JPH0881709A - 高周波誘導炉による製鋼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波誘導炉を用いて品質の高い鋳鋼品の製
造を可能とする製鋼方法を提供する。 【構成】 高周波誘導炉１０内でコイル１６による誘導
加熱により原料鋼を溶解して溶鋼２０にする（溶解工
程）とともに、石灰およびホタル石を略１対１の割合で
含む造滓剤を添加してスラグ２２を生成し（造滓工
程）、石灰およびホタル石の添加量が溶解重量の略２％
に達した段階で溶鋼２０の温度を略１５５０゜Ｃまで上
昇させる（昇温工程）ことにより、溶鋼２０の表面を覆
ったスラグ２２による大気遮断作用および保温作用を得
る。その後、必要に応じて成分添加剤や還元剤等を添加
し、成分調整或いは還元精錬反応を進行させる。さら
に、フェロチタンを溶解重量の略０.1％添加して鋼中の
窒素量を低減させる（脱窒素工程）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波誘導炉による製鋼
方法に係り、特に、品質の高い製鋼を可能にする技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製鋼原料を高周波電源により電磁誘導加
熱して溶解させる高周波誘導炉は、溶解に際して酸化作
用が少なくＳi,Ｍn,Ｃr などの酸化が容易な合金元素の
歩留りが高いことから特殊鋼の製鋼に好適であるととも
に、溶鋼中の成分調整や温度調整が容易で、加えて、誘
導炉特有の電磁撹拌作用によって均一な材質が得られる
という特色があり、よく知られたアーク炉と並んで広く
用いられている。また、高周波誘導炉は、アーク炉に比
べて設備が簡略でその規模が小さく、少量の迅速な溶解
が可能である。このような高周波誘導炉では、有用元素
と反応する他の元素の外からの侵入をできるだけ防ぎ、
溶解中の合金成分の含有量の変動を抑えることが主目的
であるため、積極的にスラグによる精錬反応を進めて有
害元素を除去しようとする精錬作業は殆ど実施されてい
ないのが実情であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上記高周
波誘導炉による従来の製鋼方法では、装入時の原料自体
を吟味し、予め炭素、燐、硫黄などが規格値を上回るこ
とがないように留意する必要があるとともに、スラグに
覆われていない状態での炉内からの出鋼および取鍋から
の鋳込みとなるために大気中のガス成分が入り込みやす
く、規格を外れてしまうことがあった。また、近年要望
が増えてきた高品質の鋳鋼品を製造しようとしても、こ
れまでのようなスラグを生成しない製鋼方法ではそれら
の規格を満足するものを得ることが困難であり、アーク
炉により製鋼された場合と同等の品質を有する鋳鋼品を
製造することができなかった。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、高周波誘導炉を用い
て品質の高い鋳鋼品の製造を可能とする製鋼方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、高周波誘導炉で原料
鋼を誘導加熱により溶解し、鋳鋼に用いる溶鋼を得るた
めの製鋼方法であって、（ａ）前記原料鋼を前記高周波
誘導炉内に投入して誘導加熱を行うことにより、その原
料鋼を溶解させる溶解工程と、（ｂ）石灰１に対してホ
タル石を0.８以上の割合で含む造滓剤を前記高周波誘導
炉内に添加して溶鋼表面を覆うスラグを生成する造滓工
程と、（ｃ）その造滓工程において添加される前記石灰
およびホタル石の量が予め定められた一定量に達した段
階で前記溶鋼の温度を所定温度まで上昇させる昇温工程
とを含むことにある。

【０００６】

【作用】このような高周波誘導炉による製鋼方法では、
溶解工程で原料鋼が誘導加熱により溶解させられ、それ
に並行して行われる造滓工程で石灰１に対してホタル石
を0.８以上の割合で含む造滓剤が添加されて溶鋼表面を
覆うスラグが生成され、昇温工程ではその石灰およびホ
タル石の量が予め定められた一定量に達した段階で、溶
鋼の温度が所定温度まで上昇させられる。そして、昇温
後に必要に応じて、成分添加剤が添加されたり、還元剤
が添加されて還元精錬が行われたりすることにより、溶
鋼の成分調整工程が行われる。このとき、通常よりも多
めの割合で含まれたホタル石により流動性が増大させら
れたスラグが生成され、そのスラグによって溶鋼の表面
が露出することなく一様に覆われているため、大気と遮
断されて大気中の窒素等が入り込むことがないととも
に、溶鋼が保温される。その後、所定の出鋼温度に溶鋼
の温度を調節し、溶鋼が上記スラグと共に取鍋へ出鋼さ
れるようにすれば、その取鍋中の溶鋼もスラグに覆われ
て大気遮断作用および保温作用が得られる。

【０００７】

【発明の効果】したがって、高周波誘導炉により製鋼さ
れた溶鋼からでも、アーク炉で製鋼された場合と同等の
品質の鋳鋼品を製造できるようになり、制御が容易で特
殊鋼生産および迅速少量生産が可能な高周波誘導炉の特
徴を充分に生かすことが可能となる。

【０００８】なお、好適には、前記造滓工程において、
前記造滓剤は前記石灰およびホタル石を略１対１の割合
で含むものとされる。溶鋼の表面を一様に覆える程度の
スラグの流動性を得るためには石灰１に対してホタル石
0.８以上の割合であればよく、それよりもホタル石の割
合を多くするほど一層の流動性が得られるようになる
が、ホタル石は比較的高価であるためコスト高となる。
両者の割合を略１対１とした場合には、経済性を維持し
つつスラグに充分な流動性を得ることができる。

【０００９】また、好適には、前記昇温工程において、
前記一定量は溶解重量の略２％とされるとともに、前記
所定温度は約１５５０゜Ｃとされる。また、還元剤が添
加される場合にはその量が溶解重量の略0.５％程度とさ
れる。この場合には、溶解される原料鋼の量に対して充
分な量のスラグが生成されて完全に溶鋼の表面が覆われ
てから原料鋼が溶けきる温度まで昇温されるため、大気
遮断が良好に行われるとともに、その後の成分調整工程
において良好な添加剤の溶解状態或いは精錬反応状態が
得られ、速やかに成分調整が行われる。

【００１０】また、好適には、フェロチタンを溶解重量
の略０.1％添加する脱窒素工程が設けられる。この場合
には、鋳鋼後の製品加工時における割れや欠けの原因と
なる窒素の含有量が少ない強靭な品質の鋳鋼品を製造す
ることができるため、金型材料などの少量生産で且つ特
殊な品質が要求される用途に対して、経済的で加工性に
優れた鋳鋼品を提供することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明方法が好適に実施される
高周波誘導炉１０を簡略に示す断面図であり、炉体１２
中に原料鋼１４が装入済みの状態を示している。炉体１
２は円筒状の耐火材や断熱材などから構成されていると
ともに、炉体１２の外周側に誘導加熱用のコイル１６が
巻回されており、図示しない電源装置から高周波電流が
流されるようになっている。詳しい図示は省略するが、
コイル１６の導体は中空パイプ状のものであり、内部を
冷却水が循環させられてコイル１６自身が冷却保護され
るようになっているとともに、導体まわりに絶縁材や石
綿が巻かれて導体間が絶縁されている。炉体１２の上部
開口端には炉蓋１８が開閉可能に設けられており、原料
鋼１４や添加物の投入時や出鋼時には一点鎖線で示すよ
うに開かれるようになっている。また、炉体１２は図示
しない傾動装置により水平な（図１の紙面に垂直な）軸
心まわりの回動可能に支持されるとともに、出鋼時に全
体が回動傾斜させられるようになっている（図３参
照）。

【００１２】略均等に原料鋼１４が装入されて炉蓋１８
により略密閉された図１の状態で、コイル１６に高周波
電流が流されると、電磁誘導作用により原料鋼１４が加
熱される。通電時間の経過に連れて原料鋼１４が溶け出
し、溶解が始まる。溶解の進行に伴って逐次原料鋼１４
が追加投入される。溶解の程度に応じてインピーダンス
が変化するが、可変コンデンサの操作により通電制御が
行われ、高周波誘導炉１０においては比較的容易に溶解
の進行状態をコントロールすることができる。上記の工
程が溶解工程である。

【００１３】一方、ある程度の溶解が確認されると、溶
鋼２０の表面にスラグ２２を生成するため、炉体１２内
に造滓剤が少量ずつ添加される。この造滓剤は、石灰と
ホタル石とを略１対１の割合で含むものであり、アーク
炉の場合におけるそれらの通常の割合が５対１程度であ
るのに比べて、ホタル石の割合を多くして配合されてい
る。溶けた造滓剤は、図２に示すように、流動性スラグ
２２となって溶鋼２０の表面を覆う。（なお、図２は原
料鋼１４が完全に溶解した状態を示している。）このス
ラグ２２は、ホタル石の割合が多いことから流動性に優
れており、誘導炉特有の撹拌作用にも拘らず、溶鋼２０
の表面を均等に覆って溶鋼２０と大気との接触を遮断す
るとともに、溶鋼２０からの熱の放散を防いで保温効果
をもたらす。このため、溶鋼２０中の酸化が容易な合金
成分（Ｓi,Ｍn,Ｃr など）の酸化が極めて良好に抑制さ
れ、高い歩留りが得られる。また、保温効果により電力
消費量を低減でき、スラグ無しの場合に比べて経済的で
ある。上記の工程が造滓工程である。なお、上記スラグ
２２の流動性を得るためのホタル石の割合は石灰１に対
して0.８以上であればよく、ホタル石が多いほど流動性
が得られるが、ホタル石は比較的高価であるため、経済
性を考慮すると１対１程度が最適である。

【００１４】造滓工程において添加される造滓剤中の石
灰およびホタル石の量が予め定められた一定量、本実施
例では溶解重量の略２％に達した時点で、溶鋼２０の温
度を所定温度、本実施例では略１５５０゜Ｃまで上昇さ
せる。すなわち、スラグ２２は、石灰およびホタル石の
量が溶解重量の略２％に達する少し前の時点で溶鋼２０
の表面を完全に覆うことができるのであり、この昇温工
程では、それだけの量のスラグ２２が生成されるのを待
って原料鋼１４が完全に溶けきる温度とするのである。
これにより、溶鋼２０が可及的に大気から遮断され、大
気中の窒素等が殆ど入り込まない。また、この昇温は、
次の成分調整工程において、成分添加剤を添加しての成
分調整や、或いは還元剤（または脱酸剤）を添加しての
還元精錬を容易に行えるようにするためでもある。高周
波誘導炉１０では溶鋼２０自体が発熱源となるとともに
放熱によるロスが比較的少ないことなどから、このよう
な温度調整制御がアーク炉に比べて精度良く行われ得
る。

【００１５】昇温が完了すると、必要に応じて成分調整
工程が行われる。すなわち、前記成分添加剤として例え
ばＦe Ｍn (HC)やＦe Ｓi などが添加されて成分調整が
行われたり、或いは、粉状フェロシリコン等の還元剤や
金属Ａl 等の強制脱酸剤がそれぞれ添加されて還元精錬
が行われる。高周波誘導炉１０では、１０００Ｈｚ程度
で適度な撹拌作用が得られ、添加物が迅速に溶解して溶
鋼２０が早期に均質化されるとともに、ホワイトスラグ
化したスラグ２２と溶鋼２０との接触が促進されて速や
かに還元精錬反応が行われる。なお、上記還元剤の添加
量は、本実施例の場合、溶解重量の略0.５％とされる。

【００１６】また、上記成分調整工程のひとつとして、
本実施例では還元剤添加に続いてフェロチタン（Ｆe Ｔ
i ）を溶解重量の略０.1％添加する脱窒素工程が行われ
る。鋼中の窒素は、鋳鋼製品の加工時に割れや欠けを生
じる原因となり、特に高靭性が要求される金型材料など
においては、この窒素の含有量を抑えることが重要であ
る。この脱窒素工程により、溶鋼２０中の窒素量を０.0
１％（１００ppm ）程度まで低下させることが可能とな
る。

【００１７】成分調整が行われると、溶鋼２０が鋼種や
鋳鋼品の大きさなどに対応した所定の出鋼温度に温度調
整され、図３に示すように炉体１２が回動傾斜させられ
て、予め用意された取鍋２４に出鋼される。このとき、
適量のスラグ２２が溶鋼２０と共に取鍋２４内に注ぎ込
まれ、取鍋２４内の溶鋼２０の表面を覆って大気との接
触を遮断するとともに、熱の放散を防止して保温する。
このため、他所に用意された鋳型のところまで搬送され
て鋳込まれるまでの間は、溶鋼２０に大気中の有害元素
が入り込むことが阻止されるとともに溶鋼２０が鋳込み
に適した温度に維持される。搬送途中で成分添加剤を取
鍋２４中へ添加することも容易である。なお、取鍋２４
は鋳型への注型がストッパ方式で行われるため、スラグ
２２が鋳型内まで入り込むことはない。

【００１８】図４は、上記の製鋼方法に従ってＳＣ４５
０として製鋼され、鋳込まれた鋳鋼品（Ａ）の材料試験
結果を、スラグを生成しない従来の製鋼方法により高周
波誘導炉で製鋼された場合の鋳鋼品（Ｂ）と比較して示
すデータの一例である。引張試験では降伏点、引張強
さ、伸び、絞りの全ての項目においてＡの方がＢよりも
優れた結果となっており、特に伸びと絞りについては大
幅に向上していることが判る。一方、鋼中成分について
は、Ｐ，Ｓ，Ｎの含有量が比較的低くされているととも
に、Ｃ，Ｓi,Ｍn,Ｃr などの値が適正に維持されてお
り、良好な成分組成となっていることが判る。特に、Ｎ
の値が従来品Ｂの１／３程度に低減されており、高い靭
性を有する引張試験での結果を裏付けるものとなってい
る。

【００１９】このように、本実施例の高周波誘導炉１０
による製鋼方法では、溶解工程に続く造滓工程で石灰お
よびホタル石を略１対１の割合で含む造滓剤が添加され
て溶鋼２０の表面を覆うスラグ２２が生成され、昇温工
程ではその石灰およびホタル石の量が溶解重量の２％に
達した段階で、溶鋼２０の温度が所定温度の約１５５０
゜Ｃまで上昇させられる。このとき、通常よりも多めの
割合で含まれたホタル石により流動性が増大させられた
スラグ２２が生成され、そのスラグ２２によって溶鋼２
０の表面が一様に覆われているため、大気と遮断されて
大気中の窒素等が入り込むことがないとともに保温作用
が得られる。特に本実施例では、石灰とホタル石との割
合が略１対１であるため経済性も維持できるとともに、
適量のスラグ２２が生成された段階で原料鋼１４が溶け
きるように昇温されることから可及的に大気遮断が行わ
れる。そして、成分添加剤や還元剤の添加時には良好な
溶解状態や精錬反応状態が得られて速やかに成分調整が
行われる。また、溶鋼２０がスラグ２２に覆われた状態
で取鍋２４へ出鋼されるため、取鍋２４においても大気
遮断作用および保温作用が得られる。このようにして製
鋼された溶鋼２０から製造された鋳鋼品は、アーク炉で
製鋼された場合と同等の品質を有しており、制御が容易
で特殊鋼生産および迅速少量生産が可能な高周波誘導炉
１０の特徴を充分に生かして、高い品質の鋳鋼品を製造
することが可能となる。

【００２０】また、スラグ２２の存在などによって成分
調整工程が良好に行われることから、スラグ２２を用い
ない従来の高周波誘導炉による製鋼に比べて、原料鋼１
４の品質条件が緩和され、使用する原料鋼１４の組成に
応じて成分調整工程で添加する成分添加剤や還元剤によ
る精錬反応内容を適宜選択することにより、原料鋼１４
の品質が比較的悪くても良質の溶鋼２０を得ることが可
能となる。

【００２１】一方、本実施例では、フェロチタンを溶解
重量の略０.1％添加する脱窒素工程が昇温工程後の精錬
作業に含めて設けられているため、鋳鋼後の製品加工時
における割れや欠けの原因となる窒素の含有量が少ない
強靭な品質の鋳鋼品を製造することができ、冷間プレス
用金型の材料として用いられる場合など、少量生産で且
つ特殊な品質が要求される用途に対して、予め肉盗み部
を設けて鋳込むことなどにより経済的で加工性に優れた
鋳鋼品を提供することが可能となる。

【００２２】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。

【００２３】例えば、前述の実施例においては、造滓工
程において添加される造滓材は石灰とホタル石とが略１
対１の割合で含まれるものであったが、スラグ２２の流
動性を得るためのホタル石の割合は石灰１に対して0.８
以上であればよく、両者の割合は、鋼種、原料鋼の品
質、加熱電源周波数、経済性などを考慮して適宜変更さ
れ得る。

【００２４】また、前述の実施例においては、成分調整
工程においてＦe Ｍn(HC) 、Ｆe Ｓi などの成分添加
剤、或いは還元剤や強制脱酸剤がそれぞれ添加されてい
たが、このような添加剤および還元剤等は鋳鋼される鋼
種によってその種類や添加量が適宜変更され、不要な場
合には省略され得る。すなわち、本発明においては、ス
ラグ２２により溶鋼２０の表面が覆われることによる効
果を得ることが主な目的であり、造滓剤の添加量や組成
割合、昇温時の所定温度などは所望する効果の得られる
範囲で任意に変更することが可能である。

【００２５】また、前述の実施例においては、フェロチ
タンを溶解重量の略０.1％添加する脱窒素工程が設けら
れていたが、高靭性が要求されない鋼種の製鋼などにお
いては必ずしもこのような脱窒素工程が設けられなくて
も差し支えない。

【００２６】また、前述の実施例においては、高周波誘
導炉１０が炉体１２内を略密閉できる炉蓋１８を備えて
いる場合であったが、炉内を密閉できない状態の高周波
誘導炉が用いられても本発明方法を適用することが可能
であり、同様にスラグ２２を生成して製鋼を行うことが
可能である。

【００２７】また、前述の実施例においては、高周波誘
導炉１０から取鍋２４に出鋼される場合であったが、高
周波誘導炉１０から直接鋳型へ鋳込まれる場合であって
もよい。

【００２８】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製鋼方法が実施される高周波誘導炉の
一例を示す概略図で、原料鋼が装入された状態を示す断
面図である。

【図２】図１の高周波誘導炉の炉内において溶鋼の表面
にスラグが生成された状態を示す断面図である。

【図３】図１の高周波誘導炉が回動傾斜させられて溶鋼
がスラグと共に取鍋へ出鋼される状態を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の製鋼方法により製造された鋳鋼品の材
料試験結果を、スラグを生成しない従来の製鋼方法によ
り高周波誘導炉で製造された鋳鋼品と比較して説明する
データの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０：高周波誘導炉 １４：原料鋼 ２０：溶鋼 ２２：スラグ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波誘導炉で原料鋼を誘導加熱により
   溶解し、鋳鋼に用いる溶鋼を得るための製鋼方法であっ
   て、 前記原料鋼を前記高周波誘導炉内に投入して誘導加熱を
   行うことにより、該原料鋼を溶解させる溶解工程と、 石灰１に対してホタル石を0.８以上の割合で含む造滓剤
   を前記高周波誘導炉内に添加して溶鋼表面を覆うスラグ
   を生成する造滓工程と、 該造滓工程において添加される前記石灰およびホタル石
   の量が予め定められた一定量に達した段階で前記溶鋼の
   温度を所定温度まで上昇させる昇温工程とを含むことを
   特徴とする高周波誘導炉による製鋼方法。
2. 【請求項２】 前記造滓工程において、前記造滓剤は前
   記石灰およびホタル石を略１対１の割合で含むものであ
   る請求項１に記載の高周波誘導炉による製鋼方法。
3. 【請求項３】 前記昇温工程において、前記一定量は溶
   解重量の略２％であるとともに、前記所定温度は約１５
   ５０゜Ｃである請求項１または２に記載の高周波誘導炉
   による製鋼方法。
4. 【請求項４】 フェロチタンを溶解重量の略０.1％添加
   する脱窒素工程を有する請求項１乃至３の何れかに記載
   の高周波誘導炉による製鋼方法。