低炭素高マンガン鋼の溶製方法
【課題】 炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上の低炭素高マンガン鋼を真空脱炭処理によって溶製するにあたり、マンガンの酸化ロスを抑制した状態で、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を使用することのできる、低炭素高マンガン鋼の溶製方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、真空脱ガス設備１の真空槽内の溶鋼３に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【解決手段】 本発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、真空脱ガス設備１の真空槽内の溶鋼３に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空脱ガス設備における減圧下での脱炭処理中の溶鋼に、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を添加し、マンガン系合金鉄中の炭素を減圧下での脱炭処理によって酸化・除去することで、高価な金属マンガンの使用量を削減して低炭素高マンガン鋼を溶製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄鋼材料は、その用途の多様化に伴い、より苛酷な環境下で使用されることが多くなり、材料特性の高性能化が従来にも増して求められている。このような状況下、構造物の軽量化を目的として、高い引張強さと高い加工性とを両立させた低炭素高マンガン鋼が開発され、ラインパイプ用鋼板や自動車用鋼板などとして使用されるようになった。ここで、低炭素高マンガン鋼とは、炭素濃度が０．０５質量％以下で、マンガン濃度が０．５質量％以上の鋼のことである。
【０００３】
溶鋼中のマンガン濃度を調整するために用いるマンガン源としては、マンガン鉱石、高炭素フェロマンガン（炭素含有量：７．５質量％以下）、中炭素フェロマンガン（炭素含有量：２．０質量％以下）、低炭素フェロマンガン（炭素含有量：１．０質量％以下）、シリコマンガン（炭素含有量：２．０質量％以下）、金属マンガン（炭素含有量：０．０１質量％以下）などが一般的であり、マンガン鉱石を除き、炭素含有量が低くなるほど高価となる。従って、製造コスト低減を目的として、安価なマンガン源である、マンガン鉱石や高炭素フェロマンガンを使用してマンガン含有鋼を溶製する方法が提案されている。尚、本発明においては、高炭素フェロマンガン、中炭素フェロマンガン、低炭素フェロマンガン、シリコマンガンをまとめてマンガン系合金鉄と呼ぶ。
【０００４】
例えば、特許文献１には、転炉から取鍋への溶鋼の出鋼時に高炭素フェロマンガンを投入して溶鋼中のマンガン成分を調整し、次いで、真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素ガスを上吹きして溶鋼に対して脱炭処理し、溶鋼中の炭素を酸化除去することによって高マンガン鋼を溶製する方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、炭素濃度が０．００５０質量％以下の鋼を脱ガス設備で溶製するに際し、真空脱炭処理の２０％が経過するまでの間に、炭素含有量が０．５〜９質量％のマンガン系合金鉄を添加し、マンガン系合金鉄中の炭素を酸化・除去することによって溶鋼中のマンガン成分を調整する低炭素鋼の溶製方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、転炉精錬及び真空脱ガス精錬を経て極低炭素鋼を溶製する際に、真空脱ガス精錬の脱炭精錬期の初期にマンガン調整用としてフェロマンガンを投入した溶製方法が提案されている。この場合も、フェロマンガン中の炭素は真空脱ガス精錬の脱炭処理時に酸化・除去される。
【０００７】
低炭素高マンガン鋼を溶製する場合も、転炉での溶銑の脱炭精錬時に転炉内にマンガン鉱石を投入してマンガン鉱石を還元したり、転炉からの出鋼時或いは真空脱ガス精錬時に高炭素フェロマンガンを溶鋼に添加したりすることによって、溶鋼中のマンガン濃度を所定値まで上昇させることは可能であるが、低炭素高マンガン鋼を真空脱炭処理した場合には、溶鋼中にマンガンが多量に含有されているために、酸素は溶鋼中の炭素と反応するのみならず、マンガンとも反応し、マンガンが酸化ロスしてマンガンの歩留まりが悪化するばかりでなく、溶鋼中のマンガン濃度の制御が非常に困難となる。尚、真空脱炭処理とは、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備を用いて、未脱酸状態の溶鋼を高真空処理して脱炭する、或いは、真空処理下で酸素ガスなどの酸素源を溶鋼に添加して脱炭する処理方法である。
【０００８】
従って、この問題を避けるために、低炭素高マンガン鋼の溶製においては、マンガン源を脱ガス処理中に添加する方法が行われており、この場合、低炭素高マンガン鋼の炭素濃度の許容範囲が低く且つ狭いこともあって、炭素含有量の少ない金属マンガンなどのマンガン源を使用せざるを得ず、これらのマンガン源は非常に高価であるため、低炭素高マンガン鋼の溶製コストの上昇を余儀無くされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−８８１１４号公報
【特許文献２】特開平１−３０１８１５号公報
【特許文献３】特開平２−４７２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上の低炭素高マンガン鋼を真空脱炭処理によって溶製するにあたり、マンガンの酸化ロスを抑制した状態で、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を使用することのできる、低炭素高マンガン鋼の溶製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１の発明において、前記マンガン系合金鉄の溶鋼中への吹き込み位置が、真空槽内の溶鋼湯面位置に対して０．３ｍ以上深い位置であることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１または第２の発明において、前記マンガン系合金鉄の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記真空脱ガス設備がＲＨ真空脱ガス装置であって、前記マンガン系合金鉄の吹込み位置が、真空槽の側壁、上昇側浸漬管、上昇側浸漬管直下の何れかの１種または２種以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄をマンガン源として使用しても、真空脱炭処理におけるマンガンの酸化ロスを抑制することができると同時に、マンガン系合金鉄中の炭素による溶鋼の炭素濃度ピックアップを抑制することができ、低炭素高マンガン鋼を従来に比較して安価に溶製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。本発明者らは、低炭素高マンガン鋼を溶製するにあたり、マンガンの酸化ロスを抑制した状態で、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を使用することを検討・研究した。以下に、検討・研究結果を説明する。
【００１８】
ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を供給して溶鋼を真空脱炭する場合、マンガンを含有しない溶鋼或いはマンガンの含有量が少ない溶鋼では、供給した酸素ガスは溶鋼中に溶解する以外は主に炭素と反応するだけであるため、酸素源の供給速度を高めることによって脱炭速度を高めることができる。しかしながら、マンガンを０．５質量％以上含有する溶鋼の場合には、供給した酸素ガスは炭素以外にマンガンとも反応するため、脱炭速度を高めて脱炭を効率的に行うためには、酸素とマンガンとの反応を抑制して、酸素と炭素との反応を促進しなければならない。
【００１９】
高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄を、真空脱ガス設備にて精錬中の溶鋼に添加する場合、マンガン系合金鉄の酸化を防止する観点から、従来、真空槽内の溶鋼表面に重力による落下により添加（「上置き添加」と称する）することが一般的である。添加されたマンガン系合金鉄は溶鋼に溶解し、溶鋼の炭素濃度及びマンガン濃度を上昇させる。
【００２０】
本発明者らは、試験を重ねることによって、炭素含有マンガン系合金鉄の添加方法に応じて、添加時の溶鋼中の炭素濃度及びマンガン濃度の上昇度合いが異なることを見出した。即ち、炭素含有マンガン系合金鉄を真空槽内の溶鋼表面に上置き添加するのではなく、溶鋼中に吹き込み添加（インジェクション添加）することにより、炭素含有マンガン系合金鉄の添加に伴う溶鋼での炭素濃度のピックアップを低減でき、且つ、マンガンの添加歩留りを上昇させることができることを確認した。これは、溶鋼中への吹き込み添加により、炭素含有マンガン系合金鉄が溶鋼中を浮上する間に、溶鋼中の溶存酸素によって炭素含有マンガン系合金鉄中の炭素が優先的に脱炭されるためである。溶鋼中の溶存酸素による優先脱炭の現象は、溶鋼中の炭素、マンガン、溶存酸素の挙動からも確認されている。
【００２１】
また、ＲＨ真空脱ガス装置において、炭素含有マンガン系合金鉄の吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さを、０．３ｍ（真空槽の側壁に設けた吹き込みノズルからの吹き込み添加）、１．３ｍ（上昇側浸漬管に設けた吹き込みノズルからの吹き込み添加）、２．５ｍ（取鍋内への浸漬ランスからの吹き込み添加）の３水準に変化させた試験から、添加位置は深ければ深いほど、溶鋼での炭素濃度のピックアップが低減され、且つ、マンガンの添加歩留りが上昇することが分かった。これは、浮上時間が長くなるためであるが、真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さが０．３ｍ以上であれば、上記効果を十分に享受できることが分かった。
【００２２】
また、添加する炭素含有マンガン系合金鉄の粒径は、溶鋼に添加可能なサイズである限り問題はないが、細かいほど、溶鋼での炭素濃度のピックアップが低減され、且つ、マンガンの添加歩留りが上昇することが分かった。これは、反応界面積が増加することによる。この観点から、添加する炭素含有マンガン系合金鉄の粒径は３ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下であればより好ましい。
【００２３】
本発明は、上記検討・研究結果に基づきなされたもので、真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋やトピードカーなどの溶銑搬送用容器で受銑し、次工程の脱炭精錬を行う転炉に搬送する。通常、この搬送途中で、溶銑に対して脱硫処理や脱燐処理などの溶銑予備処理が施されており、本発明においては、低炭素高マンガン鋼の成分規格上からは溶銑予備処理が必要でない場合でも、安価なマンガン源としてマンガン鉱石を転炉内に添加するために、転炉脱炭精錬におけるマンガン鉱石の歩留まりを上昇させる観点から、溶銑予備処理（特に脱燐処理）を実施することが好ましい。
【００２６】
転炉精錬はマンガン源としてマンガン鉱石を添加しつつ、必要に応じて少量の生石灰などを造滓剤として用い、酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑の脱炭精錬を行う。また、脱炭精錬終了後、転炉から取鍋などの溶鋼搬送容器への出鋼時に高炭素フェロマンガンなどの安価なマンガン系合金鉄を添加しても構わない。尚、次工程は、真空脱ガス設備での真空脱炭処理であるので、出鋼時、溶鋼にはＡｌ及びＳｉを添加せず、Ａｌ及びＳｉによる脱酸を実施せずに、溶鋼を未脱酸状態のまま真空脱ガス設備に搬送する。
【００２７】
マンガン鉱石や高炭素フェロマンガンなどの安価なマンガン源を使用するため、出鋼後の溶鋼中の炭素濃度は必然的に高くなるが、それでも、出鋼時にマンガン系合金鉄を添加する場合も含め、出鋼後の溶鋼中の炭素濃度を０．２質量％以下に抑えることが好ましい。溶鋼の炭素濃度が０．２質量％を越えると、次工程の真空脱ガス設備における真空脱炭処理に長時間を費やし、真空脱ガス設備の生産性の低下のみならず、真空脱炭処理時間の延長による温度補償として出鋼時の溶鋼温度を高くする必要が生じ、これに起因する鉄歩留まりの低下や耐火物損耗量の増大などによって製造コストが上昇するため、好ましくない。
【００２８】
次いで、この溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置またはＤＨ真空脱ガス装置、ＶＯＤ炉などの真空脱ガス設備に搬送し、真空脱炭処理を実施する。真空脱ガス設備の代表的な設備はＲＨ真空脱ガス装置であり、以下、真空脱ガス設備としてＲＨ真空脱ガス装置を用いて精錬する例で説明する。
【００２９】
図１に、本発明を実施する際に用いたＲＨ真空脱ガス装置の例を示す。図１はＲＨ真空脱ガス装置の概略縦断面図であり、図１において、１はＲＨ真空脱ガス装置、２は取鍋、３は溶鋼、４はスラグ、５は真空槽、６は上部槽、７は下部槽、８は上昇側浸漬管、９は下降側浸漬管、１０は環流用ガス吹き込み管、１１はダクト、１２は原料投入口、１３は上吹きランスであり、真空槽５は上部槽６と下部槽７とから構成され、また、上吹きランス１３は上下移動が可能となっており、この上吹きランス１３からは酸素ガス及びＡｒガスなどの不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスが真空槽５の内部の溶鋼３の湯面に吹き付けられるようになっている。
【００３０】
また、下部槽７の側壁部には、Ａｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を真空槽内の溶鋼３に吹き込むための吹き込みノズル１４が設置され、上昇側浸漬管８には、Ａｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を上昇側浸漬管８の内部を上昇する溶鋼３に吹き込むための吹き込みノズル１５が設置されている。また、取鍋２と真空槽５の側壁との間隙を昇降して取鍋内の溶鋼３に浸漬し、その先端が上昇側浸漬管８の直下に位置することが可能であり、その先端部からＡｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を上昇側浸漬管８の直下の溶鋼３に吹き込むための浸漬ランス１６が設置されている。尚、図１では、粉体のマンガン系合金鉄を溶鋼中に吹き込むための装置として、吹き込みノズル１４、吹き込みノズル１５及び浸漬ランス１６の３種類を示しているが、これは説明を容易とするためであり、これらの全てを備える必要はなく、何れかの１つを備えていればよい。
【００３１】
ＲＨ真空脱ガス装置１では、取鍋２を昇降装置（図示せず）にて上昇させ、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を取鍋内の溶鋼３に浸漬させる。そして、環流用ガス吹き込み管１０から上昇側浸漬管８の内部に環流用Ａｒガスを吹き込むとともに、真空槽５の内部をダクト１１に連結される排気装置（図示せず）にて排気して真空槽５の内部を減圧する。真空槽５の内部が減圧されると、取鍋内の溶鋼３は、環流用ガス吹き込み管１０から吹き込まれるＡｒガスによるガスリフト効果によって、Ａｒガスとともに上昇側浸漬管８を上昇して真空槽５の内部に流入し、その後、下降側浸漬管９を経由して取鍋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。
【００３２】
溶鋼３の環流が形成されて溶鋼３に対してＲＨ真空脱ガス精錬が施されると、溶鋼３が未脱酸状態の場合には、減圧下の真空槽５の内部で溶鋼中の炭素と溶存酸素との反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）が生じ、溶鋼中の炭素はＣＯガスとなって排ガスとともに真空槽５からダクト１１を介して排出され、溶鋼３に対して真空脱炭処理が施される。更に、上吹きランス１３から、酸素ガス或いは不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスが吹き込まれ、溶鋼３の溶存酸素が確保され、溶鋼３の脱炭反応が進行する。この場合、酸素源として溶鋼３に吹き付けるガスは酸素ガス単体ではなく、酸素ガスにＡｒガスなどの不活性ガスを混合することが好ましい。不活性ガスを混合することによって真空槽内の雰囲気ガスのＰcoが低下し、脱炭反応が優先的に起こり、マンガンの酸化を抑制することができる。
【００３３】
この真空脱炭処理中に、高炭素フェロマンガンなどの粉体のマンガン系合金鉄を溶鋼３に吹き込む。粉体のマンガン系合金鉄の吹き込みは、下部槽７に設置した吹き込みノズル１４、上昇側浸漬管８に設置した吹き込みノズル１５、及び浸漬ランス１６のうちの何れかを用いて添加することができる。使用するマンガン系合金鉄としては、最も安価な高炭素フェロマンガンが好ましく、その粒径は、好ましくは３ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下とする。
【００３４】
このようにして真空脱炭処理を施しつつ、溶鋼３の炭素濃度が、目的とする低炭素高マンガン鋼の成分規格値以下になるまで真空脱炭処理を継続し、溶鋼３の炭素濃度が成分規格値以下の所定の値になったなら、上吹きランス１３からの酸素ガスの吹き込みを停止するとともに、原料投入口１２から溶鋼３にＡｌなどの強脱酸剤を添加して溶鋼３を脱酸処理する。Ａｌなどの強脱酸剤の添加により溶鋼３の溶存酸素濃度は急激に低下し、真空脱炭処理が終了する。
【００３５】
真空脱炭処理の終了後も更に数分間程度の環流を継続し、必要に応じてＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉなど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の内部を大気圧に戻してＲＨ真空脱ガス精錬を終了し、低炭素高マンガン鋼を溶製する。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、真空脱ガス設備での真空脱炭処理を施して低炭素高マンガン鋼を溶製する際に、高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄をマンガン源として使用しても、真空脱炭処理におけるマンガンの酸化ロスを抑制することができると同時に、マンガン系合金鉄中の炭素による溶鋼の炭素濃度ピックアップを抑制することができ、低炭素高マンガン鋼を従来に比較して安価に溶製することが可能となる。
【００３７】
尚、上記説明ではＲＨ真空脱ガス装置１について説明したが、上記に準じて実施することにより、ＤＨ真空脱ガス装置やＶＯＤ炉などの他の真空脱ガス設備にも適用することができる。
【実施例１】
【００３８】
高炉から出銑された溶銑に対して脱硫処理、脱燐処理の溶銑予備処理を施し、この溶銑を用いて転炉精錬し、低炭素高マンガン鋼を溶製する試験（試験番号１〜６）を実施した。転炉ではマンガン源としてマンガン鉱石を添加してマンガン濃度を上昇させ、得られた２５０トンの溶鋼を未脱酸のまま取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼成分は、炭素が０．１０〜０．１３質量％、珪素が０．０５質量％以下、マンガンが０．７〜１．０質量％、燐が０．０３質量％以下、硫黄が０．００３質量％以下であった。この溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送し、真空脱炭処理条件を種々変更して低炭素高マンガン鋼を溶製した。ＲＨ真空脱ガス装置への到着時の溶鋼中の溶存酸素濃度は０．０１〜０．０３質量％であった。
【００３９】
ＲＨ真空脱ガス装置では、環流用Ａｒガス流量を１５００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空脱炭処理中の真空槽内の真空度を６．７〜４０ｋＰａ、上吹きランスからの酸素ガス供給量を２０００Ｎｍ3／ｈ、上吹きランスからの酸素ガスの吹き込み時間を１０分とした。上吹きランスのランス高さは６ｍの一定とした。
【００４０】
真空脱炭処理中に添加するマンガン系合金鉄としては、高炭素フェロマンガンを使用した。高炭素フェロマンガンの炭素含有量は約７質量％、マンガン含有量は約７５質量％であり、粒径は５〜１０ｍｍ、３ｍｍ以下、１ｍｍ以下の３水準とした。粒径は篩による分別に基づく。高炭素フェロマンガンの添加方法は、（１）下部槽の側壁部に設けた吹き込みノズルからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：０．３ｍ）、（２）上昇側浸漬管に設けた吹き込みノズルからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：１．３ｍ）、（３）取鍋内溶鋼に浸漬する浸漬ランスからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：２．５ｍ）、（４）原料投入口からの真空槽内溶鋼への上置き添加（自然落下）の４水準で実施した。高炭素フェロマンガンの添加速度は１５０〜２５０ｋｇ／ｍｉｎであり、添加量は１２００ｋｇの一定とした。
【００４１】
表１に各試験操業における高炭素フェロマンガンの添加方法、溶鋼成分及び試験結果を示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、本発明を適用した場合（試験番号１〜４）には、マンガン歩留りが８０〜８９％と高く、１０分間の真空脱炭処理による脱炭量は０．０７質量％程度が確保でき、真空脱炭処理終了時の溶鋼中炭素濃度は０．０３０〜０．０３５質量％であった。これに対して、高炭素フェロマンガンを真空槽内溶鋼へ上置き添加した試験番号５では、マンガン歩留りは７２％程度と低く、且つ、１０分間の真空脱炭処理による脱炭量は０．０５質量％程度でしかなく、真空脱炭処理終了時の溶鋼中炭素濃度は０．０６８質量％と高位であった。これは、試験番号５では、溶鋼表面への添加であり、高炭素フェロマンガンが溶鋼中を浮上する間の溶鋼中溶存酸素による優先脱炭が起こらず、真空槽内での脱炭量が増加することによる。
【００４４】
また、粒径３ｍｍ以下の高炭素フェロマンガンを真空槽内溶鋼へ上置き添加した試験番号６では、マンガン歩留りが２８％と大幅に低下した。これは、細かい高炭素フェロマンガンを真空槽内で上置き添加したために、排ガスとともに高炭素フェロマンガンが排気装置によりダクトを介して系外に排出されてしまったからである。尚、マンガン歩留りは、下記の（１）式により定義される。但し、（１）式における「ＦＭｎＨ」は高炭素フェロマンガンの意味である。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また更に、高炭素フェロマンガンを溶鋼中に吹き込み添加する場合に、吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さが深くなるほど、マンガン歩留りが向上することが分かった。この結果から、高炭素フェロマンガンの吹き込み位置は深ければ深いほど好ましいことが確認できた。また、吹き込み方法が同一である試験番号３と試験番号４とを比較すると、高炭素フェロマンガンの粒径が小さいほどマンガン歩留りが向上することが確認できた。
【００４７】
このように、本発明を適用することで、マンガンの酸化ロスを抑制しつつ溶鋼中の炭素を効率的に除去できることが確認された。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内の試験には本発明例と表示し、それ以外の試験には比較例と表示した。
【符号の説明】
【００４８】
１ ＲＨ真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ スラグ
５ 真空槽
６ 上部槽
７ 下部槽
８ 上昇側浸漬管
９ 下降側浸漬管
１０ 環流用ガス吹き込み管
１１ ダクト
１２ 原料投入口
１３ 上吹きランス
１４ 吹き込みノズル
１５ 吹き込みノズル
１６ 浸漬ランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空脱ガス設備における減圧下での脱炭処理中の溶鋼に、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を添加し、マンガン系合金鉄中の炭素を減圧下での脱炭処理によって酸化・除去することで、高価な金属マンガンの使用量を削減して低炭素高マンガン鋼を溶製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄鋼材料は、その用途の多様化に伴い、より苛酷な環境下で使用されることが多くなり、材料特性の高性能化が従来にも増して求められている。このような状況下、構造物の軽量化を目的として、高い引張強さと高い加工性とを両立させた低炭素高マンガン鋼が開発され、ラインパイプ用鋼板や自動車用鋼板などとして使用されるようになった。ここで、低炭素高マンガン鋼とは、炭素濃度が０．０５質量％以下で、マンガン濃度が０．５質量％以上の鋼のことである。
【０００３】
溶鋼中のマンガン濃度を調整するために用いるマンガン源としては、マンガン鉱石、高炭素フェロマンガン（炭素含有量：７．５質量％以下）、中炭素フェロマンガン（炭素含有量：２．０質量％以下）、低炭素フェロマンガン（炭素含有量：１．０質量％以下）、シリコマンガン（炭素含有量：２．０質量％以下）、金属マンガン（炭素含有量：０．０１質量％以下）などが一般的であり、マンガン鉱石を除き、炭素含有量が低くなるほど高価となる。従って、製造コスト低減を目的として、安価なマンガン源である、マンガン鉱石や高炭素フェロマンガンを使用してマンガン含有鋼を溶製する方法が提案されている。尚、本発明においては、高炭素フェロマンガン、中炭素フェロマンガン、低炭素フェロマンガン、シリコマンガンをまとめてマンガン系合金鉄と呼ぶ。
【０００４】
例えば、特許文献１には、転炉から取鍋への溶鋼の出鋼時に高炭素フェロマンガンを投入して溶鋼中のマンガン成分を調整し、次いで、真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素ガスを上吹きして溶鋼に対して脱炭処理し、溶鋼中の炭素を酸化除去することによって高マンガン鋼を溶製する方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、炭素濃度が０．００５０質量％以下の鋼を脱ガス設備で溶製するに際し、真空脱炭処理の２０％が経過するまでの間に、炭素含有量が０．５〜９質量％のマンガン系合金鉄を添加し、マンガン系合金鉄中の炭素を酸化・除去することによって溶鋼中のマンガン成分を調整する低炭素鋼の溶製方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、転炉精錬及び真空脱ガス精錬を経て極低炭素鋼を溶製する際に、真空脱ガス精錬の脱炭精錬期の初期にマンガン調整用としてフェロマンガンを投入した溶製方法が提案されている。この場合も、フェロマンガン中の炭素は真空脱ガス精錬の脱炭処理時に酸化・除去される。
【０００７】
低炭素高マンガン鋼を溶製する場合も、転炉での溶銑の脱炭精錬時に転炉内にマンガン鉱石を投入してマンガン鉱石を還元したり、転炉からの出鋼時或いは真空脱ガス精錬時に高炭素フェロマンガンを溶鋼に添加したりすることによって、溶鋼中のマンガン濃度を所定値まで上昇させることは可能であるが、低炭素高マンガン鋼を真空脱炭処理した場合には、溶鋼中にマンガンが多量に含有されているために、酸素は溶鋼中の炭素と反応するのみならず、マンガンとも反応し、マンガンが酸化ロスしてマンガンの歩留まりが悪化するばかりでなく、溶鋼中のマンガン濃度の制御が非常に困難となる。尚、真空脱炭処理とは、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備を用いて、未脱酸状態の溶鋼を高真空処理して脱炭する、或いは、真空処理下で酸素ガスなどの酸素源を溶鋼に添加して脱炭する処理方法である。
【０００８】
従って、この問題を避けるために、低炭素高マンガン鋼の溶製においては、マンガン源を脱ガス処理中に添加する方法が行われており、この場合、低炭素高マンガン鋼の炭素濃度の許容範囲が低く且つ狭いこともあって、炭素含有量の少ない金属マンガンなどのマンガン源を使用せざるを得ず、これらのマンガン源は非常に高価であるため、低炭素高マンガン鋼の溶製コストの上昇を余儀無くされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−８８１１４号公報
【特許文献２】特開平１−３０１８１５号公報
【特許文献３】特開平２−４７２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上の低炭素高マンガン鋼を真空脱炭処理によって溶製するにあたり、マンガンの酸化ロスを抑制した状態で、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を使用することのできる、低炭素高マンガン鋼の溶製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１の発明において、前記マンガン系合金鉄の溶鋼中への吹き込み位置が、真空槽内の溶鋼湯面位置に対して０．３ｍ以上深い位置であることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１または第２の発明において、前記マンガン系合金鉄の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明に係る低炭素高マンガン鋼の溶製方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記真空脱ガス設備がＲＨ真空脱ガス装置であって、前記マンガン系合金鉄の吹込み位置が、真空槽の側壁、上昇側浸漬管、上昇側浸漬管直下の何れかの１種または２種以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄をマンガン源として使用しても、真空脱炭処理におけるマンガンの酸化ロスを抑制することができると同時に、マンガン系合金鉄中の炭素による溶鋼の炭素濃度ピックアップを抑制することができ、低炭素高マンガン鋼を従来に比較して安価に溶製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。本発明者らは、低炭素高マンガン鋼を溶製するにあたり、マンガンの酸化ロスを抑制した状態で、マンガン源として炭素を含有するマンガン系合金鉄を使用することを検討・研究した。以下に、検討・研究結果を説明する。
【００１８】
ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を供給して溶鋼を真空脱炭する場合、マンガンを含有しない溶鋼或いはマンガンの含有量が少ない溶鋼では、供給した酸素ガスは溶鋼中に溶解する以外は主に炭素と反応するだけであるため、酸素源の供給速度を高めることによって脱炭速度を高めることができる。しかしながら、マンガンを０．５質量％以上含有する溶鋼の場合には、供給した酸素ガスは炭素以外にマンガンとも反応するため、脱炭速度を高めて脱炭を効率的に行うためには、酸素とマンガンとの反応を抑制して、酸素と炭素との反応を促進しなければならない。
【００１９】
高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄を、真空脱ガス設備にて精錬中の溶鋼に添加する場合、マンガン系合金鉄の酸化を防止する観点から、従来、真空槽内の溶鋼表面に重力による落下により添加（「上置き添加」と称する）することが一般的である。添加されたマンガン系合金鉄は溶鋼に溶解し、溶鋼の炭素濃度及びマンガン濃度を上昇させる。
【００２０】
本発明者らは、試験を重ねることによって、炭素含有マンガン系合金鉄の添加方法に応じて、添加時の溶鋼中の炭素濃度及びマンガン濃度の上昇度合いが異なることを見出した。即ち、炭素含有マンガン系合金鉄を真空槽内の溶鋼表面に上置き添加するのではなく、溶鋼中に吹き込み添加（インジェクション添加）することにより、炭素含有マンガン系合金鉄の添加に伴う溶鋼での炭素濃度のピックアップを低減でき、且つ、マンガンの添加歩留りを上昇させることができることを確認した。これは、溶鋼中への吹き込み添加により、炭素含有マンガン系合金鉄が溶鋼中を浮上する間に、溶鋼中の溶存酸素によって炭素含有マンガン系合金鉄中の炭素が優先的に脱炭されるためである。溶鋼中の溶存酸素による優先脱炭の現象は、溶鋼中の炭素、マンガン、溶存酸素の挙動からも確認されている。
【００２１】
また、ＲＨ真空脱ガス装置において、炭素含有マンガン系合金鉄の吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さを、０．３ｍ（真空槽の側壁に設けた吹き込みノズルからの吹き込み添加）、１．３ｍ（上昇側浸漬管に設けた吹き込みノズルからの吹き込み添加）、２．５ｍ（取鍋内への浸漬ランスからの吹き込み添加）の３水準に変化させた試験から、添加位置は深ければ深いほど、溶鋼での炭素濃度のピックアップが低減され、且つ、マンガンの添加歩留りが上昇することが分かった。これは、浮上時間が長くなるためであるが、真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さが０．３ｍ以上であれば、上記効果を十分に享受できることが分かった。
【００２２】
また、添加する炭素含有マンガン系合金鉄の粒径は、溶鋼に添加可能なサイズである限り問題はないが、細かいほど、溶鋼での炭素濃度のピックアップが低減され、且つ、マンガンの添加歩留りが上昇することが分かった。これは、反応界面積が増加することによる。この観点から、添加する炭素含有マンガン系合金鉄の粒径は３ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下であればより好ましい。
【００２３】
本発明は、上記検討・研究結果に基づきなされたもので、真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋やトピードカーなどの溶銑搬送用容器で受銑し、次工程の脱炭精錬を行う転炉に搬送する。通常、この搬送途中で、溶銑に対して脱硫処理や脱燐処理などの溶銑予備処理が施されており、本発明においては、低炭素高マンガン鋼の成分規格上からは溶銑予備処理が必要でない場合でも、安価なマンガン源としてマンガン鉱石を転炉内に添加するために、転炉脱炭精錬におけるマンガン鉱石の歩留まりを上昇させる観点から、溶銑予備処理（特に脱燐処理）を実施することが好ましい。
【００２６】
転炉精錬はマンガン源としてマンガン鉱石を添加しつつ、必要に応じて少量の生石灰などを造滓剤として用い、酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑の脱炭精錬を行う。また、脱炭精錬終了後、転炉から取鍋などの溶鋼搬送容器への出鋼時に高炭素フェロマンガンなどの安価なマンガン系合金鉄を添加しても構わない。尚、次工程は、真空脱ガス設備での真空脱炭処理であるので、出鋼時、溶鋼にはＡｌ及びＳｉを添加せず、Ａｌ及びＳｉによる脱酸を実施せずに、溶鋼を未脱酸状態のまま真空脱ガス設備に搬送する。
【００２７】
マンガン鉱石や高炭素フェロマンガンなどの安価なマンガン源を使用するため、出鋼後の溶鋼中の炭素濃度は必然的に高くなるが、それでも、出鋼時にマンガン系合金鉄を添加する場合も含め、出鋼後の溶鋼中の炭素濃度を０．２質量％以下に抑えることが好ましい。溶鋼の炭素濃度が０．２質量％を越えると、次工程の真空脱ガス設備における真空脱炭処理に長時間を費やし、真空脱ガス設備の生産性の低下のみならず、真空脱炭処理時間の延長による温度補償として出鋼時の溶鋼温度を高くする必要が生じ、これに起因する鉄歩留まりの低下や耐火物損耗量の増大などによって製造コストが上昇するため、好ましくない。
【００２８】
次いで、この溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置またはＤＨ真空脱ガス装置、ＶＯＤ炉などの真空脱ガス設備に搬送し、真空脱炭処理を実施する。真空脱ガス設備の代表的な設備はＲＨ真空脱ガス装置であり、以下、真空脱ガス設備としてＲＨ真空脱ガス装置を用いて精錬する例で説明する。
【００２９】
図１に、本発明を実施する際に用いたＲＨ真空脱ガス装置の例を示す。図１はＲＨ真空脱ガス装置の概略縦断面図であり、図１において、１はＲＨ真空脱ガス装置、２は取鍋、３は溶鋼、４はスラグ、５は真空槽、６は上部槽、７は下部槽、８は上昇側浸漬管、９は下降側浸漬管、１０は環流用ガス吹き込み管、１１はダクト、１２は原料投入口、１３は上吹きランスであり、真空槽５は上部槽６と下部槽７とから構成され、また、上吹きランス１３は上下移動が可能となっており、この上吹きランス１３からは酸素ガス及びＡｒガスなどの不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスが真空槽５の内部の溶鋼３の湯面に吹き付けられるようになっている。
【００３０】
また、下部槽７の側壁部には、Ａｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を真空槽内の溶鋼３に吹き込むための吹き込みノズル１４が設置され、上昇側浸漬管８には、Ａｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を上昇側浸漬管８の内部を上昇する溶鋼３に吹き込むための吹き込みノズル１５が設置されている。また、取鍋２と真空槽５の側壁との間隙を昇降して取鍋内の溶鋼３に浸漬し、その先端が上昇側浸漬管８の直下に位置することが可能であり、その先端部からＡｒガスなどの不活性ガスを搬送用ガスとして粉体のマンガン系合金鉄を上昇側浸漬管８の直下の溶鋼３に吹き込むための浸漬ランス１６が設置されている。尚、図１では、粉体のマンガン系合金鉄を溶鋼中に吹き込むための装置として、吹き込みノズル１４、吹き込みノズル１５及び浸漬ランス１６の３種類を示しているが、これは説明を容易とするためであり、これらの全てを備える必要はなく、何れかの１つを備えていればよい。
【００３１】
ＲＨ真空脱ガス装置１では、取鍋２を昇降装置（図示せず）にて上昇させ、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を取鍋内の溶鋼３に浸漬させる。そして、環流用ガス吹き込み管１０から上昇側浸漬管８の内部に環流用Ａｒガスを吹き込むとともに、真空槽５の内部をダクト１１に連結される排気装置（図示せず）にて排気して真空槽５の内部を減圧する。真空槽５の内部が減圧されると、取鍋内の溶鋼３は、環流用ガス吹き込み管１０から吹き込まれるＡｒガスによるガスリフト効果によって、Ａｒガスとともに上昇側浸漬管８を上昇して真空槽５の内部に流入し、その後、下降側浸漬管９を経由して取鍋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。
【００３２】
溶鋼３の環流が形成されて溶鋼３に対してＲＨ真空脱ガス精錬が施されると、溶鋼３が未脱酸状態の場合には、減圧下の真空槽５の内部で溶鋼中の炭素と溶存酸素との反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）が生じ、溶鋼中の炭素はＣＯガスとなって排ガスとともに真空槽５からダクト１１を介して排出され、溶鋼３に対して真空脱炭処理が施される。更に、上吹きランス１３から、酸素ガス或いは不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスが吹き込まれ、溶鋼３の溶存酸素が確保され、溶鋼３の脱炭反応が進行する。この場合、酸素源として溶鋼３に吹き付けるガスは酸素ガス単体ではなく、酸素ガスにＡｒガスなどの不活性ガスを混合することが好ましい。不活性ガスを混合することによって真空槽内の雰囲気ガスのＰcoが低下し、脱炭反応が優先的に起こり、マンガンの酸化を抑制することができる。
【００３３】
この真空脱炭処理中に、高炭素フェロマンガンなどの粉体のマンガン系合金鉄を溶鋼３に吹き込む。粉体のマンガン系合金鉄の吹き込みは、下部槽７に設置した吹き込みノズル１４、上昇側浸漬管８に設置した吹き込みノズル１５、及び浸漬ランス１６のうちの何れかを用いて添加することができる。使用するマンガン系合金鉄としては、最も安価な高炭素フェロマンガンが好ましく、その粒径は、好ましくは３ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下とする。
【００３４】
このようにして真空脱炭処理を施しつつ、溶鋼３の炭素濃度が、目的とする低炭素高マンガン鋼の成分規格値以下になるまで真空脱炭処理を継続し、溶鋼３の炭素濃度が成分規格値以下の所定の値になったなら、上吹きランス１３からの酸素ガスの吹き込みを停止するとともに、原料投入口１２から溶鋼３にＡｌなどの強脱酸剤を添加して溶鋼３を脱酸処理する。Ａｌなどの強脱酸剤の添加により溶鋼３の溶存酸素濃度は急激に低下し、真空脱炭処理が終了する。
【００３５】
真空脱炭処理の終了後も更に数分間程度の環流を継続し、必要に応じてＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉなど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の内部を大気圧に戻してＲＨ真空脱ガス精錬を終了し、低炭素高マンガン鋼を溶製する。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、真空脱ガス設備での真空脱炭処理を施して低炭素高マンガン鋼を溶製する際に、高炭素フェロマンガンなどの炭素を含有するマンガン系合金鉄をマンガン源として使用しても、真空脱炭処理におけるマンガンの酸化ロスを抑制することができると同時に、マンガン系合金鉄中の炭素による溶鋼の炭素濃度ピックアップを抑制することができ、低炭素高マンガン鋼を従来に比較して安価に溶製することが可能となる。
【００３７】
尚、上記説明ではＲＨ真空脱ガス装置１について説明したが、上記に準じて実施することにより、ＤＨ真空脱ガス装置やＶＯＤ炉などの他の真空脱ガス設備にも適用することができる。
【実施例１】
【００３８】
高炉から出銑された溶銑に対して脱硫処理、脱燐処理の溶銑予備処理を施し、この溶銑を用いて転炉精錬し、低炭素高マンガン鋼を溶製する試験（試験番号１〜６）を実施した。転炉ではマンガン源としてマンガン鉱石を添加してマンガン濃度を上昇させ、得られた２５０トンの溶鋼を未脱酸のまま取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼成分は、炭素が０．１０〜０．１３質量％、珪素が０．０５質量％以下、マンガンが０．７〜１．０質量％、燐が０．０３質量％以下、硫黄が０．００３質量％以下であった。この溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送し、真空脱炭処理条件を種々変更して低炭素高マンガン鋼を溶製した。ＲＨ真空脱ガス装置への到着時の溶鋼中の溶存酸素濃度は０．０１〜０．０３質量％であった。
【００３９】
ＲＨ真空脱ガス装置では、環流用Ａｒガス流量を１５００Ｎｌ／ｍｉｎ、真空脱炭処理中の真空槽内の真空度を６．７〜４０ｋＰａ、上吹きランスからの酸素ガス供給量を２０００Ｎｍ3／ｈ、上吹きランスからの酸素ガスの吹き込み時間を１０分とした。上吹きランスのランス高さは６ｍの一定とした。
【００４０】
真空脱炭処理中に添加するマンガン系合金鉄としては、高炭素フェロマンガンを使用した。高炭素フェロマンガンの炭素含有量は約７質量％、マンガン含有量は約７５質量％であり、粒径は５〜１０ｍｍ、３ｍｍ以下、１ｍｍ以下の３水準とした。粒径は篩による分別に基づく。高炭素フェロマンガンの添加方法は、（１）下部槽の側壁部に設けた吹き込みノズルからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：０．３ｍ）、（２）上昇側浸漬管に設けた吹き込みノズルからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：１．３ｍ）、（３）取鍋内溶鋼に浸漬する浸漬ランスからのＡｒガスによる吹き込み添加（吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さ：２．５ｍ）、（４）原料投入口からの真空槽内溶鋼への上置き添加（自然落下）の４水準で実施した。高炭素フェロマンガンの添加速度は１５０〜２５０ｋｇ／ｍｉｎであり、添加量は１２００ｋｇの一定とした。
【００４１】
表１に各試験操業における高炭素フェロマンガンの添加方法、溶鋼成分及び試験結果を示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、本発明を適用した場合（試験番号１〜４）には、マンガン歩留りが８０〜８９％と高く、１０分間の真空脱炭処理による脱炭量は０．０７質量％程度が確保でき、真空脱炭処理終了時の溶鋼中炭素濃度は０．０３０〜０．０３５質量％であった。これに対して、高炭素フェロマンガンを真空槽内溶鋼へ上置き添加した試験番号５では、マンガン歩留りは７２％程度と低く、且つ、１０分間の真空脱炭処理による脱炭量は０．０５質量％程度でしかなく、真空脱炭処理終了時の溶鋼中炭素濃度は０．０６８質量％と高位であった。これは、試験番号５では、溶鋼表面への添加であり、高炭素フェロマンガンが溶鋼中を浮上する間の溶鋼中溶存酸素による優先脱炭が起こらず、真空槽内での脱炭量が増加することによる。
【００４４】
また、粒径３ｍｍ以下の高炭素フェロマンガンを真空槽内溶鋼へ上置き添加した試験番号６では、マンガン歩留りが２８％と大幅に低下した。これは、細かい高炭素フェロマンガンを真空槽内で上置き添加したために、排ガスとともに高炭素フェロマンガンが排気装置によりダクトを介して系外に排出されてしまったからである。尚、マンガン歩留りは、下記の（１）式により定義される。但し、（１）式における「ＦＭｎＨ」は高炭素フェロマンガンの意味である。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また更に、高炭素フェロマンガンを溶鋼中に吹き込み添加する場合に、吹き込み位置の真空槽内溶鋼湯面位置に対する深さが深くなるほど、マンガン歩留りが向上することが分かった。この結果から、高炭素フェロマンガンの吹き込み位置は深ければ深いほど好ましいことが確認できた。また、吹き込み方法が同一である試験番号３と試験番号４とを比較すると、高炭素フェロマンガンの粒径が小さいほどマンガン歩留りが向上することが確認できた。
【００４７】
このように、本発明を適用することで、マンガンの酸化ロスを抑制しつつ溶鋼中の炭素を効率的に除去できることが確認された。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内の試験には本発明例と表示し、それ以外の試験には比較例と表示した。
【符号の説明】
【００４８】
１ ＲＨ真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ スラグ
５ 真空槽
６ 上部槽
７ 下部槽
８ 上昇側浸漬管
９ 下降側浸漬管
１０ 環流用ガス吹き込み管
１１ ダクト
１２ 原料投入口
１３ 上吹きランス
１４ 吹き込みノズル
１５ 吹き込みノズル
１６ 浸漬ランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする、低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項２】
前記マンガン系合金鉄の溶鋼中への吹き込み位置が、真空槽内の溶鋼湯面位置に対して０．３ｍ以上深い位置であることを特徴とする、請求項１に記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項３】
前記マンガン系合金鉄の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項４】
前記真空脱ガス設備がＲＨ真空脱ガス装置であって、前記マンガン系合金鉄の吹込み位置が、真空槽の側壁、上昇側浸漬管、上昇側浸漬管直下の何れかの１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項１】
真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素源を供給して溶鋼に真空脱炭処理を施し、炭素濃度が０．０５質量％以下、マンガン濃度が０．５質量％以上である低炭素高マンガン鋼を溶製する方法であって、炭素を含有するマンガン系合金鉄を前記溶鋼中に吹き込みながら溶鋼に真空脱炭処理を施すことを特徴とする、低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項２】
前記マンガン系合金鉄の溶鋼中への吹き込み位置が、真空槽内の溶鋼湯面位置に対して０．３ｍ以上深い位置であることを特徴とする、請求項１に記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項３】
前記マンガン系合金鉄の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項４】
前記真空脱ガス設備がＲＨ真空脱ガス装置であって、前記マンガン系合金鉄の吹込み位置が、真空槽の側壁、上昇側浸漬管、上昇側浸漬管直下の何れかの１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１５３３２８（Ｐ２０１１−１５３３２８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８８８（Ｐ２０１０−１３８８８）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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