JP2010242190A

JP2010242190A - 低窒素鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP2010242190A
Application number: JP2009094051A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Hirooka; 亮輔廣岡
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: JP5407502B2

Abstract

【課題】浸漬管の交換作業に長時間を要さず、浸漬管と下部槽を接続するフランジ部に加工を行わずに前記フランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引を防止する。
【解決手段】ＲＨ脱ガス処理を伴う低窒素鋼の溶製方法である。溶鋼を脱ガス処理するＲＨ脱ガス装置の、下部槽１と浸漬管２とを連結するフランジ部１ａ，２ａの外周を複数に分割したパージボックス４で覆う。これらパージボックス４の接続部をコーティングした状態で、前記パージボックス４内の圧力が０．１５MPa以上となるように、前記パージボックス４内の前記フランジ部１ａ，２ａに不活性ガスを吹き付ける。
【効果】パージボックスの取り付け取り外しが容易に行え、浸漬管の交換を短い作業時間で行うことができる。また、パージに使用するガス量が少量で済む。また窒素ピックアップが減少する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＨ脱ガス槽内にて真空精錬を行うに際し、ＲＨ脱ガス装置の下部槽と浸漬管（上昇管と下降管）との連結部からの吸窒を抑止して低窒素鋼を溶製する方法に関するものである。

ＲＨによる脱ガス処理は、取鍋内溶鋼中の水素除去、非金属介在物の浮上分離、合金添加による成分調整などを目的に実施される取鍋精錬プロセスの一種であり、きわめて広く使用されている。

鋼中に含まれる窒素は、極微量でも鋼材の機械的性質に影響を与え、強度を高める反面、伸び・絞りなどの延性を減ずる。よって、材質（用途）によっては、加工性が悪化するため、低窒素化の要求がなされている。

しかしながら、ＲＨによる脱ガス処理時に、大気中の窒素が溶鋼中に混入し、窒素ピックアップしてしまうため、低窒素鋼の溶製が困難であった。この原因として、ＲＨ脱ガス装置の浸漬管と下部槽との連結部からの大気混入、耐火物の亀裂部の隙間からの大気混入があるが、いずれにおいても、大気中から窒素ガスが溶鋼に混入する。

その結果、真空処理にも関わらず、窒素を除去することが困難で、逆に上昇する場合があった。特に溶鋼が低窒素鋼の場合には、この窒素ガスの混入による窒素のピックアップを無視することができない。

そこで、大気中からの窒素ガスの混入を抑制する必要があった。
従来、ＲＨ脱ガス装置の浸漬管と下部槽との連結部であるフランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引については、フランジ部の締め付けボルトの定期的な増し締めや溶接による密着などで改善できることが公知の技術として知られている。

しかしながら、締め付けボルトの定期的な増し締めはオペレータに体力的な負担を強いることになる。一方、フランジ部を溶接した場合は、浸漬管の亀裂、破損などの浸漬管トラブルが起こって、突発的に浸漬管を交換する必要がある時に浸漬管の交換に時間を要するなどの問題がある。

また、ＲＨ脱ガス槽の下部と浸漬管が一体化しているフランジレスタイプもフランジ部を溶接したタイプと同様の問題を生じる。

そこで、ＲＨ脱ガス装置の浸漬管と下部槽を接続するフランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引を防止する種々の方法が提案されている。

例えば特許文献１では、ＲＨ脱ガス槽の下部槽と浸漬管の接続部に、不活性ガスが大気圧より高く保持されたシールボックスをその外面に巻回す方法が提案されている。また、特許文献２では、還流管と浸漬管を接続する一対のフランジ間に、内外周２重のパッキンを介在設置し、両パッキン間に不活性ガスを供給し、大気圧以上に保持する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案された方法は、２本の浸漬管の間隔が狭い少量ＲＨ脱ガス装置の場合には、取付け、取外しが困難であることが考えられ、作業時間の延長などオペレータへの負担が大きくなる。また、急遽、浸漬管トラブルで浸漬管の交換を余儀なくされる場合にも、取外し、取付けが困難である。

また、特許文献２で提案された方法では、還流管と浸漬管を接続するフランジ部に加工が必要なこと、また、操業中に浸漬管が歪んだ場合、むしろ取り付けた装置が原因で隙間が生じ、吸窒してしまうことが考えられる。

その他、特許文献３では、２つの浸漬管を円管状の耐火物で密接包囲し、浸漬管と円管状の耐火物の間を窒素以外の不活性ガスでパージする方法が提案されている。また、特許文献４では、真空槽の外側に、取鍋より大径の上部密閉円筒を設け、該円筒の下方に気体を封入することで、円筒の下方に設けたチューブを膨張させて取鍋外周に密着させる方法が提案されている。

しかしながら、特許文献３で提案された方法では、測温、サンプリングなどの際、溶鋼の飛散により円管状の耐火物を破損させ、不活性ガスでのパージが不完全になる可能性がある。また、不活性ガスコストも大きくなると考えられる。さらに、浸漬管を交換する場合に交換作業に長時間を要するなどの問題もある。

また、特許文献４では、取鍋内溶鋼の測温やサンプリングなどが行えないことや、合金鉄調整などの作業を粗害するという問題がある。

特開平１−１３６９２５号公報実開平１−６５８４７号公報特開平５−２１４４２９号公報特開平６−２５６８３８号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の、浸漬管と下部槽を接続するフランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引防止方法では、浸漬管の交換作業に長時間を要したり、前記フランジ部に加工が必要であったりするという点である。また、取鍋内溶鋼の測温やサンプリングなどが行えなかったり、合金鉄調整などの作業を粗害するものもあるという点である。

本発明の低窒素鋼の溶製方法は、
浸漬管の交換作業に長時間を要したり、浸漬管と下部槽を接続するフランジ部に加工を行ったりすることなく前記フランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引を防止するために、
ＲＨ脱ガス処理を伴う低窒素鋼の溶製方法であって、
溶鋼を脱ガス処理するＲＨ脱ガス装置の、下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を複数に分割したパージボックスで覆うと共に、これらパージボックスの接続部をコーティングした状態で、前記パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように、前記パージボックス内の前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けることを最も主要な特徴としている。

本発明において、前記パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように、前記パージボックス内の前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けるのは、発明者の実験結果によるものである。

すなわち、前記パージボックス内の圧力が０．１５MPa未満の場合には、前記フランジ部の締め付けボルトの増し締めを行った場合の窒素ピックアップと大差が無かったからである。

本発明では、複数に分割したパージボックスで下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を覆うので、パージボックスの取り付け・取り外しが容易に行え、浸漬管の交換を短い作業時間で行うことができる。また、複数に分割することでパージボックスを小さくできるので、パージに使用するガス量が少量で済む。

また本発明では、ＲＨ脱ガス処理する際に、前記パージボックスの接続部をコーティングした状態で、下部槽と浸漬管を連結するフランジ部に不活性ガスを吹付けるので、窒素ピックアップが減少する。

（ａ）は本発明方法に使用する分割型パージボックスで下部槽と浸漬管を連結するフランジの外周を覆った状態を模式的に示した図、（ｂ）は締め付けボルト部の拡大図である。本発明方法に使用する分割型パージボックスを説明する図で、（ａ）はパージボックスを構成する溝型鋼、（ｂ）は同じく配管、（ｃ）はパージボックスを平面方向から見た図、（ｄ）はパージボックスを側面方向から見た図である。（ａ）は図２に示した分割型パージボックスで下部槽と浸漬管を連結するフランジの外周を覆った状態を平面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図、（ｃ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。パージボックス内の不活性ガス圧力と窒素ピックアップの関係を示した図である。下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の不活性ガスパージ適用試験の結果を示した図である。ＲＨ脱ガス処理での窒素ピックアップ要因を示した図である。

本発明では、浸漬管の交換作業に長時間を要せず、下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部からのリークによる外気の真空槽内への吸引を防止するという目的を、複数に分割したパージボックスで前記フランジ部の外周を覆い、パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けることで実現した。

ＲＨ脱ガス処理において窒素ピックアップが発生する原因として、ＲＨ脱ガス装置の浸漬管（上昇管と下降管）と脱ガス槽の下部槽のフランジ部からの大気混入、耐火物の亀裂部の隙間からの大気混入がある。

発明者が、実際にＲＨ脱ガス処理を行って窒素ピックアップが発生する原因を調査した結果、浸漬管と下部槽のフランジ部からの窒素ピックアップと浸漬管の亀裂部からの窒素ピックアップが主要因であることを確認した（図６参照）。このうち、耐火物の亀裂に関しては、浸漬管の吹付け強化、およびインサート煉瓦を一体成型とすることで解消することができた。

以上の結果より、窒素ピックアップを支配するのは、浸漬管と下部槽のフランジ部からの大気の混入であり、窒素ピックアップを抑制するには、浸漬管と下部槽のフランジ部からの大気の混入を抑制すれば良いことが分かった。

発明者は、浸漬管と下部槽のフランジ部からの大気の混入に的を絞り、ＲＨ脱ガス装置を用いて脱ガス処理を行う際に、下部槽と浸漬管を連結するフランジ部の取付け、取外し設備などを使用せず、大気中の窒素が溶鋼中に混入するのを防ぐことを考えた。

その結果、例えば図１〜図３に示すように、下部槽１と浸漬管２のフランジ部１ａ，２ａの締め付けボルト３（６箇所）の円周方向両側に取り付けボルト５を配置し、前記フランジ部１ａ，２ａの外周部を覆うように嵌め込んだパージボックス４を前記フランジ部１ａ，２ａの外周部に押し付けることにした。図３の例では、１つのパージボックス４は楔６によって前記フランジ部１ａ，２ａの外周部に押し付けている。

このパージボックス４は、浸漬管２の外径よりも若干大径の内径を有する円弧状の溝型鋼４ａの内部に不活性ガスの配管４ｂを取り付け、パージボックス４の内周側開口部から不活性ガスを吹き出すようにした構成である。

図１〜図３の例では、締め付けボルト３と同じ６個のパージボックス４で下部槽１と浸漬管２のフランジ部１ａ，２ａの外周を覆うものを示している。従って、パージボックス４同士の接続部分を締め付けボルト３と同じ位置にし、この締め付けボルト３部をパッティング材７でコーティングし、パージボックス４内に吹き込む不活性ガスが漏れないようにする。

以上の構成の前記パージボックス４内を不活性ガスにてパージし、パージボックス４内を０．１５MPa以上の圧力となるようにすることで、大気中の窒素の溶鋼中への混入を防ぐことができる。

本発明の低窒素鋼の溶製方法は、発明者の上記知見に基づいてなされたものであり、
ＲＨ脱ガス処理を伴う低窒素鋼の溶製方法であって、
溶鋼を脱ガス処理するＲＨ脱ガス装置の、下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を複数に分割したパージボックスで覆うと共に、これらパージボックスの接続部をコーティングした状態で、前記パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように、前記パージボックス内の前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けることを特徴としている。

以上の本発明によれば、大気中の窒素の溶鋼中への混入を防ぐことに加えて、パージボックスの取付け、取外し時間が１時間以内で可能になって、浸漬管交換時の作業時間を短縮することができる。

以下、本発明方法の効果を確認するために行った実験結果について説明する。
実験は、取鍋内の溶鋼約７０トンを、上昇側と下降側の浸漬管の下端部を取鍋内の溶鋼中に浸漬してＲＨ脱ガス槽内に吸い上げ、ＲＨ処理槽の真空度０．５０Kpa以下とした条件で、２０〜２５分間脱ガス処理して溶製した。実験に供した溶鋼は、温度１５４０〜１５８０℃、［C］濃度０．６０〜１．００質量％、〔S〕濃度０．０１５質量％以下の高炭素鋼である。

前記の脱ガス処理を行う際に、図１〜図３に示す６分割したパージボックスで下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を覆い、これらパージボックスの接続部をコーティングした状態で、パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように、パージボックス内の前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けて行った。不活性ガスは、パージ効果が強いアルゴンガス、６フッ化硫黄ガス、６フッ化ケトンガスを使用した。

比較として、パージボックス内の圧力を０．１５MPa未満とした比較法と、パージボックスで前記フランジ部の外周を覆わず、ただ単に締め付けボルトの増し締めを行っただけの従来法についても実験した。

実験結果を下記表１に示す。また、表１中のパージボックス内の不活性ガス圧力と窒素ピックアップ（△Ｎ）の関係を図４に示す。

表１及び図４より、不活性ガスをパージしない従来法では、窒素ピックアップが７ppm以上となっていることが分かる。これは、浸漬管の使用回数が大きくなると、増し締めを行ったとしても、熱により浸漬管が歪むので、どうしても下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部のリークが起こってしまうからである。

一方、アルゴンガスにより前記フランジ部をパージしても、パージボックス内の圧力が０．１５MPa未満の比較法の場合（Ｎｏ．１，２）は、浸漬管の使用回数が１０回以下の従来法（Ｎｏ．１６，１７）と同じレベル（６ppm）の窒素ピックアップである。

これに対して、パージボックス内の圧力を０．１５MPa以上とした発明法の場合（Ｎｏ．３〜５）は、窒素ピックアップは３〜−４ppmとなって改善できていることが分かる。

また、アルゴンガスに換えて６フッ化硫黄や６フッ化ケトンを使用した場合（Ｎｏ．８〜１０，１３〜１５）、窒素ピックアップは−３〜−８ppmとなってアルゴンガスを使用するよりもさらに窒素ピックアップを抑制することができた。

なお、アルゴンガスに換えて６フッ化硫黄や６フッ化ケトンを使用しても、パージボックス内の圧力が０．１５MPa未満の場合（Ｎｏ．６，７，１１，１２）は、窒素ピックアップは５〜８ppmとなってアルゴンガスを使用した場合と大差なかった。

また、ＲＨ脱ガス処理における窒素ピックアップを長期的にトレースした結果を図５に示す。
条件は取鍋内の溶鋼重量約７０トン、溶鋼温度１５００〜１６５０℃、溶鋼の［C］濃度０．０３〜１．００質量％であり、パージガスはアルゴンガスを使用し、パージボックス内圧力を大気圧以上である０．１５MPa以上、０．３０MPa以下とした。パージボックス内圧力の上限は、ガスの経済性を考慮して定めた。

その結果、パージボックスを使用しない従来例と比較して、本発明例の場合は窒素ピックアップを平均７．５ppm改善することができた。また、最大窒素ピックアップは５ppmに抑制できることを確認した。

また、浸漬管の交換に必要な作業時間と作業性を、複数に分割したパージボックスで下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を覆う場合（発明例）と、分割しないパージボックスで前記フランジ部の外周を覆う場合（比較例）について調査した。その結果を、下記表２に示す。

表２に記載したオフラインとは、非操業時に冷間でパージボックスを取り付けることをいい、オンラインとは、操業時に急遽取外し取付け作業が生じた場合に熱間でパージボックスを取り付けることをいう。

また、表２に記載した作業時間は、熱間で取り付ける際の冷却時間、取外し時間を含み、取付け時間にはパッティング材をコーティングする時間も含んでいる。

表２に記載した作業性は、○△×で評価を行い、○は熱間作業で６０分以内で作業が可能であった場合、△は冷間作業で特に時間の効率を必要としない場合、×は熱間作業で６０分以内に作業を完了できなかった場合を示している。

オフライン（冷間作業）時はパージボックスが分割タイプでも非分割タイプでも操業には関係がないため、あまり作業性を必要としないが、オンライン（熱間作業）時は、操業に関わるため、作業性を必要とする。

表２より、本発明のように、パージボックスを分割タイプとすることで、作業性を改善でき、６０分以内の作業時間で浸漬管の交換を実施することができた。

本発明は上記の形態例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１下部槽
１ａフランジ部
２浸漬管
２ａフランジ部
３締め付けボルト
４パージボックス
７パッティング材

Claims

ＲＨ脱ガス処理を伴う低窒素鋼の溶製方法であって、
溶鋼を脱ガス処理するＲＨ脱ガス装置の、下部槽と浸漬管とを連結するフランジ部の外周を複数に分割したパージボックスで覆うと共に、これらパージボックスの接続部をコーティングした状態で、前記パージボックス内の圧力が０．１５MPa以上となるように、前記パージボックス内の前記フランジ部に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする低窒素鋼の溶製方法。
前記不活性ガスは、大気遮断のためのパージ効果が強いアルゴンガス、または６フッ化硫黄ガス、または６フッ化ケトンガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の低窒素鋼の溶製方法。