JP2003027128A - 真空脱ガス設備における溶鋼の溶製方法 - Google Patents
真空脱ガス設備における溶鋼の溶製方法Info
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Abstract
で0.03mass%未満の範囲である鋼を真空脱ガス設備
により溶製する際に、炭素濃度を精度良く目標値に調整
する。 【解決手段】 炭素濃度の成分範囲の下限値が0.00
3mass%以上の範囲で且つ上限値が0.03mass%未満
の範囲である炭素鋼を真空脱ガス設備を用いて溶製する
際に、真空脱ガス設備の真空度を利用して溶鋼中の炭素
濃度を0.003mass%未満まで脱炭した後、溶鋼に炭
素含有物質を添加して溶鋼の炭素濃度を成分範囲内に調
整する。炭素含有物質としてはフェロマンガン、フェロ
クロム、銑鉄のうちの1種又は2種以上を用いることが
好ましい。
Description
設備を用いて溶製する方法に関し、詳しくは溶鋼中の炭
素濃度を精度良く調整することのできる溶製方法に関す
るものである。
より苛酷な環境下での使用が多くなり、材料特性の高性
能化が求められている。高性能化の中には高特性化と共
に材質の安定化も大きな因子であり、そのため、従来に
比べて鉄鋼材料中成分の上下間の範囲を小さくすること
が要求されており、その中の1つとして炭素濃度が挙げ
られる。
範囲である鋼を溶製する場合には、転炉精錬のみでも溶
製可能であるが、炭素濃度の上限値が0.03mass%未
満の範囲である鋼を溶製する場合においては、転炉精錬
のみでは転炉内スラグへの鉄ロスが多くなり、コストの
面から不利となるため、転炉精錬により0.03〜0.
04mass%程度まで脱炭した上で、更に、RH真空脱ガ
ス装置等の真空脱ガス設備において雰囲気のCOガス分
圧を下げた脱炭処理、即ち真空脱炭処理を併用して溶製
している。
3mass%未満の鋼を効率良く溶製するには、真空脱炭処
理中の溶鋼中炭素濃度を精度良く把握する必要がある。
溶鋼から分析用試料を採取して炭素濃度を定量的に把握
することは可能であるが、多数の試料を採取する必要が
あり且つ処理中に炭素濃度が時間と共に減少してしまい
効率的でなく、そのため、溶鋼中炭素濃度を推定しなが
ら脱炭処理することが広く行われている。例えば、特開
平8−41528号公報には、真空脱ガス設備の処理開
始からの排ガス中の成分と排ガス量とから溶鋼中の炭素
濃度を推定しながら精錬する溶製方法が開示されてお
り、又、特開平8−41529号公報には、溶鋼中の酸
素濃度を固体電解質によりオンラインで測定し、C−O
平衡式に基づき溶鋼中の炭素濃度を推定しながら精錬す
る溶製方法が開示されている。
法では、炭素濃度の上限値が0.003mass%未満の範
囲である極低炭素域の溶鋼を溶製する場合には精度良く
炭素濃度を調整することが可能であるものの、炭素濃度
の下限値が0.003mass%以上の範囲である溶鋼を溶
製する場合には、真空脱炭処理後の炭素濃度のバラツキ
が大きく、炭素濃度の再調整が必要となる、若しくは成
分外れとなる等の不具合が生じることが現状である。
みなされたもので、その目的とするところは、炭素濃度
の成分範囲が0.003mass%以上で0.03mass%未
満の範囲である鋼を真空脱ガス設備により溶製する際
に、炭素濃度を精度良く目標値に調整することができる
溶製方法を提供することである。
を解決するために鋭意検討を行った。以下に検討結果を
説明する。
を用いた溶鋼の脱炭反応に関しては多数の研究がなさ
れ、その脱炭速度は溶鋼中炭素濃度が0.003mass%
以上の範囲においては下記の(1)式に示す一次反応式
で整理されることが分かっている。但し、(1)式にお
ける[C]は溶鋼中炭素濃度、Kcは脱炭速度定数であ
る。
設備条件及び操業条件により異なるが、一般的には0.
3/min程度と言われており、本発明者等の調査結果
でも平均値で0.32/minとなることを確認してい
る。
以上の範囲では脱炭反応は一次反応であるため、溶鋼中
炭素濃度が高いほど単位時間当たりの溶鋼中炭素濃度の
減少量が大きくなり、例えば溶鋼中炭素濃度が0.00
7mass%の時点では0.0022mass%/minの速度
で溶鋼中炭素濃度が減少する。従って、炭素濃度の成分
範囲が例えば0.006〜0.008mass%の溶鋼を溶
製する場合に0.007mass%を目標として脱炭反応を
終了しようとすると、脱炭処理時間に最大でも0.45
min(=0.001mass%÷0.0022mass%/m
in)の余裕しか許容されない。しかも脱炭速度は同一
操業においてもバラツキがあるので、実操業において炭
素濃度を安定して精度良く制御することは極めて困難で
ある。
mass%未満の極低炭素域まで脱炭した後に炭素含有物質
を溶鋼に添加し、目標とする炭素濃度に調整する方法を
検討した。溶鋼中炭素濃度が0.003mass%未満の範
囲では、脱炭速度が一次反応式から解離し始め、脱炭速
度が急激に低下してくる。脱炭速度が一次反応式から解
離する原因は、真空槽内に付着した地金等の影響による
ものと推定されている。従って、この領域での溶鋼中炭
素濃度の制御においては、操業条件の変動や脱炭速度自
体のバラツキを吸収可能であり、炭素濃度を精度良く目
標値に調整することができる。
の溶鋼へ投入添加されるため、排気ガスによる飛散ロス
や真空槽内耐火物への付着等による歩留まりロスが生
じ、更に、溶鋼への溶解性が悪い場合には取鍋内湯面上
のスラグへの浮上等による歩留まりロスが生じ、精度良
く加炭するためには、飛散ロス及び耐火物への付着ロス
を少なくして確実に真空槽内溶鋼湯面へ加炭剤を到達さ
せること、並びに、加炭剤を溶鋼中で迅速に溶解させる
ことが重要であることが分かった。
ス等の炭材は安価と言う利点はあるものの、密度が小さ
く、飛散ロスが生じ、又、溶鋼への溶解性も悪く、歩留
まりが安定せず、好ましくない。フェロマンガンやフェ
ロクロムの鉄合金及び銑鉄は密度が大きい上に溶鋼への
溶解性が良く、溶鋼中炭素濃度を安定して調整すること
ができる。これら鉄合金の場合には、溶鋼中のマンガン
濃度及びクロム濃度が上昇するが、添加量の調整により
成分範囲内に抑えることができる。フェロマンガン、フ
ェロクロム及び銑鉄において溶鋼中炭素濃度の制御性に
は優位差は見られなかった。
上で0.03mass%未満の範囲内にある鋼種としては、
炭素を0.004〜0.010mass%、マンガンを0.
10〜1.20mass%、燐を0.01〜0.05mass
%、アルミニウムを0.01〜0.1mass%、ニオブを
0.01〜0.20mass%含有する高強度冷延鋼板が存
在し、本発明者等は当該鋼種の溶製に本発明を適用する
ことにより安定して炭素濃度を調整することが可能とな
ることを確認した。
もので、第1の発明による真空脱ガス設備における溶鋼
の溶製方法は、炭素濃度の成分範囲の下限値が0.00
3mass%以上の範囲で且つ上限値が0.03mass%未満
の範囲である炭素鋼を真空脱ガス設備を用いて溶製する
際に、真空脱ガス設備の真空度を利用して溶鋼中の炭素
濃度を0.003mass%未満まで脱炭した後、溶鋼に炭
素含有物質を添加して溶鋼の炭素濃度を成分範囲内に調
整することを特徴とし、第2の発明による真空脱ガス設
備における溶鋼の溶製方法は、第1の発明において、前
記炭素含有物質がフェロマンガン、フェロクロム、銑鉄
のうちの1種又は2種以上であることを特徴とし、第3
の発明による真空脱ガス設備における溶鋼の溶製方法
は、第1の発明又は第2の発明において、前記炭素鋼
が、炭素:0.004〜0.010mass%、マンガン:
0.10〜1.20mass%、燐:0.01〜0.05ma
ss%、アルミニウム:0.01〜0.1mass%、ニオ
ブ:0.01〜0.20mass%を含有する高強度冷延鋼
板の素材であることを特徴とするものである。
の実施の形態を説明する。図1は、本発明を実施する際
に用いたRH真空脱ガス装置の概略縦断面である。
は、上部槽6及び下部槽7からなる真空槽5と、下部槽
7の下部に設けられた上昇側浸漬管8及び下降側浸漬管
9とを備え、上部槽6には、排気装置(図示せず)と接
続し、真空槽5内を排気する際のガス排出流路となるダ
クト11と、真空槽5内に合金鉄やフラックス等の原料
を投入するための原料投入口12とが設けられ、又、上
昇側浸漬管8にはAr吹き込み管10が設けられてい
る。Ar吹き込み管10からは環流用Arが上昇側浸漬
管8内に吹き込まれる構造となっている。
おいて、本発明による溶鋼の溶製方法を実施するに際し
ては、先ず、転炉や電気炉等で酸化精錬した溶鋼3を取
鍋2に出鋼し、溶鋼3を収納する取鍋2を真空槽5の直
下に搬送する。溶鋼3はその炭素濃度が0.03〜0.
04mass%程度となるように転炉及び電気炉で酸化精錬
する。又、真空下での脱炭反応を生じさせるために、溶
鋼3にアルミニウムや珪素等の脱酸剤を添加せず、溶鋼
3中に溶解酸素が存在する状態、即ち未脱酸状態のまま
とする。取鍋2内には転炉や電気炉等における精錬で発
生したスラグ4が一部混入し、溶鋼3の湯面を覆ってい
る。尚、スラグ4による溶鋼3の酸化を防止し、清浄性
の優れた鋼を溶製するために、出鋼後、取鍋2内のスラ
グ4中に金属Al、Al灰等の脱酸剤又はCaO系のフ
ラックスを添加し、スラグ4中のFeO、MnO等の低
級酸化物を予め還元しておくことが好ましい。
を上昇させ、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、Ar吹き込み管1
0から上昇側浸漬管8内にArを吹き込むと共に、真空
槽5内を排気装置にて排気して真空槽5内を減圧する。
真空槽5内が減圧されると、取鍋2内の溶鋼3は、Ar
吹き込み管10から吹き込まれるArと共に上昇側浸漬
管8を上昇して真空槽5内に流入し、その後、下降側浸
漬管9を介して取鍋2に戻る流れ、所謂、環流を形成し
てRH真空脱ガス精錬が施される。
内では溶鋼3中の炭素と酸素との反応が生じ、溶鋼3中
の炭素はCOガスとなって排ガスと共に真空槽5から排
出され、溶鋼3は脱炭される。この場合、脱炭反応を促
進させるために、気体酸素や鉄鉱石等の固体酸素源を真
空槽5内の溶鋼3に吹き付ける若しくは吹き込んでも良
い。溶鋼3の炭素濃度が0.003mass%未満となるま
で、このようにして脱炭反応を継続する。
となったなら、原料投入口12から溶鋼3にアルミニウ
ム等の脱酸剤を添加して溶鋼3を脱酸し、次いで、原料
投入口12から溶鋼3に加炭剤としての炭素含有物資を
添加して溶鋼3の炭素濃度を目標値に調整する。炭素含
有物質としては、前述したように、フェロマンガン、フ
ェロクロム、銑鉄のうちの1種又は2種以上を用いるこ
とが好ましい。
ウム等の脱酸剤の投入時点は、溶鋼3中の炭素濃度が
0.003mass%未満の任意の値となった時点で良く、
脱炭処理開始から或る一定時間が経過した時点とするこ
とができる。これは、例えば脱炭処理前の溶鋼3中の炭
素濃度、真空槽5の真空度、環流用Arの吹き込み流量
等を因子として予め脱炭速度式を求め、この脱炭速度式
に基づき定めることができる。更に、このようにして定
めた脱炭処理終了時点以前に溶鋼3から分析用試料を採
取し、溶鋼3中の炭素濃度を化学分析により確認しても
良い。フェロマンガン、フェロクロム、銑鉄等の炭素含
有物質の添加量は、同様に前述した脱炭速度式により定
まる炭素濃度を基準としても良く、更に、溶鋼3中の炭
素濃度分析値を基準としても良い。
ブ、チタン等の成分調整剤を原料投入口12から溶鋼3
に投入して溶鋼3の成分を調整した後、真空槽5を大気
圧に戻してRH真空脱ガス精錬を終了する。
値が0.003mass%以上の範囲で且つ上限値が0.0
3mass%未満の範囲である溶鋼3をRH真空脱ガス装置
1により溶製することにより、炭素濃度を精度良く目標
値に調整することができ、従来比較的炭素濃度にバラツ
キのあった当該炭素濃度範囲の鉄鋼材料の材質安定化が
達成される。
ついて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、
DH真空脱ガス装置やVAD装置等の真空脱ガス設備に
適用することができる。
を0.004〜0.010mass%、マンガンを0.10
〜1.20mass%、燐を0.01〜0.05mass%、ア
ルミニウムを0.01〜0.1mass%、ニオブを0.0
1〜0.20mass%含有し、残部が鉄及び不可避成分か
らなる高強度冷延鋼板用の溶鋼を本発明方法により溶製
した。
脱硫処理した後に転炉で酸化精錬した未脱酸状態のもの
で、容量は250トンである。脱ガス精錬前の溶鋼成分
は、炭素濃度が0.030〜0.035mass%、珪素濃
度が0.05mass%以下、マンガン濃度が0.3mass%
以下、燐濃度が0.02mass%以下、硫黄濃度が0.0
15mass%以下であった。
を3000Nl/min、真空槽内到達真空度を133
Pa(1torr)以下の操業条件で真空脱炭処理を行い、
溶鋼炭素濃度が0.0015mass%になったと推定され
る時点まで脱炭処理を実施した。溶鋼炭素濃度は予め求
めた脱炭速度式に基づき推定した。そして、その時点で
アルミニウムを添加して溶鋼を脱酸し、次いで、加炭剤
としてフェロマンガン(炭素濃度:6.9mass%、マン
ガン濃度:75mass%)を添加して溶鋼中炭素濃度を調
整した。ニオブ濃度を調整するため、フェロマンガンと
同時にフェロニオブも添加した。
を0.006〜0.008mass%とし、その中央値の
0.007mass%となるようにフェロマンガンの添加量
を調整した。フェロマンガンの添加により溶鋼中マンガ
ン濃度が上昇するが、上昇量はおよそ0.06mass%で
あり、マンガン成分範囲の許容量に比べて少なくマンガ
ン濃度に配慮する必要はなかった。尚、確認のため、ア
ルミニウムを添加して溶鋼を脱酸した直後に溶鋼から試
料を採取して溶鋼の炭素濃度を分析した。
理中に溶鋼炭素濃度が0.007mass%になったと推定
した時点で、溶鋼にアルミニウムを添加して脱炭反応を
終了させ、炭素濃度を調整する方法も実施した。この場
合、溶鋼中の炭素濃度は、従来方法である、脱炭処理開
始前の溶鋼中炭素濃度と脱炭処理開始からの排ガス中の
成分及び排ガス量とに基づき推定した。アルミニウムの
添加後、ニオブ濃度を調整するためフェロニオブを添加
した。
中炭素濃度を、本発明方法により炭素濃度を調整した場
合(本発明例)と従来方法により炭素濃度を調整した場
合(比較例)とで比較して示す。図2に示すように、比
較例では高強度冷延鋼板の成分範囲内にはあるものの、
0.005〜0.01mass%の広い範囲に分布してお
り、目標範囲とした0.006〜0.008mass%の範
囲内で調整できた例は5割以下であった。これに対し、
本発明例では目標値とした0.007mass%近傍に集中
しており、目標範囲である0.006〜0.008mass
%の範囲内に全て調整されていた。
り、炭素濃度の成分下限値が0.003mass%以上の範
囲である炭素鋼の炭素濃度を精度良く調整可能であるこ
とが分かった。尚、本発明方法では0.003mass%以
下まで一旦脱炭するために処理時間が延長するが、処理
時間の延長は極低炭素鋼の溶製に比較して3分間程度で
あり、RH真空脱ガス精錬の全体時間は20分前後で完
了可能であり、次工程の連続鋳造とのマッチングに影響
を与える程のことではないことも確認できた。
0.003mass%以上で0.03mass%未満の範囲であ
る炭素鋼の炭素濃度を精度良く目標値に調整することが
でき、材料特性の安定した鉄鋼材料を容易に製造するこ
とが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
置の概略縦断面である。
本発明例と比較例とで比較して示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 炭素濃度の成分範囲の下限値が0.00
3mass%以上の範囲で且つ上限値が0.03mass%未満
の範囲である炭素鋼を真空脱ガス設備を用いて溶製する
際に、真空脱ガス設備の真空度を利用して溶鋼中の炭素
濃度を0.003mass%未満まで脱炭した後、溶鋼に炭
素含有物質を添加して溶鋼の炭素濃度を成分範囲内に調
整することを特徴とする、真空脱ガス設備における溶鋼
の溶製方法。 - 【請求項2】 前記炭素含有物質がフェロマンガン、フ
ェロクロム、銑鉄のうちの1種又は2種以上であること
を特徴とする請求項1に記載の真空脱ガス設備における
溶鋼の溶製方法。 - 【請求項3】 前記炭素鋼が、炭素:0.004〜0.
010mass%、マンガン:0.10〜1.20mass%、
燐:0.01〜0.05mass%、アルミニウム:0.0
1〜0.1mass%、ニオブ:0.01〜0.20mass%
を含有する高強度冷延鋼板の素材であることを特徴とす
る請求項1又は請求項2に記載の真空脱ガス設備におけ
る溶鋼の溶製方法。
Priority Applications (1)
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JP2001209113A JP4686917B2 (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | 真空脱ガス設備における溶鋼の溶製方法 |
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