JP2002097516A - 真空脱ガス槽内での高マンガン鋼の溶製方法 - Google Patents

真空脱ガス槽内での高マンガン鋼の溶製方法

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JP2002097516A
JP2002097516A JP2000286611A JP2000286611A JP2002097516A JP 2002097516 A JP2002097516 A JP 2002097516A JP 2000286611 A JP2000286611 A JP 2000286611A JP 2000286611 A JP2000286611 A JP 2000286611A JP 2002097516 A JP2002097516 A JP 2002097516A
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Seiji Hosohara
聖司 細原
Kimiharu Yamaguchi
公治 山口
Hideji Takeuchi
秀次 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空脱炭処理時の必要な脱炭速度を確保する
とともに、溶鋼中マンガンの蒸発損失を従来より抑制可
能な高マンガン鋼の溶製方法を提供する。 【解決手段】 真空脱ガス槽3内の真空度を5300〜1400
0 Paに調整しつつ、上吹ランス4から上吹きする酸素に
水を混合して酸素ジェット5にスプレー状の水を混合し
て溶鋼に吹き付ける。酸素ジェット5が溶鋼に衝突する
火点を水により冷却してマンガンの蒸発を抑制するの
で、溶鋼中マンガンの蒸発損失を従来より抑制できるば
かりでなく、安価で、かつ、迅速な真空脱炭が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空脱ガス槽内の
溶鋼に上吹ランスから酸素を上吹きして真空脱炭を行う
高マンガン鋼の溶製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ラインパイプ用の鋼管材料には低炭素、
高マンガン鋼が大量に使用されている。マンガンは蒸気
圧が高く、蒸発し易い元素である。このため高マンガン
鋼は、マンガンの蒸発損失を極力抑えて溶製することが
重要である。そこでRH式など真空脱ガス装置での送酸脱
炭処理の負荷を低減するため、マンガン源として金属マ
ンガンやC含有量の少ないフェロマンガン合金鉄(LCFeM
n)を使用しているが、金属マンガンやLCFeMnはコストが
高いという問題点がある。
【0003】そこで、マンガン源としてより安価なC含
有量の多いフェロマンガン合金鉄(HCFeMn)が使用できる
のみならずマンガン損失を気にせず送酸による昇温など
が行える技術として特開平5-195046号公報、特開平5-23
0519号公報および特開平6-271923号公報には、雰囲気圧
力を5000Pa〜40000Pa に保持し、酸素ガスに不活性ガス
を混合させて吹き付ける技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に開示されている方法は、マンガン損失の低減が不十
分であり、また、窒素(N)含有量に規制がある鋼種に
ついては、不活性ガスとしてアルゴンArガスを使用する
ことになり、コストアップが大きい。さらに、特公平2-
15602 号公報では、上吹き酸素流量をCとMn濃度に合わ
せ、ある範囲内に制御することでマンガン損失の少ない
溶製方法を開示しているが、これは転炉吹錬における技
術であり、真空脱ガスでの送酸脱炭時には適応できな
い。
【0005】本発明は、真空脱ガス槽内の溶鋼に上吹ラ
ンスから酸素を上吹きして真空脱炭を行う高マンガン鋼
の溶製時に問題となるマンガン損失を抑制することがで
きる真空脱ガス槽内での高マンガン鋼の溶製方法を提供
することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項1記載の本発明は、真空脱ガス槽内の溶鋼に上
吹ランスから酸素を吹き付けて真空脱炭を行う高マンガ
ン鋼の溶製方法において、前記真空脱ガス槽内の真空度
を5300〜14000 Paに調整しつつ、前記上吹ランスから吹
き付ける酸素に水を混合することを特徴とする真空脱ガ
ス槽内での高マンガン鋼の溶製方法である。
【0007】請求項2記載の本発明は、前記水の混合
は、下記(1)式を満足させることを特徴とする請求項
1記載の真空脱ガス槽内での高マンガン鋼の溶製方法で
ある。 O2/(O2+H2O/2)= 0.6〜 0.9 ・・・ (1) ここで、O2は上吹き酸素の供給速度(m3(標準状態)/s
ec)、H2O は水(気体換算)の供給速度(m3(標準状
態)/sec)を示す。
【0008】
【発明の実施の形態】図1に示すように、マンガン含有
量を調整した取鍋1内の溶鋼2を上吹ランスを備えたRH
式の真空脱ガス槽3に吸い上げて矢印方向に環流させ
る。真空脱ガス槽3の、雰囲気真空度を10〜30Paにして
上吹ランス4から酸素ガスを上吹きして真空脱炭を行
い、その後、脱酸剤を添加して脱ガスする。この従来技
術では、真空脱炭時に上吹ランス4からの酸素ジェット
5が溶鋼2に当たってスプラッシュが多量に発生して真
空脱ガス槽3の内壁や排気系に付着するばかりでなく、
溶鋼2の表面積が増加する。その結果、マンガンの蒸発
が盛んになり、著しくマンガンの歩留りを低下させると
いう問題点があった。
【0009】しかしながら、従来は、最終的な溶鋼中の
目標炭素濃度(0.05 mass%)の達成要求が厳しいこと、
および後工程の連続鋳造機の操業に支障を生じさせない
こと(真空脱炭にかけられる時間は、25分程度しかな
い)を配慮し、通常は、酸素流量を0.08〜0.1Nm3(ton・
min)と抑え目にし、その代わりに10〜30Pa程度の比較的
高い真空度で真空脱炭を行っていたため、マンガンの歩
留りが悪かった。
【0010】本発明者らは、マンガン蒸発量が従来より
少なくなる真空脱ガス槽3の真空度を知るため、真空脱
ガス槽3と取鍋1(容量180 トン)内との間で溶鋼2を
環流させる方式のRH真空脱ガス槽3を用いて、多くの複
合脱炭試験を重ねた。その結果、真空度を5300〜14000
Paまで低下させる、つまり、真空脱ガス槽3内の雰囲気
圧力を常法の操業より高めると、マンガン蒸発量が少な
くなることを見出した。また、さらに圧力を常法の操業
より高め、それが20000Pa を超えると、著しく脱炭速度
が低下することも分かった。
【0011】単に真空度を低くするだけであると、脱炭
速度が低下し、所望時間内に後工程の連続鋳造機に真空
脱炭済の溶鋼を搬送できなくなる。このような事態にな
るのを避けるため、脱炭速度について鋭意研究し、現在
の目標炭素濃度領域の脱炭速度が酸素供給に律速されて
いることを見出した。そして、酸素の供給量をスプラッ
シュの発生が従来より大きくならない程度に増加させる
ようにした。その結果、真空脱ガス槽3内へ供給する上
吹き酸素の流量は、0.1 〜0.15 Nm3/(ton ・min)が望ま
しいことが分かった。そこで、この酸素供給量の下で好
ましい脱炭速度を達成する真空脱ガス槽内の真空度を検
討したところ14000Pa が上限であることも分かった。
【0012】そして、真空脱ガス槽3の真空下での上吹
ランス4からの送酸脱炭時に酸素ジェット5が溶鋼2に
当たる部分(火点)では雰囲気圧力が低い上に高温とな
り、マンガンが蒸発し損失する。マンガンの蒸発速度式
は、以下に示すLangmuirの式で表される。 dW Mn/dt=A[ MMn /2 πRT] 1/2(PMn * −PMn ) ・・・ (2) ここで、dW Mn /dt はマンガンの蒸発速度、Aは蒸発面
積、MMnはマンガンの原子量、Rは気体定数、Tは溶鋼
温度、PMn * はマンガンの蒸気圧、PMnはマンガン分圧
であり、マンガンの蒸気圧は、以下の式(2) で表され
る。
【0013】 ln(PMn * / aMn)=37.67-3.021 lnT-33430/ T ・・・ (3) ここで、aMnはマンガンの活量である。(2)式と
(3)式の組み合わせから温度Tが低いほどマンガンの
蒸発速度が小さくなる。そこで、本発明者らは、送酸脱
炭時に酸素ジェット5が溶鋼2に当たる火点を冷却する
ことにより RH 送酸脱炭時のマンガン損失低減できるか
どうかを検討した。
【0014】その結果、上吹ランス4に酸素供給管6か
ら酸素を供給するとともに水供給管7から水を供給し、
上吹ランス4にて酸素と水を混合してスプレー状態で溶
鋼2の表面に吹き付け、これにより酸素ジェット5が溶
鋼2の表面に衝突する火点を水で冷却してマンガンの蒸
発を抑制し、マンガンの損失を低減することに成功し
た。水の混合量は、溶鋼温度の確保の観点では少ないほ
ど良いが、火点冷却の観点からは多いほどよい。なお、
上吹ランス4から酸素に水を混合して真空脱ガス槽3内
の溶鋼2に吹き付けると、必然的に真空度が低くなり、
真空度を5300〜14000Pa の範囲に調整するのが容易にな
る。
【0015】さらに、実験を行ったところ、混合する水
量を、次式(1)で表される酸素ガス比率が 0.6〜 0.9
の範囲とする必要があることを見出した。 O2/(O2+H2O/2) = 0.6〜 0.9 ・・・ (1) ここで、O2は上吹き酸素の供給速度(m3(標準状態)/s
ec)、H2O は水(気体換算)の供給速度(m3(標準状
態)/sec)である。酸素ガス比率が0.6 より小さくなる
と溶鋼の温度低下が著しくなり、また脱炭速度が遅くな
る。一方、酸素ガス比率が、0.9 より大きくなると水の
量が少なく、火点の冷却が不十分でマンガン損失の抑制
効果が小さくなる。
【0016】図2に真空脱ガス槽の真空下での上吹ラン
スからの送酸脱炭時における脱炭量ΔCとマンガン損失
量ΔMnとの比ΔMn/ΔCと酸素ガス比率〔O2/(O2+H2O/
2) 〕の関係を、酸素と水を混合する場合、酸素のみを
使用する場合および酸素と窒素を混合する場合を比較し
て示す。図2に示すように、本発明の範囲である酸素ガ
ス比率が 0.6〜0.9 の範囲になるように水を混合するこ
とでマンガン損失量が、酸素のみを使用する場合および
酸素と窒素を混合する場合と比較してΔMn/ΔCを約50
〜70%低減できることが分かり、本発明の効果を裏付け
ている。
【0017】
【実施例】目標炭素濃度が0.05mass% 、目標マンガン濃
度が0.80mass% の高マンガン鋼を溶製すべく、まず転炉
吹錬で得られた溶鋼の取鍋出鋼時にマンガン源として高
マンガン合金鉄を投入する。それによる炭素の目標外れ
を、上吹ランスを備えたRH真空脱ガス槽を用いた脱炭技
術で補うようにした。なお、1チャージ当たりの溶鋼量
は180 トンである。
【0018】主な実施条件は、以下の通りである。 ・転炉吹止時の溶鋼成分:C=0.06 mass%、 ・転炉から取鍋への出鋼中に溶鋼に投入した高炭素マン
ガン合金鉄の成分は、C=6.8 mass% 、Mn=74.7 mass%
で投入量は10.7 kg/(溶鋼トン当たり)、 ・真空脱ガス開始前の溶鋼成分:C=0.15 mass%、Mn=
0.81 mass%、Si≦0.05mass% 、Al≦0.010 mass% 、 ・真空脱ガス槽の真空度: 真空排気系(3段ブースタ式
6段スチームエゼクタ)の操作により40〜100 トールの
範囲に調整、 ・脱炭時間: 約10分、 ・真空脱ガス槽での上吹き酸素供給速度(O2):0.5m3(標
準状態)/sec、水供給速度(H2O):0.25 l(標準状態)/s
ec=0.31m3(標準状態・気体換算)/sec、酸素ガス比率
〔O2/(O2+H2O/2) 〕=0.76、 ・上吹ランス先端から溶鋼までの距離:3500mm 、 ・これに引き続いて、脱酸剤であるFeSi、Alをそれぞれ
3.0kg (溶鋼トン当たり)、1.0kg (溶鋼トン当た
り)、約15分の真空脱ガス処理。
【0019】なお、本発明の効果を確認するため、真空
脱炭処理中の真空度を変化させた比較例の操業も行っ
た。操業結果を表1に一括して示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1より、真空脱ガス槽の真空度を従来よ
り低下させても、従来と同等の脱酸速度が得られること
が明らかである。しかも、従来に比べて、溶鋼中マンガ
ンの蒸発損失が抑制されるため、マンガンの歩留りが大
幅に上昇した。ちなみに、得られた溶鋼の化学組成を表
2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】表2に示すように、目標炭素濃度が0.05ma
ss% 、目標マンガン濃度が0.80mass% に極めて近い成分
の高マンガン鋼を的中率よく溶製することができた。な
お、前記実施例では、溶製炉として転炉を用いたが、本
発明は、電気炉等、他の精錬炉を用いても何らかまわな
い。また、真空脱ガス槽としては、酸素を溶鋼に吹き付
ける手段を備えていれば、RH方式以外のもの(VOD 式、
DH式等) でもよい。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る真空脱
ガス槽内での高マンガン鋼の溶製方法では、真空脱ガス
槽内の真空度を5300〜14000Pa に調整しつつ、上吹ラン
スから上吹きする酸素に水を混合して溶鋼に吹き付ける
ので、溶鋼中マンガンの蒸発損失を従来より抑制でき、
マンガンの歩留りを向上できるばかりでなく、安価で、
かつ、迅速な溶鋼の真空脱炭が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高マンガン鋼の溶製を実施したRH
式真空脱ガス装置を示す縦断面図である。
【図2】真空脱ガス槽の真空下での上吹ランスからの送
酸脱酸時における脱炭量ΔCとマンガン損失量ΔMnとの
比ΔMn/ΔCと酸素ガス比率〔O2/(O2+H2O/2) 〕の関係
を、酸素と水を混合する場合、酸素のみを使用する場合
および酸素と窒素を混合する場合を比較して示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 取鍋 2 溶鋼 3 真空脱ガス槽 4 上吹ランス 5 酸素ジェット 6 酸素供給管 7 水供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 秀次 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4K013 AA01 BA02 CA12 CE01 CE03 CE04 FA02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空脱ガス槽内の溶鋼に上吹ランスから
    酸素を吹き付けて真空脱炭を行う高マンガン鋼の溶製方
    法において、前記真空脱ガス槽内の真空度を5300〜1400
    0 Paに調整しつつ、前記上吹ランスから吹き付ける酸素
    に水を混合することを特徴とする真空脱ガス槽内での高
    マンガン鋼の溶製方法。
  2. 【請求項2】 前記水の混合は、下記(1)式を満足さ
    せることを特徴とする請求項1記載の真空脱ガス槽内で
    の高マンガン鋼の溶製方法。 記 O2/(O2+H2O/2)= 0.6〜 0.9 ・・・ (1) ここで、O2は上吹き酸素の供給速度(m3(標準状態)/s
    ec)、H2O は水(気体換算)の供給速度(m3(標準状
    態)/sec)を示す。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021212656A1 (zh) * 2020-04-24 2021-10-28 南京钢铁股份有限公司 一种低温用高锰奥氏体钢快速合金化工艺
CN115710615A (zh) * 2022-11-14 2023-02-24 湖南华菱涟源钢铁有限公司 采用rh炉生产高锰钢的方法及高锰钢

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