JP3776156B2 - 低燐高マンガン鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶銑予備処理後に転炉で上底吹き吹錬する普通鋼又は特殊鋼の生産工程で、低燐高マンガン鋼を安価に且つ効率よく製造する方法に関する。
【従来の技術及び問題点】
低燐高マンガン鋼等の高純度高合金鋼を、転炉で溶製することが検討されている。この場合の溶製法は、次の二つに大別される。
（１）先ず転炉で低炭素低燐の素溶鋼を製造し、転炉内で低燐のＭｎ源を添加し
て吹錬し、目標とするＣ量，Ｍｎ量に調整する方法。
（２）溶銑予備処理で低燐化した溶銑を低燐Ｍｎ源と共に転炉で吹錬し、吹錬の末期に炭材，アルミニウム，シリコン等の還元剤を炉内スラグに吹き込み、その還元力でスラグ中の酸化Ｍｎ源を還元し、高マンガン鋼を得る方法。
【０００２】
（１）の方法では、通常１回で行える吹錬を２回以上行う必要があり、耐火物の損耗が大きく、製造コストが高くなる。また、精錬にも通常の２倍以上の時間がかかり、生産性が著しく損なわれる。
（２）の方法においても、吹錬の最中に多量の還元剤を炉内のスラグに安全に吹き込む必要があり、特別な設備を転炉に付設することが要求される。また、吹き込まれる還元剤によっては、転炉耐火物の損耗を大きくするものがあることから、製造コストの上昇が避けられない。
（１）及び（２）の何れの方法においても、高マンガン鋼を転炉で溶製する際に脱炭期におけるマンガンの酸化が避けられないものとしている。そして、（１）の方法では脱炭とマンガン溶解とを分離し、（２）の方法では酸化したマンガンを溶融還元により回収することを狙っている。しかし、両者共に、通常の吹錬時よりも１工程増えており、その分だけ製造コストが上昇し、生産性が阻害される。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、高マンガン鋼の酸素精錬反応における特徴を活用し、吹錬中の溶銑を高炭素濃度に維持して脱炭効率を高く設定することにより、低燐高マンガン鋼を効率よく溶製することを目的とする。
本発明の低燐高マンガン鋼製造方法は、その目的を達成するため、溶銑予備処理によって溶銑のＰ含有量を製品のＰ含有量許容量以下に低減した後、予備処理後の溶銑を上底吹き転炉に装入し、Ｐ：０．１重量％以下でＭｎ：８５重量％以上のＭｎ源を溶銑に投入すると共に、Ｃ：９５重量％以上及びＰ：０．０１重量％以下を含み１３００℃以上の高温で焼成した炭材をブリケット状に成形してその全量を吹錬開始から５分以内に転炉内に投入することを特徴とする。
すなわち、本発明においては、吹錬中の溶銑を高炭素濃度に維持して脱炭効率を高く設定することにより、Ｍｎの酸化ロスを抑え、低燐高マンガン鋼を安価に高生産性で溶製する。また、炉内添加材として昇熱にも寄与する高純度で且つ高温焼成した炭材をブリケット状にして吹錬開始から短時間の間にその全量を炉内投入することにより、吹錬中脱炭速度にバランスする速さで炭材の炭素分が溶鋼中に溶解される。そのため、吹錬末期まで溶鋼の炭素濃度が高く維持され、炭素溶解による吸熱反応によって吹錬中の溶鋼が低温に維持される。
このようにして、吹錬中の溶鋼を高炭素濃度で低温状態に導くことから、Ｍｎの酸化反応が抑制され、高い歩留りで溶鋼に回収される。
【０００４】
【実施の形態】
溶銑予備処理：
溶銑予備処理工程では、予め設定した製品としてのＰ濃度又はこれよりも低いＰ濃度が得られるように溶銑を脱Ｐする。処理条件としては、処理後のＰ濃度が製品Ｐ濃度以下となる限り、特に制約を受けるものではない。たとえば、従来から実施されている場所，方法等が適宜選定される。具体的には、ＣａＯ系，Ｎａ₂ Ｏ系等のフラックスを使用し、高炉鋳床，トーピードカー，溶銑処理鍋，注銑鍋，転炉等で脱燐処理される。特に必要な場合、脱燐処理の前後で溶銑が脱硫処理される。
【０００５】
上底吹き転炉精錬
製品Ｐ濃度以下に脱燐処理した溶銑は、上底吹き転炉に移され、Ｍｎ源を投入しながら吹錬される。ここで、上底吹き転炉を使用しているので、溶湯が十分に撹拌され、高脱炭効率が維持されると共に、低温域に溶湯が維持されることからＭｎの酸化ロスも抑制される。
Ｍｎ源としては、Ｐ含有量が０．１重量％以下で、Ｍｎ純分が８５重量％以上のものが使用される。低ＰのＭｎ源を使用することによって、脱燐が困難な転炉精錬でもＰ含有量が十分に低い溶鋼が得られ、またＰよりも卑な金属元素であるＭｎを効率よく溶鋼に移行させることが可能となる。
【０００６】
転炉吹錬では、Ｃ：９５重量％以上及びＰ：０．０１重量％以下で且つ１３００℃以上の高温で焼成した炭材を昇熱剤として使用する。通常の炭材は、Ｐ，Ｓ，灰分等を多量に含んでおり、高純度の高合金鋼を溶製する上で精錬時の冶金反応に悪影響を及ぼす。この点、炭材を１３００℃以上の高温で焼成するとき、Ｐ，Ｓ等の不純物が除去される。この焼成によってＰ含有量が０．０１重量％以下に低下した炭材を使用するとき、溶製された溶鋼のＰ含有量が炭材に由来して高くなることが防止される。また、不純物が除去された炭材は、溶銑，溶鋼に対する溶解速度が大きく、短時間で溶銑や溶鋼に溶解する。そのため、昇熱効率，換言すれば脱炭効率の高い昇熱用炭材となる。このような炭材としては、たとえば電極材を焼成するときに発生する電極粉等が使用される。
炭材は、取り扱い性を改善するため、３０〜５０ｍｍ角のブリケット状に成形して使用することが好ましい。すなわち、炭材は元来濡れ性が低く比重も小さいため、あまり小径では歩留りが悪く、却って昇熱効率を阻害する要因になる。しかし、大きすぎる炭材では、吹錬終了までに溶鋼に溶解し切れず、吹止め終点目標［Ｃ］外れの原因となる。
【０００７】
ブリケッティングに際しては、澱粉をバインダーとして使用し、１５００℃における圧潰強度を２０〜３５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度に調整することが好ましい。この圧潰強度も、同様に強度が低いと昇熱効率が阻害され、高すぎる強度では吹止め終点目標［Ｃ］外れの原因となることから、前述した範囲に調整される。
炭材は、吹止め終点目標［Ｃ］に対応して熱バランスが採れる量を吹錬開始後５分以内に全量を添加することが好ましい。すなわち、吹錬の比較的初期の段階でＭｎが酸化されるため、より早い段階で脱炭反応が進行し易い条件を整える。その結果、Ｍｎの酸化が抑制され、添加されたＭｎが効率よく溶鋼に移行する。他の操業条件は、通常の予備処理した溶銑を上底吹き転炉で吹錬する場合と同様に調整される。たとえば、塩基度２．５〜４．０の造滓材がスラグ原単位１５〜２５ｋｇ／トンの割合で投入される。
【０００８】
【実施例】
ＣａＯ系脱Ｐ剤を使用した溶銑予備処理でＰ含有量を０．００７重量％にまで低下した溶銑８０トンを、Ｐ：０．０６重量％，Ｍｎ：９３重量％のＭｎ源２０トンと共に容量９０トン／チャージの上底吹き転炉に装入し、１本の底吹き羽口から酸素を６．７Ｎｍ³ ／分の流量で吹き込むことにより撹拌した。
吹錬開始から３分経過した時点で、Ｐ：０．０１重量％，Ｃ：９５重量％を含み１３５０℃で焼成した炭材１０，１００ｋｇを一括投入すると共に、造滓剤としてＦｅＳｉ２００ｋｇ，ＣａＯ１４００ｋｇ，軽焼ドロマイト４８０ｋｇを投入した。このときの造滓量は、約２５ｋｇ／トンであった。
予備処理された溶銑及び転炉吹錬後の溶鋼を成分分析した。分析結果を表１に示す。なお、表１は、製品Ｍｎ目標値が異なる場合の溶製例を併せ示している。
【０００９】

【００１０】
表１の例１にみられるように、溶銑予備処理後から転炉吹止めまでにＭｎ濃度が１５．２１重量％に上昇しており、約８１重量％のＭｎ歩留りが得られた。このケースでは、Ｐ濃度も０．００９重量％の上昇に止まっており、製品規格０．０２０重量％の低燐高マンガン鋼が製造できることが確認された。
【００１１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、Ｍｎ源及び昇熱用炭材のＰ含有量を厳しく規制すると共に、高温焼成した炭材を使用することにより、吹錬中の溶銑や溶鋼を低温高炭素濃度に維持して脱炭効率が高められ、Ｍｎの酸化ロスが極力抑制される。この方法によるとき、転炉において２度以上の吹錬や特別な設備を使用したスラグの還元工程を必要とすることなく、製品Ｍｎ目標濃度が１０重量％を超える高マンガン鋼であっても容易に且つ安価に溶製することが可能になる。また、低Ｐ鋼の溶製も容易に行うことができ、歩留りも従来と同等で、生産性の向上及び製造コストの低減等が図られる。

Claims (1)

1. 溶銑予備処理によって溶銑のＰ含有量を製品のＰ含有量許容量以下に低減した後、予備処理後の溶銑を上底吹き転炉に装入し、Ｐ：０．１重量％以下でＭｎ：８５重量％以上のＭｎ源を溶銑に投入すると共に、Ｃ：９５重量％以上及びＰ：０．０１重量％以下を含み１３００℃以上の高温で焼成した炭材をブリケット状に成形してその全量を吹錬開始から５分以内に転炉内に投入することを特徴とする低燐高マンガン鋼の製造方法。