JPH06212244A - 極低窒素鋼の溶製方法 - Google Patents

極低窒素鋼の溶製方法

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JPH06212244A
JPH06212244A JP399893A JP399893A JPH06212244A JP H06212244 A JPH06212244 A JP H06212244A JP 399893 A JP399893 A JP 399893A JP 399893 A JP399893 A JP 399893A JP H06212244 A JPH06212244 A JP H06212244A
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JP
Japan
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molten steel
nitrogen
denitrification
reaction
vacuum
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Application number
JP399893A
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English (en)
Inventor
Muneyasu Nasu
那須宗泰
Nobuyuki Ishiwatari
石渡信之
Eiji Aida
相田英二
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低窒素鋼の溶製方法に関するもので、特に
窒素濃度40ppm以下の極低窒素鋼を製造する事を目
的とする。 【構成】 溶鋼に接している部分と大気を非接触とし、
溶鋼中の深い位置からのAr吹き込みを行い、撹拌動力
密度を大きくせしめて、少ないAr流量で効率的に脱窒
反応を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極低窒素鋼溶製方法に
関するものであり、処理前窒素濃度50ppm以上の高
窒素溶鋼を真空脱ガス処理し、窒素濃度40ppm以下
の極低窒素鋼を製造することを目的とする。
【0002】
【従来の技術】従来、成品窒素濃度が40ppm以下の
極低窒素鋼の溶製に際しては、成分・温度調整処理等の
二次精練処理時に溶鋼と空気との接触による溶鋼への窒
素のピックアップを防止するため、溶鋼浸漬型の真空脱
ガス設備が使用され、RH、DHが従来主に使用されて
きた。
【0003】RH真空脱ガス装置は、真空槽とその真空
槽の下部に接続された被処理溶鋼中に浸漬される2本の
浸漬管とからなり、この浸漬管は溶鋼を真空槽内に導入
する上昇管と真空槽から溶鋼鍋に導く下降管にわかれ、
上昇管内に吹き込まれたAr等の不活性ガスにより、ガ
スリフトポンプの原理で溶鋼鍋内の溶鋼を浸漬管を介し
て連続的に真空槽に供給・排出し、溶鋼を真空雰囲気に
曝すことで、脱ガス処理をする設備である。DH真空脱
ガス装置は、真空槽とその真空槽の下部に接続された被
処理溶鋼中に浸漬される1本の吸上げ管とからなり、こ
の吸上げ管と上部槽とからなる真空槽は排気孔を通じて
真空排気設備に接続され、真空槽内が減圧された状態
で、真空槽の昇降により吸上げ管を介して溶鋼を真空槽
内へ供給・排出し、溶鋼を真空雰囲気に曝すことで、脱
ガス処理をする設備である。
【0004】一般に脱窒反応は、 2 → N2 …(1) で表される。ここで、は溶鋼中に溶解している窒素原
子、N2 は気相中の窒素分子を表す。
【0005】従来の脱窒技術としては、表面活性元素と
して脱窒反応を阻害する溶鋼中の酸素、硫黄濃度を低減
させるために特公昭51−23367号公報に提案され
ているような還元性ガスの吹き込みによる脱窒法や、発
生するCO気泡中へ脱窒する方法として特公昭57−3
726号公報に提案されているような真空下の取鍋中の
溶鋼へ酸素を吹き付けながら脱炭反応を進行させ、発生
するCO気泡中へ脱窒する方法が提案されている。
【0006】図1は、従来、脱窒処理に使用されていた
脱ガス設備であるRHの概略図であり、RHの真空槽は
上部槽1、下部槽2、浸漬管3とからなり、上部槽1と
下部槽2はフランジ5、下部槽2と浸漬管3、フランジ
6で接合されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】RH、DH等による脱
窒素処理においては、溶鋼と空気は直接接触しない構造
になっているが、RHにおいては上部槽と下部槽、下部
槽と浸漬管、またDHにおいては上部槽と吸上げ管はフ
ランジ接合されており、このフランジからのリーク(図
1中の7)、或いは、浸漬管、吸上げ管の耐火物を通過
しての空気の進入(図1中の8)があるため、減圧処理
による脱窒反応とともに、空気浸入による吸窒反応も同
時に進行する。このため、脱窒処理前の窒素濃度が40
ppm以下の領域では、脱窒処理が困難である場合が多
く、むしろ吸窒反応により処理前よりも処理後の窒素濃
度が高くなり、脱窒処理が不可能であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の課
題を有利に解決するものであって、 (1)真空槽は下部槽と上蓋とからなり、下部槽と上蓋
はフランジで接合して密閉容器を形成し、密閉容器内に
処理溶鋼鍋を設置する容積を有し、排気孔は下部槽と上
蓋で形成された密閉容器を真空排気設備と接続せしめて
密閉容器内を高真空雰囲気、たとえば1torr以下に
減圧するための設備を用いて、溶鋼に接している部分と
大気を非接触とし、溶鋼中の深い位置からのAr吹込み
を行い、撹拌動力密度を大きくせしめて、少ないAr流
量で効率的に脱窒反応を促進することを特徴とする極低
窒素鋼の溶製方法。
【0009】(2)被処理溶鋼の脱窒処理前窒素濃度が
50ppm以上であり、脱窒処理後の窒素濃度が40p
pm以下である(1)項記載の極低窒素鋼の溶製方法。
である。
【0010】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明を説明する。図
2は本発明による実施例を示す図である。真空槽は、下
部槽11と上蓋12とからなり、下部槽11と上蓋12
はフランジ13で接合し、密閉容器を形成し、容器内に
処理溶鋼鍋を設置する容積を有する。ランス14は、被
処理溶鋼に浸漬し、不活性ガス、例えばAr、を溶鋼中
に吹込み、溶鋼を撹拌して反応界面積を増大し、脱ガス
反応を促進するための設備である。排気孔17は、下部
槽11と上蓋12で形成された密閉容器を真空排気設備
と接続し、密閉容器内を高真空雰囲気、たとえば1to
rr以下に減圧するための設備である。溶鋼鍋15の鍋
底に取り付けられたポーラスプラグ18は、脱ガス処理
中の一部あるいは全処理時間中に溶鋼鍋底から不活性ガ
ス20を吹込み、溶鋼鍋内の溶鋼16を撹拌し、脱ガス
反応を促進させる設備である。
【0011】本発明の脱ガス方法では、溶鋼と直接大気
雰囲気を隔てたフランジがなく、また、耐火物を隔てて
の大気雰囲気との接触もないため、RHやDH等に見ら
れるようなフランジ、耐火物から溶鋼への空気の浸入は
ない。また、下部槽11と上蓋12とのフランジから空
気が浸入した場合には、溶鋼中を介することなく排気装
置に入るため大気中の窒素に起因する窒素ピックアップ
がない。
【0012】本発明による脱ガス設備では、RH、DH
型の脱ガス設備に対して、溶鋼中の深い位置からのAr
吹込みが可能となるため、単位溶鋼重量当たりに加えら
れる撹拌動力
【0013】
【数1】
【0014】は、RH、DHに比較して大きいため、脱
窒反応を促進することができる。(2)式中でεは撹拌
動力密度、nは単位時間当たりの吹込み不活性ガスのモ
ル数、Rは気体定数、Tは溶鋼温度、Pは真空槽内雰囲
気圧力、ρは溶鋼比重、gは重力加速度、hは真空槽内
溶鋼面からの不活性ガス吹込み深さ、Wは溶鋼重量であ
る。
【0015】従来、脱窒処理で使用されてきたRHの吹
込みArガス流量は約2〜28Nl/分/ton、吹込
み深さは真空槽内湯面下1.5〜1.8mであり、撹拌
動力密度は約20〜30W/tonである。一方、本発
明の方法では、吹込みArガス流量は約2〜7Nl/分
/ton、吹込み深さは真空槽内湯面下1.5〜3.0
mであり、撹拌動力密度は約150〜600W/ton
であるため、RH、DHよりも大きな撹拌動力密度が得
られ、脱窒反応を促進させることが可能となる。
【0016】図3は本発明による方法とRH、DHにお
けるAr吹込み深さと撹拌動力密度との関係を示す図で
ある。
【0017】図4は本発明による方法とRH、DHにお
けるAr流量と撹拌動力密度との関係を示す図である。
本発明の方法では、Ar流量がRHよりも少ないにも係
わらず撹拌動力密度が大きいため、少ないAr流量で効
率的に脱窒反応を促進でき、またArコストを低減させ
ることができる。
【0018】脱窒反応を二次反応速度式で表すと、
【0019】
【数2】
【0020】で表すことができる。ここで、kN ’は脱
窒反応容量係数(l/重量%/min)、[N]は溶鋼
中の窒素濃度(重量%)、[N]e はPN2と平衡する窒
素濃度(重量%)を表す。
【0021】(3)式中の[N]e =0とすると、
(3)式は
【0022】
【数3】
【0023】のように変形でき、脱窒反応容量係数k
N ’を算出できる。ここで、Δtは脱窒処理時間(mi
n)、[N]t はΔt処理後の溶鋼中の窒素濃度であ
る。気液界面での化学反応抵抗が脱窒反応を律速してい
ると考えると、脱窒反応は(5)式で表される。
【0024】
【数4】
【0025】この時の化学反応速度定数kr (l/重量
%/min)は、
【0026】
【数5】
【0027】で表される。ここで、kN は融純鉄の見か
けの化学反応速度定数(l/重量%/min)、fn
窒素の活量係数、κS は酸素の吸着平衡定数(=16
0)、κS は硫黄の吸着平衡定数(=64)、[O]は
溶鋼中の酸素濃度(%)、[S]は溶鋼中の硫黄濃度
(%)を表す。
【0028】図5は、本発明による方法とRHにおける
脱窒処理前窒素と化学反応速度定数の関係を示す図であ
る。この図から明らかなように、RHの比較例では約4
0ppm以下の領域では化学反応速度定数が負になって
おり、低窒素域では脱窒量よりも吸窒量が多くなってい
ることを示していて、処理前窒素40ppm以下の溶鋼
を脱窒処理することは不可能であることを示している
が、本発明の方法では20ppm以下の低窒素領域でも
化学反応速度定数が正であり、極低窒素域でも脱窒処理
が可能であることを示している。さらに処理前窒素濃度
全域において、従来法に対して本発明の方法の化学反応
速度定数が大きい。これは、従来法においては吸窒反応
が窒素濃度全域で発生しているため、見掛けの化学反応
速度定数を悪化させていることを示しており、処理前窒
素濃度全域において本発明の脱窒速度が従来の脱窒法に
優ることを示している。
【0029】図6は、本発明の方法とRHにおける脱窒
処理前窒素と脱窒処理後窒素との関係を示した図であ
る。RHでは、脱窒処理前濃度が約40ppm以下では
脱窒処理が不可能であることに対して、本発明の方法で
は20ppm以下の領域でも脱窒処理が可能であること
を示している。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】従来、RH、DH等による脱窒素処理に
おいては、脱窒処理前の窒素濃度が35ppm以下の領
域では、浸漬管、下部槽等のフランジ耐火物からの空気
の浸入により大気中の窒素を吸窒していたため脱窒処理
が不可能であったが、本発明により溶鋼中への空気の浸
入経路を無くし、溶鋼撹拌への吹込みArガス利用の高
効率化による高撹拌動力密度の実現により、極低窒素域
での脱窒処理を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(b)は従来のRHの概略図。
【図2】本発明の説明図。
【図3】本発明方法とRH、DHにおけるAr吹き込み
深さと撹拌動力密度との関係を示す図。
【図4】本発明方法とRH、DHにおけるAr流量と撹
拌動力密度との関係を示す図。
【図5】本発明方法とRHにおける脱窒処理前窒素と化
学反応速度定数との関係を示す図。
【図6】本発明方法とRHにおける脱窒処理前窒素と脱
窒処理後窒素との関係を示す図。
【符号の説明】
1…上部槽 2…下部槽 3…浸漬管 5…フランジ 6…フランジ 7…フランジから
のリーク 8…フランジからのリーク 11…下部槽 12…上蓋 13…フランジ 14…ランス 15…溶鋼鍋 16…溶鋼 17…排気孔 18…ポーラスプラグ 20…不活性ガス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空槽は下部槽と上蓋とからなり、下部
    槽と上蓋はフランジで接合して密閉容器を形成し、密閉
    容器内に処理溶鋼鍋を設置する容積を有し、排気孔は下
    部槽と上蓋で形成された密閉容器を真空排気設備と接続
    せしめて密閉容器内を高真空雰囲気、たとえば1tor
    r以下に減圧するための設備を用いて、溶鋼に接してい
    る部分と大気を非接触とし、溶鋼中の深い位置からのA
    r吹込みを行い、撹拌動力密度を大きくせしめて、少な
    いAr流量で効率的に脱窒反応を促進することを特徴と
    する極低窒素鋼の溶製方法。
  2. 【請求項2】 被処理溶鋼の脱窒処理前窒素濃度が50
    ppm以上であり、脱窒処理後の窒素濃度が40ppm
    以下である請求項1記載の極低窒素鋼の溶製方法。
JP399893A 1993-01-13 1993-01-13 極低窒素鋼の溶製方法 Pending JPH06212244A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150071866A (ko) * 2013-12-19 2015-06-29 주식회사 포스코 스테인리스강 정련방법
JP2022189514A (ja) * 2021-06-11 2022-12-22 Jfeスチール株式会社 溶鋼の脱窒方法および鋼の製造方法

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JPS5591926A (en) * 1978-12-29 1980-07-11 Nisshin Steel Co Ltd Preparation of extremely low carbon nitrogen stainless steel
JPS58117817A (ja) * 1982-01-07 1983-07-13 Nippon Kokan Kk <Nkk> 極低窒素鋼の製造方法
JPS63166925A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Nisshin Steel Co Ltd 低窒素溶鋼の製造法

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970826