(57)【要約】  本発明は、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を保有する過程で脱窒又は吸窒防止を行うことにより、吸窒による後続工程又は追加の脱窒工程を省略するために、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を準備する準備段階と、上記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を融点以上の温度に維持する維持段階と、上記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属と準備された溶鋼を合わせ湯する合わせ湯段階と、を含み、上記維持段階が行われている途中で上記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する吸窒防止又は脱窒段階が行われるマンガン含有溶鋼製造方法を提供する。
2016519217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を準備する準備段階と、
前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を融点以上の温度に維持する維持段階と、
前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属と準備された溶鋼とを合わせ湯する合わせ湯段階と、
を含み、
前記維持段階が行われている途中で前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する吸窒防止又は脱窒段階が行われることを特徴とするマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項２】
前記維持段階と前記吸窒防止又は脱窒段階は、保温炉で行われ、
前記吸窒防止又は脱窒段階は、雰囲気用Ａｒガスを前記保温炉の内部に供給して保温炉の内部圧力を正圧に維持することを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項３】
前記維持段階と前記吸窒防止又は脱窒段階は、保温炉で行われ、
前記吸窒防止又は脱窒段階は、保温炉の上部及び下部のうち少なくとも一つでＡｒによる攪拌によって行われることを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項４】
前記吸窒防止又は脱窒段階は、溶融合金鉄のＳｉ組成が１．５ｗｔ％以上となるようにＳｉを投入することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項５】
前記保温炉は、
ケースと、
前記ケースの内部に液相又は固相の合金鉄又は非鉄金属を収容するように内部空間を備えた収容部と、
前記収容部の合金鉄又は非鉄金属を加熱する熱源部と、
前記収容部の上側から収容部の内部空間を密閉するカバーと、
を含み、
前記カバーは、不活性ガス供給部と連結され、収容部で溶融状態の合金鉄又は非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する雰囲気ガス提供部を含むことを特徴とする請求項２に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項６】
前記準備段階は、前記保温炉で行われることを特徴とする請求項５に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項７】
前記準備段階で準備される溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の量は、前記合わせ湯段階で求められる溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の量より多く、
前記合わせ湯段階では、前記求められる量分だけを溶鋼に合わせ湯し、残りは持続的に融点以上の温度に維持されることを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項８】
前記準備段階は、Ｍｎ含量によるＰ含量が下記の式で導出されたＰ含量を満たす固相ＦｅＭｎ、Ｍｎ  Ｍｅｔａｌを溶融して行われることを特徴とする請求項２又は３に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
［数１］
Ｐ含量（ｗｔ％）＜−０．０２６×（目標とするマンガン含有溶鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））＋（４．７２×１０−４）×（目標とするマンガン含有溶鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））２
【請求項９】
前記保温炉の前記熱源部は、誘導コイルを含み、
前記準備段階は、前記誘導コイルの誘導加熱によって行われることを特徴とする請求項６に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１０】
前記合わせ湯段階は、前記溶鋼が入っている取鍋に前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属が注がれながら行われ、
前記合わせ湯段階において、前記溶鋼と前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属とを攪拌する攪拌段階が共に行われ、
前記攪拌段階は、前記取鍋の下部から不活性ガスを供給して行われることを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１１】
前記合わせ湯段階は、前記溶鋼が入っている取鍋に前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属が注がれながら行われ、
前記合わせ湯段階において、前記溶鋼と前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属とを攪拌する攪拌段階が共に行われ、
前記攪拌段階は、前記取鍋の上部から攪拌機が溶湯に投入されて行われることを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１２】
前記維持段階は１３００〜１５００℃の間を維持し、
前記合わせ湯段階の直前に溶鋼の状態と目標とする高マンガン溶鋼の状態を考慮して前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の温度を昇温させる昇温段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１３】
前記合わせ湯段階の後に、Ａｌ、Ｃ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｓｉ及びＮｉのうち少なくとも一つ以上を投入する真空精錬段階（ＲＨ）又は取鍋炉（ＬＦ）精錬段階が行われることを特徴とする請求項１に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１４】
前記合わせ湯段階の後に、真空精錬段階を行いながら脱水素処理が行われることを特徴とする請求項１３に記載のマンガン含有溶鋼製造方法。
【請求項１５】
ケースと、
前記ケースの内部に液相又は固相の合金鉄又は非鉄金属を収容するように内部空間を備えた収容部と、
前記収容部の合金鉄又は非鉄金属を加熱する熱源部と、
前記収容部の上側から収容部の内部空間を密閉するカバーと、
を含み、
前記カバーは、不活性ガス供給部と連結され、収容部で溶融状態の合金鉄又は非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する雰囲気ガス提供部を含む保温炉。
【請求項１６】
前記熱源部は、
前記収容部を取り囲む誘導コイルと、
前記カバーに備えられる電極棒と、
前記カバーに備えられるプラズマと、の中の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の保温炉。
【請求項１７】
前記熱源部と連結された制御部を含み、
前記制御部は、１３００〜１５００℃の間を維持し、合わせ湯の直前に溶鋼の温度と目標とする高マンガン溶鋼の温度とを考慮して溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の温度を昇温させることを特徴とする請求項１６に記載の保温炉。
【請求項１８】
前記カバーは、前記収容部の上側に配置され、前記カバーの内面には、雰囲気ガス提供管が配置され、雰囲気ガスを保温炉の内部に供給する際に、保温炉の内部圧力を一定の正圧に維持するようにベントが備えられることを特徴とする請求項１５に記載の保温炉。
【請求項１９】
前記カバーを介して前記収容部の内部の溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の内部に伸びる吸入部と、
前記吸入部に連結され、前記吸入部から吸入された溶融金属を取鍋に吐出する吐出部と、
前記吸入部と前記吐出部との間を連結して溶融金属が通過する移動部と、
前記移動部に連結され、初期圧力差を発生させるための初期圧力ポートを含むサイフォン構造部と、
前記ケースの下部に連結され、サイフォン構造部の動作を補助するように前記ケースを昇降させる駆動部と、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の保温炉。
【請求項２０】
前記ケースに連結され、前記ケース及び収容部を上昇及び下降させる駆動部と、
前記ケースの外面に形成された第１のガイドと、
前記ケースの外側に配置され、前記第１のガイドが上昇する場合に第１のガイドと接して前記第１のガイドの上昇を防止するガイドローラーを含むガイドフレームと、
を含み、
水平面上で前記ケースと駆動部との連結位置は、前記ガイドローラーの位置より後方に配置され、駆動部の上昇駆動によるケース移動の際に、前記ケースは前記ガイドローラーに前記第１のガイドが引っ掛かることにより前方に傾動することを特徴とする請求項１５に記載の保温炉。
【請求項２１】
高マンガン含有金属を溶融金属として提供するＭｎ供給部と、
溶鋼を提供する溶鋼供給部と、
前記溶鋼供給部と前記Ｍｎ供給部との間を移動し、前記Ｍｎ供給部からは高マンガン含有金属の溶融金属を受け、前記溶鋼供給部からは溶鋼を受けて合わせ湯する取鍋と、
を含み、
前記Ｍｎ供給部は、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の保温炉を含むことを特徴とするマンガン含有溶鋼製造設備。
【請求項２２】
前記取鍋の下部には不活性ガス供給管が形成されており、
前記取鍋は、前記Ｍｎ供給部から高マンガン含有金属の溶融金属を受ける位置又は前記溶鋼供給部から溶鋼を受ける位置で不活性ガス供給部と連結され、合わせ湯の際に不活性ガスで溶融金属と  溶鋼を攪拌することを特徴とする請求項２１に記載のマンガン含有溶鋼製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンガン含有鋼の製造方法に関し、より詳細には、転炉（Ｂａｓｉｃ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ）を用いてマンガン含量の高い鋼種を生産するにあたり、投入される合金元素量が多いことから発生する溶鋼の温度の下降、及び製造原価の増加を解消し、且つ製造されるマンガン含有溶鋼の品質を上昇させて、追加の処理工程を省略するマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備に関する。
【０００２】
また、本発明は、マンガン含有鋼の製造において、互いに異なる容量及び生産時間を有しても、溶融金属の合わせ湯の際に品質の低下が発生しないマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、高Ｍｎ鋼は、Ｍｎを１〜５重量％程度含有しており、一部のステンレス鋼においてもマンガンの含量が１０重量％以下の鋼が生産されている。また、最近では、自動車用高強度高成形性鋼材において、マンガン含量が１５〜２５重量％の鋼種がある。通常の転炉工程を用いて上記高マンガン鋼を製造する場合、炭素含量が４．５重量％程度の溶銑を、転炉で脱炭過程を経て、炭素が０．２〜０．４重量％の溶鋼にした後、出鋼中に、溶解と精錬とを経て、最終製品として製造されたＭｎが含有された固相合金鉄を投入することにより、マンガン成分を制御する方法を用いている。
【０００４】
したがって、このような操業方法では、求められるマンガン含量が増加するにつれて、投入されるマンガン合金鉄の量が増加する。投入されるマンガン合金鉄の量が増加すると、溶鋼の温度が下降するため、これを防止又は補償する方法が求められる。
【０００５】
例えば、Ｍｎ含量が１〜５重量％の鋼種の場合では、転炉終点温度を増加させるか、又は二次精錬で溶鋼の温度を上昇させた後に合金鉄を投入する方法を用いて、合金鉄の投入による溶鋼の温度の下降を補償する方法を用いている。しかしながら、マンガン含量が１０重量％以上の高マンガン鋼を製造する場合は、合金鉄の投入による溶鋼の温度の下降を防止することができる程度に、転炉における溶鋼の温度を非常に高く維持しなければならない。このため、通常の操業温度より少なくとも１５０℃程度高い温度で操業を行わなければならず、溶鋼の酸化が多く発生し、鋼中の溶存酸素を増加させることにより合金鉄の投入過程で合金成分が酸化し、合金鉄中の有効金属の歩留まりが低下するという問題が発生する。
【０００６】
したがって、このような問題を解消するために、転炉出鋼中に投入される合金鉄量において、全体的に必要な合金鉄量の一部のみを投入した後、二次精錬工程で溶鋼の温度を酸化又は電気エネルギーを用いて昇温させながら残りの合金鉄を投入する方法を用いることもある。しかしながら、二次精錬工程で溶鋼の温度を上昇させる方法では、転炉における溶鋼の温度上昇に必要なエネルギーよりも多くの量が用いられ、その効率も低いため、処理時間及び生産原価が増加するという問題をもたらす。
【０００７】
また、特許文献１によれば、約６％のＣを含有する溶融フェロマンガンと約０．１％のＣを含有する溶鋼を必要量のスラグ形成剤と共にＦｅＭｎ精錬転炉に投入する方法がある。しかしながら、所望の最終製品鋼の不純物成分を得ようとする場合には、追加の工程、例えば、精錬工程などが必要とされ、これによるコスト及び時間が必要とされる。また、このような方法で鋼を製造する際には、求められる溶鋼の成分状態によって溶融状態のＦｅＭｎの不純物含量を対応させるのが困難であるという短所がある。
【０００８】
よって、特許文献２では、吹錬された溶鋼と溶融状態の合金鉄との何れか一つを他のものに投入し、また、溶融状態の合金鉄は、溶鋼の状態又は鋼種によって炭素、リン及び窒素の中の少なくとも何れか一つの不純物の含量が、溶鋼転炉終点の不純物含量、溶融状態の合金鉄の投入量、鋼種別の設計値、及び加重値と連携して制御される方法を提案している。
【０００９】
しかしながら、溶鋼と溶融状態の合金鉄は互いに異なる工程で溶融状態で供給され、各工程間の生産量、生産時間などには差があるため、溶融金属を適時に提供することが必要である。特に、マンガンは、蒸気圧及び親和力が高くて酸素、窒素と容易に結合し、このため、マンガンを含む溶融金属を保管する際にマンガンの損失をもたらすか又は追加の工程を必要とするため、コスト又は工程の面で問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国公開特許第２００８−００７２７８６号公報
【特許文献２】韓国登録特許第１０４７９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来技術の問題を解決するためのものであり、工程間の差異にもかかわらず、良質の溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を提供することにより、溶鋼の生産に合わせてすぐにマンガン含有溶鋼を生産することができるマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、転炉から出鋼される溶鋼の状態によって、提供される溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の状態を調節するマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備を提供することを目的とする。
更に、本発明は、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を保有する過程で脱窒又は吸窒防止を行うことにより、吸窒による後続工程又は追加の脱窒工程を省略することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のようなマンガン含有溶鋼製造方法を提供する。
【００１４】
本発明は、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を準備する準備段階と、前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を融点以上の温度に維持する維持段階と、前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属と準備された溶鋼を合わせ湯する合わせ湯段階と、を含み、前記維持段階が行われている途中で、前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する吸窒防止又は脱窒段階が行われるマンガン含有溶鋼製造方法を提供する。
【００１５】
本発明において、前記維持段階と前記吸窒防止又は脱窒段階は保温炉で行われ、前記吸窒防止又は脱窒段階は、雰囲気用Ａｒガスを前記保温炉の内部に供給して保温炉の内部圧力を正圧に維持することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記維持段階と前記吸窒防止又は脱窒段階は、保温炉で行われ、前記吸窒防止又は脱窒段階は保温炉の上部及び下部のうち少なくとも一つでＡｒによる攪拌によって行われることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記吸窒防止又は脱窒段階は、溶融合金鉄のＳｉ組成が１．５ｗｔ％以上となるようにＳｉを投入することができる。
【００１８】
前記保温炉は、ケースと、前記ケースの内部に液相又は固相の合金鉄又は非鉄金属を収容するように内部空間を備えた収容部と、前記収容部の合金鉄又は非鉄金属を加熱する熱源部と、前記収容部の上側から収容部の内部空間を密閉するカバーと、を含み、前記カバーは、不活性ガス供給部と連結され、収容部で溶融状態の合金鉄又は非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する雰囲気ガス提供部を含むことができる。
【００１９】
また、前記準備段階も、前記保温炉で行われることができる。
【００２０】
一方、前記準備段階で準備される溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の量は、前記合わせ湯段階で求められる溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の量より多く、前記合わせ湯段階では前記求められる量分だけを溶鋼に合わせ湯し、残りは持続的に融点以上の温度に維持されることができる。
【００２１】
また、前記準備段階は、Ｍｎ含量によるＰ含量が下記の式で導出されたＰ含量を満たす固相ＦｅＭｎ、Ｍｎ  Ｍｅｔａｌを溶融して行われることができる。
【００２２】
［数１］
Ｐ含量（ｗｔ％）＜−０．０２６×（目標とするマンガン含有溶鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））＋（４．７２×１０−４）×目標とするマンガン含有溶鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））２
【００２３】
本発明において、前記保温炉の前記熱源部は、誘導コイルを含み、前記準備段階は前記誘導コイルの誘導加熱によって行われることができる。
【００２４】
本発明の前記合わせ湯段階は、前記溶鋼が入っている取鍋に前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属が注がれながら行われ、前記合わせ湯段階において前記溶鋼と前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を攪拌する攪拌段階が共に行われ、前記攪拌段階は、前記取鍋の下部から不活性ガスを供給して行われることができる。
【００２５】
これとは異なり、前記合わせ湯段階は、前記溶鋼が入っている取鍋に前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属が注がれながら行われ、前記合わせ湯段階において、前記溶鋼と前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を攪拌する攪拌段階が共に行われ、前記攪拌段階は、前記取鍋の上部から攪拌機が溶湯に投入されて行われることができる。
【００２６】
本発明において、前記維持段階は、１３００〜１５００℃の間を維持し、前記合わせ湯段階の直前に溶鋼の状態と目標とする高マンガン溶鋼の状態を考慮して前記溶融合金鉄又は、溶融非鉄金属の温度を昇温させる昇温段階をさらに含むことができる。
【００２７】
また、本発明では、前記合わせ湯段階の後に、Ａｌ、Ｃ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｓｉ、及びＮｉの中の少なくとも一つ以上を投入する真空精錬段階（ＲＨ）又は取鍋炉（ＬＦ）精錬段階を行うことができ、前記合わせ湯段階の後にＲＨ精錬段階を行いながら脱水素処理を行うこともできる。
【００２８】
また、本発明は、次のような保温炉を提供する。
【００２９】
本発明は、ケースと、前記ケースの内部に液相又は固相の合金鉄又は非鉄金属を収容するように内部空間を備えた収容部と、前記収容部の合金鉄又は非鉄金属を加熱する熱源部と、前記収容部の上側から収容部の内部空間を密閉するカバーと、を含み、前記カバーは、不活性ガス供給部と連結され収容部で溶融状態の合金鉄又は非鉄金属を吸窒防止又は脱窒する雰囲気ガス提供部を含む保温炉を提供する。
【００３０】
前記熱源部は、前記収容部を取り囲む誘導コイル、前記カバーに備えられる電極棒、及び前記カバーに備えられるプラズマのうち少なくとも一つを含むことができる。
【００３１】
また、本発明では、前記熱源部と連結された制御部を含み、前記制御部は、１３００〜１５００℃の間を維持し、合わせ湯の直前に溶鋼の温度と目標とする高マンガン溶鋼の温度を考慮して、前記溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の温度を昇温させることができる。
【００３２】
前記カバーは、前記収容部の上側に配置され、前記カバーの内面には雰囲気ガス提供管が配置され、雰囲気ガスを保温炉の内部に供給する際に、保温炉の内部圧力を一定の正圧に維持するようにベントが備えられることができる。
【００３３】
本発明の保温炉は、前記カバーを介して前記収容部の内部の溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の内部に伸びる吸入部、前記吸入部に連結され、前記吸入部から吸入された溶融金属を取鍋に吐出する吐出部、前記吸入部と前記吐出部の間を連結して溶融金属が通過する移動部、及び前記移動部に連結され、初期圧力差を発生させるための初期圧力ポートを含むサイフォン構造部と、
前記ケースの下部に連結され、サイフォン構造部の動作を補助するように前記ケースを昇降させる駆動部と、
を更に含むこともできる。
【００３４】
また、本発明では、前記ケースに連結され、前記ケース及び収容部を上昇及び下降させる駆動部と、前記ケースの外面に形成された第１のガイドと、前記ケースの外側に配置され、前記第１のガイドが上昇する場合に第１のガイドと接して前記第１のガイドの上昇を防止するガイドローラーを含むガイドフレームと、を含み、水平面上で前記ケースと駆動部との連結位置は、前記ガイドローラーの位置より後方に配置され、駆動部の上昇駆動によるケース移動の際に、前記ケースは、前記ガイドローラーに前記第１のガイドが引っ掛かることにより前方に傾動することもできる。
【００３５】
さらに、本発明は、次のようなマンガン含有溶鋼製造設備を提供する。
【００３６】
本発明は、高マンガン含有金属を溶融金属として提供するＭｎ供給部と、溶鋼を提供する溶鋼供給部と、前記溶鋼供給部と前記Ｍｎ供給部の間を移動し、前記Ｍｎ供給部からは高マンガン含有金属の溶融金属を受け、前記溶鋼供給部からは溶鋼を受けて合わせ湯する取鍋と、を含み、前記Ｍｎ供給部は保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備を提供する。
【００３７】
前記取鍋の下部には、不活性ガス供給管が形成されており、前記取鍋は、前記Ｍｎ供給部から高マンガン含有金属の溶融金属を受ける位置又は前記溶鋼供給部から溶鋼を受ける位置で不活性ガス供給部と連結され、合わせ湯の際に不活性ガスで溶融金属と溶鋼を攪拌することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、上記のような構成によって次のような効果を達成することができる。
【００３９】
本発明は、従来技術の問題を解決するためのものであり、工程間の差異にもかかわらず、良質の溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を提供することにより、溶鋼の生産に合わせてすぐにマンガン含有溶鋼を生産することができるマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備を提供することができる。特に、本発明では、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属が一定の温度範囲を維持しながら精錬（脱窒又は吸窒防止）を行うことにより、精錬に重要な要件の一つである温度を一定に維持することができるため、精錬効率を確保することができ、また、互いに異なる工程で生産されて生産量、生産時間の差異を調節し且つ後続工程を省略することができるようにして工程全体の効率を上昇させることができる。
【００４０】
また、本発明は、転炉から出鋼される溶鋼の状態によって、提供される溶融合金鉄又は溶融非鉄金属の状態を調節するマンガン含有溶鋼製造方法、これに用いられる保温炉、及びこの保温炉を含むマンガン含有溶鋼製造設備を提供することができる。
【００４１】
更に、本発明は、溶融合金鉄又は溶融非鉄金属を保有する過程で脱窒又は吸窒防止を行うことにより、吸窒による後続工程又は追加の脱窒工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のマンガン含有鋼の製造方法の概略図である。
【図２】本発明のマンガン含有溶鋼製造方法の一実施例の概略図である。
【図３】本発明のマンガン含有溶鋼製造方法の他の実施例の概略図である。
【図４】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備の概略図である。
【図５】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の概略断面図である。
【図６】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の平面図である。
【図７】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の部分断面詳細図である。
【図８ａ】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の一実施例を示す概略断面図である。
【図８ｂ】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の一実施例を示す概略断面図である。
【図９】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の他の実施例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の更に他の実施例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の更に他の実施例の断面図である
【図１２】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の更に他の実施例の動作図である。
【図１３】本発明のマンガン含有溶鋼製造設備に用いられる保温炉の更に他の実施例の断面図である。
【図１４】本発明の実施例１の時間による窒素含量を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例１の湯面写真である。
【図１６】本発明の比較例１の時間による窒素含量を示すグラフである。
【図１７】本発明の比較例１の湯面写真である。
【図１８】本発明の実施例２の時間による窒素含量を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例３の時間による窒素含量を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施例４の時間による窒素含量を示すグラフである。
【図２１】本発明の比較例２と本発明の実施例２の時間による窒素含量を対比して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施例によるマンガン含有鋼の製造方法について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施例に限定されず、多様な形態に具現されることができる。本実施例は、本発明の開示を明確にし、通常の知識を有する者に発明の範囲を明確に述べるために提供されるものである。
【００４４】
まず、転炉工程では、高マンガン鋼を製造するためにマンガン含量の低い鋼種にマンガン含有合金鉄を投入する方法が用いられている。このような方法を用いる場合、マンガン含量が１５重量％以上の鋼種を生産するためには、溶鋼量２８０トンを基準にマンガン含量によって４５〜６３トンの合金鉄を投入しなければならないため、溶鋼の温度が約２５０〜３５０℃程度下降するという問題が発生する。この場合、溶鋼の温度を補償するために理論的には転炉工程で出鋼温度を１９００℃程度にしなければならないという問題があり、前記温度は、現在の常用精錬設備で制御することができる温度範囲を超える。また、取鍋炉（Ｌａｄｌｅ  ｆｕｒｎａｃｅ）のような昇温設備を用いる場合でも、前記温度を補償するためには、昇温時間を１００分以上にしなければならないため、過度な工程時間を要するという問題がある。また、電気炉工程でマンガンを溶解する際に溶鋼中の窒素濃度が約３００ｐｐｍ以上に増加する場合が発生する可能性もある。
【００４５】
よって、図１のように溶融状態のマンガン合金鉄を吹錬された溶鋼に装入する方法が提示された。
図１は、従来のマンガン含有鋼の製造方法の概略図である。図１に示すように、出鋼された溶鋼に、溶解（高炭素ＦｅＭｎ）、精錬（中／低炭素ＦｅＭｎ）又は脱リン（低Ｐ  ＦｅＭｎ）された溶融状態のマンガン合金鉄を直接投入する。しかしながら、このような工程を行うためには溶鋼を製造する工程と、溶融合金鉄を製造する工程と、が必要であり、また二つの溶融金属を合わせ湯することから、マンガン含有溶鋼量が目標より多いか少ない場合には、一方の溶融金属に他方の溶融金属を合わせなければならないため、溶鋼の浪費をもたらす。よって、保管容器を用いて溶融金属を保管することが提案されたが、合金鉄を溶融させた溶融金属、特に、マンガン含有合金鉄の場合にはＭｎの特性によって酸化や窒化が発生し、溶融金属状態で保管する場合には後工程が必要とされるという問題がある。
【００４６】
本発明は、このような問題を解決し、且つ保温の途中で精錬（脱窒又は吸窒防止）によって、マンガンの損失を防止するのみならず、後工程の省略も可能であり、ひいては、精錬効率を上昇させるマンガン含有溶鋼製造方法を開示する。
【００４７】
図２は、本発明のマンガン含有溶鋼製造方法の一実施例の概略図である。
図２に示すように、本発明において、溶鋼は、従来のような方式で製造することができる。高炉で生産された溶鋼を転炉に入れ、吹錬、脱リンなどの必要な条件に合わせて製造する（Ｓ１００）。その後、製造された溶鋼を出鋼する（Ｓ１１０）。また、これと同時に、ＦｅＭｎのようなＭｎ含有合金鉄又はＭｎ  ｍｅｔａｌ（以下、「合金鉄」という。）を合金鉄溶解炉に投入した後（Ｓ１２０）、溶解させる（Ｓ１３０）。その後、保温炉１００（図５で後述）に投入する（Ｓ１４０）。保温炉１００に投入する前に、溶融合金鉄に脱リン、精錬を施してもよく、必要に応じて、公知の方法を適用してもよい。
【００４８】
溶融合金鉄は、保温炉１００内で合わせ湯（Ｓ１６０）前まで融点以上の温度に保温される（Ｓ１５０）。ここで、保温とは、単に温度の下降を低下させるのではなく、積極的に加熱することにより、熱損失にもかかわらず温度を維持することを意味する。温度は、約１３００〜１５００℃の間を維持する。
【００４９】
この際、保温は、誘導コイルによる誘導加熱によって行われることが好ましい。誘導加熱を行う場合は、誘導磁場による攪拌効果も共に発生する。誘導攪拌効果は、溶融合金鉄の温度及び成分の均質化効果を高める効果をもたらす。また、脱窒精錬の際に誘導攪拌によるＦｅＭｎ溶湯攪拌効果によって脱窒精錬効率を高める効果ももたらす。
【００５０】
本発明は、保温炉で融点以上の温度に保温（Ｓ１５０）させている途中で、不活性ガス（例えば、Ａｒ）で吸窒を防止するか又は溶融合金鉄を精錬（脱窒）する（Ｓ１５０）。即ち、本発明では、保温炉１００内で融点以上の温度を維持させている途中で精錬を行う。
【００５１】
温度維持と精錬を同時に行うことにより、それぞれの段階を個別に行うことにより発生する時間損失を防止することができる。また、精錬段階を別途に行うことにより温度の低下が発生する場合は、温度の維持段階を再度行うことにより低下した温度を補償する必要があるため、熱の損失が大きくなるが、本発明では、精錬と温度維持を同時に行うため、エネルギーを節約することもできる。
【００５２】
更に、精錬の効率を高めるために、最も必要な基本条件の一つが温度条件であり、精錬段階のみを単独で行う場合は熱損失が発生し、温度条件が変わる場合は精錬効率が低下するという問題が発生する。しかしながら、本発明では、温度を持続的に維持しながら精錬を行うため、精錬の効率を高め、熱の損失を最小限にし、別途の工程遂行による時間損失を最小限にすることができる。
【００５３】
合わせ湯後、マンガン含有溶鋼には、必要に応じて、Ａｌ、Ｃ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｓｉ及びＮｉのうち少なくとも一つ以上を投入する真空精錬段階（ＲＨ；Ｓ１７０）又は取鍋炉（ＬＦ）精錬段階を行うこともできる。
【００５４】
これとは異なり、Ａｌ、Ｃ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｓｉ及びＮｉのうち少なくとも一つ以上を投入する真空精錬段階（ＲＨ）を行いながら脱水素処理を行うこともできる。
【００５５】
その後、連鋳（Ｓ１８０）段階を経てスラブ、鋼板として生産される。
【００５６】
図３は、本発明のマンガン含有溶鋼製造方法の他の実施例の概略図である。
図３に示すように、他の実施例は、ＦｅＭｎを溶解炉に入れて溶解（Ｓ２００）した後、脱リン（Ｓ２１０）などの工程により適切な組成を作って製品として製造した（Ｓ２２０）ＦｅＭｎから始まる。
【００５７】
製造された製品のうち、Ｐが０．０３ｗｔ％以下の製品が好ましい。これは、連鋳のためのマンガン含有溶鋼の場合は、Ｐの上限が通常０．０３ｗｔ％以下であるためである。マンガン含有鋼、特に、高Ｍｎ鋼のＰ含量が０．０３ｗｔ％以上の場合は、連鋳過程でＰによる表面欠陥が発生する。
【００５８】
したがって、生産された高Ｍｎ鋼の場合、Ｍｎが含有される量によって、保温炉に供給される固相ＦｅＭｎ、Ｍｎ、又はＭｅｔａｌ中のＰ含量が下記の式で制限され、最終的に生成されるＭｎ含量が増加することにより、保温炉に供給される溶湯中のＰ成分が減少して制限される。また、固相ではなく液相に供給される場合にも、下記の式１でＰ成分を制御して供給することが好ましい。
【００５９】
［数２］
保温炉の溶湯中のＰ含量（ｗｔ％）＜−０．０２６×（高Ｍｎ鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））＋（４．７２×１０−４）×（高Ｍｎ鋼中のＭｎ含量（ｗｔ％））２  …［式１］
【００６０】
固相合金鉄を保温炉１００の内部に投入し、保温炉１００でこれを溶解し（Ｓ２４０）、溶解された溶融合金鉄を合わせ湯（Ｓ２７０）前まで保温しながら（Ｓ２５０）、保温の途中で吸窒防止又は精錬（脱窒）を行う（Ｓ２５０）。
【００６１】
この際、保温段階（Ｓ２５０）は１３００〜１５００℃の間を維持し、吸窒防止又は脱窒段階はＡｒで保温炉の内部に正圧を付与するか、Ａｒを保温炉の上部からランスを介して吹き込むか、又は下部のガス管から溶融合金鉄の内部に直接投入してもよく、保温炉に投入される際に、又は保温炉に投入された状態でＳｉを投入してもよい。
【００６２】
また、これとは別途に、溶鋼（Ｓ２７０）が準備され、合わせ湯（２８０）段階で前記溶融合金鉄と合わせ湯される。
【００６３】
図３の実施例では、合わせ湯の直前に準備された溶鋼の状態、及び合わせ湯後の目標とする溶鋼の状態によって、保温炉１００の内部の溶融合金鉄を昇温させる（Ｓ２６０）。ここで、上記の合わせ湯段階の直前に合わせ湯後の温度を確認して、保温炉の温度を制御することができる。温度制御のための保温炉の最終温度には、下記の式２から、保温炉に供給される溶鋼（Ｓ２７０）の温度と、合わせ湯後の目標とする温度と、から投入される保温炉１００の溶湯の温度を導出することができ、導出された温度で保温炉内に入っている溶湯の温度を制御する。
【００６４】
［数３］
［（溶鋼量×溶鋼温度（℃））＋（保温炉の溶湯量×保温炉の溶湯の温度（℃））］／（最終マンガン含有溶鋼量）＝合わせ湯後の温度（℃）  …［式２］
【００６５】
即ち、供給される溶鋼（Ｓ２７０）の温度によって保温炉１００の温度を制御することにより、マンガン含有溶鋼の、最終合わせ湯後に必要な温度を制御することができるという長所がある。例えば、初期段階において供給される溶鋼の目標温度及び保温炉の出湯温度よりも、供給される溶鋼の温度が低い場合は、合わせ湯後の最終マンガン含有溶鋼の温度が低くなる可能性があるが、本発明では、溶鋼の温度が目標温度より多少低くなっていても、昇温段階（Ｓ２６０）によって保温炉１００の溶湯の温度を高めて温度を補償し、それにより合わせ湯後の目標温度を合わせることができる。
【００６６】
また、合わせ湯の際には、溶融合金鉄の密度と溶鋼の密度の差によって上下部の間でＭｎ組成が異なるようになることを予防するために、機械的攪拌又はガス攪拌する攪拌段階が行われる（Ｓ２８０）。
【００６７】
図４は、本発明のマンガン含有溶鋼製造設備の概略図であり、工程が行われる様子を図４（ａ）〜（ｃ）に順次示す。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、転炉１０では溶鋼が製造され、合金鉄溶解炉２０では溶融合金鉄が製造され、合金鉄溶解炉２０で生産された溶融合金鉄は保温炉１００に投入され、保温炉１００の内部では吸窒防止及び脱窒が行われる。保温炉１００の容量は、少なくとも１回に溶鋼に投入される量以上の容量である。
【００６９】
本発明では、保温炉１００で溶融合金鉄が保温されるため、転炉１０の溶鋼に比べて合金鉄溶解炉２０の出鋼量が少ない場合でも、溶融合金鉄を複数回生産して保温炉１００に保有しておくことができ、生産時間の差異による問題を解決することができる。これとは逆に、合金鉄溶解炉２０の出鋼量が多い場合には、転炉１０で製造された溶鋼に適量を投入し、残りは保温炉１００に保有しておくことができるため、各工程を自由に運用することができる。
【００７０】
図４（ｂ）に示すように、転炉１０で製造された溶鋼は、取鍋３０に注がれ、取鍋３０は台車５０によって保温炉１００のある所に移送される。
【００７１】
その後、図４（ｃ）に示すように、溶鋼が注がれている取鍋３０に保温炉１００の溶融合金鉄が合わせ湯される。この際、取鍋３０の下部に備えられたガス供給管３１と保温炉１００の近くに形成されていたガス供給部４０が連結されて、取鍋３０の下部から合わせ湯される溶湯に不活性ガスが供給され、それにより、溶湯を攪拌することができる。
【００７２】
図５は、本発明の保温炉の断面図を示し、図６は、本発明の保温炉の平面図を示し、図７は、保温炉の上部カバー１４０の拡大図を示す。
【００７３】
本発明の保温炉１００は、外殻部に該当するケース１１０と、ケース１１０の内部に設けられ、耐火物からなり、溶融合金鉄又は固相の合金鉄を収容することができる空間を提供する収容部１２０と、収容部１２０に連結され収容部１２０の合金鉄又は非鉄金属を加熱する熱源部１３０（図８及び９参照）と、収容部１２０の上側から収容部の内部空間を密閉する上部カバー１４０と、を含み、上部の一側には出鋼口１６０が形成されている。
【００７４】
ケース１１０は、内部の収容部１２０及び熱源部１３０を取り囲んで保護する役割を行う鋼鉄製の外殻部であって、第１のガイド１１１（図１２参照）や駆動部１９０（図１１参照）が付着されてケース１１０を移動及び傾動させることにより、収容部１２０に収容された溶融合金鉄を取鍋３０（図４参照）に投入するようにする。
【００７５】
収容部１２０は、内部に固体の合金鉄又は溶融合金鉄を収容することができるように耐火物からなり、上部を上部カバー１４０によって密閉することができる。
【００７６】
上部カバー１４０は、収容部１２０に対向する面に位置する耐火物１４１と、収容部１２０に収容された溶融合金鉄を観測又はサンプリング採取することができる観測部１４２と、を含み、外部に上部カバー１４０を移動させるように回転部１４７及び上下移動部１４６と連結された連結部１４５を含む。上部カバー１４０は、初期に溶融合金鉄又は固相の合金鉄が収容部１２０に投入される際に、収容部１２０を開放するように上昇及び回転し、投入完了時点で収容部１２０を密閉する。
【００７７】
図６に示すように、収容部１２０の上部の一側には出鋼口１６０が形成されており、ケース１１０が傾動すると、出鋼口１６０から溶融合金鉄が流出する。出鋼口１６０は出鋼口カバー１６４で塞がれており、出鋼口カバー１６４は出鋼駆動部１６５によって出鋼時にのみ開放される。
【００７８】
また、図７に示すように、上部カバー１４０の内部には雰囲気ガス提供部１５０が配置される。雰囲気ガス提供部１５０は、雰囲気ガス供給源（図示せず）から供給される雰囲気ガスの流入を調節する雰囲気ガス供給バルブ１５２と、雰囲気ガス供給バルブ１５２に連結され、上部カバー１４０の内側に伸びる雰囲気ガス供給管１５１を含む。
【００７９】
雰囲気ガス供給管１５１からは不活性の雰囲気ガスが供給され、雰囲気ガスを保温炉の内部に供給する際に保温炉の内部圧力を一定の正圧に維持するようにベント１７２が備えられる。ベント１７２は、内部圧力が一定の圧力を超える場合に開放され、内部の不活性ガス、例えば、Ａｒガスを外部に排出する。
【００８０】
また、上部カバー１４０にはランス１７０が投入されることができるように開放口が備えられ、上部カバー１４０を通過したランス１７０は、溶融合金鉄の内部に挿入され、保温されている溶融合金鉄を不活性ガスで脱窒する。
【００８１】
これとは異なり、保温炉１００の下部にガス供給部（図示せず）が備えられ、ランスの代わりに下部から不活性ガスを供給して脱窒してもよい。
【００８２】
図８ａ及び８ｂに、熱源部１３０として誘導コイルが用いられた実施例を示す。
図８ａに示すように、耐火物からなる収容部１２０の外側に誘導コイル１３１が巻かれており、誘導コイル１３１によって収容部１２０の固体の合金鉄を溶融するか、又は収容部１２０の溶融合金鉄の温度を一定に維持することができる。図８ａのように誘導磁場を用いた加熱をする場合、誘導コイルが耐火物の外方に設置されることから炉内の密閉が容易であるという長所があり、誘導加熱をすると、誘導磁場によって攪拌が起こり、それにより、溶融合金鉄の温度及び成分の均質化が可能となるのみならず、脱窒精錬の効率性も高くなることができる。
【００８３】
図８ｂに示すように、収容部１２０の底面に通路１３２が形成され、通路１３２を誘導コイル１３１が取り囲んでいる。図８ｂの実施例では、通路１３２に流入された溶融合金鉄が通路１３２を取り囲んだ誘導コイル１３１によって加熱され、加熱された溶融合金鉄が収容部１２０の内部に出る方式によって溶融合金鉄の温度を維持することができる。
【００８４】
図９及び１０には、熱源部１３０として電極棒１３３とプラズマ発生部１３５を用いる様子が示されている。図９及び１０に示されているように、電極棒１３３とプラズマ発生部１３５は、上部カバー１４０に形成された貫通孔１４３を介して収容部１２０の内部に入り、貫通孔１４３から不活性ガスが抜け出ることを防止するように密封部材１３３を備える。
【００８５】
図１１及び図１２には、本発明の保温炉１００を傾動させる駆動部１９０及びガイドフレーム１８０が示されている。図１１及び図１２に示すように、保温炉１００のケース１１０の下面に駆動部１９０が連結され、ケース１１０の側面にはガイドフレーム１８０が配置される。
【００８６】
ケース１１０のガイドフレーム１８０に向かう面には、第１のガイド１１１が形成され、第１のガイド１１１は、水平面上でケース１１０が駆動部１９０と連結される部分より傾動方向の前方に伸びる第１の部材１１１ａと、第１の部材１１１ａに連結され、ガイドローラー１８１が入って傾動が調節されることができる第２の部材１１１ｂと、第２の部材１１１ｂに伸び且つ上方に傾斜し、ケース１１０が下降する際にケース１１０を案内する第３の部材１１１ｃと、を含む。
【００８７】
ガイドフレーム１８０は、ケースの両側に配置され、所定の高さに第１の部材１１１ａと接するガイドローラー１８１を備える。
【００８８】
動作を説明すると、駆動部１９０によってケース１１０が上昇することにより、ガイドフレーム１８０に備えられたガイドローラー１８１に第１のガイド１１１が接触し、それにより、ケース１１０がそれ以上上昇することができず、このような上昇力がケース１１０を回転させる回動力に転換される。即ち、ガイドローラー１８１が第１のガイド１１１に進入しながらケース１１０が回動し、進入の程度によってケース１１０の回動角度が決定される。
【００８９】
図１３には、本発明の他の出湯構造が示されている。図１３の実施例では、上記図１１や図１２と同様にケース１１０の下部に駆動部１９０が連結されているが、出鋼口１６０は備えられておらず、その代わりにサイフォン構造部２００が備えられている。サイフォン構造部は、保温炉１００に入っている溶融合金鉄を吸入する吸入部２２０と、取鍋３０の溶鋼に合わせ湯する吐出部２３０と、溶融合金鉄が移動する移動部２４０とが連結されている管の形でできており、初期に圧力差を発生させるための初期圧力ポート２１０が連結されて構成される。
【００９０】
取鍋の溶鋼面は、サイフォンの原理である自然落下による圧力差を十分に発生させることができる高さを維持しながら保温炉１００の溶湯面より下に位置する。また、初期圧力差の発生のために圧力ポート２１０の後端に減圧装置（図示せず）が連結されていることから、初期に圧力差を発生させると、保温炉１００に入っている溶融合金鉄が吸入部２２０に吸入されて入り、移動部２４０を通過して自然落下する力が発生すると、開閉装置２１１を用いて初期圧力ポート２１０に通る通路を閉鎖する。その後、自然圧力差によって保温炉にある溶融合金鉄が吸入され、溶鋼が入っている取鍋３０に移動して合わせ湯される。
【００９１】
連続的な合わせ湯によって保温炉の内部にある溶融合金鉄の溶湯面と取鍋の溶鋼面の高さの差が減少し、これにより、溶融合金鉄の落下によって発生する吸入部２２０の負圧が減少してサイフォンの効果が減少する場合は、駆動部１９０を用いて保温炉１００を上昇させて湯面間の高さの差を維持することによりサイフォン効果を持続的に維持することができる。
【００９２】
サイフォン構造部２００を用いる場合、合わせ湯のために保温炉を傾動させる必要がなく、また、合わせ湯中に溶融合金鉄が大気に露出して大気との接触によって吸窒が発生する可能性を遮断する効果がある。
【００９３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００９４】
実施例１〜４、比較例１、２の実施結果をまとめると、下記の表１の通りである。
【００９５】
【表１】
2016519217.tif 000003
【００９６】
［実施例１］
１．５トンのＦｅＭｎを保温炉１００で溶解した後、上部カバー１４０を覆い、保温炉の内部をＡｒ雰囲気に制御した。温度を１５００℃に維持しながら一定時間間隔で温度測定、試料採取、及び湯面観察を行った。この際、保温炉内のＦｅＭｎ溶湯の主な成分は、Ｃ：１．５ｗｔ％、Ｍｎ：７１．２ｗｔ％、及びＳｉ：０．６ｗｔ％の含量を有する。
【００９７】
図１４に示すように、内部がＡｒ雰囲気に制御されることにより、ＦｅＭｎ中の窒素の濃度が初期値から変動なく維持された。即ち、炉内の雰囲気をＡｒに制御することにより大気との接触が遮断されて窒素の混入が防止されることが分かった。
【００９８】
図１５は、温度維持中のＦｅＭｎ湯面を示す写真である。図１５からは、ＦｅＭｎ溶湯が露出して維持されていることが確認できた。保温炉１００の内部の中心部を基準に耐火物１２０の壁面に沿って形成されたＭｎ酸化物は、初期溶解過程及び初期湯面観察時には上部カバー１４０を覆わず、炉内の雰囲気をＡｒに維持しなかったことによって、初期に発生したＭｎ酸化物であり、カバー１４０を覆い炉内をＡｒに維持してからは、Ｍｎ酸化物の生成が持続しないことが観察でき、また、誘導磁場による攪拌力で保温炉の内部をＡｒ雰囲気に維持する前に生成されたＭｎ酸化物は、図１５に示すように耐火物側に移動し、中心部は上述したようにＦｅＭｎ湯面を維持していることが分かった。
【００９９】
、図１４に示すように、保温炉の内部をＡｒ雰囲気に維持することにより、空気遮断効果によって窒素の混入が防止され、Ｍｎ酸化を防止する効果はあったが、ＦｅＭｎ溶湯中の高窒素の濃度が減少しないことから、保温炉の内部をＡｒに維持するだけでは、脱窒効果が多少不足する。
【０１００】
［比較例１］
比較例１は、実施例１と同じ保温炉１００で１．７トンのＦｅＭｎを溶解した後、保温炉の内部をＡｒ雰囲気に維持せず、上部カバー１４０を覆わない状態で１５００℃の温度を維持しながら湯面の変化を観察し、ＦｅＭｎ中の窒素変化を測定したものである。ＦｅＭｎ組成は、Ｃ：１．４８ｗｔ％、Ｍｎ：７０．９ｗｔ％、Ｓｉ：０．６ｗｔ％であった。
【０１０１】
図１６は、比較例１の、１５００℃を維持したときの時間による窒素濃度の変化を示し、初期にＦｅＭｎ溶湯が湯面を維持しながら大気との接触によって窒素が混入したことを示している。しかしながら、１５００℃の温度を維持し始めてから５０分後には、窒素がこれ以上混入しなかったことが分かる。これは、図１６に示すように、湯面が大気と接触することによりＦｅＭｎ中のＭｎが酸素と反応してＭｎ酸化物が生成したることにより、Ａｒ雰囲気制御と同様の大気遮断効果が発生じたためである。しかしながら、Ｍｎ酸化物による大気遮断効果の場合は、Ａｒ雰囲気制御のような窒素遮断効果が発生すものの、Ｍｎが酸素と接触することにより持続的な損失が発生するという問題があり、溶融ＦｅＭｎの追加投入などの状況が発生して、窒素化が再度発生する可能性がある。
【０１０２】
図１７は、ＦｅＭｎ溶湯の上部に生成したスラグを示している。スラグは、炉内の雰囲気がＡｒによって制御されず、上部カバーが開放されたことにより大気との接触によってＦｅＭｎ中のＭｎが酸素と反応してＭｎ酸化物が生成したことによるものである。
【０１０３】
初期に、湯面が大気と接触する際に大気中の窒素が混入し始めて、ＦｅＭｎ溶湯内の窒素濃度が上昇し、Ｍｎが酸化されながら湯面がＭｎ酸化物によって覆われたことにより、湯面と大気との接触が遮断されて窒素の混入が遮断されたが、Ｍｎは持続的に酸化して損失される問題は継続して発生した。
【０１０４】
［実施例２］
実施例２は、比較例１と同じ保温炉で１．４トンのＦｅＭｎ溶湯を１５００℃の温度に維持して実験したものである。保温炉の内部は、実施例１と同様にＡｒガス雰囲気を維持した。この際、ＦｅＭｎ溶湯の内部にＡｒガスを吹き込んで、Ａｒガスによる攪拌が可能となるようにランス１７０を保温炉の上部からＦｅＭｎ溶湯の内部まで挿入し、且つＦｅＭｎ湯面から２００ｍｍの深さまで挿入した。Ａｒ流量は２０Ｎｌ／分であった。ＦｅＭｎ組成は、Ｃ：１．５ｗｔ％、Ｍｎ：７０．７ｗｔ％、Ｓｉ：０．５ｗｔ％であった。図１８は、ＦｅＭｎ溶湯内の窒素濃度の時間による変化を示している。図１８から、窒素の濃度は時間の経過に伴い次第に低くなることが確認できた。
【０１０５】
［実施例３］
実施例３は、比較例１と同じ保温炉１００で、実施例２と同様に１．４トンのＦｅＭｎ溶湯を１５００℃の温度に維持して実験したものである。保温炉の内部は上部カバー１４０を覆った状態でＡｒガス雰囲気を維持した。ＦｅＭｎ組成は、Ｃ：１．５ｗｔ％、Ｍｎ：６７．９ｗｔ％、Ｓｉ：２．７ｗｔ％であった。ＦｅＭｎ溶湯中のＳｉの含量の増加による変化を観察した。実験の結果、図１９に示すように、時間の経過に伴い窒素の濃度が次第に減少することが確認できた。
【０１０６】
［実施例４］
実施例４は、比較例１と同じ保温炉で、実施例２と同様に１．４トンのＦｅＭｎ溶湯を１５００℃の温度に維持して実験したものであり、実施例２のＡｒガスをＦｅＭｎ溶湯の内部に吹き込むことにより発生した効果と、実施例３のＳｉ含量の増大効果と、が同時に確認できるものである。ＦｅＭｎ組成は、Ｃ：１．３ｗｔ％、Ｍｎ：６９．８ｗｔ％、Ｓｉ：３．１ｗｔ％であった。実施例２と同様に、ランス１７０を保温炉の上部から溶湯内に挿入し、且つＦｅＭｎ湯面を基準に２００ｍｍ挿入し、Ａｒを吹き込んだ。実験の結果は、図２０に示すように、時間の経過に伴い窒素の濃度が次第に減少することが確認できた。１９０分間で０．０９１ｗｔ％の窒素が減少したことから、実施例２において３７０分間で０．００２ｗｔ％の窒素が減少した例、及び実施例３において３８０分間で０．０１３ｗｔ％の窒素が減少した例と比較して、実施例４は、脱窒速度においてＡｒ流量の増加、及びＳｉ含量の増加による直線的な単純比例による上昇効果ではなく、シナジー効果が発生して指数関数的な上昇効果が発生したことが確認できた。
【０１０７】
［比較例２］
比較例２は、実施例４と同様にＡｒガスをＦｅＭｎ溶湯の内部に吹き込むことにより発生した効果とＳｉ含量の増大効果とが確認できるものである。ＦｅＭｎ組成は、実施例４とは異なりＳｉ含量が１．５ｗｔ％であり、Ｍｎが７０ｗｔ％、Ｃが０．２ｗｔ％であった。上記実施例４と同じ保温炉で１．４トンのＦｅＭｎ溶湯を１５００℃の温度に維持し、保温炉の内部をＡｒ雰囲気に制御した。ＦｅＭｎ湯面の内部へのＡｒ吹き込みは、ランス１７０を保温炉の上部から挿入し且つ湯面を基準に２００ｍｍ挿入し、Ａｒを流量２０Ｎｌ／分で吹き込んで行った。その結果が図２１に示されている。
【０１０８】
時間の経過に伴いＦｅＭｎ中の窒素含量が減少することが観察できた。図２１に示しているように実施例２のＳｉ含量が０．８ｗｔ％の場合と比較して比較例２の時間当たりの脱窒速度がわずかに向上したが、データの誤差範囲などを考慮すると、効果はないことが確認できた。即ち、Ｓｉ単独の効果及びＡｒガス攪拌との同時上昇効果のためには、Ｓｉ含量が１．５ｗｔ％以上である必要がある。
【０１０９】
［比較例３］
保温炉１００でＦｅＭｎを１５００℃に保温している条件で取鍋３０に入っている１．３トンの溶鋼にＦｅＭｎ０．３５トンを注いで合わせ湯実験を行った。溶鋼が入っている取鍋を保温炉の下部に位置させた後に保温炉１００を傾動させて注ぎながら合わせ湯を行い、合わせ湯の際にはガス攪拌又は機械攪拌を行わなかった。
【０１１０】
ＦｅＭｎ中のＭｎは７０ｗｔ％、溶鋼中のＭｎは０．６ｗｔ％であった。合わせ湯後の予想される高Ｍｎ鋼中のＭｎ組成は１５．３ｗｔ％である。しかしながら、合わせ湯後の高Ｍｎ鋼中のＭｎ組成は、合わせ湯してから１０分が経過した時点で４６．７ｗｔ％であった。即ち、合わせ湯のために投入されたＦｅＭｎ溶湯が溶鋼と均一に混合されておらず、ＦｅＭｎ溶湯が溶鋼の上部に止まっているため、湯面の上部から採取する試料のＭｎ組成が著しく高かった。
【０１１１】
［実施例５］
比較例３と同様にＦｅＭｎ溶湯と溶鋼とを混合して高Ｍｎ鋼を製造した。保温炉１００でＦｅＭｎを１４９７℃に保温している条件で取鍋３０に入っている１．４トンの溶鋼にＦｅＭｎ０．４７トンを注ぎ、比較例３と同じ実験を行った。
【０１１２】
比較例３とは異なり、合わせ湯の際に、溶鋼が入っている取鍋の底のガス供給管３１からＡｒガスを吹き込んでＡｒガス攪拌を行った。流量は１０Ｎｌ／分（１０．９Ｎｌ／分＿高Ｍｎ鋼トン）であった。ＦｅＭｎ中のＭｎ成分は７０．６ｗｔ％、溶鋼中のＭｎ成分は０．６ｗｔ％であり、合わせ湯後の予想されるＭｎ含量は１８．２ｗｔ％である。合わせ湯の直後に試料を採取した結果ではＭｎ含量が１８．９ｗｔ％であり、合わせ湯してから２０分経過した後に再度試料を採取して分析した結果ではＭｎ含量が１８．７ｗｔ％であった。このことから、下部からのＡｒ攪拌効果によって合わせ湯の直後のＭｎ組成が均一化するという結果が確認できる。
【０１１３】
［実施例６］
実施例５と同じ条件で高Ｍｎ鋼を製造し、ガス攪拌の代わりにインペラを用いる機械攪拌を行った。インペラの回転速度は３０ｒｐｍである。比較例３及び実施例５と同じ手順で行い、１．１トンの溶鋼が入っている取鍋３０にＦｅＭｎ０．５２トンを注いで合わせ湯した後、インペラ攪拌を行った。溶鋼中のＭｎ成分は０．０７ｗｔ％、ＦｅＭｎ溶湯中のＭｎ成分は６７．９ｗｔ％であり、合わせ湯後の予想される高Ｍｎ鋼中のＭｎ含量は２１．８ｗｔ％であった。合わせ湯後、インペラによる機械攪拌を行ってから２分経過した時点で試料を分析した結果では高Ｍｎ鋼中のＭｎ成分が２１．６ｗｔ％であり、２０分の機械攪拌完了後の結果ではＭｎ成分が２１．４ｗｔ％であった。このことから、インペラによる攪拌によって成分の均質化が達成されることが確認できる。
【０１１４】
［実施例７］
取鍋の１．３トンの溶鋼に保温炉の０．３４トンのＦｅＭｎ溶湯を合わせ湯した。この際、保温炉に到着した溶鋼の温度は１６１７℃であり、合わせ湯後の必要な高Ｍｎ鋼の溶鋼の温度が１５９０℃の場合、上記の式２で必要な保温炉の溶湯の温度は１４８３℃であった。保温炉を１４５０℃に３時間維持し、合わせ湯の３０分前に温度を昇温させて最終温度１４７７℃で出湯した後、取鍋の溶鋼に注いで合わせ湯を行った。合わせ湯の直後に温度を測定した結果、１５８９℃の所望の温度に近接した高マンガン鋼の溶鋼が得られた。
【符号の説明】
【０１１５】
１０      転炉
２０      合金鉄溶解炉
３０      取鍋
３１、４０  ガス供給部
５０      台車
１００      保温炉
１１０      ケース
１２０      収容部
１３０      熱源部
１４０      上部カバー
１５０      雰囲気ガス供給部
１６０      出鋼口
１７０      ランス
１８０      ガイドフレーム
１９０      駆動部
【図１】
2016519217.tif 000004
【図２】
2016519217.tif 000005
【図３】
2016519217.tif 000006
【図４】
2016519217.tif 000007
【図５】
2016519217.tif 000008
【図６】
2016519217.tif 000009
【図７】
2016519217.tif 000010
【図８ａ】
2016519217.tif 000011
【図８ｂ】
2016519217.tif 000012
【図９】
2016519217.tif 000013
【図１０】
2016519217.tif 000014
【図１１】
2016519217.tif 000015
【図１２】
2016519217.tif 000016
【図１３】
2016519217.tif 000017
【図１４】
2016519217.tif 000018
【図１５】
2016519217.tif 000019
【図１６】
2016519217.tif 000020
【図１７】
2016519217.tif 000021
【図１８】
2016519217.tif 000022
【図１９】
2016519217.tif 000023
【図２０】
2016519217.tif 000024
【図２１】
2016519217.tif 000025
【国際調査報告】
2016519217.tif 000026
2016519217.tif 000027
2016519217.tif 000028
2016519217.tif 000029