JP2014019886A

JP2014019886A - 取鍋脱ガス方法

Info

Publication number: JP2014019886A
Application number: JP2012157595A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Arai; 宏忠新井; Daisuke Watanabe; 大輔渡辺; Toshisuke Hori; 俊輔堀; Yuichi Kanzaki; 祐一神崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】溶鋼の脱ガス方法において、溶鋼中の介在物濃度を低位に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去する。
【解決手段】本発明の取鍋脱ガス方法は、取鍋２に設けられた２つの底吹き用プラグ３、３から不活性ガスを吹き込みながら取鍋２内の溶鋼の脱ガスを行うに際し、一方の底吹き用プラグ３のガス流量と他方の底吹き用プラグ３のガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、０．２≦Ｒ≦０．４５を満たすように、２つの底吹き用プラグ３、３の各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラグ３、３のガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、不活性ガスを吹き込んで溶鋼から水素などのガス成分を除去する取鍋脱ガス方法、より具体的には取鍋内を真空にして溶鋼の脱ガスを行う取鍋脱ガス方法に関するものである。

従来より、転炉や電炉での一次精錬が終了すると、精錬後の溶鋼は取鍋内に装入されて二次精錬工程に搬送される。そして、二次精錬工程にて成分の調整や介在物の除去などが行われている。また、溶鋼は種々のガス成分を含んでいるため、二次精錬工程では、合わせて取鍋で真空脱ガス処理されるのが一般的である。真空脱ガス処理方法としては、ＲＨ法、ＤＨ法及び取鍋脱ガス法がある。この取鍋脱ガス処理としては、特許文献１〜特許文献４に示すような方法が採用されている。

特許文献１では、取鍋の溶鋼内に不活性ガス（アルゴンガス）を吹き込むポーラスプラグを、取鍋の底部に取鍋側壁に沿って円弧を描くように並べて配設しておき、これら複数のポーラスプラグから不活性ガスを溶鋼中に吹き込んで脱ガスを行う取鍋脱ガス方法が開示されている。特許文献１の取鍋脱ガス方法では、上述した複数のポーラスプラグの配置（円弧の径や中心角）を調整することで、不活性ガスの気泡を溶鋼内に全域に亘って広く分散させられるようになっており、効率的な脱ガス処理を可能としている。

特許文献２では、蓋が設けられた取鍋内に、アルゴンガスの吹きつけ用ランスを設けておき、この吹きつけ用ランスから真空とされた取鍋内の溶鋼にアルゴンガスを吹き込んで脱ガスを行う真空脱水素処理の方法が開示されている。特許文献１の真空脱水素処理の方法では、吹きつけ用ランスの吹きつけ口の高さ（溶鋼表面からの高さ）を８００〜３０００ｍｍとし、またアルゴンガスの吹き出し流量を１５〜２００Ｎｍ^３／ｈｒとすることで、溶鋼中の水素濃度を２．０ｐｐｍ以下という低濃度まで低減できるようになっている。

また、脱ガスを目的とするものではないが、介在物の除去や成分の調整を目的とする取鍋精錬方法として、次の特許文献３や特許文献４に開示されたものが知られている。
例えば、特許文献３には、取鍋に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋内の溶鋼の精錬を行う取鍋精錬方法であって、一方の底吹き用プラグのガス流量と、他方の底吹き用プラグのガス流量との流量比を所望の範囲に設定するとともに、両プラグのガス流量の合計流量を所望の範囲に設定することで、取鍋内の溶鋼から介在物を効率よく除去して高清浄な溶鋼を精錬する技術が開示されている。

さらに、特許文献４には、取鍋底部を２つに分け、分けられた一方側にガス吹き込み用のプラグを偏在して設けると共に、これらのプラグと取鍋上部から挿し込まれる通電加熱用電極との位置関係を所望の範囲に規定することにより、取鍋内の溶鋼から脱硫を促進させる技術が開示されている。

特開平５−３１１２２９号公報特開２００６−１１１９５０号公報特開２０１１−２１４０８３号公報特許第３７２１８７２号公報

上述した特許文献１の取鍋脱ガス方法では、ポーラスプラグは複数用いられるが、個々のポーラスプラグから吹き込まれる不活性ガスの流量は個々で独立に制御されていない。それゆえ、それぞれのポーラスプラグの流量を個々に変えるなどして、溶鋼の攪拌状態を取鍋内の各部に応じて微妙に調整することはできない。
また、特許文献１の取鍋脱ガス方法では、ポーラスプラグから溶鋼中に吹き込まれる不活性ガスの流量が多く、溶鋼が激しく攪拌されるので、脱ガス面では優れている。しかし
、溶鋼の湯面に浮上したスラグを再び溶鋼中に巻き込んでしまう可能性も高くなるため、溶鋼中の介在物濃度を低位に維持し続けることが困難になる。つまり、特許文献１の取鍋脱ガス方法は、脱ガスと介在物の除去とを両立させることは困難となっている。

一方、特許文献２の真空脱水素処理を行う精錬装置には、Ａｒ吹きつけ用ランスが設けられている。このランスからのスラグ表面へのＡｒガス吹きつけと、底吹き羽口からのＡｒガスの吹き込みを組み合わせることにより、溶鋼からの脱水素を促進している。しかしながら、特許文献２の真空脱水素処理の方法は、底吹きＡｒガス攪拌について、脱水素をより効率良く行う条件を開示するものではない。攪拌条件によっては取鍋内の溶鋼に攪拌が不十分な領域（死水域）が生じやすくなり、溶鋼を十分に攪拌することができないため、脱水素を効率良く行うことができなくなる。なお、当然、１本の吹きつけ用ランスだけでは溶鋼の攪拌状態を細かく調整することはできない。

さらに、特許文献３の精錬方法は、大気中でのＬＦ（Ladle Furnace）等の精錬工程を対象とするものであり、介在物の除去など主目的に行われるものであり、溶鋼からの脱水素に適した攪拌条件を開示するものではない。また、特許文献４も特許文献３と同様に溶鋼から脱水素するのに適した攪拌条件を有していない。それゆえ、特許文献３や特許文献４の精錬方法では、介在物の除去や脱硫は行えても、これらの処理の効率を維持したまま脱ガス処理を効率的に行うことはできない。

本発明は、上述の問題に鑑みて為されたものであり、溶鋼中の介在物濃度を低位に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去することができる取鍋脱ガス方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の取鍋脱ガス方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の取鍋脱ガス方法は、取鍋に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋内の溶鋼の脱ガスを行うに際し、一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラグのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとすることを特徴とするものである。

なお、好ましくは、式（１）に代えて、式（２）を満たすように、前記２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定するとよい。

２つの底吹きプラグのガス流量の関係はＱ小≦Ｑ大であるので、Ｒは０．５を越えることはない。

本発明の取鍋脱ガス方法によれば、溶鋼中の介在物濃度を低い値に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去することができる。

取鍋の正面断面図である。取鍋の底部を示す平面図である。取鍋脱ガス方法の処理条件をまとめた図である。２次精錬方法を示す図である。取鍋内での溶鋼の攪拌状態を示した図である。（ａ）１つのポーラスプラグから不活性ガスを吹き込んだ状態を示し、（ｂ）２つのポーラスプラグから同じ流量の不活性ガスを吹き込んだ状態を示し、（ｃ）２つのポーラスプラグから異なる流量の不活性ガスを吹き込んだ状態を示す図である。脱水素速度定数に及ぼす流量比Ｒの影響を示したグラフである。介在物個数に及ぼす流量比Ｒの影響を示したグラフである。取鍋内の溶鋼表面における、界面流速が大きな高速領域と界面流速が小さな低速領域との分布を示したものである。高速領域と低速領域との面積比に及ぼす流量比Ｒの影響を示したグラフである。

以下、本発明の取鍋脱ガス方法の実施形態を、図面に基づき説明する。
一般的に製鋼工場では、転炉や電気炉などで一次精錬が終了した溶鋼は、取鍋２に出鋼されて二次精錬工程へと搬送され、この二次精錬工程にて溶鋼の介在物除去や成分調整、脱ガス処理などが行われる。
なお、本発明の取鍋脱ガス方法は、特に鍛鋼品向けの鋼を製造するに際して好適に採用できる。鍛鋼品として優れた鋼を製造するためには、溶鋼に残留する水素ガスを極力低減する必要があるが、溶鋼中の水素が鋼塊になってまで残存し続けると、水素割れといった遅れ破壊を誘発し、製品欠陥となるからである。しかし、本発明の取鍋脱ガス方法は、鍛鋼品向けの鋼に限定されない。また、本発明の取鍋脱ガス方法は、さまざまな脱ガス方式の中でもＶＤ（Vacuum Degasser）方式の精錬装置１に好適である。

以下、本発明の取鍋脱ガス方法について詳しく説明する。
本発明の取鍋脱ガス方法は、取鍋２内に２つの底吹き用プラグ３、３を設けると共にこれらのプラグから吹き込まれる不活性ガスの流量比や両プラグから吹き込まれる不活性ガスの総流量を所望の範囲に保持することで、溶鋼中の介在物濃度を低位に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去するものである。

以降では、本発明の取鍋脱ガス方法を説明するにあたり、まず取鍋２の構造から説明する。
図１に示すように、取鍋２は、上方に向かって開口した有底筒状の取鍋本体４と、この
取鍋本体４の開口を閉鎖可能な蓋５とを有している。取鍋本体４の内面には耐火物が内張りされており、取鍋本体４の内部に溶湯を収容できるようになっている。また、取鍋２の蓋５には、取鍋２内を脱気するための脱気口６が形成されている。取鍋本体４の底部７には、不活性ガスを吹き込むための２つの底吹き用プラグ３、３が設けられている。これら２つの底吹き用プラグ３、３は、いずれも不活性ガスの通気を可能とするような多孔状（ポーラス状）の部材から形成されており、取鍋２外から送られてきた不活性ガスを気泡状にして取鍋２内の溶鋼中に供給できるようになっている。

なお、説明の便宜上、２つの底吹き用プラグのうち、一方の底吹き用プラグを第１ポーラスプラグ８、他方の底吹き用プラグ３を第２ポーラスプラグ９として説明する。
図２は取鍋２の底部７を上方から見た図である。
図２に示すように、上述した２つの底吹き用プラグ３のうち、第１ポーラスプラグ８（図２の紙面において取鍋中心Ｏより下側にある白丸）は、当該ポーラスプラグ８の中心と取鍋中心Ｏとの距離（ｄ１）が９００ｍｍとなる位置に配置されている。また、第２ポーラスプラグ９（図２の紙面において取鍋中心Ｏより上側にある白丸）は、当該ポーラスプラグ９の中心と取鍋中心Ｏとの距離（ｄ２）が６８０ｍｍに配置されている。

両ポーラスプラグ８、９は、取鍋中心Ｏを通る第１中心線Ｃ１（図２において紙面の上下に伸びる直線）を基準にすると、当該中心線Ｃ１に対して為す角度が３０度となる位置にいずれも配置されている。また、両ポーラスプラグは、第１中心線Ｃ１に直交する第２中心線Ｃ２（図２において紙面の左右に伸びる直線）を基準にすると、当該第２中心線Ｃ２を挟んで互いに上下に分かれて配置（対向配置）されている。

なお、第１ポーラスプラグ８の位置や第２ポーラスプラグ９の位置は、図２に示したものに限定されない。ここで、取鍋中心Ｏから両ポーラスプラグ８、９までの距離ｄ１、ｄ２は、いずれも取鍋底部７の半径の１／４〜４／５の範囲が望ましい。
というのも、距離ｄ１または距離ｄ２のいずれかが１／４未満となる、すなわち、いずれかのプラグが取鍋２の中心部に近づきすぎると、取鍋２内に収容された溶鋼全体を対流させて、攪拌、混合するために必要な不活性ガスの流量が非常に大きくなるからである。

また、距離ｄ１または距離ｄ２のいずれかが逆に４／５超、即ち、いずれかのプラグが取鍋２の壁面に近づきすぎると、壁面近傍の溶鋼の流れが強くなって、耐火物が溶損する可能性がある。そのため、距離ｄ１、ｄ２は、いずれも取鍋底部７の半径の１／４〜４／５の範囲とされるのが好ましい。
また、取鍋中心Ｏから第１ポーラスプラグ８の中心に向かう線Ｐ１と、取鍋中心Ｏから第２ポーラスプラグ９の中心に向かう線Ｐ２とのなす角度θは、９０°〜１８０°が望ましい。これは、角度θが（９０°未満まで）小さくなると両プラグ８、９が接近することとなり、両プラグ８、９が接近しすぎると、両プラグから吹き込まれた不活性ガスにより生じる溶鋼の対流同士が干渉し合い、スラグと溶鋼の界面近傍で下降流が生じることで、溶鋼中へのスラグの撒き込み量が増大する可能性があるためである。なお、両プラグ８、９は同一円周上にあっても、異なる円周上にあっても特に作用効果が影響されるものではない。

取鍋２内の直径（ワークレンガ間の距離）は、図例では２７８４ｍｍに設定されているが、径が小さくとも特に作用効果が影響されるものではなく、同様の効果を有する。
図４に示すように、本発明の取鍋脱ガス方法は、１次精錬された溶鋼に対して、取鍋２内で成分調整、介在物除去、脱ガスを行う２次精錬に関するものである。この２次精錬は、ＬＦ法などを用いて溶鋼の成分調整や介在物除去などを主に行う溶鋼処理（工程）と、この溶鋼処理に引き続いて行われる脱ガス処理（工程）とで構成されている。そして、本発明の取鍋脱ガス方法は、これらの処理の中でも後工程の脱ガス処理に関するものとなっている。脱ガス処理における操業条件は、図３に表の形でまとめている。

本願発明は、操業条件のうち底吹きガスの吹き込み条件に特徴的な構成を有する。すなわち、本発明の取鍋脱ガス方法は、取鍋２内に設けられた２つの底吹き用プラグ３のうち、一方の底吹き用プラグ３（第１ポーラスプラグ８）のガス流量と他方の底吹き用プラグ３（第２ポーラスプラグ９）のガス流量とに差を付けて不活性ガスを吹き込むこととし、
式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグ３の各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラグのガス流量の合計を０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとするものである。

ただし、２つの底吹きプラグのガス流量の関係はＱ小≦Ｑ大であるので、Ｒは０．５を越えることはない。
次に、図５を用いて、本発明の取鍋脱ガス方法において、上述したような関係が規定された理由について説明する。
図５（ａ）に示す従来例の取鍋精錬方法のように、１つのポーラスプラグだけを用いて不活性ガスを吹き込んだ場合、取鍋の中心を挟んでポーラスプラグの対角上に溶鋼を攪拌できない死水域が生じてしまい、取鍋内の溶鋼を均等に攪拌することができなくなる可能性がある。死水域の溶鋼は脱ガスされることがないため、溶鋼全体の水素濃度を高めるので、脱ガス効率に劣る。

一方、図５（ｂ）に示すように、２つのポーラスプラグを用いて不活性ガスを吹き込む場合でも、２つのポーラスプラグのガス流量を同程度にしてしまうと、両プラグから吹き込まれた不活性ガスにより生じる溶鋼の対流同士が干渉し合い、それぞれのポーラスプラグの攪拌効果が相殺されてしまい、かえって溶鋼の攪拌が不十分になることがある。この場合も、図５（ａ）と同様の理由で、脱ガス効率に劣る。

しかし、図５（ｃ）に示すように、２つのポーラスプラグを用いて不活性ガスを吹き込むこととし、且つ、両プラグのガス流量に差をつけて攪拌すると、上述した問題を起こす可能性が低くなる。つまり、第１ポーラスプラグ８によって発生した溶鋼の対流に比べて、第２ポーラスプラグ９によって発生した溶鋼の対流の方が小さくなり、それぞれのプラグにより発生する対流同士が干渉し難くなる。また、第１ポーラスプラグ８によって発生した溶鋼の対流が及ばない場所に、第２ポーラスプラグ９によって発生した溶鋼の対流が入り込み、両プラグの対流同士が相補的に作用し合うため、死水域の発生を抑えて溶鋼を均等に攪拌することが可能となる。したがって、脱ガスされない死水域の溶鋼の発生を抑制することが可能となる。

そこで、本発明では、上述したような取鍋２を用いて取鍋２精錬を行う際に、第１ポーラスプラグ８による不活性ガスの吹き込みのガス流量と、第２ポーラスプラグ９による不活性ガスの吹き込みのガス流量とに差を付けて不活性ガスを吹き込むこととしている。
また、本発明では、２つの底吹き用プラグ３、３から吹き込まれる不活性ガスの流量に単に差を付けるだけでなく、介在物濃度の低減と溶鋼からの効率的な水素除去とが両立できるように、両プラグ３、３から吹き込まれる不活性ガスの流量比や総流量（両プラグの流量の総和）を所望の範囲に設定している。

具体的には、大きいガス流量の方のポーラスプラグ（第１ポーラスプラグ８）の流量を「Ｑ大」とし、ガス流量が小さい方のポーラスプラグ（第２ポーラスプラグ９）の流量を「Ｑ小」としたとき、不活性ガスを吹き込む際に、ポーラスプラグからの吹き込むガスの流量比Ｒ（＝Ｑ小／（Ｑ大＋Ｑ小））が、０．２≦Ｒ≦０．４５となるように、より好ましくは０．３≦Ｒ≦０．４となるように、第１ポーラスプラグ８のガス流量と、第２ポーラスプラグ９のガス流量とを設定している。即ち、不活性ガスを吹き込むに際して、式（
１）を満たすように、第１ポーラスプラグ８及び第２ポーラスプラグ９のガス流量を設定している。なお、第１ポーラスプラグ８と第２ポーラスプラグ９に本質的な区別はなく、ガス流量の大きい方が第１ポーラスプラグ８となる。
ここで、ガス流量の単位ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎは、１分間当たり、溶鋼１ｔｏｎ当たりの流量を示すものであり、ＮＬ・ｍｉｎ^−１・ｔｏｎ^−１若しくはＮＬ／（ｍｉｎ・ｔｏｎ）と同義である。

ガスの流量比Ｒが上述した範囲に設定されるのは、次のような理由からである。
つまり、ガスの流量比Ｒが０．２よりも小さい場合、例えば、Ｑ大＝１．０ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎの時は、Ｑ小は０．２ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎより小さい流量となる。この場合、取鍋２に装入された溶鋼の表面に、界面流速の小さい停滞域が生じやすくなる。一般に、物質移動は界面流速が大きいほど進みやすく、このような停滞域が発生すると、溶鋼中でのガス成分（水素ガス）の物質移動が促進されにくくなり、脱水素速度が低下してしまう。その結果、従来条件（例えば、図５（ａ）に示すように底吹き用プラグ３を１つしか用いない場合（Ｒ＝０の場合）と同等の脱水素速度しか発揮することができなくなる。

一方、ガスの流量比Ｒが０．４５よりも大きい場合、２つの底吹き用プラグ３、３から吹き込まれた不活性ガスにより発生する溶鋼の流れは大きいものの、これらの溶鋼の流れ（対流）がお互いに干渉し合うことで、溶鋼表面の界面流速がかえって低下し、溶鋼中でのガス成分の物質移動が遅くなってしまう。その結果、Ｒが０．２よりも小さい場合と同様に、従来条件と同等の脱水素速度しか発揮することができなくなる。

それゆえ、ガスの流量比Ｒが０．２５以上、且つ、０．４５以下であれば、界面流速の小さい停滞域が溶鋼表面に発生し難くなり、またそれぞれの底吹き用プラグ３により発生する溶鋼の流れが互いに干渉し合うこともないので、溶鋼中でのガス成分の物質移動を良好な状態に維持したまま、脱水素速度を高めることが可能となる。
特に、ガスの流量比Ｒが０．３以上、且つ、０．４以下であれば、溶鋼中でのガス成分の物質移動だけでなく、脱ガス処理工程前の溶鋼処理で介在物除去された溶鋼中の介在物濃度を低位に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去するという作用効果をより良好なものとすることができる。

一方、２つの底吹き用プラグ３、３のガス流量の合計は、０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎに調整されるのが好ましい。言い換えれば、このガス流量の合計は、０．９ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上で、且つ、１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下に調整されるのが好ましい。
ガス流量の合計が０．９ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ未満では、流量が少なすぎるため、溶鋼に対する攪拌が不十分となり、脱ガスが十分に進行せず、溶鋼中の水素を低下させることができない。また、ガス流量の合計が１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎより大きい場合、流量が多すぎるために溶鋼が攪拌されすぎ、溶鋼表面のスラグ（トップスラグ）が溶鋼中に巻き込まれやすくなり、溶鋼の清浄度が悪化するため望ましくない。

それゆえ、ガス流量の合計については、上述したように０．９ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上で、且つ、１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下に調整するのが望ましい。

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の取鍋脱ガス方法の作用効果をさらに詳しく説明する。
なお、不活性ガスとして、Ａｒガスを用いているが、脱水素を生じさせるためには、水素分圧を下げればよいので、特にＡｒガスに制限されるものではなく、窒素ガス等の不活性ガスでも良い。また、Ａｒガスとしては、スラグや溶鋼からの脱水素を促進するために、実質的に水素を含まないものを用いる。

表１は、取鍋精錬を行うにあたって図３の実施条件に基づき取鍋精錬を行った実施例と、図３の実施条件とは異なる実施条件にて取鍋精錬を行った比較例をまとめたものである。

具体的には、実施例及び比較例の溶鋼は、容量が１００ｔｏｎの電気炉（交流式アーク炉）に装入されたスクラップに対して１次精錬を行った後、１次精錬後の溶鋼に対してＬＦ法を用いて取鍋２内で成分調整と介在物除去とを行い、最後に脱ガス処理を行ったものである。なお、取鍋２内に装入された溶鋼の重量は、「溶鋼総重量」として表１に示すよ
うなものである。

実施例及び比較例に対しては、取鍋２を蓋５で覆い、取鍋２内を７０Ｐａ程度の真空に脱気した上で、２つの底吹き用プラグ３、３から溶鋼内に不活性ガス（アルゴンガス）を吹き込んで溶鋼の脱ガスを行った。なお、第１ポーラスプラグ８（表１の「プラグ１」）及び第２ポーラスプラグ９（表１の「プラグ２」）の流量に関しては、表１に示すような値とし、第１ポーラスプラグ８の流量を「Ｑ大」とし、第２ポーラスプラグ９の流量を「Ｑ小」としたときの流量比Ｒ：[Ｑ小／（Ｑ大＋Ｑ小）]を算出した。

また、表１中の「脱水素速度定数」は、式（３）に基づいて算出した。

さらに、「介在物個数」は、溶鋼処理終了時の溶鋼サンプル（試料）を樹脂に埋め込んで検鏡研磨処理を施した後、介在物の数を測定した。介在物の数の計測は、研磨処理が施された資料表面を１００〜２００倍の倍率にて観察し、１０ｍｍ×１０ｍｍの観察エリア内に存在する長径５μｍ超の介在物をカウントした。カウントされた介在物が、外部からの汚染物であるかどうかは、観察に用いたＥＰＭＡ（日本電子株式会社製ＪＸＡ-８９００ＲＬ）に付設のＥＤＳ（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ-ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：特性Ｘ線のエネルギー分散型Ｘ線分光器日本電子株式会社製ＸＭ-Ｚ００４３Ｔ）を用い、電子線の照射条件を、加速電圧：１５ｋＶ、ビーム電流：１．７０×１０^-9 Ａ、ビーム径：１μｍとして介在物の重心位置で定量分析することで行った。また、分析時間（ビームを当てる時間）は、１点につき１０秒、デッドタイムは２０％を目安とした。
「実施例１」
実施例１では、Ａｒ流量の「プラグ１」の欄に示すように、第１ポーラスプラグ８のガス流量と第２ポーラスプラグ９のガス流量との流量比Ｒが０．３３となっている。つまり、実施例１の流量比Ｒは０．２５よりも大きく０．４５よりも小さくなっていて、上述した式（１）の関係を満足している。

また、ｔｏｔａｌ流量の欄に示すように、２つの底吹き用プラグ３のガス流量の合計は、１．１６ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎであり、０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎの範囲内となっている。
この実施例１の条件で脱ガスを行った場合、「脱水素速度定数」の欄に示すように、脱水素速度定数は４．１ｍ／ｓとなっており、後述する比較例１〜比較例３の３．１ｍ／ｓ〜３．４ｍ／ｓという速度定数に比べて大きくなっている。このことから、上述した流量比Ｒと総ガス流量とを有する実施例１では、脱水素速度定数が大きくなり、溶鋼からの脱水素が効率的に行われたものと判断される。

一方、「介在物個数」の欄に示すように、実施例１の介在物個数は８．３個／ｃｍ^２以下となっており、後述する比較例１〜３に比べて介在物の発生も低位に抑えられていることが分かる。このことから、上述した流量比Ｒと総ガス流量とを有する実施例１では、巻込みに起因した溶鋼中の介在物個数も低く抑えられるものと判断される。
「比較例１」
上述した実施例１に対して、比較例１では、Ａｒ流量の「プラグ１」の欄に示すように、第１ポーラスプラグ８のガス流量がゼロとなっており、第２ポーラスプラグ９のガス流量との流量比Ｒも０．００となっている。つまり、比較例１の流量比Ｒは０．２５未満であり、上述した式（１）の関係を満足していない。

この比較例１の条件で脱ガスを行った場合、脱水素速度定数は３．４ｍ／ｓとなっており、上述した実施例１の４．１ｍ／ｓに比べて小さくなっている。また、比較例１の介在物個数は５４．８個／ｃｍ^２となっており、上述した実施例１の８．３個／ｃｍ^２に比べて介在物個数が非常に多いことが分かる。
このことから、上述した流量比Ｒの関係を満足しない比較例１では、溶鋼からの脱水素速度が低く、巻込みに起因した溶鋼中の介在物個数も多くなるものと判断される。
「比較例２」
また、比較例２では、第１ポーラスプラグ８のガス流量が１００ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎであるのに対して、第２ポーラスプラグ９のガス流量が２０ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとなっており、流量比Ｒが０．１７となっている。つまり、比較例２の流量比Ｒも０．２５未満であり、上述した式（１）の関係を満足していない。

この比較例２の条件で脱ガスを行った場合、脱水素速度定数は３．３ｍ／ｓとなっており、上述した実施例１の４．１ｍ／ｓに比べて小さくなっている。また、比較例１の介在物個数は２５．５個／ｃｍ^２となっており、上述した実施例１の８．３個／ｃｍ^２に比べて介在物個数が多いことが分かる。
このことから、上述した流量比Ｒの関係を満足しない比較例２でも、溶鋼からの脱水素速度が低く、巻込みに起因した溶鋼中の介在物個数が多くなったものと判断される。
「比較例３」
さらに、比較例３では、第１ポーラスプラグ８のガス流量が６０ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎであるのに対して、第２ポーラスプラグ９のガス流量が６０ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとなっており、流量比Ｒが０．５０となっている。つまり、比較例３の流量比Ｒも０．４５より大きく、上述した式（１）の関係を満足していない。

この比較例３の条件で脱ガスを行った場合、脱水素速度定数は３．１ｍ／ｓとなっており、上述した実施例１の４．１ｍ／ｓに比べて小さくなっている。また、比較例３の介在物個数は２７．４個／ｃｍ^２以下となっており、上述した実施例１の８．３個／ｃｍ^２に比べて介在物個数が多いことが分かる。
このことから、上述した流量比Ｒの関係を満足しない比較例３でも、溶鋼からの脱水素速度が低く、巻込みに起因した溶鋼中の介在物の個数も多くなるものと判断される。

上述した脱水素速度定数及び介在物の個数の結果をまとめたものを、図６及び図７に示す。
図６から明らかなように、流量比Ｒが０．２５未満である比較例１、比較例２、及び流量比Ｒが０．４５超である比較例３に比べ、流量比Ｒが０．３３である実施例１は、脱水素速度定数ｋが大きくなっている。このことから、流量比Ｒを０．２５〜０．４５とすれば、脱水素速度定数ｋを従来条件のレベル（図中に点線で示すｋ＝３．４ｍ／ｓ）より大きくすることができると判断される。

また、図７から明らかなように、流量比Ｒが０．２５未満である比較例１、比較例２、及び流量比Ｒが０．４５超である比較例３に比べ、流量比Ｒが０．３３である実施例１は、介在物個数が少なくなっている。このことから、流量比Ｒを０．２５〜０．４５とすれば、介在物個数を従来条件のレベル（図中に点線で示すレベル）より同等以下にすることができ、溶鋼処理で介在物除去された溶鋼の清浄度を悪化させるものではないと判断される。

ところで、本発明の攪拌条件で脱ガスを行った場合に、溶鋼表面での界面流速が実際に大きくなって、溶鋼中でガス成分の物質移動が良好に行われていることは、界面流速の速度分布のシミュレーション結果を用いて評価することができる。
すなわち、実施例１の条件で溶鋼中にアルゴンガスを吹き込んだ際に、溶鋼表面から５
０ｍｍの深さにおいて、水平方向に沿って流れる溶鋼の流速を求め、求められた流速を、等値線によりマッピングする（コンター処理する）と、図８のようになる。

図８では、溶鋼表面の左側にアルゴンガスが浮上するスポットＳがあり、このスポットの周囲の界面流速が大きな領域（高速領域）となっている。そして、図８では、アルゴンガスの浮上スポットＳから右側に向かって離れるにつれて界面流速が小さな領域（低速領域）が出現するようになっている。
図９は、界面流速が大きな高速領域と、界面流速が小さな低速領域との面積比を、流量比Ｒに対してまとめたものである。この面積比は、界面流速が０．２ｍ／ｓ以上になる高速領域の面積（Ｓ_Ｈ）と、０．０６ｍ／ｓ未満になる低速領域の面積（Ｓ_Ｌ）との面積比（Ｓ_Ｈ／Ｓ_Ｌ）を示したものである。

図９では、流量比Ｒが０．０→０．５と大きくなる（両プラグ８、９間での流量差が大きくなる）に従って、高速領域と低速領域との面積比も徐々に大きくなる傾向がある。そして、０〜０．５という範囲の中でも、流量比Ｒが特に０．２５〜０．４５となる条件の時に、面積比（Ｓ_Ｈ／Ｓ_Ｌ）が顕著に大きくなっている。つまり、流量比Ｒが０．２５〜０．４５の範囲では、界面流速が小さな低速領域の面積に対して、界面流速が大きな高速領域の面積の比率が急激に増え、溶鋼中でのガス成分の物質移動も促進されるため、脱ガスが良好に行われていると判断される。

以上述べたように、取鍋２に設けられた２つの底吹き用プラグ３、３から不活性ガスを吹き込みながら取鍋２内の溶鋼の脱ガスを行うに際し、一方の底吹き用プラグ３のガス流量と他方の底吹き用プラグ３のガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、前述した式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグ３、３の各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラグ３、３のガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとする取鍋脱ガス方法を用いることで、溶鋼中の介在物濃度を低い値に維持しつつ、溶鋼から効率良く水素を除去することができるものとなる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１精錬装置
２取鍋
３底吹き用プラグ
４取鍋本体
５蓋
６脱気口
７取鍋の底部
８第１ポーラスプラグ
９第２ポーラスプラグ
Ｏ取鍋中心
Ｃ１第１中心線
Ｃ２第２中心線

Claims

取鍋に設けられた２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込みながら取鍋内の溶鋼の脱ガスを行うに際し、
一方の底吹き用プラグのガス流量と他方の底吹き用プラグのガス流量とに差を付けて前記不活性ガスを吹き込むこととし、式（１）を満たすように、２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定すると共に、２つの底吹き用プラグのガス流量の合計が０．９〜１．８ＮＬ／ｍｉｎ／ｔｏｎとすることを特徴とする取鍋脱ガス方法。
式（１）に代えて式（２）を満たすように、前記２つの底吹き用プラグの各ガス流量を設定することを特徴とする請求項１に記載の取鍋脱ガス方法。