JP2020002425A - 真空脱ガス装置及び溶鋼の精錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな設備の設置及び処理コストの増加をせずとも、溶鋼の環流量を増大させ、脱ガス槽内の精錬反応速度向上及び処理時間の短縮を達成すること。【解決手段】溶鋼を真空脱ガス処理する真空脱ガス装置１であって、脱ガス槽１０と、脱ガス槽１０の下端に接続され、内面及び外面の浸漬領域に耐火物が設けられた３本または４本の浸漬管１１と、を備え、３本または４本の浸漬管１１のうち、少なくとも１本が上昇側浸漬管１１１であり、残りの浸漬管となる少なくとも１本の浸漬管が下降側浸漬管１１２であり、上昇側浸漬管１１１の軸心と下降側浸漬管１１２の軸心とを結ぶ複数の水平距離について、最も短い水平距離Ｌ１及び最も長い水平距離Ｌ２が（１）式の関係を満たし、上昇側浸漬管１１１の浸漬管断面積の総和Ｓｕ及び下降側浸漬管１１２の浸漬管断面積の総和Ｓｄが（２）式の関係を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、真空脱ガス装置及び溶鋼の精錬方法に関する。

取鍋に収容された溶鋼を精錬する手段としては、ＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburization）や、ＶＴＤ(Vacuum Tank Degasser)等の真空脱ガス処理を行うものが知られている。鋼材の高級化、及びその需要の増加に伴い真空脱ガス処理を要する鋼種、生産量は増加する傾向にある。このため、真空脱ガス処理に要する時間を短縮することで、処理能力の向上及び転炉の出鋼温度低下による鉄鋼製造コストを低減することが強く望まれている。そこで、真空脱ガス処理を行うに際し、処理に要する時間を短縮することができる、ＲＨ式真空脱ガス装置が多く用いられている。

一般的なＲＨ式真空脱ガス装置１ａは、図５に示すように、脱ガス槽１０ａの下端に接続された２本の浸漬管１１ａを有する。また、脱ガス槽１０ａの上部には、減圧装置（不図示）に接続される排気口（不図示）が設けられる。２本の浸漬管１１ａには、Ａｒ等の不活性ガスである環流ガスを吹き込む、環流ガス吹込み用の羽口１１０ａがそれぞれ設けられる。このようなＲＨ式真空脱ガス装置１ａによる真空脱ガス処理では、溶鋼３が収容された取鍋２を脱ガス槽１０ａの下方に配した後、取鍋２を上昇させることで、２本の浸漬管１１ａを溶鋼３に浸漬させる。次いで、排気口から減圧装置により、脱ガス槽１０ａ内を排気することで減圧することで、２本の浸漬管１１ａを介して、脱ガス槽１０ａ内の所定の高さまで溶鋼３が吸い上げられる。そして、２本の浸漬管１１ａの一方を上昇側の浸漬管、他方を下降側の浸漬管として、溶鋼３の環流を行う。この際、上昇側の浸漬管１１ａ（図５の例では左側の浸漬管）の羽口１１０ａから環流ガスを吹き込むことで、環流ガスの浮力によって、上昇側の浸漬管１１ａを通じて溶鋼３が上昇し、取鍋２内の溶鋼３が脱ガス槽１０ａへと導かれる。また、下降側の浸漬管１１では、脱ガス槽１０ａ内の溶鋼３が下降し、取鍋２へと導かれる。つまり、溶鋼３は、上昇側及び下降側の浸漬管１１ａを介して、取鍋２内と脱ガス槽１０ａ内とを循環する。

このＲＨ式真空脱ガス装置１ａを用いた精錬では、真空脱ガス処理として、真空化での溶鋼３の環流によって、溶鋼３からの水素や窒素等のガス成分の除去や、酸化反応による溶鋼３からの炭素の除去（脱炭反応）が行われる。真空脱ガス処理では、脱炭反応における脱炭速度や脱ガス速度を向上させるには、環流量の増加が効果的であり、環流量を増加させるための方法が多数提案されている。

例えば、特許文献１には、溶鋼の循環用に２００℃ないし１０００℃に加熱した不活性ガスを圧力０．５ＭＰａ以上で吹き込む方法が提案されている。しかし、特許文献１の方法では、不活性ガスを予熱するための設備が必要であり、それにより処理コストが高くなるという問題点を抱えていた。

特許文献２には、脱ガス槽を下方に延長して下向きに開口した外側浸漬筒を設け、この外側浸漬筒の内部に同心に上下方向に開口した内側浸漬筒を配設し、内側浸漬筒に設けた環流ガス吹き込み口からアルゴンガスを吹き込んで溶鋼を上昇させる上昇流路とする一方、内側浸漬筒と外側浸漬筒との間を溶鋼の下降流路とし、断面積の大きい上昇流路および下降流路を形成することにより、溶鋼の環流量を増大する方法が提案されている。しかし、特許文献２の方法では、外側浸漬筒と内側浸漬筒が必要であり、装置が複雑になるばかりでなく、環流ガス配管を脱ガス槽経由で内側浸漬筒に通す必要があるため、脱ガス槽に対し内側浸漬筒のみを取り外し交換することが不可能であり、浸漬筒の交換時に下部槽ごと交換する必要があるため、耐火物コストが大幅に高くなる問題がある。

特許文献３には、ＲＨ式真空脱ガス精錬装置において、アルゴンガスを介在させて溶鋼を吹上げる上昇浸漬管下端部の一部の内径を溶鋼に浸漬する先端部を下向きに拡大させる方法が提案されている。しかし、特許文献３の方法では、上昇浸漬管の形状が複雑になり、異型の耐火物を使用することにより耐火物の寿命が短くなり、それにより補修時間が多くなるなどの操業阻害があるだけでなく、処理コストも高くなる。

特許文献４には、取鍋底部に複数のポ−ラスプラグを設置し、不活性ガスを吹込む方法が提案されている。しかし、特許文献４の方法では、取鍋すべてを改造する必要があるばかりでなく、取鍋の構造を複雑化し、使用するポーラスプラグなどの資材が多く必要となる。加えて気泡が浸漬管下部に衝突するため耐火物の損耗が早くなるため、処理コストが高くなる。

特許文献５には、上昇側浸漬管の溶鋼環流用ガス吹き込み管を、上昇側浸漬管の内部に向かって傾斜角度θは２０°〜５０°で斜め上向きに配置する方法が提案されている。しかし、特許文献５の方法では、環流用ガス吹き込み管を傾斜させるために、浸漬管の施工、製作が煩雑になる問題がある。

また、特許文献６には、上昇側浸漬管に設けられたガス吹込羽口の設置位置より上方の内周面に，超音波加振子を設け、不活性ガスの気泡を微細化する方法が提案されている。しかし、特許文献６の方法では、超音波加振子や超音波の発信装置などが必要であり、装置が複雑になるばかりでなく、装置コストや浸漬管コストの上昇が避けられない。

また、脱ガス装置における環流量は、一般的に非特許文献１に開示されている（４）式で計算されることが多い。

Ｑ：溶鋼環流量（溶鋼ｔ／ｍｉｎ．）
Ｇ：環流ガス流量（Ｎｌ／ｍｉｎ．）
ｄ：浸漬管内径（ｍ）
Ｐ２：真空槽内圧力（Ｐａ）
Ｐ１：大気圧力（Ｐａ）

(３)式において、ｄのべき数はＧのそれより大きいことから、環流速度増大には浸漬管径を増加させた方が環流ガス量を増すことよりも効果的であることがわかり、一般に、脱ガス反応効率を向上させるための手段として浸漬管の内径を拡大し、これによって溶鋼の環流量を増大するのが有効であることが知られている。

ところが、ＲＨ式真空脱ガス装置は、溶鋼の上昇側浸漬管および下降側浸漬管を脱ガス槽の下部に並列して２本設置するため、耐火物の厚みを加味すると浸漬管の内径は脱ガス槽の内径に対して１／２以下になる。このため浸漬管の断面積は脱ガス槽の断面積の１／４より小さくなる。一方、脱ガス槽の内径は自ずと取鍋の内径に制約を受けることになる。また環流ガス流量についても、流量を増大させすぎた場合には、気泡の吹き抜けが起こり、環流量が増大しなくなる上、スプラッシュ量の増大や真空排気速度の低下を招くといった問題も発生する。前記のような事情から上昇側、下降側浸漬管の内径拡大、環流ガス流量の増大による脱ガス能力の向上は限界に達しているのが実態である。

そのため、さらなる精錬反応効率増加のためには、浸漬管総断面積や環流ガス流量を大きくすることなく、溶鋼環流量を増加させる必要がある。浸漬管総断面積や環流ガス流量の増加によらない環流量増加の手段として、浸漬管を３本以上設ける方法が知られている。

脱ガス装置に浸漬管を３本以上設けた従来技術として、特許文献７では、脱ガス槽底面の中央部に下降用浸漬管を、その周囲に２本以上の上昇用浸漬管を配設することで、耐火物ライニングのスラグ溶損を防ぐ方法が示されている。しかしこの方式では中央に浸漬管を配置しているため、耐火物の厚みを考慮した場合に、２本の浸漬管を配設する従来型のＲＨ方式に対し、浸漬管断面積の総和が著しく小さくなってしまう問題がある。このことにより溶鋼の環流速度が小さくなるため、精錬反応効率を増加させることは出来ない。

また特許文献８には複数の上昇側浸漬管と、１本または複数の下降側浸漬管を配設することで、環流量を増加させ、脱炭速度を増加させる方法が示されているが、装置の寸法については下降側浸漬管断面積の総和の最小値が示されているのみである。浸漬管本数を増加させる場合、下部槽のサイズに対する浸漬管のサイズや本数、配置の違いにより溶鋼流の流動が変化し、環流量や精錬反応に影響を及ぼすと考えられるが、特許文献８においてはそれらについて十分に言及されていない。

特開２００７−３１８２０号公報 特開平８−２６９５３４号公報 特開平７−１５０２２５号公報 特開平４−１３１３１６号公報 特開平５−１３１９号公報 特開平２−１７３２０５号公報 特許４０５４８６５号公報 特開昭５２−５６１４号公報

桑原達郎、「日本におけるＲＨ真空精錬法の進歩」、鉄と鋼、日本鉄鋼協会、１９８７年、７３巻、１６号、ｐ．２１５７−２１７１

このように、ＲＨ式真空脱ガス装置を用いた真空脱ガス処理において、従来、環流量を増大させるための手段が多数提案されているが、何れも新たな設備を設置する必要があったり、装置の形状が複雑になったり、耐火物寿命が短くなることなどにより、処理コストの上昇を余儀なくされていた。また、上記問題を解決しうる浸漬管を３本以上設ける真空脱ガス装置において、適切な装置条件の知見が存在しなかった。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、浸漬管を３本以上設ける場合の浸漬管配置に着目し、種々実験を重ねた結果により達成されたものである。本発明の目的とするところは、真空脱ガス装置を用いて精錬を行う際に、新たな設備の設置及び処理コストの増加をせずとも、溶鋼の環流量を増大させ、脱ガス槽内の精錬反応速度向上及び処理時間の短縮を達成することができる、真空脱ガス装置及び真空脱ガス処理方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、溶鋼を真空脱ガス処理する真空脱ガス装置であって、円筒状の内面に耐火物が設けられた脱ガス槽と、上記脱ガス槽の下端に接続され、内面及び外面の浸漬領域に耐火物が設けられた３本または４本の浸漬管と、を備え、上記３本または４本の浸漬管のうち、少なくとも１本が上昇側浸漬管であり、残りの浸漬管となる少なくとも１本の浸漬管が下降側浸漬管であり、上記上昇側浸漬管の軸心と上記下降側浸漬管の軸心とを結ぶ複数の水平距離について、最も短い水平距離Ｌ１（ｍ）及び最も長い水平距離Ｌ２（ｍ）が（１）式の関係を満たし、上記上昇側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｕ（ｍ^２）及び上記下降側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｄ（ｍ^２）が（２）式の関係を満たすことを特徴とする真空脱ガス装置が提供される。

Ｄ：脱ガス槽内径（ｍ^２）

本発明の一態様によれば、取鍋に収容された溶鋼を真空脱ガス処理する際に、上記の真空脱ガス装置を用いることを特徴とする溶鋼の精錬方法が提供される。

本発明の一態様によれば、真空脱ガス装置を用いて精錬を行う際に、新たな設備の設置及び処理コストの増加をせずとも、溶鋼の環流量を増大させ、脱ガス槽内の精錬反応速度向上及び処理時間の短縮を達成することができる、真空脱ガス装置及び真空脱ガス処理方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る真空脱ガス装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空脱ガス装置を示す底面図である。 真空脱ガス装置を説明する底面図である。 本発明の一実施形態に係る真空脱ガス処理方法を示す模式図である。 真空脱ガス装置の変形例を説明する底面図である。 ＲＨ式真空脱ガス装置を示す模式図である。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

＜真空脱ガス装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る真空脱ガス装置１について説明する。真空脱ガス装置１は、取鍋２に収容された溶鋼３を真空脱ガス処理する精錬装置であり、図１に示すように、脱ガス槽１０と、３本の浸漬管１１と、排気口１２とを備える。

脱ガス槽１０は、略円筒状の鉄皮の内面に耐火物が設けられた槽であり、下端の構成を除いて、通常のＲＨ式真空脱装置（例えば、図５に示すＲＨ式真空脱ガス装置１ａ）の脱ガス槽と同様なものである。脱ガス槽１０の鉛直方向の下端には、２本の上昇側浸漬管１１１及び下降側浸漬管１１２が設けられる。また、脱ガス槽１０の上部には、排気口１２が接続される。また、脱ガス槽１０は、３本の浸漬管１１及び排気口１２を除いて、内部の空間が密閉されるように構成され、後述するように、３本の浸漬管１１の下端側が溶鋼３に浸漬した状態で排気口１２から排気が行われることで、内部が真空（負圧）状態となる。

３本の浸漬管１１は、円筒状の鉄皮の少なくとも内面及び溶鋼３に浸漬する外面に耐火物が設けられる。３本の浸漬管１１は、円筒状の内部の空洞が延在する高さ方向が鉛直方向と平行となり、この空洞が脱ガス槽１０の内部に空間に接続するように、脱ガス槽１０の下端に固定される。また、３本の浸漬管１１は、内部に環流ガスを吹き込む羽口１１０がそれぞれ設けられる。羽口１１０は、環流ガスの供給装置（不図示）に接続され、この供給装置から環流ガスが供給される。環流ガスは、Ａｒ等の不活性ガスである。なお、図１では、簡略化のため、各浸漬管１１に設けられる羽口１１０をそれぞれ１本として記載しているが、羽口１１０は、浸漬管１１の円周方向に、１つの供給管から枝分かれして複数設けられるものとする。

さらに、３本の浸漬管１１は、２本の上昇側浸漬管１１１と、１本の下降側浸漬管１１２とに分けられる。上昇側浸漬管１１１は、後述する環流処理において、溶鋼３が取鍋２から脱ガス槽１０へと吸い上げられる側の浸漬管１１であり、羽口１１０から環流ガスが吹き込まれる。下降側浸漬管１１２は、環流処理において、溶鋼３が脱ガス槽１０から取鍋２へと戻される側の浸漬管１１である。なお、環流処理においては、下降側浸漬管１１２の羽口１１０からは環流ガスが吹き込まれないものとする。

図２に示すように、２本の上昇側浸漬管１１１及び下降側浸漬管１１２は、脱ガス槽１０の下端において、互いに接しないように、離間して設けられる。また、２本の上昇側浸漬管１１１と、下降側浸漬管１１２とのそれぞれ距離（ｍ）をＬ１及びＬ２とすると、距離Ｌ１，Ｌ２は、以下の（１）式を満たす。距離Ｌ１，Ｌ２は、２本の上昇側浸漬管１１１の各軸心と、下降側浸漬管１１２の軸心とを結ぶ線分の長さ（水平距離）である。また、距離Ｌ２は、距離Ｌ１以上の長さとなる。なお、（１）式において、Ｄは、脱ガス槽１０の内周面の直径である脱ガス槽内径（ｍ）である。

また、３本の浸漬管１１は、脱ガス槽１０の槽断面積に対する、３本の浸漬管１１の浸漬管断面積の総和の比が（２）式を満たす。（２）式において、πＤ^２／４は槽断面積（ｍ^２）、Ｓｕは上昇側浸漬管１１１の浸漬管断面積の総和（ｍ^２）、Ｓｄは下降側浸漬管１１２の浸漬管断面積の総和（ｍ^２）である。脱ガス槽１０の槽断面積は、円筒状の脱ガス槽１０における、底部の耐火物内周面の水平断面積（水平方向の断面積）であり、脱ガス槽１０の空洞部の水平断面積である。浸漬管断面積は、各浸漬管１１における、円筒状の空洞部の水平断面積（水平方向の断面積）であり、環流処理において各浸漬管１１内を流れる溶鋼３の水平方向の流路断面積である。なお、本実施形態では、下降側浸漬管１１２は１本だけであるため、浸漬管断面積の総和Ｓｄとは、１本の下降側浸漬管１１２の浸漬管断面積を示す。

槽断面積に対する浸漬管断面積の総和の比は、環流量を増大させる観点では上記の範囲内でより大きくすることが望ましい。しかし、槽断面積に対する浸漬管断面積の総和の比を大きくしすぎると、３本の浸漬管１１の耐火物の厚みを小さくしなければならない。浸漬管１１の耐火物の厚みが小さくなると、耐火物寿命の低下による精錬コストの増加を招くことになる。このため、槽断面積に対する浸漬管断面積の総和の比の上限は、０．８とすることが望ましい。

さらに、２本の上昇側浸漬管１１１の浸漬管断面積の総和Ｓｕに対する、下降側浸漬管１１２の浸漬管断面積の総和Ｓｄの比（Ｓｄ／Ｓｕ）は、（３）式を満たすことが好ましい。Ｓｄ／Ｓｕが１未満となる場合、下降側浸漬管１１２への溶鋼３の流入速度が律速し、環流量が大きく減少する。また、Ｓｄ／Ｓｕを１．６以下とすることで、溶鋼流の抵抗が小さくなり、環流量がより増大する。

ここで、本発明者らは、本発明を知見するにあたり、浸漬管を合計で３本または４本有する真空脱ガス装置において、取鍋と脱ガス槽とを環流する溶鋼の環流量を増加させる方法を研究・検討した。その結果、脱ガス槽における上昇側浸漬管と下降管側浸漬管との位置関係や、脱ガス槽の槽断面積に対する浸漬管の溶鋼流路断面積の比が、環流量に大きく影響することを見出した。つまり、３本または４本の浸漬管を有する真空脱ガス装置について環流量を増大させるためには、脱ガス槽内径Ｄに対する距離Ｌ２と距離Ｌ１との差の比が一定以下、具体的には上記（１）式の範囲とすることが必要であることが知見された。

距離Ｌ１は、複数の上昇側浸漬管の軸心と下降管側浸漬管の軸心との水平距離のうち最も短い距離であり、距離Ｌ２は、複数の上昇側浸漬管の軸心と下降管側浸漬管の軸心との水平距離のうち最も長い距離である。なお、上昇側浸漬管と下降側浸漬管との水平距離が全て同じである場合には、Ｌ１＝Ｌ２となり、脱ガス槽内径Ｄに対する距離Ｌ２と距離Ｌ１との差の比は０となる。また、脱ガス槽内径Ｄに対する距離Ｌ２と距離Ｌ１との差の比が０．１２を超える場合、複数本の上昇側浸漬管または下降側浸漬管を流れる溶鋼流に偏りが生じ、浸漬管を２本とした通常の真空脱ガス装置に比べ、環流量が同等または低位となった。さらに、環流量を増大させるためには、（１）式の条件に加え、槽断面積に対する上昇側浸漬管及び下降側浸漬管の浸漬管断面積の総和（Ｓｕ＋Ｓｄ）の比が、０．０８以上である必要があることが知見された。上記の知見について、上昇側浸漬管及び下降側浸漬管の本数は、それぞれが少なくとも１本であり、かつ合計本数が３本または４本であればよい。つまり、３本または４本の浸漬管の、上昇側浸漬管または下降側浸漬管への割り当ては任意でよい。なお、浸漬管の合計本数が３本である場合には、上昇側浸漬管の本数を２本、下降側浸漬管の本数を１本とすることが好ましく、浸漬管の合計本数が４本である場合には、上昇側浸漬管の本数を２本、下降側浸漬管の本数を２本とすることが好ましい。このような割り当てにすることで、上昇流と下降流との均衡が最もとれ、環流がスムーズとなる。図３には、３本の浸漬管を有する真空脱ガス装置１における、浸漬管１１の配置及び寸法の一例を示す。図３に示す例では、３本の浸漬管１１のうち、２本を上昇側浸漬管１１１、残りの１本を下降側浸漬管１１２としている。また、図３の右側の上昇側浸漬管１１１と下降側浸漬管１１２との距離が最も長い距離であるＬ２となり、図３の左側の上昇側浸漬管１１１と下降側浸漬管１１２との距離が最も短い距離であるＬ１となる。

排気口１２は、脱ガス槽１０の上部に設けられ、さらに、減圧装置（不図示）に接続される。減圧装置によって、排気口１２を介して排気が行われることで、脱ガス槽１０の内部が真空状態（負圧状態）となる。

＜溶鋼の精錬方法＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係る溶鋼３の精錬方法について説明する。本実施形態では、上記の真空脱ガス装置１を用いて、取鍋２に収容された溶鋼３が真空脱ガス処理される。真空脱ガス処理は、製鋼工程において用いられる溶鋼３の精錬処理（「２次精錬処理」ともいう。）の一つである。溶鋼３は、転炉や電気炉等によって製造されたものであり、真空脱ガス処理の前に他の精錬処理（例えば、ＬＦ等を用いた取鍋精錬処理）が行われてもよい。

真空脱ガス処理では、まず、脱ガス槽１０の下方に、溶鋼３が収容された取鍋２を配した後、取鍋２を上昇させることで、３本の浸漬管１１を溶鋼３に浸漬させる。この際、取鍋２は、昇降機構を有する台車等に載せられ、この昇降機構によって上昇される。

次いで、減圧装置を用いて排気口１３から排気を行い、脱ガス槽１０の内部を真空状態とする。この際、取鍋２内に収容された溶鋼３は、３本の浸漬管１１を通じて脱ガス槽１０内へと吸い上げられる。また、脱ガス槽１０内では、溶鋼３の浴面位置が、真空度に応じた所定の高さとなる。

さらに、３本の浸漬管１１のうち２本の上昇側浸漬管１１１の羽口１１０から、環流ガスを溶鋼３に吹き込む。羽口１１０から吹き込まれた環流ガスによるエアリフトポンプ効果によって、溶鋼３は、２本の上昇側浸漬管１１１を介して取鍋２から脱ガス槽１０に吸い上げられ、脱ガス槽１０内を移動し、下降側浸漬管１１２を介して取鍋２に戻る。なお、２本の上昇側浸漬管１１１の羽口１１０から吹き込む環流ガスの流量が異なる場合、編流が発生して環流が圧下するため、各羽口１１０の環流ガスの流量は、均等にすることが望ましい。これにより、溶鋼３が、取鍋２と脱ガス槽１０とを環流される（「環流処理」ともいう。）。環流処理によって、溶鋼３の脱ガス反応が促進されることで、ガス成分（例えば、窒素や水素等）の除去や、溶鋼３中の炭素が酸化されることでガス成分（ＣＯやＣＯ_２）となって除去される脱炭等が行われる。また、環流処理によって、酸化物等の不純物の浮上分離も行われる。環流処理は、溶鋼３の成分や温度の実績値や目標値等に応じた所定時間だけ行われる。なお、環流処理では、溶鋼３の目標成分に応じて、副原料の添加が行われてもよい。副原料は、脱ガス槽１０に接続された投入シュート（不図示）を介して行われ、投入シュートから副原料が脱ガス槽１０内に投入されることで、溶鋼３に添加される。

その後、環流処理が所定時間行われると、真空脱ガス装置１による真空脱ガス処理が終了する。真空脱ガス処理が終了した後は、環流ガスの吹き込みの停止、及び脱ガス槽１０の復圧が行われる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、浸漬管１１の本数が３本であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、浸漬管１１の本数を４本としてもよい。この場合、環流をスムーズにするため、上昇側浸漬管１１１を２本、下降側浸漬管１１２を２本とすることが好ましい。また、浸漬管１１の本数を４本とする場合、浸漬管１１の配置は、例えば、図５のようにしてもよい。この場合、２本の上昇側浸漬管１１１と２本の下降側浸漬管１１２との距離Ｌは、図５に示す４本の線分の距離となる。このうち、最も長い線分が距離Ｌ２となり、最も短い線分が距離Ｌ１となる。４本の浸漬管１１の上昇側浸漬管１１１または下降側浸漬管１１２への割り当てや、各浸漬管１１の大きさ、配置位置等は、（１）式の条件、及び槽断面積に対する浸漬管断面積の総和の比の条件が、上記実施形態と同様であれば特に限定されない。

また、上記実施形態では、環流ガスとしてアルゴンガスを用いる例を示したが、本発明はかかる例に限定されない。処理目的に応じて、環流ガスとして窒素ガスなどの他の不活性ガスを用いてもよい。

さらに、上記実施形態では、真空脱ガス処理では環流処理によって脱炭を行うとしたが、本発明はかかる例に限定されない。真空脱ガス処理では、脱炭反応をさらに促進させるため、ＲＨ真空脱ガス装置と同様に、上吹きランスを用いた送酸処理を行ってもよい。この場合、真空脱ガス装置１の脱ガス槽１０内に上吹きランスを設け、この上吹きランスから脱ガス槽１０内の溶鋼３の浴面に酸素ガスを吹き付けることで、送酸処理が行われる。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明に一態様に係る真空脱ガス装置１は、溶鋼３を真空脱ガス処理する真空脱ガス装置１であって、円筒状の内面に耐火物が設けられた脱ガス槽１０と、脱ガス槽１０の下端に接続され、内面及び外面の浸漬領域に耐火物が設けられた３本または４本の浸漬管１１と、を備え、３本または４本の浸漬管１１のうち、少なくとも１本が上昇側浸漬管１１１であり、残りの浸漬管となる少なくとも１本の浸漬管が下降側浸漬管１１２であり、上昇側浸漬管１１１の軸心と下降側浸漬管１１２の軸心とを結ぶ複数の水平距離について、最も短い水平距離Ｌ１（ｍ）及び最も長い水平距離Ｌ２（ｍ）が（１）式の関係を満たし、上昇側浸漬管１１１の浸漬管断面積の総和Ｓｕ（ｍ^２）及び下降側浸漬管１１２の浸漬管断面積の総和Ｓｄ（ｍ^２）が（２）式の関係を満たす。

上記（１）の構成によれば、特別な装置を設置することなく、簡単な機構で溶鋼を極めて効率よく環流させることができ、その結果、脱ガス精錬反応速度の向上並びに処理時間の短縮が達成され、工業上有益な効果がもたらされる。例えば、ＲＨ式真空脱ガス装置の場合、通常は、浸漬管を含む脱ガス槽の下部は交換可能に構成されている。このため、この脱ガス槽の下部を、上記（１）の構成となるように変更をするだけで、既存の真空脱ガス装置においても容易に適用することができる。

（２）上記（１）の構成において、上昇側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｕ及び下降側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｄが（３）式の関係を満たす。
上記（２）の構成によれば、溶鋼流の抵抗が小さくなり、環流量をより増大させることができる。

（３）上記（１）または（２）の構成において、浸漬管の本数が３本の場合には、上昇側浸漬管の本数を２本、下降側浸漬管の本数を１本とし、浸漬管の本数が４本の場合には、上昇側浸漬管の本数を２本、下降側浸漬管の本数を２本とする。
上記（３）の構成によれば、上昇流と下降流との均衡がとれ、環流がよりスムーズとなる。

（４）本発明の一態様に係る溶鋼の精錬方法は、取鍋に収容された溶鋼を真空脱ガス処理する際に、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の真空脱ガス装置を用いることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
上記（４）の構成によれば、上記（１）〜（３）の構成と同様な効果を得ることができる。

本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、転炉で吹錬した３００トンの溶鋼を、３本または４本（比較例では２本の場合もさらに含む）の浸漬管１１を有する真空脱ガス装置１を用いて、脱ガス槽１０に対する浸漬管（上昇側浸漬管１１１及び下降側浸漬管１１２）の本数、サイズ及び配置の関係を種々に変更し、溶鋼３の真空精錬処理を行った。ここで、脱ガス槽１０の内径は全ての試験で同一とした。実施例及び比較例ともに、浸漬管の下端から０．３ｍの高さの位置に、攪拌ガス導入用の羽口を等間隔に１２本設け、上昇側浸漬管として用いる浸漬管の羽口から２５００ＮＬ／ｍｉｎのガス流量で環流ガスを流し環流を行った。上昇側浸漬管を２本以上設ける場合には、この環流ガス流量が各上昇側浸漬管で均等になるように吹込みを行った。環流処理中にトレーサーとして、銅を脱ガス槽１０から溶鋼３に添加し、均一混合時間を測定した。そして、この均一混合時間から環流量を算出した。

用いた溶鋼３の化学成分は、Ｃ：０．０４質量％〜０．０６質量％、Ｓｉ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以下、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００３質量％以下であり、処理前の溶鋼温度は１６４０〜１６７０℃であった。

実験結果をそれぞれ表１に示す。ここで表１中の規格化環流量は、比較例１における環流量を１とした。また、ＲＨ式真空脱ガス装置においては上昇側浸漬管と下降側浸漬管とが１本ずつしか存在しないため、（１）式のＬ１，Ｌ２については、Ｌ１＝Ｌ２とした。

表１より、上記実施形態の処理条件を満たす実施例１〜１１において、浸漬管の本数が２本のＲＨ式真空脱ガス装置（比較例１）に対し、環流量が１．３倍以上に増大する良好な結果が得られた。また、浸漬管の本数が３本または４本であっても、上記実施形態の処理条件を満たさない比較例２〜１３においては、ＲＨ式真空脱ガス装置である比較例１に対し、環流量が同等または低位であることが確認できた。

１ 真空脱ガス装置
１ａ ＲＨ式真空脱ガス装置
１０，１０ａ 脱ガス槽
１１，１１ａ 浸漬管
１１０，１１０ａ 羽口
１１１，１１１ａ 上昇側浸漬管
１１２，１１２ａ 下降側浸漬管
１２ 排気口
２ 取鍋
３ 溶鋼

Claims (4)

1. 溶鋼を真空脱ガス処理する真空脱ガス装置であって、
   円筒状の内面に耐火物が設けられた脱ガス槽と、
   前記脱ガス槽の下端に接続され、内面及び外面の浸漬領域に耐火物が設けられた３本または４本の浸漬管と、
   を備え、
   前記３本または４本の浸漬管のうち、少なくとも１本が上昇側浸漬管であり、残りの浸漬管となる少なくとも１本の浸漬管が下降側浸漬管であり、
   前記上昇側浸漬管の軸心と前記下降側浸漬管の軸心とを結ぶ複数の水平距離について、最も短い水平距離Ｌ１（ｍ）及び最も長い水平距離Ｌ２（ｍ）が（１）式の関係を満たし、
   前記上昇側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｕ（ｍ^２）及び前記下降側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｄ（ｍ^２）が（２）式の関係を満たすことを特徴とする真空脱ガス装置。
   

   

   Ｄ：脱ガス槽内径（ｍ^２）
2. 前記上昇側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｕ及び前記下降側浸漬管の浸漬管断面積の総和Ｓｄが（３）式の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置。
   

   
3. 前記浸漬管の本数が３本の場合には、前記上昇側浸漬管の本数を２本、前記下降側浸漬管の本数を１本とし、
   前記浸漬管の本数が４本の場合には、前記上昇側浸漬管の本数を２本、前記下降側浸漬管の本数を２本とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の真空脱ガス装置。
4. 取鍋に収容された溶鋼を真空脱ガス処理する際に、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空脱ガス装置を用いることを特徴とする溶鋼の精錬方法。

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