JPH10330831A - 溶鋼の脱窒方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＨ脱ガス設備の真空槽下部槽の側壁からガ
スを溶鋼中に吹き込んで、従来よりも短い処理時間で従
来と同等の極低窒素溶鋼を製造する。 【解決手段】 脱硫剤を上昇管4 内の溶鋼2a、上昇管4
の下延長方向の溶鋼、又はその上延長方向の溶鋼2a' へ
供給しつつ、不活性ガス及び／又はＣＯガスを真空槽6
の下部槽側壁から真空槽内溶鋼2bに吹き込む。望ましく
は脱硫剤にＣａＯを含み、このＣａＯ分の吹込み速度Ｗ
_CaO′（Kg／min ／ton)が、1.75×10^-3Ｃ_S Ｑ／Ｗ≦Ｗ
_CaO′ ≦10／ｔ、但し、Ｃ_S ：脱硫前溶鋼Ｓ濃度（pp
m)、Ｑ：溶鋼環流量（ton ／min)、Ｗ：溶鋼量(ton) 、
ｔ：脱硫処理時間（min)を満たし、且つ、側壁部から吹
き込む不活性ガス及び／又はＣＯガスの吹込み速度Ｇ
_side(Nl/min)が、100 ≦Ｇ_side／Ａ≦4000、但し、Ｇ
_side：真空槽側壁部からのガス吹込み量(Nl/min)、Ａ：
下部槽の内部横断面積(m²)を満たすように制御する。 【効果】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＲＨ真空脱ガス
装置を用いて溶鋼の脱窒処理を効率的に行なう方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要
求の高まりから、鋼中の不純物元素を極限まで低減する
ことが望まれている。このために、溶鋼の段階で鋼を高
純度化し、高清浄化するための技術が必要とされてお
り、鋼中の不純物元素の一つである窒素は、鋼の加工性
向上のために低減しなければならない。こうした背景か
ら、ＲＨ脱ガス装置を用いて溶鋼からＮが除去された極
低窒素鋼が溶製されている。

【０００３】例えば、特開昭６３−５７７１５号公報に
は、真空脱ガス装置において脱窒反応界面積を得るため
に、溶鋼中にＣＯ及びＡｒの混合ガスを吹き込み、低窒
素鋼を溶製する方法（以下、先行技術１という）が開示
されている。

【０００４】また、特開平３−６１３１７、３−６１３
１８及び３−６１３１９号公報には、真空脱ガス装置に
おいて脱窒反応界面積を得るために、ＣＯ及びＡｒの混
合ガスを真空槽側壁部から溶鋼中に吹き込み、低窒素鋼
を溶製する方法（以下、先行技術２という）が開示され
ている。

【０００５】一方、溶鋼中のＳは界面活性元素であるた
め、溶鋼の脱窒が進行する反応界面にＳが吸着し、脱窒
を妨げる。これに対して、例えば、特開昭６３−１６１
１１３号公報には、溶鋼の脱窒反応を妨げるＳ濃度を予
め下げてから脱窒を行なう方法（以下、先行技術３とい
う）が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術１及び２では、溶鋼中Ｓ濃度が高い場合には脱窒反応
が妨げられるので、効率的に窒素を減らすことができな
い。先行技術３によれば、脱窒を妨害するＳを予め除去
してから脱窒処理をするので、極低窒素鋼は得られる。
しかしながら、処理時間が長くなるので溶鋼の熱ロスが
大きく、余分なエネルギーコストを要する。

【０００７】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決して、ＲＨ脱ガス装置により溶鋼を効率的に処理
し、窒素濃度を極限まで下げることができる溶鋼の脱窒
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、溶鋼の脱窒方法を開発すべく鋭意研究を重ね
た。溶鋼の脱窒反応を促進するためには、 脱窒反応の界面積を大きくすること、 溶鋼中の界面活性元素の濃度を低くし、脱窒反応の界
面への活性元素の吸着量を少なくして界面活性元素によ
る脱窒反応の妨害をできるだけ小さくすること、及び、 脱窒反応界面への未脱窒溶鋼の供給速度を大きくする
こと、 等が重要である。

【０００９】ＲＨ真空脱ガス槽内の溶鋼中にガスを吹き
込んで脱窒反応界面積をできるだけ大きくするために
は、ガスは溶鋼環流用の上昇管から吹き込むよりも、真
空槽下部槽の側壁部から吹き込んだ方が多量に吹き込む
ことができるので、溶鋼中により多くのガス気泡を形成
させ得る。従って、脱窒反応界面としてより広い気液界
面を提供することができる。この場合、ガス吹込み用ノ
ズルの位置は、下降管の近接位置を避けた側壁部とし、
そこからガスを吹き込めば、溶鋼環流を妨害することも
ない。

【００１０】こうして形成された脱窒反応界面に、界面
活性元素、特にＳ原子が吸着している量が少ない状態で
脱窒する方が脱窒に有利である。そのためには、脱硫剤
を上昇管内部の環流溶鋼中や上昇管から流出した直後の
真空槽内溶鋼表面のように溶鋼撹拌の強い場所に添加
し、こうして脱硫された溶鋼に脱窒用ガスを吹き込むの
がよい。この脱窒用ガスは上述したように、真空槽下部
槽の側壁部から吹き込む。こうすれば、真空槽内で脱硫
された溶鋼が、取鍋へ環流して取鍋内の未脱硫溶鋼によ
って脱硫効果が薄められる前に溶鋼を脱窒することがで
きるから、脱窒界面への吸着Ｓ原子が少ない状態で脱窒
することができる。従って、溶鋼の脱窒が効率的に行な
われる。

【００１１】一方、上昇管内への環流ガスや脱硫剤吹込
み用搬送ガスを多く吹き込み過ぎると、上昇管内でガス
が吹き抜け現象を起こし、溶鋼環流が十分に行なわれな
い。従って、環流ガスや上昇管あるいは上昇管の下方か
らの脱硫剤吹込み用搬送ガスは、ガス及び脱硫剤吹込み
用ノズル詰まり防止及び脱硫剤吹込み機能の確保に必要
なガス流量に制限する。

【００１２】以上のようにすれば、上記〜項の脱窒
反応の界面積を大きくし、界面活性元素特にＳ原子によ
る脱窒反応の妨害を排除し、そして脱窒反応界面への未
脱窒溶鋼の供給速度を大きくすることができる。従っ
て、溶鋼の脱窒反応を促進することができる。

【００１３】この発明は、上述した知見に基づきなされ
たものであって、請求項１記載の溶鋼の脱窒方法は、Ｒ
Ｈ真空脱ガス装置の真空槽の側壁部から真空槽内の溶鋼
中にガスを吹き込むことにより溶鋼を脱窒する方法にお
いて、脱硫剤を上昇管内溶鋼、上昇管の下延長方向の溶
鋼、又は上昇管の上延長方向の溶鋼へ供給しつつ、不活
性ガス及び／又はＣＯガスを真空槽の側壁部から真空槽
内の溶鋼中に吹き込むことに特徴を有するものである。

【００１４】請求項２記載の溶鋼の脱窒方法は、請求項
１の発明において、脱硫剤としてＣａＯを含むものを使
用し、脱硫剤の供給を、脱硫剤に含まれるＣａＯ重量分
の吹込み速度Ｗ_CaO ’が、下記（１）式を満たすように
制御し、且つ、真空槽の側壁部から溶鋼中に吹き込む不
活性ガス及び／又はＣＯガスの吹込みを、その不活性ガ
ス及び／又はＣＯガス量の吹込み速度Ｇ_sideが下記
（２）式を満たすように制御することに特徴を有するも
のである。

【００１５】 １．７５×１０^-3Ｃ_S Ｑ／Ｗ≦Ｗ_CaO ’≦１０／ｔ ----------（１） 但し、 Ｗ_CaO ’：脱硫剤中ＣａＯ量の供給速度（kg／min ／to
n ） Ｃ_S ：脱硫前溶鋼のＳ濃度（ppm ） Ｑ ：溶鋼環流量（ton ／min ） Ｗ ：溶鋼量（ton ） ｔ ：脱硫処理時間（min ） １００≦Ｇ_side／Ａ≦４０００ ----------------------------（２） 但し、 Ｇ_side：真空槽側壁部からのガス吹込み量（Nl／min ） Ａ ：真空槽下部槽の内部横断面積（ｍ² ）

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、この発明を、図面を参照し
ながら説明する。図１及び２に、この発明の方法を実施
するときに使用するＲＨ脱ガス装置の一例の断面概念図
を示す。図１は、取鍋内溶鋼をＲＨ脱ガス装置で脱窒す
るときの縦断面概念図であり、図２は、図１の真空槽の
ＡＡ線矢視図である。図１及び２において、１は取鍋、
２ａは上昇管内の環流溶鋼、２ａ’は上昇管から流出し
た溶鋼、２ｂは真空槽内の溶鋼、４は上昇管、５は下降
管、６は真空槽、７は上昇管の下部に接続された溶鋼の
環流用ガス吹込み管、そして１０は合金投入シュートで
ある。脱硫剤供給装置として、粉体吹込みランス８及び
粉体吹付けランス９が設けられている。１１はガス吹込
みノズルであり、その取り付け高さは真空槽６の側壁部
下部であって、ＲＨ脱ガス処理中の真空槽内の溶鋼２ｂ
表面レベルより低い位置に、円周方向に複数本設けられ
ており、先端は溶鋼２ｂ内部に開口している。このガス
吹込みノズル１１は、図２に示すように、上昇管４及び
下降管５近接部から離れた位置に複数本（この場合は８
本）設けられている。

【００１７】上記ＲＨ真空脱ガス装置で、真空槽６の内
圧を所定圧力まで減圧し、溶鋼２の環流用ガス吹込み管
７から上昇管４内の溶鋼２ａに環流ガスを吹込む。こう
して、取鍋１内の溶鋼２を真空槽６内の減圧雰囲気に曝
しながら、上昇管４から上昇させ、下降管５から下降さ
せて循環させる。次いで、粉体吹込みランス８から気送
で粉状脱硫剤を上昇管４の真下下方から溶鋼２ａを目が
けて上向きに吹込み、又は、粉体吹付けランス９から上
昇管４から流出した溶鋼２ａ’の表面に向けて気送で粉
状脱硫剤を吹き付ける。また、粉体吹付けランス９の代
わりに合金投入シュート１０を利用して脱硫剤を同じ位
置に投入してもよい。こうして、真空槽６内へ流入した
溶鋼２ｂは脱硫される。一方、上記溶鋼脱硫をしなが
ら、ガス吹込みノズル１１から不活性ガス及び／又はＣ
Ｏガスを真空槽６内の溶鋼２ｂに吹き込む。溶鋼２ｂは
上記脱硫処理により脱硫された直後のものである。脱硫
された溶鋼は環流して取鍋１へ入り、溶鋼全体が脱硫さ
れると共に脱窒される。

【００１８】上記脱硫剤は、大きな脱硫効果をあげ、且
つコストを低くする点からＣａＯを含むものが望まし
い。脱硫剤の溶鋼への添加量（ｋｇ／溶鋼−ｔ）は、脱
硫処理前のＳ濃度と処理後の目標Ｓ濃度に応じて決め
る。

【００１９】図３に、この発明において、脱硫剤中のＣ
ａＯ分の供給速度Ｗ_CaO ’、及び、真空槽側壁部からの
ガス吹込み量Ｇ_sideについて、一層望ましい領域を斜線
で示す。以下、同図を参照しながらＷ_CaO ’及びＧ_side
の望ましい範囲について説明する。

【００２０】（イ）Ｗ_CaO ’の望ましい範囲について ・脱硫剤中のＣａＯ分の供給量Ｗ_CaO ’は、１．７５×
１０^-3Ｃ_S Ｑ／Ｗ以上であることが一層望ましい。この
場合には、脱硫剤の供給量が十分であるため、真空槽内
に供給される溶鋼のＳ濃度も十分低下し、脱窒反応が一
層促進するからである。 ・Ｗ_CaO ’が１０／ｔ以下に制限すれば一層望ましい。
この場合には、脱硫剤を供給しても溶鋼の温度降下によ
る操業上の問題が発生する心配は全くないからである。

【００２１】（ロ）Ｇ_side／Ａの望ましい範囲について ・真空槽の内部横断面積当たりのガス吹込み量Ｇ_side／
Ａは、１００Ｎｌ／ｍｉｎ／ｍ² より小さいことが一層
望ましい。この場合には、脱窒反応界面積の増加が十分
確保されるので、脱窒反応は一層促進されるからであ
る。 ・真空槽内へのガス吹込み量が多くなり過ぎると、脱窒
反応は促進されるが、ガスによる溶鋼スプラッシュ量が
多くなり、これが真空槽側壁に付着し、以降の溶鋼処理
時に溶け出すと溶鋼が汚染され、操業上問題となる。こ
の観点から、真空槽の内部横断面積当たりのガス吹込み
量Ｇ_side／Ａは、４０００Ｎｌ／ｍｉｎ／ｍ² 以下の場
合にはその問題発生は皆無であり、一層望ましいという
知見を得た。そこで、この値を上限とした。

【００２２】（ハ）脱窒速度係数：Ｋ_N の望ましい範囲
について 次に、上記溶鋼の脱窒反応の速度式を、下記（３）式の
２次反応速度式で表わされると考える。

【００２３】 −ｄＮ_t ／ｄｔ＝ｋ’（Ａ／Ｖ）Ｎ_t ² --------------------（３） 但し、 Ｎ_t ：脱窒開始後時刻ｔにおけるＮ濃度（wt.%） ｋ’：見掛けの反応速度定数（ｃｍ／wt.%／ｍｉｎ） Ａ ：脱窒反応界面積（ｃｍ² ） Ｖ ：真空槽内の溶鋼体積（ｃｍ³ ） （２）式より導かれる下記（４）式は、脱窒反応速度を
表わす。

【００２４】 Ｋ_N ｔ＝（１／Ｎ_t ）−（１／Ｎ₀ ）--------------------（４） ここで、Ｋ_N ≡ｋ’（Ａ／Ｖ） 但し、 Ｋ_N ：脱窒速度定数（１／wt.%／ｍｉｎ） ｔ ：脱窒経過時間（ｍｉｎ） Ｎ₀ ：脱窒開始時（ｔ＝０）におけるＮ濃度（wt.%） 従って、所定の脱窒処理時間内に希望するＮ濃度まで脱
窒するためには、脱窒速度係数Ｋ_N を一定値以上に大き
くしなければならない。この発明の方法で得ようとする
極低窒素溶鋼を得るためには、Ｋ_N の値を７（１／wt.%
／ｍｉｎ）以上にすることが必要であり、一層望ましく
は１５（１／wt.%／ｍｉｎ）以上にするのがよい。その
ためには、脱硫剤中ＣａＯ量の供給速度：Ｗ_CaO ’（kg
／min ／ton ）と、真空槽側壁部からのガス吹込み量：
Ｇ_side（Nl／min ）とは、それぞれ前記（１）及び
（２）式を満たせばよいとの知見を得た。

【００２５】

【実施例】次に、この発明の溶鋼の脱窒方法を、実施例
によって更に詳細に説明する。２５０ｔ／チャージの転
炉から取鍋に出鋼された低炭素低硫黄溶鋼をＲＨ脱ガス
設備で脱硫及び脱ガス処理した。本発明の範囲内の溶鋼
脱窒方法（実施例１〜２２）及び本発明の範囲外の溶鋼
脱窒方法（比較例１及び２）の試験を、図１及び２に示
したＲＨ脱ガス設備を用いて行なった。

【００２６】表１及び２に、実施例１〜２２及び比較例
１及び２の試験条件を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】脱硫処理前の溶鋼のＳ濃度は２０〜３５ｐ
ｐｍ、Ｎ濃度は２５〜４０ｐｐｍである。また、脱硫剤
の成分組成及び添加方法、真空槽下部槽の側壁部からの
ガス吹込み条件、並びに上昇管に吹き込んだ環流ガスと
上昇管の下方から脱硫剤を吹き込んだキャリーガスとの
合計流量の試験範囲は下記の通りである。但し、比較例
１においては、脱硫剤を真空槽の下降管内溶鋼に供給
し、また比較例２においては、真空槽下部槽の側壁部か
らのガスは吹き込まなかった。

【００３０】 ・脱硫剤＝ＣａＯ−ＣａＦ₂ −ＭｇＯ系フラックス ＣａＯ：５０〜７０wt.%、ＣａＦ₂ ：１０〜５０wt.%、 ＭｇＯ：２０wt.%以下 ・脱硫剤添加方法＝上昇管下方からの吹込み（図１の粉
体吹込みランス８の使用）、又は、上昇管から流出した
溶鋼表面への吹付け（粉体吹付ランス９の使用） ・脱硫剤添加速度＝８／２５８〜１８０／２５５ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ ＝０．０３１〜０．７０６ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ ・下部槽側壁部からの吹込みガス種＝Ａｒガス ４０〜２０００Ｎｌ／ｍｉｎ／本（ランス本数：８本） ・上昇管に吹き込まれたガス＝Ａｒガス 合計：３５００（Ｎｌ／ｍｉｎ）／２５０（ｔｏｎ） 上記試験結果を、表１及び２に併記した。

【００３１】表１及び２から明らかなように、 ・実施例１〜１４においては、脱窒速度定数Ｋ_N は１５
（１／wt.%／ｍｉｎ）以上であり、所定の脱窒時間内に
溶鋼のＮ濃度は２０ｐｐｍ以下に下がり、 ・実施例１５〜２２おいては、脱窒速度定数Ｋ_N は７
（１／wt.%／ｍｉｎ）以上であり、所定の脱窒時間内に
溶鋼のＮ濃度は２５ｐｐｍ以下に下がり、いずれも極低
窒素溶鋼が効率よく得られた。

【００３２】これに対して、 ・比較例１では、脱硫剤を真空槽の下降管内に供給した
ため、脱窒速度定数Ｋ_Nが２．３（１／wt.%／ｍｉｎ）
と小さく、・比較例２では、真空槽下部槽の側壁部から
のガスは吹き込まず、真空槽内溶鋼へのガス吹込みは、
環流ガスと上昇管下方からの脱硫剤吹込み用キャリアー
ガスだけである。そのため、脱窒速度定数Ｋ_N が１．１
（１／wt.%／ｍｉｎ）と小さく、いずれも所定の脱窒時
間内での脱窒は促進されなかった。

【００３３】また、この発明の方法によれば、ＲＨ脱ガ
ス設備で脱硫処理をしながら脱窒処理をするので、従来
の先ず溶鋼を脱硫処理し、次いで脱窒処理するという方
法よりも短時間で脱窒処理をすることができることがわ
かる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
ＲＨ脱ガス設備で極低窒素溶鋼を従来よりも効率的に、
且つ安定した操業で製造可能な溶鋼の脱窒方法を提供す
ることができ、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法により取鍋内溶鋼を脱窒すると
きのＲＨ脱ガス装置例の縦断面概念図である。

【図２】図１の真空槽のＡＡ線矢視図である。

【図３】この発明において、脱硫剤中のＣａＯ分の供給
速度Ｗ_CaO ’と、真空槽側壁部からのガス吹込み速度Ｇ
_sideとの間で満たされることが望ましい領域を示す概念
図である。

【符号の説明】

１ 取鍋 ２ 溶鋼 ２ａ 上昇管内の環流溶鋼 ２ａ’上昇管から流出した溶鋼 ２ｂ 真空槽内の溶鋼 ３ 取鍋内スラグ ４ 上昇管 ５ 下降管 ６ 真空槽 ７ 環流ガス吹込み管 ８ 粉体吹込みランス ９ 粉体吹付ランス １０ 合金投入シュート １１ ガス吹込みノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 博章 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 櫻井 栄司 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽の側壁から
   前記真空槽内の溶鋼中にガスを吹き込むことにより前記
   溶鋼を脱窒する方法において、脱硫剤を上昇管内溶鋼、
   上昇管の下延長方向の溶鋼、又は上昇管の上延長方向の
   溶鋼へ供給しつつ、不活性ガス及び／又はＣＯガスを前
   記真空槽の側壁部から前記真空槽内の溶鋼中に吹き込む
   ことを特徴とする溶鋼の脱窒方法。
2. 【請求項２】 前記脱硫剤はＣａＯを含み、前記脱硫剤
   の供給を、前記ＣａＯ分換算の脱硫剤吹込み速度
   Ｗ_CaO ’が、下記（１）式： １．７５×１０^-3Ｃ_S Ｑ／Ｗ≦Ｗ_CaO ’≦１０／ｔ --------（１） 但し、 Ｗ_CaO ’：脱硫剤中ＣａＯ量の供給速度（kg／min ／to
   n ） Ｃ_S ：脱硫前溶鋼のＳ濃度（ppm ） Ｑ ：溶鋼環流量（ton ／min ） Ｗ ：溶鋼量（ton ） ｔ ：脱硫処理時間（min ） を満たし、且つ、前記真空槽の側壁部から前記溶鋼中に
   吹き込む前記不活性ガス及び／又はＣＯガスの吹込み
   を、前記不活性ガス及び／又はＣＯガス量の吹込み速度
   Ｇ_sideが下記（２）式： １００≦Ｇ_side／Ａ≦４０００ ----------------------------（２） 但し、 Ｇ_side：真空槽側壁部からのガス吹込み量（Nl／min ） Ａ ：真空槽下部槽の内部横断面積（ｍ² ） を満たすように制御することを特徴とする、請求項１記
   載の溶鋼の脱窒方法。