JP4062213B2

JP4062213B2 - Ｒｈ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法

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Publication number: JP4062213B2
Application number: JP2003299615A
Authority: JP
Inventors: 英樹横山; 和広仮屋; 正規錦織; 嘉久北野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-08-25
Also published as: JP2005068488A

Description

本発明は、ＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法に係わり、詳しくは、転炉から出鋼した溶鋼を、さらに該ＲＨ脱ガス装置で処理（二次精錬という）し、溶鋼の成分を目標値に正確に調整する技術に関する。

近年、鋼材品質の高級化要求に応えるため、転炉から出鋼した溶鋼を取鍋に保持し、さらに精錬処理する二次精錬として各種の取鍋精錬法が開発、実用されている。その代表的なものの一つに、ＲＨ脱ガス精錬方法と称され、溶鋼の精錬効率が高く、また各種の精錬処理（例えば、脱炭処理、脱酸処理、脱水素・窒素等の脱ガス処理、脱硫処理、成分調整等）に柔軟に対応できる精錬方法が広く普及している。

この精錬方法は、図１に示すように、下部に２本の浸漬管２、３を有する円筒状の槽（内部は減圧されるので、以下、真空槽１という）を用い、取鍋４内に保持した溶鋼５にその浸漬管を浸漬させて行われる。つまり、該真空槽１内を減圧して溶鋼５の一部を浸漬管２、３を介して真空槽１内に吸い上げると共に、一方の浸漬管２（これを上昇管２ともいう）内にアルゴンや窒素等のガス６を吹込んで、ガスリフトポンプの原理（ガスの気泡で溶鋼を持ち上げる）で前記上昇管２内の溶鋼５に浮力を与えて溶鋼の上昇流を、他方の浸漬管３（これを下降管３ともいう）を介して逆に真空槽１内から取鍋４内に向かう溶鋼５の下降流を発生させて、取鍋４内と真空槽１内との間で溶鋼を環流させることにより前記した各種の精錬処理を効率良く行うものである。この精錬方法は、特に、減圧下で脱酸剤を溶鋼５に添加して行う脱酸処理では、環流によって溶鋼内の介在物同士が衝突・合体するので、介在物に作用する浮力が大きくなり、溶鋼５の浴面上に浮上し、スラグ９にトラップされて溶鋼から分離し易くなり、非金属介在物の少ない溶鋼を得るのに有効である（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、前記真空槽で溶鋼を精錬し、最終的に金属及び／又は合金を添加して該溶鋼の成分を目標値に調整する場合には、該真空槽内に前記金属及び／又は合金を所定量投入してから一定時間にわたり溶鋼の環流を継続することで、溶鋼へ前記金属及び／又は合金を迅速に溶解するようにしていた。

ところが、鋼種によっては、例えば、Ｔｉ（比重：４．５），Ｚｒ（比重：６．５），Ｖ（比重：５．９８）等のように、溶鋼よりも比重の小さな金属あるいはそれらを含む合金を投入することがある。このような金属及び／又は合金は、投入しても真空槽の内壁に付着する等、該真空槽内に残留し易く、溶鋼の環流を継続しても投入した全量が溶鋼中に完全に混合しないことがある。従って、そのような操業で得た溶鋼を連続鋳造した場合、成分規格を満足しない鋼鋳片になってしまう。
特開平２−２５２５１号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、真空槽内に投入した金属及び／又は合金が確実に溶鋼へ溶解し、成分規格の的中に優れたＲＨ真空脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法を提供することを目的としている。

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。

すなわち、本発明は、取鍋に保持した溶鋼に対し、２本の浸漬管を下部に備えた筒状の真空槽を該浸漬管が該溶鋼中に浸るように配置し、該真空槽内を減圧して該溶鋼を取鍋と真空槽間で環流させると共に、該真空槽に種々の金属及び／又は合金を投入して溶鋼の成分調整を行うＲＨ脱ガス装置による溶鋼の成分調整方法において、前記真空槽内に前記金属及び／又は合金を投入してから最長で５分間経過するまでは、前記真空槽内の溶鋼深さを１００ｍｍ以上でかつ２００ｍｍ未満となるように、通常の精錬時より浅くし、その後に該溶鋼への浸漬管の浸漬深さを前記真空槽内の溶鋼深さが４００〜５００ｍｍとなる通常精錬時の溶鋼深さとして精錬することを特徴とするＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法である。この場合、前記金属及び／又は合金が溶鋼より低比重のものであったり、あるいは前記金属及び／又は合金が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ及びＲＥＭ、並びにそれらの合金から選ばれた１種又は２種以上であることが好ましい。また、本発明の実施では、前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽に対して配置した取鍋の位置を通常より該真空槽に対して相対的に下降させる操作を行ったり、あるいは該真空槽内の真空度を低下させる操作を行うのが良い。

本発明によれば、真空槽内に投入した金属及び／合金がほぼ全量速やかに取鍋に移行し、取鍋内の溶鋼と混合するので、従来と同じあるいはそれよりも短い時間の環流処理で、溶鋼中の成分を均一にするばかりでなく、成分の目標値への的中も高まる。その結果、成分規格を満足する鋼材の量が従来より増加した。

以下に、発明をなすに至った経緯もまじえ、本発明の実施の形態を説明する。

本発明を適用するＲＨ脱ガス装置は、溶鋼の二次精錬に一般的に使用されるもので良い。すなわち、図１に示したように、円筒状の真空槽１とその下部に設けられた浸漬管（一方を上昇管２、他方を下降管３と称する）からなり、真空槽１には図示しない真空排気系へと連なる排気ダクト７が設けられている。この一般的なＲＨ脱ガス装置では、取鍋４内に保持した溶鋼５に前記浸漬管２、３を浸漬するために、該取鍋４を上昇させる昇降手段（例えば、油圧シリンダー８等）が設けられている。なお、取鍋４を固定しておき、真空槽１を上下するようにしたＲＨ脱ガス装置も存在するが、勿論そのような装置であっても、本発明を適用するにあたって何ら問題ない。また、昇降手段が図示のように直接取鍋を押し上げるのではなく、取鍋を保持した台車の全体又は一部分を押し上げるものであっても良い。さらに、かかるＲＨ脱ガス装置に種々の精錬機能を付加するために、真空槽の下部側壁に酸素や不活性ガス等のガス吹込み羽口（図示せず）を設けたもの、真空槽の上部からガス、燃料あるいは精錬用フラックス等を吹込むランス（図示せず）を設けたものもあるが、これらいずれの機能が併設してあっても構わない。

まず、発明者は、従来から行っている金属及び／又は合金１１の投入で、溶鋼成分が目標（規格）から外れるのかについて綿密に検討した。その結果、従来の方法では、投入した金属及び／又は合金１１が有効に利用されていないと考えた。つまり、真空槽１内に投入した金属及び／又は合金１１が速やかに溶鋼５にトラップされ、下降管３を介して取鍋４に移行していないと考えた。溶鋼成分が目標値に一致するには、投入した量がほぼ全量、溶鋼に溶解するのが望ましいからである。そこで、発明者は、投入した金属及び／又は合金１１が真空槽１の内壁に付着して残存し、取鍋内溶鋼に移行しないという現象が起きるのを避ければ、従来より良好な溶鋼成分の規格的中が達成できると考え、その具体的な手段を本発明として完成させたのである。

すなわち、本発明は、取鍋４に保持した溶鋼５に対し、２本の浸漬管２，３を下部に備えた筒状の真空槽１を該浸漬管が該溶鋼に浸るように配置し、該真空槽内を減圧して該溶鋼５を取鍋４と真空槽１間で環流させると共に、該真空槽に種々の金属及び／又は合金１１を投入して溶鋼５の成分調整を行うＲＨ脱ガス装置による溶鋼の成分調整方法において、前記真空槽１内に前記金属及び／又は合金１１を投入してから一定時間経過するまでは、前記真空槽内１の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くし、その後に通常精錬時の溶鋼深さとして精錬するものである。このようにすると、投入された金属及び／又は合金が真空槽１の内壁に付着する前に、溶鋼５に伴われて下降管３を介して取鍋４内の溶鋼５に速やかに移行して溶解すると共に、取鍋の溶鋼から上昇管２を介して真空槽１内に環流される間に該溶鋼中に均一に溶解されるようになる。その結果、投入した金属及び／又は合金のほぼ全量が溶鋼に溶解することになり、溶鋼の成分はほぼ目標値になるのである。なお、精錬時の真空槽内の通常の溶鋼深さ（図１に記号Ｌで示す）は４００〜５００ｍｍである。

本発明で、一旦浅くした溶鋼の深さを再度通常の深さに戻すのは、このような浅い溶鋼深さでの操業を長時間続けると、以下のような問題が発生するからである。第１には、真空槽１内の溶鋼浴の深さが浅いと、上昇管２に吹込んだ環流促進ガスの気泡が溶鋼中に分散する前に浴面に吹き抜けて前記ガスリフトポンプの効果が減殺されてしまうことである。このことは、環流速度の減少を来すので、精錬効率の悪化を招く。第２には、取鍋４内の溶鋼浴面近くに溶鋼５の流動が生じ易く、これによって取鍋４内の溶鋼浴面上のスラグ９が次第に溶融して上昇管２から真空槽１内に吸い上げられ易くなることである。また、第３には、溶鋼浴面上から酸素を吹き付けて脱炭精錬を行う場合には、酸素ガスジェットによって真空槽１の敷（底）耐火物１０が溶損し易くなることである。そこで、これらの問題を解消する対策として、本発明では、上記のような浸漬深さを浅くする操業を、精錬の全期間にわたって継続して行うのではなく、金属及び／又は合金を投入してから一定時間に限定し、それ以降は、通常の溶鋼深さでの操業に戻すことにした。具体的には、真空槽１内の圧力を１３．３ｋＰａ（１００ｔｏｒｒ）以下に減圧してから金属及び／又は合金を投入し、最長で５分までの間を真空槽１内の溶鋼深さを２００ｍｍ未満（好ましくは、１００ｍｍ以上）に、それ以降は真空槽内の溶鋼深さが４００ｍｍ以上、好ましくは５００ｍｍ以上の通常の操業条件となるようにする。

上記本発明を具体的に実施するには、真空槽１内の溶鋼深さを調整する必要があるが、真空槽１に配設した取鍋４の昇降あるいは逆に真空槽１の上昇が利用できる。具体的には、前記真空槽内の溶鋼深さ（Ｌ）を通常の精錬時より浅くするには、該真空槽１に対して配置した取鍋４の位置を通常より該真空槽１に対して相対的に下降させる操作を行えば良い。ここに、「相対的に下降する」とは、文字通り取鍋を下降させる場合と、逆に取鍋を固定しておいて真空槽を上昇させる場合を含んでいる。また、真空槽１内の溶鋼深さ（Ｌ）は、槽内の圧力と浸漬管の取鍋内溶鋼への浸漬深さとに依存し、槽内の圧力が高いほど浅く、浸漬深さが浅い程浅くなる。したがって、真空槽１内の溶鋼深さを浅くするには、槽内の圧力を通常（１３．３ｋＰａ）より高め（例えば、２６ｋＰａ程度）に設定するという選択肢も考えられる。しかしながら、真空槽１内の圧力を高めにすることは、真空脱ガス精錬そのものの効率を低下させることになるので、該真空槽に配設した取鍋の位置を通常より下降させる操作の方が好ましい。

なお、本発明の実施に際しては、予め溶鋼中の各成分濃度を知り、その値に基づき投入するの金属及び／又は合金種類と投入量を定めておくことは言うまでもない。また、金属及び／又は合金の投入は、真空槽１の上方に設けたホッパ１２からロータリ・フィーダ等の公知の切出し手段を介して行えば良い。

２６０トンの溶鋼を処理するＲＨ真空脱ガス装置において、従来の操業と本発明に係る方法を用いた操業を複数チャージ行い、その効果を比較した。

まず、炭素（Ｃ）濃度が４．３質量％の溶銑を底吹き転炉に装入して脱炭精錬を行い、Ｃ濃度が０．０３〜０．０４質量％の溶鋼として取鍋に出鋼した。そして、該溶鋼面に浮ぶスラグの上にアルミ滓を投入して前記のスラグ改質（還元）を行った。この溶鋼を保持した取鍋をＲＨ真空脱ガス装置にセットし、真空槽に送酸（酸素ガス吹き込み）脱炭及び送酸を停止しての真空脱炭を行い、溶鋼中炭素濃度を２０ｐｐｍに低減した。その後、アルミニウムを投入して脱酸するキルド処理を５分間行ってから、前記金属及び／又は合金として「スポンジＴｉ」を投入し、４分間の環流を継続した後に操業を終了し、得られた溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片（スラブ）とした。主な操業条件は、表１に示す通りである。なお、「スポンジＴｉ」の投入量は、操業終了時点での溶鋼中のＴｉ含有量が０．０１質量％になるように予め定めてある。また、真空槽内の溶鋼深さは、「スポンジＴｉ」の投入前が４３０ｍｍで、投入後は１８０ｍｍとした。さらに、比較のため、「スポンキＴｉ」の投入後も通常の溶鋼深さ４８０ｍｍを維持する操業も行った（比較例）。

本発明の操業成績は、溶鋼の連続鋳造中にタンディッシュにおいて，鋳込み前の取鍋内溶鋼質量に対して、連続鋳造設備で鋳造した溶鋼の質量（鋳片の幅及び厚みと鋳造長さに基づいて計算で求めた質量）の比率で１０％、３０％、５０％、７０％及び９０％のときに溶鋼の分析用試料を採取し、該試料のＴｉ濃度（記号：[Ｔｉ]）を分析して評価した。

その結果、本発明の実施で得た溶鋼は、鋳造時間の全体にわたり[Ｔｉ]が０．０００９〜０．０１１質量％であり、目標値にほぼ的中していた。これに対して、従来の操業を行った前記比較例では、[Ｔｉ]が鋳込み１０％で０．００４質量％、鋳込み３０％で０．００８質量％、鋳込み５０％で０．００９質量％、鋳込み７０％で０．０１０質量％、鋳込み９０％で０．０２０質量％で、１チャージ分の鋳込期間においては、鋳込み時間の経過につれて増加し、溶鋼中の[Ｔｉ]が不安定であった。

一般的なＲＨ脱ガス装置を説明する横断面図である。

符号の説明

１真空槽（筒状槽）
２上昇管
３下降管
４取鍋
５溶鋼
６ガス
７排気ダクト
８油圧シリンダー等
９スラグ
１０敷耐火物
１１金属及び／又は合金
１２ホッパ
１３ロータリ・フィーダ

Claims

取鍋に保持した溶鋼に対し、２本の浸漬管を下部に備えた筒状の真空槽を該浸漬管が該溶鋼中に浸るように配置し、該真空槽内を減圧して該溶鋼を取鍋と真空槽間で環流させると共に、該真空槽に種々の金属及び／又は合金を投入して溶鋼の成分調整を行うＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法において、
前記真空槽内に前記金属及び／又は合金を投入してから最長で５分間経過するまでは、前記真空槽内の溶鋼深さを１００ｍｍ以上でかつ２００ｍｍ未満となるように、通常の精錬時より浅くし、その後に該溶鋼への浸漬管の浸漬深さを前記真空槽内の溶鋼深さが４００〜５００ｍｍとなる通常精錬時の溶鋼深さとして精錬することを特徴とするＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法。
前記金属及び／又は合金が溶鋼より低比重のものであることを特徴とする請求項１記載のＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法。
前記金属及び／又は合金が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ及びＲＥＭ、並びにそれらの合金から選ばれた１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載のＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法。
前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽に対して配置した取鍋の位置を通常より該真空槽に対して相対的に下降させる操作を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法。
前記真空槽内の溶鋼深さを通常の精錬時より浅くするのに、該真空槽内の真空度を低下させる操作を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲＨ脱ガス装置における溶鋼の成分調整方法。