JPH04325621A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＲＨ，ＤＨ等の真空脱ガ
ス処理装置において、極低炭素で窒素、水素等ガス不純
物が極く少ない鋼を迅速に且つ大量に溶製する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍プロセスによる冷延鋼板に対す
る高加工性の要求の増大、メッキ鋼板における良メッキ
性確保の観点より、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
ようになった。またフェライト系ステンレス鋼において
は極低炭素（３０ｐｐｍ以下）、窒素（５０ｐｐｍ以下
）にすれば耐食性が飛躍的に向上することが知られてい
る。

【０００３】従来から極低炭素鋼はＲＨ，ＤＨ等の真空
脱ガス装置により溶製されてきた。図４は従来からのＲ
Ｈ脱ガス装置を示す説明図である。溶鋼鍋１１中の溶鋼
１０は上昇管３に設けられたガス吹き込みノズル２から
の不活性ガスにより真空槽８に吸引される。真空槽中の
溶鋼は下降管１２を通して溶鋼鍋に戻るがこの間に脱炭
反応や脱ガス反応が行なわれる。

【０００４】これらの装置では通常１Ｔｏｒｒ以下の真
空度で処理が行なわれている。真空脱ガス装置における
脱炭素のメカニズムは真空槽内ＣＯ分圧が極度に低いた
め（約０．００２Ｔｏｒｒ以下）溶鋼中の酸素と炭素が
結びつきＣＯガスとなり、排ガスとして排出され、結果
として溶鋼中の炭素濃度が低下する。さらには溶鋼中に
不活性ガスを吹き込むことによりＣＯ分圧ゼロの不活性
ガス気泡界面でも下記反応が進行するため脱炭素反応が
促進される。また窒素、水素も雰囲気中のこれらガスの
分圧が低下することにより同時に鋼中から除去される。

【化１】

【０００５】現状の真空脱ガス装置における脱炭処理は
槽内の真空度と溶鋼循環用のアルゴンガスによるもので
あり、４００ｐｐｍの溶鋼中炭素を約１５分で約３０ｐ
ｐｍまで低下させる能力を有する。しかしながら、前記
の極低炭素鋼大量溶製の要求に対応するためにはさらな
る脱炭促進技術が、特に脱炭反応速度の低下する３０ｐ
ｐｍ以下の脱炭処理においては必須となる。

【０００６】脱炭反応速度をより大きくするには反応界
面積を大きくとるか、真空脱ガス装置における溶鋼循環
量を大きくとることが重要となる。しかしながら溶鋼循
環量を大きくするためにアルゴンガスを大量に吹込むと
図４に示すように槽内のスプラッシュ９が激しくなり地
金付着１３により操業困難な状態になる。これらの問題
点に対し特開平２−２１３４１０号公報にあるように脱
ガス槽下部側壁において不活性ガスを複数の小径羽口よ
り吹込み溶鋼に有効な攪拌を与え、反応界面積を増大し
、目詰まりなく吹込む方法がある。

【０００７】また、特開平２−８０５０７号公報にある
ように浸漬管に径の異なるガス吹込み羽口を複数個設け
、気泡の到達距離を制御し、ガスを循環させる能力すな
わちガスリフト力を向上させ還流量を増加させる方法が
ある。さらにまた、特開平２−１７３２０５号公報にあ
るように浸漬管のガス吹込み羽口近傍の浸漬管周囲に超
音波加振子を設け、吹込み不活性ガスを微細化し、ガス
リフト効果を向上させる方法もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では吹込みガス気泡径を微細化する場合、吹込み羽
口を小径化するか、吹込みガスを高圧下で吹き込むか、
吹込んだガスを超音波等で微細化するかである。吹込み
羽口を３ｍｍ以下に小径化すると微細化はするもののノ
ズル詰まり等の問題により長期間の安定吹込みが困難で
ある。また小径化に伴い吹込み圧力が増加し、配管の高
圧化による設備費の増加につながる。また超音波により
吹込み気泡を微細化する場合振動子の耐熱性等解決すべ
き問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記従来技術の
問題点を有利に解決するためのものであって、ＲＨ，Ｄ
Ｈ等の真空槽に溶鋼を吸上げて精練を行なう極低炭素鋼
の溶製方法において、真空槽の１または２以上の浸漬管
羽口より不活性ガスを粗密波状に吹込むことを特徴とす
る。また、２以上の浸漬管羽口の吹込みガス圧を高低２
段階またはそれ以上の段階で異ならせ、気泡到達距離を
羽口によって変えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】図３は上昇管の側壁に設けられた浸漬管羽口１
を示す断面図であって４は耐火物、５は鉄皮である。従
来の方法でガスを吹込む場合には、図３示すように浸漬
管羽口１から溶融金属１０中にガス１５が気泡１６とな
って離脱するとき、膨らんで表面張力の平衡が保たれな
くなったところで切れる。ところが本発明の方法によれ
ば、図２に示すようにガス１５が粗密波Ｗとなって浸漬
管羽口１から出るので細かい気泡となって溶融金属中に
離脱する。すなわち密な部分では圧力が高く粗な部分で
は圧力が低くなっているので、粗密波の圧力の振幅が十
分大きければ粗な部分ではいわばくさび効果により羽口
で流れが切られ細かい気泡を形成できる。

【００１１】本発明の方法を実施するためにはガスの流
れに粗密波を発生する手段が必要である。粗密波は音波
に他ならないから、単純にいえば「笛」を羽口への配管
途中に置けばよい。しかしながら羽口で気泡を確実に細
かくするには粗密の圧力差が十分に大きい必要がある。 したがってガスの流れを効率よく粗密波に変換する機構
が必要となる。

【００１２】本発明者等は粗密波発生のための装置をい
くつか開発したが、図１はそのうちの一例を適用した浸
漬管部を示したものである。図１に示すように環流用不
活性ガス吹込みノズルとして直交した円管ノズルを用い
、数気圧以上のガスを吹くことにより粗密波を吹込みガ
ス気流中に発生させる。すなわちノズル２のガス供給側
配管２０と浸漬管羽口１に至る配管２２とを交叉して結
合し、前記ガス供給側配管２０を前記交叉した部分２３
より延長して閉塞して共鳴管２１とする。一方前記浸漬
管羽口１に至る配管２２を前記交叉した部分２３より延
長して閉塞し空間部２４を形成する。

【００１３】このガス吹込みノズルにおいて、ガス供給
側配管２０から超音速で供給された不活性ガス１５は交
叉した部分２３において空間部２４により広くなった空
間に開放される。これにより圧力の不安定現象を生じ粗
密波を発生する。このとき共鳴管２１が設けられている
のでこれの寸法で定まる共鳴現象を生じ、強力な粗密波
を発生する。共鳴の周波数ｆは音速をｃ［ｍ／ｓ］、共
鳴管の長さ、径をそれぞれｌ、ｄ［ｍ］としたとき次式
で与えられる。

【数１】

【００１４】気泡の大きさはガスの共鳴周波数を高くす
る程小さくなるが、共鳴周波数は通常１０から１００ｋ
Ｈｚ程度が望ましい。また吹込みガスの流速は２から３
マッハにすることが望ましい。また、従来の方法では浸
漬管羽口からの流量を増大させていくと、あるところか
らは脱炭反応速度向上効果がほとんど無くなる。これは
気泡同志が衝突合体して大きくなる現象が生じやすくな
ること、いわゆるエアカーテン現象を起こし気泡が羽口
から奥の方へは到達せずに上方へ吹き抜けてしまうこと
などによるものと考えられる。

【００１５】これに対し本発明の２以上の浸漬管羽口の
吹込みガス圧を高低２段階またはそれ以上の段階で異な
らせる方法によれば上記問題を解決できる。すなわち図
５は上昇管を上方から見た図、図６はそのＡ−Ａ’断面
図であるが、これで見るように気泡１６の到達距離の大
きな羽口と小さな羽口とが交互に設けられている。これ
により上昇管内で気泡が一ヶ所に集中するのを防止でき
る。気泡の到達距離Ｌはガスの流速をＶ、羽口径をＤ、
係数をｋとすると次式の関係にある。

【数２】

【００１６】したがって、低圧側吹込み管２６と高圧側
吹込み管２７とを設け流速Ｖを変えれば気泡到達距離を
変えられる。本発明のガス吹込みノズルにおいては共鳴
管の長さｌを変えれば粗密波の周波数が変わり気泡の大
きさも変わるので、ｌを調整できるようにしておけば気
泡の大きさと気泡到達距離は別個独立に変えられる。

【００１７】このように複数のノズルの各々の気泡到達
距離を調整し、エアカーテン現象を抑制することにより
、循環溶鋼流量の増と気泡微細化による気液界面増によ
り数ｐｐｍの極低炭素鋼の高速処理が可能となる。この
方法は真空脱ガス炉としてよく知られているＲＨ式真空
脱ガス装置、ＤＨ式真空脱ガス装置等の浸漬管に適用で
きる。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 転炉にて吹錬を完了した炭素量４００ｐｐｍの溶鋼２５
０ｔを本発明の方法を適用したＲＨ脱ガス装置で処理し
た。浸漬管の径は６００ミリメートルで、羽口は３．５
ミリメートル径のものが８本ある。羽口ガス圧は７気圧
（ゲージ圧）でアルゴンガスを２５００ｌ／分吹込んだ
。気流マッハ数は約２で、粗密波の周波数は２０ｋＨｚ
である。ガス流を粗密波状にしない比較例とともに、結
果を実施例１として表１に示す。

【表１】

【００１９】実施例２ 吹込みガス圧を羽口によって高低２段階に変えた以外は
実施例１と同様の条件で実施した。すなわち８本の羽口
を４本ずつに分け、低圧側は５気圧、高圧側は９気圧と
した。流量は低圧側がマッハ１．７、高圧側がマッハ２
．３である。結果を表１に実施例２として示す。表１に
示すように本法により溶鋼の２次精練を行うと溶鋼の環
流量が増加しかつ吹込みガスが微細化されることで脱炭
反応が促進され、従来法に比べ短時間で１０ｐｐｍ以下
の極低炭素鋼を溶製することができた。

【００２０】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれば
真空脱ガス槽浸漬管より微細な気泡を浸漬管断面方向に
均一に吹込むことが可能となり、溶鋼循環量増、不活性
ガス気液界面積増により、溶鋼を迅速に極低炭素化する
ことが可能である。さらには気泡微細化により真空槽壁
への付着量も低減可能で安定して極低炭素鋼が溶製でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス吹込み方法を適用するための装置
を設けた上昇管断面図

【図２】本発明のガス吹込み方法による気泡の生成状態
を示す図

【図３】従来のガス吹込み方法による気泡の生成状態を
示す図

【図４】従来からのＲＨ真空脱ガス装置の断面図

【図５
】本発明のガス吹込み方法を適用するための装置を設け
た上昇管を上から見た図

【図６】図５のＡ−Ａ’断面図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空槽に溶鋼を吸上げて精練を行なう
   極低炭素鋼の溶製方法において、真空槽の１または２以
   上の浸漬管羽口より不活性ガスを粗密波状に吹込むこと
   を特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
2. 【請求項２】　　２以上の浸漬管羽口の吹込みガス圧を
   高低２段階またはそれ以上の段階で異ならせ、気泡到達
   距離を羽口によって変えることを特徴とする請求項１記
   載の極低炭素鋼の溶製方法。