JP3566770B2 - 極低炭素鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は低合金鋼、ステンレス鋼等の溶鋼を対象とした極低炭素鋼の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼製品中の炭素元素は成形性を阻害することから、優れた加工性が要求される自動車用鋼板やブリキ缶用鋼板の多くには極低炭素鋼素材が使用されている。
【0003】
転炉や電気炉で溶製された溶鋼を極低炭素域まで脱炭するためには、従来はRHやDH、VOD等のように高真空を利用して脱炭反応を進行させるのが最も一般的であり、その応用として特開平4−333512号公報に示されるような特殊ガスの利用や、特公平5−82449号公報記載のように底吹きガスの吹き込み形態と上吹き酸素の適正な組み合わせの利用などが図られてきた。一方、高真空を利用しない極低炭素化技術として気液界面の酸素分圧をArで希釈するAOD法が古くから利用されている他、特公平5−12410号公報に開示されているような上吹きガスによる希釈法が開発されてきた。更に、比較的圧力の高い100torr程度の軽真空を利用した脱炭技術として、「鉄と鋼」73(1987)2166頁、図10に示されるようなRH軽処理脱炭技術があるが、このときのOB羽口からの酸素供給は、0.05wt%以上の高炭素域において溶存酸素だけでは脱炭に不十分な酸素源を補うことを目的としたもので、0.01wt%以下の極低炭素域での脱炭反応を促進できる技術ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来使用されてきた真空脱炭設備は、反応を促進するために通常0.1〜10torrといった高真空の到達圧力が要求されるものがほとんどであり、例えば300t規模の製造設備でこのような到達圧力を達成するためには、3−4段のスチームブースターと4−5台の大規模メカニカルポンプを供えた非常に大規模で高価な排気設備が必要になる。一方、AOD法のような排気設備を必要としない希釈ガスを利用した極低炭素化技術では、溶鋼1tあたりの処理に高価なArを10Nm3 以上使用することが多く、また、安価な窒素や炭酸ガスを代替ガスとして使用する場合には、窒素や炭素といった汚染元素のピックアップ回避が困難になる。
【0005】
本発明は、大量生産設備においてもメカニカルポンプ1台程度の簡易な排気設備で得ることができる200torr前後の圧力で処理でき、大量の希釈ガスも必要とせず、0.01wt%以下の極低炭素域でも脱炭反応を促進できる経済的な極低炭素鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶鋼の脱炭工程において、溶鋼表面の全部または一部を100〜350torrの減圧下に曝した状態で、ランスへの供給酸素の絶対圧力PとランスハイトHを数2で示される範囲に維持しつつ溶鋼1tあたり3〜30Nm3 /hの酸素を当該減圧下に曝された湯面に吹付け、溶鋼を攪拌しながら〔C〕<0.01wt%の極低炭域まで脱炭することを特徴とする極低炭素鋼の製造方法である。
【0007】
【数2】
100≦H/P≦250
H:ランス湯面間距離(mm)
P:ランスへの供給酸素の絶対圧力(kgf/cm2 )
【0008】
【作用】
本発明の作用を図1に従って説明する。図1は本発明の実施態様の側面図であり、溶鋼1を装入した取鍋2をチャンバー3内に装入し、上吹きランス4から溶鋼1の表面に酸素ガス5を吹き付ける。上吹きランス4への酸素供給は、上部に連結されたフレキシブルホース6から行われ、上吹きランス4への供給圧力は圧力ゲージ7で測定する。配管および上吹きランス4の構造は、吹酸時のランス先端圧力が元圧からできるだけ低下しない圧損回避構造が望ましい。
【0009】
吹酸時の主な脱炭反応は、「鉄と鋼」:75(1989)1300頁に示される転炉反応での脱炭メカニズムと同様に、送酸によって一旦火点部8にFeOが形成され、火点部8に供給される溶存炭素がFeOを還元する数3の反応によって進行する。
【0010】
【数3】
FeO+C→Fe+CO↑ (1)
【0011】
(1)式の反応を促進するためには、減圧にすることによってCO分圧を低減することが挙げられるが、その他にもこの反応は吸熱反応であり、反応域を高温に保つことによっても反応は促進される。火点部8を高温に保つためにはハードブローにすることが必要であり、送酸速度を一定に保ったままハードブローにするための方法としては、ランスハイトを短縮すること、および、ノズル径を縮小してガス供給圧力を上昇させることが挙げられる。しかし、極度のハードブロー状態にした場合には激しいスピッティングを招くので、経済的な処理を行うためには適正域が存在する。そして、火点域での噴流強度はランスハイトH(送酸時の湯面くぼみを考慮しない静止した湯面からノズルまでの距離、mm)とランスへの供給圧力P(絶対圧、kgf/cm2 )の比で整理可能であり、200mmHg前後の条件ではH/Pが250以下で効率の良い脱炭速度が得られる。H/Pが100未満ではスピッティングが多発し、安定操業が困難となる。上吹きランスからの送酸速度が3Nm3 /h・t未満では目標の火点温度を得るのが困難であり、30Nm3 /h・t超では火点への炭素供給律速になるので、3Nm3 /h以上30Nm3 /h以下の範囲で処理することが必要である。また、真空度が350torrを超える高圧では、COガスの物質移動抵抗が大きくなるので反応効率が悪化する。処理真空度に100torrと下限を設定したのは、大量生産設備で100torr以下の到達真空度を満足できる設備は簡易設備の範囲を超えることの他に、上記送酸強度のままチャンバー内圧力を低下させたときには発生するCOガスの膨張が激しく、スピッティングが増大して操業性が悪化することも大きな理由の一つである。
【0012】
脱炭反応速度を高位に維持するためには火点部へのC供給を維持することが重要であるのでメタルの攪拌は必須であり、その方法としてはポーラスプラグ9などを利用してArなどの攪拌ガス10を吹き込むことが最も簡易であるが、同等の攪拌強度が得られるのであれば、機械攪拌や電磁力を利用した攪拌方法でも良い。
【0013】
本発明は、図1に示すように溶鋼1全体をチャンバー3内で処理する方法の他、図2に示すように浸漬管11を溶鋼1に浸漬する部分真空方式でも実施でき、この時のランスハイトHは送酸を行わないときの吸い上げられた湯面とノズル間の距離で規定する。
【0014】
通常VODやRH−OBの脱炭過程で行う送酸は、〔C〕0.05wt%程度以上の比較的高炭素域における脱炭反応に対して、溶存酸素だけでは不足するCO発生のための必要酸素源を供給することが目的であり、酸素供給が脱炭反応を律速しない〔C〕<0.01wt%の極低炭素域では脱炭促進を目的とした送酸は行わないが、本発明では、脱炭促進に火点温度が重要であり、〔C〕<0.01wt%の極低炭素域においても上吹き送酸は必須である。
【0015】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
【0016】
150tVODを用い、1600−1650℃の温度範囲の低合金鋼を対象に本発明を実施した。処理前の組成は〔C〕0.1wt%、〔Si〕0.01wt%、〔Mn〕0.06wt%、〔P〕0.02wt%、〔S〕0.007wt%、その他は不可避的不純物であった。用いた装置は本来到達真空度が約1torrであるが、本実施例では排気弁を適宜開閉することによって所定の圧力を維持した。攪拌は鍋底のポーラスプラグから300Nl/minのArガスを導入することによって行った。送酸速度は1500Nm3 /h(10Nm3 /h・t)で、ランスには単孔のラバールノズルを用い、ノズル径は所定の圧力で送酸速度を満足するように適宜変更した。処理時間は20分とした。
【0017】
図3に処理後の炭素濃度とH/Pの関係を示す。H/Pが250以下のハードブロー領域で安定して〔C〕<80ppmの極低炭素鋼が溶製できた。また、H/Pが100未満ではスピッティングが多発し、ランス地金が多く付着する等の悪影響が発生した。
【0018】
また、図4に到達〔C〕に対する処理圧力の影響を示す。処理圧力が350torr以下の範囲で到達値が安定して80ppm以下となった。100torr未満では上吹き火点でのスピッティングが多発し、安定的な操業が困難であった。
【0019】
【発明の効果】
本発明により、安価な設備を用い、低ランニングコストで極低炭素鋼を製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様の内、溶鋼全体をチャンバー内で処理する状況を示す図である。
【図2】本発明の実施態様の内、浸漬管を溶鋼に浸漬して部分的に処理する状況を示す図である。
【図3】本発明の実施により得られた処理後〔C〕と送酸強度の関係を示す図である。
【図4】本発明の実施により得られた処理後〔C〕と処理圧力の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 溶鋼
2 取鍋
3 チャンバー
4 上吹きランス
5 酸素ガス
6 フレキシブルホース
7 圧力ゲージ
8 火点部
9 ポーラスプラグ
10 攪拌ガス
11 浸漬管
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1995
- 1995-01-06 JP JP01559795A patent/JP3566770B2/ja not_active Expired - Fee Related
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