(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼の精錬過程において溶鋼中に窒素ガスと還元性ガスとの混合ガスを吹込んで加窒することを特徴とする高窒素鋼の製造方法。
【請求項２】
溶鋼の精錬過程において溶鋼表面に窒素ガスと還元性ガスとの混合ガスを吹付けて加窒することを特徴とする高窒素鋼の製造方法。
【請求項３】
前記高窒素鋼がＮを 0.005質量％以上含有することを特徴とする請求項１または２に記載の高窒素鋼の製造方法。
【請求項４】
前記還元性ガスが水素ガスまたは分解して水素を発生するガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高窒素鋼の製造方法。
【請求項５】
前記混合ガス中の窒素ガスの体積をＶN2、前記水素ガスまたは分解して水素を発生するガスからの水素ガスの体積をＶH2とするとき、ＶH2／（ＶN2＋ＶH2）＝ 0.1〜0.5 となる比率で前記窒素ガスと前記水素ガスまたは分解して水素を発生するガスとを混合することを特徴とする請求項４に記載の高窒素鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高窒素鋼の製造方法に関し、 特に精錬過程の溶鋼に安価な窒素ガスを使用して窒素の添加を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高窒素鋼の製造方法としては、特開昭61-91317号公報に、無酸化雰囲気下にある取鍋精錬炉内の溶鋼に、浸漬ランスから窒素ガスを吹込む方法が開示されている。また、特公昭55-34848号公報，特開昭56-25919号公報および特開平1-28319 号公報には、溶鋼の真空脱ガス精錬設備を用い、 真空脱ガス工程後、 真空槽内の真空度を目標Ｎ濃度と平衡する圧力にし、溶鋼内吹込みガスの一部または全部を窒素ガスにして、一定時間保持して溶鋼中に窒素を添加する方法が開示されている。
【０００３】
また、溶鋼中に窒素含有物質を添加する加窒方法も提案されており、特許第1078218 号公報には溶鋼に尿素もしくは尿素含有物質を添加する方法、また特許第2896302 号公報に、真空脱ガス槽内において溶鋼に窒素含有合金を添加する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の窒素ガスによる加窒方法は、窒素の活量を低下する元素であるCrを高濃度で含有する溶鋼の場合にはある程度、適用可能であったが、普通鋼の場合には窒素濃度の増加速度が遅く、必要な窒素濃度まで加窒するには長時間を要する。 このため、取鍋や真空脱ガス槽の耐火物の溶損をきたしたり、あるいは、今日のように製造された溶鋼を複数チャージ続けて連続して鋳造する、いわゆる連続鋳造を行う場合において連続鋳造において要求される溶鋼の供給タイミングに間に合わないという重大な問題を有していた。
【０００５】
一方、前述の公報において提案されている窒素含有物質を添加する方法は、いずれも使用される窒素含有物質が高価であって、処理コストの増加という問題をもたらすものであった。
本発明は、従来技術における、加窒に長時間を要したり、添加物質が高価であるという問題を解決する高窒素鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、
(1) 溶鋼の精錬過程において溶鋼中に窒素ガスと還元性ガスとの混合ガスを吹込んで加窒することを特徴とする高窒素鋼の製造方法、
(2) 溶鋼の精錬過程において溶鋼表面に窒素ガスと還元性ガスとの混合ガスを吹付けて加窒することを特徴とする高窒素鋼の製造方法、
(3) 前記高窒素鋼がＮを 0.005質量％以上含有することを特徴とする (1)または (2)に記載の高窒素鋼の製造方法、
(4) 前記還元性ガスが水素ガスまたは分解して水素を発生するガスであることを特徴とする (1)〜(3) のいずれかに記載の高窒素鋼の製造方法、
(5) 前記混合ガス中の窒素ガスの体積をＶN2、前記水素ガスまたは分解して水素を発生するガスからの水素ガスの体積をＶH2とするとき、ＶH2／（ＶN2＋ＶH2）＝ 0.1〜0.5 となる比率で前記窒素ガスと前記水素ガスまたは分解して水素を発生するガスとを混合することを特徴とする (4)に記載の高窒素鋼の製造方法
を提案する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明者らは、溶鋼中に尿素含有物質や窒素含有合金などの高価な窒素源を添加して加窒するのではコストの増大が避けられないことに鑑み、窒素源として窒素ガスを使用する方法を採用することにした。しかし、窒素ガスを用いて溶鋼に窒素を添加する方法は、加窒速度が遅く、加窒に時間がかかるという問題があった。本発明は、窒素ガスに還元性ガスを混合することによって、この問題を有利に解決したものである。
【０００８】
本発明は溶鋼の精錬過程において溶鋼中に窒素ガスと還元性ガス  と  の混合ガスを吹込むか、または吹付けることによって溶鋼に加窒する。ここに溶鋼の精錬過程とは、転炉，ＡＯＤ，各種の二次精錬過程（大気圧下でのガス攪拌，電磁攪拌，真空脱ガスなどを含む）をいう。
溶鋼中に窒素ガスと還元性ガスとを混合して吹込む場合は、羽口や浸漬ランスなどを用いて直接溶鋼中に混合ガスを吹込めばよい。また混合ガスを溶鋼表面に吹付けるには、溶鋼浴面に離隔して配置した上吹きランスによって行うのがよい。窒素ガスに混合された還元性ガスは、溶鋼と気相の界面（吹込みの場合は気泡と溶鋼の界面，吹付けの場合は吹付け位置における溶鋼表面）に吸着して窒素の吸収を妨げる酸素と反応してこれを除去する作用を発揮する。 このため本発明では単に窒素ガスを溶鋼中に吹込んだり、溶鋼表面に吹付けたりするよりも著しく大きな窒素吸収速度を達成できる。
【０００９】
還元性ガスとしてはＣＯガス，水素ガス，炭化水素ガス，アンモニアガスなどが利用できるが、特に水素ガスか、あるいは分解して水素を発生するガスが好ましい。 これは、窒素ガスに対する同じ混合比率で比較するとＣＯよりも水素の方が遙かに還元力が強いからである。溶鋼への窒素ガスの吸収反応の観点からは、気相中の窒素分圧が高い程、吸窒しやすいので、還元性ガスの混合比率は少ないほど好ましい。 したがって少量で強い還元力を発揮する水素ガスまたは分解して水素を発生するガスがより好ましいのである。
【００１０】
分解して水素を発生するガスとしては、炭化水素ガスやアンモニアガスが好ましい。特にアンモニアガスは、分解すると水素と共に窒素も生成するので一層好ましい。
窒素ガスと水素ガスまたは分解して水素を発生するガスとの混合比率は、水素ガスまたは分解して水素を発生するガスからの水素ガスの体積をＶH2とし、窒素ガスの体積をＶN2とするとき、ＶH2／（ＶN2＋ＶH2）＝ 0.1〜0.5 となるようにするのがよい。この混合比率が 0.1未満では水素ガスまたは分解して水素を発生するガスによる溶鋼と気相の界面の酸素低減効果が殆ど期待できないからである。また、この混合比率が 0.5を超えると混合ガス中の窒素分圧が低くなるために、吸窒反応の駆動力が低下し、このため吸窒速度が低下するためである。より好ましくはＶH2／（ＶN2＋ＶH2）＝ 0.2〜0.4 とするのがよい。なお、分解して水素を発生するガスとしてアンモニアガスを使用する場合は、アンモニアガスから発生する窒素ガス分を上記式の分母におけるＶN2に加算して計算する。
【００１１】
本発明における高窒素鋼とは、窒素を 0.005質量％以上含有する鋼を言い、特に低炭素鋼（炭素濃度0.01〜0.1 質量％の鋼）ないし極低炭素鋼（炭素濃度0.01質量％以下の鋼）の普通鋼について、本発明による改善効果が著しい。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明を適用した操業例を、還元性ガスを使用しない従来の方法（比較例）と比較して説明する。 両方の場合とも、目標溶鋼成分はＣ：0.0020質量％以下，Ｎ： 0.018質量％以上の高窒素極低炭素鋼である。
250ton の溶銑を底吹き転炉にてＣ濃度0.03質量％まで脱炭精錬し、取鍋に未脱酸で出鋼した。この溶鋼をＲＨ脱ガス装置に移送し、脱炭処理と脱酸処理を行った。脱炭処理前の溶鋼中Ｎ濃度は0.0185質量％であった。脱炭処理は真空槽内の溶鋼浴面上から上吹きランスによって15分間酸素ガスを吹付けることによって行い、 溶鋼中Ｃ濃度0.0015質量％まで脱炭した。その後、溶鋼中にAlを添加して脱酸処理を行った。脱酸処理は真空槽内の圧力がほぼ35Torrの下で25分間行った。 なお、脱炭処理と脱酸処理を通じて上昇管から環流ガスとして水素−窒素混合ガス（水素ガス濃度30 vol％）を3000Ｎｌ／min の流量で吹込んだ。ＲＨ処理中の溶鋼中Ｎ濃度の推移を図１に○印で示す。溶鋼中Ｎ濃度は脱炭処理中に0.0190質量％まで上昇した後、脱酸処理中に徐々に低下し、処理終了時に0.0184質量％となった。
【００１３】
比較のために、従来例に従って窒化マンガン合金と窒素吹込みを併用した実験を行った。転炉での精錬条件は上述した発明例と同様である。転炉から取鍋に出鋼する際に溶鋼中に窒化マンガン合金（窒素含有量５質量％）を４kg／溶鋼ton 添加し、 この溶鋼をＲＨ脱ガス装置に移送して脱炭処理と脱酸処理を行った。
脱炭処理前の溶鋼中Ｎ濃度は0.0214質量％であった。脱炭処理は真空槽内の溶鋼浴面上から上吹きランスによって15分間酸素ガスを吹付けることによって行い、溶鋼中Ｃ濃度0.0015質量％まで脱炭した。その後、 溶鋼中にAlを添加して脱酸処理を行った。 脱酸処理は真空槽内の圧力がほぼ35Torrの下で25分間行った。 なお、脱炭処理と脱酸処理を通じて上昇管から環流ガスとして窒素ガスを3000Ｎｌ／min の流量で吹込んだ。ＲＨ処理中の溶鋼中Ｎ濃度の推移を図１に□印で示す。溶鋼中Ｎ濃度は脱炭処理中に0.0193質量％まで低下し、さらに脱酸処理中にも低下を続け、処理終了時に0.0180質量％となった。
【００１４】
本発明例では比較例のような高価な窒化マンガン合金を使用することなく、比較例と同等の成分の鋼を製造するとこが可能となった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、溶鋼に窒素ガスを吹付けあるいは吹込む高窒素鋼の製造方法において、加窒用窒素ガスに還元性ガスを混合することによって、 特に高酸素濃度域での加窒速度が大幅に増大し、高窒素鋼の製造を安価かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼中Ｎ濃度の推移を示すグラフである。
【図１】
0003843845.tif 000002