JPH0499119A - 極低炭素鋼の溶製方法およびその装置 - 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〕 この発明は、溶鋼の炭素濃度［Ｃ］および窒素濃度［Ｎ
］が極微量のレベルになるように脱ガス処理する極低炭
窒素鋼の溶製方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、鋼材の高級化に伴い、炭素含有量を極微量に調整
した極低炭素鋼の需要が高まり、これを迅速かつ安定に
溶製する技術が要望されている。

転炉工程においては、通常、溶鋼中炭素［Ｃ］が０．０
２〜０．０４重量％の範囲に入ると出鋼する。さらに、
出鋼溶鋼を種々の精錬設備で脱炭処理し、所望の炭素濃
度とする。極低炭素鋼は、炭素含有量が０，０３重量％
以下と極微量のレベルを要求されるために、一般に、大
量の溶鋼を安定かつ効率よく溶製することが困難である
。このような背景から、溶鋼を効率よく脱炭する技術と
して、ＲＨ脱ガス精錬が注目されている。

ＲＨ脱ガス法により極低炭素鋼を溶製する場合は、脱ガ
ス槽下部の一対の浸漬管を溶鋼中に浸漬し、溶鋼鍋およ
び脱ガス槽の間で循環させつつ脱ガス処理する。すなわ
ち、ＲＨ脱ガス精錬においては、一方の浸漬管（上昇管
）に不活性ガスを吹き込み、見掛けの比重を減少させて
溶鋼を上昇させ、鍋から脱ガス槽内に溶鋼を吸い上げる
。槽内はガス排気されて減圧下にあるので、溶鋼中の［
Ｃ］と［０コとが反応して多量のＣＯガスが発生する。

脱炭反応により生じたＣＯガスは、上昇管に吹き込まれ
たアルゴンガスと共にスプラッシュを形成する。このス
プラッシュにより、溶鋼とガスとの接触面積が増大し、
さらに、脱炭反応が促進される。溶鋼は、槽内で脱ガス
処理された後に、他方の浸漬管（下降管）を介して鍋に
戻される。このような脱ガス（脱炭）処理中に、槽内に
副原料および合金剤を投入添加し、溶鋼を所望の目標成
分とする。

一方、脱窒反応をアルゴンガス−溶鋼界面および自由表
面で進行させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の溶製方法においては、例えば、処
理の後半に至ると脱炭速度が低下し、さらに［Ｃコを低
減するには長時間を要し、極低炭素鋼を安定かつ迅速に
溶製することかできない。

以下、極低炭素鋼溶製を例として説明する。

第６図は、横軸にＲＨ脱ガス法による処理時間をとり、
縦軸に処理溶鋼の炭素濃度［Ｃ］をとって、上昇管への
アルゴンガス吹き込み童を毎分３０００〜５００ＯＮ１
の範囲内で種々変更し、従来の脱ガス処理の各時期にお
ける［Ｃ］の推移ついて調べたグラフ図である。図中に
て、斜線領域、白丸、黒丸は、それぞれアルゴンガス吹
き込み量を毎分３００ＯＮ１．４００ＯＮＩ、５０００
　Ｎｐとした場合の結果を示す。図から明らかなように
、処理前期（領域Ｉ）では溶鋼中［Ｃ］の減少率が大き
いが、処理後期（領域■）では［Ｃ］の減少率か大幅に
低下する。すなわち、領域■に至ると脱炭速度が小さく
なり、［Ｃ］を１０〜２０　ｐｐｍより更に低濃度レベ
ルの極低炭素鋼の領域まで脱炭するには長時間を要する
。また、図から明らかなように、上昇管へのアルゴンガ
ス吹き込み量は毎分４００ＯＮ１が最適であり、これに
より少なくとも多くとも迅速な脱炭処理を行うことがで
きない。これは、ガス吹き込み量が過剰になると、ガス
の吹き抜けか生じることに起因する。このため、上昇管
へのアルゴンガス吹き込み量を増大することにより、脱
炭速度を向上させるには限界がある。

下記（１）式に示すように、脱炭速度ｄＣ／ｄｔは、ア
ルゴンガスとの気液界面積Ａに比例することが分かって
いる。なお、■は真空槽体積、ｋは脱炭反応定数、［Ｃ
］は炭素濃度、［Ｃ］　ｅは炭素濃度初期値である。

−ｄＣ／ｄ　　ｔ−ｋＡ／Ｖ　　（［Ｃコ　−　［Ｃコ
　ｅ　　）（１）上記（１）式から分かるように、気液
界面積Ａを増大させることにより、脱炭速度ｄＣ／ｄｔ
を増加することができる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、脱
ガス槽内における気液界面積を増大させることのできる
極低炭窒素鋼の溶製方法およびその装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

発明者等は、減圧下の溶鋼に、脱ガス槽側壁に取り付け
た単管ノズルを介して気泡ガスを吹き込み、溶鋼中［Ｃ
］および［０］の脱炭反応を促進させることにつき鋭意
検討した。

その結果、さらに脱炭速度を増大させるためには、気液
界面積を増大させることか必要であり、そのためには、
気泡ガスをさらに微細化することが有効であるという知
見を得た。

ところで、単管ノズルの内径が、１龍を下回ると、マツ
シュルーム生成等により、凝固金属によりガス通路が塞
がれて、ノズル詰まりが生しることも確認されている。

このため、ノズル内径をより小さくすることにより気泡
ガスを微細化することはできない。

また、ガス供給圧力（背圧）を上昇させたとしても、い
ったん吹き込んだ気泡ガスか互いに合体し、バブリング
状態となり、却って気液界面積か減少する結果となる。

これに対して、発明者等は、いったん吹き込んだ気泡ガ
スを衝突壁に衝突させ、気泡ガスを微細化することによ
り溶鋼中［Ｃ］および［０］の脱炭反応を促進させるこ
とを見出だした。

この発明に係る極低炭素鋼の溶製装置は、排気手段を備
えた脱ガス槽本体と、脱ガス槽本体に溶鋼を吸い上げ、
これを返戻する浸漬管と、脱ガス槽本体の側壁に設けら
れ、脱ガス槽本体内の溶鋼に気泡ガスを吹き込む単管ノ
ズルと、この単管ノズルのガス吹き込み方向前方に設け
らて、前記気泡ガスを衝突させる衝突壁と、前記単管ノ
ズルにガスを供給するガス供給源と、を有することを特
徴とする。

この場合に、該単管ノズルの内径は、１〜５　ｌｒａの
範囲内にあることが望ましい。

〔作　用〕

この発明に係る極低炭素鋼の溶製方法およびその装置に
おいては、単管ノズルを介して溶鋼中にガスジェツテイ
ングするので、気泡ガスが発生する。吹き込まれた気泡
ガスは衝突壁に衝突し、細かく砕けて、さらに微細化さ
れる。これにより、脱ガス槽内の気液界面積か増大し、
溶鋼中［Ｃ］と［０］との反応が促進され、処理後期で
あっても多量のＣＯガスが発生して、溶鋼の脱炭が更に
促進される。すなわち、インジェクションガスの極微細
な気泡が核となり、溶鋼中の［Ｃ］　と［０コとのガス
生成反応が促進され、多量のＣＯガスが発生し、溶鋼の
脱炭が進行する。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、この発明の実施例について
具体的に説明する。

第１図は、この発明の実施例に係る極低炭素鋼の溶製方
法に使用されたＲＨ脱ガス装置の一部分を模式的に示す
部分断面図、第２図は、ＲＨ脱ガス装置を示す模式図、
第３図は、脱ガス下部槽の水平断面図、第４図は、脱ガ
ス層底部に設けられたガス吹き込み装置をおよびガス衝
突壁の部分を示す拡大断面図である。

ＲＨ脱ガス設備の建屋−階に軌条が敷設され、取鍋２が
走行台車により転炉工場から搬送されるようになってい
る。脱ガス槽１０が、建屋上部に設けられ、この直下に
取鍋２を昇降するためのリフティングテーブル６が設置
されている。

脱ガスＭユＯは、その外面が鉄皮１１で覆われ、鉄皮１
１に耐火レンガ１２ａ、１２ｂが内張すされている。脱
ガス槽１０の上部には、排気ダクト３０およびシュータ
３２が設けられている。排気ダクト３０は、図示しない
ガス排気装置に連通している。シュータ３２は、副原料
または合金剤を貯蔵したホゾパ３１に連通している。脱
ガス槽継手（図示せず）により接続されている。

第１図に示すように、脱ガス下部槽には１対の短管部１
４．１６が形成されており、一方の短管部１４には上昇
管２４が、他方の短管部１６には下降管２６が、それぞ
れフランジ継手１８．１９により接続されている。上昇
管２４および下降管２６は、それぞれ心材の内側に耐火
レンガが設けられ、心材の外側がアルミナキャスダブル
で覆われている。

ガス吹込み管１５か、上昇管２４を貫通し、そのガス吹
込み口か通路２５にて開口している。ガス吹込み管１５
の基端側は、流量調節弁を備えたアルゴンガス供給源（
図示せず）に連通している。

下部槽の側壁に複数のガス吹き込み装置４ｏが設けられ
て、それぞれの吹き込み口４７が下部槽の敷レンガ１２
ａ近傍にて開口している。ガス吹き込み装置４０の吹き
込み口４７の略水平方向前方に、ガス衝突壁４８か設け
られている。

ガス吹き込み装置４０の基端側は、ガス供給源３７に連
通している。ガス供給源３７は、アルゴンガスタンク、
酸素ガスタンク、ならびに流ｊｉｌ１節弁を有し、アル
ゴンガスに所定の割合で酸素ガスを混合した混合ガスを
ガス吹き込み装置４ｏに供給するようになっている。

プロセスコンピュータ３６の出力側が、ガス供給源３７
の流量調節弁に接続され、一方、コンピュータ３６の入
力側はリフティングテーブル６の症候装置（図示せず）
に接続されている。すなわち、コンピュータ３６の指令
信号に基づいてガス吹き込み装置４０へのガス流量が調
節されるようになっている。

第３図に示すように、ガス吹き込み装置４ｏは、上昇管
の通路２５および下降管の通路２７を避けるように、中
心角２５″の間隔を持って放射状に４本２組の合計８本
が設けられている。なお、ガス吹き込み口４７の数は多
ければ多い程よいが、吹き込み口４７が相互に接近しす
ぎるとインジェクションガス同士が干渉しあい、ガス気
泡が大径化するので、これらは適度に隔離させる。この
場ガス吹き込み口４７の前方に、５所４９が形成され、
インジェクションガスがガス衝突壁４８に衝突するよう
になっている。ガス吹き込み口４７からガス衝突壁４８
までの距・離は、インジェクションガスの水平到達距離
以内であり、通常、その水平到達距離の２分の１程度が
望ましい。また、ガス衝突壁４８は、インジェクション
ガスの大部分が衝突し得るような高さに設定されている
。

第４図に示すように、ガス吹き込み装置４０の細管ノズ
ル４６は、耐火レンガ１２ｃに埋め込まれ、その先端の
吹き込み口４７が側壁耐火レンガ１２ｂより内側に５０
ｍ１Ｉ突出している。細管ノズル４６の水平に対する傾
き角が、０〜２０″の範囲で適宜選択できる。

一方、細管ノズル４６の基端部は、鉄皮１１より突出し
、保護カバー４４で保護されている。保護カバー４４は
、鉄皮１１に溶接され、その外側にユニオンエルボ４３
が接続されている。さらに、ユニオンエルボ４３はカッ
プリング４２によりホース４１に着脱可能に接続されて
いる。なお、この場合に、細管ノズル４６はステンレス
鋼で作られており、その内径が２１１１１％その外径が
３　ｍｍである。耐溶損性の観点から、細管ノズル４６
は薄肉厚であることが望ましい。

なお、ガス衝突壁４８は、耐火レンガにより構成されて
いる。

次に、上記脱ガス槽を用いて、炭素含量が１５ｐｐｍ以
下の極低炭素鋼を溶製する場合について説明する。

炭素濃度［Ｃコが約２００〜３００　ｐｐｍの転炉溶鋼
を取鍋２に受鋼し、これを脱ガス処理設備に搬送する。

溶鋼３の量は約２５０トンであり、スラグ４で覆われて
いる。取鍋２をリフトし、取鍋内の溶鋼３に浸漬管２４
．２６を浸漬し、脱ガス槽１０の内部を減圧する。約２
００トールまで減圧すると、溶鋼３か下部槽の敷レンガ
１２ａの上面に達する。さらに、槽内を減圧すると、溶
鋼３が脱ガス槽１０内に取鍋湯面から約１．５ｍの高さ
まで吸い上げられる。ガス吹き込み管１５に毎分１１０
０ＯＮのアルゴンガスを供給し、約５分後に毎分２６０
ＯＮＩＩにアルゴンガス供給量を増加させる。

上昇管２４へのアルゴンガス吹き込みと略同時期に、リ
フティングテーブル６の昇降装置に設けられたリミット
スイッチがＯＮになり、コンピュータ３６に信号が送ら
れる。コンピュータ３６に信号が入力されると、これに
基づいてガス供給源３７に所定の信号が送られ、ガス吹
き込み装置４０に単管あたり毎時１００Ｎｊ！の混合ガ
スが供給される。この場合、インジェクションガスの水
平到達距離は、３００ｍ■であり、従って、ガス衝突壁
から４８ガス吹き込み口４７のまでの距離は、１５０Ｉ
ＩＩ１１とした。これにより、インジェクションガスか
細かな気泡となって吹き込み口４７から勢いよく溶鋼３
に噴射される。噴射された気泡ガスは、ガス衝突壁４８
に衝突しさらに微細化される。

インジェクションガスの気泡が核となり、溶鋼中の［Ｃ
］と［０］とのガス生成反応が促進され、多量のＣＯガ
スが発生する。これにより、溶鋼３の脱炭反応が急激に
進行する。

次に、ガス衝突壁を設けた場合と、設けなかった場合に
ついて試験した結果について説明する。

第５図は、横軸にＲＨ脱ガス処理時間をとり、縦軸に溶
鋼の炭素濃度［Ｃ］をとって、衝突壁を設けた場合と、
設けなかった場合について比較説明するためのグラフ図
である。図中、曲線Ａは、衝突壁を設けた結果を示し、
曲線Ｂは、衝突壁を設けなった結果を示す。

図から明らかなように、この発明の実施例によれば脱ガ
ス処理の衝突壁を設けなかった場合よりも脱炭速度を向
上させることができた。このため、従来よりも［Ｃ］を
短時間で低減させることができ、極低炭素鋼を安定かつ
迅速に溶製することかできた。

なお、上記実施例においては、アルゴンガスに対して酸
素ガスが１〜２０容積％の割合の混合ガスを使用した場
合について説明したが、ガスの種類はこれのみに限られ
ることなく、ＣＯガス生成反応を積極的に阻害するガス
以外のものであれば、いずれの種類のガスを採用しても
良く、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、
窒素ガス、水素ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、並びにこ
れらの混合ガスのうちいずれのガスをも採用することが
できる。

また、上記実施例においては、ガス吹き込み用の細管ノ
ズルにステンレス鋼を使用したが、これらに限られるこ
となく、他の種類の金属管やセラミック管を用いること
もできる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、耐火物の溶損量を実質的に増大させ
ることなく、脱ガス槽内の気液界面積を増大させること
ができ、ＣＯガス生成反応を大幅に促進させることかで
きる。このため、［Ｃ］か１０ｐｐｍ以下のレベルの極
低炭素鋼を安定かつ迅速に溶製することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例に係る極低炭素鋼の溶製方
法に使用されたＲＨ脱ガス装置の一部分を模式的に示す
部分断面図、第２図は、ＲＨ脱ガたガス吹き込み装置ｆ
およびガス衝突壁の部分を示す拡大断面図、第５図は、
ガス衝突壁を設けた結果と、設けなかった結果とを比較
するグラフ図、第６図は、従来技術を説明するためのグ
ラフ図である。 １０−・・脱ガス槽、１２ａ、１２ｂ、１２ｃｍ耐火レ
ンガ、２４・・・上昇管、２６・・・下降管、３６・・
・プロセスコンピュータ、３７・・・ガス供給源、４０
・・・ガス吹き込み装置、４６・・・細管ノズル、４７
・・・ガス吹き込み口、４８−ガス衝突壁、４９・・・
５所。 第 図 第 図 第 図 第 図 ＲＨ脱ガス処理時間（分） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）減圧下の溶鋼に単管ノズルを介して気泡ガスを吹
   き込み、この気泡ガスを衝突壁に衝突させて、さらに微
   細化した泡ガスにより溶鋼中の脱ガス反応を促進させる
   ことを特徴とする極低炭窒素鋼の溶製方法。
2. （２）排気手段を備えた脱ガス槽本体と、脱ガス槽本体
   に溶鋼を吸い上げ、これを返戻する浸漬管と、脱ガス槽
   本体の側壁に設けられ、脱ガス槽本体内の溶鋼に気泡ガ
   スを吹き込む単管ノズルと、この単管ノズルのガス吹込
   み方向前方に設けられて、前記気泡ガスを衝突させる衝
   突壁と、前記単管ノズルにガスを供給するガス供給源と
   、を有することを特徴とする極微炭素鋼の溶製装置。