JPH0598340A

JPH0598340A - 極低炭素鋼の溶製方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0598340A
Application number: JP25946791A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Tomino; 伸一郎冨野; Muneyasu Nasu; 宗泰那須; Akito Kiyose; 明人清瀬; Naoto Tsutsumi; 直人堤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、真空脱ガス装置により溶鋼の脱炭
処理を行うに際し、脱炭処理時間を短縮できる方法及び
装置を提供するものである。【構成】（１）脱酸処理前の脱炭処理中に真空槽内の
圧力が２０Ｔｏｒｒ以下に到達したる後に、少なくとも
１回、復圧開始圧力＋５Ｔｏｒｒ以上２００Ｔｏｒｒ以
下に復圧させ、再度２０Ｔｏｒｒ以下まで減圧すること
を特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。（２）真空脱ガス装置において、真空槽または排気系配
管に接続された圧力調節用タンクと、この圧力調節用タ
ンクから真空槽または排気系配管に接続する途中の配管
に真空槽内圧力調節弁を設けたことを特徴とする極低炭
素鋼の溶製装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低炭素鋼の溶製方法
およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空脱ガス装置は、主として真空槽とそ
の下部に接続された被処理溶鋼中に浸漬される浸漬管と
から成る。この装置の代表的なものとして、浸漬管が溶
鋼上昇用の上昇管と下降用の下降管にわかれたＲＨ式真
空脱ガス装置（環流式真空脱ガス装置）が知られてお
り、この装置による真空脱ガス処理によって、溶鋼の脱
炭、脱酸素、脱水素あるいは脱窒素処理等の溶鋼の二次
精錬処理が行われる。

【０００３】近年、冷延材や電磁材において主として焼
純工程の大幅なスピードアップによる生産性向上を図る
ため、あるいは加工性に優れる素材要求に応えるため、
極低炭素鋼製造の必要性が高まっている。一般に極低炭
素鋼を溶製する場合、まず一時精錬炉（転炉、平炉、電
気炉等）にて可及的に脱炭処理を行い、さらに所期の炭
素濃度が達成されるまで、真空脱ガス装置に供して脱炭
処理を行う。

【０００４】この真空脱ガス装置にて得られる最終炭素
濃度は、真空槽内への取鍋の未反応の溶鋼の供給速度
（以下、溶鋼環流速度と称す）、真空槽内の溶鋼攪拌状
況と圧力変化および脱炭処理時間により決定される。こ
のため、脱炭反応促進方法について様々な提案がなされ
ている。まず、溶鋼環流速度に関しては、特開平１−１
３２７１５号公報や、特開昭６４−７９３１７号公報に
提案されているように環流ガス吹き込み方法を改善した
り、浸漬管断面積を拡大することで、溶鋼環流速度を増
大することが図られてきた。

【０００５】次に、真空槽内の攪拌を十分行うために、
ＲＨ真空槽の槽底の浸漬管槽内開口端間の位置にガス吹
き込み羽口を設けた装置（特開昭５７−１１０６１１号
公報）の他、真空槽内の不特定部位に不活性ガス吹き込
み羽口を設置した方法（特開昭５８−７３７１６号公
報）、リニアモータと組み合わせた方法（特開平２−１
４１５２１号公報）が提案されている。

【０００６】そして、真空槽内の圧力変化に関しては、
減圧速度を７６０〜１Ｔｏｒｒの平均で１２０Ｔｏｒｒ
／ｍｉｎ以上とする方法（特開昭６０−６３３１１号公
報）が提案されている。また、脱炭処理時間を延長すれ
ば、最終炭素濃度を低くできるのは、公知の事実であ
る。

【０００７】以上述べた方法以外に、化学的に反応を促
進する方法として、脱炭処理中に溶鋼中にＣＯ₂ガスを
吹き込む方法（特開昭５６−４４７１１号公報）が提案
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法だけでは、必ずしもコストおよび品質的に十分ではな
かった。まず、溶鋼環流速度を増大させる技術に関して
は、前述の方法により、ほぼ限界に達しており、これ以
上の改善余地は殆ど残されていない。

【０００９】次に、真空槽内へのガス吹き込みにより溶
鋼攪拌力を増大させる方法は、ガス吹き込みに伴い発生
するスプラッシュの量が増大し、真空槽内壁に付着する
地金の量も増大するので、成分調整用合金を投入する際
の障害となる他、地金の発達により、真空槽内の溶鋼表
面における真空度が悪化し、脱炭速度が低下するため好
ましくない。

【００１０】さらに、リニアモータを組み合わせる方法
は、リニアモータの装置そのものが高価であるため、コ
スト的に好ましくない。そして、平均減圧速度を１２０
Ｔｏｒｒ／ｍｉｎ以上とする方法は、処理前半の脱炭促
進には効果が認められるものの、処理後半のいわゆる脱
炭停滞期に脱炭速度が急激に低下するという問題は解決
されていなかった。

【００１１】また、処理時間の延長は、二次精錬処理中
の溶鋼温度降下量が増大するため、一次精錬炉の吹き止
め温度を上昇させる必要が生じ、耐火物および成分調整
用の合金コストが上昇するので、必ずしも有効な方法で
はなかった。最後に、ＣＯ₂を吹き込むことによる脱炭
促進方法は、Ｃ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯが吸熱反応のため、脱炭処理中の温度降下量が増大する
ので、処理時間延長と同様の理由により好ましくない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の従来技
術がもつ課題を有利に解決するためになされたものであ
って、（１）真空脱ガス法により、製品炭素濃度；４０
ｐｐｍ以下の鋼の溶製を行う脱炭処理において、脱酸処
理前の脱炭処理中に真空槽内の圧力が２０Ｔｏｒｒ以下
に到達した後に、少なくとも１回、復圧開始圧力＋５Ｔ
ｏｒｒ以上２００Ｔｏｒｒ以下に復圧させ、再度２０Ｔ
ｏｒｒ以下まで減圧することを特徴とする極低炭素鋼の
溶製方法、（２）脱酸処理前の脱炭処理中に真空槽内圧
力情報により、真空槽内圧力を自動制御することを特徴
とする（１）記載の極低炭素鋼の溶製方法、（３）真空
槽とその下端に設置した浸漬管を、取鍋内の溶鋼に浸漬
させた状態で真空槽内を減圧し、真空槽内に溶鋼を吸引
し、溶鋼を減圧雰囲気に曝すことで、溶鋼の脱ガス処理
を行う真空脱ガス装置において、真空槽または排気系配
管に接続された圧力調節用タンクと、この圧力調節用タ
ンクから真空槽または排気系配管に接続する途中の配管
に真空槽内圧力調節弁を設けたことを特徴とする極低炭
素鋼の溶製装置、を要旨とするものである。

【００１３】

【作用】以下、本発明について、図面を参照しながら、
より詳細に説明する。図１は、本発明の一例を概略的に
示す断面図である。蒸気エジェクターあるいは真空ポン
プ等の真空排気系に真空排気口１０を介して接続された
真空槽１の下部に２本の浸漬管２が設けられており、取
鍋３の被処理溶鋼４中に該浸漬管が浸漬している。真空
槽内を真空排気することにより、溶鋼４を真空槽１内に
吸い上げ、浸漬管２の一方から環流ガス管７および浸漬
管羽口８を通じて環流ガスを吹き込み、エアリフトポン
プの動作原理で溶鋼が連続的に環流することにより、脱
炭、脱水素等の真空脱ガス処理が行われ、また真空槽１
の側壁に設けられた合金投入口９を介して成分調整用の
合金が投入されることで、溶鋼の成分調整が行われる。

【００１４】ＲＨ式脱ガス装置を用いて脱炭処理を行う
場合、通常は処理開始後１０〜１５分の〔Ｃ〕含有量：
２０〜５０ｐｐｍで脱炭反応速度が急激に低下する、い
わゆる脱炭停滞が生じる。本発明者らが、この脱炭停滞
の原因を調査した結果、脱炭停滞が生じる原因は真空槽
内の圧力変化が停滞することによるものであることが明
らかになった。通常の真空排気系の能力は、真空度が高
くなる（圧力が低下する）ほど全排気量が低下するた
め、２０Ｔｏｒｒ以下の領域で必要な減圧速度を確保す
ることは困難となる。そこで、一旦２０Ｔｏｒｒ以下の
真空度となった後に、復圧開始の圧力＋５ｔｏｒｒ以上
に復圧し、再度排気することにより減圧させ、圧力変化
速度を確保したところ、脱炭停滞が生じることなく所期
の炭素濃度まで脱炭できることがわかった。

【００１５】なお、本発明は脱炭停滞期の脱炭速度を促
進する際に有効である。従って、溶製対象鋼種を製品炭
素濃度が４０ｐｐｍ以下のものに限定する。ここで、溶
鋼中炭素濃度が５０ｐｐｍ以下の領域で脱炭するために
は、槽内圧力を５０Ｔｏｒｒ以下にする必要があるの
で、真空槽内の圧力は５０Ｔｏｒｒ以下の範囲で復圧さ
せることが望ましい。本発明者らの調査では、復圧開始
時の真空槽内圧力を１〜１０Ｔｏｒｒの範囲、復圧後の
真空槽内圧力を１０〜３０Ｔｏｒｒの範囲に調節した時
が、脱炭速度を増加させるのに最も効果的であった。

【００１６】また、復圧レベル（復圧開始時と復圧後の
圧力差）は、５Ｔｏｒｒ以上であれば所期の目的は達せ
られるが、復圧レベルが小さいと必要な圧力変化速度を
確保できる時間が短くなるため、復圧レベルは１０Ｔｏ
ｒｒ以上とすることが望ましい。ただし、これらの値
は、脱ガス装置の排気能力と全ガス量の関係に依存する
ため、最適な復圧開始圧力と復圧後の圧力は、脱ガス装
置毎に異なるのはいうまでもない。さらに、同一の装置
でも全ガス量のうちリークガス量は、装置の状況（フラ
ンジの締め具合、槽の使用回数）により変化し、発生ガ
ス量も、溶鋼中の炭素濃度や酸素濃度により変化するの
に加え、蒸気エジェクター方式の真空排気装置を採用し
ている脱ガス装置の場合、コンデンサーの冷却水温度に
より排気能力が変化するため、最適な復圧開始圧力と復
圧後の圧力範囲の最適値は変化する。

【００１７】また、真空槽内圧力が２００Ｔｏｒｒを超
えるとＲＨ式脱ガス装置では環流が停止し、処理継続が
困難となるため、復圧後の圧力は大きくとも２００Ｔｏ
ｒｒ以下とする。なお、復圧させる手段は、図１に示す
ように真空排気系配管の途中に真空槽内圧力調節弁１１
を設け、一時的に排気を中断させることにより、槽内圧
力が時間経過とともに上昇することで達成される。

【００１８】また、図２に示すように、復圧用タンク１
２から真空槽または排気系配管に接続する途中の配管に
真空槽内圧力調節弁１１を設け、該弁の動作により真空
槽内の圧力を調節すれば、復圧に要する時間短縮が可能
となるため（復圧過程における脱炭速度はあまり早くな
い）、迅速な脱炭により有効である。ここで、通常は復
圧用のガスにはコスト的に有利な窒素ガスを使用するた
め、窒素規制の厳しい鋼種の溶製に際しては、図３に示
すように復圧専用のタンクを別途設け、不活性ガス等、
品質上問題とならないガスで復圧することが好ましい。
このような場合には、通常の復圧タンクとは別に圧力調
整用タンク１４を設置することで対応が可能となる。た
だし、通常の極低炭素鋼溶製に際しては、脱炭処理中は
溶鋼中の酸素濃度を２５０ｐｐｍ以上に保持するため、
窒素が溶鋼内に侵入することを酸素が妨げるので、一般
には窒素ガスを使用して復圧させても溶鋼中の窒素濃度
上昇は軽微であることは公知の事実である。そして、溶
製対象鋼種に応じて、図２と図３に示す装置を使い分け
ることが有利であることはいうまでもない。

【００１９】さらに、図４に示すように真空槽内圧力調
節弁１１の動作を真空槽内の圧力を検知するセンサー１
５から得られる情報で自動的に制御することは、弁の動
作タイミングや弁開度と復圧の範囲を排気系の能力に応
じた最適な条件で制御することが可能となり、脱炭速度
促進効果を効率的に享受できる点で有利である。ここ
で、前述のように復圧開始時と終了後の真空槽内圧力の
最適な組合せは、その都度変化するため人工知能等を組
合せて制御すればさらに効果的であることはいうまでも
ない。

【００２０】また、一度復圧させた後も、ある程度減圧
すると再び圧力変化が停滞してくるため、再度復圧を繰
り返すことも有効である。ここで、復圧用タンクのガス
供給系能力が不足している場合には、復圧用タンクを複
数個備えることが有効であることはいうまでもない。

【００２１】

【実施例】図２に示す実施装置のＲＨ式真空脱ガス装置
にて、溶鋼の脱炭処理を行う際に脱炭停滞期に真空槽内
圧力の変化速度を変化させて最終炭素濃度がどう変わる
のかをテストした。この時の操業（従来と本発明の共
通）条件は、・処理前炭素濃度：３７０ｐｐｍ・溶鋼量：３１０Ｔｏｎ・浸漬管内径：６５０ｍｍφ ・環流ガス流量：２０００Ｎ１／ｍｉｎガス種：アルゴン・脱炭処理時間：２０ｍｉｎである。

【００２２】この時の真空槽内圧力の経時変化を図５に
示した。なお、本発明法では、処理開始後７分、１２
分、１７分の計３回、それぞれ真空槽内圧力が１．５Ｔ
ｏｒｒに到達した時に、真空槽内圧力を２０Ｔｏｒｒま
で復圧させた。図６に示すように、本発明の方法および
装置で脱炭処理を行うことにより、従来法に比べて、特
に脱炭処理の後半で脱炭速度が促進され、より炭素濃度
の低い鋼を容易に溶製することができた。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば真空
槽内の圧力変化速度を確保した状態にて脱炭処理を行う
結果、通常認められるような脱炭停滞現象を生じること
なしに、所望の炭素濃度まで脱炭できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様の一例を概略的に示す断面
図である。

【図２】真空槽内圧力調節のための圧力調節弁の配置の
一例を示す図である。

【図３】通常の復圧タンクとは別に復圧専用のタンクを
設けた真空槽内圧力調節のための実施態様を示す図であ
る。

【図４】真空槽内圧力調節弁の動作を真空槽内の圧力を
検知するセンサーからの情報で自動的に制御するための
実施態様を示す図である。

【図５】真空槽内圧力と処理開始後経過時間の関係を示
す図である。

【図６】溶鋼中炭素濃度と処理開始後経過時間の関係を
示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堤直人愛知県東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空脱ガス法により、製品炭素濃度：４
０ｐｐｍ以下の鋼の溶製を行う脱炭処理において、脱酸
処理前の脱炭処理中に真空槽内の圧力が２０Ｔｏｒｒ以
下に到達した後に、少なくとも１回、復圧開始圧力＋５
Ｔｏｒｒ以上２００Ｔｏｒｒ以下に復圧させ、再度２０
Ｔｏｒｒ以下まで減圧することを特徴とする極低炭素鋼
の溶製方法。
【請求項２】脱酸処理前の脱炭処理中に真空槽内圧力
情報により、真空槽内圧力を自動制御することを特徴と
する請求項１記載の極低炭素鋼の溶製方法。
【請求項３】真空槽とその下端に設置した浸漬管を、
取鍋内の溶鋼に浸漬させた状態で真空槽内を減圧し、真
空槽内に溶鋼を吸引し、溶鋼を減圧雰囲気に曝すこと
で、溶鋼の脱ガス処理を行う真空脱ガス装置において、
真空槽または排気系配管に接続された圧力調節用タンク
と、この圧力調節用タンクから真空槽または排気系配管
に接続する途中の配管に真空槽内圧力調節弁を設けたこ
とを特徴とする極低炭素鋼の溶製装置。