WO2023013377A1 - 溶鋼の脱酸精錬方法、鋼材の製造方法およびその鋼材 - Google Patents

Abstract

真空精錬コストが増加することなく、添加Ａｌの歩留まりが向上する技術を提供する。また、Ａｌ成分量のばらつきが少ない鋼材の製造方法を提供する。真空精錬装置を用いた溶鋼の脱酸精錬方法であって、Ａｌ含有物質を真空槽内の溶鋼に添加し、Ａｌ脱酸中の前記溶鋼の温度変化ΔＴ_１及びΔＴ_２が、式（１）を満足する溶鋼の脱酸精錬を実施する。添加Ａｌ含有物質はＡｌ含有量が３０～８０質量％であることが好ましい。上記溶鋼の脱酸精錬方法を脱酸工程として有し、該脱酸工程後の鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下である鋼材を製造することができる。 ΔＴ_１＋ΔＴ_２＜０・・・（１） ΔＴ_１はＡｌの酸化反応熱による温度上昇量を表し、ΔＴ_２は添加Ａｌ含有物質の顕熱による温度低下量を表す。

Description

溶鋼の脱酸精錬方法、鋼材の製造方法およびその鋼材

　本発明は、真空精錬装置を用いた溶鋼の脱酸処理において、添加Ａｌの歩留まりが向上する溶鋼の脱酸精錬方法に関する。

　鉄鋼製造工程の製鋼過程では、溶銑の脱炭吹錬（「一次精錬」という）を転炉にて行う。その後、溶製した溶鋼を取鍋に出湯し、取鍋内の溶鋼を真空精錬装置、たとえば、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽へ環流し、溶鋼を減圧下で精錬（「二次精錬」という）することが広く行われている。

　二次精錬でＲＨやＤＨなどの真空精錬装置を用いて未脱酸または半脱酸の溶鋼を真空精錬処理する場合には、一般に、処理中に金属Ａｌなどを真空雰囲気の真空槽に存在する溶鋼に添加することで溶鋼の脱酸精錬を行う。

　真空精錬装置は、取鍋の上側を覆うように設置され、取鍋内の溶鋼が、真空精錬装置の真空槽へ上昇し、真空精錬処理される。この真空槽の上部側面または天蓋に、原料投入口を設け、そこから金属Ａｌ、合金ＡｌなどＡｌ含有物質を真空槽へ投下し、Ａｌによる溶鋼の脱酸精錬を行う。

　しかし、この溶鋼の脱酸精錬において、真空槽に投下されたＡｌ含有物質は、溶鋼中のＡｌの歩留まりが悪い。そのため、添加Ａｌ含有物質の量が増加し処理時間が長くなる、原料コストが増加するなど、真空精錬コスト増加の要因となっている。また、Ａｌの溶鋼における歩留まり低下により歩留まりが安定せず、鉄鋼製造工程を経た鋼材のＡｌ成分量がばらつく場合もある。

　そこで、これらの問題を解決するため、添加Ａｌの歩留まりを向上させる技術が提案されている。

　例えば、特許文献１には、添加Ａｌが拡散・合金化するまでの間４０Ｔｏｒｒ（５０００Ｐａ）以上の低真空度でＡｌ含有物質を溶鋼中に浸漬添加することで、Ａｌの蒸発損失を抑制し歩留まりを向上させる技術が提案されている。減圧開始から１２分経過するまで真空度を４０Ｔｏｒｒ（５０００Ｐａ）以上として、金属Ａｌの溶鋼中への拡散、合金化を進行させることでＡｌの蒸発揮散が抑制される。この発明では、Ａｌ添加後真空度を一気に４０Ｔｏｒｒ（５０００Ｐａ）未満の高真空とする従来パターンより、Ａｌの歩留まりが高くなると説明されている。脱酸処理時間は１５～２０分である。

　また、非特許文献１には、Ａｌ弾を圧縮ガスで溶鋼へ発射し、Ａｌ弾の溶鋼浸入深さが深くなることでＡｌ歩留まりを向上させる技術が提案されている。

特開平３－２１１２１６号公報

住友金属技報Ｖｏｌ．２５、ｐ３０

　上記従来技術には以下のような問題がある。
　特許文献１に記載の技術では、脱酸完了までに真空度が従来と比べ悪化するため（真空度５０００Ｐａ以上で１２分以上保持）、真空精錬の処理時間が長くなる。また、脱酸時のＡｌ添加において、Ａｌの酸化反応により局所的な高温部が発生し、低真空であってもＡｌの蒸気圧が雰囲気圧を上回ってＡｌが蒸発しＡｌ蒸発損失を十分には低減できない問題がある。

　また、非特許文献１に記載の技術では、ガス弾発射装置を新規に建設する必要があり設備費が増大する問題がある。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、真空精錬の処理時間が短く添加Ａｌの歩留まりが向上する溶鋼の脱酸精錬方法を提案することを目的とする。また、真空精錬での添加Ａｌの歩留まりが向上し、Ａｌ成分量のばらつきが少ない鋼材の製造方法を提案することを目的とする。

　発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意、実験及び検討を行った。その結果、添加Ａｌ含有物質の顕熱による温度低下量が、Ａｌの酸化反応熱による温度上昇量を上回る条件でＡｌ含有物質の添加を行うことで、Ａｌ歩留まりが向上することを見出した。

　上記知見に基づき、本発明は、以下のように構成される。
［１］真空精錬装置を用いた溶鋼の脱酸精錬方法であって、Ａｌ含有物質を真空槽内の溶鋼に添加し、Ａｌ脱酸中の前記溶鋼の温度変化ΔＴ_１及びΔＴ_２が、式（１）を満足する溶鋼の脱酸精錬方法である。
ΔＴ_１＋ΔＴ_２＜０・・・（１）
ここで、ΔＴ_１、ΔＴ_２は、それぞれ
ΔＴ_１＝（Ｗ_{Re_Al}×Ｑ_Al-O）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（２）
ΔＴ_２＝－（Ｖ_Al／０．０１Ｘ_Al×ｔ₁×Ｑ_{Al_Alloy-C}）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（３）
で定義される温度変化（℃）、
ｔ_１は、Ａｌ含有物質の添加開始時に真空槽内に存在する溶鋼がＡｌ含有物質の添加開始から循環して入れ替わるまでの時間（ｓ）、
Ｗ_{Re_Al}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される金属Ａｌとしての質量（ｋｇ）、
Ｑ_Al-Oは、Ａｌの酸化反応熱(ｋＪ／ｋｇ-Ａｌ）、
Ｃ_steelは、溶鋼比熱（ｋJ／ｋｇ／℃）、
Ｗ_{Re_STEEL}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される溶鋼量（ｋｇ）、
Ｖ_Alは、金属Ａｌとしての添加速度（ｋｇ／ｓ）、
Ｘ_Alは、Ａｌ含有物質のＡｌ含有量（質量％）、
Ｑ_{Al_Alloy-C}は、Ａｌ含有物質の顕熱及び潜熱（ｋＪ／ｋｇ）
である。
［２］前記［１］に記載の溶鋼の脱酸精錬方法は、前記Ａｌ含有物質のＡｌ含有量が３０～８０質量％であることが好ましい。
［３］前記［１］又は［２］に記載の溶鋼の脱酸精錬方法を脱酸工程として有し、
該脱酸工程後の鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下である鋼材の製造方法である。
［４］前記［１］又は［２］に記載の溶鋼の脱酸精錬方法を脱酸工程として有し、
該脱酸工程後の鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下である鋼材である。
［５」前記［４］に記載の鋼材は、前記Ａｌ濃度幅がＡｌ成分規格幅であることが好ましい。

　本発明によれば、鉄鋼製造プロセスの真空精錬工程において、添加Ａｌによる脱酸処理時間が短く、添加Ａｌの歩留まりを向上させる、高生産性・低製造コストが実現でき、さらに鋼材Ａｌ成分量のばらつきが非常に少ない製品も提供できる等、工業的効果及び省資源の効果が極めて大きい。

ＲＨ真空脱ガス装置の一例を示す概略縦断面図である。 本発明の概念を表す上記ＲＨ真空脱ガス装置の拡大断面図である。 Ａｌ蒸発率に及ぼすＡｌ添加前後の溶鋼の熱量変化の影響を示すグラフである。 Ａｌ添加条件の違いによるＡｌ脱酸時の溶鋼温度挙動を示すグラフである。

　発明者らは、脱酸時のＡｌ蒸発損失量を評価するため、小型真空溶解炉を用いて、種々の条件のもとで溶鋼の脱酸試験を実施した。その結果、図３に示すように、Ａｌ蒸発率はＡｌ添加前後の溶鋼の熱量変化と相関があり、特に熱量変化が負となる領域でＡｌ蒸発損失量が大きく減少することを見出した。ここで、熱量変化とは（１）脱酸時におけるＡｌの酸化熱、（２）単位時間に添加するＡｌ含有物質の顕熱の和である。さらに、図４に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置におけるＡｌの蒸発温度と種々のＡｌ合金添加条件における真空槽内溶鋼温度推移を比較した。その結果、Ａｌ含有物質の添加速度を大きくすることや、Ａｌ含有物質としてＦｅＡｌを使用することで、添加物質の顕熱による温度低下量が大きくなり、真空槽内溶鋼温度がＡｌ蒸発温度を上回る時間が短縮することを知見した。
　このように発明者らは、真空精錬装置における脱酸処理において、添加Ａｌ含有物質の顕熱及び酸化反応熱による温度変化と溶鋼への添加Ａｌの歩留まりを調査し、添加Ａｌ含有物質による反応サイトの温度変化が添加Ａｌの歩留まりに及ぼす効果を詳細に検討した。その結果、添加Ａｌ含有物質の顕熱および酸化反応熱による反応サイトの温度が添加Ａｌの歩留まりに影響し、反応サイトの温度を制御することによりＡｌ歩留まりが向上することを見出した。

　本発明は、溶鋼に添加したＡｌ含有物質の顕熱による温度低下量が、添加したＡｌの酸化反応熱による温度上昇量より大きくなるようにＡｌ脱酸反応サイトにおける温度を制御する。そして、本発明は、従来の脱酸処理方法に比べ大幅に処理時間が短く、添加Ａｌの歩留まりが向上することを技術思想とするものである。

　以下、本発明にかかる溶鋼の脱酸精錬方法を詳細に説明する。

　本発明にかかる溶鋼の脱酸精錬方法を行うことができる真空精錬装置には、ＲＨ真空脱ガス装置、ＤＨ真空脱ガス装置、ＲＥＤＡ真空脱ガス装置などがあるが、それらの中で最も代表的なものは、ＲＨ真空脱ガス装置である。

　そこで、先ず、ＲＨ真空脱ガス装置における真空精錬方法を説明する。
　図１において、符号１はＲＨ式真空脱ガス装置、２は取鍋、３は溶鋼、４はスラグ、５は真空槽、６は上部槽、７は下部槽、８は上昇側浸漬管(上昇管）、９は下降側浸漬管（下降管）、１０は環流用ガス吹き込み管、１１はダクト、１２は原料投入口、１３は上吹きランスである。真空槽５は、上部槽６と下部槽７とから構成され、また、上吹きランス１３は、真空槽内の溶鋼に酸素ガスや媒溶剤を吹き付けて添加する装置であり、真空槽５の上部に設置され、真空槽５の内部で上下移動が可能となっている。

　ＲＨ式真空脱ガス装置１では、溶鋼３を収容した取鍋２を昇降装置（図示せず）にて上昇させ、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を取鍋２内の溶鋼３に浸漬させる。そして、真空槽５の内部をダクト１１に連結される排気装置（図示せず）にて排気して真空槽５の内部を減圧するとともに、環流用ガス吹き込み管１０から上昇側浸漬管８の内部に環流用ガスを吹き込む。真空槽５の内部が減圧されると、取鍋２内の溶鋼３は、大気圧と真空槽５内の圧力（真空度）との差に比例して上昇し、真空槽５内に流入する。同時に、環流用ガス吹き込み管１０から吹き込まれる環流用ガスによるガスリフト効果によって、溶鋼３は、環流用ガスとともに上昇側浸漬管８を上昇して真空槽５の内部に流入する。その後、下降側浸漬管９を経由して取鍋２に戻る流れ、所謂、環流を形成してＲＨ式真空精錬が施される。溶鋼３は、真空槽５内で減圧下の雰囲気に曝され、溶鋼３中のガス成分が真空槽５内の雰囲気に移動し、溶鋼３の脱ガス反応が進行する。ＲＨ式真空精錬において、未脱酸溶鋼または半脱酸溶鋼の脱酸処理を行う場合には、原料投入口１２より、酸素と反応し酸化物を生成する合金を脱酸剤として真空槽５内の溶鋼３に添加する。脱酸材には、その脱酸力の強さから金属ＡｌまたはＡｌ含有合金が一般に用いられる。

　本発明では、溶鋼の脱酸にあたり、Ａｌの蒸発損失を抑制するため、添加したＡｌの酸化反応熱による温度上昇量よりも添加Ａｌ含有物質の顕熱による温度低下量が大きくなるようにする。すなわち、式（１）のように前者の温度変化量ΔＴ_１と後者の温度変化量ΔＴ_２の和が負となるように操業条件を決定し脱酸処理を行う。

ΔＴ_１＋ΔＴ_２＜０
　添加Ａｌの酸化反応熱による温度変化量ΔＴ_１及び添加Ａｌ含有物質の顕熱（潜熱含む）による温度変化量ΔＴ_２をそれぞれ式（２）、式（３）と定義し、式（１）を満たすように式（４）から式（７）の各エネルギーで温度変化量ΔＴ_１及びΔＴ_２を制御する。
　ΔＴ_１＋ΔＴ_２＜０・・・（１）
　ここで、式（１）において、ΔＴ_１、ΔＴ_２は式（２）、式（３）で定義される。
　ΔＴ_１＝（Ｗ_{Re_Al}×Ｑ_Al-O）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（２）
　ΔＴ_２＝－（Ｖ_Al／０．０１Ｘ_Al×ｔ₁×Ｑ_{Al_Alloy-C}）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（３）
　Ｗ_{Re_Al}＝ＭＩＮ［Ｗ_{Re_STEEL}×ａ_O／ｆ_O×１．０×１０^-６×５４／４８，Ｖ_Al×ｔ_１］・・・（４）
　ＭＩＮ［Ａ，Ｂ］はＡ、Ｂの小さい方の値を意味する。
　Ｗ_{Re_STEEL}＝Ｑ_Cir×t_１              ・・・（５）
　ｔ₁＝Ｗ_Ｖ／Ｑ_Cir                    ・・・（６）
　Ｑ_Cir＝Ｋ×Ｇ^1/3×Ｄ^4/3×｛ｌｎ（Ｐ_０／Ｐ₁）｝^1/3・・・（７）
ｔ_１は、Ａｌ含有物質の添加開始時に真空槽内に存在する溶鋼がＡｌ含有物質の添加開始から循環して入れ替わるまでの時間（ｓ）、
Ｗ_{Re_Al}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される金属Ａｌとしての質量（ｋｇ）、
Ｑ_Al-Oは、Ａｌの酸化反応熱(ｋＪ／ｋｇ-Ａｌ）、
Ｃ_steelは、溶鋼比熱０．１８８（ｋＪ／ｋｇ／℃）、
Ｗ_{Re_STEEL}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される溶鋼量（ｋｇ）、
Ｖ_Alは、金属Ａｌとしての添加速度（ｋｇ／ｓ）、
Ｘ_Alは、Ａｌ含有物質のＡｌ含有量（質量％）、
Ｑ_{Al_Alloy-C}は、Ａｌ含有物質の顕熱及び潜熱（ｋＪ／ｋｇ）、
Ｗ_Ｖは、真空槽内溶鋼量（ｋｇ）、
Ｑ_Cirは、環流量（ｋｇ／ｓ）、
Ｋは、定数（１９０）、
Ｇは、環流ガス流量（Ｎｌ／ｍｉｎ）、
Ｄは、浸漬管内径（ｍ）、
Ｐ_０は、大気圧力（１０１３２５Ｐａ）、
Ｐ_１は、真空度（Ｐａ）、
ａ_０は、溶鋼の酸素活量（ｐｐｍ）、
ｆ_０は、溶鋼中酸素の活量係数
である。

　溶鋼の酸素活量は、脱酸処理に先立ち測酸プローブを用いて測定を行う。Ａｌ添加速度は、添加中の合金ホッパー秤量値の時間変化から算出するか、あるいは槽内監視カメラを用いて添加開始及び添加終了のタイミングを判断し、Ａｌ添加に要した時間を求め、総添加量を添加時間で除することで得る。
　真空槽内溶鋼量Ｗ_Ｖを、下記の式（８）、式（９）に示す。図２に各長さを定義する。
　Ｗ_Ｖ＝π／４・Ｄ_Ｖ ²×ｈ_Ｖ×ρ_Ｌｇ・・・(８)
　ｈ_Ｖ＝（Ｐ_０－Ｐ₁）／（ρ_Ｌｇ）＋ｌ－Ｌ・・・（９）
ここで、Ｄ_Ｖは、真空槽内径（ｍ）、
ｈ_Ｖは、真空槽内溶鋼高さ（ｍ）、
ρ_Ｌｇは、溶鋼密度（ｋｇ／ｍ^３）、
ｌは、浸漬管の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）、
Ｌは、浸漬管下端から真空槽敷までの高さ（ｍ）
である。

　浸漬管の溶鋼への浸漬深さｌを、下記の式（１０）に示す。
　ｌ＝ｌ_Ｌ－ｌ_ＦＢ－ｌ_ＬＶ・・・（１０）
ここで、ｌ_Ｌは、取鍋底から取鍋上端までの距離（ｍ）、
ｌ_ＦＢは、取鍋上端から取鍋溶鋼面までの距離（ｍ）、
ｌ_ＬＶは、浸漬管下端から取鍋底までの距離（ｍ）
である。

　但し、ｌ_ＦＢは、溶鋼レベル計を用いて溶鋼面高さを測定する、または金属棒を取鍋内溶鋼に浸漬させ、溶解した部分の長さを測定する。ｌ_ＬＶについては、制御系から得られる取鍋と真空槽の相対距離から求める。

　式（１）を満たすための操作因子は真空度、環流ガス流量、Ａｌ添加速度である。すなわち、主に、真空度、環流ガス流量、Ａｌ添加速度でＡｌ脱酸反応サイトにおける温度変化量ΔＴ_１及びΔＴ_２を制御する。真空度、環流ガス流量については、ΔＴ_２の絶対値を増加させるためには、真空度の低下または環流ガス流量の減少が必要である。また、その時、精錬効率が悪化し処理時間が長くなるため、Ａｌ添加速度を調整することが望ましい。Ａｌ添加速度は合金ホッパーの開度を増減することで調整する。

　但し、ホッパーの開度でＡｌ添加速度を早めるには限界があるため、Ａｌ含有量８０％以下のＡｌ含有物質を使用し、添加Ａｌ量当たりの顕熱を増やすことで、より効率を高めることができる。

　また、ＤＨ真空脱ガス装置、ＲＥＤＡ真空脱ガス装置のように真空槽・取鍋の間で溶鋼を循環させる方式の真空精錬装置であれば、本技術が適用可能である。但し、溶鋼の環流量Ｑ_Cirを求める式（７）はＲＨ真空脱ガス装置特有のものであるため、ＤＨ真空脱ガス装置、ＲＥＤＡ真空脱ガス装置において本技術を適用する場合には、予めＣｕなどの添加合金の均一混合時間を測定し、操業条件ごとの溶鋼の環流量を求める必要がある。

添加Ａｌ含有物質のＡｌ含有量：３０～８０質量％
　溶鋼のＡｌ脱酸におけるＡｌ損失要因の一つは、脱酸反応熱によって局所的に高温となった溶鋼でＡｌが蒸発することである。添加するＡｌ含有物質のＡｌ含有量を小さくし、添加Ａｌ量当たりの顕熱を増加させることで顕熱による温度低下量ΔＴ_２を多くして、より効率的にＡｌの蒸発を抑制することができる。したがって、添加Ａｌ含有物質のＡｌ含有量は８０質量％以下とすることが好ましい。
　一方で、添加Ａｌ含有物質のＡｌ含有量が低すぎると、Ａｌ含有物質の総添加量が増え、処理時間が長くなるほか、処理中の溶鋼温度が真空槽内で凝固温度以下まで下がるおそれがある。そのため、添加Ａｌ含有物質のＡｌ含有量は３０質量％以上が望ましい。
　使用するＡｌ含有物質の種類としては、他の溶鋼成分の調整を阻害しないようにフェロアルミ合金ＦｅＡｌを使用することが好ましい。なお、目標成分に合わせて鉄以外の成分を含むＡｌ合金を使用してもよい。

鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下
　本発明の脱酸精錬方法によりＡｌ歩留まりが向上し、本脱酸精錬方法を含む鉄鋼製造プロセスから製造される鋼材のＡｌ成分量のばらつきを低減することができる。
　すなわち、本発明の脱酸精錬方法による脱酸工程後の鋼中Ａｌの濃度幅は、０．０２質量％以下とすることができる。
　ここで、鋼中Ａｌ濃度幅とは、目標の鋼中Ａｌ濃度範囲が同じ鋼種の処理における、各チャージ（１回の出鋼量）の脱酸精錬後の鋼中Ａｌの成分量（質量％）について、特定チャージ数（規格、特性など）におけるばらつき幅をいう。たとえば、鋼中Ａｌ濃度幅をＡｌ成分規格幅と設定してもよい。
　ただし、ばらつき幅とは、上記特定チャージ数における鋼中Ａｌの成分量実績について、その標準偏差を６倍した値である。
　鋼中Ａｌの濃度幅が、０．０２質量％以下となれば、製品規格の化学成分量の狭幅化や目標化学成分量の外れ防止を期待できる。
　本発明の脱酸精錬方法により、Ａｌ歩留まりが８５％以上となれば鋼中Ａｌ濃度幅を０．０２質量％以下とすることができる。なぜなら、脱酸後の鋼中Ａｌ濃度のばらつきは主にＡｌ歩留まりのばらつきによるものであり、Ａｌ歩留まりを１００％に近づけることで、Ａｌ歩留まりのばらつきが低減されるためである。また、Ａｌ歩留まりが向上することにより、目標のＡｌ濃度に対する必要なＡｌ添加量が少なくなることも、Ａｌ濃度ばらつきが低減する要因である。

　転炉で溶銑を脱炭精錬して溶製した３００トンの溶鋼を、転炉から取鍋に出鋼し、取鍋内の溶鋼をＲＨ真空装置で真空精錬を行った。対象鋼種は[Ｃ]規格上限が２５ｐｐｍの極低炭鋼種とした。真空精錬前の溶鋼の化学成分は、Ｃ；０．０４～０．０６質量％、Ｓｉ；０．１５～０．２５質量％、Ｍｎ；０．１～０．５質量％、Ｐ；０．０２質量％以下、Ｓ；０．００３質量％以下であり、脱酸前の溶鋼温度は１５８０～１６３０℃、脱酸前の溶鋼中の酸素活量ａ_０は３００～６００ｐｐｍであった。真空度は２６７Ｐａ、環流ガス流量は２５００Ｎｌ／ｍｉｎとした。
　Ａｌ含有物質は、９９％Ａｌ含有の金属Ａｌおよび２０％、４０％、７０％、８０％、９０％Ａｌを含むＦｅＡｌ合金を使用した。
　主にＡｌ添加速度Ｖ_Ａｌを１０～２５ｋｇ／ｓの範囲で変化させて、ΔＴ_１及びΔＴ_２の種々の値によるＡｌ歩留まりを評価した。
　実験は各条件３０チャージずつ実施し、Ａｌ歩留まり、Ａｌ含有物質添加時間については３０チャージの平均値を用いて評価した。
　鋼中Ａｌ濃度幅は、各条件（Ｎｏ．１～１０）の、脱酸処理後の鋼中Ａｌ濃度の標準偏差から算出した。
　式（２）～（１０）の各数値については、次の値を設定した。
ｔ_１：４．２(s)、
Ｗ_{Re_Al}：４～７（ｋｇ）、
Ｑ_Al-O：２７０４５(ｋＪ／ｋｇ-Ａｌ)、
Ｃ_STEEL：溶鋼比熱０．１８８（ｋＪ／ｋｇ／℃）、
Ｗ_{Re_STEEL}：１１７５７（ｋｇ）、
Ｖ_Al：１０～２５（ｋｇ／ｓ）、
Ｘ_Al：２０～９９（％）、
Ｑ_{Al_Alloy-C}：１３８１～２１６３（ｋＪ／ｋｇ）
とした。
ただし、添加するＡｌ含有物質の含有成分ｉ（Ａｌを含む)の質量分率、顕熱をそれぞれＸ_ｉ、Ｑ_{i_C}(ｋＪ／ｋｇ－ｉ)とすると、

であり、実施例ではＱ_AlC=２１６３（ｋＪ／ｋｇ－Ａｌ）、Ｑ_{Fe_C}=１１８６（ｋＪ／ｋｇ－Ｆｅ）として計算した。
Ｗ_Ｖ：１１７６０（ｋｇ）、
Ｑ_Cir：２９０３（ｋｇ／ｓ）、
Ｋ=１９０、
Ｇ：２５００（Ｎｌ／ｍｉｎ）、
Ｄ：０．７（ｍ）、
Ｐ_０：１．０１３２５ｘ１０^５（Ｐａ）、
Ｐ_１：２６７（Ｐａ）、
ａ_０：３５０～５００（ｐｐｍ）、
ｆ_０：１、
ｌ_Ｌ:４．０（ｍ）、
ｌ_ＦＢ：１．２（ｍ）、
ｌ_ＬＶ：２．１（ｍ）
である。

　Ａｌ歩留まりは、式（１１）で評価した。式（１１）における分子は脱酸に消費されたＡｌ質量と脱酸後に溶鋼中に溶けたＡｌ質量の総和、分母は添加されたＡｌ成分の総質量を表している。
e_Al＝｛（ａ_０／ｆ_０×１．０×１０^-６×５４／４８＋［％Ａｌ］／１００）×Ｗ｝×１００／（Ｗ_Al×Ｘ_Al／１００）・・・（１１）
ここで、e_Alは、Ａｌ歩留まり（％）、
[％Ａｌ]は、脱酸後の溶鋼中Ａｌ濃度(質量％)、
Ｗは、処理溶鋼量で３００（ｔｏｎ）、
Ｗ_Alは、金属ＡｌまたはＡｌ合金添加量（ｋｇ）、
Ｘ_Alは、Ａｌ含有物質中のＡｌ含有量（質量％）
である。
　但し、[％Ａｌ]は、ＲＨ式真空精錬処理終了後にメタルサンプルを採取しその分析値から求めた。

　実験結果を表１に示す。Ａｌ歩留まりとは、脱酸に消費されたＡｌ量と鋼中Ａｌ濃度の増加に対応するＡｌ量の総和の、添加したＡｌ含有物質中のＡｌ量に対する百分率をいう。添加Ａｌの温度低下量ΔＴ_２の絶対値が、添加したＡｌの温度上昇量ΔＴ_１の絶対値を上回る条件、発明例Ｎｏ．１～８において、Ａｌ歩留まりが７０％以上となる良好な結果が得られた。また全ての水準でＡｌの添加は２６７Ｐａ以下の高真空で行われ、再度真空引きの処理時間延長を行っていない。
　添加Ａｌ含有物質のＡｌ含有量が８０質量％以下の発明例Ｎｏ．５～８では、Ａｌ歩留まりが８５％以上となり、さらに良好な結果が得られた。

　しかしながら、発明例Ｎｏ．５のＡｌ含有量が３０質量％未満でも、高いＡｌ歩留まりが得られた一方で、必要添加Ａｌ量が増加することで添加時間が１分以上と長くなり、真空引きの処理時間を延長した。
　そこで、処理時間も考量したＡｌ歩留まりを下記のように３段階に区分し、表１最右列に評価として示した。
　◎:Ａｌ歩留まりが８５％以上、かつ、Ａｌ添加時間が1分未満
　○:Ａｌ歩留まりが７０％以上８５％未満、かつ、Ａｌ添加時間が1分未満、または、Ａｌ歩留まりが８５％以上、かつ、Ａｌ添加時間が1分以上
　△:Ａｌ歩留まりが７０％未満

　Ａｌ歩留まりが８５％以上である、発明例Ｎｏ．５～８は、鋳造工程でサンプルを採取・分析して得られた最終Ａｌ成分の濃度ばらつきが、０．０２質量％幅以下であった。
　一方で、Ａｌ歩留まりが７０％未満である比較例Ｎｏ．９～１０における最終Ａｌ成分の濃度ばらつきは０．０３５質量％幅以下と、発明例よりも濃度ばらつきが大きい結果であった。

　本発明の鉄鋼製造プロセスの製鋼工程におけるＡｌ添加による脱酸精錬方法は、低製造コストおよび狭範囲Ａｌ成分量が要求される鋼材の製造に適用することができる。

　１          ＲＨ真空脱ガス装置
　２          取鍋
　３          溶鋼
　４          スラグ
　５          真空槽
　６          上部槽
　７          下部槽
　８          上昇側浸漬管
　９          下降側浸漬管
１０          環流用ガス吹き込み管
１１          ダクト
１２          原料投入口
１３          上吹きランス
　Ｄ_Ｖ         真空槽内径
　Ｄ          浸漬管内径
　Ｌ          浸漬管下端から真空槽敷までの高さ
　ｌ          浸漬管の溶鋼への浸漬深さ
　ｌ_Ｌ         取鍋底から取鍋上端までの距離
　ｌ_ＬＶ        浸漬管下端から取鍋底までの距離
　ｌ_ＦＢ        取鍋上端から取鍋溶鋼面までの距離
　ｈ_Ｖ         真空槽内溶鋼高さ
　ｈ_Ｌ         取鍋底から取鍋溶鋼面までの距離

Claims (5)

1. 真空精錬装置を用いた溶鋼の脱酸精錬方法であって、Ａｌ含有物質を真空槽内の溶鋼に添加し、Ａｌ脱酸中の前記溶鋼の温度変化ΔＴ_１及びΔＴ_２が、式（１）を満足する溶鋼の脱酸精錬方法。
   ΔＴ_１＋ΔＴ_２＜０・・・（１）
   ここで、ΔＴ_１、ΔＴ_２は、それぞれ
   ΔＴ_１＝（Ｗ_{Re_Al}×Ｑ_Al-O）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（２）
   ΔＴ_２＝－（Ｖ_Al／０．０１Ｘ_Al×ｔ₁×Ｑ_{Al_Alloy-C}）／（Ｃ_steel×Ｗ_{Re_STEEL}）・・・（３）
   で定義される温度変化（℃）、
   ｔ_１は、Ａｌ含有物質の添加開始時に真空槽内に存在する溶鋼がＡｌ含有物質の添加開始から循環して入れ替わるまでの時間（ｓ）、
   Ｗ_{Re_Al}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される金属Ａｌとしての質量（ｋｇ）、
   Ｑ_Al-Oは、Ａｌの酸化反応熱(ｋＪ／ｋｇ-Ａｌ）、
   Ｃ_steelは、溶鋼比熱（ｋJ／ｋｇ／℃）、
   Ｗ_{Re_STEEL}は、時間ｔ_１の間に脱酸反応に使用される溶鋼量（ｋｇ）、
   Ｖ_Alは、金属Ａｌとしての添加速度（ｋｇ／ｓ）、
   Ｘ_Alは、Ａｌ含有物質のＡｌ含有量（質量％）、
   Ｑ_{Al_Alloy-C}は、Ａｌ含有物質の顕熱及び潜熱（ｋＪ／ｋｇ）
   である。
2. 前記Ａｌ含有物質はＡｌ含有量が３０～８０質量％である請求項１に記載の溶鋼の脱酸精錬方法。
3. 請求項１又は２に記載の溶鋼の脱酸精錬方法を脱酸工程として有し、
   該脱酸工程後の鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下である鋼材の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の溶鋼の脱酸精錬方法を脱酸工程として有し、
   該脱酸工程後の鋼中Ａｌ濃度幅が０．０２質量％以下である鋼材。
5. 前記Ａｌ濃度幅がＡｌ成分規格幅である請求項４に記載の鋼材。

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