JPH0456716A - 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、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製造する
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納期短縮化、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濃度（重量分率、以下（Ｃ）と略
す）１０ρρ端ないし数ｐｐｍの極低炭素鋼が要求され
るようになってきた。

極低炭素鋼は、従来から、転炉において（Ｃ）＝０．０
２〜０．０５％まで脱炭した溶鋼をＲＨ法などの真空脱
ガス装置を用いて減圧下で脱炭する方法によって溶製さ
れてきた。真空脱ガス装置による脱炭では、（Ｃ）　＜
５０ｐｐｍの極低次領域において、脱炭速度が低下する
ため、（Ｃ）　＜１０ｐｐｍといった極低炭素鋼を工業
的に大量に溶製することは困難であった。

このような極低炭素濃度領域における反応の律速過程は
、溶鋼中の炭素の反応サイトへの物質移動過程であると
考えられていることから、反応界面積を増大して反応速
度を向上する試みがなされている。その場合の反応サイ
トとしては、溶鋼内気泡／溶鋼界面、脱ガス容器内鋼浴
表面、気泡が鋼浴を離脱する際に随伴するスプラッシュ
などが想定されるが、その各々の寄与は必ずしも明確で
はなく、攪拌用あるいは環流用のＡｒガス量を増すこと
が上記の３点の反応サイトへの炭素移動に有効であろう
との観点から、２ＯＮｒｒｆ／ｗｉｎにも及ぶ大量のＡ
ｒガスを溶鋼中へ吹き込む技術がＲＨ脱ガス装置におい
て採用されているにとどまっているのが現状である。

ところで、このように大量の静ガスを吹き込むと、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、（Ｃ）
が１０ｐｐｍ以下の迅速脱炭技術の観点からは、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靜ガスを上吹きランスから吹き
つける試み、または真空脱ガス容器内へＡｒガスを吹込
む試みが神戸製鋼技報３６（１９８６）、　　Ｐ２Ｏ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。

さらに、特開昭５７−１９４２０６号公報には真空脱炭
処理中に溶鋼中に水素ガスなどの水素含有物質を添加す
ることによって、脱ガス容器内で水素ガス気泡を発生さ
せて脱炭反応を助長する方法が開示されているが、脱炭
を効果的に促進するには２３５トン規模のＲＨ法の場合
で０．２〜１ｋｇ／ｓ＋ｉｎもの大量の水素ガスを吹き
込む必要があった。このような大量の水素ガスを取鍋内
の溶鋼中に吹き込むことは、ガス撹拌に伴う溶鋼の飛散
による設備損傷の問題やガス吹き込み羽口の耐用性の観
点から工業的規模で実施することが困難であると考えら
れる。またＲＨ脱ガス装置の場合浸漬管に設置された環
流ガス吹き込み羽口から水素ガスを吹き込む方法も考え
られるが、そのような方法では水素ガスの熔解効率が低
く効果的な鋼中水素濃度が維持できないため脱炭の促進
効果が小さかった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、前述のような現状に鑑み（Ｃｆ、＜１０ｐｐ
−の極低炭素領域での脱炭を迅速に行うと共に、従来安
定大量生産が困難であった（Ｃ’）　＜ＩＯｐｐｍの超
極低炭素鋼を安定的に溶製できる技術を提供しようとす
るものである。その際に従来の方法に見られるような地
金付きによる操業性の悪化や、羽口耐火物の耐用性など
の問題を生じることなく、工業的規模においても前記の
課題を達成できる方法を提供しようとするものである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、■溶鋼を真空脱ガス装置において脱炭処理し
て極低炭素鋼を溶製するにあたり、脱炭処理期間中の少
なくとも一部の期間において、脱ガス容器内の溶鋼浴面
よりも上方に設置した単数もしくは複数個のガス吹き込
み羽口から脱ガス容器内に水素ガスを吹き込むことを特
徴とする極低炭素鋼の溶製方法であり、かつ■溶鋼浴面
よりも上方の脱ガス容器側壁に設置された羽口を通じて
斜め下方に向けて水素ガスを溶鋼浴面に吹き付ける前項
■記載の極低炭素鋼の溶製方法であり、また■溶鋼浴面
よりも上部で、かつ浴面から１２００ｍ以内の範囲の脱
ガス容器炉壁に設置された羽口を通じて脱ガス容器内に
向けて水素ガスを吹き込む前項の記載の極低炭素鋼の溶
製方法であり、さらに■上吹きランスを通じて溶鋼浴面
に水素ガスを吹き付ける前項■記載の極低炭素鋼の溶製
方法である。

〈作用〉 （Ｃ）　＜５０ｐｐｍでの脱炭反応速度の低下に関して
は、ＣＯガス発生速度の減少による気液界面積の減少、
あるいは気液界面での化学反応律速などが理由として考
えられているが、まだ明確にはされていない、そこで本
発明者らは気液界面積の増大液相側あるいは気相側の気
液界面の物質移動の促進などの効果を期待して、脱ガス
容器内へのガス吹き込みによる脱炭反応速度の向上技術
について検討してきた。

ＲＨ法については、大量のアルゴンガスを脱ガス容器内
の浸漬羽口から吹き込むことにより脱炭速度が向上する
こと、またアルゴンガスを上吹きランスから吹き付けた
場合には効果が小さいことなどが神戸製鋼技報３６（１
９８６）、　　Ｐ２Ｏなどに既に示されている。し、か
じ、前者の方法では、ガス吹き込みが有効な極低炭素領
域での脱炭処理期のみならず常に羽口詰まり防止のため
に大量のガスを流す必要があり、溶鋼の飛散による脱ガ
ス容器内の地金付などの操業阻害の問題があった。

そこで本発明者らは、アルゴンガスに比べて圧損が小さ
く同一管路、同一圧力でもアルゴンガスの４倍以上の流
量を流すことができる水素ガスをアルゴンガスと切り換
えて使用し、大流量を要する場合には水素ガスを、小流
量時にはアルゴンガスを用いる方法に着目し、水素ガス
の吹き込み方法について種々検耐を行った結果、以下の
知見が明らかとなった。

すなわち、水素ガスを使用すると、水素ガスの吹き込み
羽口を第４図に示すように脱ガス容器内の溶鋼浴面より
も上方に設置した場合でも、Ａｒガスの吹き込み羽口を
溶鋼浴面下に浸漬させた場合と同程度以上に極低炭素領
域での脱炭促進の効果が高いことが明らかとなった。溶
鋼浴面よりも上方から水素ガスを吹き込む場合には、浸
漬羽口からガスを吹き込む場合のよな羽口損耗や溶鋼飛
散による地金付きの問題はなく、通常のＲＨ法と同様な
安定操業ができる。

第４図は２５０トン規模ＯＲＨ脱ガス装置において脱ガ
ス槽側壁に配置した８本の羽口から水素ガスを７．５Ｎ
　ｒｒｆ／＋ｗｉｎだけ水平方向に吹き込んだ場合の（
Ｃ）　＝　２０６１０１）Ｉ）＠の見掛けの一次反応速
度定数と仮想溶鋼浴面からの羽口高さの関係を示したも
ので、比較のためにガス吹き込みをしない場合およびＡ
ｒガスを浸漬羽口あるいは非浸漬羽口から吹き込んだ場
合についても示しである。ここで仮想溶鋼浴面とば、Ｒ
Ｈ処理中の溶鋼鍋の溶鋼浴面よりも１．４８ｍ　（溶鋼
静圧１気圧分）だけ高い位置である。

水素ガスの吹き込み方法としては、溶鋼浴面よりも上方
の脱ガス容器側壁に設置された羽口通じて斜め下方に向
けて溶鋼浴面に吹き付ける方法、溶鋼浴面よりも上部で
、かつ浴面から１２００ｎ以内の範囲の脱ガス容器炉壁
に設置された羽口を通じて脱ガス容器内に向けて吹き込
む方法、あるいは上吹きランスを通じて鋼浴面に吹き付
ける方法などの方法で同様の効果が得られる。

この欅な方法で水素ガスを吹き込んだ場合には、気液界
面での水素分圧が溶鋼中に吹き込んだ場合に比べ非常に
低いため水素の熔解量は小さく、従って鋼中水素濃度も
発明者らの実験範囲内では２ｐｐｍ程度までしか上昇し
なかまた。

このことから本発明法による脱炭速度向上効果は、真空
脱炭処理中に溶鋼中に多量の水素を溶解させて容器内で
気泡を活発に発生させさせることによって気液界面積を
増し脱炭反応を助長するという特開昭５７−１９４２０
６号公報に開示されている方法の場合とは、本質的に異
なるメカニズムによるものであると言える。本発明法の
場合に脱炭速度が向上するメカニズムは十分には解明さ
れていないが、おそらく吹き込んだ水素ガスにより溶鋼
表面における酸素濃度勾配が拡大し、表面張力の勾配に
よるマランゴニ効果で液例の物質移動係数が大幅に増大
したものと考えられる。

第４図に示したように、Ａｒガス吹き込みの場合には、
浸漬羽口からの吹き込みに比べ非浸漬羽口の場合に効果
が著しく小さいのに対して、水素ガス吹き込みの場合に
は、非浸漬羽口で浸漬羽口の場合と同等以上の効果が得
られることは次のように説明できる。すなわち、＾ｒガ
ス吹き込みの場合には鋼浴の強撹拌による気液界面積の
増大による効果が主要であるのに対して、水素ガスの場
合には上述のように気液界面反応に基づく寄与が主要で
あるためと考えられる１発明者らの実験では、転炉で溶
製した未脱酸溶鋼をＲＨ肌脱ガス法るいはＶＯＤ法に供
したが、脱炭処理中の溶鋼中酸素濃度は、１００〜８０
０ｐｐｍ、主として２００〜６００ｐｐｍであった。

また、水素ガスを吹き込む期間としては、通常処理法に
おいて脱炭速度が低下する（Ｃ）＜５０ｐｐ−の脱炭処
理中の期間において吹き込むことが効果的であるが、特
に［Ｃ）　＜２５ｐｐｍの範囲において効果が高い、第
５図は２５０トン規模のＲＨ脱ガス装置において、脱ガ
ス槽側壁の仮想溶鋼浴面から６００閣の位置に配置した
８本の羽口から７．５Ｎボ／分の水素ガスを水平方向に
吹き込んだ場合の見掛けの１次反応速度定数Ｋｃと（Ｃ
）の関係をガス吹き込みを行わない場合と比較して示し
た図である。　　（Ｃ）　＜５０ｐｐ−の脱炭処理中以
外の期間では、水素ガスの吹き込みノズルが溶鋼や凝固
鉄で詰まらない程度にガスを流しておけばよく、その際
の使用ガス種類としては水素、アルゴン、窒素のいずれ
かを目標溶鋼成分などに応じて使い分ければよい。

また水素ガスの吹き込み速度としては、反応容器内の溶
鋼浴面を平坦面とした場合の単位浴面積当たりのガス吹
き込み速度で０．５〜？、５Ｎｎｆ／ｒｒｆ・ｍａｎの
範囲が適当である。第６図は２５０トン規模のＲＨ脱ガ
ス装置において脱ガス槽側壁の仮想溶鋼浴面から６００
ｍの位置に配置した８本の羽口から水素ガスを水平方向
に吹き込んだ場合の、〔Ｃ）　＝２０ｎｌＯｐｐ＋＊の
見掛けの一次反応速度定数と単位浴面積当たりの水素ガ
ス吹き込み速度の関係を示す図であるが、７．５Ｎ　ｒ
ｒｒ／ボ・ｓｉｎよりさらに高速度で吹き込みを行う場
合には、真空度の低下。

羽口詰まり防止用のガス使用量の増加などの欠点が生じ
る一方、より以上の脱炭の促進は望めず得策ではない、
他の水素ガス吹き込み方法を用いた場合も同様の傾向で
あった。

〈実施例〉 本発明方法を、２５０トン規模のＲＨ脱ガス装置におい
て実施した場合の実施例を以下に示す。

転炉で溶製した〔Ｃ〕　：約４００ｐｐｍ、　　（０）
　：約４５０ｐｐ＋ｍの未脱酸溶１ｉ２５０）ンを容器
内径的２．０ｍのＲＨ脱ガス容器を用いて脱炭処理した
。

実施例１は、第１図に示したように内径４鵬のステンレ
ス鋼製の水素ガス吹き込み羽口５・８本を脱ガス容器側
壁の仮想溶鋼浴面より１４０（１ｍ高い位置に設置し、
溶鋼浴面に向けて下向き４５°に水素ガスを吹き付けた
場合の例である。

実施例２は、第２図に示したように内径４閤のステンレ
ス鋼製の水素ガス吹き込み羽口５・８本を脱ガス容器側
壁の仮想溶鋼浴面より６００ｍ高い位置に設置し、脱ガ
ス容器内に向けて水素ガスを吹き付けた場合の例である
。

実施例３は、第３図に示したように脱ガス処理中に昇降
可能な上吹きランス６を通じて溶鋼浴面に向けて水素ガ
スを吹き付けた場合の例である。

いずれの場合にも脱ガス容器１内の排気および環流ガス
吹き込み羽口４からの＾ｒガス吹き込みを開始して通常
の脱炭処理を１０分間行った後、水素ガスの吹き込みを
開始した。環流用Ａｒガスの吹き込み速度は比較例も含
めていずれの場合も２．０Ｎｎｆ／ｗｉｎで一定とし、
溶鋼環流速度は約１２５ｔｏｎ／ｗｉｎと計算される。

脱炭処理開始後１０分の時点での〔Ｃ〕は比較例の場合
も含めいずれの場合も平均３０ｐｐｔａであった・ 実施例１および２の場合、脱炭処理開始後１０分間は、
水素ガス吹き込み羽口５から羽口詰まり防止のためにＡ
「ガス０．５Ｎｎｆ／ｓｉｎを流した。実施例３の場合
には、脱炭処理開始後１０分間は上吹きランス６を上昇
しておき、パージ用の窒素ガスを０．５Ｎｎ（／ｓｉｎ
を流した。

実施例１および２では、脱炭処理開始１０分後にバルブ
操作によって水素ガスの吹き込みを開始し、脱炭処理終
了までの１０分間に７．５Ｎｒｙｆ／ｓｉｎの吹き込み
速度で水素ガスの吹き込みを行った。

実施例３では、脱炭処理開始後１０分後の水素ガス吹き
込み開始直前に上吹きランスを仮想溶鋼浴面から１．８
〜３．２ｍ上方の位置に下降し、脱炭処理終了までの１
０分間に１５Ｎｒｒｆ／ｓｉｎの吹き込み速度で水素ガ
ス吹き込みを行った。脱炭処理終了時の〔Ｈ〕は１〜２
１１１１１１１の範囲であった。脱炭処理終了後はいず
れの場合も再び水素ガス吹き込み開始以前の状態として
、Ａ２脱酸処理を引き続きおこなった。

比較例１は、第７図に示したように基本的な部分は実施
例の場合と同じＲＨ脱ガス装置を用いて、通常の脱炭処
理２０分間とＡＩ！脱酸処理を行った場合である。比較
例２は、第８図に示したように脱ガス容器側壁に内径８
−の水平方向の浸漬羽ロアを８本設置し、脱炭処理開始
後１０分から脱炭処理終了までの１０分間は５Ｎｒｄ／
ｗｉｎの吹き込み速度で、その他の期間は１．５Ｎポ／
ｗｉｎの吹き込み速度で計ガスの吹き込みを行った場合
である。

脱炭処理終了時の〔Ｃ）値の平均値と標準偏差を第１表
に示した。実施例は、いずれの場合も〔Ｃ）　＜１０ｐ
ｐｍに迅速に脱炭ができ、バラツキも小さく、またＡｒ
ガスを浸漬羽口から吹き込んだ場合よりも脱炭促進効果
が大きい。また実施例の場合には比較例２の場合におこ
った羽口損耗や槽内の地金付きといった問題は全くなか
った。さらにＡｒガス原単位は実施例１．２では比較例
２の場合に比べ約１／２となり、高価なＡｒガスの使用
量が大幅に削減された。

第　　１　　表 （ｐｐｍ） 〈発明の効果〉 本発明方法によると、極低炭域での脱炭を迅速に行うこ
とができ、その結果（Ｃ）　＜　１０ｐｐｍの極低炭素
鋼を安定して大量生産できる。また脱ガス容器内でのス
プラッシュ発生も増大せず、従って脱ガス容器内への地
金付着などの操業上の問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図、・第２図、第３図は本発明を実施する設備の１
１様を示す断面図、第４図は水素ガスをＲＨ脱ガス容器
内に水平に吹き込んだ場合の仮想溶鋼浴面からの羽口高
さと、極低炭素領域での脱炭速度定数の関係を示すグラ
フ、第５図は脱炭速度定数と（Ｃ）との関係を示すグラ
フ、第６図は水素ガスの吹き込み速度と極低炭域での脱
炭速度定数の関係を示すグラフ、第７図、第８図は従来
法を実施する設備を示す断面図である。 第１図 ・・・脱ガス容器、　　２・・・溶鋼鍋。 ・・・溶鋼、 ・・・環流ガス吹き込み羽口、 ・・・水素ガス吹き込み羽口、 ・・・上吹きランス、　７・・・浸漬羽口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶鋼を真空脱ガス装置において脱炭処理して極低炭
   素鋼を溶製するにあたり、脱炭処理期間中の少なくとも
   一部の期間において、脱ガス容器内の溶鋼浴面よりも上
   方に設置した単数もしくは複数個のガス吹き込み羽口か
   ら脱ガス容器内に水素ガスを吹き込むことを特徴とする
   極低炭素鋼の溶製方法。 ２、溶鋼浴面よりも上方の脱ガス容器側壁に設置された
   羽口を通じて斜め下方に向けて水素ガスを溶鋼浴面に吹
   き付ける請求項１記載の極低炭素鋼の溶製方法。 ３、溶鋼浴面よりも上部で、かつ浴面から１２００ｍｍ
   以内の範囲の脱ガス容器炉壁に設置された羽口を通じて
   脱ガス容器内に向けて水素ガスを吹き込む請求項１記載
   の極低炭素鋼の溶製方法。 ４、上吹きランスを通じて溶鋼浴面に水素ガスを吹き付
   ける請求項１記載の極低炭素鋼の溶製方法。