(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼をＡｌにより脱酸した後、この溶鋼上に存在するスラグのＴ．Ｆｅ濃度を測定し、測定したＴ．Ｆｅ濃度と溶鋼上に存在するスラグ量とで算出される下記の（１）を満足する範囲のＡｌを溶鋼へ添加し、次いで、不活性ガス吹き込みにより溶鋼とスラグとを攪拌することを特徴とする清浄鋼の製造方法。
(%T.Fe)Ws/400 ≦QAl≦ (%T.Fe)Ws/300……（１）
但し、（１）式において各符号は以下を表すものである。
（%T.Fe）：スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度（質量％）
Ws：溶鋼上に存在するスラグ量（kg/ton-steel）
QAl：Ａｌ添加量（kg/ton-steel）
【請求項２】
請求項１に記載の清浄鋼の製造方法をＲＨ真空脱ガス装置を用いて実施し、不活性ガス吹き込みによる溶鋼とスラグとの攪拌後に、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽と溶鋼保持容器との間で溶鋼を環流させることを特徴とする清浄鋼の製造方法。
【請求項３】
固体電解質を用いた酸素センサーにより、スラグのＴ．Ｆｅ濃度を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の清浄鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄性に優れた鋼の製造方法に関し、詳しくは、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼の清浄性を高める方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物元素を極限まで低減することが望まれており、溶鋼段階での鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。鋼中の不純物元素の１つである酸素は、鋼中に酸化物として存在した場合、鋼板における欠陥の原因となる。
【０００３】
鋼の精錬段階において、鋼中に酸化物を生成させる要因の１つとして、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼と溶鋼上に浮遊するスラグとの反応、即ち、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物による溶鋼の再酸化が挙げられており、こうした背景からスラグによる溶鋼の再酸化を防止する対策が実施されている。
【０００４】
従来、この対策は溶鋼保持容器内のスラグにＡｌ等の脱酸剤（還元剤とも云う）を添加し、スラグを還元する方法が採られている。例えば、特開平２−３０７１１号公報には、精錬炉から取鍋への出鋼直後、未脱酸状態の溶鋼上で浮遊するスラグ上に脱酸剤を添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、特開平２−９３０１７号公報には、ＲＨ真空脱ガス装置における真空脱炭処理後に取鍋内スラグにＡｌを添加してスラグ中のＦｅＯを還元する方法が開示され、又、特開平７−３４１１７号公報には、出鋼中若しくは出鋼直後に取鍋内スラグにスラグ還元に必要な量の一部の脱酸剤を添加し、真空脱ガス精錬中に残りの脱酸剤を取鍋内スラグに添加する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平２−３０７１１号公報に開示された方法では、溶鋼が脱酸されるまでは溶鋼中の溶解酸素によりスラグが酸化されて、スラグ中に新たに低級酸化物が形成され、溶鋼が脱酸されるまでにスラグの酸素ポテンシャルが上昇してしまうので、溶鋼が脱酸された後のスラグによる再酸化を防止できないという問題点がある。多量の脱酸剤を添加すれば、この問題点は解消されるが、その場合には脱酸剤の原単位が悪化するという新たな問題点が生ずる。
【０００６】
又、特開平２−９３０１７号公報及び特開平７−３４１１７号公報に開示された方法では、真空脱ガス精錬中にスラグ還元用の脱酸剤を添加する際に、スラグ中の低級酸化物濃度が不明であるため、添加する脱酸剤が不足する場合には、スラグの還元が十分に行われず、一方、添加する脱酸剤が過剰の場合には、スラグの還元用に添加した脱酸剤が溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、取鍋等の溶鋼保持容器に収容された溶鋼のスラグによる再酸化を防止し、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。そして、溶鋼をＡｌで脱酸した後に溶鋼とスラグとを強制的に攪拌すれば、溶鋼中のＡｌとスラグ中のＦｅＯ等の鉄酸化物とが反応するので、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度は迅速に減少し、それ以降の溶鋼のスラグによる再酸化が防止されるであろうと考えた。尚、Ｔ．Ｆｅとはスラグ中の全ての鉄酸化物（ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 ）の鉄分の合計値である。
【０００９】
そこで、ＲＨ真空脱ガス装置を用いた精錬において、溶鋼の真空脱炭処理終了後に、溶鋼中の溶解酸素に対応し、溶鋼を脱酸するために必要な量の金属Ａｌと、鋼の成分規格に必要な量の金属Ａｌとを溶鋼に添加し、金属Ａｌの添加直後に溶鋼中に浸漬させたランスからＡｒを溶鋼中に吹き込み、溶鋼とスラグとを強制的に攪拌させた。これにより溶鋼中のＡｌとスラグ中の鉄酸化物とが反応して、スラグのＴ．Ｆｅは迅速に低下することが分かった。その際、溶鋼中のＡｌ濃度はその分低下するので、低下した分を追加補充した。
【００１０】
以上のことから、Ａｌで脱酸された溶鋼にスラグを還元するために必要な量のＡｌを添加し、その後、溶鋼へ不活性ガスを吹き込み、溶鋼とスラグとを強制的に攪拌すれば、溶鋼中のＡｌでスラグ中の鉄酸化物を迅速且つ十分に低減でき、溶鋼のスラグによる再酸化が防止可能であるとの知見を得た。
【００１１】
しかし、スラグを還元するために必要なＡｌ量は、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度に依存しており、従って、Ａｌを過剰に添加すればスラグ還元用に添加したＡｌが溶鋼中に歩留まり、溶鋼中のＡｌ濃度の調整が困難になり、一方、添加するＡｌが不足する場合にはスラグの還元が十分に行われない。そこで、溶鋼をＡｌにより脱酸した後、その溶鋼上に存在するスラグのＴ．Ｆｅ濃度を測定し、測定したＴ．Ｆｅ濃度に応じて添加する金属Ａｌ量を決めれば、過不足なく金属Ａｌを添加することができるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、これらの知見に基づきなされたもので、第１の発明による清浄鋼の製造方法は、溶鋼をＡｌにより脱酸した後、この溶鋼上に存在するスラグのＴ．Ｆｅ濃度を測定し、測定したＴ．Ｆｅ濃度と溶鋼上に存在するスラグ量とで算出される下記の（１）を満足する範囲のＡｌを溶鋼へ添加し、次いで、不活性ガス吹き込みにより溶鋼とスラグとを攪拌することを特徴とするものである。
【００１３】
(%T.Fe)Ws/400 ≦QAl≦ (%T.Fe)Ws/300……（１）
但し、（１）式において、（%T.Fe）はスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度（質量％）、Wsは溶鋼上に存在するスラグ量（kg/ton-steel）、QAlはＡｌ添加量（kg/ton-steel）を表すものである。
【００１４】
第２の発明による清浄鋼の製造方法は、第１の発明による清浄鋼の製造方法をＲＨ真空脱ガス装置を用いて実施し、不活性ガス吹き込みによる溶鋼とスラグとの攪拌後に、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽と溶鋼保持容器との間で溶鋼を環流させることを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明による清浄鋼の製造方法は、第１の発明又は第２の発明において、固体電解質を用いた酸素センサーにより、スラグのＴ．Ｆｅ濃度を測定することを特徴とするものである。
【００１６】
スラグ中の鉄酸化物をＡｌにより還元する反応は、下記の（２）式に示すように、３個のＦｅ原子と２個のＡｌ原子とが反応して還元反応が行われる。
【００１７】
3FeO + 2Al → 3Fe + 2Al2O3……（２）
従って、スラグ中の全ての鉄酸化物をＡｌにより還元する場合には、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度（質量％）と、溶鋼上に存在するスラグ量Ｗｓ（kg/ton-steel）と、スラグ還元用のＡｌ添加量ＱAl（kg/ton-steel）との間には、Ｆｅ及びＡｌの原子量から化学量論的に下記の（３）式が成立する。尚、（３）式の左辺はスラグ中の酸素量と添加するＡｌ量との比を表している。
【００１８】
(%T.Fe)Ws / QAl ＝ 310……（３）
それ故、（３）式の左辺に示す［（％Ｔ．Ｆｅ）Ｗｓ／ＱAl］の比（以下「酸素／Ａｌ比」と記す）が３１０を越える場合には、添加するＡｌが不足する状態を表し、一方、酸素／Ａｌ比が３１０よりも小さくなる場合には、添加するＡｌが過剰である状態を表すことになる。
【００１９】
そこで、Ａｌ脱酸された溶鋼上に存在するスラグのＴ．Ｆｅ濃度及びスラグの質量を測定すると共に、スラグ還元用のＡｌ添加量を種々変更して酸素／Ａｌ比を変更し、薄鋼板における酸化物系介在物による欠陥発生率に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。
【００２０】
その結果、酸素／Ａｌ比が大きくなるほど薄鋼板における欠陥発生率は増加するが、酸素／Ａｌ比が４００以下であれば、スラグによる溶鋼の再酸化は清浄性への影響がほとんどないレベルまで低減し、欠陥発生率は目標とする範囲に収まることが分かった。一方、酸素／Ａｌ比が３００未満では、溶鋼の清浄性の改善効果は飽和して変わらずに、過剰に添加されるＡｌが無駄になると共に、溶鋼のＡｌ濃度が増加して成分規格を越える場合が発生することが分かった。Ａｌは高価であり、酸素／Ａｌ比が３００未満の過剰のＡｌ添加は製造コストの上昇を招くのみである。
【００２１】
従って、本発明では酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲となるように、即ち、上記の（１）式を満足する範囲でスラグ還元用のＡｌ添加量を設定することにした。
【００２２】
その際、還元用Ａｌ添加後に行う、溶鋼への不活性ガス吹き込みによる溶鋼とスラグとの攪拌は、ＲＨ真空脱ガス装置における精錬中に行うことが好ましい。ＲＨ真空脱ガス装置における精錬では、取鍋と真空槽との間を環流する溶鋼流により溶鋼は激しく攪拌されているため、スラグ還元により生成したＡｌ2 Ｏ3 の浮上分離が促進され、溶鋼の清浄性を迅速に高めることができる。
【００２３】
又、スラグのＴ．Ｆｅ濃度の測定は、オンラインでの迅速測定が可能であるので、固体電解質を用いた酸素センサーにより行うことが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明で用いたＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【００２５】
図１に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置１は、上部槽６及び下部槽７からなる真空槽５と、下部槽７の下部に設けられた上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９とで、その主たる設備が構成されており、上部槽６には、真空槽５内に合金やフラックス等の原料を供給するための原料投入口１１と、排気装置（図示せず）と接続し、真空槽５内を排気する際のガス排出流路となるダクト１２とが設けられ、又、上昇側浸漬管８にはＡｒ吹き込み管１０が設けられている。Ａｒ吹き込み管１０からは環流用Ａｒが上昇側浸漬管８内に吹き込まれる構造となっている。
【００２６】
更に、真空槽５の側壁と取鍋２との間隙を昇降し、取鍋２内の溶鋼３に浸漬可能なランス１３が設置されており、ランス１３からはＡｒや窒素等の不活性ガスが溶鋼３中に吹き込まれる構造となっている。
【００２７】
このような構成のＲＨ真空脱ガス装置１における本発明の適用方法を以下に説明する。先ず、転炉や電気炉等で精錬して溶鋼３を得て、取鍋２に出鋼し、溶鋼３を収納する取鍋２を真空槽５の直下に搬送する。取鍋２内には転炉や電気炉での精錬で発生したスラグ４が一部混入し、溶鋼３の湯面を覆っている。
【００２８】
次いで、昇降装置（図示せず）にて取鍋２を上昇させ、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を取鍋２内の溶鋼３に浸漬させる。そして、Ａｒ吹き込み管１０から上昇側浸漬管８内にＡｒを吹き込むと共に、真空槽５内を排気装置にて排気して真空槽５内を減圧する。真空槽５内が減圧されると、取鍋２内の溶鋼３は、Ａｒ吹き込み管１０から吹き込まれるＡｒと共に上昇側浸漬管８を上昇して真空槽５内に流入し、その後、下降側浸漬管９を介して取鍋２に戻る流れ、所謂、環流を形成してＲＨ真空脱ガス精錬が施される。
【００２９】
真空脱炭処理のような、溶鋼３が未脱酸の状態で行うことが必要な精錬を最初に施した後、原料投入口１１を介して溶鋼３に金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等を添加し、溶鋼３をＡｌにより脱酸する。この場合の金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等の投入量は、溶鋼３中の溶解酸素を脱酸するために必要な量と製品成分規格を満足するために必要な量との合計量を添加する。溶鋼３中の溶解酸素量は、例えば固体電解質を用いた酸素センサー等により測定することができるが、操業条件に基づく経験から推定しても良い。
【００３０】
一方、溶鋼３がＲＨ真空脱ガス装置１における精錬の前に脱酸されており、未脱酸の状態で処理する必要がない場合には、溶鋼３のＡｌ濃度を測定又は推定し、必要ならば、製品成分規格を満足するために必要な量の金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等を、原料投入口１１を介して溶鋼３に添加する。溶鋼３中のＡｌ濃度は、溶鋼３から採取した分析用試料等から測定することや、溶鋼用酸素センサー等にて測定する溶鋼中の酸素活量から推定することができる。
【００３１】
このようにして、金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等の添加により溶鋼３がＡｌにより脱酸されたなら、スラグ４中のＴ．Ｆｅ濃度（％Ｔ．Ｆｅ）を測定する。前述したように、Ｔ．Ｆｅ濃度の測定には固体電解質を用いた酸素センサーを用いることが好ましい。この場合、酸素センサーによりスラグ４の酸素ポテンシャルを測定し、酸素ポテンシャルとＴ．Ｆｅ濃度との検量線を予め作成しておくことで、瞬時にスラグ４のＴ．Ｆｅ濃度を測定することができる。
【００３２】
又、取鍋２内のスラグ４の質量を測定する。スラグ４の質量は、スラグ４の厚みの測定又は溶鋼３を覆うスラグ４の面積率の目視測定等により測定することができる。取鍋２内に収容された溶鋼量から、溶鋼トン当たりのスラグ量（Ｗｓ）を求める。尚、スラグ４の質量測定は、Ａｌ脱酸後に行う必然性はなく、Ａｌ脱酸の前に予め測定しても良い。又、溶鋼量は転炉等から取鍋への出鋼時に取鍋を秤量することで把握できる。
【００３３】
このようにして測定したスラグ４のＴ．Ｆｅ濃度（％Ｔ．Ｆｅ）とスラグ量（Ｗｓ）とを前述の（１）式に代入し、スラグ４の還元に必要なＡｌの添加量（ＱAl）の範囲を設定する。そして、（１）式の範囲内の任意のＡｌ添加量（ＱAl）を決め、決定した添加量（ＱAl）に基づき金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等をスラグ４の還元用として原料投入口１１から溶鋼３に添加する。その際、金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等のＡｌ含有量に応じて、添加するＡｌ純分量が決定した添加量（ＱAl）と等しくなるようにする。
【００３４】
スラグ還元用Ａｌの添加に前後して、溶鋼３に浸漬させたランス１３から不活性ガスを吹き込み、溶鋼３とスラグ４とを強制的に攪拌する。この攪拌により、溶鋼３中のＡｌとスラグ４中の鉄酸化物との反応が起こり、スラグ４中のＴ．Ｆｅ濃度は３％以下まで低下し、それ以降のスラグ４による溶鋼３の再酸化を抑制することができる。この攪拌は、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を溶鋼３より引き上げてから行うことが操業面からは操作し易い。
【００３５】
ランス１３からの不活性ガス吹き込み終了後、発生したＡｌ2 Ｏ3 を浮上・分離させるために、溶鋼３を数分間程度環流させることが好ましい。尚、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等の成分を調整する必要がある場合には、この環流時に同時に行えば良い。その後、真空槽５を大気圧に戻してＲＨ真空脱ガス精錬を終了し、次工程の連続鋳造設備や普通造塊設備等の鋳造設備に取鍋２を搬出して溶鋼３を鋳造する。
【００３６】
このようにして溶鋼３及びスラグ４を処理することで、溶鋼３に過剰なＡｌを添加することなく、スラグ４のＴ．Ｆｅ濃度を迅速に且つ安定して低くすることができ、その結果、溶鋼３のスラグ４による再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となる。
【００３７】
尚、上記説明ではＲＨ真空脱ガス装置１を用いて本発明を実施したが、本発明はこれに限るものではなく、取鍋２内に収容された溶鋼３に金属ＡｌやＡｌ−Ｆｅ合金等を添加する設備と、取鍋２内に収容された溶鋼３とスラグ４とを不活性ガス吹き込みにより攪拌する設備があれば、どのような設備であっても本発明を実施することができる。
【００３８】
【実施例】
炭素濃度が０．０２〜０．０６質量％である約２５０トンの溶鋼を転炉から取鍋に未脱酸状態のまま出鋼し、図１に示すＲＨ真空脱ガス装置に搬送して精錬した。ＲＨ真空脱ガス装置では、先ず真空脱炭処理し、次いで、溶鋼中の溶解酸素量を酸素センサーで測定して、溶解酸素を脱酸するために必要な金属Ａｌ量と製品成分規格（０．０２〜０．０４質量％）を満足するために必要な金属Ａｌ量との合計量を添加した。
【００３９】
その後、環流用Ａｒ流量を３０００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空槽内の圧力を６６〜２６６Ｐａ（０．５〜２ｔｏｒｒ）の状態に維持したまま、取鍋の周方向４箇所に設置したランスを取鍋内の溶鋼に浸漬させ、これらのランスからＡｒを吹き込んで溶鋼とスラグとを攪拌しつつ、スラグ還元用の金属Ａｌを溶鋼に添加した。その際、取鍋内のスラグのＴ．Ｆｅ濃度を酸素センサーにより測定し、酸素／Ａｌ比が２８０〜４４０の範囲となるように金属Ａｌ量を調整して添加し、溶鋼の清浄性に及ぼす酸素／Ａｌ比の影響を調査した。取鍋内のスラグ量（Ｗｓ）は全ての試験において８kg/ton-steelに調整した。取鍋内スラグの組成はＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系であった。
【００４０】
スラグ還元用金属Ａｌの投入後、約２分間ランスによる溶鋼とスラグとの攪拌を続け、ランスからのＡｒ吹き込みの停止後、更に１分間溶鋼を環流させてＲＨ真空脱ガス装置による精錬を終了した。この環流中、必要に応じて溶鋼の成分調整を行った。以下、この精錬方法を製法１と呼ぶ。
【００４１】
その後、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を経て、薄鋼板製品とし、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。溶鋼の清浄性は、この表面欠陥の発生率を指数化した製品欠陥指数で評価した。製品欠陥指数が低いほど、清浄性が高いことを表しており、本発明では製品欠陥指数が０．５以下を清浄性に優れると評価した。
【００４２】
又、比較のために、転炉出鋼直後にスラグ還元用の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加し、その後、ＲＨ真空脱ガス装置にて真空脱炭処理し、次いで金属Ａｌを添加して溶鋼を脱酸する方法、即ち、溶鋼とスラグとを強制的に攪拌することなく単に転炉出鋼直後に金属Ａｌをスラグ上に添加する方法（製法２と呼ぶ）で製造した鋳片も薄鋼板に圧延し、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００４３】
更に、ＲＨ真空脱ガス装置におけるＡｌによる溶鋼の脱酸までは製法１と同一な方法で精錬し、溶鋼の脱酸後にスラグ還元用の金属Ａｌを取鍋内のスラグ上に添加するのみとし、溶鋼とスラグとを強制的に攪拌することなく製造する方法（製法３と呼ぶ）で製造した鋳片も薄鋼板に圧延し、薄鋼板製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。
【００４４】
表１に各試験における試験条件及び試験結果を示し、又、図２に酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を製法１、製法２、及び製法３で分別して示す。
【００４５】
【表１】
0003915386.tif 000002
【００４６】
表１及び図２に示すように、製法１で製造した薄鋼板においても酸素／Ａｌ比が４００を越えると、製品欠陥指数が０．５を越えて清浄性が劣化することが分かった。又、酸素／Ａｌ比が３００未満になると、製品欠陥指数は低く、清浄性の点からは全く問題なかったが、溶鋼のＡｌ濃度が増加するので成分調整に配慮する必要があった。酸素／Ａｌ比が３００〜４００の範囲では清浄性が高く、又、溶鋼のＡｌ濃度を調整する必要が全くなかった。一方、製法２及び製法３で製造した薄鋼板では、酸素／Ａｌ比の値に関わらず製品欠陥指数が高く、清浄性が良いとは必ずしも云えなかった。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内で製造した試験は実施例と表示し、製法１による製造方法でも金属Ａｌの添加量が本発明の範囲を外れた試験は比較例と表示し、製法２及び製法３により製造した試験は従来例と表示した。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、スラグ還元用Ａｌをスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度に応じて添加し、且つ、スラグ還元用Ａｌの添加後に溶鋼とスラグとを強制的に攪拌するので、溶鋼に過剰なＡｌを添加することなく、スラグのＴ．Ｆｅ濃度を安定して低くすることができ、その結果、溶鋼のスラグによる再酸化が抑制され、酸化物系介在物が極めて少ない高清浄鋼を安定して製造することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いたＲＨ真空脱ガス装置の縦断面概略図である。
【図２】酸素／Ａｌ比と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ＲＨ真空脱ガス装置
２  取鍋
３  溶鋼
４  スラグ
５  真空槽
６  上部槽
７  下部槽
８  上昇側浸漬管
９  下降側浸漬管
１０  Ａｒ吹き込み管
１１  原料投入口
１２  ダクト
１３  ランス
【図１】
0003915386.tif 000003
【図２】
0003915386.tif 000004