(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼にＭｇを添加して、凝固組織を微細化する処理方法において、前記溶鋼を覆うスラグ中に、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を１〜１１．３質量％の濃度で含有させ、前記溶鋼を覆う前記スラグの厚みを５０〜２００ｍｍに調整しておくことを特徴とする溶鋼のＭｇ処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶鋼のＭｇ処理方法において、前記溶鋼中に含まれるＡｌ2Ｏ3を０．００５〜０．１０質量％とすることを特徴とする溶鋼のＭｇ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ＭｇやＭｇ合金のＭｇ歩留りを高くし、鋳造した鋳片の凝固組織や鋼材の組織を微細にする溶鋼のＭｇ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳片は、溶鋼を造塊法や連続鋳造法等により、スラブやブルーム、ビレット、薄肉鋳片等に鋳造し、これを所定のサイズに切断することにより製造している。また、鋳片を均熱炉等を用いて加熱し、圧延や鍛造等の加工を施すことにより、鋼板や形鋼等の鋼材が製造される。
しかし、鋳片の凝固組織（以下組織という）や鋼材の組織が粗大な場合、組織の粗大化に起因した表面割れ等の表面欠陥や内部割れ、中心偏析、センターポロシティ等の内部欠陥が発生し、鋳片や鋼材の手入れや屑化等による歩留りの低下を招く等の問題がある。
この対策として、特開平７−４８６１６号公報には、溶鋼を覆ったスラグのＭｇＯの含有量を３〜１５質量％、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯの総量を５質量％以下に調整したＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系である溶鋼に、金属ＭｇやＭｇ合金を添加する方法が記載されている。そして、溶鋼に添加したＭｇ歩留りの向上を図り、粗大化し易いＡｌ2Ｏ3を微細な酸化物にして、鋳片や鋼材の欠陥を防止している。
また、特開平９−１９４９８６号公報には、溶鋼にＮｂ、Ｖ、Ｍｏ等を微量添加し、Ｍｇを添加して、さらに加速冷却圧延することにより、微細ベイナイト組織を備えた高強度で靱性に優れた鋼材を製造する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−４８６１６号公報では、溶鋼を覆ったスラグのＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯの総量を５質量％以下に調整しているため、スラグ中のＳｉＯ2の含有量が多い場合は、金属ＭｇやＭｇ合金を添加した際に、含まれるＳｉＯ2と反応してＭｇ歩留りが低下する。しかも、Ｍｇ歩留りの低下は、溶鋼中のＡｌ2Ｏ3等をＭｇＯを含む酸化物に改質することができず、Ａｌ2Ｏ3系の粗大な酸化物が形成されて鋳片や鋼材の品質欠陥が生じる。
更に、スラグのＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ（以下スラグ酸化物という）の総量が低下し過ぎると、溶鋼中に添加されたＭｇと反応するスラグ酸化物が不足してＭｇＯを十分に生成できず、凝固核として作用するＭｇＯやＭｇＯを含んだ酸化物を形成することができない。
その結果、鋳片や鋼材等の組織が粗大化して、表面あるいは内部に、割れや中心偏析、センターポロシティ等の欠陥が生じる。
また、特開平９−１９４９８６号公報では、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ等の微量元素とＭｇを併用添加するため、この微量元素によって鋼材の機械強度が変化し、加工性や絞り性等が要求される鋼材への適用が難しいと言う難点がある。
更に、鋳片を圧延する際に、加速冷却（圧延のパス間で水冷却を行う圧延方法）を行うことによって、鋼材を微細組織にするため、水冷却時間が増加し、圧延等の生産性が低下する。
このように、いずれの方法においても溶鋼に金属ＭｇやＭｇ合金を添加した際に、操業に支障を生じることなく、Ｍｇが酸化してＭｇＯになる歩留りを高め、鋳片の組織や鋼材の組織を微細にして、鋳片及び鋼材の表面や内部の欠陥を抑制し、鋳片及び鋼材の手入れや屑化等を防止して品質の向上を図る方法について具体的に示されていない等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、操業に支障を生じることなく、溶鋼中におけるＭｇＯの生成を高めて、鋳片や鋼材の組織を微細にすることができる溶鋼のＭｇ処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明の溶鋼のＭｇ処理方法は、溶鋼にＭｇを添加して、凝固組織を微細化する処理方法において、前記溶鋼を覆うスラグ中に、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を１〜１１．３質量％の濃度で含有させ、前記溶鋼を覆う前記スラグの厚みを５０〜２００ｍｍに調整している。
この方法により、スラグに含まれる酸化物の総重量を所定値にしているので、溶鋼に添加したＭｇをＭｇＯやＭｇＯを含む酸化物に生成する歩留りを高くでき、微細なＭｇＯあるいはＭｇＯを含む酸化物（以下ＭｇＯ酸化物という）にして溶鋼中に分散させることができる。
そして、この溶鋼を鋳造した鋳片の組織を微細にすることができ、鋳片の表面に発生する割れやへこみ疵、内部に生じる割れや中心偏析、センターポロシティ等を抑制し、鋳片の手入れや屑化等を防止して良鋳片の歩留りを向上でき、この鋳片に圧延等の加工を施した鋼材の品質も向上できる。
【０００６】
ここで、前記スラグ中の酸化物をＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2とする。
これにより、スラグ中の酸化物によるＭｇの消費を抑制して溶鋼温度の低下やスラグ性状の変化等の操業への支障をなくして、Ｍｇの歩留りを高くして溶鋼に効率良く添加することができる。しかも、溶鋼内にＭｇＯ酸化物を生成し、溶鋼が凝固する際に凝固核として作用させることができる。
【０００７】
更に、前記溶鋼中に含まれるＡｌ2Ｏ3を０．００５〜０．１０質量％にすることが好ましい。
これにより、Ａｌ2Ｏ3系の酸化物の粗大化を抑制し、融点の高いＡｌ2Ｏ3をＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合酸化物にでき、しかも、ＭｇＯの分散性を利用して微細にして、凝固核として作用するＭｇＯ酸化物の比率を高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る溶鋼のＭｇ処理方法に適用されるＭｇの添加装置の説明図、図２はＭｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総質量％とＭｇ処理後の溶鋼中のＭｇ歩留りの関係を表すグラフである。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る溶鋼のＭｇ処理方法に適用されるＭｇの添加装置１０は、金属ＭｇあるいはＭｇ合金からなり、外周を鉄板でくるんだ棒状のワイヤー１１と、ワイヤー１１を案内するガイドパイプ１２と、ワイヤー１１を送り出す供給装置１３とを有しており、図示しない転炉、真空二次精錬炉等を用いて溶製され、取鍋１４に受湯された溶鋼１６にＭｇを供給する。
【０００９】
以下、Ｍｇの添加装置１０を用いた溶鋼のＭｇ処理方法について説明する。
転炉を用いて脱炭精錬した後、真空二次精錬（二次精錬）を行って溶製した溶鋼１６を取鍋１４に受湯する。
溶鋼１６中には、Ａｌ2Ｏ3をアルミニウムやアルミ合金の脱酸剤で調整等を行うことにより、０．００５〜０．１０質量％含ませておく。
これは、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合酸化物の生成を促進して高融点のＭｇＯ酸化物を形成するためであり、更に、分散性が悪く凝集し易いＡｌ2Ｏ3をＭｇＯと結合させることにより、微細化と分散性を良くし、凝固核としての働きを高め、鋳片や鋼材の組織を微細にするためである。
なお、溶鋼中に含まれるＡｌ2Ｏ3が０．００５質量％より少ないと、生成したＭｇＯがＦｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2等と結合して低融点の酸化物を形成し、凝固核としての働きが低下する。一方、溶鋼中に含まれるＡｌ2Ｏ3が０．１０質量％より多くなると、凝集し易いＡｌ2Ｏ3が多くなり過ぎて、鋳片や鋼材に酸化物に起因した欠陥が生じる場合がある。
溶鋼１６を受湯する際に、転炉から混入したり、二次精錬で添加したフラックス等により生成したスラグ１５も流入して取鍋１４内の溶鋼１６の表面を覆うことになる。このスラグ１５は、スラグストッパー等を操作して５０〜２００ｍｍの厚みに調整する。
次に、供給装置１３を作動してガイドパイプ１２により金属ＭｇやＭｇ合金のワイヤー１１を案内しながら２〜５０ｍ／分の速度で、スラグ１５を貫通して溶鋼１６に侵入させ、溶鋼１６の熱により溶解させ溶鋼１６中にＭｇを添加する。
【００１０】
従来、溶鋼の表面を覆うスラグは、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ等を主成分としているので、このスラグに覆われた溶鋼にＭｇを添加すると、溶鋼とスラグの界面で、スラグ中の酸化物と金属ＭｇやＭｇ合金が反応して生じたＭｇＯがスラグ中に取り込まれる。その結果、溶鋼中のＭｇの濃度を高めることができず、溶鋼中でＭｇＯ酸化物を生成するためのＭｇ歩留りが低下していた。
この現象について、研究を積み重ねた結果、酸化物の生成自由エネルギーがＭｇＯより大きい、言い換えると、熱力学的に不安定である酸化物の総重量と溶鋼中でのＭｇＯ酸化物を生成するためのＭｇ歩留りに重要な関係があることを知見し得た。
【００１１】
すなわち図２に示すように、Ｍｇ添加前のスラグ中における熱力学的に不安定な酸化物であるＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2（スラグ酸化物）の総質量％を１〜３０質量％の範囲にして、金属ＭｇやＭｇ合金のワイヤーをスラグを貫通して溶鋼に供給することにより、１０質量％以上のＭｇ歩留りを達成することが判った。
なお、このＭｇ歩留りは、溶鋼中に含まれるＭｇやＭｇＯ酸化物の全てをＭｇ量に換算した際の歩留りである。実際に溶鋼中でのＭｇの存在の形態は、その殆どがＭｇＯの単体か、あるいはＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合酸化物の状態で存在する。
溶鋼にＭｇを添加すると前記スラグ酸化物は、下記の（１）〜（４）式で示す化学反応によってＭｇにより還元されるものと考えられる。
ＦｅＯ＋Ｍｇ→ＭｇＯ＋Ｆｅ                              ・・・（１）
Ｆｅ2Ｏ3＋３Ｍｇ→３ＭｇＯ＋２Ｆｅ                    ・・・（２）
ＭｎＯ＋Ｍｇ→ＭｇＯ＋Ｍｎ                              ・・・（３）
ＳｉＯ2＋２Ｍｇ→２ＭｇＯ＋Ｓｉ                        ・・・（４）
つまり、溶鋼に添加されたＭｇは、前記（１）〜（４）式で示す化学反応で消費され、生成したＭｇＯがスラグ中に移行する。
この場合、スラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2（スラグ酸化物）の総質量％が１質量％より少ないと、添加した金属ＭｇやＭｇ合金中のＭｇとスラグとの反応を抑制できるが、スラグと溶鋼の熱力学的平衡によって決定される溶鋼中の溶解酸素の量も少なくなる。
その結果、一旦溶鋼中に添加されたＭｇそのものがＭｇＯあるいはＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合酸化物を形成せずに、時間が経過するにつれて蒸発してＭｇ歩留りが低下する。
【００１２】
また、前記スラグ酸化物の総質量％が３０質量％を超えると、溶鋼に添加した金属ＭｇやＭｇ合金中のＭｇとスラグの反応が激しくなって、添加したＭｇの多くが前記（１）〜（４）式の化学反応でＭｇＯを生成してスラグ中に移行するので、溶鋼中で凝固核として機能する微細なＭｇＯ酸化物を形成する量が減少し、添加したＭｇの歩留りが低下し、鋳片の組織の微細化が図れない。
しかも、微細化に必要なＭｇ濃度にするには、添加量を増加する必要があり、製造コストの上昇や金属ＭｇやＭｇ合金の添加による温度の低下、スラグ性状の変化等により操業に支障が生じる。
【００１３】
このように、溶鋼１６に添加したＭｇの歩留りを高め、ＭｇＯ、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の高融点の複合酸化物を形成して、より安定して微細な凝固核を生成するには、スラグ１５中のスラグ酸化物を（５）式で示される範囲にすると良く、さらに２〜２０質量％の範囲にするとより好ましい結果が得られる。
１質量％≦ＦｅＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＳｉＯ2≦３０質量％・・・（５）
溶鋼１６を覆うスラグ１５中のスラグ酸化物の濃度を（５）で示す範囲に調整するには、Ｍｇを添加する前のスラグ１５を掻き出してスラグ１５の量を減少して、溶鋼１６中の還元成分による還元を容易にするか、あるいはスラグ１５に還元剤を添加して処理する等の一般に用いる方法を適用することができる。
なお、溶鋼１６に添加するＭｇ合金としては、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｍｇ等の合金を用いることができる。
【００１４】
【実施例】
次に、溶鋼のＭｇ処理方法の実施例について説明する。
取鍋に１５０トンの溶鋼を受湯し、この溶鋼を覆うスラグの厚みを１００ｍｍにし、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を所定の範囲に調整し、このスラグを貫通して溶鋼にＭｇ純分で５０ｋｇ（０．０３３３質量％）となるようにＭｇ合金ワイヤーを供給した。
更に、この溶鋼を鋳型内寸法が厚み２５０ｍｍ、幅１２００ｍｍである連続鋳造装置を用いて０．６ｍ／分の鋳造速度で鋳造した。
そして、Ｍｇ処理後の溶鋼中のＭｇ質量％、鋳片中のＭｇ質量％、鋳片の組織の微細化状態を調査した。その結果を表１に示す。
実施例１は、Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を２．５質量％にした場合であり、溶鋼中のＭｇを０．００４１質量％、鋳片中のＭｇを０．００１５質量％にでき、鋳片組織も微細であり、良好な結果が得られた。
実施例２、参考例３、４は、Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量をそれぞれ１１．３、１６．１、２２．４質量％にした場合であり、溶鋼中のＭｇがそれぞれ０．００６１、０．００６５、０．００６３質量％、鋳片中のＭｇが０．００２０、０．００３５、０．００３１質量％と歩留りが安定して高くでき、鋳片組織も微細であり、優れた結果が得られた。
参考例５は、Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を２８．５質量％にした場合であり、溶鋼中のＭｇを０．００３６質量％、鋳片中のＭｇを０．００１９質量％にでき、鋳片組織も微細であり、良好な結果が得られた。
【００１５】
【表１】
0004279947.tif 000002
【００１６】
これに対して、比較例１は、Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を０．５質量％にした場合であり、溶鋼中のＭｇが０．００２５質量％、鋳片中のＭｇが０．０００９質量％となり、Ｍｇの歩留りが悪く、鋳片組織の一部が粗大になり悪い結果となった。
比較例２は、Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総重量を３６．３質量％にした場合であり、溶鋼中のＭｇが０．００２８質量％、鋳片中のＭｇが０．０００８質量％になり、Ｍｇの歩留りが悪く、鋳片組織の一部が粗大になり悪い結果であった。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、金属ＭｇあるいはＭｇ合金のワイヤーによってＭｇを添加する際に、取鍋１６の他に、タンディッシュや鋳型内の溶鋼に添加することができる。
更に、金属ＭｇやＭｇ合金を粒状にしたものを窒素ガスやアルゴンガス等の気体で搬送し、ランスから溶鋼中に吹き込んで添加することもできる。
また、金属ＭｇやＭｇ合金の添加位置を溶鋼面から１ｍ以上の深さにすることにより、Ｍｇの蒸発を抑制し、歩留りを高めることができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１、２記載の溶鋼のＭｇ処理方法は、溶鋼にＭｇを添加して、凝固組織を微細化する処理方法において、溶鋼を覆うスラグ中に、Ｍｇによって還元されるＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2を１〜１１．３質量％の濃度で含有させているので、溶鋼に添加したＭｇ歩留りを高くでき、高価なＭｇの使用量を節減して製造コストを低減し、しかも、安定した操業を可能にできる。
更に、溶鋼中に微細なＭｇＯあるいはＭｇＯ酸化物を効率良く生成し、鋳造した鋳片及び鋼材の組織を微細にして表面及び内部欠陥を抑制し、手入れや屑化等を防止して良製品歩留りや品質特性等を向上することができる。
【００１９】
特に、請求項１記載の溶鋼のＭｇ処理方法は、スラグ中にＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2を含有させるので、スラグによるＭｇのロスを最小限にし、溶鋼へのＭｇ歩留りをより安定して高くできる。
しかも、Ｍｇの添加に伴う溶鋼の温度低下やスラグの性状の変化を確実に抑制して、より安定した操業を行うことができる。
【００２０】
請求項２記載の溶鋼のＭｇ処理方法は、溶鋼中に含まれるＡｌ2Ｏ3を０．００５〜０．１０質量％にするので、有害なＡｌ2Ｏ3をＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3の複合酸化物にし、ＭｇＯの分散性を利用して微細化の効果を高め、鋳片及び鋼材の組織を安定して微細にし、手入れや屑化等のない良製品の歩留りを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶鋼のＭｇ処理方法に適用されるＭｇの添加装置の説明図である。
【図２】Ｍｇ添加前のスラグ中のＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2の総質量％とＭｇ処理後の溶鋼中のＭｇ歩留りの関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０：Ｍｇの添加装置、１１：ワイヤー、１２：ガイドパイプ、１３：供給装置、１４：取鍋、１５：スラグ、１６：溶鋼
【図１】
0004279947.tif 000003
【図２】
0004279947.tif 000004