JP6540773B2 - 真空脱ガス方法及び真空脱ガス装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、酸素ガス吹きつけによる脱炭反応を伴う真空脱ガス処理において、高い真空度下でスプラッシュの発生量を抑えつつも脱炭速度を高くすることが可能な真空脱ガス方法及び真空脱ガス装置を提供することを目的としている。
[1] 真空脱ガス装置の減圧させた真空槽内で溶鋼を還流させ、前記真空槽内に設けられた上吹きランスから前記溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う真空脱ガス方法において、前記真空槽から排出される排ガスの流量及び前記排ガスのガス成分濃度の少なくとも一方を測定し、前記流量及び前記ガス成分濃度の少なくとも一方に基づいて、前記上吹きランスのランス高さ及び前記真空槽の真空度を調整することを特徴とする真空脱ガス方法。
[3] 前記脱炭処理を行う際に、前記流量及び前記ガス成分濃度を測定し、前記ガス成分濃度及び前記流量から前記溶鋼の脱炭量を算出し、前記脱炭量の増加に応じて、前記ランス高さを高くし、前記真空度を高くすることを特徴とする[1]に記載の真空脱ガス方法。
[6] 前記溶鋼は、Crを10.5mass%以上含むことを特徴とする[1]〜[5]のいずれかひとつに記載の真空脱ガス方法。
[真空脱ガス装置の構成]
はじめに、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る真空脱ガス装置1の構成について説明する。真空脱ガス装置1は、RH方式の脱ガス装置であり、取鍋2に収容された溶鋼3に対して脱ガスや脱炭等の精錬処理を行う。溶鋼3は、予め転炉等の精錬装置において、一次精錬処理される。
真空槽4は、内面に耐火物がライニングされた略円筒状の容器である。真空槽4は、鉛直方向下側の端に上昇側浸漬管5及び下降側浸漬管6が接続され、上部にダクト7及び副原料投入管8が接続される。
ダクト7は、真空排気装置(不図示)に接続され、真空排気装置によって真空槽4の内部の気圧を低くすることができるように構成される。
上吹きランス9は、図2に示すように、長手方向(図1,2の紙面に対する上下方向)に延在する酸素供給路91が内部に形成され、下端にノズル92が設けられる。ノズル92は、ラバール型の形状を有する。また、上吹きランス9の真空槽4の外に配された上端側は、酸素供給装置(不図示)及び昇降装置(不図示)に接続される。このような構成の上吹きランス9は、酸素供給装置を介して送られる酸素ガスを、ノズル92から真空槽4内の溶鋼3に吹きつける。また、このような構成の上吹きランス9は、昇降装置が駆動することで、長手方向に昇降可能に構成される。
制御部11は、測定部10から取得する排ガスの流量及びガス成分濃度の測定結果に基づいて、後述する脱炭処理中に真空排気装置及び昇降装置を制御することで、真空度及びランス高さHを制御する。制御部11による真空度及びランス高さHの制御方法についての詳細は、後述する。
次に、第1の実施形態に係る真空脱ガス処理方法について説明する。まず、真空槽4を下降させ、取鍋2内に収容された溶鋼3に上昇側浸漬管5および下降側浸漬管6を浸漬させる。溶鋼3は、炭素濃度が1.0mass%以下のものであればよい。溶鋼3の炭素濃度が1.0mass%超となると脱炭時間が非常に長くなるため、真空脱ガス処理前に炭素濃度を1.0mass%以下まで低減しておくことが望ましい。
ここで、排ガス流量や成分濃度を監視する理由について述べる。
まず、排ガス流量を監視する理由について、上吹きによる脱炭反応は、反応式「2C+O2→2CO」によって表現される。つまり、1molの酸素によって生じた脱炭反応からCOガスが2mol発生するため、体積が2倍となり、排ガスの流量が増加する。この排ガスの流量の増加分から脱炭速度を予測することが可能である。
なお、ランス高さH及び真空度の設定値を求めるための条件や関数は、ランス高さH及び真空度に応じたスプラッシュの発生量の実績に基づいて設定されることが好ましい。これは、スプラッシュの発生量が問題とならないようなランス高さH及び真空度の設定値の最適値が、真空槽4の寸法・形状や、上吹きランス9のノズル形状、送酸量といった各種条件によって異なるためである。また、ランス高さH及び真空度の設定値を求めるための条件や関数は、溶鋼3の脱炭処理前(あるいは真空脱ガス処理前)の炭素濃度毎に、設定されることが好ましい。この場合、脱炭処理前の炭素濃度を複数の範囲に分け、範囲毎に、ランス高さH及び真空度の設定値を求めるための条件や関数がそれぞれ設定される。
脱炭処理の後、溶鋼3が所定の成分および温度となるまで溶鋼3の還流が行われることで、真空脱ガス処理が終了する。なお、真空脱ガス処理中は、必要に応じて合金鉄や脱酸剤(金属アルミ等)といった副原料が、副原料投入管8から投入される。
[真空脱ガス装置の構成]
次に、本発明の第2の実施形態に係る真空脱ガス装置1の構成について説明する。真空脱ガス装置1は、第1の実施形態と同様に、図1に示されるものであり、真空槽4と、上昇側浸漬管5と、下降側浸漬管6と、ダクト7と、副原料投入管8と、上吹きランス9と、測定部10と、制御部11とを有する。
測定部10は、ダクト7に設けられる測定装置であり、真空槽4からの排ガスの流量を測定する流量測定機器(不図示)を有する。測定部10は、ダクト7を流れる排ガスの流量を測定し、電気的に接続される制御部11に、排ガスの流量の測定結果を送信する。
制御部11は、測定部10から取得する排ガスの流量の測定結果に基づいて、後述する脱炭処理中に真空排気装置及び昇降装置を制御することで、真空度及びランス高さHを制御する。制御部11による真空度及びランス高さHの制御方法の詳細は、後述する。
第2の実施形態に係る真空脱ガス処理方法では、まず、第1の実施形態と同様に、真空槽4を下降させ、取鍋2内に収容された溶鋼3に上昇側浸漬管5および下降側浸漬管6を浸漬させる。溶鋼3の炭素濃度については、第1の実施形態と同じである。
次いで、第1の実施形態と同様に、真空槽4内の真空度を90Torr以下にし、真空槽4内の所定の高さまで溶鋼3を吸い上げることで、真空脱ガス処理を開始する。さらに、上昇側浸漬管5の内面からArガスを吹き込むことにより、溶鋼3を還流させる。
そして、溶鋼3を還流させた状態で、上吹きランス9から一定の送酸量で酸素ガスを溶鋼3に吹き込み、溶鋼3中の炭素を酸化除去する脱炭処理を行う。脱炭処理は、第1の実施形態と同様に、所定量の酸素ガスが吹きつけられるまで行われる。送酸量は、第1の実施形態と同じである。
具体的には、制御部11は、排ガスの流量が小さくなる程、ランス高さHが大きくなるように、予め設定される排ガスの流量に応じた条件や関数からランス高さHの設定値を求め、求めた設定値となるようにランス高さHを調整する。例えば、ランス高さHの設定値は、排ガスの流量の複数の範囲に対して設定されてもよく、排ガスの流量の関数から求められてもよい。なお、ランス高さHは、一般的なRH方式の真空脱ガス装置1の場合、第1の実施形態と同様に、3500mm以上6000mm以下の範囲で変化させることが好ましい。
なお、ランス高さH及び真空度の設定値を求めるための条件や関数は、第1の実施形態と同様に、ランス高さH及び真空度に応じたスプラッシュの発生量の実績に基づいて、設定されることが好ましい。
脱炭処理の後、第1の実施形態と同様に、溶鋼3が所定の成分および温度となるまで溶鋼3の還流が行われることで、真空脱ガス処理が終了する。なお、真空脱ガス処理中は、必要に応じて合金鉄や脱酸剤(金属アルミ等)といった副原料が、副原料投入管8から投入される。
[真空脱ガス装置の構成]
次に、本発明の第3の実施形態に係る真空脱ガス装置1の構成について説明する。真空脱ガス装置1は、図1に示す真空脱ガス装置1と略同様な構成であり、真空槽4と、上昇側浸漬管5と、下降側浸漬管6と、ダクト7と、副原料投入管8と、上吹きランス9と、制御部11とを有する。なお、測定部10については、設けられなくてもよい。
制御部11は、作業者の入力情報、あるいは接続される図示されない上位コンピュータから取得される、溶鋼3の炭素濃度に基づいて、後述する脱炭処理中に真空排気装置及び昇降装置を制御することで、真空度及びランス高さHを制御する。制御部11による真空度及びランス高さHの制御方法についての詳細は、後述する。
第3の実施形態に係る真空脱ガス処理方法では、まず、第1の実施形態と同様に、真空槽4を下降させ、取鍋2内に収容された溶鋼3に上昇側浸漬管5および下降側浸漬管6を浸漬させる。溶鋼3の炭素濃度については、第1の実施形態と同じである。
次いで、第1の実施形態と同様に、真空槽4内の真空度を90Torr以下にし、真空槽4内の所定の高さまで溶鋼3を吸い上げることで、真空脱ガス処理を開始する。さらに、上昇側浸漬管5の内面からArガスを吹き込むことにより、溶鋼3を還流させる。
また、脱炭処理では、処理中に溶鋼3のサンプルを採取し、採取したサンプルの分析を行うことで、溶鋼3の炭素濃度を測定する。溶鋼3の炭素濃度の測定は、脱炭処理中の所定のタイミングで少なくとも1回行われる。炭素濃度の分析結果は、作業者による入力、あるいは上位コンピュータからの取得によって、制御部11へ送られる。
さらに、脱炭処理では、制御部11は、所得される溶鋼3の炭素濃度に基づいて、ランス高さH及び真空槽4内の真空度を調整する。このとき、制御部11は、炭素濃度に応じて予め設けられた設定値となるように、ランス高さH及び真空度を調整する。
なお、ランス高さH及び真空度の設定値を求めるための条件や関数は、第1の実施形態と同様に、ランス高さH及び真空度に応じたスプラッシュの発生量の実績に基づいて、設定されることが好ましい。
脱炭処理の後、第1の実施形態と同様に、溶鋼3が所定の成分および温度となるまで溶鋼3の還流が行われることで、真空脱ガス処理が終了する。なお、真空脱ガス処理中は、必要に応じて合金鉄や脱酸剤(金属アルミ等)といった副原料が、副原料投入管8から投入される。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
また、上記実施形態では、真空度、ランス高さH及び送酸量について、好ましい範囲を示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、真空脱ガス装置1の形状や寸法、上吹きランスの仕様、処理内容等の条件によっては、真空度、ランス高さH及び送酸量の少なくともいずれかは、上記の範囲を超えた値に設定されてもよい。さらに、真空度については、50Torr以下とすることが好ましいとしたが、50Torrよりも低い真空度(例えば、90Torr以下)に設定されてもよい。
さらに、第1及び第2の実施形態では、制御部11によって、ランス高さH及び真空度を自動的に調整する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、作業者が測定部10による排ガスの流量または脱炭量の測定結果を監視し、排ガスの流量または脱炭量に応じてランス高さH及び真空度を調整してもよい。なお、作業者の作業負荷を考慮すると、第1及び第2の実施形態のように、ランス高さH及び真空度を自動的に変更することが好ましい。
(1)本発明の一態様に係る真空脱ガス方法は、真空脱ガス装置1の減圧させた真空槽4内で溶鋼3を還流させ、真空槽4内に設けられた上吹きランス9から溶鋼3に酸素を吹きつける脱炭処理を行う真空脱ガス方法において、真空槽4から排出される排ガスの流量及び排ガスのガス成分濃度の少なくとも一方を測定し、流量及びガス成分濃度の少なくとも一方に基づいて、上吹きランス9のランス高さH及び真空槽4の真空度を調整する。
上記(2)の構成によれば、溶鋼3の炭素濃度に影響される排ガスの流量の変化に応じて、ランス高さH及び真空度を調整することで、スプラッシュの発生量を抑えつつも脱炭速度を向上させることができる。
上記(3)の構成によれば、溶鋼3の炭素濃度に影響される脱炭量の変化に応じて、ランス高さH及び真空度を調整することで、スプラッシュの発生量を抑えつつも脱炭速度を向上させることができる。
上記(5)の構成によれば、一般的に用いられるRH方式の真空脱ガス装置1に適用することができる。また、ランス高さHが6000mm以下の条件で、真空度を5Torr以上とすることで、酸素が十分に減速した後に浴面に衝突するようになるため、スプラッシュの発生をより抑制することができる。
ここで、ステンレスに代表されるような、Cr濃度が10.5mass%以上と高い溶鋼を用いて脱炭処理する場合、真空度が高いほど脱Crに比べて脱Cが促進されることがわかっていることから、高い真空度で脱炭処理されることが好ましい。つまり、溶鋼のCr濃度が高い場合、送酸量を一定とした条件においても、真空度が脱炭速度に影響を与えることとなる。これに対して、特許文献3,4に記載の脱炭処理では、酸素供給量低減や真空度上昇等の調整が伴うものであり、いずれかのパラメータは脱炭速度が減少する方向へ調整される。このため、特許文献3,4に記載の技術では、脱炭速度の向上が認められるものの、大幅な向上は見込められなかった。また、特許文献3,4に記載の技術は、高真空化で脱炭が促進される鋼種に対し、高真空化というアクションをとったものではない。一方、上記(6)の構成によれば、Cr濃度の高い溶鋼を脱炭処理する際においても、高い真空度で且つ高い脱炭速度で脱炭処理をすることができる。
上記(7)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な効果を得ることができる。
条件2は、ランス高さH及び真空度を溶鋼3の炭素濃度に応じて変化させた条件であり、ランス高さH及び真空度を制御する監視パラメータとして、上記の第2の実施形態と同様に排ガスの流量を用いた。条件2では、排ガスの流量をリアルタイムで測定し、その測定結果に応じてランス高さH及び真空度を調整した。
図3に、条件2で用いた排ガスの流量に対する、ランス高さH及び真空度の条件をそれぞれ示す。図3に示すように、ランス高さHは、排ガスの流量に対して、線形に変動するように調整を行った。また、真空度は、排ガスの流量に対して、段階的に変動するように調整を行った。
なお、条件3のランス高さH及び真空度についても、排ガスの流量及びCO濃度から求められる溶鋼3の脱炭量を監視パラメータとして、条件2と同様な制御を行った。条件2における排ガスの流量は、溶鋼3の炭素濃度に相当するものである。このため、条件3では、溶鋼3の脱炭量が増加するにしたがって、図3の排ガスの流量に対するランス高さH及び真空度の変化と同じように、ランス高さH及び真空度を制御した。
2 取鍋
3 溶鋼
4 真空槽
5 上昇側浸漬管
6 下降側浸漬管
7 ダクト
8 副原料投入管
9 上吹きランス
91 酸素供給路
92 ノズル
10 測定部
11 制御部
H ランス高さ
Claims (7)
- 真空脱ガス装置の減圧させた真空槽内で溶鋼を還流させ、前記真空槽内に設けられた上吹きランスから前記溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う真空脱ガス方法において、
前記真空槽から排出される排ガスの流量を測定し、
前記流量の減少に応じて、前記上吹きランスのランス高さを高くし、前記真空槽の真空度を高くすることを特徴とする真空脱ガス方法。 - 真空脱ガス装置の減圧させた真空槽内で溶鋼を還流させ、前記真空槽内に設けられた上吹きランスから前記溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う真空脱ガス方法において、
前記真空槽から排出される排ガスの流量及び前記排ガスのガス成分濃度を測定し、
前記ガス成分濃度及び前記流量から前記溶鋼の脱炭量を算出し、
前記脱炭量の増加に応じて、前記上吹きランスのランス高さを高くし、前記真空槽の真空度を高くすることを特徴とする真空脱ガス方法。 - 真空脱ガス装置の減圧させた真空槽内で溶鋼を還流させ、前記真空槽内に設けられた上吹きランスから前記溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う真空脱ガス方法において、
前記溶鋼の炭素濃度を測定し、
前記炭素濃度の減少に応じて、前記上吹きランスのランス高さを高くし、前記真空槽の真空度を高くすることで、前記ランス高さ及び前記真空度を調整することを特徴とする真空脱ガス方法。 - 前記ランス高さを6000mm以下の範囲で調整し、
前記真空度を5Torr以上の範囲で調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の真空脱ガス方法。 - 前記溶鋼は、Crを10.5mass%以上含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の真空脱ガス方法。
- 減圧させた真空槽内で溶鋼を還流する真空脱ガス装置であって、
前記真空槽内に設けられる上吹きランスと、
前記上吹きランスから溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う際に、前記真空槽から発生する排ガスの流量を測定する測定部と、
前記流量の減少に応じて、前記上吹きランスのランス高さを高くし、前記真空槽の真空度を高くする制御部と、
を備えることを特徴とする真空脱ガス装置。 - 減圧させた真空槽内で溶鋼を還流する真空脱ガス装置であって、
前記真空槽内に設けられる上吹きランスと、
前記上吹きランスから溶鋼に酸素を吹きつける脱炭処理を行う際に、前記真空槽から発生する排ガスの流量及び前記排ガスのガス成分濃度を測定する測定部と、
前記ガス成分濃度及び前記流量から前記溶鋼の脱炭量を算出し、前記脱炭量の増加に応じて、前記上吹きランスのランス高さを高くし、前記真空槽の真空度を高くする制御部と、
を備えることを特徴とする真空脱ガス装置。
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RU2802218C1 (ru) * | 2020-04-01 | 2023-08-23 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Способ рафинирования расплавленной стали вакуумным обезуглероживанием |
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