JPH032934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属のガス処理方法、特に鋼又は
他の金属のガス処理方法に関する。

鋼の連続鋳造法が開発され、鋼の品質改良が要
求されるにつれて不活性ガスを溶融鋼の撹拌に利
用することが多くなつている。不活性ガスは、精
錬炉からの注出後かつ鋳塊又は連続鋳造機中への
鋼の注入前に溶融鋼を取鍋中でその化学分析及び
温度について均質化するために用いられる。かか
る均質化によつて全体としてより均一な性質の鋼
を得ることができる。

溶融鋼の均質化には数通りの方法が知られてい
る。その一方法では均質化は溶融鋼を、天井クレ
ーンにより取鍋内の溶融鋼中に降下される鋼塊を
用いて撹拌することにより行なわれる。該クレー
ンの移動により鋼塊が移動されて溶融鋼の撹拌が
なされる。この方法は面倒で時間がかかり、充分
でない。

ガスによる撹拌方法も公知であり、かかる方法
はより信頼性が高い。種々のガス撹拌方法はガス
の導入経路が異なるものである。

ガスを用いる一方法は、鋼製の取鍋ストツパー
棒を用いる中空ストツパー棒法である。この棒は
その中をガスが流れるように中空であり、ストツ
パー棒ヘツドにはガスを流出せしめるように小孔
が放射状に設けられ、更にストツパー棒は耐火ス
リ−ブにより保護されている。操業時にこのスト
ツパー棒は、取鍋に固着されるよりもむしろ固定
された上昇水平ビームに連結され、棒はそのヘツ
ドを下方にして置かれ、ガスはストツパー棒中を
そのヘツドの小孔を通じて頂部のガス導入口から
底部に流れる。溶融金属を含む取鍋はクレーンに
よりストツパー棒の下方の位置に移されてから持
上げられ、その結果ストツパー棒が溶融金属中に
浸漬され、ガスがストツパー棒から溶融金属中に
吹込まれて所望の撹拌がなされる。

上記の方法は工業的に用いられているが、かか
るストツパー棒はわずか５〜10回の処理後に取代
える必要があり、また耐火スリーは鋼製ストツパ
ー棒に対するシールが貧弱なため溶融金属中のガ
ス流は信頼度に欠ける。このため、ガスは溶融金
属中よりも、ストツパー棒と耐火スリーブとの間
の最も抵抗の小さい通路をたどる。更に、一定の
撹拌は、溶融金属の表面で撹拌度を観察して所望
の撹拌度が観察されるまでガス流を調節すること
によつてはじめて確保され得る。

別の従来法では、溶融金属中にガスを導入する
のに多孔性耐火物が使用され、この方法も工業的
に実施されている。この方法は加圧下でガス透過
性であるが溶融金属に対しては実質的に不透過性
である性質の耐火レンガ又は多孔質プラグを利用
する。多孔質プラグは、取鍋を沈めてそれが溶融
金属で満される位置における取鍋のライニングの
一部として与えられる。ガスはこの多孔質プラグ
を通じて溶融金属中に導入され、所望の撹拌度は
多孔質プラグ中へのガスの流速を変えることによ
つて達成される。かかる多孔質プラグは局部条件
に応じて10〜25サイクルの推定寿命を有し得る。
溶融鋳鉄分析を用いた場合その寿命は50〜200回
（heats）であり得る。

更に別の従来法では金属管法が用いられ、この
方法はある種のプラントで採用されている。この
方法では鋼管を、例えば取鍋の底面近くにおける
取鍋の耐火ライニング中に挿設する。該鋼管は鋼
製外板及び耐火ライニングを通じて該耐火物の内
表面上まで延びる。ガス流は金属が取鍋中に送ら
れる前に開始され、所望の撹拌後にガス流は停止
され、金属が鋼管中に逆流して凝固する。一般に
鋼管は毎サイクル後に取代えねばならないが、時
には使用済み鋼管を鋼棒で突刺すか又は凝固金属
をドリル除去することによつて清掃できる。鋼管
は短かすぎるようになるまで再使用できる。

上記金属管法の変法として、ノズルを有する金
属管を用いる方法が米国特許第3395910号明細書
に記載されている。この変法では管を取鍋のケー
シング及び耐火ライニングに通し、管とノズルを
低級耐火セメントの外装で覆い、この外装は高級
耐火レンガの外装で包囲される。耐火セメントは
ノズルの周囲で、ノズルの排出口から軸方向に延
びる排出路を与えるように鋳造される。従つて、
全体として外装は溶融金属と金属管との接触を阻
止する。更に金属管には、ガス圧が急激に低下し
て溶融金属が金属管に入り込む場合に溶融金属が
ガス供給管線に入らずに凝固するように、該管の
入口に高伝導性ストツパー棒部材が設けられる。
耐火外装は毎サイクル後に取代えるように設計さ
れている。

比較的非反応性のガスを溶融金属浴の底部に導
入する多孔性耐火物法及び金属管法は、溶融金属
とスラグを平衝化するためのある種のLD酸素製
鋼転炉で実用化されている。

電気炉、反射炉等ではかかるガス分配装置を溶
融金属の撹拌に用いることもできる。

本発明は、保全の必要なく連続サイクルで使用
できる細孔を有する金属管からなる噴射管又は肉
薄金属製スリーブの内側に脆弱材料製の管を嵌挿
してなる噴射管を利用してガスを加圧下で溶融金
属中に導入する方法を提供するものである。

本発明の方法は、溶融金属を均質化するための
ガス撹拌用に使用でき、また溶融金属中に吸蔵さ
れた特定のガスを完全にもしくは部分的にフラツ
シユ除去するのに使用できる。

更に本発明の方法は、反応性ガス、例えば還元
性又は酸化性ガスの溶融金属中への導入あるいは
所望ガスの溶融金属中への導入に使用することも
できる。

本発明においては、該噴射管の内径及び壁厚
を、溶融金属が該噴射管内でその先端から約２〜
３mmの深さ迄に侵入することを許して、そこで固
化せしめて凝固金属プラグを形成させることによ
つてその先端を完全に密封しかつ該噴射管の細孔
全体中への溶融金属の侵入が阻止されるように選
定する。凝固金属プラグによつて密封された先端
は、該噴射管を用いる際に溶融金属を撹拌して均
質化するのに有効な送入ガス圧よりも高い約30〜
約600psigのガス圧で該凝固金属プラグを該噴射
管内から吹飛ばすことにより容易に開封される。

かくして、本発明における該噴射管は、前述し
た従来法及び米国特許第3395910号の変法で使用
される金属管の欠点を、長期使用寿命を有しかつ
保全の要なく連続サイクルで使用できるという点
で克服するものである。この利点に対して、より
直径の大きい従来の金属管は使用毎に取代えを必
要とし、また同米国特許の変法では耐火スリーブ
を使用毎に取代える必要がある。更に本発明で
は、同米国特許明細書に記載される如きストツパ
ー棒部材によりガス供給系への溶融金属の侵入を
阻止する必要はなく、これは該噴射管自体により
阻止される。

本発明は、ａ）耐火ライニングを有する外側ケ
ーシングと、該ケーシング内部を通つて延びるが
該耐火ライニングの内向き表面から突出せずに該
表面で終る金属管から成る噴射管又は肉薄金属製
スリーブの内側に脆弱材料製の管を嵌挿してなる
噴射管の１本又は複数本とを有する溶融金属収容
用の容器を設け、ここで該噴射管は、該容器中の
溶融金属にガスを加圧下で送入するように配設さ
れかつ、溶融金属の細孔中への侵入を該噴射管の
先端から約２〜３mmの深さ迄許すがそれ以上の侵
入を阻止するに有効な内径0.25〜2.5mmの細孔を
有するものであり、 ｂ 該容器中に溶融金属の第一の仕込みを行な
い、 ｃ 該噴射管を通して該溶融金属中にガスを、該
溶融金属を撹拌して均質化するのに有効な圧力
で送入し、 ｄ 該ガスの送入を中断し、溶融金属が該噴射管
内でその先端から約２〜３mmの深さ迄に侵入す
ることを許して、そこで固化せしめて凝固金属
プラグを形成させることによつて該噴射管の先
端を密封させ、 ｅ 均質化された溶融金属を該容器から取出し、 ｆ 該容器中に溶融金属の第二の仕込みを行な
い、 ｇ ガスを該噴射管に前記の工程（ｃ）における
溶融金属を撹拌して均質化するのに有効な送入
ガス圧よりも高い約30〜約600psigの圧力で通
して、該噴射管内に形成させた該凝固金属プラ
グを吹飛ばして密封先端を開封することによつ
て、該ガスを第二の仕込み金属中に送入せし
め、 ｈ 第二の仕込み金属を該ガスにより撹拌して均
質化することを特徴とする溶融金属のガス処理
方法を提供するものである。

噴射管の細孔の最大直径は溶融金属が細孔に該
噴射管の先端から約２〜３mm以上の深さに侵入し
ないという要件により決定され、その最大直径は
個々の溶融金属について試験により決定できる。
鉄及び鋼の如き鉄金属の場合には最大許容直径は
約2.55mmである。最大許容直径は、噴射管が溶融
金属を均質化するに合理的な速度及び圧力で不活
性ガスを通送する作用をなすという要件により決
定される。

噴射管の壁厚はそれが通常の取扱いに適する強
度をもつという要件により定められる。

噴射管は操業条件下で破壊もしくは軟化しない
任意の金属材料からなり得る。例えば噴射管はス
テンレス鋼、低炭素鋼又は鋼から成形され得る。
その製造条件は管の成形に用いられる金属の種類
に応じて変り得る。

操業に当り噴射管は耐火ライニングを有する容
器、例えば取鍋中に、ガスの出口即ち管の先端が
該耐火ライニングの内側表面で終るように配設さ
れる。噴射管はそれにかけられる高温のため耐火
ライニングを超えて突出るべきでない。溶融金
属、例えば溶融鋼を取鍋中に仕込んだ後、噴射管
はその露出先端から約２〜３mmの深さで固化する
ことによつて形成された凝固金属プラグで密封さ
れる。噴射管の温度が上昇するにつれてそれは物
理的にきわめて弱くなる。ガス撹拌が必要とされ
る時に該噴射管に溶融金属を撹拌して均質化する
のに有効な送入ガス圧よりも高いガス圧をかけて
それを開封させる。この開封は、該先端あるいは
溶融金属の温度に近い先端付近の熱い（即ち弱
い）部分における固化金属（凝固金属プラグ）
を、溶融金属を撹拌して均質化するのに有効な送
入ガス圧よりも高いガス圧で吹飛ばすことによつ
て行なうことができる。その結果固化金属は管か
らガス圧により清掃され、かくしてガスは管を通
過し得る。溶融金属の所望の撹拌が達成された
後、ガス流を中断すると溶融金属は再び管内でそ
の先端から約２〜３mmの深さで固化して凝固金属
プラグを形成しその先端を密封する。

次のサイクルにおいて、取鍋中に仕込まれた高
熱の溶融金属により噴射管及び先端上の金属密封
部が加熱される結果、前記のようにその密封部が
吹飛ばされるか又は管の先端部のみが破裂し、か
くして撹拌用ガスの流れが全部取鍋中に送入され
る。

開封が、管の先端を密封する固化金属（凝固金
属プラグ）を、溶融金属を撹拌して均質化するの
に有効な送入ガス圧よりも高いガス圧で吹飛ばす
ことによるか管の先端部のみの破裂によるかは管
を構成する金属の種類に依存する。ステンレス鋼
製噴射管を溶融金属の処理に用いる場合には、ス
テンレス鋼の高温における比較的高い強度のた
め、先端を密封する固化金属凝固金属プラグはガ
ス圧により吹飛ばす方が容易である。銅製噴射管
を用いる場合には銅は特に高温で比較的弱い金属
であるから、管の先端部のみを破裂させる方が容
易である。

銅及び低炭素鋼の管は、ステンレス鋼の管に比
べて開封に要するガス圧がより低くても足りると
いう利点をもつ。

連続使用の場合には噴射管の先端がある程度腐
食され得ると考えられようが、本発明の場合かか
る腐食はきわめて少なく、噴射管は長期間の使用
後でも実質的に不変であることが認められた。噴
射管の寿命は耐火ライニングと同じであるのがよ
い。

本発明で使用される噴射管は、従来の高価な多
孔質プラグ、中空ストツパー棒、毎サイクル後に
交換又は清掃を要する直径の大きい鋼管あるいは
米国特許第3395910号明細書に記載される如き交
換の必要な耐火スリーブに対して、きわめて多数
のサイクルに亘つて連続使用できる。

次に本発明を添付図面を参照して更に説明す
る。図面において、取鍋は概略的にＢで示され、
取鍋Ｂは鋼製外板１５及び耐火ライニング１７を
有しかつ溶融金属浴Ｃを収容する。取鍋Ｂの底部
には耐火部材１９が設けられ、それを通じて不活
性ガスを浴Ｃに噴射するため噴射管Ｄが延びる。
取鍋Ｂにはまた耐火物の内張り２３を有するカバ
ー２１が設けられている。

カバー２１は溶融金属浴Ｃの撹拌表面を大気中
の水分及び酸素から保護する。この保護効率を高
めるために別に不活性ガスをカバー２１中に流す
ことが望ましく、この目的のために導入管（図示
せず）が設けられる。カバー２１はまた幅射によ
る熱損失を少なくする。例えば、アルゴンガスに
より毎サイクル60トンの鋼を処理する一プラント
では、温度の降下速度はカバー２１を設けない場
合約12〓／分であつたのに対し、カバー２１を設
けた場合約７〓／分と少なかつた。

第２図には、４本の噴射管Ｄ，D₁，D₂及びD₃
と注入ノズル３１を設けた取鍋Ｂが示されてい
る。

第２図に示されるように複数本の噴射管を設置
してガス流を幾つかに分けることによつて、金属
の過度の飛散なく全体としてガスの流速をはかる
かに高くすることができる。

本発明における噴射管Ｄの種類及び使用につい
て詳述する。噴射管Ｄの孔径は浴Ｃが溶融鉄金属
の場合には約2.5mm以下にすべきであり、直径が
これより大きくなると溶融金属が管内にしたたり
落ちて噴射管細孔全体の内部閉塞が起り、この閉
塞はガス圧のみによつては掃去し得ない。かかる
閉塞が起ると管Ｄを機械的に清掃するかあるいは
使用の間に取代えねばならない。最大限2.5mm以
内の許容し得る内径はガス流速及びフラツシユ用
のガス圧により決定される。実用的な最小内径は
約1/32インチ約0.79mmである。

管Ｄの壁厚は0.01インチ0.25mm〜5/32インチ
3.97mmの範囲がよい。最小の壁厚は管に要求され
る機械的強度により調節される。最大の壁厚は管
に接触する溶融金属の温度、ガス圧及び管を取囲
む耐火物の種類により決定される。噴射管Ｄの周
囲条件下で熱伝達、即ち耐火物と溶融金属との接
触はきわめて複雑であるため、最適の寸法は試験
により決める必要がある。

噴射管Ｄは第３図に示されるような単一の管で
あつてもよい。溶融金属中で所望の撹拌を得るの
に比較的高い流速が必要な場合には数本の管を使
用できる。

比較的高いガス流速を与える別法は多くの噴射
管を集めることであり、各クラスターでは共通の
入口に連結された２本又はそれ以上の噴射管を取
鍋中で用いる第４図はこのクラスター方式につい
て示すものである。第４図において共通の入口管
１は鋼製外板１５と耐火ライニング１７を通して
噴射管Ｄ，D₁のクラスタ−に至る。これにより
個々の噴射管の寸法を有効許容限度内に保持し
つゝガス流速を任意の条件下で増大させることが
できる。更に高い流速を達成させるためには噴射
管の多数のクラスターを適当に配設して効率的な
操業を行なうことができる。

使用される噴射管の数は種々の因子により左右
され、適当な数の噴射管を用いて唯一のフラツシ
ユガス源を使用する場合に固有の欠点を克服し得
る。

ほとんどの製鋼プラントでは、取鍋は精錬炉か
らの鋼の全バツチを収容する大きさのものであ
る。前述のように複数の噴射管のクラスターを利
用するガスの分流により全バツチの撹拌及び均質
化が可能となるが、一方単一源からのガスは飛散
を惹起し得るけれども、これは取鍋中の金属量を
減少させて頭部の空間を飛散が起つてもよいよう
に大きくすることによつて回避できる。いうまで
もなく、LD転炉、電気炉及び反射炉中での飛散
条件は取鍋中よりも寛大である。

第５図は鋼外板１５及び耐火ライニング１７を
通して延びる噴射管Ｄの拡大図である。噴射管Ｄ
は突き固めた耐火材料又は耐火物スラリーで予め
成形されたレンガであり得る耐火部品３３と３５
により取囲まれている。耐火部品３３と３５は耐
火ライニング１７の一部を構成し、管Ｄの先端Ｅ
は耐火部品３５の露出内面より先には延びない。

噴射管の取出し及び交換を簡単にするため、そ
の先端を、用いた噴射管の取出し中に粉砕もしく
は破壊し得る隣接部の耐火物より脆い脆弱材料、
例えば黒鉛からなるように改変できる。

第６図及び第７図は肉薄金属製スリーブ８の内
側に脆弱材料製の管１を嵌挿して成る噴射管D₅
を示すものである。

以上本発明を不活性（もしくは比較的不活性）
のガスを用いる場合について説明したが、本発明
は必ずしもかかる不活性ガスの使用に限定される
ものではなく、還元性ガス、例えば天然ガス、プ
ロパン等も使用できる。場合により液状炭化水素
も使用できる。また、活性酸化性ガス、例えば酸
素を純粋な形ではなく、不活性ガス、例えばアル
ゴン、ヘリウム、窒素等で希釈して用いることも
できる。この場合酸素は約75容量％以下を占める
ことができる。特定の一実施態様においてはガス
は分子態酸素を70容量％含有する。

本発明により処理される溶融金属は所望される
結果に応じて大気圧より低い又は高い圧力に供す
ることができる。

噴射管内部にその先端から約２〜３mmの深さで
固化させることによつて形成させた凝固金属プラ
グを吹飛ばして、その密封先端を開封するための
ガス圧は溶融金属を撹拌して均質化するのに有効
な送入ガス圧よりも高い約30〜約600psigが適当
であるが、より高い圧力を用いることもできる。
噴射管の開封時及び開封後にガス圧は所望に応じ
て低下できかつそれは溶融金属を撹拌して均質化
する所期の効果により実質的に定められる。

次に本発明の一実施例を示す。

実施例 第１図に示されるように取鍋Ｂの底部における
耐火ライニング中に埋込まれた軟鋼製噴射管を用
いた。この噴射管は外径0.125インチ3.17mm、壁
厚0.032インチ0.81mmで0.061インチ1.55mmの細孔
を有するものである。取鍋Ｂ中に溶融鉄250ポン
ドを注入し、噴射管の露出先端から約２〜３mmの
深さで金属を固化させて凝固金属プラグを形成さ
せ管を密封した。ついでアルゴンを225psigで通
送して管の密封部から凝固金属プラグを吹飛ば
し、アルゴンを溶融鉄中に送入してガス撹拌を行
なつた。ガス送入を中断して管の先端から約２〜
３mmの深さで再び溶融金属の凝固金属プラグを形
成させることにより管を密封し、ついで溶融金属
を注出した。次のサイクルでは溶融金属250ポン
ド113.5Kgを取鍋Ｂ中に注入し、アルゴンガス圧
をかけて通常のガス流を通した。このサイクルを
くり返して適用できる。噴射管の有効寿命は取鍋
の耐火ライニングの使用寿命の関数である。

一般に、凝固金属プラグは内径0.25〜2.5mmの
噴射管の端部において約２〜３mmの長さに亘つて
形成され得るが、かかるプラグはガス噴射の開始
時に10〜200バ−ル、好ましくは50〜150バ−ルの
ガス圧で吹飛ばされ得る。ガス噴射の停止後管は
１〜12バールの普通の供給圧に保たれる。しかし
ながら、本発明の方法はガス供給を中断すること
なく、例えばLD型転炉における溶融銑鉄浴の撹
拌に使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属浴を収容しかつ本発明による噴射
管を備えた取鍋（LD型転炉、電気炉又は反射炉
であつてもよい）の垂直断面図であり、第２図は
数本の噴射管を備えた取鍋の第１図における２−
２線に沿う水平断面図である。第３図ａ図及び第
３ｂ図は本発明で使用するに適した噴射管のそれ
ぞれ側面図及び端面図である。第４図は噴射管ク
ラスタ−を示す取鍋の部分垂直断面図であり、第
５図は溶融金属を収容する容器底部の噴射帯域を
示す拡大部分断面図である。第６図は本発明によ
る別の型の噴射管の縦断面図であり、第７図は第
６図の噴射管の線７−７に沿つた横断面図であ
る。 図面において、Ｂは取鍋、Ｃは溶融金属浴、Ｄ
は噴射管、Ｅは管の先端、１５は外板、１７は耐
火ライニング、２１はカバ−、３１はノズル、３
３と３５は耐火部品、８は肉薄スリ−ブを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 耐火ライニングを有する外側ケーシング
   と、該ケーシング内部を通つて延びるが該耐火
   ライニングの内向き表面から突出せずに該表面
   で終る金属管から成る噴射管又は肉薄金属製ス
   リーブの内側に脆弱材料製の管を嵌挿してなる
   噴射管の１本又は複数本とを有する溶融金属収
   容用の容器を設け、ここで該噴射管は、該容器
   中の溶融金属にガスを加圧下で送入するように
   配設されかつ該噴射管の細孔中への溶融金属の
   侵入を該噴射管の先端から約２〜３mmの深さ迄
   許すがそれ以上の侵入を阻止するに有効な内径
   0.25〜2.5mmの細孔を有するものであり、 ｂ 該容器中に溶融金属の第一の仕込みを行な
   い、 ｃ 該噴射管を通して該溶融金属中にガスを、該
   溶融金属を撹拌して均質化するのに有効な圧力
   で送入し、 ｄ 該ガスの送入を中断し、溶融金属が該噴射管
   内でその先端から約２〜３mmの深さ迄に侵入す
   ることを許して、そこで固化せしめ、凝固金属
   プラグを形成させることによつて該噴射管の先
   端を密封させ、 ｅ 均質化された溶融金属を該容器から取出し、 ｆ 該容器中に溶融金属の第二の仕込みを行な
   い、 ｇ ガスを該噴射管に、前記の工程（ｃ）におけ
   る溶融金属を撹拌して均質化するのに有効な送
   入ガス圧よりも高い約30〜約600psigの圧力で
   通して、該噴射管内に形成させた該凝固金属プ
   ラグを吹飛ばして密封先端を開封することによ
   つて、該ガスを第二の仕込みをされた溶融金属
   中に送入せしめ、 ｈ 第二の仕込みをされた溶融金属を該ガスによ
   り撹拌して均質化することを特徴とする溶融金
   属のガス処理方法。 ２ ガスが溶融金属を均質化させる不活性ガスで
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 溶融金属が鉄金属である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ４ 溶融金属がそれに吸蔵されたガスを含み、そ
   のガスが噴射管を通して加圧下で送入されるガス
   により該溶融金属から少くとも部分的に駆出され
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 肉薄金属製スリ−ブの内側に嵌挿された脆弱
   材料製の管が黒鉛からなる管である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６ 溶融鉄金属が溶鉄金属浴の頂部から導入され
   る酸素により精錬される特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ７ ガスが分子態酸素を70容量％含有する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。