JP7047606B2 - 溶鋼の取鍋精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼の取鍋精錬方法に関するものである。

転炉や電気炉で一次精錬された溶鋼は、取鍋に収容される。さらに二次精錬として、取鍋内の溶鋼を対象に精錬が行われる。二次精錬後の溶鋼は、主に連続鋳造によって鋳造し、さらに熱間圧延などを経て目的の製品が製造される。二次精錬は、製品の目標品質に応じて、溶鋼の成分調整、非金属介在物の浮上分離、溶鋼の均一混合、溶鋼の加熱昇温、溶鋼中有害不純物の低減などを目的として行われる。溶鋼中の硫黄（Ｓ）濃度を低減する目的で、二次精錬として溶鋼脱硫が行われる。

二次精錬の方法の一つとして、取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、フラックス層に通電電極を浸漬させて通電しながら、溶鋼中にガスを吹き込んで溶鋼を攪拌する二次精錬方法が知られている。フラックス層を脱硫剤として溶鋼の脱硫処理が可能であり、また通電加熱によって溶鋼を昇温することができる。以下この方法を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬方法と呼ぶ。

通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬に関し、特許文献１には、通電加熱型精錬用取鍋が開示されている。取鍋の上部を覆う蓋には、黒鉛製の３本の電極が配置され、取鍋の底部にはガス吹き込みのためのポーラスプラグが配置されている。３本の電極は、取鍋の中心付近であって、取鍋外周と同心円上に配置されている。電極の下方先端は、取鍋内の溶鋼上に浮遊するフラックス層内に浸漬され、給電装置により通電され、フラックス及び溶鋼を加熱する。２本又は３本の電極を用いる場合において、当該２本又は３本の電極すべての外周に外接する円を、ここでは「電極の外接円」と呼ぶ。
また、ポーラスプラグから溶鋼中に不活性ガスを送り込み、溶鋼を攪拌する。従来、取鍋底部に配置されるポーラスプラグは１カ所のみであったが、特許文献１に記載の発明は、ポーラスプラグが取鍋底部に複数配置され、当該複数のポーラスプラグは、取鍋底部の一方に偏在させて配置されている。複数のポーラスプラグからは、同一流量の不活性ガスが溶鋼中に吹き込まれている。

特許文献２には、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬に適用することのできる取鍋精錬方法であって、取鍋の底に２つの底吹き用プラグが配置され、２つの底吹き用プラグからのガス流量に差を付けて不活性ガスを吹き込む方法であって、その流量比を制御することで介在物の凝集・粗大化を抑制する技術が開示されている。特許文献２に記載の発明は、通電や通電直後を必須とはしていない。またプラグについては、直径２７８４～３１８８ｍｍの鍋について鍋中央～プラグの位置が、６８０ｍｍ、９００ｍｍの位置（いずれも特許文献２の表１に記載）を記載しているが、複数の電極を用いて通電する場合であって、当該複数の電極の外接円の中心が鍋底部の中心と合致する場合、前記プラグの位置が前記電極の外接円の外部である場合が多い。

特許文献３には、出鋼した溶鋼に対して１回目の精錬処理、脱ガス処理、２回目の精錬処理をこの順に行う、高清浄度鋼の製造方法が開示されている。精錬処理と脱ガス処理では２つの底吹き用プラグから不活性ガスを吹き込み、２つの底吹き用プラグからのガス流量に差を付けて不活性ガスを吹き込む。精錬処理として、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬方法が用いられている。特に１回目の精錬処理においては、脱硫処理を主な目的としている。なお特許文献３のプラグの位置は上記特許文献２と同じく、直径２７８４～３１８８ｍｍの鍋について鍋中央～プラグの位置が、６８０ｍｍ、９００ｍｍの位置（いずれも特許文献３の表１に記載）を記載している。

特開２００１－０４０４１１号公報 特開２０１１－２１４０８３号公報 特開２０１１－２１４０８４号公報

取鍋内の溶鋼を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬によって脱硫して極低硫鋼を製造するに際し、特許文献１～特許文献３に記載の方法を用いて脱硫処理を行うと、目標とする溶鋼の極低硫化を実現するために長時間を要し、所定の時間内には目標とする極低硫化を実現できないという問題を有していた。本願発明者らは、特許文献１～３記載の方法では添加したフラックスの溶融に時間がかかる場合があることを知見した。

本発明は、取鍋内の溶鋼を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬によって脱硫して極低硫鋼を製造するに際し、添加したフラックスの溶融を促進し、フラックスを効率的に活用することが可能な、新規かつ改良された溶鋼の取鍋精錬方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極を前記フラックス層に浸漬させて通電する溶鋼の取鍋精錬方法において、
前記取鍋の底部にガス吹き込み用プラグを２カ所に配置し、当該ガス吹き込み用プラグそれぞれから吹き込まれるガスの流量について、ガス流量が大きい方のガス吹き込み用Ｂプラグのガス流量をＱ_B、他方のガス吹き込み用Ａプラグのガス流量をＱ_A（いずれも単位はＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）とし、
平面視において、前記２本又は３本の電極すべての外周に外接する円であって最小半径ｒを持つ円を「電極の外接円」とし、取鍋内の溶鋼高さをＨ、電極の外接円の中心位置をＣ_O、ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_Bとし、Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OBとし、Ｃ_ＡとＣ_Ｂ間の距離をＬ_ABとし、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度をθとし、
ガス吹き込み用Ａプラグとガス吹き込み用Ｂプラグが下記（１）～（４）式を満足する位置に配置され、
Ｑ_A、Ｑ_Bが以下に示す（５）～（７）式を満たすことを特徴とする、溶鋼の取鍋精錬方法。
０≦Ｌ_OA≦ｒ（ただし、Ｌ _OA が０である場合を除く） （１）
Ｌ_OB＞ｒ （２）
Ｌ_AB≧０．４２Ｈ （３）
０°≦θ≦９０° （４）
２．３３≦Ｑ_B／Ｑ_A （５）
Ｑ_B≦４．５０ （６）
０．３０≦Ｑ_A （７）
（２）前記フラックス層の、溶融状態に換算した厚さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることを特徴とする、上記（１）に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
（３）取鍋底部の半径をＲとし、前記ガス吹き込み用Ｂプラグ中心位置は、取鍋壁面からの距離が０．１Ｒ以上であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
（４）取鍋内の溶鋼量が１３０ｔ以上であることを特徴とする、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
（５）取鍋内の溶鋼量が２７０ｔ以上であることを特徴とする、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の溶鋼の取鍋精錬方法。

本発明は、取鍋内の溶鋼を、通電加熱を伴う溶鋼の取鍋精錬によって脱硫して極低硫鋼を製造するに際し、取鍋の底部にガス吹き込み用プラグを２カ所に配置し、適正なガス吹き込み位置から適正量のガスを吹き込むことで、通電中のフラックスの滓化（溶融）を促進することができ、フラックスの利用効率を高められる。

本発明の取鍋精錬方法について示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視断面図である。 ガス流量Ｑ_Aが少ない場合の取鍋表面の流れを示す図である。 ガス流量Ｑ_Bが過大であるときの取鍋断面を示す図である。 ガス流量比Ｑ_B／Ｑ_Aが過小であるときの取鍋表面の流れを示す図である。 本発明の好適なガス流量における取鍋表面の流れを示す図である。

図１に示すように、本発明の溶鋼の取鍋精錬方法において、取鍋１内における溶鋼５の表面にＣａＯを含むフラックス層６を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極３をフラックス層６に浸漬させて通電することにより、溶鋼脱硫を行う。通電加熱については、通常行われている方法を用いることができる。即ち、取鍋上部に配置した電極３の下方先端をフラックス層６内に浸漬し、電極３に通電することにより、フラックス及び溶鋼を加熱する。図１（Ａ）に示すように、取鍋１の平面視において、２本又は３本の電極３すべての外周に外接する円を、前述のように「電極の外接円４」と呼ぶ。電極３が３本の場合（図１（Ａ）参照）は、電極の外接円４が一つに定まる。電極３が２本の場合は、半径が最小となるものを電極の外接円４とする。そのため、電極の外接円４の半径ｒを「電極の外接円の最小半径」と表現している。
上記のように、電極３を取鍋中央部に配置するのは、これにより取鍋内の溶鋼をまんべんなく加熱できるからである。ここで「取鍋中央部」とは、２本または３本の電極の外接円の中心が、取鍋底部（半径Ｒ）の中央から０．１×Ｒ以下の範囲にあることを意味している。
また本発明では、図１（Ｂ）に示すように、取鍋１の底部にガス吹き込み用プラグ２を２カ所に配置し、当該ガス吹き込み用プラグ２それぞれから不活性ガスを溶鋼中に吹き込むことにより、取鍋内溶鋼の攪拌を行う。

取鍋精錬においては、取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、当該フラックス層を溶融させ、溶鋼中の含有Ｓがフラックス中成分と反応してフラックス層中に移動することにより、脱硫反応が進行する。脱硫反応は、溶鋼とフラックス層との界面で進行する。取鍋内溶鋼全体の脱硫を速やかに進行するためには、取鍋内平面方向の全域においてフラックス層を十分に溶解することが重要である。
本発明では特に、電極をフラックス層に浸漬して通電加熱を行うものであり、電極近傍に位置するフラックスが優先的に高温に加熱されて溶融フラックスとなる。電極から離れた場所に存在する（例えば取鍋内壁近傍に存在する）フラックスは、比較的低温のままとなり、取鍋内平面方向にフラックスの温度差が発生する。取鍋精錬の精錬目的を達成するには、フラックスは溶融していることが好ましいため、溶鋼表面のフラックスは広範囲（取鍋内平面方向の全域を含む）で溶融していることが好ましい。電極近傍と電極から離れた位置との間のフラックスの入れ替わりが少ない限り、広範囲のフラックスの溶融を担保するには一定の時間が必要となるため、精錬処理時間の延長が必要となり、精錬処理時間の一部である精錬反応を進めるための時間は限られる。

フラックスを迅速に溶融させる方法として、取鍋底部のガス吹き込み用プラグ２から吹き込む攪拌ガスの導入位置および流量を制御することによって、取鍋表面のフラックス層６のうち、通電加熱しているエリア、または通電加熱された通電直後のエリア、はいずれもフラックスが他の領域に比べて高温であるが、当該高温フラックスと他の領域の低温フラックスの混合置換を促進させることで溶鋼表面のフラックス全体を溶融させることに、本発明者らは注目した。

電極近傍で通電加熱されたフラックスを溶鋼表面全体に行きわたらせることで、より高速な滓化および精錬反応を実現するとの作用効果を得るためには、取鍋底部に配置するガス吹き込み用プラグを少なくとも２箇所に設ける。そして、平面視におけるガス吹き込み用プラグの配置位置において、２か所のうちの一つは電極直下近傍に配置し、他方は電極から離れた周縁に設けること、およびそれぞれのガス吹き込み用プラグからのガス流量を制御することが必要である。具体的には、平面視において、ガス流量が大きい方のガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂを電極の外接円４の外側に配置し、ガス流量が小さい側のガス吹き込み用Ａプラグ２Ａを電極の外接円４の内部に配置する。即ち、図１（Ａ）に示すように、電極の外接円４の半径をｒ、電極の外接円の中心位置をＣ_O、ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_Bとし、Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OBとし、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａとガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂ配置位置が下記（１）、（２）式を満足する位置とする。
０≦Ｌ_OA≦ｒ （１）
Ｌ_OB＞ｒ （２）
ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａとガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂ間の距離は、両プラグからのガス気泡の浮上領域が合体しないように、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａとガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂ間の距離をＬ_ABとし、取鍋内の溶鋼高さをＨとし、下記（３）式を満足する位置とする。
Ｌ_AB≧０．４２Ｈ （３）
また、電極の外接円４の中心位置をＣ_O、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度をθとし、下記（３）式を満足する位置とする。なお、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度としては、１８０°以下の角度と、その反対側に１８０°を超える角度があるが、そのうち、１８０°以下の角度をここでいう角度θとする。
０°≦θ≦９０° （４）

さらに、ガス流量が大きい方のガス吹き込み用Ｂプラグのガス流量をＱ_B、他方のガス吹き込み用Ａプラグのガス流量をＱ_A（いずれも単位はＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）としたとき、Ｑ_A、Ｑ_Bの範囲に好適範囲が存在する。

まず、電極の外接円の内側に位置するガス吹き込み用Ａプラグから導入する攪拌ガス流量Ｑ_Aが０．３０（ＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）未満であると、図２に示すように、フラックスに対して攪拌力を十分には与えられない。図２において、フラックス層を３つの領域に色分けしている。白色のフラックス層Ｘ領域２１Ｘは、比較的温度が低い領域であり、不規則ハッチングしたフラックス層Ｚ領域２１Ｚはフラックス層Ｘ領域よりは温度が高い領域、ドットハッチングしたフラックス層Ｙ領域２１Ｙは、電極で加熱されて最も温度が高い領域である。また、気泡上昇領域２２を図示している。具体的には、電極の外接円４の外側に位置するガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂでのガス吹込みによって、高温フラックス（フラックス層Ｙ領域２１Ｙ）の流動方向が一方向に固定される傾向があり、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂとガス吹き込み用Ａプラグ２Ａを結ぶ直線に対して鉛直方向の流れが弱く鍋内壁の局所に高温フラックス（フラックス層Ｙ領域２１Ｙ）が偏在する傾向となる。そのため、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａでの攪拌ガスによる高温フラックスの分散効果が得られず、取鍋壁面１２に未溶融のフラックス１５が付着することがある。そこで、下記（７）式を規定することとした。
０．３０≦Ｑ_A （７）

次に、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂから導入する攪拌ガス流量Ｑ_Bが４．５０（ＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）を超えると、溶鋼湯面上の高温フラックスが取鍋内壁に偏在する原因となる。取鍋内壁は電極通電エリアに比べて温度が低く、図３に示すように、フラックスの未溶融・未滓化を招くため、取鍋壁面１２に未溶融のフラックス１５が生成することになる。そこで、下記（６）式を規定することとした。
Ｑ_B≦４．５０ （６）

さらに、攪拌ガス流量の比Ｑ_B／Ｑ_Aが２．３３未満であると、ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａからの流れとガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂからの流れが拮抗し、高温フラックス（フラックス層Ｙ領域２１Ｙ）の置換が十分に生じない（図４参照）。そこで、下記（４）式を規定することとした。
２．３３≦Ｑ_B／Ｑ_A （５）

以上のように、本発明では、通電中の攪拌ガス流量を式（５）～（７）のように規定した。これにより、図５に示すように、電極付近の高温で十分に溶融したフラックスが、取鍋内の平面方向全領域に行き渡り、全領域のフラックス層６が溶融状態となり、取鍋精錬反応の促進を実現することが可能となる。

なお、（５）～（７）式より、Ｑ_B／Ｑ_Aの上限値、Ｑ_Aの上限値、Ｑ_Bの下限値は自動的に定まることになる。即ち、Ｑ_B／Ｑ_Aの上限値はＱ_Aの下限値、Ｑ_Bの上限値より算出して１５となる。また、Ｑ_Aの上限値は、（５）、（６）式より、２．３３×Ｑ_A≦Ｑ_B≦４．５０、であるため、Ｑ_A≦１．９３となる。さらに、Ｑ_Bの下限値は、（５）式より、２．３３×Ｑ_A≦Ｑ_B、であり、０．３０≦Ｑ_Aであるため、０．６９９≦Ｑ_Bとなる。

本発明は以上説明したように、溶鋼を攪拌するためのガス吹き込みは、取鍋の底部に設けたガス吹き込み用プラグからの吹き込みによって行う。２箇所のガス吹き込み用プラグ２からのガス吹き込みによって溶鋼表面のフラックスを溶鋼表面の全域にわたって移動させている。溶鋼へのガス吹き込みについては、溶鋼表面から浸漬ランスを浸漬し、浸漬ランス先端からガスを吹き込む方法も知られている。しかし、本発明においてガス吹き込みに浸漬ランスを用いると、溶鋼表面にフラックスの移動を妨げるランスが存在することとなり、本発明の効果を得ることができない。そのため、上記のように、ガス吹き込みは取鍋底部に設けたガス吹き込み用プラグを用いるものと規定している。

本発明は、取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、当該フラックス層によって溶鋼の脱硫が行われる。フラックス中のＣａＯ成分が脱硫能を有している。フラックス層中のＣａＯ含有量が２５質量％以上であれば、好適に脱硫を行うことができる。３０％以上であるとより好ましい。

本発明において、取鍋内の溶鋼表面に形成するフラックス層の厚さ（溶融状態に換算した厚み。以下、換算厚さとも記載する）が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であると好ましい。フラックス層の換算厚さが１００ｍｍ未満であると、フラックス層での積極的な対流が得にくく、本発明の特徴である、フラックス層内の対流促進による脱硫促進が得にくくなる。
一方、フラックスの換算厚さが２００ｍｍ超では、フラックス層が対流していてもフラックス層の厚さ方向に温度差が生じやすくなり、フラックス層表層の未滓化（未溶融）部分の発生を招く可能性が考えられる。
そこで、本発明では、フラックス層の換算厚さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以内とすることが好ましい。フラックス層の換算厚さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以内とするためには、取鍋の寸法から算出されるフラックス容積と、想定されるフラックス組成でのフラックス密度から必要となるフラックス投入量を算出したり、投入量とフラックス厚さ（全部溶融前提）の相関（過去の実績）に基づいてフラックスの投入量を決定したり、フラックス厚さを測定しながら投入量を調整したり、すればよい。

ここでフラックス層の厚さは、精錬処理中に測定することは困難である。このため、ここで規定するフラックス層の厚さは、精錬処理後であって、溶鋼へのガス吹込みを停止して溶鋼を静置した状態におけるフラックス層の厚さとする。このフラックス層厚さは、例えば取鍋内に鋼製棒を挿入し、その後取鍋から引き抜いた当該鋼製棒に付着したフラックス層の厚さ（溶融厚さ）を測定することで取得できる。フラックスが全部溶融している状態（未滓化フラックスが無い状態）で測定すれば、換算厚さ相当の値を測定できる。なお、脱硫処理等の精錬処理が行われても、フラックス投入後のフラックス層厚さは精錬前後で実質的な変化はない。

本発明で好ましくは、取鍋底部の半径をＲとし、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置Ｃ_Bは、取鍋壁面１２からの距離が０．１Ｒ以上である。取鍋壁面１２とガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置Ｃ_Bの間の距離が０．１Ｒ未満である場合、取鍋壁面とプラグが近接しており、吹き込んだガスの一部が壁面に接触しながら浮上してしまうため（フラックスと壁面の間をガスが吹き抜けるため）、上記本発明の効果が最大では得られない。そこで、本発明において、取鍋壁面とガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置の距離を０．１Ｒ以上が好ましいものとした。なお、取鍋の底面が正円形でない場合は、取鍋の底面と同じ面積を持つ相当円の半径をＲとして採用すればよい。また、プラグのガス吹き出し部がプラグ本体の中心にない場合、ガス吹き出し部の中心をプラグの中心とみなしてよい。プラグ本体やプラグのガス吹き出し部が正円形でない場合、ガス吹き出し部の水平断面の重心をプラグの中心とみなしてよい。

本発明で好ましくは、取鍋内の溶鋼量を１３０ｔ以上とする。さらに好ましくは２７０ｔ以上とする。取鍋内の溶鋼量の増加とともに、取鍋開口面積が増大するとともに、精練に用いるフラックス量も増加するため、フラックスの溶融時間が長くなる。本発明に従うと、溶鋼面でのフラックスの循環を適切に制御し、電極近傍の高温溶融フラックスを浴面全体に循環させるとともに電極近傍に低温フラックスを供給して加熱することが可能となるため、フラックスの溶融時間の短縮が可能となる。本発明者らの知見では、取鍋内溶鋼量が１３０ｔ以上、更には２７０ｔ以上とすることで、従来法と比較したときのフラックス溶融時間の短縮効果がより一層顕著となるので、好ましい。

以下、本発明の取鍋精錬による溶鋼の脱硫方法の有効性について検証した結果を示す。

［実施例１］
本実施例１では、通電加熱型の溶鋼脱硫処理を行った（図１参照）。取鍋底部の溶鋼に接触する領域は、半径Ｒが１．４ｍの円形（溶鋼表面位置では概ね半径が１．５ｍ）である。通電加熱用の電極３を３本配置した。３本の電極３は、正三角形の頂点位置に配置されている。３本の電極３すべての外周に外接する円が電極の外接円４である。電極の外接円の中心位置Ｃ_Oは、平面視して前記取鍋底部の中心と同じ位置であり、電極の外接円４の半径ｒは０．６ｍである。取鍋内の溶鋼高さＨは、２．５ｍである。

攪拌ガスは、取鍋底部に設けたガス吹き込み用プラグ２、または取鍋上方より挿入した吹き込みランス（図示せず）を介して取鍋１内の溶鋼５中に吹き込んだ。ガス吹き込み用プラグ２を用いる際は、取鍋１の底部に２箇所（ガス吹き込み用Ａプラグ２Ａ、ガス吹き込み用Ｂプラグ２Ｂ）設置した。吹き込みランスを用いる場合、取鍋上方より２本を溶鋼中に挿入した。各ランスには４箇所のガス導入孔を水平（ランス挿入方向に対して垂直）に設けた。ランスの中心はプラグの中心と同等であるとみなし、ランス位置を決定した。また、鋼浴面からランス先端までの距離（浸漬深さ）は、鋼浴の浴深の７５％に設定した。

平面視において、各水準におけるガス吹き込み用Ａプラグの中心位置Ｃ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置Ｃ_Bの位置関係については、Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OB、Ｃ_AとＣ_B間の距離をＬ_ABとし、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度をθとし、それぞれ表１に示す数値に設定した。吹き込みランスを用いる場合もガス吹き込み用プラグに準じた表現としている。

脱硫処理対象として１１０～１２０ｔの粗溶鋼を取鍋１に収容し、粗溶鋼の上部にフラックスを投入してフラックス層６を形成した。投入したフラックスはＣａＯを主とし、Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などを含む。その後、電極３をフラックス層６に浸漬させて通電を開始するとともに、ガス撹拌を開始した。フラックス投入量は、溶融フラックス換算でフラックス層６の厚さ（換算厚さ）を表中に記載した。

フラックスの溶融状態を確認するために、フラックスを添加してから１０分間の通電処理を行った後、鍋内壁から約１００ｍｍ離れた３箇所にて溶融フラックス厚みの計測を行った。溶融フラックス厚みは、鉄製の細棒を溶鋼まで浸漬させ、細棒の溶鋼浸漬部が溶解した後に細棒を引き上げ、細棒に付着した溶融フラックスの長さをもとに溶融フラックス厚みを決定した。計測した３箇所の溶融フラックス厚みの平均値を算出して「平均溶融フラックス厚み」とした。なお、比較例８は、通電を行わずに１０分間の攪拌処理を行った後に溶融フラックス厚みの計測を行った。

実施例毎に、添加したフラックスの全量が溶融したと仮定して溶融フラックス厚みを算出し、「換算全フラックス厚み」とした。上記計測した平均溶融フラックス厚みを換算全フラックス厚みで割って％表示し、溶融状態の指標（以下、溶融フラックス指標（％）と呼ぶ）とした。下記表１に示す本発明例及び比較例について、上記の溶融フラックス指標を用いて評価した。表１において、本発明範囲から外れる数値・項目に下線を付している。

上記溶融フラックス指標が９５％以上の場合に☆、９０％以上の場合に◎、８０％以上の場合に○、８０％未満の場合を×と評価した。比較例のうち、最も溶融フラックス指標が高かったのは比較例１であり、溶融フラックス指標＝８０％であった。そこで、比較例１よりも溶融が促進できた条件を合格とする前提で上記の閾値（８０％）を決定した。なお、溶融フラックス指標が８０％未満の場合には、引き続き行った脱硫処理での効率が不十分であることを確認している。
また、本発明の実施例程度の少な目のガス流量では顕著な通電性の悪化は見られなかった。

なお、処理開始時を通電終了時とし、通電終了後に上記したガス吹込み条件を実施しても、フラックスの溶融状況の改善は同様な傾向が得られた。

［実施例２］
上記実施例１の表１記載の本発明例７、比較例１のガス吹込み条件、プラグ条件を用い、それぞれ「本発明例Ａ」「比較例Ｂ」とし、溶鋼量を６０～８０ｔ、１３０ｔ、２７０ｔの３条件とする条件で、通電加熱型の溶鋼脱硫処理を行った。
取鍋底部の溶鋼に接触する領域は各々、半径Ｒが１．２、１．４、１．８ｍの円形（溶鋼表面位置では概ね半径が１．３、１．６、２．０ｍ）である。通電加熱用の電極３を３本配置した。３本の電極３は、正三角形の頂点位置に配置されている。３本の電極３すべての外周に外接する円が電極の外接円４である。電極の外接円の中心位置Ｃ_Oは、平面視して前記取鍋底部の中心と同じ位置であり、電極の外接円４の半径ｒは各々、０．５、０．６、０．８ｍである。また、取鍋内の溶鋼高さは各々、２．２、２．６、３．４ｍである。

前記実施例１と同様の通電とガス吹き込み処理を行い、フラックス添加開始から１０分間の通電処理を行った後、溶融フラックス厚みを計測し、平均溶融フラックス厚みを算出した。実施例１と同様に換算全フラックス厚みを算出し、溶融フラックス指標を求めた。３種類の溶鋼量それぞれにおいて、３～６回の処理を行い、溶融フラックス指標の平均値、最小値、最大値を求めた。比較例Ｂの溶融フラックス指標の平均値を基準値１．００とし、比較例Ｂの最大値と最小値、および本発明例Ａの平均値、最大値、最小値、を基準値に対する割合として表２に示した。

溶融フラックス指標の比較では、いずれの溶鋼量条件においても、本発明例Ａは比較例Ｂよりも溶融が進んでいることを示しており、本発明の効果があることが判る。さらに、取鍋内溶鋼量毎に、比較例Ｂに対する本発明例Ａの改善効果を対比すると、以下のように読み取ることができる。
即ち第１に、溶鋼量６０～８０ｔでは、溶融フラックス指標の平均値では改善しているものの、ばらつき範囲で比べると効果が不明瞭な場合がありえる。第２に、溶鋼量１３０ｔは、平均値では改善している。ばらつき範囲で比べても、差異が認められる。第３に、溶鋼量２７０ｔは、平均値では改善している。ばらつき範囲の比較においても明瞭に改善効果が見られる。
以上のとおり、取鍋内溶鋼量が１３０ｔ以上、更には２７０ｔ以上とすることで、従来法と比較したときのフラックス溶融促進効果がより一層顕著となることが明らかとなった。

１ 取鍋
２ ガス吹き込み用プラグ（プラグ）
２Ａ ガス吹き込み用Ａプラグ
２Ｂ ガス吹き込み用Ｂプラグ
３ 電極
４ 電極の外接円
５ 溶鋼
６ フラックス層
７ 気泡
８ 上昇流
９ 横行流
１１ 溶鋼表面
１２ 取鍋壁面
１５ 未溶融のフラックス
２１Ｘ フラックス層Ｘ領域
２１Ｙ フラックス層Ｙ領域
２１Ｚ フラックス層Ｚ領域
２２ 気泡上昇領域
ｒ 電極の外接円の半径
Ｃ_O 電極の外接円の中心位置
Ｃ_A ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置
Ｃ_B ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置
θ Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度

Claims (5)

1. 取鍋内の溶鋼表面にＣａＯを含むフラックス層を形成し、取鍋中央部に２本又は３本の電極を前記フラックス層に浸漬させて通電する溶鋼の取鍋精錬方法において、
   前記取鍋の底部にガス吹き込み用プラグを２カ所に配置し、当該ガス吹き込み用プラグそれぞれから吹き込まれるガスの流量について、ガス流量が大きい方のガス吹き込み用Ｂプラグのガス流量をＱ_B、他方のガス吹き込み用Ａプラグのガス流量をＱ_A（いずれも単位はＮＬ／ｍｉｎ／ｔ）とし、
   平面視において、前記２本又は３本の電極すべての外周に外接する円であって最小半径ｒを持つ円を「電極の外接円」とし、取鍋内の溶鋼高さをＨ、電極の外接円の中心位置をＣ_O、ガス吹き込み用Ａプラグの中心位置をＣ_A、ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置をＣ_Bとし、Ｃ_OとＣ_A間の距離をＬ_OA、Ｃ_OとＣ_B間の距離をＬ_OBとし、Ｃ_ＡとＣ_Ｂ間の距離をＬ_ABとし、Ｃ_A－Ｃ_O－Ｃ_Bがなす角度をθとし、
   ガス吹き込み用Ａプラグとガス吹き込み用Ｂプラグが下記（１）～（４）式を満足する位置に配置され、
   Ｑ_A、Ｑ_Bが以下に示す（５）～（７）式を満たすことを特徴とする、溶鋼の取鍋精錬方法。
   ０≦Ｌ_OA≦ｒ （ただし、Ｌ _OA が０である場合を除く） （１）
   Ｌ_OB＞ｒ （２）
   Ｌ_AB≧０．４２Ｈ （３）
   ０°≦θ≦９０° （４）
   ２．３３≦Ｑ_B／Ｑ_A （５）
   Ｑ_B≦４．５０ （６）
   ０．３０≦Ｑ_A （７）
2. 前記フラックス層の、溶融状態に換算した厚さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
3. 取鍋底部の半径をＲとし、前記ガス吹き込み用Ｂプラグの中心位置は、取鍋壁面からの距離が０．１Ｒ以上であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
4. 取鍋内の溶鋼量が１３０ｔ以上であることを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。
5. 取鍋内の溶鋼量が２７０ｔ以上であることを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の溶鋼の取鍋精錬方法。

Images