JP3548273B2 - 極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は炭素濃度0.005%以下の、極低炭素鋼の溶製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、極低炭素鋼の製造方法としては、転炉において溶鋼を鋼種によって決められた成分範囲内に、可能な限り合致するように吹錬をコントロールし、不可能な範囲中、炭素については真空脱ガス装置において予め酸素を吹き込み、溶鋼中酸素濃度を高くして、設定真空度を5Torr以下にして脱ガス処理を行うことにより脱炭を行うことで調整している。
【0003】
炭素以外の成分については、種々の合金鉄を転炉からの出鋼中もしくは脱ガス処理中に添加し、成分調整を行う方法が一般的に行われている。特に、マンガン濃度の調整は転炉出鋼中及び真空脱ガス装置において脱炭処理終了以前に、高炭素Fe−Mn合金もしくは低炭素Fe−Mn合金を添加して、成分調整を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術は、次のごとき問題点を有する。
マンガン濃度の調整を、転炉出鋼中及び真空脱ガス装置において脱炭処理終了以前に、高炭素Fe−Mn合金もしくは低炭素Fe−Mn合金を添加して行った場合、溶鋼中酸素濃度の低下及び合金中に含まれる炭素による溶鋼中炭素濃度の上昇により、脱炭処理時間が長くなるという問題があった。また、溶鋼中炭素濃度が高い時に、Fe−Mn合金を添加することによる、Fe−Mn歩留りの悪化という問題も発生していた。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述した課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、真空脱ガス処理装置において、脱炭処理を行い、溶鋼中炭素濃度が0.005%以下の目標に到達した時点でAlを添加して脱酸し、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下にし、その後に設定真空度を65Torr以上としたうえで金属マンガンを添加してMn濃度の調整を行い、さらにAl,Mn以外の成分は製品用途に応じた成分に調整することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法にあり、またさらには、上記処理の前処理として転炉において溶鋼の吹止炭素含有量を0.04〜0.07%とし、出鋼中に合金鉄を添加せずに取鍋に移し、真空脱ガス処理装置において、酸素を吹き込み溶鋼中酸素濃度を400ppm以上に上昇させつつ、設定真空度を5Torr以下として脱炭処理を行うことを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法にある。
【0006】
【作用】
本発明の手段をとるための具体的な作用を以下詳細に記述する。
極低炭素鋼を真空脱ガス処理装置において溶製する際に、転炉吹止炭素濃度が低いほど溶鋼中自由酸素濃度は高くなり、その結果脱炭処理時間が短くなる。すなわち、転炉吹止炭素濃度は可能な限り低い程、真空脱ガス処理装置における脱炭処理時間は短縮される。
【0007】
しかるに転炉炭素濃度が低くなり過ぎると、転炉内において溶鋼が過酸化状態になるとともに、スラグ中の酸化鉄濃度が上昇し、必然的に転炉耐火物の溶損及び鉄歩留りの低下を招く。本発明者らは、これらを総合して考慮した結果、極低炭素鋼の溶製の際の転炉吹止炭素濃度を、0.04〜0.07%とするのが望ましく、また溶鋼中の自由酸素濃度を高位に維持するために、出鋼中に合金鉄の添加を行わないことが好ましいとの結論を得た。
【0008】
上記の如き処置にて取鍋に移された溶鋼は、自由酸素濃度が300〜400ppm程度であり、このままでは真空脱ガス処理装置において溶鋼中炭素濃度を、0.005%以下の目標に到達させるためには不十分である。従い真空脱ガス処理装置においては、酸素を溶鋼中に吹き込み、溶鋼中自由酸素濃度を上昇させる必要がある。
【0009】
ここで酸素を吹き込むことにより上昇させるべき溶鋼中自由酸素濃度は以下の式によって計算される。
(酸素吹き込みによる自由酸素濃度上昇代)=(脱炭に必要な自由酸素濃度)
+(脱炭処理終了時の自由酸素濃度狙い)−(脱ガス処理前自由酸素濃度)
ここで脱炭処理終了時の自由酸素濃度狙いが、低いほど溶鋼中に吹き込む酸素量が少なく、酸素吹き込み時間も短くなるが、低すぎると脱炭処理に長時間を要する。これらを考慮すると脱炭処理終了時の自由酸素濃度狙いは150ppm以上が望ましい。
【0010】
このようにして酸素量を決定するが、酸素吹き込み中も脱炭は進行しているため、実際の溶鋼中自由酸素濃度は、上記式中の脱炭に必要な自由酸素濃度まで上昇することはなく、実際の操業では、例えばRH脱ガス装置において、340tの溶鋼で酸素流量1400m /hrの条件下においては、酸素吹き込み終了時の自由酸素濃度を、400ppm以上とすると、脱炭処理終了時の自由酸素濃度狙いの、150ppm以上を達成することが可能であり、良好な脱炭速度を得ることができる。
【0011】
また従来、マンガン濃度調整は高炭素マンガン合金、もしくは低炭素マンガン合金により行っていたものであるが、両合金共に炭素を含むために、脱炭処理終了後に添加すると炭素濃度が上昇する。このために脱炭処理終了以前に添加するのが一般的である。この際の両合金の使い分けは、合金鉄の価格差と脱炭処理時間の差によるコスト差により計算される。
【0012】
しかしながら、いずれの合金においても炭素が含まれており、溶鋼中炭素濃度の上昇を避けることはできず、また両合金を使用する限り脱炭処理終了以前に添加する以外に方法はなく、この場合に溶鋼中酸素濃度が高い状態において添加することとなり、溶鋼中酸素濃度の低下による脱炭処理時間の延長及び、マンガンの酸化による歩留りの低下を招く結果となっていた。
【0013】
そこで本発明者らは炭素をほとんど含まない金属マンガンに着目し、極低炭素鋼に使用する操業技術を開発した。すなわち、前述のように溶鋼中酸素濃度が高い時に添加すると、マンガンの酸化により歩留りが低下するため、溶鋼中炭素濃度が目標に達した後、Alで脱酸して溶鋼中自由酸素濃度を、10ppm以下にしてから金属マンガンを添加することとする。この添加の際、金属マンガンは通常薄い板状であり、脱炭処理中の真空度が高い時に添加すると、歩留りが安定しないので、設定真空度を65Torr以上に弱めることによって、金属マンガンの歩留りを85%以上に安定させることができる。
【0014】
図3に金属マンガン添加時の真空度と金属マンガンの歩留りの関係を示す。真空度が65Torr以上で、溶鋼中自由酸素濃度が10ppm以下の領域で、金属マンガンの歩留りが85%と高い値で安定していることが分かる。
【0015】
【実施例】
本発明による実施例及び従来例を表1に併せて示した。
(実施例1)
本発明による脱ガス処理パターンの一例を図1に示す。
図1はRH脱ガス設備を用いて、340tの極低炭素鋼の溶製を行ったものである。表1に示す成分の溶鋼を転炉から出鋼中に、合金鉄を添加せずに取鍋に移し、この溶鋼を真空脱ガス装置において、酸素を吹き込み溶鋼中自由酸素濃度を430ppmに上昇させつつ、設定真空度を1Torrとして真空脱ガスを行い、炭素濃度が目標値の0.002%まで脱炭処理を行った。
【0016】
脱炭処理が終了した時点でAlを1.7kg/t溶鋼に添加して、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下に低下させて、脱炭反応を停止させた。その後、設定真空度を65Torrとして、金属マンガンを0.55kg/t溶鋼に添加し、マンガン濃度を0.18%から0.23%に調整した。このときの金属マンガン歩留りは90%であり、目標の85%を大きく上回った。また処理時間は24.7分であり、以下に示す比較例1,2と比較して処理時間を短縮することができた。
【0017】
(比較例1)
RH脱ガス設備を用いて、340tの極低炭素鋼の溶製を行ったものである。表1に示す成分の溶鋼を転炉から出鋼中に、Fe−Mn合金を1kg/t溶鋼に添加して、マンガン濃度を0.18%から0.23%に調整して取鍋に移し、この溶鋼を真空脱ガス装置において、酸素を吹き込み溶鋼中自由酸素濃度を430ppmに上昇させつつ、設定真空度を1Torrとして真空脱ガスを行い、炭素濃度が目標値の0.002%まで脱炭処理を行った。
【0018】
脱炭処理が終了した時点でAlを1.7kg/t溶鋼に添加して、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下に低下させて、脱炭反応を停止させた。また脱ガス処理中はFe−Mn合金の添加は一切行わなかった。このとき、RH脱ガス処理前の溶鋼中自由酸素濃度は、310ppmであり本発明の実施例と比較して40ppm低く、その結果処理時間は27.2分であり、本発明の実施例1より2.5分長くかかっている。
【0019】
(比較例2)
RH脱ガス設備を用いて、340tの極低炭素鋼の溶鋼を行ったものである。表1に示す成分の溶鋼を転炉から出鋼中に、合金鉄を添加せず取鍋に移し、この溶鋼を真空脱ガス装置において、酸素を吹き込み溶鋼中自由酸素濃度を430ppmに上昇させつつ、設定真空度を1Torrとして真空脱ガスを行い、炭素濃度が目標値の0.002%まで脱炭処理を行った。
【0020】
また酸素吹き込み終了時にFe−Mn合金鉄を0.8kg/t溶鋼に添加し、マンガン濃度を0.18%から0.23%に調整した。脱炭処理が終了した時点でAlを1.7kg/t溶鋼に添加して、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下に低下させて、脱炭反応を停止させた。このとき処理時間は26.5分であり、本発明の実施例1より1.8分長くかかっている。
【0021】
(実施例2)
RH脱ガス設備を用いて、340tの極低炭素鋼の溶製を行ったものである。表1に示す成分の溶鋼を転炉から出鋼中に、合金鉄を添加せずに取鍋に移し、この溶鋼を真空脱ガス装置において、酸素を吹き込み溶鋼中自由酸素濃度を430ppmに上昇させつつ、設定真空度を1Torrとして真空脱ガスを行い、炭素濃度が目標値の0.002%まで脱炭処理を行った。
【0022】
脱炭処理が終了した時点でAlを1.7kg/t溶鋼に添加して、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下に低下させて、脱炭反応を停止させた。その後、設定真空度を65Torrとして、金属マンガンを7.6kg/t溶鋼に添加し、マンガン濃度を0.18%から0.85%に調整した。このときの金属マンガン歩留りは88%であり、目標の85%を大きく上回った。また処理時間は24.9分であり、以下に示す比較例3と比較して処理時間を大幅に短縮することができた。
【0023】
(比較例3)
RH脱ガス設備を用いて、340tの極低炭素鋼の溶製を行ったものである。表1に示す成分の溶鋼を転炉から出鋼中に、合金鉄を添加せず取鍋に移し、この溶鋼を真空脱ガス装置において、酸素を吹き込み溶鋼中自由酸素濃度を430ppmに上昇させつつ、設定真空度を1Torrとして真空脱ガスを行い、炭素濃度が目標値の0.002%まで脱炭処理を行った。
【0024】
また酸素吹き込み終了時にFe−Mn合金鉄を3.0kg/t溶鋼に添加し、マンガン濃度を0.18%から0.38%に調整した。脱炭処理が終了した時点でAlを1.7kg/t溶鋼に添加して、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下に低下させて、脱炭反応を停止させた。その後、設定真空度を65Torrとして、金属マンガンを5.4kg/t溶鋼に添加し、マンガン濃度を0.38%から0.85%に調整した。このとき処理時間は32.0分であり、本発明の実施例2より7.1分長くかかっている。
【0025】
図2に実施例2と比較例3の処理時間短縮効果を示したが、比較例3と比べ、実施例2は大幅に処理時間が短縮しているのが分かる。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば真空脱ガス処理装置により炭素濃度0.005%以下の極低炭素鋼を容易に溶製することができ、Fe−Mn合金添加による炭素濃度の上昇及び溶鋼中自由酸素濃度の低下を抑制し、脱炭処理時間を短縮することが可能となる。
また、真空脱ガス処理装置において金属マンガンを使用する際に、金属マンガンの歩留りを高位に安定させることができ、産業上有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱ガス処理パターンの一例を示す図
【図2】本発明の効果を示す処理時間短縮効果を示す図
【図3】本発明の効果を示す金属マンガン添加時の真空度と金属マンガンの歩留りを示すグラフ

Claims (2)

  1. 真空脱ガス処理装置において、脱炭処理を行い、溶鋼中炭素濃度が0.005%以下の目標に到達した時点でAlを添加して脱酸し、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下にし、その後に設定真空度を65Torr以上としたうえで金属マンガンを添加してMn濃度の調整を行い、更にはAl,Mn以外の成分は製品用途に応じた成分に調整することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
  2. 転炉において溶鋼の吹止炭素含有量を0.04〜0.07%とし、出鋼中に合金鉄を添加せずに取鍋に移し、真空脱ガス処理装置において、酸素を吹き込み溶鋼中酸素濃度を400ppm以上に上昇させつつ、設定真空度を5Torr以下として脱炭処理を行い、溶鋼中炭素濃度が0.005%以下の目標に到達した時点でAlを添加して脱酸し、溶鋼中自由酸素濃度を10ppm以下にし、その後に設定真空度を65Torr以上としたうえで金属マンガンを添加してMn濃度の調整を行い、更にはAl,Mn以外の成分は製品用途に応じた成分に調整することを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
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