JPS637318A - 溶鋼へのＣａ添加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は溶鋼へのＣａ添加方法に関し、詳細にはＣａの
添加量を必要最小限に抑制しても最大限の効果を発揮し
得る様な溶鋼へのＣａ添加方法に関するものである。

［従来の技術］ 溶鋼の連続鋳造は、これまでいわゆるプルーム連鋳を中
心として発展してきており、実施化率は極めて高く、当
初の希望目的にはｙ到達している。その為現在の連鋳技
術者は新しい展開を求めて種々検討を行なっているが、
そのひとつにビレット連鋳等の小断面サイズの連鋳があ
る。この様な小断面サイズの連続鋳造では、タンデイツ
シュノズルの径も小さくなるので、５ｔ−Ａｔキルド鋼
やＡ１キルド鋼が主体の乗用特殊鋼では非金属介在物に
よるノズル閉塞が従来のブルーム連鋳に比べてはるかに
発生し易いものである。タンデイツシュノズルがいった
ん閉塞すると、生産の停止や不良品の発生、更には全体
的な生産計画の狂い等重大な問題に発展する。この様な
閉塞事故が発生する原因については■溶鋼脱酸の為に投
入されるＡＩに基づく脱酸生成物（Ａｌ２Ｏ３系介在物
）゛が比較的高融点であること■鋳造温度は一般に低温
度であり、この様な低温度条件の下では、上記Ａｌ２Ｏ
３系介在物が固体状態を呈し、タンデイツシュノズル内
面に付着し易いからであると考えられている。

この様なノズル閉塞を防止する手段としては、溶鋼中の
Ａ１□ｏ３系介在物を低融点化することが考えられ、低
融点化を目的として溶鋼中へＣａを添加する技術が実施
されている。

Ｃａ添加の一般的な方法としては、第２図に示す様にＣ
ａ系粉末を上吹きランス２からキャリアガス（Ａｒガス
等）と共に取鍋１内の溶鋼８に吹き込んで処理するイン
ジェクション法、或は第３図に示す様にアンコイラ３に
巻回されたＣａ系ワイヤ４をインジェクタ５によって送
給し、ガイドバイブロを介して取鍋１内の溶鋼８に強制
的に添加するワイヤフィーダ法等が挙げられる。或は図
示しない入れ置き法も知られているが、Ｃａ投投置量制
御が困難であるという理由の為余り実用化されていない
。尚第２．３図中９は溶鋼８上に形成されるスラグであ
る。

しかしてこの様なＣａ処理は、高融点のＡｌ２Ｏ，系介
在物を低融点のＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（カルシウム−アル
ミネート）系介在物に変換することによって連鋳条件下
において融体化し、その結果としてタンデイツシュノズ
ル内面へのＡｌ系介在物の付着を防止し、円滑な連続鋳
造を可能にするものである。

更に、Ａｌ２Ｏ，系介在物は一般に堆積して肥大化し易
く、ｉ′ｇ鋼中に巻込まれて鋳片内部に捕捉され鋼質の
汚染を招くので、Ｃａ添加技術は溶鋼の清浄化といった
観点からしても極めて有効な技術である。従ってＣａｌ
加は連鋳製品の大小にかかわりなく行なわれており、本
発明においても連鋳製品の大きさ等について格別の制限
を受けるべきものではない。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く、溶鋼へのＣａ添加技術は、ノズル閉塞の防
止や溶鋼の清浄化といった観点からして極めて有効な技
術である。しかしながらＣａ添加の効果を最大限に発揮
させる為には、下記に指摘する様な問題点が残されてい
る。

溶鋼中におけるＣａは酸素との親和力が大きいという特
性を有しているが、溶鋼の表面を覆っているスラグ層（
前記第２図及び第３図参照）の酸化性が高い場合には、
添加されたＣａが前記スラグ層を上から下へ通過する間
に一部が酸化消耗され、或はいフたん深部に至り、−部
未反応のまま浮上してきたＣａが溶鋼表面付近に至って
前記スラグ層に接触して酸化消費されるので、溶鋼への
Ｃａ歩留りは計画通りとならないことが多く極めて不安
定である。その結果Ｃａ添加による介在物の形態制御の
再現性、従って制御精度が悪くなり、その結果Ｃａ添加
量が不足する場合は前記ＡＩ、Ｏ，系介在物の融体化が
不十分となり、逆にＣａ添加量が多過ぎるとＣａ系介在
物が発生する。いずれの場合においても前記介在物によ
るタフ１ツンユノズルの閉塞が生じ、Ｃａ添加の本来の
目的を達成し得なくなる。

従って溶鋼へのＣａ添加技術においては、Ｃａの無駄な
消費を極力防ぎ、Ｃａ添加によるＡ１□０３系介在物の
形態制御を再現性よく達成する必要がある。尚本発明の
対象とするＣａ添加技術は、ノズル閉塞を防止するとい
う観点からＣａ添加量を適正な範囲内に制御することを
主目的とするものであるが、溶鋼の清浄化という面も考
慮すると、溶鋼中に存在するＡｌ２Ｏ，系介在物を極力
少なくして、その後添加されるＣａの量を上記適正範囲
内で必要最小限にするという点にも配慮する必要がある
。

本発明は上述した様な技術背景のもとでなされたもので
あって、その目的とするところはＣａの無駄な消耗を防
いでＣａ添加によるＡｌ２Ｏ３系介在物の形態制御を再
現性よく達成すると共に、必要最小限のＣａ添加で最大
限の効果を発揮し得る様な優れたＣａ添加方法を提供す
るものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明は、取鍋に収容された溶鋼にＣａ添加する方法に
おいて、前記溶鋼の表面に形成されるスラグを下記（１
）式を満足する様に制御すると共に、溶鋼攪拌を加えて
下記（２）式を満足させ、しかる後Ｃａを添加して操業
する点に要旨を有するものである。

（ＣａＯ）／　（ＳｉＯ２）＞２．５　−（１）（全Ｆ
ｅ）＋　（ＭｎＯ）＜２．０％　−（２）［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要は溶鋼へのＣａ添
加に先立ち、該溶鋼の表面に形成されるスラグを、■上
記（１）式の関係を満足させる様に塩基度を制御する、
及び■溶鋼攪拌を加えて上記（２）式を満足させる、の
２つの構成要素を備えたところに最大の特徴を有するも
のである。

本発明において上記２つの構成要素■、■を採用した理
由について順次説明する。

まず本発明においては、Ｃａの無駄な消費を防ぐ為にス
ラグの塩基度を規定した。即ち上述した様に溶鋼中に添
加されるＣａは酸素との親和力が大きく特にスラグ層が
酸化性である場合には該スラグによってＣａが無駄に消
耗されるのであるが、これを防ぐには（ＣａＯ）／　（
Ｓ　ｉ　０２　）で規定されるスラグ塩基度を２．５よ
りも大きくする必要がある。上記スラグ塩基度が２．５
以下であると、Ｃａがスラグによって多く酸化されＣａ
の溶鋼中への歩留つが悪くなり、Ｃａ添加によるＡｔ２
０．系介在物の形態制御を再現性よく達成で台なくなる
。またスラグ塩基度を上げることによって、スラグ中の
酸化状態にあるＦｅやＭｎ等の有価元素が還元され溶鋼
中に歩留まっていくという利点もある。特にＦｅＯやＭ
ｎＯ等の酸化物がスラグ中に多い場合はスラグが汚染さ
れた状態と言えるが、ＦｅやＭｎが溶鋼中に歩留まって
ゆくことによってスラグは清浄された状態となる。

その上スラグが清浄化された状態となると、溶鋼中に存
在するＡ１．Ｏ，がスラグによって捕捉され易くなり、
溶鋼中に存在するＡＩ、０３は溶鋼攪拌によってスラグ
への捕捉が促進されることになる。その結果溶鋼中の全
溶存酸素量［ｏ］アは低下することになる。この様にス
ラグ塩基度を制御すると共に溶鋼を攪拌して（全Ｆｅ＋
Ｍｎ０）の値を適正な範囲に制御することによってｉ′
８鋼中の全溶存酸素量［０コ。を成る値以下にできる。

尚溶鋼攪拌に当たっては、従来行なわれている様な不活
性ガスを溶鋼中に供給して行なう方法でもよいが、その
場合には攪拌された溶鋼の表面が大気に露出して酸化さ
れることもあるので、電磁誘導によって溶鋼中に攪拌流
を形成する方法が最適である。この方法を採用すれば、
溶鋼表面はスラグで常時層われた状態のままで穏やかな
攪拌が行なわれることとなるので溶鋼中の酸素が不本意
に増加することを防ぐことができ、本発明の効果がよの
一層顕著に発揮される。

また本発明においては、Ｃａ添加方法自体は何ら限定さ
れるものではなく、インジェクション法やワイヤフィー
ダ法等のいずれの方法を採用してもよいが、Ｃａ歩留り
等を考慮するとワイヤフィーダ法が最も好ましい。

本発明者らが実験で確認したところ、スラグ塩基度［（
ＣａＯ）／　（ＳｉＯａ　）コと（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）の
間には第４図に示す関係があることが判明した。即ちス
ラグ塩基度と（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）との間にはｉ、、Ｊ２
２で示される反比例関係が認められ、好ましい範囲は第
４図のライン１、及びＬ２で囲まれた領域Ａである。尚
縦軸はスラグの塩基度を調整した上で溶鋼を電磁攪拌し
て平衡状態にしたときにおける（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）を示
す。

本発明においては上述した理由で（ＣａＯ）／Ｓ　ｉ　
Ｏｘ　）　＞２．５　　［前記（１）式］とする必要が
あるが、この場合には第４図から明らかな様に（全Ｆ６
＋Ｍｎ０）の範囲は２未満となる［前記（２）式］。こ
れらの条件を満足する範囲は、第４図において説明の便
宜上ハツチングを付して示すが、本発明において塩基度
を調整すると共に溶ｗＩ攪拌を加えるのはスラグの性状
を前記（１）　、　　（２１式の双方を満足する様にす
る為である。また前記（１）　、　（２）式の双方を満
足する様にスラグの性状を制御した場合には、取鍋内に
おける溶鋼中の全溶存酸素濃度［０コＴを２５ｐｐｍ以
下に低減することができた。

ここで？８鋼中の全溶存酸素濃度［０］Ｔを可及的に少
なくすることは、Ｃａ添加の際のＣａ必要添加量の低減
を招き極めて有益なことである。即ち本発明方法におい
て、Ｃａ添加に先立ちＡＩ、Ｏ，をスラグ中に捕捉させ
溶鋼中の全溶存酸素濃度［０：］Ｔを少なくすることは
、溶鋼中に存在するＡｌ２Ｏ，系大型介在物（ノズル閉
塞の原因になる）を可及的に少なくすることを意味する
ものであり、溶鋼をＣａ添加の為の最適な状態にするこ
とができる。従って溶鋼中の全溶存酸素濃度［０］Ｔは
Ａｌ２Ｏ３の存在指標ともなるものである。その結果ノ
ズル閉塞の原因になる大型介在物である高融点のＡｌ２
Ｏ３系介在物の低減を必要最小限のＣａ添加によって達
成できると共に、Ｃａ添加によるＣａＳ等の微少介在物
の低減にもつながるので製品の清浄化の面においてもそ
の効果は大きい。

この様に本発明方法によれば、必要最小限のＣａ添加に
よって、最大限の効果を発揮し得るものである。

次に本発明者らは、溶鋼中の全溶存酸素濃度［０］　１
がＣａ添加に及ぼす影響について調査した。

９０ｔＬＤ転炉で得られる各種炭素鋼の溶鋼を取鍋に収
容してアーク加熱（ＡＳＥＡ型装置による）した後、Ｃ
ａＯやＣａＦ２等の塩基性造滓材を加えてスラグの塩基
度を各種調整し、電磁話導（最大１０ＱＯＡ　）による
溶鋼攪拌を施して全溶存酸素濃度［０］　Ｔが異なる各
種の溶鋼を調製した。

尚溶鋼が低炭素鋼である場合には、スラグの粘性が低い
ので取鍋へ収容する際にスラグが取鍋内に流入すること
があるが、その場合にはリレードルなどによって流入ス
ラグを排出してスラグ厚を３０ｍｍ以下に調整する必要
がある。

上述の様にして調製した各種の溶鋼について、ワイヤフ
ィーダ法（添加速度５０〜３００＋ｎ／分）によってＣ
ａを必要量添加した。その後連続鋳造してビレットを得
、連鋳製品中に存在する微小介在物（５〜１９μｍ）と
全溶存酸素濃度［ＯコＴとの関係を調査した。

その結果は第５図に示す。尚第５図中Ｃａ濃度［Ｃａ］
及び全溶存酸素濃度［０］Ｔはいずれもタンプッシュ内
で測定した値を示す。ここで取鍋からタンプッシュに穆
す際にはＣａ及び０は攪拌作用によって溶鋼表面に浮上
して若干低下する傾向を示し、その変動量は５１ｊｐ１
０程度であることが分かつている。従って第５図におい
て［ｏｌ　Ｔを２０　ｐｐｍ以下と表示したのは、取鍋
内での全溶存酸素濃度〔０］Ｔが２５　ｐｐｍ以下であ
ったことを示している。

第５図の結果から明らかな様に、Ｃａ濃度が増すにつれ
てＣａＳ系微小介在物量が増加するのは当然であるが、
全溶存酸素濃度［Ｏ］Ｔが２０　ｐｐｍ以下（取鍋内で
２５ｐｐｍ以下）の場合には、他の場合と比べてＣａ添
加による微小介在物の生成は少なくなる。

上記−連の工程において、全溶存酸素濃度［０１Ｔを２
０　ｐｐｍ以下に調整した溶鋼について、Ｃａ処理する
場合と未処理の場合におけるＡｌ２Ｏ３系大型介在物（
５０μｍ以上）の生成状況をも調査した。その結果は第
６図に示すが、未処理の場合には鋳片のボトム部とミド
ル部によっての相違はあるものの、いずれも大型介在物
の生成が認められた。これに対し、Ｃａ処理を施した場
合は必要最小限のＣａ添加量で連鋳製品のいずれの部分
においても大型介在物の生成は認められなかった。

［実施例］ ９０ｔＬＤ転炉を用い、５４５Ｃ鋼及び低炭素Ａｔキル
ド鋼について、夫々第１図（１）　、　（２）に示す工
程に従って連鋳製品を製造した。

３４５　Ｃａｌの場合には、転炉から取鍋内への出鋼時
に取鍋内にスラグが流出するのを防ぐ為、転炉内にＣａ
Ｏを投射して炉内にてスラグを固化させた。また低炭素
鋼の場合には、上述した理由によってリレードルで流入
スラグを排出し、取鍋内のスラグ厚を３０ｍｍ以内とす
る様に調整した。

スラグ塩基度の調整は、塩基性造滓材としてＣａ０２０
０ｋｇを添加することにより行なった。

尚ＣａＦ２を５０　ｋｇ添加してスラグの流動性を調整
した。取鍋内に収容した各溶鋼はアーク加熱を行なうと
共に、電磁話導による攪拌を施した。

このときの３４５Ｃ鋼のスラグ塩基度［（ＣａＯ）／　
（ＳｉＯ２）］及び（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）は夫々３．１．
１．１％となり、溶鋼中の全溶存酸素濃度［０コ、は１
５ｐｐｍ（取鍋内）となった。

一方低炭素鋼のスラグ塩基度［（ＣａＯ）／（ｓｔｏ２
）］及び（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）は夫々２．７％、１．８％
となり、溶鋼中の全溶存酸素濃度［０コアは２２ｐｐｍ
（取鍋内）となった。

この様にして溶鋼を調製した後に連続鋳造を行なったの
であるが、連鋳製品はいずれの場合においてもタンデイ
ツシュノズルの閉塞を生じることなく、また連鋳製品中
の介在物も微小且つ少なくなり、連鋳製品の全長に亘っ
て介在物欠陥は全く認められなかった。

更に本発明者らは上述の実施例と同様にして、下記第１
表に示すスラグ塩基度及び（全Ｆｅ＋Ｍｎ０）となる様
に各鋼種を調整した場合についても実験を行なった。

そしていずれの場合も、上述の実験例と同様の良好な結
果が得られた。

第　　　１　　　表 ［発明の効果コ 以上述べた如く本発明方法によれば、既述の工程に従っ
て操業を行なうことにより、Ｃａの無駄な消耗を防いで
Ｃａ添加によるＡｌ２Ｏ３系介在物の形態制御を再現性
よく達成すると共に、必要最少限のＣａ添加量で最大限
の効果を発揮し得る。

優れたＣａ添加方法が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例を示す工程図、第２図はイ
ンジェクション法の概略説明図、第３図はワイヤフィー
ダ法の概略説明図、第４図はスラグ塩基度と（全Ｆｅ＋
Ｍｎ０）との関係を示すグラフ、第５図は鋳造製品中に
存在する微小介在物と溶鋼中の全溶存酸素濃度［０］と
の関係を示したグラフ、第６図はＡｌ２Ｏ３系犬型介在
物の生成状況を示すグラフである。 １・・・取鍋　　　　　２・・・上吹きランス３・・・
アンコイラ　　４・・・Ｃａ系ワイヤ５・・・インジェ
クタ　６・・・ガイドパイプ８・・・溶鋼　　　　　９
・・・スラグ第１図（１） ４５Ｃｗ４ 第１図（２） 低炭素Ａｔキμド鋼 第２図 第３図 ら

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 取鍋に収容された溶鋼にＣａ添加する方法において、前
   記溶鋼の表面に形成されるスラグを下記（１）式を満足
   する様に制御すると共に、溶鋼攪拌を加えて下記（２）
   式を満足させ、しかる後Ｃａを添加して操業することを
   特徴とする溶鋼へのＣａ添加方法。 （ＣａＯ）／（ＳｉＯ＿２）＞２．５…（１） （全Ｆｅ）＋（ＭｎＯ）＜２．０％…（２）