(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭し、溶鉄中に炭化水素を添加して加炭することにより溶鉄の炭素濃度を調整する方法であって、前記炭化水素の添加速度から換算される炭素添加速度が溶鉄質量トン当り０．２kg/min以下であることを特徴とする炭素濃度調整方法。
【請求項２】
溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭後に、脱酸処理し、溶鉄内に炭化水素を添加して加炭することにより溶鉄の炭素濃度を調整する方法であって、前記炭化水素の添加速度から換算される炭素添加速度が溶鉄質量トン当り０．２kg/min以下であることを特徴とする炭素濃度調整方法。
【請求項３】
炭化水素を多重管の最外管以外の多重管の流路から溶鉄中に添加することを特徴とする請求項１または２に記載の炭素濃度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鉄中に加炭剤を添加して行う溶鉄の炭素濃度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標濃度範囲が設けられた鋼種を精錬して炭素濃度を目標濃度範囲に調整する場合、精錬中の溶鉄中の炭素濃度を連続的に測定することは困難であり、例えば真空脱炭精錬処理では、真空脱炭前の炭素濃度と排ガス分析結果から処理中の炭素濃度を推定する方法が行われている。
【０００３】
しかし、溶鉄中の［Ｃ］濃度が、例えば０．０１５〜０．０２４質量％（以下、単に％で質量％を示す）という狭幅の炭素濃度範囲が近年求められている。
【０００４】
この狭幅な範囲の炭素鋼を得るには、排ガス分析結果からの情報だけでは十分でなく、例えば特開平４−１４３２１０号公報には、狭幅の範囲が要求される炭素鋼を得るための真空脱ガス精錬方法が提案されている。
【０００５】
その発明の骨子は、真空脱ガス処理時の真空圧力を１．３×１０4 〜４×１０4 Ｐａ（１００〜３００Torr）に管理し、従来に比較して低い真空度で真空脱炭処理を行うことにあり、その結果、脱炭速度を遅く設定することが可能となり、狭幅の範囲が要求される炭素鋼でも的中率を高めることができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように脱炭速度を遅くした場合には、確かに炭素濃度の的中率を高めることは可能であるが、脱炭時間が長くなるという新たな問題が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、溶鉄を過剰に脱炭処理し、加炭剤を添加して炭素濃度を調整する方法において、加炭剤の歩留まりが高く、的中率の良好な溶鉄の炭素濃度調整を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、溶鉄中に炭化水素を添加する速度を変化させる加炭試験を重ねた結果、下記の知見を得た。
【０００９】
溶鉄中への炭化水素の添加速度を徐々に上げて加炭試験を行うと、ある炭化水素の添加速度で急激に炭化水素の加炭剤としての歩留まりが低下することがわかった。
【００１０】
図１は、炭素添加速度と炭化水素の加炭剤歩留まりとの関係を示すグラフである。
【００１１】
なお、横軸の炭素添加速度とは、溶鉄質量１トン（以下、単にｔともいう）当りの炭化水素の添加速度（m3 (標準状態）/min・ｔ）から換算される炭素添加速度（kg/min・ｔ）を意味する。
【００１２】
換算方法は、例えば、炭化水素としてＣ3 Ｈ8 を使用し、炭化水素の添加速度が１m3 (標準状態）/min・ｔの場合に、以下の通りである。
【００１３】
Ｃ3 Ｈ8 が１kmolのガス量は、２２．４m3 (標準状態）であるから、１m3 (標準状態）のガス量は、１／２２．４＝０．０４４６kmolの相当する。
【００１４】
Ｃ3 Ｈ8 には、３個の炭素原子が入っており、炭素原子量は１２ｋｇ／kmolであるので、炭化水素から換算される炭素分は、０．０４４６kmol×３×１２ｋｇ／kmol＝１．６ｋｇとなる。
【００１５】
従って、Ｃ3 Ｈ8 の添加速度が１m3 (標準状態）/min・ｔであれば、炭素添加速度は１．６kg/min・ｔとなる。
【００１６】
同図に示すように、炭素添加速度が０．２kg/min・ｔを越えると炭素の加炭剤としての歩留まりが急激に低下することがわかった。
【００１７】
歩留まりが急激に低下する理由は、炭素添加速度が０．２kg/min・ｔを越えると炭化水素の分解で発生する水素気泡が溶鉄と炭化水素との接触を遮断するからであると推定できる。
【００１８】
炭素添加速度が０．２kg/min・ｔを越えると、炭素の加炭剤としての歩留まりが急激に低下することから、所定の加炭量に対して大量の炭化水素を添加することが必要となりコストアップの問題を生じることが判明し、炭素添加速度を溶鉄質量ｔ当り０．２kg/min以下で加炭する必要があることがわかった。
【００１９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。
（１）溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭し、溶鉄中に炭化水素を添加して加炭することにより溶鉄の炭素濃度を調整する方法であって、前記炭化水素の添加速度から換算される炭素添加速度が溶鉄質量トン当り０．２kg/min以下であることを特徴とする炭素濃度調整方法。
（２）溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭後に、脱酸処理し、溶鉄内に炭化水素を添加して加炭することにより溶鉄の炭素濃度を調整する方法であって、前記炭化水素の添加速度から換算される炭素添加速度が溶鉄質量トン当り０．２kg/min以下であることを特徴とする炭素濃度調整方法。
（３）炭化水素を多重管の最外管以外の多重管の流路から溶鉄中に添加することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の炭素濃度調整方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
２５０質量トン（以下、単にｔともいう）規模のＲＨ真空脱ガス装置（以下、単にＲＨともいう）にて、初期炭素濃度０．０４％から真空脱炭を行い、炭素の目標濃度範囲を０．０１５〜０．０２４％に指定された溶鉄を溶製した例で従来技術と本発明とを比較する。
【００２１】
前記特開平４−１４３２１０号公報に開示されている真空度を２．６６×１０4 Ｐａ（２００Torr）一定として脱炭処理をした場合には、脱炭速度定数Ｋ（１/min）は０．０５となる。
【００２２】
脱炭速度定数Ｋは以下の式で求められる。
−ｄ［Ｃ］／ｄｔ＝Ｋ・［Ｃ］
このとき、０．０４％から目標濃度範囲の上限である０．０２４％に到達する時間は１０．２分、０．０４％から目標濃度範囲の下限である０．０１５％に到達する時間は１９．６分であり、脱炭処理中に目標濃度範囲に入っていた時間は、１９．６−１０．２＝９．４分間と長く、ばらつき要因が他にあったとしても炭素濃度を目標濃度範囲に制御することは容易である。
【００２３】
しかし、従来技術で述べたように脱炭速度が遅く脱炭時間が長いという問題がある。
【００２４】
そこで、短時間に炭素濃度の成分調整が終了する方法として、通常操業通り真空排気系能力の許す限り真空度を上げて真空脱炭処理を行った結果、脱炭速度定数Ｋ（１/min）は０．３と高くなった。
【００２５】
しかし、０．０４％から目標濃度範囲の上限である０．０２４％に到達する時間は１．７分、０．０４％から目標濃度範囲の下限である０．０１５％に到達する時間は３．３分であった。
【００２６】
したがって、真空脱炭処理中に狙いの範囲に入っていたのは３．３−１．７＝１．６分間に過ぎず、真空脱炭のみでこの成分範囲に制御することは困難であると言える。
【００２７】
そこで、はじめから目標濃度範囲の下限よりも低い濃度まで脱炭し、その後コークスなどの固体炭素剤を用いて加炭処理を行う方法が考えられる。
【００２８】
しかし、固体炭素剤は、ＲＨ真空脱ガス装置等の真空槽内の合金投入口から落下により添加するが、固体炭素剤は一般的に比重が軽く、排気系から排出されたり、真空槽内壁に付着堆積する割合が多く歩留まりが低く、しかも歩留まりの変動が大きいという問題がある。
すなわち、固体炭素剤では、精度よく加炭することが困難である。
【００２９】
発明者らは、炭素を安定して歩留まりよく添加できる方法として、炭化水素中の炭素を利用することに着眼した。
【００３０】
一方、従来から例えば酸素底吹き転炉の底吹き羽口から流す酸素の発熱対策として、底吹き羽口を二重管構造とし、内管に酸素、外管に炭化水素を流し、炭化水素の分解時の吸熱冷却作用を活用して炭化水素の流量を酸素の発熱量とバランスするように酸素流量の約５％程度を流すことが一般的に実施されている。
【００３１】
しかし、炭化水素の分解で生じた炭素は、炭化水素流量の約２０倍の流量の酸素に消費され、ＣＯガスに添加するため、溶鉄の加炭剤としての機能を利用できない。
【００３２】
炭化水素は、通常の固体加炭剤のように排気系に排出されたり、内壁に付着したりすることがないため、炭化水素流量と時間を管理するだけで加炭量を設定できるという利点がある。
【００３３】
しかし、前述のように炭化水素の添加速度から換算される炭素添加速度が溶鉄ｔ当り０．２kg/min・ｔを越えると炭化水素の分解にともない水素気泡が大量に発生し、溶鉄と添加した炭化水素との接触を遮断する現象が生じるため、歩留まりが大きく低下する。
【００３４】
本発明に使用する炭化水素は、例えばＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ8 、Ｃ4 Ｈ10などであり、これらの炭化水素を単独あるいは混合して用いることができる。
【００３５】
また、溶鉄中に溶解酸素が多量に残留していると、分解で生じた炭素が溶解酸素と反応してＣＯガスを形成し、同様に炭素の歩留まりが低下するおそれがあるため、溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭後に、脱酸処理を行うことが好ましい。
【００３６】
脱酸処理は、ＡｌまたはＡｌ合金等を溶鉄中に添加し、通常の環流処理を行うことで実施できる。
【００３７】
本発明は、ＲＨ、ＤＨあるいはＶＯＤ、タンク脱ガスなどの真空脱ガス装置を用いることができる。また、転炉やＡＯＤ等の精錬炉にも用いることもできる。
【００３８】
以下では、本発明をＲＨで行う場合について説明する。
（１）溶鉄を転炉にて吹錬した後に取鍋へ未脱酸あるいは弱脱酸で出鋼し、溶鉄中の酸素濃度を１００ppm 以上の状態でＲＨ真空脱ガス装置へ搬送し、真空脱炭を行う。
【００３９】
（２）真空脱炭処理中には脱炭のために必要な酸素を酸化鉄あるいは酸素ガスの形態で溶鉄に添加する。
【００４０】
（３）溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭し、溶鉄中に炭化水素を添加して加炭することにより溶鉄の炭素濃度を調整する。
【００４１】
（４）溶鉄を炭素の目標濃度範囲の下限を超えて脱炭し、溶鉄の酸素濃度が０．０８％を超えるときには、脱酸処理し、溶鉄の酸素濃度を０．０８％以下とした後に溶鉄内に炭化水素の添加口から添加して加炭することが望ましい。
【００４２】
（５）炭化水素の添加手段は、環流ガス供給用羽口、取鍋内に浸漬したランスのノズル、真空槽内耐火物側壁の羽口等が使用できる。
【００４３】
（６）  炭化水素の添加口は、単管でもよいが、炭化水素の分解は吸熱反応であり、添加口が冷却され、溶鉄が添加口に固着し易くなり、炭化水素の流量制御等が困難になるおそれがある。従って、添加口の炭化水素分解時の冷却を防止するために、二重管または三重管等の多重管を用いることが望ましい。
【００４４】
すなわち、添加口に二重管を使用する場合、内管に炭化水素を供給し、外管に不活性ガスを供給することにより、外側の不活性ガスが断熱材の役目を果たし添加口の冷却を防止することができる。
【００４５】
また、添加口の大きさに余裕があれば、三重管も有効であり、最も内側の内管または内管の外側の中管に炭化水素を供給し、最も外側の外管に不活性ガスを供給することにより、最も外側の外管を通る不活性ガスが断熱材の役目を果たし添加口の冷却を防止することができる。
【００４６】
多重管に供給される断熱用の不活性ガスとしてはＡｒ、Ｎ2 、ＣＯ、ＣＯ2 などが単独あるいは混合したもので使用できる。
【００４７】
【実施例】
２５０ｔ転炉で粗脱炭した溶鉄を取鍋に出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置で真空脱炭を行ない、溶鉄中の［Ｃ］の目標濃度範囲を０．０１５〜０．０２４％として溶製した。
【００４８】
ＲＨ真空脱ガス装置で目標濃度範囲の下限を超えて０．０１％まで過剰脱炭し、ＲＨ真空脱炭後、加炭目標炭素濃度を０．０１６％に設定して必要な添加炭素量（ｋｇ／ｔ）を定めた。
【００４９】
必要添加炭素量（ｋｇ／ｔ）から決められる炭化水素（Ｃ3 Ｈ8 ) のガス量（m3 (標準状態）/ ・ｔ）を換算し、環流ガス用羽口の添加口は二重管構造で内管から所定流量（m3 (標準状態）/min・ｔ）を設定し、外管からのＡｒ流量を一定流量の０．００１m3 (標準状態）/min・ｔとした。
表１に試験結果を示す。
【００５０】
【表１】
0003646592.tif 000002
【００５１】
表１に示すように、試験番号１のコークスを加炭剤として使用し、必要量を溶鉄中に一括添加した従来例では、加炭剤の歩留まりが５０％と低く、さらに、１０ヒート実施時の歩留まりの最高値と最小値の差である歩留まりのばらつきが４０％と大きかったため、１回の加炭処理での的中率が５０％と低かった。
【００５２】
試験番号２〜６の炭化水素を加炭剤として使用した場合、炭素添加速度が０．２kg/min・ｔ以下では加炭剤の歩留まりが９２〜９８％と高く、かつ、歩留まりのばらつきが２〜３と小さいために的中率は１００％となり良好であった。
【００５３】
試験番号７〜８の炭化水素を加炭剤として使用した場合でも、炭素添加速度が０．２kg/min・ｔ超では加炭剤の歩留まりが４０〜７０％と低く、かつ、歩留まりのばらつきが１５〜３０％と大きいため、的中率が低下した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により、加炭剤の歩留まりが高く、的中率の良好な溶鉄の炭素濃度調整が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素添加速度と加炭剤の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図１】
0003646592.tif 000003