JP2000144231A - 溶鋼の脱水素方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な設備、短い処理時間、かつ安価な処理コ
ストで溶鋼中の水素量を低減する方法の提供。 【解決手段】溶鋼中にフッ素樹脂を供給することにより
溶鋼を脱水素処理する。溶鋼中に撹拌用の不活性ガスを
吹き込みながら、コイル状に巻かれたフッ素樹脂コアー
ドワイアを巻き戻しながら溶鋼中に強制的に挿入しても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の脱水素方法
に関し、とくに、真空処理を伴わない溶鋼の脱水素方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素は溶鋼中に混入しやすく、水素含有
率が高い溶鋼を用いて製造した鋼製品の内部には、割れ
などの内部欠陥が発生しやすい。とくに、厚板や厚板を
素材とするラインパイプ用溶接大径管などが高強度化、
厚肉化される場合で、水素含有率が高い場合には、これ
ら製品の板厚の中心部近傍に水素に起因する微小割れ
（白点）が発生する場合がある。この微小割れは、厚板
や溶接大径管を超音波検査する際に発見される程度の微
小な割れであり、機械的性質や耐腐食性などを劣化させ
る。

【０００３】従来から、さまざまな溶鋼の脱水素対策が
試みられてきたが、取鍋内の溶鋼を真空処理することに
より脱水素を行う方法が一般的である。この方法は、転
炉などの製鋼炉で溶解、精錬された溶鋼を取鍋に出鋼し
た後、ＲＨ式またはＤＨ式などの真空処理装置で脱水素
を行う方法である。しかし、この方法では、大型の真空
処理装置が必要であり、過大な設備費が必要となるばか
りか、脱水素に要する真空処理時間が長い。そのため、
取鍋や真空処理装置の耐火物の寿命が短く、処理コスト
が高く、生産性が低いという問題がある。

【０００４】一方、アルミニュウム業界では、アルミニ
ュウム溶湯の脱水素方法として、ハロゲンのガスを溶湯
中に吹き込む方法が一般的に行われている。たとえば、
塩素ガスをアルゴンや窒素などの不活性ガスに混ぜた混
合ガスを、取鍋内の溶湯中に吹き込む方法がある。しか
し、この方法では、有毒な塩素ガスを用いることから、
ガス供給設備の安全上の対策が必要である。ただし、高
温の溶鋼を精錬処理する場所で、このような有毒ガスを
用いることは作業環境上困難である。

【０００５】ハロゲンを用いた溶鋼の脱水素方法とし
て、特開平６−１００９２５号公報には、揮発性フッ化
カーボンのガスを単独または不活性ガスと混合して溶鋼
中に吹き込み、溶鋼の脱水素を行う方法が開示されてい
る。フッ化カーボンと水素を反応させてフッ化水素ガス
を生成させ、溶鋼の脱水素を行う方法である。フッ化カ
ーボンのガスは無害であるが、この方法では、ガスを取
り扱うためのガス供給の専用設備が必要である。さら
に、水素との反応に必要な量のフッ化カーボンをガスで
供給するため、処理時間が長くかかる。そのため、取鍋
の耐火物の寿命が短く、処理コストが高く、生産性が低
いという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な設
備、短い処理時間、かつ安価なコストで処理できる溶鋼
の脱水素方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）および（２）に示す溶鋼の脱水素方法にある。

【０００８】（１）溶鋼中にフッ素樹脂を供給する溶鋼
の脱水素方法。

【０００９】（２）不活性ガスを吹き込みながら、フッ
素樹脂コアードワイアを溶鋼中に強制的に挿入する上記
（１）に記載の溶鋼の脱水素方法。

【００１０】本発明の方法では、脱水素剤としてフッ素
樹脂を用いる。フッ素樹脂を用いる理由は、有機ハロゲ
ン化合物の１種であるフッ素樹脂は、２５℃の常温で固
体のため、取り扱いが容易であり、また、棒や粉などに
加工しやすく、後述するように、粉にしたフッ素樹脂を
適切な材料で被覆してコアードワイアとし、コイル状に
巻き取ることも容易にできるからである。

【００１１】コイル状に巻き取ったフッ素樹脂コアード
ワイアを、巻き戻しながら取鍋内の溶鋼に挿入する設備
としては、溶接用のワイアを供給するような通常のワイ
ア供給設備などでよい。したがって、簡単な設備でよ
い。

【００１２】水素との反応に必要な量の脱水素剤を、固
体のフッ素樹脂で供給するため、短時間で多くの量を供
給できる。また、固体のフッ素樹脂は、高温の溶鋼と接
した直後に気化し、熱分解して生成したフッ素が水素と
反応するため、反応時間も短い。したがって、処理時間
を短くすることができる。

【００１３】処理時間が短いので、取鍋の耐火物の寿命
が向上し、処理コストを低くでき、また、生産性を高く
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の方法では、極低炭素鋼以
外の鋼を対象として実施するのがよい。後述するよう
に、フッ素樹脂中のＣが溶鋼中に移行して、鋼のＣ含有
率が高くなることがあるためである。

【００１５】図１は、本発明の方法によって取鍋内の溶
鋼を脱水素処理する場合の一例を説明するための図で、
図２は、タンディッシュ内の溶鋼を脱水素処理する場合
の一例を説明するための図である。いずれも、ワイア供
給装置７に搭載したコイルに巻いたフッ素樹脂コアード
ワイア６を、巻き戻しながら取鍋２内またはタンディッ
シュ３内の溶鋼１に強制的に挿入する方法である。

【００１６】本発明では、有機ハロゲン化合物の１種で
あるフッ素樹脂を用いる。数種類あるフッ素樹脂の中
で、分子式［ＣＦ₂ ＣＦＣｌ］_n で表されるポリクロロ
トリフルオロエチレンや分子式［ＣＦ₂ ＣＦ₂ ］_n で表
されるポリテトラフルオロエチレンのフッ素樹脂を用い
るのがよい。その理由は、これらのフッ素樹脂は、常用
の耐熱性が約１５０〜２５０℃であり、溶鋼の脱水素処
理などの雰囲気温度の比較的高い場所でも、熱による分
解が起こらず、安定して使用できるからである。

【００１７】フッ素樹脂を溶鋼中に供給する方法として
は、不活性ガスをキャリアーガスとしてフッ素樹脂の粉
を吹き込む方法やフッ素樹脂の粉を適切な材料で被覆し
たものを挿入する方法などがあるが、フッ素樹脂の粉を
鋼の薄板で被覆したフッ素樹脂コアードワイアを用いる
のがよい。

【００１８】フッ素樹脂コアードワイアは、フッ素樹脂
の粉やワイアを鋼の薄板などで横断面が丸形状に被覆し
ながら、連続的に成形することにより作ることができ
る。このとき、たとえば、溶接用コアードワイアを製造
するための設備などを用いることができる。このような
コアードワイアをコイルに巻き取ったものを使用するの
がよい。コアードワイアの横断面形状は、丸形状だけで
なく、多角形でもよいし、その他異形の形状で構わな
い。被覆する材料は、コアードワイアを製造する際のコ
ストなどから鋼の薄板とするのがよい。横断面の大きさ
は、丸形状の場合で、直径１０〜２０ｍｍ程度がよい。

【００１９】このようなフッ素樹脂コアードワイア以外
に、フッ素樹脂を鋼の薄板やパイプなどで被覆した、た
とえば５０〜１００ｍｍ程度の太径の棒などを用いても
構わない。

【００２０】フッ素樹脂の添加量は、溶鋼の水素含有
率、目標とする脱水素量などによって変わるが、０．０
５〜２ｋｇ／溶鋼ｔ程度が適当である。なお、添加した
フッ素樹脂による溶鋼のＣ含有率のアップは、フッ素樹
脂１ｋｇ／溶鋼ｔの添加で、０．００２〜０．０１重量
％である。

【００２１】フッ素樹脂コアードワイアを溶鋼中に挿入
する際に、同時にＡｒやＮ₂ などの不活性ガスを溶鋼中
に吹き込むのがよい。

【００２２】図１（ａ）には、取鍋２内の溶鋼中に浸漬
したバブリングランス４から不活性ガスを吹き込む方法
の一例を示す。図１（ｂ）および図２には、バブリング
ランスの代わりに取鍋またはタンディッシュの底部に設
けた不活性ガス吹き込み用耐火物５から不活性ガスを吹
き込む方法の一例を示す。不活性ガス吹き込み用耐火物
としては、多孔質耐火物や１ｍｍ程度の鋼製の細管を複
数個埋め込んだ耐火物などを用いることができる。

【００２３】不活性ガスの吹き込み量は、取鍋やタンデ
ィッシュの容量によっても変える必要があるので、とく
に限定しないが、容量約２５０ｔの取鍋での処理の場合
では、０．１〜０．５Ｎｍ³ ／分程度、容量約３０ｔの
タンディッシュでの処理の場合では、０．０１〜０．０
５Ｎｍ³ ／分程度がよい。タンディッシュでの処理の場
合に吹き込みガス量が少ないのは、溶鋼の高さが低いこ
とによる。

【００２４】吹き込まれた不活性ガスの気泡により溶鋼
が撹拌され、供給されたフッ素樹脂が熱分解して生成し
たフッ素（Ｆ）と溶鋼中の水素（Ｈ）との反応が促進さ
れ、下記に示すような反応によりフッ化水素ガス（Ｈ
Ｆ）が生成する。

【００２５】Ｆ＋Ｈ→ＨＦ このフッ化水素ガスは、取鍋またはタンディッシュおよ
びその周辺には排気装置を設けて吸引するとともに、排
ガスは湿式処理するのがよい。フッ化水素は容易に水に
溶けるので、排ガス処理水を適宜アルカリなどで中和処
理すればよい。

【００２６】フッ素樹脂を添加してから、溶鋼の脱水素
処理が終了するまでの時間は、取鍋内の溶鋼に１ｋｇ／
溶鋼ｔのフッ素樹脂を添加する場合で、約１０分間程度
であり、短時間で処理ができる。

【００２７】

【実施例】図１（ｂ）および図２に示す装置構成の溶鋼
の脱水素処理装置を用いて、中炭素鋼の溶鋼の脱水素処
理を実施した。用いた中炭素鋼の化学組成は、重量％表
示で、Ｃ：０．１０〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜
０．１４％、Ｍｎ：１．２５〜１．４３％、Ｐ：０．０
１６〜０．０１８％、Ｓ：０．００５〜０．００６％の
範囲である。取鍋の容量は約２５０ｔ、タンディッシュ
の容量は約３０ｔである。脱水素処理開始時の溶鋼の温
度は、取鍋で処理する場合には１６０５℃、タンディッ
シュで処理する場合には１５５０℃とした。

【００２８】本発明の方法による脱水素処理には、ポリ
テトラフルオロエチレンおよびポリクロロトリフルオロ
エチレンのフッ素樹脂の粉を鋼の薄板で被覆した直径２
０ｍｍのフッ素樹脂コアードワイアを用いた。フッ素樹
脂の添加量は１．０ｋｇ／ｔとし、このコアードワイア
の挿入時間は、取鍋で処理する場合には、約１０分程度
とした。また、タンディッシュで処理する場合には、連
続鋳造時間中にわたって均等に挿入した。

【００２９】Ａｒガスを吹き込む場合には、取鍋および
タンディッシュの底部に設けた多孔質耐火物から吹き込
んだ。

【００３０】脱水素処理前および処理後の溶鋼の水素含
有率は、溶鋼中にプローブを浸漬し、キャリアーガスと
してのＮ₂ ガスをプローブ内に吹き込みながら、Ｎ₂ ガ
ス中に捕集された水素ガスの分圧を測定し、分圧を水素
含有率に換算する方法で求めた。取鍋で処理する場合は
取鍋内の溶鋼の表面に、タンディッシュで処理する場合
は鋳型内の溶鋼の表面にプローブを浸漬させた。表１
に、試験条件と試験結果を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】本発明例の試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３では、
取鍋内の溶鋼中にポリテトラフルオロエチレンまたはポ
リクロロトリフルオロエチレンのフッ素樹脂コアードワ
イアを挿入した。また、本発明例の試験Ｎｏ．４〜Ｎ
ｏ．６では、タンディッシュ内の溶鋼中に上述したフッ
素樹脂コアードワイアを挿入した。比較例の試験Ｎｏ．
７では、ＲＨ法の真空脱ガス処理装置により、取鍋内の
溶鋼の脱水素処理を行った。

【００３３】比較例の試験では、処理前の水素含有率が
重量％で１４ｐｐｍ（以下、重量％を省略して記す）で
あったが、処理時間１８分間で、処理後１．１ｐｐｍに
低下した。

【００３４】本発明例の試験でＡｒガスを吹き込んだ場
合には、取鍋またはタンディッシュでの処理のいずれの
場合でも、処理前の水素含有率１５〜１６ｐｐｍが、処
理後１．０〜１．２ｐｐｍに低下しており、比較例の試
験結果とほぼ同等か、それ以上の脱水素効果があった。

【００３５】本発明例の試験で、Ａｒガスを吹き込まな
かった試験では、取鍋またはタンディッシュでの処理の
いずれの場合でも、処理後の水素含有率が１．３ｐｐｍ
までしか低下しなかった。溶鋼の撹拌が弱かったためで
ある。ただし、溶鋼の水素含有率が２ｐｐｍよりも低い
場合には、これを連続鋳造した鋳片を素材とした厚板や
溶接大径管などの製品には、水素に起因する微小割れは
発生しなかった。したがって、Ａｒガスを吹き込まない
場合でも、とくに製品には水素による問題は発生しなか
った。

【００３６】

【発明の効果】本発明の方法により、簡単な設備、短い
処理時間、かつ安価な処理コストで溶鋼の脱水素を行う
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によって取鍋内の溶鋼を脱水素処
理する場合の一例を説明するための図である。

【図２】本発明の方法によって、タンディッシュ内の溶
鋼を脱水素処理する場合の一例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１：溶鋼 ２：取鍋 ３：タンディッシ
ュ ４：バブリングランス ５：不活性ガス吹
き込み用耐火物 ６：コイル状に巻いたフッ素樹脂コアードワイア ７：ワイア供給装置 ８：鋳型 ９：浸漬ノズル
１０：鋳片 １１：不活性ガスの気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 正幸 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 花尾 方史 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 菊地 祐久 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K013 BA09 CA01 CB01 DA03 DA05 DA08 EA00 EA36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶鋼中にフッ素樹脂を供給することを特徴
   とする溶鋼の脱水素方法。
2. 【請求項２】不活性ガスを吹き込みながら、フッ素樹脂
   コアードワイアを溶鋼中に強制的に挿入することを特徴
   とする請求項１に記載の溶鋼の脱水素方法。