JPH06116627A

JPH06116627A - 極低窒素鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH06116627A
Application number: JP18953491A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kitamura; 信也北村; Hiroyuki Aoki; 裕幸青木; Kenichiro Miyamoto; 健一郎宮本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】取鍋内での真空精錬法において、激しいスプ
ラッシュの発生や酸化鉄の生成による操業上の問題を生
じることなく効率的に極低窒素鋼を製造すること。【構成】取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を
減圧すると共に、取鍋低部より撹拌用ガスを供給する真
空精錬において、炭素濃度を０．０３〜１．０％なる溶
鋼を該浸漬管上部より上吹きされた酸素が酸素供給面を
５０％以上になるように酸素を供給すること、ならびに
浸漬管槽内を非酸化性ガス雰囲気とした後、気泡活性面
積が溶鋼全体面積の１０％以上であり、かつ該槽内真空
度を炭素濃度の変化に応じて、変化させることを特徴と
する極低窒素鋼の製造方法。【効果】激しいスプラッシュの発生や酸化鉄の生成に
よる操業上の問題が全く生じることなく、極めて高効率
に極低窒素鋼を溶製することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は取鍋内溶鋼の真空精錬に
よる極低窒素鋼の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に溶鋼の真空脱窒精錬については、
真空脱炭精錬法と同じくＲＨ法があり、ＲＨ法の脱窒反
応は脱炭反応と同時に進行するため、その効率化には脱
炭精錬と同様浸漬管径の増大、環流用不活性ガス吹き込
みによる反応界面積の増大が有効であることが知られて
いる。しかしながら、環流量の増大は設備上限界に達し
つゝあり、かつガスの急冷反応及び溶鋼の乱流により、
耐火物が局部的に侵食されるなどの問題がある。また、
真空槽へのガス吹き込み法は多量のスプラッシュが発生
するために、操業性が著しく阻害されるという欠点を有
している。これらの問題に対して、特開昭６０−１８４
６１９号公報のように、転炉にて溶製した炭素濃度０．
１％以上の溶鋼に減圧下で気体Ｏ₂を上吹きしてこれを
脱炭せしめ、このとき生じる効率的な脱窒により低窒素
鋼を製造する方法及び特開昭６０−１８４６２０号公報
のように、上記同様、転炉にて溶製した炭素濃度０．１
％以上の溶鋼に減圧下で気体Ｏ₂及び酸化剤粉体を上吹
きして脱炭、脱窒反応を促進させると共に、この脱炭量
に関連ずけて窒素濃度を調節して効率的に処理後の窒素
値を目標値に近づけようとする技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開昭６０−１８４６１９号公報及び特開昭６０−１８
４６２０号公報による方法では、処理前の炭素濃度が
０．１％以上と高いため、脱炭幅が非常に大きく、短時
間で処理するためには、送酸速度を大きくする必要があ
る。ＲＨ法や取鍋脱ガスのように気泡活性面が小さい精
錬方法の場合に炭素濃度が０．１％以上の範囲で効率的
な脱炭を行うためには、高真空度を維持する必要があ
り、このため、高真空下で多量のガスが発生し、激しい
スプラッシュが発生する。また、常時酸素ガスを吹き付
けているために処理後半の低炭素領域では酸化鉄が多量
に生成し、耐火物溶損等の操業上の問題が今だ解決され
ていない。しかも、ＲＨ法やＤＨ法を前提とした場合に
は環流速度が小さい上に気泡発生面が小さいために効果
的な撹拌が出来ず、また、取鍋脱ガスの場合にも気泡活
性面が小さいために炭素濃度が０．１％以下の範囲で酸
素ガスを上吹きしても酸化鉄の生成が脱炭よりも優先
し、上記の問題は避け難く酸化鉄の生成を抑制するため
には更に真空度を確保する必要があるためスプラッシュ
が極めて多くなるという種々の問題点を有している。こ
れらスプラッシュの発生や酸化鉄の生成による操業上の
問題を生じることなく、効率的に極低窒素鋼を製造する
方法を提供せんとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これら従
来の真空下でのＯ₂吹き込みによる欠点を解消すべき詳
細な検討と実験を重ねた結果、真空精錬装置において、
脱窒素を生ずるためには、界面活性成分である酸素濃度
が低い条件下で、表面直下からＣＯガスを発生させるこ
とが必要であるとの知見を得た。この知見に基づき、表
面の局所的な撹拌を強くして、この部分で上吹きされた
酸素と溶鋼中の炭素を反応させると効果的となることか
ら気泡活性面が酸素供給面の一定条件下にすること、並
びに酸化物の生成から、ある一定の炭素濃度と真空度と
の関係を定めたものである。その要旨とするところは、（１）取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管内を減圧
すると共に、取鍋低部より撹拌用ガスを供給する真空精
錬する方法において、炭素濃度を０．０３〜１．０％な
る溶鋼に対して該浸漬管上部より上吹きされた酸素によ
る酸素供給面のうち、気泡活性面が５０％以上になるよ
うにすることを特徴とする極低窒素鋼の製造方法。（２）浸漬管槽内を非酸化性ガス雰囲気とした後、気泡
活性面積が溶鋼全体面積の１０％以上であり、かつ該槽
内真空度を炭素濃度の変化に応じて、下記式の範囲で変
化させることを特徴とする請求項１記載の極低窒素鋼の
製造方法にある。Ｐ＝ａ＋９８０×Ｃａ＝１７０〜３７０但し、Ｐ≧７６０の場合はＰ＝７６０とする。Ｐ：真空度（Ｔｏｒｒ）Ｃ：炭素濃度（重量％）

【０００５】

【作用】以下本発明について図面に従って詳細に説明す
る。図１は本発明に係る真空精錬装置の断面図であり、
溶鋼４は取鍋１に収容され、また、浸漬管２は取鍋１内
の溶鋼４中に浸漬静止される。浸漬管２は排気管と連通
し、浸漬管２内の真空度に応じて、浸漬管２内に溶鋼４
が吸い上げられる。そして浸漬管２の下部断面が垂直下
方に当る取鍋１の底部に配設されたポ−ラスプラグ３よ
り不活性ガス５が溶鋼中に吹き込まれ、溶鋼４が撹拌混
合される。一方、浸漬管２の上方からは酸素上吹きラン
ス６を設け、この酸素上吹きランスからＯ₂が浸漬管真
空槽表面に吹き込まれる。この場合に、取鍋内溶鋼の深
い位置からのガス撹拌下での流動状況について、水モデ
ルや水銀モデルにより実験を重ねた結果、溶鋼ヘッドが
高いと気泡の浮力による溶鋼循環力が極めて大きく、表
面の気泡浮力上領域で最も強い上向きの流れとなる。ま
た、脱窒素が生じるためには、界面活性成分である酸素
濃度が低い条件下で、表面直下からＣＯガスを発生させ
ることが必要であるとの上記知見に基づき、溶鋼全体の
撹拌ではなく、表面の局所的な撹拌を強くして、この部
分で上吹きされた酸素と溶鋼中炭素を反応させると極め
て効果的であることが判明した。また、上吹きされた酸
素ガスが炭素と優先して反応し、酸化鉄の生成を少なく
することも重要な点であるとが確認された。何故なら
ば、生成した酸化鉄は表面を覆い酸素ガスと溶鋼が接触
する面積を低下させ、相乗的に脱炭を阻害するためであ
る。

【０００６】そこで、本発明に係る真空精錬装置である
図１に示すような、取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、この
浸漬管内を減圧すると共に取鍋底部より撹拌用ガスを供
給する場合は、上述のように取鍋内溶鋼の深い位置から
の撹拌用ガス吹き込みであることから環流速度が大きい
上に、気泡活性面積が広く局所的な表面の撹拌が極めて
強いため、脱炭濃度が低い領域でも、酸化鉄の生成を抑
制した上で、表面直下からのＣＯガスの発生が激しく効
果的な脱窒素が可能となるものである。このような効果
的な表面撹拌効果を得るためには、気泡活性面ｓが酸素
供給面Ｓの５０％以上とする条件が必要である。気泡活
性面が少ない場合には、表面直下での脱炭反応が有効に
進行する面積が小さく、そのため非常に小さい酸素供給
速度に制御しない限り、酸化鉄の生成が起こり、脱窒素
効果が悪くなる。なお、ここで気泡活性面積とは、吹き
込まれたガス気泡が表面に浮上する領域であると定義さ
れる。この気泡活性面積については、水モデルや水銀モ
デル、あるいは実機での観察結果により、垂直方向に吹
き込まれたガスに対する気泡活性面積（Ａｎ）は（１）
式で、水平方向に吹き込まれたガスに対する気泡活性面
積（Ａｕ）は（２）式で与えられる。Ａｎ＝３．１４×（０．２１２×Ｈ）² ‥‥‥‥（１）Ａｕ＝３．１４×（７×Ｑ⁰・⁶⁷）²／２ ‥‥‥‥（２）ここで、Ｈは吹き込み位置から溶鋼面までの距離（ｍ）
であり、Ｑはノズル１個当りのガス吹き込み量（Ｎｍ³
／ｓ）である。このように、気泡活性面は気泡活性面積
（１）（２）で表わすことが出来る。

【０００７】そこで、この気泡活性面は酸素が溶鋼表面
接触する面積であるところの酸素供給面Ｓの広い範囲を
覆うことが重要である。酸素供給面Ｓは上吹きノズル６
より、片側１２度の角度θで酸素ガスが拡がるとしてラ
ンス高さより幾何学的に計算されたものである。これ
は、酸素ガスは気泡が上昇してきた領域で反応させた場
合には一旦、酸化鉄が生成しても鋼浴内部に巻き込まれ
ないため、容易に還元されてＣＯガスとなるのに対し
て、酸素の下降流が生成している領域で酸素ガスと溶鋼
が反応すると、一旦、生成した酸化鉄が鋼浴内部に巻き
込まれるために溶鋼静圧により脱炭が起こりにくく酸化
鉄が安定してしまうためである。この条件としては、気
泡活性面積ｓが酸素供給面Ｓの５０％以上を占めること
が必要となる。図２は酸素供給面Ｓに占める気泡活性面
の比率（％）と処理中の〔Ｎ〕低下量（ｐｐｍ）との関
係を示したものである。これによれば、酸素供給面に占
める気泡活性面の比率が５０％以上を境として、５０％
以上に成ると急激に窒素量の低下が見られる。すなわち
気泡活性面が５０％以上になると処理中の窒素を大きく
低下させることができることを意味しているものであ
る。

【０００８】更に、この気泡活性面が酸素供給面の５０
％以上の条件に加えて、転炉にて炭素濃度を０．０３〜
１．０％に精錬された溶鋼を用いる必要がある。炭素濃
度が０．０３％未満であると酸化鉄の生成が生じる。こ
れを抑制するためには、より高真空にする必要があり、
高真空にするとスプラッシュの発生上現実的ではなくな
る。従って、好ましくは炭材を上方より添加して鋼浴の
炭素濃度が０．０３％以上に維持させつゝ酸素を供給す
ればより効果的となる。すなわち炭素濃度が０．０３％
未満で酸素ガスを供給した場合には、酸化鉄生成が抑制
出来ず、鉄歩留の低下、脱炭反応の停滞といった問題が
生ずることになる。また、炭素濃度が１．０％超えた溶
鋼を２次精錬炉で処理する場合には、２次精錬炉での精
錬時間が長くなり、連々鋳が不可能になり生産性を極め
て低下させる結果となり問題があり、もし仮に精錬時間
を短縮するために上吹き酸素ガスの供給速度を増加させ
るとスプラッシュの発生や酸化鉄の生成という問題を生
ずる。

【０００９】次に、上記の条件のもとに、更に効率を高
めるため適度にスプラッシュを発生させた状態でスプラ
ッシュ粒子表面から真空空間で効率的な脱炭、脱窒素を
行う条件を見い出したものである。その理由として窒素
分圧が低くければ吸窒の抑制は可能であり、従って真空
度をむやみに上げる必要はないものである。また、脱窒
素の場合にも真空度を上げることよりも、窒素分圧が低
い条件下でＣＯガスを多量に発生させれば良いことが確
認された。つまり、真空度としては、酸化鉄の生成を抑
制して脱炭するための必要最低限の真空度があれば良い
のである。従って、処理前に浸漬管真空槽内をアルゴン
置換することで窒素分圧を低下させ、その条件下で優先
脱炭できる真空度まで減圧させることが有効となる。一
方、スプラッシュは脱炭速度ではなく浸漬槽内の発生ガ
ス流速で決定されるため真空度は出来るだけ逆に悪い方
がスプラッシュは少ないことになる。そこで、本発明は
浸漬槽内真空度を脱炭濃度の変化に応じて、次の式を定
めた。Ｐ＝ａ＋９８０×Ｃａ＝１７０〜３７０但し、Ｐ≧７６０の場合はＰ＝７６０とする。Ｐ：真空度Ｃ：炭素濃度この式でａが１７０未満では激しいスプラッシュが発生
するが、１７０〜３７０の範囲であるば、操業に障害の
ない程度のスプラッシュ状態が形成される。つまり、適
度にスプラッシュが発生することにより、スプラッシュ
粒子表面から真空空間で効率的な脱炭、脱窒素が成し遂
げられる上、スプラッシュ粒子が浴面に落下した際に真
空表面に激しい撹拌作用をもたらすため、その部分が気
泡活性面と同様な効果を持つことができるためである。
ａが３７０超では真空度が悪すぎるため脱炭が停滞し、
酸化鉄の生成が起こる。また、この式においてＣを増加
させた場合には、Ｐは７６０以上になるが、酸化鉄を抑
制して脱炭反応を進行させるには７６０Ｔｏｒｒで充分
であることがわかった。更に加えて気泡活性面を１０％
以上の条件を定めた。すなわち気泡活性面とは（気泡活
性面積）／（全溶鋼表面積）として表わすことができ
る。ここで全溶鋼表面積とは図１における浸漬管真空槽
表面と取鍋表面である大気圧下表面の合計を意味する。
気泡活性面積が溶鋼全表面積の１０％より少ない場合に
は、真空直下での脱炭反応が有効に進行する面積が小さ
く非常に小さい酸素供給速度に制御しない限り酸化鉄の
生成が起こるため脱窒素効率が悪くなるからである。

【００１０】

【実施例】

実施例１酸素上吹き転炉にて炭素濃度０．０８０〜１．００％に
精錬した溶鋼を１７５トン取鍋を用いて、図１に示す真
空精錬炉において実施した。酸素供給速度は３〜９Ｎｍ
³／（Ｈｒ・ｔｏｎ）であった。酸素上吹きを炭素濃度
が０．０３０〜０．０４１％の時点で終了した後、引き
続いて真空度を上昇し、真空脱炭処理を約１５分間実施
し、炭素濃度を低下させ、炭素、窒素濃度ともに１０ｐ
ｐｍ以下の高純度鋼を溶製した。そのときの条件につい
て表１に示す。表１からわかるように、酸素供給面内の
（気泡活性面積）／（酸素供給面積）×１００＝αの値
について本発明の条件を満たしているものに対して、満
たしていない比較例は窒素の低減率（ΔＮ）は少なく、
しかも酸化鉄の生成が非常に多いことがわかる。

【００１１】

【表１】

【００１２】実施例２実施例１と同様に酸素上吹き転炉にて炭素濃度０．０８
０〜０．５０％に精錬した溶鋼を１７５トン取鍋を用い
て、図１に示す真空精錬炉において実施した。酸素上吹
きを炭素濃度が０．０３０〜０．０４１％の時点で終了
した後、引き続いて真空度を上昇し真空脱炭処理を約１
５分間実施し、炭素濃度を低下させ、炭素、窒素濃度と
もに１０ｐｐｍ以下の高純度鋼を溶製した。そのときの
条件について表２に示す。表２における真空度パタ−ン
については図３に示す。図３は炭素濃度と真空度との関
係を示したもので、斜線領域Ａは特許請求範囲の請求項
２に該当する範囲を示し、直線Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃は実施例
２の本発明例に該当する直線であり、また直線Ｂ，Ｃは
実施例２の比較例に該当するものを表わしている。また
図４は図３における真空度パタ−ンと窒素の低減率との
関係を示したもので、比較例であるＢ，Ｃの場合は低減
率が本発明に比較して極めて悪い。更に表２より処理前
のアルゴン置換の有無及び（気泡活性面積）／（全溶鋼
表面積）×１００＝βの値が本発明の条件を満たしてい
るものと、満たしていない比較例においては、窒素の低
減率（ΔＮ）及びスプラッシュの発生状況において、い
ずれかを満足した状態が得られないことがわかる。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を実施するこ
とによって、激しいスプラッシュの発生や酸化鉄の生成
による操業上の問題が全く生じることなく、極めて高効
率に極低窒素鋼を溶製することが可能となったことは効
率的な高純度鋼の精錬方法として工業上極めて寄与する
ところ大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空精錬装置の断面図、

【図２】本発明に係る酸素供給面に占める気泡活性面と
処理中の窒素低下量との関係を示す図、

【図３】炭素濃度と真空度との関係を示す図、

【図４】図３における真空度パタ−ンと窒素低下量との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１取鍋、２浸漬管、３ポ−ラスプラグ、４溶鋼、５気泡、６酸素吹き込みランス、Ｓ酸素供給面積、ｓ気泡活性面積。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋内溶鋼に浸漬管を浸漬し、該浸漬管
内を減圧すると共に、取鍋低部より撹拌用ガスを供給す
る真空精錬において、炭素濃度を０．０３〜１．０％な
る溶鋼を該浸漬管上部より上吹きされた酸素による酸素
供給面のうち、気泡活性面が５０％以上になるようにす
ることを特徴とする極低窒素鋼の製造方法。
【請求項２】浸漬管槽内を非酸化性ガス雰囲気とした
後、気泡活性面積が溶鋼全体面積の１０％以上であり、
かつ該槽内真空度を炭素濃度の変化に応じて、下記式の
範囲で変化させることを特徴とする請求項１記載の極低
窒素鋼の製造方法。Ｐ＝ａ＋９８０×Ｃａ＝１７０〜３７０但し、Ｐ≧７６０の場合はＰ＝７６０とする。Ｐ：真空度（Ｔｏｒｒ）Ｃ：炭素濃度（重量％）