JPH05311227A

JPH05311227A - 溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方法

Info

Publication number: JPH05311227A
Application number: JP11503392A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Harashima; 和海原島; Takeo Imoto; 健夫井本; Masataka Yano; 正孝矢野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、溶融金属に減圧・真空処理を実施
して、短時間に極低濃度まで効率的かつ経済的に脱ガス
精錬する方法を提供する。【構成】直胴型真空槽を用いて取鍋内溶融金属の一部
を該真空槽に導入して、溶融金属の脱ガス精錬を実施す
るにあたり、垂直断面方向に等間隔に配置した４箇所以
上のガス吹込み孔を有するランスを溶融金属に浸漬し、
深さｈを吹込みノズルの個数ｎに応じた値に調整し、か
つランス中心軸からノズル先端までの距離を１０ｃｍ以
上とし、ランスを回転させ吹込みノズル先端の周速度を
１０ｃｍ毎秒以上とし、かつノズル先端部の１．５ｃｍ
以上の長さに対して螺旋状のガス吹込み管を用いる。
〔Ｃ〕を除去するに際しては、〔Ｏ〕濃度を０．０３ｍ
ａｓｓ％以上に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼あるいは溶融合金
等の溶融金属に含有されている炭素［Ｃ］、窒素
［Ｎ］、水素［Ｈ］を２００ｍｍＨｇ以下の減圧・真空
下で除去するための効率的な脱ガス精錬方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鋼や合金等の金属に含まれる炭素や窒素
は、自動車用薄鋼板、飲料缶用薄鋼板として使用する鋼
板の場合には、加工性向上、時効防止等のために、極細
線スチール・コード用の鋼の場合には、伸延性向上のた
めに極微量であることが要求される。さらに、構造用厚
板鋼材・パイプライン用鋼管材は割れ防止のため水素含
有量を極微量に制限する。

【０００３】一般に、製鉄業においては、溶鋼あるいは
溶融合金等の溶融金属（以下単に溶鋼と記述する）の脱
ガス処理を、例えば、第３版鉄鋼便覧II製銑製鋼編６７
１〜６８５ページに示されているような、各種の減圧・
真空精錬設備を用いて実施している。溶鋼循環型減圧・
真空槽を用いた脱ガス法（ＲＨ脱ガス法）に関して、減
圧・真空槽（以下、単に真空槽と記す）内の溶鋼にガス
を吹込む方法は、例えば、特開平２−２１７４１２号公
報あるいは特開平３−６１３１６号公報によって公知で
あり、脱ガス速度の向上にはそれなりの効果が期待でき
る。ただし、かかる方法では真空槽内の溶鋼が少量であ
り、従って、溶鋼深さが極めて浅く、吹込まれたガス
は、十分反応に関与せずに溶鋼から離脱する。脱ガス速
度を向上させるために吹込みガス量を増加させても、吹
込みガスは溶鋼から吹きぬけて、溶鋼を飛散させ、いた
ずらにスプラッシュを増加させて、安定な脱ガス処理を
不可能ならしめる。

【０００４】脱ガス反応は溶鋼である液相と気体である
気相との界面（気・液界面）で進行する。このとき、各
脱ガス反応の速度は（１’）式〜（３’）式で示され、
脱ガス速度を大きくするためには反応速度定数kxの値を
大きくする必要がある。kxは反応面積に比例するので、
従って、脱ガス反応速度を増加させ、速やかに極低炭
素、極低窒素、極低酸素である溶鋼を溶製するためには
気・液界面積を増加する方法とその具体的手段が必要で
ある。〔脱炭処理〕［Ｃ］＋［Ｏ］＝ＣＯ ………………（１）ｄ mass％［Ｃ］／ｄｔ＝−kc・mass％［Ｃ］ …………（１'）〔脱水素処理〕［Ｈ］＋［Ｈ］＝Ｈ₂ ………………（２）ｄ mass％［Ｈ］／ｄｔ＝−kc・mass％［Ｈ］ …………（２'）〔脱窒処理〕［Ｎ］＋［Ｎ］＝Ｎ₂ ………………（３）ｄ mass％［Ｎ］／ｄｔ＝−kc・mass％［Ｎ］²…………（３'）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は溶鋼に対して
減圧・真空処理を実施し、効率的且つ経済的に極低炭
素、極低窒素、極低水素溶鋼を溶製するための脱ガス精
錬方法を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、下記のとおりである。（１）直胴型減圧・真空槽を、溶融金属を収容した取
鍋上部に設置して取鍋内溶融金属の一部を該減圧・真空
槽に導入し、溶融金属にガス吹込みランスを浸漬して該
溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬を実施するにあたり、
ランスとしてその垂直断面方向に等間隔に配置した４箇
所以上のガス吹込み孔（ノズル）を有するランスを用
い、ガス吹込み孔先端の浸漬深さｈを、以下に示す関係
式で制限される値とし、かつランス中心軸からガス吹込
み孔先端までの距離ｄを１０ｃｍ以上とすることを特徴
とする溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方法。

【０００７】ｈ（ｃｍ）≧（８／ｎ）×１００ｎ：ノズル個数（２）前項１記載の方法において、ガス吹込み浸漬ラ
ンスを回転させ、ガス吹込み孔先端部の周速度として１
０（ｃｍ／ｓｅｃ）以上の速度を与えることを特徴とす
る溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方法。

【０００８】（３）前項１または２記載の方法におい
て、ガス吹込み浸漬ランスに設けたガス吹込み孔のその
先端から１．５ｃｍ以上の長さを螺旋状のガス吹込み管
とすることを特徴とする溶融金属の減圧・真空脱ガス精
錬方法。（４）前項１〜３のいずれかに記載の方法において、
溶融金属中の炭素（［Ｃ］）を除去するに際し、該溶融
金属に含有される酸素（［Ｏ］）濃度を０．０３ｍａｓ
ｓ％以上とすることを特徴とする溶融金属の減圧・真空
脱ガス精錬方法。

【０００９】

【作用】本発明の技術的思想の根源は、４孔以上のガス
吹込みノズルを用いて、多量のガスを溶鋼に吹込んで、
溶鋼内部に気泡を分散させ、かつ気泡を微細化し、吹
込み気泡の合体を極力防止することで、気・液界面積を
増加させ、吹込みノズル個数に応じて、ランスの吹込
み深さを制御して、気泡が溶鋼内に滞留する時間を長く
することで、吹込みガスの反応効率を向上させ、溶鋼の
脱ガス速度を増大させる点にある。

【００１０】この時、ガス噴流によるランスの偏りを避
けて安定したガス吹込みを実施するために、ノズル孔の
配置はランスの垂直断面方向に等間隔に配置する必要が
ある。さらに、吹込み気泡を分散させるためには、吹込
みノズル個数は多いほど良く、４孔以上の個数を確保す
る。

【００１１】吹込み気泡の滞留時間を大きくするために
は、気泡の吹込み位置はでき得る限り溶鋼の深層部であ
ることが好ましが、吹込み気泡径が小さい時には、不必
要にランスを深く浸漬する必要はない。従って、吹込み
深さは、基本的には以下の関係式で示される値を確保す
る。ｈ（ｃｍ）≧（８／ｎ）×１００ｎ：ノズル個数さらに、吹込みガス気泡の合体を防止し、吹込みガスの
反応効率を向上させるためには、ランス中心からノズル
先端間の距離ｄとして１０ｃｍ以上を確保する必要があ
る。

【００１２】さらに、溶鋼の攪拌と気泡の分散のため
に、ランスを回転させることが有効である。この時、ラ
ンスノズルの先端の周速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ以上であ
ると反応速度が増加する。本発明の方法で、ガス吹込み
ノズル出口部の少なくとも１．５ｃｍ以上の長さにわた
り螺旋状のガス吹込み管を用いると、単純な円筒ノズル
を用いた時よりも、気泡が微細化され、脱ガス反応速度
が大きくなる。

【００１３】本発明の方法で溶鋼に含有される炭素
（［Ｃ］）を除去する場合において、溶鋼の［Ｏ］濃度
は重要である。すなわち、吹込み気泡に以下の反応でＣ
Ｏガスとして吸収させるため［Ｏ］濃度は高濃度である
ほど有利であるが、一方では、［Ｏ］は気・液界面に吸
着し、反応速度を低下させる。従って、［Ｏ］濃度は
０．０３〜０．１ｍａｓｓ％の範囲とする。

【００１４】本発明の方法を実施するにあたり、直胴型
減圧・真空槽の代用として、取鍋の全部を別の真空排気
可能な容器に収容してもよい。本発明の方法を適用して
溶鋼の脱炭処理をするにあたり、溶鋼の酸素濃度を保持
あるいは増加するために、酸素ガスあるいは酸素含有ガ
スを溶鋼に吹込むこともできる。さらに、取鍋内の溶鋼
を攪拌するために、取鍋の底部に設置したガス吹込み用
のポーラスプラグの併用が有効である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。実施例１取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置した
ガス吹込みノズル孔を有するランスを１００ｃｍ浸漬
し、溶鋼の脱ガス処理を実施した。処理開始から５ｍｉ
ｎ後には真空槽内の圧力Ｐ_totalは１０ｍｍＨｇ以下に
到達した。ランス中心軸からノズル先端までの距離は１
０ｃｍであり、ガス吹込みノズルの形状は、単純な円筒
ノズルである。吹込みガスはＡｒで、その流量は３．５
（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）である。取鍋内溶鋼攪拌用の
ポーラスプラグからの吹込みＡｒ流量は４００（Ｎｌ／
ｍｉｎ）である。

【００１６】脱ガス処理は、脱窒、脱水素、脱炭処理を
対象とした。脱窒、脱水素処理ではキルド溶鋼を対象と
し、［Ｏ］濃度は０．００５ｍａｓｓ％以下であり、脱
炭処理では、［Ｏ］濃度は０．０４〜０．０５ｍａｓ
ｓ％の範囲の溶鋼である。図１に各脱ガス速度定数比kc
ⁿ/kc ⁽²⁾とノズル個数ｎとの関係を示した。kc ⁽²⁾は
ｎ＝２の時の脱ガス速度定数であり、kcⁿはｎ＝ｘの時
に測定された脱ガス速度定数の値である。

【００１７】kcⁿ/kc ⁽²⁾の値はｎ＝４までの区間では
その増加割合が大きく、ｎ≧４で増加割合が緩やかにな
る。各脱窒、脱水素、脱炭速度定数比に関して、各kcⁿ
/kc ⁽²⁾とｎとの関係はほぼ同じである。図６に示すよ
うな螺旋ノズルを用いた時には、図１に併記したよう
に、単純な円筒ノズルを用いた場合よりも、kcⁿ/kc
⁽²⁾の値が大きくなり、脱ガス速度が増加した。

【００１８】実施例２取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置した
ガス吹込みノズル孔を有するランス用い、溶鋼の脱ガス
処理（脱炭、脱水素、脱窒処理）を実施した。ランス中
心軸からノズル先端までの距離は１５ｃｍであり、ガス
吹込みノズルの形状は、単純な円筒ノズルである。吹込
みガスはＡｒで、その流量は２．５（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔ
ｏｎ）である。この時の［Ｏ］濃度は０．０４〜０．０
５ｍａｓｓ％の範囲の溶鋼である。処理開始から５ｍｉ
ｎ後には真空槽内の圧力Ｐ_totalは１０ｍｍＨｇ以下に
到達した。

【００１９】取鍋内溶鋼攪拌用のポーラスプラグからの
吹込みＡｒ流量は３００（Ｎｌ／ｍｉｎ）である。図２
に脱ガス速度定数比kc^h/kc²⁰と吹込み深さｈとの関係
を示した。kc²⁰はｎ＝２０ｃｍの時の脱ガス速度定数で
あり、kc^hはｈ＝ｘの時に測定された脱ガス速度定数の
値である。

【００２０】kc^h/kc²⁰の値はｈの増加と共に大きくな
り、脱ガス速度がｈの増加と共に増大する。ただし、ノ
ズル個数ｎの増加と共にkc^h/kc²⁰の増加勾配が異な
り、kc ^h/kc²⁰の値が見掛け上、一定になる深さｈ_min
は小さくなる。従って、ｈ_minはｎの関数として次式で
近似でき、効率良い脱ガス処理を実現するためには、吹
込み深さｈはｈ_min以上の値を確保すれば良い。

【００２１】

【数１】

【００２２】実施例３取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置した
ガス吹込みノズル孔５個を有するランス用い、溶鋼の脱
ガス処理（脱炭、脱水素処理）を実施した。ランスの浸
漬深さｈは１６５ｃｍであり、吹込みガスはＡｒで、そ
の流量は３．０（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）である。取鍋
内溶鋼攪拌用のポーラスプラグからの吹込みＡｒ流量は
３５０（Ｎｌ／ｍｉｎ）である。ガス吹込みノズルの形
状は、単純な円筒ノズルである。この時の［Ｏ］濃度は
０．０４〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲である。処理開始
から５ｍｉｎ後には真空槽内の圧力Ｐ_totalは１０ｍｍ
Ｈｇ以下に到達した。

【００２３】図３に脱ガス速度定数比kc^d/kc ^(d5)とラ
ンス中心からノズル先端までの距離ｄとの関係を示し
た。kc^(d5)はランス中心からノズル先端までの距離ｄが
５ｃｍの時の脱ガス速度定数であり、kc^dはｄ＝ｘの時
に測定された脱ガス速度定数の値である。kc^d/kc ^(d5)
の値はｄの増加と共に増加し、およそｄ＝１０ｃｍまで
は直線的に増加し、それ以上ではkc^d/kc ^(d5)の増加程
度が小さくなる。ｄ≧１０ｃｍとすることで、効率良い
脱ガス処理が実施できる。実施例４取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置した
ガス吹込みノズル孔４〜８個を有するランスを用い、溶
鋼の脱炭処理と脱水素処理を実施した。ランスの浸漬深
さｈは次式の関係を満足するような深さである。吹込み
ガスはＡｒあるいは窒素ガスの単独で、その流量は２
（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）である。ガス吹込みノズルの
形状は、単純な円筒ノズルと螺旋ノズルであり、ランス
中心軸からノズル先端までの距離は１５ｃｍである。こ
の時の［Ｏ］濃度は０．０６〜０．０８ｍａｓｓ％の範
囲である。取鍋内溶鋼攪拌用のポーラスプラグからの吹
込みＡｒ流量は４００（Ｎｌ／ｍｉｎ）である。処理開
始から５ｍｉｎ後には真空槽内の圧力Ｐ_totalは１０ｍ
ｍＨｇ以下に到達した。

【００２４】図４に脱ガス速度定数比kc^r/kc ^oとガス
吹込みノズル先端の周速度ｖ_rとの関係を示した。kc^o
はノズル先端の周速度がゼロの時の脱ガス速度定数であ
り、kc^rはノズル先端の周速度がｖ_rの時の脱ガス速度
定数である。kc^r/kc ^oの値はｖ_rの値が１０ｃｍ／ｓ
ｅｃ程度以上になると増加し、脱ガス処理が効率的に実
施できる。

【００２５】

【数２】

【００２６】実施例５取鍋に［Ｏ］濃度が０．０４〜０．０５ｍａｓｓ％の範
囲である１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような
設備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置し
たガス吹込みノズル孔５個を有するランスを用い、溶鋼
の脱炭処理と脱水素処理を実施した。ランスの浸漬深さ
ｈは１６５ｃｍであり、吹込みガスはＡｒで、その流量
は２（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）である。ガス吹込みノズ
ルの形状は、図６に示すような螺旋ノズルである（ここ
では、ガス吹込みノズル孔を５個にすると図面が見にく
くなるため、ノズル孔を３個として見やすくした）。処
理開始から５ｍｉｎ後には真空槽内の圧力Ｐ_totalは１
０ｍｍＨｇ以下に到達した。

【００２７】取鍋内溶鋼攪拌用のポーラスプラグからの
吹込みＡｒ流量は３００（Ｎｌ／ｍｉｎ）である。図５
に脱ガス速度定数比kc^l/kc ^oと螺旋ノズル部長さｌと
の関係を示した。kc^oは螺旋ノズル部長さｌがゼロの時
の脱ガス速度定数であり、kc^lはｌ＝ｘの時の脱ガス速
度定数である。kc^l/kc ^oの値はｌがおよそ１ｃｍ程度
から増加し、ｌ≧１．５ｃｍとすることで効率良い脱炭
が実施できる。脱炭処理と脱水素処理で図５の関係は同
じである。

【００２８】実施例６取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて、ランスの垂直断面方向に等間隔に配置した
ノズル孔５個を有するランスを用い、溶鋼の脱炭処理を
実施した。ランスの浸漬深さｈは１６５ｃｍであり、吹
込みガスはＡｒで、その流量は２．５（Ｎｌ／ｍｉｎ／
ｔｏｎ）である。取鍋内溶鋼攪拌用のポーラスプラグか
らの吹込みＡｒ流量は３００（Ｎｌ／ｍｉｎ）である。
ガス吹込みノズルの形状は、単純な円筒ノズルである。
この時の［Ｏ］濃度は０．０１５〜０．０１５ｍａｓｓ
％の範囲である。処理開始から５ｍｉｎ後には真空槽内
の圧力Ｐ_totalは１０ｍｍＨｇ以下に到達した。

【００２９】図７に脱炭速度定数比kc^[O]/kc^0.015と
［Ｏ］濃度との関係を示した。kc^0.015 は［Ｏ］濃度が
０．０１５ｍａｓｓ％の脱炭速度定数であり、kc^[O]は
［Ｏ］＝ｘｍａｓｓ％の時に測定された脱炭速度定数
の値である。kc^[O]/kc^0.015の値は０．１０ｍａｓｓ％
≧［Ｏ］≧０．０３ｍａｓｓ％の時に大きな値となり、
効率良い脱炭処理が実施できる。実施例７取鍋に１５０トンの溶鋼を装入し、図９に示すような設
備を用いて溶鋼の脱炭処理を実施した。この時の［Ｏ］
濃度は０．０５〜０．０６ｍａｓｓ％の範囲である。処
理開始から５ｍｉｎ後には、真空槽内圧力Ｐ_totalを所
定の圧力に保持した。

【００３０】いずれの場合にも、真空槽内溶鋼単位重量
あたり３．０（Ｎｌ／ｍｉｎ／ｔｏｎ）の割合でＡｒを
吹込んだ脱炭処理も実施した。図８に、脱炭速度定数比
kc^Tx/kc ^TとＰ_totalとの関係を示した。ここで、kc ^T
の値はＰ_total＝７６０ｍｍＨｇの時の脱炭速度定数で
あり、kc^Txの値はＰ_to _tal＝ｘｍｍＨｇの時の脱炭速
度定数である。

【００３１】kc^Tx/kc ^Tの値はＰ_totalの値が高真空に
なるほど増加するが、実際に効率良く脱炭を実施するた
めには、Ｐ_totalの値は２００ｍｍＨｇ以下とすべきで
ある。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、溶鋼の脱ガス速度が増
大し、効率的かつ経済的に極低炭素、極低窒素、極低水
素濃度の溶鋼の溶製ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱ガス速度定数比kcⁿ/kc ⁽²⁾とノズル個数ｎ
との関係を示す図である。

【図２】脱ガス速度定数比kc^h/kc⁽²⁰⁾と吹込み深さｈ
との関係を示す図である。

【図３】脱ガス速度定数比kc^d/kc^(d5)とランス中心か
らノズル先端までの距離ｄとの関係を示す図である。

【図４】脱ガス速度定数比kc^r/kc ^oとガス吹込みノズ
ル先端の周速度ｖ_rとの関係を示す図である。

【図５】脱ガス速度定数比kc^l/kc ^oと螺旋ノズル部長
さｌとの関係を示す図である。

【図６】螺旋ノズル先端部の構造の一例（３条ネジ）を
示す図である。

【図７】脱炭速度定数比kc^[O]/kc^0.015と［Ｏ］濃度と
の関係を示す図である。

【図８】脱炭速度定数比kc^Tx/kc ^TとＰ_totalとの関係
を示す図である。

【図９】本発明を実施するための脱ガス設備の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１溶鋼２真空槽内溶鋼３取鍋４直胴型真空槽５ガス吹込みランス６溶鋼攪拌用ポーラスプラグ（ガス吹込み）７酸素ガス吹込みノズル８ガス吹込みノズルｈ：ランス浸漬深さｄ：ランス半径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直胴型減圧・真空槽を、溶融金属を収容
した取鍋上部に設置して取鍋内溶融金属の一部を該減圧
・真空槽に導入し、溶融金属にガス吹込みランスを浸漬
して該溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬を実施するにあ
たり、ランスとしてその垂直断面方向に等間隔に配置し
た４箇所以上のガス吹込み孔（ノズル）を有するランス
を用い、ガス吹込み孔先端の浸漬深さｈを、以下に示す
関係式で制限される値とし、かつランス中心軸からガス
吹込み孔先端までの距離ｄを１０ｃｍ以上とすることを
特徴とする溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方法。ｈ（ｃｍ）≧（８／ｎ）×１００ｎ：ノズル個数
【請求項２】請求項１記載の方法において、ガス吹込
み浸漬ランスを回転させ、ガス吹込み孔先端部の周速度
として１０（ｃｍ／ｓｅｃ）以上の速度を与えることを
特徴とする溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方法。
【請求項３】請求項１または２記載の方法において、
ガス吹込み浸漬ランスに設けたガス吹込み孔のその先端
から１．５ｃｍ以上の長さを螺旋状のガス吹込み管とす
ることを特徴とする溶融金属の減圧・真空脱ガス精錬方
法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の方法に
おいて、溶融金属中の炭素（［Ｃ］）を除去するに際
し、該溶融金属に含有される酸素（［Ｏ］）濃度を０．
０３ｍａｓｓ％以上とすることを特徴とする溶融金属の
減圧・真空脱ガス精錬方法。