JPH0860231A - 溶鋼の高清浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】浸漬管を用いる溶鋼の高清浄化方法の提供。 【構成】取鍋中溶鋼に筒状浸漬管を浸漬後、浸漬管内を
減圧して溶鋼を吸上げ、浸漬管の投影面積内の取鍋底部
から不活性ガス叉は可溶性ガスもしくは両者の混合ガス
を吹込む際に、浸漬管内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂ との比Ｄ
₁ ／Ｄ₂ を、0.5 〜 0.8とし、溶鋼中に存在叉は溶解し
たガスを減圧作用により微細気泡として発生させて溶鋼
中介在物をこの気泡中に捕捉させ、介在物を分離除去す
る溶鋼の高清浄化方法。この方法で可溶性ガスを用いる
場合には、減圧後復圧し、このガスを溶鋼中に溶解させ
た後再び減圧するか、叉は減圧前にこのガスを溶鋼中に
溶解させる方法を用いるのがよい。可溶性ガス成分を含
む合金を用いることもできる。 【効果】浸漬管の溶損を少なくしながら、清浄性の高い
鋼を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶鋼の高清浄化方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼中に懸濁する介在物は、製品欠陥の
原因となり、その分離除去が重要である。

【０００３】一般に、二次精錬における溶鋼の清浄化方
法については、大気圧下ではガス撹拌法（取鍋底吹き羽
口またはガス吹き込みランスを利用）が主に用いられて
おり、その際の大気による酸化防止のために裸の湯面を
覆う浸漬管を使用する方法も適用されている。また、真
空下ではＲＨ法もよく利用されている。この他、耐火物
製のフィルターに溶鋼流を通し、そのフィルターで介在
物を除去する方法がある。

【０００４】特開平２−99263 号公報には、加圧容器を
用いずに大気圧またはそれ以下の状態で可溶性ガスによ
り溶融金属をバブリングしてこのガスを溶解させ、その
後急速に減圧して溶融金属中に微細ガス気泡を発生さ
せ、溶融金属中に浮遊する介在物をこの気泡に捕捉（ト
ラップ）させて浮上分離する方法が示されている。

【０００５】特開平１−188619号公報には、上記技術を
ＲＨ法に適用し、取鍋内の溶鋼に取鍋底から可溶性ガス
（例えば水素ガス）と不活性ガス（例えばアルゴンガ
ス）とをバブリングし、この処理を終了する前から以後
取鍋内の溶鋼を真空槽内に吸い上げながら不活性ガスを
吹き込み、ＲＨ真空脱ガス処理を行う方法が示されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来方法には、
次のような問題がある。

【０００７】特開平２−99263 号公報に示される方法を
適用する場合、微細気泡の生成を促進するために減圧速
度を速めるとガスの生成が一気に起こり、スラグフォー
ミングに似た現象が発生し、取鍋からスラグや溶鋼が横
溢してしまう。これを防止するために減圧速度を緩やか
にすると微細気泡の生成が抑制されてしまい、介在物を
トラップして溶鋼中から分離する能力も低下してしま
う。また、減圧中に溶鋼中の可溶性ガス成分が減少する
と、減圧する際に発生する微細気泡を利用することがで
きないようになり、その結果、介在物の分離能力も低下
してしまう。

【０００８】特開平１−188619号公報に示される方法で
は、ＲＨ処理中に取鍋底部からガスを吹き込むため、上
昇管内にこのガスが入りきらずに取鍋内の溶鋼表面に到
達し、浸漬管外側またはフランジ部が高温の溶鋼やスラ
グで洗われること、あるいは真空槽下部が溶鋼やスラグ
で洗われることにより、上昇管および下降管の外周部や
真空槽下部を溶損してしまう。

【０００９】さらにこの方法では、可溶性ガスが溶解し
た溶鋼は、還流用不活性ガスが充満した狭い浸漬管（上
昇管）内を上昇することになる。この不活性ガス気泡内
は、可溶性ガス分圧がほぼゼロであるので、溶鋼中の可
溶性ガス成分は容易にこの気泡中に移動して微細気泡の
生成効率が著しく低下してしまう。たとえ、微細気泡が
生成したとしても、気泡径が小さいため気泡の上昇速度
は小さい。ところが、還流用の不活性ガス気泡はその径
が大きく、したがって気泡上昇速度も大きいため、容易
に微細気泡をトラップしてしまうので、介在物を捕捉す
る効率は小さくなる。

【００１０】上記のように、狭い浸漬管内で可溶性ガス
の脱ガスが進行するため、溶鋼がＲＨ真空槽に到達した
時点での可溶性ガスの溶解濃度は低下してしまい、ＲＨ
真空槽内での微細気泡の生成速度も低下する。

【００１１】以上のように、ＲＨ真空脱ガス装置におい
ては、取鍋内溶鋼のバブリングのために可溶性ガスを用
いたとしても、このガスの微細気泡化による介在物の除
去効率は著しく低下する。

【００１２】本発明の目的は、筒状浸漬管を用いること
で、上記の課題を解決することができる溶鋼の高清浄化
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)〜(3) の溶鋼の高清浄化方法にある。

【００１４】(1) 取鍋中溶鋼に筒状浸漬管を浸漬した
後、浸漬管内を減圧することにより溶鋼を浸漬管内に吸
い上げ、浸漬管の投影面積内の取鍋底部から不活性ガス
または溶鋼中への可溶性ガスもしくは両者の混合ガスを
溶鋼内に吹き込む際に、浸漬管内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂
との比Ｄ₁ ／Ｄ₂ を 0.5〜0.8 とし、溶鋼中に存在また
は溶解したガス成分を浸漬管内の減圧作用によって微細
気泡として発生させ、溶鋼中介在物をこの微細気泡中に
捕捉させることにより、介在物を溶鋼から分離除去する
ことを特徴とする溶鋼の高清浄化方法。

【００１５】(2) 上記(1) の方法において吹き込みガス
として溶鋼中への可溶性ガスを用いる場合に、浸漬管内
を減圧した後復圧し、可溶性ガスを溶鋼中に溶解させた
後、再び減圧することを特徴とする溶鋼の高清浄化方
法。

【００１６】(3) 上記(1) または(2) のいずれかの方法
において吹き込みガスとして溶鋼中への可溶性ガスを用
いる場合に、浸漬管内を減圧する前に、可溶性ガスを溶
鋼中に溶解させることを特徴とする溶鋼の高清浄化方
法。

【００１７】(4) 可溶性ガスの吹き込みに替えて、可溶
性ガスを含む固体を添加するかまたは吹き込むことを特
徴とする上記(1) から(3) までのいずれかの溶鋼の高清
浄化方法。

【００１８】

【作用】図１に基づいて上記の本発明方法を実施するた
めの装置の例を説明する。

【００１９】図１はこの装置構成の概略を示す縦断面図
であり、図１(a) は浸漬管を浸漬し減圧する前または復
圧した後の状態、図１(b) は減圧後の状態をそれぞれ示
す。

【００２０】減圧前において取鍋１内の溶鋼２に筒状の
浸漬管３を浸漬し、取鍋１内の溶鋼２の下部に設けた取
鍋底吹き羽口４から不活性ガスまたは溶鋼中への可溶性
ガスもしくは両者の混合ガスである吹き込みガス５を溶
鋼２内に吹き込む。浸漬管３は図示するように、一本足
の構造を有する筒状のものとするのが最もよい。

【００２１】取鍋底吹き羽口４は、浸漬管３の取鍋１の
底部に対する投影面積内の取鍋下部に設けられる。この
配置により、浸漬管３内を減圧した際に、浸漬管３内の
溶鋼部で吹き込みガス５の微細気泡を発生させることが
できる。さらに、可溶性ガスを用いる場合には、浸漬管
３内の減圧中に微細気泡の源となる可溶性ガスの溶解濃
度が低下するのを防止することができ、かつ、吹き込み
位置が取鍋底部であれば吹き込みガス出口での溶鋼静圧
が高くなり、可溶性ガスの溶解度が向上する。

【００２２】不活性ガスとしてはAr、Heなどを用いる。
可溶性ガスとしては、Ｈ₂ 、Ｎ₂ など、またはこれらを
含むエタン、メタン、プロパンなどのガスが適する。

【００２３】また、可溶性ガス成分の供給源としては、
そのガス元素を含む固体を添加してもよい。例えば、Ｈ
₂ の場合は水素吸蔵合金、またはCa(OH)₂ 、Mg(OH)₂ な
ど、Ｎ₂ の場合は窒化合金（窒化Mn、窒化Cr）などの塊
状のものである。このような合金を用いる方が、可溶性
ガスをバブリングする場合よりも、短時間で溶鋼中の可
溶性ガスの溶解濃度を高めることができる。

【００２４】取鍋底吹き羽口４の代わりにインジェクシ
ョンランス（図示せず）を用いて、浸漬管３から溶鋼２
の下部にその先端部を挿入し、上記の吹き込みガス５が
底吹き羽口４の場合と同様に浸漬管３内に浮上するよう
にしてもよい。この場合に不活性ガスをキャリアーガス
として、前述の可溶性ガスを含む合金の粉体状または粉
粒体状などの気送可能な形状のものを吹き込めば、可溶
性ガスの溶鋼中への溶解濃度の向上において、両者の混
合ガスを吹き込む場合および塊状合金で添加する場合以
上の効果を得ることができる。

【００２５】不活性ガスと可溶性ガスを混合する場合の
望ましい比率の範囲は、ガス量換算の不活性ガスとして
１〜90vol.％、さらに望ましいのは30〜90vol.％であ
り、いずれも残部が可溶性ガスである。吹き込みガス総
量の望ましい範囲は、３〜20Ｎリットル／min ・溶鋼ト
ンである。

【００２６】このとき、溶鋼２の表面には、浸漬管３の
内外ともに上置きスラグ６が存在する。この上置きスラ
グ６は、転炉など精錬炉からの流出スラグ、もしくは出
鋼中および／または出鋼後に添加したフラックスなどで
ある。添加フラックスとしては、脱硫や浮上した介在物
の吸着などの役割を担わせるために、粉体状の合成フラ
ックスを用いるのが望ましい。上置きスラグ６の量の望
ましい範囲は、溶鋼トンあたり５〜30kgである。

【００２７】図１(a) の状態で浸漬管３内を減圧する
と、図１(b) に示すように浸漬管３内の溶鋼面が上昇す
るとともに、浸漬管３内において、溶鋼中に存在または
溶解した吹き込みガス５から減圧により発生した微細気
泡と上置きスラグ６との作用により精錬が行われる。望
ましい減圧速度は 100Torr／min 以下、同じく真空度の
範囲は、10Torr以下、同じくその維持時間の範囲は５〜
20min である。

【００２８】本発明の方法では、前述の筒状浸漬管を用
い、浸漬管内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂との比Ｄ₁ ／Ｄ₂ を
0.5〜0.8 としなければならない。

【００２９】ＲＨ真空脱ガス装置のように小径の二本ま
たはそれ以上の浸漬管を用いるのではなく、筒状の浸漬
管とすることで、その内径が大きくなり、狭い浸漬管内
に不活性ガスが充満するというＲＨ真空脱ガス装置の問
題点が解消されるとともに、小径浸漬管や真空槽下部の
溶損が発生することもなくなる。さらに、Ｄ₁ ／Ｄ₂の
範囲を 0.5〜0.8 に維持すれば、浸漬管の溶損を抑制し
ながら、介在物の分離効率を向上させることができる。
すなわち、Ｄ₁ ／Ｄ₂ が0.5 未満では浸漬管３内に収容
される溶鋼量が少なくなり、溶鋼中の介在物が微細気泡
にトラップされる量も相対的に低下してしまい介在物の
分離効率が低くなる。一方、Ｄ₁ ／Ｄ₂が0.8 を超える
と浸漬管３の溶損が増大する。

【００３０】なお、本発明の第１の方法では、浸漬管３
内の減圧開始と吹き込みガス５の吹き込み開始との順序
は問わない。同時に開始してもよい。

【００３１】本発明の第２の方法は、上記の第１の方法
において吹き込みガスとして可溶性ガスを用いる場合、
浸漬管内を減圧した後いったん復圧し、可溶性ガスを溶
鋼中に溶解させた後、再び減圧するものである。

【００３２】この場合の望ましい復圧条件は、真空度で
500〜760Torr 、その維持時間で２〜５min である。復
圧後の可溶性ガスの望ましい濃度は、［Ｈ］＝５〜10pp
m 、［Ｎ］＝ 80ppm〜飽和溶解度程度である。再度減圧
する条件は最初の減圧条件と同じでよい。

【００３３】このような方法により、最初の減圧中に微
細気泡の源となる可溶性ガスの溶解濃度が減少して微細
気泡の生成速度が低下するのを防止することが可能とな
る。

【００３４】この結果、微細気泡による介在物のトラッ
プが進行し、溶鋼の清浄性が一層高められる。

【００３５】本発明の第３の方法は、上記の第１の方法
において吹き込みガスとして可溶性ガスを用いる場合に
おいて、または可溶性ガスを用いる第２の方法におい
て、浸漬管内を減圧する前に、可溶性ガスを溶鋼中に溶
解させるものである。

【００３６】可溶性ガスをまず溶鋼中に溶解させ、減圧
に先だって可溶性ガスの濃度を高める方法としては、Ｈ
₂ 含有ガスまたはＮ₂ 含有ガスなどを大気圧下でバブリ
ングする方法を用いるのがよい。このときの望ましい可
溶性ガスの濃度は、［Ｈ］＝５〜10ppm 、［Ｎ］＝ 80p
pm〜飽和溶解度程度である。

【００３７】この方法により、微細気泡の源となる可溶
性ガスの溶解濃度を減圧前に高めることができるため、
高清浄化効率を高めることが可能となる。

【００３８】

【実施例】

（試験１）図１に示す構成の装置を用いて、下記および
表１に示す条件で溶鋼の減圧精錬処理を行い、浸漬管内
径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂ との比Ｄ₁ ／Ｄ₂ と処理前後の溶
鋼中のT.［Ｏ］との関係、Ｄ₁ ／Ｄ₂ とスラグ中のFeO
濃度変化、鋼の清浄性および浸漬管の溶損との関係を調
査した。

【００３９】取鍋容量：250 トン（上底吹転炉溶製、取
鍋中溶鋼の水素濃度は８〜10ppm ） 取鍋内上置きスラグ：CaO 85Wt％、CaF₂ 15Wt ％のフラ
ックス10kg／溶鋼トンを出鋼時に添加 取鍋内径Ｄ₂ ：４m で一定 取鍋底吹き羽口：ポーラス煉瓦使用 吹き込みガス：処理開始後５分間はArガスとプロパンガ
スとの混合ガス（プロパン10vol.％、残Ar）を２Ｎm³／
min （８Ｎリットル／min ・溶鋼トン）で一定 処理開始５分後から、15分後までArガスのみ２Ｎm³／mi
n （８Ｎリットル／min ・溶鋼トン）で一定 浸漬管内径Ｄ₁ ：1.5m、1.8m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m
で変化 浸漬管内真空度：処理開始から終了まで２Torrで一定 溶鋼温度：処理前1630〜1660℃、処理後1600〜1630℃ 溶鋼の清浄性は、処理後連続鋳造したスラブを圧延し、
採取したサンプルをミクロ検鏡して介在物を調査し、Ｄ
₁ ／Ｄ₂ ＝0.375 の場合を基準とした指数で評価した。
浸漬管の溶損（寿命、補修頻度）は、同じくＤ₁ ／Ｄ₂
＝0.375 の場合を基準とした指数で評価した。

【００４０】これらの結果を表１〜表３に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】表１に示すように、Ｄ₁ ／Ｄ₂ が0.5 以上
において溶鋼中の酸素濃度の低減効果が大きく、介在物
の低減効果も優れている。表２に示すように、Ｄ₁ ／Ｄ
₂ が0.5 以上の場合において、スラグ中のFeO 濃度の低
減効果が大きく、鋼の清浄性向上効果も著しい。表３か
ら、Ｄ₁ ／Ｄ₂ が0.8 を超えると、浸漬管の寿命および
補修頻度が著しく増加することがわかる。

【００４５】以上の結果から、浸漬管の溶損抑制と鋼の
高清浄化とを同時に満たすことができるＤ₁ ／Ｄ₂ の範
囲は、0.5 〜0.8 であることが明かである。

【００４６】（試験２）試験１と同じ装置を用いて、浸
漬管内の減圧、復圧および再減圧の工程を経る精錬処理
を行い、可溶性ガスである水素濃度の変化、溶鋼中のT.
［Ｏ］の変化、スラグ中のFeO 濃度変化および鋼の清浄
性を調査した。試験１と異なる条件は、次のとおりであ
る。

【００４７】取鍋中溶鋼の水素濃度：４〜６ppm 浸漬管内の真空度と吹き込みガス： (1) 処理開始後８〜10分間は２Torrとし、その間Arガス
のみを２Ｎm³／min（８Ｎリットル／min ・溶鋼トン）
の一定で吹き込み (2)760Torrに復圧後Ｈ₂ ガスを３〜５分間、２Ｎm³／mi
n の一定で吹き込み (3) その後２Torrに再度減圧し、Arガスを４〜８分間、
２Ｎm³／min の一定で吹き込み 総処理時間：約20〜25分間 溶鋼温度：処理前1640〜1660℃、処理後1600〜1620℃ 溶鋼の清浄性は、処理後連続鋳造したスラブを圧延し、
採取したサンプルをミクロ検鏡して介在物を調査し、通
常のＲＨ処理材を基準とした指数で評価した。

【００４８】これらの結果を表４および表５に示す。

【００４９】

【表４】

【００５０】

【表５】

【００５１】表４及び表５に示すように、Ｄ₁ ／Ｄ₂ が
0.5 以上において溶鋼中の酸素濃度とスラグ中のFeO 濃
度との低減効果が大きく、介在物の低減効果も優れてい
る。

【００５２】Ｄ₁ ／Ｄ₂ が0.8 を超えても、これらの効
果は優れているが、試験１と同様に浸漬管を大径にしす
ぎることにより生ずる耐火物の亀裂および溶損量が増大
した。

【００５３】表２及び表５に示す鋼の清浄性指数の比較
から明らかなように、鋼の清浄性は、減圧した後復圧し
て可溶性ガスの溶解濃度を高める方法の方が、減圧のみ
を行う方法よりも良好である。

【００５４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、浸漬管の溶損を
少なくしながら、清浄性の高い鋼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置の例を示す縦
断面図である。(a) は浸漬管内の減圧前の状態、(b) は
減圧後の状態を示す。

【符号の説明】

１：取鍋、２：溶鋼、３：浸漬管、４：取鍋底吹き羽
口、５：吹き込みガス、６：上置きスラグ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】取鍋中溶鋼に筒状浸漬管を浸漬した後、浸
   漬管内を減圧することにより溶鋼を浸漬管内に吸い上
   げ、浸漬管の投影面積内の取鍋底部から不活性ガスまた
   は溶鋼中への可溶性ガスもしくは両者の混合ガスを溶鋼
   内に吹き込む際に、浸漬管内径Ｄ₁ と取鍋内径Ｄ₂ との
   比Ｄ₁ ／Ｄ₂ を 0.5〜0.8 とし、溶鋼中に存在または溶
   解したガス成分を浸漬管内の減圧作用によって微細気泡
   として発生させ、溶鋼中介在物をこの微細気泡中に捕捉
   させることにより、介在物を溶鋼から分離除去すること
   を特徴とする溶鋼の高清浄化方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において吹き込みガス
   として溶鋼中への可溶性ガスを用いる場合に、浸漬管内
   を減圧した後復圧し、可溶性ガスを溶鋼中に溶解させた
   後、再び減圧することを特徴とする溶鋼の高清浄化方
   法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２記載のいずれかの
   方法において吹き込みガスとして溶鋼中への可溶性ガス
   を用いる場合に、浸漬管内を減圧する前に、可溶性ガス
   を溶鋼中に溶解させることを特徴とする溶鋼の高清浄化
   方法。
4. 【請求項４】可溶性ガスの吹き込みに替えて、可溶性ガ
   スを含む固体を添加するかまたは吹き込むことを特徴と
   する請求項１から請求項３までに記載のいずれかの溶鋼
   の高清浄化方法。