JPH10298629A

JPH10298629A - 清浄度の高い極低炭素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JPH10298629A
Application number: JP10555897A
Authority: JP
Inventors: Yukari Tago; ユカリ田子; Makoto Fukagawa; 信深川; Takayuki Nishi; 隆之西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】真空脱ガス装置を使用した溶鋼の脱炭処理およ
びこれに続く脱酸処理において、脱炭に必要な溶存酸素
を適正に確保すると同時にＡｌ₂Ｏ₃の形成を抑制する、
清浄度が高くかつ極低炭素濃度の鋼の溶製方法を提供す
る。【解決手段】まず、転炉から取鍋への出鋼時の出鋼流ま
たは取鍋内のスラグに、一部のスラグ改質剤を添加して
スラグ中の低級酸化物の濃度を下げ、これと共存する溶
鋼中の酸素濃度を脱炭反応に必要な濃度に調整する。そ
の後脱炭処理およびＡｌ脱酸処理を順次行い、さらにＡ
ｌ脱酸処理前後の少なくとも一方で、、真空槽内へ、溶
鋼に対しては耐崩壊性を有しかつスラグに対しては易反
応性を有する難崩壊性スラグ改質剤を添加して、これを
溶鋼流と同伴させて取鍋上のスラグへ均一に分散到達さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高清浄度でかつ極低
炭素濃度の鋼の溶製方法に関し、さらに詳しくは介在物
の生成を効率良く抑制することができる溶製方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の外装材として、表面欠陥が少な
くかつ成形性（特に深絞り性）が良好な鋼板が要求され
ている。これらの要求に対応するため、製鋼工程では鋼
の高清浄化と極低炭素化が必要となっている。

【０００３】通常、極低炭素化のための脱炭方法では、
製鋼炉より出鋼された炭素濃度０．０３重量％（以下組
成を示す「重量％」は、単に「％」と表示する）程度の
未脱酸溶鋼に真空脱ガス処理を施し、溶鋼中の溶存酸素
（Ｏ）と炭素（Ｃ）との反応であるＣ＋Ｏ→ＣＯ↑を利
用して炭素濃度を０．００１〜０．００６％へ低下させ
るのが一般的である。この反応を促進するための溶鋼中
の溶存酸素濃度は化学量論的には０．０４％程度で十分
であるが、実際には０．０６％程度と過剰に存在する。

【０００４】このように溶鋼中の溶存酸素が高いレベル
で存在する場合には、共存するスラグ中の低級酸化物
（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）濃度も１０％程度と同様に高い。こ
のようなスラグ中低級酸化物濃度が高い状態は、真空脱
炭処理完了後の溶鋼中炭素が低下した後も継続し、この
ままでは脱酸処理で添加したアルミニウム（以下、Ａｌ
と記す）の残留物とスラグ中の低級酸化物が反応してＡ
ｌ₂Ｏ₃を生成し、このＡｌ₂Ｏ₃が残留して鋼板の清浄度
を著しく低下させるという問題が生じる。

【０００５】この問題を解決する方法として、これまで
いくつかの技術の提案がなされてきた。例えば、特開昭
６０−１５２６１１号公報では、出鋼時、スラグ改質剤
を添加する際に、スラグ改質剤のスラグ中での均一分散
混合を図る目的で、スラグ改質剤とともにＣａＣＯ₃ 等
のガス発生物質を併用添加し、スラグ中の低級酸化物を
効率良く低減して、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物の生成を抑制する
技術が提案されている。また、特開平６−２５６８３７
号公報では、転炉から取鍋への出鋼中または出鋼直後の
取鍋内スラグに、スラグの脱酸に必要な量のうちの一部
だけを添加し、その残りの分のスラグ脱酸剤を前記真空
脱ガス処理装置による脱炭処理の後の取鍋内スラグに添
加する２段階添加の技術が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術には以下の問題点がある。

【０００７】特開昭６０−１５２６１１号公報で開示さ
れている方法では、出鋼段階で還元によって一度にスラ
グ中の低級酸化物濃度を目標濃度まで下げる。出鋼段階
で低級酸化物濃度を２〜３％とした場合、Ａｌ₂Ｏ₃の生
成抑制の点では有効であるが、一方では共存する溶鋼中
の酸素濃度が低すぎて脱炭不足となり、極低炭素鋼を溶
製するのが困難となる。

【０００８】すなわち、脱炭処理前の取鍋内の溶鋼中溶
存酸素濃度とスラグ中低級酸化物濃度の間には、図１に
示すほぼ正の相関が成立する。この相関関係から見て、
低級酸化物濃度２〜３％に相当する溶鋼中酸素濃度は
０．０３％程度であり、出鋼時炭素濃度は通常０．０３
％程度なので、達成できる溶鋼中の炭素濃度は０．０１
％程度となり、本発明方法で目的とする炭素濃度０．０
０１〜０．００６％の極低炭素鋼の溶製は困難である。
脱炭反応中はスラグ中の低級酸化物からの酸素の補給は
起こらない。したがって図１に示す関係は成立せず、ス
ラグ中低級酸化物は脱炭処理前の濃度がそのままで推移
する。酸素の不足分を別途上吹きランス等で補填する方
法も考えられるが、この時同時にスラグが酸化を受けて
スラグ中低級酸化物濃度が上昇して所期の目的が果たせ
ない結果となる。

【０００９】また、特開平６−２５６３８７号公報で開
示されている方法によれば、スラグ改質剤を出鋼時と脱
炭処理完了後の２段に分けて添加するので、脱炭処理前
にスラグを還元することによって生じる脱炭用の溶鋼中
溶存酸素が不足するという問題は解消される。しかし、
一方では、脱炭処理後にスラグ中低級酸化物の全量を濃
度２〜３％以下へ低減するため多量のスラグ改質剤を要
し、かつスラグの流動性が低いため、スラグを機械的に
撹拌するかまたはガス環流動力で撹拌するような強制的
な撹拌を行う必要が生じ、このため処理時間の延長、溶
鋼温度の低下、生産コストの上昇などの問題が生じて得
策な方法とは言えない。

【００１０】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
改善し、真空脱ガス装置を使用した溶鋼の脱炭処理およ
びこれに続く脱酸処理において、脱炭に必要な溶存酸素
を適正に確保すると同時にＡｌ₂Ｏ₃の形成を抑制し、清
浄度が高くかつ極低炭素濃度の鋼の溶製方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、転炉か
ら取鍋への出鋼時の出鋼流または取鍋内の低炭素未脱酸
溶鋼上のスラグに、スラグ改質剤を添加してスラグ中の
低級酸化物の濃度を調整し、その後溶鋼環流式の真空脱
ガス処理装置を用いて脱炭処理した後、Ａｌ脱酸処理前
後の少なくとも一方で、真空槽内の溶鋼中に、溶鋼に対
しては難崩壊性を有しかつスラグに対しては易反応性を
有するスラグ改質剤を添加することを特徴とする清浄度
の高い極低炭素鋼の溶製方法にある。

【００１２】まず、転炉から取鍋への出鋼時の出鋼流ま
たは取鍋内のスラグに、スラグ改質剤を添加してスラグ
中の低級酸化物の濃度を、これと共存する溶鋼中の酸素
濃度が脱炭反応に必要な濃度になるように、必要最少限
の濃度に調整する。

【００１３】その後脱炭処理した後Ａｌ脱酸処理を行う
のであるが、前記脱炭処理完了後Ａｌ脱酸を行う前か、
Ａｌ脱酸処理が完了した時点、またはその両方の時点で
真空槽内の溶鋼中に、溶鋼に対しては難崩壊性を有しか
つスラグに対しては易反応性を有するスラグ改質剤を添
加して、これを溶鋼流と同伴させて真空槽外の取鍋上の
スラグへ均一に分散到達させる。この処理により溶鋼と
接するスラグ下面のスラグ中低級酸化物濃度の低減が可
能となり、この結果、介在物の生成を抑制することが可
能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】極低炭素濃度でかつＡｌ₂Ｏ₃系脱
酸生成物の少ない鋼の溶製にあたっての要点は次の通り
である。

【００１５】出鋼した溶鋼中の炭素濃度と脱炭処理後目
標炭素濃度との差を脱炭量とする。脱炭に必要な酸素と
しては溶鋼中に溶存する酸素を利用するが、通常出鋼後
の溶存酸素は必要以上に濃度が高いので低下させる必要
がある。溶存酸素濃度は図１に示すようにスラグ中低級
酸化物と正の相関関係にあるので、この関係を利用し
て、スラグ中低級酸化物濃度をスラグ改質剤を添加する
ことによって所定の濃度に調整し、溶鋼中の溶存酸素を
脱炭反応に必要最低限の濃度まで低下させる。

【００１６】ただし、溶存酸素は脱炭反応によって低下
するものの、スラグ中低級酸化物は脱炭処理後もそのま
まの濃度で残って、脱酸処理後の残留Ａｌと反応して
Ａｌ₂Ｏ₃ を生成する。このため、スラグ中低級酸化物
の濃度をさらに低下させる必要がある。

【００１７】そこで、脱炭処理後、これに続く脱酸処理
の前後の少なくとも一方で、さらに一段とスラグ中低級
酸化物濃度を下げるためにスラグ改質剤を真空槽内の溶
鋼に添加する。浸漬管を用いる真空処理装置は、スラグ
の撹拌は十分に行えないが溶鋼は十分に撹拌できる。し
たがって、スラグ改質剤を溶鋼流に同伴させて搬送すれ
ば、スラグ改質剤は真空槽外の取鍋の上方に浮上して、
スラグと溶鋼の接触する面にスラグ改質剤を均一に分散
到達させることが可能となる。

【００１８】スラグは必ずしも全て改質する必要はな
く、溶鋼と接している部分が溶鋼を汚染しないようにこ
の部分だけのスラグ改質を行えば良い。これにより、ス
ラグ改質剤の節減も可能となる。前述の従来技術（特開
平６−２５６８３７号公報の発明）のように、スラグ全
量を改質しようとすると、大量のスラグ改質剤が必要に
なること、またスラグを撹拌するために専用のスラグ撹
拌装置が必要になる等のコスト要因が増えて得策でな
い。

【００１９】難崩壊性スラグ改質剤は、溶鋼中では難崩
壊性を有し、スラグとは易反応性を有する化学組成と形
状にする必要がある。

【００２０】難崩壊性スラグ改質剤の添加の時期は、Ａ
ｌ脱酸処理前後の少なくとも一方で良い。

【００２１】本発明方法を、ＲＨ真空脱ガス装置にて行
う場合を例に説明する。

【００２２】図２は本発明方法を実施するためのＲＨ装
置の縦断面の概略図である。

【００２３】まず、転炉などで溶製した未脱酸の溶鋼１
を取鍋２へ出鋼する。この時、取鍋内へ不可避的に流出
したスラグ３は低級酸化物を高濃度で含んでおり、また
溶鋼中の溶存酸素濃度も高い。そこで、出鋼時の出鋼流
または取鍋内スラグに金属ＡｌまたはＡｌ合金を含有す
るスラグ改質剤を添加し、スラグ中の低級酸化物濃度を
低減する。この時の溶鋼中の溶存酸素濃度は目標とする
脱炭量に見合う溶存酸素量に調整する。

【００２４】次に、脱炭処理を行う。上昇管４ａと下降
管４ｂの２本の浸漬管を取鍋２内の溶鋼１に浸漬し、真
空槽５を排気して減圧しながら溶鋼を真空槽に引き上
げ、上昇管４ａ側からＡｒガスを吹き込んで溶鋼１を環
流させ、Ｃ＋Ｏ→ＣＯ↑反応の進行を図って脱炭を行
う。

【００２５】脱炭処理完了後、例えばＡｌ用シューター
６から真空槽内の溶鋼に脱酸に必要なＡｌを添加し、溶
鋼を脱酸処理する。引き続き、脱酸処理時に生成した脱
酸生成物（主にＡｌ₂Ｏ₃）を、合体、浮上させるために
必要な所定時間の環流処理を行う。

【００２６】その後、溶鋼環流を継続しながら、難崩壊
性スラグ改質剤用シューター７から真空槽１内の溶鋼
に、溶鋼中では難崩壊性を保ちかつスラグとは易反応性
のあるスラグ改質剤８を添加する。溶鋼中で難崩壊性の
特性を有するスラグ改質剤は、取鍋と真空槽間を環流す
る溶鋼の流れに同伴して、下降管４ｂより取鍋内溶鋼に
排出される。排出されたこのスラグ改質剤は、溶鋼中に
分散した後徐々に浮上して最終的に取鍋中のスラグへ到
達する。ここで、改質剤中のＡｌ、ＣａＯ成分が取鍋中
のスラグの下面、すなわち溶鋼と接する部分のスラグ中
の低級酸化物濃度を低減する作用を発揮するので、スラ
グが改質される。これで、脱酸処理時に残留した溶鋼中
のＡｌと取鍋内スラグ中の低級酸化物との反応が回避さ
れるので、Ａｌ₂Ｏ₃の生成が抑制できる。

【００２７】難崩壊性スラグ改質剤とは、溶鋼中で容易
に溶鋼と反応したり、形状が壊れないものを意味する。

【００２８】基本成分は、取鍋中スラグの低級酸化物を
還元するための金属Ａｌと溶鋼による侵食を防止するた
めのＣａＯである。ただし、その他にも取鍋中スラグの
融点調整成分としてＣａＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂を
含んでいても良いし、金属Ａｌの代替としてＡｌ灰（Ａ
ｌ精錬時の副産物）の使用も可能である。

【００２９】基本構造は、溶鋼による侵食を防止するＣ
ａＯが外殻となり、中心部が金属Ａｌとなる。形状は特
に限定しないが、量産の観点からペレットまたはブリケ
ットの形が望ましい。図３に、難崩壊性スラグ改質剤の
断面の一例を示す。（ａ）は金属Ａｌ粉末とＣａＯ粉末
を混合し圧縮成形したブリケット、（ｂ）はＣａＯで
（ａ）を内包したペレット、および（ｃ）はＣａＯで金
属Ａｌ粒を内包したペレットである。造り易さの点から
言えば（ａ）が最も望ましい。しかし、（ｂ）と（ｃ）
は外殻がＣａＯなので特に問題はないが、（ａ）の場合
は表層部に一部のＡｌが露出するため、溶鋼に浸漬して
からスラグへ到達するまでの間に、これが溶鋼に溶出し
て崩壊する可能性がある。しかし、Ａｌ含有量が８０％
以下であればスラグへ到達する以前に崩壊することはな
いので、Ａｌ含有量を８０％以下とするのがよい。

【００３０】強度は、ハンドリングに耐える強さを持て
ば良い。圧壊強度で示せば、２０ｋｇ以上が一つの基準
となる。図３の（ａ）に示したブリケット型のように、
原料を圧縮力で成形すれば未焼成でも２０ｋｇの圧壊強
度の発現は可能である。しかし、図３の（ｂ）および
（ｃ）に示したペレット型の場合は、中心核の表面に付
着する原料同志の結合力は一緒に添加するバインダーの
凝集力だけに依存するので、結合強度は弱く圧壊強度は
２０ｋｇ未満となる。したがって、核の表面に微粉原料
をコーティングするペレット型の成形の場合は、樹脂等
のバインダーを用いて事前に焼成して強度発現を図るの
がよい。

【００３１】サイズは、外形１０ｍｍ以下が望ましい。
すなわち、ブリケットでは長辺長さ、ペレットでは直径
が１０ｍｍ以下が望ましい。１０ｍｍを超えると、溶鋼
中の改質剤の浮上速度が速く、下降管から排出されてす
ぐに浮上して下降管周辺のスラグに到達するのみで、取
鍋内のスラグ全面に均一に分散到達しないからである。

【００３２】難崩壊性スラグ改質剤の添加は、溶鋼の脱
炭処理後、脱酸処理前後の少なくとも一方でよいが、脱
酸処理後に行う方のがもっと望ましい。その理由は、脱
炭処理後は脱酸処理後に比べ溶鋼中の溶存酸素が高く、
先に示したブリケット型の難崩壊性スラグ改質剤のよう
に一部のＡｌが露出していると、溶鋼中にＡｌが溶解し
これが溶存酸素と反応して、取鍋内スラグに到達する前
にＡｌが消費され、結果的にスラグ改質剤の改質効率が
低下するためである。したがって、難崩壊性スラグ改質
剤の添加時期は、より溶鋼中溶存酸素の低い脱酸処理後
が望ましい。

【００３３】図４に難崩壊性スラグ改質剤添加時期とス
ラグ改質効率の関係を示した。図４には、平均値と同時
にデータのバラツキも含めて表示した。

【００３４】ここでスラグ改質効率とは次式で表される
還元剤として添加した改質剤中のＡｌの反応効率を意味
している。

【００３５】(スラク゛改質効率)＝(スラク゛中の低級酸化物を
還元したAl重量)／(改質剤中Al重量)

【００３６】

【実施例】

（本発明例）転炉にて溶製した炭素濃度０．０３％の未
脱酸溶鋼２５０ｔを取鍋へ出鋼した。この際、スラグス
トッパーの使用により流出スラグ量を溶鋼１ｔ当たり約
１０ｋｇに抑制し、かつ、スラグ中低級酸化物（ＦｅＯ
＋ＭｎＯ）濃度の目標を６％として、出鋼流に対しスラ
グ改質剤（組成：Ａｌ４０％、ＣａＣＯ₃ ６０％）を
１．５ｋｇ／溶鋼ｔ添加した。この時、溶鋼中の溶存酸
素の濃度は０．０４５％となった。ここで使用したスラ
グ改質剤は通常の形状のもので、特に成形等の事前処理
は行っていない。

【００３７】得られた溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置で真空
脱炭処理を行い、炭素濃度０．００２５％まで脱炭した
後、金属Ａｌ添加による溶鋼の脱酸処理を行い、溶鋼中
の溶存酸素濃度を０．００１％とした。この時点でスラ
グ中低級酸化物の濃度は６％とまだ高いレベルにあり、
溶鋼中のＡｌとの反応によるＡｌ₂Ｏ₃の生成を抑制する
のは困難である。

【００３８】そこで、引き続き、スラグ中低級酸化物濃
度を２％に低減するため、真空槽上部に設置されたシュ
ーターより、あらかじめブリケット状に成形した難崩壊
性スラグ改質剤（組成：ＣａＯ５０％、Ａｌ５０％）
を０．２５ｋｇ／溶鋼ｔ真空槽内へ添加した後、ＲＨ環
流処理を約１０分間行いスラグ改質剤の取鍋内スラグへ
の均一な分散到達を図った。

【００３９】上記の一連の処理において、転炉出鋼前、
ＲＨ処理前、ＲＨ処理後に溶鋼およびスラグのサンプリ
ングを行い、溶鋼中酸素濃度、溶鋼中炭素濃度およびス
ラグ中低級酸化物濃度の推移を調査した。

【００４０】得られた溶鋼を連続鋳造し、鋳片の定常部
分よりサンプルを採取して５μｍ以上の介在物をミクロ
検鏡法によりカウントして調査した。

【００４１】（比較例１）脱酸処理後の難崩壊性スラグ
改質剤の添加は行わず、その他は本発明例と同一の条件
で溶鋼の脱炭処理および脱酸処理を行った。

【００４２】（比較例２）転炉にて溶製した炭素濃度
０．０３％の溶鋼を完全脱酸して取鍋へ出鋼した。この
際、スラグストッパーの使用により流出スラグ量を溶鋼
１ｔ当たり約１０ｋｇに抑制し、かつ、出鋼流に対しス
ラグ改質剤（組成：Ａｌ４０％、ＣａＣＯ₃ ６０％）
を２ｋｇ／溶鋼ｔ添加し、スラグ中低級酸化物（ＦｅＯ
＋ＭｎＯ）濃度の目標値を２％とした。この時の溶鋼中
の溶存酸素濃度は０．００３％であった。

【００４３】ＲＨ真空脱ガス装置で得られた溶鋼の真空
脱炭処理を行った。溶鋼中の溶存酸素が不足するため、
真空槽上部に設置した上吹きランスより酸素上吹きを
０．０１Ｎｍ³ ／（溶鋼ｔ・分）の供給速度で３分間行
い、溶鋼中炭素濃度を０．００２５％とした。

【００４４】引き続き、金属Ａｌ添加による溶鋼脱酸処
理を行い、溶鋼中の溶存酸素濃度を０．００１％とし
た。

【００４５】溶鋼中酸素濃度、溶鋼中炭素濃度、スラグ
中低級酸化物濃度および鋳片中の介在物個数の調査を、
本発明例に準じて実施した。

【００４６】本発明例および比較例１、２ともに、各条
件でそれぞれ１０チャージずつ処理を行い、その平均値
と同時にデータのバラツキも示して、結果を以下にまと
めた。図５に、本発明例と比較例１、２について、転炉
出鋼時からＲＨ真空脱ガス処理終了後までのスラグ中低
級酸化物の濃度の推移を示す。

【００４７】本発明例ではスラグ改質剤の適量な添加に
応じて確実にスラグ中低級酸化物濃度順次が低下し、最
終的に目標とするスラグ中低級酸化物濃度２％の達成が
可能であることがわかる。

【００４８】これに対し、比較例１のスラグ中低級酸化
物濃度は、ＲＨ処理前では目標とした６％程度に調整さ
れるが、これ以降は低下できない。また、比較例２で
は、スラグ低級酸化物濃度はいったんは最終目標の２％
程度まで低下するものの、真空脱炭処理時のランスによ
る酸素上吹きの間にスラグの酸化が進行して、最終的に
は比較例１に近い値まで上昇し、目標を達成することが
できない。

【００４９】図６に連続鋳造後の鋳片の介在物の状況を
示す。ここで、鋳片欠陥指数とは比較例１の鋳片の介在
物（５μｍ以上のサイズ）個数を１．０として指数化し
て表示したものである。本発明例における鋳片欠陥指数
は約０．４と、清浄度が最も良好であった。

【００５０】

【発明の効果】本発明方法によれば、スラグ中低級酸化
物濃度を２％程度に低減することが可能であり、この結
果、従来法では得られなかった高清浄度の極低炭素鋼を
確実に、かつ、低コストで溶製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＲＨ真空脱ガス処理前のスラグ中低級酸化物と
溶鋼中酸素濃度との関係を示す図である。

【図２】本発明を実施するための、ＲＨ真空脱ガス装置
の概略断面図である。

【図３】難崩壊性スラグ改質剤の断面の一例を示す図で
ある。

【図４】難崩壊性スラグ改質剤を脱炭処理後に添加した
場合と、Ａｌ脱酸処理後に添加した場合について、スラ
グ改質効率の比較をした図である。

【図５】本発明例と比較例とを、転炉出鋼前からＲＨ真
空脱ガス処理後にかけてのスラグ中低級酸化物の濃度推
移について比較したグラフである。

【図６】本発明例と比較例とを、鋳片欠陥指数について
比較したグラフである。

【符号の簡単な説明】

１：溶鋼２：取鍋３：スラグ 4a：上昇管 4b：下降管５：真空槽６：Ａｌ用シューター７：難崩壊性スラグ改質剤用シューター８：難崩壊性スラグ改質剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転炉から取鍋への出鋼時の出鋼流または取
鍋内のスラグにスラグ改質剤を添加してスラグ中の低級
酸化物の濃度を調整し、その後溶鋼環流式の真空脱ガス
処理装置を用いて脱炭処理した後、アルミニウム脱酸処
理前後の少なくとも一方で、真空槽内の溶鋼中に、溶鋼
に対しては難崩壊性を有しかつスラグに対しては易反応
性を有するスラグ改質剤を添加することを特徴とする清
浄度の高い極低炭素鋼の溶製方法。