JP2009120932A

JP2009120932A - 精錬容器のシール方法、及び真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法

Info

Publication number: JP2009120932A
Application number: JP2007299444A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamamoto; 雅章山本; Taijiro Matsui; 泰次郎松井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: JP5217381B2

Abstract

【課題】操業中に特別な装置を運転することを要せず、かつ、脱ガス槽内部に大気が侵入することを防止して、溶鋼中に窒素ガスが侵入することを防止できる精錬容器のシール方法を提供すること。
【解決手段】鉄皮３１の内面に耐火物３２が内張りされた精錬容器３をシールする際、予め鉄皮に内外を貫通する孔３１１を形成しておき、形成された孔から樹脂を圧入して、鉄皮３１及び耐火物３２の間、並びに耐火物３２間の目地に通気遮断層３４を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、精錬容器のシール方法、及び、真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法に関する。

溶鋼の窒素ガス侵入は、脱ガス槽浸漬管の亀裂部等から侵入した空気中の窒素が、溶鋼の脱ガス処理中に鉄皮と背面耐火物間、槽内耐火物、及び耐火物間の目地等を介して真空脱ガス炉内に到達し、溶鋼と接触した際に発生する。
これを防止するために、従来、浸漬管の芯金を冷却することにより、熱膨張を抑え、浸漬管耐火物の亀裂を防止して脱ガス槽内部への大気侵入を防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、浸漬管耐火物の背面側に大気圧以上の不活性ガスを注入して、浸漬管から脱ガス槽内部への大気侵入を防止する技術も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
さらに、浸漬管フランジ部から侵入するガスを吸引することにより、脱ガス槽内部への大気侵入を防止する技術も提案されている（例えば、特許文献４）。

特開平１１−２１６１７号公報特開２００１−１９２７２６号公報特開２００５−２００６９６号公報特開２００１−９８３１７号公報

しかしながら、前記特許文献に記載の技術では、いずれもガスを注入、吸引するための装置及び配管を設け、操業中に装置を運転させなければならず、これらの装置に故障が生じた場合や、配管の損傷があると操業を中止せざるを得ないという問題がある。

本発明の目的は、操業中に特別な装置を運転することを要せず、かつ、脱ガス槽内部に大気が侵入することを防止して、溶鋼中に窒素ガスが侵入することを防止できる、精錬容器のシール方法、及び真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法を提供することにある。

本発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）鉄皮の内面に耐火物が内張りされた精錬容器をシールする精錬容器のシール方法であって、
予め鉄皮に内外を貫通する孔を形成しておき、
形成された孔から樹脂を圧入して、前記鉄皮及び前記耐火物の間、並びに耐火物間の目地に通気遮断層を形成することを特徴とする精錬容器のシール方法。
（２）（１）に記載の精錬容器のシール方法において、
前記樹脂の圧入後、前記精錬容器内部を減圧状態とすることを特徴とする精錬容器のシール方法。

（３）（１）又は（２）に記載の精錬容器のシール方法において、
前記通気遮断層が、１００℃以上の熱分解温度の樹脂から構成されていることを特徴とする精錬容器のシール方法。
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載の精錬容器のシール方法において、
前記圧入される樹脂は、常温における粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上、１００００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする精錬容器のシール方法。

（５）内部で溶鋼を精錬する真空脱ガス炉内に窒素ガスが侵入することを防止する真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法であって、
予め前記溶鋼の鋼種に応じて要求される溶鋼中の要求窒素濃度を把握しておき、
（１）乃至（４）のいずれかに記載の精錬容器のシール方法が施された真空脱ガス炉を用いて前記溶鋼の精錬を行いながら、前記真空脱ガス槽で精錬された溶鋼中の窒素濃度の変化を確認し、
確認された溶鋼中の窒素濃度が前記要求窒素濃度未満となるようなタイミングで、（１）乃至（４）のいずれかに記載の精錬容器のシール方法を実施することを特徴とする真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法。

本発明に係る精錬容器のシール方法によれば、脱ガス槽の鉄皮側から鉄皮と耐火物背面間の隙間、及び耐火物目地部分に樹脂を注入することにより、圧入した樹脂が鉄皮と耐火物背面の隙間、耐火物間の目地、及び耐火物の気孔に侵入して、通気遮断層を形成することができるため、これらの空間を介して大気が侵入することを防止でき、脱ガス中の溶鋼に窒素が侵入することを防止することができる。また、樹脂を注入するだけでよいので、操業中にガスを注入、吸引する特別な装置を運転することを要せず、装置の故障等で操業が中止されることもない。
本発明に係る精錬容器のシール方法は、ＲＨ（Ruhrstahl-Heraeus）真空脱ガス法、ＤＨ（Dortmund-Horde）真空脱ガス法、ＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburization）法、ＲＥＤＡ（Revolutionary Degassing Activator）法等に用いられる脱ガス槽に好適に採用することができる。

本発明では、樹脂の圧入後、精錬容器内部を減圧状態とするのが好ましく、特に好ましくは、樹脂の圧入後、樹脂の硬化が開始しないうちに、減圧状態とするのが好ましい。尚、減圧状態とは、精錬容器内部の圧力が大気圧よりも低くなる状態をいい、一般的に精錬容器内部の圧力は、１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒを換算した値）以下であることが通常である。
樹脂の圧入により、圧入された樹脂が鉄皮と耐火物背面の隙間、耐火物間の目地、及び耐火物の気孔に浸透するが、さらに、樹脂の硬化前に圧入後容器内部を減圧状態とすることで、樹脂の浸透を一層促進させることができ、通気遮断層をより厚く形成することができる。

本発明では、通気遮断層が１００℃以上の熱分解温度の樹脂から構成されているのが好ましい。具体的には、通気遮断層を形成する樹脂としては、シーリング材等に用いられる種々の樹脂材料を採用することができるが、シリコーン系、変成シリコーン系、ポリサルファイド系、ポリウレタン系のものを採用することができるが、特に、熱分解温度が４００℃以上のシリコーン系を採用するのが好ましい。尚、熱分解温度は、圧入された樹脂が熱によって消失する温度をいう。
また、成分系も１成分系、２成分系いずれも採用することができ、硬化タイプも反応硬化型、湿気硬化型、酸素硬化型、熱硬化型のいずれを採用することもできるが、熱硬化型のものを採用するのが好ましい。

真空脱ガス槽等の精錬容器において、鉄皮と耐火物の背面間の空間は、結露による鉄皮の劣化を防止するために、１００℃以上を維持しておくのが好ましい。従って、この発明によれば、この鉄皮と耐火物背面間の温度が１００℃以上に維持されても通気遮断層が残存するため、前記の作用及び効果を確実に享受することができる。
また、熱硬化型の樹脂を採用することにより、脱ガス槽の予熱等によって、樹脂の硬化を促進することができるため、圧入後早期に通気遮断層を形成することができる。

本発明では、圧入される樹脂は、常温における粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上、１００００ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましい。
ここで、常温としたのは、一般に樹脂の粘度は、温度に依存して変化し、温度が高くなると粘度が低下する傾向にあり、ポンプ等で樹脂を圧入する際の樹脂の温度は、常温近傍で行うことが通常であるためである。
但し、樹脂の圧入は、脱ガス槽の鋼種変更の際、脱ガス処理の開始前に行う脱ガス槽の予熱の際に樹脂の注入を行ってもよく、さらには操業中に行ってもよく、脱ガス槽内部の温度が１０℃〜２５０℃の温度で樹脂の圧入を行うことができる。
この発明によれば、圧入される樹脂の粘度がこのような範囲にあることにより、所定の圧力で樹脂を圧送できる汎用の液体搬送用ポンプを採用することができる。液体搬送用ポンプとしては、スネークポンプ、ピストンポンプ、スクイズポンプ、ダイヤフラムポンプ、ロータリポンプ等を採用することができる。

本発明に係る真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法によれば、予め要求される溶鋼中の要求窒素濃度を把握しておき、真空脱ガス炉で精錬された溶鋼中の窒素濃度の変化を確認し、確認された溶鋼中の窒素濃度が要求窒素濃度未満となるようなタイミングで本発明の精錬容器のシール方法を実施することにより、通気遮断層が熱により分解して真空脱ガス炉内部に大気が侵入する前に、再度通気遮断層を形成することができるため、溶鋼に窒素ガスが侵入することを確実に防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図１には、本発明の実施形態に係る精錬容器のシール方法を実施したＲＨ真空脱ガス炉１が示されており、このＲＨ真空脱ガス炉１は、減圧雰囲気を利用して溶鋼の脱ガス処理を行う炉であり上部槽２及び下部槽３を組み合わせて構成される。
上部槽２は、円筒状の鉄皮２１とその内部に配置される耐火物２２とを備えて構成される。図１では図示略したが、耐火物２２は、鉄皮２１側に鉄皮２１の内面に沿って配置される断熱性の耐火物と、この耐火物の内側に配置される耐火物との二重構造とされている。この上部槽２の上面は、天蓋２３で覆われ、上部槽２の側面には、合金投入口２４及び排気口２５が形成されている。

下部槽３は、上部槽２の鉄皮２１と略同径の鉄皮３１と、その内部に配置される耐火物３２とを備えて構成され、上部槽２と同様に鉄皮３１に沿って配置される断熱性の耐火物と、この耐火物の内側に配置される耐火物との二重構造とされている。この下部槽３の下端には、２本の環流管３３が設けられており、さらにその下には、浸漬管４が取り付けられ、浸漬管４は、取鍋５内の溶鋼に浸漬される。
操業に際しては、上部槽２及び下部槽３からなる脱ガス槽内を、排気口２５から内部の空気を排出することにより、減圧状態にして、取鍋５内の溶鋼を内部に吸い上げ、図示を略したが、浸漬管４の一方に形成されたガス吹き込み口からＡｒを吹き込んで脱ガス槽内に溶鋼を流入飛散させる。そうすると槽内で脱ガスが行われ、脱ガスが行われた溶鋼は他方の浸漬管４から取鍋５内に戻される。

このようなＲＨ真空脱ガス炉１において、下部槽３の鉄皮３１と耐火物３２との間にはわずかな隙間が形成されており、また耐火物３２の鉄皮３１側に面する耐火物は、断熱性を確保するために、気孔率の高いものを使用している。このため、従来の構造では、ＲＨ真空脱ガス炉内部を減圧状態とすると、これらの隙間を介して大気がＲＨ真空脱ガス炉１の内部に入り込み、大気中の窒素ガスが溶鋼に侵入し、要求される窒素濃度の溶鋼が得られないという問題がある。

そこで、本実施形態では、図２に示されるように、鉄皮３１と耐火物３２の間、及び、耐火物３２同士の目地部分、及び耐火物３２のうち、最も背面側に配置される耐火物の気孔に浸透させることにより通気遮断層３４を形成している。この通気遮断層３４は浸漬管４の先端部分まで形成されている。
通気遮断層３４は、樹脂圧入装置６により樹脂を圧入し、この樹脂を硬化させることで形成され、樹脂圧入装置６は、下部槽３の鉄皮３１に予め鉄皮３１の内外を貫通する孔３１１を形成しておき、この孔３１１に樹脂圧入装置６が取り付けられている。
この通気遮断層３４は、本実施形態では、熱硬化型のシリコーン系接着剤で構成されている。尚、圧入する樹脂としては、熱分解温度が４００℃以上のシリコーン系樹脂を採用するのが最も好ましいが、熱分解温度が１００℃以上のものであってもよく、例えば、変成シリコーン系、ポリサルファイド系、ポリウレタン系の樹脂等を採用することができる。

樹脂圧入装置６は、スネークポンプ６１と、配管部材６２と、コンプレッションフィッティング６３とを備えて構成される。
スネークポンプ６１は、液体搬送用ポンプであり、ポンプの吐出口から２ＭＰａ〜１０ＭＰａの吐出圧で樹脂を吐出する。吐出された樹脂は、配管部材６２を介して搬送され、コンプレッションフィッティング６３から鉄皮３１の内部に圧入される。
鉄皮３１に形成される孔３１１は、コンプレッションフィッティング６３の大きさと、圧入する樹脂に応じて決定すればよいが、概ね５ｍｍ〜５０ｍｍとすればよい。コンプレッションフィッティング６３は、樹脂の圧入後、配管部材６２を取り外した際、孔３１１から大気が流入しないために設けられている。

樹脂の圧入箇所は、図２に示されるように、本実施形態では、ＲＨ真空脱ガス炉１の高さ方向に３箇所設けられているが、ＲＨ真空脱ガス炉１の大きさに応じて決定すればよく、少なくとも高さ方向に１箇所以上設けられていればよい。
また、本実施形態では、図３に示されるように、樹脂の圧入箇所が、下部槽３の周方向に、円筒中心回りに８箇所均等に形成されているが、同様に、ＲＨ真空脱ガス炉１の大きさに応じて、少なくとも２箇所以上設けられればよく、さらに、樹脂の圧入箇所を、浸漬管４の回りに設定してもよい。
要するに、樹脂がある程度の高さで下部槽３の全周に亘って圧入できれば、圧入箇所、その数は適宜定めればよいが、周方向に２箇所以上設けることにより、下部槽３の周方向に樹脂がまわりやすくなるので、好ましい。

次に、前述したＲＨ真空脱ガス炉１の下部槽３及び浸漬管４のシール方法について説明する。
ＲＨ真空脱ガス炉１における鋼種変更時の真空脱ガス処理後の放熱時（略２５０℃）、又は、真空脱ガス処理前の予熱時（略２５０℃）、さらに築炉後（常温）に、図２及び図３に示されるように、下部槽３に形成した孔３１１のコンプレッションフィッティング６３に配管部材６２を介して、スネークポンプ６１を接続する。
スネークポンプ６１を駆動し、樹脂の圧入を開始する。圧入施工の際の作業環境は、１０℃〜２５０℃の範囲であり、樹脂の圧入量は、圧入作業１回につき、０．０５ｍ^３〜１．５ｍ^３が目安となる。

樹脂は、鉄皮３１と耐火物３２の間に入り込み、さらには、耐火物３２間の目地部分、耐火物３２のうち背面側に配置される耐火物の気孔部分に浸透し、下部槽３の周方向全体がシールされる。また、浸漬管４には、下部槽３と同様に、浸漬管４回りに２箇所設けた樹脂圧入装置６によって樹脂が圧入される。
樹脂の圧入後、ただちに、ＲＨ真空脱ガス炉１の内部を減圧状態とし、樹脂を耐火物３２間の目地部分、又は背面側の耐火物に浸透させ、浸透量を増加させる。尚、ＲＨ真空脱ガス炉１の内部の真空度は、６．６６６Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒを換算した値）〜６６６．Ｐａ（５Ｔｏｒｒを換算した値）の範囲とするのがよく、独立して減圧状態としてもよいが、操業時の真空脱ガス処理とともに行ってもよい。
最後に、ＲＨ真空脱ガス炉１を操業前に予熱すると、圧入された熱硬化型のシリコーン樹脂の硬化が開始し、通気遮断層３４が形成される。

次に、前述した下部槽３又は浸漬管４のシール方法で通気遮断層３４を形成したＲＨ真空脱ガス炉１によって溶鋼の真空脱ガス処理を行い、溶鋼の窒素ガス侵入の防止の効果を確認した。
具体的には、通気遮断層３４が形成されたＲＨ真空脱ガス炉１で溶鋼の真空脱ガス処理を行った場合（実施例１乃至実施例４）と、通気遮断層３４を形成しない従来のＲＨ真空脱ガス炉で溶鋼の真空脱ガス処理を行った場合（比較例１乃至比較例４）とにおいて、真空脱ガス処理前の窒素濃度と真空脱ガス処理後の窒素濃度の差ΔＮ（質量ｐｐｍ）を測定した。尚、実施例１乃至実施例４の違いは、下部槽３及び浸漬管４の圧入部位の違い、圧入量、スネークポンプ６１の圧送圧力、孔３１１の径、及び孔３１１の周方向、高さ方向の箇所の違いである。結果を表１に示す。
また、真空脱ガス処理の操業条件は、一般的には、到達真空度６．６６６Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒを換算した値）〜６６６．６Ｐａ（５Ｔｏｒｒを換算した値）、溶鋼温度１５００℃〜１６５０℃程度が例示されるが、特にこの条件に限定されない。

表１から判るように、実施例１乃至実施例４と、比較例１乃至比較例４とを比較すると、ΔＮ（質量ｐｐｍ）の量が明らかに異なり、下部槽３又は浸漬管４に通気遮断層３４を形成することにより、溶鋼への窒素ガス侵入を抑制できることが確認された。
また、実施例１乃至実施例４を比較すると、孔３１１の径は１０ｍｍ前後が最適値であり、圧入量は１ｍ^３〜１．５ｍ^３が最適値であり、下部槽３への圧入にあっては、下部槽３の周方向８箇所、高さ方向３箇所に圧入するのがよいと推測される。

このような通気遮断層３４を形成したＲＨ真空脱ガス炉１の操業中、溶鋼の真空脱ガス処理を繰り返し行うと、耐火物３２が徐々に損耗するとともに、通気遮断層３４も溶鋼の熱により侵食され、通気遮断機能が劣化する。
そこで、本実施形態では、真空脱ガス処理前の溶鋼中の窒素濃度と処理後の窒素濃度との差である窒素濃度の変化量ΔＮ（質量ｐｐｍ）を、操業中のチャージ毎で測定し、窒素濃度が溶鋼の要求窒素濃度に近づいたら、再度、上述した下部槽３又は浸漬管４のシール方法を実施する。

すなわち、例えば、溶鋼に要求される要求窒素濃度が２０質量ｐｐｍであった場合、図４に示されるように、チャージ毎の窒素濃度の変化量ΔＮ（質量ｐｐｍ）を測定し、ΔＮ（質量ｐｐｍ）が２０質量ｐｐｍに近づいた点Ｐ１となったら、このタイミングで再度下部槽３又は浸漬管４のシール方法を実施する。
第２回目のシール方法の実施後は、同一鋼種の溶鋼の真空脱ガス処理を行う限り、チャージ回数（下部槽チャージ回数）と窒素濃度の変化量ΔＮ（質量ｐｐｍ）の変化の傾向をつかめるので、この傾向に基づいて、点Ｐ１に至るおおよそのチャージ回数を設定し、これに基づいて、下部槽３又は浸漬管４のシール方法の実施サイクルとなる点Ｐ２、Ｐ３を設定する。尚、繰り返しの真空脱ガス処理によって耐火物３２も徐々に損耗していくため、第２回目以降のシール方法の実施サイクルは徐々に短くなる傾向にある。
また、鋼種によって要求窒素濃度が異なるので、鋼種を変更する場合には、窒素濃度の変化量ΔＮ（質量ｐｐｍ）を別途測定し、要求窒素濃度未満を維持できるチャージ回数を改めて確認する必要がある。

以上のように、予め溶鋼の鋼種に応じた要求窒素濃度を把握しておき、要求窒素濃度未満となるタイミングで下部槽３又は浸漬管４のシール方法を実施することにより、真空脱ガス処理中に溶鋼に窒素ガスが侵入することを防止することができる。
また、一定の真空脱ガス処理のチャージ回数のサイクルで下部槽３又は浸漬管４のシール方法を実施するだけでよいので、従来のように、操業中に特別な装置を用いて、浸漬管内に侵入した大気の吸引や、冷却水を循環させて浸漬管の芯金を防止する必要がなく、操業中メンテナンスフリーとすることができる。

本発明の実施の形態に係るＲＨ真空脱ガス炉の構造を表す垂直断面図。前記実施形態におけるＲＨ真空脱ガス炉の下部槽、浸漬管に形成された通気遮断層の構造、及び形成方法を説明するための垂直断面図。前記実施形態におけるＲＨ真空脱ガス炉の下部槽、浸漬管に形成された通気遮断層の構造、及び形成方法を説明するための水平断面図。前記実施形態における精錬容器のシール方法のタイミングを説明するためのグラフ。

符号の説明

１…ＲＨ真空脱ガス炉、２…上部槽、３…下部槽、４…浸漬管、５…取鍋、６…樹脂圧入装置、２１…鉄皮、２２…耐火物、２３…天蓋、２４…合金投入口、２５…排気口、３１…鉄皮、３２…耐火物、３３…環流管、３４…通気遮断層、６１…スネークポンプ、６２…配管部材、６３…コンプレッションフィッティング、３１１…孔

Claims

鉄皮の内面に耐火物が内張りされた精錬容器をシールする精錬容器のシール方法であって、
予め鉄皮に内外を貫通する孔を形成しておき、
形成された孔から樹脂を圧入して、前記鉄皮及び前記耐火物の間、並びに耐火物間の目地に通気遮断層を形成することを特徴とする精錬容器のシール方法。
請求項１に記載の精錬容器のシール方法において、
前記樹脂の圧入後、前記精錬容器内部を減圧状態とすることを特徴とする精錬容器のシール方法。
請求項１又は請求項２に記載の精錬容器のシール方法において、
前記通気遮断層が、１００℃以上の熱分解温度の樹脂から構成されていることを特徴とする精錬容器のシール方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の精錬容器のシール方法において、
前記圧入される樹脂は、常温における粘度が１００ｍＰa・s以上、１００００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする精錬容器のシール方法。
内部で溶鋼を精錬する真空脱ガス炉内に窒素ガスが侵入することを防止する真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法であって、
予め前記溶鋼の鋼種に応じて要求される溶鋼中の要求窒素濃度を把握しておき、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の精錬容器のシール方法が施された真空脱ガス炉を用いて前記溶鋼の精錬を行いながら、前記真空脱ガス炉で精錬された溶鋼中の窒素濃度の変化を確認し、
確認された溶鋼中の窒素濃度が前記要求窒素濃度未満となるようなタイミングで、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の精錬容器のシール方法を実施することを特徴とする真空脱ガス炉の窒素ガス侵入抑制方法。