衡濃度の値を取ったグラフである。この場合には、均一混合時間τの１．５倍に達するまで攪拌を継続した。グラフに示されるように、通常トレーサーとして用いられるＳは攪拌時間が均一混合時間τに達したときに平衡濃度に達する。しかしＲＥＭはＳよりもかなり早期に、平衡濃度に近づいている。
【００１６】
図３は、添加後に均一混合時間τの０．１倍の時間だけ攪拌を行い、その後は静置した場合のグラフであり、横軸、縦軸はともに図２のグラフと同じである。このグラフから、攪拌時間が短いとＳは平衡濃度に達しないが、ＲＥＭは急速に平衡濃度に達することが分かる。
【００１７】
このように通常トレーサーとして用いられるＳに比較してＲＥＭが溶鋼中に均一分散し易いのは、ＲＥＭあるいはＲＥＭ合金（Ｆｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ）の比重はそれぞれ６.７、６．０であってＳの２．３よりもはるかに重く、溶鋼の比重に近いためと考えられる。すなわち、ＲＥＭは上方投入の慣性力により溶鋼中に深く入った後、鍋溶鋼の攪拌処理後も慣性対流に乗ってゆるやかに鍋全体に広がるためと考えられる。従ってＲＥＭは攪拌工程において均一混合時間τ以上にわたり攪拌しなくても、その後、溶鋼鍋内で十分に均一化できる。
【００１８】
図４は、横軸に攪拌時間／均一混合時間τを取り、縦軸にＲＥＭの歩留まりを取ったグラフである。このグラフに示されるように、攪拌時間が長くなると次第にＲＥＭ歩留まりは低下し、従来にように均一混合時間τ以上の攪拌を行うとＲＥＭ歩留まりは３０％程度にまで低下する。しかし本発明のように攪拌時間／均一混合時間τの値を０.１〜０.９とすれば、ＲＥＭ歩留まりを４０〜６０％程度に高めることができる。このため本発明によれば、従来よりもＲＥＭの添加量を減少させることができる。
【００１９】
図５は横軸に攪拌時間／均一混合時間τを取り、縦軸にＲＥＭ濃度が均一になるまでに要する時間／均一混合時間τを取ったグラフである。このグラフに示されるように、攪拌時間を均一混合時間τと等しくしたときに、溶鋼中のＲＥＭ濃度が均一になるまでに要する時間が最小となる。これに対して本発明のように攪拌時間／均一混合時間τの値を０.１〜０.９とした場合には、溶鋼中のＲＥＭ濃度が均一になるまでに要する時間は３〜９倍となる。このことは、攪拌自体は短時間でよいがその後の静置時間を長く取る必要を示している。しかし溶鋼は攪拌の後工程で十分な時間静置できるので、この点は実用上問題にならない。
【００２０】
以上に示したとおり、攪拌時間はＲＥＭ歩留まり、溶鋼の温度低下の防止、耐火物の溶損防止、攪拌用ユーティリティのコスト低減などの観点からは短い方が好ましく、溶鋼中のＲＥＭ濃度を早く均一化するためには長い方が好ましい。これらを総合的に考慮して、本発明では均一混合時間τの０.１〜０.９倍の時間だけ攪拌することとした。
【００２１】
なお、溶鋼の攪拌方法はこの実施形態に示したＲＨのほか、ＣＡＳ，ＢＢ（ボトムバブリング）など任意の方法を採用することができる。以下に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００２２】
第１の実施例：図１に示した溶鋼鍋に注入された１６００℃の極低炭素鋼の溶鋼２８０トンを、ＲＨにより攪拌した。その均一混合時間τは７０秒である。表１に示す組成のＦｅ-Ｓｉ-ＲＥＭを溶鋼中に１０ｋｇ添加した後、６０秒攪拌した。攪拌時間／均一混合時間τの値は０.８６である。攪拌終了から３００秒を経過した後、ＲＥＭが均一混合されていることを確認した。ＲＥＭ歩留まりは５０％であった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
第２の実施例：図１に示した溶鋼鍋に注入された１６００℃の極低炭素鋼の溶鋼２８０トンを、ＲＨにより攪拌した。その均一混合時間τは７０秒である。第1の実施例と同一のＦｅ-Ｓｉ-ＲＥＭを溶鋼中に１０ｋｇ添加した後、１０秒攪拌した。攪拌時間／均一混合時間τの値は０.１８である。攪拌終了から６００秒を経過した後、ＲＥＭが均一混合されていることを確認した。ＲＥＭ歩留まりは６０％であった。
【００２５】
第１の比較例：第１、第２の実施例と同一条件でＦｅ-Ｓｉ-ＲＥＭを溶鋼中に１０ｋｇ添加した後、攪拌することなく静置した。この場合は攪拌時間／均一混合時間τの値は０であり、１２００秒を経過しても均一混合しなかった。
【００２６】
第２の比較例：第１、第２の実施例と同一条件でＦｅ-Ｓｉ-ＲＥＭを溶鋼中に１０ｋｇ添加した後、１５０秒攪拌した。この場合は攪拌時間／均一混合時間τの値は２.１４であり、均一混合したもののＲＥＭ歩留まりは３０％にまで低下した。
【００２７】
第３の比較例：第１、第２の実施例と同一条件の溶鋼に表２に示す組成のショットＡｌを１０ｋｇ添加した後、６０秒攪拌した。この場合は攪拌時間／均一混合時間τの値は第1の実施例と同じく０.８６であるが、添加金属がＲＥＭではないため１２００秒を経過しても均一混合しなかった。
【００２８】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】継続攪拌した場合の攪拌時間と濃度との関係を示すグラフである。
【図３】途中で攪拌をやめた場合の攪拌時間と濃度との関係を示すグラフである。
【図４】攪拌時間によるＲＥＭ歩留まりの変化を示すグラフである。
【図５】攪拌時間によるＲＥＭ濃度が均一になるまでの時間の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  溶鋼鍋
２  溶鋼
３  ＲＨ（真空脱ガス設備）
４  ＲＥＭ
５  スラグ
【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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