JP3607737B2 - 溶鋼の真空脱ガス方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶鋼あるいは溶融合金に含有されている炭素［Ｃ］、窒素［Ｎ］、水素［Ｈ］を減圧・真空下で除去するための効率的な脱ガス方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼や合金に含まれる炭素や窒素は、自動車用薄鋼板、飲料缶用薄鋼板として使用する鋼板の場合には、加工性向上、時効防止等のために、極細線スチール・コード用の鋼は伸延性向上のために極微量である事が要求される。さらに、構造用厚板鋼材・パイプライン用鋼管材は割れ防止のため水素含有量を極微量に制限する。
【０００３】
脱ガス反応は溶鋼あるいは溶融合金（以下、溶鋼と記す）である液相と、気体である気相との界面（気・液界面）で進行する。従って、脱ガス反応速度を増加させ、速やかに極低炭、極低窒素、極低水酸素である溶鋼を溶製するためには、早期に高真空度化を達成する方法とその具体的手段が必要である。
【０００４】
一般に、製鉄業においては、溶鋼あるいは溶融合金（以下単に溶鋼と記述する）の脱ガス処理を、例えば、第３版鉄鋼便覧ＩＩ製銑製鋼編６７１〜６８５ページに示されているような、各種の真空精錬設備を用いて実施している。
【０００５】
溶鋼循環型真空槽を用いた脱ガス法（以下、ＲＨ脱ガス法と記す）では、一般的には、真空槽内の圧力は、真空排気設備の能力で決定される。したがって、現有設備能力以上の高速排気を実施するためには特別な工夫が必要である。かかる観点から、特開昭５５−１４１５１６記載の様に、浸漬管先端をその都度密閉して脱ガス処理前に真空槽を予め排気し、かかる後に浸漬管を溶鋼に浸漬して脱ガス処理を実施する技術が開示されている。しかし、浸漬管先端を密閉する事は、現実的には高温での極めて煩雑な作業となり、真空槽を高真空に保つことは困難である。さらに、脱ガス処理開始時点の圧力をより低下させることはできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は溶鋼の真空処理を実施して、効果良く経済的に極低炭素、極低窒素、極低水素溶鋼を溶製するための脱ガス方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、真空脱ガス精錬設備を用いて溶鋼の脱ガス精錬を実施するにあたり、真空精錬槽および真空排気設備とは別に、気密性を有する真空排気可能な予備タンクを設置して、予め該予備タンクを真空排気し、該溶鋼の真空脱ガス開始と同時に該タンクを真空精錬槽および真空排気設備に連結して脱ガス精錬を開始し、その後、予備タンク内圧力Ｐ_ｂ と真空槽内圧力Ｐ_ｔ との圧力差の値が小さくなった時点で、該予備タンクを真空排気系から切り放して脱ガス精錬を実施する。場合により、脱ガス精錬終了末期に、該予備タンクを真空排気系統に接続して、該予備タンク内を所定の圧力になるよう排気し、次チャージの脱ガス精錬に移行する迄の間、真空排気系統から切り放して、密閉して保持し、次チャージの脱ガス精錬に活用する。
【０００８】
さらに、予備タンクを連結した脱ガス精錬開始直後の真空精錬槽内の圧力Ｐ_ｔ の値を３００ｍｍＨｇ以下となし、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^Ｏ の値と予備タンク容積Ｖ_Ｔ を、真空精錬槽容積Ｖ、脱ガス精錬前の真空精錬槽の真空圧力Ｐの値に基づき（１）式の関係を満足する様に設定する。
【０００９】
【数２】

【００１０】
【作用】
本発明の技術的思想の根源は、限られた排気能力の真空排気設備を最大限に活用して真空槽の早期高真空度化を達成するために、真空排気設備と真空精錬槽とは独立でかつ、連結可能な気密性のタンクを設置し、このタンク内の空気を予め排気しておき、溶鋼の脱ガス処理の開始とほぼ同時に、真空精錬槽あるいは排気設備に連結し、真空槽内を早期に高真空度化する事にある。図１は本発明を実施するための方法の概要を示したものである。
【００１１】
つまり、真空排気設備を用いて溶鋼の脱ガス精錬を実施するにあたり、真空精錬槽３および真空排気設備４とは別に、気密性を有する真空排気可能な予備タンク５を設置して、弁６を閉じて弁７を開き予め該予備タンク５を所定の圧力まで真空排気設備４を用いて真空排気後、弁７を閉じて、弁６を閉じる。かかる後、弁６を開いて該溶鋼１の真空脱ガス精錬を開始し、直後に弁７を開いて溶鋼の真空脱ガスを継続する。その後、予備タンク内圧力Ｐ_ｂ と真空槽内圧力Ｐ_ｔ との圧力差ΔＰの値が小さくなった時点で弁７を閉じて真空槽だけを排気し脱ガス精錬を継続する。好ましくは、ΔＰの値が２０ｍｍＨｇ程度の値になった時に弁７を閉じると良い。図中２は取鍋を示す。
【００１２】
さらに、脱ガス精錬末期に必要に応じて、弁７を開いて該予備タンクを真空排気系統に接続し予備タンクを所定の圧力まで排気後、弁７を閉じて次チャージの脱ガス精錬に活用する。なお、図中の８，１０，１１，１２は、それぞれ開閉弁を示す。
【００１３】
予備タンクの接続は脱ガス精錬初期の真空槽内圧力を速やかに低下させるのに極めて有効な手段であるが、そのままでは排気容積を大きくさせることになり、真空槽をより高真空度にするためには、排気容積をできるだけ小さくする事が必要である。従って、予備タンク内圧力Ｐ_ｂ と真空槽内圧力Ｐ_ｔ との圧力差ΔＰの値が好ましくは２０ｍｍＨｇ以下になった時点で該予備タンクは排気系統から切り放す。かかる方法で、従来と同様な高真空度が実現できる。
【００１４】
以下、脱炭処理を対象に本発明の作用を説明する。
【００１５】
脱炭速度は（２）式で記述できる。
【００１６】
【数３】

【００１７】
ｋ_Ｃ’：速度定数（ｌ／ｍｉｎ）， Ｐ_ｔ ：真空槽圧力（ｍｍＨｇ）
Ｋ：平衡定数（ｍｍＨｇ／ｍａｓｓ％^２ ）
Ｐ_ｃｏ：ＣＯ発生過飽和圧力（ｍｍＨｇ），［Ｃ］，［Ｏ］：炭素，酸素濃度
したがって、脱炭速度を大きくするためには、Ｐ_ｔ の減少速度を大きくしてＰ_ｔ を早期に小さくする必要がある。一方、圧力と容積との関係は一般に（３），（４）式で示される。
【００１８】
【数４】

【００１９】
Ｖ_Ｔ ：予備タンク内容積， Ｖ：真空槽内容積
Ｐ ：脱ガス処理直前の真空槽内圧力， Ｐ^Ｏ ：予備タンク内圧力
つまり、設備上、ＰとＶが一定であるのでＰ^Ｏ の値を小さくし、Ｖ_Ｔ の値を大きくする事によってＰ_ｔ を小さくする事ができる。脱炭が顕著に進行し始めるＰ_ｔ は３００ｍｍＨｇ程度であるので、少なくとも、Ｐ_ｔ とＶ_Ｔ の値は、（４）式の関係を満足するように設定する。好ましくは、Ｐ_ｔ の値は１００ｍｍＨｇ程度にするのが良い。
【００２０】
真空精錬槽容積Ｖは、図６に示す精錬法において、図６（ａ）、図６（ｂ）では、破線で仕切る部分から弁６までの範囲を指し、図６（ｃ）では、取鍋を密閉する器の容積を指す。
【００２１】
本発明の方法に於いて、予備タンク５を真空排気する方法は、別途真空排気ポンプ９を設置して用いてもその効果は同じである。ただし、この場合には、弁６と弁８を閉じて弁７を開き、主排気ダクトも真空排気する事が有効である。
【００２２】
【実施例】
実施例１
ＲＨ脱ガス設備を用いて、２５０トンの溶鋼の脱炭処理を実施した。予備タンクの容積Ｖ_Ｔ と真空精錬槽内容積Ｖの比Ｖ_Ｔ ／Ｖは３〜４であり、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^Ｏ の値は１０ｍｍＨｇ以下である。溶鋼の酸素濃度［Ｏ］は０．０３〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲である。予備タンクはΔＰの値が２０ｍｍＨｇ以下の時に排気系統から切り放した。図２に［Ｃ］の経時変化を示す。本発明の方法により、既存の通常のＲＨでの脱炭処理よりも極低炭素溶鋼が速やかに溶製できる。
【００２３】
実施例２
図６に示す脱ガス設備を用いて、２５０トンの溶鋼の脱炭処理を実施した。連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^O を１０ｍｍＨｇと一定として、予備タンクの容積Ｖ_T と真空精錬槽内容積Ｖの比Ｖ_T ／Ｖの値を変更した。予備タンクはΔＰの値が２０ｍｍＨｇ以下の時に排気系統から切り放した。溶鋼の酸素濃度［Ｏ］は０．０３〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲である。図３に［Ｃ］が２０ｐｐｍに到達するのに要した時間ｔ_[C]=20ppm とＶ_T ／Ｖとの関係を曲線Ａ（実線）で示した。本発明の方法により、既存の通常のＲＨでの脱炭処理よりも極低炭素溶鋼が速やかに溶製できる。
【００２４】
実施例３
図６に示す脱ガス設備を用いて、２５０トンの溶鋼の脱炭処理を実施した。予備タンクの容積Ｖ_T と真空精錬槽内容積Ｖの比Ｖ_T ／Ｖを一定として、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^O の値を変更した。溶鋼の酸素濃度［Ｏ］は０．０３〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲である。予備タンクはΔＰの値が２０ｍｍＨｇ以下の時に排気系統から切り放した。図３に［Ｃ］が２０ｐｐｍに到達するのに要した時間ｔ_[C]=20ppm とＰ^O との関係を曲線Ｂ（破線）で示した。本発明の方法により、既存の通常のＲＨでの脱炭処理よりも極低炭素溶鋼が速やかに溶製できる。設備の相違による違いは極めて小さかった。
【００２５】
実施例４
図６に示すＲＨ脱ガス設備を用いて、２５０トンの溶鋼の脱水素処理を２０ｍｉｎ間実施した。予備タンクの容積Ｖ_Ｔ と真空精錬槽内容積Ｖの比Ｖ_Ｔ ／Ｖは３であり、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^Ｏ の値は１０ｍｍＨｇ以下である。［Ｏ］は０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲である。予備タンクはΔＰの値が２０ｍｍＨｇ以下の時に排気系統から切り放した。
【００２６】
図４に脱水素処理前後の水素濃度［Ｈ］関係を示す。本発明の方法により、既存の通常のＲＨでの脱水素処理よりも極低水素溶鋼が速やかに溶製できる。設備の相違による違いは極めて小さかった。
【００２７】
実施例５
ＲＨ脱ガス設備を用いて、２５０トンの溶鋼の脱窒処理を２０ｍｉｎ間実施した。予備タンクの容積Ｖ_T と真空精錬槽内容積Ｖの比Ｖ_T ／Ｖは３であり、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^O の値は１０ｍｍＨｇ以下である。予備タンクはΔＰの値が２０ｍｍＨｇ以下の時に排気系統から切り放した。［Ｏ］は０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲である。図５に脱窒処理前後の窒素濃度［Ｎ］関係を示す。本発明の方法により、既存の通常のＲＨでの脱水素処理よりも極低水素溶鋼が速やかに溶製できる。設備の相違による違いは極めて小さかった。
【００２８】
【発明の効果】
溶鋼の脱ガス速度が増大し、超極低炭素、極低水素、極低窒素濃度の溶鋼の溶製ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成図を示す図面。
【図２】［Ｃ］濃度の経時変化を示す図面。
【図３】ｔ_{［Ｃ］＝２０ｐｐｍ} とＶ_Ｔ ／Ｖ、およびｔ_２０とＰ^Ｏ との関係を示す図面。
【図４】処理前後の水素濃度［Ｈ］の関係の図面。
【図５】処理前後の窒素濃度［Ｎ］の関係の図面。
【図６】真空脱ガス設備の概要を示す図面。
【符号の説明】
１…溶鋼 ２…取鍋
３…真空精錬槽 ４，９…真空排気ポンプ
５…予備タンク
６，７，８，１０，１１，１２…開閉弁

Claims (3)

1. 気密性の高い真空排気可能な予備タンクを有する真空脱ガス精錬設備を用いて溶鋼の脱ガス精錬を実施するにあたり、予め該予備タンクを真空排気し、該溶鋼の真空脱ガス開始と同時に該タンクを真空精錬槽および真空排気設備に連結して脱ガス精錬を開始し、予備タンクの圧力Ｐ_ｂ と真空槽内圧力Ｐ_ｔ が（１）式で示される関係に到達した時点で、該予備タンクを真空排気系から切り放す事を特徴とする溶鋼の脱ガス方法
   Ｐ_ｔ −Ｐ_ｂ ≦２０ｍｍＨｇ …（１）
2. 請求項１記載の溶鋼の真空脱ガス方法において、脱ガス精錬終了末期に、該予備タンクを真空排気系統に接続して、該予備タンク内を所定の圧力になるよう排気し、次チャージの脱ガス精錬に移行する迄の間、真空排気系統から切り放して、密閉して保持し、次チャージの脱ガス精錬に活用する事を特徴とする溶鋼の真空脱ガス方法
3. 請求項１記載の溶鋼の真空脱ガス方法において、予備タンクを連結した脱ガス精錬開始直後の真空精錬槽内の圧力Ｐ_ｔ の値を３００ｍｍＨｇ以下となし、連結直前の予備タンク内圧力Ｐ^Ｏ と予備タンク容積Ｖ_Ｔ の値を、真空精錬槽容積Ｖ、脱ガス精錬前の真空精錬槽の真空圧力Ｐの値に基づき（２）式の関係を満足する様に設定する事を特徴とする溶鋼の脱ガス方法
   

   

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