(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉精錬により得た溶鋼を転炉から取鍋に出鋼し、取鍋内の溶鋼上に浮遊するスラグにＡｌを含有するスラグ改質剤を添加してスラグを改質し、次いで、真空脱ガス処理して製造する高清浄鋼の製造方法において、転炉から出鋼直後のスラグが溶融状態のうちに、その先端が移動可能で且つ取鍋内の溶鋼湯面から鉛直方向に５００ｍｍ以上９８０ｍｍ以下離れ、溶鋼湯面に対して３０〜６０度傾斜したシュートを用い、シュート先端を取鍋内で円弧を描くように往復移動させる又はシュート先端を取鍋内で旋回させるように移動させながら前記スラグ改質剤を添加することを特徴とする高清浄鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物系非金属介在物の少ない清浄鋼の製造方法に関するもので、詳しくは、Ａｌによるスラグ改質方法を改善し、安定して清浄鋼を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の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、燐、硫黄等の不純物元素や、脱酸生成物、転炉スラグ及びモールドパウダー等を起源とする酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）を極力低減することが要望されている。この内、介在物は薄鋼板製品での表面欠陥の主原因となるため、精錬から鋳造に至るまで、その発生原因が検討され、そして、介在物の主要な発生原因の１つとして、取鍋内におけるスラグ中の鉄酸化物やＭｎＯ等の低級酸化物による溶鋼の再酸化が挙げられるに至り、介在物の少ない清浄鋼を製造する手段として、スラグに脱酸剤を添加して低級酸化物を還元する、所謂スラグ改質により溶鋼の再酸化を防止する方法が多数提案されてきた。
【０００３】
例えば、特開平４−７２００９号公報には、転炉から出鋼された未脱酸の溶鋼上に浮遊するスラグに、Ａｌ滓と生石灰とを添加してスラグ中の低級酸化物を還元すると共に、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を介在物の吸収に都合の良い範囲に調整し、次いで真空脱ガス設備にて脱酸して清浄鋼を製造する方法が開示されており、又、特開平７−３００６１０号公報には、転炉内にＣａＯを投入してスラグを固化させ、取鍋内に流出するスラグ量を少なくすると共に、取鍋内のスラグにＡｌを添加してスラグ中のＦｅＯを３ｗｔ％以下まで低減する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の試験操業では、上記の特開平４−７２００９号公報及び特開平７−３００６１０号公報に開示されたスラグ改質方法を用いても、例えば食缶等の極度に清浄性を要求される鋼種では、安定して高い清浄性を維持することができない。即ち、これらの公報ではスラグ改質剤であるＡｌの添加方法が規定されていないため、取鍋内のスラグの還元が均一に行なわれず、部分的に低級酸化物を多く含有するスラグが残留することがあるためである。このように、従来技術では、スラグの還元が未だ十分とは言えず、清浄性の高い鋼を安定して製造するまでには至っていない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、取鍋内のスラグを均一に、且つ十分に還元して溶鋼とスラグとの反応を防止し、介在物が少なく、清浄性の高い鋼を安定して製造する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による高清浄鋼の製造方法は、転炉精錬により得た溶鋼を転炉から取鍋に出鋼し、取鍋内の溶鋼上に浮遊するスラグにＡｌを含有するスラグ改質剤を添加してスラグを改質し、次いで、真空脱ガス処理して製造する高清浄鋼の製造方法において、転炉から出鋼直後のスラグが溶融状態のうちに、その先端が移動可能で且つ取鍋内の溶鋼湯面から鉛直方向に５００ｍｍ以上９８０ｍｍ以下離れ、溶鋼湯面に対して３０〜６０度傾斜したシュートを用い、シュート先端を取鍋内で円弧を描くように往復移動させる又はシュート先端を取鍋内で旋回させるように移動させながら前記スラグ改質剤を添加することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明者等は、Ａｌを含有するスラグ改質剤をシュートを用いて添加し、スラグ改質を実施する際に、スラグ改質剤の添加時期、スラグ改質剤を添加するシュート先端の高さ位置、シュートの溶鋼湯面に対する傾斜角度、及び、スラグ改質剤を均等に添加するための取鍋内におけるシュート先端の移動の有無の４つの条件を組み合わせた試験を行ない、これらの条件とスラグ改質との関係、及び、これらの条件と製品における介在物性欠陥の発生率との関係を調査した。
【０００８】
その結果、清浄性が高く、製品における介在物性欠陥の無い鋼を安定して製造するためには、スラグ中の鉄酸化物やＭｎＯ等の低級酸化物を部分的に還元して低下させるだけでは十分とはいえず、取鍋内のスラグ全体を均一に改質すること、即ち、低級酸化物を還元して低下すると共に低級酸化物のスラグ位置による較差を少なくすることが重要であることを見出した。以下に本発明者等の行なった試験結果を示す。
【０００９】
図４は、シュート先端と溶鋼湯面との距離がスラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を示す図であるが、図に示すように、シュート先端位置を取鍋内溶鋼湯面から鉛直方向に５００ｍｍ以上離すことで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を抑えること、即ち、スラグを均一化することができる。これは、シュート先端位置を鉛直方向に５００ｍｍ以上離すことで、添加されるスラグ改質剤が広がり、帯状に添加されることに起因すると思われる。
【００１０】
図５は、シュート傾斜角度がスラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を示す図であるが、図に示すように、シュート傾斜角度を３０〜６０度とすることで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を抑えること、即ち、スラグを均一化することができる。そして、シュート傾斜角度が４０〜５０度の範囲が特に好ましい。これは、シュート傾斜角度が３０度未満では、スラグに対するスラグ改質剤の鉛直方向の衝突力が弱く、スラグ改質剤の一部は空気と反応するため、スラグとスラグ改質剤との反応が十分に行なわれないことに起因し、又、シュート傾斜角度が６０度を越えると、スラグ改質剤の鉛直方向の衝突力が強くなりすぎて溶鋼と直接反応するＡｌ量が多くなり、スラグとスラグ改質剤との反応が十分に行なわれないことに起因すると思われる。
【００１１】
図６は、取鍋内でシュート先端を移動しながら添加した場合と、シュート先端を固定して添加した場合とで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を比較して示す図であるが、図に示すように、取鍋内でシュート先端を移動させることで、スラグ改質剤をスラグの広い範囲に添加することができるので、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を抑えること、即ち、スラグを均一化することができる。
【００１２】
図７は、スラグ改質剤を転炉出鋼直後のスラグが溶融しているうちに添加した場合と、ＲＨ真空脱ガス装置での真空処理前に添加した場合とで、スラグ中のＴ．Ｆｅと製品欠陥指数との関係を比較して示す図であるが、図に示すように、脱ガス処理前に添加した場合には、スラグ中のＴ．Ｆｅの較差が少なくなってもスラグ中のＴ．Ｆｅの絶対量が多く、製品欠陥指数が高くなる。これに対して、転炉出鋼直後に添加した場合には、スラグ中のＴ．Ｆｅは１．０ｗｔ％以下まで減少し、製品における介在物性の欠陥が防止される。これは、スラグが溶融しているうちにスラグ改質剤を添加するので、スラグとスラグ改質剤との反応が迅速に行なわれ、鉄酸化物やＭｎ酸化物等の低級酸化物の還元が促進するためである。
【００１３】
本発明は、これらの全ての条件を満足する条件でスラグ改質を行なうので、スラグ中の低級酸化物の含有量が少なくなると共に、取鍋内のスラグ全体を均一に改質することができ、その結果、介在物が少なく、清浄性の高い鋼を安定して製造することができる。尚、本発明に用いるＡｌを含有するスラグ改質剤とは、金属Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｌ滓、及びこれらの混合物、又は、これらと生石灰やアルミナ等のフラックスとの混合物であり、又、Ｔ．Ｆｅとは、スラグ中の全ての鉄酸化物（ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 等）の鉄分の総和を表わすものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づき説明する。図１は、本発明の工程を示す概要図、図２は、本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す図であり、図２（ａ）は側断面概要図、図２（ｂ）は平面概要図である。
【００１５】
図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑を転炉２に装入し、上吹き酸素ランス８を介して酸素ガスを溶銑に吹き付けて脱炭精錬を行い、転炉２内に溶鋼５とスラグ６とを得て、次いで、溶鋼５を取鍋３に出鋼する。転炉２からの出鋼直後、Ａｌを含有するスラグ改質剤７を取鍋３内に添加する。尚、高炉１からの出銑後、脱硫や脱燐等の溶銑予備処理を行っても良く、又、出鋼時に溶鋼５をＡｌ等で脱酸しても、若しくは未脱酸のままとしてもどちらでも良く、要求される鋼成分により適宜決めれば良い。
【００１６】
スラグ改質剤７は、図２に示すように、スラグ改質剤７を収納するホッパー９に接続するシュート１０を介し、切り出しバルブ１１を調整して添加する。その際に、シュート１０は傾斜角度θを３０〜６０度とし、シュート先端１０ａと取鍋３内の溶鋼湯面との鉛直方向距離Ｈを５００ｍｍ以上とし、そして、シュート先端１０ａを取鍋３内で移動可能とする。図２では、シュート１０は移動装置１２と連結されており、シュート先端１０ａが取鍋３内で円弧を描いて往復移動しつつ、スラグ改質剤７を添加する構造となっている。又、スラグ改質剤７は、転炉２からの出鋼直後の、まだ取鍋３内のスラグ６が溶融状態のうちに添加する必要があり、従って、出鋼後少なくとも５分以内に添加することとする。そのため、出鋼直後、受鋼台車１３に積載された取鍋３が転炉２の炉下にあるうちに添加することが好ましい。
【００１７】
スラグ改質剤７の添加量は、スラグ改質剤７中のＡｌ量がスラグ６のｋｇ当たりで０．１〜０．５ｋｇの範囲となるようにすることが好ましい。スラグ６のｋｇ当たり０．１ｋｇ未満では十分にスラグ６中の低級酸化物を還元できない虞があり、又、０．５ｋｇを越えると空気と反応するＡｌが多くなり、歩留りが悪化するからである。取鍋３内のスラグ６の量は、例えば、取鍋３内のスラグ６の厚みを測定することで把握することができる。スラグ改質剤７の添加後、取鍋３をＲＨ真空脱ガス装置４に搬送する。
【００１８】
ＲＨ真空脱ガス装置４では、要求される鋼成分に応じて、脱炭処理、脱硫処理、脱酸剤の添加、及び、成分調整・溶鋼温度調整を行ない、次いで、次工程の連続鋳造設備等の鋳造工程に搬出して溶鋼５を鋳造する。
【００１９】
このようにして溶鋼５上のスラグ６を改質することで、スラグ６を均一に且つ十分に還元することができ、その結果、スラグ６による溶鋼５の再酸化を防止して介在物の少ない清浄鋼を安定して製造することができる。
【００２０】
尚、上記説明では、シュート先端１０ａが取鍋６内で円弧を描いて往復移動する構成であるが、シュート先端１０ａの移動方法は上記に限るものではなく、例えば取鍋３内で旋回させるようにしても良い。又、上記説明では、上吹き型の転炉２で説明したが、転炉２は上吹き型に限るものではなく、底吹き型転炉や上底吹き型転炉であっても良い。
【００２１】
【実施例】
図２に示すシュートを用い、スラグ改質剤を添加してスラグ改質を実施する際に、スラグ改質剤の添加時期（出鋼直後と脱ガス処理前の２水準）、シュート先端と溶鋼湯面との距離Ｈ（１５０〜９８０ｍｍ）、シュートの傾斜角度θ（１５〜８５度）、及び、添加時の取鍋内におけるシュート先端の移動の有無（移動と固定の２水準）の４つの条件を組み合わせた合計５２ヒートの試験操業を行ない、これらの条件とスラグ改質との関係、及び、これらの条件と製品における介在物性欠陥の発生率との関係を調査した。
【００２２】
試験操業は次のようにして行なった。先ず、溶銑予備処理にて脱硫及び脱燐した溶銑を上底吹き型転炉に装入すると共に生石灰をフラックスとして添加して脱炭精錬し、炭素濃度が０．０４〜０．０５ｗｔ％の１ヒート２５０トンの溶鋼を未脱酸状態で取鍋に出鋼し、出鋼後、スラグ改質剤として金属Ａｌを用い、図２に示すシュートを介して取鍋内に金属Ａｌを３５０ｋｇ添加した。試験操業における取鍋内のスラグ量は、１．５〜２．０トンであった。次いで、スラグ改質剤の添加後、ＲＨ真空脱ガス装置においてＡｌ脱酸、成分調整、及び溶鋼温度調整を実施し、脱ガス処理後、連続鋳造機にて厚み２２０ｍｍ、幅９５０ｍｍの鋳片に鋳造した。
【００２３】
スラグ改質剤添加後、取鍋の北位置を１２時として、３時、６時、９時のそれぞれの位置からスラグを採取してスラグ中のＴ．Ｆｅを分析し、スラグ改質が均一に行なわれているか否かを調査した。又、鋳片を薄鋼板に圧延後、薄鋼板の介在物による表面欠陥発生率を調査し、表面欠陥発生率を指数化した製品欠陥指数で鋳片の清浄性を評価した。表１及び表２に５２ヒートの試験操業の試験条件と調査結果とを示す。尚、表１及び表２のスラグ中Ｔ．Ｆｅの欄において、（Ａ）は取鍋内の１２時の位置、（Ｂ）は３時の位置、（Ｃ）は６時の位置、（Ｄ）は９時の位置で、「較差」は（Ａ）〜（Ｄ）のなかの最大の較差を示し、「平均」は（Ａ）〜（Ｄ）の平均値を示している。又、製品欠陥指数が低いものほど、表面欠陥発生率が低いことを表わしている。
【００２４】
【表１】
0004042225.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004042225.tif 000003
【００２６】
図３は、５２ヒートの全ての試験操業におけるスラグ中のＴ．Ｆｅの平均値と製品欠陥指数との関係を調査した結果を示す図であるが、図３に示すように、スラグ中のＴ．Ｆｅの平均値が増加するほど製品での欠陥発生率が高くなるが、スラグ中のＴ．Ｆｅの平均値が１ｗｔ％以下であっても、スラグ中のＴ．Ｆｅの較差が大きい場合には、製品で欠陥が発生することが分かった。即ち、製品における介在物性欠陥を防止するためには、スラグ中のＴ．Ｆｅを１．０ｗｔ％以下まで下げると共に、スラグ中のＴ．Ｆｅの較差を０．４ｗｔ％以下に下げる必要があることが分かった。
【００２７】
図４は、シュート先端と溶鋼湯面との距離Ｈのみを変更し、その他の条件を同一とした試験No.１〜２２の試験操業において、シュート先端と溶鋼湯面との距離Ｈが、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を示す図であるが、図４に示すように、シュート先端位置を取鍋内溶鋼湯面から５００ｍｍ以上離すことで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を０．４ｗｔ％以下に抑えること、即ち、スラグを均一化することができることが分かった。
【００２８】
図５は、シュート傾斜角度θのみを変更し、その他の条件を同一とした試験No.１〜１２及び試験No.２３〜３２の試験操業において、シュート傾斜角度θがスラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を示す図であるが、図５に示すように、シュート傾斜角度θを３０〜６０度とすることで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を抑えること、即ち、スラグを均一化することができることが分かった。
【００２９】
図６は、試験No.１〜１２及び試験No.３３〜４２の試験操業において、その他の条件を同一として、取鍋内でシュート先端を移動しながら添加した場合と、シュート先端を固定して添加した場合とで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を比較して示す図であるが、図６に示すように、取鍋内でシュート先端を移動させることで、スラグ改質剤をスラグの広い範囲に添加することができるので、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差を抑えること、即ち、スラグを均一化することができることが分かった。
【００３０】
図７は、試験No.１〜１２及び試験No.４３〜５２の試験操業において、その他の条件を同一として、スラグ改質剤を転炉出鋼直後の５分以内に添加した場合と、ＲＨ真空脱ガス装置での真空処理前に添加した場合とで、スラグ中のＴ．Ｆｅと製品欠陥指数との関係を比較して示す図であるが、図７に示すように、真空処理前に添加した試験では、スラグ中のＴ．Ｆｅの較差を少なくすることはできても、スラグ中のＴ．Ｆｅの絶対量が多く、製品欠陥指数が高くなることが分かった。これに対して、転炉出鋼直後に添加することで、スラグ中のＴ．Ｆｅを１．０ｗｔ％以下まで低減できることが分かった。
【００３１】
このように、上記の全ての条件を満足する条件、即ち、転炉からの出鋼直後に、シュート先端が取鍋内の溶鋼湯面から鉛直方向に５００ｍｍ以上離れ、３０〜６０度の傾斜角度θを有するシュートを介して、シュート先端を取鍋内で移動させながらスラグ改質剤を添加してスラグ改質を行なえば、スラグ中のＴ．Ｆｅを１．０ｗｔ％以下に抑えられると共に、取鍋内スラグ全体を均一に改質することができるので、介在物が少なく、清浄性の高い鋼を安定して製造することができることが分かった。尚、表１及び表２の備考欄に、本発明の範囲内の試験操業を実施例とし、その他の試験操業を比較例として表示した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、溶鋼上に存在するスラグを均一に且つ十分に還元することができるので、スラグによる溶鋼の再酸化が防止され、介在物の極めて少ない清浄鋼を安定して製造することができ、その工業的効果は格別である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を示す概要図である。
【図２】本発明によるスラグ改質の実施の形態の例を示す図であり、（ａ）は側断面概要図、（ｂ）は平面概要図である。
【図３】試験操業におけるスラグ中のＴ．Ｆｅの平均値と製品欠陥指数との関係を示す図である。
【図４】試験操業において、シュート先端と溶鋼湯面との距離Ｈが、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
【図５】試験操業において、シュート傾斜角度θがスラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
【図６】試験操業において、シュート先端を移動した場合と固定した場合とで、スラグ中Ｔ．Ｆｅの最大較差に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
【図７】スラグ改質剤の添加時期を変更した試験操業において、スラグ中のＴ．Ｆｅと製品欠陥指数との関係を比較して示す図である。
【符号の説明】
１  高炉
２  転炉
３  取鍋
４  ＲＨ真空脱ガス装置
５  溶鋼
６  スラグ
７  スラグ改質剤
８  上吹き酸素ランス
９  ホッパー
１０  シュート
１１  切り出しバルブ
１２  移動装置
１３  受鋼台車
【図１】
0004042225.tif 000004
【図２】
0004042225.tif 000005
【図３】
0004042225.tif 000006
【図４】
0004042225.tif 000007
【図５】
0004042225.tif 000008
【図６】
0004042225.tif 000009
【図７】
0004042225.tif 000010