(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ含有量０．０１質量％以下，Ｎｉ含有量３０〜５０質量％のＮｉ鋼を溶製する際、ＲＨ真空脱ガス装置で溶鋼にＳｉ添加剤を投入して自由酸素が０．００７〜０．０１５質量％残るように脱酸した後、Ｓｉ添加剤投入後２〜３分経過した時点のＳｉ濃度をｌｏｇ｛［Ｓｉ濃度（質量％）］×［自由酸素濃度（質量％）］2｝＋２４８００／［溶鋼温度（Ｋ）］＝７．７５〜７．９５の関係から推定してＳｉ濃度調整し、続いてスラグ成分調整剤を投入し、取鍋スラグを改質することを特徴とする高Ｎｉ溶鋼の溶製方法。
【請求項２】
請求項１記載のスラグ成分調整剤として、１５〜４５質量％のＣａＦ2及び０〜１０質量％のＭｇＯを含み、残部がＣａＯ及び不可避的不純物からなるものを使用する高Ｎｉ溶鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転炉−ＲＨ法等で高炉溶銑から高純度高Ｎｉ鋼を製造する際の脱酸方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低熱膨張特性，磁気特性等を活用してシャドウマスク用材料，リードフレーム材料，磁性材料，封着合金，低温用構造物等として使用される材料として、たとえばＮｉ含有量が３０〜５０質量％の高純度Ｎｉ鋼やＦｅ−Ｎｉ合金（以下、高純度Ｎｉ鋼で総称する）が製造されている。高純度高Ｎｉ鋼を工業的規模で製造する場合、Ｆｅ及びＮｉの主要成分以外に不純物が不可避的に混入する。意図的に合金成分を添加することもあるが、特別な理由のある規格値を有する合金成分以外の元素，たとえばＣ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ等の元素が一般的に不純物として高純度Ｎｉ鋼又はＦｅ−Ｎｉ合金に混入する。
【０００３】
不純物含有量が多いと、種々の弊害がもたらされる。たとえば、シャドウマスク用材料では、不純物含有量の増加によって熱膨張係数が大きくなり、エッチング性も低下する。その結果、高純度高Ｎｉ鋼本来の材料特性が十分に発揮されなくなる。また、鋼製造時においても熱間加工性が低下して歩留りを下げ、製造コストを上昇させる。そのため、高純度高Ｎｉ鋼の溶製に際しては、不純物含有量を極力少なくすることが要求される。
なかでも極低Ｃが要求されることから、ＲＨ装置等の真空脱ガス設備を使用する二次精錬でＣ＋Ｏ→ＣＯの反応によってＣＯガスとして溶湯中のＣを除去する方法が採用されている。この精錬反応では、溶湯中に一定量以上の溶存酸素が要求されるので、必要に応じて酸素を添加している。その結果、脱炭精錬終了後に自由酸素を１０ｐｐｍ程度まで低減する必要があるため、Ａｌ，Ｆｅ−Ｓｉ等の添加による脱酸処理を施している。
【０００４】
高純度高Ｎｉ鋼をＡｌ脱酸すると、脱酸生成物であるＡｌ2 Ｏ3 は、二次精錬中に取鍋スラグに吸着され、溶湯中に残存することはない。しかし、脱酸に消費されなかったＡｌは、溶湯に残留し、鋳造工程への移動中や鋳造中に空気中の酸素と反応し、再酸化して再びＡｌ2 Ｏ3 を生成する。その結果、得られた鋳片等にＡｌ2 Ｏ3 系介在物が残留し、製品表面に疵を発生させる原因となる。
Ａｌ2 Ｏ3 系介在物に起因する悪影響を回避するためには、Ｆｅ−Ｓｉ等のＳｉ添加剤を使用した脱酸が採用される。Ｓｉ脱酸では、ある程度のレベルまで脱酸反応が進行するが、脱酸生成物であるＳｉＯ2 が浮上しないとそれ以上に脱酸が進行しない。ＳｉＯ2 の浮上を促進させるためには、取鍋スラグのＳｉＯ2 活量を低減することが要求される。そのため、ＣａＯやＣａＦ2 等のスラグ成分調整剤を溶鋼に添加して取鍋スラグのＳｉＯ2 活量を低減させることにより、初めて１０ｐｐｍ程度まで脱酸が進行する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ脱酸では、このように取鍋スラグのＳｉＯ2 活量を低減するために大量のＣａＯ，ＣａＦ2 等のスラグ調整剤を添加した後、ＲＨ真空脱ガス装置で二次精錬していた。ＣａＦ2 等の過剰添加は、スラグの融点を低下させるため耐火物を異常に損傷させ、取鍋炉壁や浸漬管の寿命を短くする原因となる。
また、Ｓｉ含有量を規格内に収める必要があるとき、Ｆｅ−Ｓｉ投入後のＳｉ濃度を確認する必要がある。この場合、採取した溶鋼を成分分析することによりＳｉ濃度を検出した後、Ｓｉ濃度を調整していた。そのため、溶鋼採取から分析値を得るまでに時間がかかり、二次精錬の処理時間が長くなることが避けられなかった。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ＲＨ処理の最後にＣａＯ，ＣａＦ2 等のスラグ成分調整剤を添加することにより、低融点の取鍋スラグがＲＨ浸漬管と接触している時間を短縮して耐火物の寿命延長を図り、ＲＨ操業を安定化させて高純度高Ｎｉ鋼を溶製することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱酸方法は、その目的を達成するため、Ｃ含有量０．０１質量％以下，Ｎｉ含有量３０〜５０質量％のＮｉ鋼を溶製する際、ＲＨ真空脱ガス装置で溶鋼にＳｉ添加剤を投入して自由酸素が０．００７〜０．０１５質量％残るように脱酸した後、Ｓｉ添加剤投入後２〜３分経過した時点のＳｉ濃度をｌｏｇ｛［Ｓｉ濃度（質量％）］×［自由酸素濃度（質量％）］2｝＋２４８００／［溶鋼温度（Ｋ）］＝７．７５〜７．９５の関係から推定してＳｉ濃度調整し、続いてスラグ成分調整剤を投入し、取鍋スラグを改質することを特徴とする。
スラグ成分調整剤としては、１５〜４５質量％のＣａＦ2及び０〜１０質量％のＭｇＯを含み、残部がＣａＯ及び不可避的不純物からなるものを使用することが好ましい。
【０００７】
【作用】
本発明においては、Ｓｉ脱酸した溶鋼中のＳｉ成分を確認してＳｉ濃度を調整した後、ＲＨ処理の最終段階でＣａＯ，ＣａＦ2等のスラグ成分調整剤を添加してスラグを改質している。自由酸素が０．００７質量％より小さいと、相当する［Ｓｉ］の範囲が０．０２質量％以上になり、Ｓｉ成分的中精度が悪くなる。一方、０．０１５質量％より大きいと、スラグ成分調整前に再度Ｆｅ−Ｓｉを添加し脱酸を行う必要がでてくる。この兼ね合いから、上述の範囲を設定した。その結果、低融点の取鍋スラグがＲＨ浸漬管と接触する時間が短縮され、耐火物の寿命が延長する。また、ＲＨ操業が安定した条件下で行われ、高純度高Ｎｉ鋼が高生産性で溶製される。
【０００８】
また、本発明者等による多数の実験結果から、Ｃ濃度が０．０１質量％以下であるとき、図１に示すようにＳｉ濃度及び自由酸素濃度との間に式（１）の関係が成立していることを見い出した。この関係式を使用して溶鋼中のＳｉ濃度を推定するとき、採取した溶鋼を分析してＳｉ濃度を検出する従来法における溶鋼採取から分析値の検出までにかかる時間が不要となり、精錬時間が短縮される。
ｌｏｇ｛［Ｓｉ濃度（質量％）］×［自由酸素濃度（質量％）］2｝
＋２４８００／［溶鋼温度（Ｋ）］＝７．７５〜７．９５・・・・（１）
スラグ成分調整剤としては、好ましくはＣａＯを主成分とし、１５〜４５質量％のＣａＦ2及び０〜１０質量％のＭｇＯを含むものが使用される。主成分ＣａＯには、製造過程で除去できない４質量％以下のＳｉＯ2分，０．０５質量％以下のＳ，Ｐ，Ｃ分，０．１質量％以下のＨ2Ｏ分が含まれる。ＣａＦ2の含有量が４５質量％を超えると耐火物の溶損が大きくなり、逆に１５質量％未満ではスラグ成分調整剤が溶融しにくくなり、何れも安定的な脱酸が困難になる。ＭｇＯは、ある程度混合することにより耐火物保護の役割を果たすが、１０質量％以上になるとスラグ脱酸（ＳｉＯ2活量を下げる）効果が小さくなる。これらの兼ね合いから、上述の範囲を設定した。
【０００９】
【実施例】
普通鋼や特殊鋼の製造に使用されている溶銑の予備処理，ＬＤ−ＲＨ法による転炉及びＲＨ真空脱ガス装置を使用し、Ｎｉ含有量が３０〜５０質量％の範囲にある種々の高純度高Ｎｉ鋼を製造した。その代表的な操業例を以下に説明する。
高純度高Ｎｉ鋼の成分目標値を、Ｃ：０．０１質量％以下，Ｓｉ：０．０５質量％以下，Ｎｉ：３５．５〜３６．５質量％，Ｐ：０．００５質量％以下，Ｓ：０．００３質量％以下，Ａｌ：０．０１質量％以下，Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ｎ：３０ｐｐｍ以下とし、その他の不純物成分を極力下げた３６％Ｎｉ鋼とした。
高炉溶銑６８トンを樋で脱Ｓｉ処理し、予備処理設備に移した。予備処理設備で、ソーダ灰１９ｋｇ／トン，ＣａＯ系脱Ｐ剤５６ｋｇ／トン及び酸素６．５Ｎｍ3／トンをそれぞれインジェクションし、脱Ｓ・脱Ｐを施した。
【００１０】
予備処理した溶銑を転炉に装入し、更に純Ｎｉ３１トン，脱酸剤としてＦｅ−Ｓｉ４００ｋｇ，造滓剤，塩基度調整・脱Ｐ剤としてＣａＯ２８００ｋｇ，炉壁保護用添加剤として軽焼ドロマイト９８０ｋｇ，スラグ粘度調整剤としてＣａＦ2 ４６０ｋｇ及び昇温剤としてカーボンブリケット１１５００ｋｇを装入した。装入後、酸素吹錬し、脱炭，Ｎｉ溶解，脱Ｓｉ，脱Ｐ及び脱Ｎした。
吹錬終了後に分析した結果、Ｐ，Ｓ，Ｎｉ及びＮの含有量は、何れも目標成分値の範囲に入っていており、溶鋼温度が２０２３Ｋと十分に上昇していた。この溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼段階では、造滓剤としてのＣａＯ３００ｋｇを予め取鍋内に装入しておき、取鍋内に転炉スラグが流出しないようにスラグカットした。
【００１１】
得られた高Ｎｉ溶鋼をＲＨ真空脱ガス設備に移し、真空脱炭，成分調整及び真空脱ガス処理を施した。このときのＲＨ処理パターンを、従来法と比較して図２に示す。処理後の溶鋼における自由酸素濃度を迅速分析装置で測定したところ、０．０１５質量％であった。そこで、脱酸剤としてＦｅ−Ｓｉ２００ｋｇを添加し、溶鋼を２分間環流処理した。環流処理後に自由酸素を分析したところ０．００８質量％であり、且つ溶鋼温度が１８７６Ｋ，Ｓｉ濃度が０．０４２〜０．０６６質量％の範囲で目標内にあると判断された。そこで、ＲＨ真空槽内にＣａＯ：５５質量％，ＣａＦ2：４５質量％のスラグ成分調整剤８００ｋｇを装入し、取鍋スラグ成分を調整した。その後、溶鋼を再度１０分間環流処理し、取鍋スラグにより脱酸した。ＲＨ出鍋時点における自由酸素濃度は、０．００１質量％であった。
以上の各工程における溶鋼成分値，溶鋼温度，溶鋼重量及びスラグ組成を表１に示す。
【００１２】
0003877826.tif 000002
【００１３】
表１にみられるように、ＲＨ真空脱ガス処理後の溶鋼は、各成分が目標値に達しており、溶鋼温度も適正であった。そこで、この溶鋼を連続鋳造工程で鋳造し、所定寸法形状をもつ高純度高Ｎｉ鋼素材を得た。得られた連鋳スラブの品質を調査した結果、介在物レベル及び表面品質レベル共に従来法で製造されたスラブとほぼ同等の性状を呈した。また、低融点の取鍋スラグがＲＨ耐火物に接触する時間が大幅に短縮されたので、耐火物の寿命が図３に示すように飛躍的に改善された。しかも、溶存酸素からＳｉの成分値を推定しているので、速やかにＳｉ濃度調整工程に入ることができ、二次精錬の処理時間５〜１０分が短縮された。その結果、高純度高Ｎｉ鋼を低コスト且つ高生産性で製造できることが判った。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、ＲＨ真空処理の最終過程でスラグ成分調整剤を添加して取鍋スラグを改質することにより、低融点スラグがＲＨ浸漬管に接触する時間を大幅に短縮させている。そのため、耐火物の寿命が大幅に改善され、製造コストの低減が図られる。また、溶存酸素からＳｉの成分値を推定しているので、速やかにＳｉ濃度調整過程に入ることができ、迅速な二次精錬が可能になる。このようにして、本発明によるとき、シャドウマスク材料，リードフレーム材料，磁性材料等として有用な高純度高Ｎｉ鋼を低コスト且つ高生産性で製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｆｅ−Ｓｉ投入後２分経過した時点における溶鋼Ｓｉ濃度と自由酸素濃度との関係を表したグラフ
【図２】  本発明法のＲＨ処理パターンを従来法と比較して示すグラフ
【図３】  本発明に従ったＲＨ浸漬管の寿命を従来法と比較して示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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