JPH07100813B2

JPH07100813B2 - 溶鋼の脱水素促進方法

Info

Publication number: JPH07100813B2
Application number: JP3519587A
Authority: JP
Inventors: 薫眞目; 亨松尾
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPS63203718A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、溶鋼中の脱水素反応を促進する方法に関する
ものである。

（従来の技術）溶鋼中の〔Ｈ〕溶解度は第８図に示すように1600℃て2
6.8ppmと高く、これを低水素化する為には、次の２つの
条件が必要になる。

減圧（真空）ガス−メタル界面におけるガス側の水素分圧（P_H2）を
低くすると第９図に示すようにこれと平衡する溶鋼中の
〔Ｈ〕濃度は低下する。

この時、到達〔Ｈ〕濃度を低下することができる。

反応界面積脱Ｈ反応はガス−メタルの界面で起こり、この界面積が
大きい程脱Ｈ反応速度は速くなる。また減圧（真空）条
件下では溶鋼中の気泡を拡大できるので脱Ｈ反応促進に
効果的である。従って効果的に低Ｈ化するには、ガス−
メタル界面積を極力大きくし（脱Ｈ速度を向上させて）
高真空処理する（気泡の撹拌力増大と到達〔Ｈ〕値を低
くする）ことが肝要である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、ガスメタル界面積のうち溶鋼の自由表面
は設備条件により決定されるので、これを増大すること
は難しい。そこで溶鋼にガスを導入する方法が一般的に
採用されているが、多量のガスを導入すると真空度が悪
化するので導入ガス量も無条件に増大できない。また真
空排気能力を増強して真空度を確保する等の設備改善も
必要になってくる。この例としてRHにおけるものについ
て説明する。

現在250TONの溶鋼を処理する場合の環流Arガス量は約16
0Nl/min、真空度は0.3Torrで処理を行っている。これを
脱Ｈ促進を目的に環流Arガス量を3000（〜5000）Nl/min
に増大したところ真空度は0.6〜0.8Torrに悪化した。そ
して環流量の増加に伴い上昇管直上近傍の真空槽側壁に
はスプラッシュが多量に付着し、操業を阻害することも
あった。そこで真空度を従来レベル（0.3Torr）にする
ため、真空排気能力を増強させたが、スプラッシュを軽
減させることはできなかった。

この時の脱Ｈ速度は約10×10^-4（sec^-1）、到達Ｈ値は
1.5ppmで環流Ar量を増加させると、脱Ｈ速度が若干良く
なり（12×10^-4（sec^-1））、到達Ｈ値は1.3ppmとなっ
た。しかし平均的に1ppm以下とすることは難しい。

即ち、このRHの例において問題となるのはArガスを多量
に導入すると、真空度が悪化することと共に、局部
的に導入したArガスによりスプラッシュが増大すること
である。これに対して、の問題については設備増強と
いう対策があるが、の問題については対策がない。

本発明はかかる問題点を解決できる溶鋼の脱水素促進方
法を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者等は上記した問題点を解決するために種々研究
・実験を行った結果、次の点に改良点を見い出した。

Arガス増量分（例えば1400Nl/min）よりも少ないガス
量を溶鋼内部から発生させる。溶鋼内から発生させる
ガス気泡径を小さく微細気泡とさせる。溶鋼内部から
発生させる気泡は溶鋼内及び溶鋼表面全体から均一に発
生させる。

しかして、この〜の改良ができれば、により真空
度悪化が軽減でき、により単位ガス量当たりのガス−
メタル界面積を増大させることができ、さらににより
局部的な溶鋼のスプラッシュは減少し、極めて操業が安
定する。

そこで本発明では、合金成分を合計で１重量％以上含有
する溶鋼に対して合金成分調整後に脱水素処理を施すに
際し、あらかじめ400℃以上の温度で加熱乾燥させて付
着又は含有水分量を0.05重量％以下とした酸化剤粉体あ
るいは精錬用粉体を、200Torr以下の減圧容器内に入れ
た溶鋼の表面に上吹又は溶鋼内部に吹込むことにより脱
炭反応を促進させてガス−メタル界面積を増大させるこ
とを要旨としているのである。

次に本発明方法について詳細に分説する。

１）添加方法例えば鉄及び／又はMnの酸化物等の酸化剤粉体又は金属
の炭酸塩を含む精錬用粉体の添加は、溶鋼内に侵入、分
散させてCO生成核となる様に添加させるのが特徴であ
る。とりわけ溶鋼自由表面直下では、溶鋼内に比べて静
鉄圧が低いので脱Ｃ反応Ｃ＋Ｏ＝COにおいてP_CO（CO分
圧）を低くさせて反応を促進させることができる。

従って添加方法としては溶鋼表面上方から前記粉体を上
吹し、侵入、分散させるのがよい。

しかし、溶鋼内への粉体吹込の場合においては、静鉄圧
が大きい所においても粉体の分散が十分できればCO生成
核形成効果が発揮できる。

２）粉体上吹上吹にすると静鉄圧の低い溶鋼表面直下で脱Ｃ反応を促
進でき、P_CO及びP_H2を最も低い条件の設定ができる。ま
た、上吹にすると粉体の溶鋼中への侵入後の分散が容易
となる。

上吹に供するランスとしては、（ａ）ストレートノズル
を有する単孔ランスに限らず、（ｂ）例えば特開昭59−
35615号公報に記す特殊４孔ノズルを有するランス、等
のいずれでもよいが、粉体が溶鋼表面に到達するだけで
は不十分であり、溶鋼内に侵入し、分散させることが望
ましい。

３）粉体吹込吹込法では前記上吹の効果が若干劣る。粉体が吹込ガス
中にとじこめられたり、粉体相互の凝集が生じるためで
あるが、分割投入にくらべると溶鋼中でのCO生成核とし
ての作用や、微細CO気泡の形成効果は高い。

吹込に供するノズルとしては、（ａ）常時はガスのみが
流れ、（ｂ）必要に応じ粉体が供給できる構造にしてお
く。粉体を溶鋼内に添加するだけでは不十分であり、粉
体が溶鋼内に分散するようにさせるのが望ましい。

４）粉体中の水分酸化剤粉体又は精錬用粉体は通常の使用条件下で大気中
の水分又はその他の水分源を吸収又は付着する。従って
その粉体が付着及び含有する水分量は、脱Ｈ目的に使用
する場合極力少ない方が良いが、これを皆無にすること
も極めて難しい。許容量としては脱Ｃする方法により異
なるが、上吹法では0.1重量％以下であれば〔Ｈ〕≦1pp
mを達成できるが、吹込法では0.5重量％以下で〔Ｈ〕≦
1ppmが可能である。

そこで本発明は0.05重量％以下とした。

ところで粉体中の水分含有量を0.05重量％以下にする為
の加熱乾燥温度を400℃以上にしたのは、付着水分のみ
ならず、含有水分（水和物）をも除去させるためであ
る。

なお、400℃以下では水分含有量を0.05重量％以下にす
るのに相当の乾燥時間を要する。

５）粉体の粒度粉体の粒度は溶鋼中でCO生成核として作用させる為には
その数が多いことが望ましく、かつ溶鋼に分散させるの
が好ましい。CO生成核の多量に存在させるとそれだけCO
生成機会が増え、またCO生成核の微細化させればそれだ
け生成するCOガスの気泡は微細になる。

しかして、脱Ｈ反応はこのガス−溶鋼の界面で起こり、
同じCO発生量の場合、その生成気泡を細かくする程界面
積は大きくなる。従って、微細のCO気泡を形成させると
それだけ脱Ｈ速度を大きくできる。

粉体の粒度が大きい場合、生成するCO気泡は大きく、ガ
ス−溶鋼界面積の増大効果が少ない。一方、粉体の粒度
が細かすぎる場合、溶鋼内に侵入する際互いに接触し集
合体を形成し易くなると共に、粉体のもつ運動エネルギ
ーの絶対量が少なくなり、溶鋼内に侵入し難くなる為結
果的にはガス−メタル界面積増大の効果が低下する。従
って添加する方法や条件により最適な粒度範囲がある。

粉体上吹の場合には最大で1mm程度、最小でも0.05mm程
度の範囲で用いることが望ましい。また、粉体吹込の場
合には細かい方の領域では集合するために使い難く最大
1mm程度、最小でも0.2mm程度は必要であった。

６）真空度粉体の溶鋼中への侵入、分散が十分であっても真空度が
良い程脱Ｃは促進される。つまり圧力が低ければ低い程
脱Ｃ促進に有利である。

実際には粉体を使う場合、キャリアーガスが必要であ
り、そのガスは反応系内の真空度を悪化させるので注意
が必要である。ところが本発明の場合、粉体の溶鋼中へ
の侵入、分散効果は系の真空度が悪化しても余り変わら
ず、脱Ｃ促進、脱Ｈ促進は維持できる。

しかし200Torr以上に悪化すると上吹した粉体が溶鋼到
達前後に失速して飛散し、また吹込粉体の場合も同時に
吹込んだキャリアーガスが十分拡大されず粉体を集合さ
せることとなった。従って本発明では200Torr以下の減
圧条件で用いるのが良く、勿論高真空程良い。

７）合金成分の合計が１重量％以上かかる如く特定したのは、成分調整時に合金鉄から
〔Ｈ〕ピックアップがあり、特に低Ｈ化すべき鋼種のう
ちで低Ｈ化が難しいものに限定したからである。

（実施例）以下本発明方法の実施例について説明する。

その１）取鍋を用いた実施例第１図に示すように取鍋３に入れた溶鋼（2TON、Ｃ＝0.
1重量％、Mn＝1.5重量％、1600℃）に湯面間高さ400mm
のところから上吹ランス１を用いて鉄鉱石粉体を上吹し
た（本発明１）。真空槽２内の圧力は20Torrで、取鍋３
底部よりArガスにて溶鋼４を撹拌した。鉄鉱石の供給速
度は約0.2kg/min・ｔ一定とし、底吹Arガス量は約１〜3
l/min・ｔとした。しかして、鉄鉱石粉体上吹後約20分
での脱炭量は約0.05重量％であった。

この時の脱Ｈ挙動は、初期〔Ｈ〕＝2.8ppmのものが20分
後には0.32ppm迄到達した。

同じ装置を用いて酸素ガスを上吹して脱Ｃさせた場合及
び鉄鉱石粒を上方から分割添加した場合の比較実験の結
果と共に前記本発明１の結果を下記第１表及び第２図、
第３図に示す。

また同じ装置を使って鉄鉱石粉体を第１図に一点鎖線で
示すように溶鋼４の表面からの深さ150mmにて吹込み脱
Ｃさせた（本発明２）。この時上記第１表に示すように
本発明１より脱Ｈ効果は若干劣るものの比較１及び比較
２にくらべ脱Ｈ効果の高いことが明らかである。

従って本発明の詳細説明で述べたように溶鋼に酸素源を
添加し、強制的に脱Ｃ反応を生ぜしめ、脱Ｈ促進を図る
場合においても本発明のように酸化剤粉体を上吹又は吹
込む方法は、特に脱Ｈ効果が高い。しかも、従来到達
〔Ｈ〕≦1ppmが容易に得難い状況下にあって本発明で容
易に得られることも明らかであり、第９図に示す1600℃
における水素溶解度約4ppmの約1/10を得ることができ
た。

その２）RHを用いた実施例第４図に示すように取鍋３に入れた溶鋼（250TON、Ｃ＝
0.07重量％、Mn＝1.4重量％、1600℃）をRHで処理する
に際し、その真空槽２′にてランス−湯面間高さ600mm
のところから上吹ランス１を用いて鉄鉱石粉体を上吹し
た（本発明３）。真空槽２′内の圧力は約0.8Torrで、R
H環流Rrガスは1600Nl/min一定とし、RH処理を20分実施
した時の脱Ｃ量は約0.06重量％であった。この時の脱Ｈ
挙動は、初期〔Ｈ〕＝4.2ppmのものが0.8ppm迄到達し
た。

同じRHを用いて酸素ガスを真空槽側壁から斜め上吹した
場合及び鉄鉱石塊を上方から分割投入した場合の比較実
験と共に本発明３の結果を下記第２表に示す。

また、同じRHを使って鉄鉱石粉体を溶鋼表面からの深さ
約200mmにて第４図の吹込羽口５を通して吹込み脱Ｃさ
せた（本発明４）。この時の脱Ｈ効果は上記第２表に示
すように本発明３とほぼ同じものであり、比較３、比較
４、にくらべいずれも高い脱Ｈ効果を呈した。

以上のように本発明は、取鍋内溶鋼の脱Ｈ促進に限らず
RHの如き溶鋼を循環させた場合における真空槽での脱Ｈ
促進にも非常に効果的であり、容易に〔Ｈ〕≦1ppmが溶
製できる極めて優れた脱Ｈ法である。

更に実施例その２）においても酸素ガスや固体酸化剤を
ただ添加するだけの場合に得られる脱Ｈ促進結果にくら
べ本発明３、本発明４が〔Ｈ〕濃度1ppmの壁を破る極め
て特徴ある脱Ｃ方法であることが判る。

その３）粉体の水分第１図に示す取鍋３に入れた溶鋼（2TON、Ｃ＝0.1重量
％、Mn＝1.7重量％、1600℃）を用いて固体の酸化剤中
の水分が脱Ｈ挙動に与える影響を示す実験を実施した。

その結果を第５図に示す。本発明法の上吹法や吹込法を
用いた場合、酸化剤中の水分が0.05重量％以下であれば
到達〔Ｈ〕≦1ppmが得られた。本発明１で使用した酸化
剤中の水分量は約0.02重量％のものであり、本発明２で
使用した酸化剤中の水分量も約0.02重量％のものであっ
た。

従って、固体酸化剤を添加（投入）する場合においても
本発明法の酸化剤粉体上吹法及び粉体吹込法は酸化剤に
含まれる水分に対する制約条件がゆるいと言える。この
理由は本発明法の場合、上吹又は吹込む酸化剤粉体の各
微細粒が各々酸素供給源となりかつ微細CO気泡形成の生
成核となる為、付着した水分は効率よく微細CO気泡と共
に除去されるものと考える。

しかし、この付着又は含有水分は第５図に示すように少
ない方が好ましい。

その４）真空度第１図に示す取鍋３に入れた溶鋼（2TON、Ｃ＝0.1重量
％、Mn＝1.5重量％、1600℃）を用いて固体の酸化剤を
用いた時の脱Ｈ速度に与える真空度の影響を示す実験を
実施した。その結果を第６図に示す。

本発明１はk_H≒30×10^-4（sec^-1）で最も大きく、次い
で本発明３のk_H≒19×10^-4（sec^-1）、更に比較２の分
投法k_H≒2.8×10^-4（sec^-1）の順となった。

本実施例において明らかなように本発明のうち、上吹法
は200Torr以下の真空度条件下において高い脱Ｈ速度を
維持できることが判る。

このことからも本発明の記載する酸化剤粉体上吹法又は
吹込法が優れた脱Ｈ促進法であることが明らかである。

その５）底吹Arガス第１図に示す取鍋３に入れた溶鋼（2TON、Ｃ＝0.1重量
％、Mn＝0.8重量％、Cr＝0.7重量％、1600℃）に鉄鉱石
粉体を上吹した。この時の実施条件はその１）の本発明
１と同じであるが、Ar撹拌をしない時の結果を第７図の
中の●印で示す（本発明５）。

なお、第７図に示す●印等の場合の条件は下記第３表に
示す如くである。

この時の脱Ｈ挙動は初期〔Ｈ〕＝2.5ppmのものが、20分
後0.78ppmまで低下した。

すなわち、底吹Ar撹拌がなくても、本発明法の上吹法を
使えば〔Ｈ〕≦1ppmとすることができることが明らかに
なったが、底吹Arガス撹拌を併用すると更に脱Ｈ促進効
果が高められる。

また、その１）の本発明２にて記載した実施結果は、鉄
鉱石粉体を吹込み方法によるArガス撹拌の効果が相剰効
果として表れている。そして本発明２の条件中、底吹Ar
ガス撹拌を停止した場合（本発明６）では、初期〔Ｈ〕
＝2.8ppmのものが、1.0ppm迄到達した。

その６）CaCO₃上吹第１図に示すように取鍋３に入れた溶鋼（2TON、Ｃ＝0.
1重量％、Mn＝1.2重量％、Cr＝0.7重量％、1600℃）に
ランス−湯面間高さ400mmのところから上吹ランス１を
用いてCaCO₃粉体を上吹した（本発明７）。真空槽２内
の圧力は20Torrで取鍋底部よりArガスにて溶鋼４を撹拌
した。

CaCO₃粉体の供給速度は約0.2kg/min・ｔ一定とし、底吹
Arガス量は約１〜3Nl/min・ｔとした。CaCO₃粉体上吹後
約20分での脱炭量は約0.02重量％であった。

この時の脱Ｈ挙動は初期〔Ｈ〕＝3.1ppmのものが20分後
に1.1ppm、25分後には1ppm以下となった。これは、前記
第１表の本発明２にくらべて若干劣るものの、溶鋼中の
〔Ｃ〕を余り低下させずに粉体の熱分解により発生する
CO₂気泡が脱Ｈ促進に有効に作用すると共にCO₂＋Ｃ＝2C
OによるCO₂は溶鋼の脱Ｃを引きおこす。

CaCO₃粉体は大気中の水分吸着（吸収）をし難く、用い
る粉体の水分管理が容易であるので脱Ｈ促進効果も高
い。

（発明の効果）以上説明したように本発明は、合金成分を合計で１重量
％以上含有する溶鋼に対して合金成分調整後に脱水素処
理を施すに際し、あらかじめ400℃以上の温度で加熱乾
燥させて付着又は含有水分量を0.05重量％以下とした酸
化剤粉体あるいは精錬用粉体を、200Torr以下の減圧容
器内に入れた溶鋼の表面に上吹又は溶鋼内部に吹込むこ
とにより脱炭反応を促進させてガス−メタル界面積を増
大させる方法である為、従来方法にあった問題点をすべ
て解決でき脱水素を効果的に促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の第１実施例を示す説明図、第２
図、第３図及び第７図は精錬時間と水素濃度値との関係
図、第４図は本発明方法の第２実施例を示す説明図、第
５図は酸化剤中の水分量と到達水素濃度値との関係図、
第６図は真空度と脱水素速度係数との関係図、第８図は
純鉄中の水素溶解度を示す図面、第９図は1600℃におけ
る水素の溶解度を示す図面である。１はランス、２、２′は真空槽、４は溶鋼。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金成分を合計で１重量％以上含有する溶
鋼に対して合金成分調整後に脱水素処理を施すに際し、
あらかじめ加熱乾燥させて付着又は含有水分量を0.05重
量％以下とした酸化剤粉体あるいは精錬用粉体を、200T
orr以下の減圧容器内に入れた溶鋼の表面に上吹又は溶
鋼内部に吹込むことにより脱炭反応を促進させてガス−
メタル界面積を増大させることを特徴とする溶鋼の脱水
素促進方法。
【請求項２】溶鋼表面に前記粉体を上吹するに際し、溶
鋼内に不活性ガスを導入しながら、あるいは溶鋼表面上
に沸き出したガスに目がけて粉体を上吹することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の溶鋼の脱水素促進方
法。