JPH04168214A - 極低炭素鋼の溶製方法及び、その装置 - 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］ 本発明は、極低炭素鋼の溶製方法及び、その装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 真空脱ガス装置は、主として、真空槽とこの下部に接続
された被処理溶鋼中へ浸漬される浸漬管とから成る。

この装置の代表的なものとして、浸漬管が、溶鋼上昇用
の上昇管と下降用の下降管に分かれたＲ１１式真空脱ガ
ス装置（環流式真空脱ガス装置）が知られており、この
装置による真空脱ガス処理によって、溶鋼の脱炭、脱酸
素、脱水素あるいは脱窒素処理等の溶鋼の二次精錬処理
が行われる。

近年、冷延材や電磁材において、主に焼鈍工程の大幅な
スピードアップによる生産性向上を図るため、あるいは
加工性に優れる素材要求に応えるため、極低炭素鋼製造
の必要性が高まっている。

−数的に極低炭素鋼を溶製する場合、まず、−次精錬炉
（転炉、平炉、電気炉等）にて可及的に脱炭処理を行い
、さらに初期の炭素濃度が達成できる程度まで真空脱ガ
ス装置に供して脱炭処理を行う。

この真空脱ガス装置にて得られる最終炭素濃度は、真空
槽内への未反応の溶鋼の供給速度（以下、溶鋼環流速度
と称す）、真空槽内の溶鋼攪拌状況及び、脱炭処理時間
により決定される。

このため、脱炭反応促進方法について様々な提案がなさ
れている。

まず、溶鋼環流速度に関しては、特開平］−１３２７１
５号公報や、特開昭６４−７９３１７号公報に提案され
ているように環流ガス吹き込み方法を改善したり、浸漬
管断面積を拡大することで、溶鋼環流速度を増大するこ
とが図られてとな。

次に、真空槽内の攪拌を十分行うために、ＲＨ真空槽の
槽底の浸漬管槽内開口端間の位置にガス吹き込み羽口を
設けた装置（特開昭５７−１１０６１１号公報、以下、
■の装置と称す）の他、真空槽下部の不特定部位に不活
性ガス吹き込み羽口を設置した方法（特開昭５８−７３
７１６号公報、以下、■の方法と称す）、リニアモータ
と組み合わせた方法（特開平２−１４１５２１号公報、
以下、■の方法と称す）が提案されている。

そして、脱炭処理時間を延長すれば、最終炭素濃度を低
くできるのは、公知の事実である。

また、以上述べた方法以外に、化学的に反応を促進する
方法として、脱炭処理中に溶鋼中にＣ０２ガスを吹き込
む方法（特開昭５６．−４４７１１号公報）が提案され
ている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら従来の方法だけでは、必ずしもコスト的及
び、品質的に十分ではなかった。

まず、溶鋼環流速度を増大させる技術に関しては、前述
の方法によりほぼ限界に達しており、これ以上の改善余
地は殆ど残されていない。

次に、処理時間の延長は、二次精錬処理中の溶ｍ温度降
下量が増大するので、−次精錬炉の吹き止め溶鋼温度を
上昇させる必要が生じ、耐火物及び、成分調整用の合金
コストか上昇するため、必ずしも有効な方法ではなかっ
た。

また、ＣＯ２を吹き込むことにょる脱炭促進方７去　は
　、 Ｃ＋ＣＯ□　　＝　２ＣＯ が吸熱反応のため、脱炭処理中の温度降下量が増大する
ため、処理時間延長と同様の理由により好ましくない。

本発明は、以上のような事情に鑑み、特に真空槽内の溶
鋼攪拌状況を改善することに主眼をおいている。このよ
うな考え方に基づく技術として、 まず、■の装置があるが、この技術の課題は、真空槽底
の浸漬管槽内開口端間の位置にガス吹き込み羽口を設け
ているため、吹き込みガス流量の増大に伴い、いわゆる
エアカーテン現象が生じ、溶鋼環流を阻害して脱炭反応
速度が低下してしまうため、吹き込みガス流量に限界が
あり十分な溶鋼攪拌力を確保することが困難であったこ
と、また、もともと耐火物溶損速度が大きい位置に羽口
を設置しているため、耐火物コストが増大することであ
った。

また、■の方法は、後述するような脱炭反応促進のため
に必要な真空槽内へのガス吹き込み条件が明示されてい
ない。

そして、■の方法は、リニアモータ装置そのものが高価
であることの他、真空槽内へのガス吹鮒込み条件が明示
されていない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記従来技術の課題を有利に解決するために
なされたものであって、 （１）　８８式真空脱ガス装置の真空槽内への不活性ガ
ス吹き込み方法において、脱炭処理中に真空槽内の溶鋼
表面あるいは、溶鋼中に次式で示されるガス流量を吹き
込むことを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法 Ｑ／ｄ２≧１．８ 但し、Ｑ・吹き込みガス流量［Ｎｍ３／）ｌｒ／本〕ｄ
：羽口あるいはノズル内径　［ｍｍφ］（２）真空槽の
槽底から１ｍ以内の高さに、内径が５〜１０＋ｎｍφの
不活性ガス吹き込みが可能なランスまたは羽口を設置し
たことを特徴とするＲｔ１式真空脱ガス装置 （３）羽口形状が末広がり型であることを特徴とした前
記（２）項記載のＲＨ式真空脱ガス装置を要旨とするも
のである。

［作　　　用］ 以下、この発明によるＲＨ式真空脱ガス装置を利用した
、極低炭素鋼の溶製方法について、図面を参照しながら
より詳細に説明する。

第１図（ａ）は、この発明の一例を概略的に示すもので
ある。

蒸気ニジエフターあるいは真空ポンプ等の真空排気系に
真空排気口９を介して接続された真空槽１の下部に２本
の浸漬管２が設けられており、取鍋３の被処理溶鋼１０
中に該浸漬管が浸漬している。真空槽内を真空排気する
ことにより、溶鋼１０を真空槽１内に吸い上げ、浸漬管
２の一方から環流ガス管７及び、浸漬管羽口５を通じて
環流ガスを吹き込み、エアリフトポンプの動作原理によ
り溶鋼が真空槽内を連続的に環流することにより、脱炭
、脱水素等の真空脱ガス処理が行われ、また真空槽１の
側壁に設けられた合金投入口８を介して成分調整用の合
金が投入されることで、成分調整が行われる。

ここで、脱炭処理中に真空槽１の槽底１３ｈ）６１ｍ以
内の高さに設置した真空槽羽口４から攪拌ガスを Ｑ／ｄ”≧１．８ 但し、Ｑ：吹き込みガス流量［Ｎｍ３／Ｈｒ／本］ｄ；
羽口あるいはノズル内径［ｍｍφコなる流量で吹き込む
ことにより、脱炭反応速度の向上が図れることが本発明
者らの研究の結果明らかになった。すなわち、第２図に
示すように、Ｑ／ｄ２＜１．８の領域では、攪拌ガスの
持つ溶鋼攪拌エネルギーが十分ではないため、脱炭反応
速度向上に顕著な効果が得られない。また、羽口の位置
が真空槽の槽底から１ｍを超える高さになると、攪拌ガ
スの持つ攪拌エネルギーが？８ｔＩ４渇面に到達するま
での間に減衰してしまうため、脱炭反応速度向上に顕著
な効果が得られない。

なお、本発明者らの研究では、羽口を真空槽の槽底から
０．４〜０．６ｍの高さに設置した場合に脱炭反応促進
効果が顕著に得られた。これは、本発明の研究に使用し
たＲＨ式真空脱ガス装置の脱炭処理中の真空槽の槽底か
ら真空槽内の溶鋼表面までの距ｗｉ（以下、浴深と称す
）は、０．４〜０．６ｍの高さにあると推定され、本発
明による脱炭促進効果は、溶鋼表面近傍の反応界面積を
増大することにより得られていると考えられる。すなわ
ち、羽口が溶鋼表面から上方に位置している場合、溶鋼
表面と羽口の距離の増大に伴い吹き込みガスの溶鋼攪拌
エネルギーが減少すること、また、羽口が溶鋼中に浸漬
している場合、溶鋼中への羽口の浸漬深さの増大に伴い
、溶鋼表面近傍の反応界面積増大に寄与する攪拌ガスの
効率が低下するためと考えられる。このように、本発明
による脱炭促進は、真空槽内の溶鋼表面近傍に攪拌ガス
を吹き込むと反応促進効果がより顕著となるが、ＲＨ式
真空脱ガス装置では、脱炭処理中の浴深が設備条件（浸
漬管の内径と長さ、真空槽の内径、等）や操業条件（浸
漬管の取鍋的溶鋼への浸漬深さ、環流ガス流量、真空槽
内の到達真空度、等）により異なること及び、脱炭処理
中の溶鋼中炭素濃度により変動すると考えられることか
ら、本発明による脱炭促進効果が顕著となる範囲は、ど
のようなＲＨ式真空脱ガス装置（設備条件、操業条件）
を使うかによって異なる。

次に、真空槽羽口の径は、本発明者らの研究の結果、内
径５ｍｍφ未満だと、ガス吹き込みに伴い羽口の周囲に
溶鋼が冷却されて固着するいわゆるマツシュルームの生
成等による羽口閉塞の危険性が高く、羽口内径が１０ｍ
ｍφを超えると、非脱炭処理中における湯差しく溶鋼が
羽口内に侵入し羽口が閉塞するトラブル）防止に必要な
ガス流量が増大し、吹き込みガスのコストが増大するこ
との他、脱炭処理中においても多量のガス吹き込みが必
要となり、真空槽内の到達真空度の悪化による脱炭反応
速度の低下が生ずるため、好ましくない。

また、真空槽羽口の形状を第３図に示すように末広がり
型にすると、羽口先端部にて吹き込みガス速度が超音速
となり、攪拌エネルギーが増大するため、より効果的に
脱炭反応速度向上が可能となる。この場合は、スロート
径１４を５〜１０ｍｍφにする必要がある。ここで、羽
ロタイブのものが第３図（ａ）であり、ランスタイプの
ものが第３図（ｂ）である。

なお、本発明は第４図に示すように真空槽羽口の代わり
にランス１６により攪拌ガスを吹き込むことも可能であ
り、真空槽羽口とランスを組み合わせて使用することも
可能であることはいうまでもない。

［実　施　例］ 第１図に示す実施例ＲＨ式真空脱ガス装置にて、溶鋼の
脱炭処理を行う際に真空槽羽口径を変化させて最終炭素
濃度がどう変わるのかをテストした。この時の操業（従
来と本発明の共通）条件は、 ・処理前炭素濃度：　３５０［ｐｐｍ１・溶鋼量：　３
１０［Ｔｏｎｌ ・浸漬管内径：　８５０［ｍｍφ］ ・環流ガス流量：　２０００［Ｎｉ／ｍｉｎ］、ガス種
：アルゴン ・浸漬管羽口径：４［ｍｍφ］ ・浸漬管羽口径二８［個コ ・脱炭ＩＡ埋時間：　２０［ｍｉｎ］ である。尚、テスト条件とテスト結果を表に示す。

なお、従来法における真空槽羽口の設置位置を第１図（
ｂ）に、本発明法による真空槽羽口の設置位置を第１図
（ｃ）に示した。

表に示すように、本発明によれば最終炭素濃度を従来法
の３７４以下にすることができた。

［発明の効果］ 以上の説明で明かなように、本発明の極低炭素鋼の溶製
方法及び、その装置は、真空槽内の溶鋼に吹き込むガス
の攪拌エネルギーにより、真空槽内の溶鋼を十分に攪拌
し、溶鋼表面近傍の反応界面積を増大することで、脱炭
反応速度を従来のものより格段に大きくすることができ
、極低炭素鋼を容易に得ることができるとともに、脱酸
、脱水素、脱窒素等の脱ガス反応を促進させて、より清
浄かつ純度の高い鋼を容易に得ることかできる等、各種
の効果が得られるものである。

なお、本発明はＩ））１式脱ガス装置においても同様な
効果が得られるのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明実施例装置の概略図、同（ｂ）　
、　（ｃ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、夫々
従来法及び本発明による真空槽羽口の設置位置を示す図
、第２図はＱ／ｄ　”と脱炭反応速度の関係を示す図、
第３図（ａ）　、　（ｂ）は真空槽羽口の形状説明図、
第４図は本発明の他の実施例装置の説明図である。 １・・・真空槽　　　　　２・・・浸漬管３・・・取鍋
　　　　　　４・・・真空槽羽口５・・・浸漬管羽口　
　　６・・・攪拌ガス管７・・・環流ガス管　　　８・
・・合金投入口９・・・真空排気口　　　１０・・・溶
鋼１１・・・スラグ　　　　１２・・・気泡１３・・・
槽圧　　　　　１４・・・スロート径１５・・・ランス
羽口　　１６・・・ランス他４名 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ＲＨ式真空脱ガス装置の真空槽内への不活性ガス吹
   き込み方法において、脱炭処理中に真空槽内の溶鋼表面
   あるいは、溶鋼中に次式で示されるガス流量を吹き込む
   ことを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法 Ｑ／ｄ＾２≧１．８ 但し、Ｑ：吹き込みガス流量［Ｎｍ＾３／Ｈｒ／本］ｄ
   ：羽口あるいはノズル内径［ｍｍφ］ ２　真空槽の槽底から１ｍ以内の高さに、内径が５〜１
   ０ｍｍφの不活性ガス吹き込みが可能なランスまたは羽
   口を設置したことを特徴とするＲＨ式真空脱ガス装置 ３　羽口形状が末広がり型であることを特徴とした請求
   項２記載のＲＨ式真空脱ガス装置