JP2005281722A - 溶鋼からの脱Ｍｎ抑制方法、およびＲＨ脱ガス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱炭を効率良く行なうとともに脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させることができるＲＨ脱ガス装置を提供する。
【解決手段】上吹ランス１１と、上吹ランス１１から噴射される酸素ガスの送酸速度を調節する送酸速度調節装置４０と、上吹ランス１１の高さを移動させるランス高さ移動装置３０と、二次精錬によって排出される排気ガスから溶鋼中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置２０と、炭素濃度測定装置２０によって測定された炭素濃度に基づいて、送酸速度調節装置４０で調整する送酸速度を所望の送酸速度に制御するとともに、ランス高さ移動装置３０で移動させる上吹ランス１１の高さを所望の高さに制御する上吹ランス制御手段５０とを備え、上吹ランス制御手段５０は、前記所望の高さおよび所望の送酸速度を、上吹ランス１１からの酸素ガスの噴射によって溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶鋼から脱炭を行なう際に、溶鋼からの脱Ｍｎを抑制する方法、および溶鋼の２次精錬に用いられるＲＨ脱ガス装置に関する。

従来、溶鋼の２次精錬では、例えばＲＨ（Ruhrstahl−Hausen）還流式真空脱ガス設備（以下、「ＲＨ脱ガス装置」という）が用いられている。ＲＨ脱ガス装置では、ＲＨ脱ガス装置の真空槽内と溶鋼を入れた取鍋との間で溶鋼を還流させつつ、真空槽内の溶鋼表面に酸素ガスを上吹ランスから噴射して溶鋼中に酸素を吹き込むことによって脱炭が行なわれる（例えば特許文献１参照）。

なお、上吹ランスから噴射する酸素ガスは、通常、ランス高さ、および噴射する酸素ガスの単位時間当たりの酸素供給量（以下、「送酸速度」という）をそれぞれ一定にして吹き込みが行なわれている。
特開平９−１４３５４６号公報

ところで、鋼材製品の要求成分にＭｎを含有する低炭素高Ｍｎ（マンガン）鋼等での溶鋼の２次精錬では、溶鋼から脱炭を行なう際に、溶鋼からＭｎが蒸発および酸化して、要求成分として必要なＭｎが少なからず失われる（以下、「脱Ｍｎ」とよぶ）。そのため、溶鋼から脱炭を行なう際に、溶鋼からの脱Ｍｎを抑制することは重要な課題である。
ここで、溶鋼の表面に酸素ガスを噴射すると、酸素ガスの動圧によって溶鋼の表面に反応界面となる凹部が形成される（以下、「火点」とよぶ）。火点において酸素ガスの供給量が多くなれば、火点温度は上昇する。そして、火点温度の上昇につれてＭｎの蒸発および酸化も進行するため脱Ｍｎの量も増大する。

しかしながら、脱Ｍｎを抑制するために送酸速度を減少させれば火点温度は低下するものの、火点面積は小さくなり溶鋼に対する精錬能力も相対的に低下する。そのため、脱炭を効率良く行ないつつ脱Ｍｎを抑制する上では、送酸速度を単に減少させるだけでは精錬時間の延長をきたすため、対策として不十分である。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、Ｍｎ（マンガン）を含有する溶鋼から脱炭を行なう際に、脱炭を効率良く行なうとともに脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させる脱Ｍｎ抑制方法およびＲＨ脱ガス装置を提供することを目的としている。

通常、精錬初期ではＭｎよりも炭素が優先的に酸素と反応する（酸素供給律速）。そのため、精錬初期は、精錬終期に対してＭｎが失われる程度は相対的に少ない。したがって、精錬初期は、酸素を溶鋼中に多めに与えて炭素と酸素をＣＯ反応によって優先的に反応させて脱炭を早めることが有効である。
しかし、精錬中期以降、ある程度脱炭反応が進行すると脱Ｍｎの進行が始まる。これは溶鋼中の炭素濃度が低下して、反応界面近傍での溶鋼中の炭素がＭｎに対して少なくなるため、吹き込まれた酸素とＭｎとが反応する確率が増えるためである（炭素移動律速）。このように、溶鋼からの脱炭が進行するにつれて、酸素供給律速から炭素移動律速へ移行する度合いが次第に大きくなる。

そこで、本願発明者らは、酸素供給律速から炭素移動律速へ移行する度合い、つまり炭素濃度の低下に注目した。そして、脱Ｍｎを抑制しつつ脱炭能力を維持するための上吹ランスからの酸素供給の研究を行ったところ、炭素濃度の低下に応じて火点温度を低下させ、且つ精錬終期での火点面積を精錬初期の状態に維持することによって炭素よりもＭｎが優先的に酸素と反応する条件を抑制しつつ脱炭能力を出来るだけ維持できることを知見した。そして、この知見に基づいて、上吹ランスの高さと、上吹ランスから噴射する酸素ガスの送酸速度とを最も効果的に設定することによって、ねらいとする精錬条件を得るに至った。

すなわち、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｍｎを含有する溶鋼の表面に酸素ガスを噴射して前記溶鋼からの脱炭を行なう際に、前記溶鋼からの脱Ｍｎを抑制する方法であって、前記溶鋼中の炭素濃度の低下に基づいて、前記酸素ガスの送酸速度を、当該酸素ガスの噴射によって前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制しつつ低下させることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、ＲＨ脱ガス装置による２次精錬において、Ｍｎを含有する溶鋼の表面に上吹ランスから酸素ガスを噴射して前記溶鋼からの脱炭を行なう際に、前記溶鋼からの脱Ｍｎを抑制する方法であって、前記溶鋼中の炭素濃度の低下に基づいて、前記上吹ランスからの酸素ガスの送酸速度を低下させるとともに、前記酸素ガスの噴射によって前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制するように前記上吹ランスの高さを前記溶鋼表面に接近させることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の脱Ｍｎ抑制方法であって、前記酸素ガスの送酸速度を低下させるとともに、前記上吹ランスの高さを溶鋼表面に接近させることによる前記火点面積の減少の抑制は、当該火点面積を一定に保つように実施することを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、二次精錬に用いられるＲＨ脱ガス装置であって、溶鋼の表面に酸素ガスを噴射する上吹ランスと、該上吹ランスから噴射される酸素ガスの送酸速度を調節する送酸速度調節装置と、前記上吹ランスの高さを移動させるランス高さ移動装置と、前記二次精錬によって排出される排気ガスから前記溶鋼中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置と、該炭素濃度測定装置によって測定された炭素濃度に基づいて、前記送酸速度調節装置で調整する送酸速度を所望の送酸速度に制御するとともに、前記ランス高さ移動装置で移動させる上吹ランスの高さを所望の高さに制御する上吹ランス制御手段と、を備えることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のＲＨ脱ガス装置であって、前記上吹ランス制御手段は、前記所望の高さおよび所望の送酸速度を、前記上吹ランスからの酸素ガスの噴射で前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制するように制御することを特徴としている。
請求項１ないし５に記載の発明によれば、溶鋼中の炭素濃度の低下に基づいて、酸素ガスの送酸速度を低下させることができる。これにより、火点に供給される酸素量が減少するため火点温度を低下させることが可能になる。したがって、脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させることができる。さらに、酸素ガスの送酸速度を低下するに際して、反応界面である火点面積の減少を抑制するようにしている。そのため、脱炭効率の低下も抑制することができる。特に、請求項３に記載の発明にように、火点面積の減少の抑制を、当該火点面積を一定に保つように実施すれば、脱炭効率を維持する上でより好適である。

なお、本発明を適用する上で、炭素濃度の監視は、炭素濃度を直接および間接（パラメータを介して）監視する場合のいずれであってもよい。すなわち、炭素濃度自体を直接監視する場合は勿論、通常、精錬が経過するにつれて炭素濃度が減少することは自明であるから、例えば過去の操業実績から精錬経過時間に対応する炭素濃度の関係を明らかにしておけば、精錬経過時間に基づいて、つまり精錬経過時間をパラメータとすることで、間接的に炭素濃度の低下に基づく判断が可能となる。

本発明によれば、脱炭を効率良く行なうとともに脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るＲＨ脱ガス装置の構成を説明する説明図であり、同図では、装置の一部をブロック図で示すとともに、ＲＨ脱ガス装置の真空槽を縦断面で示している。
同図に示すように、ＲＨ脱ガス装置１０は、真空槽１３と、上吹きランス１１とを備えている。
上吹きランス１１は、真空槽１３の頂部から真空槽１３内に垂下して設置されており、垂下したランス先端の開口部から酸素ガス２００を噴射可能になっている。

真空槽１３は、略円筒状の容器であり、真空槽１３の上部には排ガス管１６が接続されている。真空槽１３は、この排ガス管１６を介して不図示の真空排気装置に接続されており、真空槽１３内を真空排気装置によって真空引き可能になっている。また、真空槽１３の下部には取鍋３００内の溶鋼１００中に浸漬させる吸上管１４および排出管１５がそれぞれ接続されている。吸上管１４には、アルゴンガスの吹き込み管１２がさらに接続されており、吹き込み管１２から吹き込まれたアルゴンガスによるエアリフトポンプ作用で吸上管１４内の溶鋼を吸上げて溶鋼１００を真空槽１３内に上昇可能になっている。そして、真空槽１３内では、真空槽１３内に取り込んだ溶鋼１００の平衡分圧を下げるとともに上吹きランス１１から酸素ガス２００を噴射することによって、溶鋼１００中からガス成分を除去して排ガス管１６から排気する。そして、真空槽内に取り込まれた溶鋼１００は、排出管１５から再び取鍋３００に戻される。このようにして、ＲＨ脱ガス装置１０は、真空槽１３内と溶鋼１００を入れた取鍋３００との間で溶鋼１００を還流させつつ、溶鋼１００の脱炭が可能になっている。

ここで、このＲＨ脱ガス装置１０は、図１に示すように、炭素濃度測定装置２０と、ランス高さ移動装置３０と、送酸速度調節装置４０と、上吹ランス制御部５０と、をさらに備えており、上吹きランス１１の高さおよび上吹きランス１１からの酸素ガスの送酸速度を、それぞれ制御可能になっている。
詳しくは、炭素濃度測定装置２０は、ガス流量計２１と、炭素濃度演算部２２と、不図示のタイマとを備えている。ガス流量計２１は、排ガス量を測定可能なように真空槽１３上部の排ガス管１６に設置されている。また、タイマは、溶鋼の脱炭処理時間を測定可能になっている。そして、炭素濃度演算部２２は、ガス流量計２１で測定した排ガス量と、予め測定されている当該ＲＨ脱ガス装置１０による直近の実績排ガス量との差である排ガス流量差とから、タイマが計測している脱炭処理時間での、その時点における炭素濃度の推定値を随時演算して、溶鋼中の炭素濃度を測定（推定）可能になっている。なお、炭素濃度演算部２２は、所定のプログラムに基づいて溶鋼中の炭素濃度の測定（推定）処理が実行されるが、当該炭素濃度の測定処理は、本願出願人によりすでに開示された技術（特許第３２９３６７４号）に基づいて実施可能であるので、詳しい説明は省略する。

ランス高さ移動装置３０は、真空槽１３の頂部部分に設置されたランス高さ移動部３１と、そのランス高さ移動部３１を制御するランス高さ制御部３２と、を備えている。
ランス高さ移動部３１は、移動アクチュエータ部３１ｃと、気密シール部３１ｆと、を備えて構成されている。
移動アクチュエータ部３１ｃは、直線案内装置３１ａと、移動アクチュエータ３１ｂとを有する。直線案内装置３１ａは、上吹きランス１１の先端部分の開口部と反対側の端部と作動的に連結されており、上吹きランス１１を所定の軌道上で支持する。移動アクチュエータ３１ｂは、不図示の例えばラック・ピニオン機構によって上吹きランス１１と作動的に連結されており、上吹きランス１１を上昇・下降させて所定の位置に設定するようになっている。なお、移動アクチュエータ３１ｂにはサーボモータが使用されている。

気密シール部３１ｆは、気密シール３１ｄと、気密シール圧力制御弁３１ｅとを有する。
気密シール３１ｄは、真空槽１３頂部の鉄皮１３ａに取り付けられており、内部に高圧ガスを導入可能な中空部を有する伸縮可能な弾性部材である。気密シール圧力制御弁３１ｅは、気密シール３１ｄの内部に導入する高圧ガスの圧力を調整する。気密シール３１ｄは、気密シール圧力制御弁３１ｅから内部に高圧のガスが導入されると、上吹きランス１１との隙間を閉塞する方向に気密シール３１ｄが拡張して真空槽１３内を気密しつつ上吹きランス１１を把持することができる。また、気密シール３１ｄ内の高圧ガスが気密シール圧力制御弁３１ｅで適度に減圧されると、上吹きランス１１の把持力を弱める。これにより、気密シール部３１ｆは、真空槽１３内を気密するとともに、上吹きランス１１を把持可能になっている。

ランス高さ制御部３２は、気密シール３１ｄ内に供給する高圧ガスの流量を調節する気密シール圧力制御弁３１ｅの開閉制御をする制御部（不図示）と、移動アクチュエータ３１ｂを駆動するドライバ（不図示）と、を備えて構成されており、後述する上吹ランス制御部５０からの制御信号によって、気密シール３１ｄの拡張量および上吹きランス１１の高さをそれぞれ制御可能になっている。すなわち、ランス高さ制御部３２は、上吹ランス制御部５０からの制御信号によって、まず、気密シール３１ｄ内の高圧ガスを適度に減圧させ、次いで、移動アクチュエータ３１ｂを駆動させて所望の位置まで上吹きランス１１を移動させ、次いで、移動アクチュエータ３１ｂを停止させるとともに気密シール３１ｄ内の圧力を再び高圧にして真空槽１３内を気密しつつ上吹きランス１１を把持させる。

送酸速度調節装置４０は、流量制御弁４１と、絞り弁アクチュエータ４２とから構成されている。
流量制御弁４１は、酸素ガスの供給ライン上に設置されており、酸素ガスの送酸速度を調節することができる。絞り弁アクチュエータ４２は、流量制御弁４１内の絞り弁を開閉するアクチュエータである。これにより、送酸速度調節装置４０は、後述する上吹ランス制御部５０からの制御信号によって、流量制御弁４１内の絞り弁を駆動して上吹きランス１１から噴射される酸素ガスの送酸速度を調節可能になっている。

次に、上吹ランス制御部について詳しく説明する。
上吹ランス制御部５０は、所定の制御プログラムに基づいて、演算およびシステム全体を制御するＣＰＵと、所定領域にあらかじめＣＰＵの制御プログラム等を格納しているＲＯＭと、ＲＯＭ等から読み出したデータやＣＰＵの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭと、操作デスク６０を含めた、炭素濃度演算部２２、ランス高さ制御部３２、絞り弁アクチュエータ４２等の外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆとで構成されている。これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。これにより、監視者は、操作デスク６０から上吹ランス制御部５０へ上吹ランス制御処理の実行指令を入力可能になっている。また、上吹ランス制御部５０は、炭素濃度演算部２２、ランス高さ制御部３２、絞り弁アクチュエータ４２への所定の実行指令を出力可能になっている。

図２は、上吹ランス制御部で実行される上吹ランス制御処理を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャート中、「第ｎ段階の管理テーブルデータ」は、予め測定された上吹ランスの高さおよび酸素ガスの送酸速度に基づいて、「火点面積」を一定に保つような上吹ランスの高さＬＨｎおよび酸素ガスの送酸速度Ｊｎのデータが、各段階ごとの管理テーブルデータとして、ＲＯＭの所定領域に適宜参照可能にそれぞれ予め格納されている。

ここで、「火点面積」とは、図３に示すように、上吹ランス１１から噴射される酸素ガス２００の動圧によって溶鋼１００の表面に形成される凹部の面積をいう。なお、この凹部（火点）は、上吹ランス１１の軸方向から見た形状が、通常円形であるので、本実施形態では、「火点面積」の大きさを、同図に示すように、溶鋼表面での円の直径Ｄｋをもって表すことにする。

上吹ランス制御部５０では、ＲＨ脱ガス装置による２次精錬において、監視者が操作デスク６０から上吹ランス制御処理の実行指令を入力すると、図２に示す上吹ランス制御処理がＣＰＵにおいて実行されて、まず、ステップＳ１００に移行するようになっている。なお、ＣＰＵは、マイクロプロセッシングユニットＭＰＵ等からなり、ＲＯＭの所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図２のフローチャートに示す上吹ランス制御処理を実行可能になっている。

ステップＳ１００では、上吹ランス制御処理の管理段階ｎを「ｎ＝１」に設定し、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、第ｎ段階での管理炭素濃度Ｋｎを「第ｎ段階の管理テーブルデータ」から読み込み、ステップＳ１０４に移行する。また、ステップＳ１０４では、第ｎ段階での管理ランス高さＬＨｎを「第ｎ段階の管理テーブルデータ」から読み込み、その読み込んだ管理ランス高さＬＨｎになるように現在のランス高さを移動させる所定の実行指令をランス高さ制御部３２へ出力して、ステップＳ１０６に移行する。さらに、ステップＳ１０６では、第ｎ段階での管理送酸速度Ｊｎを「第ｎ段階の管理テーブルデータ」から読み込み、その読み込んだ管理送酸速度Ｊｎになるように現在の送酸速度を調整させる所定の実行指令を絞り弁アクチュエータ４２へ出力して、ステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、上記炭素濃度測定装置２０によって測定されてＲＡＭの所定領域に格納されている現在の炭素濃度Ｋｄを炭素濃度演算部２２から読み出して、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０では、炭素濃度演算部２２から読み出した現在の炭素濃度Ｋｄが、所定の目標炭素濃度Ｋに到達しているか否かを判定する。すなわち、現在の炭素濃度Ｋｄが、所定の目標炭素濃度Ｋを超えている（濃度が薄い）と判定したとき(Ｙｅｓ)は、一連の上吹ランス制御処理を終了して元の処理に復帰させるが、そうでないと判定したとき(Ｎｏ)は、ステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２では、現在の炭素濃度Ｋｄが、第ｎ段階での管理炭素濃度Ｋｎに到達しているか否かを判定する。すなわち、現在の炭素濃度Ｋｄが、第ｎ段階での管理炭素濃度Ｋｎを超えている（濃度が薄い）と判定したとき(Ｙｅｓ)は、ステップＳ１１４に移行するが、そうでないと判定したとき(Ｎｏ)は、ステップＳ１０８に処理を戻す。
ステップＳ１１４では、上吹ランス制御処理の管理段階ｎを「ｎ＝ｎ＋１」に改めて設定し、ステップＳ１０２に処理を戻す。

ここで、上記フローチャートにおいて、上吹ランス制御手段には、ステップＳ１００からステップＳ１１４が対応している。なお、上吹ランス制御部５０からの各信号は、監視者が操作する操作デスク６０の監視ディスプレー上に、監視者が認識可能な形態で随時表示されるように構成されており、これにより、監視者は、そのディスプレー上の表示によって上吹ランスの状態を容易に知ることが可能になっている。

次に、上記構成からなるＲＨ脱ガス装置による二次精錬の方法について、図４を適宜参照しつつ詳しく説明する。なお、本実施形態では、上記「第ｎ段階の管理テーブルデータ」として、精錬初期、精錬中期、および精錬終期の三段階（図２でのｎ＝１〜３）の状態にそれぞれ管理する例について説明する。
ＲＨ脱ガス装置１０による二次精錬では、真空槽１３内の、Ｍｎを含有する溶鋼１００表面に上吹ランス１１から酸素ガス２００を噴射して、溶鋼１００中に酸素を吹き込むことによって脱炭が行なわれるが、上述したように、精錬初期ではＭｎよりも炭素が優先的に酸素と反応する（酸素供給律速）。

そこで、第一の管理段階（ｎ＝１）である精錬初期は、上吹ランス１１からの酸素ガスの送酸速度を多くしている。このとき、上吹ランス１１の高さが低すぎると、酸素ガスの動圧による溶鋼の跳ね上がり（スピッティング）によって真空槽１３内壁に地金が付着する量が増大するという問題がある。そのため、このスピッティングをできるだけ抑制しつつ反応界面となる火点面積をできるだけ大きくするように上吹ランス１１の高さを決定して操業を開始するようにしている。すなわち、この精錬初期を第一の管理段階（ｎ＝１）とし（ステップＳ１００）、「第１段階の管理テーブルデータ」が参照されて、図４（ａ）に示すように、上吹ランス１１の高さをＬＨ１、そのランス高さＬＨ１に対応する酸素ガスの送酸速度をＪ１、および、ランス高さＬＨ１と酸素送酸速度Ｊ１によって形成される火点面積をＤｋ１に設定して二次精錬が開始される（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。

ここで、精錬が開始されて、ある程度脱炭反応が進行すると脱Ｍｎの進行が始まる。これは溶鋼中の炭素濃度が低下して、反応界面近傍での溶鋼中の炭素がＭｎに対して少なくなり、吹き込まれた酸素とＭｎとが反応する確率が増えるためである（炭素移動律速）。
そこで、このＲＨ脱ガス装置１０による二次精錬では、二次精錬が開始されると、炭素濃度測定装置２０によって溶鋼中の炭素濃度の測定（推定）が随時なされ、上吹ランス制御部５０で、その時点における現在の炭素濃度Ｋｄが逐次読み込まれて、刻々変化する炭素濃度が監視される（ステップＳ１０８）。

このとき、酸素供給律速から炭素移動律速へ移行する度合いに基づいて、これまでの操業実績から適切な管理炭素濃度Ｋ１が設定されているため、逐次読み込まれた現在の炭素濃度Ｋｄが、その管理炭素濃度Ｋ１に達したら第一の管理段階（ｎ＝１）である精錬初期が終了したものとみなし（ステップＳ１１２）、第一の管理段階（ｎ＝１）から第二の管理段階（ｎ＝２）に移行することができる（ステップＳ１１４）。

次いで、第二の管理段階（ｎ＝２）である精錬中期では、「第２段階の管理テーブルデータ」が参照されて、図４（ｂ）に示すように、上吹ランス１１の高さをＬＨ２に下げるとともに、酸素ガスの送酸速度をＪ２に低下させる。このとき、ランス高さＬＨ２および酸素送酸速度Ｊ２は、形成される火点面積Ｄｋ２が、第一の管理段階での火点面積Ｄｋ１とほぼ一定になるように設定されている（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。すなわち、第二の管理段階（ｎ＝２）では、現在の炭素濃度Ｋｄの低下に基づいて酸素ガスの送酸速度を送酸速度Ｊ１から送酸速度Ｊ２に低下させることによって、火点温度を低下させ、且つ精錬中期での火点面積Ｄｋ２を精錬初期での火点面積Ｄｋ１の状態とほぼ一定にすることによって炭素よりもＭｎが優先的に酸素と反応する条件を抑制しつつ脱炭能力を出来るだけ維持している。

そして、精錬中期では、酸素供給律速から炭素移動律速へ移行する度合いに基づいて、これまでの操業実績から適切な管理炭素濃度Ｋ２が設定されている。そのため、逐次読み込まれた現在の炭素濃度Ｋｄが、その管理炭素濃度Ｋ２に達したら第二の管理段階（ｎ＝２）である精錬中期が終了したものとみなし（ステップＳ１１２）、第二の管理段階（ｎ＝２）から第三の管理段階（ｎ＝３）に移行することができる（ステップＳ１１４）。

次いで、同様にして、第三の管理段階（ｎ＝３）である精錬終期では、「第３段階の管理テーブルデータ」が参照されて、図４（ｃ）に示すように、上吹ランス１１の高さをＬＨ３に下げるとともに、酸素ガスの送酸速度をＪ３に低下させる。このとき、ランス高さＬＨ３および酸素送酸速度Ｊ３は、形成される火点面積Ｄｋ３が、第一および第二の管理段階での火点面積Ｄｋ１、Ｄｋ２とほぼ一定になるように設定されている（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。すなわち、第三の管理段階（ｎ＝３）では、現在の炭素濃度Ｋｄの低下に基づいて酸素ガスの送酸速度を送酸速度Ｊ２から送酸速度Ｊ３に低下させることによって、火点温度をさらに低下させ、且つ精錬終期での火点面積Ｄｋ３を精錬中期での火点面積Ｄｋ２の状態とほぼ一定にすることによって、炭素よりもＭｎが優先的に酸素と反応する条件を抑制しつつ脱炭能力を出来るだけ維持している。そして、逐次読み込まれた現在の炭素濃度Ｋｄが、二次精錬での目標炭素濃度酸素Ｋに達したら精錬が終了したものと上吹ランス制御部５０が判定して当該二次精錬を終了する（ステップＳ１１０）。

次に、本発明に係るＲＨ脱ガス装置による二次精錬の作用・効果について説明する。
上述したように、ＲＨ脱ガス装置は、真空槽１３内と取鍋３００との間で溶鋼１００を還流させつつ、真空槽１３内の溶鋼１００表面に酸素ガス２００を上吹ランス１１から噴射して溶鋼１００中に酸素を吹き込むことによって脱炭をおこなうものである。
そして、特に、このＲＨ脱ガス装置１０は、上吹ランス１１から噴射される酸素ガス２００の送酸速度を調節する送酸速度調節装置４０と、上吹ランス１１の高さを移動させるランス高さ移動装置３０と、二次精錬によって排出される排気ガスから溶鋼１００中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置２０と、その炭素濃度測定装置２０によって測定された炭素濃度Ｋｄに基づいて、送酸速度調節装置４０で調整する送酸速度Ｊを所望の送酸速度（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３）に制御するとともに、ランス高さ移動装置３０で移動させる上吹ランス１１の高さＬＨを所望の高さ（ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＨ３）にそれぞれ制御する上吹ランス制御部５０と、を備えている。そして、上吹ランス制御部５０は、所望の高さ（ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＨ３）および所望の送酸速度（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３）を、火点面積Ｄｋの減少を抑制するように、より具体的には、火点面積Ｄｋがほぼ一定になるように（つまり、Ｄｋ１≒Ｄｋ２≒Ｄｋ３）制御している。

このような構成によって、このＲＨ脱ガス装置１０による二次精錬では、Ｍｎを含有する溶鋼１００の表面に酸素ガス２００を噴射して溶鋼１００からの脱炭を行なう際に、溶鋼１００中の炭素濃度Ｋｄの低下に基づいて、酸素ガス２００の送酸速度Ｊを、火点面積Ｄｋの減少を抑制しつつ低下させることができる。より具体的には、溶鋼１００中の炭素濃度Ｋｄの低下に基づいて、上吹ランス１１からの酸素ガス２００の送酸速度Ｊを低下させるとともに、火点面積Ｄｋの減少を抑制するように、上吹ランス１１の高さＬＨを溶鋼表面に接近させることを可能にしている。

これにより、このＲＨ脱ガス装置１０での二次精錬によれば、溶鋼１００中の炭素濃度Ｋｄの低下に応じて、火点温度を低下させることが可能になる。そのため、脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させることができる。さらに、火点面積Ｄｋを一定になるようにして、火点面積Ｄｋの減少を抑制しているから、酸素ガス２００の送酸速度Ｊを低下させても脱炭効率を維持することができる。したがって、脱炭を効率良く行なうとともに脱Ｍｎを抑制してＭｎの歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明に係るＲＨ脱ガス装置および脱Ｍｎ防止方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、炭素濃度自体を監視して管理段階の移行時期を決めているが、これに限定されず、例えば精錬経過時間で管理段階の移行時期を管理することも可能である。この場合、精錬時間が経過するにつれて炭素濃度が減少することは自明であるから、例えば過去の操業実績から精錬経過時間に対応する炭素濃度の関係を明らかにしておけば、精錬経過時間に基づいて管理段階を移行した場合であっても、間接的に炭素濃度の減少に応じて上吹ランスを制御できるからである。なお、時間管理による管理段階移行時期は、鋼種や初期の炭素量によって変えるようにすれば種々の条件に対しても対応することができる。例えば後述する実施例での低炭素高Ｍｎ鋼であれば、上記第一の管理段階（ｎ＝１）から第二の管理段階（ｎ＝２）に移行する時期は、精錬開始から約９分前後のタイミングで移行させればよい。しかし、酸素供給律速から炭素移動律速へ移行する度合いをより的確に判断して、各管理段階をより好適に移行させる上では、上記実施形態のように、実際の炭素濃度を監視して、管理段階の移行時期を決めることが望ましい。なおまた、上記実施形態では、本願出願人によりすでに開示された技術（特許第３２９３６７４号）に基づいて炭素濃度自体を監視して管理段階の移行時期を決めているが、これに限定されず、炭素濃度を測定可能な構成であれば本発明に適用可能である。

また、例えば、上記実施形態では、３つの管理段階（ｎ＝１〜３）によってランスの高さおよび送酸速度をそれぞれ制御しているが、これに限定されず、管理段階は、例えば２段階としてもよいし、さらに多くの管理段階（ｎ＝４以上）によってランスの高さおよび送酸速度を制御してもよい。さらにまた、段階的ではなく、連続的にランスの高さおよび送酸速度を制御してもよい。ここで、上述したランス高さ移動装置３０によって上吹きランス１１を移動させる際は、気密シール３１ｄ内を減圧して上吹きランス１１の把持力を弱める必要があるが、このとき、真空槽１３のガスのリークが生じるとともに、槽内の真空率が低下する。そのため、このような観点から操業安定性を勘案すれば、上吹ランス制御処理の管理段階数ｎは、上記実施形態のように三段階程度に設定することが望ましい。なお、真空槽１３のガスのリーク等の問題が生じない構成であればこの限りでないことは勿論である。

また、例えば、上記実施形態では、３つの管理段階（ｎ＝１〜３）での、ランスの高さおよび送酸速度によって形成される火点面積を、それぞれほぼ一定になるようにランスを制御しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、火点面積が必ずしも一定でない場合であっても、火点面積の減少を抑制しつつ送酸速度を低下するようにランスが制御されていれば、本発明の効果を奏する。

具体的には、火点面積の減少を抑制しつつ送酸速度を低下する例として、例えば図５に示すようなランス制御を例示できる。すなわち、同図（ａ）に示すように、この例では、送酸速度Ｊを時間ｔが経過するに従って連続的に低下させている。このとき、ランス高さＬＨは、同図（ｂ）に示すように、上記実施形態同様に、所定のタイミングで三段階に制御している。これにより、当該送酸速度Ｊおよびランス高さＬＨによって形成される火点面積Ｄｋは、同図（ｃ）に示すように上下に振動することになる。しかし、従来のランス制御での火点面積は、同図（ｃ）で破線にて示すように減少していたことになるからΔＤｋの差が生じる。したがって、この例に示すようなランス制御であっても、脱炭効率の低下、および脱Ｍｎを多少なりとも抑制することが可能であり、本発明の効果を奏するものである。

次に、本発明に係るＲＨ脱ガス装置による二次精錬の実施例について説明する。
本実施例は、上記実施形態の構成からなるＲＨ脱ガス装置による二次精錬を、低炭素高Ｍｎ鋼を溶製するに際して適用した例である。なお、この実施例でのＲＨ脱ガス装置は、真空槽内の火点等の状態を、監視カメラ等によって確認可能になっている。
この低炭素高Ｍｎ鋼は、炭素およびＭｎの目標成分値が、それぞれ〔Ｃ〕０．０２±（許容値）重量％、〔Ｍｎ〕１．５５重量％以上とする例であり、本実施例では、二次精錬での上記管理段階を、上記実施形態同様に、精錬初期、精錬中期、精錬終期の三段階で管理した。なお、当該各管理段階は、上述したＲＨ脱ガス装置の上吹ランス制御部５０により自動制御されるため、ここでは制御に係る説明は適宜省略する。

図６に示すように、精錬初期Ｃ１（第一の管理段階（ｎ＝１））では、「第１段階の管理テーブルデータ」での上吹ランス１１からの酸素ガスの送酸速度Ｊ１を、６０〔Ｎｍ^３／ｍｉｎ〕に、また、ランス高さＬＨ１は、２．０〔ｍ〕に設定した。このときの火点面積はＤｋ１である。
ここで、精錬初期Ｃ１から精錬中期Ｃ２（第二の管理段階（ｎ＝２））への移行時期の基準となる管理炭素濃度Ｋ１は、〔Ｃ〕０．０９重量％に設定した。これは、過去の精錬実績から、溶鋼中の炭素濃度が〔Ｃ〕０．０９重量％を境界として酸素供給律速から炭素移動律速に移行する割合が特に大きくなると判断したからである。この条件で精錬を開始した。なお、精錬初期での溶鋼の炭素濃度は、〔Ｃ〕０．１５重量％であった。

精錬開始から約９分が経過したとき、炭素濃度測定装置２０によって測定された現在の炭素濃度Ｋｄが〔Ｃ〕０．０９重量％に到達した。これにより、精錬初期Ｃ１から精錬中期Ｃ２への移行制御が上吹ランス制御部５０により実行された。なお、精錬中期Ｃ２では、図６に示すように、「第２段階の管理テーブルデータ」での送酸速度Ｊ２を、４５〔Ｎｍ^３／ｍｉｎ〕に設定した。このときの火点面積Ｄｋ２は、上記精錬初期Ｃ１での火点面積Ｄｋ１とほぼ一定となるようにランス高さＬＨ２を制御した。また、精錬終期Ｃ３（第三の管理段階（ｎ＝３））への移行時期の基準となる管理炭素濃度Ｋ２は、〔Ｃ〕０．０７重量％に設定した。

次いで、精錬中期Ｃ２への移行後まもなく、現在の炭素濃度Ｋｄが〔Ｃ〕０．０７重量％に到達した。これにより、精錬中期Ｃ２から精錬終期Ｃ３への移行制御が上吹ランス制御部５０により実行された。なお、精錬終期Ｃ３では、図５に示すように、「第３段階の管理テーブルデータ」での送酸速度Ｊ３を、３５〔Ｎｍ^３／ｍｉｎ〕とし、このときの火点面積Ｄｋ３が、上記精錬初期Ｃ１および精錬中期Ｃ２での火点面積Ｄｋ１、Ｄｋ２とほぼ一定となるようにランス高さＬＨ２を設定した。なお、同図では、比較例として、ランス高さおよび噴射する酸素ガスの送酸速度をそれぞれ一定にして吹き込みが行なわれていた際のグラフをあわせて図示しており、同図に示すように、比較例では、送酸速度Ｊを、６０〔Ｎｍ^３／ｍｉｎ〕に、また、このときのランス高さＬＨは、２．０〔ｍ〕に設定されていた。

次いで、精錬終期Ｃ３への移行後、現在の炭素濃度Ｋｄが〔Ｃ〕０．０２重量％（目標炭素濃度酸素Ｋ）に到達した。これにより、予定した脱炭処理が上吹ランス制御部５０により終了と判断されて精錬を終了した。
図７は、上記実施例での二次精錬における、溶鋼中のＭｎ濃度と処理時間との関係を示すグラフである。なお、同図では、比較例として、ランス高さおよび送酸速度をそれぞれ一定にして吹き込みが行なわれていた際のグラフをあわせて図示している。

同図から分かるように、精錬中期Ｃ２（処理時間約９分経過時）以降は、Ｍｎ濃度の減少が抑制されていることが分かる。また、精錬処理時間も、約２５分で終了しており、比較例と変らない処理時間であり、処理時間の延長をきたすことなく、所定の炭素濃度まで脱炭することが可能となっていることが分かる。ここで、同図の矢印Ｂで示すように、精錬終了時でのＭｎ濃度は、比較例に対して、〔Ｍｎ〕０．１０重量％の濃度の減少が抑制された。

図８は、上記実施例での二次精錬における、溶鋼中の平均炭素濃度に対する平均Ｍｎ濃度の割合をプロットして示している。なお、同図では、比較例として、ランス高さおよび送酸速度をそれぞれ一定にして吹き込みが行なわれていた際の例をあわせて図示している。
同図から分かるように、平均炭素濃度が〔Ｃ〕０．０９重量％より低い範囲（同図に示す矢印Ｅ）において、実施例では、比較例に比べて平均Ｍｎ濃度の割合が大きく減少していることが分かる。

図９は、上記低炭素高Ｍｎ鋼を溶製するに際して使用したＭｅｔＭｎの使用量の推移を、ＭｅｔＭｎ原単位（ｋｇ／ｔ）について月毎に集計した結果を示すグラフである。同図では、６月度から９月度までは、従来のＲＨ脱ガス装置による二次精錬（比較例）による結果を示しており、１０月度は、本発明のＲＨ脱ガス装置による二次精錬（実施例）での結果を示している。

同図から分かるように、本発明のＲＨ脱ガス装置による二次精錬を実施した９月以降（１０月度）は、ＭｅｔＭｎの使用量が大幅に抑制されてＭｅｔＭｎの歩留まりが向上していることが分かる。
以上説明したように、本発明のＲＨ脱ガス装置および本発明の脱Ｍｎ抑制方法によれば、脱炭を効率良く行なうとともに脱Ｍｎを抑制して、Ｍｎの歩留まりを向上させることができることが確認された。

本発明に係るＲＨ脱ガス装置の一実施形態を説明する説明図である。 図１でのＡ部を拡大して示す部分拡大図であり、同図では、上吹ランスを縦断面で示している。 上吹ランス制御部で実行される上吹ランス制御処理を示すフローチャートである。 本発明に係る二次精錬の管理段階を説明する説明図である。 火点面積の減少を抑制しつつ送酸速度を低下する制御の他の例を説明する説明図である。 本発明に係る脱Ｍｎ抑制方法を採用した一実施例を説明する説明図である。 実施例における、溶鋼中のＭｎ濃度と処理時間との関係を示すグラフである。 本発明に係る脱Ｍｎ抑制方法の効果を説明する説明図である。 本発明に係る脱Ｍｎ抑制方法の効果を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 脱ガス装置
１１ 上吹ランス
１２ 吹き込み管
１３ 真空槽
１４ 吸上管
１５ 排出管
１６ 排ガス管
２０ 炭素濃度測定装置
２１ ガス流量計
２２ 炭素濃度演算部
３０ 移動装置
３１ 移動部
３２ 制御部
４０ 送酸速度調節装置
４１ 流量制御弁
４２ 弁アクチュエータ
５０ 上吹ランス制御部
６０ 操作デスク
１００ 溶鋼
２００ 酸素ガス
３００ 取鍋
Ｃ１ 精錬初期
Ｃ２ 精錬中期
Ｃ３ 精錬終期
Ｄｋ 火点の直径（火点面積）
Ｊｎ 管理送酸速度
Ｋ 目標炭素濃度
Ｋｄ 現在の炭素濃度
Ｋｎ 管理炭素濃度

Claims (5)

1. Ｍｎを含有する溶鋼の表面に酸素ガスを噴射して前記溶鋼からの脱炭を行なう際に、前記溶鋼からの脱Ｍｎを抑制する方法であって、
   前記溶鋼中の炭素濃度の低下に基づいて、前記酸素ガスの送酸速度を、当該酸素ガスの噴射によって前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制しつつ低下させることを特徴とする脱Ｍｎ抑制方法。
2. ＲＨ脱ガス装置による２次精錬において、Ｍｎを含有する溶鋼の表面に上吹ランスから酸素ガスを噴射して前記溶鋼からの脱炭を行なう際に、前記溶鋼からの脱Ｍｎを抑制する方法であって、
   前記溶鋼中の炭素濃度の低下に基づいて、前記上吹ランスからの酸素ガスの送酸速度を低下させるとともに、前記酸素ガスの噴射によって前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制するように前記上吹ランスの高さを前記溶鋼表面に接近させることを特徴とする脱Ｍｎ抑制方法。
3. 請求項２に記載の脱Ｍｎ抑制方法であって、
   前記酸素ガスの送酸速度を低下させるとともに、前記上吹ランスの高さを溶鋼表面に接近させることによる前記火点面積の減少の抑制は、当該火点面積を一定に保つように実施することを特徴とする脱Ｍｎ抑制方法。
4. 二次精錬に用いられるＲＨ脱ガス装置であって、
   溶鋼の表面に酸素ガスを噴射する上吹ランスと、該上吹ランスから噴射される酸素ガスの送酸速度を調節する送酸速度調節装置と、前記上吹ランスの高さを移動させるランス高さ移動装置と、前記二次精錬によって排出される排気ガスから前記溶鋼中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置と、該炭素濃度測定装置によって測定された炭素濃度に基づいて、前記送酸速度調節装置で調節する送酸速度を所望の送酸速度に制御するとともに、前記ランス高さ移動装置で移動させる上吹ランスの高さを所望の高さに制御する上吹ランス制御手段と、を備えることを特徴とするＲＨ脱ガス装置。
5. 前記上吹ランス制御手段は、前記所望の高さおよび所望の送酸速度を、前記上吹ランスからの酸素ガスの噴射によって前記溶鋼の表面に形成される凹部の面積である火点面積の減少を抑制するように制御することを特徴とする請求項４に記載のＲＨ脱ガス装置。

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