Ｚｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法及び浸漬ノズル閉塞抑制方法
【課題】効率良くＺｒ入りＣｒ含有鋼を連続鋳造できるようにする。
【解決手段】Ｚｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法である。精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯する。その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入する。
【効果】連続鋳造時、ノズル詰りによって鋳込みを中止することがなく、また溶鋼の清浄性を悪化させることもないＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を、優れた生産性で安価に製造できる。
【解決手段】Ｚｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法である。精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯する。その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入する。
【効果】連続鋳造時、ノズル詰りによって鋳込みを中止することがなく、また溶鋼の清浄性を悪化させることもないＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を、優れた生産性で安価に製造できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｚｒを添加したＣｒ含有溶鋼を製造する方法、及び当該溶鋼を連続鋳造する際に、浸漬ノズルの閉塞を抑制する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｒを添加したステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼に、Ｚｒを０．１５〜１．５質量％添加した、耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼が良く知られている。
【０００３】
このステンレス鋼の溶製に際しては、強脱酸元素であるＺｒの添加後は容易にＺｒＯ2が生成されるので、この生成されたＺｒＯ2により連続鋳造時に浸漬ノズル詰まりが頻繁に発生して連続鋳造が困難になる。
【０００４】
連続鋳造時のノズル詰りを解決すべき一般的な方法として、取鍋内あるいはタンディッシュ内で、溶鋼にＣａ等を添加することによって、アルミナ等を低融点の組成に制御する方法が知られている。
【０００５】
例えば特許文献１では、Ａｌによる脱酸後に取鍋内でＣａを添加し、Ｃａ添加直後にＺｒを添加することで、浸漬ノズルの閉塞を防止する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１−１４３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方法においても、Ａｌ、Ｃａによる脱酸レベルが低い場合には、ＺｒＯ2が多量に生成されてノズル詰りを発生する原因となる。また、Ｃａ添加後のバブリング時間が短い場合は、生成したＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3が浮上除去しきれない間にＺｒを添加することになるので、ＣａＯ・ＺｒＯ2系の介在物によるノズル詰りが発生する可能性が高くなる。
【０００７】
また、これらＡｌやＣａを添加した後の攪拌は、ポーラスプラグを使用したバブリングが一般的であるが、介在物の浮上除去や能率を考えた場合、ガス流量の大流量化が好ましい。
【０００８】
しかしながら、ポーラスプラグを使用したバブリングの場合、大流量化にはポーラスプラグ数の増加や、ポーラスの孔径の拡大が必要となる。ポーラスプラグ数の増加は製造コストの悪化につながり、またポーラス孔径の拡大は地金差込等の問題がある。
【０００９】
従って、ポーラスプラグを使用したバブリングでは、ガス流量の大流量化が困難となっている。よって、介在物を低減するための処理時間が非常に長くなるといった問題が生じる。
【００１０】
また、タンディッシュ内にＣａＳｉを添加する場合に、ＣａＳｉの添加量を制御するためにはタンディッシュへの溶鋼の注入速度、及び鋳込み速度の変化に応じてＣａＳｉの添加速度を変更させる必要がある。
【００１１】
このような添加速度の制御を行う場合、バブリング設備で添加する方法と比較して設備費用が嵩むことになるが、このような制御を行わないと添加量にバラツキが生じる。そして、ＣａＳｉの添加量が不足する場合は、ノズル詰りを回避できなくなる。一方、添加量が過剰になると、溶鋼の清浄性が悪化する場合が生じる。
【００１２】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造において、ポーラスプラグを使用したバブリングを行う場合は、ガス流量の大流量化が困難となって、介在物の低減に要する処理時間が非常に長くなるという点である。また、タンディッシュ内に添加するＣａＳｉの添加速度を制御する場合は、バブリング設備で添加する方法と比較して設備費用が嵩むという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法は、
連続鋳造する際に、ノズル詰りによる鋳込み中止を発生させず、また溶鋼の清浄性を悪化させることなく、効率良く、より安価に前記のＺｒ入りＣｒ含有鋼を製造できるようにするために、
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入することを最も主要な特徴としている。
【００１４】
この本発明の方法で製造したＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を連続鋳造した場合には、浸漬ノズルのノズル詰まりが抑制でき、鋳造を中止することがなくなる。これが本発明のＺｒ入りＣｒ含有鋼の連続鋳造時における浸漬ノズル閉塞抑制方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、Ｚｒを含むＣｒ含有溶鋼を連続鋳造する際にも、ノズル詰りによって鋳込みを中止することがなく、また溶鋼の清浄性を悪化させることもないＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を、優れた生産性で安価に製造でき、極めて工業的価値が大きいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの経過と共に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１７】
Ｚｒを添加したＣｒ含有鋼の製造において、ノズル詰りを抑制し、タンディッシュ内でＣａＳｉを添加することなく製造が可能となる製品、及び製造方法を見出すべく、発明者は、ノズル詰りの原因であるＺｒＯ2及びＣａ−Ｏ−Ｚｒ系の酸化物を極力低減させることに着目して検討を行った。
【００１８】
その１点目はＺｒ添加前にＺｒと結びつく酸素を極力低下させること、２点目はＺｒ添加前の介在物の量を極力低下させることである。
【００１９】
まず、１点目の、Ｚｒ添加前にＺｒと結びつく酸素レベルを低下させるためには、Ｚｒを添加する前に、脱酸元素であるＡｌやＳｉを溶鋼中に極力多く添加することが必要である。発明者の実験によれば、溶鋼中におけるＡｌやＳｉの濃度を、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上とすることが必要であった。
【００２０】
２点目の、Ｚｒ添加前における溶鋼中の介在物を低減させる方法として、発明者は、Ｚｒ添加前にＣａＳｉを投入することで、脱酸時に生成された介在物を低融点のＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物に制御し、その後、ガスバブリングして介在物を浮上除去させることが効果的であることを見出した。
【００２１】
このときのガスバブリングは、耐火物製のランスを用いて大流量のガスで行うことが効果的であることも判明した。また、トップスラグにおける介在物の吸収能を大きくするためには、トップスラグの塩基度を高くすることが効果的であることも判明した。
【００２２】
本発明のＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスによりガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入するものである。
【００２３】
発明者による実験によれば、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法における、耐火物製の浸漬ランスによるガスバブリングは、介在物の浮上除去や能率を考えた場合、溶鋼１トン当たり、１５Nリットル／分以上の流量で実施することが望ましい。
【００２４】
また、発明者の実験によれば、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法において、精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）を２.２以上に調整し、そのスラグを溶鋼と共に取鍋へ取り出し、そのスラグの存在下でガスバブリングを行えば、トップスラグにおける介在物の吸収能がより大きくなって、Ｚｒ添加前における溶鋼中の介在物をより効果的に低減できる。
【００２５】
以上の本発明方法で製造したＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を連続鋳造した場合には、浸漬ノズルのノズル詰まりが抑制でき、鋳造を中止することがなくなる。
【００２６】
以下、耐酸化性を改善するためにＺｒを０.１〜１.５質量％含んだ、Ｃｒを８質量％以上含むステンレス鋼である、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法における数値限定の理由について説明する。
【００２７】
発明者は、１チャージ当たり７０〜８０トンの下記表１に示す成分範囲の溶鋼を、内径が６０〜８０mmの浸漬ノズルを介して鋳型内に注入し、０．７〜０．９m／分の鋳込み速度で、１時間当たり４０〜５０トンを連続鋳造した際の浸漬ノズルの閉塞について調査した。
【００２８】
調査した溶鋼の成分範囲を下記表１に示す。還元精錬処理後（出鋼前）とＣａ、Ｚｒ添加後の各成分範囲も表１の成分範囲内で実施した。また、還元精錬処理後のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）の範囲は１．８〜２．４である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
まず、溶鋼の脱酸レベルについて、溶鋼中のＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒと平衡する酸素濃度との関係を図１に示す。
Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒを比較すると、Ｚｒの脱酸力が一番強く、続いて、Ａｌ、Ｓｉの順であった。ここで、溶鋼中のＡｌ濃度やＳｉ濃度（[Ａｌ]、[Ｓｉ]とも記す。）を高くするにつれて溶存酸素量が低下するので、ＺｒＯ2の生成量が低減することは図１より明らかである。
【００３１】
次に、主精錬炉であるＡＯＤ炉で、溶鋼中のＡｌあるいはＳｉ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときの、溶鋼中のＡｌあるいはＳｉ濃度とノズル閉塞の有無の関係を図２に示す。バブリングに使用したＡｒガスの流量は、溶鋼１トン当たり１０〜１５Nリットル／分で、ＣａＳｉの添加後、Ｚｒを添加するまでのバブリング時間は５分であった。
【００３２】
溶鋼中のＡｌ濃度を調査したときの溶鋼の成分範囲を下記表２に、また溶鋼中のＳｉ濃度を調査したときの溶鋼の成分範囲を下記表３に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
ノズル閉塞有無の判断基準としては、ノズル詰りによって鋳造を中止した場合を閉塞（中断）、ノズル閉塞が無く完鋳した場合を完鋳、完鋳できているが、ノズルが詰り気味となり、鋳込み速度が低下する等のアクションにより完鋳したものを閉塞気味（完鋳）とした。
【００３６】
図２より、ノズル詰まりによって鋳造を中断せずに完鋳するには、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％に調整することが必要であることが分かる。また、溶鋼中のＡｌ濃度やＳｉ濃度が多いほうがより鋼中酸素濃度が低くなるので、[Ａｌ]≧０．２質量％、あるいは[Ｓｉ]≧１．０質量％に調整した後に、ＣａＳｉを添加することが望ましい。
【００３７】
続いて、溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８０質量％の時の、ノズル詰まり気味チャージについて、溶鋼の清浄度との関係を調査した。その結果を図３に示す。
【００３８】
清浄度の指標として、Ｚｒを添加する前の溶鋼中のＴ．Ｏを用いた。図３より、Ｔ．Ｏが低くなるほどノズル詰まり気味チャージの比率は低下し、Ｔ．Ｏ≦２５ppmで皆無となることが分かる。
【００３９】
溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]=０．１５〜０．２０質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時におけるＴ．Ｏとバブリングガス流量、及びＣａＳｉ添加後（Ｚｒ添加前）のバブリング時間との関係を図４に示す。このときのトップスラグの塩基度は２．２〜２．４であった。
【００４０】
図４より、バブリング処理前の溶鋼中のＡｌ濃度が[Ａｌ]≧０.１５％の場合に、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分の流量で、５分間ガスバブリングを実施すれば、Ｔ．Ｏ≦２５ppmが達成できるので、７５トン（１．５〜１．７時間）の連続鋳造において、浸漬ノズル閉塞気味による鋳造速度等の操業阻害をおこす比率は０％となることが分かる。
【００４１】
しかしながら、ポーラスプラグを使った場合には、溶鋼１トン当たり１〜３Nリットル／分のガスしか流すことができないので、１０分間の処理では溶鋼中のＴ．Ｏが２５〜３０ppmであって、７５トン（１．５〜１．７時間）の連続鋳造を、浸漬ノズル閉塞気味による鋳造速度等の操業阻害を引き起こす比率を０％とするには、１２分間以上の処理を必要とした（図４参照）。
【００４２】
ところで、本発明が対象とする鋼種を連続鋳造する際には、バブリング処理時間が長くなると連々鋳（複数チャージの連続鋳造を続いて実施すること）のために前チャージの鋳込み速度を低下させたり、溶鋼温度の低下を補償することが必要になったりする弊害があるので、バブリング処理時間は１０分間程度以下としなければならない。
【００４３】
したがって、本発明の対象鋼種を安定して連続鋳造するためには、従来用いられているポーラスプラグを使用したバブリングではなく、大流量を流すことができる耐火物製の浸漬ランスを使用し、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分以上の流量でバブリングすることが必要である。
【００４４】
続いて、溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時に、溶鋼１トン当たりのバブリング流量が１５Nリットル／分の時におけるトップスラグと塩基度との関係を図５に示す。
【００４５】
同じバブリング時間では、トップスラグの塩基度が高いほうがより介在物を低減できており、トップスラグの塩基度を２．２以上に制御することにより介在物の低減効果が良く、５分間のバブリング時間でＴ．Ｏ≦２５ppmまで低減が可能となっていることが分かる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の効果を確認するために実施した実験結果について説明する。
本例では、電気炉でスクラップを溶解した後、ＡＯＤ炉にて脱炭、昇熱を実施後、還元及び成分調整を行い、取鍋へ出鋼した。
【００４７】
その後、耐火物製のインジェクションランスを用いたガス攪拌取鍋精錬設備にて、ＣａＳｉの添加及び、ＦｅＺｒの投入を行った。処理量は１チャージ当たり７５トンである。
まず、Ａｌ、Ｓｉの調整はＡＯＤ炉での還元処理後の溶鋼の分析値から、ＡＯＤ炉にてＡｌ塊及びＦｅＳｉを投入して所定の濃度まで調整した。なお、鋼の主な成分範囲は前記表１に記載の範囲内である。
【００４８】
取鍋ガス攪拌処理は、ＣａＳｉ塊を投入し、所定のガス流量にてバブリングを施した後にＦｅＺｒを投入し、連続鋳造にて鋳造を行った。比較としてＣａＳｉを添加しない方法も実施した。
【００４９】
鋳造は、０．７〜０．９m／分の鋳込み速度で行い、その際、内径が７５mmの浸漬ノズルを使用した。また、トップスラグの塩基度はＡＯＤ炉での吹錬時に調整した。なお、ノズル詰りの評価方法は先に述べた方法で行った。
【００５０】
下記表４に操業条件とノズル閉塞有無等の鋳造結果を示す。ノズル閉塞の評価は先に述べた方法と同じで、１チャージ当たり７５トンの溶鋼を連続鋳造した時の閉塞、閉塞気味、無しとした。
【００５１】
【表４】
【００５２】
鋼１及び鋼２は、[Ａｌ]及び[Ｓｉ]が共に本発明の規定値以下であり、ノズルが閉塞して鋳造を中断した例（比較例）である。また、鋼３及び鋼４は、[Ａｌ]あるいは[Ｓｉ]、トップスラグの塩基度、バブリング流量は本発明の規定値を満足しているが、ＣａＳｉを添加していないためにノズルが閉塞し、鋳造を中断した例（比較例）である。
【００５３】
これに対して、鋼５〜鋼１６は、[Ａｌ]濃度あるいは[Ｓｉ]濃度が規定値を満たしており、かつＣａＳｉの添加を実施したチャージ（発明例）であり、すべて完鋳できている。
【００５４】
しかしながら、鋼９、１０、１３、１４の発明例はトップスラグの塩基度が低かったため、また鋼６、１０、１２、１４の発明例はガス流量が少なかったため、完鋳はできたものの、ノズルが閉塞気味となって操業阻害が発生した例である。
【００５５】
また、鋼８、１５の発明例はトップスラグの塩基度が低かったが、また鋼７、１６の発明例はガス流量が少なかったが、バブリング時間を長くすることで、ノズルの閉塞を回避して完鋳できた例である。しかしながら、これらの発明例の場合、バブリング時間が長くなったことで、鋳込み中の前チャージの鋳造速度Ｖｃが低下した。
【００５６】
一方、本発明の請求項１〜３の要件を全て満足した鋼５、１１の発明例は、ノズルの閉塞はもとより、鋳造速度Ｖｃが低下する等の操業阻害等もなく完鋳できた例である。
【００５７】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】溶鋼の脱酸レベルについて、溶鋼中のＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒと平衡する酸素濃度との関係を示した図である。
【図２】（ａ）はＡＯＤ炉でＡｌ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときのＡｌ濃度とノズル閉塞の有無の関係を示した図、（ｂ）はＡＯＤ炉でＳｉ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときのＳｉ濃度とノズル閉塞の有無の関係を示した図である。
【図３】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８０質量％の時の、ノズル詰まり気味チャージについて、溶鋼の清浄度との関係を調査した結果を示した図である。
【図４】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]=０．１５〜０．２０質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時におけるＴ．Ｏとバブリングガス流量、及びＣａＳｉ添加後（Ｚｒ添加前）のバブリング時間との関係を示した図である。
【図５】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時に、溶鋼１トン当たりのバブリング流量が１５Nリットル／分の時におけるトップスラグと塩基度との関係を示した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｚｒを添加したＣｒ含有溶鋼を製造する方法、及び当該溶鋼を連続鋳造する際に、浸漬ノズルの閉塞を抑制する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｒを添加したステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼に、Ｚｒを０．１５〜１．５質量％添加した、耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼が良く知られている。
【０００３】
このステンレス鋼の溶製に際しては、強脱酸元素であるＺｒの添加後は容易にＺｒＯ2が生成されるので、この生成されたＺｒＯ2により連続鋳造時に浸漬ノズル詰まりが頻繁に発生して連続鋳造が困難になる。
【０００４】
連続鋳造時のノズル詰りを解決すべき一般的な方法として、取鍋内あるいはタンディッシュ内で、溶鋼にＣａ等を添加することによって、アルミナ等を低融点の組成に制御する方法が知られている。
【０００５】
例えば特許文献１では、Ａｌによる脱酸後に取鍋内でＣａを添加し、Ｃａ添加直後にＺｒを添加することで、浸漬ノズルの閉塞を防止する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１−１４３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方法においても、Ａｌ、Ｃａによる脱酸レベルが低い場合には、ＺｒＯ2が多量に生成されてノズル詰りを発生する原因となる。また、Ｃａ添加後のバブリング時間が短い場合は、生成したＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3が浮上除去しきれない間にＺｒを添加することになるので、ＣａＯ・ＺｒＯ2系の介在物によるノズル詰りが発生する可能性が高くなる。
【０００７】
また、これらＡｌやＣａを添加した後の攪拌は、ポーラスプラグを使用したバブリングが一般的であるが、介在物の浮上除去や能率を考えた場合、ガス流量の大流量化が好ましい。
【０００８】
しかしながら、ポーラスプラグを使用したバブリングの場合、大流量化にはポーラスプラグ数の増加や、ポーラスの孔径の拡大が必要となる。ポーラスプラグ数の増加は製造コストの悪化につながり、またポーラス孔径の拡大は地金差込等の問題がある。
【０００９】
従って、ポーラスプラグを使用したバブリングでは、ガス流量の大流量化が困難となっている。よって、介在物を低減するための処理時間が非常に長くなるといった問題が生じる。
【００１０】
また、タンディッシュ内にＣａＳｉを添加する場合に、ＣａＳｉの添加量を制御するためにはタンディッシュへの溶鋼の注入速度、及び鋳込み速度の変化に応じてＣａＳｉの添加速度を変更させる必要がある。
【００１１】
このような添加速度の制御を行う場合、バブリング設備で添加する方法と比較して設備費用が嵩むことになるが、このような制御を行わないと添加量にバラツキが生じる。そして、ＣａＳｉの添加量が不足する場合は、ノズル詰りを回避できなくなる。一方、添加量が過剰になると、溶鋼の清浄性が悪化する場合が生じる。
【００１２】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造において、ポーラスプラグを使用したバブリングを行う場合は、ガス流量の大流量化が困難となって、介在物の低減に要する処理時間が非常に長くなるという点である。また、タンディッシュ内に添加するＣａＳｉの添加速度を制御する場合は、バブリング設備で添加する方法と比較して設備費用が嵩むという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法は、
連続鋳造する際に、ノズル詰りによる鋳込み中止を発生させず、また溶鋼の清浄性を悪化させることなく、効率良く、より安価に前記のＺｒ入りＣｒ含有鋼を製造できるようにするために、
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入することを最も主要な特徴としている。
【００１４】
この本発明の方法で製造したＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を連続鋳造した場合には、浸漬ノズルのノズル詰まりが抑制でき、鋳造を中止することがなくなる。これが本発明のＺｒ入りＣｒ含有鋼の連続鋳造時における浸漬ノズル閉塞抑制方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、Ｚｒを含むＣｒ含有溶鋼を連続鋳造する際にも、ノズル詰りによって鋳込みを中止することがなく、また溶鋼の清浄性を悪化させることもないＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を、優れた生産性で安価に製造でき、極めて工業的価値が大きいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの経過と共に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１７】
Ｚｒを添加したＣｒ含有鋼の製造において、ノズル詰りを抑制し、タンディッシュ内でＣａＳｉを添加することなく製造が可能となる製品、及び製造方法を見出すべく、発明者は、ノズル詰りの原因であるＺｒＯ2及びＣａ−Ｏ−Ｚｒ系の酸化物を極力低減させることに着目して検討を行った。
【００１８】
その１点目はＺｒ添加前にＺｒと結びつく酸素を極力低下させること、２点目はＺｒ添加前の介在物の量を極力低下させることである。
【００１９】
まず、１点目の、Ｚｒ添加前にＺｒと結びつく酸素レベルを低下させるためには、Ｚｒを添加する前に、脱酸元素であるＡｌやＳｉを溶鋼中に極力多く添加することが必要である。発明者の実験によれば、溶鋼中におけるＡｌやＳｉの濃度を、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上とすることが必要であった。
【００２０】
２点目の、Ｚｒ添加前における溶鋼中の介在物を低減させる方法として、発明者は、Ｚｒ添加前にＣａＳｉを投入することで、脱酸時に生成された介在物を低融点のＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物に制御し、その後、ガスバブリングして介在物を浮上除去させることが効果的であることを見出した。
【００２１】
このときのガスバブリングは、耐火物製のランスを用いて大流量のガスで行うことが効果的であることも判明した。また、トップスラグにおける介在物の吸収能を大きくするためには、トップスラグの塩基度を高くすることが効果的であることも判明した。
【００２２】
本発明のＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスによりガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入するものである。
【００２３】
発明者による実験によれば、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法における、耐火物製の浸漬ランスによるガスバブリングは、介在物の浮上除去や能率を考えた場合、溶鋼１トン当たり、１５Nリットル／分以上の流量で実施することが望ましい。
【００２４】
また、発明者の実験によれば、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法において、精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）を２.２以上に調整し、そのスラグを溶鋼と共に取鍋へ取り出し、そのスラグの存在下でガスバブリングを行えば、トップスラグにおける介在物の吸収能がより大きくなって、Ｚｒ添加前における溶鋼中の介在物をより効果的に低減できる。
【００２５】
以上の本発明方法で製造したＺｒ入りＣｒ含有溶鋼を連続鋳造した場合には、浸漬ノズルのノズル詰まりが抑制でき、鋳造を中止することがなくなる。
【００２６】
以下、耐酸化性を改善するためにＺｒを０.１〜１.５質量％含んだ、Ｃｒを８質量％以上含むステンレス鋼である、本発明のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法における数値限定の理由について説明する。
【００２７】
発明者は、１チャージ当たり７０〜８０トンの下記表１に示す成分範囲の溶鋼を、内径が６０〜８０mmの浸漬ノズルを介して鋳型内に注入し、０．７〜０．９m／分の鋳込み速度で、１時間当たり４０〜５０トンを連続鋳造した際の浸漬ノズルの閉塞について調査した。
【００２８】
調査した溶鋼の成分範囲を下記表１に示す。還元精錬処理後（出鋼前）とＣａ、Ｚｒ添加後の各成分範囲も表１の成分範囲内で実施した。また、還元精錬処理後のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）の範囲は１．８〜２．４である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
まず、溶鋼の脱酸レベルについて、溶鋼中のＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒと平衡する酸素濃度との関係を図１に示す。
Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒを比較すると、Ｚｒの脱酸力が一番強く、続いて、Ａｌ、Ｓｉの順であった。ここで、溶鋼中のＡｌ濃度やＳｉ濃度（[Ａｌ]、[Ｓｉ]とも記す。）を高くするにつれて溶存酸素量が低下するので、ＺｒＯ2の生成量が低減することは図１より明らかである。
【００３１】
次に、主精錬炉であるＡＯＤ炉で、溶鋼中のＡｌあるいはＳｉ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときの、溶鋼中のＡｌあるいはＳｉ濃度とノズル閉塞の有無の関係を図２に示す。バブリングに使用したＡｒガスの流量は、溶鋼１トン当たり１０〜１５Nリットル／分で、ＣａＳｉの添加後、Ｚｒを添加するまでのバブリング時間は５分であった。
【００３２】
溶鋼中のＡｌ濃度を調査したときの溶鋼の成分範囲を下記表２に、また溶鋼中のＳｉ濃度を調査したときの溶鋼の成分範囲を下記表３に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
ノズル閉塞有無の判断基準としては、ノズル詰りによって鋳造を中止した場合を閉塞（中断）、ノズル閉塞が無く完鋳した場合を完鋳、完鋳できているが、ノズルが詰り気味となり、鋳込み速度が低下する等のアクションにより完鋳したものを閉塞気味（完鋳）とした。
【００３６】
図２より、ノズル詰まりによって鋳造を中断せずに完鋳するには、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％に調整することが必要であることが分かる。また、溶鋼中のＡｌ濃度やＳｉ濃度が多いほうがより鋼中酸素濃度が低くなるので、[Ａｌ]≧０．２質量％、あるいは[Ｓｉ]≧１．０質量％に調整した後に、ＣａＳｉを添加することが望ましい。
【００３７】
続いて、溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８０質量％の時の、ノズル詰まり気味チャージについて、溶鋼の清浄度との関係を調査した。その結果を図３に示す。
【００３８】
清浄度の指標として、Ｚｒを添加する前の溶鋼中のＴ．Ｏを用いた。図３より、Ｔ．Ｏが低くなるほどノズル詰まり気味チャージの比率は低下し、Ｔ．Ｏ≦２５ppmで皆無となることが分かる。
【００３９】
溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]=０．１５〜０．２０質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時におけるＴ．Ｏとバブリングガス流量、及びＣａＳｉ添加後（Ｚｒ添加前）のバブリング時間との関係を図４に示す。このときのトップスラグの塩基度は２．２〜２．４であった。
【００４０】
図４より、バブリング処理前の溶鋼中のＡｌ濃度が[Ａｌ]≧０.１５％の場合に、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分の流量で、５分間ガスバブリングを実施すれば、Ｔ．Ｏ≦２５ppmが達成できるので、７５トン（１．５〜１．７時間）の連続鋳造において、浸漬ノズル閉塞気味による鋳造速度等の操業阻害をおこす比率は０％となることが分かる。
【００４１】
しかしながら、ポーラスプラグを使った場合には、溶鋼１トン当たり１〜３Nリットル／分のガスしか流すことができないので、１０分間の処理では溶鋼中のＴ．Ｏが２５〜３０ppmであって、７５トン（１．５〜１．７時間）の連続鋳造を、浸漬ノズル閉塞気味による鋳造速度等の操業阻害を引き起こす比率を０％とするには、１２分間以上の処理を必要とした（図４参照）。
【００４２】
ところで、本発明が対象とする鋼種を連続鋳造する際には、バブリング処理時間が長くなると連々鋳（複数チャージの連続鋳造を続いて実施すること）のために前チャージの鋳込み速度を低下させたり、溶鋼温度の低下を補償することが必要になったりする弊害があるので、バブリング処理時間は１０分間程度以下としなければならない。
【００４３】
したがって、本発明の対象鋼種を安定して連続鋳造するためには、従来用いられているポーラスプラグを使用したバブリングではなく、大流量を流すことができる耐火物製の浸漬ランスを使用し、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分以上の流量でバブリングすることが必要である。
【００４４】
続いて、溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時に、溶鋼１トン当たりのバブリング流量が１５Nリットル／分の時におけるトップスラグと塩基度との関係を図５に示す。
【００４５】
同じバブリング時間では、トップスラグの塩基度が高いほうがより介在物を低減できており、トップスラグの塩基度を２．２以上に制御することにより介在物の低減効果が良く、５分間のバブリング時間でＴ．Ｏ≦２５ppmまで低減が可能となっていることが分かる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の効果を確認するために実施した実験結果について説明する。
本例では、電気炉でスクラップを溶解した後、ＡＯＤ炉にて脱炭、昇熱を実施後、還元及び成分調整を行い、取鍋へ出鋼した。
【００４７】
その後、耐火物製のインジェクションランスを用いたガス攪拌取鍋精錬設備にて、ＣａＳｉの添加及び、ＦｅＺｒの投入を行った。処理量は１チャージ当たり７５トンである。
まず、Ａｌ、Ｓｉの調整はＡＯＤ炉での還元処理後の溶鋼の分析値から、ＡＯＤ炉にてＡｌ塊及びＦｅＳｉを投入して所定の濃度まで調整した。なお、鋼の主な成分範囲は前記表１に記載の範囲内である。
【００４８】
取鍋ガス攪拌処理は、ＣａＳｉ塊を投入し、所定のガス流量にてバブリングを施した後にＦｅＺｒを投入し、連続鋳造にて鋳造を行った。比較としてＣａＳｉを添加しない方法も実施した。
【００４９】
鋳造は、０．７〜０．９m／分の鋳込み速度で行い、その際、内径が７５mmの浸漬ノズルを使用した。また、トップスラグの塩基度はＡＯＤ炉での吹錬時に調整した。なお、ノズル詰りの評価方法は先に述べた方法で行った。
【００５０】
下記表４に操業条件とノズル閉塞有無等の鋳造結果を示す。ノズル閉塞の評価は先に述べた方法と同じで、１チャージ当たり７５トンの溶鋼を連続鋳造した時の閉塞、閉塞気味、無しとした。
【００５１】
【表４】
【００５２】
鋼１及び鋼２は、[Ａｌ]及び[Ｓｉ]が共に本発明の規定値以下であり、ノズルが閉塞して鋳造を中断した例（比較例）である。また、鋼３及び鋼４は、[Ａｌ]あるいは[Ｓｉ]、トップスラグの塩基度、バブリング流量は本発明の規定値を満足しているが、ＣａＳｉを添加していないためにノズルが閉塞し、鋳造を中断した例（比較例）である。
【００５３】
これに対して、鋼５〜鋼１６は、[Ａｌ]濃度あるいは[Ｓｉ]濃度が規定値を満たしており、かつＣａＳｉの添加を実施したチャージ（発明例）であり、すべて完鋳できている。
【００５４】
しかしながら、鋼９、１０、１３、１４の発明例はトップスラグの塩基度が低かったため、また鋼６、１０、１２、１４の発明例はガス流量が少なかったため、完鋳はできたものの、ノズルが閉塞気味となって操業阻害が発生した例である。
【００５５】
また、鋼８、１５の発明例はトップスラグの塩基度が低かったが、また鋼７、１６の発明例はガス流量が少なかったが、バブリング時間を長くすることで、ノズルの閉塞を回避して完鋳できた例である。しかしながら、これらの発明例の場合、バブリング時間が長くなったことで、鋳込み中の前チャージの鋳造速度Ｖｃが低下した。
【００５６】
一方、本発明の請求項１〜３の要件を全て満足した鋼５、１１の発明例は、ノズルの閉塞はもとより、鋳造速度Ｖｃが低下する等の操業阻害等もなく完鋳できた例である。
【００５７】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】溶鋼の脱酸レベルについて、溶鋼中のＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒと平衡する酸素濃度との関係を示した図である。
【図２】（ａ）はＡＯＤ炉でＡｌ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときのＡｌ濃度とノズル閉塞の有無の関係を示した図、（ｂ）はＡＯＤ炉でＳｉ濃度を調整し、その後取鍋内で耐火物製の浸漬ランスにより精錬したときのＳｉ濃度とノズル閉塞の有無の関係を示した図である。
【図３】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８０質量％の時の、ノズル詰まり気味チャージについて、溶鋼の清浄度との関係を調査した結果を示した図である。
【図４】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]=０．１５〜０．２０質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時におけるＴ．Ｏとバブリングガス流量、及びＣａＳｉ添加後（Ｚｒ添加前）のバブリング時間との関係を示した図である。
【図５】溶鋼中の濃度が、[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％の時に、溶鋼１トン当たりのバブリング流量が１５Nリットル／分の時におけるトップスラグと塩基度との関係を示した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入することを特徴とするＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項２】
耐火物製の浸漬ランスを用いた前記ガスバブリングを、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分以上の流量で実施することを特徴とする請求項１に記載のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項３】
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）を２.２以上に調整したスラグを溶鋼と共に取鍋へ取り出し、このスラグの存在下で前記のガスバブリングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の方法で製造した溶鋼を鋳造することを特徴とするＺｒ入りＣｒ含有鋼の連続鋳造時における浸漬ノズル閉塞抑制方法。
【請求項１】
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の溶鋼成分を[Ａｌ]≧０．１５質量％、あるいは[Ｓｉ]≧０．８質量％以上となるように調整した後、該溶鋼を取鍋へ出湯し、
その後、該取鍋内溶鋼に対して耐火物製の浸漬ランスを用いてガスバブリングを行いながらＣａＳｉを添加した後にＦｅＺｒを投入することを特徴とするＺｒを０.１〜１.５質量％含み、かつＣｒを８質量％以上含むＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項２】
耐火物製の浸漬ランスを用いた前記ガスバブリングを、溶鋼１トン当たり１５Nリットル／分以上の流量で実施することを特徴とする請求項１に記載のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項３】
精錬炉における酸化クロムの還元工程で、還元処理後の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2質量比）を２.２以上に調整したスラグを溶鋼と共に取鍋へ取り出し、このスラグの存在下で前記のガスバブリングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＺｒ入りＣｒ含有溶鋼の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の方法で製造した溶鋼を鋳造することを特徴とするＺｒ入りＣｒ含有鋼の連続鋳造時における浸漬ノズル閉塞抑制方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１０１２５９（Ｐ２００８−１０１２５９Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８６５８８（Ｐ２００６−２８６５８８）
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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