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【発明の名称】 低炭素、高マンガン鋼の溶製方法
【発明者】 【氏名】田中 芳幸
【住所又は居所】岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

【氏名】大島 健二
【住所又は居所】岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

【氏名】野村 寛
【住所又は居所】岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内
【要約】 【課題】本発明は、Ｍｎ源に高炭素フェロマンガンを使用しても、鋳造時のノズル閉塞がなく、安定した連続鋳造操業が可能な低炭素、高マンガン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】転炉から取鍋に出鋼中又は出鋼した溶鋼に高炭素フェロマンガンを投入し、その後ＲＨ真空脱ガス槽内で溶鋼を取鍋と該槽間を還流させつつ脱炭、脱ガスを完了させ、取鍋へ脱酸用アルミニウムを投入した後、引き続き、ＣａＯを主体としたフラックスを投入して、溶鋼とスラグとの界面に該フラックスの遮断層を形成させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 転炉から取鍋に出鋼中又は出鋼した溶鋼に高炭素フェロマンガンを投入し、その後ＲＨ真空脱ガス槽内で溶鋼を取鍋と該槽間を還流させつつ脱炭、脱ガスを施して脱酸を行った後、引き続き、該脱ガス槽内にフラックスを投入して、脱ガス槽を介して取鍋側にフラックスを供給することにより、溶鋼とスラグとのスラグ・メタル界面に前記フラックスによるスラグ・メタル反応の遮断層を形成させ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ＲＨ真空脱ガス槽内の脱炭を、酸素ガスの上吹きで行なう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。
【請求項３】 前記転炉精錬を終了し取鍋に出鋼中又は出鋼した溶鋼に伴われるスラグに、脱酸剤を投入することを特徴する請求項１又は２記載の低炭素、高マンガン鋼の溶製方法。
【請求項４】 前記脱炭中のＲＨ真空脱ガス槽内の雰囲気を１０〜５０パスカルとすることを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の低炭素、高マンガン鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低炭素、高マンガン鋼の溶製方法に係わり、詳しくは、転炉及び二次精錬としてのＲＨ真空精錬を経て溶製された低炭素、高マンガンの溶鋼を、連続鋳造時にノズル詰りを起こさず、円滑に鋳片とすることが可能な溶製技術の開発に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素を０．１質量％以下、且つマンガン（以下、記号Ｍｎで示す）を１．０質量％以上含有するＪＩＳ Ｇ ３１３６の建築構造用圧延材あるいはＭｎが１．６質量％を超えるような所謂「低炭素、高Ｍｎ鋼」を溶製するには、脱炭を主体とする転炉での操業中に溶鋼のＭｎ濃度が低下するので、出鋼時にＭｎ源を溶鋼に添加することにより、Ｍｎ濃度を高めている。この場合、添加するＭｎ源としては、炭素濃度の高い、例えばフェロマンガンを使用すると、炭素ピックアップによる成分外れが起こるため、炭素濃度の低い高価な低炭素もしくは中炭素フェロマンガン、又は金属Ｍｎが使用され、操業コストを高めていた。
【０００３】そこで、従来より、安価な高炭素フェロマンガンを利用する研究が行なわれ、例えば、特開平４−８８１１４号公報では、転炉から取鍋へ出鋼するに際して、溶鋼中に高炭素フェロマンガンを投入し、その後真空脱ガス槽内で酸素ガスを上吹きして脱炭精錬してから、脱ガスすることで、Ｍｎ含有量を調整する技術を提案している。この技術によれば、転炉出鋼時に高炭素フェロマンガンを添加しても、その後にＲＨ真空脱ガス槽での脱炭精錬を採用して、炭素濃度の上限外れは回避できた。
【０００４】また、特開平１１−２４６９０９号公報では、真空脱ガス槽での所謂「二次精錬」は実施せずに、転炉での酸素吹錬の末期に高炭素フェロマンガンを溶鋼へ添加し、該高炭素フェロマンガン中の炭素を吹錬中に燃焼させ、Ｍｎを溶鋼に高濃度で歩留まらせる技術を提案している。この技術によれば、Ｍｎ源のコスト低下が達成されるばかりでなく、出鋼時にフェロマンガンを溶鋼へ投入しないので、出鋼に際しての溶鋼温度の降下がなく、且つ転炉操業が低い溶鋼温度で実施できるので、転炉内張り耐火物の溶損が抑制できるし、シリコンとか炭材等の熱源を別途投入する必要もなく、操業コストの低下が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特開平４−８８１１４号公報記載の技術では、脱炭精錬中に溶鋼中のＭｎが酸化してスラグへ移行し、Ｍｎの酸化ロスが大きい。従って、せっかく安価なＭｎ源を使用しても、その効果がＭｎの酸化ロスで相殺され、操業コストの低減程度が小さくなってしまう。また、ＲＨ真空脱ガス槽での脱炭終了後に、溶鋼へＡｌ等を投入して脱酸するが、スラグ中のＭｎＯで溶鋼中のＡｌが徐々に再酸化され、図１に示すように、該溶鋼１を連続鋳造機２で鋳込み鋳片３とする際に、取鍋４とタンディッシュ５との間に設けた取鍋ノズル６の内面（特に、取鍋４の上ノズル側）にＡｌ2Ｏ3が多量に付着し、該取鍋ノズル６を閉塞する。そのため、鋳込みを途中で中断する場合が生じ、タンディッシュ５、浸漬ノズル１８を介して行われる鋳造作業が円滑に行なえないという問題がある。
【０００６】また、前記特開平１１−２４６９０９号公報記載の技術では、対象とする鋼種を低炭素鋼とすると、転炉９で炭素を０．０３質量％まで下げる必要があり、その結果として発生するスラグは過酸化（高ＦｅＯ）となる。そのため、転炉９での酸素吹錬末期に高炭素フェロマンガンを添加して非平衡の状態で吹錬を終了させるが、それ以前に行う脱炭時間を十分に確保する必要があり、溶製時間が長くなり過ぎて実工程には採用し難いという問題があった。
【０００７】本発明は、かかる事情に鑑み、Ｍｎ源に高炭素フェロマンガンを使用しても、鋳造時に取鍋ノズルの閉塞がなく、安定した連続鋳造操業が可能な低炭素、高マンガン鋼の溶製方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】すなわち、本発明は、転炉から取鍋に出鋼中又は出鋼した溶鋼に高炭素フェロマンガンを投入し、その後ＲＨ真空脱ガス槽内で溶鋼を取鍋と該槽間を還流させつつ脱炭、脱ガスを施し脱酸を行った後、引き続き、該脱ガス槽内にフラックスを投入して、脱ガス槽を介して取鍋側にフラックスを供給することにより、溶鋼とスラグとのメタル・スラグ界面に前記フラックスによるスラグ・メタル反応の遮断層を形成させ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。
【００１０】その際、前記ＲＨ真空脱ガス槽内の脱炭を、酸素ガスの上吹きで行なうのが好ましい。また、前記転炉精錬を終了し取鍋に出鋼中又は出鋼した溶鋼に伴われるスラグに、アルミ滓を投入したり、あるいは前記ＲＨ真空脱ガス槽内の雰囲気を１０〜５０パスカルとすると一層好ましい。
【００１１】本発明では、真空精錬後の溶鋼とスラグとの界面を、別途真空脱ガス槽を介して投入するフラックスで比重差を利用して、脱ガス処理の完了した溶鋼と、既にその表面に浮遊しているスラグ層の所謂スラグ・メタル間に新たなフラックスによる遮断層を形成するようにしたので、スラグ中のＭｎＯで溶鋼中Ａｌの酸化が抑制できるようになる。その結果、低炭素、高マンガン溶鋼が安定して溶製されると共に、該溶鋼の連続鋳造に際して取鍋ノズルの詰りも解消されるようになる。なお、遮断層形成に使用するフラックスとしては、ＣａＯ，ＭｇＯ等高融点の材料を使用することが必要で、低融点である時は、添加時に既にその表面に浮遊しているスラグ層中に溶け込むことになり好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】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】発明者は、転炉９から取鍋４へ出鋼中の溶鋼１へ高炭素フェロマンガンを投入し、ＲＨ真空脱ガス槽１０で脱炭する従来技術の見直しを行なうため、試験操業を多々行った。その結果、特に鋳込みの後半で取鍋ノズル６（以下、単にノズル６という）の閉塞が多発することを確認した。引き続き、その原因を調査したところ、ノズル６の内面（特に上ノズル側）に付着物が付き、それが脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3を主体とするものであることがわかった。また、ＲＨ真空脱ガス処理後のスラグ１１には、ＭｎＯを主体とした低級酸化物の濃度が平均３７質量％と高かった。そこで、発明者は、このノズル閉塞の原因をスラグ中ＭｎＯによる溶鋼中Ａｌの再酸化に起因すると考え、その対策を下記のごとく試験操業を行ない検討した。
【００１４】まず、転炉操業終了後、該転炉９から取鍋４へ出鋼中又は出鋼後に高炭素フェロマンガンが投入された溶鋼１を、ＲＨ真空脱ガス槽１０で脱炭する際のＭｎの酸化ロスを低減するため、以下に示す３つの対策を試みた。
（１）転炉９からの出鋼中、又は出鋼後に溶鋼１に伴われて取鍋へ流出するスラグ１１への脱酸剤（例えばＡｌ又はＡｌ滓）１６の添加（これによりスラグを改質、つまりＦｅＯを低減して、（ＦｅＯ）＋Ｍｎ→（ＭｎＯ）＋Ｆｅなる反応を抑止する）
（２）転炉９から出鋼中又は出鋼後の溶鋼へＳｉを少量（≦０．０６ｍａｓｓ％）添加（これによりＲＨ真空脱ガス槽１０内での脱炭中にＭｎの酸化ロスが低減する）
（３）ＲＨ真空脱ガス槽内雰囲気の真空度を高め、脱炭時の酸素効率を向上させるそして、得られた溶鋼１を直ちに連続鋳造して鋳片３を製造し、取鍋４とタンディッシュ５へ該溶鋼１を注ぐノズル６の閉塞状況をも調査した。これらの調査結果を表１に一括して示す。表１より、上記（１）〜（３）の対策で、Ｍｎの酸化ロス及びスラグ中ＭｎＯ濃度の低減は達成できたが、依然としてノズル６の閉塞は防止できないことが明らかである（表１の実験Ｎｏ．１〜４参照）。また、スラグ中ＭｎＯを、ＲＨ真空脱ガス槽１０での脱炭を行わない時のレベル≒４．０質量％にまで低減しても、スラグ１１にＭｎＯが存在する限り、溶鋼中Ａｌの再酸化が起こり、ノズル閉塞が回避できないこともわかった。
【００１５】
【表１】

【００１６】そこで、発明者は、溶鋼中Ａｌの酸化がＲＨ真空脱ガス槽１０での処理終了後に起きているので、取鍋４内でスラグ１１と溶鋼１の直接接触をさせないようにすれば良いと考えた。そして、この考えを具体化することに努力し、ＣａＯ主体とするフラックスを真空脱ガス槽を介して添加することにより、スラグ−メタル間の界面に、図２に示すような遮断層１２を形成することに成功し（表１の実験Ｎｏ．５〜６参照）、このことを本発明としたのである。すなわち、真空脱ガス槽内に前記フラックスを添加することにより、フラックスは真空脱ガス槽の浸漬管を介して取鍋内溶鋼中に流出し、比重差により溶鋼上に浮遊した時、既存のスラグ層（溶滓）下面に達し、ここに新たなフラックス層（本発明の遮断層）が形成され、これをスラグ・メタル反応の遮断として活用する。
【００１７】ＣａＯ主体のフラックス（組成例は表２参照）を選択した理由は、融点を高めた遮断層を形成して、旧スラグ層への溶け込みを防止、遮断する効果を確実にするためである。なお、この遮断層１２の形成は、前記フラックスを、ＲＨ真空脱ガス槽１０での処理終了５分前、つまり脱酸用Ａｌを添加後に、真空脱ガス槽内に添加して行う。前記したように、溶鋼、スラグ及びフラックスの比重差が自ずと、溶鋼１とスラグ１１間に遮断層１２を形成するからである。
【００１８】また、この遮断層１２の形成だけでも十分効果が認められるが（表１の実験Ｎｏ．７参照）、上記（１），（３）と組み合わせることで、一層効果がたかまったので、それらを要件に加えた本発明も完成させた。この場合、ＲＨ真空脱ガス槽１０内での脱炭は、図１に示したように、酸素ガス１５を上吹きするランス１３を用いて行うのが良い。脱炭速度が早まり、脱炭に要する時間が短縮できるからである。なお、１４はフラックス添加用槽を示している。また、上記（３）の実施には、真空度を通常の５０パスカルより高く、１０〜５０パスカルとするのが良い。それにより、脱炭酸素効率が従来の約４０％から７０％へと大きく上昇するからである。
【００１９】
【表２】

【００２０】さらに、発明者は、この真空脱ガス槽を介して添加するフラックスの添加量についても検討し、図３に示す結果を得た。つまり、嵩比重が異なる前記フラックスの添加量を変化させてノズルの閉塞状況を調査したのである。図３より、フラックスの嵩比重が異なると、ノズル閉塞の抑止効果を発揮するその添加量の最下限値も変化することが明らかである。従って、本発明では、フラックスの添加量については特に限定しないことにした。ただし、上記添加量の最下限値は、ノズル詰りがなく円滑に溶鋼がノズル内を流下していることを示すものであり、図４に示したスライディング・ノズル８のゲート７を全開した時に取鍋４内に残留する溶鋼重量が０トンになるフラックスの添加量である。ちなみに、このフラックスの添加量で形成される遮断層１２の厚みを次式で計算すると、表３に示すように、いずれの嵩比重でも約２ｃｍとなった。そこで、本発明では、平均で２ｃｍ厚みのフラックス層を形成すれば、嵩比重に関係なくノズル閉塞が完全に防止でき、それより薄いとノズル６へのＡｌの付着が始まり、鋳造作業に種々の障害が起きてくることを配慮し、添加量を定めるのが好ましい。
【００２１】ｔf／（ｃｍ）＝Ｗｃf／Ｄf／Ａ【００２２】
【表３】

【００２３】ここで、Ｄｆ：フラックスの嵩比重（ｇ／ｃｍ3）、Ｗｃf：ノズル閉塞が発生しだす限界のフラックス添加量（ｇ）、Ａ：取鍋内スラグの表面積（ｃｍ2）、ｔf：フラックス層の厚み（ｃｍ）である。
【００２４】なお、前記鋳造操業上の障害としては、残鋼２０トン以上で前記ゲート７が全開となってしまうと、鋳込速度を基準の下限値まで下げても、ダンディッシュ５内の溶鋼圧（ヘッド）が低下してしまうため、２チャージ以上連続鋳造する連々鋳を行う際には、残鋼を残したまま取鍋４の交換が必要となる。また、残鋼１０〜２０トンの時にゲート７が全開となると、鋳込速度を低下させてタンディッシュ５内の溶鋼ヘッドを必要な値に維持できるが、生産能率の低下を招く。従って、これらの障害を防止する意味でも、ｔf≧２ｃｍを確保するようフラックス種類の選択と添加量の設定を行うのが好ましいとする。また、嵩比重が大きくなると、フラックス層の厚みｔfを確保するための添加量が多くなり、これに伴い溶鋼温度低下等の影響も大きくなるので、なるべく嵩比重は小さな方が良い。
【００２５】さらに、本発明では、フラックス１４の添加時期については、添加目的がスラグ中酸素と鋼中Ａｌの反応を防ぐことから、脱炭終了、Ａｌ等による脱酸が完了してからであることは言うまでもない。しかしながら、より添加効果を発揮させるには、遮断した界面の下にＡｌ2Ｏ3が存在しないよう、ＲＨ真空脱ガス槽１０内での処理終了直前が好ましい。ただし、フラックス１４を添加したことによって溶鋼１やスラグ１１の温度が位置によって不均一になるので、均一化のために必要な時間は確保する方が良い。
【００２６】
【実施例】溶銑予備処理で脱珪、脱燐及び脱硫し、表４に示す組成にした溶銑と鉄スクラップを主原料にして、上底吹き転炉（生産能力：１８０トン）で酸素吹錬した溶鋼に、前記した本発明に係る溶製方法を適用して低炭素、高マンガン鋼を溶製した。なお、溶製する溶鋼としては、Ｃ，Ｍｎを下記のように限定した鋼種で行った。
【００２７】
例１ Ｃ：０．０３質量％、Ｍｎ：１．５５質量％例２ Ｃ：０．０８質量％、Ｍｎ：３．００質量％得られた溶鋼は、直ちに連続鋳造して鋳片とされたが、その鋳造操業の良否を図４に示す取鍋４の取鍋上ノズル１７のノズル詰りによる障害発生の頻度で評価し、従来の溶製方法で得た溶鋼での結果と比較した。その結果は、表５から明らかなように、本発明によれば、鋳造上での障害はまったく起きないことが明らかである。
【００２８】
【表４】

【００２９】
【表５】

【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、低炭素、高マンガン鋼の溶製でＭｎ源に高炭素フェロマンガンを使用しても、鋳造時のノズル閉塞がなく、安定した連続鋳造操業が可能になる。
【出願人】 【識別番号】０００００１２５８
【氏名又は名称】川崎製鉄株式会社
【住所又は居所】兵庫県神戸市中央区北本町通１丁目１番２８号
【出願日】 平成１３年１１月１５日（２００１．１１．１５）
【代理人】 【識別番号】１０００７９１７５
【弁理士】
【氏名又は名称】小杉 佳男 （外１名）
【公開番号】 特開２００３−１５５５１７（Ｐ２００３−１５５５１７Ａ）
【公開日】 平成１５年５月３０日（２００３．５．３０）
【出願番号】 特願２００１−３５０３８８（Ｐ２００１−３５０３８８）