JP2010111940A - 真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 添加する精錬剤を十分に加熱でき、ＣａＦ2を含有しない脱硫剤を用いた場合でも高い脱硫効率を得ることができるのみならず、真空槽の予熱や地金溶解、溶鋼の昇温、溶鋼の脱炭処理なども実施することのできる加熱・精錬方法を提供する。
【解決手段】 ランス先端の中央部に、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して噴出することの可能なノズルが配置され、該ノズルの周囲に、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが二箇所以上に配置された複合ランス１３を真空槽５に挿入して行う、真空脱ガス装置における加熱・精錬方法であって、（Ａ）脱ガス処理前の真空槽の予熱、（Ｂ）脱ガス処理中の溶鋼３の加熱・昇温、（Ｃ）脱ガス処理中の溶鋼の脱炭処理、（Ｄ）脱ガス処理中の溶鋼の脱硫処理などの精錬、（Ｅ）脱ガス処理中または脱ガス処理後の真空槽の内壁の付着物の加熱溶融除去の中の少なくとも１つを実施する。
【選択図】 図１
【解決手段】 ランス先端の中央部に、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して噴出することの可能なノズルが配置され、該ノズルの周囲に、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが二箇所以上に配置された複合ランス１３を真空槽５に挿入して行う、真空脱ガス装置における加熱・精錬方法であって、（Ａ）脱ガス処理前の真空槽の予熱、（Ｂ）脱ガス処理中の溶鋼３の加熱・昇温、（Ｃ）脱ガス処理中の溶鋼の脱炭処理、（Ｄ）脱ガス処理中の溶鋼の脱硫処理などの精錬、（Ｅ）脱ガス処理中または脱ガス処理後の真空槽の内壁の付着物の加熱溶融除去の中の少なくとも１つを実施する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、溶鋼の二次精錬を担う真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法に関し、詳しくは、真空脱ガス装置の真空槽内の溶鋼に添加される精錬剤を加熱するのみならず、真空脱ガス装置の真空槽や処理される溶鋼をも加熱することができ、更には、溶鋼の脱炭処理も実施することのできる複合ランスを用いた加熱・精錬方法に関するものである。
近年、鋼の高付加価値化や鉄鋼材料の使用用途拡大などに伴う材料特性向上のために、高純度鋼溶製の要求が増加している。この要求に応えるためには鋼の極低硫化も必要である。鉄鋼材料の溶製過程において脱硫処理は、溶銑段階での脱硫処理と溶鋼段階での脱硫処理とが行われており、通常は、溶銑段階での脱硫処理が主であるが、高級電磁鋼板やラインパイプ用鋼材などの極低硫鋼では、溶銑段階の脱硫処理のみでは十分ではなく、溶銑段階での脱硫処理に加えて更に溶鋼段階での脱硫処理が必要である。
極低硫鋼のような高純度鋼を溶鋼段階で脱硫処理する方法については、従来から様々な提案がなされており、例えば、取鍋内で脱硫剤を溶鋼中にインジェクションする方法や、取鍋内に脱硫剤を添加した後に溶鋼を攪拌する方法などが行われているが、これらの脱硫処理は、脱炭精錬を行う転炉と脱ガス精錬を行う真空脱ガス装置との途中の工程で行われることから、溶鋼温度の低下やそれに伴う製造コストの上昇、更には各設備間で取鍋を搬送することによる生産性の低下をもたらしていた。
そこで、これらの問題を解決するべく、ＲＨ真空脱ガス装置に脱硫機能を持たせ、処理工程を簡素化する試みがなされてきた。これは、極低硫鋼のような高純度鋼は、脱ガス精錬が必須であることから、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス装置に脱硫機能を持たせることで、処理工程が簡素化されるからである。
ＲＨ真空脱ガス装置における脱硫方法の１つとして、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽に設けた原料投入口から真空槽内の溶鋼に脱硫剤を投入する方法がある。しかし、この方法では、投入した脱硫剤が排気系へ吸引されるなどの影響により、脱硫剤の添加歩留りが悪いという欠点がある。この場合に、排気系への吸引を防止するべく脱硫剤の粒度を大きくすると、反応界面積の低下を招き、反応効率の面で不利になる。
また、添加歩留りを向上させるために、真空槽内の溶鋼中に浸漬させたノズルから搬送用ガスとともに脱硫剤をインジェクションする方法もあるが（例えば、特許文献１を参照）、この場合には、ノズルのメンテナンスが必須であり、コストが嵩むことや、ノズル浸漬による溶鋼温度の低下が問題となる。また、脱硫剤をインジェクションしない期間も、溶鋼の流入によるノズル閉塞を防止するためにガスを流す必要があり、これによるコスト上昇が問題であり、更には真空度維持の点でも問題がある。
また更に、これらの問題を解決するべく、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽に設けた複合ランスから、真空槽内の溶鋼に向かって脱硫剤を搬送用ガスとともに吹き付けて添加して脱硫処理する方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。脱硫剤などの精錬剤を搬送用ガスとともに吹き付けて添加することを「投射」とも呼んでいる。
ところで、溶鋼の脱硫処理においては、脱硫剤の滓化促進の観点から、ＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤が使用されることが多く、また、ＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤においては一般的にＣａＦ2の含有量が高いほど脱硫率が向上する。しかしながら、ＣａＦ2の含有量の高い脱硫剤を使用した場合には、溶融したＣａＯ−ＣａＦ2によって取鍋や真空槽を構成する耐火物の激しい溶損が生じ、これらの耐火物の寿命が短くなるという問題がある。また、滓化促進のためにＣａＯ−ＣａＦ2を事前に加熱して溶融させ、その後、冷却して粉砕した所謂プリメルトフラックスは非常に高価であり、処理コストが高くなるという問題もある。また更に、生成する脱硫スラグはＣａＦ2を含有することから、脱硫スラグを処理する際には、フッ素（Ｆ）の環境への影響を考慮しなければならないという問題もある。
前述した脱硫処理方法は、何れもＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤を使用することを前提としており、ＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤を使用することによる上記問題点は解決できない。
ＣａＦ2含有量の低い脱硫剤を使用する場合やＣａＦ2を含有しない脱硫剤を使用する場合に、これらの脱硫剤を溶融させて効率良く脱硫処理する方法として、特許文献３には、燃料ガスと酸素ガスとを脱硫剤と同時に噴出し、脱硫剤を、燃料ガスと酸素ガスとで形成されるバーナー火炎の中を通して加熱し、この加熱・溶融した脱硫剤によって脱硫処理する方法が提案されている。この特許文献３の方法は、ランスから噴出する燃料ガス及び酸素ガスによってランスの下方でバーナー火炎を形成させながら、ランスから搬送用ガスとともに脱硫剤を噴出させ、脱硫剤をバーナー火炎内を通して加熱した後、溶鋼浴面に到達させるという方法である。
しかしながら、減圧下ではバーナー火炎の体積は膨張し、また、放熱が大きくなることで火炎温度も低下することから、粉体の加熱は大気圧下よりも困難になると予想される。しかも、特許文献３のように、単に脱硫剤をバーナー火炎内を通過させただけでは、十分な加熱が行われず、ＣａＦ2の含有量を減少させた脱硫剤ではそれなりの効果が得られるものの、ＣａＦ2を含有しない脱硫剤では、著しい脱硫率の向上は期待できない。尚、特許文献３で使用するランスは、軸心に設けたノズルスロート部の下方に連接する末広がり部の面に燃料ガス導入孔を設けたものであり、ランスのノズル出口部から脱硫剤とともにバーナー火炎が噴出する構造である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、添加する精錬剤を十分に加熱でき、プリメルト脱硫剤でなくても、しかもその脱硫剤がＣａＦ2を含有しない場合でも高い脱硫効率を得ることができるのみならず、真空脱ガス装置の真空槽の予熱や地金溶解、処理する溶鋼の昇温、溶鋼の脱炭処理なども実施することのできる、燃料と燃焼用酸素ガスとで形成されるバーナー機能を有する複合ランスを用いた真空脱ガス装置における加熱・精錬方法を提供することである。
上記課題を解決するための第１の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、ランス先端の中央部に、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して噴出することの可能なノズルが配置され、該ノズルの周囲に、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが二箇所以上に配置された複合ランスを真空脱ガス装置の真空槽に挿入して行う、真空脱ガス装置における加熱・精錬方法であって、下記の工程（Ａ）、工程（Ｂ）、工程（Ｃ）、工程（Ｄ）及び工程（Ｅ）の中の少なくとも１つの工程を実施することを特徴とするものである。
工程（Ａ）：溶鋼の脱ガス処理前に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射して真空槽内を予熱する工程。
工程（Ｂ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を加熱・昇温する工程。
工程（Ｃ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから酸素ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を脱炭する工程。
工程（Ｄ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから搬送用ガスとともに粉体状精錬剤を前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射すると同時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射して燃焼バーナーの下方に火炎を形成させ、該火炎により前記粉体状精錬剤を加熱・昇温しながら添加して精錬する工程。
工程（Ｅ）：溶鋼の脱ガス処理時または脱ガス処理終了後に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射し、真空槽内の付着地金及び付着スラグを加熱・溶融して除去する工程。
工程（Ａ）：溶鋼の脱ガス処理前に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射して真空槽内を予熱する工程。
工程（Ｂ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を加熱・昇温する工程。
工程（Ｃ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから酸素ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を脱炭する工程。
工程（Ｄ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから搬送用ガスとともに粉体状精錬剤を前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射すると同時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射して燃焼バーナーの下方に火炎を形成させ、該火炎により前記粉体状精錬剤を加熱・昇温しながら添加して精錬する工程。
工程（Ｅ）：溶鋼の脱ガス処理時または脱ガス処理終了後に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射し、真空槽内の付着地金及び付着スラグを加熱・溶融して除去する工程。
第２の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第１の発明において、前記粉体状精錬剤が脱硫剤であって、少なくとも前記工程（Ｄ）を実施して、溶鋼に脱硫処理を施すことを特徴とするものである。
第３の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第２の発明において、前記脱硫剤として、それぞれ別々のホッパーに収容された、石灰粉とアルミナ粉とが、または石灰粉と蛍石粉とが、それぞれ所定量づつ同時に切り出されたものを使用することを特徴とするものである。
第４の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第２の発明において、前記脱硫剤として、予め所定の配合率で混合された、石灰粉とアルミナ粉との混合物または石灰粉と蛍石粉との混合物を使用することを特徴とするものである。
第５の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、使用する燃料の発熱量をＱ（ＭＪ／分）、粉体状精錬剤の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、Ｑ／Ｓの値が０．２ＭＪ／ｋｇ以上となるように、発熱量Ｑまたは添加速度Ｓを調整することを特徴とするものである。
第６の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、使用する燃料の発熱量をＱ（ＭＪ／分）、粉体状精錬剤の添加速度をＳ（ｋｇ／分）、粉体状精錬剤の平均粒径をＲ（μｍ）としたとき、発熱量Ｑと、添加速度Ｓと、平均粒径Ｒとの関係が、「Ｑ／Ｓ≧0.1×Ｒ0.2」の関係式の範囲内となるように、発熱量Ｑ、添加速度Ｓ、平均粒径Ｒのうちの少なくとも何れか１つを調整することを特徴とするものである。
第７の発明に係る真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記粉体状精錬剤の最大粒径が２００μｍ以下であることを特徴とするものである。
本発明によれば、ランスを取り替えることなく、１つの複合ランスだけで、脱ガス処理前の真空槽内の予熱、脱ガス処理中の溶鋼の加熱・昇温、脱ガス処理中の溶鋼の脱炭処理、脱ガス処理時中の粉体状精錬剤を投入して行う溶鋼の精錬、脱ガス処理中または脱ガス処理後の真空槽内の付着物の加熱・溶融除去処理の全てを行うことができ、効率的な脱ガス処理が実現可能となる。特に、粉体状精錬剤を使用する精錬の場合には、粉体状精錬剤が効率的に加熱され、それにより、例えば脱流処理の場合には、プリメルト脱硫剤でなくても、しかもその脱硫剤がＣａＦ2を含有しない脱硫剤であっても効率的な脱硫処理が可能となる。
以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。
本発明者らは、真空脱ガス装置における溶鋼の精錬において、添加する脱硫剤などの精錬剤を十分に加熱でき、使用する脱硫剤がプリメルト脱硫剤でなくても、しかもその脱硫剤がＣａＦ2を含有しない場合であっても、高い脱硫効率を得ることを目的として、種々試験・研究を重ねた。その結果、脱硫促進のためには、（１）脱硫剤の真空槽内溶鋼への到達率（添加歩留り）を向上させること、（２）脱硫剤を加熱して溶融状態で真空槽内溶鋼へ高速で到達させることの２点が重要であり、この２点を兼ね備えるためには、バーナー火炎の位置と脱硫剤添加位置との位置関係が重要であるとの知見を得た。
そこで、ランス先端から搬送用ガスとともに粉体状精錬剤を噴出し、且つ、この粉体状精錬剤を加熱するための、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが設置されたランスにおいて、粉体状精錬剤つまり脱硫剤の添加位置とバーナー火炎位置との位置関係を種々変更したランスを用いて脱硫試験を実施した。この試験により、上記の（１）及び（２）を兼ね備える両者の位置関係を見出し、これにより、プリメルト脱硫剤ではなくても、しかもその脱硫剤がＣａＦ2を含有しない場合であっても、高い脱硫効率で脱硫処理できることを確認した。
即ち、脱硫剤などの粉体状精錬剤を、特許文献３のようにバーナー火炎と同一の経路から噴出させるのではなく、粉体状精錬剤を噴出するノズルとは隔てて、当該ノズルの周囲に燃焼バーナーを設置し、しかも、燃焼バーナーを前記ノズルを挟むように、二箇所以上に設置することが必要であることが分かった。このようにすることで、バーナー火炎によって形成される２本以上の火炎柱に囲まれた空間に粉体状精錬剤の経路が確保され、ノズルの出口部から噴出した粉体状精錬剤は、真空槽内に飛散することなく、真空槽内の溶鋼表面まで到達する。
一般的に、ノズル出口部から噴射された気体及び粉体は、周りの空気を巻き込み、その速度を次第に減少させる。しかし、ノズル出口部から噴射された気体及び粉体が、バーナー火炎により形成された火炎柱に囲まれている場合には、周りの空気を巻き込まないので、ノズル出口部から噴射された気体及び粉体はその流速を減衰させることはなく、これにより、溶鋼表面への到達速度の高速化が達成される。
この場合、バーナー火炎自体の体積は、特許文献３の場合と同様に膨張すると考えられるが、特許文献３とは異なり、火炎内に粉体は存在しておらず、バーナー火炎の膨張による放熱の影響を受けにくくなるとともに、粉体の経路がバーナー火炎によって囲まれているので、バーナー火炎からの粉体の離脱が起きにくく、粉体つまり粉体状精錬剤の溶鋼への添加歩留りが高くなる。
また、ランスの中心方向に向かって膨張したバーナー火炎は、粉体の経路において重なり合い、高温の領域を形成するので、ここを通過する粉体は効率良く加熱され、その結果、プリメルト状態ではない高融点の粉体の混合体であっても、しかも粉体の混合体がＣａＦ2を含有しない場合であっても溶融化し、溶融状態で真空槽内溶鋼表面に到達することが可能となる。ここで、ＣａＦ2を含有しないとは、意図的にＣａＦ2を添加しないという意味であり、不純物成分として微量のＣａＦ2が含まれる場合は、ＣａＦ2を含有しないと定義する。
更に、実験結果から、使用する燃料の供給流量から定まる燃料の発熱量（Ｑ）と、粉体状精錬剤の添加速度（Ｓ）との比（Ｑ／Ｓ）を変化させることにより、粉体状精錬剤の溶融度合が変化することが分かった。つまり、粉体状精錬剤の添加速度（Ｓ）に対して燃料の発熱量（Ｑ）が多いほど、添加される粉体状精錬剤の溶融が進むことを確認した。
また、粉体状精錬剤の粒径も、溶融可否を決定する重要な要因であることが分かった。粉体状精錬剤においては、粒径を大きくするほど、溶鋼への添加歩留りは向上するが、溶融の度合は減少する。従って、粉体状精錬剤の粒径を大きくするほど、前記比（Ｑ／Ｓ）を大きくする必要のあることが分かった。
使用する粉体状精錬剤としては、脱硫処理時に用いる脱硫剤、溶鋼中介在物の形態制御のために使用する石灰などが挙げられ、この粉体状精錬剤の粒径は、ランスからの吹き付け添加（投射）が可能である限り、どのような粒径であっても構わないが、粉体状精錬剤の粒径を大きくするほど、比（Ｑ／Ｓ）を増加させる必要があるため、粒径は２００μｍ以下が好ましい。一方、１０μｍ未満の粉体状精錬剤は、溶鋼への添加歩留りが悪化することから、使用する粉体状精錬剤は、１０μｍ以上２００μｍ以下が最適であることが分かった。尚、この粒径は篩い分けに基づくものである。
また、ランスの粉体状精錬剤の流路に、更に、酸素ガスの供給管、及び、Ａｒガスなどの不活性ガスの供給管を繋ぎこみ、ランス先端のノズルから、粉体状精錬剤のみならず、酸素ガス及び不活性ガスを噴出可能とする複合ランス化することで、この１つの複合ランスだけで、粉体状精錬剤の吹き付けによる精錬のみならず、真空槽内の予熱や溶鋼の加熱、更には減圧下での溶鋼の脱炭精錬が可能であることが分かった。このようにすることで、ランスを取り替えることなく１つの複合ランスで、真空脱ガス装置におけるほとんどの処理を実施できることから、効率的な脱ガス処理が実現可能となる。
本発明は、上記実験結果に基づいてなされたものであり、ランス先端の中央部に、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して噴出することの可能なノズルが配置され、該ノズルの周囲に、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが二箇所以上に配置された複合ランスを真空脱ガス装置の真空槽に挿入して行う、真空脱ガス装置における加熱・精錬方法であって、（Ａ）脱ガス処理前の真空槽の予熱、（Ｂ）脱ガス処理中の溶鋼の加熱・昇温、（Ｃ）脱ガス処理中の溶鋼の脱炭処理、（Ｄ）脱ガス処理中の溶鋼の脱硫処理などの精錬、（Ｅ）脱ガス処理中または脱ガス処理後の真空槽の内壁の付着物の加熱溶融除去の中の少なくとも１つを実施することを特徴とする。
次いで、本発明の実施形態の１例を、図面を参照して説明する。尚、真空脱ガス装置としては、ＲＨ真空脱ガス装置が広く使用されていることから、ここでは、ＲＨ真空脱ガス装置を使用した例で説明するが、真空脱ガス装置はＲＨ真空脱ガス装置に限るものではなく、ＤＨ真空脱ガス装置などの他の真空脱ガス装置においても本発明は適用可能である。図１に、本発明を実施する際に用いたＲＨ真空脱ガス装置の例を縦断面概略図で示す。
図１に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置１は、上部槽６及び下部槽７からなる真空槽５と、下部槽７の下部に設けられた上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９とを備え、上部槽６には、排気装置（図示せず）と接続するダクト１１と、原料投入口１２と、真空槽５の内部を上下方向に移動可能な複合ランス１３とが備えられ、また、上昇側浸漬管８には環流用ガス吹き込み管１０が設けられている。環流用ガス吹き込み管１０からは環流用ガスとしてＡｒガスが上昇側浸漬管８の内部に吹き込まれる構造となっている。図１において、符合４は、溶鋼３を転炉や電気炉などで精錬した際に生じたスラグである。
この構成のＲＨ真空脱ガス装置１において、転炉や電気炉などで精錬した溶鋼３を収納する取鍋２を真空槽５の直下に搬送し、取鍋２を昇降装置（図示せず）によって上昇させ、上昇側浸漬管８及び下降側浸漬管９を溶鋼３に浸漬させる。浸漬後、環流用ガス吹き込み管１０から上昇側浸漬管８の内部にＡｒガスを環流用ガスとして吹き込むとともに、真空槽５の内部をダクト１１に連結される排気装置にて排気して真空槽５の内部を減圧する。真空槽５の内部が減圧されると、取鍋２に収容された溶鋼３は、環流用ガス吹き込み管１０から吹き込まれるＡｒガスとともにガスリフト効果によって上昇側浸漬管８を上昇して真空槽５の内部に流入し、その後、下降側浸漬管９を介して取鍋２に戻る流れ、所謂、環流を形成してＲＨ真空脱ガス精錬が施される。
複合ランス１３には、酸素ガス供給管１４、不活性ガス供給管１５、粉体状精錬剤供給管１６が、それぞれ遮断弁３１、遮断弁３２、遮断弁３３を介して接続されており、酸素ガス供給管１４から供給される酸素ガス、不活性ガス供給管１５から供給されるＡｒガスなどの不活性ガス、粉体状精錬剤供給管１６から供給される粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して供給できるように構成されている。これらの酸素ガス供給管１４、不活性ガス供給管１５、粉体状精錬剤供給管１６は、複合ランス１３の主流路２０に接続されており、１つの経路に合流している。また、複合ランス１３には、燃料供給管１７及び燃焼用ガス供給管１８が、それぞれ遮断弁３４、遮断弁３５を介して接続されている。
尚、粉体状精錬剤は、酸素ガス、Ａｒガス、窒素ガスなどを搬送用ガスとして、粉体状精錬剤供給管１６を搬送される。使用する搬送用ガスは、溶製する溶鋼３の成分規格などに応じて使い分けるものとするが、還元精錬である脱硫処理の場合にはＡｒガスを使用する。また、燃料としては、天然ガス、プロパンガス、ブタンガス、コークス炉ガスなどの気体燃料の他に、重油などの液体燃料やプラスチックなどの固体燃料も使用することができる。燃焼用ガスとしては、酸素ガス、空気、酸素富化空気などを使用する。
この複合ランス１３の先端部の概略構造を図２に示す。図２（Ａ）は側面断面図、図２（Ｂ）は複合ランスを下方から見たときの平面図である。
複合ランス１３は、図２に示すように、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤のうちの少なくとも１種を通すための主流路２０を備えるとともに、この主流路２０を取り囲む冷却水流路２５を具備する第１の筒体１９と、この第１の筒体１９の周囲を囲む、燃料及び燃焼用ガスを通すための供給管２７を具備するとともに、この供給管２７を取り囲む冷却水流路２９を具備する第２の筒体２６とから構成されている。
主流路２０は、複合ランス１３の先端部に設けられたノズル２１に連通している。ノズル２１は、最も縮径された部位であるスロート部２２と、スロート部２２につながる末広がり部２３と、末広がり部２３の先端の出口部２４とを有する、所謂、ラバールノズル型のノズルである。主流路２０の内部を搬送された酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤は、ノズル２１から真空槽５の内部に噴射される。ノズル２１は１つのみ配置されている。
一方、ノズル２１を取り囲む供給管２７は複数本設けられ、供給管２７の先端は、つまり供給管２７の複合ランス１３の先端部での開口位置に、バーナー２８を形成している。供給管２７は、図示はしないが二重管構造となっていて、例えば、内管を燃料、外管を該燃料の燃焼用ガスが通るようになっている。つまり、供給管２７の内部を別々に搬送された燃料と燃焼用ガスとが、供給管２７の先端開口部で混合し、燃料が燃焼用ガスにより燃焼するように構成されている。また、複合ランス１３の先端には、燃料及び燃焼用ガスの混合物に点火するためのパイロットバーナー３０が設けられている。
このように、複合ランス１３は、ノズル２１から、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の何れか１種を噴射し、これとは独立して任意の時期にバーナー２８から、燃料及び燃焼用ガスを噴射することができるように構成されており、従って、脱ガス処理前の真空槽５の予熱（工程Ａ）、脱ガス処理時の真空槽内の溶鋼３の加熱・昇温（工程Ｂ）、脱ガス処理時の溶鋼３の脱炭処理（工程Ｃ）、脱ガス処理時の溶鋼３の脱硫処理などの精錬（工程Ｄ）、脱ガス処理時または脱ガス処理後の真空槽５の内壁に付着した地金やスラグなどの付着物の加熱溶融除去（工程Ｅ）の全ての処理を実施可能となっている。ここで、脱ガス処理時とは、溶鋼３を取鍋２と真空槽５との間で環流させた状態のことである。
本発明においては、脱ガス処理前、処理時、処理後、溶鋼排出後での真空槽５の予熱、溶鋼３の加熱・昇温、付着地金及びスラグの加熱溶融除去を実施する際には、供給管２７を介して燃料及び燃焼用ガスを供給し、供給管２７の先端でパイロットバーナー３０によって点火し、複合ランス１３の先端部下方にバーナー火炎を形成することによって行い、脱ガス処理時の溶鋼３の脱炭処理時には、主流路２０を介して酸素ガスを供給して行い、脱ガス処理時の溶鋼３の脱硫処理などの精錬剤を添加して行う精錬時には、供給管２７を介して燃料及び燃焼用ガスを供給してバーナー２８の下方に火炎を形成させながら、主流路２０を介して粉体状精錬剤を供給して行う。脱ガス処理後に真空槽５の内壁に付着した地金やスラグなどの付着物を加熱溶融除去する場合には、取鍋２に替えて、地金やスラグを受けるためのスラグポットなどの容器（図示せず）を設置すればよい。
また更に、真空槽内の溶鋼３へＡｌなどの酸素との親和力の強い元素を投入し、主流路２０を介して供給される酸素ガスによって前記元素を燃焼させ、そのときに生ずる燃焼熱によって溶鋼３を加熱・昇温することも可能である。溶鋼３の脱炭処理やＡｌなどの燃焼による昇温処理の際には、バーナー２８による燃焼は行わない。バーナー２８を使用しない場合には、供給管２７には窒素ガスやＡｒガスなどの不活性ガスを流し、スプラッシュなどによるバーナー２８の閉塞を防止することが好ましい。同様に、ノズル２１から、酸素ガス及び粉体状精錬剤を吹き込まない場合には、窒素ガスやＡｒガスなどの不活性ガスを流し、スプラッシュなどによるノズル２１の閉塞を防止することが好ましい。
脱硫処理を実施する場合、脱硫剤としては、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系脱硫剤が好適であるが、従来、ＣａＯ系脱硫剤においてＣａＯの滓化促進剤として広く利用されてきたＣａＦ2の使用を不可とする理由はなく、ＣａＯ−ＣａＦ2系脱硫剤も脱硫能の高い脱硫剤として使用可能である。但し、本発明においては、脱硫剤はバーナー２８の火炎により加熱されて溶融するので、プリメルトする必要はなく、それぞれの粉体を使用することが好ましい。つまり、石灰粉（ＣａＯ粉）及びアルミナ粉、或いは、石灰粉及び蛍石粉を使用することが好ましい。当然ながら、プリメルト脱硫剤の使用を制限するものではない。
ＣａＯ系脱硫剤を使用する理由は、溶鋼３の脱硫剤としては種々存在するが、それらの脱硫剤のうちで石灰は安価であり、また、滓化させた場合には高い脱硫率を備えているからである。この場合、アルミナ粉及び蛍石粉はＣａＯの滓化促進剤として機能する。従って、使用するアルミナ粉はその純度を問わず、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする物質であるならば、アルミナ粉として使用できる。例えば、天然のボーキサイトやＡｌテルミット反応による製錬スラグなどをアルミナ粉として使用することができる。
添加する脱硫剤の滓化促進の観点から、粉体の混合組成における融点はバーナー火炎の温度よりも低いことが好ましい。つまり、バーナー火炎温度は２０００℃程度であるので、石灰粉及びアルミナ粉を使用する場合には、石灰粉が５〜７５質量％程度、アルミナ粉が２５〜９５質量％程度に調整することが好ましく、また、石灰粉及び蛍石粉を使用する場合には、石灰粉が６０〜９０質量％程度、蛍石粉が１０〜４０質量％程度に調整することが好ましい。但し、石灰粉の配合比率が高いほど、脱硫剤のサルファイドキャパシティーが高くなり、脱硫には有利であるので、石灰粉の配合比率は高目に設定することが好ましい。尚、これらの範囲よりも石灰粉が多い場合でも、アルミナ粉や蛍石粉の配合量に応じた量の石灰粉が溶融するので、脱硫反応は進行する。
上記脱硫剤の添加の際には、上記配合比率になるように、石灰粉とアルミナ粉とを予め混合した混合体をポッパーに収容する、或いは、石灰粉と蛍石粉とを予め混合した混合体をポッパーに収容してもよく、また、別々のホッパーに収容したそれぞれの粉体を、添加時に上記の配合比率になるように切り出し量を調整しながら、同時に切り出して添加してもよい。
以上説明したように、本発明によれば、ランスを取り替えることなく、１つの複合ランス１３だけで、脱ガス処理前の真空槽内の予熱、脱ガス処理中の溶鋼の加熱・昇温、脱ガス処理中の溶鋼の脱炭処理、脱ガス処理時中の粉体状精錬剤を投入して行う溶鋼の精錬、脱ガス処理中または脱ガス処理後の真空槽内の付着物の加熱・溶融除去処理の全てを行うことができ、効率的な脱ガス処理が実現可能となる。特に、粉体状精錬剤を使用する精錬の場合には、粉体状精錬剤が効率的に加熱され、例えば脱流処理の場合には、プリメルト脱硫剤でなくても、しかもその脱硫剤がＣａＦ2を含有しない脱硫剤であっても効率的な脱硫処理が可能となる。
図１に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて約３５０トンの溶鋼に本発明を適用した（本発明例１）。脱ガス処理前の溶鋼成分は、Ｃ：０．０２〜０．１質量％、Ｓ：０．００２５〜０．００５質量％、溶鋼温度は１６００〜１６５０℃であった。
脱ガス処理前に、真空槽の下方にスラグポットを配置し、天然ガス（ＬＮＧ）の流量を６０Ｎｍ3／ｈｒ、酸素ガスの流量を１４５Ｎｍ3／ｈｒとし、天然ガス及び酸素ガスを複合ランスのバーナーから噴射させ、パイロットバーナーにより点火して火炎を形成し、前回の脱ガス処理時に真空槽内に付着した地金の除去、及び、次回脱ガス処理のための真空槽の予熱を約１時間実施した。
次いで、スラグポットを取り除き、その替わりに溶鋼を収容した取鍋を真空槽の下方に配置し、溶鋼を真空槽と取鍋との間で環流させ、複合ランスのノズルから３０００Ｎｍ3／ｈｒの酸素ガスを真空槽内の溶鋼に吹き付けて溶鋼の減圧下での脱炭処理を行った。この酸素ガスの吹き付けにより、所定の時間内に溶鋼中炭素濃度は極低炭素鋼領域の２０ｐｐｍ以下まで低下した。これは、従来の上吹きランスを用いた場合と遜色のない脱炭速度であった。
この脱炭処理の終了後、原料投入口から金属Ａｌを投入して溶鋼を脱酸した。溶鋼の脱酸処理後、溶鋼の脱硫処理を実施したが、この場合、必要に応じて脱酸処理後に、溶鋼の温度調整を実施した。この温度調整は、脱炭処理後に測定した溶鋼の温度から脱硫剤添加前に所定の温度が確保されているかを確認することにより実施した。所定の温度とは、脱ガス処理中の経過時間に伴う温度降下と、脱硫剤添加による温度降下とを考慮して、処理装置や処理条件毎に決められる温度である。温度不足の場合には、原料投入口から金属Ａｌを溶鋼に投入し、複合ランスのノズルから供給する酸素ガスによって溶鋼中のＡｌを燃焼させて溶鋼温度を昇温した。Ａｌの燃焼による昇温後、溶鋼中のＡｌ濃度が不足する場合には、原料投入口から金属Ａｌを再度投入して溶鋼中のＡｌ濃度を調整する。
溶鋼の脱酸後或いはＡｌ燃焼による昇温後、複合ランスの先端位置を真空槽内溶鋼表面から約２ｍの位置に固定し、複合ランスのバーナーから、２４０Ｎｍ3／ｈｒの天然ガス（ＬＮＧ）及び５８０Ｎｍ3／ｈｒの酸素ガスを供給してバーナーの下方に火炎を形成させながら、複合ランスのノズルからＡｒガスを搬送用ガスとして平均粒径が１００μｍのＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系脱硫剤を溶鋼表面に向けて吹き付け、約２０分間の脱硫処理を実施した。ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系脱硫剤の供給量は５０ｋｇ／分とした。
比較のために、複合ランスのバーナーから燃料及び燃焼用ガスを供給せずに、その他の条件は上記の本発明例１と同一の条件で脱硫処理を実施した（比較例１）。また、図２に示す複合ランスとは異なる形状の複合ランスを用いた脱硫処理も実施した（比較例２）。比較例２で使用した複合ランス１３Ａの先端部の概略構造を図３に示す。図３（Ａ）は側面断面図、図３（Ｂ）は複合ランスを下方から見たときの平面図である。
この複合ランス１３Ａは、図２に示す複合ランス１３に対してバーナー２８Ａの設置位置が異なるだけである。即ち、複合ランス１３Ａの先端部に設けたノズル２１Ａの末広がり部２３に供給管２７が開口し、その部分にバーナー２８Ａが形成されている。つまり、複合ランス１３Ａは、特許文献３で使用するランスと類似するものであり、ノズル２１Ａの出口部２４からバーナー火炎とともに脱硫剤が噴出する型式のものである。その他の部分は図２に示す複合ランス１３と同一であり、同一部分は同一符号で表示し、その説明は省略する。比較例２も、使用する複合ランスが異なるのみで、その他の脱硫処理条件は上記の本発明例１と同一とした。
表１に、本発明例１、比較例１及び比較例２での脱硫率を比較して示す。但し、表１では、脱硫率を、比較例１における脱硫率を基準とする指数で表示しており、脱硫率指数が大きいほど脱硫率が高いことを表している。脱硫率は、処理前後の硫黄濃度（質量％）の差を処理前の硫黄濃度（質量％）で除したもの（百分率）である。
表１に示すように、本発明例１では脱硫率指数が１．８であり、バーナー火炎なしの場合と比較して著しく脱硫率が増加した。これに対して、燃料を同様に使用した比較例２では脱硫率指数は１．１２であり、脱硫率の増加程度は低かった。このように、使用する複合ランスの形状によって脱硫率が大幅に異なり、本発明で使用する複合ランスを用いた場合の優位性が確認できた。
図１に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて約３５０トンの溶鋼に脱硫処理を実施した。ここでは、脱硫剤の添加速度及び燃料である天然ガス（ＬＮＧ）の供給量を変化させ、天然ガスの供給量から定まるバーナーの発熱量（Ｑ：ＭＪ／分）と脱硫剤の添加速度（Ｓ：ｋｇ／分）との比（Ｑ／Ｓ）の脱硫率に及ぼす影響を調査した。また、排ガスの温度を測定し、排ガス温度から耐火物の損傷状況及びバーナー発熱量の着熱効率を推定した。尚、天然ガスの発熱量は４２ＭＪ／Ｎｍ3で換算した。
脱ガス処理前の溶鋼成分は、Ｃ：０．０２〜０．１質量％、Ｓ：０．００２５〜０．００５質量％、溶鋼温度は１６００〜１６５０℃であった。この溶鋼を真空槽と取鍋とを環流させながら、真空槽内の溶鋼に金属Ａｌを添加して脱酸した。脱酸後、複合ランスの先端位置を真空槽内溶鋼表面から約２ｍの位置に固定し、複合ランスのバーナーから、天然ガス（ＬＮＧ）及び酸素ガスを供給してバーナーの下方に火炎を形成させながら、複合ランスのノズルから平均粒径が１００μｍのＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系脱硫剤をＡｒガスを搬送用ガスとして溶鋼表面に向けて吹き付け、約２０分間の脱硫処理を実施した。
表２に、各々の試験における比（Ｑ／Ｓ）の値、脱硫率、排ガス温度及び評価を示す。表２では、実施例１に記載した比較例１における脱硫率及び排ガス温度を基準として指数化して示す。また、評価の欄の○印は「加熱効果十分」、●印は「加熱過剰」、△印は「加熱効果やや不足」を表す。
表２に示す比（Ｑ／Ｓ）の値と脱硫率指数との関係を図４に示し、また、比（Ｑ／Ｓ）の値と排ガス温度指数との関係を図５に示す。
図４に示すように、比（Ｑ／Ｓ）が増加するにつれて脱硫率が増加することが確認できた。また、表２及び図４から、比（Ｑ／Ｓ）が０．２ＭＪ／ｋｇ以上であれば、高い脱硫率を得られることが分かった。
また、図５から、排ガス温度は、比（Ｑ／Ｓ）が３ＭＪ／ｋｇ以下ではほとんど増加しないが、それ以上で直線的に増加しており、比（Ｑ／Ｓ）が７ＭＪ／ｋｇ以上では、排ガス温度は「バーナー加熱なし」と比較して２倍以上の高温になることが分かった。排ガス温度の上昇は耐火物の損傷を助長するものであり、著しい排ガス温度上昇は好ましくない。またエネルギーロスも大きくなる。
これらの結果から、比（Ｑ／Ｓ）は０．２ＭＪ／ｋｇ以上７ＭＪ／ｋｇ以下が好ましいことが分かった。
図１に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて約３５０トンの溶鋼に脱硫処理を実施した。ここでは、脱硫剤の平均粒径を、１０００μｍ、２５０μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍの６水準に変化させ、脱硫剤の粒径、並びに、前述の比（Ｑ／Ｓ）の脱硫率に及ぼす影響を調査した。尚、天然ガス（ＬＮＧ）の発熱量は４２ＭＪ／Ｎｍ3で換算した。
脱ガス処理前の溶鋼成分は、Ｃ：０．０２〜０．１質量％、Ｓ：０．００２５〜０．００５質量％、溶鋼温度は１６００〜１６５０℃であった。この溶鋼を真空槽と取鍋とを環流させながら、真空槽内の溶鋼に金属Ａｌを添加して脱酸した。脱酸後、複合ランスの先端位置を真空槽内溶鋼表面から約２ｍの位置に固定し、複合ランスのバーナーから、天然ガス及び酸素ガスを供給してバーナーの下方に火炎を形成させながら、複合ランスのノズルからＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系脱硫剤をＡｒガスを搬送用ガスとして溶鋼表面に向けて吹き付け、約２０分間の脱硫処理を実施した。
表３に、各々の試験における脱硫剤の平均粒径、比（Ｑ／Ｓ）の値、脱硫率及び評価を示す。表３では、実施例１に記載した比較例１における脱硫率を基準として指数化して示す。また、評価の欄の○印は「加熱効果十分」、△印は「加熱効果やや不足」を表す。
表３に示す比（Ｑ／Ｓ）の値と脱硫率指数との関係を図６に示す。図６からも明らかなように、比（Ｑ／Ｓ）が増加するにつれて脱硫率が増加するものの、脱硫剤の平均粒径が増加するにつれて、比（Ｑ／Ｓ）が同一の場合の脱硫率が低下することが分かる。ここで、図６から、脱硫率が急激に上昇する比（Ｑ／Ｓ）の値（「比（Ｑ／Ｓ）の臨界点」と称す）を脱硫剤の粒度別に求めた。例えば、平均粒径１０００μｍの脱硫剤においては比（Ｑ／Ｓ）が約０．４ＭＪ／ｋｇのときであり、平均粒径１００μｍの脱硫剤においては比（Ｑ／Ｓ）が約０．２５ＭＪ／ｋｇのときである。
このようにして求めた比（Ｑ／Ｓ）の臨界点を縦軸に、横軸を脱硫剤の粒子径として表示した図が図７である。但し、横軸は対数目盛りで表示している。図７から、比（Ｑ／Ｓ）の臨界点と平均粒径との関係を近似すると、下記の（１）式が得られた。
Ｑ／Ｓ≧0.1×Ｒ0.2…（１）
但し、（１）式において、Ｑはバーナーの発熱量（ＭＪ／分）、Ｓは脱硫剤の添加速度（ｋｇ／分）、Ｒは脱硫剤の平均粒径（μｍ）である。
Ｑ／Ｓ≧0.1×Ｒ0.2…（１）
但し、（１）式において、Ｑはバーナーの発熱量（ＭＪ／分）、Ｓは脱硫剤の添加速度（ｋｇ／分）、Ｒは脱硫剤の平均粒径（μｍ）である。
即ち、バーナーの発熱量（Ｑ）と、脱硫剤の添加速度（Ｓ）と、脱硫剤の平均粒径（Ｒ）との関係が、（１）式の関係を満足するように少なくとも何れか１つを調整することで、十分な加熱効果を得られることが分かった。
図１に示すＲＨ真空脱ガス装置を用いて約３５０トンの溶鋼に本発明に係る脱硫処理を実施した。脱ガス処理前の溶鋼成分は、Ｃ：０．０２〜０．１質量％、Ｓ：０．００２５〜０．００５質量％、溶鋼温度は１６００〜１６５０℃であった。
転炉から出鋼された溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置に搬送し、先ず、環流させた溶鋼に必要に応じて減圧下での脱炭処理を施した。次いで、溶鋼の温度を測定し、脱硫処理に必要な温度が確保されているか確認した。この必要な温度とは、脱硫処理の経過に伴う溶鋼の温度低下と、脱硫剤添加による溶鋼の温度低下とを考慮し、処理条件毎に決められる温度である。温度不足の場合には、原料投入口から金属Ａｌを添加し、複合ランスから酸素ガスを溶鋼に吹き付けて溶鋼中のＡｌを燃焼させ、Ａｌの燃焼熱により溶鋼温度を上昇させて調整した。
この温度調整後、所定量のＡｌが溶鋼中に含有されており溶鋼が脱酸状態であることを確認した後、複合ランスの先端を真空槽内の溶鋼湯面からの距離が約６ｍとなる位置に固定し、燃料供給管から２４０Ｎｍ3／ｈｒの天然ガス（ＬＮＧ）を供給し、且つ、燃焼用ガス供給管から５８０Ｎｍ3／ｈｒの酸素ガスを供給して、バーナーの下方に火炎を形成させながら、複合ランスのノズルからＡｒガスを搬送用ガスとして脱硫剤を溶鋼に吹き付けて脱硫処理を実施した。脱硫剤の添加速度は約５０ｋｇ／ｍｉｎであり、約２０分間吹き付けて脱硫処理した。
脱硫剤としては石灰粉及びアルミナ粉を使用し、石灰粉を５７質量％、アルミナ粉を４３質量％の配合比率とした。本発明例２では、石灰粉及びアルミナ粉を上記配合比率で予め混合した混合体をホッパーに装入し、脱硫剤として供した。本発明例３では、石灰粉及びアルミナ粉を別々のホッパーに装入し、それぞれ所定量づつ同時に切り出し、脱硫剤として添加した。使用した脱硫剤の平均粒径は１００μｍである。
比較・参考のために、本発明例２，３で使用した配合組成の石灰粉及びアルミナ粉を一旦溶融し、冷却・固化した後に粉砕して作製したプリメルトの脱硫剤を、本発明例２，３と同様にバーナー火炎で加熱しながら添加する脱硫試験も実施した（本発明例４）。本発明例４は、使用する脱硫剤がプリメルトである点が本発明例２，３と異なるのみで、その他の脱硫処理条件は上記の本発明例２，３と同一とした。
更に、比較例として、図３に示す複合ランスを用いた脱硫処理も実施した（比較例３，４）。比較例３，４では、石灰粉を５７質量％、アルミナ粉を４３質量％の配合比率とした脱硫剤を使用し、比較例３では、本発明例２と同様に、石灰粉及びアルミナ粉を上記配合比率で予め混合した混合体をホッパーに装入し、脱硫剤として供し、比較例４では、本発明例３と同様に、石灰粉及びアルミナ粉を別々のホッパーに装入し、それぞれ所定量づつ同時に切り出し、脱硫剤として添加した。その他の脱硫処理条件は上記の本発明例２，３と同一とした。
更に、比較例として、バーナー機能を備えていない通常の上吹きランスから脱硫剤を吹き付けて添加する試験も実施した（比較例５〜７）。比較例５では、本発明例４で使用したプリメルトの脱硫剤を使用し、比較例６，７では、石灰粉を５７質量％、アルミナ粉を４３質量％の配合比率とした脱硫剤を使用し、比較例６では、本発明例２と同様に、石灰粉及びアルミナ粉を上記配合比率で予め混合したものをホッパーに装入し、脱硫剤として供し、比較例７では、本発明例３と同様に、石灰粉及びアルミナ粉を別々のホッパーに装入し、それぞれ所定量づつ同時に切り出し、脱硫剤として添加した。比較例５〜７において、その他の脱硫処理条件は上記の本発明例２，３と同一とした。
表４に、本発明例２〜４及び比較例３〜７の脱硫処理条件を示す。
また、表５に、本発明例２〜４及び比較例３〜７での脱硫率を比較して示す。表５に示す脱硫率指数は、比較例５（プリメルト脱硫剤を上吹き添加）における脱硫率を基準として指数化して表示しており、脱硫率指数が大きいほど脱硫率が高いことを表している。脱硫率は、処理前後の溶鋼中硫黄濃度（質量％）の差を処理前の硫黄濃度（質量％）で除したもの（百分率）である。表５の「◎」印は良好、「×」は不良を示している。
表５に示すように、本発明例２，３においては、プリメルトの脱硫剤ではないにもかかわらず、プリメルトの脱硫剤を使用した本発明例４と同等の脱硫率が得られ、極低硫鋼を安価に溶製可能であることが確認できた。
これに対して、バーナー機能を備えていない単孔ランスを使用して、プリメルトされていない脱硫剤を用いて脱硫処理した比較例６，７では、脱硫率が著しく低下し、極低硫鋼の溶製は困難であった。また、バーナー火炎と粉体流路とが同一の複合ランスを用いた比較例３，４では、バーナーによる加熱効果が発現し、脱硫率の向上が見られたが、本発明例２，３における脱硫率に比較すると、約１／２であり、極低硫鋼の安定的な溶製は困難であった。
１ ＲＨ真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ スラグ
５ 真空槽
６ 上部槽
７ 下部槽
８ 上昇側浸漬管
９ 下降側浸漬管
１０ 環流用ガス吹き込み管
１１ ダクト
１２ 原料投入口
１３ 複合ランス
１４ 酸素ガス供給管
１５ 不活性ガス供給管
１６ 粉体状精錬剤供給管
１７ 燃料供給管
１８ 燃焼用ガス供給管
１９ 第１の筒体
２０ 主流路
２１ ノズル
２２ スロート部
２３ 末広がり部
２４ 出口部
２５ 冷却水流路
２６ 第２の筒体
２７ 供給管
２８ バーナー
２９ 冷却水流路
３０ パイロットバーナー
３１ 遮断弁
３２ 遮断弁
３３ 遮断弁
３４ 遮断弁
３５ 遮断弁
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ スラグ
５ 真空槽
６ 上部槽
７ 下部槽
８ 上昇側浸漬管
９ 下降側浸漬管
１０ 環流用ガス吹き込み管
１１ ダクト
１２ 原料投入口
１３ 複合ランス
１４ 酸素ガス供給管
１５ 不活性ガス供給管
１６ 粉体状精錬剤供給管
１７ 燃料供給管
１８ 燃焼用ガス供給管
１９ 第１の筒体
２０ 主流路
２１ ノズル
２２ スロート部
２３ 末広がり部
２４ 出口部
２５ 冷却水流路
２６ 第２の筒体
２７ 供給管
２８ バーナー
２９ 冷却水流路
３０ パイロットバーナー
３１ 遮断弁
３２ 遮断弁
３３ 遮断弁
３４ 遮断弁
３５ 遮断弁
Claims (7)
- ランス先端の中央部に、酸素ガス、不活性ガス、粉体状精錬剤の３種のそれぞれを独立して噴出することの可能なノズルが配置され、該ノズルの周囲に、燃料及びその燃焼用ガスを噴出する燃焼バーナーが二箇所以上に配置された複合ランスを真空脱ガス装置の真空槽に挿入して行う、真空脱ガス装置における加熱・精錬方法であって、下記の工程（Ａ）、工程（Ｂ）、工程（Ｃ）、工程（Ｄ）及び工程（Ｅ）の中の少なくとも１つの工程を実施することを特徴とする、真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
工程（Ａ）：溶鋼の脱ガス処理前に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射して真空槽内を予熱する工程
工程（Ｂ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を加熱・昇温する工程
工程（Ｃ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから酸素ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射し、真空槽内の溶鋼を脱炭する工程
工程（Ｄ）：溶鋼の脱ガス処理時に、前記ノズルから搬送用ガスとともに粉体状精錬剤を前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射すると同時に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内の溶鋼に向けて噴射して燃焼バーナーの下方に火炎を形成させ、該火炎により前記粉体状精錬剤を加熱・昇温しながら添加して精錬する工程
工程（Ｅ）：溶鋼の脱ガス処理時または脱ガス処理終了後に、前記燃焼バーナーから燃料及び燃焼用ガスを前記真空槽内に噴射し、真空槽内の付着地金及び付着スラグを加熱・溶融して除去する工程 - 前記粉体状精錬剤が脱硫剤であって、少なくとも前記工程（Ｄ）を実施して、溶鋼に脱硫処理を施すことを特徴とする、請求項１に記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
- 前記脱硫剤として、それぞれ別々のホッパーに収容された、石灰粉とアルミナ粉とが、または石灰粉と蛍石粉とが、それぞれ所定量づつ同時に切り出されたものを使用することを特徴とする、請求項２に記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
- 前記脱硫剤として、予め所定の配合率で混合された、石灰粉とアルミナ粉との混合物または石灰粉と蛍石粉との混合物を使用することを特徴とする、請求項２に記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
- 使用する燃料の発熱量をＱ（ＭＪ／分）、粉体状精錬剤の添加速度をＳ（ｋｇ／分）としたとき、Ｑ／Ｓの値が０．２ＭＪ／ｋｇ以上となるように、発熱量Ｑまたは添加速度Ｓを調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
- 使用する燃料の発熱量をＱ（ＭＪ／分）、粉体状精錬剤の添加速度をＳ（ｋｇ／分）、粉体状精錬剤の平均粒径をＲ（μｍ）としたとき、発熱量Ｑと、添加速度Ｓと、平均粒径Ｒとの関係が、「Ｑ／Ｓ≧0.1×Ｒ0.2」の関係式の範囲内となるように、発熱量Ｑ、添加速度Ｓ、平均粒径Ｒのうちの少なくとも何れか１つを調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
- 前記粉体状精錬剤の最大粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の真空脱ガス装置における複合ランスを用いた加熱・精錬方法。
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