CN1068060C - 用于制造极低碳钢的钢液精炼装置及进行钢液精炼的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造极低碳钢的钢液精炼装置及进行钢液精炼的方法，其由在真空槽、上升回流管及下降回流管构成的浸渍管的精炼钢液的RH真空脱气装置中，将内管和外管构成的多个气体喷射用吹管喷咀，对着真空槽内的钢液，喷射气体地设置在上述RH真空脱气装置的真空槽侧壁上，在上述内管形成超声速喷射流的颈部，在外管喷射为冷却内管的冷却气体而构成。其不仅可容易地除去钢液中的碳成分，有效地防止钢液温度降低，而且可稳定地操作。

Description

用于制造极低碳钢的钢液精炼装置及进行钢液精炼的方法

本发明涉及为制造极低碳钢，用炼钢工艺的炉外精炼工序精炼钢液的装置及利用该装置精炼钢液的方法

一般，为制造碳含量为70ppm以下的极低碳钢，是利用图1的RH真空脱气装置(以下，称“RH”)，进行精炼钢液，但该方法中，若在未脱氧状态下，从转炉出钢的钢液到达RH时，首先，一边从回气体供给装置130，吹入氩气(Ar Gas)，一边将浸渍管120浸渍在溶在浇注用盛钢桶(Ladle)140的钢液M中，同时启动真空泵，使真空槽110的内部减压到数百至数千个帕(Pa)。此时，一边通过大气和真空槽内部压差，使浇注用盛钢桶140内的钢液M提升到真空槽内，一边在钢液M面上，进行下式1的脱碳反应。随着脱碳反应的进行，钢液M中的碳含量减少15～25分钟后，钢液M中的碳含量可达到70～25ppm。

[C]+[O]=CO(g)    ……………    (1)

即，在使用图1所示的RH精炼钢液时，存在着用RH使碳含量减少到70ppm以下，需要15分钟以上，每脱碳1分钟，钢液脱碳的钢液温度降低1.5℃以下，存在有使钢液温度变低的问题。

另一方面，在日本国专利公开公报昭52-88215号及昭52-89513号公开了，如图2所示，为缩短极低碳钢的脱碳时间，将吹氧用吹管喷咀150，设置在RH真空槽110的顶部上，在钢液脱碳过程中，通过该吹管喷咀150以高速，将氧气喷射在真空槽内的钢液M面上的装置。但该装置是在制造合金钢时，是为了提高合金钢的净收率。

进而，在日本专利公开公报平4-289113号、同平4-289114号及同平4-308029号公开了，如图3所示，在RH真空槽110的顶部，设置可改变高度的吹入氩气用吹管喷咀160，在极低碳钢的钢液M脱碳中，通过该吹管喷咀160以高速将氩气喷射在钢液M面上，在钢液M的含碳量到达50ppm后，将吹管喷咀160浸渍在真空槽内的钢液M中，通过将氩气吹入到钢液M中，制造极低碳钢的装置，但该装置要节减惰性气体的使用量。

另外，如图2及图3的装置，使用材质是铜的水冷式吹管喷咀150、160，利用该装置进行脱碳处理时，以高速，将氩气喷射在钢液M面上，加快极低碳钢的脱碳速度，以防止真空槽内部的温度过于降低。

可是，在使用图2及图3的装置脱碳时，由于真空槽内部温度升高到800～1200℃，铜质的吹管喷咀局部破损或熔损，有使吹管冷却水流出外部的危险。若冷却水流出，有冷却水和真空槽内的1600℃的钢液M激烈反应，引起真空槽爆炸的危险。

进而，在日本专利公开公报昭64-217号公开了在RH真空槽的侧壁设置二个直管(straight)，在精炼钢液中，通过该单管的直管喷射一氧化碳通过设置在RH顶部的吹管送入氧气，在真槽内部，发生一氧化碳的二次燃烧反应，在精炼钢液中，抑制钢液温度降低的精炼钢液的方法。

如上述精炼钢液方法，通过直管喷射一氧化碳气体时，一氧化碳形成如图14A样的喷射火焰状。在该方法中，由于与从顶部喷射出的氧起反应，可抑制真空槽内钢液温度过低。可是，该方法存在着难以促进钢液的脱碳反应，越增加使用次数，单管的直管的冷却能力越相对地降低，所以受到钢液的辐射热而熔损，直管周围的耐火材料也大大熔损的问题。

进而，日本专利公开公报昭63-19216号公开将由单管构成的多个直管(straight type)，以相互高度不同地设在RH真空槽侧壁上，以便在钢液脱碳中使氧气送到RH真空槽内钢液面上，精炼钢液的技术。

此时，由于输送氧气的喷咀是直管，通过喷咀喷射的氧不能形成喷射流，而形成图14A样的喷射状，所以喷射的气体氧可达到钢液面上，将氧气供给于钢液。

可是，在上述方法中，由于喷射的氧不能形成喷射流，所以不能在钢液面上扩大发生脱碳反应的面积(凹凸部)，因此，存在难以促进脱碳反应的问题。

而且，在上述方法中也存在着由于在RH真空槽侧壁上设置多个直管，大大降低了RH的真空排气能力，其实施可能性受到怀疑，越增加使用次数，由非单管构成的直管的冷却能力越相对地降低，受到钢液的辐射热而熔损、直管周围的耐火材料也大大熔损，使RH直空槽的寿命大大降低，所以在经济上也是极不利的问题。

因此，本发明者为了解决上述以往技术等存在的问题，进行了研究和实验，根据其结果，提出了本发明，本发明的目的在于提供一种用于制造极低碳钢的钢液精炼装置及进行钢液精炼的方法，使其不仅可容易地除去钢液中的碳成分，有效地防止钢液温度降低，而且可稳定地进行操作。

以下，对本发明加以说明。

本发明涉及为制造在装有真空槽、由上升回流管及下降回流管构成的浸渍管的精炼钢液的RH真空脱气装置中，将由内管和外管构成的多个气体喷射用吹管喷咀设置在上述RH真空脱气装置的真空槽侧壁上，以便对着真空槽内的钢液喷射气体，在上述内管中构成形成超声速的喷射流的颈部，在上述外管形成为冷却内管，喷射冷却气体而构成的极低碳钢的精炼钢液装置。

进而，本发明在用装有真空槽、上升回流管及下降回流管构成的浸渍管的RH真空脱气装置，制造极低碳钢的精炼钢液的方法中，为制造包括如下阶段的极低碳钢的精炼钢液的方法：

将包括直线部，形成超声速度喷射流的颈部的内管和喷射冷却气体的外管构成的多个喷射气体用吹管喷咀，对着真空槽内的钢液，喷射气体的上述RH真脱气体装置，设在真空槽上的步骤；

一边提升接收钢液的浇注用盛钢桶(teeming ladle)等，一边向上升回流管供给回流气体，一边减少真空槽的内部压力，使装在浇注用盛钢桶的钢液，沿着上升回流管上升到真空槽内的步骤；以及

若将真空槽的内部压力下降到15K帕以下，通过上述内管，将氧气或含氧气体对着真空槽内的钢液，形成喷射流地喷射，然后，为通过上述外管，冷却内管，而喷射冷却气的步骤。

本发明的具体结构及方法由以下实施例及其附图详细给出。

图1是表示现有的制造极低碳钢的精炼钢液装置的结构图。

图2是表示现有的制造极低碳钢的其他精炼钢液装置的结构图。

图3是表示现有的制造极低碳钢的另一精炼钢液装置的结构图。

图4是表示本发明的精炼钢液装置的结构图。

图5是表示装在本发明精炼钢液装置的二个喷咀结构图。

图6是表示装在本发明精炼钢液装置的四个喷咀结构图。

图7是纵向的表示装在本发明精炼钢液装置的喷咀剖面的构成图。

图8是表示图7的B-B线剖面。

图9是表示从本发明精炼钢液装置的喷咀喷射喷射流状的构成图。

图10是表示关于本发明与比较例的脱碳速度图。

图11是表示关于本发明与比较例的钢液中的碳浓度的图。

图12是表示关于本发明和比较例在脱碳处理中每分钟钢液温度损失的图。

图13是表示关于本发明和比较例在脱碳处理中的二次燃烧率的图。

图14是表示根据吹氧管喷咀形状，喷射气体的喷射状态模式图。

图15是表示本发明喷射气体氧时的钢液面形状的模式图。

以下，对于本发明加以详细地说明。

如图4及图7所示，本发明的精炼精液装置1是由将氧气或含氧气体形成喷射流喷射构成的内管12和喷射为冷却内管12的冷却气构成的外管14构成的多个气体喷射用吹管喷咀10，设置在通常的RH真空脱气体装置的真空槽110侧壁而构成。

如图7所示，在上述吹氧管喷咀10的内管12形成在喷射氧气或含氧气体时，形成超声速喷射流的颈部17。

上述吹管喷咀10，最好是将其顶端部10a，与真空槽110的内壁110a配置在同一线上。

进而，设置在真槽侧壁的上述吹管喷咀10的个数，优选为二个或四个左右，但其理由是在只设置1个吹管喷咀10时，为了吹入规定量的氧气，吹管喷咀10的大小必须极大，存在着维修问题，在设有三个时，由于在真空槽110的侧壁难以对称地设置喷咀，所以妨碍钢液流动，在钢液面上难以设定引火点。

另一方面，在设置五个以上时，存在如下问题。即，通过吹管喷咀10供给氧气等的时间，比脱碳时间短很多，在不喷射气体氧时，为了保护内管12免于热熔损，防止附着铅合金，必须通过外管14，供给氩气或氮气等惰性气体。上述氮气的供给适用于不限制氮含量的极低碳钢的制造。因此，在吹管喷咀10为五个以上时，由于通过外管14喷射的冷地气体量增加，不仅恶化真空度，而且难以维持吹管喷咀10的管理，所以最优选的是设置二或四个。

上述吹管喷咀10优选的是将其设置在距钢液面M相当真空槽半径的1.9～3.0倍的高度上。吹管喷咀高度是真槽半径的1.9倍以下时，往往使真空槽内壁110a和吹管喷咀10形成的角度θ1相对地变小，在设置吹管喷咀10的过程中，不仅难以加工真空槽侧壁的耐火材料，而且氧喷射流Z冲击上述吹管喷咀正下方的真空槽耐火材料，以致缩短耐火材料的寿命。进而，在超过3倍时，吹管喷咀高度相对地变高，氧喷射流的反应效率变低，根据情况，氧喷射流与吹管喷咀10的相反侧侧壁冲击，缩短了冲击部分的耐火材料的寿命。例如若真空槽半径是1040mm设置吹氧管喷咀的适当高度，距钢液面为1976～3120mm范围。

在上述中，形成吹管喷咀10与真空槽110侧壁的角度θ1优选为20～35度。若上述的角度θ1为20度以下时，氧气喷射流Z冲击吹管喷咀正下方时的真空槽耐火材料，缩短耐火材料的寿命，在35度以上时，由于由气体氧喷射形成的氧喷射流Z，脱离了作为目标的钢液M面的火点，冲击到相反侧的真空槽耐火材料上，大大地缩短了耐火材料的寿命，所以事实上，喷射氧是不可能的。

另一方面，在真空槽110的侧壁，吹管喷咀10的平面上位置，吹管喷咀10是二个时，如图5所示，优选的是设定成连接二个吹管喷咀10的点线L1，通过真空槽110的中心C，而且与连接浸渍管120的上升及下降回流管121、122的直线L2形成60～120度的角度θ2。当上述角度θ2不足60度，超过120度时，由于钢液M面的火点，偏向上升回流管121或下降回流管122侧，所以为了防止从浇注用盛钢桶140流入真空槽110的钢液M流动，优选的是维持在60～120度。

在上述吹管喷咀10为四个时，如图6所示，等间隔地设置在真空槽110侧壁上，连接位于相互相反侧的吹管喷咀10的直线L3、L4，通过真空槽110的中心C，与连接吹管喷咀10的二条直线L3、L4，相互呈直角地配置。在设置四个吹管喷咀10时，为了使氧气的反应效率变为最大，连接上述吹管喷咀10的直线L3、L4，一边通过真空槽中心，一边使二条直线L3、L4相互呈直角地配置是有效的。

如图7及图8所示，上述气体氧喷射用的吹氧管喷咀10优选的是，  由内管12和外管14构成，外管14和内管12具有同一中心轴H地配置，内管12的外周面12a和外管14的内周面14a维持2～4mm的间隔。在上述内管12的外周面12a和外管14的内周面14a间的间隔是2mm以下时，由于断面积小，不能喷射作为目标的冷却气体量，在制作吹管喷咀10中，即使制成内管12和外管14具有同一中心轴H，也难以使内管12和外管14具有相互相同厚度。而且上述间隔超过4mm时，增加了断面积，冷却气体流量大量增加，使真空度变差，所以优选的是采用2～4mm间隔。

另一方面，上述内管12和外管14优选的是用不锈钢、耐火材料、陶瓷或在1200℃以上的温度下可维持适宜强度的耐热合金钢制作。

而且，上述内管和外管的厚度，优选的是3～6mm，其理由是由于在其厚度为3mm以下时，难耐作为目标的氧气及氩气等压力，在6mm以上时，由于吹管喷咀10的价格增加，所以是不利的。在上述中，如图7所示，吹管喷咀10的内管12，在供给氧气侧，越靠近吹管喷咀10的顶端，其越窄，在颈部17上形成直线部17a后，一边将顶端角度θ3，维持一定，一边扩张，在吹管喷咀10顶端部10a具有最大内径R2。

此时，颈部17的直线部17a的长度优选的是设定在4～6mm，但其理由，在4mm以下时，难耐规定的气体压力，在6mm以上时，在规定的压力下，增加该部位的摩擦力，在大大地降低气体压力，所以在喷射氧气时是不利的。

另外，上述顶端角度θ3，优选为3～10°，其理由是在低于3°时，不能得到超声速，在超过10°时，发生气流的分离，排出速度降低的缘故。进而，颈部17的内径R1和吹管喷咀10顶端部10a的内径R2的比率，优选的是选定在1.1～3.0范围，其理由是由于该比率R2/R1低于1.1时，难以得到超声速，在超过3.0时，氧气的供给压力必须非常高，很难得到工业上的氧气压力的缘故。

因此，在将顶端角度θ3作成4°、上述比率R2/R1作成1.7时，可得到氧气排出速度为马赫2.0，即630m/秒左右的速度。

以下，对于利用如上述构成的本发明精炼钢液装置，精炼钢液的方法加以说明。将在未脱氧状态下接收转炉精炼过的钢液的浇注用盛钢桶140，将其送至如上述所构成的精炼钢液装置上。

接着，一边升高浇注用盛钢桶140，一边通过回流气体供给装置130，将回流气体，送到上升回流管121中。此时，若启动真空泵125使真空槽110的内部压力减压，贮存在浇注用盛钢桶140的钢液M，沿着上升回流管121上升到真空10内部中。

此时，在真空槽110内部的钢液上升高度，由于大气压与真空槽110的内部压差，其高度不同。例如，若真槽内部压力是150m帕，则钢液的上升高度约为200mm。

精炼钢液开始后，若真空槽110的内部压力达到150m帕，可通过上述精炼钢液装置1的吹管喷咀10的内管12，使氧气或含氧气体对着钢液面，形成喷射流地进行喷射，而且通过上述外管14为冷却内管12而喷射冷却气体。通过上述内管的气体喷射，优选的是在从喷射开始到最少3分钟以上，使最大脱碳终了时结束，通过上述外管的气体喷射进行到精炼终了时止。

若真空槽10的真空度达到15K帕前，以超声速喷射氧气，如图15所示，为了在钢液M面上，极大地形成凹凸部D，恐怕会熔损真空槽底的耐火材料，所以希望在15K帕以下，开始喷射氧气或含氧气体。

作为喷射在上述吹管喷咀10的内管12的含氧气体优选的是氧气和一氧化碳的混合气体。

通过本发明，精炼钢液时，精炼初期，从喷射开始，到在最少3分钟内，结束最大脱碳为止，通过上述多个喷管喷咀10的内管，以所希望的压力和流量，喷射氧气和一氧化碳的混合气体，而诱导如下式(3)的反应，有效地抑制钢液温度的降低。此时，吹管喷射10的材质为不锈钢或耐热合金钢时，最好是将喷射在内管的氧气和一氧化碳混合气中的一氧化碳比率，以体积比率不超过30％。在超过30％时，不仅妨碍如下式(2)的脱碳反应，不能发生如下式(3)的反应，在真空泵125中放出的一氧化碳量增加，引起环境公害，而且还缩短吹氧管喷咀的寿命。

进而，作为喷射在吹氧管喷咀10的外管14的冷却气体，可举出氩气类的惰性气体、二氧化碳或惰性气体和一氧化碳的混合气体或惰性气体和二氧化碳的混全气体等。作为惰性气体，氮气的使用可适用于不限制氮气含量的极低碳钢的制造上。

作为喷射在上述外管14的冷却气体使用氩气和一氧化碳的混合气时，由于一氧化碳一边起着冷却内管12的作用，一边在真空槽内部，与氧气发生如下式(3)的反应，所以具有比仅使用氩气时，产生更多热量的优点。另一方面，在吹管喷咀10的材质是不锈钢或耐热合金钢时，最好混合气体中的一氧化碳，以体积比率，不超过30％。在超过30％时，不仅不发生如下式(3)的反应，在真空泵中放出的一氧化碳量增加，引发环境公害，而且缩短吹管喷咀的寿命。在上述外管14中喷射二氧化碳时，通过一边容易冷却内管12、一边节省氩气可降低钢液制造成本。

另一方面，为制造极低碳钢，用本发明精炼钢液M时，通过钢液脱碳中的上述吹管喷咀10的内管12，将铁矿石或二次铁鳞(mill scale)等类的氧供给源，与氩气或氧气等的载气一起，以高速喷射在钢液(M)面上，可容易地缩短极低碳钢的脱碳时间，更加降低碳成分。

这是由于被高速地喷射的铁矿石或二次铁鳞，深深地浸入到钢液内部，分解成铁和溶存氧，一边对钢液供给氧气，一边供给发生脱碳反应的场所(site)。此时，吹管喷咀的材质是陶瓷或耐火材料时，优选喷射在外管14的气体是一氧化碳。

在吹氧管喷咀的材质是不锈钢或耐热合金钢时，由于通过内管12，以高速喷射的铁矿石或二次铁鳞等，摩损了内管12，而缩短了吹管喷咀10的寿命，在外管14喷射一氧化碳是为了在下式(3)的反应中补偿热量。

通过上述吹管喷咀10的内管12喷射的氧气或含氧气体的喷射压力优选的是选定在8.5～13.5kg/cm²范围内。

在喷射压力是8.5kg/cm²以下时，为了确保所希望的氧流量，必须加大吹管喷咀10的内管12的直径，且通过精炼液中的内管12，必须增加惰性气体类的冷却气体供给量，从而使真空度变差是不利的。另一方面，喷射压力是13.5kg/cm²以上时，具有可减少内管12直径的优点，另一方面为了提高喷射压力，在喷射气体时，增加了形成在钢液M面的凹凸部D，缩短了真空槽110底的耐火材料的寿命，所以是不利的。

上述氧气或含氧气体的喷射流量优选的是选定在每分钟20～50Nm³范围内。上述流量在20Nm³以下时，为了喷射所希望的氧气量而增加喷射时间，由此，增加了制造极低碳钢的精炼钢液时间是不利的。

相反地，在以50Nm³以上的流量喷射时，具有缩短喷射时间的优点，但也具有由于短时间喷射大量氧气，降低了氧气的反应效率，而必须加大内管12的直径，通过精炼钢液中的内管12，必须增加冷却气体的供给量，使真空度变差等缺点。

喷射在钢液M面上的氧气量，根据精炼的钢液M的含碳量而不同地调节，但，对于钢液的每0.01重量％碳含量，优选的是每吨钢液氧气喷射量选定在0.9～1.2Nm³范围内。

与每吨钢液氧气喷射量是0.9Nm³以下时，脱碳反应和二次燃烧反应的效果相对地降低是不利的，在超过1.2Nm³时，具有可得到所希望的脱碳反应和二次燃烧效率的优点，但喷射氧气后，钢液M的氧浓度过度地增加，脱氧剂的使用量增加，使质量恶化，所以是不利的。

通过上述外管14喷射的冷却气体的压力优选的是选定在3.0～5.0kg/cm²范围内，流量第分钟选定在3.0～5.0Nm³范围内。

上述压力是3.0kg/cm²以下时，为喷射所希望的气体量必须增大外管14的直径，从而增加了吹管喷咀的制作费用，在经济上是不利的，在上述压力是5.0kg/cm²以上时，由于外管14的直径减小，在经济上是有利的，相反地喷射在外管14的气体，脱离吹管喷咀10顶端部10a后，与通过内管12喷射的氧气喷射流Z冲突，因此，使氧气的反应效率减小是不利的。

进而，通过上述外管14喷射的气体流量是3.0Nm³以下时，由于得不到所希望的冷却能力，内管的温度上升，内管被熔损缩短了内管12的寿命，所以是困难的，在该流量是5.0Nm³以上时，喷射的气体量增加，真空能力变差，所以流量优选的是选定每分钟在3.0～5.0Nm³范围内。

喷射在上述外管14的气体，必须起到防止内管12，因钢液的辐射热而熔损的作用，所以其温度最好是在30℃以下。在其以上的温度时，很难得到所希望的冷却能力。

另一方面，本发明优选的是采用四个吹管喷咀，在钢液脱碳中的图6中，通过设置在浸渍管120左侧和右侧的真空槽壁上的吹管喷咀10的内管，以每分钟5～10Nm³喷射氧气或含氧气体，通过其余的吹氧管喷咀10的内管，在钢液脱碳中一定时间，以每分钟20～50Nm³喷射氧气或含氧气体，控制钢液精炼装置排气中的一氧化碳浓度在1％以下。

进而，本发明，优选的是采用二个吹管喷咀，与脱碳开始的同时，通过吹管喷咀10的内管，以每分钟5～10Nm³喷射氧气或含氧气体，在外管以每分钟3～5Nm³喷射冷却气体，在脱碳时间一定区域内，一边以每分钟3～5Nm³喷射在外管的冷却气体，将喷射在内管的氧气，以每分钟增加在20～50Nm³。

另外，本发明优选的是向内管喷射氧气或含氧气体终了后，直到精炼结束，通过内管喷射冷却气体，以防止在喷射上附着铅合金。

使用如上述构成的本发明钢液精炼装置及其方法，精炼钢液时，通过内管12喷射在钢液M面上的氧气，在真空槽110内部，如图9所示，形成喷射流Z，在真空槽内的钢液M面上，发生如下式(2)的脱碳反应。此时，形成喷射流Z的氧气，深深浸透在钢液M中，如图15所示，在钢液液面形成凹凸部D，大大地增加发生脱碳反应的界面，在界面上进行下式(2)的反应。因此，可容易减少钢液中的碳成分，有效地缩短脱碳时间。

在下式(2)中，氧气是通过钢液的精炼装置的吹管喷咀10喷射的，[C]指在溶解在钢液的状态下存在的碳。

1/2O₂(g)+[C]=CO(g)    ………    (2)

CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)+Q    ………    (3)

另一方面，在保温带20发生一氧化碳和氧气反应。有关上式(3)的反应的一氧化碳是在上式(2)的反应中生成，用真空泵125提升的气体，上式(3)的氧气是通过吹管喷咀10喷射的氧气，上述式(3)的反应发生大量热量。因此，真空槽内部温度增加，附着在真空槽内壁的铅合金量减少，钢液脱碳中的钢液M的温度损失减少。

以下，通过实施例，具体地说明本发明。

实施例1

在250吨RH真空脱气装置上设置四个吹管喷咀10。吹管喷咀10的高度，作为距离从钢液M面，成为真空槽内径1040mm的2.7倍的2800mm，真空槽侧壁和吹管喷咀10构成的角度为20度，四个吹管喷咀10全部保持相同的角度。此时，吹管喷咀10的材质是不锈钢的，颈部17的内径R1和顶端部10a的内径R1分别是9.9mm、12.4mm、顶端角度θ3为6度、内管12和外管14的间隔是3mm、颈部17的直线部17a的长度是4mm。

而且，钢液M中的碳含量是450ppm、在用RH脱碳处理目标碳含量为50ppm的极低碳钢的钢液时，通过该吹管喷咀10的内管12，以压力9.5kg/cm²、每分钟流量30Nm³喷射氧气，在外管以压力4.0kg/cm²、流量每分钟4Nm³喷射氩气。在1次的钢液M处理(charge)，在达到真空度15K帕时开始，以每1吨0.60Nm³喷射氧气达6分钟。此时，总脱碳时间限制在16分钟，在脱碳16分钟后，进行脱氧处理1分钟。在脱碳开始时(0分钟)及脱碳后(17分钟)，采取钢液试样用碳/硫同时分析器，分析钢液试样中的碳含量。利用该碳分析值如下式(4)，求出脱碳反应速度系数(Kc)，将其与比较例(未射氧气时)的脱碳反应速度系数(Kc)一起表示在图10中。在下式(4)中，C(17)和C(0)，分别表示17分钟及0分钟钢液中的碳含量。

进而，测定脱碳开始，经过17分钟时的钢液中的碳含量，其结果

如图11所示。

另外，在脱碳开始0分钟及17分钟(刚脱氧后)采取钢液，测定钢液温度，利用下式(5)，求出钢液温度损失率(α、Temperature DropRate)，其结果，如图12所示。

下式(5)中，T(17)和T(0)，分别表示脱碳开始为17分钟及0分钟时的钢液温度。

另外，通过排气分析装置，测定钢液精炼装置的排气中的一氧化碳和二氧化碳含量，用下式(6)，求出二次燃烧率，其结果如图13所示。 $\mathrm{Kc}=-\mathrm{In}\frac{C\left(17\right)}{C\left(0\right)}/17\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$

如图10所示，在用本发明精炼时，脱碳反应速度系数(Kc)为0.14～0.17，平均值是0.16，比较例的Kc是0.10～0.13，比平均的0.12显著大。而且，如图11所示，本发明方法可得到16～25ppm、平均是20ppm、比较例是35～45ppm、比平均的42ppm极低的碳含量。

如图12所示，用本发明精炼钢液时，钢液温度损失率(α)是-0.8～-1.2，平均是-1.0，比较例是-1.3～-1.8、比平均-1.5少，但这证明在上式(3)的反应中，产生大量热量。

如图13所示，用本发明精炼钢液时，表示了二次燃烧率是95～82％、平均是87％，与比较例的5～15％、平均是13％比较显示极高值，但这是表明上式(3)发生非常活泼的反应，另外，它与图12的结果也非常一致。

在将本发明的上述钢液精炼方法和比较例实施30次(charge)后，用肉眼观察在真空槽内壁附着铅合金程度的结果。表明本发明法与比较例相比，铅合金的附着量显著减少，在该试验进行100多次(charge)时，未发现通过水冷式吹氧管150、160，喷射氧气时发生的吹管冷却水由于泄漏引起上爆炸危险性等的不利于操作稳定的现象。

实施例2

除去下述氧气喷射条件，在与上述实施例1相同条件下，进行试验后，研究脱碳反应速度系数(Kc)；其结果如图10所示。

本实施例中，与精炼钢液开始的同时，在图6中，通过设置在浸渍管120左侧和右侧的真空槽壁的吹管喷咀10的内管12，以每分钟5Nm³喷射氧气，在处理3分钟后，增加到每分钟10Nm³、在处理10分钟后，以每分钟减少到5Nm³后，在脱碳终了时停止喷射。

这是为完成上式(3)的二次燃烧反应而进行的。另一方面，在另外的吹管喷咀10的内管12中，从脱碳3分钟到脱碳9分钟，以每分钟20Nm³流量，每1吨钢液以0.6Nm³喷射氧气。这是为在钢液M面上，促进上式(2)的脱碳反应而进行的。

如图10所示，表明本发明法与比较例相比，脱碳反应速度系数(Kc)大。

这样的精炼方法，是一边为增加极低碳钢的脱碳能力，一边加大二次燃烧反应，根本上防止在大气中排出一氧化碳的方法。在该实验中，可确认即使将脱碳反应速度系数(Kc)达到0.16～0.17，而在进行脱碳反应时，将钢液精炼装置的排气中的一氧化碳含量，也可维持在1.0体积％以下。

实施例3

除了以下的氧气及冷却气体喷射条件，在与上述实施例1相同的条件下，进行实验。

即，在吹管喷咀10的内管12中，以压力9.5kg/cm²、流量每分钟30Nm³喷射氧气，在外管14中，以压力4.0kg/cm²、流量每分钟4Nm³喷射以体积比率为8∶2混合的气体。在1次钢液M处理(charge)中，通过内管12，以每1吨0.6Nm³喷射氧气，以每1吨钢液0.25Nm³喷射氩气和一氧化碳的混合气体，从脱碳开始到脱碳终了进行喷射。

将上述实验进行50次，如上述实施例1，测定脱碳反应速度系数(Kc)、脱碳开始17分钟的钢液中的碳含量、钢液温度损失率(α)及二次燃烧率，其结果分别如图10、图11、图12及图13所示。

如图10～图13所示表明，本发明法与比较例相比，脱碳反应速度系数(Kc)大、钢液中的碳含量少、钢液温度损失率(α)低、二次燃烧率高。

实施例4

除去以下的，在与上述实施例3相同的条件下进行实验。即，在本实验中，在内管12中喷射氧气、在外管14中以压力4.0kg/cm²、流量每分钟4Nm³喷射工业用一氧化碳。在该实验中，为防止吹管喷咀由于一氧化碳而被腐蚀，使用高纯度陶瓷材质制作内管及外管。

将该实验进行10次，如实施例1所示，测定脱碳反应速度系数(Kc)、脱碳开始17分钟的钢液中的碳含量、钢液温度损失率(α)及二次燃烧率，其结果分别如图10、图11、图12及图13所示。

如图10～图13所示表明，本发明方法与比较例相比，脱碳反应速度系数(Kc)大、钢液中的碳含量少、钢液温度损失率(α)低，而且，二次燃烧率高。

在该实验中，脱碳中的钢液温度降低率相对地更减少，是由于喷射在外管的一氧化碳加入到上述式3的二次燃烧反应中，产生更多的热的缘故，相反地，二次燃烧率相对地减少，是由于通过外管喷射的一氧化碳的一部分不发生二次燃烧反应，而作为排气放出的缘故。

实施例5

除去在内管12中喷射氧气，在外管14中以压力4.0kg/cm²、流量每分钟45Nm³喷射二氧化碳之外，其他与上述实施例3在相同条件下进行试验。

这是由于氩气的价格比较高，将喷射在外管的氩气替代为二氧化碳，可降低钢液制造成本的缘故。

将该实验进行10次，如上述实施例1测定脱碳反应速度系数(Kc)、脱碳开始17分钟的钢液中的碳含量、钢液温度损失率(α)及二次燃烧率，其结果，分别如图10、图11、图12及图13所示。

如图10～图13所示，本发明方法，与比较例相比，表明脱碳反应速度系数Kc大、钢液中的碳含量少、钢液温度损失率α低、而且二次燃烧率高。

在本实验中，显示了二次燃烧率大大地增加，但脱碳中的钢液温度降低率相对地减少。其理由可认为是用上式6，计算二次燃烧率作为排气，排出由外管14送去的二氧化碳相对地增加的现象。另一方面，脱碳中的钢液温度降低率，比上述实施例3的相对减少时可推定实际上送到外管的二氧化碳有抑制一氧化碳的二次燃烧反应的效果。

实施例6

除了在内管喷射以体积比率8∶2，混合了氧气和一氧化碳的气体，在外管喷射氩气之外，其他用与上述实施例1相同的方法进行实验。

将上述实验进行35次如上述实施例1所示，测定脱碳反应速度系数Kc、脱碳开始17分钟的钢液中的碳含量、钢液温度损失率α及二次燃烧率，其结果分别如图10、图11、图12及图13所示。

如图10～图13所示，表明本发明方法与比较例相比，脱碳反应速度系数Kc大、钢液中的碳含量少、钢液温度损失率α低、而且，二次燃烧率高。

实施例7

除去以下所述的其他与上述实施例1相同条件下进行试验。

即，在本实验中，用精细陶瓷制作吹管喷咀10的内管12和外管14，通过极低碳钢的脱碳中的内管10，每分钟吹入10Nm³的氧气并同时吹入40kg的二次铁鳞(mill scale)。此时，二次铁鳞是炼钢厂的连续铸造工序和热间压延工序中回收的付产物，用磁铁分离含在二次铁鳞中的铁成分后，用破碎装置将粒子粉碎成0.5mm以下大小。而且，在外管14，从脱碳开始到脱碳终了，以压力为4.0kg/cm²、流量每分钟4Nm³，每1吨钢液0.25Nm³喷射一氧化碳。

将上述实验，进行10次，如上述实施例1所述，测定脱碳反应速度系数Kc、脱碳开始17分钟的钢液中碳含量、钢液温度损失率α及二次燃烧率，其结果，分别如图10、图11、图12及图13所示。

如图10～图13所示，本发明方法与比较例相比，表明脱碳反应速度系数Kc大、钢液中的碳含量少、钢液温度损失率α低，而且二次燃烧率高。

在本实验中，脱碳后最终得到的钢液中的碳含量更少，但，这是由于喷射的二次铁鳞深深地浸透在钢液中，分解成铁和溶存氧，一边向钢液中供给氧气，一边提供进行脱碳反应的场所(site)的缘故。

如上述实施例等所示，表明在精炼本发明钢液时，可稳定地制造含碳量20ppm以下的极低碳钢。

如上所述，本发明不仅可大大地缩短制造极低碳钢的钢液脱碳时间，有效地减少脱碳中钢液温度降低率，减少附着在真空槽内壁的铅合金量，而且，在真空槽上部装有水冷式吹管喷咀，输送氧气时，具有可完全解除吹管冷却水泄漏发生危险性的效果。

Claims (42)

1．一种用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，是由真空槽(110)、上升回管(121)及下降回流管(122)构成的含有浸渍管(120)的精炼钢液的RH真空脱气装置，其特征在于将由内管(12)和外管(14)构成的多个气体喷射用吹管喷咀(10)，设置在上述RH真空脱气装置的真空槽侧壁上，以便对着真空槽内的钢液喷射气体，上述内管(12)包括直线部及形成超音速的喷射流的颈部(17)，在上述外管(14)喷射为了使内管(12)冷却的冷却气体所构成。

2．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述吹管喷咀(10)的顶端部(10a)，配置在与真空槽(110)的内壁(110a)相同的线上。

3．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述吹管喷咀(10)为二或四个。

4．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述吹管喷咀(10)和真空槽(110)侧壁构成的角度(θ1)为20～35°。

5．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述吹管喷咀(10)为二个时，连接二个吹管喷咀(10)的虚线(L1)，与通过真空槽(110)的中心C，并连接回流管(120)的直线(L2)，形成60～120°的角度(θ2)。

6．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述吹管喷咀(10)为四个时，等距离地设置在真槽(110)侧壁上，且连接相互相反侧的吹管喷咀(10)的直线(L3、L4)，通过真空槽(110)的中心(C)；连接吹管喷咀(10)的直线(L3、L4)，两者相互呈直角地配置。

7．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述内管(12)的外周面(12a)和外管(14)的内周面(14a)，保持2～4mm的间隔。

8．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述颈部(17)的直线部(17a)是4～6mm、上述顶端角度(Q3)是3～10°。

9．根据权利要求1所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼装置，其特征在于所述颈部(17)的内径(R1)和吹管喷咀(10)的顶端部(10a)的内径(R2)的比率是1.1～3.0。

10．一种用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，使用由真空槽(110)、上升回管(121)及下降回流管(122)构成的含有浸渍管(120)的精炼钢液的RH真空脱气装置，其特征在于其包括形成直线部的超音速的喷射流的颈部(17)的内管(12)和外管(14)构成的多个气体喷射用的吹管喷咀(10)，在上述RH真空脱气装置的真空槽(110)侧壁上，对着真空槽(110)内的钢液喷射气体的下列钢液精炼步骤：

一边将装有钢液的浇注用盛钢桶(140)升高、一边将回流气体供给到上升回流管(121)中，使真空槽(110)的内部压力减压，将装在浇注用盛钢桶(140)的钢液，沿着上升回管(121)上升到真空槽(110)内的步骤；及若真空槽(110)的内部压力达到15K帕以下时，通过上述内管(12)，对着真空槽(110)内的钢液形成喷射流地喷射氧气或含氧气体，通过上述外管(14)喷射为冷却内管(12)的冷却气体，通过上述内管的气体喷射，从喷射开始至少3分钟以上到最大脱碳终了时停止、通过外管的气体喷射到精炼终了时停止的步骤。

11．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于上述吹管喷咀(10)为二或四个。

12．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于形成上述吹管喷咀(10)和真空槽(110)侧壁的角度(θ1)为20～35°。

13．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于在所述吹管喷咀(10)为两个时，连接两个吹管喷咀时的虚线(L1)，与通过真空槽(110)的中心(C)连接回流管(120)的直线(L2)，形成60～120°的角度(θ2)。

14．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于所述吹管喷咀(10)为四个时，以相同间隔地设置在真空槽(110)侧壁上，连接位于相互相反侧的吹管喷咀(10)的直线(L3、L4)，真空槽(110)的中心(C)，连接吹管喷咀(10)的直线(L3、L4)相互呈直角地配置。

15．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于所述内管(12)的外周面(12a)和外管(14)的内周面(14a)，形成保持2～4mm的间隔。

16．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于所述颈部(17)的直线部(17a)是4～6mm、上述顶端角度(θ3)为3～10°。

17．根据权利要求10所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于所述颈部(17)的内径(R1)和喷咀(10)的顶端部(10a)的内径(R2)的比率是1.1～3.0。

18．根据权利要求10至17项中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于含氧气体是氧气和一氧化碳的混合气体。

19．根据权利要求18所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于一氧化碳的混合比是30Vol％以下。

20．根据权利要求10至17中的任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于在内管中喷射氧气和二次铁鳞的混合气体。

21．根据权利要求10至17中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于冷却气体是由惰性气体、二氧化碳、惰性气体和一氧化碳的混合气体及惰性气体和二氧化碳的混合气体构成的群选出的1种。

22．根据权利要求18所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于冷却气体是由惰性气体、二氧化碳、惰性气体和一氧化碳的混合气体，及惰性气体和二氧化碳的混合气体构成的群选出的1种。

23．根据权利要求19所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于冷却气体是由惰性气体、二氧化碳、惰性气体和一氧化碳的混合气体，及惰性气体和二氧化碳的混合气体构成的群选出的1种。

24．根据权利要求20所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于冷却气体是由惰性气体、二氧化碳、惰性气体和一氧化碳的混合气体及惰性气体和二氧化碳的混合气体构成的群选出的1种。

25．根据权利要求21所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于与惰性气体混合的一氧化碳的混合比是30Vol％以下。

26．根据权利要求22至24中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于惰性气体混合的一氧化碳的混合比是30Vol％以下。

27．根据权利要求10至17中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于在通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟是20～50Nm³，而且，通过外管，喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

28．根据权利要求18所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟是20～50Nm³，而且，通过外管喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

29．根据权利要求19所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟20～50Nm³；而且，通过外管喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

30．根据权利要求20所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟20～50Nm³；而且，通过外管喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

31．根据权利要求21所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量，分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟20～50Nm³；而且，通过外管喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

32．根据权利要求22至25中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量，分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟20～50Nm³；而且，通过外管喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

33．根据权利要求26所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于通过内管喷射氧气或含氧气体时，喷射压力及喷射流量，分别是8.5～13.5kg/cm²及每分钟20～50Nm³；而且，通过外管，喷射冷却气体时，喷射压力及喷射流量分别是3.0～5.0kg/cm²及3～5Nm³。

34．根据权利要求10至17中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于所用四个吹管喷咀，通过设置在浸渍管(120)的左侧和右侧的真空槽壁上的吹管喷咀(10)的内管，以每分钟5～10Nm³喷射氧气或含氧气体，通过剩余的吹管的内管，以每分钟20～50Nm³，喷射氧气或含氧气体，将钢液的精炼装置的排气中的一氧化碳浓度，控制在1％以下。

35．根据权利要求10至17中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于采用二个吹管喷咀，通过吹管喷咀(10)的内管，以每分钟5～10Nm³喷射氧气或含氧气体，在外管中，以每分钟3～5Nm³，喷射冷却气体后，一边将喷射在外管的冷却气体保持在每分钟3～5Nm³，一边将喷射在内管的氧气或含氧气体增加到20～50Nm³。

36．根据权利要求10～17中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于在向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精炼终了为止。

37．根据权利要求27所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体，直到精炼终了为止。

38．根据权利要求28至31中任何1项所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精炼终了为止。

39．根据权利要求32所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精炼终了为止。

40．根据权利要求33所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精终了为止。

41．根据权利要求34所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精炼终了为止。

42．根据权利要求35所述的用于制造极低碳钢的钢液精炼方法，其特征在于向内管喷射氧气或含氧气体终了后，在内管喷射冷却气体直到精炼终了为止。

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