ＲＥＭ添加鋼の製造方法
【課題】ＲＥＭの歩留を確保しつつ、ノズル閉塞性の向上やノズル溶損性の向上を図ることによって安定的に操業することができるようにする。
【解決手段】ＲＥＭ添加鋼の製造方法は、まず、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ５×Ｃａ濃度（質量％）＋５≦ＲＥＭ濃度（質量％）≦５×Ｃａ濃度（質量％）＋２５を満たす組成で、さらに、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとなるＲＥＭ添加用ワイヤーを用意する。二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行う。
【解決手段】ＲＥＭ添加鋼の製造方法は、まず、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ５×Ｃａ濃度（質量％）＋５≦ＲＥＭ濃度（質量％）≦５×Ｃａ濃度（質量％）＋２５を満たす組成で、さらに、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとなるＲＥＭ添加用ワイヤーを用意する。二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を精錬する精錬工程において溶鋼にＲＥＭを添加することで得られるＲＥＭ添加鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、溶鋼を精錬する精錬工程において溶鋼に、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどのランタノイド系の希土類元素（以下、ＲＥＭということがある）を添加するものがある（特許文献１〜３）。
特許文献１では、質量％で、Ｓ：０．００５％以下、およびＯ（酸素）：０．００５％以下を含有する溶鋼に０．１ｋｇ／ｔｏｎ以上１．５ｋｇ／ｔｏｎ以下のランタノイドと０．１ｋｇ／ｔｏｎ以上１．０ｋｇ／ｔｏｎ以下のＣａとを同時に添加する溶鋼の処理方法において、ランタノイドとＣａの混合比を質量比で０．１６以上１．０以下としている。
【０００３】
特許文献２では、溶鋼をＴｉ脱酸して、Ｔｉ：０．０２５〜０．５０ｗｔ％、（ｗｔ％Ｔｉ）／（ｗｔ％Ａｌ）≧５の範囲、およびＡｌ≦０．０１５ｗｔ％（ただし、０．０１５ｗｔ％を除く）ならびにＴｉ≧０．０２５ｗｔ％を満足しかつ（ｗｔ％Ｔｉ）／（ｗｔ％Ａｌ）＜５の範囲内にある組成としたチタンキルド溶鋼中に、Ｃａおよび金属ＲＥＭのいずれか１種もしくは２種を０．０００５ｗｔ％以上含有するように添加している。
【０００４】
特許文献３では、Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸され、二次精錬が終了後の溶鋼中に、Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄの１種以上の希土類元素を溶鋼鍋内でワイヤー（以下、ＲＥＭ添加用ワイヤーと呼ぶ）にて添加する際に、０.５〜３０質量％のＭｇまたはＣａを含有させた希土類元素合金のワイヤーを、ＭｇまたはＣａの添加速度が溶鋼１トン、１秒当たり０．００７〜０．４３ｇとなる速度で溶鋼中に添加している。その他にも、溶鋼にＲＥＭを添加する技術として特許文献４〜６に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０２６６５９号公報
【特許文献２】特許第４０５８８０９号公報
【特許文献３】特許第４０２２１９０号公報
【特許文献４】特開昭５３−１２０６２１号公報
【特許文献５】特開平０７−３２８７５４号公報
【特許文献６】特開平０９−３１６５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、近年では、精錬においてＲＥＭ添加用ワイヤーを用いてＲＥＭの添加を行う数多くの技術が開発されてきている。しかしながら、二次精錬に求める精錬条件が益々厳しくなってきており、ＲＥＭの歩留が向上し難く、また、ＲＥＭ添加時に生成したＲＥＭ系介在物によって鋳造中に取鍋に設けた浸漬ノズルによってノズル閉塞が発生し易く、状況によってはノズル溶損が発生してしまい操業が不安定になることがある。特に、高ＲＥＭ濃度鋼（０．０１〜０．０５質量％）を溶製するにあたっては、このようなことが顕著に表れるものとなっていた。
【０００７】
特許文献１〜６は、ＲＥＭ添加を行うという技術であるものの、希土類元素濃度の高い鋼（ＲＥＭ添加鋼）を製造する際での操業条件は詳細に述べられておらず、これらの技術を用いても、安定的に溶鋼の精錬を行うことは非常に難しいものとなっていた。
そこで、本発明は、ＲＥＭの歩留を確保しつつ安定的に溶鋼の精錬（操業）を行うことができるＲＥＭ添加鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法は、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、粒体とされたＲＥＭを内含すると共に、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、前記流体は、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとされたＲＥＭ添加用ワイヤーを用意しておき、二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行うことを特徴とする。
【０００９】
【数１】
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法によれば、ＲＥＭの歩留を確保しつつ安定的に溶鋼の精錬（操業）を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】二次精錬にて用いられる取鍋精錬装置を示したもので、（ａ）は取鍋ガス攪拌精錬装置、（ｂ）は還流式脱ガス精錬装置を示したものである。
【図２】ＲＥＭ添加用ワイヤー中のＲＥＭ濃度とＲＥＭ添加用ワイヤー中のＣａ濃度との関係について操業状況をプロットしたものである。
【図３】本発明におけるＲＥＭ添加用ワイヤーのＲＥＭ濃度及びＣａ濃度の範囲と、従来技術での範囲とを示したものである。
【図４】ＲＥＭ添加用ワイヤー中のＣａの状態を示したもので、（ａ）はＳＥＭによるＣａの形態を示すものであり、（ｂ）はＣａ−Ｓｉの２元状態図を示したものである。
【図５】ＲＥＭの添加前の［Ｓ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図６】ＲＥＭの添加前の［Ｏ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図７】ＲＥＭの添加前の［Ａｌ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図８】ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係図である。
【図９】ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加時の攪拌動力密度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係図である。
【図１０】実施例及び比較例におけるＲＥＭの歩留を示したものである。
【図１１】実施例及び比較例における操業状況とＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度との関係を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法について説明する。
製鋼工場では、転炉等にて一次精錬を行った後、取鍋精錬装置にて二次精錬を行うことが一般的である。この二次精錬では、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどのランタノイド系の希土類元素（ＲＥＭ）を添加して溶鋼の精錬を行って、ＲＥＭ添加鋼を製造することがあり、ＲＥＭを溶鋼に添加するためにワイヤー（ＲＥＭ添加用ワイヤー）が用いられることがある。
【００１３】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造にあたっては、二次精錬が重要であることから、まず、二次精錬にて用いられる取鍋精錬装置について説明する。
ＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、二次精錬では、図１（ａ）に示す取鍋精錬装置１Ａ、又は、図１（ｂ）に示す還流式脱ガス精錬装置１Ｂを用いる。
図１（ａ）に示すように、取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａは、不活性ガスを溶鋼２に吹き込むことにより溶鋼２を攪拌可能な装置である。この取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａは、溶鋼２が装入された取鍋３と、取鍋３の溶鋼２内にガスを吹き込むことで溶鋼２を攪拌する溶鋼攪拌装置４とを有したものである。取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａの周辺には、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を溶鋼２に供給する供給装置（図示省略）が設けられている。
【００１４】
溶鋼攪拌装置４は、取鍋３の底部に設けられてＡｒ等の不活性ガスを吹き込むポーラス６を有している。なお、溶鋼攪拌装置４は取鍋３の上部側から溶鋼２内に設けられて不活性ガスを吹き込む上吹きランス７を有するものであってもよい。
取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａにおいては、ポーラス６で溶鋼２内に不活性ガスを吹き込み溶鋼２を攪拌しながら、供給装置を駆動させて所定の速度でＲＥＭ添加用ワイヤー５を取鍋３の縁部側から溶鋼２内へ供給することによって二次精錬を行うことができる。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、還流式脱ガス精錬装置１Ｂは、溶鋼２を還流させることによって溶鋼２を攪拌可能な装置（例えば、ＲＨ式脱ガス精錬装置）である。還流式脱ガス精錬装置１Ｂは、溶鋼２が装入された取鍋３と、真空状態となって溶鋼２内の脱ガスを行う脱ガス槽１１とを有している。還流式脱ガス精錬装置１Ｂの周辺には、上記と同様に、ワイヤー５を取鍋３内の溶鋼２に投入する供給装置（図示省略）が設けられている。
【００１６】
脱ガス槽１１の下部には取鍋３内の溶鋼２に浸漬させる２本の浸漬管（上昇管１２、下降管１３）が設けられており、この浸漬管の一方（上昇管１２）にはＡｒガス等の不活性ガスを吹き込む吹き込み口（図示省略）が設けられている。脱ガス槽１１の上部には、脱ガス槽１１のガスを排気する排気口１４が設けられている。
還流式脱ガス精錬装置１Ｂにおいては、浸漬管を取鍋３内の溶鋼２に浸漬した状態で、上昇管１２の吹き込み口からＡｒ等の不活性ガスを吹き込むと共に、排気口１４から脱ガス槽１１のガスを排気して脱ガス槽１１内を略真空状態して溶鋼２を脱ガス槽１１と取鍋３との間で循環させることで溶鋼２を攪拌し、さらに、供給装置を駆動させてＲＥＭ添加用ワイヤー５を取鍋３の縁部側から溶鋼２内へ供給することによって二次精錬を行うことができる。
【００１７】
さて、二次精錬後に行われる連続鋳造において、取鍋に設けた浸漬ノズルの閉塞（以降、ノズル閉塞という）が発生することがあるため、二次精錬では次工程にてノズル閉塞が発生しないように様々な対策がなされている。例えば、Ａｌにて溶鋼を脱酸する二次精錬（Ａｌキルド鋼を製造）を行った場合には、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物を制御することによって、ノズル閉塞を抑制することができる（S.R. Story et al.: Iron＆Steel Technology, 2004, 163, F.R. Meyer: La Revue de Met.-CIT, (2007),585などを参照）。
【００１８】
一方、Ａｌキルド鋼ではなく、本発明のように０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含む高ＲＥＭ濃度鋼を製造するにあたっては、ノズル閉塞を抑制するという技術はＡｌキルド鋼のように確立されておらず、その技術について詳細に述べられた文献も存在しない。 そのため、発明者らは、ＲＥＭを添加した場合のノズル閉塞について様々な角度から検証を行った。特に、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含む高ＲＥＭ濃度鋼を製造するには、ＲＥＭを歩留よく、しかも精錬に支障を来さないようにＲＥＭを添加する必要があるため、発明者らは、このようなことも考慮し、ＲＥＭを添加するためのＲＥＭ添加用ワイヤー５をどのように構成すればよいか、まず、検証を行った。
【００１９】
詳しくは、発明者らは、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の組成によって、溶鋼中に生成される介在物の特性の変化し、そのことがノズル閉塞の要因となると考え、まず、ＲＥＭ添加後（ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加後）の希土類元素酸化物（ＲＥＭ酸化物）と各種成分とがどのように影響を及ぼすか検証を行った。
その結果、ＲＥＭ酸化物であるＣｅＯ2とＣａＯ系介在物であるＣａＯとを均一に混合した上で、ゼーゲルコーン評価法（ＪＩＳ Ｒ２２０４）によって、酸化物の融点を調査したところ、５０質量％のＣｅＯ2と５０質量％ＣａＯとを含むもの（５０質量％ＣｅＯ2-５０質量％ＣａＯ）は、表１に示すように、純粋なＣｅＯ2及びＣａＯに比べて低融点であることを見いだした。
【００２０】
【表１】
【００２１】
そこで、発明者らは、ＲＥＭを添加した場合において、ＣａＯ系介在物の融点制御によるノズル閉塞の抑制に着眼し、さらに検証を進めた。
具体的には、鋼中（溶鋼中）に含まれるＲＥＭ系介在物（ＲＥＭ−ＣａＯ系酸化物）の組成と、ノズル閉塞性及び溶損性を実機により調査した。その結果、ＲＥＭ系介在物中に含まれるＣａＯ濃度が１０〜２０質量％である場合、ノズルの閉塞は無く、ノズル溶損も抑制されていて、閉塞性及び溶損性は良好であった。一方で、ＲＥＭ系酸化物中のＣａＯ濃度が１０％未満の場合はノズル閉塞が発生し、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が２０％を超えるとノズル溶損が発生した。
【００２２】
このように、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％の範囲内にすることによってノズル閉塞の防止やノズル溶損の抑制を行うことができる。次ぎに、ＣａＯ濃度を１０〜２０質量％にするための、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の組成の検討を行った。即ち、ＲＥＭ添加用のＲＥＭの濃度、Ｃａの濃度、及び、ＲＥＭの濃度とＣａ濃度との濃度比率について調査した。
【００２３】
図２は、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度とＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度との関係について、操業状況をプロットしたものである。
図２に示すように、各直線で囲まれる範囲Ａ内であれば、ノズル閉塞、ノズル溶損も発生せず、しかも、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を添加したときの歩留（ＲＥＭ歩留）も良好であった。
【００２４】
図２の直線Ｌ１に示すように、Ｃａ濃度が５質量％を超えてしまうと、Ｃａ量が多いためＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が２０質量％を超え、ノズル溶損が発生してしまう。また、Ｃａ濃度が５質量％を超えてしまうと、ＲＥＭを添加したときのＣａ蒸気の発生量が多くなり、スラグ巻き込みによるＲＥＭの酸化が促進されるためＲＥＭ歩留が低下してしまう。一方、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度が５質量％以下であるときは、ノズル閉塞は非常に少なくノズル閉塞を防止することができる。しかしながら、図２の直線Ｌ２に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度は５質量％以下であってもＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度が１質量％未満であると、Ｃａ量が少なすぎるためＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が１０質量％未満となり、ノズル閉塞が発生することがあった。
【００２５】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤー５には、１〜５質量％のＣａが含有されていることが必要である。
図２の直線Ｌ３に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５のＣａ濃度が１〜５質量％であっても、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度が２０質量％未満であるとき、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％の範囲内にできない場合があり、ノズル閉塞やノズル溶損が発生することがあった。また、図２の直線Ｌ４に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５のＣａ濃度が１〜５質量％であっても、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度が４０質量％を超えてしまうと、ＲＥＭ歩留が悪化する場合があった。
【００２６】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤー５に含有するＲＥＭ濃度は、２０〜４０質量％であることが必要である。
このように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５において、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％であるときは、ノズル閉塞、ノズル溶損を防止することができるが、このような条件を満たしても、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係が、式（１）を満たさなければ、ノズル閉塞やノズル溶損を発生する場合があった。
【００２７】
【数２】
【００２８】
図２の直線Ｌ５、即ち、式（１）の左辺に示すように、ＲＥＭ濃度が５×Ｃａ濃度＋５以上でなければ、ノズル閉塞が発生することがあった。また、図２の直線Ｌ６、即ち、式（１）の右辺に示すように、ＲＥＭ濃度が５×Ｃａ濃度＋２５を超えてしまうと、ノズル溶損が発生することがあった。
以上をまとめると、ＲＥＭ添加用ワイヤー５においては、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、且つ、式（１）を満たす組成を有することが必要である。本発明において、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係は、図３に示す範囲内となり、従来技術（特開２０１１−２６６５９に示された実施例及び比較例）とは、その範囲は大きく異なる。
【００２９】
なお、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の残りの残部にはＳｉを含有することが好ましい。この実施形態では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５には、ＣａはＣａＳｉ2の中間金属化合物として含有することとしており、これにより、Ｃａの歩留を安定させることができる。例えば、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａの形態を見ると、図４（ａ）に示すようになり、融点変化は、図４（ｂ）に示すものとなる。
【００３０】
さて、本実施形態のＲＥＭ添加用ワイヤー５は、鋼製の円筒（鉄皮の被覆管）の内部に、上述したＲＥＭ、Ｃａ、Ｓｉを含む粒体を充填して構成したものである。なお、上述した質量％は、被覆管に充填された粉体ないし粒体の組成である。
充填された粒体において、１ｍｍ以下の粒度は２５％未満であり、１００μｍ以下の粒度は１５未満となっている。加えて、合金の全体の平均粒度が５００μｍ〜７００μｍであり、最大粒度が５ｍｍである。
【００３１】
合金の１ｍｍ以下の粒度のものが２５％以上存在する場合、ＣａとＲＥＭとが鋼中の酸素［Ｏ］又は硫黄［Ｓ］と結合してＲＥＭ系介在物が生成する際において、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が１０〜２０質量％になり難い。即ち、Ｃａを含有させた効果が低減してしまうため、ノズル閉塞が発生してしまうことがある。また、合金の最大粒度が５ｍｍを超えてしまうと、大きすぎるためにノズル閉塞が発生することがある。さらに、合金の１００μｍ以下の粒度のものが１５％以上のものが存在したり、平均粒度が５００μｍ未満や７００μｍを超えた場合も、ノズル閉塞が発生することがあった。なお、上述した合金の大きさ及びその割合、最大粒度、平均粒度については、様々な実験より導出したものである。
【００３２】
以上、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際しては、ＲＥＭの添加材として、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとなるＲＥＭ添加用ワイヤー５が必要である。
【００３３】
さて、上述したように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を用いることによって、ノズル閉塞性やノズル溶損性を向上させつつＲＥＭ添加鋼を製造することが期待できるが、本発明では、さらに、ＲＥＭ添加鋼を製造するにあたって、ＲＥＭを添加する前（ＲＥＭ添加用ワイヤ５を溶鋼に添加する前）に、溶鋼の成分をＳ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるように成分調整している。
【００３４】
ＲＥＭは、硫黄Ｓや酸素Ｏと強く結び付きやすく、強脱硫、強脱酸元素である。一般的に脱硫力、脱酸力の強い元素ほど、添加時に歩留が低下し易く介在物の制御が難しい。このことは、例えば、「製鋼反応の推奨平衡値、日本学術振興会 製鋼第１９委員会 昭和５９年１１月」に記載されている。そのため、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加する前に、溶鋼成分が、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％となるように成分調整している。硫黄濃度［Ｓ］が０．００２０質量％を超えたり、酸素濃度［Ｏ］が０．００３０質量％を超えてしまうと、ＲＥＭ硫化物やＲＥＭ酸化物が多量に発生し、ＲＥＭの歩留が低下すると共に、生成したＲＥＭ硫化物やＲＥＭ酸化物が凝集してノズル閉塞が発生することがある。
【００３５】
また、ＲＥＭ添加前に、Ａｌによって溶鋼の脱酸を行う必要があることから、Ａｌ濃度［Ａｌ］を０．０１質量％以上０．０７質量％以下にしている。溶鋼内の［Ａｌ］が０．０１質量％未満であると脱酸が進まず、［Ｏ］が０．００３０質量％にならず、［Ａｌ］が０．０７質量％を超えてしまうと、アルミナ介在物が増加してしまい、アルミナ介在物によってノズル閉塞が進行する場合がある。
【００３６】
このように、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加する前に、溶鋼の成分調整を行った後は、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼に添加する。即ち、取鍋の縁側の上方からＲＥＭ添加用ワイヤーをスラグに向けて挿入してスラグ下にある溶鋼に到達させることによって、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼内に添加（投入）することとしている。
ここで、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼に添加する添加速度を０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎとしている。添加速度が０．０５ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満である場合、ＲＥＭ添加用ワイヤーがスラグを通過する時間が長くなる。つまり、ＲＥＭ添加用ワイヤーとスラグとの接触時間が長くなり、ＲＥＭ成分がスラグによって酸化されるため歩留が悪化してしまう。一方、添加速度が１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えてしまうと、溶鋼に到達するＲＥＭ添加用ワイヤーが多くなり過ぎるため、局所的にＲＥＭ濃度の高い領域が発生し、介在物組成にバラツキが発生することがある。その結果、ノズル閉塞が発生する虞がある。
【００３７】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度を０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする必要がある。
また、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加している間（添加時）の攪拌動力密度は、１〜２０Ｗ／ｔｏｎとしている。攪拌動力密度εは、取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａ（取鍋ガス攪拌）を用いる場合は、式（２）を用いた。取鍋ガス攪拌では、大気圧下にて攪拌を行うため、式（２）において、槽内圧力は大気圧の圧力を示すPV＝101300とした。式（２）における攪拌動力密度εの算出方法は、「森、佐野：鉄と鋼，第67巻，1981年，672頁」に開示されていて一般的なものである。
【００３８】
【数３】
【００３９】
また、還流式脱ガス精錬装置１Ｂ（還流式脱ガス精錬）では、の攪拌動力密度εは式（３）を用いた。式（３）における攪拌動力密度εの算出方法は、下記の手順で求めたものである。
【００４０】
【数４】
【００４１】
還流式脱ガス精錬のように真空中ガスリフトポンプによる攪拌を行った場合の攪拌動力密度εは式（４）で与えられることが「日本鉄鋼協会編：第3版鉄鋼便覧，第2巻，製銑・製鋼，1981年，673頁」に開示されている。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、Ｑは溶鋼２の循環量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、Ｕは下降管１３内の溶鋼２の線速度（ｍ／ｓｅｃ）である。
式（４）における循環量Ｑ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）は、「桑原ら：鉄と鋼，第73巻，1987年，S176頁」に開示されているように、式（５）で求められる。この式におけるＤは下降管１３の内径(ｍ)である。
【００４４】
【数６】
【００４５】
また、下降管１３内の溶鋼２の線速度Ｕ(ｍ／ｓｅｃ)は、具体的には、式（６）により算出することができる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
式（５），式（６）を式（４）に代入することで、式（３）を得ることができ、式（３）を用いることで、εを求めることができる。
攪拌動力密度が１Ｗ／ｔｏｎ未満である場合、攪拌が弱すぎるため均一混合ができず介在物組成がばらつく虞があり、ノズル閉塞が発生する虞がある。一方、攪拌動力密度が２０Ｗ／ｔｏｎを超えている場合、攪拌が強すぎるため、スラグが溶鋼に巻き込まれてしまい、ＲＥＭがスラグによって酸化されてＲＥＭ歩留が低下してしまう。
【００４８】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加している間の攪拌動力密度は、１〜２０Ｗ／ｔｏｎとする必要がある。
【実施例】
【００４９】
表２〜４は、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法、及び本発明とは異なる方法にて二次精錬を行った実施条件を示したものである。
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
表２は、二次精錬での溶製鋼種の組成（成分）を示したものである。表３は、二次精錬でのスラグの組成を示したものである。表３に示すように、二次精錬では高塩基度スラグを用いた。
表４に示すように、二次精錬で処理した溶鋼重量は２３０〜２５０ｔｏｎである。二次精錬装置は、取鍋ガス攪拌精錬装置（ＣＡＳ装置）１Ａや還流式脱ガス精錬装置（真空脱ガス装置）１Ｂを用いた。ＲＥＭ添加時の攪拌は、当業者常法通りに行った。
【００５４】
ＲＥＭ添加用ワイヤー５は、希土類元素として、Ｃｅ＝９９質量％以上のもの（表中：Ａ）、Ｃｅ：Ｌａ：（Ｎｄ＋Ｐｒ））＝５：３：２のもの（表中：Ｂ、ミッシュメタル）の２種類を用いた。ＲＥＭ濃度（％ＲＥＭ）は、（％ＲＥＭ）＝（％Ｃｅ）＋（％Ｌａ）＋（％Ｎｄ）＋（％Ｐｒ）となる。希土類元素の代表元素は、「Ｃｅ」であり、Ｃｅと他の希土類元素（Ｌａ、Ｎｄ）などは、特開２００５−８９７７６号公報に記載されているように同様の性質である。ＲＥＭ添加用ワイヤー５は、合金を鉄皮等で構成され被覆管にて被覆したワイヤー状のものである。なお、ＲＥＭ添加方法として、ＲＨ層内（真空容器内）から塊状のＲＥＭを含む合金を添加する方法があるが、特許第４０５８８０９号公報や特許第４５７１９９４号公報に開示されているように、スラグなどによるロスが生じるため合金を鉄皮にて被覆したワイヤーで連続的に供給することが望ましい。
【００５５】
ＲＥＭ添加用ワイヤー５の粒度分布は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＭ８８０１）によって求めた。取鍋に設けた浸漬ノズルは、特開２００５−２８４４１などに開示された一般的なものであって表中に示す成分とした。
浸漬ノズルのノズル閉塞性や溶損性の判定は、吐出口内面の上端から上部側へ進んで１０ｍｍの位置における付着物の厚み（付着厚み）と、ノズルの内管の厚みの減少量（溶損速度）に基づいて判断した。詳しくは、ノズル閉塞性については、付着厚みが３０ｍｍを超えてしまうと次の工程の連続鋳造において一定の速度で鋳造できなくなるため、付着厚みが３０ｍｍ以下であるとノズル閉塞性は良好「○」とし、付着厚みが３０ｍｍを超えるとノズル閉塞性は不良「×」とした。
【００５６】
また、ノズル溶損性では、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ（溶鋼ｔｏｎ）以上となると、連続鋳造において２回以上連続的に鋳込みが行えないため、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ未満であれば、ノズル溶損性は良好「○」とし、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ以上となるとノズル溶損性は不良「×」とした。
また、ＲＥＭの歩留は、特開２００８−２６１０１４号公報に示されているように、高ＲＥＭ歩留の目安として４０％であることが開示されている。このように、ＲＥＭの歩留は、４０％以上であることがよいことから、歩留が４０％以上であるときを良好「○」とし、４０％未満であるときを不良「×」とした。
【００５７】
精錬後の介在物組成（ＲＥＭ系介在物）の組成について、電子線マイクロスコープＸ線分析計（ＥＰＡＭ）を用いて測定した。介在物を測定した面積は、３００〜４００ｍｍ2であり、測定面積に存在している短径が５μｍ以上の全ての介在物について、その組成を測定した。なお、短径５μｍ以上の介在物を評価対象とした理由は、特開２００６−１５２４４号公報に示されているように５μｍ以上の介在物がノズル閉塞性に影響することからである。ＲＥＭ酸化物は、金属成分をＭとすると、Ｍ2Ｏ3やＭＯ2の形態で鋼材中に存在するが、この実施形態では、全てのＲＥＭ酸化物をＲＥＭ2Ｏ3に換算すると共に、その組成は、ＲＥＭ2Ｏ3−ＣａＯの２元系で示した。
【００５８】
表５〜８は、上述した実施条件を基に、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法にて製造を行った実施例と、本発明とは異なるＲＥＭ添加鋼の製造方法にて製造を行った比較例とをまとめたものである。
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
【表７】
【００６２】
【表８】
【００６３】
実施例１〜１５では、Ａ種類のＲＥＭ添加用ワイヤー５であってもＢ種類のＲＥＭ添加用ワイヤー５であっても、ワイヤー組成の欄に示すように、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み、且つ、式（１）を満たす組成を有している。なお、ワイヤー組成の欄において、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度とＳｉ濃度とを合わせた部分以外は、Ｆｅ元素と不可避不純物とで構成されている。
【００６４】
また、実施例１〜１５では、ワイヤーの合金粒度の欄に示すように、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍである。さらに、実施例では、鋼中の濃度の欄に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加前の溶鋼の成分を、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるようにし、添加速度及び攪拌動力密度の欄に示すように、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度でＲＥＭ添加用ワイヤー５を溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとしている。
【００６５】
したがって、付着厚みを３０ｍｍ以下にすることができ、溶損速度も０．０８ｍｍ／ｔｏｎ未満にすることができてノズル閉塞性や溶損性を良好にする（向上させる）ことができた。加えて、ＲＥＭ歩留も４０％以上にすることができた。
一方、比較例１６〜３５では、ＲＥＭ濃度、Ｃａ濃度のいずれかが上述した規定範囲を外れており、ＲＥＭ濃度及びＣａ濃度が規定範囲内であっても、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係が式（１）を満たしていなかった。そのため、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、溶損速度も０．０８ｍｍ／ｔｏｎ以上となることがあり、ノズル閉塞性や溶損性を向上させることができなかった。加えて、ＲＥＭ歩留が４０％未満となる場合もあった。
【００６６】
比較例３６〜４７では、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度、最大粒度のいずれかが上述した規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えることがあった。比較例４７〜５０では、Ｃａ濃度、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度のいずれかが規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えることがあった。
【００６７】
比較例５１〜６５では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加前での溶鋼の成分について、［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］が上述した規定範囲を外れている。
例えば、比較例５１〜５５と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭの添加前の［Ｓ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図５に示すようになる。図５に示すように、［Ｓ］が２０ｐｐｍを超えるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生する。
【００６８】
また、比較例６２〜６５と実施例１〜１５とにおいてＲＥＭの添加前の［Ｏ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図６に示すようになる。図６に示すように、［Ｏ］が３０ｐｐｍを超えるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生する。比較例５６〜６１と実施例１〜１５とにおいてＲＥＭの添加前の［Ａｌ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図７に示すようになる。図７に示すように、［Ａｌ］が０．０１質量％未満であるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生し、［Ａｌ］が０．０７質量％を超えてしまうとノズル閉塞が発生した。
【００６９】
つまり、比較例５１〜６５のように［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］が上述した規定範囲を外れると、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、ＲＥＭ歩留が４０％未満となる場合があった。 比較例６６〜８０では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を添加したときの添加速度、攪拌動力密度のいずれかが上述した規定範囲を外れている。
例えば、比較例６６〜７２と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係をまとめると図８となる。図８に示すように、添加速度が０．０５ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満であり、遅い場合はＲＥＭ歩留が急激に減少すると共にノズル閉塞が発生し、添加速度が１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えて、早い場合はノズル閉塞が発生する。
【００７０】
比較例７３〜８０と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加時の攪拌動力密度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係をまとめると図９となる。図９に示すように、攪拌動力密度が１Ｗ／ｔｏｎ未満の場合はＲＥＭ歩留は低下しないもののノズル閉塞が発生し、攪拌動力密度が２０Ｗ／ｔｏｎを超えた場合はＲＥＭ歩留が急激に減少すると共にノズル閉塞も発生する。
【００７１】
比較例８１〜１０３では、Ｃａ濃度、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度、最大粒度、添加前の鋼中の成分、添加速度、攪拌動力密度のいずれかが規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、溶損速度が０．０８０ｍｉｎ／ｔｏｎを超えたり、ＲＥＭ歩留が４０％未満となることがあった。
以上、実施例及び比較例をまとめると、ＲＥＭ歩留と操業状況は図１０に示すようになり、二次精錬処理後の介在物組成と操業状況は図１１に示すものとなった。これから分かるように、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法では、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％にすることができて、ノズル閉塞性、ノズル溶損性及びＲＥＭ歩留も向上させることができ、非常に安定した操業を行うことができる。特に、ノズル溶損が発生しなかった実施例とノズル溶損が発生した比較例とは、溶損速度が１桁違うことがあり、その差は顕著であった。
【００７２】
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ 取鍋ガス攪拌精錬装置
１Ｂ 還流式脱ガス精錬装置
２ 溶鋼
３ 取鍋
４ 溶鋼攪拌装置
５ ＲＥＭ添加用ワイヤー
６ ポーラス
７ 上吹きランス
１１ 脱ガス槽
１２ 上昇管
１３ 下降管
１４ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を精錬する精錬工程において溶鋼にＲＥＭを添加することで得られるＲＥＭ添加鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、溶鋼を精錬する精錬工程において溶鋼に、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどのランタノイド系の希土類元素（以下、ＲＥＭということがある）を添加するものがある（特許文献１〜３）。
特許文献１では、質量％で、Ｓ：０．００５％以下、およびＯ（酸素）：０．００５％以下を含有する溶鋼に０．１ｋｇ／ｔｏｎ以上１．５ｋｇ／ｔｏｎ以下のランタノイドと０．１ｋｇ／ｔｏｎ以上１．０ｋｇ／ｔｏｎ以下のＣａとを同時に添加する溶鋼の処理方法において、ランタノイドとＣａの混合比を質量比で０．１６以上１．０以下としている。
【０００３】
特許文献２では、溶鋼をＴｉ脱酸して、Ｔｉ：０．０２５〜０．５０ｗｔ％、（ｗｔ％Ｔｉ）／（ｗｔ％Ａｌ）≧５の範囲、およびＡｌ≦０．０１５ｗｔ％（ただし、０．０１５ｗｔ％を除く）ならびにＴｉ≧０．０２５ｗｔ％を満足しかつ（ｗｔ％Ｔｉ）／（ｗｔ％Ａｌ）＜５の範囲内にある組成としたチタンキルド溶鋼中に、Ｃａおよび金属ＲＥＭのいずれか１種もしくは２種を０．０００５ｗｔ％以上含有するように添加している。
【０００４】
特許文献３では、Ａｌ脱酸またはＡｌ-Ｓｉ脱酸され、二次精錬が終了後の溶鋼中に、Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄの１種以上の希土類元素を溶鋼鍋内でワイヤー（以下、ＲＥＭ添加用ワイヤーと呼ぶ）にて添加する際に、０.５〜３０質量％のＭｇまたはＣａを含有させた希土類元素合金のワイヤーを、ＭｇまたはＣａの添加速度が溶鋼１トン、１秒当たり０．００７〜０．４３ｇとなる速度で溶鋼中に添加している。その他にも、溶鋼にＲＥＭを添加する技術として特許文献４〜６に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０２６６５９号公報
【特許文献２】特許第４０５８８０９号公報
【特許文献３】特許第４０２２１９０号公報
【特許文献４】特開昭５３−１２０６２１号公報
【特許文献５】特開平０７−３２８７５４号公報
【特許文献６】特開平０９−３１６５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、近年では、精錬においてＲＥＭ添加用ワイヤーを用いてＲＥＭの添加を行う数多くの技術が開発されてきている。しかしながら、二次精錬に求める精錬条件が益々厳しくなってきており、ＲＥＭの歩留が向上し難く、また、ＲＥＭ添加時に生成したＲＥＭ系介在物によって鋳造中に取鍋に設けた浸漬ノズルによってノズル閉塞が発生し易く、状況によってはノズル溶損が発生してしまい操業が不安定になることがある。特に、高ＲＥＭ濃度鋼（０．０１〜０．０５質量％）を溶製するにあたっては、このようなことが顕著に表れるものとなっていた。
【０００７】
特許文献１〜６は、ＲＥＭ添加を行うという技術であるものの、希土類元素濃度の高い鋼（ＲＥＭ添加鋼）を製造する際での操業条件は詳細に述べられておらず、これらの技術を用いても、安定的に溶鋼の精錬を行うことは非常に難しいものとなっていた。
そこで、本発明は、ＲＥＭの歩留を確保しつつ安定的に溶鋼の精錬（操業）を行うことができるＲＥＭ添加鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法は、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、粒体とされたＲＥＭを内含すると共に、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、前記流体は、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとされたＲＥＭ添加用ワイヤーを用意しておき、二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行うことを特徴とする。
【０００９】
【数１】
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法によれば、ＲＥＭの歩留を確保しつつ安定的に溶鋼の精錬（操業）を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】二次精錬にて用いられる取鍋精錬装置を示したもので、（ａ）は取鍋ガス攪拌精錬装置、（ｂ）は還流式脱ガス精錬装置を示したものである。
【図２】ＲＥＭ添加用ワイヤー中のＲＥＭ濃度とＲＥＭ添加用ワイヤー中のＣａ濃度との関係について操業状況をプロットしたものである。
【図３】本発明におけるＲＥＭ添加用ワイヤーのＲＥＭ濃度及びＣａ濃度の範囲と、従来技術での範囲とを示したものである。
【図４】ＲＥＭ添加用ワイヤー中のＣａの状態を示したもので、（ａ）はＳＥＭによるＣａの形態を示すものであり、（ｂ）はＣａ−Ｓｉの２元状態図を示したものである。
【図５】ＲＥＭの添加前の［Ｓ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図６】ＲＥＭの添加前の［Ｏ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図７】ＲＥＭの添加前の［Ａｌ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係図である。
【図８】ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係図である。
【図９】ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加時の攪拌動力密度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係図である。
【図１０】実施例及び比較例におけるＲＥＭの歩留を示したものである。
【図１１】実施例及び比較例における操業状況とＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度との関係を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法について説明する。
製鋼工場では、転炉等にて一次精錬を行った後、取鍋精錬装置にて二次精錬を行うことが一般的である。この二次精錬では、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどのランタノイド系の希土類元素（ＲＥＭ）を添加して溶鋼の精錬を行って、ＲＥＭ添加鋼を製造することがあり、ＲＥＭを溶鋼に添加するためにワイヤー（ＲＥＭ添加用ワイヤー）が用いられることがある。
【００１３】
本発明のＲＥＭ添加鋼の製造にあたっては、二次精錬が重要であることから、まず、二次精錬にて用いられる取鍋精錬装置について説明する。
ＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、二次精錬では、図１（ａ）に示す取鍋精錬装置１Ａ、又は、図１（ｂ）に示す還流式脱ガス精錬装置１Ｂを用いる。
図１（ａ）に示すように、取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａは、不活性ガスを溶鋼２に吹き込むことにより溶鋼２を攪拌可能な装置である。この取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａは、溶鋼２が装入された取鍋３と、取鍋３の溶鋼２内にガスを吹き込むことで溶鋼２を攪拌する溶鋼攪拌装置４とを有したものである。取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａの周辺には、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を溶鋼２に供給する供給装置（図示省略）が設けられている。
【００１４】
溶鋼攪拌装置４は、取鍋３の底部に設けられてＡｒ等の不活性ガスを吹き込むポーラス６を有している。なお、溶鋼攪拌装置４は取鍋３の上部側から溶鋼２内に設けられて不活性ガスを吹き込む上吹きランス７を有するものであってもよい。
取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａにおいては、ポーラス６で溶鋼２内に不活性ガスを吹き込み溶鋼２を攪拌しながら、供給装置を駆動させて所定の速度でＲＥＭ添加用ワイヤー５を取鍋３の縁部側から溶鋼２内へ供給することによって二次精錬を行うことができる。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、還流式脱ガス精錬装置１Ｂは、溶鋼２を還流させることによって溶鋼２を攪拌可能な装置（例えば、ＲＨ式脱ガス精錬装置）である。還流式脱ガス精錬装置１Ｂは、溶鋼２が装入された取鍋３と、真空状態となって溶鋼２内の脱ガスを行う脱ガス槽１１とを有している。還流式脱ガス精錬装置１Ｂの周辺には、上記と同様に、ワイヤー５を取鍋３内の溶鋼２に投入する供給装置（図示省略）が設けられている。
【００１６】
脱ガス槽１１の下部には取鍋３内の溶鋼２に浸漬させる２本の浸漬管（上昇管１２、下降管１３）が設けられており、この浸漬管の一方（上昇管１２）にはＡｒガス等の不活性ガスを吹き込む吹き込み口（図示省略）が設けられている。脱ガス槽１１の上部には、脱ガス槽１１のガスを排気する排気口１４が設けられている。
還流式脱ガス精錬装置１Ｂにおいては、浸漬管を取鍋３内の溶鋼２に浸漬した状態で、上昇管１２の吹き込み口からＡｒ等の不活性ガスを吹き込むと共に、排気口１４から脱ガス槽１１のガスを排気して脱ガス槽１１内を略真空状態して溶鋼２を脱ガス槽１１と取鍋３との間で循環させることで溶鋼２を攪拌し、さらに、供給装置を駆動させてＲＥＭ添加用ワイヤー５を取鍋３の縁部側から溶鋼２内へ供給することによって二次精錬を行うことができる。
【００１７】
さて、二次精錬後に行われる連続鋳造において、取鍋に設けた浸漬ノズルの閉塞（以降、ノズル閉塞という）が発生することがあるため、二次精錬では次工程にてノズル閉塞が発生しないように様々な対策がなされている。例えば、Ａｌにて溶鋼を脱酸する二次精錬（Ａｌキルド鋼を製造）を行った場合には、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物を制御することによって、ノズル閉塞を抑制することができる（S.R. Story et al.: Iron＆Steel Technology, 2004, 163, F.R. Meyer: La Revue de Met.-CIT, (2007),585などを参照）。
【００１８】
一方、Ａｌキルド鋼ではなく、本発明のように０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含む高ＲＥＭ濃度鋼を製造するにあたっては、ノズル閉塞を抑制するという技術はＡｌキルド鋼のように確立されておらず、その技術について詳細に述べられた文献も存在しない。 そのため、発明者らは、ＲＥＭを添加した場合のノズル閉塞について様々な角度から検証を行った。特に、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含む高ＲＥＭ濃度鋼を製造するには、ＲＥＭを歩留よく、しかも精錬に支障を来さないようにＲＥＭを添加する必要があるため、発明者らは、このようなことも考慮し、ＲＥＭを添加するためのＲＥＭ添加用ワイヤー５をどのように構成すればよいか、まず、検証を行った。
【００１９】
詳しくは、発明者らは、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の組成によって、溶鋼中に生成される介在物の特性の変化し、そのことがノズル閉塞の要因となると考え、まず、ＲＥＭ添加後（ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加後）の希土類元素酸化物（ＲＥＭ酸化物）と各種成分とがどのように影響を及ぼすか検証を行った。
その結果、ＲＥＭ酸化物であるＣｅＯ2とＣａＯ系介在物であるＣａＯとを均一に混合した上で、ゼーゲルコーン評価法（ＪＩＳ Ｒ２２０４）によって、酸化物の融点を調査したところ、５０質量％のＣｅＯ2と５０質量％ＣａＯとを含むもの（５０質量％ＣｅＯ2-５０質量％ＣａＯ）は、表１に示すように、純粋なＣｅＯ2及びＣａＯに比べて低融点であることを見いだした。
【００２０】
【表１】
【００２１】
そこで、発明者らは、ＲＥＭを添加した場合において、ＣａＯ系介在物の融点制御によるノズル閉塞の抑制に着眼し、さらに検証を進めた。
具体的には、鋼中（溶鋼中）に含まれるＲＥＭ系介在物（ＲＥＭ−ＣａＯ系酸化物）の組成と、ノズル閉塞性及び溶損性を実機により調査した。その結果、ＲＥＭ系介在物中に含まれるＣａＯ濃度が１０〜２０質量％である場合、ノズルの閉塞は無く、ノズル溶損も抑制されていて、閉塞性及び溶損性は良好であった。一方で、ＲＥＭ系酸化物中のＣａＯ濃度が１０％未満の場合はノズル閉塞が発生し、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が２０％を超えるとノズル溶損が発生した。
【００２２】
このように、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％の範囲内にすることによってノズル閉塞の防止やノズル溶損の抑制を行うことができる。次ぎに、ＣａＯ濃度を１０〜２０質量％にするための、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の組成の検討を行った。即ち、ＲＥＭ添加用のＲＥＭの濃度、Ｃａの濃度、及び、ＲＥＭの濃度とＣａ濃度との濃度比率について調査した。
【００２３】
図２は、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度とＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度との関係について、操業状況をプロットしたものである。
図２に示すように、各直線で囲まれる範囲Ａ内であれば、ノズル閉塞、ノズル溶損も発生せず、しかも、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を添加したときの歩留（ＲＥＭ歩留）も良好であった。
【００２４】
図２の直線Ｌ１に示すように、Ｃａ濃度が５質量％を超えてしまうと、Ｃａ量が多いためＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が２０質量％を超え、ノズル溶損が発生してしまう。また、Ｃａ濃度が５質量％を超えてしまうと、ＲＥＭを添加したときのＣａ蒸気の発生量が多くなり、スラグ巻き込みによるＲＥＭの酸化が促進されるためＲＥＭ歩留が低下してしまう。一方、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度が５質量％以下であるときは、ノズル閉塞は非常に少なくノズル閉塞を防止することができる。しかしながら、図２の直線Ｌ２に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度は５質量％以下であってもＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａ濃度が１質量％未満であると、Ｃａ量が少なすぎるためＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が１０質量％未満となり、ノズル閉塞が発生することがあった。
【００２５】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤー５には、１〜５質量％のＣａが含有されていることが必要である。
図２の直線Ｌ３に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５のＣａ濃度が１〜５質量％であっても、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度が２０質量％未満であるとき、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％の範囲内にできない場合があり、ノズル閉塞やノズル溶損が発生することがあった。また、図２の直線Ｌ４に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５のＣａ濃度が１〜５質量％であっても、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＲＥＭ濃度が４０質量％を超えてしまうと、ＲＥＭ歩留が悪化する場合があった。
【００２６】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤー５に含有するＲＥＭ濃度は、２０〜４０質量％であることが必要である。
このように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５において、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％であるときは、ノズル閉塞、ノズル溶損を防止することができるが、このような条件を満たしても、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係が、式（１）を満たさなければ、ノズル閉塞やノズル溶損を発生する場合があった。
【００２７】
【数２】
【００２８】
図２の直線Ｌ５、即ち、式（１）の左辺に示すように、ＲＥＭ濃度が５×Ｃａ濃度＋５以上でなければ、ノズル閉塞が発生することがあった。また、図２の直線Ｌ６、即ち、式（１）の右辺に示すように、ＲＥＭ濃度が５×Ｃａ濃度＋２５を超えてしまうと、ノズル溶損が発生することがあった。
以上をまとめると、ＲＥＭ添加用ワイヤー５においては、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、且つ、式（１）を満たす組成を有することが必要である。本発明において、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係は、図３に示す範囲内となり、従来技術（特開２０１１−２６６５９に示された実施例及び比較例）とは、その範囲は大きく異なる。
【００２９】
なお、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の残りの残部にはＳｉを含有することが好ましい。この実施形態では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５には、ＣａはＣａＳｉ2の中間金属化合物として含有することとしており、これにより、Ｃａの歩留を安定させることができる。例えば、ＲＥＭ添加用ワイヤー５中のＣａの形態を見ると、図４（ａ）に示すようになり、融点変化は、図４（ｂ）に示すものとなる。
【００３０】
さて、本実施形態のＲＥＭ添加用ワイヤー５は、鋼製の円筒（鉄皮の被覆管）の内部に、上述したＲＥＭ、Ｃａ、Ｓｉを含む粒体を充填して構成したものである。なお、上述した質量％は、被覆管に充填された粉体ないし粒体の組成である。
充填された粒体において、１ｍｍ以下の粒度は２５％未満であり、１００μｍ以下の粒度は１５未満となっている。加えて、合金の全体の平均粒度が５００μｍ〜７００μｍであり、最大粒度が５ｍｍである。
【００３１】
合金の１ｍｍ以下の粒度のものが２５％以上存在する場合、ＣａとＲＥＭとが鋼中の酸素［Ｏ］又は硫黄［Ｓ］と結合してＲＥＭ系介在物が生成する際において、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度が１０〜２０質量％になり難い。即ち、Ｃａを含有させた効果が低減してしまうため、ノズル閉塞が発生してしまうことがある。また、合金の最大粒度が５ｍｍを超えてしまうと、大きすぎるためにノズル閉塞が発生することがある。さらに、合金の１００μｍ以下の粒度のものが１５％以上のものが存在したり、平均粒度が５００μｍ未満や７００μｍを超えた場合も、ノズル閉塞が発生することがあった。なお、上述した合金の大きさ及びその割合、最大粒度、平均粒度については、様々な実験より導出したものである。
【００３２】
以上、０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際しては、ＲＥＭの添加材として、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとなるＲＥＭ添加用ワイヤー５が必要である。
【００３３】
さて、上述したように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を用いることによって、ノズル閉塞性やノズル溶損性を向上させつつＲＥＭ添加鋼を製造することが期待できるが、本発明では、さらに、ＲＥＭ添加鋼を製造するにあたって、ＲＥＭを添加する前（ＲＥＭ添加用ワイヤ５を溶鋼に添加する前）に、溶鋼の成分をＳ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるように成分調整している。
【００３４】
ＲＥＭは、硫黄Ｓや酸素Ｏと強く結び付きやすく、強脱硫、強脱酸元素である。一般的に脱硫力、脱酸力の強い元素ほど、添加時に歩留が低下し易く介在物の制御が難しい。このことは、例えば、「製鋼反応の推奨平衡値、日本学術振興会 製鋼第１９委員会 昭和５９年１１月」に記載されている。そのため、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加する前に、溶鋼成分が、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％となるように成分調整している。硫黄濃度［Ｓ］が０．００２０質量％を超えたり、酸素濃度［Ｏ］が０．００３０質量％を超えてしまうと、ＲＥＭ硫化物やＲＥＭ酸化物が多量に発生し、ＲＥＭの歩留が低下すると共に、生成したＲＥＭ硫化物やＲＥＭ酸化物が凝集してノズル閉塞が発生することがある。
【００３５】
また、ＲＥＭ添加前に、Ａｌによって溶鋼の脱酸を行う必要があることから、Ａｌ濃度［Ａｌ］を０．０１質量％以上０．０７質量％以下にしている。溶鋼内の［Ａｌ］が０．０１質量％未満であると脱酸が進まず、［Ｏ］が０．００３０質量％にならず、［Ａｌ］が０．０７質量％を超えてしまうと、アルミナ介在物が増加してしまい、アルミナ介在物によってノズル閉塞が進行する場合がある。
【００３６】
このように、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加する前に、溶鋼の成分調整を行った後は、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼に添加する。即ち、取鍋の縁側の上方からＲＥＭ添加用ワイヤーをスラグに向けて挿入してスラグ下にある溶鋼に到達させることによって、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼内に添加（投入）することとしている。
ここで、ＲＥＭ添加用ワイヤーを溶鋼に添加する添加速度を０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎとしている。添加速度が０．０５ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満である場合、ＲＥＭ添加用ワイヤーがスラグを通過する時間が長くなる。つまり、ＲＥＭ添加用ワイヤーとスラグとの接触時間が長くなり、ＲＥＭ成分がスラグによって酸化されるため歩留が悪化してしまう。一方、添加速度が１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えてしまうと、溶鋼に到達するＲＥＭ添加用ワイヤーが多くなり過ぎるため、局所的にＲＥＭ濃度の高い領域が発生し、介在物組成にバラツキが発生することがある。その結果、ノズル閉塞が発生する虞がある。
【００３７】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度を０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする必要がある。
また、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加している間（添加時）の攪拌動力密度は、１〜２０Ｗ／ｔｏｎとしている。攪拌動力密度εは、取鍋ガス攪拌精錬装置１Ａ（取鍋ガス攪拌）を用いる場合は、式（２）を用いた。取鍋ガス攪拌では、大気圧下にて攪拌を行うため、式（２）において、槽内圧力は大気圧の圧力を示すPV＝101300とした。式（２）における攪拌動力密度εの算出方法は、「森、佐野：鉄と鋼，第67巻，1981年，672頁」に開示されていて一般的なものである。
【００３８】
【数３】
【００３９】
また、還流式脱ガス精錬装置１Ｂ（還流式脱ガス精錬）では、の攪拌動力密度εは式（３）を用いた。式（３）における攪拌動力密度εの算出方法は、下記の手順で求めたものである。
【００４０】
【数４】
【００４１】
還流式脱ガス精錬のように真空中ガスリフトポンプによる攪拌を行った場合の攪拌動力密度εは式（４）で与えられることが「日本鉄鋼協会編：第3版鉄鋼便覧，第2巻，製銑・製鋼，1981年，673頁」に開示されている。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、Ｑは溶鋼２の循環量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、Ｕは下降管１３内の溶鋼２の線速度（ｍ／ｓｅｃ）である。
式（４）における循環量Ｑ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）は、「桑原ら：鉄と鋼，第73巻，1987年，S176頁」に開示されているように、式（５）で求められる。この式におけるＤは下降管１３の内径(ｍ)である。
【００４４】
【数６】
【００４５】
また、下降管１３内の溶鋼２の線速度Ｕ(ｍ／ｓｅｃ)は、具体的には、式（６）により算出することができる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
式（５），式（６）を式（４）に代入することで、式（３）を得ることができ、式（３）を用いることで、εを求めることができる。
攪拌動力密度が１Ｗ／ｔｏｎ未満である場合、攪拌が弱すぎるため均一混合ができず介在物組成がばらつく虞があり、ノズル閉塞が発生する虞がある。一方、攪拌動力密度が２０Ｗ／ｔｏｎを超えている場合、攪拌が強すぎるため、スラグが溶鋼に巻き込まれてしまい、ＲＥＭがスラグによって酸化されてＲＥＭ歩留が低下してしまう。
【００４８】
したがって、ＲＥＭ添加用ワイヤーを添加している間の攪拌動力密度は、１〜２０Ｗ／ｔｏｎとする必要がある。
【実施例】
【００４９】
表２〜４は、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法、及び本発明とは異なる方法にて二次精錬を行った実施条件を示したものである。
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
表２は、二次精錬での溶製鋼種の組成（成分）を示したものである。表３は、二次精錬でのスラグの組成を示したものである。表３に示すように、二次精錬では高塩基度スラグを用いた。
表４に示すように、二次精錬で処理した溶鋼重量は２３０〜２５０ｔｏｎである。二次精錬装置は、取鍋ガス攪拌精錬装置（ＣＡＳ装置）１Ａや還流式脱ガス精錬装置（真空脱ガス装置）１Ｂを用いた。ＲＥＭ添加時の攪拌は、当業者常法通りに行った。
【００５４】
ＲＥＭ添加用ワイヤー５は、希土類元素として、Ｃｅ＝９９質量％以上のもの（表中：Ａ）、Ｃｅ：Ｌａ：（Ｎｄ＋Ｐｒ））＝５：３：２のもの（表中：Ｂ、ミッシュメタル）の２種類を用いた。ＲＥＭ濃度（％ＲＥＭ）は、（％ＲＥＭ）＝（％Ｃｅ）＋（％Ｌａ）＋（％Ｎｄ）＋（％Ｐｒ）となる。希土類元素の代表元素は、「Ｃｅ」であり、Ｃｅと他の希土類元素（Ｌａ、Ｎｄ）などは、特開２００５−８９７７６号公報に記載されているように同様の性質である。ＲＥＭ添加用ワイヤー５は、合金を鉄皮等で構成され被覆管にて被覆したワイヤー状のものである。なお、ＲＥＭ添加方法として、ＲＨ層内（真空容器内）から塊状のＲＥＭを含む合金を添加する方法があるが、特許第４０５８８０９号公報や特許第４５７１９９４号公報に開示されているように、スラグなどによるロスが生じるため合金を鉄皮にて被覆したワイヤーで連続的に供給することが望ましい。
【００５５】
ＲＥＭ添加用ワイヤー５の粒度分布は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＭ８８０１）によって求めた。取鍋に設けた浸漬ノズルは、特開２００５−２８４４１などに開示された一般的なものであって表中に示す成分とした。
浸漬ノズルのノズル閉塞性や溶損性の判定は、吐出口内面の上端から上部側へ進んで１０ｍｍの位置における付着物の厚み（付着厚み）と、ノズルの内管の厚みの減少量（溶損速度）に基づいて判断した。詳しくは、ノズル閉塞性については、付着厚みが３０ｍｍを超えてしまうと次の工程の連続鋳造において一定の速度で鋳造できなくなるため、付着厚みが３０ｍｍ以下であるとノズル閉塞性は良好「○」とし、付着厚みが３０ｍｍを超えるとノズル閉塞性は不良「×」とした。
【００５６】
また、ノズル溶損性では、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ（溶鋼ｔｏｎ）以上となると、連続鋳造において２回以上連続的に鋳込みが行えないため、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ未満であれば、ノズル溶損性は良好「○」とし、溶損速度が０．０８ｍｍ／ｔｏｎ以上となるとノズル溶損性は不良「×」とした。
また、ＲＥＭの歩留は、特開２００８−２６１０１４号公報に示されているように、高ＲＥＭ歩留の目安として４０％であることが開示されている。このように、ＲＥＭの歩留は、４０％以上であることがよいことから、歩留が４０％以上であるときを良好「○」とし、４０％未満であるときを不良「×」とした。
【００５７】
精錬後の介在物組成（ＲＥＭ系介在物）の組成について、電子線マイクロスコープＸ線分析計（ＥＰＡＭ）を用いて測定した。介在物を測定した面積は、３００〜４００ｍｍ2であり、測定面積に存在している短径が５μｍ以上の全ての介在物について、その組成を測定した。なお、短径５μｍ以上の介在物を評価対象とした理由は、特開２００６−１５２４４号公報に示されているように５μｍ以上の介在物がノズル閉塞性に影響することからである。ＲＥＭ酸化物は、金属成分をＭとすると、Ｍ2Ｏ3やＭＯ2の形態で鋼材中に存在するが、この実施形態では、全てのＲＥＭ酸化物をＲＥＭ2Ｏ3に換算すると共に、その組成は、ＲＥＭ2Ｏ3−ＣａＯの２元系で示した。
【００５８】
表５〜８は、上述した実施条件を基に、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法にて製造を行った実施例と、本発明とは異なるＲＥＭ添加鋼の製造方法にて製造を行った比較例とをまとめたものである。
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
【表７】
【００６２】
【表８】
【００６３】
実施例１〜１５では、Ａ種類のＲＥＭ添加用ワイヤー５であってもＢ種類のＲＥＭ添加用ワイヤー５であっても、ワイヤー組成の欄に示すように、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み、且つ、式（１）を満たす組成を有している。なお、ワイヤー組成の欄において、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度とＳｉ濃度とを合わせた部分以外は、Ｆｅ元素と不可避不純物とで構成されている。
【００６４】
また、実施例１〜１５では、ワイヤーの合金粒度の欄に示すように、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍである。さらに、実施例では、鋼中の濃度の欄に示すように、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加前の溶鋼の成分を、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるようにし、添加速度及び攪拌動力密度の欄に示すように、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度でＲＥＭ添加用ワイヤー５を溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとしている。
【００６５】
したがって、付着厚みを３０ｍｍ以下にすることができ、溶損速度も０．０８ｍｍ／ｔｏｎ未満にすることができてノズル閉塞性や溶損性を良好にする（向上させる）ことができた。加えて、ＲＥＭ歩留も４０％以上にすることができた。
一方、比較例１６〜３５では、ＲＥＭ濃度、Ｃａ濃度のいずれかが上述した規定範囲を外れており、ＲＥＭ濃度及びＣａ濃度が規定範囲内であっても、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係が式（１）を満たしていなかった。そのため、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、溶損速度も０．０８ｍｍ／ｔｏｎ以上となることがあり、ノズル閉塞性や溶損性を向上させることができなかった。加えて、ＲＥＭ歩留が４０％未満となる場合もあった。
【００６６】
比較例３６〜４７では、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度、最大粒度のいずれかが上述した規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えることがあった。比較例４７〜５０では、Ｃａ濃度、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度のいずれかが規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えることがあった。
【００６７】
比較例５１〜６５では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５の添加前での溶鋼の成分について、［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］が上述した規定範囲を外れている。
例えば、比較例５１〜５５と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭの添加前の［Ｓ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図５に示すようになる。図５に示すように、［Ｓ］が２０ｐｐｍを超えるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生する。
【００６８】
また、比較例６２〜６５と実施例１〜１５とにおいてＲＥＭの添加前の［Ｏ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図６に示すようになる。図６に示すように、［Ｏ］が３０ｐｐｍを超えるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生する。比較例５６〜６１と実施例１〜１５とにおいてＲＥＭの添加前の［Ａｌ］とＲＥＭ歩留とノズル閉塞との関係をまとめると図７に示すようになる。図７に示すように、［Ａｌ］が０．０１質量％未満であるとＲＥＭ歩留の低下に加えノズル閉塞が発生し、［Ａｌ］が０．０７質量％を超えてしまうとノズル閉塞が発生した。
【００６９】
つまり、比較例５１〜６５のように［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］が上述した規定範囲を外れると、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、ＲＥＭ歩留が４０％未満となる場合があった。 比較例６６〜８０では、ＲＥＭ添加用ワイヤー５を添加したときの添加速度、攪拌動力密度のいずれかが上述した規定範囲を外れている。
例えば、比較例６６〜７２と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加速度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係をまとめると図８となる。図８に示すように、添加速度が０．０５ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満であり、遅い場合はＲＥＭ歩留が急激に減少すると共にノズル閉塞が発生し、添加速度が１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎを超えて、早い場合はノズル閉塞が発生する。
【００７０】
比較例７３〜８０と実施例１〜１５とにおいて、ＲＥＭ添加用ワイヤーの添加時の攪拌動力密度とＲＥＭ歩留とノズル閉塞の関係をまとめると図９となる。図９に示すように、攪拌動力密度が１Ｗ／ｔｏｎ未満の場合はＲＥＭ歩留は低下しないもののノズル閉塞が発生し、攪拌動力密度が２０Ｗ／ｔｏｎを超えた場合はＲＥＭ歩留が急激に減少すると共にノズル閉塞も発生する。
【００７１】
比較例８１〜１０３では、Ｃａ濃度、ＲＥＭ濃度とＣａ濃度との関係、１ｍｍ以下の粒度、１００μｍ以下の粒度、平均粒度、最大粒度、添加前の鋼中の成分、添加速度、攪拌動力密度のいずれかが規定範囲を外れており、付着厚みが３０ｍｍを超えたり、溶損速度が０．０８０ｍｉｎ／ｔｏｎを超えたり、ＲＥＭ歩留が４０％未満となることがあった。
以上、実施例及び比較例をまとめると、ＲＥＭ歩留と操業状況は図１０に示すようになり、二次精錬処理後の介在物組成と操業状況は図１１に示すものとなった。これから分かるように、本発明のＲＥＭ添加鋼の製造方法では、ＲＥＭ系介在物中のＣａＯ濃度を１０〜２０質量％にすることができて、ノズル閉塞性、ノズル溶損性及びＲＥＭ歩留も向上させることができ、非常に安定した操業を行うことができる。特に、ノズル溶損が発生しなかった実施例とノズル溶損が発生した比較例とは、溶損速度が１桁違うことがあり、その差は顕著であった。
【００７２】
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ 取鍋ガス攪拌精錬装置
１Ｂ 還流式脱ガス精錬装置
２ 溶鋼
３ 取鍋
４ 溶鋼攪拌装置
５ ＲＥＭ添加用ワイヤー
６ ポーラス
７ 上吹きランス
１１ 脱ガス槽
１２ 上昇管
１３ 下降管
１４ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、
粒体とされたＲＥＭを内含すると共に、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、前記粒体は、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとされたＲＥＭ添加用ワイヤーを用意しておき、
二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行うことを特徴とするＲＥＭ添加鋼の製造方法。
【数８】
【請求項１】
０．０１〜０．０５質量％のＲＥＭを含むＲＥＭ添加鋼を製造するに際し、
粒体とされたＲＥＭを内含すると共に、ＲＥＭ＝２０〜４０質量％、Ｃａ＝１〜５質量％、残部にＳｉを含み且つ式（１）を満たす組成で、さらに、前記粒体は、１ｍｍ以下の粒度のものが２５％未満、１００μｍ以下の粒度のものが１５％未満、平均粒度が５００μｍ〜７００μｍ、最大粒度が５ｍｍとされたＲＥＭ添加用ワイヤーを用意しておき、
二次精錬処理にて、Ｓ≦０．００２０質量％、Ｏ≦０．００３０質量％、０．０１≦Ａｌ≦０．０７質量％になるよう溶鋼の成分調整を行った後、前記ＲＥＭ添加用ワイヤーを、０．０５〜１ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの添加速度で溶鋼に添加すると共に、ＲＥＭ添加時の攪拌動力密度を１〜２０Ｗ／ｔｏｎとして精錬を行うことを特徴とするＲＥＭ添加鋼の製造方法。
【数８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３３２２０（Ｐ２０１２−２３３２２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１２９３（Ｐ２０１１−１０１２９３）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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