JP5037360B2 - 高マンガン低炭素鋼を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状の銑鉄又は液状の鋼とスラグ成分をベースとして高マンガン低炭素鋼を製造するための方法に関する。

高マンガン鋼の製造は、精錬所において主にスクラップをベースとしてアーク炉内で実施される（非特許文献１）。製造時、マンガンキャリヤが鉄合金として溶湯内に投入される。これにより、低炭素のフェロマンガン（ＦｅＭｎ）が高炭素の同じ製品よりも約３００倍も高価であるという問題が生じる。しかしながら、低炭素のＦｅＭｎは、製造に最も適している。

電気アーク炉とは違う容器内での高マンガン鋼の製造は、鋼の脱炭をする際に酸素がマンガンに対して高い親和力を示すので、酸素を吹き込むことにより非常に大量のマンガンがスラグ化することで失敗する。転炉過程の選択に際してこれまでに生じた欠点は、マンガンのスラグ化が激しいことと、鋼内のマンガン含有量が約１６〜１７ｗｔ％と相当低いことにある。

電気アーク炉内での高マンガン低炭素鋼の製造は、複数の欠点と結びついている。即ちこれは、アーク領域内では３０００°Ｃまでの温度でマンガンの蒸発が大いに行なわれること、トランプエレメントの低い含有量を保証するために、価値の高い、即ち高価なスクラップが必要であること、加えて、高価な低炭素鉄合金の使用が必要であることである。
Vortag am Forum FuerMetallurgie, Leoben, 2003, Verfasser Gigacher, Doppler, Bernard Krieger, veroeffentlicht in BHM, Bd. 148, Nr. 11, 2003,Seiten 460-465, XP009063529

本発明の基礎をなす課題は、電気アーク炉とは違う容器内でのプロセス過程のこれまでの欠点を回避し、銑鉄と液状のＦｅＭｎのチャージを使用した場合に炭素含有量の低い高マンガン鋼を得ることにある。

提起した課題は、本発明によれば、６ｗｔ％Ｃの液状のフェロマンガンと炭素含有量０．１ｗｔ％Ｃの液状の鋼と必要量のスラグ成分をＦｅＭｎ精錬転炉に投入することによりプロセスが開始され、トップランスと下吹きノズルからの酸素の組合せの吹込みにより炭素成分が０．７〜０．８ｗｔ％に低減され、その後、予備溶湯から成る低温の最終製品の一部が冷却剤として投入され、その後、下吹きノズルから酸素を連続的に吹き込むことにより炭素成分が０．０５〜０．１ｗｔ％Ｃにまで低減されることによって解決される。冷却剤の作用と、比較的低い温度での浴面下での炭素の燃焼プロセスの経過は、マンガンの蒸発を防止する。マンガンキャリヤとしてのＦｅＭｎカーバイドの使用は、高マンガン鋼を製造するための割安な過程を保証する。マンガン含有量は、約２５〜３０ｗｔ％に上昇させることができる。銑鉄の使用は、銅や他のトランプエレメントの割合における厳しい要求の遵守を容易にする。添加による高マンガン鋼の製造は、統合された１つの製鋼所でも可能である。例えば銅、亜鉛、錫、モリブデン、タングステン等を含んでいるスクラップからのトランプエレメントの添加は必要ない。

加えて、トップランスもしくは下吹きノズルからの酸素と酸素・不活性ガス混合物の組合せの吹込みにより、溶湯内の酸素の分圧が低減されることが有利である。

有利な低い温度を維持するために、プロセスの全てのステップが１６３０〜１６５０°Ｃの温度範囲内で実施される。

方法の更なる改善は、ＦｅＭｎ精錬転炉の後に設けられた取鍋炉内で、化学組成の調整をするため、ＳｉＭｎ及び／又はＦｅＡｌが溶湯内に投入される。

従って、例えばＴＷＩＰ鋼（Twinning InducedPlasticity）又はＴＲＩＰ鋼（Transformation InducedPlasticity）のような鋼を得ることができる。

実用的な実施例は、ＦｅＭｎ精錬転炉に、鋼１トン当たり約３８０ｋｇの量の６ｗｔ％Ｃの液状のＦｅＭｎ７５カーバイドと５３０ｋｇの量の０．１ｗｔ％Ｃの液状の鋼と必要量のスラグ成分が投入され、これにより、溶湯には、Ｃ＝２．６ｗｔ％の炭素含有量に相当する２３．３ｋｇの炭素が含まれ、炭素含有量が、少なくとも１つのトップランス（８）と複数の下吹きノズルからの酸素の組合せの吹込みにより約０．９ｗｔ％Ｃに低減され、引き続き約１５０ｋｇの予備溶湯から成る低温の最終製品が冷却剤として連続的に投入され、下吹きノズルからの酸素・不活性ガス混合物により、炭素含有量が０．０５〜０．１ｗｔ％Ｃに低減されるように形成されている。

銑鉄又は炭素鋼の供給とスラグ成分及びトランプエレメントの添加により、高マンガン低炭素鋼を製造するための溶解装置は、材料の流れにおいて、一方でＳＡＦ溶解容器又は高炉が、他方で炭素鋼のための製鋼転炉又は電気アーク炉が、ＦｅＭｎ精錬転炉の前に設けられており、プロセス手順において、ＦｅＭｎ精錬転炉に取鍋炉が接続しているように形成されている。

本発明の実施例を図示した図面を基にして、本発明を以下で詳細に説明する。

図１に従って、液状の銑鉄２又は液状の鋼３とスラグ成分４（図２のスラグ層参照）をベースとして高マンガン低炭素鋼１を製造するための方法が作動する。プロセスは、約６ｗｔ％Ｃの液状のフェロマンガン５と約０．１ｗｔ％Ｃの液状の鋼もしくは炭素鋼３ａと必要量のスラグ成分４をＦｅＭｎ精錬転炉６ａに投入することにより開始される。その後、少なくとも１つのトップランス８と下吹きノズル９からの酸素７の組合せの吹込みにより炭素成分が約０．７〜０．８ｗｔ％Ｃに低減される。同時に予備溶湯から成る低温の最終製品の一部が冷却剤１０として投入される。この段階で、下吹きノズル９から酸素７を連続的に吹き込むことによる約０．０５〜０．１ｗｔ％Ｃまでの炭素成分の低減が行なわれる。

下吹きノズル９とトップランス８からの酸素７と酸素・不活性ガス混合物１１の連続的な吹込みにより、溶湯内の酸素の分圧は低減させることができる。プロセスの全てのステップは、１６３０°Ｃ〜１６５０°Ｃの（低い）温度範囲内で行なわれる。

取鍋炉１２内で、化学組成の調整をするため、ＳｉＭｎ及び／又はＦｅＡｌが溶湯１３内に投入される。

高マンガン低炭素鋼１の製造をするための溶解装置は、図２によれば、スラグ成分４及び鋼のトランプエレメント１５を添加した銑鉄又は炭素鋼の供給１４により作動する。このため、（電極を浸漬させた）還元炉１６又は銑鉄２のための高炉１７又は炭素鋼３ａのための製鋼転炉６又は電気アーク炉１８が使用され、これらは、材料の流れにおいて、ＦｅＭｎ精錬転炉６ａの前に設けられている。ＦｅＭｎ精錬転炉６ａに取鍋炉１２が接続している。

本発明による方法のための実際的な実施例は、第１のステップで、ＦｅＭｎ精錬転炉６ａに、鋼１トン当たり約３８０ｋｇの量の６ｗｔ％Ｃの液状のＦｅＭｎ７５カーバイドと５３０ｋｇの量の０．１ｗｔ％Ｃの液状の鋼と必要量のスラグ成分４が投入され、これにより、溶湯（１３）には、Ｃ＝２．６ｗｔ％の炭素含有量に相当する２３．３ｋｇの炭素が含まれるように形成されている。第２のステップで、炭素含有量が、少なくとも１つのトップランス８と複数の下吹きノズル９からの酸素の組合せの吹込みにより約０．７ｗｔ％に低減される。第３のステップで、鋼１トンに対して約１５０ｋｇの予備溶湯から成る低温の最終製品が冷却剤１０として連続的に投入される。第４のステップとして、下吹きノズル９からの酸素・不活性ガス混合物１１（不活性ガスは、ノズルの保護のために使用され、同時に攪拌作用を加える）により、炭素含有量が約０．１ｗｔ％Ｃに低減される。

化学組成（ＴＷＩＰ鋼又はＴＲＩＰ鋼）の調整は、軽金属（Ｓｉ，Ａｌ等）の添加を介して行なわれるので、達成すべき炭素含有量の低い鋼マンガン鋼１と添加物Ａｌ及びＳｉは、統合された１つの製鋼所で発生させることができる。

上の部分にチャージ工程のためのグラフを、下の部分に時間に依存した脱炭プロセスの経過のためのグラフを示す。 溶解装置内で銑鉄が供給されるルーチンを含んだブロック図を示す。

１ 高マンガン低炭素鋼
２ 液状の銑鉄
３ 液状の鋼
３ａ 液状の炭素鋼
４ スラグ成分
５ 液状のフェロマンガン
６ 製鋼転炉
６ａ ＦｅＭｎ精錬転炉
７ 酸素
８ トップランス
９ 下吹きノズル
１０ 冷却剤
１１ 酸素・不活性ガス混合物
１２ 取鍋炉
１３ 溶湯
１４ 銑鉄又は炭素鋼の供給
１５ トランプエレメント
１６ 還元炉（ＳＡＦ）
１７ 高炉
１８ 電気アーク炉

Claims (4)

1. 液状の銑鉄（２）又は液状の鋼（３）とスラグ成分（４）をベースとして高マンガン低炭素鋼（１）を製造するための方法において、
   ６ｗｔ％Ｃの液状のフェロマンガン（５）と０．１ｗｔ％Ｃの液状の鋼（３；３ａ）又は液状の銑鉄と必要量のスラグ成分（４）をＦｅＭｎ精錬転炉（６ａ）に投入することによりプロセスが開始され、トップランス（８）と下吹きノズル（９）からの酸素（７）の組合せの吹込みにより炭素成分が０．７〜０．８ｗｔ％に低減され、その後、予備溶湯から成る低温の最終製品の一部が冷却剤（１０）として投入され、その後、下吹きノズル（９）から酸素（７）を連続的に吹き込むことにより炭素成分が０．０５〜０．１ｗｔ％Ｃにまで低減されることを特徴とする方法。
2. トップランス（８）もしくは下吹きノズル（９）からの酸素（７）と酸素・不活性ガス混合物（１１）の組合せの吹込みにより、溶湯内の酸素の分圧が低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. プロセスの全てのステップが１６３０〜１６５０°Ｃの温度範囲内で実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. ＦｅＭｎ精錬転炉（６ａ）の後に設けられた取鍋炉（１２）内で、化学組成の調整をするため、ＳｉＭｎ及び／又はＦｅＡｌが溶湯（１３）内に投入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。

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