JPH02217412A - 真空脱ガス処理による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］ 本発明は、製鋼炉で溶製された未脱酸もしくは弱脱酸溶
鋼をＲＨ法、ＤＨ法、ＶＯＤ法等を用いて真空脱ガス処
理槽に装入し、極低炭素鋼を迅速にかつ装置の操業性を
損なうことなく得ることができる、真空脱ガス処理によ
る極低炭素鋼の製造方法に関するものである。

【従来の技術］ 冷延鋼板の焼鈍プロセスの連続化、能率向上の観点から
、連続焼鈍設備の採用が近年盛んである。これに適合す
る素材として炭素含有量１０ｐｐｍないし数ｐｐｍの極
低炭素鋼が要求されるようになってきた。

従来から極低炭素鋼は、転炉において、Ｃ−０，０２〜
０．０５重量％（以下％と略す）迄脱炭した溶鋼を、Ｒ
Ｈ法などの真空脱ガス装置を用いて、減圧下に脱炭する
手法により溶製されてきた。減圧下の脱炭プロセスに関
する検討も相当程度行われてきており、その主要な理論
は、「鉄とｍｖｏｆｆ、６９　（１９８３）Ａ３７Ｊｌ
に示されるように、脱炭速度は次の（１）式で示される
。

ｄ　［Ｃ］　／ｄｔ＝　［Ｃ］　ｏ　ｅｘｐ　（−Ｋｃ
ｔ）・・・（１） また、その速度定数Ｋｃは、次の（２）式で示される。

Ｋｃ＝　　（Ｑ’　／Ｖ）　　（ａｋ／　（Ｑ’　　＋
ａｋ））・・・　（２） ここに、 ［Ｃ］ ＫＣ： ａｋ： Ｑ′： ０　＝処理開始時間の［Ｃ］濃度 見かけの速度定数（ｍ　ｉ　ｎ’″″１）真空槽内の物
質移動容量係数 （ば／　ｓ　） 溶鋼の循環流量（ｒｎ’／ｓ） Ｖ：溶鋼量（ｒｒｌ’） 従って脱炭効率を向上させようとする場合には、Ｑ’、
ａｋを増大せしめる対策をとるべきことが公知となって
いる。

溶鋼の環流量Ｑ′を増大せしめるためには、環流管径を
拡大する方法、環流用に吹込むＡｒガス量を増す方法が
採用されるが、前者には耐火れんが施工上の問題から、
還流管寿命が短いという問題点、後者には極低炭素域で
必要とされる高真空度を損なうという問題があり、さら
には吹き込むＡｒガス量を増加させると、気泡と共に発
生するスプラッシュが多く槽内の地金の付着が多くなり
、自ずと操業上の制約から吹込めるガス量に制限がある
。また、脱炭速度が低下する低次域では環流量の増加が
それほど効果的ではないことも既に明らかとなっている
。

一方、物質移動容量係数ａｋを増大させるためには、Ｃ
≦５０ｐｐｍの極低炭素域ではＣの反応サイトへの物質
移動過程が反応を律速することになるので、反応界面積
ａ　（ｍ″）を増大させることか必須となる０反応サイ
トとしては、溶鋼内ガス気泡／溶鋼界面、真空槽内鋼浴
表面、ガス気泡が鋼浴を離脱する際に随伴するスプラッ
シュの各々が想定されるが、その各々の寄与は必ずしも
明確ではなく、環流用Ａｒガス量を増すことが、上記三
点に有効であろうとの観点から、５００ＯＮβ／分にも
及ぶ大量のＡｒガス吹込みを行う技術が採用されている
現状に留まる。

ところで、このように大量のＡｒガスを吹込むと、大量
に発生するスプラッシュの真空槽内面への付着に対処す
る手段がなく、操業性を損うなどの問題があり、炭素含
有量がｌｏｐｐｍ以下の迅速脱炭技術との観点からは、
技術的にまだ不十分な状況にある。

また非酸化性ガスであるＡｒを上吹きランスから吹きつ
ける試みまたは真空槽内へＡｒを吹込む試みが神戸製鋼
技報３６　（１９８６）、ｐ、４０に示されているが、
環流用Ａｒガスを増加させる方法に比べて効果が小さい
ことが示されている。

［発明が解決しようとする課題ｊ 本発明は炭素含有量１０ｐＰｍ以下までの極低炭素域で
の脱炭を迅速に行うと共に従来到達が困難であった１０
ｐｐｍ以下の超極低炭素鋼を安定的に得る技術を提供し
ようとするものである。

その際に、従来の環流用Ａｒの増加等の手段に伴って生
じるスプラッシュの増加による真空槽内への地金付着の
問題を生じることなく上記課題を達成できる方法を提供
しようとするものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の技術手段は、製鋼炉で溶製された未脱酸もしく
は弱脱酸溶鋼をＲＨ法、ＤＨ法、ＶＯＤ法等を用いて真
空脱炭処理する際に、真空脱ガス処理槽内の溶鋼中へ、
真空槽内炉壁側面に配設した羽口より不活性ガスを吹込
むことにある。この吹込みは溶鋼中の炭素濃度が低下し
た時期に行うものである。

その際に、溶湯中炭素濃度が３０ｐｐｍ以下であること
が望ましく、吹込まれる不活性ガスの流速が１５００Ｎ
ｍ／秒以上とすること、吹込みガスの流量を真空槽内溶
鋼トン当り０．ＩＮｒｎ’／分以上とすること、圧力が
２０ｋｇ／ｃｒｎ’以上であること、さらに吹込まれる
羽口径が３ｍｍ以下であることが望ましい。

〔作用ｊ 本発明者らは特に脱炭反応が停滞する［Ｃ］く５０ｐｐ
ｍでの脱炭反応の改善を試み、以下の知見を得た。［Ｃ
］　＜５０ｐｐｍでの脱炭反応の低下に関してはＣＯガ
ス発生量の減少による溶鋼の攪拌力が不足することや脱
炭反応が化学反応律速（脱炭反応が気液界面反応で律速
される）となることなどが理由とされているが、理由は
明確にはなっていない、しかしながら、いずれにせよ気
液反応界面積の増大が脱炭反応の向上には有効である。

ところが単純に環流管より吹込む吹込みガス量を増加さ
せるだけではガス気泡の溶鋼離脱時の気泡径が単調に大
きくなってしまい、また気泡に随伴する溶鋼の液滴も大
径のものが大半を占めることとなることを本発明者らは
見出した。またスプラッシュ量も大となり、真空槽の地
金付着が大となる。液滴が大径であれば極低炭素領域で
は反応律速過程が溶鋼中のＣ拡散律速であり脱炭反応に
十分に寄与することができない。

さらに高炭域での気液界面積を増加する一手段として考
えられるＡｒを真空槽内へ吹き込む手段についても検討
したが、やはり過去の知見と同じく通常の脱炭反応では
環流用Ａｒガスを増加させる方法に比べ効果が小さいこ
とが確認された。その理由は高炭域では脱炭反応はＲＨ
の還流量律速となってあり、真空槽内に吹き込んだＡｒ
による気液界面積の寄与は小さくむしろ吹き込む方法に
よっては環流量を阻害するおそれがあるためである。

さらにＡｒを吹き込んだ場合、気液界面積の増加が小さ
い原因について調査をした結果、以下の点が明らかにな
った。すなわち、第２図（ａ）に示すように、溶鉄中に
ガスを横方向より吹き込んだ際は羽口よりすぐ浮上して
しまい、結果的にガスは真空槽炉壁を伝わって浮上する
ことになる。

そのためガス吹込みによる気液界面積の増加が期待でき
るほど得られない結果になっていた６そこで本発明者ら
はガス吹込みによる手段として改善、工夫を重ねたとこ
ろ、ガス吹込みに用いる羽口６とガスの圧力に改善の余
地があることがわかった。すなわち、羽口６をさらに細
径化すると共にガス吹込み圧力を高くすることにより、
すなわち同一ガス流量であれば羽口先端での流速を高め
ると、第２図（ｂ）に示すようにガスの溶鉄への侵入距
離が長くなり、溶鋼中での滞留時間が長くなること、さ
らにはその結果により、吹き込まれたガスは真空槽内溶
鋼中で細かな気泡に分散され、著しい気液界面積の増加
をもたらすことが明らかとなった。このことにより細か
な気泡を維持するためには吹込み位置が深すぎるのは良
くない。

以上に述べた効果は、羽口径が細いほど、圧力が高いほ
ど高いことが予想されるが、２３０ｔのＲＨ真空脱ガス
装置を用いて第１図に示すように真空槽内にＡｒを横吹
きする実験を行ったところ、第３図に示すように同一ガ
ス流量（本実験では６Ｎｒｒ？／分〕でも羽口径とガス
圧力を変更して羽口先端でのガスの線流速が１５００Ｎ
ｍ／秒以上で極低成域での脱炭速度定数Ｋｃが向上する
ことが見出された。これは既に述べた真空槽内に吹き込
まれたガスの軌跡の違い、それに伴う著しい気液界面積
の増加によるものである。

ただし、この効果は真空槽内に吹き込まれるガス量によ
っても当然具なる。この点についても本発明者らは調査
を行い、その結果、第４図に示すように、極低炭素濃度
領域では真空槽内ガス吹込み量が真空槽内溶鋼量を当り
０゜ＩＮｒｎ’／分以上であることが肝要であることが
明らかになった。ただし、第４図はガス線流速が２００
０　Ｎｍ７秒の一定値としている。

また、さらに本発明者らはこうしたガス吹込みの脱炭に
与える影響は鋼浴中炭素濃度と相関があることも見出し
た。すなわち従来試みられていた［Ｃ］　〉５０ｐｐｍ
といった領域では上記の不活性ガス吹込みは脱炭促進に
は有効ではな（、むしろ環流方向に逆らう方向のガスを
吹き込むことば環流量を阻害する意味で脱炭反応に良く
ないことが明らかとなった。そこで本発明方法では環流
量で脱炭が律速される時期には不活性ガス吹込み量を低
下させ、極低炭素領域のみ不活性ガスを必要流量吹き込
む、この場合も本発明方法は従来法に比してはるかに有
利である。

すなわち従来法では極低炭素領域で必要とされる不活性
ガス量を確保しようとするとむしろ不活性ガス吹込みが
脱炭に阻害となるもっと炭素濃度が高い領域でガスを低
下させることができない。

何故ならば、溶鋼侵入を防止するのに、必要なガス線流
速が確保できなくなるからである。一方、本発明方法で
は羽口径を細（し、ガス流量を大きくする場合は高圧で
ガスを吹き込む方法を用いるためにガス流量を低下させ
ることも容易である。

通常の製鋼プロセスでは上記の条件を満たす羽口径と極
低炭素領域での吹き込むガスの圧力をそれぞれ、３ｍｍ
φ以下、および２０　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｎ’以上
とすることが望ましい。

また、炭素濃度が高い領域（Ｃｏガス多発時）ではこう
した大流量のガスを吹き込むとスプラッシュ量も多く、
真空槽内への地金付着も大きいが、極低炭素領域では大
流量のＡｒガス吹込みにおいてもスプラッシュは少な（
、地金付着も問題ないことも確認した６ ［実施例］ ２３０ｔのＲＨ真空脱ガス処理槽を使用した場合の実施
例を示す。

第１図に示すような、真空槽３の下端の環流管４を、取
鍋ｌ内の２３０ｔの溶鋼２の上部に浸漬し、環流用Ａｒ
ガス導入管５よりＡｒガスを吹込み、リフトポンプ効果
により溶鋼を真空槽内に環流させる方法は周知のＲＨ法
である６ さて真空槽内に炉壁側面に３ｍｍの羽口６を４本取り付
けた。［Ｃ］　＝４００ｐｐｍ、〔０１＝４５０ｐｐｍ
の溶鋼をこのＲＨ処理法でリムド脱炭を行った。高炭域
では羽口からのガスを３０ＯＮＪ２／分として操業を行
った。

通常の脱炭処理を行い２排ガス中のＣＯおよびＣＯ２の
発生速度より脱炭量を推定して［Ｃ］＝３０　ｐ　ｐｍ
相当となったとき、吹込みガス圧力を２５ｋｇ／ｃｒｎ
’に増加させ、羽口６からのＡｒ吹込み量を４Ｎｒｒ？
／分に増加して処理を継続した。

第５図に処理中の［Ｃ］の時間推移を示す、従来の通常
処理に比較し、極低炭素領域での脱炭反応を迅速に進行
させることができることが明らかである。

［発明の効果］ 本発明方法によると、極低炭素域での脱炭を迅速に行う
ことができ、かつ炭素含有量が１０ｐｐｍ以下の極低炭
素鋼を安定して得ることができ、また、真空槽内でのス
プラッシュ発生を少な（することができ、従って真空槽
内への付着を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する設備の一態様を示す断面図、
第２図は羽口先端のガスの侵入距離を示す説明図、第３
図は羽口先端ガス線流速と脱炭速度定数との関係を示す
グラフ、第４図はガス吹込み量と速度定数との関係を例
示したグラフ、第５図は本発明の詳細な説明するグラフ
である。 １・・・溶鋼取鍋 ２・・・溶鋼 ３・・・真空槽 ４・・−環流管 ５・・・環流用Ａｒガス導入管 ６・・・羽口 出　　願　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　製鋼炉で溶製された未脱酸もしくは弱脱酸溶鋼を真
   空脱ガス処理する方法において、 真空脱ガス槽内の溶鋼中へ真空槽炉壁側面 に配設した羽口より不活性ガスを吹込むことを特徴とす
   る真空脱ガス処理による極低炭素鋼の溶製方法。 ２　鋼浴中の炭素濃度が３０ｐｐｍ以下になった時期に
   羽口先端での流速が１５００Ｎｍ／秒以上となるように
   不活性ガスを吹込むことを特徴とする請求項１記載の真
   空脱ガス処理による極低炭素鋼の溶製方法。 ３　鋼浴中の炭素濃度が３０ｐｐｍ以下になった時期に
   、真空槽内溶鋼トン当りの吹込みガス流量を０．１Ｎｍ
   ＾３／分以上に増加させることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の真空脱ガス処理による極低炭素鋼の溶製方
   法。 ４　鋼浴中の炭素濃度が３０ｐｐｍ以下となった時期の
   吹込みガスの圧力を２０ｋｇｆ／ ｃｍ＾２以上とし、羽口径を３ｍｍ以下とすることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空脱ガス処
   理による極低炭素鋼の溶製方法。