(57)【要約】【課題】本発明は、マンガン損失が従来より確実に低減可能で、且つ安価な低炭素高マンガン溶鋼の溶製方法を提供することを目的としている。【解決手段】転炉で粗脱炭した溶鋼を、高炭素フェロマンガンを添加した後に出鋼し、引き続き真空脱ガス槽を用いて減圧下で酸素ガスを上吹きして仕上げ脱炭するに際して、前記溶鋼中の炭素濃度が０．０６質量％に低下したら、上吹きする酸素ガス流量を上吹き開始する時の４/５〜２/３に低減する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉で粗脱炭した溶鋼を、高炭素フェロマンガンを添加した後に出鋼し、引き続き真空脱ガス槽を用いて減圧下で酸素ガスを上吹きして仕上げ脱炭するに際して、
溶鋼中の炭素濃度が０．０６質量％に低下したら、上吹きする酸素ガス流量を上吹き開始時の４/５〜２/３に低減する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】
前記真空脱ガス槽内の雰囲気圧力を、２５００〜１４０００Ｐａとすることを特徴とする請求項１記載の低炭素高マンガン鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低炭素高マンガン鋼の溶製方法に係わり、特に、真空脱ガス槽内に保持したマンガン含有量の高い溶鋼の表面にランスを介して酸素を吹き付け脱炭し、低炭素高マンガン鋼を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス、石油等を搬送するラインパイプ用鋼管の素材には、低炭素高マンガン鋼（例えば、炭素：０．０２〜０．０６質量％で、マンガン：１.０〜１.８質量％）が多用される。ところが、マンガンは、蒸気圧が高く、蒸発し易いばかりでなく、酸化し易い元素なので、高マンガンの溶鋼を酸素吹錬で溶製するには、経済的な観点より、溶鋼に添加したマンガンの蒸発や酸化による損失を極力抑制することが重要である。
【０００３】
一方、低炭素濃度の溶鋼を溶製するには、予め転炉で炭素濃度を０．０５質量％程度に粗脱炭し、その後、例えばＲＨ式真空脱ガス槽（図５参照）を用いて減圧下で酸素ガスを吹き付け仕上げ脱炭する技術がある。従って、低炭素高マンガン鋼の溶製では、従来より転炉での酸素吹錬に引き続き、真空脱ガス槽（図５参照）での仕上げ脱炭吹錬が行われている。そして、この真空脱ガス槽での脱炭吹錬の負荷を軽減するため、マンガン源として炭素含有量の少ない金属マンガンやフェロマンガン（低炭素フェロマン）が採用されていたが、この炭素含有量の少ない金属マンガンやフェロマンガンは高価であり、製造コストに大きな影響を与えていた。なお、高炭素フェロマンガンは、ＪＩＳ記号ＦＭｎＨ１として、Ｍｎ：７３〜７６質量％、Ｃ：７．３質量％未満とされており、市販品では、Ｍｎ：７５〜８３質量％、Ｃ：５〜８質量％のものがある。一方、低炭素フェロマンガンは、ＪＩＳ記号ＦＭｎＬ１として、Ｃは１質量％以下、中炭素フェロマンガンは、ＪＩＳ記号ＦＭｎＭ０がＣ：１．５質量％以下、ＪＩＳ記号ＦＭｎＭ２がＣ：２．０質量％以下である。したがって、高炭素フェロマンガンの使用は、操業コストを安価にするが、溶鋼の炭素含有量の上昇を招くことになる。なお、マンガン源がフェロマンガンの場合には、粗脱炭した溶鋼を転炉から出鋼する際に添加され、金属マンガンの場合には、真空脱ガス槽内で添加される。
【０００４】
そこで、マンガン源としてより安価な炭素含有量の高いフェロマンガン（高炭素フェロマン）を使用し、マンガン損失を気にせずに送酸する脱炭方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。また、真空槽内の雰囲気圧力を５０００〜４００００Ｐａに保持し、酸素ガスに不活性ガスを混合して吹き付け、マンガンの損失を抑制する脱炭方法も提案された（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００５】
しかしながら、これらの先行技術は、マンガン損失の抑制が不十分であり、また窒素含有量に規制がある鋼種には不活性ガスに高価なアルゴンガスを使用せねばならず、製造コストの低減にはつながらない。
【０００６】
そのため、本出願人は、真空脱ガス槽の真空度を２５００〜１４０００Ｐａに調整しつつ、上吹きランスから吹き付ける酸素ガスが溶鋼に当たる位置（火点という）近傍に、ＣａＯ，ＣａＣＯ3，あるいはＣａ（ＯＨ）2のいずれか１種以上を吹き付け、又は添加することを提案した（特許文献４参照）。これにより、火点温度を低下させてマンガンの蒸発を抑制できると考えたのである。
【０００７】
しかしながら、この技術は、小規模の実験では成功したが、実際の操業ではマンガン損失が期待したほど低減しなかった。
【特許文献１】特開平５−１９５０４６号公報（２頁、図１）
【特許文献２】特開平５−２３０５１９号公報（２頁、図１）
【特許文献３】特開平６−２７１９２３号公報（２頁、図２）
【特許文献４】特開２００２−２５６３２８号公報（２〜３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑み、マンガン損失が従来より確実に低減可能で、且つ安価な低炭素高マンガン溶鋼の溶製方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００１０】
すなわち、本発明は、転炉で粗脱炭した溶鋼を、高炭素フェロマンガンを添加した後に出鋼し、引き続き真空脱ガス槽を用いて減圧下で酸素ガスを上吹きして仕上げ脱炭するに際して、溶鋼中の炭素濃度が０．０６質量％に低下したら、上吹きする酸素ガス流量を上吹き開始時の４/５〜２/３に低減することを特徴とする低炭素高マンガン鋼の溶製方法である。また、本発明の実施では、前記真空脱ガス槽内の雰囲気圧力を、２５００〜１４０００Ｐａとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、真空脱ガス槽で、炭素濃度が低減するに応じて酸素ガス流量を減らし、脱炭を継続する。その結果、過剰な酸素でマンガンが酸化してスラグへ移行するのを防止でき、マンガンの損失を従来より確実に低減できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
一般に、気液反応系で反応速度を高めるには、気液界面に生じる気相境膜を拡散する気体速度が反応速度を律速しないように、供給する気体の流量を十分に確保する必要がある。本発明の対象である真空脱ガス槽を用いた脱炭反応の場合も、溶鋼へ上吹きする酸素ガス流量は、脱ガス槽の容量やその中で環流する溶鋼の量（面積）に応じ、かなり大きな値で操業されている。
【００１４】
しかしながら、この酸素ガス流量が多いことは、炭素より酸素との親和力の大きいマンガンの酸化に対しては好ましくない。そこで、発明者は、脱炭速度を阻害しない程度に酸素ガス流量を低減できれば、マンガンの酸化損失を従来よりも低減できると考え、実際に図５に示したようなＲＨ式真空脱ガス槽を用いた試験操業を多数チャージ行った。試料は、予め転炉での酸素吹錬により炭素濃度を０．０５質量％程度に粗脱炭し、取鍋への出鋼時に高炭素フェロマンガンを添加して、マンガン濃度及び炭素濃度を高めた。なお、高炭素フェロマンガン使用に伴い炭素濃度は上昇している。また、試料重量は、１チャージあたり３００トンであり、添加したフェロマンガンの組成を表１に、ＲＨ式真空脱ガス槽で仕上げ脱炭する前の溶鋼組成を表２に示しておく。さらに、試験操業で採用した酸素ガスの上吹き流量のパターン（上吹き流量の経時変化）は、従来の操業での場合を記号Ａ，新しい試みの場合を記号Ｂとして図１に示す。なお、記号Ｂで示すパターンでの試験操業の実施に際し、酸素ガスの上吹き開始当初は従来方法の場合（パターンＢ）と同じ流量としたのは、初期のうちに脱炭を十分に進行させる意図である。また，これらの試験操業では、３分間隔で溶鋼のサンプリングを行い、分析試料を採取し、炭素及びマンガン濃度を測定している。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
試験結果は、脱炭量ΔＣとマンガン損失量ΔＭｎとの比（この数値が小さいほど同一脱炭量に対してマンガンの損失が少ないことを意味する）を、図２に示すように、脱炭中の溶鋼炭素濃度を横軸にして整理した。図２より明らかなように、溶鋼中の炭素濃度が０．０６質量％より低いところで、ΔＭｎ／ΔＣが従来方法での値より大きくなっている。すなわち、上吹き酸素流量を一定にして脱炭を進行させつつ操業すると、炭素濃度が０．０６質量％まで低下した時点から、脱炭量に対してマンガン損失（酸化して気化、あるいはスラグ移行）が増大し始め、炭素濃度が０．０６質量％以下の段階では、完全に上吹き酸素ガスによる脱炭が停滞する一方で、上吹き酸素ガスによるマンガン損失が増加している。これは、炭素濃度が０．０６質量％まで低下したら、酸素ガスの吹き込み流量を低減しても良いことを示唆している。ちなみに、目標炭素濃度を０．０４質量％、目標マンガン濃度を１．５質量％として、前記パターンＢで操業を行った時の溶鋼中炭素濃度及びマンガン濃度の経時変化を、パターンＡの場合と比較し、それぞれ図３及び図４に示す。これらの図より、パターンＢのように、操業の途中で上吹き酸素ガスの流量を当初の４０ｍ3（標準状態）/ｍｉｎより２７ｍ3（標準状態）/ｍｉｎへと３/４に低減すると、マンガンの損失が従来より低減できることが明らかである。なお、目標炭素濃度０．０２質量％であっても、マンガン損失低減の効果は変らなかった。
【００１８】
そこで、発明者は、酸素ガス流量を減らす時期を、０．０６質量％という炭素濃度を指標にして本発明を完成させたのである。なお、酸素ガス流量の低減量は、仕上げ脱炭前の炭素及びマンガンの濃度、その目標とする炭素及びマンガンの濃度に依存するので、それらの異なる場合で上記のような試験操業を多数行い、予め定めておけば良い。また、０．０６質量％という炭素濃度切替時点は、溶鋼のサンプリングを行いながら炭素濃度を検知する他、脱炭進行はほぼ安定して進むため、溶鋼の炭素の初期濃度がわかれば、処理時間及び／又は酸素ガス吹き込み流量から推定・予測できるものである。ちなみに、そのような試験操業により、該低減量は、操業当初の上吹き酸素ガス流量の４/５〜２/３にあれば良いことがわかった。４/５超えではマンガン損失の低減効果がなく、２/３未満では脱炭が遅くなり、操業時間がかかり過ぎるからである。
【００１９】
また、上記試験では、前記真空脱ガス槽内の雰囲気圧力を５０００Ｐａとしたが、本発明では、２５００〜１４０００Ｐａとするのが好ましい。この雰囲気圧力の範囲であれば、図２に示したΔＭｎ／ΔＣと溶鋼中炭素濃度の推移との関係が成立したからである。
【実施例】
【００２０】
転炉で粗脱炭した溶鋼に高炭素フェロマンガンを投入して、マンガン濃度を調整し、図５に示したＲＨ式真空脱ガス槽で、雰囲気圧力を５０００Ｐａとして仕上げ脱炭を行い、低炭素高マンガン鋼を溶製した。その際、本発明に係る溶製方法を採用した。
【００２１】
操業結果は、従来方法での値と比較し、表３及び表４に一括して示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
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【００２４】
表３及び表４より、本発明によれば、炭素濃度及びマンガン濃度とも目標値に達成していることが明らかである。また、操業時のマンガン歩留まりは従来より向上し、本発明により、操業コストを低減できることも確認された。
【００２５】
なお、上記実施例は、真空脱ガス槽にＲＨ式を用いたが、本発明がそれに限らず、ＤＨ，ＶＯＤ方式であっても有効なことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の基礎にした試験操業での上吹き酸素ガスの流量パターンを示す図である。
【図２】上記試験操業で得た溶鋼のΔＭｎ／ΔＣと、操業中の溶鋼炭素濃度との関係を示す図である。
【図３】上記試験操業での溶鋼中炭素濃度の経時変化を示す一例である。
【図４】図３に対応する溶鋼中マンガン濃度の経時変化を示す一例である。
【図５】ガス上吹き手段を備えたＲＨ式真空脱ガス槽を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    取鍋
２    溶鋼
３    ＲＨ式真空脱ガス槽
４    ガス上吹きランス
５    酸素ガス
６    溶鋼の環流方向を示す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005060782.tif 000009
【図４】
2005060782.tif 000010
【図５】
2005060782.tif 000011