JP2005060801A - 真空脱ガス槽の上吹きランス - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 真空脱ガス処理における地金の生成を低減して、簡便な手段で歩留りの向上，生産性の向上，稼働率の向上を達成できる上吹きランスを提供する。
【解決手段】 酸素を噴射する円形の開口部が上吹きランスの先端部に複数設けられ、溶鋼に吹き付ける酸素流が分散される上吹きランスである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＨ法やＤＨ法等で脱ガス処理を行なうにあたって、真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素を吹き付ける真空脱ガス槽の上吹きランスに関するものである。

近年、鋼材の高品質化のニーズが高まるにつれて、溶鋼の高清浄度化，高純度化が要求されている。そこで、転炉で脱炭処理を施した溶鋼を取鍋に出鋼し、さらに真空脱ガス槽を用いて真空脱ガス処理を施し、溶鋼の高清浄度化，高純度化を図る方法（たとえばＲＨ法，ＤＨ法等）が広く採用されている。

ＲＨ法によって真空脱ガス処理を行なう際の取鍋と真空脱ガス槽の配置を、断面図として図４に模式的に示す。ただし図４では、取鍋や真空脱ガス槽に内張りされた耐火物は図示を省略する。

真空脱ガス槽３の下部には上昇側浸漬管５と下降側浸漬管６が配設されており、その上昇側浸漬管５と下降側浸漬管６を取鍋１内の溶鋼２に浸漬する。次いで、真空脱ガス槽３の上部に設けられる排気ダクト４から真空脱ガス槽３内のガスを吸引して、真空脱ガス槽３内を減圧する。

真空脱ガス槽３内が減圧されることによって、取鍋１内の溶鋼２が真空脱ガス槽３内に吸い上げられる。上昇側浸漬管５には不活性ガス７の吹込みノズルが設けられており、上昇側浸漬管５の溶鋼２に不活性ガス７が吹込まれる。不活性ガス７は気泡となって溶鋼２内を浮上する。その結果、上昇側浸漬管５内の溶鋼２には上向きの上昇流が生じ、取鍋１内の溶鋼２は、上昇側浸漬管５を通って真空脱ガス槽３内に上昇し、さらに真空脱ガス槽３内の溶鋼２は、下降側浸漬管６を通って取鍋１に下降する。このようにして溶鋼２が取鍋１から真空脱ガス槽３を経て再び取鍋１へ環流する間に、真空脱ガス槽３内で溶鋼２の連続的な真空脱ガス処理を行なう。

このような真空脱ガス処理は、溶鋼２中の炭素あるいはその他の不純物を除去する処理である。ここでは溶鋼２中の炭素を除去する処理（すなわち脱炭処理）を行なう例について説明する。

真空脱ガス槽を用いて脱炭処理を行なうにあたって、脱炭速度を高めて効率的に炭素を除去するために、種々の技術が検討されている。

たとえば図４に例示するように、酸素ガスあるいは酸素含有ガスを上吹きランス８から真空脱ガス槽３内の溶鋼２に供給し、また発生するＣＯを燃焼させることによって、真空脱ガス槽３内の温度を保持して溶鋼２の温度低下を防止し、脱炭速度を向上する技術の実用化が検討されている。なお図４中では、酸素ガスあるいは酸素含有ガスを酸素10として図示する。

図４に例示した真空脱ガス槽３に類似した技術が、特許文献１，２，３に開示されている。しかしながら、特許文献１，２，３には上吹きランスに関する具体的な説明は記載されていない。

一般に、図４に例示したような真空脱ガス槽３で使用する酸素を上吹きする上吹きランス８は、ガス流路の内径を縮小した絞り部を有するノズル（いわゆるラバールノズル）が１個設けられた上吹きランスが広く使用されている。

たとえば特許文献４には、必ずしも真空脱ガス処理に限定するものではないが、ラバールノズルを１個設けた上吹きランスから酸素とともに精錬用粉体を噴射して効率良く精錬を行なう技術が開示されている。

また特許文献５には、ラバールノズルを１個設けた上吹きランスから酸素を噴射し、かつラバールノズルの周囲にバーナーを設けて酸素の燃焼を促進することによって効率良く脱炭処理を行なう技術が開示されている。

これらの特許文献４，５に開示された技術は、いずれもラバールノズルを１個設けた上吹きランス（以下、単孔上吹きランスという）を使用する。単孔上吹きランスから溶鋼に供給される酸素は、酸素ガスあるいは酸素含有ガスとして噴射され、その流速は音速を超える高速で噴射されている。

図４において上吹きランス８として単孔上吹きランスを使用すると、精錬用粉体の噴射やバーナーによる燃焼促進の有無に関わらず、酸素10全量が溶鋼２浴面の１ケ所に集中して噴射される。つまり、酸素10が高速で溶鋼２浴面に衝突するので、酸素10の噴射量を増加させると溶鋼２が周辺に飛散する。その結果、溶鋼２の飛沫が真空脱ガス槽３内壁面の溶鋼２浴面近傍および真空脱ガス槽３内を上昇して、真空脱ガス槽３上部の内壁面や天井面に付着して凝固する。さらに、真空脱ガス槽３内が吸引されているので、蒸発した溶鋼２が排気ダクト４内に流入して、排気ダクト４内壁面に付着して凝固する現象が生じる。

このようにして、真空脱ガス処理において単孔上吹きランスから酸素10を多量に供給すると、真空脱ガス槽３内の溶鋼２浴面の下方を除く内壁面のほぼ全面に地金が付着し、地金が多量に付着すると、以下の問題を生じる。すなわち、真空脱ガス処理を継続して行なうと、地金の付着量が増加して、真空脱ガス槽３の内容積が変化したり、排気ダクト４が閉塞するので、真空脱ガス処理の操業に支障を来たす。

また、地金が剥離して溶鋼２中に落下すると、脱炭処理した溶鋼２に地金中のＣが混入して、溶鋼２のＣ含有量が増加する。その結果、溶鋼２が成分外れとなって歩留りが低下するか、あるいはＣ含有量を低減するのに要する脱炭処理時間が著しく増加して生産性が低下する。

このような歩留りの低下，生産性の低下の問題を防止するためには、真空脱ガス槽３や排気ダクト４の地金を定期的に除去する必要がある。ところが、地金の除去作業を行なう際には、真空脱ガス処理の操業を停止しなければならないので、真空脱ガス槽３の稼働率が低下する。したがって単孔上吹きランスからの酸素10の供給は、地金の付着の発生との兼ね合いで供給量に制限を設けて、真空脱ガス操業が行なわれているのが現状である。
特開平2-77518 号公報 特開平4-176812号公報 特開平4-9423号公報 特開平8-3618号公報 特開2000-328134 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、簡便な手段で真空脱ガス処理における地金の生成を低減して、簡便な手段で歩留りの向上，生産性の向上，稼働率の向上を達成できる上吹きランスを提供することを目的とする。

本発明は、真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素を吹き付ける上吹きランスであって、酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に複数設けられ、溶鋼に吹き付ける酸素流が分散されている真空脱ガス槽の上吹きランスである。

また本発明の上吹きランスでは、酸素を噴射する円形の開口部が上吹きランスの先端部に３個設けられ、開口部の直径が全て同一であり、かつそれぞれの中心点が正三角形を形成し、その正三角形の中心点が上吹きランスの中心軸に一致することが好ましい。

あるいは、酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に４個設けられ、開口部の直径が全て同一であり、かつそれぞれの中心点が正方形を形成し、その正方形の中心点が上吹きランスの中心軸に一致することが好ましい。

なお、ここで酸素とは、気体として溶鋼に供給されるものであり、酸素ガスあるいは酸素含有ガスを指す。

本発明によれば、真空脱ガス処理における地金の生成を防止して、簡便な手段で歩留りの向上，生産性の向上，稼働率の向上を達成できる。

図１は、本発明の上吹きランスの先端部の例を模式的に示す平面図であり、図１(a) は、上吹きランス８の先端部に、酸素を噴射するためのラバールノズルを２個設けた例を示すもので、9A，9Bはラバールノズルの開口部である。また図１(b) は、上吹きランス８の先端部に、酸素を噴射するためのラバールノズルを３個設けた例を示すもので、9A，9B，9Cはラバールノズルの開口部である。同様に図１(c) は、上吹きランス８の先端部に、酸素を噴射するためのラバールノズルを４個設けた例を示すもので、9A，9B，9C，9Dはラバールノズルの開口部である。

本発明においては、図１に示すように、上吹きランス８の先端部に、酸素を噴射するためのラバールノズルを複数設け、真空脱ガス槽内の溶鋼に吹き付ける酸素流を分散させることにより、真空脱ガス槽内の溶鋼に吹き付ける全酸素量は、維持あるいは増加させ、かつ各ラバールノズルの開口部を介して噴射される酸素量は、減少させて、酸素噴射により発生する溶鋼の飛沫生成量を抑制し、真空脱ガス槽内への地金の付着量の低減を図る。

また、各ラバールノズルからの酸素噴射量を低下させることにより、地金付着量を低減させながら、全ラバールノズルから噴射される全酸素量を増加させることにより、溶鋼の脱炭処理を促進し、真空脱ガス処理時間の短縮をも実現するものである。

なお、図１に示す複数のラバールノズルは、酸素噴射の均一性からは同一寸法，同一形状が好ましく、ラバールノズルも３個あるいは４個の配置が好ましい。

酸素を噴射するためのラバールノズルを３個設けた例について、図２を用いて詳細に説明する。上吹きランス８の先端部には、同一寸法，同一形状のラバールノズルが３個設けられ、9A，9B，9Cはラバールノズルの開口部であり、これら３個の開口部直径も同一である。３個の開口部9A，9B，9Cの各中心点CA，CB，CCは正三角形を形成し、かつその正三角形の中心点が上吹きランス８の中心軸CLに一致するように配置される。

さらに、ラバールノズルを４個設けた例について、図３を用いて詳細に説明する。本発明の上吹きランス８には、酸素10を噴射するためのラバールノズルが４個設けられ、これらのラバールノズルは全て同一形状，同一寸法を有する。したがって上吹きランス８の先端部には円形の開口部9A，9B，9C，9Dが設けられ、これらの４個の開口部の直径は全て同一である。

４個の開口部9A，9B，9C，9Dの各中心点CA，CB，CC，CDは正方形を形成し、かつその正方形の中心点が上吹きランス８の中心軸CLに一致するように配置される。このようにラバールノズルを４個設けた上吹きランス（以下、４孔上吹きランスという）を使用すると、酸素10を均一に分散して供給できる。その結果、単孔上吹きランスと比べて開口部の面積が増加するので、酸素10の供給量は一定であっても、酸素10の各ラバールノズルからの供給量を低下させることができ、流速を低減することができる。

つまり４孔上吹きランスを使用すると、酸素10が溶鋼２に衝突する際の速度が低下するので、溶鋼２の飛散を防止できる。しかも酸素10が分散されるので、溶鋼２の過剰な温度上昇を抑制し、溶鋼10の蒸発を防止できる。

本発明では、ラバールノズルの寸法（すなわち開口部9A，9B，9C，9Dの半径）は特定の数値に限定せず、真空脱ガス槽３の寸法や酸素10の流量等に応じて適宜設定する。

ラバールノズルの数が５個以上では、開口部の総面積が増大するので、上吹きランス８の先端部の強度が低下する。したがって、開口部は４個とする必要がある。

このようにして図１に示すような４孔上吹きランスを用いて真空脱ガス処理を行なうと、溶鋼２の飛散や蒸発を抑制できるので、地金の生成を防止できる。

したがって地金の除去作業の頻度が減少して、稼働率が向上する。また真空脱ガス処理の操業中に地金が落下することも抑制され、歩留りおよび生産性が向上する。

本発明の上吹きランス８は、ＲＨ法やＤＨ法等の真空脱ガス処理に適用できるが、連続操業が可能なＲＨ法の真空脱ガス処理に適用すると多大な効果が得られる。

図２に示すように、容量320tonの取鍋１に溶鋼２を収容し、さらに真空脱ガス槽３の上昇側浸漬管５と下降側浸漬管６を溶鋼２に浸漬して真空脱ガス処理を行なった。従来の操業では、上吹きランス８として単孔上吹きランス（開口部の直径25mm）を使用していた。この取鍋１の真空脱ガス処理時間は平均25分／回，酸素10の供給量は平均５Ｎｍ³ ／分であった。これを従来例とする。

一方、 発明例として、上吹きランス８として図１に４孔上吹きランス（開口部の直径15mm）を使用して、真空脱ガス処理を行なった。その他の条件は従来例と同じである。

従来例では、平均２週間に１回の頻度で地金を除去していた。ところが発明例では、１ケ月以上にわたって連続して操業が可能であった。また酸素10の供給量を増加させ、真空脱ガス処理時間を平均20分／回に短縮しても、地金の付着量はあまり増加せず、３週間以上の操業が可能であった。

本発明の上吹きランスの先端部の例を模式的に示す平面図である。 ラバールノズルを３個設けた本発明の上吹きランスの先端部の例を模式的に示す平面図である。 ラバールノズルを４個設けた本発明の上吹きランスの先端部の例を模式的に示す平面図である。 ＲＨ法の取鍋と真空脱ガス槽の配置の例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 取鍋
２ 溶鋼
３ 真空脱ガス槽
４ 排気ダクト
５ 上昇側浸漬管
６ 下降側浸漬管
７ 不活性ガス
８ 上吹きランス
9A 開口部
9B 開口部
9C 開口部
9D 開口部
CA 開口部の中心点
CB 開口部の中心点
CC 開口部の中心点
CD 開口部の中心点
10 酸素
CL 上吹きランスの中心軸

Claims (3)

1. 真空脱ガス槽内の溶鋼に酸素を吹き付ける上吹きランスであって、前記酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に複数設けられ、前記溶鋼に吹き付ける酸素流が分散されていることを特徴とする真空脱ガス槽の上吹きランス。
2. 前記酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に３個設けられ、前記開口部の直径が全て同一であり、かつそれぞれの中心点が正三角形を形成し、前記正三角形の中心点が前記上吹きランスの中心軸に一致することを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス槽の上吹きランス。
3. 前記酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に４個設けられ、前記開口部の直径が全て同一であり、かつそれぞれの中心点が正方形を形成し、前記正方形の中心点が前記上吹きランスの中心軸に一致することを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス槽の上吹きランス。

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