JPH0361317A - 極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、溶鋼の炭素ｉＨ度［Ｃ］が極微量のレベル
になるように脱ガス処理する極低炭′ＪＩｉＭの溶製方
法に係り、特に、処理末期においてスプラッシュ発生量
の増加を図る方法に関する。

［従来の技術］ 近年、鋼材の高級化に伴い、炭素ａＨ量を極微量に、！
！ｊ整した極低炭素鋼の需要が高まり、これを迅速かつ
安定に溶製する技術が要望されている。

転炉工程においては、通常、溶鋼中炭素［Ｃ］が０．０
２〜０，０４重量％の範囲に入ると出鋼する。更に、出
鋼溶鋼を種々の精錬設備で脱炭処理し、所望の炭素濃度
とする。極低炭素鋼は、炭素含有量が０．００３重瓜％
以下と極微量のレベルを要求されるために、一般に、大
量の溶鋼を安定かつ効率よく溶製することが因難である
。このような背景から、溶鋼を効率よく脱炭する技術ε
して、ＲＨ脱ガス精錬が注目されている。

ＲＨ脱ガス法により極低炭素鋼を溶製する場合は、脱ガ
ス漕下部の１対の浸漬管を溶鋼中に浸漬し、溶鋼を鍋お
よび脱ガス槽の間で箔層させつつ脱ガス処理する。すな
わち、ＲＨ脱ガス精錬においては、一方の浸漬管（上昇
管）に不活性ガスを吹き込み、見掛けの比重を減少させ
て溶鋼を上昇させ、鍋から脱ガス槽内に溶鋼を吸い上げ
る。冶内はガス排気されて威圧下にあるので、溶鋼中の
［Ｃ］と［Ｏ］とが反応して多量のＣＯガスが発生する
。脱炭反応により生じたＣＯガスは、上昇管に吹き込ま
れたアルゴンガスと共にスプラッシュを形成する。この
スプラッシュにより、溶鋼とガスとの接触面間が増大し
、更に脱炭反応が促進される。溶鋼は、槽内で脱ガス処
理された後に、他方の浸漬管（下降管）を介して鍋に返
戻される。

このような脱ガス（脱炭）処理中に、槽内に副原料およ
び合金材を投入添加し、溶鋼を所望の目標成分とする。

［光用が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の溶製方法においては、処理の後半
に至ると脱炭速度が低下し、更に［Ｃ］を低減するには
長時間を要し、極低炭素鋼を安定かつ迅速に溶製するこ
とができない。

第６図は、横軸にＲＨ脱ガス法による処理時間をとり、
縦軸に処理溶鋼の炭素濃度［Ｃ］をとって、上昇管への
アルゴンガス吹き込み量を毎分３０００〜５００ＯＮ、
７７の範囲で種々変更し、従来の脱ガス処理の各時期に
おける［Ｃ］の推移について調べたグラフ図である。図
中にて、斜線頭載、白丸、黒丸は、それぞれアルゴンガ
ス吹き込み量を毎分３００ＯＮＮ、４００ＯＮｆｆ。

５０００　Ｎｉ）とした場合の結果を示す。図から明ら
かなように、処理前期（領域Ｉ）では溶鋼中［Ｃ］が急
激に減少するが、処理後期（領域■）では［Ｃ］の減少
率が大幅に低下する。［Ｃ］が領域■に至ると脱炭速度
が小さくなり、１０〜２０　ｐｐａ＋より更に低濃度レ
ベルの極低炭素鋼の領域まで脱炭するには長時間を要す
る。また、図から明らかなように、上昇管へのアルゴン
ガス吹き込み量は毎分４００ＯＮρが最適であり、これ
より少なくとも多くとも迅速な脱炭処理を行うことがで
きない。これは、ガス吹き込み量が過剰になると、ガス
の吹き抜けが生じることに起因する。

このため、上昇管へのアルゴンガス吹き込み量を増大す
ることにより、脱炭速度を向上させるには限界がある。

第７図は、横軸に脱ガス槽及び鍋の間における溶鋼のサ
イクルタイムをとり、縦軸に上記領域Ｉの脱炭速度定数
ＫＣをとって、種々の処理条件下で両者の関係を調べた
グラフ図である。ここで、脱炭速度定数Ｋｃとは、下記
（１）式で規定される脱炭の一次反応における指数をい
う。

（ｄ　［Ｃ］　／　ｄ　ｔ　）　−Ｋｃ　　　［Ｃ］　
−（１）図から明らかなように、溶鋼のサイクルタイム
が短くなると、脱炭速度定数Ｋｃが向上する。従って、
脱ガス槽による溶鋼環流量を増大化して、サイクルタイ
ムを短縮すると、溶鋼の脱炭反応を促進させることがで
きる。しかしながら、一般に、溶鋼環流量の増大化を飛
躍的に図ることは困難であり、脱炭速度を飛躍的に向上
させることができない。

第８図は、横軸にＲＨ脱ガス槽の排気時間をとり、縦軸
にＣＯガス発生ｆｉｔ　ＣＮＩ　／分）および脱ガス槽
内の真空度（トール）をそれぞれとって、領域Ｉおよび
領域■におけるそれぞれの変化を調べたグラフ図である
。図から明らかなように、領域Ｉに比べて領域■のＣＯ
ガス発生量が大幅に低下することがわかる。

第９図は、横軸にＲＨ脱ガス処理時間をとり、縦軸に脱
炭反応速度定数ＫＣおよびＣＯガスによる真空脱ガス槽
内の攪拌力Ｓをそれぞれとって、両者の関係についてそ
れぞれ調べたグラフ図である。なお、脱炭反応速度定数
Ｋｃは、下記（２）式に基づき３分間ごとにそれぞれ求
めた。

［Ｃ］ −［Ｃ］　ｏ−ｅｘｐ　（−Ｋｃ−ｔ）　　＝１２）ま
た、ガス攪拌力Ｓは、上記のＣＯガス発生量に基づき下
記（３）式により求めた。

Ｓ　−（６，１８ｘ　ｑ　ｘ　Ｔ＊　／Ｖ、）ｘ　（Ｉ
ｎ　（１＋ρ、・ｇ−ｈ／Ｐ）＋（１−Ｔｎ／Ｔｌ　）
　ｌ　　・・・（３）ただし、■、は真空槽体積、ｈは
溶鋼の深さ、Ｔ、は溶鋼温度、ρ、は溶鋼密度、Ｐは真
空槽内圧力、ｇは重力加速度をそれぞれ表す。

図から明らかなように、脱炭反応速度定数ＫＣおよびガ
ス攪拌力Ｓは、同じ傾向を示し、攪拌力Ｓの低下に伴っ
て速度定数Ｋｃも低下する。従って、処理後期（領域■
）においてはスプラッシュ発生量が著しく低下し、極低
炭素鋼を溶製する場合に不利である。脱ガス槽内で発生
したスプラッシュは、比表面積が大であるため、脱炭反
応に大きく寄与する。

この場合に、環流ガスの上昇管への吹き込み量を増加さ
せることにより、スプラッシュ発生量の増大化を図るこ
とが考えられるが、耐火物の溶損が著しくなり、浸漬管
の交換時期が短くなるので、環流ガス量をある限界以上
に増量することができない。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、脱ガス処理後期（領域■）におけるスプラッシュ発生
量の増加を図ることができる極低炭素鋼の溶製方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 発明者等は、ＲＨ脱ガス下部槽の側壁に種々のタイプの
ノズルを設け、各種のガスを気泡化して溶鋼に吹き込む
ことにより気液界面積を増大させ、脱炭反応を促進させ
ることについて種々検討した。

その結果、ポーラスプラグ又はマルチホールプラグ（Ｐ
ｖＩ　ＨＰ　）の場合には、ガス吹き込み速度が音速（
マツハ１）を超えず、気泡ガスがバブリング状態となっ
て脱炭速度を上昇させることができないが、単管ノズル
又は二重管ノズルを用いると、ガス吹き込み速度がマツ
ハ１を超えて、気泡ガスがジェツテイング状態となって
分散し、脱炭速度の上昇に寄与するという知見を得た。

また、ノズル内径が１ｓａ＋を下回ると、ガス吹き込み
口に溶鋼が差し込み、凝固金属によりガス通路が塞がれ
て、ノズル詰まりが生じ、一方、ノズル内径が５ｍｍを
上回ると、ガス供給圧力（背圧）を上昇させたとしても
、吹き込みガスの到達距離が短く、気泡ガスの分散化を
図ることができないという知見を得た。更に、吹き込み
ガスの到達距離が短くなると、ガスが側壁に沿って浮上
し、気泡ガスが合体成長して分散しにくくなると共に、
脱ガス槽側壁の耐火物が著しく溶損するという知見を得
た。

下記（４）式にノズル詰まりを生じない条件を示す。

Ｑ／Ｎ≧３．３ ×１０２　（ρ１ハρ、−ρ、　）ｌ−”Ｘ　（１＋Ｈ
／１．４８）　ｘ　ｄ５．２　　・・・（４）下記（５
）式にガスが湯面に吹き抜けない条件を示す。

Ｑ／Ｎ５１３ｘ　　（ρ、／ρ　　）　　−１２Ｘ　Ｈ
３２Ｘ　　ｄ　　　　　　　　　　　・・・（５）但し
、Ｑ／Ｎはノズル１本あたりのガス流量、ρ、は溶鋼の
密度、Ｈは溶鋼深さ、ｄはノズル内径、ρ１は溶鋼静圧
補正後のガス密度をそれぞれ表す。

因みに、溶鋼侵入が生じない条件は、ノズル内径ｌｌｌ
ｌ１１の場合に吹き込みガスの最小速度Ｖが毎秒３２１
．７　ｍ　、最小容量Ｑが毎分１５．２ＮＮ　、ノズル
内径２ｍｍの場合に吹き込みガスの最小速度Ｖが毎秒４
５４．９　ｍ　、最小容ｆｆ１Ｑが毎分８５．７ＮＮ　
、ノズル内径５ａ＋ｓの場合に吹き込みガスの最小速度
Ｖが毎秒７１９．３　ｍ、最小容量Ｑが毎分８４７．４
　Ｎｐとなる。

この発明に係る極低炭素鋼の溶製方法は、減圧下の溶鋼
に気泡ガスを吹き込み、気泡ガスにより溶鋼中［Ｃ］及
び［０］の脱炭反応を促進させる場合に、前記気泡ガス
を湯面に向かって吹き込むことを特徴εする。

吹き込みガスには、ＣＯガス生成反応を積極的に阻害す
るガス種以外のものであれば、いずれの種類のガスを採
用してもよく、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、窒
素ガス、水素ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、エア、並び
にこれらの混合ガスのうちいずれのガスをも採用するこ
とができる。

ところで、特公昭５６−４９９６８号公報には、ＲＨ脱
ガス下部槽にてアルゴンガスおよび酸素ガスからなる混
合ガスをサイドインジェクションするという類似の技術
が開示されている。この技術によれば、脱ガス槽内の溶
鋼に二重管ノズルを用いて混合ガスを吹き込み、クロム
成分等の酸化防止を図りつつ溶鋼を脱炭し、ステンレス
鋼、ケイ素鋼、並びに高張力高合金鋼を溶製する技術と
して所謂ＲＨ−ＯＢ法が開示されている。ＲＨ−ＯＢ法
では、減圧下の溶鋼の溶存酸素量を積極的に高め、ＣＯ
ガス生成速度を向上させることにより合金鋼溶鋼の脱炭
促進を図る。

しかしながら、上記のＲＨ−ＯＢ法においては、低Ｐ　
ｃｏ　（脱ガス槽内におけるＣＯガス分圧）領域で処理
溶鋼の溶存酸素［０］　ｍを高める結果となり、処理開
始前の脱酸処理が生かされなくなると共に、耐火物の溶
損量が増大する傾向にある。脱ガス下部槽は、高価なマ
グネシアクロム質の耐火レンガで内張すされている。一
般に、脱ガス下部槽においては側壁レンガより敷レンガ
のほうが短寿命であり、下部槽の寿命は、敷レンガ、特
に浸漬管通路の間に設けられた敷レンガが浮き出おそれ
が生じる残厚によって決定される。このため、下部槽の
交換回数が増え、耐火物コストが上昇するという欠点が
ある。

また、上記ＲＨ−ＯＢ法は、合金鋼の溶製を目的とする
技術を開示するものであるが、極低炭素鋼のような合金
量が少量の普通鋼の溶製技術を開示するものではない。

［作　用］ この発明に係る極低炭素鋼の溶製方法においては、湯面
に向かって気泡ガスを吹き込む。気泡ガスが湯面−面に
広がり、湯面に浮上すると、これがはじけ散ってスプラ
ッシュとなる。脱ガス処理後期に至り、溶鋼中［Ｃ］が
低下すると、槽内の脱炭反応速度が低下してＣＯガス発
生量が減少する。しかしながら、気泡ガス吹き込みによ
り新たなスプラッシュが生成されるので、処理後期のス
プラッシュの不足が補われる。このため、脱ガス処理中
の全期間にわたりスプラッシュ生成量が確保され、気液
界面積が増大し、溶鋼の脱炭反応が促進される。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照しながら、この発明の実施例に
ついて具体的に説明する。

第１図はこの発明の実施例に係る極低炭素鋼の溶製方法
に使用されたＲＨ脱ガス装置を示す模式図、第２図は脱
ガス下部槽の横断面図、第３図はガス吹き込み装置の部
分を示す縦断面図である。

ＲＨ脱ガス設備の建屋−階に軌条が敷設され、取鍋２が
走行台車により転炉工場から搬送されるようになってい
る。脱ガス槽１０が、建屋上部に設けられ、この直下に
取ｍ２を昇降するためのリフティングテーブル６が設置
されている。

脱ガス槽１０は、その外面が鉄皮１１で覆われ、鉄皮１
１に耐火レンガ１２ａ、１２ｂが内張りされている。脱
ガス槽１０の上部には、排気ダクト３０およびシュータ
３２が設けられている。排気ダクト３０は、図示しない
ガス排気装置に連通している。シュータ３２は、副原料
または合金材を貯蔵したホッパ３１に連通している。脱
ガス槽１０は、上部槽と下部槽とに分離可能にフランジ
継手（図示せず）により接続されている。

脱ガス下部槽には１対の短管部が形成されており、一方
の短管部には上昇管２４が、他方の短管部には下降管２
６が、それぞれフランジ継手（図示せず）により接続さ
れている。上昇管２４および下降管２６は、それぞれ心
材の内側（溶鋼通路２５．２７の側）に耐火レンガが設
けられ、心材の外側がアルミナキャスタブルで覆われて
いる。

ガス吹き込み管１５が、上昇管２４を貫通し、そのガス
吹き込み口が通路２５にて開口している。

ガス吹き込み管１５の基端側は、流量調節弁を備えたア
ルゴンガス供給源（図示せず）に連通している。

下部槽の側壁に複数のガス吹き込み装置４０が設けられ
、それぞれの吹き込み口４７が湯面直下（静止場面のレ
ベルより約５０ｍ５下方）に開口している。ガス吹き込
み装置４０の基端側は、ガス供給＃、３７に連通してい
る。ガス供給源３７は、アルゴンガスタンク、酸素ガス
タンク、並びに流星調節弁を有し、アルゴンガスに所定
の割合で酸素ガスを混合した混合ガスをガス吹き込み装
置４０に供給するようになっている。

プロセスコンピュータ３６の出力側がガス供給源３７の
流量調節弁に接続され、一方、コンピュータ３６の入力
側は、排気ダクト３０のガス流量計３４および分析計３
５に接続されている。すなわち、流量計３４および分析
計３５の検出結果に基づきコンピュータ３６ではＣＯガ
ス発生量を算出し、これに基づきコンピュータ３６から
ガス吹き込み装置４０へ所定の指令信号が出され、所定
量のガスが槽内の溶ｅ４３に吹き込まれるようになって
いる。

第２図に示すように、ガス吹き込み装置４０は、上昇管
の通路２５および下降管の通路２７を避けるように、中
心角２５″の間隔をもって放射状に４本２組の合計８本
が設けられている。なお、ガス吹き込み口４７の数は多
ければ多いほど好ましく、最大３２箇所に設けることが
可能である。

第３図に示すように、ガス吹き込み装置４０の細管ノズ
ル４６は、水平から約４５°の角度をもって上向きに設
けられている。ノズル４６の上向角度は、所定のガス到
達距離を得ることかできれば、０〜６０″の範囲内のい
ずれであってもよい。

細管ノズル４６は耐火レンガ１２ｃに埋め込まれ、ユニ
ット化されている。すなわち、細管ノズル４６は、ノズ
ルユニットごと鉄皮１１および側壁耐火レンガ１２ｂを
貫通して取り付けられる。

細管ノズル４６の基端部は、鉄皮１１より突出し、保護
カバー４４により保護されている。保護カバ４４は、鉄
皮１１に溶接され、その外側にユニオンエルボ４３が接
続されている。更に、エルボ４３はカップリング４２に
よりホース４１に着脱可能に接続されている。なお、こ
の場合に、細管ノズル４６はステンレス鋼でつくられて
おり、その内径が２１１Ｉｍ、その外径か３■である。

耐溶損性の観点から、細管ノズル４６の受熱面積は少な
いほうが好ましく、細管ノズル４６は薄肉厚であること
が望ましい。なお、細管ノズル４６は、その内径が１〜
５１１１の範囲にあることが好ましく、単管の他に二重
管を用いることもできる。

次に、上記脱ガス槽を用いて、極低炭素鋼を溶製する場
合について説明する。

炭素濃度［Ｃ］が約３００　ｐｐ−の転炉溶鋼を取ｊＩ
ｉｓ２に受鋼し、これを脱ガス処理設備に搬送する。

溶Ｍ３の量は約２５０トンであり、スラグ４で覆われて
いる。取鍋２をリフトし、取鍋内の溶＃４３に浸漬管２
４．２６を浸漬し、脱ガス槽１０の内部を減圧する。約
２００トールまで減圧すると、溶鋼３が下部槽の敷レン
ガ１２ａの上面に到達する。更に、槽内を減圧すると、
溶鋼３が脱ガス槽１０内に取鍋湯面から約１，５ｍの高
さまで吸い上げられる。ガス吹き込み管１５に毎分１０
０ＯＮｐのアルゴンガスを供給し、約５分間後に毎分２
５０ＯＮρにアルゴンガス供給量を増加させる。

これにより、溶鋼３の見掛けの比重が低下し、溶鋼３が
ガス気泡と共に通路２５内を上昇する。上Ｊｊｔ管２４
の上方湯面が盛上がり、スプラッシュが発生し、溶鋼中
［Ｃ］が［０］と反応してガス化し、このＣＯガスが排
気される。溶１４３は、上昇管２４から下降管２６に向
かって流れ、鍋２および脱ガス槽１０の間を循環する。

このとき、溶鋼環流量は毎分１７Ｎｍ３程度に達する。

上昇管２４へのアルゴンガス吹き込みを開始すると、溶
鋼が攪拌されてＣＯガスを主成分とする多量のガスが発
生する。発生したガスは、排気ダクト３０を通過して排
気装置（図示せず）に排気されるが、このとき流量計３
４及び分析計３５によりガス流量およびＣＯガス濃度が
検出される。

これらの検出信号は、コンピュータ３６の入力部に送ら
れる。コンピュータ３６に検出信号か入力されると、こ
れに基づきＣＯガス発生量が算出される。処理前期にお
けるＣＯガス発生量は、毎分３０００〜６００ＯＮ１程
度である。コンピュタ３６の演算部では、予め設定され
た基準ガス量（所定レベル以上のガス攪拌力を得るに必
要なトータル攪拌ガスｆＨ）からＣＯガス発生量（排気
ガス検出１直に基づき算出したガスＱ）を引いて差を求
め、この差に見合うだけのガス量がガス吹き込み装置４
０に供給されるように指令信号がガス供給源３７に送る
。

処理後期（領域■）に至ると、溶鋼中［Ｃ］［０］が小
さくなり、ＣＯガス発生量が毎分１０００〜２０００ｒ
ｌ以下に低下するが、排気ガス検出信号に基づくコンピ
ュータ演算により攪拌ガスの不足分を求め、これに基づ
きガス吹き込み装置４０から気泡ガスを吹き込む。これ
により、ガス吹き込み装置４０の細管ノズル４６にアル
ゴンガスが供給され、ガスが細かな気泡となって吹き込
み口４７から勢いよく溶ｔｆ４３に噴射される。

この結果、気泡ガスが湯面−面に広がり、スプラッシュ
量の不足が補われる。これにより、処理後期（領域■）
においても処理前期（領域Ｉ）と同様のスプラッシュ量
を得ることができ、脱炭反応が促進され、所定の目標成
分の極低炭素鋼が溶製される。

第４図は、横軸にＲＨ脱ガス処理時間をとり、縦軸に溶
鋼の炭素濃度［Ｃ］をとって、本発明と従来技術とを比
較説明するためのグラフ図である。

図中、斜線領域はサイドインジェクションしない従来の
脱ガス処理の結果を、白丸はサイドインジェクションを
有する本発明の結果をそれぞれ示す。

第５図は、横軸に溶鋼の炭素濃度［Ｃ］をとり、縦軸に
脱炭反応速度定数に、をとって、本発明と従来技術とを
比較説明するためのグラフ図である。

図中、斜線領域はサイドインジェクションしない従来の
脱ガス処理の結果を、白丸はサイドインジェクションを
有する本発明の結果をそれぞれ示す。

両図から明らかなように、本発明の実施例によれば脱ガ
ス処理の全ての期間において脱炭速度を向上させること
ができ、特に処理後期（領域■）の脱炭速度を向上させ
ることができた。この結果、処理前の［Ｃ］量が３００
　ｐｐｍの溶鋼を、約１０分間の処理で１５ｐｐｍまで
脱炭することができた。

因みに、従来の方法によれば、１０分間の処理では３０
　ｐｐｍまでの脱炭が限度であった。従って、極低炭素
鋼を安定かつ迅速に溶製することができた。

なお、上記実施例では、ＲＨ脱ガス法の場合について説
明したが、本発明はこれのみに限られることなく、ＤＨ
脱ガス法に本発明を採用してもよい。

また、上記実施例では、アルゴンガスをサイドインジェ
クションした場合について説明したが、ガス種はこれの
みに限られることなく、ＣＯガス生生成応を積極的に阻
害するガス種以外のものであれば、いずれの種類のガス
を採用してもよく、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス
、酸素ガス。

窒素ガス、水素ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、エア、並
びにこれらの混合ガスのうちいずれのガスをも採用する
ことができる。

また、上記実施例では、ガス吹き込み用の細管ノズルに
ステンレス鋼管を用いたが、これに限られることなく、
他の種類の金属管やセラミック管を用いることもできる
。

［発明の効果］ この発明によれば、処理後期のスプラッシュ生成量が威
少したときに湯面に向かって気泡ガスを吹き込むので、
湯面に浮上する気泡ガス量を補わうことができる。この
結果、脱ガス後期においても処理前期と同様のスプラッ
シュ生成量を得ることができ、［Ｃ］が所定レベル以下
の極低炭素鋼を安定かつ迅速に溶製することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る極低炭素鋼の溶製方法
に使用された脱ガス槽を示す模式図、第２図は脱ガス下
部槽の横断面図、第３図はガス吹き込み装置の部分を示
す拡大縦断面図、第４図および第５図はそれぞれ本発明
の詳細な説明するためのグラフ図、第６図乃至第９図は
それぞれ従来技術を説明するためのグラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 減圧下の溶鋼に気泡ガスを吹き込み、気泡ガスにより溶
   鋼中［Ｃ］及び［Ｏ］の脱炭反応を促進させる場合に、
   前記気泡ガスを湯面に向かって吹き込むことを特徴とす
   る極低炭素鋼の溶製方法。