CN110621793A - 高锰钢的熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在对含有5质量％以上的锰的高锰钢进行熔炼时，能够得到高的锰成品率，能够以高效率进行熔炼的高锰钢的熔炼方法。在对含有5质量％以上的锰的钢进行熔炼时使用，包括：脱碳工序(步骤S100)，通过利用转炉(1)对铁水(熔融金属(2))实施脱碳处理而将铁水形成为碳浓度低的钢水(熔融金属(2))；还原工序(步骤S102)，在脱碳工序之后，通过向收容在转炉(1)的钢水添加锰源及硅源而对钢水进行还原处理；及脱气工序(步骤S104)，在还原工序之后，利用真空脱气装置(5)对钢水进行真空脱气处理，在还原工序中，根据作为目标的钢的锰浓度来添加锰源，以满足(1)式的方式添加硅源。

Description

高锰钢的熔炼方法
技术领域
本发明涉及高锰钢的熔炼方法。
背景技术
锰具有通过添加到钢中而提高钢材料的强度的优点。而且，锰具有与作为不可避免的杂质而残留于钢中的硫磺反应来形成MnS，并防止有害的FeS的生成而抑制钢材料中的硫磺的影响等优点。因此，钢材料的大部分含有锰。近年来，以构造物的轻量化为目的，开发出同时具有高抗拉强度和高加工性的、含碳量低、含锰量高的低碳/高锰钢，作为管线管用钢板或汽车用钢板等而广泛使用。
在制钢工序中，作为为了调整钢水中的锰浓度而使用的锰源，通常使用锰矿石或高碳锰铁(含碳量：7.5质量％以下)、中碳锰铁(含碳量：2.0质量％以下)、低碳锰铁(含碳量：1.0质量％以下)、硅锰(含碳量：2.0质量％以下)、金属锰(含碳量：0.01质量％以下)等。而且，在这些锰源中，除了锰矿石之外，含碳量越低，则越高价。因此，以制造成本的降低为目的，提出了使用廉价的锰源即锰矿石或高碳锰铁来熔炼含锰钢的方法。
例如，专利文献1提出了如下的方法作为熔炼高锰钢的方法：在转炉的吹炼结束后，进行基于底吹气体的冲洗处理之后向钢包出钢时，在投入了碳浓度为1.0质量％以上的高碳锰铁之后投入铝而进行脱氧处理，然后，实施RH气体脱气处理。
另外，专利文献2提出了如下的熔炼方法作为熔炼高锰钢的方法：使用锰矿石，一边对锰矿石进行还原一边进行铁水的脱碳精炼，在脱碳结束后，在不实施基于铝的钢水的脱氧处理的状态下将钢水向真空脱气设备搬运，吹附氧气与惰性气体的混合气体而实施脱碳处理。
此外，专利文献3提出了如下的方法作为熔炼高锰钢的方法：将锰浓度为8质量％以上的高Mn铁水在减压下进行脱碳精炼至成为0.1质量％以下的碳浓度为止时，将精炼气体作为搬运气体，将含有Mn氧化物的粉体状的脱碳精炼用添加剂向铁水吹附。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-112855号公报
专利文献2：日本专利第4534734号公报
专利文献3：日本特开平5-125428号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1～3的高锰钢的熔炼方法中，对于在转炉中的铁水的脱碳吹炼时向转炉内投入的锰矿石进行还原，或者在从转炉的出钢时或钢包精炼时、真空脱气精炼时将锰源向钢水添加，由此提高钢水的锰浓度。
然而，在这样的熔炼方法中，在脱碳吹炼时或出钢时添加了锰源的情况下，由于添加的锰源的成品率低，因此需要添加大量的锰源，处理时间的增加和锰成本的增加成为问题。而且，在出钢时或钢包精炼时、真空脱气精炼时添加锰源的情况下，产生由于锰源的熔化引起的热损失，因此在转炉以后的工艺中需要将钢水提升热量。然而，基于钢包精炼装置或真空脱气装置的钢水的提升热量处理与转炉中的提升热量处理相比效率差且处理花费的成本的增加成为问题。特别是在锰浓度为5质量％以上的高锰钢中，这些问题变得显著。
因此，本发明着眼于上述的课题而作出，其目的在于提供一种在对含有5质量％以上的锰的高锰钢进行熔炼时，能够得到高的锰成品率，能够高效率地进行熔炼的高锰钢的熔炼方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的一形态，提供一种高锰钢的熔炼方法，其特征在于，所述高锰钢的熔炼方法在对含有5质量％以上的锰的钢进行熔炼时使用，所述高锰钢的熔炼方法包括：脱碳工序，通过利用转炉对铁水实施脱碳处理而将上述铁水形成为碳浓度低的钢水；还原工序，在该脱碳工序之后，通过向收容在上述转炉的所述钢水添加锰源及硅源而对上述钢水进行还原处理；及脱气工序，在上述还原工序之后，利用真空脱气装置对上述钢水进行真空脱气处理，在上述还原工序中，根据上述锰源的添加量，以满足(1)式的方式添加上述硅源。
[数学式1]
xMn：锰源中的锰浓度(质量％)
xSi：硅源中的硅浓度(质量％)
WMn：锰源的添加量(kg/t)
WSi：硅源的添加量(kg/t)
发明效果
根据本发明的一形态，提供一种在对含有5质量％以上的锰的高锰钢进行熔炼时，能够得到高的锰成品率，能够以高效率进行熔炼的高锰钢的熔炼方法。
附图说明
图1是表示本发明的一形态的高锰钢的熔炼方法的流程图。
图2是表示转炉的示意图。
图3是表示真空脱气装置的示意图。
具体实施方式
在以下的详细的说明中，为了提高本发明的完全的理解而例示本发明的实施方式并说明较多的特定的细微部。然而，即使没有上述特定的细微部的说明也能够实施一个以上的实施方式的情况不言自明。而且，附图为了简洁而将周知的构造及装置以简图示出。
<高锰钢的熔炼方法>
参照图1～图3，说明本发明的一实施方式的高锰钢的熔炼方法。在本实施方式中，对于从高炉流出的铁水实施后述的精炼处理，由此熔炼出含有5质量％以上的锰的钢水即高锰钢。
首先，如图1及图2所示，进行对作为转炉1所收容的铁水的熔融金属2(也称为“铁液”。)实施脱碳处理的脱碳工序(S100)。
熔融金属2是从高炉流出的铁水，在从高炉流出之后通过铁水锅或混铁车等能够收容铁水的搬运容器向成为下一工序的制钢工厂搬运。需要说明的是，为了减少转炉1所使用的石灰源等助熔剂，在将铁水向转炉1装入之前，优选实施降低铁水的磷浓度的脱磷处理。在脱磷处理中，对于铁水搬运容器中收容的铁水，添加氧化铁等固体氧或气体氧这样的氧源和包含石灰的助熔剂，铁水由气体氧或搅拌用的气体搅拌从而使脱磷反应进展。需要说明的是，在脱磷处理中，为了最大限度地减少转炉1中使用的助熔剂，优选使铁水的磷浓度比高锰钢的最终的成分规格的上限浓度低。此外，担心在后工序中从添加的锰源向铁水的磷拾取或从炉渣的磷复原引起的磷浓度的上升，因此更优选进行脱磷处理至铁水的磷浓度比成分规格的上限值低0.05质量％左右，然后，将通过处理产生的炉渣去除(也称为“除渣”。)。此外，为了使铁水的磷浓度比成分规格的上限值低，优选在脱磷处理之前实施脱硅处理，预先除去阻碍有效的脱磷反应的硅。
在脱碳工序中，在进行脱碳处理之前，将作为由搬运容器搬运的铁水的熔融金属2向铁水锅移注之后，向作为一次精炼炉的转炉1装入。需要说明的是，也可以在装入熔融金属2之前，将作为铁源的废铁向炉体10装入。
转炉1是惯用的转炉设备，如图2所示，具备炉体10、顶吹枪11、多个底吹喷嘴12、滑槽13。炉体10是在上部具有作为开口部的炉口的桶型或洋梨型的精炼炉，在内部设有耐火物。顶吹枪11配置在炉体10的上方，构成为能够沿铅垂方向(图2的上下方向)升降。顶吹枪11在下端形成有多个喷嘴孔，从这多个喷嘴孔将从未图示的供给设备供给的至少含有氧的氧化性气体向炉体10中收容的熔融金属2喷射。多个底吹喷嘴12设置在炉体10的底部，将从未图示的供给装置供给的氩或氮等的惰性气体即搅拌气体向炉体10中收容的熔融金属2吹入，由此来搅拌熔融金属2。滑槽13配置在炉体10的上方，与贮存含有石灰的助熔剂或合金铁等各种副原料的未图示的多个炉上料斗连接，将从各炉上料斗运出的副原料向炉体10内部添加。
在脱碳工序中，一边利用从底吹喷嘴12吹入的搅拌气体对炉体10中收容的熔融金属2进行搅拌，一边从顶吹枪11向熔融金属2喷射氧化性气体(也称为“送氧”。)，通过向熔融金属2供给氧而在大气压下进行脱碳处理(也称为“脱碳吹炼”。)。在脱碳吹炼中，利用顶吹枪11向熔融金属2吹入的氧与熔融金属2中的碳发生反应，由此脱碳反应进展。需要说明的是，在高锰钢的成分规格包含Cr或Ni的情况下(必须添加的情况下)，在脱碳吹炼中，将含有Cr或Ni的合金铁等副原料经由滑槽13向熔融金属2添加。在脱碳工序中，进行脱碳吹炼直至熔融金属2的碳浓度成为规定的范围为止，熔融金属2从碳浓度高的铁水成为碳浓度低的钢水。此时的碳浓度的规定的范围优选为0.05质量％以上且0.2质量％以下。这是因为，在脱碳工序后的熔融金属2的碳浓度小于0.05质量％的情况下，熔融金属2的氧势升高，锰源的成品率下降。另一方面，在脱碳工序后的熔融金属2的碳浓度大于0.2质量％的情况下，需要二次精炼工序中的脱碳处理，处理成本增加。并且，当熔融金属2的碳浓度成为规定的范围时，停止氧化性气体向炉体10内的供给，脱碳工序结束。
在脱碳工序之后，在收容有熔融金属2的炉体10内添加锰源和硅源，进行对作为钢水的熔融金属2进行还原处理的还原工序(S102)。锰源是含有锰的矿石或合金、金属。锰源可以使用例如锰矿石或高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁、硅锰、金属锰等。硅源是含有硅(silicon)的矿石或合金、金属。硅源可以使用例如硅铁或硅锰等。锰源及硅源可以经由滑槽13从炉口添加，而且，也可以使用废铁的装入所使用的废铁滑槽(未图示)从炉体10的炉口添加。此外，在添加锰源和硅源时，从多个底吹喷嘴12吹入搅拌气体而一边搅拌熔融金属2一边添加。
在还原工序中，以与高锰钢的成分规格即作为目标的锰浓度相对应的添加量来添加锰源。即，锰源的添加量根据作为目标的锰浓度，由锰源的含锰量或熔融金属2的碳浓度等来决定。此时，也可以考虑锰源的成品率的实际成绩。而且，在还原工序中，不需要使熔融金属2的锰浓度成为目标的浓度，为了在后述的脱气工序中能够调整而也可以使熔融金属2的锰浓度成为比目标的浓度低的浓度。需要说明的是，从热效率的观点出发，优选相对于脱气工序中的锰源的添加量而尽可能地增多还原工序中的锰源的添加量。此外，从减少处理花费的成本的观点出发，如果对碳等的锰以外的成分调整没有影响，则优选尽可能使用锰矿石或碳浓度高的廉价的锰源。
硅源以满足下述(1)式的添加量添加。在(1)式中，xMn表示锰源中的锰浓度(质量％)，xSi表示硅源中的硅浓度(质量％)，WMn表示锰源的添加量(kg/t)，WSi表示硅源的添加量(kg/t)。即，硅源添加与添加的锰源的添加量相对应的量。
[数学式2]
另外，在还原工序中，在添加了锰源及硅源之后，从多个底吹喷嘴12吹入搅拌气体，将熔融金属2搅拌规定的时间。
在此，脱碳工序后的熔融金属2的氧势高，因此如果向该熔融金属2添加锰源，则锰源中的锰在熔融金属2内未产生，被氧化而成为氧化锰(MnO)地包含于炉渣3。然而，在本实施方式中，除了锰源之外还添加硅源，因此锰源中的锰或利用脱碳工序而产生的炉渣3中的氧化锰由于下述(2)式所示的反应而被还原，从而熔融金属2的锰浓度升高。而且，硅源中的硅优先被氧化，从而熔融金属2的氧势下降。由此，锰源中的锰在熔融金属2中容易产生，熔融金属2的锰浓度升高。
2(MnO)+[Si]＝(SiO2)+2[Mn]…(2)
此外，在还原工序中，优选以利用炉渣3中的CaO的浓度(质量％)相对于SiO2的浓度(质量％)之比来定义的炉渣3的盐基度(CaO/SiO2)成为1.6以上且2.4以上的方式向炉体10内添加石灰。由此，能促进炉渣3的渣化及下述(3)式所示的熔融金属2的脱硫。
2[S]+[Si]+2(CaO)＝2(CaS)+(SiO2)…(3)
需要说明的是，在硅源的添加量比(1)式的范围降低的情况下，即硅源的添加量少的情况下，氧化锰的还原反应不再进展，因此无法提高熔融金属2的锰浓度。另一方面，在硅源的添加量比(1)式的范围升高的情况下，即硅源的添加量多的情况下，用于调整盐基度的石灰的添加量变得过多，因此精炼处理花费的成本高涨。而且，在硅源的添加量多的情况下，熔融金属2的硅浓度升高，可能会超过成分规格值的上限。在这样的情况下，在下一工序中需要进行使熔融金属2的硅浓度降低的脱硅处理，因此不优选。
此外，在还原工序中，当还原处理结束时，将炉体10的熔融金属2向钢包移注(也称为“出钢”。)。此时，优选预先以相对于熔融金属每1t的量，将5kg/t以上且10kg/t以下的石灰预先放置在钢包内。通过将石灰预先放置于钢包，能够防止出钢时的白烟的产生，并抑制从炉渣3的硫复原引起的熔融金属2的硫磺浓度的上升。
在还原工序之后，进行利用真空脱气装置5对作为钢水的熔融金属2实施真空脱气处理的脱气工序(S104)。真空脱气装置5是VOD方式的脱气装置，通过将钢包4中收容的熔融金属2在减压下进行搅拌处理而实施脱气处理。真空脱气装置5具有真空槽50、排气管51、搅拌气体供给路径52、顶吹枪53、供给口54。真空槽50是在内部能够收容钢包4的容器，为了能够将钢包4在内部取出放入而具有拆装式的上盖500。排气管51设置于真空槽50的侧面，连接于未图示的排气装置。搅拌气体供给路径52从真空槽50的外部向内部配置，将真空槽50的内部侧的前端连接于钢包4的吹入口40。而且，搅拌气体供给路径52将真空槽50的内部侧的前端连接于未图示的搅拌气体供给装置，将从搅拌气体供给装置供给的氩气等搅拌气体向钢包4的吹入口40供给。顶吹枪53插通于上盖500的中央，构成为能够沿铅垂方向(图3的上下方向)升降。而且，顶吹枪53在下端形成有喷嘴孔，将从未图示的供给设备供给的至少包含氧的氧化性气体从喷嘴孔向钢包4中收容的熔融金属2喷射氧化性气体。供给口54是如下投入口：形成于上盖500，连接于贮存包含石灰的助熔剂或合金铁等各种副原料的未图示的多个炉上料斗，将从各炉上料斗运出的副原料向钢包4中收容的熔融金属2添加。
在脱气工序中，在将钢包4收容于真空槽50内之后，一边通过从吹入口40吹入搅拌气体而对熔融金属2进行搅拌，一边使用排气装置从排气管51进行排气，通过对真空槽50内进行减压而进行真空脱气处理。通过进行这样的真空脱气处理，来进行熔融金属2中的气体成分(氮或氢等)的除去、熔融金属2的成分的均匀化、熔融金属2的夹设物等的除去、熔融金属2的温度的调整等。而且，在脱气工序中，在进行真空脱气处理时，根据真空脱气处理的处理前或处理中途的熔融金属2的成分，以成为目标的成分范围的方式，将成分调整用的副原料通过供给口54向熔融金属2添加。此时，在真空脱气处理前的熔融金属2的锰浓度比目标浓度低的情况下，将金属锰或高碳锰铁、低碳锰铁等锰源向熔融金属2添加为了成分调整所需的量。而且，在需要Al、Ni、Cr、Cu、Nb、Ti、V、Ca、B等的成分调整的情况下，将含有各成分的副原料向熔融金属2添加。此外，以脱硫等为目的，也可以将含CaO物质或含MgO物质、含铝物质、含Al2O3物质、含SiO2物质等的使用于炉渣3的组成的调整或脱硫反应的促进的副原料向熔融金属2添加。
另外，在脱气工序中，优选以下述(4)式所示的搅拌动力ε(W/t)成为300W/t以上且1300W/t以下的条件搅拌熔融金属2。在搅拌动力ε小于300W/t的情况下，搅拌力减小，因此脱氮处理或脱氢处理需要时间，真空脱气处理的处理时间延长，因此不优选。而且，在搅拌动力ε大于1300W/t的情况下，炉渣3向熔融金属2的卷入量增多，以炉渣系夹设物为起因的不良率增加，因此不优选。需要说明的是，在(4)式中，Qn表示搅拌气体的流量(Nm3/min)，Tl表示熔融金属2的温度(K)，Wm表示熔融金属2的重量(t)，ρl表示熔融金属2的密度(kg/m3)，h表示钢包4内的熔融金属2的深度即液面高度(m)，P1表示气氛压力(Torr)，η表示能量传递效率(-)，Tn表示搅拌气体的温度(K)。而且，1Torr为(101325/760)Pa。
[数学式3]
此外，在脱气工序中，在熔融金属2的温度比脱气工序结束后的目标的温度低的情况下，在真空脱气处理中也可以进行提高熔融金属2的温度的升温处理。在升温处理中，在从供给口54向熔融金属2添加了铝之后，从顶吹枪53将含有氧的氧化性气体向熔融金属2喷射。由此，熔融金属2内的铝与氧化性气体的氧发生反应，从而能够使熔融金属2的温度上升。需要说明的是，在升温处理中，优选将根据(5)式及(6)式计算的从顶吹枪53喷射的氧化性气体的喷流的动压P(kPa)控制成为10kPa以上且50kPa以下。通过将动压P控制成上述范围，能够将从熔融金属2的锰的蒸发抑制成最低限度，并高效地使熔融金属2提升热量。需要说明的是，在(5)式中，ρg表示氧化性气体的密度(kg/Nm3)，U表示从顶吹枪53的喷嘴喷出的氧化性气体的喷嘴前端处的流速(m/sec)。而且，在(6)式中，F表示氧化性气体的流量(Nm3/h)，S表示顶吹枪53的喷嘴的截面积(m2)。
[数学式4]
通过经由脱气工序，熔炼出目标的规定的成分浓度的钢水。需要说明的是，在脱气工序之后，对熔炼的钢水进行连续铸造，由此制造出钢坯等规定的形状的高锰钢的铸片。
<变形例>
以上，参照特定的实施方式而说明了本发明，但是没有意图通过上述说明来限定发明。通过参照本发明的说明，本领域技术人员也与公开的实施方式一起明确可知包含各种变形例的本发明的其他的实施方式。因此，应理解为权利要求书记载的发明的实施方式也网罗将本说明书记载的上述的变形例单独或组合而包含的实施方式。
例如，在上述实施方式中，真空脱气装置5设为VOD方式的精炼装置，但是本发明没有限定为上述的例子。例如，真空脱气装置5也可以是RH方式的脱气装置或DH方式的脱气装置。需要说明的是，在真空脱气装置为RH方式的脱气装置的情况下，为了抑制锰的蒸发，在真空槽的槽内空间压力成为50Torr～100Torr的条件下，优选将下述(7)式所示的钢水的回流量Q(t/min)设为150t/min以上且200t/min以下。需要说明的是，在需要进行钢水的脱氮或脱氢的情况下，也可以在小于50Torr的槽内空间压力下进行处理，但是优选在脱氮及脱氢后在50Torr以上且100Torr以下的槽内空间压力下进行处理。在(7)式中，K表示常数，G表示从浸渍管吹入的回流用的吹入气体的流量(NL/min)，D表示浸渍管的内径(m)，P2表示外部压力(Torr)，P3表示真空槽的槽内空间压力(Torr)。
[数学式5]
另外，在上述实施方式中，仅使用通过转炉1制造出的钢水即熔融金属2作为由真空脱气装置5进行处理的熔融金属2，但是本发明没有限定为上述例子。例如，也可以将由转炉1制造出的钢水与由其他的精炼炉熔炼的钢水合在一起而成的组合液体使用作为由真空脱气装置5进行处理的熔融金属2。这种情况下，通过提高由其他的精炼炉熔炼的钢水的锰浓度，能够降低由转炉1制造的钢水的锰浓度。
此外，在上述实施方式中，在还原工序中，在添加了锰源及硅源之后，从多个底吹喷嘴12吹入搅拌气体，将熔融金属2搅拌规定的时间，但是本发明没有限定为上述例子。在还原工序中，除了搅拌气体的吹入之外，也可以喷射来自顶吹枪11的氧化性气体。特别是在需要使熔融金属2的温度上升的情况下，也可以通过基于氧化性气体的氧化反应来进行提升热量处理。
此外，在上述实施方式中，在脱碳处理之前对铁水实施了脱磷处理，但是本发明没有限定为上述例子。例如，在脱碳处理之前，除了脱磷处理，也可以进行降低铁水中的硫磺浓度的脱硫处理。脱硫处理也可以根据设备结构在脱磷处理之前或脱磷处理之后进行。
此外，在上述实施方式中，对于铁水搬运容器中收容的铁水实施了脱磷处理，但是本发明没有限定为上述例子。脱磷处理也可以是例如对于转炉型精炼炉中收容的铁水通过从顶吹枪喷射氧化性气体而进行处理的方法。
<实施方式的效果>
(1)本发明的一形态的高锰钢的熔炼方法在对含有5质量％以上的锰的钢进行熔炼时使用，包括：脱碳工序(步骤S100)，通过利用转炉1对铁水(熔融金属2)实施脱碳处理而将铁水形成为碳浓度低的钢水(熔融金属2)；还原工序(步骤S102)，在脱碳工序之后，通过向收容在转炉1的钢水添加锰源及硅源而对钢水进行还原处理；及脱气工序(步骤S104)，在还原工序之后，利用真空脱气装置5对钢水进行真空脱气处理，在还原工序中，根据目标的钢的锰浓度来添加锰源，以满足(1)式的方式添加硅源。
根据上述(1)的结构，能够促进(2)式的还原反应，因此添加的锰源中的锰容易在熔融金属2中产生。而且，由于在转炉1内进行锰源的添加，因此能够抑制锰源的添加引起的热损失(熔融金属2的温度的下降)。此外，在锰源的添加后，在转炉1内能够对熔融金属2进行提升热量处理，因此能够高效地进行提升热量处理。此外，能够抑制还原反应的促进所需充分量以上的过剩的硅源的添加，在脱气工序中不需要进行脱硅处理，因此能够在短的处理时间内高效地进行脱气处理。如果脱气处理时间变长，则除了处理的成本增大之外，生产效率也会下降。即，根据上述(1)的结构，在对含有5质量％以上的锰的高锰钢进行熔炼时，能够得到高的锰成品率，能够高效率地对高锰钢进行熔炼。
(2)以上述(1)的结构为基础，使用通过从收容钢水的钢包的底吹入搅拌气体而对钢水进行搅拌的装置作为真空脱气装置5，在脱气工序中，在(4)式所示的搅拌动力ε成为300W/t以上且1300W/t以下的条件下，一边搅拌钢水一边进行真空脱气处理。
根据上述(2)的结构，能够缩短脱氮处理或脱氢处理所需的时间，此外，能够抑制炉渣3向熔融金属2的卷入。因此，能够缩短真空脱气处理的处理时间。
实施例1
接下来，说明本发明者们进行的实施例1。在实施例1中，对于从高炉流出的铁水，实施脱硅处理及脱磷处理的铁水预备处理，使磷浓度成为0.010质量％。对于该铁水，与上述实施方式同样，通过进行脱碳工序、还原工序及脱气工序而熔炼出锰浓度为5质量％以上的高锰钢。需要说明的是，熔炼出的高锰钢的成分中，碳浓度为0.145质量％以上且0.155质量％以下，锰浓度为24质量％以上且25质量％以下，硅浓度为0.1质量％以上且0.2质量％以下，硫磺浓度为0.002质量％以下，氮浓度为100ppm以下，氢浓度为5ppm以下。
在脱碳工序中，与上述实施方式同样，对作为实施了铁水预备处理的铁水的熔融金属2实施脱碳处理，实施脱碳吹炼至碳浓度成为0.05质量％为止，并作为钢水。
在还原工序中，对作为实施了脱碳处理的钢水的熔融金属2添加高碳锰铁和金属锰作为锰源，添加硅铁作为硅源。并且，利用搅拌气体对熔融金属2进行搅拌，并进一步继续进行从顶吹枪11的送氧并实施还原处理，由此使锰源熔化，使熔融金属2的锰浓度上升。硅源的添加量满足(1)式。而且，在还原工序中，与锰源一起添加了石灰。还原处理结束时的熔融金属2的锰浓度大约为24质量％。此外，在还原工序中，在从转炉1向钢包4移注熔融金属2(出钢)时，对于流出的熔融金属2，每1吨钢水添加了约0.8kg的金属铝。
在脱气工序中，对于作为经由还原工序的150吨的钢水的熔融金属2，与上述实施方式同样，使用VOD方式的真空脱气装置5进行了脱气处理。在脱气工序中，从钢包4的吹入口40将2000Nl/min的流量的Ar气体向熔融金属2吹入搅拌，并使真空槽50的槽内空间压力为2Torr而进行了脱气处理。而且，在脱气工序中，在脱气处理过程中，对熔融金属2添加金属锰及高碳锰铁并进行了成分调整。
另外，在实施例1中，作为比较，在还原工序中即使在硅源的添加量不满足(1)式的条件下也进行了高锰钢的熔炼(比较例1)。需要说明的是，在比较例1中，关于还原工序中的硅源的添加量以外的条件，也与实施例1同样。
在表1中，作为实施例1的结果，示出还原工序中的硅源的添加量、Mn成品率、出钢时的熔融金属2的硅浓度及脱气工序中的脱气处理所需的时间。需要说明的是，在表1中，0.013×WMn×xMn/xSi表示(1)式所示的范围的下限值，0.150×WMn×xMn/xSi表示(1)式所示的范围的上限值。如表1所示，在实施例1中，以硅源的添加量WSi成为(1)式的范围内的实施例1-1～1-6这6个条件及硅源的添加量WSi成为(1)式的范围外的比较例1-1～1-4这4个条件总计10个条件熔炼了高锰钢。而且，表1中的Mn成品率表示在还原工序中使用的锰源所包含的锰向熔融金属2添加多少，即，锰源所包含的锰量对还原工序前后的熔融金属2的锰浓度的增加起多少作用。
[表1]
如表1所示，在比较例1-1、1-2的条件下，与其他的条件相比锰成品率为46％以下而成为低位。这考虑是由于硅源的添加量少，(2)式所示的炉渣3的还原反应未充分进展的情况为原因。在比较例1-1、1-2中，Mn成品率低，因此在脱气工序中添加硅源而进行还原处理，然后需要进行成分及温度的调整，脱气工序所需的时间比实施例1-1～1-6长。
另外，在比较例1-3、1-4的条件中，虽然锰成品率升高，但是出钢时的硅浓度超过作为规格上限值的0.20质量％。这考虑是因为(2)式所示的炉渣3的还原反应或(3)式所示的脱硫反应中被消耗的量以上的硅向熔融金属2供给的缘故。在比较例1-3、1-4中，由于出钢时的硅浓度高，因此在脱气处理工序中需要进行脱硅处理，脱气工序所需的时间比实施例1-1～1-6长。需要说明的是，在脱硅处理中，通过从顶吹枪53将氧化性气体向熔融金属2喷射而将熔融金属2中包含的硅氧化除去。
另一方面，在实施例1-1～1-6的条件下，在还原工序中能得到高的锰成品率，进而通过未超出必要地添加硅源而能够降低出钢时的硅浓度。因此，能够缩短脱气工序所需的时间。
实施例2
接下来，说明本发明者们进行的实施例2。在实施例2中，利用与实施例1-4同样的熔炼方法，在变更了脱气工序中的搅拌动力ε的多个条件下进行了高锰钢的熔炼。需要说明的是，熔炼的高锰钢的成分中，碳浓度为0.145质量％以上且0.155质量％以下，锰浓度为24质量％以上且25质量％以下，硅浓度为0.1质量％以上且0.2质量％以下，硫磺浓度为0.002质量％以下，氮浓度为100ppm以下，氢浓度为5ppm以下。
具体而言1，作为脱碳工序，与实施例1-4同样，对于作为利用转炉1实施了铁水预备处理后的铁水的熔融金属2实施脱碳处理，实施脱碳吹炼至碳浓度成为0.05质量％为止，形成为钢水。接下来，作为还原工序，与实施例1-4同样，添加35kg/t的硅源而对熔融金属2实施了还原处理。还原处理结束时的熔融金属2的锰浓度大约为24质量％。此外，作为脱气工序，与实施例1-4同样，利用真空脱气装置5对熔融金属2实施了脱气处理。在脱气工序中，通过调整从钢包4的吹入口40吹入的Ar气体的流量而以任意地变更了搅拌动力ε的多个条件进行了脱气处理。
在表2中，作为实施例2的结果，示出还原工序中的硅源的添加量、Mn成品率、出钢时的熔融金属2的硅浓度、脱气工序中的搅拌动力及脱气工序中的脱气处理所需的时间。如表2所示，在实施例2中，以脱气工序中的搅拌动力不同的实施例2-1～2-10这10个条件熔炼高锰钢。需要说明的是，实施例1-4的脱气工序中的搅拌动力ε相当于实施例2-1。而且，在实施例2-1～2-10中，关于上述以外的熔炼条件，与实施例1-4相同。
[表2]
如表2所示，在搅拌动力ε成为300W/t以上且1300W/t以下的实施例2-3～2-8的条件下，与搅拌动力ε小于300W/t的实施例2-1、2-2或搅拌动力ε超过1300W/t的实施例2-9、2-10相比，能够确认到脱气处理所需的时间变短的情况。这考虑是因为通过对熔融金属2施加适当的搅拌动力而进行搅拌，由此促进真空脱气处理中的脱氢、脱氮及夹设物的上浮的缘故。
相对于此，在搅拌动力ε小于300W/t的实施例2-1、2-2的条件下，搅拌弱，因此脱氢或脱氮需要时间，因此成为脱气处理所需的时间变长的结果。而且，在搅拌动力ε超过1300W/t的实施例2-9、2-10的条件下，搅拌过强，因此炉渣3向熔融金属2的卷入量增多，使熔融金属2中的炉渣系夹设物上浮需要时间，因此成为脱气处理所需的时间变长的结果。
标号说明
1 转炉
10 炉体
11 顶吹枪
12 底吹喷嘴
13 滑槽
2 熔融金属
3 炉渣
4 钢包
40 吹入口
5 真空脱气装置
50 真空槽
51 排气管
52 搅拌气体供给路径
53 顶吹枪
54 供给口。

Claims (2)

1.一种高锰钢的熔炼方法，其特征在于，
所述高锰钢的熔炼方法在对含有5质量％以上的锰的钢进行熔炼时使用，所述高锰钢的熔炼方法包括：
脱碳工序，通过利用转炉对铁水实施脱碳处理而将所述铁水形成为碳浓度低的钢水；
还原工序，在该脱碳工序之后，通过向收容在所述转炉的所述钢水添加锰源及硅源而对所述钢水进行还原处理；及
脱气工序，在所述还原工序之后，利用真空脱气装置对所述钢水进行真空脱气处理，
在所述还原工序中，根据所述锰源的添加量，以满足(1)式的方式添加所述硅源，
[数学式1]
xMn：锰源中的锰浓度(质量％)
xSi：硅源中的硅浓度(质量％)
WMn：锰源的添加量(kg/t)
WSi：硅源的添加量(kg/t)。
2.根据权利要求1所述的高锰钢的熔炼方法，其特征在于，
使用通过从收容所述钢水的钢包的底吹入搅拌气体而对所述钢水进行搅拌的装置作为所述真空脱气装置，
在所述脱气工序中，在(4)式所示的搅拌动力ε成为300W/t以上且1300W/t以下的条件下，一边搅拌所述钢水一边进行真空脱气处理，
[数学式2]
Q：搅拌气体的流量(Nm3/min)
Tl：钢水的温度(K)
Wm：钢水的重量(t)
ρl：钢水的密度(kg/m3)
h：液面高度(m)
P2：气氛压力(Torr)
η：能量传递效率(-)
Tn：搅拌气体的温度(K)。
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