(57)【要約】【課題】  本発明は、金属Ｍｎの使用量を従来より低減し、且つ真空脱ガス装置内での処理を鋳造開始予定時間内で行うことの可能な含マンガン極低炭素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】  目標Ｍｎ濃度が０．３〜３．０質量％である含マンガン極低炭素鋼の溶製方法を改良した。その内容は、前チャージの連続鋳造が終了する時間を鋳造速度で予測して今回チャージの鋳造開始予定時刻を定めると共に、真空脱ガス処理開始時に、現時点から前記鋳造開始予定時刻までの余裕時間を算出し、該余裕時間から、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間及び鋳造準備時間を差し引いた時間を脱炭処理可能時間とし、該脱炭処理可能時間内に脱炭処理が可能となるように、処理開始前に溶鋼中に添加するＦｅ−Ｍｎ合金の投入量を決定し、投入後の溶鋼中の予想Ｍｎ濃度と製品鋼材の目標Ｍｎ濃度との差分を前記キルド処理時に溶鋼中に金属Ｍｎを添加して調整するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉出鋼後の溶鋼にＦｅ−Ｍｎ合金を投入後、真空脱ガス装置で酸素吹錬により脱炭処理し、該脱炭処理後の溶鋼中の予想Ｍｎ濃度と製品鋼材の目標Ｍｎ濃度との差分をキルド処理時に溶鋼中へ金属Ｍｎを添加して製品鋼材中の目標Ｍｎ濃度を０．３〜３．０質量％に調整する含マンガン極低炭素鋼の溶製方法において、
前チャージの連続鋳造が終了する時間を鋳造速度で予測して今回チャージの鋳造開始予定時刻を定めると共に、真空脱ガス処理開始時に、現時点から前記鋳造開始予定時刻までの余裕時間を算出し、該余裕時間から、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間及び鋳造準備時間を差し引いた時間を真空脱ガス処理での脱炭処理可能時間とし、該脱炭処理可能時間内に脱炭処理が終了し、前記金属Ｍｎの添加量が最小となるように、脱炭処理開始前に溶鋼中に添加するＦｅ−Ｍｎ合金の投入量を決定することを特徴とする含マンガン極低炭素鋼の溶製方法。
【請求項２】
前記Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加量を下記（１）及び（２）式で決定することを特徴とする請求項１記載の含マンガン極低炭素鋼の溶製方法。
ｋｔ＝ｌｎ（Ｃｏ−Ｃｅ）                                    ・・（１）
Ｃｏ＝Ｃ１＋ＷＦｅ−Ｍｎ［％ＣＦｅ−Ｍｎ］／Ｗｓｔｅｅｌ          ・・（２）
ここで、ｋ：速度定数
ｔ：脱炭処理可能時間（分）
Ｃｏ：脱炭処理前の溶鋼中炭素濃度（質量％）
Ｃ１：Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加前の溶鋼中炭素濃度の分析値（質量％）
Ｃｅ：溶鋼の脱炭処理時の温度における溶鋼の平衡炭素濃度（質量％）
ＷＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）
ＣＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金中の炭素濃度（質量％）    
Ｗｓｔｅｅｌ：溶製する溶鋼の質量（トン）
【請求項３】
前記真空脱ガス装置をＲＨ方式とすることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の含マンガン極低炭素鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含マンガン極低炭素鋼の溶製方法に係わり、特に、含マンガン極低炭素鋼の生産性を従来より向上させると共に、マンガン含有量（以下、濃度ともいう）の調整に添加する金属マンガンの使用量をも減少させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マンガン（以下、元素記号のＭｎで表す）を含有し、炭素（元素記号：Ｃ）の濃度が１５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼は、炭素濃度が３．８〜４．５質量％の高炉溶銑を転炉で一次脱炭精錬を行い、炭素濃度を０．０４〜０．０６質量％程度の溶鋼として取鍋に出鋼後、真空脱ガス装置の減圧下でさらに酸素吹錬により脱炭処理（二次精錬ともいう）して溶製していた。その際、溶鋼中のＭｎ成分の含有量は、転炉からの出鋼中若しくは前記真空脱ガス装置での処理時に、Ｆｅ−Ｍｎ合金を溶鋼に添加して調整するのが一般的であった。
【０００３】
ところが、Ｍｎを０．３質量％以上含有させた溶鋼を真空脱ガス装置で酸素吹錬により脱炭処理すると、溶鋼中Ｍｎの酸化が起き、多量のＭｎＯを形成してスラグへ移行する。その結果、溶製した高Ｍｎ含有の極低炭素鋼を連続鋳造機で鋳造して鋼鋳片とする時に、スラグに移行した上記ＭｎＯが溶鋼中のアルミニウム（元素記号：Ａｌ）と反応してＭｎになるが、Ａｌ２Ｏ３が形成され、鋼鋳片に該Ａｌ２Ｏ３系の非金属介在物に起因した欠陥が増加する。つまり、溶製した高Ｍｎ含有の極低炭素鋼の清浄度が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そこで、真空脱ガス装置での上記脱炭処理後の溶鋼上に浮いているスラグに還元剤を散布し、該スラグ中の金属酸化物を還元する方法（特許文献１参照）が開発されたが、その方法を用いても、０．３質量％以上の高Ｍｎ含有の極低炭素鋼の場合には、ＭｎＯ含有量が多すぎて、該ＭｎＯの還元が十分に行われなかった。また、前記真空脱ガス装置で酸素吹錬による脱炭処理時に起きるＭｎの酸化を抑制するため、真空度を高め、且つ酸素ガスではなく不活性ガス雰囲気中で希釈脱炭を行う技術もあるが（特許文献２参照）、脱炭速度が遅くなり、脱炭処理時間が延長し、精錬効率の低下を招くという問題があった。そのため、本出願人は、さらなる技術改良を検討し、転炉出鋼後の溶鋼を真空脱ガス装置で減圧下で酸素吹錬により脱炭処理して、Ｍｎを０．３〜３質量％含有する極低炭素鋼を溶製するに際して、前記脱炭処理前の溶鋼中Ｍｎ濃度を０．３質量％以下に抑えて脱炭処理してから脱酸処理を行うと共に、該脱酸処理後に、前記真空脱ガス装置内圧力を１３３０〜６６７０Ｐａに維持しつつ金属Ｍｎを添加して溶鋼中Ｍｎ濃度を所望値に調整する含マンガン極低炭素鋼の製造方法を開発し、実用している（特許文献３参照）。
【０００５】
この技術によれば、確かに非金属介在物の量が減り、清浄度に関しては満足できる含マンガン極低炭素鋼の溶製が可能になった。しかしながら、高価な金属Ｍｎの使用で製造コストが高くなるし、脱炭処理時間が長くなり、得られた溶鋼を次工程の連続鋳造機に送っても、鋳造開始予定時間に間に合わなくなるという欠点がある。つまり、連続鋳造に遊び時間が生じ、生産性が低下する。そのため、特許文献３記載の技術にもまだ改良の余地が残されているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２５６８３６号公報
【特許文献２】特開平６−２７１９２３号公報
【特許文献３】特開２００３−２５３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、金属Ｍｎの使用量を従来より低減すると共に、真空脱ガス装置内での脱炭処理等を鋳造開始予定時間内で行うことの可能な含マンガン極低炭素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】
【０００８】
本出願人は、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。
【０００９】
すなわち、本発明は、転炉出鋼後の溶鋼にＦｅ−Ｍｎ合金を投入後、真空脱ガス装置で酸素吹錬により脱炭処理し、該脱炭処理後の溶鋼中の予想Ｍｎ濃度と製品鋼材の目標Ｍｎ濃度との差分をキルド処理時に溶鋼中へ金属Ｍｎを添加して製品鋼材中の目標Ｍｎ濃度を０．３〜３．０質量％に調整する含マンガン極低炭素鋼の溶製方法において、
前チャージの連続鋳造が終了する時間を鋳造速度で予測して今回チャージの鋳造開始予定時刻を定めると共に、真空脱ガス処理開始時に、現時点から前記鋳造開始予定時刻までの余裕時間を算出し、該余裕時間から、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間及び鋳造準備時間を差し引いた時間を真空脱ガス処理での脱炭処理可能時間とし、該脱炭処理可能時間内に脱炭処理が終了し、前記金属Ｍｎの添加量が最小となるように、脱炭処理開始前に溶鋼中に添加するＦｅ−Ｍｎ合金の投入量を決定することを特徴とする含マンガン極低炭素鋼の溶製方法である。
【００１０】
この場合、前記Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加量を下記（１）及び（２）式で決定するのが好ましい。
【００１１】
ｋｔ＝ｌｎ（Ｃｏ−Ｃｅ）                                    ・・（１）
Ｃｏ＝Ｃ１＋ＷＦｅ−Ｍｎ［％ＣＦｅ−Ｍｎ］／Ｗｓｔｅｅｌ          ・・（２）
ここで、ｋ：速度定数
ｔ：脱炭処理可能時間（分）
Ｃｏ：脱炭処理前の溶鋼中炭素濃度（質量％）
Ｃ１：Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加前の溶鋼中炭素濃度の分析値（質量％）
Ｃｅ：溶鋼の脱炭処理時の温度における溶鋼の平衡炭素濃度（質量％）
ＷＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）
ＣＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金中の炭素濃度（質量％）    
Ｗｓｔｅｅｌ：溶製する溶鋼の質量（トン）
また、前記真空脱ガス装置をＲＨ方式とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、真空脱ガス装置内での処理を連続鋳造機の鋳造開始予定時間内で行うことができ、含マンガン極低炭素鋼の溶製時間が短縮し、生産性も向上する。また、Ｆｅ−Ｍｎ合金を許容し得る最大限の量で使用できるので、金属Ｍｎの使用量を従来より低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】脱炭処理開始時の溶鋼中炭素濃度及びマンガン濃度と該溶鋼の推定脱炭処理可能時間との関係の一例を示す図である。
【図２】本発明の内容を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、発明者は、従来技術の問題点である「真空脱ガス装置内での脱炭処理等を鋳造開始予定時間内で行えない」ということについての対策を検討した。そして、図２に示すように、前チャージの連続鋳造が終了する時間を鋳造速度で予測して今回チャージの鋳造開始予定時刻を定めることにした。そのようにすれば、真空脱ガス処理開始時に、現時点から前記鋳造開始予定時刻までの余裕時間が算出でき、該余裕時間から、予め定めることの可能な、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間及び鋳造準備時間を差し引いた時間を真空脱ガス処理での脱炭処理可能時間とすることができるからである。したがって、該脱炭処理可能時間内に脱炭処理が終了すれば、前記問題点は解決することになる。
【００１６】
そのためには、この脱炭処理時間を公知の脱炭反応速度式から推定することになるが、脱炭反応速度式としては種々のものがあり、本発明では特に限定しない。ただし、簡便性の観点では、下記の（１）式を用いるのが好ましい。
【００１７】
（１）式は、脱炭反応速度が一次式で近似できるとし、その式を積分して導出し得たものである。つまり、（１）式によれば、速度定数：ｋは過去の操業データとして含Ｍｎ溶鋼の場合の値として既知なので、脱炭処理可能時間（分）：ｔを、脱炭処理前の溶鋼中炭素濃度（質量％）：Ｃｏと溶鋼の脱炭処理時の温度における溶鋼の平衡炭素濃度（質量％）：Ｃｅとの差の関数として求められる。
【００１８】
ｋｔ＝ｌｎ（Ｃｏ−Ｃｅ）                                    ・・（１）
ここで、ｔ：脱炭処理可能時間（分）
Ｃｏ：脱炭処理前の溶鋼中炭素濃度（質量％）
Ｃｅ：溶鋼の脱炭処理時の温度における溶鋼の平衡炭素濃度（質量％）
この場合、Ｃｅは、脱炭処理時の温度が決まると過去の公知データから定まるので、Ｃｏを決める必要がある。このＣｏは、（２）式で表すことができるので、Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加前の溶鋼中炭素濃度：Ｃ１、添加するＦｅ−Ｍｎ合金中の炭素濃度（質量％）：ＣＦｅ−Ｍｎ、溶製する溶鋼の質量（トン）：Ｗｓｔｅｅｌ：がわかれば良い。Ｃ１は事前に分析することで容易に把握でき、ＣＦｅ−Ｍｎ及びＷｓｔｅｅｌは定まるが、（１）式の脱炭処理時間を推定するには、添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）：ＷＦｅ−Ｍｎを知る必要がある。ところが、この添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）：ＷＦｅ−Ｍｎは、どうしても未知として残ってしまう。
【００１９】
Ｃｏ＝Ｃ１＋ＷＦｅ−Ｍｎ［％ＣＦｅ−Ｍｎ］／Ｗｓｔｅｅｌ          ・・（２）
ここで、Ｃ１：Ｆｅ−Ｍｎ合金の添加前の溶鋼中炭素濃度の分析値（質量％）
ＷＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）
ＣＦｅ−Ｍｎ：添加するＦｅ−Ｍｎ合金中の炭素濃度（質量％）    
Ｗｓｔｅｅｌ：溶製する溶鋼の質量（トン）
そこで、発明者は、脱炭処理時間を推定のではなく、（１）式及び（２）式を組み合わせて、ｔに前記脱炭処理可能時間を代入し、添加するＦｅ−Ｍｎ合金の質量（トン）：ＷＦｅ−Ｍｎを求めるようにすれば、脱炭処理可能時間内に脱炭処理が終了できると考え、その考えを本発明に具現化したのである。ちなみに、脱炭処理開始時のＭｎ濃度を、０．１、０．２及び０．３質量％と仮定した場合の脱炭処理開始時のＣ濃度とその脱炭処理時間との関係は、計算によると図１のようになる。
【００２０】
次に、前記金属Ｍｎの添加量が最小となるようにする必要がある。そのために、発明者は、転炉出鋼後の溶鋼にＦｅ−Ｍｎ合金をできる限り多く投入することにして、真空脱ガス装置で酸素吹錬により脱炭処理し、該脱炭処理後の溶鋼中の予想Ｍｎ濃度と製品鋼材の目標Ｍｎ濃度との差分を金属Ｍｎの添加で調整するようにしたのである。ただし、Ｆｅ−Ｍｎ合金の投入量は、溶鋼中のＭｎ濃度が０．３質量％以下に抑えるのが好ましい。脱炭処理時での酸化を防止するためである。
【００２１】
なお、本発明を具体的に実施するには、真空脱ガス装置が必要であるが、実績のあるＲＨ方式のものを使用するのが好ましい。
【実施例】
【００２２】
転炉で一次脱炭した溶鋼（Ｃ：０．０４質量％）３２２トンを取鍋へ出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置にて酸素吹錬で二次脱炭してから連続鋳造にて高Ｍｎ極低炭素鋼（Ｃ：０．００２０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．６５〜０．７５ｍａｓｓ％）のスラブを製造する。その際、本発明に係る高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法を適用した。
【００２３】
まず、いずれのチャージも前チャージの連続鋳造が終了する時間を鋳造速度で予測して今回チャージの鋳造開始予定時刻を定める。この場合、鋳造速度は１．７ｍ／ｍｉｎで一定であったので、前チャージの連続鋳造が終了する時間は容易に予測でき、次回チャージの鋳造開始予定時刻を定めることができた。そして、真空脱ガス処理開始時に、図２に示すように、現時点から前記鋳造開始予定時刻までの余裕時間を算出すると同時に、該余裕時間から、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間及び鋳造準備時間を差し引いた時間を真空脱ガス処理での脱炭処理可能時間とした。具体的には、真空脱ガス処理におけるキルド処理所要時間は８分、真空脱ガス処理終了から連続鋳造設備への溶鋼の搬送所要時間は１０分及び鋳造準備時間は２分で一定とした。
【００２４】
次に、脱炭処理開始前に溶鋼中に添加するＦｅ−Ｍｎ合金の投入量を決定する必要があるが、それは、前記したように、溶鋼中の炭素濃度を定量した後、（１）及び（２）式を組み合わせることで求めた。そして、溶鋼中炭素濃度を該Ｆｅ−Ｍｎ合金を取鍋内の溶鋼に投入し、ＲＨ真空脱ガス装置で減圧下二次脱炭を行ってから、引き続きアルミニウムを添加してキルド脱酸を行った。このキルド脱酸時に、前記金属Ｍｎの添加量が最小となるように、脱炭処理後の溶鋼中の予想Ｍｎ濃度と製品鋼材の目標Ｍｎ濃度との差分を調整する金属Ｍｎを添加して製品鋼材中の目標Ｍｎ濃度に合うようにした。その結果、表１及び表２に示すように、真空脱ガス装置内での処理を連続鋳造機の鋳造開始予定時間内で行うことができ、含マンガン極低炭素鋼の溶製時間が短縮し、生産性が向上したばかりでなく、Ｆｅ−Ｍｎ合金を許容し得る最大限の量で使用できるので、金属Ｍｎの使用量を従来より低減できた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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