JP2808197B2

JP2808197B2 - 大径浸漬管による溶鋼の真空精錬法

Info

Publication number: JP2808197B2
Application number: JP3173405A
Authority: JP
Inventors: 信也北村; 裕幸青木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH06212241A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大径浸漬管を用いた取鍋
精錬における溶鋼の脱硫及び脱燐方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、極低炭・極低硫及び極低燐鋼を溶
製するに際して、特に脱硫の場合には溶銑の脱硫処理の
みによっては、極低硫鋼を得ることは困難である。その
ため製鋼炉からの出鋼後、二次精錬段階で脱硫処理を行
う必要がある。そこで極低炭・極低硫鋼を製造する場合
に、例えば転炉にて精錬された溶鋼をＲＨ法等の真空脱
ガス処理により脱炭後、Ａｌ，Ｓｉなどを添加して脱酸
し、引き続いてＣａＯとＣａＦ₂を主成分とするフラッ
クスを同一の設備内で添加して撹拌処理し、極低炭・極
低硫溶鋼が製造されている。ところが、上記のフラック
スの添加により真空脱ガス槽内の耐火物の溶損が増大
し、耐火物コストが上昇するのみならず、溶損により安
定操業が困難となり、結果として極低硫鋼の製造が困難
となるという問題がある。また、一般にＲＨ法での精錬
剤添加法は、基本的には下降流が弱いとされているが、
それはＲＨ法においては上昇管側と下降管側の気泡密度
差に基づくヘッド差を駆動力とした気泡ポンプのため、
環流用ガス量を増加させても下降流の流速には限界があ
るためである。そのために、真空槽内で添加したフラッ
クスが取鍋内溶鋼の深い位置まで到達しないこととな
る。このための効率を上げる方法として、例えば、特開
昭６１−３０６１８号公報のように、上昇管下部に設け
たＪ字型浸漬ランスより逆液防止ガスを噴出させつつキ
ャリア−ガスと共に脱硫剤を吹き込み真空処理を開始
し、ノズル孔径への溶鋼飛散を防ぎ、真空脱ガスインジ
ェクション操業を高能力で行うことにある。また、特開
昭６１−１２８１５号公報にあっては、ＲＨ真空槽下部
に設けた羽口より、不活性ガスのキャリア−ガスと共に
脱硫剤を吹き込むことにより効率良く溶鋼に粉体精錬剤
と接触反応させ高品質の不純物精錬が出来るというもの
である。更には、特開昭６０−１８４６１８号公報並び
に実開昭５７−１５０５４５号公報には、ＲＨ装置にて
減圧下におき、この減圧時に酸化剤粉末を上吹きして、
これを脱炭せしめ、このとき生じる脱窒を促進させ、処
理時間の短縮、これによる溶鋼温度の低下を防ぐこと、
及び溶解槽付き減圧装置を設け、この減圧装置の上方か
ら溶解槽に上下動可能な長尺の粉体吹き込みランスを設
けて精錬剤を吹き込む減圧精錬装置が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように減圧精錬装
置内に精錬剤を吹き込まれた場合には、一般には、キャ
リア−ガスによる気泡内に精錬剤が捕捉されたまま浮上
する確率が極めて高く、しかも、特にＲＨ法の場合に
は、槽内浮上後のフラックスは循環流に乗り、短時間の
内に槽外へ排出されるため、有効に溶鋼と精錬剤が接触
しない。例えば特開昭６１−３０６１８号公報及び特開
昭６１−１２８１５号公報にあっては、激しいスプラッ
シュの発生する問題がある。このためＲＨ法で槽内溶鋼
に粉体を吹き付ける効果は、表面直下で瞬時に反応する
ことから効果が上がる脱窒に利用できる特開昭６０−１
８４６１８号公報のような技術もあるが、脱硫精錬には
適用出来ない欠点がある。また、実開昭５７−１５０５
４５号公報の如き取鍋での精錬剤吹き込みは、スプラッ
シュが多い上に吹き込み位置と撹拌用ガス供給孔が同一
のためガス供給位置が浅く、浮上したフラックスは、再
度溶鋼中に懸濁しにくく効果が悪い種々の欠点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これら従
来の溶鋼の脱ガス方法の欠点を解消すべく詳細な検討と
実験を重ねた結果、真空精錬装置において、溶鋼の槽内
での溶鋼高さに対して一定の深さを持つ、深い位置から
攪拌ガスを供給し、かつ、浸漬管内に一定の気泡活性面
積を形成させながら、真空槽内での溶鋼の表面に精錬剤
を添加することにより、精錬剤が溶鋼と効果的に接触し
精錬効果を向上することを新しく見い出したものであ
る。その要旨とするところは、（１）取鍋内の溶鋼に大径浸漬管を浸漬し、該大径浸漬
管内を減圧すると共に、取鍋底部より攪拌用ガスを供給
する真空精錬法において、取鍋内の溶鋼高さ（Ｈ）に対
して０．５Ｈよりも深い位置から攪拌用ガスを供給し、
かつ該大径浸漬管内に形成される気泡活性面積を４０〜
９５％とすることによって溶鋼に浸漬管壁面に沿う下降
流を与え、該大径浸漬管内溶鋼表面に精錬用フラックス
を添加することを特徴とする大径浸漬管による溶鋼の真
空精錬法。（２）未脱酸状態の溶鋼に脱燐用精錬剤を添加して脱燐
反応を進行させた後、脱酸剤を添加して脱酸し、引続い
て脱硫精錬剤を添加して脱硫を行う請求項１記載の大径
浸漬管による溶鋼の真空精錬法にある。

【０００５】

【作用】以下本発明について図面に従って詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例の説明図であり、溶鋼４
は、取鍋１に収容され、大径浸漬管２は取鍋１内の溶鋼
４に浸漬静止される。大径浸漬管２は排気管と連通し、
大径浸漬管２内の真空度に応じて、大径浸漬管２内に溶
鋼４が吸い上げられる。そして大径浸漬管２の下部断面
が垂直下方に当る取鍋１の底部に配設されたポ−ラスプ
ラグ３より不活性ガス５が溶鋼中に吹き込まれ、溶鋼４
が撹拌混合される。一方、大径浸漬管２の上方からは精
錬剤吹き込みランス６を設け、この精錬剤吹き込みラン
スより粉体及びキャリア−ガスが吹き込まれる。この場
合に、取鍋内溶鋼の深い位置からのガス撹拌下での流動
状況について、水モデルや数値計算により実験を重ねた
結果、溶鋼ヘッドが高いと気泡の浮力による溶鋼循環力
が極めて大きく逆に強い下降流が形成される新しい知見
を得た。従って、この下降流の形成に伴う真空槽内溶鋼
表面に添加した精錬剤は殆ど全てが溶鋼内に懸濁し、吹
き込まれた場合と同等の効果を有することが判明した。
更にこの場合にはキャリア−ガスによる精錬剤の捕捉が
起らないので、精錬剤と溶鋼の接触が良く、そのために
脱硫効率が向上するものである。しかも、酸化鉄濃度の
高い転炉スラグは短時間の撹拌で、浸漬槽と取鍋との間
隙へ流出し、たとえ脱硫反応をした後の精錬剤が大径浸
漬槽外へ流出しても、この間隙部分は殆ど撹拌を受けて
いないため、反応速度が遅くそのため復硫反応が起らな
い。

【０００６】そこで上述のような強い下降流を生成させ
るための撹拌用ガスの供給位置を種々実験した結果、取
鍋内溶鋼高さ（Ｈ）としたときに、その取鍋内溶鋼高さ
の０．５Ｈよりも深い位置からの撹拌用ガスの供給が必
要であること、並びにガス量を０．６〜１．５Ｎｌ（ｍ
ｉｎ・ｔｏｎ）とする必要があることを確認した。更
に、真空面上の精錬剤が溶鋼内に巻き込まれるために
は、気泡活性面積が４０〜９５％とする必要がある。こ
こで、気泡活性面積とは、吹き込まれたガス気泡が表面
に浮上する領域であると定義される。この気泡活性面積
については、水モデルや水銀モデル、あるいは実機での
観察結果により、垂直方向に吹き込まれたガスに対する
気泡活性面積（Ａｎ）は（１）式で、水平方向に吹き込
まれたガスに対する気泡活性面積（Ａｕ）は（２）式で
与えられる。Ａｎ＝３．１４×（０．２１２×Ｈ）² ‥‥‥‥（１）Ａｕ＝３．１４×（７×Ｑ⁰・⁶⁷）²／２ ‥‥‥‥（２）ここで、Ｈは吹き込み位置から溶鋼面までの距離（ｍ）
であり、Ｑはノズル１個当りのガス吹き込み量（Ｎｍ³
／ｓ）である。このように、気泡活性面積を（１）
（２）で表わすことが出来る。また、気泡活性面積比は
（気泡活性面積／真空表面積）×１００％で表示する。
ここで真空表面積とは図１ないし図２に示す真空表面積
Ａの面積を意味し、気泡活性面積は取鍋低部より撹拌用
ガ吹き込まれたガスが浮上して真空溶鋼表面に浮上する
領域をａで表示する。この気泡活性面積が４０〜９５％
を必要とする。この理由は気泡活性面積においては真空
表面上の精錬用フラックスが気泡の破裂時に微細粒子と
して分離されて溶鋼内に巻き込まれるためである。これ
によって微細なフラックスと溶鋼中のＳ及びＰが活発に
接触しフラックスとの反応を促進させるものである。こ
の関係を図３に示す。図３は気泡活性面積比と脱Ｓ率と
の関係を示すもので、この場合に気泡活性面積比が４０
％未満であると気泡活性面が少なくフラックスの微細化
とその巻き込みが少ないため脱Ｓ効率が極めて悪い。ま
た、逆に気泡活性面積比があまり大きく９５％を超える
と巻き込み下降流が小さくなってしまい、そのために反
応が進行しないことになる故、脱Ｓ効果を考慮して４０
％〜〜９５％の範囲と定めた。

【０００７】更に、好ましい条件としては真空槽表面よ
りも下の位置を境として、それよりも上部の大径浸漬槽
内を拡げることで、その部分に小さな反転流を生じさ
せ、巻き込まれたフラックスの溶鋼内滞留時間を増加さ
せるとより一層の良好な効果的反応が得られることがわ
かった。また、溶鋼の流れの状態については、真空槽表
面で壁に向かう水平方向の流れがあり、それが壁面に当
って下向きの流れとなる。この下向きの流れに乗って精
錬剤は溶鋼内に分散される。このようにして巻き込まれ
た精錬剤粒子は大径浸漬槽下端を通過する際に、流れに
乗って取鍋底部へ、さらに巻き込まれるものと、浮力で
大径浸漬槽外部へと浮上する粒子に分かれる。しかし、
この場合に下向きの流れが極端に弱いと、大径浸漬槽外
に出る確率が高くはなるが、ガス流量を低下させて下向
きの流れを弱めると急に精錬剤は巻き込まれにくくなる
結果を生じる。図２は本発明に係る他の実施例を示す説
明図である。基本的には図１と同じであるが大径浸漬管
２の上部拡がり部７を設けたことに特徴がある。すなわ
ち、このように大径浸漬管２の上部をやや拡げること
で、この部分の壁面近傍に反転流の渦を作り精錬剤を巻
き込むための流れを弱めることなく下向きの流れを弱く
して大径浸漬管外へ流出する確率を小さくすることが出
来る。また、精錬剤がこの反転流の中に捕捉されるた
め、溶鋼と効率的に接触することが出来、さらに精錬効
率が向上するものである。なお、本発明に係る精錬用フ
ラックスとしては生石灰や生石灰と螢石の混合物を用い
ることが好ましい。また、精錬用フラックスの供給方法
としては上からの投入、好ましくは微粒フラックスをス
プラッシュの発生なしに添加できる上吹きランスからの
吹き付け法がある。

【０００８】上述したように、本発明の場合は一旦巻き
込まれた精錬剤粒子は大径浸漬管下端を通過する際にあ
る確率で大径浸漬管外部へ浮上分離される。従って、精
錬剤添加後、ある時間を経過すれば大部分の精錬剤は大
径浸漬管外部へ流出されることになる。一方、大径浸漬
管外部と取鍋の間隙の部分は撹拌が少ないので反応の進
行は極めて遅い。このため、未脱酸状態で脱燐用精錬剤
を添加し、その後ある時間経過後に脱酸剤を添加するこ
とにより脱酸を行い、引き続いて脱硫用精錬剤を添加し
ても、先に添加された脱燐用精錬剤は殆んどが大径浸漬
管外部へ浮上されているために、復燐を起こすことな
く、脱硫反応が進行できるものである。ここで未脱酸状
態とは、溶鋼中の溶解酸素濃度が２００ｐｐｍ以上の状
態を定義する。また、脱燐用精錬剤としては、生石灰と
酸化鉄あるいは、生石灰、螢石と酸化鉄の混合物があ
る。

【０００９】なお、上記の具体的な工程としては、次の
２つがある。第１は真空状態で脱燐用精錬剤添加後、大
径浸漬管内の脱燐精錬剤が槽外へ排出されただけの時間
撹拌し、その後、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎといった脱酸剤を添
加し、さらに真空状態のまま、脱硫精錬剤を添加する工
程と、第２は真空状態で脱燐用精錬剤を添加し、脱燐反
応を充分進行させた後、真空度を低下させ、大径浸漬管
内真空下溶鋼面と大径浸漬下端との距離を小さくした状
態で撹拌し、脱燐剤をより大径浸漬管外へ流出し易くさ
せた後、再び真空状態とし、脱酸剤添加による脱酸と、
引き続き脱硫剤添加による脱硫工程を行う方法がある。

【００１０】

【実施例】

実施例１１７５トン取鍋を用いて、図１に示す真空精錬炉におい
て実施した。いずれの場合も脱炭処理前の炭素濃度４０
０ｐｐｍであり、脱炭処理後の炭素濃度が５〜２０ｐｐ
ｍの範囲の溶鋼に対し、Ａｌを添加して脱酸後、撹拌用
ガス吹き込み位置を種々変えて生石灰と螢石の重量比
８：２〜５：５に混合したフラックスを粉体吹き付け、
粉体インジェクションないし塊状品投入した結果の各脱
硫率について表１に比較例と共に掲げた。その結果、比
較例である撹拌用ガス吹き込み位置０．５Ｈ未満ないし
ＲＨ法並びに気泡活性面積４０％未満の条件の場合の比
較例に対して本発明法による場合には、脱硫率が非常に
高いことがわかる。

【００１１】

【表１】

【００１２】実施例２実施例１と同様、１７５トン取鍋を用いて、図２に示す
真空精錬炉において実施した。いずれの場合も処理前の
炭素濃度４００ｐｐｍであり、溶解酸素濃度５００ｐｐ
ｍ、処理後の炭素濃度が５〜２０ｐｐｍの範囲で、撹拌
用ガス吹き込み位置を１．０Ｈとし、溶鋼に対して生石
灰と螢石と酸化鉄の混合粉体を吹き付け脱燐処理を行な
った後に、Ａｌを添加して脱酸した。次いで脱酸前槽内
溶鋼面と大径浸漬管下端との距離を種々変えて生石灰と
螢石の重量比８：２〜５：５に混合したフラックスを粉
体吹き付けしたときの脱硫率及び脱燐率について表２に
比較例と共に示す。その結果、比較例である撹拌用ガス
吹き込み位置０．５Ｈ未満のもの、及び取鍋脱ガス法並
びに気泡活性面積４０％未満の条件の場合の比較例に対
して本発明法による脱硫率及び脱燐率はそれぞれ非常に
高いことがわかる。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を実施するこ
とによって、激しいスプラッシュの発生による操業上の
問題を引き起こすことなしに、極めて高い効率で脱硫反
応及び脱燐反応を進行させることが可能となり、従って
効率的な精錬方法として工業上極めて優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示す説明図、

【図２】同、本発明に係る他の実施例を示す説明図、

【図３】気泡活性面積比と脱Ｓ率との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１取鍋、２大径浸漬管、３ポ−ラスプラグ、４溶鋼、５不活性ガス、６精錬剤吹き込みランス、７大径浸漬管下部拡がり部、Ａ真空表面積、ａ気泡活性面積。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 7/10 C21C 7/076

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋内の溶鋼に大径浸漬管を浸漬し、該
大径浸漬管内を減圧すると共に、取鍋底部より攪拌用ガ
スを供給する真空精錬法において、取鍋内の溶鋼高さ
（Ｈ）に対して０．５Ｈよりも深い位置から攪拌用ガス
を供給し、かつ該大径浸漬管内に形成される気泡活性面
積を４０〜９５％とすることによって溶鋼に浸漬管壁面
に沿う下降流を与え、該大径浸漬管内溶鋼表面に精錬用
フラックスを添加することを特徴とする大径浸漬管によ
る溶鋼の真空精錬法。
【請求項２】未脱酸状態の溶鋼に脱燐用精錬剤を添加
して脱燐反応を進行させた後、脱酸剤を添加して脱酸
し、引続いて脱硫精錬剤を添加して脱硫を行うことを特
徴とする請求項１記載の大径浸漬管による溶鋼の真空精
錬法。