JPH04157112A - 低沸点金属元素の溶鋼中への添加方法 - 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、溶鋼温度範囲で気体状態の金属元素を歩留り
良く溶鋼に添加する方法に関するものである。

〈従来の技術〉 カルシウム（以下Ｃａ）、マグネシウム（以下Ｍｇ）、
セレン（以下Ｓｅ）などのように有用な元素ではあるが
、溶鋼温度では気体状態の元素（以下、低沸点元素と称
す）を溶鋼中に添加するには、次のような特別な手段が
とられている。

すなわち粉状や粒状のこれらの元素を鋼板により包み込
み、弾かんとして溶鋼に打込んだり、同じく薄い鋼板に
より被覆し線状にして高速に溶鋼中へ押込んだり、粉状
、粒状のまま搬送ガスとともに溶鋼中へ吹込んだりして
いる。いずれの方法でも溶鋼と接触した直後に上記の低
沸点元素は気体状態となり、溶鋼から気体として抜は出
るため、添加歩留りが非常に低いのが通常であった。

この低い添加歩留りを解消するために、従来、次のよう
な提案がなされている。すなわち、特開昭６３−４１７
号公報には、真空脱ガス中の溶鋼下降流の溶鋼中へＣａ
合金粉体をキャリアガスにて直接吹込む方法が開示され
ている。また、特開昭５３−７６９０６号公報では、Ｃ
ａを取鍋内の溶鋼中に添加するに当たり、溶鋼中に＾ｒ
ガスを吹込み、溶鋼に撹拌流を生ぜしめ、その下降流域
に添加する方法が示されている。

さらに別の手段として、特開昭５３−２３４２号公報で
は、連続鋳造の鋳型内溶鋼に対してＣａワイヤを添加す
る方法を開示しており、鋳型内へ注入落下する溶鋼下Ｉ
！ｉ流にＣａワイヤを供給することを提案している。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述した３種の既知技術は、いずれも鉛直下方へ流れる
溶鋼流に対してＣａあるいはＣａ合金を添加して歩留り
を向上しようとするものである。しかしながら、これら
の方法の欠点は、いずれも溶鋼中の深部まで到達する強
い下降流の通切な位置にＣａなどの低沸点金属元素を添
加していなかったことにある。

すなわち、特開昭６３−４１７号公報の方法では、低沸
点金属元素を粉状のままキャリアガスとともに溶鋼中に
吹込むため、吹込みノズルの出口直近でキャリアガスと
金属原気とが混合した大径の気泡となる。この大径の気
泡は下向きの流れに打ち勝ち、浮力のために溶鋼表面に
浮上してしまう。しかも、この公報に示された図では、
ＲＨ脱ガス装置の真空槽内で、かつ浸漬管（溶鋼が下降
する側）の上方の位置に吹込む様子が示されているが、
この部分は溶鋼表面から高ｈ　４００ｍｍの深さしかな
く、後述するように１０％程度のＣａ添加歩留りしかな
かった。

また、特開昭５３−７６９０６号公報の方法では、第５
図ムこ参照図を示すが、下ｉ流の流速が小さいため気体
となった元素が浮上し、系外へ逸散しやすく歩留りは高
くならない。下降流速を増加させるためには、Ａｒガス
の吹込みを大量に行う必要があり、この場合には吹込ん
だ大量のＡｒガスによる溶鋼の飛散が激しくなったり、
溶鋼表面上のスラグが溶鋼中に巻込まれて清浄度を低下
させるなどの悪影響が起きるため、実質的に下降流速を
十分大きくできない。

さらに、特開昭５３−２３４２号公報の方法では、溶鋼
供給速度とワイヤの供給速度の比が常に一定に保たれな
ければ、鋼中Ｃａ：ａ度は一定にならず、不均一なＣａ
濃度の鋼を製造してしまう危険性を有している。また、
鋳型内へ注入落下された溶鋼は、高々１ｍ程度しか鋳型
内の溶鋼プール内へ侵入せず、気体となったＣａは容易
に浮上して、添加歩留りは低くとどまる。さらに、通常
は鋳型内に落下した溶鋼はある深さまで到達したのち、
反転流として上向きの流れになるので、この流れに乗っ
た気体のＣａは、静止溶鋼の場合よりも容易に系外へ抜
は出てしまう。

本発明の目的は、このような従来技術の現状に鑑みて、
歩留りよ＜Ｃａ等の低沸点金属元素を溶鋼中へ添加する
方法を提案することである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、取鍋内の溶鋼中に、該溶鋼の温度より低い沸
点を持つ元素を金属薄板で被覆しワイヤ状にして添加す
る方法において、線取鍋内溶鋼を真空脱ガス装置により
環流させながら、真空脱ガス槽から該取鍋内に排出され
下降する溶鋼の流れの領域で、かつ該真空脱ガス槽の浸
漬管下端より深い位置で該金属薄板が溶解するように添
加することを特徴とする低沸点金属元素の溶鋼中への添
加方法である。

なお本発明で、熔ｗ４温度より低い沸点を持つ元素とい
うのは、例えば、介在物の形態制御に使用されているＣ
ａ、　Ｃａ−５ｉ合金やＭｇなど、さらには方向性珪素
鋼の結晶粒成長を抑制するために添加されるＳｅなどを
示す。

また、真空脱ガス装置というのは、一般的なＲＨ脱ガス
装置、ＤＨ脱ガス装置のことであり、真空槽内に溶鋼を
引上げつつ、エアリフトポンプの原理により、少量の環
流用ガスによって、溶鋼を取鍋内と真空槽内とを環流さ
せることができる装置である。

これらの真空脱ガス装！によれば、真空槽から取鍋内へ
排出される溶鋼は強い下降流を形成する。

ある操業条件下での取鍋内溶鋼の流動状態を数値シミュ
レーシゴンした結果を第２図に示す、この図から明らか
なように、下降流は取鍋の底部まで到達しており、この
強い流れに乗った添加元素はたとえ気体となっても容易
に浮上できず、あるいは底部耐火物に当たって反転した
主流は再び真空脱ガス槽に戻るが、取鍋内の溶鋼表面を
観察している限りは、溶鋼と表面上のスラグの激しい攪
拌は認められないし、ましてや溶鋼飛散は皆無であるこ
とからして、高歩留りで溶鋼へ溶解して所期の目的を達
成される。

ただし、キャリアガスにより粉状の低沸点金属を吹込ん
だ場合には前述した理由により添加歩留りが非常に低い
。したがって、本発明ではキャリアガスを用いずに低沸
点金属を添加できる「ワイヤ添加法」　（低沸点金属粉
、粒を薄鋼板などで包み込みワイヤ状にして添加する方
法）を採用した。

このワイヤ添加法であっても、低沸点金属が溶鋼と接す
ると瞬時に気体となってしまうのでは高添加歩留りが得
られない。従って、所定の溶鋼中位置に到達して初めて
被覆用Ｆｉｔ鋼板が溶解し、内容物である低沸点金属粉
粒が溶鋼と接するように溶鋼温度や供給速度をパラメー
タとして、Ｔｉ１ｔｌＡ板の厚みを管理する必要がある
。

逆に、薄鋼板の厚みがある値に決まっていれば、供給速
度をコントロールして所定の位置で溶解するようにワイ
ヤを供給する必要がある。

く作　用〉 さて、最も添加歩留りがよいのは、真空槽から取鍋に排
出下降される強い？８鋼流中で初めて低沸点金属が溶鋼
と接する場合である。真空槽の下降管の中心軸付近で被
覆用薄鋼板が溶解するようにワイヤの供給速度とＴＲｍ
板の厚みを予め決定しておくことが望ましい。この条件
下で、低沸点金属と溶鋼との接触位置を、下降管中心軸
上の高さ方向に変化させて、Ｃａ歩留りの差を比較した
時のＣａ添加位！とＣａ添加歩留りを第３図、第４図に
それぞれ示す。なお、添加したのはＣａを３０％含むＣ
ａ　−５ｉ合金である。図から明らかなように、浸漬管
の下端より上方に添加した場合には高々１０〜１５％程
度の歩留りであったが、浸漬管の下端より下方に添加し
た場合には２８〜４２％の高い添加歩留りが得られた。

この理由は、以下のように推測される。鉛直下方へｕｒ
の速度で流れる流体中を浮上してしまう気泡径り、は、
気泡が球であり変形しないとすると、以下の式で与えら
れる。

ｕ、＞ｕｆ　　　　　　　　　　　−・−−（２）ここ
で、ρ、ρ、はそれぞれ溶鋼と気泡の密度、Ｕ、は気泡
の終末浮上速度である。−船釣なｕｆの値は１ｍ／ｓで
あり、ρ、はρに比べ小さいので無視すると（３）式に
より直径３３ｃｍ以上なら１ｍ／Ｓという強い下ｌＩＩ
流中でも浮上してしまうことがわかる。

ワイヤ添加法の場合においても溶鋼と接触した低沸点金
属は気泡の合体によっているいろな直径の気泡となるで
あろうが、キャリアガスを伴わない分、その気泡径が小
さく、しかも真空槽の浸漬管下端より深い位置で、かつ
下降流領域で低沸゛点金属と溶鋼が接するように添加し
ているので、十分溶鋼中に溶解すると考えられる。

次に本発明の効果を実施例に基づいて説明する。

〈実施例〉 実施例 ２５０　ｔｏｎの第１表の■に示す組成の未脱酸溶鋼が
入った取鍋をＲＨ脱ガス装置に配置し、通常の脱ガス操
業を行った。この時にはＣＯ脱炭反応と脱水素反応が生
じ、第１表の■の成分の溶鋼を得た。

引き続き真空度を保ち溶鋼を環流させながら、真空槽内
にＭを添加して脱酸を行い第１図で示したＡ点の位置に
０．４閣厚みの薄鋼板で被覆したＣａを３０％含むＣａ
−５ｉ合金ワイヤを専用のフィーダにより溶鋼中へ押込
んだ。

この時のＣａ−５ｉ合金ワイヤの供給速度は１５０ｍ／
ｍであり、Ｃａ純分に換算したＣａ供給速度は８．２ｋ
ｇ　／　ｍｌ１１であった。Ｃａ−５ｉ合金ワイヤの供
給を４，５分間継続したのち供給を停止した。同時に真
空度を大気圧まで低下し、真空処理を終了した。

Ｃａ−５ｉ合金の添加前後に溶鋼のサンプリングを行い
、Ｃａ１１度の分析値と供給したＣａ量とからＣａ添を
求めた。

このテストの場合にはＣａ歩留りは３８．６％であった
。またさらにほぼ同一の条件で行った１０回程の他の実
験のＣａ歩留りは２８〜４２％であった。

因みにＤ点での添加の場合の歩留りは９％であった。

比較例 本発明を従来法と比較するために、同じく２５０　ｔｏ
ｎの溶鋼に対し、実施例と同様の処理を施し、Ｃａ−Ｓ
ｉ合金を粉状でキャリアガスにより真空槽内の第３図の
Ｄ点に添加した。この時もＣａ−Ｓｉ合金中Ｃａ濃度は
３０％であった。３０ｋｇ／鎗のＣａ−Ｓｉ合金の吹込
み速度で４．５分供給しＣａ歩留りを求めたところ、１
２％であった。

また、Ｍを添加して脱酸した後の２５０　ｔｏｎの溶鋼
を鍋底のポーラスプラグからのＡｒバブリングにより攪
拌しつつ、その下降流領域に第５図のようにＣａ−Ｓｉ
合金ワイヤを添加した場合には、Ｃａ添加歩留りは最大
５％と極端に低かった。　ＡｒバブリングのＡｒ流量の
増加によりＣａ歩留りは多少改善される傾向があったが
、５％を超えることはなかった。

なお、本明細書中ではＣａ−Ｓｉ合金を用いたＣａ添加
について述べてきたが、要は溶鋼温度では気体となって
しまう低沸点の元素の添加についても全く同一の考え方
が適用できる。たとえば、ＭｇやＳｅなどの添加にも適
用が可能である。

〈発明の効果〉 本発明者らによるＲＨ脱ガス装置での低蒸気圧金属のワ
イヤ添加の実験により、低蒸気圧金属が溶鋼と接して気
泡が発生する位置を脱ガス真空槽の浸漬管下端より下方
にすることにより、従来法では得られなかった高い溶鋼
中歩留りが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＲＨ真空脱ガス中の真空槽と取鍋の断面概略図
、第２図は計算機シミュレーシグンによる真空脱ガス処
理中の取鍋内の溶鋼流動ベクトル図、第３図は本発明と
比較例に対するＣａ−Ｓｉ合金ワイヤの添加位置Ａ−Ｄ
の説明図、第４図は添加位置によるＣａ添加歩留りを示
すグラフ、第５図は比較例のＣａＳｉ合金ワイヤ添加方
法説明図である。 １・・・溶鋼取鍋、 ２・・・ＲＨ真空脱ガス槽、 ３・・・溶鋼、 ４・・・Ａｒガス気泡、 ５・・・上昇溶鋼流、 ６・・・下降溶鋼流、 ７・・・環流用＾ｒガス羽口、 ８・・・Ｃａ−Ｓｉ合金ワイヤ添加口、９・・・下降管
、 １０・・・ポーラスプラグ、 １１・・・ワイヤ添加用パイプ、 １２・・・ワイヤ供給袋！。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第　１　図 箸　２　図 第　３１！ｌ Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 取鍋内の溶鋼中に、該溶鋼の温度より低い沸点を持つ元
   素を金属薄板で被覆しワイヤ状にして添加する方法にお
   いて、該取鍋内溶鋼を真空脱ガス装置により環流させな
   がら、真空脱ガス槽から該取鍋内に排出され下降する溶
   鋼の流れの領域で、かつ該真空脱ガス槽の浸漬管下端よ
   り深い位置で該金属薄板が溶解するように添加すること
   を特徴とする低沸点金属元素の溶鋼中への添加方法。