JP6600968B2 - 含クロム溶鋼の仕上げ精錬方法 - Google Patents
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Description
上記処理では、通常酸素の親和力の強い金属アルミニウム(金属アルミニウムや金属アルミニウム合金を含む物質)が用いられるが、反応によってアルミナが生成するため、アルミナ系介在物起因による製品品質の悪化を招いている。
なお、金属アルミニウムの代わりにSiやTi等の金属を用いる場合もあるが、Siは脱酸能力が低く、また、Tiは高価であるため、金属アルミニウムを用いる溶鋼脱酸やスラグ還元を実施する前提で、製品品質を向上する技術が望まれている。
また、特許文献2には、脱炭精錬後に、(wt%CaO)/(wt%SiO2):1.2〜2.0、(wt%Al2O3)≦10wt%、を満足する組成のスラグ存在下でSi脱酸し、タンディッシュで使用するフラックスを、(wt%CaO)/(wt%SiO2)≦2.5、(wt%Al2O3)≦5wt%として、溶鋼中の介在物量を増加させないことが記載されている。
特許文献1に記載の方法を含クロム溶鋼の還元に適用すると、本発明者らの知見では、含クロム溶鋼を鋳造し圧延した後の製品において、アルミナ系介在物の顕著な残留や、吸窒起因の粒界腐食割れ性等による製品品質の悪化が発生する場合があった。
また、特許文献2に記載の方法は、脱酸材として、アルミニウムではなくSiを使用することで、アルミナ系介在物の生成を抑制しているが、本発明者らの知見では、Si脱酸の場合、脱酸処理後の溶鋼中の酸素レベルが高く、結果としてアルミナ系介在物の発生を抑制できず、クロム酸化物の還元が不十分になることが課題であった。
前記金属アルミニウム添加前のスラグ組成を、スラグ中のCaO濃度とAl2O3濃度の関係が1.2≦(質量%CaO)/(質量%Al2O3)≦2.3、かつ、スラグ中のCr濃度がCr2O3換算で8.0質量%以上、にし、
前記金属アルミニウムの添加時に生石灰を添加するに際し、該金属アルミニウム及び該生石灰のいずれか一方又は双方の添加終了までの間のスラグ組成を計算で求め、1.0≦(質量%CaO)/(質量%Al 2 O 3 )≦2.3、にする。
本発明の一実施の形態に係る含クロム溶鋼の仕上げ精錬方法は、吹酸粗脱炭精錬を実施した含クロム溶鋼の仕上げ精錬工程(二次精錬工程)において、減圧下での吹酸脱炭処理(以下、仕上げ吹酸脱炭処理ともいう)後に、窒素を含み真空度が5.3×104Pa以上10.1×104Pa以下の雰囲気下で金属アルミニウムを添加し、含クロム溶鋼の脱酸並びに含クロム溶鋼上のスラグに含まれるクロム酸化物の還元を行う方法である。以下、詳しく説明する。
金属アルミニウムは一般的に、脱酸材や還元材として用いているが、使用にあっては製品品質を維持する課題があるため、本発明の前提としている。なお、金属アルミニウムとは、金属アルミニウム単体のみならず、これを含有するものも指し、例えば、アルミニウム合金やアルミドロス等も含まれる。
即ち、上記した構成は、本発明の課題を明示する構成である。
即ち、前記した含クロム溶鋼を脱酸し、含クロム溶鋼上のスラグに含まれるクロム酸化物を還元する際に、金属アルミニウム添加前のスラグ組成を、以下のようにする。
・スラグ中のCaO濃度とAl2O3濃度の関係:1.2≦(質量%CaO)/(質量%Al2O3)≦2.3
・スラグ中のCr濃度:Cr2O3換算で8.0質量%以上
以下、詳しく説明する。なお、「(質量%CaO)/(質量%Al2O3)」は、「C/A」又は「CaO/Al2O3」とも記載する。
金属アルミニウムを添加することで、脱酸やクロム酸化物の還元処理ができるが、生成するアルミナ系介在物の好ましい形態を実現するために、(質量%CaO)/(質量%Al2O3)を規定した。なお、アルミナ系介在物とは、CaO−Al2O3系介在物やAl2O3介在物であり、CaOが少ない場合は、Al2O3介在物が生成する。また、このアルミナ系介在物の好ましい形態とは、アルミナ系介在物が生成しても、製品品質に影響を及ぼさない形態を意味する。
しかし、これによっても、製品に粗大なアルミナ系介在物が残存する場合があることに本発明者らは注目した。
なお、この要件により、仕上げ吹酸脱炭処理後の脱酸やクロム酸化物の還元を目的とした金属アルミニウム添加量であれば、金属アルミニウム添加後のスラグ組成は、1.0≦C/Aを実現しやすいため、生成するアルミナ系介在物が高融点の粒子となることを回避でき、比較的低融点の介在物とすることができる。この低融点の介在物は、製品板の圧延時に鋼材と共に変形するため、製品欠陥として顕在化することを抑制できる。
また、上記要件によって、金属アルミニウム添加前のアルミナ系介在物を、低融点介在物とすることもでき、製品品質を向上できることはいうまでもない。
一般に窒素雰囲気下での処理においては、脱酸処理によって溶鋼中の酸素ポテンシャルが低下すると、雰囲気中に存在する窒素が溶鋼中に溶解し易くなるため、溶鋼中の[N]濃度の上昇(以下、吸窒や吸Nともいう)がおこる。
本発明者らは、吹酸粗脱炭精錬後の含クロム溶鋼の吸窒は、仕上げ吹酸脱炭処理後の窒素雰囲気下での精錬処理時に主として発生し、窒素雰囲気下での処理の待ち時間(窒素雰囲気下の処理時間よりも長い窒素雰囲気曝露時間)や、窒素雰囲気下での処理完了後から連続鋳造完了までの時間での吸窒量は僅かであることを知見した。
以上のことから、窒素雰囲気下の処理時間帯での吸窒抑制が、製品の窒素濃度増加の抑制に極めて有効であることがわかった。
ここで、C/Aが2.3超の場合、スラグの流動性が悪化し、溶鋼と窒素雰囲気の接触を招き易く、吸窒量増加の原因となる。即ち、C/Aを2.3以下(更には、2.0以下)とすることで、窒素雰囲気と溶鋼の接触が遮断できる程度にスラグを滓化でき、金属アルミニウム添加等の、窒素雰囲気と溶鋼の接触が発生し得る窒素雰囲気下の処理時であっても、吸窒を抑制できる。
なお、金属アルミニウムの添加と共にC/Aの値は低下するため、金属アルミニウムの添加開始後は遮断効果が維持される。
上記したように、滓化性が確保されたスラグによって窒素雰囲気と溶鋼の接触が抑制されているとはいえ、酸素ポテンシャルが低いと、金属アルミニウム添加等の窒素雰囲気下での精錬処理開始と共に、窒素雰囲気と溶鋼の不可避的な接触が発生し、同時に吸窒が開始するため好ましくない。
そこで、上記吸窒の開始を遅らせるため、酸素ポテンシャルを高位に維持することが必要となるが、ここで本発明者らは、スラグ中のCr2O3等のクロムの酸化物に着目した。
従って、例えば減圧下での吹酸脱炭処理によって生成するCr酸化物中のCr濃度、即ち金属アルミニウム添加前のスラグのCr濃度を、Cr2O3換算で8.0質量%以上(更には、10質量%以上)とした後、金属アルミニウムを添加することで、吸窒を有意に抑制することに、本発明者らは想到した。
なお、金属アルミニウム添加前のスラグのCr濃度の上限は特に規定していないが、通常の減圧下の吹酸脱炭処理を経た溶鋼のスラグであれば、到達できるCr濃度の最大値は、Cr2O3換算で40質量%程度である。
前記した金属アルミニウム添加前の組成が1.2≦(質量%CaO)/(質量%Al2O3)≦2.3であるスラグへの金属アルミニウムの添加時に生石灰を添加するに際し、この金属アルミニウム及び生石灰のいずれか一方又は双方の添加終了までの間のスラグ組成を計算で求め(以下、スラグの狙い組成ともいう)、1.0≦(質量%CaO)/(質量%Al2O3)≦2.3、にすることが好ましい。以下、詳しく説明する。
スラグに金属アルミニウムや生石灰を添加するに伴い、スラグ組成であるC/Aの値が変化する。
そこで、添加した生石灰が全て滓化する前提、また、添加した金属アルミニウムが全て溶鋼中の酸素やクロム酸化物と反応して滓化した前提で、添加により変化した後のスラグ組成を、スラグの狙い組成と規定した。つまり、実際の操業においては、金属アルミニウムと生石灰の添加量を考慮したスラグ組成の計算値が、スラグの狙い組成(即ち、1.0以上2.3以下)となるように、金属アルミニウムと生石灰を添加する。
なお、実際には、生石灰は添加直後に全て滓化しないため、当初の金属アルミニウム添加前のスラグ組成の効果が残り、直ちに吸窒が開始することはない。
なお、本発明者らの知見では、減圧下の吹酸脱炭処理時に生成する溶鋼中の酸素を脱酸し、スラグ中のクロム酸化物を還元する程度の金属アルミニウム添加量であれば、生石灰の添加量がゼロであっても、スラグの狙い組成であるC/Aは1.0未満となり難く、高融点のアルミナ系介在物は生成しにくいものであった。この金属アルミニウム添加量は、溶鋼中の酸素のモル数の0.7〜1.5倍に相当する金属アルミニウム量と、スラグ中のCr2O3のモル数の2.0〜4.0倍に相当する金属アルミニウム量の合計量である。
上底吹転炉で吹酸粗脱炭精錬し取鍋に出鋼した16質量%クロム含有鋼の溶鋼(含クロム溶鋼)150トンを用いて、仕上げ精錬工程の実験を行った。
この仕上げ精錬工程では、減圧下で仕上げ吹酸脱炭処理した後に、大気圧下(窒素雰囲気下の一例)で脱酸とクロム酸化物の還元を目的として金属アルミニウムの添加を開始すると共に、溶鋼鍋底部からアルゴンガスを吹込んで溶鋼を撹拌した。
なお、金属アルミニウムは、溶鋼中の酸素のモル数の1.0倍に相当する量と、スラグ中のCr2O3のモル数の2倍に相当する量の合計量以上を添加し、スラグ組成において、所定の狙いC/Aの値とCr2O3の値を得た。また、生石灰を添加する場合は、金属アルミニウムの添加直後から添加した。
・減圧下(真空処理下)の仕上げ吹酸脱炭処理装置
VOD、RH、DH、REDA(DHの浸漬管の代替として大径直胴浸漬管を用いた装置)等の真空吹酸脱炭処理装置の使用が可能であり、本実験ではREDAを用いた。
・大気圧下の精錬処理装置
上記した真空吹酸脱炭処理装置を、窒素を含み真空度が5.3×104Pa〜10.1×104Paの雰囲気条件で用いることが可能、もしくは、これらに引き続いて行われるCABやTN等のガス撹拌精錬装置の使用が可能である。本実験では、上記したREDAによる仕上げ吹酸脱炭処理に引き続いて、大気圧下でCABを用いた。
・溶鋼量
150トン/チャージ
・溶鋼成分
表1に示す。
・コイル長さの0.05%未満:○
・コイル長さの0.05%以上0.1%以下:△(実機適用可)
・コイル長さの0.1%超:×(実機適用不可)
・80ppm未満(増加量:15ppm未満):○
・80ppm以上100ppm以下(増加量:15ppm以上35ppm以下):△(実機適用可)
・100ppm超(増加量:35ppm超):×(実機適用不可)
このため、製品の評価は、製品品質と製品[N]のいずれについても、実機に適用可能な「△」以上の評価が得られた。
このため、高融点のアルミナ系介在物の生成の抑制とスラグの滓化性の維持を、より実現でき、製品の評価は、製品品質と製品[N]のいずれについても、「○」の評価が得られた。
この場合、生成したCaO−Al2O3系介在物は、高融点の介在物粒子になり、製品にも粒子が残存したため、品質を低下させた(評価:×)。
また、比較例2は、実施例1の大気圧下処理開始前のスラグ組成に関し、CaO/Al2O3の関係を適正範囲の上限値超(2.5)とした場合の結果である。
この場合、スラグの流動性が悪化し、溶鋼と窒素雰囲気の接触を招き易くなり、吸窒量が増加した(評価:×)。
この場合、Cr酸化物中のCr濃度が低過ぎて、溶鋼中の酸素ポテンシャルを、吸窒開始を遅らせる程度に維持できず、吸窒量が増加した(評価:×)。
Claims (1)
- 吹酸粗脱炭精錬を実施した含クロム溶鋼の仕上げ精錬工程において、減圧下での吹酸脱炭処理後に、窒素を含み真空度が5.3×104Pa以上10.1×104Pa以下の雰囲気下で金属アルミニウムを添加し、含クロム溶鋼の脱酸並びに含クロム溶鋼上のスラグに含まれるクロム酸化物の還元を行う際に、
前記金属アルミニウム添加前のスラグ組成を、スラグ中のCaO濃度とAl2O3濃度の関係が1.2≦(質量%CaO)/(質量%Al2O3)≦2.3、かつ、スラグ中のCr濃度がCr2O3換算で8.0質量%以上、にし、
前記金属アルミニウムの添加時に生石灰を添加するに際し、該金属アルミニウム及び該生石灰のいずれか一方又は双方の添加終了までの間のスラグ組成を計算で求め、1.0≦(質量%CaO)/(質量%Al 2 O 3 )≦2.3、にすることを特徴とする含クロム溶鋼の仕上げ精錬方法。
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