JPH09503821A - 鋼などの液体金属の組成の調節方法と、それを実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体金属(2)の組成の調節方法であって、液体金属(2)を開始槽(4)からこの開始槽(4)に対して減圧されたリアクタ(5)内に吸引し、リアクタ(5)内で金属(2)をプラグフローに近い条件で流し、金属に冶金処理を施し、金属がリアクタ(5)を通過した後に金属(2)を最終槽(11)へ排出し、リアクタ(5)がこの最終槽に対しても減圧になっている方法。開始槽に連続的に金属(2)を供給し、最終槽(11)から金属(2)を連続的に抜出すのが好ましい。１実施例では液体金属(2)は鋼であり、冶金処理は脱炭、脱窒素または減圧下での炭素を用いた脱酸素であり、最終槽(11)は連続鋳造用のタンディッシュである。上記方法を用いた液体金属の組成の調節設備にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 鋼などの液体金属の組成の調節方法と、 それを実施するための装置 本発明は液体鋼の製錬に関するものであり、特に炭素含有率が極めて低く、当 然窒素および酸素の含有率も低い高純度な鋼の製錬に関するものである。 現在の液体金属の製錬では「ＲＨ」とよばれる形式の真空リアクタを用いるの が一般的である。このリアクタは下記1)および2)を備えている： 1) 内側が耐火物でライニングされたほぼ円筒形の深い容器（その上部はリアク タの動作中に容器内部を少なくとも１torrに減圧可能なガス吸引装置に接続され ている） 2) 内側および外側が耐火物でライニングされた断面が円筒形または楕円形の２ 本のパイプすなわち浸漬管（一端は上記容器の底部で開口しており、一本の浸漬 管にはガス（通常はアルゴンガス）を吹込む装置を備えている） このリアクタはは以下のように使用される。すなわち、処理すべき液体金属を 収容した取鍋をＲＨの下に運び、浸漬管の下端を取鍋中に浸漬する。その後、容 器内を減圧する。それによって容器内の一定量の金属が吸上げられる。最後に一 方の浸漬管中へのガスの吹込みを開始する。この吹込みの機能は浸漬管中にある 金属を容器の方へ移動させることである。従って、この浸漬管は「上昇浸漬管」 とよばれる。容器内を通った金属は次いで「下降浸漬管」とよばれる他方の浸漬 管を介して再び取鍋へ下降する。こうして取鍋と容器との間を金属が連続して循 環する。処理時間（一般には10〜30分間）中、金属の液滴は複数回容器内で滞留 する。その平均滞留時間は浸漬管内での金属の流速と、取鍋と容器との容量比と で決まる。減圧下の容器内に液体金属を移動させることによって原理的には液体 金属中に溶解している水素と液体金属中に溶解している窒素（水素ほど低下はで きない）との含有率を下げることができる。容器内で起こる他の冶金操作には下 記のものがある： 1) 予め金属中に溶解している酸素または容器の壁面に挿入したランスまたは羽 口を介して意図的に吹込む酸素と炭素を結合させる部分的脱炭、 2) 空気および取鍋のスラグから遮断された状態すなわち最適効率で行われる合 金元素の添加、 3) アルミノテルミーによる金属の再加熱（金属にアルミニウムを添加した後酸 素を吹込むことによるアルミニウムの酸化による再加熱） また、取鍋と容器との間を金属が循環することによって取鍋内の金属が緩やか に撹拌される。これは非金属の介在物を沈澱させる上で好都合である。 鋼を用いる産業では、炭素含有率が極めて低い(50ppm以下)の鉄製品、特に延 性および引張強度に優れた冷間圧延シート、深絞り加工用鋼およびクロム−モリ ブデンフェライトステンレス鋼等に対する要求が高まっている。こうした鋼を工 業的規模で製造するのに最も適したイン−ラドル式の冶金リアクタはＲＨである ことが明らかになってきた。事実、リアクタ内での脱炭反応速度は上昇浸漬管中 あるいは容器内へ多量のガスを注入することによって良くなる。すなわち、300 ｔの液体鋼を収容した取鍋の場合、容量が15ｔのＲＨ容器を用い、流速を240t／ 分とし、反応時間を10分にすると、鋼の炭素含有率を300ppmから20ppmに低下さ せることができる。 高純度鋼に対する需要は益々高くなるので、さらに炭素含有率の低い（５〜10 ppm）鋼を、少なくとも現状の設備と同等な生産性（大型総合工場で約10ｔ／分 ）で通常的に生産し得ることが極めて近い将来に要求されるであろう。 しかし、現在のＲＨでは液体鋼中の平均炭素含有率が30ppm以下になると脱炭 反応速度が明らかに低下する。反応速度を上げれば他の製鋼設備の最適運転状態 に合った時間で所望の冶金性能を達成し得るが、そうするには金属の流量と吹込 むガス量とを大幅に増加するしかない。しかし、そうすると耐火物が短時間で磨 耗するため、プラントの運転をより頻繁に停止しなければならず、プラント運転 の信頼性が低下する。 簡単にいえば、技術的および経済的に十分な条件下で、工業的速度で実質的に 10ppm以下の炭素含有率を達成することは従来設計のＲＨでは無理であると思わ れる。 いずれにせよ、液体鋼中の炭素含有率をできるだけ低くすることは重要である 。事実、鋼はその後の製造工程および鋳造工程で加炭される機会が多い（例えば 、タンディッシュや鋳型の耐火物、表面被覆粉末等との接触で加炭される）。 本発明の目的は、十分な生産効率の条件下で液体鋼中の炭素含有率を10ppm以 下に近づけるための新規な冶金リアクタを提供することにある。本発明のリアク タは脱炭の程度は低いが酸化介在物の含有率が極めて低い鋼を製造する場合にも 使用することができる。 本発明の対象は、液体金属を開始槽からこの開始槽に対して減圧されたリアク タ内に吸引し、リアクタ内で金属をプラグフ ローに近い条件で流し、金属を冶金処理し、リアクタを通過した金属を最終槽に 排出し、この最終槽に対してもリアクタが減圧になっていることを特徴とする液 体金属の組成の調節方法にある。 開始槽に金属を連続的に供給し、最終槽から金属を連続的に流出させるのが好 ましい。 本発明方法の１実施例では液体金属は鋼であり、冶金処理は脱炭、脱窒素また は炭素を用いた減圧脱酸素を含み、最終槽は連続鋳造用のタンディッシュである 。 本発明の他の対象は、液体金属を収容する開始槽と、リアクタと、終了槽とを 有し、リアクタは容器を備え、この容器はその内部を開始槽および終了槽内の圧 力に対して減圧状態に維持する手段と、一端が開始槽に収容された液体金属中に 浸漬され、他端が容器の底部に接続された上昇浸漬管とよばれる第１の浸漬管と 、一端が最終槽に収容された液体金属中に浸漬され、他端が容器の底部に接続さ れた下降浸漬管とよばれる第２の浸漬管と、液体金属を各浸漬管とリアクタの容 器とを介して開始槽と最終槽との間で連続的に流す手段とを備えており、容器は 液体金属が各浸漬管間を移動する際に液体金属をプラグタイプのフローに近い状 態で流すような形状をしていることを特徴とする鋼などの液体金属の組成を調節 するための設備にある。 本発明の設備は下記のものを含む液体鋼の組成を調節するためのプラントに組 み込まれる： 1) 液体鋼の一次製錬装置、 2) 液体鋼を一次製錬装置から液体金属中に脱酸素剤を導入する手段と混合手段 とを備えた第１槽へ連続的に注ぐ手段、 3) 内部を減圧する手段と、第１槽に収容された液体金属）中 に浸漬された第１の浸漬管と、中間槽中に浸漬された第２の浸漬管とを有する容 器を含む、液体金属を大まかに脱炭するためのリアクタ、 4) 容器に設けられた液体金属中に酸素を吹込む手段、 5) 液体金属を第１槽と中間槽との間で連続的に流す手段、 6) 少なくとも１つの上記の液体金属の組成を調節するため設備（中間槽はこの 設備では開始槽を構成する）。 以下の説明から理解できるように、本発明の新規なリアクタはＲＨと共通点を 有する。すわなち、減圧容器と２本の浸漬管が存在し、各浸漬管を介して金属が 容器に侵入し、容器から出る。しかし、取鍋とリアクタとの間で連続的に液体金 属を循環するという原理は採用していない。すなわち、本発明ではリアクタを出 た金属は開始槽以外の槽へ注入され、同じリアクタへは戻らない。さらに、ＲＨ が完全に混合リアクタとして挙動するのに対し、本発明のリアクタ内の液体鋼は プラグフローに近いフローを行わなければならない。以下の説明で明らかなよう に、必要に応じてリアクタを完全に混合された複数のセルに分割することによっ て、擬似プラグフローが得られ、各セル間の物質交換は最小限に抑えられる。 本発明リアクタは連続的または半連続的な液体鋼製造ラインに組み込むのが有 利である。 本発明は添付図面を参照した以下の説明からより明瞭に理解できよう。 図１は本発明の冶金リアクタの一実施例の概念的長手方向断面図。 図２は本発明のリアクタが組み込まれた超低炭素鋼の製造・鋳造ライン全体の 一実施例の概念的長手方向断面図。 ＲＨで超高度な脱炭を十分な早さで行うことができない理由の１つは、液体金 属の所定単位部分が相対的に短い平均時間でしか減圧に曝されないためと考えら れる。前記の例でいえば、300ｔの取鍋と組み合わされた液体金属容量が15ｔで 、流量が240ｔ／分のＲＨでは、金属の一部がＲＨ容器内に留まる平均滞留時間 は10分間の処理に対してわずか30秒である。この30秒の大部分は炭素含有率を20 0〜400ppmから30ppmにする比較的容易な脱炭の最初の段階にとられてしまい、そ の後には、他の製鋼設備（転炉、電気炉、連続鋳造）に匹敵するような製造速度 で10ppmレベル以下までに脱炭するのに必要な十分な時間は残されていない。 さらに、取鍋と容器との間で金属を連続的に再循環させる原理であるので、容 器に供給される金属は既に容器内にあって脱炭を受けている金属よりも常に脱炭 度が低い。容器は完全に混合されたリアクタとして稼働するので、容器内にある 金属の任意の瞬間での平均炭素含有率Ｃ_Vと取鍋内にある金属の平均炭素含有率 Ｃ_Lとは定義できる。Ｃ_Lは常にＣ_Vよりも大きいので、炭素含有率Ｃ_Lを有する脱 炭度の低い金属の流入によってＣ_Vの低下が遅くなるということが分かる。この ことは反応速度の効率を表すためのＣ_V／Ｃ_L比を含む脱炭の数学モデルによって よく表せる。脱炭を速く行うためにはＣ_V／Ｃ_L比をできるだけ１に近づけなけれ ばならない。従来のＲＨではこの値は平均で0.6程度であり、脱炭の進歩段階と 金属の再循環速度との関数である。 このＣ_V／Ｃ_Lの条件は、処理すべき金属が全て同時に減圧に曝された場合に理 想的に満足され、これは従来設備で取鍋内を減圧した場合に相当する。しかし、 そのような設備を用いた 場合には、ガスを金属全体に加えることになるため、ＲＨの基本的利点の１つで ある金属中に多量のガスを通過させて脱炭反応速度を速くするという利点が失わ れる。すなわち、単純に減圧した取鍋にそのように多量のガスを通すと、金属の 飛沫が過剰に発生して設備が著しく急速に損傷する。減圧した取鍋を用いた場合 にはＲＨのもう１つの利点すなわち減圧に曝される金属の表面が容器内に含まれ る体積よりも大きくなるという利点も無くなる。 従って、単純に減圧した取鍋または減圧炉−取鍋では全体として脱炭を十分に 速くできないため、炭素含有率を40ppm以下にするために工業的に用いることは できない。 Ｃ_V／Ｃ_Lの理想的条件に近づくためのもう１つの方法は、浸漬管の形状と上昇 浸漬管に吹込むガスの流量とを変えて取鍋と容器との間の金属の循環速度を上げ ることであるが、そうすると耐火物の磨耗が著しく加速する。 図１は本発明の単位リアクタの原理と、それを鋼の連続製造設備に組み込んだ 時の実施例の概念図である。この鋼製造設備は図示していない冶金容器、例えば 製鋼取鍋や転炉、電気炉に似た金属の一次製錬設備から制御可能な流量で連続的 に流入する液体鋼２の供給樋１を備えている。一次製錬設備も連続的に運転され る。供給樋１は覆い３に連結され、覆い３は大気圧下にある中間槽４に支持され 、液体鋼２がこの中間槽４中に流入する。不活性ガス、例えばアルゴンが供給樋 １の内部と覆い３の下側に注入されて金属２を空気から保護するのが好ましい。 液体鋼２からはその内部に溶解しているガス（水素と窒素）と炭素を可能な限 り除去することが望まれる。そのために本発明の冶金リアクタ５を使用する。従 来のＲＨ型リアクタと同様 に、本発明のリアクタ５も内側が耐火物でライニングされており、下記のものを 備えている： 1) ある瞬間に流入する液体鋼２を所定量だけ収容するための容器６（この容器 ６はＲＨ容器と同様に液体金属の飛沫によって過剰な損傷を受けないようにその 上部が十分に高くなっていなければならない） 2) 容器６内を減圧するためのガス吸引装置７ 3) 覆い３を貫通し、中間槽４中に浸漬された上昇浸漬管８（容器６内を通して 液体金属２を流し、その流れを助けるためのアルゴン等のガスを注入する手段９ を備えていてもよい） 4) 容器６から出た液体金属が通る下降浸漬管10。 本発明では、ＲＨとは違って、下降浸漬管10は上昇浸漬管８と同じ槽に液体金 属を戻すのではなく仕上げ槽11へ液体金属を放出する。図示した実施例では仕上 げ槽11は連続鋳造設備用のタンディッシュである。このタンディッシュ11は必要 に応じて少なくとも１つの出口ノズル12を備え、液体金属２がこの出口ノズル12 を介して、図示していないストッパーロッドまたはスライド弁によって制御可能 な流量で、壁面内側が強制冷却された底のない鋳型13へ連続的に流入し、鋳型13 内では鋼の表皮14が凝固を開始し、この表皮は鋳型13の形状・寸法に応じてスラ ブ、ブルーム、ビレット等の冶金製品15になる。 ＲＨ容器はほぼ円筒形で、その内径は最大で数メートルである。この構造から ＲＨは完全に混合型リアクタの特性を有している。これに対して、本発明の容器 ６はプラグフロー型リアクタにできるだけ近い特性を有するリアクタ５でなけれ ばならない。プラグフロー型リアクタでは脱気および／または所定レベ ルまで脱炭された鋼はそれより純度の低い鋼と混ざり合うことはない。そうする ための１つの解決法は容器６の内部をダクト型にして、断面が矩形またはほぼ矩 形の細長い通路にし、その端部に浸漬管８、10を連結することである。浸漬管８ と10との間の距離と通路の幅との比は少なくとも６にする。例えば容器６の幅を １〜1.5ｍとし、浸漬管８と10との間の距離を８〜10ｍにすることができる。 脱炭・脱気効率は、減圧に曝された液体金属２の表面積と容器５内にある液体 金属２の体積との比に大きく依存する。この比はできるだけ高くなければならな い。すなわち、同じ容積の場合、容器５中の金属の深さ「ｅ」は深過ぎてはなら ないということを意味する（例えば0.40〜0.80ｍにする）。この深さはプラント 全体の構造（特に容器６と中間槽４およびタンディッシュ11との高さの差）と、 容器６の内部の液体鋼２の表面16に加わる圧力と中間槽４およびタンディッシュ 11の内部での液体鋼２の表面17に加わる圧力、大気圧との間の圧力差ΔＰとによ って支配される。 リアクタの容器６内の液体鋼２の表面と、大気圧に曝されている表面16および 17との間の高さの平均的差をΔｈとすると、Δｈ＝ΔＰ／ρ・ｇ〔ρは液体鋼の 密度（約7000kg／m³）、ｇは重力加速度（9.8m／s²）〕となる。従って、 Δｈ（ｍ）≒1.46・10^-5ΔＰ（Pa） 容器６内の絶対圧をＰとし、中間槽４とタンディッシュ11に１atmの圧力（101 325 Pa）が加わっていると仮定すると、 Δｈ≒1.46・10^-5（101325−Ｐ） 従って、Ｐが50torrならばΔｈ≒1.40ｍ、Ｐが１torrならばΔｈ≒1.50ｍであ る。従って、容器５内の液体金属２の深さｅ は、通常の圧力範囲では容器５内で得られる減圧のレベルからは相対的に独立し ている。 上記のようにリアクタ５を介した槽４から11への金属の流れは上昇浸漬管８の 所でガスを注入すれば、その一部はこのガスの注入によって支配される。しかし 、いずれにせよ、この流れの存在とそれに伴う金属の流量は中間槽４内の液体金 属２の表面16とタンディッシュ11内の液体金属２の表面17との間の高さの差に依 存する。この高さの差は中間槽４への供給流量とタンディッシュ11を出る金属２ の流量との間の差に特に関係する。 リアクタ５の容器６の形状をダクトにすることは、液体金属２にプラグ型フロ ーを行わせるのに好ましい。しかし、上昇浸漬管８からの金属の供給と、必要に 応じて上昇浸漬管８内に注入されたアルゴンガスの放出と、金属の脱炭とによっ て（少なくともこの脱炭が最も集中的に起こっている容器６の上流領域で）、激 しい撹拌が起こり、それによって流れ条件が制御不可能な程度に大きく損なわれ る危険性がある。従って、リアクタ５の容器６を一連の完全混合セルに分割し、 セル間での液体金属２の交換をできる限り制限して、プラグフローに近い流れを 得るのが望ましい。 そのためにアルゴン等の流体の注入装置19〜23を容器６の底部18に設けること ができる。この注入装置は製鋼用転炉、電気炉および取鍋で用いられている例え ば透過性部材または羽口等に類似したものである。これらの注入用装置19〜23は それらが設置されている各領域で液体金属２を激しく撹拌する役目をする。注入 用装置19〜23が互いに十分な間隔で隔てられていればそれらの影響が及ぶ領域は 十分に離れているので、各領域間で行き来が起こることはなく、液体金属２が１ つのセルから１つ 前のセルに戻って拡散することはないと考えられる。従って、各セル内で均一な 炭素濃度が得られ、この炭素濃度は（他の運転条件が一定である限り）経時的に 一定で、この状況は数学モデルで予想される理想的脱炭条件に相当する。また、 アルゴンの注入によって脱炭の反応速度が大幅に加速される。 図１に示すように、容器６内にダム24〜28を設けて各セルを物理的に分離する ことで最適化ができる。各ダム24-28を容器６の主方向に対して直角に配置して 各セル29〜34を区画し、各セルには流体注入装置19〜23を設ける（上昇浸漬管８ にガスが注入される場合には１つ目のセル29の金属は上昇浸漬管８への注入で攪 拌される１つ目のセル29は除くことができる）。１つ目のダム（１つ目のセル29 と２つ目のセル30とを隔てるダム）24は容器６の底18から延び、その上部は液体 金属２が容器６に流入した際に溢流することが可能な敷居35となるような高さを 有するのが好ましい。この構成によって流動金属２の流量を正確に制御できる。 他のダム25〜28には開口36〜39が設けて各セル30〜34間に最小限の通路を確保し つつ、液体金属２が容器６内を進むことができるようにする。各開口36〜39はダ ム25〜28の下部に形成して、容器６が完全に排出できるようにするのが好ましい 。このようにして、流体注入装置19〜23の影響が及ぶ各領域を十分に限定し、隣 接した２つのセル間で金属が過剰に交換する危険を無くし、流体注入装置を多数 設置することが可能になる。従って、ダムがない場合に比べて理想的プラグフロ ーの条件により近づくことができる。 ガス注入装置の代わりに、適当な方向を向いた移動電磁場を用いて金属２を攪 拌する装置を用いるか、追加することも考えられる。これは金属２の流れを制御 する別の方法を構成し、そ れによってダム24〜28を用いずにセル29〜34を十分に区画することもできる。 また、リアクタ５にＲＨで一般に用いられる全ての装置（図示せず）を具備す ることができる。すなわち、オペレータが容器内の液体金属２の表面を観察する ためのテレビカメラ、金属のサンプルを採取する装置（減圧処理中の金属の組成 の変化をモニターするために複数の装置を容器５に沿って並べるのが有利である ）、合金元素を導入する装置、酸素を吹き込む装置、容器６の耐火物を予熱する ためのグラファイト抵抗体を設けることができる。酸素を吹込む装置（ランスま たは羽口）は少なくとも１つ目のセル29に設置するのが有利である。すなわち、 液体金属２に溶解している酸素の初期含有率を必要に応じて増加させることによ って脱炭を阻害する金属中に存在する脱酸素元素(Al,Si)を除去することができ る。また、最後のセル34が液体金属２にアルミニウムを導入する手段を備えてい る場合には、酸素を吹込む装置の１つを最後のセル34に設置けてアルミノテルミ ーによって金属を最後に再加熱するのが有利である。しかし、これは最後のセル 34に入る直前の液体金属２の炭素含有率が許される場合だけである。すなわち、 アルミニウムの導入で溶解している酸素はアルミナの形で捕捉され、従って、脱 炭反応が最終的に停止することを意味する。また、金属２の内部に生じたアルミ ナが後の生産過程で除去可能であるということも意味している。 変形例では、少なくとも装置19〜23のいくつかを用いて容器６の底部18に注入 される流体をアルゴンではない別のガス、すなわち、最初の瞬間に液体金属中に 一部溶解でき、減圧によって除去した時に脱炭が促進されるようなガスにするこ とができ る。このガスは窒素または水素にすることができる。当然ながら、この場合は金 属中のこのガスの含有率が容器のほとんどの部分においてアルゴンを吹込む通常 の場合よりも高くてもそれが許容される場合である。しかし、水素は液体鋼から の除去が比較的容易な気体であるので、最後のセルまたは最後のセル全てに水素 の代わりにアルゴンを注入して金属２の水素レベルを減圧リアクタの出口で通常 見られるレベルにするだけでよい。窒素は液体金属からの除去速度が遅く、完全 に除去されない危険がある。従って、超低炭素濃度と合わせて超低窒素濃度が要 求される場合には混合ガスとして窒素を使用しない方がよい。 このリアクタ５を高脱炭リアクタとしてではなく減圧脱酸素リアクタとして使 用することもできる。その場合には、炭素含有率が十分に低いと見なされるレベ ル（例えば80ppm）に達した時に炭素を固体または気体の状態（例えばＣＨ₄の状 態）で一か所または容器６に沿った複数の地点で浴中に添加し、溶解している酸 素とそれとを結合させて酸素の濃度を低下させる。この脱酸素法は浴を脱酸素す るために通常用いられるアルミニウムの大部分を節約できると同様に、その後に 金属を鋳造する前に除去しなければならないアルミナ介在物が多量に生成するの を防ぐことができるという利点がある。従って、介在物を大幅に低下させた鋼を 鋳造することができ、従って、最終製品の酸素含有率は非常に低くなる。この方 法はクロムを多量に添加する前のステップとして炭素を用いた脱酸素を行うステ ンレス鋼の製錬にも適用できる。 本発明の装置の他の利点は、通過する金属の流量がＲＨ中を流れる金属の流量 に比べて非常におだやかであるという点にある(240t／分に対して10t／分)。従 って、特に浸漬管の区域 での耐火物の磨耗速度が大幅に低下する。 本発明リアクタ５を液体金属２の連続製造ラインに挿入する代わりに、予め一 定量の液体鋼を収容した（その後に液体鋼の供給がない）１つの槽から初めは空 である他の槽、取鍋またはタンディッシュへ金属を移送するためにだけ使用する こともできる。しかし、この場合には最終槽内の金属表面の高さが常に開始槽の 金属表面の高さよりも低くなるように配置しなければならない。そのために運転 中にこれらの装置をかなり複雑な方法で互いに移動させる必要が生じ、開始槽と 終了槽を浅くして開始槽と終了槽の移動が大きくならないようにする。 リアクタ５の入口での液体鋼の初期炭素含有率がそれほど高くない（例えば80 ppm程度）場合には、下記実施例で明らかなように、合理的な寸法の１つのリア クタで含有率を５ppmオーダーに下げることができる。初期炭素含有率が200〜30 0ppmの場合には、リアクタ５に追加のリアクタを加えることができる。この追加 のリアクタは連続製造ラインでリアクタ５の上流に入れる。この追加のリアクタ は炭素含有率をリアクタ５に入れるのに必要なレベル（我々の実施例では80ppm ）まで低下させる役目をする。強力なガス注入によって脱炭が補助されるならば 、減圧処理で炭素含有率を200〜800ppmから80ppmへ下げる操作は極めて迅速に行 われるので、完全混合セルを１つだけ有するリアクタ（従って、リアクタ５より もはるかに短いリアクタ）を使用すれば十分である。従来型ＲＨ構造のリアクタ でも浸漬チューブをそれぞれ異なる槽に浸漬したリアクタにすれば当然使用でき る。 以下、他の元素、例えば硫黄、窒素、酸素の含有率は当然極めて低い超低炭素 含有率の鋼の連続的製造・鋳造ラインの例を 説明する。この例は図２に示されている。 この製造ラインは一次製錬装置40を備えている。この一次製錬装置40の役目は 後の操作で組成が調節される液体金属を連続的または断続的に製造することにあ る。一次製錬装置40は図２に示すような従来のＬＤ転炉にすることができる。こ こでは供給された液体銑鉄が脱炭によって液体鋼に変換される。脱炭は挿入ラン ス42を介して酸素を吹込むことで行われる。なお、他任意の一次製錬装置、例え ば酸素底吹きＬＷＳ転炉、化合物吹込み型の転炉あるいはスクラップ鉄から液体 鋼を製造する電気炉等も勿論好適である。液体金属２はこの一次製錬装置40から 周期的に大型の製鋼取鍋43に供給される。この取鍋は緩衝槽の役目をする。取鍋 43の内容物は第１槽44へ連続注入される。この第１槽44への供給流の流速は取鍋 43に設けた公知のスライド仕切り弁（図示せず）で制御される。液体鋼２は液体 金属の流れにより大気中の酸素と窒素が吸着されるのを抑制する耐火物の保護チ ューブ45を介して第１槽44に導入される。定常状態では、取鍋43を出る鋼の流量 は例えば約10t／分であり、これは溶融装置40の平均生産速度に相当する。 第１槽44では液体金属２の組成を調節するための各種操作、特に合金元素の添 加と、脱硫を行うことができる。すなわち、鋼２の脱硫が必要な場合には、脱硫 を減圧処理の前に行うのが好ましい。その理由の１つは脱硫操作には石灰等の水 分含有率の高い材料の添加が必要になり、そうした材料は液体金属２に水素を混 入させる傾向があるためである。さらに、脱硫操作では液体金属２を強力に攪拌 する必要があり、それによって大気中の窒素が吸収される危険が生じる。従って 、液体鋼２の脱気は、溶解ガスの含有率に対する脱硫による好ましくない影響を 補償するために脱硫後に行う必要がある。さらに、脱気時の窒素の除去は液体鋼 ２の硫黄含有率が低いほど容易になる。 第１槽44は垂直な隔壁48によって２つの区画46、47に分割され、隔壁48の下部 には２つの区画間を連絡する１つまたは複数の開口49が設けるのが好ましい。第 １区画47は液体鋼２が取鍋43から導入される区画であり、脱硫が行われる区画で ある。そのために固体物質を導入するための一般的な手段（図示せず）によって 第１区画47内の治金条件を金属の脱硫にとって好ましい下記条件下に常に保つこ とができる： 1) 液体鋼２に溶解している酸素の含有率が非常に低い（これはアルミニウムを 周期的または連続的に添加して溶解している酸素と結合させてアルミナにするこ とで行われる） 2) 液体鋼２の表面に石灰含有率が高く、流動性が高いスラグ50の層を存在させ 、金属中の硫黄を石灰と反応させてCaＳの形でスラグ内に捕捉する（スラグは、 運転を継続するに従って次第にCaＳで飽和され、脱酸素によって生じるアルミナ の含有率が次第に上昇するが、スラグの組成は常に満足な状態に維持しなければ ならない。従って、スラグの一部を定期的に取り除くとともに石灰（場合によっ てはスラグの適当な流動性を保つための他の成分）を添加して除去した分を補う 必要がある）。 第１区画46はさらに、脱硫を行うのに必要な金属２とスラグ50との激しい攪拌 を行い、アルミニウムを導入した時に生じるアルミナ介在物の大部分を除去する ための液体鋼２とスラグ50との混合手段、例えばアルゴンの吹込み手段を備えて いる。 この処理の後に得られる液体鋼２の硫黄含有率は製錬前の材料の硫黄含有率、 液体鋼２上に存在するスラグ50の量および液 体鋼２が第１区画46に滞留する平均滞留時間に依存する。従って、この第１区画 46の容量および形状は液体鋼２が硫黄含有率を所望値にするのに十分な平均滞留 時間が保証されるように設計する必要がある。 第１槽44の第２区画47に入る液体鋼２は、硫黄含有率がゼロで、第１区画46で 生じたアルミナ介在物の大部分が除去された液体鋼のみである。第２区画47には 大まかな脱炭を行うリアクタ53の上昇浸漬管52の下端が浸漬される。図示した実 施例ではこのリアクタ53は従来型ＲＨに類似の構造を有し、２本の浸漬管すなわ ちアルゴン注入用の装置55を備えた上昇浸漬管52と、第１槽44とは別の中間槽57 に下端が浸漬された下降浸漬管56とを有する円筒形の容器54で構成されている。 容器54はリアクタ53内を例えば50torr以下の減圧に保つための吸引装置58を備え ている。液体金属２は減圧力で容器54へ吸引される。必要に応じて上昇浸漬管55 に吹込まれるガスは定常状態での第１槽44と中間槽57との間を流れる金属２の流 速を第１槽44への供給速度にほぼ等しくさせる役目をする。これによって第１槽 44と中間槽57との間の金属表面の高さの差を一定に保てば、プラント全体で一定 の運転条件が維持される。しかし、上昇浸漬管52にアルゴンを吹込まない場合に は、金属２の脱炭を加速するために容器54自体にアルゴンを吹込む必要がある。 リアクタ53の容器54の好ましくは上昇浸漬管52と一直線上に液体金属に酸素を吹 込むランス59（あるいは同等の装置）を設ける。こうして導入された酸素は浴中 に存在するアルミニウムを消費すると同時に鋼２に溶解して炭素と結合し、所望 の大まかな脱炭が実行される。これによって金属２の炭素含有率は200〜800ppm から、例えば約80ppmにならなければならない。この含有率範囲では 脱炭は非常に迅速に起こるので、この完全混合リアクタ53で十分に上記結果は達 成できる。 リアクタ53の出口での液体鋼２の炭素含有率は既にその当初の含有率よりもは るかに低く、液体鋼２を図１に示すようなタイプのリアクタで処理した場合に超 低炭素含有率が得られるまで脱炭を継続するのに十分な量の酸素が溶解され、含 有されている。 次の処理は生産ラインの次のステップを構成する。すなわち液体鋼２を中間槽 57から取り出して高脱炭リアクタ５を通す。この高脱炭リアクタ５は図１に示し たものと同じであるので、ここでは詳細な説明はしない。この場合には、中間槽 57が図１の中間槽４の役目をする。２つのプラントに共通な他の要素は図２では 図１と同一の参照番号で表してある。最終セルまたは高脱炭リアクタ５のセルで 、液体鋼２にアルミニウム、シリコンおよびマンガンなどの合金元素を連続的に 添加するための手段60が加えられている。この段階では脱炭は完了しているもの と見なされ、金属はアルミニウムによって溶解している残留酸素が捕捉した後に 成分を最終調節する。 図１のプラントと同様に、脱炭され、成分調整さられた液体鋼２は高脱炭リア クタ５の下降浸漬管10が浸漬されている連続鋳造タンディッシュ11に流入する。 次いで、液体鋼２は鋳型内で凝固を開始し、スラブ、ブルームまたはビレット15 になる。このタンディッシュ11は介在物を含まないという観点から冶金的品質の 高い製品を鋳造するための公知の任意の改良点、例えば金属の滞留時間を長くす るための障害物、ガス吹込みまたは誘導を用いた混合装置、タンディッシュの下 側に不活性ガスを吹込むための覆い等を備えているのが好ましい。これらの装置 は、この実施例では金属２の最後の脱酸素がタンディッシュに入る直前に行われ 、従って、この脱酸素によって生じる介在物を迅速に除去することが必要である 点を考慮すれば、ここでは特に有用である。さらに、誘導またはプラズマトーチ によって金属を再加熱するための周知の装置をタンディッシュ11に設けることも 有利である。すなわち、液体金属２の処理中に液体金属を複数回輸送することは 熱的に見てロスが大きい（特にプラントが完全に温度平衡に達していない場合） 。従って、金属２の処理中の各段階で金属２を再加熱可能であれば、金属２を製 錬装置40に注ぐ時に過剰に高い温度にする必要がなくなる（過剰な高温によって 製錬装置の耐火物ライニングの使用期間が短くなる）。粗脱炭リアクタ53に酸素 を注入することで生じるアルミニウムの燃焼作用はこの再加熱の１つである。 冶金槽43、44、57に覆いと、覆いの下側に不活性ガスを吹込む手段（図示せず ）とを設けて液体金属と大気との接触を制限するのが有利である。 以下、例として、炭素含有率が５ppmオーダーの鋼を製造するための製造スキ ームを想定する： 1) 炭素含有率が約400〜800ppmの鋼を容量300tの転炉40を用いて、30分に１回 の割合で（平均の生産速度は10t／分）で製錬し、金属２を取鍋43に注ぐ。 2) 流速10t／分で液体金属２を第１槽44の第１区画46へ連続的に送り、そこで 脱酸素および脱硫を行う。 3) 脱酸素および脱硫された液体金属２を流速10t／分で第１槽44の第２区画47 から粗い脱炭を行うリアクタ53へ吸引し、このリアクタ53で金属２中に存在する アルミニウムの全量と炭素の一部を酸化する。 リアクタ53の特性は下記の通り： 容器の容量：液体金属15ｔ（これは金属２の平均滞留時間 が90秒であることを意味する） 圧力 ：50torr アルゴンの流量 （上昇浸漬管52または容器54への）：60〜65ｌ／秒 これらの条件で、粗い脱炭を行うリアクタ53の出口では、約80ppmの炭素と1 60ppmの溶解酸素とを含有する金属２が得られる。この金属は中間槽57へ送られ る。 4) 液体金属２を中間槽57から高脱炭リアクタ５へ流速10t/分で吸引する。リア クタ５は下記の特性を有する： 長さ：９ｍ 幅 ：１ｍ 金属２の平均の深さ「ｅ」：40-45cm 作業圧力：50torr以下 セルの数：９（上昇浸漬管８が開口した１つ目のセル２９を 含む）(脱酸素元素（アルミニウム、シリコ ンなど）および他の合金元素が添加される場 合には、これらのセルの最後のセルは成分調 整専用のもので、脱炭には関与しない) １つ目のセル29の長さ ： 1.8ｍ 他のセルの長さ ： 0.9ｍ 各セルでのアルゴンの流量：約15ｌ／秒 各セルでの金属の平均滞留時間：15秒（１つ目のセル29を 除く、１つ目のセル29の平均滞留時間は30秒 であり、従ってリアクタ中での合計の滞留時 間は150秒） １つ目のセルでの炭素含有率：30ppm ８番目および９番目のセルでの炭素含有率：５ppm ・脱炭、脱酸素されて成分に変化を付けられた液体金属２を、タンディッシ ュ11へと導入する； 5) 金属２を、鋳型13に注いで冶金製品15を作る。 上記実施例では、同じ生産速度を有する従来のＲＨと比較して、大まかに脱炭 を行うリアクタ53と、本発明のリアクタ５とでの金属２の滞留時間を合わせると 金属の一部が減圧に曝されて脱炭される時間を８倍にすることができることが分 かる。 製錬装置40の出口での窒素含有率が高過ぎず、それに続く段階（特に１つの容 器から別の容器への金属の移送および混合）で窒素が取り込まれることがないえ らば、超低炭素含有率と超低窒素濃度(30ppm以下)とが対になって得られる。窒 素含有率をさらに低くすることが望まれる場合には上記の操作モードは最適では ない。その理由は、高度に脱炭された金属は溶解酸素の含有率が高いために、最 終のセルで行われる脱窒素はごくわずかになるためである。従って、脱炭によっ て生じるＣＯを用いた掃気では小さ過ぎ、溶解酸素が脱窒素の反応速度に与える 好ましくない影響を相殺することはできない。従って、高脱炭リアクタ５の１つ 目のセルへのアルゴンの流量を増加させ、さらに／または、アルゴンの代わりに 水素を用いて脱炭の反応速度を加速して従来の方法よりも早く目的とする炭素含 有率を得ることができ、次に、脱酸素用のアルミニウムを最後のセルでなくさら に上流で添加する。従って、最後のセル内で脱酸素された金属に大量のガス（ア ルゴンまたは水素）を吹き込むとによって、最後のセルを脱窒素専用とすること ができる。 また、既に述べたように、リアクタ５を高脱炭リアクタでな く炭素を用いた金属の減圧脱酸素を行うためのリアクタとして使用することがで きる。そうすることの利点は、液体金属の最終的な脱酸素のために最低量のアル ミニウムが必要であり、最終的に、内包される酸素含有率の非常に低い金属が得 られる点にある。そのためるは上記製造スキームで粗脱炭リアクタ53によって得 られる炭素含有率80ppm（例えば）は許容可能である。本発明のリアクタ５では アルゴン注入の代わりに液体または気体の炭化水素、例えばメタン、ＣＨ₄を注 入することもできる。この炭化水素はクラッキングによって炭素と水素とに分解 する。炭素は金属２に溶解している酸素と結合してＣＯを構成する。その生成反 応速度は水素によって加速される。各セルで注入する炭化水素の量を変えて脱酸 素の進行中、浴の炭素含有率が一定となるようにすることもできる。すなわち、 溶解酸素の含有率を約10ppmにすると同時に最初の炭素含有率80ppmを保持するこ ともできる。 また、超低炭素含有率(5ppm)と超低酸素含有率(10ppm)とを同時に達成するこ とも考えられる。そのためには、リアクタ内の圧力を10torr以下に低下させて所 定の炭素含有率でバランスする熱力学的平衡で酸素の含有率を低下させる必要が ある。 上記の製造ラインの変形例として、一次製錬装置40および取鍋43の代わりに、 連続的運転される一次製錬装置を用いることが考えられる。この装置はプラント 内の液体金属の流速にほぼ等しい流速で液体金属を直接第１槽44に連続的に注入 する。 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、変更をして本発明の冶金リア クタおよびそれを用いた液体鋼製造プロセスにすることができる。必須の点はリ アクタのデザインを決定する一般原則、すなわち理想的なブラグフローの場合に できるだ け近いリアクタ内での液体金属の流れを保持しなければならないということであ る。本発明のリアクタはカスケート状に使用することができる。同様に、上記リ アクタは特に炭素含有率が低いわけではないが、介在物をほとんど含有せず、し かも溶解ガスの含有量を低くすることが望まれる鋼の製造にも何ら問題なく使用 可能であるということは明らかである。本発明は鋼以外の金属の製造にも適用で きることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ２１Ｃ 7/10 9264−4Ｋ Ｃ２１Ｃ 7/10 Ｓ (72)発明者 ロス，ジャン−リュク フランス国 57070 メッツ リュ ドュ ロワ―アルベール 30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体金属を開始槽からこの開始槽に対して減圧されたリアクタ内に吸引し、 リアクタ内で金属をプラグフローに近い条件で流し、金属を冶金処理し、リアク タを通過した金属を最終槽に排出し、この最終槽に対してもリアクタが減圧にな っていることを特徴とする液体金属の組成の調節方法。 ２．開始槽に金属を連続的に供給し、最終槽から金属を連続的に流出させる請求 項１に記載の方法。 ３．最終槽が連続鋳造用タンディッシュである請求項２に記載の方法。 ４．リアクタが複数のセルに分割され、各セルが完全混合領域を構成する請求項 １〜３のいずれか一項に記載の方法。 ５．液体金属が鋼であり、冶金処理が脱炭を含む請求項１〜４のいずれか一項に 記載の方法。 ６．液体金属が鋼であり、冶金処理が脱窒素を含む請求項１〜５のいずれか一項 に記載の方法。 ７．液体金属が鋼であり、冶金処理が炭素を用いた減圧脱酸素を含む請求項１〜 ６のいずれか一項に記載の方法。 ８．液体金属を収容する開始槽(4)と、リアクタ(5)と、終了 槽(11)とを有し、リアクタ(5)は容器(6)を備え、この容器(6)はその内部を開始 槽(4)および終了槽(11)内の圧力に対して減圧状態に維持する手段(7)と、一端が 開始槽(4)に収容された液体金属(2)中に浸漬され、他端が容器(6)の底部(18)に 接続された上昇浸漬管とよばれる第１の浸漬管(8)と、一端が最終槽(11)に収容 された液体金属(2)中に浸漬され、他端が容器の底部(18)に接続された下降浸漬 管とよばれる第２の浸漬管(10)と、液体金属を各浸漬管(8,10)とリアクタ(5)の 容器(6)とを介して開始槽(4)と最終槽(11)との間で連続的に流す手段とを備えて おり、容器(6)は液体金属が各浸漬管(8,10)間を移動する際に液体金属をプラグ タイプのフローに近い状態で流すような形状をしていることを特徴とする鋼など の液体金属(2)の組成を調節するための設備。 ９．容器(6)の断面がほぼ矩形であり、各浸漬管(8,10)の間の距離と容器(6)の幅 との比が少なくとも６である請求項８に記載の設備。 10．容器(6)が、液体金属(2)を撹拌し、容器(6)を複数の完全混合セル(29-34)に 分割するための手段を複数有する請求項８または９に記載の設備。 11．撹拌手段が液体金属に流体を注入する手段(19-23)を含む請求項10に記載の 設備。 12．撹拌手段の少なくとも一部の流体がアルゴンである請求項11に記載の設備。 13．撹拌手段の少なくとも一部の流体が水素である請求項11に記載の設備。 14．撹拌手段の少なくとも一部の流体が炭化水素である請求項11に記載の設備。 15．撹拌手段が液体金属(2)に移動電磁場を印加する手段を含む請求項10〜14の いずれか一項に記載の設備。 16．各セル(29-34)がダム(24-28)で隔てられ、各ダムがそれによって隔てられた セル間の連絡を可能にする孔を有する請求項10〜15のいずれか一項に記載の設備 。 17．液体金属を開始槽(4)と最終槽(11)との間で連続的に流す手段が上昇浸漬管( 8)内の液体金属(2)にガスを吹き込む手段(9)を含む請求項８〜16のいずれか一項 に記載の設備。 18．開始槽(4)に液体金属(2)を連続的に供給する手段と、最終槽(11)から液体金 属(2)を連続的に抜出す手段(12)とを有する請求項８〜17のいずれか一項に記載 の設備。 19．最終槽(11)が連続鋳造用タンディッシュである請求項18に記載の設備。 20．下記のものを含む液体鋼の組成の調節設備： 1) 液体鋼(2)の一次製錬装置(40)、 2) 液体鋼(2)を一次製錬装置(40)から液体金属(2)中に脱酸 素剤を導入する手段と混合手段(51)とを備えた第１槽(44)へ連続的に注ぐ手段(4 3)、 3) 内部を減圧する手段(58)と、第１槽(44)に収容された液体金属(2)中に浸漬 された第１の浸漬管(52)と、中間槽(57)中に浸漬された第２の浸漬管(56)とを有 する容器(54)を含む、液体金属(2)を大まかに脱炭するためのリアクタ(53)、 4) 容器(53)に設けられた液体金属中に酸素を吹込む手段(59)、 5) 液体金属(2)を第１槽(44)と中間槽(57)との間で連続的に流す手段、 6) 少なくとも１つの請求項８〜19に記載の液体金属の組成を調節するため設備 （中間槽(57)はこの設備では開始槽(4)を構成する）。 21．一次製錬装置(40)自体が液体鋼(2)を第１槽(44)へ連続的に注ぐ手段(43)を 構成する請求項20に記載の設備。 22．第１槽(44)がこの槽を２つの互いに連通した区画(46,47)に分割する隔壁(48 )を含み、一方の区画(46)が第１槽(44)に液体金属を注入する手段(43)から送ら れてくる液体金属(2)と脱酸素剤とを受け、他方の区画(47)には粗脱炭リアクタ( 53)の第１の浸漬管(52)が浸漬されている請求項20または21に記載の設備。 23．液体金属(2)を第１槽(44)と中間槽(7)との間で連続的に流す手段が、第１の 浸漬管(52)内の液体金属にガスを吹込む手段(55)を含む請求項20〜22のいずれか 一項に記載の設備。