JP3481292B2 - 極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＲＨ環流式真空脱ガス
装置を用いて、炭素濃度が極微量、例えば、０．００２
ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼を効率的かつ経済的に製造
するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＲＨ環流式真空脱ガス装置を用いて、極
低炭素鋼を溶製するに当たり、処理前半の真空排気過程
における、脱炭速度の増大は、脱炭処理時間の短縮や処
理後の炭素の極低濃度化に対して重要である。この真空
排気過程において、溶鋼環流速度と真空糟内の減圧速度
は、脱炭反応の速度を支配する重要な因子である。

【０００３】溶鋼環流速度に関しては、特開平１−１３
２７１５号公報や、特開昭６４−７９３１７号公報に開
示されているように、環流ガスの吹込み方法を改善した
り、浸漬管内径を拡大することで、溶鋼環流量を増大す
ることが図られている。

【０００４】減圧速度に関しては、溶鋼環流速度との組
合せにおいて、減圧速度を７６０ｔｏｒｒから１ｔｏｒ
ｒまでの平均速度で１２０ｔｏｒｒ／ｍｉｎ以上とし、
環流用吹込みアルゴンガス流量Ｇ（Ｎ１／ｍｉｎ）を、 Ｇ≧３９×（１０・Ｄ）^2.03 とするＲＨ環流式真空脱ガス装置を用いた極低炭素鋼の
溶製方法が特開昭６０−６３３１１号公報に開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶鋼環流速度と減圧速
度を大きくすることは、脱炭速度の増大に有効である。
しかし、溶鋼環流速度を増大させるためには、環流用吹
込みアルゴンガス流量を増大させたり、真空排気能力を
大きくするための蒸気使用量を増大させたりすることが
必要である。また、減圧速度を増大するためには、蒸気
使用量を増大させねばならない。アルゴン流量や蒸気使
用量の増大は、処理コストの増大を招く。したがって、
処理コストの大幅な増大を避けつつ、溶鋼環流速度と減
圧速度を増大することが課題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
有効に解決するための方法を提供するものであり、その
要旨は、ＲＨ環流式真空脱ガス装置を用いて、溶鋼の真
空脱炭処理を行なうに当たり、真空槽内の圧力が７００
ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒに達するまでの時間をｔ（ｍｉ
ｎ）、環流用吹込みアルゴンガス流量をＧ（Ｎｌ／ｍｉ
ｎ）、浸漬管の内径をＤ（ｍ）、溶鋼重量をＷ（ｔｏ
ｎ）とし、 ｋ_P'＝４．９４／ｔ Ｑ’＝１８．１・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗ とした時、ｋ_P'とＱ’が次の関係式 ｋ_P'≦２・Ｑ’ ｋ_P'≧０．５・Ｑ’ ｋ_P'≧０．１５／Ｑ’ を満たすことを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法であ
り、さらに、浸漬管の下方にガス吹込み管を設置し、溶
鋼中に不活性ガスを吹込む方式のＲＨ環流式真空脱ガス
装置を用いて、溶鋼の真空脱炭処理を行なう場合には、
Ｑ’＝２５．９・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗで定義されるＱ’と
ｋ_P'が、上記の関係式を満たすことを特徴とする極低炭
素鋼の溶製方法である。

【０００７】

【作用】以下、本発明について詳細に述べる。

【０００８】溶鋼の真空脱炭処理における脱炭速度は、
通常（１）式の容量係数ｋ_C'（ｍｉｎ^-1）で評価され
る。

【０００９】 −ｄ［ｍａｓｓ％ Ｃ］／ｄｔ＝ｋ_C'［ｍａｓｓ％ Ｃ］ （ｌ） ここで、［ｍａｓｓ％ Ｃ］は溶鋼中の炭素濃度であ
る。脱炭処理前半において、ｋ_C'を大きくするために、
真空糟内の減圧速度ｋ_P'（ｍｉｎ^-1）と溶鋼単位重量当
たりの溶鋼環流速度Ｑ’（ｔｏｎ／（ｍｉｎ・ｔｏ
ｎ））を大きくすることが重要である。ここで、ｋ_P'は
（２）式で定義する。

【００１０】 ｋ_P'＝ｌｎ（１４０）／ｔ＝４．９４／ｔ （２） ここで、ｔは真空槽内の圧力が７００ｔｏｒｒから５ｔ
ｏｒｒまで減少するのに要する時間（ｍｉｎ）である。
ｋ_P'は、真空槽内の圧力が７００ｔｏｒｒから５ｔｏｒ
ｒまで減少する時の減圧速度定数を表す。

【００１１】一方、Ｑ’は（３）式で定義する。

【００１２】 Ｑ’＝１１．８・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3・｛ｌｎ（３８）｝^1/3／Ｗ （３） ＝１８．１・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗ ここで、Ｇは環流用吹込みアルゴンガス流量（Ｎｌ／ｍ
ｉｎ）、Ｄは浸漬管内径（ｍ）である。ＲＨの脱炭処理
の前半では、真空槽内の圧力が時々刻々変化しているた
め、Ｑ’を求める際の真空槽内圧力は２０ｔｏｒｒで代
表させる。浸漬管の下方にガス吹込み管を設置し、溶鋼
中に不活性ガスを吹込む方式のＲＨ環流式真空脱ガス装
置を用いて、溶鋼の真空脱炭処理を行なう場合には、
Ｑ’は（４）式で定義される。

【００１３】 Ｑ’＝２５．９・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗ （４） 図１は、ｋ_C'に及ぼすｋ_P'とＱ’の影響を示したもので
ある。ｋ_P'＞２・Ｑ’の範囲では、溶鋼環流速度が脱炭
速度を支配する領域であり、この領域において、減圧速
度定数を大きくしても脱炭速度はほとんど増大せず、蒸
気使用量が増加するだけである。

【００１４】一方、ｋ_P'＜０．５・Ｑ’の範囲では、減
圧速度が脱炭速度を支配する領域であり、この領域にお
いて、溶鋼環流速度を大きくしても、環流用吹込みアル
ゴンガス流量が増加するだけで、脱炭速度はほとんど増
大しない。

【００１５】したがって、 ｋ_P'≦２・Ｑ’ かつ ｋ_P'≧０．５・Ｑ’ を満たすｋ_P'とＱ’の範囲で操業することにより、蒸気
および、アルゴンガスの使用量を削減した効率的な脱炭
処理が実現できる、さらに、ｋ_P'＜０．１５／Ｑ’の領
域では、減圧速度定数、溶鋼環流速度ともに小さく、ｋ
_C'が小さいため、十分な脱炭速度を得ることができな
い、したがって、ｋ_P'≧０．１５／Ｑ’の範囲とする。

【００１６】以上より、減圧速度定数と溶鋼環流速度は
次の関係式を満たす範囲に限定する。

【００１７】ｋ_P'≦２・Ｑ’ ｋ_P'≧０．５・Ｑ’ ｋ_P'≧０．１５／Ｑ’ なお、本発明の方法は、溶鋼の脱炭処理のみならず、脱
水素処理、脱窒素処理においても有効であり、それぞれ
において、蒸気使用量、環流用吹込みアルゴンガス流量
を大幅に増大させることなく、除去すべき不純物元素を
極低濃度まで除去することができる。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 初期成分が［Ｃ］；０．０３ｍａｓｓ％、［Ｓｉ］；
０．１ｍａｓｓ％以下、［Ｍｎ］；０．０ｌ〜０．５ｍ
ａｓｓ％、［Ｐ］；０．００５〜０．０２ｍａｓｓ％、
［Ｓ］；０．００３〜０．０２ｍａｓｓ％、［Ｏ］；
０．０３〜０．０８ｍａｓｓ％で重量が３００トンの溶
鋼を、浸漬管の内径が０．６５ｍであるＲＨ環流式真空
脱ガス装置を用いて脱炭処理を行なった。その際、真空
糟内の圧力を７００ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒまで低下さ
せるのに必要な時間と、環流用吹込みアルゴンガス流量
をそれぞれ表１に示す４種類の値にした。

【００１９】

【表１】

【００２０】この時、４種類の操業でｋ_C'が等しいた
め、［Ｃ］濃度の経時変化、到達［Ｃ］濃度は同等であ
り、処理開始から１０分後には０．００２０ｍａｓｓ
％、２０分後には、０．００ｌ０ｍａｓｓ％に達した。

【００２１】図２に、それぞれの場合の２０分間の脱炭
処理での、環流用吹込みアルゴンガス流量と蒸気使用量
を示した。比較例１では、環流用吹込みアルゴンガス流
量は本発明の方法に比べて少ないものの、減圧速度増大
のための蒸気使用量が多くなり、不利である。比較例２
では、蒸気使用量は本発明の方法に比べて少ないもの
の、環流用吹込みガス流量が非常に多くなり、不利とな
る。

【００２２】

【００２３】

【００２４】実施例２ 初期成分が［Ｃ］；０．０３ｍａｓｓ％、［Ｓｉ］；
０．１ｍａｓｓ％以下、［Ｍｎ］；０．０１〜０．５ｍ
ａｓｓ％、［Ｐ］；０．００５〜０．０２ｍａｓｓ％、
［Ｓ］；０．００３〜０．０２ｍａｓｓ％、［Ｏ］；
０．０３〜０．０８ｍａｓｓ％で重量が３００トンの溶
鋼を、浸漬管の内径が０．６５ｍであるＲＨ環流式真空
脱ガス装置を用いて脱炭処理を行なった。その際、６．
２分間で真空槽内の圧力を７００ｔｏｒｒから５ｔｏｒ
ｒまで排気し、その後５ｔｏｒｒに保持した。この間、
環流用アルゴンガスの吹込み流量を３５００Ｎｌ／分と
した（図３に示した本発明の方法１）。図３に示すよう
に比較例３は、真空槽内の圧力を１６．５分間で７００
ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒまで排気し、その後５ｔｏｒｒ
に保持した場合であり、この間、環流用アルゴンガス流
量を２５００Ｎｌ／ｍｉｎとした。比較例３では、処理
開始から１０分後の［Ｃ］濃度が０．００３０ｍａｓｓ
％であるのに対して、本発明の方法では、０．００２０
ｍａｓｓ％であった。

【００２５】実施例３ 初期成分が［Ｃ］；０．０３ｍａｓｓ％、［Ｓｉ］；
０．１ｍａｓｓ％以下、［Ｍｎ］；０．０１〜０．５ｍ
ａｓｓ％、［Ｐ］；０．００５〜０．０２ｍａｓｓ％、
［Ｓ］；０．００３〜０．０２ｍａｓｓ％、［Ｏ］；
０．０３〜０．０８ｍａｓｓ％で重量が３００トンの溶
鋼を、浸漬管の内径が０．６５ｍであり、浸漬管の下方
にガス吹込み管を設置し、溶鋼中に不活性ガスを吹込む
方式のＲＨ環流式真空脱ガス装置を用いて脱炭処理を行
なった。その際、真空槽内の圧力を７００ｔｏｒｒから
５ｔｏｒｒまで低下させるのに必要な時間と、環流用吹
込みアルゴンガス流量をそれぞれ表２に示す４種類の値
にした。

【００２６】

【表２】

【００２７】この時、４種類の操業でｋ_C'が等しいた
め、［Ｃ］濃度の経時変化、到達［Ｃ］濃度は同等であ
り、処理開始から１０分後には０．００２０ｍａｓｓ
％、２０分後には、０．００１０ｍａｓｓ％に達した。

【００２８】図４に、それぞれの場合の２０分間の脱炭
処理での、環流用吹込みアルゴンガス流量と蒸気使用量
を示した。比較例４では、環流用吹込みアルゴンガス流
量は本発明の方法に比べて少ないものの、減圧速度増大
のための蒸気使用量が多くなり、不利である。比較例５
では、蒸気使用量は本発明の方法に比べて少ないもの
の、環流用吹込みガス流量が非常に多くなり、不利とな
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明の方法により、炭素濃度が０．０
０２ｍａｓｓ％以下の極低炭素鋼をＲＨ環流式真空脱ガ
ス装置を用いて、経済的に製造することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、脱炭反応の容量係数ｋ_C'に及ぼす減圧
速度定数ｋ_P'と溶鋼単位重量当たりの溶鋼環流速度Ｑ’
の影響を示す図。

【図２】図２は、脱炭処理中の蒸気使用量と環流用吹込
みアルゴンガス流量を本発明の方法と比較例とで比較し
て示した図。

【図３】図３は、脱炭処理中の［Ｃ］濃度の経時変化を
本発明の方法と比較例とで比較して示した図。

【図４】図４は、脱炭処理中の蒸気使用量と環流用吹込
みアルゴンガス流量を本発明の方法と比較例とで比較し
て示した図。

フロントページの続き (72)発明者 柏原 司 大分市大字西ノ洲１番地 新日本製鐵株 式会社大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭60−63311（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−314819（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−188727（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118730（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/064 C21C 7/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＲＨ環流式真空脱ガス装置を用いて、溶
   鋼の真空脱炭処理を行なうに当たり、真空槽内の圧力が
   ７００ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒに達するまでの時間をｔ
   （ｍｉｎ）、環流用吹込みアルゴンガス流量をＧ（Ｎｌ
   ／ｍｉｎ）、浸漬管の内径をＤ（ｍ）、溶鋼重量をＷ
   （ｔｏｎ）とし、 ｋ_P'＝４．９４／ｔ Ｑ’＝１８．１・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗ とした時、ｋ_P'とＱ’が次の関係式 ｋ_P'≦２・Ｑ’ ｋ_P'≧０．５・Ｑ’ ｋ_P'≧０．１５／Ｑ’ を満たすことを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
2. 【請求項２】 浸漬管の下方にガス吹込み管を設置し、
   溶鋼中に不活性ガスを吹込む方式のＲＨ環流式真空脱ガ
   ス装置を用いて、溶鋼の真空脱炭処理を行なうに当た
   り、真空槽内の圧力が７００ｔｏｒｒから５ｔｏｒｒに
   達するまでの時間をｔ（ｍｉｎ）、環流用吹込みアルゴ
   ンガス流量をＧ（Ｎｌ／ｍｉｎ）、浸漬管の内径をＤ
   （ｍ）、溶鋼重量をＷ（ｔｏｎ）とし、 ｋ_P'＝４．９４／ｔ Ｑ’＝２５．９・Ｇ^1/3・Ｄ^4/3／Ｗ とした時，ｋ_P'とＱ’が次の関係式 ｋ_P'≦２・Ｑ’ ｋ_P'≧０．５・Ｑ’ ｋ_P'≧０．１５／Ｑ’を満たすことを特徴とする極低炭
   素鋼の溶製方法。