JPH09209024A

JPH09209024A - 低窒素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JPH09209024A
Application number: JP3544596A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Kitamura; 寿宏北村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】スプラッシュの発生を抑制して耐火物の耐用
性を低下させることなく、溶鋼中の成分調整が容易であ
り、しかも脱窒効率を高く維持することのできる低窒素
鋼の溶製方法を提供する。【解決手段】取鍋１１中の溶鋼１３に浸漬管１２を浸
漬し、浸漬管１２内を減圧して溶鋼１３を吸引すると共
に、取鍋１１の底部１５よりガスを供給して溶鋼１３を
撹拌する低窒素鋼の溶製方法において、炭素含有量が零
を越え０．２ｗｔ％未満である溶鋼１３を取鍋１１に装
入し、浸漬管１２内の圧力を１００〜５００ｔｏｒｒで
ある高圧状態に保持して、酸素を含有するガス又は固体
の酸化剤を浸漬管１２内の溶鋼１３に供給し、次に圧力
を２０ｔｏｒｒ以下の低圧状態に移行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼中の窒素を低
減して、鋼品質を向上する低窒素鋼の溶製方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼中の窒素濃度を低下させる方法とし
て、溶鋼中に溶け込んでいる窒素を減圧して、窒素ガス
を含むガスを溶鋼から分離して、これを排気するＲＨ
（ＲｕｈｒｓｔａｈｌＨｅｒａｕｓ）やＤＨ（Ｄｏｒ
ｔｍｕｎｄＨｏｒｄｅｒ）等の真空精錬設備を利用し
た方法が用いられている。これらの方法で、窒素濃度が
３０ｐｐｍ以下程度の低窒素鋼を溶製する場合には、脱
ガス処理に伴って、脱窒反応の界面となる溶鋼表面に鋼
中の酸素や硫黄が吸着されるために、溶鋼表面から雰囲
気ガス中への窒素ガスの離脱が阻害されて脱窒速度が遅
くなる。このため、真空精錬設備の中を高真空に維持し
て溶鋼内部から窒素ガスの気泡を発生させることが必要
となっている。例えば特開昭６０−１８４６１９号公報
には、製鋼炉にて溶製した炭素濃度が０．１ｗｔ％以上
の粗溶鋼に減圧下で気体酸素を上吹きし、このときの脱
炭反応に伴う脱窒により低窒素鋼を製造する方法が記載
されている。また、特公平７−３０３８１号公報には、
酸化性ガス及び／又は酸化剤を用いて脱炭処理する過程
において、溶鋼中の炭素濃度が臨界炭素濃度以上の領域
で、前記酸化性ガス及び／又は酸化剤の供給を一時中断
し、炭素又は炭素含有物を添加しながら高真空処理を施
すことにより、脱窒反応を効果的に促進させる高クロム
鋼の製造方法が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上示
したようにＲＨやＤＨ等の真空精錬設備において、溶鋼
内部から窒素ガスの気泡を大量、かつ効果的に発生させ
るためには、高真空度を維持する排気系が必須となり、
排気設備に多大な設備投資が必要となるという問題点が
ある。また、前記特開昭６０−１８４６１９号公報に開
示されている方法においては、製鋼炉で処理された炭素
濃度が０．１ｗｔ％以上である粗溶鋼を用いるため、精
錬処理時において減らすべき脱炭量が大きくなる。その
ため、このような粗溶鋼を短時間で処理して、低窒素濃
度の溶鋼を得るには減圧下で供給する酸素の送酸速度を
大きくする必要があるので、処理中における溶鋼のスプ
ラッシュが激しく、浸漬管、及び取鍋を構成する耐火物
の耐用性が低下するという問題点がある。さらに、溶鋼
中に吹き込まれる酸素ガスにより、溶鋼中の炭素分を酸
化させてＣＯ（一酸化炭素）ガスを生成するが、このＣ
Ｏガスの量が時間と共に減少して平衡状態に達し、溶鋼
の脱窒に必要な量のＣＯガスを確保することが困難とな
る。このため、高真空に維持したとしても脱窒効率が著
しく低下し、真空精錬処理の生産性が損なわれるという
問題があった。前記特公平７−３０３８１号公報に記載
の方法においては、炭素又は炭素含有物を添加しながら
脱窒反応に必要なＣＯガスの生成を制御して高真空処理
を施す必要があるので、ＣＯガスの生成に伴って変動す
る溶鋼中の炭素濃度の制御が困難となる。また、添加す
る炭素又は炭素含有物が粉末状であるので、炭素の溶鋼
中への均一分散ができにくく、ＣＯガスの発生源となる
のに有効な炭素の適正量を確保することが難しいという
問題があった。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、スプラッシュの発生を抑制して耐火物の耐用性
を低下させることなく、溶鋼中の成分調整が容易であ
り、しかも脱窒効率を高く維持することのできる低窒素
鋼の溶製方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の低窒素鋼の溶製方法は、取鍋中の溶鋼に浸漬管を
浸漬し、該浸漬管内を減圧して溶鋼を吸引すると共に、
前記取鍋の底部よりガスを供給して溶鋼を撹拌する低窒
素鋼の溶製方法において、炭素含有量が零を越え０．２
ｗｔ％未満である前記溶鋼を前記取鍋に装入し、前記浸
漬管内の圧力を１００〜５００ｔｏｒｒである高圧状態
に保持して、酸素を含有するガス又は固体の酸化剤を前
記浸漬管内の溶鋼に供給し、次に前記圧力を２０ｔｏｒ
ｒ以下の低圧状態に移行させる。請求項２記載の低窒素
鋼の溶製方法は、請求項１記載の低窒素鋼の溶製方法に
おいて、前記浸漬管内の圧力を前記高圧状態から前記低
圧状態に移行させる操作を複数回繰り返して行う。

【０００６】鉄鉱石やスケール等の固体酸化剤及び／又
は酸素を含有するガス等の酸化剤は、溶鋼中に分散され
て、溶鋼中の炭素を酸化することにより、ＣＯガスを発
生させると共に、酸素として溶鋼中に溶解する。この溶
解した酸素は浸漬管内の圧力の低下によりＣＯガスとし
て溶鋼内より発生する。そして、このようなＣＯガスか
らなる気泡中に、溶鋼中に溶け込んだ窒素が移行するこ
とにより溶鋼中の窒素量を低下させることができる。酸
素を含有するガス又は酸化鉄等の固体酸化剤の浸漬管内
への供給は、吹き付けランスを用いた吹き付け、インジ
ェクション、及び取鍋底部からの吹き込み等により行う
ことができ、これらの方法を適宜組み合わせることもで
きる。また、酸素を含有するガスとしては純酸素や、不
活性ガスに純酸素あるいは遅反応ガス（ＣＯ₂）を混合
したものを用いることができる。溶鋼を撹拌するために
取鍋の底部より供給されるガスには、アルゴンガス等の
不活性ガスの他に不活性ガスに酸素ガスを混合したよう
な酸化性ガス等を用いることも可能である。さらに、不
活性ガスあるいは前記酸化性ガスに窒素ガスの適当量を
付加して、溶鋼中の窒素濃度を調整することもできる。

【０００７】溶鋼中の炭素含有量が零であると、炭素を
酸化させることによって生成するＣＯガスがなく、有効
な脱窒を行うことができない。一方、炭素含有量の上限
は０．２ｗｔ％とするが、更に好ましくは０．１ｗｔ％
とする。これは炭素含有量が０．２ｗｔ％以上とすると
真空精錬処理において脱炭すべき脱炭量が大きくなり、
処理時間が長くなると共に浸漬管内に投入すべき酸化剤
の量が増加して溶鋼のスプラッシュが激しくなる等、浸
漬管を構成する耐火物の耐用性を低下させることによ
る。炭素含有量の上限値を０．１ｗｔ％とすると、さら
に溶鋼のスプラッシュを低減でき、酸化剤の浸漬管内へ
の過剰な投入を回避することができる。酸化剤を供給す
る高圧状態における浸漬管内の圧力が１００ｔｏｒｒ
（ｍｍＨｇ）より低いと、供給される酸化剤と溶鋼との
反応速度が速くなりすぎ、供給された酸素分を溶鋼中に
十分に溶解することができない。このため、圧力低下時
に発生するＣＯガスの量を十分に確保できず、反応が局
部的に起こって均一な溶鋼の処理が困難となり、操業の
安定性を維持できなくなると共に、浸漬管内にスプラッ
シュ等を生じて耐火物の耐用性が低下する。逆に、前記
浸漬管内の圧力が５００ｔｏｒｒより高くなると、通常
のレベルでの脱ガスの効率が低下する他、浸漬管内外の
圧力差が少ないために浸漬管内に供給される酸化剤等の
供給速度を安定に維持することが困難となるので好まし
くない。

【０００８】低圧状態における浸漬管内の圧力は２０ｔ
ｏｒｒ以下、さらに好ましくは０．１〜２０ｔｏｒｒの
範囲とすることが以下の理由から好ましい。即ち、浸漬
管内の圧力が０．１ｔｏｒｒより低くなると、減圧処理
する排気設備にかかる負荷が過大となると共に、溶鋼の
スプラッシュ発生等の弊害の方が無視できなくなる。一
方、低圧状態における浸漬管内の圧力が２０ｔｏｒｒよ
り高いと、必要なＣＯガスの発生量を確保することが困
難となり、ＣＯガスの発生に伴う脱窒の効率が低下す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施
の形態に係る低窒素鋼の溶製方法を適用する真空精錬設
備の説明図である。真空精錬設備１０は転炉等の製鋼炉
により成分を調整した溶鋼１３を保持する取鍋１１と、
取鍋１１の上方に設けられ溶鋼１３を吸引して、溶鋼１
３の脱ガス処理を行う浸漬管１２と、浸漬管１２の中の
上部に配置され吸引した溶鋼１３中に酸素ガス、鉄鉱
石、スケール等の酸化鉄を吹き込むための吹き付けラン
ス１４とを有している。取鍋１１は略円筒状をなす鉄製
容器であり、溶鋼１３と接する内面壁はアルミナシリカ
質あるいはアルミナジルコン質等の耐火物で内張りされ
ている。そして、その底部には、アルゴンガス等の不活
性ガスを吹き込むガス透過性の多孔質耐火物を有するポ
ーラスプラグ１５あるいはスリットを有するガス吹き込
みプラグが設けられている。従って、ポーラスプラグ１
５あるいはガス吹き込みプラグを介して取鍋１１の底部
から溶鋼１３中に不活性ガスを吹き込むことにより、取
鍋１１内の溶鋼１３を機械的に撹拌して、溶鋼１３中に
おける脱窒、脱炭等の必要な精錬反応の効率を高めるこ
とができるようになっている。

【００１０】溶鋼１３は予め転炉等の精錬炉において、
炭素、珪素、リン、クロム、ニッケル、酸素等の溶鋼成
分を必要なレベルに調整して、炭素濃度を０．０３ｗｔ
％と０．０５ｗｔ％、窒素濃度を５０ｐｐｍ、溶鋼温度
を１６２５℃と１６３０℃に設定した。そして、この約
１６０ｔの溶鋼１３を処理して、窒素濃度が３０〜１０
ｐｐｍとなる冷延鋼板を溶製した。浸漬管１２は略円筒
形をした直胴型浸漬管であって、溶鋼１３に浸漬される
下部はアルミナシリカ質の不定形耐火物により流し込み
施工されており、上部はマグネシアクロミア質等の耐火
れんがを積層することにより構成されている。そして、
浸漬管１２及び取鍋１１は図示しない移動機構によりそ
れぞれの相対位置を変えることができ、浸漬管１２の下
部を取鍋１１内の溶鋼１３に浸漬させるとができる。

【００１１】浸漬管１２の上部は図示しない水蒸気エジ
ェクター、真空ポンプ等の真空吸引装置に連結されてお
り、真空吸引装置を作動させることにより浸漬管１２内
の圧力を必要な圧力レベルに維持することができるよう
になっている。吹き付けランス１４は酸素ガス、及び鉄
鉱石、スケール等の酸化鉄の供給路が内部に形成された
芯金と、その芯金の周囲に施工された不定形耐火物の保
護層とを有するパイプ状のガス、及び粉体の供給装置で
あり、必要に応じて浸漬管１２内の溶鋼１３の表面に、
酸素ガス及び／又は酸化鉄等の酸化剤を供給することが
できる。なお、本実施の形態において、酸化剤の一例で
ある酸素ガスの供給量は１０００〜１５００Ｎｍ³／ｈ
ｒの範囲に設定したが、酸素ガス又は不活性ガスをキャ
リアーガスとして鉄鉱石あるいはスケール等の酸化鉄を
溶鋼表面１６に吹き付けるようにしてもよい。

【００１２】ここで、本発明の実施の形態に係る低窒素
鋼の溶製方法についての基本原理について説明する。溶
鋼１３内部からの窒素ガスの発生が少ない場合、低真空
度での脱窒反応は、浸漬管１２等の真空精錬容器内の溶
鋼表面１６での反応が主体となり、このような反応の脱
窒速度Ｖ_Nは下記の基礎式により表される。Ｖ_N＝（Ａ・ｋ・／Ｗ）・（［Ｎ］²−Ｐ（Ｎ₂）／
Ｋ）ここで、Ａは反応界面の面積、ｋは反応速度定数、Ｗは
溶鋼量、［Ｎ］は溶鋼中の窒素濃度、Ｐ（Ｎ₂）は反応
界面での窒素（Ｎ₂）ガス分圧、Ｋは平衡定数である。
一般に、反応速度定数ｋは酸素や硫黄の反応界面への吸
着により大きく低下し、実プロセスではｋを大きくする
のにも限界がある。また、溶鋼１３中の窒素濃度が最初
から低いような場合、高真空にしてＰ（Ｎ₂）を低下さ
せても溶鋼１３中の窒素濃度［Ｎ］が低いために反応の
駆動力となる（［Ｎ］²−Ｐ（Ｎ₂）／Ｋ）を大幅に増
大することはできない。従って、反応速度を上昇させる
ためには、反応界面の面積Ａを増大させることが有効で
ある。

【００１３】そして、本発明者等は、脱ガス精錬時での
脱炭に伴う場合の脱窒速度に及ぼす種々の影響を調査し
た結果、以下のような事項（１）〜（３）を明らかにし
て、本発明を完成させた。（１）数１００ｔｏｒｒの比較的高い圧力で溶鋼中に炭
素、酸素が充分溶解している状態から、数１０ｔｏｒｒ
の程度まで減圧する操作を行うことにより、溶鋼内部で
ＣＯガスからなる気泡の生成を促進し、気泡の体積を増
大させることにより、この気泡表面を反応界面とする脱
窒反応を活性化させることができる。このときの脱窒反
応は、ＣＯガスの生成に伴い急激に進行し、脱窒速度を
加速することができる。図４は溶鋼内部で発生するＣＯ
ガス量（単位：Ｎｍ³）と脱窒量ΔＮ（＝［Ｎ_i］−
［Ｎ_a］）との関係の調査結果を示す。ここで、
［Ｎ_i］、［Ｎ_a］はそれぞれ精錬処理前後における溶
鋼１３中の窒素濃度（単位：ｐｐｍ）である。図４から
明らかなように溶鋼１３内部でのＣＯガスの発生量が多
い程、脱窒量が多くなることが分かる。これは脱窒反応
が溶鋼１３の表面だけで起こるのではなく、溶鋼１３内
部のＣＯガスの気泡表面における溶鋼１３とガスとの界
面（メタル−ガス界面）でも起こり、ＣＯガスの気泡の
表面積が増大して実質的な反応界面の面積Ａを大きくし
た結果と考えられる。（２）真空精錬容器内の減圧以降での圧力変動が少な
く、溶鋼１３中の炭素、酸素の濃度が低下した場合に
は、脱炭、脱窒反応が共にほとんど溶鋼１３の表面で進
行すると共に、ＣＯガスからなる気泡表面に硫黄等の脱
窒を阻害する成分が吸着することにより、反応速度は急
激に低下する。

【００１４】（３）真空精錬容器内の圧力の変動に対応
して溶鋼内部から発生するＣＯガスの量は、溶鋼１３内
部に溶解している炭素、酸素の濃度に依存する。このよ
うな溶鋼中に溶存する炭素濃度及び酸素濃度の関係を圧
力をパラメータとして図３に示す。図３に示されるよう
に、所定の溶鋼温度、雰囲気圧力の下において平衡状態
にある溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］と酸素濃度［Ｏ］との関
係は図の曲線で示される。従って、例えば図のＡ点
（［Ｃ］＝０．０３ｗｔ％、［Ｏ］＝０．０５ｗｔ％）
で示される平衡組成の溶鋼の圧力を５００ｔｏｒｒから
１００ｔｏｒｒに減圧した場合は、溶鋼中に平衡状態で
存在できる炭素、及び酸素の濃度はそれぞれＢ点に示さ
れる組成（［Ｃ］＝０．０１ｗｔ％、［Ｏ］＝０．０２
５ｗｔ％）に移行する。その結果、Ａ点とＢ点における
炭素濃度の差ΔＣ（０．０３ｗｔ％−０．０１ｗｔ％）
に相当する量の炭素が溶鋼中にＣＯガスとなって発生す
る。なお、Ａ点とＢ点における炭素濃度［Ｃ］及び酸素
濃度［Ｏ］のそれぞれの差ΔＣ、ΔＯの比をとったとき
に、この比（ΔＣ／ΔＯ）が炭素と酸素の原子量の比と
なるΔＣ／ΔＯ＝１２：１６の関係が成立し、この関係
を用いることにより真空精錬容器内の圧力を変動をさせ
た場合に発生するＣＯガスの量を予測することができ
る。そして、減圧前の炭素、酸素の濃度を適正に制御す
ることによりＣＯガスの発生量をできる限り大きくする
ことができる。以上の結果から、低窒素濃度での脱窒を
促進するためには、数１００ｔｏｒｒ程度の圧力で適正
な炭素、酸素の濃度に制御し、その後に減圧を行うこと
により溶鋼内部でのＣＯガスの発生量をさらに増大させ
ることができ、脱窒反応を適正な水準に維持することが
可能となる。以上述べたように、本発明は真空精錬容器
（浸漬管）内を高圧状態と低圧状態との間で変動させる
ことがＣＯガスの発生に関して重要であり、このＣＯガ
スの発生量を制御することにより数ｔｏｒｒやそれ以下
といった高真空度を必要とせずに、低真空度での脱窒を
可能とするものである。

【００１５】ここで、第１の実施の形態に係る低窒素鋼
の溶製方法について、図１、及び浸漬管１２内の圧力の
時間推移を示す図２の説明図を参照しながら説明する。
まず、浸漬管１２又は取鍋１１の図示しない移動装置を
駆動させて、炭素濃度０．０３ｗｔ％、溶鋼温度１６３
０℃である１５０ｔ（トン）の溶鋼１３を保持する取鍋
１１の上方に浸漬管１２の下部を位置付け、浸漬管１２
を下降させ溶鋼１３中に浸漬させた。そして、浸漬管１
２内の圧力を水蒸気エジェクターを用いて減圧して図１
（ａ）に示すように取鍋１１内の溶鋼１３を浸漬管１２
内に吸引した。この時、図２（ａ）に示すように浸漬管
１２内の圧力を２００ｔｏｒｒになるように設定した。
そして、この時を基準時刻として、吹き付けランス１４
を用いて酸化剤の一例である酸素ガスを１２００Ｎｍ³
／ｈｒの流量で溶鋼表面１６への吹き付けを開始して、
この酸素ガスの吹き付け状態を約４分間継続させた。な
お、以降の全真空精錬処理期間においてポーラスプラグ
１５からのアルゴンガスの供給量は約８００Ｎリットル
／ｈｒ（背圧７ｋｇｆ／ｃｍ²）の流量となるように固
定して、取鍋１１内の溶鋼１３の撹拌が継続して行われ
るようにしたが、溶鋼１３のスプラッシュの状態、脱炭
反応の進行状態等に応じて休止期間を取るか又は、アル
ゴンガスの供給量を調整するようにしてもよい。このと
き、溶鋼１３中の炭素と吹き付けられた酸素ガスとが反
応（Ｃ＋（Ｏ）→ＣＯ）して、ＣＯガスの気泡が発生
し、溶鋼１３のアルゴンガスの吹き込み、及び酸素ガス
の吹き付けによる溶鋼１３の撹拌に伴って、溶鋼１３中
に拡散、分散する。そして、この多数発生する気泡表面
のガス−メタル界面において、溶鋼１３中に溶け込んで
いる窒素分を窒素ガス分圧の低い気泡中に移行させて、
溶鋼１３中の窒素濃度を減少させることができる。

【００１６】さらに、溶鋼表面１６の上方から酸素ガス
又は酸化鉄等を吹き付けることによって、溶鋼表面１６
を波立たせて、溶鋼表面１６に吸着、濃縮されている脱
窒反応の負触媒となる酸素や硫黄を拡散させることがで
きる。従って、これにより溶鋼表面１６を活性な状態に
維持すると共に、脱ガスに有効な溶鋼表面１６の面積を
増加させて、溶鋼表面１６からのガスの脱離が効果的に
促進される。しかし、このような浸漬管１２内の圧力が
２００ｔｏｒｒである高圧状態（１００〜５００ｔｏｒ
ｒ）においては、浸漬管１２内の圧力を維持する水蒸気
エジェクターへの負荷が小さくコストが低くなるもの
の、ＣＯガスの発生量が充分ではなく、ＣＯガスの気泡
表面に酸素、硫黄等の脱窒反応を阻害する成分が次第に
吸着されて、脱窒反応の効率が低下し、このままで平衡
状態に達してしまう。そこで、このような高圧状態にお
ける平衡状態から抜けるために、図２（ａ）に示すよう
に水蒸気エジェクターの出力を上げて、基準時刻から約
１０分後に浸漬管１２内の圧力を急激に低下させて１１
ｔｏｒｒとして低圧状態の圧力レベルに設定した。

【００１７】なお、第１の実施の形態においては、２０
０ｔｏｒｒの高圧状態から１１ｔｏｒｒの低圧状態に急
激に低下させる減圧速度を（２００ｔｏｒｒ−１１ｔｏ
ｒｒ）／４分＝約４７ｔｏｒｒ／分としたが、減圧速度
は２０〜２００ｔｏｒｒ／分の範囲に設定することが以
下の理由から好ましい。即ち、減圧速度が２０ｔｏｒｒ
／分未満であると、ＣＯガスの気泡表面を活性化するの
に必要な圧力の変動状態が得られず、一方、２００ｔｏ
ｒｒ／分を越える減圧速度で処理した場合には、溶鋼の
スプラッシュが激しくなると共に、真空吸引装置への負
荷が大きくなるので好ましくない。このような浸漬管１
２内の圧力の急激な低下により、溶鋼１３中にある前記
ＣＯガスの気泡が膨張拡大して、脱窒反応のサイト（反
応界面）となる気泡の表面積を増大させると共に、気泡
表面に既に吸着されている脱窒反応に有害となる酸素、
硫黄等の成分を拡散させ、あるいは該成分の濃度を下げ
て脱窒反応の効率を必要な限度に維持することができ
る。図５の●は溶鋼１３中の窒素濃度の時間推移を示し
たグラフであるが、初期における窒素濃度が５０ｐｐｍ
であった溶鋼１３が約６分後に２３ｐｐｍとなり、以降
も連続して減少して約３０分後に約２１ｐｐｍのレベル
に到達しており、溶鋼１３中における脱窒反応が効率的
に進行していることを示している。

【００１８】続いて、第２の実施の形態に係る低窒素鋼
の溶製方法について、図１、及び図２（ｂ）に示す浸漬
管１２内の圧力の時間推移を参照しながら説明する。な
お、第２の実施の形態においては、溶鋼中の炭素濃度が
０．０５ｗｔ％、溶鋼温度が１６２５℃である冷延圧延
鋼板用となる溶鋼１３を用いて、真空精錬容器内の圧力
変動の操作を変えた他は第１の実施の形態に用いたのと
同一の真空精錬設備１０で、かつ同様の条件に設定して
低窒素鋼の溶製を行った。まず、浸漬管１２を溶鋼１３
中に浸漬させた後、浸漬管１２内の圧力を水蒸気エジェ
クターを用いて減圧して図１（ａ）に示すように取鍋１
１内の溶鋼１３を浸漬管１２内に吸引した。この時、図
２（ｂ）に示すように浸漬管１２内の圧力を高圧状態
（１００〜５００ｔｏｒｒ）の範囲となる２００ｔｏｒ
ｒに設定した。そして、この時を基準時刻として、ポー
ラスプラグ１５を介してアルゴンガスを取鍋１１の底部
から吹き込みながら、吹き付けランス１４を用いて酸素
ガスを１２００Ｎｍ³／ｈｒの流量で吹き付けを開始し
て、図２（ｂ）の斜線部に示すように酸素ガスの吹き付
け状態を約１分間継続させた。なお、この高圧状態にお
いて酸化剤となる酸素ガスの他に、鉄鉱石あるいはスケ
ール等の酸化鉄を酸素ガスと併用、もしくは単独で用い
ることもできる。次に、高圧状態における平衡状態から
抜けるために、水蒸気エジェクターの出力を上げて、図
１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように基準時刻から約３
分後に浸漬管１２内の圧力を１０ｔｏｒｒとして低圧状
態の圧力レベルとなるように設定した。

【００１９】そして基準時刻から約６分後に再び、吹き
付けランス１４を介して酸素ガスを溶鋼１３に吹き付け
ると共に、浸漬管１２内の圧力を２００ｔｏｒｒに維持
する高圧状態に移行させ、このような高圧状態を約３分
間維持した。次いで再び減圧を開始して、基準時刻より
約１５分後に浸漬管１２内の圧力を低圧状態（２０ｔｏ
ｒｒ以下）の範囲内である１ｔｏｒｒに移行させた。以
上のような圧力変動の操作を繰り返して行うことによ
り、溶鋼１３中のＣＯガスの表面が常時活性な状態に維
持され、ＣＯガスの気泡のガス−メタル界面における脱
窒反応の効率化を図ることができる。図６の●は溶鋼１
３中の窒素濃度の時間推移を示したグラフであるが、初
期における窒素濃度が５０ｐｐｍであった溶鋼１３が約
６分後に２３ｐｐｍとなり、以降も連続して減少し、第
２回目の低圧状態の以降においては２０ｐｐｍ以下のレ
ベルまで溶鋼１３中の窒素濃度を低減することができる
ことを示している。

【００２０】続いて、従来例に係る低窒素鋼の溶製方法
について、図１、及び浸漬管１２内の圧力の時間推移を
示す図２（ｃ）を参照しながら説明する。従来例におい
ては溶鋼１３中の初期の炭素濃度［Ｃ_i］が０．０３ｗ
ｔ％、及び０．０５ｗｔ％、それぞれの溶鋼温度が１６
３５℃、１６３０℃である２種類の溶鋼１３を用いて、
浸漬管１２内の圧力変動の操作を変えた他はそれぞれ第
１、及び第２の実施の形態と同様に設定した。まず、浸
漬管１２を溶鋼１３中に浸漬させた後、浸漬管１２内の
圧力を水蒸気エジェクターを用いて減圧して図１（ａ）
に示すように取鍋１１内の溶鋼１３を浸漬管１２内に吸
引した。この時、図２（ｃ）に示すように浸漬管１２内
の圧力を５００ｔｏｒｒ以上の６００ｔｏｒｒに設定し
た。そして、この時を基準時刻として、ポーラスプラグ
１５を介してアルゴンガスを取鍋１１の底部から吹き込
みながら、図２（ｃ）に示すように浸漬管１２内を水蒸
気エジェクターの出力を増加させて徐々に減圧して、約
７分後に浸漬管１２内の圧力を１ｔｏｒｒに到達させる
脱窒の精錬操作を行った。

【００２１】このような脱窒操作においては、取鍋１１
の底部からのアルゴンガスの吹き込みにより溶鋼１３の
撹拌が行われるものの、酸化剤の供給がないために溶鋼
中の酸素と炭素との酸化反応によって発生するＣＯガス
のみにより溶鋼１３の脱窒反応が進行する。従って、脱
窒効果が小さく、圧力変動が少ないのでＣＯガスの気泡
表面の活性が次第に低下して脱窒効率を高めることがで
きない。また、浸漬管１２内の圧力を１ｔｏｒｒの低圧
に維持するために、真空吸引装置にかかる負荷が大きく
なる。図５、図６における◆は、溶鋼１３中の初期の炭
素濃度［Ｃ_i］がそれぞれ０．０３ｗｔ％、０．０５ｗ
ｔ％である従来例における窒素濃度の時間推移を表して
おり、このような脱窒処理を行うことにより到達できた
窒素濃度のレベルがそれぞれ４７ｐｐｍ、４２ｐｐｍで
あり、先に示した第１、及び第２の実施の形態の場合の
窒素濃度の到達レベル（２１ｐｐｍ、１８ｐｐｍ）に較
べて著しく高いことが分かる。

【００２２】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、第２の実施の形態においては、高
圧状態と低圧状態とをそれぞれ交互に２回繰り返す例を
示したが、このような圧力変動の状態を３回以上繰り返
すことにより、さらに低い窒素濃度を達成することも可
能である。

【００２３】

【発明の効果】請求項１及び２記載の低窒素鋼の溶製方
法においては、炭素含有量が零を越え０．２ｗｔ％未満
である前記溶鋼を前記取鍋に装入し、前記浸漬管内の圧
力を１００〜５００ｔｏｒｒである高圧状態に保持し
て、酸素を含有するガス又は固体の酸化剤を前記浸漬管
内の溶鋼に供給することにより、溶鋼中の炭素が酸化し
て生じるＣＯガスの気泡を効率的に発生させることがで
き、次に前記圧力を２０ｔｏｒｒ以下の低圧状態に移行
させるので、脱窒反応に関与するＣＯガスの気泡の表面
積を増大させると共に、気泡表面の脱窒反応に対する活
性を必要なレベルに維持することができる。特に、請求
項２記載の低窒素鋼の溶製方法においては、前記浸漬管
内の圧力を前記高圧状態から前記低圧状態に移行させる
操作を複数回繰り返して行うので、ＣＯガスからなる気
泡表面の活性を劣化させることなく、脱窒反応の効率を
さらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る低窒素鋼の溶製方法
を適用する真空精錬設備の説明図である。

【図２】浸漬管内の圧力の時間推移を示す説明図であ
る。

【図３】溶鋼中の酸素濃度と炭素濃度との関係を示す図
である。

【図４】溶鋼内部で発生するＣＯガス量と脱窒量（Δ
Ｎ）との関係を示す図である。

【図５】溶鋼中の窒素濃度の時間推移を示す図である。

【図６】溶鋼中の窒素濃度の時間推移を示す図である。

【符号の説明】

１０真空精錬設備１１取鍋１２浸漬管１３溶鋼１４吹き付けランス１５ポーラス
プラグ１６溶鋼表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋中の溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬
管内を減圧して溶鋼を吸引すると共に、前記取鍋の底部
よりガスを供給して溶鋼を撹拌する低窒素鋼の溶製方法
において、炭素含有量が零を越え０．２ｗｔ％未満である前記溶鋼
を前記取鍋に装入し、前記浸漬管内の圧力を１００〜５
００ｔｏｒｒである高圧状態に保持して、酸素を含有す
るガス又は固体の酸化剤を前記浸漬管内の溶鋼に供給
し、次に前記圧力を２０ｔｏｒｒ以下の低圧状態に移行
させることを特徴とする低窒素鋼の溶製方法。
【請求項２】前記浸漬管内の圧力を前記高圧状態から
前記低圧状態に移行させる操作を複数回繰り返して行う
ことを特徴とする請求項１記載の低窒素鋼の溶製方法。