JP5076515B2 - 真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法に係わり、特に、ＲＨ式及びＤＨ式の真空脱ガス槽の内壁に付着した付着物（以下、付着地金という）を迅速に溶解して除去する技術に関するものである。

例えば、ＲＨ方式の真空脱ガス槽（以下、ＲＨ真空脱ガス槽と略す）では、該真空槽内に保持した溶鋼の表面に酸素ガスを噴射し、該溶鋼の脱炭精錬をする操業が行なわれることが多いが、その操業過程において、酸素ガスの噴射により溶鋼面よりスプラッシュが槽内に飛散し、槽内のフリーボード部（浴面上方の空間部に相当）の内壁や上蓋の下面に地金が付着して円滑な脱炭精錬の進行が妨げられるという問題がある。つまり、その付着した地金は、時には１〜５トン（記号：ｔ）にも成長し、下記のような弊害を生じる。
（Ａ）付着地金の一部が脱炭精錬中の溶鋼上に自然落下して溶鋼に溶解し、該溶鋼の成分を変動させ、処理終了時の溶鋼の成分外れ（目標値からのずれ）を誘引する。
（Ｂ）付着地金がＲＨ真空脱ガス槽の内壁面よりフリーボード部の中心方向に成長して厚みを増し、槽壁に開口している排気通路の断面積を狭め、真空排気時の抵抗を大きくするので、槽内雰囲気を目標真空度に到達させる時間が長くなる。その結果、ＲＨ真空脱ガス槽での溶鋼の処理時間が長くなり、生産性を低下させる。
（Ｃ）ＲＨ真空脱ガス槽の上部より溶鋼へ成分調整用の合金を添加する際に、付着地金の上に添加した合金の一部が乗っかり、溶鋼中に落下しないことが起きる。その結果、溶鋼へ溶解させるはずの合金が添加されないことになり、該合金の添加歩留りの低下及び溶鋼の成分外れを誘引する。

そのため、ＲＨ真空脱ガス槽を用いる溶鋼の処理では、前記付着地金の付着を抑制するか、あるいは付着地金が成長しないうちに溶解除去することが必要となる。その手段として、先に、本出願人は、脱炭精錬で用いる酸素ガス噴射用ランス（以下、単に上吹きランスということが多い）の先端に、特殊形状の地金溶解装置を着脱自在に取り付け、地金が成長しないうちに溶解して除去する技術を提案している（特許文献１参照）。その装置は、側面に半径方向に設けられた複数の酸素ガスの噴射ノズルを有し、底面に軸方向に設けられた複数の冷却ノズルを有すると共に、上面側において上吹きランスの内側面に捻り込む底付き円筒状の酸素噴出チップと、上端部分でランス内管のスロート部に係止し、下端部分が前記酸素噴出チップの底面を貫通するロッドと、前記酸素噴出チップを前記ロッドの下端部において係止する係止部材とからなるものである。

また、これと類似した技術として、溶鋼処理炉に付着した地金に酸素流を吹き付けて溶解、切断する回転ランスノズルにおいて、通酸ノズルの端部近傍の通酸路内に、部材取付け基部を設け、陣笠状部材の外周縁部に、一部切り欠いた環状部材を固設して構成したノズル部材の該環状部材上端面を上記通酸ランスの端面に当接させると共に、該ノズル部材を上記部材取付け基部に連結固定して、上記通酸ランス下端面とノズル部材の切り欠き部とで下向き小間隙の酸素流路を構成し、上記ノズル部材の下面に耐火物層を形成してなる溶鋼処理炉付着地金切りランスノズルが提案されている（特許文献２参照）。さらに、これも本出願人の提案であるが、真空脱ガス槽内に付着した地金を溶解除去すると共に、槽内を予熱して保温するバーナーランスを槽頂壁に設けたランス挿入口からシール機構を介して挿入し、前記真空脱ガス槽内で溶鋼を真空脱ガス処理中は、バーナーランスをランス挿入口の近傍まで引き上げ、ランス先端部を槽内に臨ませたままの状態で待機させるようにした真空脱ガス槽の槽内待機型バーナランスであって、前記バーナランスの内部に設けた燃焼用ガス供給筒および酸素ガス供給筒にそれぞれ連通する燃焼用ガス供給ノズル及び酸素ガス供給ノズルを、当該バーナランスの先端部側壁面に複数個配分して開口させ、前記待機中のバーナランスにパージガスを供給しないパージレスとしたことを特徴とする真空脱ガス槽の槽内待機型バーナランスも開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、これら特許文献１〜３記載の技術では、いずれも酸素ガスの噴出方向が水平方向又は下向きである。このように、酸素ガスの噴出方向が水平方向又は下向きであると、処理中であっても溶鋼からの輻射を受けずに、５０〜３００℃程度と温度が低い付着地金の上面側は、酸素を吹き付けても着火しない。また、たとえ着火することがあっても、着火までに長時間を要し、円滑な付着地金の溶解除去作業ができないという問題があった。
特開２００１−１９２７２５号公報 特開平５−２２３４７０号公報 特開平８−１７６６４６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、真空脱ガス槽の内壁に付着した地金を、従来より迅速に且つ完全に溶解除去が可能な真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法を提供することを目的とするものである。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明として具現化したのである。すなわち、本発明は、真空脱ガス槽の天井を貫通させて昇降自在に設けた上吹き酸素ランスを介して、該真空脱ガス槽のフリーボード部の内壁に付着した付着地金に酸素ガスを吹きつけ、該付着地金の熱で該酸素ガスに着火して得た反応熱で付着地金を溶解し、溶鋼へ落下させる真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法において、前記上吹き酸素ランスの先端部に、半径方向に酸素ガスを上向きに噴射する複数のノズルを設けたアタッチメントを取り付け、該アタッチメントを前記付着地金の最大厚み位置より下方側にセットしてから、前記ノズルを介して酸素ガスを、脱炭処理を実施しない脱ガス処理中に、付着地金に吹き付けることを特徴とする真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法である。この場合、前記真空脱ガス槽をＲＨ方式又はＤＨ方式とするのが好ましい。

本発明では、酸素ガスの噴出ノズルを水平方向より斜め上向きにするので、溶鋼からの輻射熱を受け、１２００〜１５００℃と温度の高い付着地金の下面に酸素ガスを吹き付けられるようになる。その結果、酸素ガスへの着火が迅速、且つ確実になり、付着地金の溶解が円滑に行われるようになる。また、従来よりも多くの付着地金の溶解が可能となり、突発的な付着地金の落下による溶鋼の成分外れ、真空脱ガス槽での溶鋼処理の遅滞、及び付着地金への添加合金の引っかかりによる添加歩留りの低下等のトラブルの発生頻度も低減する。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、特許文献１〜３記載の従来技術を見直した。そして、それら技術はいずれも、上吹きランスから酸素ガスが下向きか又は水平方向に噴射されているので、図２（ａ）に示すように、該上吹きランス３が付着地金５の上面に降下しても酸素ガス９に着火せず、付着地金５の最大厚み位置より下方に降下して漸く付着地金の溶解が始まり、その後上方の位置（温度５０〜３００℃）へ移動させることで、図２（ｂ）に示すように、全体が溶解することを確認した。これでは、付着地金５の溶解作業が迅速に行われず、時間的なロスが大きいので、効率的でない。

そこで、対策として、酸素ガス９の噴流が水平方向よりも斜め上向きになるようにすると共に、一気に付着地金５の下方まで上吹きランス３の先端を降下させ、付着地金５の下面側に酸素ガス９の噴流を当てることを着想した。これにより、酸素ガス９への着火は容易になり、溶解作業の迅速化が図れると考えたからである。

この考えを具体化するには、まず酸素ガス９の噴流を上向きにする手段が必要である。従来の付着地金５の溶解では、真空脱ガス槽１の上方に天井２を貫通させて配設され、脱炭精錬時に酸素ガスを吹くための上吹きランス３が利用されている。つまり、上吹きランス３の先端部が１孔で、所謂「ラバール・ノズル」と称されるノズルを有するものに、水平又は下向きに酸素ガスを噴射するアタッチメント４を、脱炭精錬時には取り外し、付着地金の溶解時に取り付けれるように、着脱自在にもうけたものが利用されている。

そこで、発明者は、このアタッチメント４の改良を試み、図３に示すように、複数の酸素噴射ノズル６を側面に半径方向に設け、各酸素噴射ノズル６の鉛直方向の角度を水平方向よりも斜め上向きになるように開口７を配置したアタッチメント４を製作し、本発明とした。

本発明では、前記鉛直方向の角度は、上吹きランス３の溶損防止の観点から、前記ノズル６から出る酸素ガス９の噴流軌跡が上吹きランス３と干渉しないようにすると共に、溶解したい付着地金５の付着位置、サイズ、形状等から最適化させる必要がある。そして、引き続き行った検討により、その角度を水平面から上方向へ２０°〜５０°とすることに決めた。５０°を超えると、酸素ガスの噴流がランス本体に近くなり、ランス自体の溶損の危惧があること、及びアタッチメント４の前記ノズル６から付着地金５までの距離が大きくなり、酸素ガス９の噴流の散逸度合いが大きくなって付着地金５に、より着火し難くなるからである。また、２０°未満では、水平の場合に比べ、発明の効果が顕著でなっかったからである。なお、本アタッチメントのランスへの取り付け手段は、特に限定しないが、本出願人が先に開示した特許文献１の図１〜４に示したように、ランスの内面側に入り込み、係止するロッドを利用すれば良い。

そして、この本発明に係るアタッチメント４を利用して、真空脱ガス槽１のフリーボード部８の内壁に付着した付着地金５に酸素ガス９を吹きつけ、該付着地金５の熱で該酸素ガス９に着火して得た火炎で付着地金５を溶解し、溶鋼１０へ落下させる真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法を改良したのである。つまり、前記上吹きランス３の先端部に、半径方向に酸素ガスを上向きに噴射する複数の酸素噴射ノズル６を設けたアタッチメント４を取り付け、該アタッチメント４を前記付着地金５の最大厚み位置より下方側にセットしてから、前記ノズルを介して酸素ガス９を付着地金５に吹き付ける真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法である。

本発明では、前記付着地金５への酸素ガス９の吹き付けを、前記真空脱ガス槽１で溶鋼１０の脱炭処理を実施しない脱ガス処理中に、又は出鋼した後の空槽時に行うのが好ましい。当該アタッチメント４を装着しての地金溶解は、溶鋼１０の脱ガス処理中および非処理中のいずれでも可能であるが、非処理中に実施する場合は、直前の溶鋼脱ガス処理の終了後、極力早いタイミングで実施すると良い。付着地金５の温度ができるだけ高い状態であることが望ましいからである。

また、溶鋼脱ガス処理中に付着地金５の溶解を行うと、真空脱ガス槽１の下方にある溶鋼１０からの輻射で付着地金５の温度が高い状態に保たれ、非処理中よりも着火し易い。さらに、溶解した地金を脱ガス処理している溶鋼内に回収できることから鉄歩留向上となる。ただし、溶解した地金により、溶鋼成分、温度の変化が起こり得るので、予め脱ガス処理時間を通常時よりも長く設定し、処理途中での成分や温度の確認を行う等の対応をすることで、溶鋼１０の目標成分外れ等のトラブルの発生抑止をすることができる。

また、本発明の対象である真空脱ガス槽１は、ＲＨ方式，ＤＨ方式，ＶＯＤ方式等、多々あるが、ＲＨ方式又はＤＨ方式とするのが好ましい。その理由は、ランスから地金の付着した槽内壁との距離が近く着火し易く、また処理中に溶解する場合は、溶鋼中に鉄を確実に回収できるからである。さらに、実際に本発明を実施するには、前記付着地金５の最大厚み位置を定める必要がある。例えば、前記真空脱ガス槽１内を監視カメラ等で内部観察することで最大厚み位置を判断すれば良い。

なお、実際の操業では、酸素噴射ノズル６の角度が異なる複数のアタッチメント４を予め製作しておき、地金付着５の状況に応じて、それらを使い分けるのが便利である。また、真空脱ガス槽１内の平断面の中心方向に大きく成長した（水平方向に厚みのある）付着地金５を溶解する場合は、前記ノズルの角度が大きい（例えば、５０°）アタッチメント４を選択し、水平方向の厚みは大きくない付着地金（薄い地金）を溶解する場合は、前記ノズルの角度が小さい（例えば、２０°）アタッチメント４を選択すると良い。

ＲＨ式真空脱ガス槽を用い、ヒート・サイズが３２０ｔ／チャージの真空脱ガス処理を３チャージ連続して実施した。実施したチャージの対象は、いずれも上吹酸素による脱ガスでの脱炭処理の必要ない低炭素鋼種の溶鋼である。その際、脱ガス処理中に、ＲＨ槽内の高さ方向の中部位置で、約４トン（記号：ｔ）程度の地金が付着した状態が観察されたので、上吹きランス３を槽１の外に抜き出し、その先端部に前記地金溶解用アタッチメント４を装着し、再度槽内に装入して、脱ガス処理中の付着地金の溶解を行った。１チャージあたりの上吹き酸素ガス量は、３０ｍ^３（標準状態）／分とし、処理時間は、２５分／チャージである。ただし、付着地金５の溶解が進まなくなったと判断された時点で、耐火物保護の観点から酸素ガスの供給を停止した。なお、その判断は、ＲＨ真空脱ガス槽１からの排ガス成分中の酸素濃度が上昇してきたら地金溶解が進まなくなったとした。

付着地金５の溶解を実施したチャージの直前には、当該ＲＨ真空脱ガス槽１にて３チャージ分の通常の脱ガス処理を行い、ＲＨ真空脱ガス槽１内に付着した付着地金の下面の温度を１３００〜１５００℃程度の高い状態となるようにした。さらに、本発明に係る方法の実施には、酸素噴射ノズル６の傾斜角度が水平方向に対し、２５°上向きのアタッチメント４を使用し、比較のために行った従来方法による場合には、前記ノズル６の傾斜角度が水平方向に対し０°のアタッチメント４を使用した。

実施結果は、地金溶解量及び時間で評価し、表１に一括して示す。その際、地金溶解量は、下式で算出した。

地金溶解量＝脱ガス処理終了後の溶鋼重量−（脱ガス処理前の溶鋼重量＋脱ガス処理中の合金等添加物重量）
なお、上記の溶鋼重量は、溶鋼を入れた溶鋼鍋を搭載した台車にロード・セルを設置して測定した。

表１より、従来方法による場合に比べ、本発明方法による場合の方が地金溶解量が多く、十分な地金の溶解除去ができ、且つ時間が短いことが明らかである。

また、表２には、ＲＨ処理での槽内付着地金に起因して起きた溶鋼の成分外れチャージの発生率（（成分外れチャージ数／全チャージ数）×１００、単位％）を示した。そのデータは、いずれも５０〜１００チャージ処理毎に地金溶解を実施して得た値であるが、従来法による場合に比し、本発明法の実施で成分外れの発生が小さくなっている。

本発明に係る真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法を説明する図であり、（ａ）は，真空脱ガス槽の横断面図、（ｂ）は溶解作業の実施状況を示す図である。 従来の真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法を説明する図であり、（ａ）は，真空脱ガス槽の横断面図、（ｂ）は溶解作業の実施状況を示す図である。 本発明に利用した上吹き酸素ランスの付着地金溶解除去用アタッチメントを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

符号の説明

１ 真空脱ガス槽
２ 天井
３ 上吹きランス
４ アタッチメント
５ 付着地金
６ 酸素噴射ノズル
７ 開口
８ フリーボード部
９ 酸素ガス
１０ 溶鋼
１１ ロッド

Claims (2)

1. 真空脱ガス槽の天井を貫通させて昇降自在に設けた上吹き酸素ランスを介して、該真空脱ガス槽のフリーボード部の内壁に付着した付着地金に酸素ガスを吹きつけ、該付着地金の熱で該酸素ガスに着火して得た反応熱で付着地金を溶解し、溶鋼へ落下させる真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法において、
   前記上吹き酸素ランスの先端部に、半径方向に酸素ガスを上向きに噴射する複数のノズルを設けたアタッチメントを取り付け、該アタッチメントを前記付着地金の最大厚み位置より下方側にセットしてから、前記ノズルを介して酸素ガスを、脱炭処理を実施しない脱ガス処理中に、付着地金に吹き付けることを特徴とする真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法。
2. 前記真空脱ガス槽をＲＨ方式又はＤＨ方式とすることを特徴とする請求項１記載の真空脱ガス槽内壁の付着地金溶解除去方法。

Images