JPH0681024A - 高清浄度極低炭素鋼の溶製方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高清浄度極低炭素鋼製造の従来技術として多
くの方法が開示されているが、真空脱ガス槽内のスプラ
ッシュの増加、耐火物の寿命低下等操業上の多くの問題
があるので、これらの問題点を解決する効果的な溶製方
法およびその装置を提供する。 【構成】 溶鋼を収容する取鍋中に浸漬させた耐火材で
保護した回転羽根式ガス吹込装置を設け、多孔質耐火物
を介して溶鋼中に吹込む不活性ガスを回転羽根の作用で
多孔質耐火材の表面から強制的に引離すように構成し
た。 【効果】 従来の如く発生した微細気泡が多孔質耐火物
表面で合体することなく強制的に引離されるので微細気
泡をそのまま溶鋼中に分散し、脱炭反応を促進するほか
脱酸生成物を吸着する清浄化作用がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高清浄度極低炭素鋼の溶
製方法および装置に係り、とくにＲＨ真空脱ガス処理方
法および装置の改良に関し、高清浄度極低炭素鋼製造分
野に利用される。

【０００２】

【従来の技術】一般に極低炭素鋼の溶製方法は、先ず大
気圧下で酸素を吹込んで鉄の酸化損失の少いＣ：０.０
３〜０.０５％まで粗脱炭する工程と、該溶鋼を減圧下
に露出させてＣＯ分圧を低減することにより、出鋼時５
００〜７００ppmに調整した溶損酸素と鋼中の〔Ｃ〕と
のＣＯガス化を促進させて、Ｃ：１０〜２０ppmまで脱
炭する工程と、に大別される。本発明は後者の工程に関
するものである。この分野の技術は、従来、主としてス
テンレス鋼溶製時の脱炭限界の向上、処理時間の短縮を
目的として開発されていたが、最近では連続焼鈍設備を
用いた加工性の高い冷延鋼板の製造工程の一貫として、
量産化への対応、鋼の清浄度の向上を加えて、この分野
の技術が開発が進められている。上記分野での従来技術
では、不活性ガスを大量に吹込む方法、減圧下での気体
酸素の吹込み、減圧溶鋼中への酸素鉄粉の吹込方法等が
知られているが、これらには次の如き問題点がある。

【０００３】すなわち、不活性ガスの大量吹込みに関し
ては松永ら(鉄と鋼、Ｖol.６３、Ｎo.１３、１９７７
年)、特願昭６３−０９３４９７等いくつかの文献が見
られるが、これらは、脱炭処理中の溶鋼環流速度の向
上、もしくはスプラッシュの増加による気液界面の増加
により脱炭速度の向上を図ったものである。しかしなが
ら、これらの方法では脱炭速度の向上がみられる反面、
真空脱ガス槽内の地金付着が増加するため、溶鋼成分調
整用の合金鉄歩留の不安定のほか、鉄分歩留の減少、真
空脱ガス槽内付着地金除去のための休止時間の発生、Ｒ
Ｈ脱ガス環流管の耐火物の寿命の低下等の多くの操業上
の問題が生じていた。

【０００４】また減圧下の溶鋼浴面や浴面下に気体酸素
を吹込む方法は溶存酸素量の増加を図ることになり、反
応速度の向上を図ることができるが、溶鋼浴面吹付けの
場合は、不活性ガスの大量吹込と同様にスプラッシュの
増加を伴う問題があり、また浴面下に吹込む方法は、著
しいスプラッシュの増加に加え、羽口周辺耐火物の損耗
に伴う真空脱ガス槽の寿命低下を招く欠点がある。更に
両方法とも溶鋼全体の溶解酸素量を増大させるため、脱
酸処理後の脱酸生成物が大量発生し、溶鋼清浄度の悪化
およびこれに起因する鋼材製品における疵の発生の増加
を助長するおそれがあり、この面での配慮に全く欠けて
いた。

【０００５】更に、特開昭６０−１８２１７や、日本鉄
鋼協会講演論文集ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ Ｖol.１(１９８
８．Ｐ.１１８５)等に見られる如き、減圧下では溶鋼面
に酸化物粉体を上吹きする方法、もしくは、特開昭６３
−１６９３２１に開示された如き、減圧下の溶鋼に酸素
ポテンシャルの高い粉体を浴面下に設けた羽口より直接
溶鋼中に吹込む方法では、鋼浴内に侵入、拡散した粉体
の近傍に酸素ポテンシャルの高い部分が生成し、局部的
な領域での脱炭が促進される結果、溶鋼全体の清浄度悪
化を制御しながら脱炭限界の向上、極低炭域における脱
炭速度の向上が可能となる反面、スプラッシュの増加
や、羽口の損耗の問題は解決されておらず、特に極低炭
素処理を行っていない場合でも、羽口の閉塞防止のため
に不活性ガスを吹き続けなければならない点は、羽口周
辺耐火物の損耗を助長するだけでなく、コスト的にも無
駄の多い技術と言わざるを得ない。

【０００６】上記従来技術の欠点に鑑み、本発明者らは
先に特開平３−１３４１１５により、真空脱ガス処理に
よる高清浄度極低炭素鋼の溶製技術における上記従来技
術の問題点を解決し、特にスプラッシュの飛散、真空脱
ガス槽耐火物の寿命低下等を防止しつつ、効果的に高清
浄度極低炭素鋼を得ることのできる溶製方法およびその
装置を開示した。その要旨とするところは次の如くであ
る。 (1) 真空槽の下端から容器に通ずる上昇および下降浸漬
管を設け、前記上昇浸漬管内に不活性ガスを吹き込んで
容器内の溶鋼を前記真空槽に吸い上げて脱ガス処理した
後、前記下降浸漬管を介して該脱ガス溶鋼を容器に吐出
する高清浄度極低炭素鋼の溶製方法において、前記下降
浸漬管の内面もしくは下端に設けた通気性耐火物を介し
て前記溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活性ガスを吹
込む段階と、前記微細気泡を前記容器内溶鋼中に分散さ
せる段階と、前記微細気泡を分散させた溶鋼を前記真空
槽へ循環させる段階と、を有して成ることを特徴とする
高清浄度極低炭素鋼の溶製方法。

【０００７】(2) 溶鋼を収容する容器と、前記容器の上
方に設けられた溶鋼を脱ガス処理する真空槽と、前記真
空槽の底部から前記容器に通じそれぞれ溶鋼を上昇およ
び下降させる２本の浸漬管と、を有して成る溶鋼の真空
脱ガス装置において、前記下降浸漬管の内面もしくは下
端に設けられた通気性耐火物を介して前記溶鋼下降流に
微細気泡を発生させる不活性ガスの吹込装置を有するこ
とを特徴とする高清浄度極低炭素鋼の溶製装置。すなわ
ち、この発明はＲＨ等の真空脱ガス槽の下降浸漬管の内
側もしくは下降浸漬管下端近傍に設けた多孔質耐火物を
介して溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活性ガスを吹
込み、この微細気泡を分散させた溶鋼を真空槽へ循環さ
せる方法と装置であって、溶鋼中に分散したＣＯ分圧の
低い不活性ガスより成る微細気泡を発生核として、浴面
下の脱炭反応が促進され一応発明の目的を達成したが、
単にポーラスプラグのみによる吹込みは、ポーラスプラ
グ表面で微細気泡同志が相互に合体して気泡を大きくす
ることがあり、均一な微細気泡を安定供給するという点
において問題点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高清
浄度極低炭素鋼製造における上記従来技術の欠点を解消
し、しかも特開平３−１３４１１５による問題点を改善
し、微細気泡が多孔質耐火物表面で相互に合体すること
を防止し、発生した微細気泡がそのまま溶鋼中に均一に
分散し得る効果的な高清浄度極低炭素鋼を得ることので
きる溶製方法および装置を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による溶製方法の
要旨とするところは次のとおりである。すなわち、(1)
真空槽の下端から容器に通ずる上昇および下降浸漬管を
設け、前記上昇浸漬管内に不活性ガスを吹き込んで容器
内の溶鋼を前記真空槽に吸い上げて脱ガス処理した後、
前記下降浸漬管を介して該脱ガス溶鋼を容器に吐出する
高清浄度極低炭素鋼の溶製方法において、前記容器の内
側に設けられた回転羽根式ガス吹込み装置を介して前記
溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活性ガスを吹込む段
階と、前記微細気泡を前記容器内溶鋼中に分散させる段
階と、前記微細気泡を分散させた溶鋼を前記真空槽へ循
環させる段階と、を有して成ることを特徴とする高清浄
度極低炭素鋼の溶製方法。また、本発明による溶製装置
の要旨とするところは次の如くである。すなわち、(2)
溶鋼を収容する容器と、前記容器の上方に設けられた溶
鋼を脱ガス処理する真空槽と、前記真空槽の底部から前
記容器に通じそれぞれ溶鋼を上昇および下降させる２本
の浸漬管と、を有して成る溶鋼の真空脱ガス装置におい
て、前記容器の内側に設けられ耐火材にて保護された回
転羽根を介して前記溶鋼下降流に微細気泡を発生させる
不活性ガスの吹込装置を有することを特徴とする高清浄
度極低炭素鋼の溶製装置、である。

【００１０】一般に脱炭反応に関しては、Ｃ≦５０ppm
の領域では溶鋼中では炭素と溶存酸素が結合してもＣＯ
気泡になることは熱力学的にも困難であって、気液もし
くは固液界面を有する何らかの気泡発生核が必要であ
る。本発明は、かくの如き気泡発生核として、溶鋼中に
分散したＣＯ分圧の低い不活性ガスより成る微細気泡を
供給して浴面下での脱炭反応を促進させようとするもの
であって、上記従来技術と技術思想を全く異にする方法
である。本発明者らの水モデル実験によれば、微細気泡
を核として減圧下で気泡は小さく、かつ分散しているの
で崩壊時のスプラッシュは極めて軽度であり、実操業に
おける地金付着も極めて少い。更に、本発明では、溶鋼
の清浄化を図るために、微細気泡の発生に際しては酸素
源なるものは用いず不活性ガスのみを用いる。しかも気
泡を微細化することにより、微細な脱酸生成物を吸着す
る確率を高め、浮上分離による溶鋼清浄化を持たせるよ
うにした。

【００１１】本発明の詳細を添付図面を参照して説明す
る。先ず、本発明の装置を図１を参照して説明する。真
空脱ガス処理層２の上部の真空脱ガス槽本体４は約１ト
ールの真空度であつて、下端には上昇浸漬管６と下降浸
漬管８とが設けられ、いずれもその下端は取鍋１０内の
溶鋼１２中に浸漬されている。上昇浸漬管６の内壁に設
けられた環流用ガス吹込みノズル１４を介しAr等の不活
性ガスが吹き込まれるので、取鍋１０内の溶鋼１２は、
そのポンプ作用によって取鍋１０から上昇浸漬管６を通
じ真空脱ガス槽２中に吸い上げられ、脱ガス処理された
後、下降浸漬管８を通じて再び取鍋１０に戻る。この環
流を繰返すことによつて溶鋼１２は脱炭および脱ガスさ
れる。上記の如き構成と作用を有する真空脱ガス処理装
置において、本発明においては容器である取鍋１０の内
側に耐火材で保護された回転羽根式ガス吹込み装置１６
を有し、この吹込み装置１６を介して下降浸漬管８を通
じて下降する溶鋼流１２Ａに微細気泡１８を発生する不
活性ガス１９を吹込むのが特徴である。

【００１２】

【作用】本発明による回転羽根式ガス吹込み装置１６は
図１および図２、図３に示す如く構成されている。すな
わち、Ａrガス等不活性ガス１９は不活性ガス吹込装置
２０に吹込まれ、ガス供給管３４を介して下降する。取
鍋１０の内側には、上部に設けられたモーター２４によ
り回転される耐火物で保護された中空軸体２６が設けら
れ、回転するガス供給管３４を通じて不活性ガス１９が
圧入される。この円筒状の回転羽根式吹込装置１６の下
端は中空円板状の羽根３２が取り付けられており、羽根
３２の先端部間の中央部に設けられた多孔質耐火物３０
を介して不活性ガス１９が溶鋼１２中に分散されるが、
多孔質耐火物３０の表面で生成される無数の微細気泡１
８は、溶鋼１２中に押出される前に、羽根３２の回転作
用により多孔質耐火物３０の表面から強制的に引離され
るので、微細気泡１８は相互に合体することなく、発生
したそのままの大きさで溶鋼１２中に分散される。

【００１３】本発明により微細気泡１８を発生させる回
転羽根式吹込み装置１６の設置位置は、図１に示す如く
取鍋１０の内側であつて、下端で回転羽根３２により多
孔質耐火物３０の表面から強制的に引離された微細気泡
１８が、下降浸漬管８を介して下降する溶鋼下降流１２
Ａに分散され、再び上昇浸漬管６を介して上昇し得る適
当な位置に取鍋１０の鉄皮等に固定されることが望まし
い。本発明における微細気泡１８の生成装置、生成方法
については、特に限定するを要さず、いずれの装置、方
法でもよいが、原理的に微細に分裂した気泡を大量に、
しかもコスト安に製造し得る装置もしくは方法が好まし
いことは当然である。しかして微細気泡１８としては下
降浸漬管８を通ずる下降溶鋼流１２Ａに逆って浮力で浮
上しないようにするためにはきわめて微細気泡でなくて
はならない。すなわち、下降流１２Ａの速度から大気圧
換算で直径２mm以下の気泡が必要である。かくの如き微
細気泡１８を発生する不活性ガス１９を回転羽根式吹込
み装置１６を用いて吹込むように構成されている。

【００１４】本発明により取鍋１０の内側の回転羽根式
吹込み装置１６によって吹込まれた不活性ガス１９は回
転羽根３２によって微細に剪断されて、下降浸漬管８を
通じて下降する溶鋼下降流１２Ａによって撹拌され微細
気泡１８となって取鍋１０内に分散される。微細気泡１
８を含む溶鋼１２は、更に、上昇浸漬管６の下部から吹
込まれる環流用ガス吹込みノズル１４からの不活性ガス
によって真空脱ガス槽４中に吸上げられると、真空脱ガ
ス処理槽２内では溶存酸素とＣが反応してＣＯガス化し
得る圧力に減圧されているので、溶鋼１２中ではＣＯ気
泡が通常自然生成しにくい極低炭素鋼領域でも、Ａrも
しくはＮ₂等の微細気泡１８が核となって無数のＣＯ気
泡が成長し、浮力の急増により浴面に浮上して槽外に排
出される。浴面下でもこの反応が進行し、順次浴面に浮
上し溶鋼外に排出され、微細気泡１８を核とする脱炭反
応が容易に、かつ急速に進行する。真空脱ガス処理層２
内の脱炭処理が終了すると、槽内の溶鋼１２にＡl等の
脱酸剤を投入して溶鋼１２内の溶存酸素を除去するが、
この脱酸剤の投入により大量のＡl₂Ｏ₃が発生する。Ａl
₂Ｏ₃が溶鋼２中に残存すると非金属介在物として圧延後
の疵の原因となるが、本発明における微細気泡１８の存
在によって生成されたＡl₂Ｏ₃は微細気泡１８に吸着し
易く、容易に浮上して取鍋１０内に浮上するスラグ２２
に集積される。従って、微細気泡１８は脱酸生成物Ａl₂
Ｏ₃の浮上にも効果があり、清浄化作用があることが判
明した。

【００１５】

【実施例】本発明の効果を確認するために、実機によっ
て本発明装置による本発明法と、従来の微細気泡１８の
発生装置を有しない真空脱ガス処理装置による方法の比
較例により、高清浄度極低炭素鋼を溶製し、いずれも連
鋳機で連続鋳造する時のタンディッシュ内の溶鋼の全酸
素を比較する比較試験を行った。すなわち、転炉にて
Ｃ：０.０３〜０.０５％まで粗脱炭した２６０〜２７０
ｔの溶鋼１２を取鍋１０に収容し、真空脱ガス処理する
に当り、真空脱ガス槽４の槽内真空度を０.５トールと
し、環流用Ａr流量２Ｎｍ³/minとした。脱ガス処理前の
溶鋼温度はいずれも１６１０〜１６２０℃の範囲であ
り、処理前の〔Ｃ〕は５００〜７００ppmであつた。本
発明法によるものは、取鍋１０の内側に微細気泡１８を
発生させる回転羽根式吹込み装置１６を設け、微細気泡
発生用Ａrガスの吹込量を２５０Ｎl/minとし、処理開始
から終了まで連続的に吹込んだ。なお、この実施例にお
いて、取鍋１０の浴面に挿入した丸棒に付着した溶鋼地
金の凹凸から発生した微細気泡１８は０.５〜２mmφで
あることを確認した。

【００１６】本発明によらない比較例は微細気泡１８の
吹込みを行わず、取鍋１０に収容された溶鋼１２は直ち
に真空脱ガス処理を行った。両者の脱炭処理時間の経過
によるＣ濃度の低減状況は図４に示すとおりである。図
４より明らかな如く、本発明法による場合は、従来、脱
炭が停滞すると言われている〔Ｃ〕≦２０ppmにおいて
も、脱炭が進行し、脱ガス処理開始後約２０分で〔Ｃ〕
≒１０ppmに到達することができた。一方、微細気泡処
理を行わない比較例においては、図４に示すごとく、
〔Ｃ〕≦２０ｐｐｍの脱炭速度は極めて緩慢で、処理開
始後２０分では精々〔Ｃ〕≒１５〜２０ppmの範囲であ
った。本発明例ならびに比較例とも、脱炭処理終了直後
脱酸剤投入後約１０分間同一脱酸処理を行った後、連鋳
機で鋳込んだが、鋳込直前のタンディッシュ内溶鋼の全
酸素は、比較例はいずれも２８〜３３ppmであったのに
対し、本発明例はいずれも１５〜１８ppmであり、本発
明の効果が明確に認められた。

【００１７】

【発明の効果】真空脱炭処理による従来の高清浄度極低
炭素鋼の溶製方法は、真空脱ガス槽内の地金付着の増
加、環流管の耐火物寿命の低下等多くの操業上の問題が
あることに鑑み、溶鋼中に置ける〔Ｃ〕と〔Ｏ〕が結合
しても直ちにＣＯ気泡になることは熱学的にも困難で、
気液もしくは固液界面を有する何らかの気泡発生核が必
要との着想からこの気泡発生核として、溶鋼中に分散し
たＣＯ分圧の低い不活性ガスより成る微細気泡を供給し
て浴面下での脱炭反応を促進させようとし、先に特開平
３−１３４１１５により下降浸漬管の内側もしくはその
下端を選び、この位置に微細気泡を発生させる不活性ガ
スの吹込み装置を設け、下降浸漬管を介して下降する溶
鋼流中にＡr等の不活性ガスを吹き込む構成を有する本
発明と同一目的の発明を開示したが、多孔質耐火物のみ
によるガス吹込みは、該耐火物の表面で微細気泡同志が
相互に合体して気泡を大きくすることがあり、均一な微
細気泡を安定して供給することが困難であるという問題
があつた。本発明は取鍋の内側に耐火材で保護された回
転羽根式ガス吹込み装置を設けることにより、この問題
を克服し、次の如き効果を挙げることができた。

【００１８】(イ) 多孔質耐火物表面で生成される無数の
微細気泡は、回転羽根の作用により多孔質耐火物の表面
から強制的に引離されるので、微細気泡は合体すること
なくそのままの大きさで溶鋼中に分散される。 (ロ) 取鍋で発生した微細気泡は真空脱ガス槽に循環され
て、真空脱ガス処理槽においては、溶鋼中に分散したＣ
Ｏ分圧の低い不活性ガスより成る微細気泡を発生核とし
て、浴面下の脱炭反応が著しく促進される。 (ハ) 気泡の微細化により溶鋼中の気液反応界面積が飛躍
的に増加する。 (ニ) 微細気泡を核として減圧下で成長する気泡は小さ
く、かつ分散しているので崩壊時のスプラッシュは極め
て軽度であり、脱ガス槽壁への地金の付着は少い。 (ホ) 従来、脱炭が停滞するといわれている〔Ｃ〕≦２０
ppmにおいても脱炭が進行し、極低炭素鋼の最低到達Ｃ
値を更に下げることができた。 (ヘ) 酸素源の追加がないので溶鋼清浄度の悪化がない。 (ト) 脱炭処理終了後のＡl等の脱酸剤投入により発生す
るＡl₂Ｏ₃等の脱酸生成物は、微細に分散されている溶
鋼中の微細気泡に吸着され、浮上分離されるので溶鋼の
清浄化が助長される。 (チ) 本発明法の実施によつても取鍋や真空脱ガス槽の寿
命に悪影響を及ぼすことがなく、操業も極めて容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転羽根式ガス吹込装置による微
細気泡発生装置を有するＲＨ真空脱ガス槽の下部を示す
模式部分断面図である。

【図２】本発明による回転羽根式ガス吹込装置の羽根部
を示す平面断面図（図３のＢ−Ｂ線矢視断面図）であ
る。

【図３】本発明による回転羽根式ガス吹込装置の羽根部
を示す正面部分断面図である。

【図４】本発明の実施例と従来法による比較例とを対比
する真空脱炭処理時間の経過に伴う溶鋼中の〔Ｃ〕濃度
(ppm)の変化を示す線図である。

【符号の説明】

２ 真空脱炭処理槽 ４ 真空脱ガス槽本体 ６ 上昇浸漬管 ８ 下降浸漬管 １０ 取鍋（容器） １２ 溶鋼 １４ 環流用吹込ガス １６ 回転羽根式ガス吹込み装置 １８ 微細気泡 １９ 不活性ガス ２０ 不活性ガス吹込み装置 ２２ スラグ ２４ モーター ２６ 中空軸体 ３０ 多孔質耐火物 ３２ 羽根 ３４ 不活性ガス供給管

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高柴 信元 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内タカ シハ゛ノフ゛ヨシ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽の下端から容器に通ずる上昇およ
   び下降浸漬管を設け、前記上昇浸漬管内に不活性ガスを
   吹き込んで容器内の溶鋼を前記真空槽に吸い上げて脱ガ
   ス処理した後、前記下降浸漬管を介して該脱ガス溶鋼を
   容器に吐出する高清浄度極低炭素鋼の溶製方法におい
   て、前記容器の内側に設けられた回転羽根式ガス吹込み
   装置を介して前記溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活
   性ガスを吹込む段階と、前記微細気泡を前記容器内溶鋼
   中に分散させる段階と、前記微細気泡を分散させた溶鋼
   を前記真空槽へ循環させる段階と、を有して成ることを
   特徴とする高清浄度極低炭素鋼の溶製方法。
2. 【請求項２】 溶鋼を収容する容器と、前記容器の上方
   に設けられた溶鋼を脱ガス処理する真空槽と、前記真空
   槽の底部から前記容器に通じそれぞれ溶鋼を上昇および
   下降させる２本の浸漬管と、を有して成る溶鋼の真空脱
   ガス装置において、前記容器の内側に設けられ耐火材に
   て保護された回転羽根を介して前記溶鋼下降流に微細気
   泡を発生させる不活性ガスの吹込み装置を有することを
   特徴とする高清浄度極低炭素鋼の溶製装置。