JPH02247327A - 極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、深絞り用連続焼鈍鋼板や電磁鋼板等として好
適な極低炭素鋼を安定かつ安価に溶製する方法に関する
。

（従来の技術） 一般に、転炉、電気炉等大気中で熔解・精錬を行った溶
鋼は、Ｈ，Ｎ、Ｏなとのガス成分による汚染を受ける。

そこで鋼の品質に対する要求の高まりにつれて、種々の
製鋼技術の開発、改善が進められてきたが、最近では転
炉、電気炉などを溶解専用炉として用い、高品質を要求
される特別な精錬には別の適当な装置を用いる二次精錬
法、いわゆる炉外精錬法が主流となっている。

炉外精錬法には、代表的な方法としてＲＨ肌脱ガス法Ｄ
Ｈ脱ガス法とがある。

ＲＨ肌脱ガス法原理は次の如くである。すなわち溶鋼吸
い上げ用および排出用の２本の脚を有する真空容器内に
おいて、この２本の卵を取鍋内溶鋼中に浸漬し槽内の排
気を行うことにより、溶鋼は真空槽内を上昇してくる。

ここで上昇管内へＡｒガスなどを吹き込むと溶鋼の見掛
は比重は小さくなり、上昇管内の溶鋼は上昇し真空槽内
へ送られる。真空槽内で脱ガスが行われ脱ガスが終了し
た溶鋼は取鍋中に下降するのである。

一方、ＤＨ脱ガス法の原理は、ＲＨ肌脱ガス法異なり溶
鋼の吸い上げと吐き出しとを１本の脚で行う点である０
脚を取鍋中の溶鋼に浸漬して真空槽内を減圧すると、溶
鋼は大気圧相当の高さまで真空槽を上昇してくる。その
後に取鍋を上昇させるかまたは真空槽を下降させるとそ
の高さだけ溶鋼面は真空槽内を上昇する。この溶鋼面の
上昇、下降を毎分３〜４回行うことにより溶鋼が真空槽
内で処理されるのである。

ところでこのような脱ガス法を用いて、炭素含有量が３
０ｐｐ園以下である極低炭素鋼を高速で溶製するための
方法が種々試みられている。たとえば（ｉ）ＲＨ肌脱ガ
ス法は、浸漬管の管径の拡大により大環流量化を促進・
強化するとともに、排気エジェクター、ブースターの能
力を増強して真空槽内における真空パターンを改善する
方法（［鉄と鋼１７３巻（１９８７）、　５９３９　（
Ｐ２Ｏ３）参照）が、また （ｉｉ）ＤＨ脱ガス法では、真空ポンプにより真空槽の
吸引サイクルを高速化する方法 がそれぞれ行われている。

さらに （ｉｊ）真空容器内の取鍋底部からＡｒガスを吹き込み
ながら０オ吹錬ランスによって溶鋼を脱炭するＶＯＯ法
においても、取鍋底部からＡｒガスを吹き込んで、溶鋼
の攪拌を強化することにより脱炭速度を高速化する方法 が試みられている。

これらの方法により脱炭速度は確かに高速化されている
。しかしながら、脱炭終了時期の判定は遅れがちで過剰
脱炭は避けられない。

（発明が解決しようとする課題） このような溶鋼の脱炭速度Ｋｃ（１／■ｉｎ）は、次式
７式％ ここに、ｆｃｌ。：　初期の炭素濃度（ｐｌ）ＩＩ）［
Ｃ１：　　時間ｔにおける炭素濃度（ρｐｓ）ｔ　：　
時間（ｓｉｎ） 一般にＲＨ肌脱ガス法おいては、Ｋｃは０．１〜０゜３
（１／５ｉｎ）の範囲内において変動することが知られ
ている。一方、第１図に示すように一次精錬終了後の真
空処理における排ガスのバランスは、脱炭速度にＣの値
の大きさごとに計算することができ、各々のＫｃごとに
［ＣＩ　濃度により、排ガス中のＣＯ濃度（ト）を推定
することができる。なお、還流Ａｒ量、０８羽口Ａｒ量
、Ｉｌｌガスリーク量はそれぞれ一定であるとしている
。この推定結果は第１表に示す。

ここで前述したように、にＣの値は０．１〜０．３（１
／ｍ１ｎ）の範囲にばらついていることを考慮し脱炭速
度が低い場合にも十分脱炭を行うために、−船釣に［ｃ
ｌ　　＝　２０　（ｐｐｍ）前後ではＫｃ＝０．１０（
１／５ｉｎ）　　と仮定し、００ｍ度が４〜５％となっ
た時に脱炭を終了する方法が行われている。つまり、最
も安全をみているのである。

ところが、前述したように近年の製鋼技術の発展により
高速で脱炭が進行した場合、たとえばＫｃ＝０．２０（
１／■Ｉｎ）の場合、ＣＯ濃度が４％になった時に脱炭
を終了したのでは、第２図に示すように［Ｃ］＜３０ｐ
ｐ−を達成した後も１０分間前後の脱炭を続けることに
なり、［Ｃ１！＝ｉ　１０ｐｐｍ前後まで過剰な脱炭を
行うこととなってしまう、なお、第２図はＲ１＋脱ガス
法において還流ａｒ１３０００　Ｎｊ！／ｓｉｎの場合
の［ＣＩ量と処理時間との関係を示すグラフである。

この場合脱炭反応は高速化したものの、処理時間の短縮
にはつながらない。すなわち脱炭速度が向上したにもか
かわらず、脱炭終了時期の判定が適切に行われないため
、脱炭速度の高速化による処理時間の短縮という効果を
得ることができなかったのである。

ここに、本発明の目的は、真空処理による脱炭に際して
適切に脱炭の終了時期を判定することにより、高速脱炭
の効果を最大限に発揮させ、処理時間の短縮化を図るこ
とができる極低炭素鋼の溶製方法を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、かかる目的を達成する手段について種々
検討を重ねたところ、■排ガス中のＣＯ濃度と鋼中Ｃ１
との間には一定の関係が見られ、予め計算で求められる
こと、■脱炭速度に応じて排ガス中のＣＯ濃度と鋼中Ｃ
量との相関関係は変化すること、および■最初脱炭速度
が大きいことから反応中のＣＯ濃度の変化が太き（、あ
る時間経過後にはそれより遅い脱炭速度によってＣＯ濃
度が変化することを知見し、本発明を完成した。

すなわち、第３図にＫｃ別の排ガス中のＣＯ濃度の経過
（計算値）を示すが、７分間以降は、Ｋｃの小さいもの
ほど排ガス中のＣＯ濃度が高いことに注目した０図中矢
印は各ＫｃのＩＣ］　＝２０ｐｐ−到達点である。つま
り、Ｋｃが大きいほど目標ＣＯ濃度への到達時間が早く
、そのＫｃより小さいもののＣＯ濃度は必ず上方に位置
する。つまりＣＯ濃度と時間との関数の理論ラインで脱
炭を打ち切っても［ＣＩ　＝２０ρρ端が保証されるた
め良いことが判明した。

以上のような原理に基づいて本発明は見出されたのであ
って、その趣旨は下記のとおりである。

すなわち、本発明は、転炉、電気炉精錬などの一次精錬
につづいて真空処理によってＩＣ］　＜　３０ｐｐｍの
極低炭素鋼を溶製する方法であって、上記真空処理にお
いて脱炭時間と排ガス中ＣＯ濃度との関係を用いて脱炭
終了時期を判定する際に、脱炭開始後７．０分以降の時
間に対して脱炭時間が短いほど、目標とする排ガス中ｃ
ｏ１４度を高く設定し段階的に脱炭終了とする目標排ガ
ス中ＣＯ濃度にまで近づけることを特徴とする極低炭素
鋼の溶製方法である。

さらに、別の面からは、本発明は、上述の一次精錬に続
いて真空処理をする際に下記（１）式の解答である（２
）式を用いてＫｃごとに［ＣＩ　ＡＩＭに達する時間ｔ
　ＡＩＭを求め、続いて（１）式よりｔ　ａｄｉｔにお
ける脱炭速度を算出し、この得られた脱炭速度より算出
されるＣＯ発生量と排気総量の比率からｔ　ＡＩＨにお
ける排ガス中ＣＯ濃度（［ＣＯ］ＡＩＭと記す）を求め
、各Ｋｃごとにこの操作を行い［Ｃ０１ＡＩＮ　　　Ｌ
ａｎ＋曲線を作成し、ｔ＾ＩＭにおいて［ＣＯ］ＡＩＭ
以下の排ガス中ＣＯｍ度を検出した場合、脱炭を終了す
ることを特徴とする低炭素鋼の溶製方法である。

ｄ　［ＣＩ ＝−Ｋｃ［ＣＩ　　・・・・（１） ｔ ［ＣＩ　　＝　［ＣＩ　＠１３ＸＰ（−にｃｔ）・・・
（２）［ＣＩ　：　　時間ｔのときの炭素濃度（ｐｐｍ
）［Ｃ］■：　初期炭素濃度（ｐｐｍ） Ｋｃ：　　脱炭速度定数（１／憇ｌ口）ｔ：　時間（＠
１ｎ） （文中添字□８は脱炭目標の炭素濃度を意味する〉。

さらに別の態様では、本発明は、　［ＣＩ　＜３０ｐｐ
ｍの低炭素鋼を真空処理によって溶製する方法であって
、前記排気総量を直接オンライン測定するか、または排
ガス中Ａｒ１ｆｉ度をオンライン測定し、あるいは真空
度から空気リーク量等の外乱ガス量を算出するなどして
排気総量をオンラインで求め、前述のｔ　Ａ１．ｒｃＯ
Ｌ＋ｘ曲線を補正し、終点判定基準として使用すること
を特徴とする低炭素鋼の溶製方法である。

この場合は、本来の脱炭反応以外の排気ガスが変動する
ときにそれを補正することにより精度向上が図られる。

（作用） 一般に、真空脱炭反応は（１１式で表わされる。（２）
式は（１）式の解である。

［ＣＩ　　＝　［ＣＩｏｅｘｐ（−Ｋｃｔ）　・・・（
２）［ＣＩ二　　時間りのときの炭素濃度（ｐＰｍ）Ｉ
ＣＯＯ：　　初期炭素濃度（ｐＰｍ）Ｋｃ：　　脱炭速
度定数（１／＋１ｎ）ｔ：　時間（ｓｉｎ） ここで、［ＣＩ　＠を定めるとＫｃ別に目標とする炭素
濃度［ｃｌ　ＡＩＭ　（ＰＰ■）に到達する時間ｔ　Ａ
ＩＭが（２）式より求められる。

また一定の［ＣＩＡＩＭを定めると、（１）弐より脱炭
量が定まり、脱炭が Ｃ＋０　−　　Ｃｏ　（ｇ）　　・・・　（１ｉ）で進
行すると考えると、ＣＯ発生量（ｋｇ／ｈ）が求められ
る。一方、Ｒ１１法での他の発生ガスは、■ＲＨ還流用
Ａｒガス ■ＲＨ−０８羽口のある場合は、羽目保護用Ａｒガス（
ＡＱ−ｏｘ昇熱を行わない場合でも羽目保護に必要） ■空気リーク量 である、わずかに、脱水素も起こるが発生量が他のガス
に比べて小さいので無視できる。ここで、■〜■の合計
がｘ　ｋｇ／ｈのＩＩ）Ｉでは、排ガス中のＣＯ濃度は で表わされる。

ここで、ｘ　＝１５８０（ｋｇ／ｈ）、脱炭開始時脱炭
濃度［ＣＩ　ｏ　＝　３００ｐｐｍとおくと、ＣＯ濃度
の軌道がＫｃごとに第３図のように計算される。　（処
理溶鋼量−２７５（とした。） なお、脱炭開始後５分位までは（真空度−３−５Ｔｏｒ
ｒ到達前後）、常圧時にＲＨに入っていた空気によるＣ
Ｏ希薄化効果があるので、Ｃ０＝０％より上昇し、４−
５分でＣＯ濃度のピークを形成した後、第３図に示すラ
インに従って低下する。

Ｋｃ別の排ガス中Ｃｏ＠度の経過（第３図）は、７分以
降はにＣの小さいものほど高くなることがわかった。こ
れは、総説炭量が同じならば、にＣが大きく初期に脱炭
量が大きいものは、後の脱炭量が小さいと言う物質収支
上当然の現象である。

第３図に示す矢印は、各Ｋｃの［ＣＩ　＝２０ｐｐｍ到
達点を示している。

にＣが大きいほど到達時間が早く、そのＫｃより小さい
場合、つまり脱炭速度が遅＜［Ｃ１が高い場合のＣＯの
濃度は必ず高いということである。

また、Ｋｃ−０，３０（１／ａ＋ｉｎ）で［ＣＩ　＝　
２０ｐｐｍの場合のＣＯ濃度は１２．８％（第１表参照
）であり従来法のようにＣ０＝４％になるまで待つ必要
はない。

以上のように、本発明によれば、従来のＣＯ濃度のみで
終点判定する方法にかえて時間とＣＯ濃度を組み合わせ
て終点を判定することができる。

本発明の１８様によれば、時間によらずＣＯ濃度−一定
とする方法でなく、第３図に示す［ＣＩ　＝２０ｐｐｍ
到達ラインのごとく、左上りの基準を作成しようとする
ものである。

７．０分以降としたのは、にＣの大きいものと小さいも
のがほぼ７分までにｃｏ？ａ度が、クロスし順位が安定
するためである。

なお、上記Ｂ、様にあって、第３図に示す［ＣＩ　　＝
２０ｐｐ−到達ラインのような基準のみでなく、経験的
に、たとえば、ＲＨにおいてサンプリングを行い、時間
ト［ＣＩ、ｃｏ１度ｆ知＃Ｊ、時間とＣ０４度より終点
を判定することを、妨げるものではない。

本発明の別の態様は、上記態様の終点判定基準を高度化
したものでＣＯ発生量とその他のガスを投入（Ａｒガス
、Ａｉｒ’）−り）量を一定と仮定して終点判定を行う
ものである。

なお、ＣＯ発生量以外のガス量を一定として、ＣＯガス
濃度と時間を指標として脱炭打切り曲線を作成してもよ
い。

また、Ａｒの投入量については、計測されるため還流用
Ａｒおよび０８羽口冷却用Ａｒ量の操作に合わせた脱炭
打切り曲線を作っておき使用すればよい。

しかし、空気リーク量については、各チャージごとに変
動する。空気リーク量の変動範囲をカバーするためには
、空気リーク量の最大値に合わせて、基準を作らざるを
得ない。

たとえば、第３図では 還流Ａｒガス−２２５０Ｎｊ２／ｗｉｎ　　（２４１ｋ
ｇ／ｈ）０８羽口冷却Ａｒガス−７６００Ｎｊ！／５ｉ
ｎ（８１３ｋｇ／ｈ）小計１０５４　ｋｇ／ｈ に対して 空気リーク量（実績）−１２０〜５３０　ｋｇ／ｈを使
用して ＣＯ発生以外のガス量 （（４）のｘ）＝１０５４＋５３０　！：１１５８０　
ｋｇ／ｈとして各ＫｃごとのＣＯ濃度を算出している。

しかし、空気リーク量が１２０　ｋｇ／ｈである場合は
、相対的にＣＯ濃度が高くなり、脱炭終了タイミングが
遅くなる欠点がある。

そこで、本発明のさらに別の態様にあってはオンライン
で各チャージごとに、総排気ガス量を知り、時間−ＣＯ
濃度曲線を補正して終点判定をしようとするものである
。総排気ガス量の測定方法は以下３通りの方法で可能で
ある。

■直接、排気ガス量を測定する。

■ＲＨ真空槽に吹き込むＡｒガス量は、流量計により測
定されているので排ガス中Ａｒ１度を測定し、排気ガス
量を算出する。

■ＲＨの排気系ブースタは第４図に示すように、排気能
力と真空度の関係で１対ｌに対応しており、ＲＨ真空槽
内の排気がほぼ完了する脱炭開始後７〜８分前後以降で
は、真空度の推移から総排気ガス量を求めることができ
る。

なお、図中、１Ｂはｋｌブースター、２Ｂは阻２ブース
ターを表す。

次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。

（実施例） 本例では、浸漬管直径は５００〜６００　ｍｍ、還流用
＾ｒ　２２５ＯＮ　ｊ！　／ｓｉｎで昇熱用０□吹込用
羽口（冷却用Ａｒ１７６００　Ｎｊ！／５ｉｎ）　、空
気リーク量１２０〜５３０　ｋｇ／ｈのＲＨ脱ガス装置
を用い、２７５ｔの溶鋼を処理した。

処理前［ＣＩ　＝３００±５０ｐｐ■、処理前温度＝　
１６０５〜１６３０°Ｃであった。

処理後［ＣＩ　　は、２０ｐｐｍを目標とした。第５図
に、脱炭終了ラインを示す０図中、■〜■は各操作を示
すラインである。

操作■：これは従来法で時間にかかわらずＣＯ濃度＝４
％に設定した。　（比較例１） 操作■：Ｒ■操業の経験から、時間とＣＯ濃度で終点判
定を行う。この際、時間が短いほど、ＣＯ濃度を高く設
定した。　（実施例１） 操作■：空気リーク量＝５３０　ｋｇ／ｈとして（１）
〜（４）式を用い脱炭打切りラインを算出した。　（実
施例２） 操作■：空気リーク量−１２０ｋｇ／ｈとして（１）〜
（４）式を用いて脱炭打切りラインを算出した。実際の
運用では、８．０分以降にて、真空度を制御用コンピュ
ータに読み込み、排気ガス総量を算出させ、空気リーク
＝１２０　ｋｇ／ｈ　（ライン■）〜５３０　ｋｇ／ｈ
　（ライン■）の間のどこが真の脱炭打切りＣＯ濃度か
を、コンピュータで計算させた。同時に測定されるＣＯ
濃度も制御用コンピュータに読み込ませ逐次計算される
脱炭打切りＣＯ濃度と比較した。測定データの読み込み
を１０秒毎とし、３回（３０秒）以上、測定ＣＯ濃度が
計算された脱炭打切りＣＯ濃度を下回った時点で、脱炭
を停止した。また制御用コンピュータのＣＲＴ上に計算
される脱炭停止の時間−ＣＯ濃度曲線と計測されたＣＯ
濃度の軌道を表示し、オペレータの参考とし、酸素プロ
ーブによる溶鋼中［０１測定タイミング（脱炭剤使用量
の計算に利用）等の決定を行った。

（実施例３）。

第６図（ａ）〜（イ）に比較例１と実施例１〜３の結果
をそれぞれグラフで示した。

第６図の縦軸の脱炭打切り遅れとは以下で定義した。

脱炭打切り遅れ（分）− 実際に脱炭処理を行った時間（分） −［ＣＩ　＝２０ｐｐ−に到達した時間（分）［ＣＩ−
２０ｐｐ−到達時間は、脱炭開始後８分以降、３分毎に
メタルサンプルを採増して算出した。

また、実施例１〜３では、テストのため脱炭打切り基準
到達時とその３分後にサンプリングを行った。

従来法（比較例１）では平均６．７分（最大１１．０分
）の過剰処理となっていたが、実施例１では平均３．２
分（最大７．０分）、実施例２では平均２．６分（最大
６．０分）、そして実施例３では平均０．７分（最大２
．０分）まで過剰処理を低減することができた。

以上により、本発明によれば、真空脱炭における適切な
終点判定法は確立できることが分かる。

また、実施例３の方法によれば、終点［ＣＩ　をばら。

つき少なく狭幅に制御することも可能である。

（発明の効果） 本発明により、真空精錬における適切な脱炭終了時期の
判定が可能となり、真空精錬の高速化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＲＨ肌脱ガス法おけるガスバランスを示すグ
ラフ； 第２図は、同法における脱炭挙動を示すグラフ；第３図
は、Ｋｃによる排ガス中のＣＯ濃度の経過および［Ｃ’
ｌ−２０ＰＰ−到達時）ＣＯ′ａ度（１点鎖線）ヲ示す
グラフ： 第４図は、ＲＨ肌脱ガス法おける排気ブースターの真空
度と排気能力の関係を示すグラフ；第５図は、脱炭終了
判定ラインを示すグラフ；および 第６図（ａ）〜に）は、従来法（比較例）と本発明法（
実施例１〜３）におけるそれぞれ脱炭時間を示すグラフ
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）転炉、電気炉精錬などの一次精錬につづいて真空
   処理によって［Ｃ］＜３０ｐｐｍの極低炭素鋼を溶製す
   る方法であって、上記真空処理において脱炭時間と排ガ
   ス中ＣＯ濃度との関係を用いて脱炭終了時期を判定する
   際に、脱炭開始後７．０分以降の時間に対して脱炭時間
   が短いほど、目標とする排ガス中ＣＯ濃度を高く設定し
   段階的に脱炭終了とする目標排ガス中ＣＯ濃度にまで近
   づけることを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
2. （２）転炉、電気炉精錬などの一次精錬につづいて真空
   処理によって［Ｃ］＜３０ｐｐｍの低炭素鋼を溶製する
   方法であって、上記真空処理において下記（１）式の解
   である（２）式を用いてＫｃごとに［Ｃ］＿Ａ＿Ｉ＿Ｋ
   に達するＬ＿Ａ＿Ｉ＿Ｍを求め、続いて、（１）式より
   ｔ＿Ａ＿Ｉ＿Ｍにおける脱炭速度を算出し、この得られ
   た脱炭速度より算出されるＣＯ発生量と排気総量の比率
   からｔ＿Ａ＿Ｉ＿Ｍにおける排ガス中ＣＯ濃度（［Ｃ］
   Ａ＿Ｉ＿Ｍと記す）を求め、各Ｋｃごとにこの操作を行
   いｔ＿Ａ＿Ｉ＿Ｈ−［ＣＯ］＿Ａ＿Ｉ＿Ｍ曲線を作成し
   、ｔ＿Ａ＿Ｉ＿Ｍにおいて［ＣＯ］＿Ａ＿Ｉ＿Ｍ以下の
   排ガス中ＣＯ濃度を検出した場合、脱炭を終了すること
   を特徴とする、請求項１記載の極低炭鋼の溶製方法。 ｄ［Ｃ］／ｄｔ＝−Ｋｃ［Ｃ］・・・・（１）［Ｃ］＝
   ［Ｃ］＿■ｅｘｐ（−Ｋｃ・ｔ）・・・（２）［Ｃ］：
   炭素濃度（ｐｐｍ） ［Ｃ］＿■：初期炭素濃度（ｐｐｍ） ｋｃ：脱炭速度定数（１／ｍｉｎ） ｔ：時間（ｍｉｎ）
3. （３）転炉、電気炉精錬などの一次精錬につづいて真空
   処理によって［Ｃ］＜３０ｐｐｍの低炭素鋼を溶製する
   方法であって、上記真空処理において排気総量を直接オ
   ンライン測定するか、または排ガス中Ａｒ濃度をオンラ
   イン測定し、または真空度から空気リーク量等の外乱ガ
   ス量を算出して排気総量をオンラインで求め、前記ｔ＿
   Ａ＿Ｉ＿Ｍ−［ＣＯ］＿Ａ＿Ｉ＿Ｈ曲線を補正し、終点
   判定基準として使用することを特徴とする、請求項２記
   載の極低炭素鋼の溶製方法。