JP2978045B2 - 高い脱炭特性を有する溶鋼の真空精錬方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低炭素領域まで脱炭
速度を低下させることなく効率的な精錬が可能となる極
低炭素鋼の精錬方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】極低炭素溶鋼の減圧脱炭方法としては、
ＲＨ、ＤＨが広く用いられている。しかし、炭素濃度を
１０ｐｐｍ以下に低下させる場合には脱炭速度が停滞
し、長時間を要するという問題があった。これを解決す
るためには、通常、ＲＨにおける還流用Ａｒガス流量の
増加や、浸漬管径の増大、あるいはＤＨにおける槽昇降
速度の増加等による溶鋼還流速度の増大といった方法が
取られている。しかし、これらの方法のうち、還流用Ａ
ｒガス流量の増加は耐火物の寿命の低下を招くため限界
があり、浸漬管径の増大は寸法制約上の限界があり、槽
昇降速度の増加も溶鋼の追従性からの限界がある。

【０００３】また、材料とプロセス、第３巻（１９９
０）、１６８においてはＲＨにおける槽内へのＡｒガス
吹き込みによる反応界面積の増大方法が提示されている
が、極低炭素濃度域において効果を得るためには５０Ｎ
ｌ／（ｔｏｎ・ｍｉｎ）以上という大量のガス吹き込み
が必要であり、槽内で激しいスプラッシュを発生させる
ため、操業性を著しく損ねるという問題がある。さら
に、特開昭５７−２００５１４号公報によれば、ＲＨに
おいて還流用のガスを取鍋の底部より吹き込む方法が示
されているが、極低炭素濃度領域で効果を出すために多
量のガスを導入した場合には浸漬管耐火物下端部に気泡
が衝突するため耐火物損耗が激しいという問題点を有し
ている。

【０００４】これに対して、特開昭５３−６７６０５号
公報には、円筒形の管を浸漬し管内を減圧する減圧精錬
炉が提示されているが、この方法では処理中に管内溶鋼
と管外溶鋼とを混合させることを目的として、複数回、
減圧／復圧を繰り返すため、溶鋼反応表面が高真空下に
さらされる時間が短く、極低炭素鋼の溶製の場合には長
時間を要するという問題がある。一方、特開昭５１−５
５７１７号公報においては、円筒形の管を浸漬し管内を
減圧した上で取鍋底部よりポーラスレンガよりＡｒガス
を吹き込む減圧精錬炉が提示されている。

【０００５】しかし、これらで示されているような、円
筒形の浸漬管に溶鋼を吸い上げ、取鍋底部に設けたガス
吹き込み孔から不活性ガスを導入する方式のみでは、安
定して極低炭素領域まで脱炭することができないため実
用化には至っていなく、また、この方法を極低炭素鋼の
精錬に適用した例は示されていない。さらに、この方法
のみでは、処理中のスプラッシュの発生も安定して抑制
できず、また、転炉スラグを巻き込むため高清浄度鋼の
安定した溶製も難しいという問題がある。

【０００６】さらに、本発明者らは特願平３−１４６５
４０号において、取鍋内溶鋼に対して、取鍋内径の３０
〜８０％の大径の直胴形状の容器を溶鋼に浸漬するとと
もに、該直胴浸漬槽内を減圧し、浸漬槽内溶鋼の浴深
（Ｆ）に対して０．５Ｆよりも深い位置から攪拌用ガス
を供給する溶鋼の真空精錬方法を開示した。この方法の
場合、炭素が３０ｐｐｍ以下の脱炭速度は極めて高い値
を示し、かつ、１０ｐｐｍ以下の濃度まで到達するもの
の、炭素が１０ｐｐｍ以下の領域では脱炭速度の低下が
生じるという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上で示したように、
材料とプロセス、第３巻（１９９０）１６８に示された
方法の場合には、激しいスプラッシュを生じるという問
題点があり、また、特開昭５７−２００５１４号公報に
示された方法には耐火物損耗が激しいという問題点を有
していた。さらに、特開昭５３−６７６０５号公報に示
された方法では、処理中に減圧／復圧を繰り返すため
に、溶鋼反応表面が高真空下にさらされる時間が短く、
極低炭素鋼の溶製の場合には長時間を要するという問題
があった。さらに、特開昭５３−６７６０５号公報や特
開昭５１−５５７１７号公報に示された方法で、溶鋼の
還流改善を積極的に図っても、安定して極低炭素領域ま
で脱炭することができない上に、処理中のスプラッシュ
の発生も安定して抑制できず、また、高清浄度鋼の安定
した溶製も難しいという問題があった。また、特願平３
−１４６５４０号に示された方法でも、炭素が１０ｐｐ
ｍ以下の場合には、脱炭速度が低下するという問題があ
った。

【０００８】極低炭素域の脱炭速度をさらに上昇させる
には、気泡活性面積をさらに大きくする必要がある。し
かし、取鍋内に浸漬する部分の直径は取鍋径と浸漬槽耐
火物厚み、サンプリング装置が入りうる間隔等により決
まり、一般には取鍋径の０．５倍程度にしかならない。
この径を有する単純な円筒槽を用いた場合には、幾何学
的には気泡活性面は浸漬槽断面積以上には広がらない上
に、実際には高い混合速度を確保するために低部からの
ガス吹き込み位置は浸漬槽中心軸の延長線に対して偏芯
させる必要があるため、気泡活性面積は浸漬槽断面積よ
りも小さくならざるを得ない。したがって、脱炭速度に
は限界があり、特に炭素濃度が１０ｐｐｍ以下の領域で
脱炭速度が低下した。このためには、取鍋に浸漬する部
分等の取り合い上の制約が無い上側の範囲で浸漬槽径を
広げる方策が考えられるが、浸漬槽を拡大すると湯面高
さが低下し、脱炭速度に対してかえって悪影響を及ぼす
という事実があった。

【０００９】従って、本発明の目的とするところは、激
しいスプラッシュの発生、耐火物損耗、清浄度の低下と
いう問題を起こすことなく、しかも、炭素が１０ｐｐｍ
以下の極低炭素領域まで、常に脱炭速度を低下させない
効率的な精錬を可能とすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に述べ
た従来技術である、円筒形の浸漬槽に溶鋼を吸い上げ、
低部から浸漬槽内へ不活性ガスを導入する方式に基づい
て、種々の条件を変化させた試験を実施したが、炭素濃
度が１０ｐｐｍまでは停滞なしに脱炭が進むものの、１
０ｐｐｍ以下での脱炭速度を増大させることができなか
った。そこで、さらに研究を続行したところ、極低炭素
域においては、単に大径直胴容器を浸漬したのみでは、
吹き込まれたガスによる自由表面の気泡活性度の増大効
果を充分に高めることができず、浸漬槽形状を適正化す
ることが、高い脱炭速度を極低炭素域でも維持できると
いう新しい知見を得た。

【００１１】本発明はこの知見に基づきなされたもので
ある。その要旨とするところは、転炉、電気炉などの精
錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対して、直胴形状の浸
漬槽を溶鋼に浸漬するとともに、該直胴浸漬槽内を減圧
し、該浸漬槽下端よりも低い位置から攪拌用ガスを供給
する溶鋼の真空精錬方法において、該浸漬槽内の圧力が
５０Ｔｏｒｒに減圧された場合に幾何学的に生成される
浸漬槽内浴面位置に対応する水平面を基準として、該水
平面よりも上側の浸漬槽直径を、該水平面より下方の浸
漬槽直径（Ｄ）に対して、１．１×Ｄから２．４×Ｄま
で拡大するとともに、浸漬槽を広げた位置から、槽内に
生成させる実際の湯面位置までの高さを１０ｃｍ以上確
保することを特徴とする、高い脱炭特性を有する溶鋼の
真空精錬方法にある。ここで、浸漬槽を広げた位置か
ら、槽内に生成される実際の湯面位置までの高さを１０
ｃｍ以上確保することが望ましい。ここで、幾何学的に
生成される浸漬槽内浴面位置とは、大気圧下に暴露され
ている浸漬槽外部の浴面位置に対して、次式で計算され
る高さ（ＨＰ；ｃｍ）だけ高い位置を意味する。 ＨＰ＝｛（７６０−５０）／７６０｝×（１０３３／７）

【００１２】

【作用】本発明は、湯面高さを低下させることなしに気
泡活性面積を充分に増大せしめるものである。本発明者
による詳細な実験によれば、槽内の溶鋼は、脱炭で生成
されるＣＯガスと吹き込まれた不活性ガスとによるガス
ホールドアップのため、比重を７として計算される静止
状態での幾何学的湯面位置よりもはるかに高くなってお
り、このガスホールドアップで上昇している部分であれ
ば、浸漬槽を広げても湯面高さは大きくは低下しないこ
とが新たに明かとなった。これは槽径が広がったことに
より空搭速度（ガス流量／断面積）が低下し、それまで
よりも気泡が微細になりガスホールドアップが大きくな
るのが原因であると推定される。したがって、静止湯面
位置よりも上方であれば浸漬槽径を増大させても湯面は
あまり低下せずに気泡活性面積を増加させることが可能
となる。従って、湯面高さを低下させずに浸漬槽径を広
げられる条件として、５０Ｔｏｒｒに減圧された場合に
幾何学的に生成される浸漬槽内浴面位置よりも上の領域
で浸漬槽を広げるという条件が決定される。これを図１
に示す。

【００１３】さらに詳細な研究によれば、静止湯面位置
よりも上側であれば、どの高さで槽径を広げても効果が
ある訳ではないが、ガスホールドアップにより盛り上が
っている実際の湯面の直下で広げても、反応速度は追従
して増大しないことが明かになった。これは、低部より
吹き込んだガス気泡の平均径は、各面内での空搭速度で
規定される、槽内ですでに合体成長し粗大となっている
気泡のまま浮上させても気泡活性面積は広がらない上
に、表面での個々の気泡の破泡時のエネルギーが大きす
ぎるためスプラッシュの発生に消費され反応界面積の増
加につながらないためである。したがって、ある程度の
範囲で広い槽径の領域を設け、合体粗大化している気泡
を再び分離微細化させることが反応速度の増加には必須
となり、そのためには、気泡が分離微細化するための滞
留時間が必要となる。したがって、広げたことに追従し
て気泡径が微細化され反応速度が大きくなるための条件
として、浸漬槽を広げた位置から、槽内に生成される実
際の湯面位置までの高さを１０ｃｍ以上確保することが
決定される。ここで、実際の湯面位置は浸漬槽内の溶鋼
の密度が５として計算される位置として計算される。

【００１４】一方、浸漬槽の直径は、過度に拡大すると
ガスホールドアップにより盛り上がっている領域ではあ
っても湯面高さは低下する上に、槽内に混合が不良の領
域が生成される弊害が出、さらに、不活性ガスが壁面と
接触しなくなるために壁面を核として生成するＣＯガス
を効率的に発生させえなくなり、脱炭速度が悪化する。
この限界条件として、浸漬槽直径（Ｄ）に対して２．４
×Ｄまで拡大することとした。また、槽を拡大する効果
は１．１×Ｄから顕著となる。これは、気泡活性面積の
増大から予測される影響よりも大きな効果であり、垂直
方向に立った壁面に加えて、広げることにより水平面に
広がった壁面が生成される効果が、ＣＯガスの核発生に
大きな効果を持つためと推定される。これを図２に示
す。

【００１５】

【実施例】実施例は、図３に示す形状の取鍋内溶鋼に直
胴型浸漬槽を浸漬し該管内を減圧するとともに、取鍋底
に設けたポーラス煉瓦よりガスを供給し鋼浴を攪拌する
真空精錬装置で実施した。約２００トンの未脱酸溶鋼を
処理し、中間サンプリング結果から炭素濃度が１５〜５
ｐｐｍの間の脱炭速度定数（Ｋ＝ｌｎ（［Ｃ］₁ ／
［Ｃ］₂ ）／ｔ：［Ｃ］₁ ＝１５ｐｐｍ、［Ｃ］₂ ＝５
ｐｐｍ、ｔは炭素濃度が１５ｐｐｍから５ｐｐｍの間の
脱炭時間（分）を示す。）を計算した。底吹きＡｒガス
の流量は５００Ｎｌ／分として、図３に示すＡ／Ｄ（拡
大した浸漬槽内直径／溶鋼に浸漬部の槽内直径）と、Ｈ
（５０Ｔｏｒｒでの静止湯面（ａ）から浸漬槽を拡大す
る位置までの距離）、Ｊ（浸漬槽内の実際の湯面位置
（ｂ）から浸漬槽を拡大する位置までの距離）を変化さ
せた。

【００１６】表１に示す試験番号１から６は実施例であ
るが、いずれも高いＫ値を示している。７と８はＪを１
０ｃｍ以下とした場合であり、実施例に比べると脱炭速
度がやや低下している。一方、試験番号９と１０は浸漬
槽を拡大する位置を、５０Ｔｏｒｒでの静止湯面位置よ
りも低い位置とした例であるが、湯面が大きく低下し脱
炭速度が低下している。試験番号１１は浸漬槽を拡大し
なかった場合であり、充分に大きい脱炭速度は得られて
いない。試験番号１２は浸漬槽径を極端に広げた場合で
あるが、脱炭特性は著しく低下している。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】本発明を用いることにより、激しいスプ
ラッシュの発生、耐火物損耗、清浄度の低下という問題
を起こすことなく、しかも、短時間処理で１０ｐｐｍ以
下の極低炭素領域まで脱炭速度を低下させない効率的な
精錬が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実機試験測定結果であり、１０ｐｐｍ以下の炭
素濃度域での脱炭反応の容量係数に対する５０Ｔｏｒｒ
での静止湯面から浸漬槽を拡大する位置までの距離の影
響を示す図、

【図２】実機試験測定結果であり、１０ｐｐｍ以下の炭
素濃度域での脱炭反応の容量係数に対する拡大した浸漬
槽内直径（Ａ）と溶鋼に浸漬部の槽内直径（Ｄ）の比の
影響を示す図、

【図３】本発明を実施した場合の模式図である。

【符号の説明】

１ 浸漬槽 ２ 取鍋 ３ 底吹きポーラス煉瓦 ４ 溶鋼 Ａ 拡大した浸漬槽内直径 Ｄ 溶鋼に浸漬部の槽内直径 Ｈ ａから浸漬槽を拡大する位置までの距離 Ｊ ｂから浸漬槽を拡大する位置までの距離 ａ ５０Ｔｏｒｒでの静止湯面 ｂ 浸漬槽内の実際の湯面位置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対し
   て、直胴形状の浸漬槽を溶鋼に浸漬するとともに、該浸
   漬槽内を減圧し、該浸漬槽下端より低い位置から攪拌用
   ガスを供給する溶鋼の真空精錬方法において、該浸漬槽
   内の圧力が５０Ｔｏｒｒに減圧された場合に幾何学的に
   生成される浸漬槽内浴面位置に対応する水平面を基準と
   して、該水平面よりも上側の浸漬槽直径を、該水平面よ
   りも下方の該浸漬槽直径（Ｄ）に対して、１．１×Ｄか
   ら２．４×Ｄまで拡大するとともに、浸漬槽を広げた位
   置から、槽内に生成させる実際の湯面位置までの高さを
   １０ｃｍ以上確保することを特徴とする、高い脱炭特性
   を有する溶鋼の真空精錬方法。