JP2003247016A - 溶鋼の脱炭方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ＲＨ真空脱ガス槽を配設した取鍋内
の溶鋼に生じるデッドゾーンを解消し、溶鋼の脱炭反応
効率を従来より一層高めることの可能な溶鋼の脱炭方法
を提供することを目的としている。 【解決手段】取鍋に保持した溶鋼にＲＨ真空脱ガス槽を
配設し、該ＲＨ真空脱ガス槽と取鍋との間で該溶鋼を環
流させつつ脱炭するに際して、前記ＲＨ真空脱ガス槽の
浸漬管の外周面と取鍋内壁との間の溶鋼中にガスを吹き
込む浸漬ランスを設け、該浸漬ランスを介してガスを吹
込み、溶鋼を攪拌する。この場合、前記浸漬ランスを介
して吹き込むガスが窒素又はアルゴンであったり、ある
いは前記浸漬管の溶鋼への浸入深さ（ｄ）を、該浸漬管
の内径（ｒ）に応じ下記式を満足するように調整するの
が好ましい。 ０．９ｒ≦ｄ≦１．１ｒ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の脱炭方法に
係わり、詳しくは、溶銑を転炉で脱炭し、形成した溶鋼
を取鍋へ出鋼した後、さらに該溶鋼を真空脱ガス装置で
脱炭処理し、その炭素含有量を一層低減する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶銑を転炉で脱炭精錬して溶
鋼となし、取鍋へ出鋼してから、さらに真空脱ガス装置
を用いて脱炭処理し、溶鋼の炭素含有量を一層低減する
こと（これを二次精錬という）が行われている。そし
て、この二次精錬における脱炭反応を効率的に行うた
め、さまざまな技術が提案されている。

【０００３】例えば、特開平４−１３１３１６号公報
は、図５に示すように、取鍋１に保持した溶鋼２を上昇
及び下降させる２本の浸漬管３を備えた真空脱ガス槽４
と取鍋１間で溶鋼２を環流させる所謂「ＲＨ式真空脱ガ
ス槽」を用い、脱ガス処理中に取鍋１の底部から不活性
ガス５を吹き込んで溶鋼２の流動を改善する技術を開示
している。その取鍋底部からのガス吹込は、通常、ポー
ラスプラグ等の多孔質耐火物６を該底部に埋め込み、そ
れを介して行われる。ところが、該多孔質耐火物６に
は、目詰りに起因して吹き込むガスの流量に制約がある
ばかりでなく、交換に多大な労力を必要としたり、ある
いは交換の周期が短いといった問題があった。また、当
該多孔質耐火物６の埋め込み位置は、通常、設計時に一
義的に決定されているため、例えば、取鍋１内で溶鋼流
動が停滞し、脱炭が進行し難くなる領域（これを「デッ
ドゾーン」という）が存在しても、それを解消するに
は、底吹するガスの流量を増大させる対策しかなく、流
量増大により溶鋼２の温度降下を促進してしまうという
問題があった。

【０００４】また、真空脱ガス槽４内での溶鋼２の脱炭
反応効率を向上させるには、本発明者らが先に特開平２
−７７５１８号公報で提案したように、「ＲＨ真空脱ガ
ス槽４内に上吹きランス７を上方から挿入し、該上吹き
ランス７を介して酸素ガスを溶鋼２に吹き込み脱炭する
（図５参照）」技術が有効である。しかしながら、ＲＨ
真空脱ガス槽４には、前記２本の浸漬管３の間、及び浸
漬管３の外周面と取鍋１の内壁との間に、溶鋼２（又は
スラグ）が大気と触れる部分があり、その部分において
溶鋼２の流動が相対的に小さくなり、前記「デッドゾー
ン」が発生し易い。そして、この「デッドゾーン」の存
在が脱炭時間を延長したり、あるいは溶鋼の脱炭不良を
誘発する元凶となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、ＲＨ真空脱ガス槽を配設した取鍋内の溶鋼に生
じるデッドゾーンを解消し、溶鋼の脱炭反応効率を従来
より一層高めることの可能な溶鋼の脱炭方法を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【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を重ね、その成果を本発明に具現化
した。

【０００７】すなわち、本発明は、取鍋に保持した溶鋼
にＲＨ真空脱ガス槽を配設し、該ＲＨ真空脱ガス槽と取
鍋との間で該溶鋼を環流させつつ脱炭するに際して、前
記ＲＨ真空脱ガス槽の浸漬管の外周面と取鍋内壁との間
の溶鋼中にガスを吹き込む浸漬ランスを設け、該浸漬ラ
ンスを介してガスを吹込み、溶鋼を攪拌することを特徴
とする溶鋼の脱炭方法である。

【０００８】この場合、前記浸漬ランスを介して吹き込
まれるガスが窒素又はアルゴンであったり、あるいは前
記浸漬管の溶鋼への浸入深さ（ｄ）を、該浸漬管の内径
（ｒ）に応じ下記式を満足するように調整するのが好ま
しい。

【０００９】０．９ｒ≦ｄ≦１．１ｒ また、前記ＲＨ真空脱ガス槽内に挿入した上吹ランスを
介して酸素ガスを溶鋼に吹き付けることを併用したり、
あるいは前記浸漬ランスは、昇降自在で、且つその浸漬
位置を平面視でＲＨ真空脱ガス槽の中心を基準にした±
６０°の範囲内で調整するように、移動自在にすると一
層良い。

【００１０】本発明では、取鍋の内壁とＲＨ真空脱ガス
槽の浸漬管外周面との間に生じる溶鋼の前記デッドゾー
ンにガス吹き込み用ランスを挿入し、ガスを吹込むよう
にしたので、該デッドゾーンが消失し、溶鋼全体の脱炭
に必要な時間を従来に比べて著しく短縮できるようにな
る。

【００１１】

【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。

【００１２】まず、発明者は、取鍋内の溶鋼を真空脱ガ
ス設備で脱炭処理する場合の流動解析によるシミュレー
ションを行い、取鍋各部位毎の溶鋼中炭素濃度と時間と
の関係を調査した。その結果、溶鋼全体の脱炭時間を延
長させる原因の１つとして、取鍋の上部や端部（壁際）
に発生する溶鋼流動の小さい領域（前記、デッドゾー
ン）の存在を確認した。そして、引き続き、これらのデ
ッドゾーンを消失させ、溶鋼全体の脱炭時間を短くする
ための方策について検討した。

【００１３】そして、具体的な手段として、図１に示し
たように、浸漬管３の外周面と取鍋１の内壁との間の溶
鋼２にガスを吹き込むランス（以下、浸漬ランス９とい
う）を新規に設け、溶鋼２内に不活性ガス及び活性ガス
を吹き込み、取鍋１上部の溶鋼２に形成されたデッドゾ
ーンを撹拌する本発明を完成させたのである。

【００１４】通常、ＲＨ真空脱ガス槽４を利用する場合
には、溶鋼２を環流させるためのガス（環流ガス１０と
いう）を、上昇管ともいう浸漬管３の方に別途設けた小
径管８より吹き込むが、これに加えて該真空脱ガス槽４
の内には、前記したように、上方よりガスの上吹きラン
ス７を挿入し、該上吹きランス７を介して酸素ガスを吹
込み、溶鋼の脱炭処理を実施することもある。そこで、
本発明では、これらのガス吹き込みも行った上で、上記
した浸漬管外周面と取鍋内壁との間の溶鋼へのガス吹き
込みも併用することにした。このようにすると、脱炭反
応がより効率的になるからである。

【００１５】また、本発明者らは、前記シミュレーショ
ンを行う過程において、浸漬管３を溶鋼２内への深く浸
入させるほど、取鍋１の上部に生じる「デッドゾーン」
が拡大することを発見した。このデッドゾーンの拡大
は、溶鋼２の脱炭を均一化するまでの時間が長くなる。
その一方で、浸漬管３の深さが浅すぎると、取鍋１の上
部で溶鋼２に浮遊するスラグが前記上昇管を経て真空脱
ガス槽４内に浸入し易くなり、スラグ混入に起因して溶
鋼２の清浄度の悪化を誘発する。

【００１６】そこで、発明者は、この浸漬管３の溶鋼２
内への浸漬深さを最適化することも検討した。そして、
浸漬管３の浸漬深さについては、図４に示す浸漬管の溶
鋼内への浸漬深さ（ｄ）と浸漬管の内径（ｒ）との比
が、スラグ巻込による不良鋼材の発生比率及び溶鋼の脱
炭に必要な時間に影響を与えることを見出した。そのた
め、発明者はこの影響を解消することも研究し、上記ス
ラグの巻込みが少なく、かつデッドゾーンが拡大しない
対策として、前記した比を、下記の範囲に収まるように
するのが良いと考え、このことも本発明に加えることに
した。

【００１７】０．９ｒ≦ｄ／ｒ≦１．１ つまり、浸漬管３の浸漬深さ（ｄ）がその内径（ｒ）の
０．９未満では、スラグ巻込みによる不良鋼材の発生比
率の増大を招き、一方、浸漬深さ（ｄ）が内径（ｒ）の
１．１超えでは、デッドゾーンが拡大し、脱炭処理時間
の増大を招くからである。

【００１８】さらに、デッドゾーンは、主として取鍋１
の上部及び端部（上昇管側）に生じるが、本発明に係る
浸漬ランス９からのガス吹込みによる溶鋼２の下降流を
最大限に享受するため、デッドゾーンの解消には、該浸
漬ランス９を平面視で移動させたり、あるいは上下方向
に昇降するのが有効であることを見出した。そして、図
２に示すように、この浸漬ランス９を平面視で矢印方向
へ移動させたり、あるいは上下方向に昇降させることも
本発明に加えることにした。この場合、浸漬ランス９の
移動手段については周知のものを利用すれば良いので、
本発明では特に限定するものではない。

【００１９】なお、ここで、該浸漬ランス９の上下方向
への昇降距離については、溶鋼２の湯面から下方に５０
０〜２０００ｍｍの範囲で、且つその移動の周期は、１
回／２分程度であることが望ましい。このような制限を
するのは、デッドゾーンの発生領域が溶鋼の上面から下
方へ通常１５００ｍｍ以内であることに加えて、溶鋼２
の上面から５００ｍｍより浅い範囲でガスによるバブリ
ング処理を行うと、溶鋼２のスプラッシュ発生が多くな
ったり、溶鋼上のスラグを撹拌し、その清浄度を低下さ
せるからである。

【００２０】なお、ＲＨ真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素を
供給して脱炭する場合は、前述のように、上吹ランスを
介して酸素ガスを溶鋼に吹き付ける方法が最も好ましく
使用できるが、その他の方法としてＲＨ真空脱ガス槽の
下部横に設けた羽口から溶鋼中に酸素ガスを吹き込む方
法で、上吹ランスから金属酸化物を溶鋼に吹き付ける等
の公知の脱炭促進方法を適用しても良い。

【００２１】

【実施例】容量が２８０トンの取鍋１に、図１に示すよ
うに、転炉（図示せず）から溶鋼２を出鋼し、ＲＨ真空
脱ガス槽４をセットして、本発明に係る溶鋼の脱炭方法
を実施した。また、比較として、本発明に係る浸漬ラン
ス９を用いない操業も行った。操業結果は、表１に示す
通りである。なお、表１の「操業」は、浸漬ランス９
を、最も溶鋼２の流動が小さいデッドゾーン（上昇管側
で湯面から深さ１．５ｍの位置）に固定し、アルゴンガ
スを毎分２００リットルの流量で吹込んだ操業結果であ
る。また、表１の「操業」は、浸漬ランス９を上下方
向に１回／２分の周期で昇降させると共に、該浸漬ラン
ス９を取鍋１の内周に沿うような状態で１回／２分の周
期で、溶鋼２内で揺動させた場合の操業結果である。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１より、本発明に係る浸漬ランス９を使
用し、該浸漬ランス９の平面移動、昇降等を実施しない
場合（操業）は、比較例と比べて、脱炭時間を２分短
縮できることが明らかである。さらに、浸漬ランス９を
上下方向に昇降（周期１回／２分、移動ストローク：取
鍋内溶鋼の上面から深さ５００ｍｍ〜２０００ｍｍ）さ
せ、さらに平面視で真空脱ガス槽４の中心を基準に±６
０゜の角度で該浸漬ランス９を移動させる本発明（操業
）では、比較例に対して脱炭時間を３分間短縮でき、
安定して脱炭できるようになった。従って、この脱炭処
理時間の短縮により、ＲＨ真空脱ガス槽で処理中の溶鋼
の温度降下が抑制できるので、上流工程である転炉から
の出鋼温度を３℃も低減することが可能となった。な
お、表１に、浸漬管３の浸漬深さと内径との比（ｄ／
ｒ）を示すが、本発明の実施例は、いずれも１．０とし
て操業した。また、脱炭処理後の炭素濃度は、図３に示
すように、いずれの例も１５ｐｐｍ以下を達成してい
た。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、ＲＨ
真空脱ガス槽を配設した取鍋内の溶鋼に生じるデッドゾ
ーンを解消し、溶鋼の脱炭反応効率を従来より一層高く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶鋼の脱炭方法を実施したＲＨ真
空脱ガス槽を示す横断面図である。

【図２】本発明に係る浸漬ランスの移動範囲を説明する
平面図である。

【図３】比較例と本発明の実施による溶鋼中の炭素濃度
と真空処理時間との関係を示す図である。

【図４】浸漬管の溶鋼への浸漬深さ（ｄ）及び浸漬管内
径（ｒ）を説明するＲＨ真空脱ガス槽の横断面図であ
る。

【図５】従来の溶鋼の脱炭方法を実施したＲＨ真空脱ガ
ス槽を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ 取鍋 ２ 溶鋼 ３ 浸漬管 ４ 真空脱ガス槽 ５ 不活性ガス ６ 多孔質耐火物 ７ 上吹きランス ８ 小径管 ９ 浸漬ランス １０ 環流ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 嘉久 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 加藤 一之 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K013 BA02 CA01 CA02 CA04 CA12 CA15 CA16 CC01 CE01 CE04 CE05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋に保持した溶鋼にＲＨ真空脱ガス槽
   を配設し、該ＲＨ真空脱ガス槽と取鍋との間で該溶鋼を
   環流させつつ脱炭するに際して、 前記ＲＨ真空脱ガス槽の浸漬管の外周面と取鍋内壁との
   間の溶鋼中にガスを吹き込む浸漬ランスを設け、該浸漬
   ランスを介してガスを吹込み、溶鋼を攪拌することを特
   徴とする溶鋼の脱炭方法。
2. 【請求項２】 前記浸漬ランスを介して吹き込まれるガ
   スが窒素又はアルゴンであることを特徴とする請求項１
   記載の溶鋼の脱炭方法。
3. 【請求項３】 前記浸漬管の溶鋼への浸入深さ（ｄ）
   を、該浸漬管の内径（ｒ）に応じ下記式を満足するよう
   に調整することを特徴とする請求項１又は２記載の溶鋼
   の脱炭方法。 ０．９ｒ≦ｄ≦１．１ｒ
4. 【請求項４】 前記ＲＨ真空脱ガス槽内に挿入した上吹
   ランスを介して酸素ガスを溶鋼に吹き付けることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鋼の脱炭方
   法。
5. 【請求項５】 前記浸漬ランスは、昇降自在で、且つそ
   の浸漬位置を平面視でＲＨ真空脱ガス槽の中心を基準に
   した±６０°の範囲内で調整するように、移動自在であ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶
   鋼の脱炭方法。