JP3752080B2

JP3752080B2 - ダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法

Info

Publication number: JP3752080B2
Application number: JP22233798A
Authority: JP
Inventors: 裕幸青木; 晃平木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000038613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧精錬により極低炭素の溶鋼を溶製する際に、ダストの発生を少なくし、脱炭速度等の低下を防止できる溶鋼の減圧精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼の炭素あるいは窒素濃度を低下させる方法として、真空（減圧）を利用したＲＨ、ＤＨやＶＯＤ等が広く用いられている。しかし、これ等の方法では、溶鋼の炭素、窒素濃度をある程度にまで低減できるが、特に、炭素（Ｃ）等を極低濃度域まで低減した溶鋼の溶製が困難である。
従って、減圧下における精錬効率を高めて極低炭素の溶鋼の溶製を行う方法として、例えば、特開昭５１−５５７１７号公報に記載された円筒形の浸漬管を浸漬し、この浸漬管内を減圧すると共に、取鍋の底部に設けた不活性ガスの吹き込み孔から溶鋼中に不活性ガスを供給して精錬を行う方法が提案されている。
また、特開平６−２１２２４２号公報に記載された全溶鋼表面積の１０％以上の気泡活性面積を有する円筒形の浸漬管を浸漬して、内部を減圧し、取鍋の底部から溶鋼中に不活性ガスを供給しながら、減圧した表面の気泡活性面積の３０〜８０％の範囲に相対的に強攪拌の気泡活性面を形成させる溶鋼の脱炭精錬の方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５１−５５７１７号公報に記載された精錬方法では、脱炭精錬の初期の減圧と攪拌の際に、溶鋼中の炭素と過剰のフリー酸素が急激に反応して発生するＣＯガスと供給された不活性ガスによって、地金の塊や地金粒、地金の微細粒等のダストが発生して、浸漬管、真空槽や排気系のダクト等に付着や堆積が生じる。
このダストの付着や堆積は、溶鋼中の炭素濃度が脱炭されて低くなる頃に再溶解して、溶鋼中の炭素濃度の上昇（炭素ピックアップ）を招くことになる。
この溶鋼の炭素濃度の上昇は、相対的な脱炭速度を低下させ、処理時間が延長して取鍋や浸漬管等の耐火物の損耗が発生したり、場合によっては、飛散したダストにより排気系のダクト等が閉鎖して操業の支障になる。
更に、処理中の溶鋼の炭素濃度が高くなると脱炭精錬を終了した際の到達炭素濃度も高くなり、極低炭素の溶製が困難となる等の問題がある。
また、特開平６−２１２２４２号公報に記載された精錬方法では、脱炭速度が速いので、短時間の内に７ｐｐｍ以下の溶鋼を溶製できる利点がある。
しかし、気泡活性面積の３０〜８０％の範囲に強攪拌域を形成しているので、この範囲内において、前述と同様に溶鋼中の炭素と過剰のフリー酸素が急激に反応して発生するＣＯガスと供給された不活性ガスによって、地金の塊や地金粒、地金の微細粒等のダストが発生して、浸漬管、真空槽や排気系のダクト等に付着や堆積を生じ、排気系のダクト等の閉塞等を招く場合がある。
また、前述した特開昭５１−５５７１７号公報に記載の精錬の方法と同様に、溶鋼中の炭素濃度の上昇（炭素ピックアップ）が起こり、相対的に脱炭速度が低下し、処理時間の延長により取鍋や浸漬管等の耐火物の損耗を招き、脱炭精錬を終了した際の到達炭素濃度も高くなり、極低炭素の溶鋼の溶製が困難となる等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、処理中のダストの発生を少なくして、浸漬管、真空槽や排気系のダクト等への付着や堆積の防止と、耐火物の損耗を抑制し、安定した脱炭を行うことができるダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法は、一本の浸漬管を取鍋内の溶鋼に浸漬して、前記浸漬管内の溶鋼浸漬部の内表面積を前記取鍋内の溶鋼の全表面積の０．１〜０．７とし、且つ前記取鍋内の底部から０．６〜１５ＮＬ／（分・溶鋼トン）の不活性ガスを吹き込みつつ減圧状態で脱炭精錬を行う溶鋼の減圧精錬方法において、前記脱炭精錬を開始する際の前記溶鋼の酸素濃度を２００〜８００ｐｐｍに調整し、前記脱炭精錬の初期の真空度が１００〜７５０ｔｏｒｒの低真空となるように前記浸漬管内を減圧して脱炭を行い、次いで、炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満に到達した後、真空度が１００ｔｏｒｒ未満の高真空となるように前記浸漬管内を減圧して脱炭する。
ここで、脱炭精錬の初期の真空度が７５０ｔｏｒｒを超える低真空度領域では、取鍋の底部から吹き込んだ不活性ガスによる脱炭速度が低下して処理に時間を要し、これによって、浸漬管や取鍋等の耐火物の損耗が増加する。また、脱炭精錬の初期の真空度が１００ｔｏｒｒ未満の高真空度になると取鍋の底部から吹き込んだ不活性ガスによる脱炭速度が大きくなり過ぎて、溶鋼中の炭素と過剰のフリー酸素の急激な反応により生成したＣＯガスの放出に随伴してダストの飛散や突沸が発生する。
【０００６】
そして、脱炭精錬を開始する際の酸素濃度が２００ｐｐｍ未満では、溶鋼の炭素と反応する酸素の絶対量が不足して脱炭反応が十分に起きず、脱炭精錬の到達炭素濃度が高くなる。一方、酸素濃度が８００ｐｐｍを超えると、減圧状態で溶鋼の炭素と反応する酸素の絶対量が増大して突沸やダストの発生と、溶鋼中の炭素濃度の上昇により相対的な脱炭速度が低下する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の実施の形態に係るダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法を適用した減圧精錬装置１０の断面図である。
まず、減圧精錬装置１０は、鋼製で耐火物（図示せず）を内張りした取鍋１１と、取鍋１１内の溶鋼１２に浸漬する浸漬管１３及び浸漬管１３に連結される真空槽１４と、浸漬管１３及び真空槽１４の内部を排気して減圧するためのエゼクターに連接した排気ダクト１５と、浸漬管１３内に合金鉄等を添加するための貯蔵ホッパー１６と添加シュート１７とを備えている。
更に、取鍋１１の底部１８には、取鍋１１内に不活性ガスを吹き込むためのポーラスプラグ１９を設けている。
なお、１２ａは浸漬管１３内の溶鋼１２の湯面であり、１３ａは浸漬管１３と真空槽１４をボルト・ナット等の締結手段により接合するためのフランジである。
【０００９】
次に、減圧精錬装置１０を適用したダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法について説明する。
取鍋１１に転炉等の精錬炉（図示せず）により、炭素濃度が２００〜５００ｐｐｍに脱炭精錬された１５０トンの溶鋼１２を受鋼し、ポーラスプラグ１９から不活性ガスの一例であるアルゴンガスを溶鋼１２中に０．６〜１５ＮＬ／（分・溶鋼トン）吹き込みながら、この溶鋼１２内に浸漬管１３を浸漬して、浸漬管１３及び真空槽１４内を１００〜７５０ｔｏｒｒに減圧した。
また、この取鍋１１と浸漬管１３の条件としては、浸漬管１３の溶鋼浸漬部の内表面積（Ｓ₁）／取鍋１１内の全溶鋼表面積（Ｓ）を０．１〜０．７となるようにした。これは、（Ｓ₁）／（Ｓ）が０．１より小さいと浸漬管１３内に吹き込まれたアルゴンガスにより形成される気泡活性面（アルゴンガス気泡の放出面）が狭くなり脱炭の進行が阻害され、（Ｓ₁）／（Ｓ）が０．７より大きくなるとサンプリング等の作業性が阻害されるからである。この理由から（Ｓ₁）／（Ｓ）を０．１５〜０．６５にするとより好ましい結果が得られる。
そして、ポーラスプラグ１９から供給されるアルゴンガスによって、取鍋１１内の溶鋼１２が図１中の矢印で示す流れによる攪拌と、浸漬管１３内の溶鋼１２の湯面１２ａで膨張したアルゴンガスの気泡活性面により脱炭反応が促進され、脱炭が行われる。
この脱炭は、溶鋼１２中の炭素濃度が１５０ｐｐｍ以上の領域において、浸漬管１３内の真空度が１００ｔｏｒｒ未満の高真空にならないように調整しているので、溶鋼中の炭素とフリー酸素の急激な反応が抑制され、ＣＯガスの放出に伴うダストの飛散が防止できる。一方、脱炭速度は、溶鋼１２中の炭素濃度が高い領域にあるので、良好な値に維持することができ、所定の炭素濃度に短時間で到達できる。
【００１０】
特に、脱炭精錬を開始する際の溶鋼１２中のフリー酸素濃度の値を２００〜８００ｐｐｍに調整することにより、過剰のフリー酸素が炭素と反応して急激に発生するＣＯガスの放出及びアルゴンガス気泡の破泡作用によって生ずる地金の塊や地金粒、地金の微細粒等からなるダストの発生を抑制できるので、浸漬管１３、真空槽１４や排気系のダクト１５等に付着や堆積するのを防止でき、飛散したダストに起因する排気系のダクト等の閉塞に伴う操業の支障等が回避できる。
この浸漬管１３や真空槽１４に付着したり、堆積するダストを防止することにより、このダストが再溶解して溶鋼１２中の炭素濃度が上昇（炭素ピックアップ）するのを抑制できるので、脱炭速度が低下するのを防止し、短時間で安定した脱炭が可能となり、脱炭精錬を終了した際に、１５０ｐｐｍ未満の炭素濃度に容易に到達できる。
【００１１】
次に、溶鋼１２中の炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満になった時点で、エゼクターの排気を高めて、浸漬管１３及び真空槽１４内を１００ｔｏｒｒ未満（１００ｔｏｒｒ〜０．１ｔｏｒｒ）の高真空度に減圧し、アルゴンガスを溶鋼１２中に０．６〜１５ＮＬ／（分・溶鋼トン）吹き込みながら引き続き脱炭を行う。
この脱炭は、最初の脱炭を行う際に、溶鋼１２中のフリー酸素の値を２００〜８００ｐｐｍに調整しているので、炭素と反応するフリー酸素の量が十分であり、アルゴンガスの吹き込みによる溶鋼１２の攪拌と共に、浸漬管１３内の溶鋼１２の湯面１２ａの表面の気泡活性面により、脱炭反応が積極的に生じて、短時間の精錬により７ｐｐｍ以下の極低炭素濃度まで到達できる。
この理由から、ダストの発生を抑制した低真空度の脱炭精錬から１００ｔｏｒｒ未満の高真空度の脱炭精錬に切り換える溶鋼１２中の炭素濃度は、１４０〜３０ｐｐｍにすると脱炭精錬を終了した際の到達炭素濃度を安定して低くできるのでより好ましい。
また、浸漬管１３の溶鋼浸漬部の内表面積（Ｓ₁）／取鍋１１内の全溶鋼表面積（Ｓ）を０．１〜０．７にしているので、吹き込みアルゴンガスにより形成される浸漬管１３内の気泡活性面（アルゴンガス気泡の放出面）を適正な範囲に維持することができ、最終精錬によって到達する炭素濃度を安定して低くできる。
最終の脱炭精錬を終了すると、エゼクターを停止して浸漬管１３及び真空槽１４内を大気圧に複圧した後、浸漬管１３を溶鋼１２から上昇する。その後、溶鋼１２を連続鋳造して鋳片にして圧延加工等を行う。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明に係わるダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法の実施例について説明する。
転炉を用いて、炭素濃度を３００ｐｐｍに脱炭し、酸素濃度を２００ｐｐｍに調整した１５０トンの溶鋼１２を入れた取鍋１１内に、ポーラスプラグ１９からアルゴンガス５ＮＬ／（分・溶鋼トン）を吹き込みながら、取鍋１１内の全溶鋼表面積に対する浸漬管の溶鋼浸漬部の内表面積（Ｓ₁／Ｓ )が０．３５となる内径を有する浸漬管１３を浸漬した。
そして、浸漬管１３及び真空槽１４内を減圧して脱炭精錬を行い、ダスト発生、脱炭速度及び到達炭素濃度（脱炭精錬の終了時の炭素濃度）を調査した。
【００１３】
表１に示すように、まず、実施例１は、取鍋１１内の溶鋼１２の全表面積に対する浸漬管１３の溶鋼浸漬部の内表面積が０．３５となる浸漬管１３を使用して、脱炭処理前炭素濃度が３００ｐｐｍから１５０ｐｐｍになるまでの範囲の真空度を２００ｔｏｒｒにして最初の脱炭精錬を行い、次に、溶鋼１２の炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満となった時点で、真空度を２ｔｏｒｒの高真空度にして最終の脱炭精錬を行った。
その結果、比較例である炭素濃度に応じて真空度を変えない（常に５ｔｏｒｒ）場合に比べて、ダスト発生指数が０．６と大幅に減少しており、脱炭速度指数も１．４倍の良好な脱炭が行われており、到達炭素濃度が５ｐｐｍまで低減でき、総合評価として優れた（○）結果が得られた。
また、実施例２は、取鍋１１内の溶鋼１２の全表面積に対する浸漬管１３の溶鋼浸漬部の内表面積が０．５０となる浸漬管１３を使用して、脱炭処理前炭素濃度が３００ｐｐｍから１５０ｐｐｍになるまでの範囲の真空度を６００ｔｏｒｒにして最初の脱炭精錬を行い、次に、溶鋼１２の炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満となった時点で、真空度を５ｔｏｒｒにして最終の脱炭精錬を行った。
その結果、比較例に比べて、ダスト発生指数が０．５と大幅に減少しており、脱炭速度指数も１．３倍の良好な脱炭が行われており、到達炭素濃度が７ｐｐｍまで低減でき、総合評価として優れた（○）結果が得られた。
【００１４】
【表１】

【００１５】
これに対して、比較例は、脱炭処理前炭素濃度３００ｐｐｍから脱炭精錬を終了するまでの間、炭素濃度に応じて真空度を変えなかった場合であり、実施例１、２に比べてかなり多くのダストが発生し、脱炭速度指数も１．０とかなり低下しており、到達炭素濃度が１０ｐｐｍとなり、総合評価として悪い（×）結果となった。
【００１６】
なお、実施例１、２においては、酸素濃度を２００〜８００ｐｐｍに調整したが、他の実施例として、溶鋼１２中の酸素濃度を特に調整しないで、脱炭処理前炭素濃度を３００ｐｐｍから１５０ｐｐｍの範囲の真空度を６００ｔｏｒｒにして最初の脱炭精錬を行い、次に溶鋼１２の炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満となった時点で真空度を５ｔｏｒｒにして最終の脱炭精錬を行った。その結果、比較例である炭素濃度に応じて真空度を変えない場合に比べて、ダスト発生指数が０．６と大幅に減少しており、脱炭速度指数も１．２倍の良好な脱炭が行われており、到達炭素濃度が８ｐｐｍまで低減でき、総合評価として優れた（○）結果が得られた。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。例えば、溶鋼中のフリー酸素の濃度を実験結果を基に炭素濃度との関係式を求めておき、その時の炭素濃度からフリー酸素濃度を予測するこができる。
また、溶鋼中のフリー酸素濃度を調整する方法として、Ａｌ、Ａｌ合金やＳｉ合金等の脱酸剤を添加したり、溶鋼１２に酸素や酸素含有気体を吹き付けることにより溶鋼中のフリー酸素濃度を高めることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載のダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法は、取鍋の底部から不活性ガスを吹き込みながら、脱炭精錬の初期における浸漬管内の真空度を１００〜７５０ｔｏｒｒの低真空にして脱炭を行って、炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満に到達してから１００ｔｏｒｒ未満の高真空度にして脱炭するので、処理中のダストの発生、飛散を少なくして、ダストの浸漬管、真空槽や排気系のダクト等への付着や堆積を防止し、耐火物の損耗を抑制し、安定した脱炭を行うことができる。
【００１９】
また、脱炭精錬を開始する溶鋼の酸素濃度を２００〜８００ｐｐｍに調整するので、脱炭精錬の際に発生するダストを少なくして、脱炭を促進して到達炭素濃度を低くできる。
【００２０】
そして、浸漬管の溶鋼浸漬部の内表面積を取鍋内の溶鋼の全表面積の０．１〜０．７としているので、脱炭反応を促進して短時間に極低炭素濃度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る減圧精錬装置の断面図である。
【符号の説明】
１０減圧精錬装置１１取鍋
１２溶鋼１２ａ湯面
１３浸漬管１３ａフランジ
１４真空槽１５排気ダクト
１６貯蔵ホッパー１７添加シュート
１８底部１９ポーラスプラグ

Claims

一本の浸漬管を取鍋内の溶鋼に浸漬して、前記浸漬管内の溶鋼浸漬部の内表面積を前記取鍋内の溶鋼の全表面積の０．１〜０．７とし、且つ前記取鍋内の底部から０．６〜１５ＮＬ／（分・溶鋼トン）の不活性ガスを吹き込みつつ減圧状態で脱炭精錬を行う溶鋼の減圧精錬方法において、
前記脱炭精錬を開始する際の前記溶鋼の酸素濃度を２００〜８００ｐｐｍに調整し、前記脱炭精錬の初期の真空度が１００〜７５０ｔｏｒｒの低真空となるように前記浸漬管内を減圧して脱炭を行い、次いで、炭素濃度が１５０ｐｐｍ未満に到達した後、真空度が１００ｔｏｒｒ未満の高真空となるように前記浸漬管内を減圧して脱炭することを特徴とするダストの少ない溶鋼の減圧精錬方法。