(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉出鋼後の溶鋼をＲＨ真空脱ガス槽内で脱酸処理後、引き続き脱硫処理を行う工程において、前記溶鋼を前記ＲＨ真空脱ガス槽内に還流させて脱炭処理し、次いでアルミニウム脱酸することにより脱硫前の鋼中の酸可溶性アルミニウム［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度を０．０５０質量％以上から０．１０質量％以下までの範囲に調整したのち、脱硫前の鋼中の酸可溶性アルミニウム量を［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］とした場合に、溶鋼１トン当たりのＣａＦ2 純分で｛３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］）｝ｋｇ以上に相当するＣａＦ2 を含む脱硫剤を前記溶鋼に添加して脱硫後の鋼中の酸可溶性アルミニウム［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度を０．０１０質量％以下にすることを特徴とする高純度鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は純鉄等の不純物の含有量が少ない高純度鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉法と転炉法を組み合わせた銑鋼一貫製造工程を用いて高純度鋼を製造する場合は、炭素、珪素、マンガン、燐、硫黄、酸素、アルミニウム等の不純物を各工程でできるだけ低減する必要がある。これらの不純物元素のうち炭素、珪素、マンガン、燐、硫黄は高炉での鉄鉱石の還元過程において主として混入し、酸素及びアルミニウムは転炉での酸素吹錬および脱酸過程において混入する。このうち珪素、マンガン、燐は、溶銑での脱燐処理と転炉精錬とにより容易に目標値以下にすることができ、また、酸素も脱酸剤であるアルミニウムを添加することで目標の範囲まで低減することが可能である。一方、炭素および硫黄は、転炉精錬後に、更に炉外精錬法などの二次精錬で除去されることが一般的である。
【０００３】
転炉精錬後の二次精錬において極低硫・極低炭素鋼を溶製する場合に、脱硫反応は還元反応であり、又、脱炭反応は酸化反応であるため、同時に脱硫反応と脱炭反応を進行させることは不可能である。よって、極低硫・極低炭素鋼の製造方法は、例えば、特開平５−３３１５２４号公報に開示されているように、転炉にて脱酸剤を添加せずに出鋼し、脱ガス設備にて溶鋼中の酸素と炭素を反応させ脱炭を行い、ついで溶鋼を脱酸剤を添加することにより脱酸して溶鋼中の溶解酸素を数ｐｐｍ以下として、その後、還元状態で脱硫を行う方法が一般的である。
【０００４】
さらに、上記の特開平５−３３１５２４号公報の方法では、取鍋内の脱硫剤と溶鋼をガスインジェクションによって撹拌して脱硫する場合に、脱硫処理中の炭素のピックアップを防止するため、脱炭処理前にスラグ−メタル界面を強撹拌し、脱硫剤となるスラグ中の炭素分をあらかじめ分解または除去しておくことがなされている。
【０００５】
また、最近では特開昭６１−１３０４１３号公報等にはＲＨ脱ガス工程に脱硫機能を付加する技術が開示されている。この技術によれば、ＲＨ脱ガス工程にて脱炭、脱酸、脱硫の全ての工程を行い、極低硫・極低炭素鋼を製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の方法では極低炭素と極低硫黄は達成されるが、脱硫の前に脱酸剤であるアルミニウムの添加が必須であり、無視できない量のアルミニウムが溶鋼中に残存してしまうので、純鉄等の極低硫・極低炭素・低アルミニウムの高純度鋼には適用することができない。
【０００７】
また、例えば脱硫後に溶鋼中に酸素を吹き込み、酸素によってアルミニウム等の脱酸用元素を燃焼させて除去する方法をとった場合に、これら元素の酸化物が介在物として鋼中に残留して品質上有害である。また、酸素を添加することにより、取鍋内の脱硫用スラグからの復硫がおこるので、酸素添加前に脱硫用スラグを取鍋から除滓することが必要となり、プロセスが煩雑になる。
【０００８】
本発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、精錬プロセスを煩雑化することなく、酸可溶性アルミニウム量が少ない極低硫・極低炭素・低アルミニウムの高純度鋼を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高純度鋼の製造方法は、転炉出鋼後の溶鋼をＲＨ真空脱ガス槽内で脱酸処理後、引き続き脱硫処理を行う工程において、前記溶鋼を前記ＲＨ真空脱ガス槽内に還流させて脱炭処理し、次いでアルミニウム脱酸することにより脱硫前の鋼中の酸可溶性アルミニウム［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度を０．０５０質量％以上から０．１０質量％以下までの範囲に調整したのち、脱硫前の鋼中の酸可溶性アルミニウム量を［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］とした場合に、溶鋼１トン当たりのＣａＦ2 純分で｛３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］）｝ｋｇ以上に相当するＣａＦ2 を含む脱硫剤を前記溶鋼に添加して脱硫後の鋼中の酸可溶性アルミニウム［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度を０．０１０質量％以下にすることを特徴とする高純度鋼の製造方法。
【００１０】
脱硫前における鋼中の酸可溶性アルミニウム［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度を０．０５０質量％以上に規定する理由は、脱硫反応が下式（１）の反応により進行するので、脱硫反応前［ｓｏｌ．Ａｌ］を確保し、鋼中の溶解酸素［Ｏ］を低減して右辺への反応の駆動力を高めるためである。
【００１１】
一方、［ｓｏｌ．Ａｌ］を０．２０質量％以下に規定する理由は、これ以上の量を添加したとしても、［ｓｏｌ．Ａｌ］による鋼中の溶解酸素の低減化効果は飽和してしまうので、アルミニウム及びＣａＦ2 の添加量が増加すること、更にはＲＨ脱ガス設備での精錬時間が延長され、製造コストが増加するためである。
【００１２】
ＣａＯ＋［Ｓ］＝ＣａＳ＋［Ｏ］            …（１）
この時、ＲＨ脱ガス装置での減圧下での処理であるため、鋼中のアルミニウムは脱硫剤に含まれるＣａＦ2 と反応し、弗素化合物（ＡｌＦ3 ）となって蒸発して、脱アルミニウムが脱硫と共に進行する。
【００１３】
この際に、脱硫開始前の［ｓｏｌ．Ａｌin］に対して（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））ｋｇ／トン以上のＣａＦ2 純分量を吹き込めば、脱硫後の鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌ］を０．０１０質量％以下まで脱アルミニウムすることが可能であり、低アルミニウム含有量の鋼種にも適用できることを見いだした。これは以下の理由による。
【００１４】
図４は、横軸に［ｓｏｌ．Ａｌ］（質量％）をとり、縦軸に［ｓｏｌ．Ａｌ］の減少速度（×１０-3）をとって、１分間にＣａＦ2 純分当たりで２０ｋｇを２５０トンの溶鋼に添加した時の、溶鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌ］濃度と［ｓｏｌ．Ａｌ］の減少速度を調査した結果を示すグラフ図である。この結果より、溶鋼の脱アルミニウム速度は下式（２）で表わせることが判明した。
【００１５】
ｄ［ｓｏｌ．Ａｌ］／ｄｔ＝−０．１×［ｓｏｌ．Ａｌ］  …（２）
ここで、［ｓｏｌ．Ａｌ］が減少して、脱硫前の鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌin］から０．０１０質量％になるまでの時間（ｔ）は、上式（２）を積分して下式（３）のように得られる。
【００１６】
ｔ＝４６．１＋１０×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））  …（３）
この時のＣａＦ2 純分当たりの添加量は０．０８ｋｇ／トンであるので、溶鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌ］が０．０１０質量％以下となるに必要なＣａＦ2 純分の添加量は下式（４）によって求まる。
【００１７】
ＣａＦ2 の必要量（kg／トン）
＝０．０８×ｔ
＝３．７＋０．８×ln([質量％sol.Ａｌin])          …（４）
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。高炉出銑後、溶銑予備処理で脱硫、脱燐処理した溶銑を用いて転炉にて精錬し、未脱酸状態で取鍋２に出鋼後の溶鋼３を、図１に示すようなＲＨ脱ガス設備１にて、真空槽４の内部を排気装置にて排気しつつ、上昇側浸漬管１０から環流用Ａｒガスを導入管９を介して導入して、溶鋼３を真空槽４内に環流して真空脱炭を行い、溶鋼の炭素量を１５ｐｐｍまで低下させた。次いで、アルミニウムを合金投入孔８より溶鋼３に添加して、溶鋼の［ｓｏｌ．Ａｌ］が０．０５０質量％以上で０．１０質量％以下の範囲となるように脱酸した。
【００１９】
その後、取鍋底部に設置した粉体吹き込みノズル６より上昇側浸漬管１０内にＡｒガスをキャリアガスとして、ＣａＯ−ＣａＦ2 系の脱硫剤を脱硫前の鋼中［ｓｏｌ．Ａｌin］に対して、ＣａＦ2 純分で（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））ｋｇ／トン以上吹き込み、脱硫と脱アルミニウムを行った。その後、この溶鋼を連続鋳造設備等で鋳造し鋳片を得た。
【００２０】
この際に、脱炭中に真空槽４内に酸素ガス、鉄鉱石等の酸素含有物質を添加して、脱炭反応の酸素源とすることも可能であり、また、脱硫剤を上昇側浸漬管１０の側壁からキャリアガスと共に添加することや真空槽上部からランスノズル等を通して吹き付けるなど種々の方法が可能である。
【００２１】
実施例として、転炉から出鋼された２５０トン未脱酸溶鋼を、ＲＨ脱ガス設備にて真空脱炭し、その後アルミニウムを添加して脱酸し、更に、粉体の脱硫剤を取鍋底よりキャリアガスとしてアルゴンガスインジェクションにて脱硫を行い、その後連続鋳造機にて鋳造した。その条件及び結果を以下に示す。
【００２２】
使用したＣａＯ−ＣａＦ2 系の脱硫剤のＣａＦ2 含有量は２０〜６０質量％である。溶鋼の成分分析試料は、ＲＨ脱ガス設備でのアルミニウム脱酸後であって、脱硫処理前の時点と、ＲＨ脱ガス設備での精錬終了時点とで取鍋から、又、連続鋳造におけるタンディッシュ内から採取し、炭素濃度、硫黄濃度、［ｓｏｌ．Ａｌ］を分析した。最終成分値はタンディッシュ内の試料で判断した。
【００２３】
脱硫処理前の時点の［ｓｏｌ．Ａｌ］を［ｓｏｌ．Ａｌin］として、（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））を算出し、算出値以上のＣａＦ2純分となるように、ＣａＯ−ＣａＦ2 系の脱硫剤を吹き込んだ。
【００２４】
一方、比較例として、脱硫処理前の［ｓｏｌ．Ａｌin］が０．０５０質量％以下、あるいは脱硫剤のＣａＦ2 純分が、（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））ｋｇ／トン以下の場合のテストも行った。
【００２５】
これらのテスト結果を表１に示す。表中にて試料Ｎｏ．１〜１０は実施例を、試料Ｎｏ．１１〜２０は脱硫処理前の［ｓｏｌ．Ａｌin］が０．０５０質量％以下の比較例を、試料Ｎｏ．２１〜３０は脱硫剤のＣａＦ2 純分の吹き込み量が（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））ｋｇ／トン以下の比較例をそれぞれ示す。
【００２６】
その結果、実施例のＮｏ．１〜１０ではいずれの場合も、タンディッシュ内成分値で、炭素濃度が２０ｐｐｍ以下、硫黄濃度が１０ｐｐｍ以下、［ｓｏｌ．Ａｌ］が０．０１０質量％以下が安定的に得られた。これに対して比較例のＮｏ．１１〜２０では脱硫前の［ｓｏｌ．Ａｌ］が低すぎ、硫黄濃度の１０ｐｐｍ以下が得られなかった。また、比較例のＮｏ．２１〜３０ではＣａＦ2 量が足りず、［ｓｏｌ．Ａｌ］の０．０１０質量％以下が得られなかった。
【００２７】
図２は、上記の全実施例、比較例について、横軸に脱硫前の［ｓｏｌ．Ａｌin］をとり、縦軸に吹き込みＣａＦ2 量をとったグラフ図である。図中にて黒丸はタンディッシュ内の成分値で［ｓｏｌ．Ａｌ］が０．０１０質量％以下に低下したものに相当し、白丸は０．０１０質量％以下には低下しなかったものに相当する。図中の曲線Ａは式（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））をかきこんだものである。テストのプロット位置が曲線Ａより上であれば、タンディッシュ内の成分値で［ｓｏｌ．Ａｌ］は０．０１０質量％以下まで除去できることが判明した。
【００２８】
図３は、上記の全実施例、全比較例について、横軸にＣａＦ2 の必要吹き込み量である（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））と実吹き込み量との差分をとり、縦軸にタンディッシュ内での［ｓｏｌ．Ａｌ］をとったグラフ図である。必要吹き込み量以下では、［ｓｏｌ．Ａｌ］の０．０１０質量％以下が得られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、所定の炭素レベルまで脱炭後、アルミニウムで脱酸し、その後上昇側浸漬管内にＣａＦ2 を含む脱硫剤を［ｓｏｌ．Ａｌin］に対して（３．７＋０．８×ln（［質量％ｓｏｌ．Ａｌin］））ｋｇ／トン以上吹き込むことにより、脱硫を促進しつつ、鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌ］をＡｌＦ3 として除去することができるよう構成したので、その結果、［ｓｏｌ．Ａｌ］が０．０１０質量％以下の極低硫・極低炭素かつ低アルミニウムの高純度鋼を得ることができる。
【００３０】
【表１】
0003899555.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したＲＨ脱ガス装置の概略図である。
【図２】  本発明の効果を確認するためのテスト結果の一例で、［ｓｏｌ．Ａｌ］≦０．０１０質量％が得られたものと得られなかったものの、脱硫前の［ｓｏｌ．Ａｌ］とＣａＦ2 純分原単位との相関の差を示したグラフ図である。
【図３】本発明の効果を確認するためのテスト結果の一例で、必要ＣａＦ2 量と実吹き込み量の差分と最終［ｓｏｌ．Ａｌ］値との相関関係である。
【図４】１分間にＣａＦ2 純分当たり２０ｋｇを含有する脱硫剤を２５０トンの溶鋼に添加した時の、溶鋼中の［ｓｏｌ．Ａｌ］と［ｓｏｌ．Ａｌ］の減少速度の関係を示す図である。
【符号の説明】
２…取鍋、３…溶鋼、４…真空脱ガス槽、
５…脱硫剤、６…吹込ノズル、７…スラグ、８…合金投入孔、９…Ａｒガス導入管、１０，１１…浸漬管、１３…排気通路。
【図１】
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【図２】
0003899555.tif 000004
【図３】
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【図４】
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