JPH03134115A - 高清浄度極低炭素鋼の溶製方法および装置 - 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〕 本発明は高清浄度極低炭素鋼の溶製方法および装置に係
り、特にＲＨ真空脱ガス処理方法および装置の改良に関
し、高清浄度極低炭素鋼製造分野に利用される。 〔従来の技術〕 一般に極低炭素鋼の溶製工程は、先ず大気圧下で酸素を
吹込んで鉄の酸化損失の少いＣ：０゜０３〜０．０５％
まで粗脱炭する工程と、該溶鋼を減圧下に露出させて０
０分圧を低減することにより、出鋼時５００〜７００ｐ
ｐｍに調整した溶存酸素と鋼中の（Ｃ）とのＣＯガス化
を促進させて、Ｃ：１０〜２０ｐｐｍまで脱炭する工程
と、に大別される。本発明は後者の工程に関するもので
ある。 この分野の技術は、従来、主としてステンレス鋼溶製時
の脱炭限界の向上、処理時間の短縮を目的として開発さ
れていたが、最近では連続焼鈍設備を用いた加工性の高
い冷延鋼板の製造工程の一貫として、量産化への対応、
鋼の清浄度の向上を加えて、この分野の技術が開発が進
められている。 上記分野での従来技術では、不活性ガスを大量に吹込む
方法、減圧下での気体酸素の吹込み、減圧溶鋼中への酸
素鉄粉の吹込方法等が知られているが、これらには次の
如き問題点がある。 すなわち、不活性ガスの大量吹込みに関しては松永ら（
鉄と鋼、Ｖ、１．６３、Ｎｏ、１３．１９７７年）、特
願昭６３−０９３４９７等いくつかの文献が見られるが
、これらは、脱ガス処理中の溶鋼環流速度の向上、もし
くはスプラッシュの増加による気液界面の増加により脱
炭速度の向上を図ったものである。しかしながら、これ
らの方法では脱炭速度の向上がみられる反面、真空脱ガ
ス槽内の地金付着が増加するため、溶鋼成分調整用の合
金鉄歩留の不安定化のほか、鉄分歩留の減少、真空脱ガ
ス槽内付着地金除去のための休止時間の発生、ＲＨ脱ガ
ス環流管の耐火物の寿命の低下等の多くの操業上の問題
が生じていた。 また減圧下の溶鋼浴面や浴面下に気体酸素を吹込む方法
は溶存酸素量の増加を図ることになり、反応速度の向上
を図ることができるが、溶鋼浴面吹付けの場合は、不活
性ガスの大量吹込みと同様にスプラッシュの増加に伴う
問題があり、また浴面下に吹込む方法は、著しいスプラ
ッシュの増加に加え、羽口周辺耐火物の損耗に伴う真空
脱ガス槽の寿命低下を招く欠点がある。更に両方法とも
溶鋼全体の溶解酸素量を増大させるため、脱酸処理後の
脱酸生成物が大量発生し、溶鋼清浄度の悪化およびこれ
に起因する鋼材製品における疵の発生の増加を助長する
おそれがあり、この面での配慮に全く欠けていた。 更に、特開昭６０−１８１２１７や、日本鉄鋼協会講演
論文集ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ　　Ｖｏｌ、１（１９８８，
Ｐ、１１８５）等に見られる如き、減圧下で溶鋼面に酸
化物粉体を上吹きする方法、もしくは、特開昭６３−１
６９３２１に開示された如き、減圧下の溶鋼に酸素ポテ
ンシャルの高い粉体を浴面下に設けた羽口より直接溶鋼
中に吹込む方法では、鋼浴内に侵入、拡散した粉体の近
傍に酸素ポテンシャルの高い部分が生成し、局部的な領
域での脱炭が促進される結果、溶鋼全体の清浄度悪化を
制御しなから脱炭限界の向上、極低炭酸における脱炭速
度の向上が可能となる反面、スプラッシュの増加や１羽
口の損耗の問題は解決されておらず、特に極低炭素処理
を行っていない場合でも、羽目の閉塞防止のために不活
性ガスを吹き続けなければならない点は、羽目周辺耐火
物の損耗を助長するだけでなく、コスト的にも無駄の多
い技術と言わざるを得ない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、真空脱ガス処理による高清浄度極低炭
素鋼の溶製技術における上記従来技術の問題点を解決し
、特にスプラッシュの飛散、真空脱ガス槽耐火物の寿命
低下、溶鋼清？ｐ度の悪化を防止しつつ、効果的に高清
浄度極低炭素鋼を得ることのできる溶製方法およびその
装置を提供するにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明による溶製方法の要旨とするところは次のとおり
である。すなわち、 （１）真空層の下端から容器に通ずる上昇および下降浸
漬管を設け、前記上昇浸漬管内に不活性ガスを吹き込ん
で容器内の溶鋼を前記真空槽に吸い上げて脱ガス処理し
た後、前記下降浸漬管を介して該脱ガス溶鋼を容器に吐
出する高清浄度極低炭素鋼の溶製方法において、前記下
降浸漬管の内面もしくは下端に設けた通気性耐火物を介
して前記溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活性ガスを
吹込む段階と、前記微細気泡を前記容器内溶鋼中に分散
させる段階と、前記微細気泡を分散させた溶鋼を前記真
空槽へ循環させる段階と、を有して成ることを特徴とす
る高清浄度極低炭素鋼の溶製方法。 また、本発明による溶製装置の要旨とするところは次の
如くである。すなわち、 （２）溶鋼を収容する容器と、前記容器の上方に設けら
れた溶鋼を脱ガス処理する真空槽と、前記真空槽の底一
部から前記容器に通じそれぞれ溶鋼を上昇および下降さ
せる２本の浸漬管と、を有して成る溶鋼の真空脱ガス装
置において、前記下降浸漬管の内面もしくは下端に設け
られた通気性耐火物を介して前記溶鋼下降流に微細気泡
を発生させる不活性ガスの吹込装置を有することを特徴
とする高清浄度極低炭素鋼の溶製装置、である。 一般に脱炭反応に関しては、溶鋼中では炭素と溶存酸素
が結合しても、Ｃ○気泡になることは熱力学的にも困難
であって、気液もしくは固液界面を有する何らかの気泡
発生核が必要である。本発明は、かくの如き気泡発生核
として、溶鋼中に分散した００分圧の低い不活性ガスよ
り成る微細気泡を供給して浴面下での脱炭反応を促進さ
せようとするものであって、上記従来技術と技術思想を
全く異にする方法である。 本発明者らの水モデル実験によれば、微細気泡を核とし
て減圧下で成長する気泡は小さく、かつ分散しているの
で崩壊時のスプラッシュは極めて軽度であり、実操業に
おける地金付着も極めて少いものと考えられる。更に１
本発明では、溶鋼の清浄化を図るために、微細気泡の発
生に際しては酸素源となるものは用いず不活性ガスのみ
を用いる。しかも気泡を微細化することにより、微細な
脱酸生成物を吸着する確率を高め、浮上分離によるＷｉ
鋼清浄化効果を持たせるようにした。 本発明の詳細を添付図面を参照して説明する。 先ず１本発明の装置を第１図、第２図により説明する。 真空脱ガス処理槽２の上部の真空脱ガス槽本体４は約１
トールの真空度であって、下端には上昇浸漬管６と下降
浸漬管８とが設けられ、いずれもその下端は取鍋１０内
の溶鋼１２中に浸漬されている。上昇浸漬管６の内壁に
設けられた環流用ガス吹込みノズル１４を介しＡｒ等の
不活性ガスが吹込まれるので、取鍋１０内の溶鋼１２は
。 そのポンプ作用によって取鍋１ｏから上昇浸漬管６を通
じ真空脱ガス処理槽２中に吸上げられ、脱ガス処理され
た後、下降浸漬管８を通じて再び取鍋１０に戻る。この
環流を繰返すこ・とによって溶１１２は脱炭および脱ガ
スされる。 本発明においては、下降浸漬管８の内側に設けられた通
気性耐火物１６を介して、下降浸漬管８を通じて下降す
る溶鋼流１２Ａに微細気泡１８を発生する不活性ガス１
９を吹込むためのガス吹込装置２０が設けられているの
が特徴である。 この微細気泡１８を発生する不活性ガス吹込袋Ｎ２０の
設置位置は、第１図に示すように下降浸漬管８の内側で
もよいが、第２図に示すように。 下降浸漬管８の下端に別個独立した微細気泡を発生する
不活性ガス吹込装置２０を設けてもよい。 本発明における微細気泡１８の生成装置、生成方法につ
いては、特に限定するを要さず、いずれの装置、方法で
もよいが、原理的に微細に分裂した気泡を大量に、しか
もコスト安に製造し得る装置もしくは方法が好ましいこ
とは当然である。しかして微細気泡１８としては下降浸
漬管８を通ずる下降溶鋼流１２Ａに逆って浮力で浮上し
ないようにするためにはきわめて微細気泡でなくてはな
らない。すなわち下降流１２Ａの速度から大気圧換算で
直径２Ｗｎ以下の気泡が必要である。かくの如き微細気
泡１８を発生する不活性ガス１９を下降浸漬管８の内側
もしくはその下端に設けたポーラスプラグ等の多孔質耐
火物１６を介して吹込むように構成されている。 〔作用〕 本発明により下降浸漬管８の内側もしくはその下端に吹
込まれた微細気泡１８を発生する不活性ガス１９は、下
降浸漬管８を通じて下降する溶鋼流１２Ａの剪断作用に
より更に微細に剪断されて下方の取鍋１０内に均一に分
散される。微細気泡１８を含む溶鋼１２は、更に、上昇
浸漬管６の下部から吹込まれる環流用ガス吹込ノズル１
４がらの不活性ガスによって真空脱ガス槽４中に吸上げ
られると、真空脱ガス処理槽２内では溶存散素とＣが反
応してＣＯガス化し得る圧力に減圧されているので、溶
鋼１２中ではＣＯ気泡が通常自然生成しにくい極低炭素
領域でも、ＡｒもしくはＮ２等の微細気泡１８が核とな
って無数のＣ○気泡が成長し、浮力の急増により浴面に
浮上゛して槽外に排出される。浴面下でもこの反応が進
行し、順次浴面に浮上し溶鋼外に排出され、微細気泡１
８を核とする脱炭反応が容易に、かつ急速に進行する。 真空脱ガス処理槽２内の脱炭処理が終了すると、槽内の
溶鋼１２にＡＱ等の脱酸剤を投入して溶鋼１２内の溶存
酸素を除去するが、この脱酸剤の投入により大量のＡＱ
２０３が発生する。 Ａｌ１，０．が溶鋼２中に残存すると非金属介在物とし
て圧延後の疵の原因となるが、本発明における微細気泡
１８の存在によって生成されたＡＱ２０゜は微細気泡１
８に吸着し易く、容易に浮上して取鍋１０内に浮上する
スラグ２２に集積される。従って、微細気泡１８は脱酸
生成物ＡＱ２０．の浮上にも効果があり、清浄化作用が
あることが判明した。 〔実施例〕 本発明の効果を確認するために、実機によって本発明装
置による本発明方法と、従来の微細気泡１８の発生を有
しない真空脱ガス処理装置による方法の比較例により、
高清浄度極低炭素鋼を溶製し、いずれも連鋳機で連続鋳
造する時のタンデイツシュ内の溶鋼の全酸素を比較する
比較試験を行った。 すなわち、転炉にて　Ｃ：　０．０３〜０．０５％まで
粗脱炭した２６０〜２７０ｔの溶鋼１２を取鍋１０に収
容し、真空脱ガス処理するに当り、真空脱ガス槽４の槽
内真空度を０．５トールとし、環流用Ａｒ流量を２　Ｎ
　ｒｒ？　／　ｍｉｎとした。脱ガス処理前の溶鋼温度
はいずれも１６１０〜１６２０℃の範囲であり、処理前
の

〔０〕は６５０〜７００ｐｐｍであった。 本発明法によるものは、下降浸漬管８の内側に微細気泡
↓８を発生するＡｒガス吹込装置２０を有する真空脱ガ
ス槽４を使用し、微細気泡発生用Ａｒガスの吹込量を２
５０　Ｎ　Ｑ　／ｍｉｎとし、処理開始から終了まで連
続して吹込んだ。 本発明によらない比較例は微細気泡１８の吹込みを行わ
ず、取鍋１０に収容された溶！［１２は直ちに真空脱ガ
ス処理を行った。両者の脱炭処理時間の経過によるＣ濃
度の低減状況は第３図に示すとおりである。 第３図より明らかな如く、本発明法による場合は、従来
、脱炭が停滞するといわれている（Ｃ）≦２０ｐｐｍに
おいても、脱炭が進行し、脱ガス処理開始後約２０分で
［Ｃ］４１０ｐρｍに到達することができた。一方、微
細気泡処理を行わない比較例においては、第３図に示す
ごとく、〔Ｃ〕≦２０ｐｐｍの脱炭速度は極めて緩慢で
、処理開始後２０分では精々（Ｃ３”＝　１５〜２０ｐ
ｐｍの範囲であった。 本発明例ならびに比較例とも、脱炭処理終了直前脱酸剤
投入後約５分間開−脱炭処理を行った後、連鋳機で鋳込
んだが、鋳込直前のタンデイツシュ内溶鋼の全酸素は、
比較例はいずれも２８〜３３ｐｐｍであったのに対し、
本発明例はいずれも１２〜１５ｐｐｍであり、本発明の
効果が明確に認められた。 〔発明の効果〕 真空脱ガス処理による従来の高清浄度極低炭素鋼の溶製
方法は、真空脱ガス層内の地金付着の増加、環流管の耐
火物寿命の低下等多くの操業上の問題があることに鑑み
、溶鋼中における（Ｃ）と（０）が結合しても直ちにｃ
ｏ気泡になることは熱学的にも困難で、気液もしくは固
液界面を有する何らかの気泡発生核が必要との着想から
この気泡発生核として、溶鋼中に分散した００分圧の低
い不活性ガスより成る微細気泡を供給して浴面下での脱
炭反応を促進させようとし、その最も効果的な位置とし
て下降浸漬管の内側もしくはその下端を選び、この位置
に微細気泡を発生させる不活性ガスの吹込装置を設け、
下降浸漬管を介して下降する溶鋼流中にＡｒ等の不活性
ガスを吹き込む構成をとったので、次の如き効果を挙げ
ることができた。 （イ）真空脱ガス処理槽においては、溶鋼中に分散した
００分圧の低い不活性ガスより成る微細気泡を発生核と
して、浴面下の脱炭反応が著しく促進される。 （ロ）気泡の微細化により溶鋼中の気液反応界面積が飛
躍的に増加する。 （ハ）下降浸漬管の内側もしくは下端に吹込まれた微細
気泡を発生する不活性ガスが、下降溶鋼流の剪断作用に
より更に微細となり、Ａｒガス吹込み位置による効果が
顕れた。 （ニ）微細気泡を核として減圧下で成長する気泡は小さ
く、かつ分散しているので崩壊時のスプラッシュは極め
て軽度であり、脱ガス槽壁への地金の付着は少い。 （ホ）従来、脱炭が停滞するといわれている（Ｃ）≦２
０ｐｐｍ＋においても脱炭が進行し、極低炭素鋼の最低
到達Ｃ値を更に下げることができた。 （へ）　酸素源の追加がないので溶鋼清浄度の悪化がな
い。 （ト）脱炭処理終了後のＡＱ等の脱酸剤投入により発生
するＡＱ、Ｏ，等の脱酸生成物は、微細に分散されてい
る溶鋼中の微細気泡に吸着され、浮上分離されるので溶
鋼の清浄化が助長される。 （チ）本発明法の実施によっても取鍋や真空脱ガス槽の
寿命に悪影響を及ぼすことがなく、操業も極めて容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による微細気泡を発生する不活性ガス
吹込装置を有するＲＨ真空脱ガス槽の下部を示す模式部
分断面図、第２図は本発明装置の他の態様を示す模式部
分断面図、第３図は本発明の実施例と従来法による比較
例とを対比する真空脱炭処理時間の経過に伴う溶鋼中の
（Ｃ）濃度（ｐｐｍ）の変化を示す線図である。 ２・・・真空脱ガス処理槽 ４・・・真空脱ガス槽本体 ６・・・上昇浸漬管、　　　　８・・・下降浸漬管１０
・・・取鍋、　　　　　　　１２・・・溶鋼１４・・・
環流用吹込ガス、１６・・・多孔質耐火物１８・・・微
細気泡。 ２０・・・微細気泡発生不活性ガス吹込装置２２・・・
スラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空槽の下端から容器に通ずる上昇および下降浸
   漬管を設け、前記上昇浸漬管内に不活性ガスを吹き込ん
   で容器内の溶鋼を前記真空槽に吸い上げて脱ガス処理し
   た後、前記下降浸漬管を介して該脱ガス溶鋼を容器に吐
   出する高清浄度極低炭素鋼の溶製方法において、前記下
   降浸漬管の内面もしくは下端に設けた通気性耐火物を介
   して前記溶鋼下降流に微細気泡を発生する不活性ガスを
   吹込む段階と、前記微細気泡を前記容器内溶鋼中に分散
   させる段階と、前記微細気泡を分散させた溶鋼を前記真
   空槽へ循環させる段階と、を有して成ることを特徴とす
   る高清浄度極低炭素鋼の溶製方法。
2. （２）溶鋼を収容する容器と、前記容器の上方に設けら
   れた溶鋼を脱ガス処理する真空槽と、前記真空槽の底部
   から前記容器に通じそれぞれ溶鋼を上昇および下降させ
   る２本の浸漬管と、を有して成る溶鋼の真空脱ガス装置
   において、前記下降浸漬管の内面もしくは下端に設けら
   れた通気性耐火物を介して前記溶鋼下降流に微細気泡を
   発生させる不活性ガスの吹込装置を有することを特徴と
   する高清浄度極低炭素鋼の溶製装置。