JP3296249B2 - 極低窒素鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉で溶製した溶
鋼をＲＨ脱ガス装置を用いて、極低窒素鋼を製造する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼中の窒素は、極く微量でも鋼材の機械
的性質に著しい影響を与え、強度を高める反面、伸び・
絞り等の延性を減ずる。また、鋼中の窒素が高いと、例
えば高強度高靭性が要求される厚鋼板では、溶接時の溶
接熱影響部の低温靭性を著しく低下させる。また自動車
用材料として冷間圧延で製造される加工用薄鋼板では、
プレス成形性等に悪影響を及ぼすことから、従来にもま
して、極低窒素鋼の製造が要望されている。

【０００３】従来は、鋼中の窒素量が２５ｐｐｍ以下で
あるような極低窒素鋼を製造するには、転炉において未
脱酸の状態で出鋼して、溶鋼中の酸素含有量を高めて大
気中からの窒素のピックアップを防止する。更に、ＲＨ
脱ガス装置において、真空下で必要な合金成分を添加
し、最後に脱酸を行うことにより製造されるのが一般的
であった。

【０００４】しかし、上記方法において、転炉で出鋼し
た溶鋼が極低窒素量の水準であっても、その後の脱ガス
処理中に、大気中の窒素が溶鋼に混入し、極低窒素鋼の
製造が困難であった。この理由は、ＲＨ脱ガス装置は、
浸漬管として上昇管と下降管があるが、両者共に耐火物
で構成されており、この耐火物が有する数多くの気孔を
通して大気中から窒素ガスが溶鋼に混入する。そこで、
溶鋼が極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。

【０００５】これを防止するためには、例えば特開平５
−２１４４２９号公報に開示されているように、ＲＨ脱
ガス装置の浸漬管の外側を円筒状の耐火物で包囲して、
浸漬管と耐火物の間をガスパージしている。しかし、こ
の円筒状の耐火物の補修に時間と工数を要する。

【０００６】また、特公平２−１９１６９号公報は、Ｒ
Ｈ脱ガス装置の浸漬管の内部に２重の鉄皮を設けその間
にＡｒガスを充填して、大気の吸収を防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、浸漬管の鉄皮
は溶鋼中に浸されるため非常に大きな熱負荷がかかり、
この熱変形し、そのため耐火物に亀裂等が発生しやす
い。そこで、この亀裂から溶鋼を上昇させるＡｒガスが
取鍋内に吹き出し、溶鋼が撹拌されて溶鋼表面に覆われ
たスラグが溶鋼中に巻き込まれることも起こり、巻き込
まれたスラグにより、溶鋼の汚染あるいは耐火物の溶損
される等の原因となっていた。

【０００８】また、極低窒素鋼の製造に際しては、２重
鉄皮へガスを供給するための配管のつなぎ込み等に時間
を要し、浸漬管の交換時間が長引き、生産性を阻害する
等の原因にもなっていた。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、転炉で溶製した溶鋼をＲＨ脱ガス装置に
より極低窒素鋼を製造するに際して、大気中からの窒素
の混入を、安定的にかつ生産性を阻害することなく防止
できる製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、転炉で溶製し
た溶鋼をＲＨ脱ガス装置において真空脱ガス処理をする
に際して、下記工程を備えたことを特徴とする極低窒素
鋼の製造方法である。 （ａ）ＲＨ脱ガス装置の上昇管として、所定のＡｒガス
吹き込み量が得られる配管を備えた上昇管を使用し、
（ｂ）ＲＨ脱ガス装置の下降管として、ＲＨ脱ガス装置
の上昇管として使用し、前記配管に微小な亀裂を生じた
下降管を使用し、（ｃ）脱ガス処理に際して、まず前記
下降管のＡｒガス吹き込み配管の先端部分を閉塞し、且
つ該下降管のＡｒガス吹き込み配管をＡｒガスにて１気
圧以上に加圧しながら溶鋼を脱ガスする。また、上記Ｒ
Ｈ脱ガス装置の下降管は、ＲＨ脱ガス装置の上昇管とし
て１０回以上使用した上昇管が特に望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】ＲＨ脱ガス装置の浸漬管は、溶鋼
を吸い上げる上昇管と吸い上げた溶鋼を排出する下降管
とで構成されている。新しい浸漬管は、まず上昇管とし
て、環流用Ａｒガス配管からＡｒガスを吹き込みなが
ら、溶鋼を取鍋から真空槽に環流させるために使用さ
れ、所定の回数使用された後、真空槽中で脱ガス処理が
された溶鋼を取鍋に戻すための下降管として再使用され
る。

【００１２】発明者らは、上昇管として使用された後の
環流用Ａｒガスの配管を調べたところ、鋼又はステンレ
ス鋼製の配管を使用した場合、上昇管として１０回以上
使用された配管は、熱疲労現象により配管に微小な亀裂
が発生することを発見した。この亀裂は、Ａｒガス配管
が直径数ｍｍの細管であるため、上昇管としての使用が
３００回以下であれば、所定の環流量が得られるので操
業に支障をきたすほどのものではない。

【００１３】しかし、上昇管としての使用が３００回を
超えると、亀裂が伸展拡大して大きくなりすぎ、Ａｒガ
スのリークが発生し、溶鋼を脱ガスするために必要な循
環量を確保する為の所定のガス吹き込み量を維持するこ
とができないので、交換してこの上昇管を下降管として
使用する。

【００１４】この時、Ａｒガス配管の先端を溶鋼等によ
り閉塞させたのち、配管内をＡｒガスをシール用ガスと
して用い、１気圧以上に加圧すると、上記の配管の亀裂
からＡｒガスが浸漬管を構成する耐火物に浸透するとと
もに、耐火物中の気孔に１気圧以上の圧力がかかり、耐
火物を通しての大気からの窒素のピックアップを防止で
きることになり、極低窒素鋼の製造が可能となる。

【００１５】なおＡｒガス配管の先端部分の閉塞方法
は、溶接によっても、また例えばＡｒガスを流さない状
態で、溶鋼中に下降管を１０分程度浸漬させることによ
り、細径の配管先端部分に溶鋼を流入させた後に凝固さ
せる等の方法がある。

【００１６】

【実施例】本発明の実施するＲＨ装置を図１に示す。図
１に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置１の溶鋼の上昇管
７において、溶鋼環流用のステンレス製のＡｒガス吹込
み管２を所定の回数使用した後、この上昇管を取り外
し、下降管として取り付け使用した。使用に際して、下
降管８のＡｒガスシール管２の配管の先端部分を地金９
により閉塞させ、配管の内部にＡｒガスを流入し加圧し
た。

【００１７】この装置により、以下のような脱ガス処理
を行った。２５０トン転炉で未脱酸状態で取鍋に出鋼し
た。溶鋼中の窒素含有量が１０ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの溶
鋼をＲＨ脱ガス処理をした。なお、実施例で用いた溶鋼
の化学成分は、図７として示す表４に記載した自動車用
の薄鋼板に適用される一般的な低炭素鋼である。

【００１８】また、ＲＨ真空脱ガス装置における、溶鋼
の還流速度は１５０ton／minであり、図示していない脱
ガス装置の排気ユニットは、３段ブースタ及び３段エジ
ェクターを有し、その抽気能力は、図２として示す表１
に記載した。

【００１９】図３及び図５として示す表２及び表３に、
実施した本発明例と比較例のデータを示す。すなわち、
脱ガス処理前の溶鋼中の窒素量（［Ｎ］i ）、脱ガス処
理後の溶鋼中の窒素量（［Ｎ］f ）、窒素量の変化量
（△［Ｎ］）（単位はいずれもppm ）、ＲＨ脱ガス処理
における溶鋼の環流時間、Ａｒガスシール管に負荷する
Ａｒガス圧力（気圧）及び流量（Nl／min ）及びＡｒガ
ス配管を浸漬管の溶鋼上昇管側で使用した回数を示す。

【００２０】なお、浸漬管の溶鋼上昇管側で使用した回
数が、１０回以上３００回以下の場合は、Ａｒガスの流
量は４００〜１５００Nl／min であるが、使用回数が３
００回を超えた場合は、Ａｒガスシール配管からのガス
のリークが大きくなり、約２０００Nl／min を超える。

【００２１】以下、表２及び表３の結果を図４及び図６
により説明する。図４は、脱ガス処理前後の溶鋼中の窒
素量の変化量（△［Ｎ］）とＡｒガス配管に負荷するＡ
ｒガス圧力の関係を示したものである。Ａｒガスの圧力
は０．２〜３．０気圧の範囲で変化させた。また、Ａｒ
ガスの加圧を行わない脱ガス処理もあわせて行った。

【００２２】図４が示すように、Ａｒガスの加圧を全く
行わなかった場合は、常に窒素量の変化量は増加してい
る。Ａｒガスの加圧を行った場合は、脱ガス後の窒素量
は脱ガス前よりも減少するが、Ａｒガスの圧力が１気圧
以下の場合は、増加している（ピックアップ）場合もあ
り、安定した結果が得られていない。一方、Ａｒガスの
圧力が１気圧を超える場合は、安定して窒素のピックア
ップが防止できる。

【００２３】図６は、Ａｒガスの圧力を１．５気圧に一
定とした場合の、脱ガス処理前後の溶鋼中の窒素量の変
化量（△［Ｎ］）とＡｒガス配管を上昇管側で使用した
回数の関係を示したものである。上昇管としての使用回
数が１０回未満のものは、Ａｒガス配管に熱疲労による
亀裂が十分に入らないため、耐火物えのＡｒガスの充填
が十分でないため、窒素のピックアップが起こる。

【００２４】また、使用回数が３００回以上のものは、
窒素のピックアップは防止できるものの、配管の亀裂が
拡大するため、Ａｒガスを多量に流す必要があり、また
ガスのリークが多すぎるため製造コストの増加となると
ともに、繰り返し使用できず操業ができない。一方、使
用回数が１０回から３００回の場合は、安定して窒素の
ピックアップを防止できかつ操業も問題なく行える。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、上昇管と
して、少なくとも１０回以上使用し、Ａｒガス配管に微
小な亀裂を生じさせ、その後下降管として側に使用し、
下降管のＡｒガス配管の先端部分からＡｒガスが漏れ出
ないように閉塞させたのち、Ａｒガス配管を１気圧以上
にＡｒで加圧することにより、微小な亀裂を通して下降
管の耐火物内の気孔を加圧することで、大気中の窒素が
浸漬管の耐火物内への侵入を抑えることができ、溶鋼の
窒素ピックアップを防止できる。

【００２６】また、従来の方法による、浸漬管を交換す
る毎に必要であった配管つなぎ込みによる生産性の低下
もなく、さらに、上昇管としての使用回数が３００回以
内であれば、配管の亀裂からのガスのリークも少なく操
業の面でも問題なない。本発明の方法によれば、要望の
多い、鋼中の窒素量が１５ｐｐｍ以下の極低窒素鋼が安
定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するＲＨ脱ガス装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例に用いたＲＨ真空脱ガス装置の
排気ユニットの排気能力を表１として示す図である。

【図３】実施した本発明例と比較例のデータを表２とし
て示す図である。

【図４】本発明の実施例における脱ガス処理前後の溶鋼
中の窒素量の変化量（△［Ｎ］）とＡｒガスシール管に
負荷するＡｒガス圧力の関係を示す図である。

【図５】実施した本発明例と比較例のデータを表３とし
て示す図である。

【図６】実施例におけるＡｒガスの圧力を１．５気圧に
一定とした場合の、脱ガス処理前後の溶鋼中の窒素量の
変化量（△［Ｎ］）と上昇管として使用した回数との関
係を示す図である。

【図７】実施例における溶鋼の化学成分の範囲を表４と
して示す図である。

【符号の説明】

１．ＲＨ真空脱ガス装置 ２．Ａｒガス吹込み管 ３．合金投入口 ４．取鍋 ５．溶鋼 ６．スラグ ７．上昇管 ８．下降管 ９．地金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高岡 利夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 村井 剛 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 高杉 英登 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−295922（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−316633（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−264131（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−2026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−174815（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転炉で溶製した溶鋼をＲＨ脱ガス装置に
   おいて真空脱ガス処理をするに際して、下記工程を備え
   たことを特徴とする極低窒素鋼の製造方法。 （ａ）ＲＨ脱ガス装置の上昇管として、所定のＡｒガス
   吹き込み量が得られる配管を備えた上昇管として使用
   し、（ｂ）ＲＨ脱ガス装置の下降管として、ＲＨ脱ガス
   装置の上昇管として使用し、前記Ａｒガス吹き込み配管
   に微小な亀裂を生じた下降管を使用し、（ｃ）脱ガス処
   理に際して、まず前記下降管のＡｒガス吹き込み配管の
   先端部分を閉塞し、且つ該Ａｒガス吹き込み配管をＡｒ
   ガスにて１気圧以上に加圧しながら溶鋼を脱ガスする。
2. 【請求項２】 前記ＲＨ脱ガス装置の下降管が、ＲＨ脱
   ガス装置の上昇管として１０回以上使用した上昇管であ
   ることを特徴とする請求項１記載の極低窒素鋼の製造方
   法。