JPH0146563B2

JPH0146563B2 -

Info

Publication number: JPH0146563B2
Application number: JP56075574A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yamada
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1989-10-09
Also published as: JPS57192214A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は鋼の靭性、耐疲労性、冷間加工性など
に対して有害な鋼中の酸素および非金属介在物量
を低減せしめる溶鋼の脱酸・脱非金属介在物方法
およびその装置に関するものである。

高品質の鋼の製造に当つて非金属介在物の量と
形態の制御は重要であり、そのためには非金属介
在物の原因の一つである溶鋼中の酸素の低減と溶
鋼中に浮遊している非金属介在物を分離除去する
ことが必要である。

この脱酸、脱介在物を効率良く行なうため、最
近では種々の炉外精錬法が実施又は提案されてい
る。

これらは、溶解炉では予備精錬のみ行ない、炉
外のレードルにおいて仕上精錬を行なう方法で
り、本発明もこの炉外精錬の一種である。

次に従来の種々の炉外精錬の原理と特徴を簡単
に述べる。

真空脱ガス法特殊鋼の溶製に最も広く適用されている方法
で、その原理は未脱酸ないし半脱酸溶鋼を高度
の真空下で撹乱し、CO反応を激しく誘発させ
て脱水素と脱酸を行なうことである。

得られた鋼の水素、酸素含有量は極めて少な
く、非金属介在物も少ないが、弱点としてスラ
グ層を排除して溶鋼を直接真空にさらす必要が
あるため、けん濁している非金属介在物粒子の
スラグへの吸着除去は行なわれず、必ずしも非
金属介在物に関する問題は解決できるわけでは
ない。もう一つの欠点として通常1Torr前後の
真空度を要し、そのため大容量のスチーム・エ
ジエクターが使用されるので、エネルギーコス
トは極めて高くなる。

レードル・フアーネス法脱酸・脱硫、脱介在物を目的としており、原
理はレードルをエルー式アーク炉と同様の構造
となして、カーバイド・スラグ精錬を行なうと
共に、反応促進のため、レードル底部より不活
性ガスをアークを不安定にしない程度に吹込ん
でガスバブリングを行なうことである。

これにより必要充分な品質の鋼が得られる
が、設備費が相当高いだけでなく、反応速度が
小さいため、処理時間は長く、その結果加熱電
力、耐火物、電極棒など操業コストも相当高く
なる欠点がある。

ガスバブリング法主として温度均一化と脱介在物を目的として
おり、原理は通気性耐火物を通して不活性ガス
をすでに金属脱酸された溶鋼に吹込み、沸騰処
理して、けん濁している非金属介在物をスラグ
へ吸着除去せしめることである。

しかし作業は簡単で低コストであるが、脱
酸、脱介在物共不充分である。その理由は、吹
込まれた不活性ガス気泡は真空脱ガスのように
強烈なCO沸騰反応を誘発せしめないことと、
溶鋼が雰囲気空気によつて酸化されるためであ
る。

Ca合金吹込法この原理はCa合金粉を不活性ガスと共に耐
火物管を通して直接溶鋼に吹込み、同時に溶鋼
表面は非酸化性の塩基性スラグでおおつて脱
酸、脱硫、脱介在物を行なうものである。

得られた鋼の品質水準、反応速度とも好まし
く、設備費も余り高くないが、高価なCa合金
とアルゴンガスを多量に必要とするので、操業
コストに難点がある。

上述の従来の方法では、それぞれ一長一短があ
り、高い品質を求めるとコスト増が大きくなるこ
とが分る。

一方、鋼の脱酸、脱介在物を効果的に進めるた
めの条件をまとめると次の通りである。

(イ) 処理される溶鋼は精錬方式、処理時間、精錬
目標水準に応じて適切な予備精錬が必要であ
る。

(ロ) 脱酸、脱介在物速度を上げるため、溶鋼の撹
乱は不可欠であり、真空脱ガス処理のような強
裂なCO沸騰反応が望ましい。

(ハ) 非金属介在物を吸着除去せしめるため、スラ
グで溶鋼をおおうこと。スラグ組成としては非
酸化性であり、かつ復リン、復硫防止のため、
塩基性であること。

(ニ) 精錬中、溶鋼およびスラグの酸化を完全に防
止すること。スラグ中のFeO濃度は１％以下が
望ましい。

本発明は、上述の従来方法の問題点を解決する
ため成されたもので、上述の鋼の脱酸・脱非金属
介在物を効果的に進める条件を具備させ、高度の
脱酸、脱介在物水準を持つ鋼を低コストで、容易
に得ることができる溶鋼の脱酸・脱非金属介在物
方法およびそれに用いられる適切な脱酸・脱非金
属介在物装置を提供せんとするものである。

本発明者は、ガスバブリングにおける沸騰現象
に及ぼす雰囲気圧力の影響を詳細に観察すると共
に、反応を解析することにより次のような重要な
事実を見出した。

すなわち、溶鋼初期条件、スラグ組成、性状、
バブリング強度および雰囲気圧力などの条件を適
正にすることによつて、効果的な脱酸、脱介在物
をなし得ることが分り、それらの適正条件を解明
し、本発明を構成した。

本発明の骨子は、ガスバブリング法をベース
にして、これを真空に近い低圧力で行なうこと
により、真空脱ガス同様の強烈なCO沸騰反応を
誘発せしめると共に、非酸化性雰囲気を確保する
こと。この時脱介在物を効果的に行なうため、
半脱酸溶鋼を適切なスラグと共に沸騰処理するこ
と。操業コストを大幅に下げるため、必要最低
限の真空度を得るに当つて、例えば水封式真空ポ
ンプ等が使用できることである。

本発明の第１の発明は、半脱酸溶鋼をレードル
に入れ、該溶鋼表面を非酸化性かつ塩基性のスラ
グでおおい、該溶鋼上方の雰囲気圧力を30〜
150Torrとし、上記レードル底部より不活性ガス
を吹込んで３分間以上ガスバブリング処理するこ
とを特徴とする溶鋼の脱酸・脱非金属介在物方法
である。

本発明の第２の発明は、上述の第１の発明に使
用される装置であつて、側壁を気密構造とし、か
つ上下に真空カバーをセツトして全体を気密に
し、底部に不活性ガス吹込装置を設けたレードル
と、上記上部真空カバーに排気ダクトを介して連
結された水封式真空プンプと、該真空ポンプの上
流側に付設されたフイルター式除塵装置と、同じ
く下流側に付設された水封水を循環しかつその水
温を30℃以下に保持する封水制御装置とを具備す
ることを特徴とする溶鋼の脱酸・脱非金属介在物
装置である。

以下、本発明を図面を用いて実施例により説明
する。

第１図は本発明装置の実施例を示す縦断面図で
ある。図において、１はレードルで、底部に不活
性ガスを吹込むための通気性耐火物より成るポー
ラスプラグ１１が設けられている。レードル１の
鋼製側壁２は気密構造になつており、上部には上
部気密カバー３、下部には下部気密カバー４がセ
ツトされて、レードル１全体が気密になつてい
る。

上部気密カバー３には排気ダクト５を介してフ
イルター式除塵装置６が接続されている。除塵装
置６は、内部のフイルター７に排気を通すことに
より、粉塵を除去するものである。

除塵された排気は排気ダクト８を通つて水封式
真空ポンプ９により排気される。水封式ポンプは
到達真空度は余り良くないが、真空度30〜
150Torrに適し、操業コストが安く、メンテナン
スも容易である。

水封式真空ポンプ９には、下流側に封水制御装
置１０が付設されている。封水制御装置１０は真
空ポンプ９の水封水を循環し、かつその水温を30
℃以下に保持するものである。

次に、かように構成された本発明による精錬装
置により、本発明の溶鋼を精錬する方法について
述べる。

先ず溶解炉（例、アーク炉）において、溶鋼は
Mnおよび／又はSiによつて予備脱酸され、非酸
化性かつ塩基性スラグと共にレードル１に出鋼さ
れる。

レードル１を下部気密カバー４の上に静置し、
次にレードル１の上に上部気密カバー３をセツト
する。水封式真空ポンプ９を運転し、レードル１
中の空気を排気し、除塵装置６で粉塵を除去しな
がら排気する。

レードル１内を減圧し、真空度を30〜150Torr
に保持しながらレードル１の底部のポーラスプラ
グ１１を通して不活性ガス、例えばN₂、Arガス
等を溶鋼１２中に吹込み、雰囲気圧力30〜
150Torrの状態で３分間以上保持して、強力なガ
スバブリング（沸騰）処理を行なう。

この場合、雰囲気圧力が200Torr以下になる
と、バブリング現象は単なる撹乱から一変して強
烈な沸騰現象となり、溶鋼、スラグ表面全域にわ
たつて細かい気泡が発生し、カルメラ状に数百mm
もり上る。この状態で３分間以上処理し、適宜そ
の中間で成分の微調整を行なう。

この減圧と不活性ガスによるガスバブリングに
より、溶鋼中の酸素および非金属介在物が有効に
除去される。脱酸、脱介在物が終れば、真空ポン
プ９および不活性ガスの吹込みを止め、上部気密
カバー３をレードル１より取外し、鋳造に供され
る。

本発明において用いられる、溶解炉で予備脱酸
された半脱酸溶鋼は、酸素含有量が100±30p.p.
m.が望ましい。半脱酸溶鋼を用いる理由は、炉
内において非酸化性スラグを迅速に生成し得、又
レードル減圧時にCO沸騰反応を誘発できるため
であり、一方未脱酸では、レードル中の精錬時間
を長く要して適切ではないからである。

又本発明において、スラグを非酸化性にしてお
くのは、脱酸・脱非金属介在物時に溶鋼がスラグ
によつて酸化されるのを防止するためであり、同
じく塩基性にしておくのは脱酸・脱非金属介在物
時に復リン、復硫を防止するためである。

又溶鋼上方の雰囲気を30〜150Torrとした理由
は、150Torrを越えると脱酸速度が小さく、所定
の脱酸度に到達する処理時間が長くなり、操業コ
スト上不利となる。一方脱酸速度は本来低圧程大
きくて有利であるが、30Torr未満では、水封式
ポンプではこれ以下の圧力には到達し得ず、他の
方式の真空排気装置、例えばスチーム、エジエク
ター等などが必要となり、その場合運転のための
エネルギー費用が過大となり、コスト低減の目的
から逸脱する。

一般に圧力が低いほど脱酸速度は大きくなる
が、スラグが共存する場合にはその効果の伸びが
小さくなり、30Torr未満の真空度の効果は余り
大きくないことも上記圧力限定の根拠となつてい
る。

又本発明において不活性ガスは、例えばN₂、
Ar、炭化水素ガス等が用いられ、これは溶鋼お
よびスラグに対して有害な化学反応を起させず、
単に物理的な撹拌、吸着などの作用だけを得るた
めである。

又ガスバブリング処理を３分間以上行なうの
は、脱酸速度は約10p.p.m／分程度であり、所定
の脱酸度を得るのに３分未満では困難となるから
である。

次に、本発明装置において、レードルの側壁を
気密構造にした理由は、排気すべき空間容積をで
きるだけ小さく設計すると、短時間で所定の真空
度に達し、その結果脱酸・脱非金属介在物時間を
短縮できるが、そのためにはレードルそのものを
真空タンクにするのが最も適切であるからであ
る。

又排気装置として水封式真空ポンプを用いる理
由は、エジエクター方式に比べ、機械式真空ポン
プは運転コストが圧倒的に有利であり、この機械
式真空ポンプの最大の難点は、脱酸・脱非金属介
在物用に使用した場合、多量の粉塵と熱等のた
め、メンテナンスが極めて不利なことであるが、
それらの中で水封式真空ポンプは到達真空度は余
り良くないが、メンテナンスが最も容易であるた
めである。

又上記真空ポンプの上流側にフイルター式除塵
装置を付設した理由は、真空ポンプのメンテナン
ス上必要で、封水の粉塵による汚染を防止するた
めであり、除塵方式としては真空のため静電吸着
法は適用できず、若干の圧力損失があるが、フイ
ルター式が実用的であるからである。

又上記真空ポンプの下流側に、水封水を循環し
かつその水温を30℃以下に保持する封水制御装置
を付設した理由は、封水温度が上昇すると、蒸気
圧が急速に大きくなり、到達真空度が悪くなるた
め、絶えず低温（30℃以下）の封水を真空ポンプ
へ送る必要があるためである。

次に、本発明の実施例を述べる。

実施例溶解炉において、高炭素鋼の溶鋼はMn、Siに
よつて非酸化性かつ塩基性のスラグ下で酸素含有
量100±30p.p.m.に予備脱酸された後、スラグと
共に第１図に示すような精錬装置のレードル１に
出鋼された。

レードル１を手早く気密となし、水封式真空ポ
ンプ９を運転して溶鋼上方の雰囲気を減圧すると
共に、レードル１底部よりArガスを吹込んだ。

この間の時間と、雰囲気圧力の変化および溶鋼
温度の降下の関係は第２図に示す通りである。図
より、圧力は急速に下がり、約２分以後一定とな
ることが分る。

又バブリング処理時間と溶鋼の酸素含有量の変
化の関係は第３図に示す通りである。図より脱酸
が急速に進むことが分る。

バブリング現象は、雰囲気圧力が200Torr以下
となると強烈な沸騰現象となり、脱酸、脱非金属
介在物が急速に進む。

次に上述の本発明によるバブリング処理を８〜
14分間行なつた溶鋼より線材を製造し、得られた
線材の非金属介在物評点をミシユラン法により評
価した。

比較のため、従来の大気圧下のガスバブリング
法による溶鋼より製造された線材について同様に
評価した。

両方法による線材の非金属介在物評点の分布状
態は第４図に示す通りである。

図より、本発明による線材の非金属介在物評点
は、従来法に比べ、著しく小さい所に分布し、か
つばらつきが非常に少なく、著しく向上している
ことが分る。

又同じ線材についてJIS Ｇ 0555（1956）によ
り清浄度を調査し、分布状態を示すと第５図に示
す通りである。

図より、本発明によるものは、従来法によるも
のに比べ、清浄度が良くかつばらつきが少なく、
鋼材の清浄化が得られていることが分る。

以上述べたように、本発明脱酸・脱非金属介在
物方法は、半脱酸溶鋼をレードルに入れ、該溶鋼
表面を非酸化性かつ塩基性のスラグでおおうた
め、脱酸・脱非金属介在物時、溶鋼が酸化した
り、復リン、復硫するのを防止し、かつ介在物が
吸着除去され易く、又該溶鋼上方の雰囲気圧力を
30〜150Torrとし、上記レードル底部より不活性
ガスを吹込んで３分間以上ガスバブリング処理す
るため、半脱酸溶鋼の減圧下でのガスバブリング
により、真空脱ガス同様の強烈なCO沸騰反応を
誘発し、脱酸、脱非金属介在物を有効に促進さ
せ、短時間で高度の脱酸、脱介在物水準を持つ鋼
が容易に得られると共に、雰囲気の真空度が低く
ても良いため、例えば水封式真空ポンプ等の運転
コストの低い真空ポンプを使用できるので、精錬
コストを低減し得る利点がある。

又本発明脱酸・脱非金属介在物装置は、前述の
ように、気密構造の側壁、上下部気密カバーによ
り全体を気密にし、不活性ガス吹込装置を設けた
レードルを用いるため、排気容積が小さく、短時
間で所定の真空度にでき、又前述のような水封式
真空ポンプを用いるため、30〜150Torrの真空度
が容易に、運転コスト安く得られ、かつメンテナ
ンスが容易であり、又該真空ポンプの上流側にフ
イルター式除塵装置が付設されるため、封水の粉
塵による汚染を防止して真空ポンプのメンテナン
スを良くし、又同じく下流側に水封水を循環しか
つその水温を30℃以下に保持する封水制御装置が
付設されるため、到達真空度を悪化しないので、
上述の本発明脱酸・脱非金属介在物方法に用いて
所定の操業条件が容易に、運転コスト安く、かつ
メンテナンス容易に得られる適切な脱酸・脱非金
属介在物装置を提供する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す縦断面図で
ある。第２図は本発明方法の実施例における時間
と、レードル内の雰囲気圧力の変化および溶鋼温
度の降下の関係を示す図である。第３図は本発明
方法の実施例におけるバブリング処理時間と溶鋼
の酸素含有量の変化の関係を示す図である。第４
図は本発明および従来法により製造された鋼線材
の非金属介在物評点の分布状態を示す図で、第５
図は同じく鋼線材の清浄度の分布状態を示す図で
ある。１…レードル、２…鋼製側壁、３…上部気密カ
バー、４…下部気密カバー、５，８…排気ダク
ト、６…フイルター式除塵装置、７…フイルタ
ー、９…水封式真空ポンプ、１０…封水制御装
置、１１…ポーラスプラグ。

Claims

【特許請求の範囲】１炭素鋼、特に高炭素鋼の、酸素含有量を100
±50ppmに調整した半脱酸溶鋼をレードルに入
れ、該溶鋼表面を非酸化性かつ塩基性のスラグで
充分におおい、該溶鋼上方の雰囲気圧力を30〜
150Torrとし、上記レードル底部より不活性ガス
を吹き込んで、強烈なCOガス沸騰反応を誘発せ
しめ、３分以上、10分以下ガスバブリング処理す
ることを特徴とする溶鋼の脱酸・脱非金属介在物
方法。２側壁を気密構造とし、かつ上下に気密カバー
をセツトして全体を気密にし、底部に不活性ガス
吹込装置を設けたレードルと、上記上部気密カバ
ーに排気ダクトを介して連結された水封式真空ポ
ンプと、該真空ポンプの上流側に付設されたフイ
ルター式除塵装置と、同じく下流側に付設された
水封水を循環しかつその水温を30℃以下に保持す
る封水制御装置とを具備することを特徴とする溶
鋼の脱酸・脱非金属介在物装置。