JP5176587B2 - 高清浄鋼鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉または電炉より出鋼された溶鋼を二次精錬工程でＬＦなどのアーク加熱取鍋精錬装置で処理を行い、さらに必要に応じて引き続きＲＨなどの真空処理を行なった後、連続鋳造する高清浄鋼鋳片の製造方法に関するものである。

近年、鋼の高付加価値化、高品質に伴い溶鋼の高純度化が要求され、溶銑予備処理技術の開発、二次精錬技術の開発が進み、機能分化による分割精錬が一般的な清浄鋼製造プロセスとして確立されており、二次精錬工程ではその機能もスラグによる脱酸、脱Ｓ精錬、介在物除去および形態制御、成分制御、脱ガスなど多岐にわたり、鋼種および品質要求レベルに応じた機能の使い分けが行われている。特に軸受鋼のように超高清浄性を要求される鋼の溶製については徹底的な取鍋のスラグ酸化度の低減処理および真空精錬による介在物除去が必須であり、さらに連鋳工程まで全工程に徹底した断気の実施、スラグなどの混入防止による再酸化抑制が重要である。

例えば、非特許文献１では介在物低減のための最適な取鍋スラグ組成、二次精錬および連鋳工程における介在物低減技術が紹介されている。さらに特許文献１〜３ではアーク溶解炉または転炉にて溶製した溶鋼を環流式真空脱ガスおよび取鍋精錬炉にて精錬する「高清浄度鋼の製造方法」が開示されている。また特許文献４，５には精錬された溶鋼を連続鋳造する際にタンデッシュ内の溶鋼が汚染されることを防止するためスラグ塩基度の調整方法が開示されている。

一般に清浄鋼の製造は二次精錬工程における取鍋単位での溶鋼高清浄化処理の他、鋳造工程終了までにおける溶鋼の汚染防止の対応が不可欠である。取鍋精錬時の精錬レベルがばらついている場合、特に取鍋内スラグ組成がばらついている場合、溶鋼品質の低下と、タンデッシュ内への持込スラグによるタンデッシュ内の汚染による再酸化が問題となり、次チャージ以降への汚染物のキャリーオーバーが発生する。

また、取鍋から溶鋼をタンデッシュに移注する場合、詰め砂がタンデッシュへと持ち込まれるので詰め砂の主成分であるＳｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃が再酸化源となりタンデッシュ内のスラグの酸素ポテンシャルが上昇し、介在物生成の原因となるという問題があった。

特開２００１−３４２５１３号公報 特開２００６−２３３２５４号公報 特開２００６−３２８５４６号公報 特開２００１−９６３４５号公報 特開２００４−４２０９４号公報 日本鉄鋼協会 第１４３・１４４回西山記念技術講座 平成４年

本発明が解決しようとする課題は二次精錬工程で清浄化処理を行った取鍋内溶鋼を連続鋳造工程で鋳造するに際して、二次精錬で効果的に清浄化処理を行った上で、タンデッシュ内で溶鋼が汚染することを防止する方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するため、発明者らは高清浄度鋼の製造方法に関して鋭意検討を重ねた結果、二次精錬工程で適正なスラグ組成とすることにより効果的に清浄化処理を行った上で、該二次精錬後のスラグをタンデッシュに持ち込みつつ複数のチャージを連続して同一タンデッシュを使用して連続鋳造することにより、タンデッシュ内溶鋼の再酸化が抑制されて、介在物の少ない高清浄鋼鋳片が得られることを知見し、本発明を完成した。

即ち、本発明の要旨とするところは、次のとおりである。
（１）転炉または電気炉で一次精錬処理を行い、得られた溶鋼を取鍋に出鋼し、次いで二次精錬処理としてアーク加熱取鍋精錬装置にて昇熱、及び成分調整を施した後に、タンデッシュに移注して連続鋳造する一連の工程において、下記の（ａ）から（ｅ）の全ての要件を満足することを特徴とする高清浄鋼鋳片の製造方法。
（ａ）上記一連の工程を複数チャージ連続して行うこと。
（ｂ）前記複数チャージの全てについて、アーク加熱精錬装置での処理後の取鍋内スラグ組成を、Ｃａ、及びＡｌを含む副原料を添加することにより、ＣａＯ（質量％）／ＳｉＯ₂（質量％）≧４．０かつＣａＯ（質量％）／Ａｌ₂Ｏ₃（質量％）＝１．５〜２．５とすること。
（ｃ）前記複数チャージの全てについて、取鍋から溶鋼をタンデッシュに移注する際、移注末期に溶鋼と共にスラグを移注すること。
（ｄ）前記複数のチャージについて、同一のタンデッシュを使用すること。
（ｅ）タンデッシュ内には、Ｃａを含有するフラックスを投入しないこと。
（２）前記タンデッシュは、前記複数チャージのうち第１チャージに用いるタンデッシュとしては、整備を施したものを使用することを特徴とする上記（１）記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。
（３）取鍋から溶鋼をタンデッシュへ移注するに当り、前以って取鍋開孔用の詰砂をタンデッシュ外に排出することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。
（４）二次精錬処理としてアーク加熱取鍋精錬装置での処理に引き続き、取鍋真空精錬装置での処理を行い、該取鍋真空精錬装置での処理中にＡｌ添加による酸化昇熱を行わないことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。

尚、本発明で言う「チャージ」とは、取鍋１杯の溶湯を単位として行われる溶湯の精錬処理単位であり、一次精錬チャージは二次精錬チャージに引き継がれ、両者同じ溶湯単位である。また、タンデッシュの「整備を施したもの」とは、内張り耐火物を新規に構築したもの、或いは、使用後、内張り耐火物に付着した地金やスラグを完全に除去し、損傷した内張り耐火物を再構築したものを言う。

本発明によれば、二次精錬工程で清浄化処理を行った取鍋内溶鋼を連続鋳造工程で鋳造するに際して、特殊なフラックスなど使用せずにタンデッシュ内で汚染することを防止することが容易に可能となり、溶鋼清浄度の大幅な改善なども期待でき非常に有用な発明である。

本発明は、転炉、或いは電気炉で一次精錬した複数のチャージを連続してアーク加熱精錬装置（以下、代表例としてＬＦと言う）で二次精錬を行い、得られた複数チャージの溶鋼を、引き続き連続して同一のタンデッシュを使用して連続鋳造することを基本とするものであり、この際、複数チャージの全てについて、前記ＬＦでの二次精錬では、溶鋼中介在物を除去する適正なスラグ組成とし、該スラグをタンデッシュに移注して、タンデッシュ内にＣａ含有フラックスを添加せずともタンデッシュ内スラグの組成を適正に維持して、溶鋼の再酸化を防止するものである。

まず、本発明において、ＬＦでの処理後の取鍋内スラグ組成を、ＣａＯ／ＳｉＯ₂≧４．０かつＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．５〜２．５とする理由を説明する。

取鍋精錬のＬＦ工程で効果的に介在物を除去するには、上記のとおり、スラグの酸化度（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）を低減することが従来から行われており、また、代替として、スラグ中のＴｏｔａｌ−Ｆｅ（質量％、以下、Ｔ．Ｆｅと表記）を１．０％以下、好ましくは、０．８％以下に低減しても同様に効果的に介在物が除去されることが確認されている。

そこで、本発明者らは、上記のスラグ中Ｔ．Ｆｅを実現するスラグ中のＣａＯ／ＳｉＯ₂およびＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を調査した。

図１は、ＬＦ処理後のスラグ中ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を１．５〜２．５とし、スラグ中のＣａＯ／ＳｉＯ₂とＴ．Ｆｅとの関係を調査した結果である。図１から、ＣａＯ／ＳｉＯ₂≧４．０においてＬＦ処理後スラグＴ．Ｆｅを良好に低減できることがわかる。図２は、ＬＦ処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ₂を４．０以上とし、スラグ中のＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃とＴ．Ｆｅとの関係を調査した結果である。図２から、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．５〜２．５においてＬＦ処理後スラグＴ．Ｆｅを良好に低減できることがわかる。

これらの結果から、本発明では、ＬＦでの処理後の取鍋内スラグ組成を、ＣａＯ／ＳｉＯ₂≧４．０かつＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝１．５〜２．５とした。取鍋内スラグ組成の制御はＬＦ処理前、処理中にスラグを採取し、直接分析した上で、生石灰、アルミナなどの副材料投入量を適正化し、容易に制御することが可能である。

本発明では、上記のスラグ組成でＬＦ処理した溶鋼を取鍋からタンデッシュに移注する際、移注末期に溶鋼と共にスラグを移注することを特徴とする。取鍋内溶鋼量が減少した末期に該取鍋内スラグを忌避せずに溶鋼と共にタンデッシュに持ち込むものである。

ＬＦ処理後のスラグをタンデッシュ内に持ち込むのは、介在物除去に適正なスラグをＬＦからタンデッシュに引き継いで再利用することにより、タンデッシュ内では焼き籾殻等の保温材のみでも適正なスラグ組成を確保でき、Ｃａ含有の高塩基度フラックスを投入する必要がないためである。さらに、スラグ組成を前述の組成に制御していることから取鍋内溶鋼を余すことなく注入することができる。

取鍋内の溶鋼上のスラグは、溶鋼移注末期に溶鋼に巻き込まれ懸濁した状態でタンデッシュに持ち込むことができる。この状態は、目視または通常使用されているスラグ検知装置で検出することができ、注入末期にタンデッシュ内へのスラグの持ち込みが確認されてから取鍋からの注入を終了させることで容易に操業できる。

さらに、本発明では、上記のようにＬＦで処理され、タンデッシュに移注される複数チャージの溶鋼を同一のタンデッシュを使用して連続鋳造するものである。

同一のタンデッシュを継続使用して、ＬＦ処理により介在物が低減された高清浄の鋼を複数チャージ連続して受け入れる。当該連続複数チャージに使用される直前において、そのタンデッシュが、ＬＦ処理していない溶鋼を受け入れて連続鋳造した後のタンデッシュ、或いは熱間で補修して十分に地金やスラグが除去されていないタンデッシュであったとしても、ＬＦ処理した溶鋼への汚染の影響は複数チャージ連続して処理量が増加するに従い低減し解消し、また、スラグ組成も適正に維持されるためである。

従って、熱間で補修したタンデッシュを使用した場合等では、特に後半チャージほど介在物が低減された品質の高い鋼が容易に得られるが、第１チャージから高清浄の鋼を得るには、整備が施されたタンデッシュを第１チャージに使用し、継続使用するのが好ましい。

取鍋内溶鋼をタンデッシュ内に注入を開始するに際し、前もって取鍋開孔用の詰め砂をタンデッシュ外に排出しておくことが好ましい。該詰め砂は通常、ＳｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃が主成分であり、タンデッシュ内へ持ち込まれると、タンデッシュ内スラグのＣａＯ／ＳｉＯ₂が低下し、また、Ａｌ₂Ｏ₃の生成による介在物悪化など、好ましくない。

本発明は、ＬＦ処理後、さらに必要に応じて、取鍋真空精錬装置による処理を行い清浄度をさらに向上させることが好ましい。この際、処置中にＡｌ添加による酸化昇熱を行わないことが望ましい。

ＬＦで溶鋼温度を適正化することで、取鍋真空精錬装置でのＡｌ添加による昇熱は回避可能であり、Ａｌ₂Ｏ₃よる溶鋼の汚染を回避できる。

本発明を実施するに際しては、清浄化処理で使用した取鍋についても、鋳造終了後そのまま熱間状態を維持して次回の出鋼に使用することで取鍋に付着している地金、スラグ起因の不純物が品質に影響することを極小化できる。

本発明の実施の態様例を以下に説明する。

転炉または電気炉で一次精錬処理を行い、溶鋼を取鍋に出鋼し、その後二次精錬処理としてＬＦ工程にて昇熱、成分調整を施し、連続鋳造機で鋳造するプロセスにおいて、ＬＦでの処理後の取鍋スラグ組成をＣａＯ／ＳｉＯ₂＝６、ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝２程度を目標に副原料、Ａｌを取鍋に添加し適度に攪拌を加えながら精錬を行い、スラグ中トータルＦｅが１．０％以下になるように制御し、当該処理を複数チャージ連続して行い、該複数チャージを連続して連続鋳造し、該連続鋳造する際、第１チャージを連続鋳造するときは、整備済みのままのタンデッシュを使用し、残余のチャージを連続鋳造するときは、前記第１チャージで使用した同一タンデッシュを継続して使用し、最大で１５チャージ程度を鋳造する。鋳造中においてはタンデッシュ内に焼き籾殻などの保温目的のフラックスに限定し、保温目的以外のフラックスを添加しない。また溶鋼の二次精錬工程はＬＦ処理の後、ＲＨなどの取鍋真空精錬装置で脱ガス処理を行うことが好ましい。さらに、取鍋真空精錬装置での処理中にＡｌ添加による酸化昇熱を行わないことが好ましい。ＬＦで溶鋼温度を適正化することでＲＨでのＡｌ昇熱は回避可能であり、溶鋼の汚染を回避できる。取鍋内溶鋼のタンデッシュへの注入の末期において、本発明は取鍋スラグをタンデッシュに移注するので、取鍋内残鋼を余すことなく注入することが可能である。取鍋開孔用の詰め砂はタンデッシュへの注入直前にタンデッシュ上に移送前に別容器に捨て湯を行い、その後タンデッシュ上に取鍋を移送して注入を開始することで詰め砂の混入を防止することが可能である。

以下実施例により、さらに詳述する。

溶銑を２７０ｔ転炉で一次精錬した後、該転炉から取鍋へ出鋼し、ＬＦでアーク加熱精錬などの二次精錬を行い、ブルーム連鋳機で整備済みのタンデッシュを使用して連続して最大１０ｃｈ程度の連々鋳操業を行った。

全チャージについて、取鍋からタンデッシュに溶鋼を移注する際、溶鋼注入末期においてスラグの持込を目視で確認してから取鍋注入を終了した。タンデッシュには保温材として焼き籾殻のみを添加しその他のフラックスの添加は行わなかった。

ブルーム鋳片の断面サイズは３５０ｍｍ×５６０ｍｍ角であり、分塊圧延を経て棒鋼圧延により、断面サイズが６０ｍｍφの棒鋼を得た。品質調査は、この棒鋼を超音波探傷法により評価した。検出エコー１３ｄＢを閾値として介在物品質異常判定した。

表１に示す実施例１は二次精錬工程としてＬＦ処理だけを行ない、ＬＦ処理後の取鍋スラグ組成は本発明で提示した条件としたケースである。表２に示す実施例２はＬＦ工程の後にＲＨ真空処理を行ったケースである。さらに、表３に示す実施例３では各チャージにおいて連鋳工程でタンデッシュに溶鋼を注入する直前に取鍋詰め砂をタンデッシュ内に持ち込まないように捨湯処理を実施したケースである。

表４に示す比較例１はＬＦ処理後のスラグ組成が本発明の条件を満足していないチャージが混在した状態で鋳造が行われたケースである。表５に示す比較例２はＬＦ処理を行わないチャージが混在した状態でのケースを示す。

各表において、Ｃ／ＳはＣａＯ／ＳｉＯ₂を意味し、Ｃ／ＡはＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃を意味する。また、表中の「ＲＨ ＯＢ」は、ＲＨでのＡｌ添加による酸化昇熱を意味する。

本発明の適用により実施例１，２とも棒鋼製品ＵＴ検査（超音波探傷法）の不良率は低位安定し、連々鋳の後半になるについてさらに不良率は低下する傾向を示す。実施例３においては取鍋捨て湯を行い詰め砂をタンデッシュに持ち込まないことで品質レベルはさらに向上することがわかる。

比較例はＬＦ処理後スラグ組成がばらついたチャージまたはＬＦ処理を行わすＲＨ処理だけのチャージが同一タンデッシュでの鋳造において混在した場合の品質影響を示す。同一タンデッシュを使用しているため品質ばらつきがその後のチャージ品質まで影響を及ぼしていることがわかる。

このように本発明を適用することで効果的に安定した介在物品質を達成することが可能となり、後半チャージほど介在物品質の高い鋼が容易に得られる。

ＬＦ処理後スラグのＣａＯ／ＳｉＯ₂とＴ．Ｆｅとの関係を示す図である。 ＬＦ処理後スラグのＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃とＴ．Ｆｅとの関係を示す図である。

Claims (4)

1. 転炉または電気炉で一次精錬処理を行い、得られた溶鋼を取鍋に出鋼し、次いで二次精錬処理としてアーク加熱取鍋精錬装置にて昇熱、及び成分調整を施した後に、タンデッシュに移注して連続鋳造する一連の工程において、下記の（ａ）から（ｅ）の全ての要件を満足することを特徴とする高清浄鋼鋳片の製造方法。
   （ａ）上記一連の工程を複数チャージ連続して行うこと。
   （ｂ）前記複数チャージの全てについて、アーク加熱精錬装置での処理後の取鍋内スラグ組成を、Ｃａ、及びＡｌを含む副原料を添加することにより、ＣａＯ（質量％）／ＳｉＯ₂（質量％）≧４．０かつＣａＯ（質量％）／Ａｌ₂Ｏ₃（質量％）＝１．５〜２．５とすること。
   （ｃ）前記複数チャージの全てについて、取鍋から溶鋼をタンデッシュに移注する際、移注末期に溶鋼と共にスラグを移注すること。
   （ｄ）前記複数のチャージについて、同一のタンデッシュを使用すること。
   （ｅ）タンデッシュ内には、Ｃａを含有するフラックスを投入しないこと。
2. 前記タンデッシュは、前記複数チャージのうち第１チャージに用いるタンデッシュとしては、整備を施したものを使用することを特徴とする請求項１記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。
3. 取鍋から溶鋼をタンデッシュへ移注するに当り、前もって取鍋開孔用の詰砂をタンデッシュ外に排出することを特徴とする請求項１または２に記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。
4. 二次精錬処理としてアーク加熱取鍋精錬装置での処理に引き続き、取鍋真空精錬装置での処理を行い、該取鍋真空精錬装置での処理中にＡｌ添加による酸化昇熱を行わないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高清浄鋼鋳片の製造方法。

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