JP2018024918A - 極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成の設備でも低い精錬コストでＭｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができる、極低炭素鋼の溶製方法を提供すること。
【解決手段】Ｍｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ％以上、Ｃ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼を、真空脱ガス装置１を用いて溶製する際に、真空脱ガス装置１による処理（二次精錬処理）前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、真空脱ガス装置１でのリムド処理中に、Ｃを含有する高炭素フェロマンガンを、高炭素フェロマンガンによるＣの添加量が溶鋼３に対して０．０２４ｍａｓｓ％以下となるように添加する。
【選択図】図１

Description

本開示は、真空脱ガス装置による極低炭素鋼の溶製方法に関する。

Ｍｎ（マンガン）を含有する極低炭素鋼の溶製方法としては、真空脱ガス装置にて溶鋼を酸化精錬（リムド処理）することで脱炭を行い、脱酸剤の添加により脱酸処理をした後に、金属マンガンを多量に添加する方法が主流であった。しかし、この場合、用いられる金属マンガンが高価であるため、精錬処理に掛かるコスト（精錬コスト）が増加することが問題であった。
この問題に対して、特許文献１，２には、真空脱ガス装置の真空度を低くし、不活性ガスを用いた希釈脱炭を行う、極低炭素鋼の溶製方法が開示されている。特許文献１，２に記載の溶製方法によれば、Ｍｎ源として安価な高炭素フェロマンガンを使用することができるため、精錬コストを低減することができる。

特開平５−１９５０４６号公報 特開平５−１８６８１８号公報

しかし、特許文献１，２に記載の溶製方法では、希釈脱炭を行うため、真空脱ガス装置の上吹きランスから酸素ガス及び不活性ガスの少なくとも２種類のガスを流すための設備が必要であった。このため、特許文献１，２に記載の溶製方法では、設備的な制約から実施が困難な場合や、設備が複雑になることによる設備自体やメンテナンスに掛かるコストの増大が課題であった。

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、簡易な構成の設備でも低い精錬コストでＭｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができる、極低炭素鋼の溶製方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、Ｍｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ％以上、Ｃ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼を、真空脱ガス装置を用いて溶製する際に、上記真空脱ガス装置による処理前の溶鋼のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、上記真空脱ガス装置でのリムド処理中に、Ｃを含有する高炭素フェロマンガンを、上記高炭素フェロマンガンによるＣの添加量が上記溶鋼に対して０．０２４ｍａｓｓ％以下となるように添加することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法が提供される。

本発明の一態様によれば、簡易な構成の設備でも低い精錬コストで極低炭素鋼を溶製することができる。

本発明の一実施形態で用いられる真空脱ガス装置を示す断面図である。 実施例における、Ｍｎ源の添加量に対するＭｎ歩留りを示すグラフである。 実施例における処理時間と処理後Ｃ濃度を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

＜溶製方法＞
本発明の一実施形態に係る極低炭素鋼の溶製方法について説明する。本実施形態において、溶製する溶鋼は、Ｍｎを含有する極低炭素鋼であり、溶製後の目標成分として、Ｍｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｃ濃度が１５ｐｐｍ（０．００１５ｍａｓｓ％）以下であるものとする。
まず、転炉で溶銑を脱炭処理することで溶鋼を得る一次精錬処理が行われる（一次精錬工程）。この際、一次精錬処理が施された溶鋼は、転炉から取鍋へと移され、取鍋から採取されたサンプルからその成分が分析される。なお、一次精錬処理が施された溶鋼を、転炉から取鍋へと移す際（出鋼時）には、Ｍｎ源となる合金鉄などの副原料を溶鋼に添加しないものとする。

一次精錬工程の後、図１に示す真空脱ガス装置１にて、一次精錬処理後の溶鋼３の成分に応じた二次精錬処理が行われる（二次精錬工程）。図１に示すように、真空脱ガス装置１は、取鍋２に収容された溶鋼３を精錬処理するＲＨ脱ガス装置であり、真空槽１１と、一対の浸漬管１２ａ，１２ｂと、排気ダクト１３と、投入シュート１４と、ランス１５とを有する。真空槽１１は、略円筒容器状の容器であり、下端に一対の浸漬管１２ａ，１２ｂ、上部に排気ダクト１３および投入シュート１４がそれぞれ接続される。一対の浸漬管１２ａ，１２ｂは、略円筒状の形状を有し、不図示のガス供給装置から供給されるガスを内面から吹き込むように構成される。排気ダクト１３は、不図示の真空排気装置と接続され、真空排気装置によって真空槽１１の内部気圧を低減可能に構成される。投入シュート１４は、不図示の複数のホッパーに接続され、各ホッパーから合金鉄等の各種副原料が送られることで、真空槽１１内の溶鋼３に副原料を投入する。ランス１５は、真空槽１１の外に配された一端が酸素供給路に接続され、酸素供給路を介して送られる酸素ガスを真空槽１１内に配された他端から噴射する。このような真空脱ガス装置１では、溶鋼３に浸漬管１２ａ，１２ｂを浸漬させた状態で、真空槽１１内の気圧を下げ、いずれか片方の浸漬管１２ａ，１２ｂの内面からＡｒガスを吹き込むことにより、真空槽１１内に吸い上げられた溶鋼３が還流する。これにより、溶鋼３が攪拌され、溶鋼中のガス成分が除去される（脱ガス）。

二次精錬工程では、一次精錬工程における一次精錬処理後の溶鋼成分の分析結果に応じて、異なる二次精錬処理が行われる。具体的には、一次精錬処理後の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下の場合には、Ｍｎ源として高炭素フェロマンガンを用いた二次精錬処理が行われ、Ｃ濃度が０．０４ｍａｓｓ％超の場合にはＭｎ源として金属マンガンを用いた二次精錬処理が行われる。

二次精錬工程における、高炭素フェロマンガンを用いた二次精錬処理について説明する。高炭素フェロマンガンを用いた二次精錬処理では、まず、上述のように溶鋼３を還流させた後、ランス１５から酸素ガスを溶鋼３に吹き付けることで、溶鋼３中のＣを酸化除去するリムド処理が行われる。リムド処理では、溶鋼のＭｎ濃度の調整のために用いる副原料として、高炭素フェロマンガンを、投入シュート１４を介して真空槽１１内の溶鋼３に添加する。高炭素フェロマンガンは、Ｍｎの含有量が７０ｍａｓｓ％以上８０ｍａｓｓ％以下、Ｃの含有量が５ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下の合金鉄である。リムド処理では、高炭素フェロマンガンは、高炭素フェロマンガンによるＣの添加量が溶鋼３に対して０．０２４ｍａｓｓ％以下となるように、添加される。例えば、高炭素フェロマンガンのＣ含有量が８ｍａｓｓ％である場合、高炭素フェロマンガンの上限添加量は、０．３ｋｇ／ｔ（溶鋼１ｔ当たりの添加量［ｋｇ］）となる。なお、高炭素フェロマンガンの添加量は、目標成分のＭｎ濃度や高炭素フェロマンガンの歩留りなどに応じて決定される。ここで、リムド処理中の脱炭速度は処理時間の経過に従い低下するため、高炭素フェロマンガンは、リムド処理の初期に添加されることが好ましい。リムド処理により、溶鋼３中のＣ濃度が目標成分の上限値以下になると、ランス１５からの酸素ガスの供給が停止し、投入シュート１４を介して溶鋼３へ金属アルミなどの脱酸剤が添加されるキルド処理が行われる。キルド処理では、添加された脱酸剤によって、溶鋼３中の酸素が除去される。その後、所定の成分・温度となるまで、溶鋼３の還流が行われることで、二次精錬処理が終了する。

次に、金属マンガンを用いた二次精錬処理について説明する。金属マンガンを用いた二次精錬処理では、まず、溶鋼３を還流させた後、ランス１５から酸素ガスを溶鋼３に吹き付けることで、溶鋼３中のＣを酸化除去するリムド処理が行われる。リムド処理中には、Ｍｎ源となる高炭素フェロマンガンや金属マンガンなどの副原料は添加されない。リムド処理により、溶鋼３中のＣ濃度が目標成分の上限値以下になると、ランス１５からの酸素ガスの供給が停止し、投入シュート１４を介して溶鋼３へ金属アルミなどの脱酸剤が添加されるキルド処理が行われる。キルド処理の後、投入シュート１４を介して溶鋼３へ金属マンガンが添加される。金属マンガンの添加量は、目標成分のＭｎ濃度や金属マンガンの歩留りなどに応じて決定される。その後、所定の成分・温度となるまで、溶鋼３の還流が行われることで、二次精錬処理が終了する。

以上の工程によって、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができる。なお、二次精錬工程では、脱炭反応や脱ガス反応を促進させるため、処理全体を通して真空槽１１内の真空度は１ｔｏｒｒ（＝１３３Ｐａ）以下とすることが好ましい。
本実施形態では、１次精錬工程の後、即ち真空脱ガス装置１による二次精錬処理前の溶鋼３のＣ濃度に応じて、二次精錬工程においてＭｎ濃度調整のために添加する副原料の種類を変える。このとき、二次精錬処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合には、二次精錬処理においてＭｎ源として高炭素フェロマンガンの添加量をＣ換算で０．０２４ｍａｓｓ％以下とすることで、Ｃ濃度が１５ｐｐｍ以下の極低炭素鋼を溶製することができる。なお、二次精錬処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下であっても、高炭素フェロマンガンの添加量がＣ換算で０．０２４ｍａｓｓ％超であると、二次精錬処理後のＣ濃度が１５ｐｐｍ超となる可能性や、脱炭のためのリムド処理に時間が掛かかる可能性がある。また、二次精錬処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％超である場合についても、高炭素フェロマンガンを用いることで、二次精錬処理後のＣ濃度が１５ｐｐｍ超となる可能性や、脱炭のためのリムド処理に時間が掛かかる可能性がある。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである

例えば、上記実施形態では、Ｃ濃度が１５ｐｐｍ以下の溶鋼３を溶製するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。溶製される溶鋼３は、Ｍｎを含有する極低炭素鋼であればよく、Ｃ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下であってもよい。また、溶製される溶鋼３は、Ｃ及びＭｎ以外の成分についても目標成分値があるものであり、その成分は適宜設定されるものである。この場合、転炉からの出鋼時や、二次精錬処理工程において、目標成分に応じた副原料が適宜添加される。

また、上記実施形態では、溶製される溶鋼３のＭｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ０．２５ｍａｓｓ％以下であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。溶製される溶鋼３のＭｎ濃度は、０．０５ｍａｓｓ％以上であればよく、上限濃度については０．２５ｍａｓｓ％を超えてもよい。なお、目標とするＭｎ濃度が高く、高炭素フェロマンガン中のＣ換算で０．０２４ｍａｓｓ％を超えて高炭素フェロマンガンを添加する必要がある場合には、この閾値を超えた分については、キルド処理後に金属マンガンを添加する。
さらに、上記実施形態では、二次精錬工程の高炭素フェロマンガンを用いた精錬処理では、Ｍｎ源として高炭素フェロマンガンのみを用いる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、Ｍｎ源として、高炭素フェロマンガン及び金属マンガンの両方を用いる構成であってもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る極低炭素鋼の溶製方法は、Ｍｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ％以上、Ｃ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼を、真空脱ガス装置１を用いて溶製する際に、真空脱ガス装置１による処理（二次精錬処理）前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、真空脱ガス装置１でのリムド処理中に、Ｃを含有する高炭素フェロマンガンを、高炭素フェロマンガンによるＣの添加量が溶鋼３に対して０．０２４ｍａｓｓ％以下となるように添加する。

上記（１）の構成によれば、Ｍｎを含有する極低炭素鋼の溶製において、真空脱ガス装置１による処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下であった場合に、二次精錬処理において、金属マンガンよりも安価な高炭素フェロマンガンを用いる。これにより、精錬コストを低減することができる。また、リムド処理中には、希釈脱炭を行う必要がないため、ランス１５から酸素ガスのみを噴射するような簡易な構成の設備であっても、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができる。

また、上記（１）の構成によれば、真空脱ガス装置１による精錬処理において、真空度を下げなくても、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができる。このため、特許文献１，２のように真空度を低くする溶製方法に比べ、精錬処理後の溶鋼のＣ濃度をより低減することができ、精錬処理に掛かる時間も短くすることができる。
さらに、上記（１）の構成によれば、溶鋼に添加するＭｎ源として、真空脱ガス装置１で高炭素フェロマンガンを添加する。このため、例えば出鋼時にＭｎ源となる合金鉄などの副原料を添加する場合に比べ、溶鋼中の酸素濃度が低い状態でＭｎ源となる副原料が添加されるため、添加するＭｎの歩留りを向上させることができる。
さらに、上記（１）の構成によれば、Ｃ濃度が１５ｐｐｍ以下となる極低炭素鋼についても溶製することができる。

（２）上記（１）の構成において、真空脱ガス装置１による処理では、真空脱ガス装置１による処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、溶鋼のＭｎ濃度の調整のために、高炭素フェロマンガンのみを用いる。
上記（２）の構成によれば、処理前の溶鋼３のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下となった場合には、金属マンガンを一切用いずにＭｎを含有する極低炭素鋼を溶製することができるため、精錬コストをさらに低減することができる。
（３）上記（１）または（２）の構成において、高炭素フェロマンガンの炭素含有量が、５ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下である。
上記（３）の構成によれば、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を安定して溶製することができる。

次に、本発明者らが実施した実施例について説明する。実施例では、転炉から出鋼されたＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下の溶鋼３に対して、真空脱ガス装置１を用いて上記実施形態と同様に、高炭素フェロマンガンを用いた二次精錬処理を施すことで、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製した。実施例では、Ｃ濃度が１５ｐｐｍ以下であり、目標とするＭｎ濃度が０．０８ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下の範囲のうちいずれかの値となる複数の鋼種の極低炭素鋼について溶製を行った。なお、いずれの鋼種においても、Ｍｎ濃度の上限は、０．３ｍａｓｓ％以下とした。さらに、高炭素フェロマンガンとしては、Ｍｎを７５ｍａｓｓ％、Ｃを６ｍａｓｓ％含有するものを使用した。さらに、実施例における処理条件としては、真空脱ガス装置１の真空度を１３３Ｐａとし、リムド処理に掛かる時間を１０分〜１５分、リムド処理を含めた二次精錬工程の合計の処理時間を２０分〜３５分とした。

また、比較例として、転炉から出鋼されたＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下の溶鋼３に対して、真空脱ガス装置１を用いて、上記実施形態における金属マンガンを用いた二次精錬処理を施すことで、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製した。比較例では、実施例と同じ目標成分の極低炭素鋼を、上記実施形態と同様に、Ｍｎ源として高炭素フェロマンガンを用いずに金属マンガンのみを用いて溶製した。

図２に、実施例及び比較例における、Ｍｎ源添加量［ｋｇ／ｔ］に対するＭｎ歩留り［％］の関係を示す。図２において、Ｍｎ源添加量は、二次精錬処理におけるＭｎ源となる副原料の溶鋼１ｔｏｎ当たりに対する添加量であり、実施例では高炭素フェロマンガンの添加量、比較例では金属マンガンの添加量をそれぞれ示す。また、Ｍｎ歩留りは、高炭素フェロマンガンまたは金属マンガンによるＭｎの添加量（溶鋼重量に対するＭｎの添加量の割合）に対する、二次精錬処理前後での溶鋼３のＭｎ濃度の上昇量の比率であり、Ｍｎ源となる副原料が溶鋼３のＭｎ濃度の上昇にどれだけ寄与したかを示す。なお、Ｍｎ濃度の上昇量については、キルド処理によってスラグ中のＭｎが還元されて溶鋼のＭｎ濃度が上昇した分も含まれるため、Ｍｎ歩留りが１００％を超える場合もある。図２に示すように、高炭素フェロマンガンを用いた実施例では、Ｍｎ歩留りが８０％程度となり、キルド処理後に金属マンガンを添加する比較例に比べて低位となったが、高炭素フェロマンガンと金属マンガンとの価格差から精錬コストが低減することが確認できた。

また、図３に、実施例及び比較例における、二次精錬工程の処理時間と二次精錬処理後のＣ濃度との関係を示す。図３における処理時間は、リムド処理、キルド処理及びキルド処理後の還流処理を含めた二次精錬工程の合計の処理時間を示す。実施例の条件では、比較例と同等な処理時間で、比較例と同等な１５ｐｐｍ以下まで溶鋼３を脱炭処理できることが確認できた。

１ 真空脱ガス装置
１１ 真空槽
１２ａ，１２ｂ 浸漬管
１３ 排気ダクト
１４ 投入シュート
１５ ランス
２ 取鍋
３ 溶鋼

Claims (3)

1. Ｍｎ濃度が０．０５ｍａｓｓ％以上、Ｃ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼を、真空脱ガス装置を用いて溶製する際に、
   前記真空脱ガス装置による処理前の溶鋼のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、前記真空脱ガス装置でのリムド処理中に、炭素を含有する高炭素フェロマンガンを、前記高炭素フェロマンガンによる前記炭素の添加量が前記溶鋼に対して０．０２４ｍａｓｓ％以下となるように添加することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
2. 前記真空脱ガス装置による処理では、前記真空脱ガス装置による処理前の前記溶鋼のＣ濃度が０．０４ｍａｓｓ％以下である場合に、前記溶鋼に添加するＭｎ源として、前記高炭素フェロガンマンのみを用いることを特徴とする請求項１に記載の極低炭素鋼の溶製方法。
3. 前記高炭素フェロマンガンの炭素含有量が、５ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の極低炭素鋼の溶製方法。

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