JP2593175B2 - 真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方法 - Google Patents

真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方法

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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、溶鋼の真空脱ガス処理によって、極低炭素
鋼を迅速にかつ、該装置の操業性を損なうことなく得る
ことができる真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方
法に関するものである。
<従来の技術> 冷延鋼板の焼鈍プロセスの連続化,能率向上の観点か
ら、連続焼鈍設備の採用が近年盛んであるが、これに適
合する素材として炭素含有量10ppmあるいはシングルppm
の極低炭素鋼が要求されるようになってきた。従来から
低炭素鋼は転炉においてC:0.02〜0.05重量%(以下%と
略す)迄脱炭した溶鋼を、RH法などの真空脱ガス装置を
用いて、減圧下に脱炭する手法によれ溶製されてきた。
減圧下の脱炭プロセスに関する検討も相当程度行なわれ
てきており、その主要な理論は、鉄と鋼、vol69(198
3)A37に示されるように、脱炭速度は(1)式で示され
る。
d[C]/dt=[C] exp(-Kct) ……(1) また、その速度定数Kcは、(2)式で示される。
Kc={Q′/V}{ak/(Q′+ak)} ……(2) ここに、 [C]0:処理開始時の[C]濃度、 Kc:見かけの速度定数(min-1), ak:真空槽内の物質移動容量係数(m3/s), Q′:溶鋼の循環流量(m3/s), V:溶鋼量(m3)。
従って脱炭効率を向上させようとする場合には、
Q′,akを増大せしめる対策を取るべきことが公知とな
っている。
溶鋼の環流量Q′を増大せしめるためには、環流管径
を拡大する方法,環流用に吹込むArガス量を増す方法が
採用されるが、前者には耐火レンガ施工上の問題から、
還流管寿命が短いという問題点、後者には極低炭素域で
必要とされる高真空度を損なうという問題がある。
一方、物質移動容量係数akを増大せしめるためには、
C50ppmの極低炭素域ではCの反応サイトへの物質移
動過程が反応を律速することになるので、反応界面積a
(m2)増大せしめることが必須となる。反応サイトとし
ては、溶鋼内ガス気泡/溶鋼界面,真空槽内鋼浴表面,
ガス気泡が鋼浴を離脱する際に随伴するスプラッシュの
各々が想定されるが、その各々の寄与は必ずしも明確で
はなく、還流用Arガス量を増すことが、上記三点に有効
であろうとの観点から、5000Nl/minにも及ぶ大量のArガ
ス吸込みを行なう技術が採用されている現状に留まる。
ところで、このように大量のArガスを吹込むと、真空
排気装置の高真空下の排気特性から高真空の維持が難し
く、極低炭素域の脱炭速度をむしろ低下せしめること及
び大量に発生するスプラッシュの真空槽内面への付着に
対処する手段がなく、操業性を損うなどの問題があり、
炭素含有量が10ppm以下の迅速脱炭技術との観点から
は、技術的にまだ不十分な状況にある。
<発明が解決しようとする課題> 本発明は、前述のような現状に鑑み、10ppm以下迄の
極低炭素域での脱炭を迅速に行ない、かつ真空槽内への
スプラッシュ地金付着を防止しうる有効かつ簡便な方法
を提供するためになされたものである。すなわち、極低
炭素域での脱炭を迅速ならしめるために、還流用Arガス
量増大に伴う真空度低下を抑えつつ、かつ反応界面積a
(m2)を増大せしめる手法を提供し、さらにa増大の一
手法であるスプラッシュ増加という条件下にもその真空
槽内面への地金付着を防止し得る簡便な方法を提供する
ものである。
<課題を解決するための手段> 本発明は、容器内の溶鋼を真空槽内に還流もしくは
吸い上げて減圧雰囲気下に移行し脱炭を行う脱ガス方法
であって、該真空槽内鋼浴面下より供給する不活性ガス
が鋼浴から離脱する部位に向けて、脱炭反応後半に不活
性ガスを鋼浴面上方に設けた上吹きランスより吹き付け
ることを特徴とした真空脱ガス処理による極低炭素鋼の
製造方法であり、また容器内の溶鋼を真空槽内に還流
もしくは吸い上げて減圧雰囲気下に移行し脱炭を行う脱
ガス方法であって、該真空槽内鋼浴面下より供給する不
活性ガスが鋼浴から離脱する部位に向けて、脱炭反応前
半には酸素ガスを、脱炭反応後半には不活性ガスを鋼浴
面上方に設けた上吹きランスより吹き付けることを特徴
とした真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方法であ
り、脱炭反応前半を鋼浴中炭素含有量が100ppm以上で
ある時期とした請求項記載の真空脱ガス処理による極
低炭素項の製造方法で、かつ脱炭反応後半を鋼浴中炭
素含有量が50ppm以下である時期とした請求項または
記載の真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方法で
ある。
<発明をなすに至った経過および作用> 本発明者らは、ガス気泡の溶鋼離脱時のスプラッシュ
発生現象について研究を行なった結果、ただ大量に吹込
みガス量を増すだけでは、離脱気泡径が単調に大きくな
り、気泡に随伴する溶鋼液滴も大径のものがその過半数
を占める現象を見出した。液滴が大径であればそれが真
空中にさらされたとしても、極低炭素域の反応律速過程
が溶鋼中のC拡散過程であることから、反応サイトであ
る液滴表面にCが移動するに要する時間が大きく脱炭反
応に十分には寄与出来ないのは明らかである。従って液
滴を小径とする必要があり、小径であれば拡散時間が小
となり、さらに気液界面積が著しく増大することにな
る。
気泡離脱に伴う液滴径を小さくする手法として、該部
位の上方あるいは斜め上方よりガスジェットを吹付ける
方法が有効であることに本発明者らは着目した。すなわ
ち、まさに鋼浴から離脱しつつあるガス気泡表面を被覆
する溶鋼膜に向けて、ガスジェットを吹付けることによ
り容易に小径の液滴を大量に発生せしむることが可能で
あることを見い出した。
この方法を用いれば、鋼浴内に吹込むArガス量を減少
させ、かつ相対的に少量のArガスを上部より吹きつける
ことにより、高真空を維持したまま能率の良い脱炭を進
行せしむるのが可能となる。特公昭49−12810号公報に
は、真空槽内鋼浴表面に向けて酸素ガスを吹きつける方
法が示されているが、これは鋼浴中にO2を供給すること
を目的とするものであり、O2供給が反応律速過程となる
高炭素領域で有効な方法ではある。しかし、O2過剰でC
拡散が律速する極低炭素域にもO2供給を続けることは無
意味であるばかりか、O2が溶鋼に速やかに吸収されスプ
ラッシュ小径化に無効であること及び過剰な溶存酸素
が、表面活性元素なのでCO発生の化学反応を阻害するデ
メリットが大きいことを本発明者らは見い出した。
極低炭素域で大量にスプラッシュを発生させる方法
は、脱炭速度の向上に有効ではあるが、地金付きによる
操業トラブルが付随する。この対策として脱炭中に発生
するCOを槽内でCO2迄燃焼させた熱により地金を溶解除
去する方法を本発明では採用した。地金溶解あるいは地
金付きを防止するための槽内耐火物を過熱状態にしてお
くために必要な発生COガス燃焼を目的とするO2吹付け
は、脱炭反応を阻害しない高炭素濃度域、望ましくはC
濃度が100ppm以上の条件に限定すべきことを一連の実験
の中で本発明者らは見い出した。
本発明は、真空脱ガス装置による極低炭素域迄の脱炭
を行なうに際して、真空槽内鋼浴表面上に向けてガスを
供給する上吹きランスを設けて、鋼浴炭素濃度が高い時
期、好ましくはC濃度が100ppmに達するまで、該上吹き
ランスより酸素ガスを供給し、鋼浴炭素濃度が低下した
時期、好ましくは50ppm以下となるときに該上吹きラン
スより不活性ガス、望ましくはArガスを供給することに
より地金付きトラブルなく極低炭素域迄の迅速脱炭を実
現する方法である。
<実施例> 第1図に本発明を実施する設備の一態様を示す。
真空槽3の下端の環流管4を取鍋4内の230tの溶鋼2
の上部に浸漬し、環流用Arガス導入管5よりArガスを吹
込みリフトポンプ効果により溶鋼と真空槽内に環流させ
る方法は周知のRH法である。
本発明においては真空槽上部より、上吹きランス6を
鋼浴面の環流Arガス上昇部に向けて設け、この上吹きラ
ンスを上吹き酸素ガス配管7及び上吹きArガス配管8に
連結した。
比較例として、上吹きガスラインを使用せず環流用Ar
ガス量のみを変化させて脱炭を行なった。
なお、脱炭処理に供した溶鋼は上底吹き転炉より出鋼
された:300ppm,:500ppmの組成である。
本発明例のケース1は、溶鋼C濃度が50ppmに達した
時点で上吹きランス6を下降させ、Arガスを鋼浴面上に
吹付けた操業、本発明例のケース2は、ケース1の操業
に先立って、上吹きランス6より酸素ガスを吹付け、高
炭素域の脱炭反応により発生する大量のCOガスの一部を
CO2迄燃焼させた操業である。比較例として、上吹きラ
ンス6を使用しない通常のRH操業をケース3および上吹
きランスを使用するものの極低炭域まで酸素ガスを吹き
続けるケース4の操業を行った。
上記の実施例,比較例の実施態様と15分の脱炭処理後
に得られた結果を第1表に示す。ここで、脱炭速度定数
Kcは(1)式で定義されるものである。第1表の結果か
ら明らかなように、ケース1,ケース2の本発明例では、
C<50ppmの低炭素域で脱炭速度定数Kcは0.30min-1程度
と著しく大きく、上吹きArガス吹付けによるスプラッシ
ュ発生が脱炭に寄与していることが示される。その結果
として、15分の脱炭処理により、比較例の到達C量が20
ppm程度であるのに対して、本発明によれば安定して10p
pm以下を実現できており、高品質の連続焼鈍処理向け冷
延板素材を大量に溶製することができる。
また、スプラッシュの積極的な発生による槽内地金付
きは連続的な処理の場合大きな問題となるが、本発明の
脱炭反応前半に、発生するCOガスの一部をCO2に燃焼す
るために、O2ガスを該ランスより吹き付けることによる
真空槽内耐火物昇熱効果が地金付着防止に有効なことを
ケース2で確認した。本方法は、鋼浴面下から鋼浴撹拌
用にArガスを導入する真空精錬法、即ちDH法,VOD法にも
同様に適用出来る。
<発明の効果> 本発明方法によると、極低炭素域での脱炭が迅速に行
え、かつ炭素含有量が10ppm以下の極低炭素鋼を安定し
てえることができ、また真空槽内への大量に発生するス
プラッシュの真空槽内への付着を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施する設備の一態様を示す断面図
である。 1……溶鋼取鍋、2……溶鋼、 3……真空槽、4……環流管、 5……環流用Arガス導入管、 6……上吹きランス、 7……上吹き酸素ガス配管、 8……上吹きArガス配管。
フロントページの続き (72)発明者 住田 則夫 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特公 昭49−12810(JP,B1) 特公 昭37−17652(JP,B1)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器内の溶鋼を真空槽内に環流もしくは吸
    い上げて減圧雰囲気下に移行し脱炭を行う脱ガス方法で
    あって、該真空槽内鋼浴面下より供給する不活性ガスが
    鋼浴から離脱する部位に向けて、脱炭反応後半に不活性
    ガスを鋼浴面上方に設けた上吹きランスより吹き付ける
    ことを特徴とした真空脱ガス処理による極低炭素鋼の製
    造方法。
  2. 【請求項2】容器内の溶鋼を真空槽内に環流もしくは吸
    い上げて減圧雰囲気下に移行し脱炭を行う脱ガス方法で
    あって、該真空槽内鋼浴面下より供給する不活性ガスが
    鋼浴から離脱する部位に向けて、脱炭反応前半には酸素
    ガスを、脱炭反応後半には不活性ガスを鋼浴面上方に設
    けた上吹きランスより吹き付けることを特徴とした真空
    脱ガス処理による極低炭素鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】脱炭反応前半を鋼浴中炭素含有量が100ppm
    以上である時期とした請求項2記載の真空脱ガス処理に
    よる極低炭素鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】脱炭反応後半を鋼浴中炭素含有量が50ppm
    以下である時期とした請求項1または2記載の真空脱ガ
    ス処理による極低炭素鋼の製造方法。
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