JPH0741834A - 高い環流特性を有する溶鋼の真空精錬方法 - Google Patents

高い環流特性を有する溶鋼の真空精錬方法

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JPH0741834A
JPH0741834A JP15760593A JP15760593A JPH0741834A JP H0741834 A JPH0741834 A JP H0741834A JP 15760593 A JP15760593 A JP 15760593A JP 15760593 A JP15760593 A JP 15760593A JP H0741834 A JPH0741834 A JP H0741834A
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molten steel
gas
ladle
vacuum
immersion vessel
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Shinya Kitamura
信也 北村
Kenichiro Miyamoto
健一郎 宮本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、真空精錬炉における脱炭処理に関
するものであり、処理開始直後から極低炭素領域まで、
常に脱炭速度を低下させない効率的な精錬方法を提供す
るものである。 【構成】 精錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対して、
大径の直胴形状の容器を溶鋼に浸漬するとともに、該直
胴浸漬槽内を減圧し、浸漬槽下端位置よりも低い位置か
ら攪拌用ガスを供給するとともに、浸漬槽壁面からもガ
スを供給する溶鋼の真空精錬方法で、浸漬槽壁面におい
て、浸漬槽中心軸と低部のガス供給位置の投影点を結ぶ
直線に対して、0から左右両側60度の角度範囲内にガ
ス吹き込み孔を設置することにより、脱炭反応が生じる
浸漬槽内の溶鋼と、取鍋内溶鋼との間の環流を極限まで
促進した真空精錬方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極低炭素領域まで脱炭
速度を低下させることなく効率的な精錬が可能となる極
低炭素鋼の精錬方法に関する。
【0002】
【従来の技術】極低炭素溶鋼の減圧脱炭方法としては、
RH、DHが広く用いられている。しかし、炭素濃度を
20ppm 以下に低下させる場合には脱炭速度が停滞し、
長時間を要するという問題があった。これを解決するた
めには、通常、RHにおける環流用Arガス流量の増加
や、浸漬管径の増大、あるいはDHにおける槽昇降速度
の増加等による溶鋼環流速度の増大といった方法が取ら
れている。しかし、これらの方法のうち、環流用Arガ
ス流量の増加は耐火物の寿命の低下を招くため限界があ
り、浸漬管径の増大は寸法制約上の限界があり、槽昇降
速度の増加も溶鋼の追従性からの限界がある。
【0003】また、材料とプロセス、第3巻(199
0)、168においてはRHにおける槽内へのArガス
吹き込みによる反応界面積の増大方法が提示されている
が、極低炭素濃度域において効果を得るためには50Nl
/(ton ・min)以上という大量のガス吹き込みが必要で
あり、槽内で激しいスプラッシュを発生させるため、操
業性を著しく損ねるという問題がある。さらに、特開昭
57−200514号公報によれば、RHにおいて環流
用のガスを取鍋の底部より吹き込む方法が示されている
が、極低炭素濃度領域で効果を出すために多量のガスを
導入した場合には浸漬管耐火物下端部に気泡が衝突する
ため耐火物損耗が激しいという問題点を有している。
【0004】これに対して、特開昭53−67605号
公報には、円筒形の管を浸漬し管内を減圧する減圧精錬
炉が提示されているが、この方法では処理中に管内溶鋼
と管外溶鋼とを混合させることを目的として、複数回、
減圧/復圧を繰り返すため、溶鋼反応表面が高真空下に
さらされる時間が短く、極低炭素鋼の溶製の場合には長
時間を要するという問題がある。一方、特開昭51−5
5717号公報においては、円筒形の管を浸漬し管内を
減圧した上で取鍋底部よりポーラスレンガよりArガス
を吹き込む減圧精錬炉が提示されている。しかし、これ
らで示されているような、円筒形の浸漬管に溶鋼を吸い
上げ、取鍋底部に設けたガス吹き込み孔から不活性ガス
を導入する方式のみでは、安定して極低炭領域まで脱炭
することができないため実用化には至っていなく、ま
た、この方法を極低炭素鋼の精錬に適用した例は示され
ていない。さらに、この方法のみでは、処理中のスプラ
ッシュの発生も安定して抑制できず、また、転炉スラグ
を巻き込むため高清浄度鋼の安定した溶製も難しいとい
う問題がある。
【0005】さらに、本発明者らは特願平3−1465
40号において、取鍋内溶鋼に対して、取鍋内径の30
〜80%の大径の直胴形状の容器を溶鋼に浸漬するとと
もに、該直胴浸漬槽内を減圧し、浸漬管内溶鋼の浴深
(F)に対して0.5Fよりも深い位置から攪拌用ガス
を供給する溶鋼の真空精錬方法を開示した。この方法の
場合、炭素が30ppm 以下の脱炭速度は極めて高い値を
示すものの、排気速度を大きくした場合には、炭素が2
00ppm 程度の処理初期の脱炭速度が大きくならないと
いう問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上で示したように、
材料とプロセス、第3巻(1990)168に示された
方法の場合には激しいスプラッシュを生じるという問題
点があり、また、特開昭57−200514号公報に示
された方法には耐火物損耗が激しいという問題点を有し
ていた。さらに、特開昭53−67605号公報に示さ
れた方法では、処理中に減圧/復圧を繰り返すために、
溶鋼反応表面が高真空下にさらされる時間が短く、極低
炭素鋼の溶製の場合には長時間を要するという問題があ
った。さらに、特開昭53−67605号公報や特開昭
51−55717号公報に示された方法で、溶鋼の環流
改善を積極的に図っても、安定して極低炭領域まで脱炭
することができない上に、処理中のスプラッシュの発生
も安定して抑制できず、また、高清浄度鋼の安定した溶
製も難しいという問題があった。また、特願平3−14
6540号に示された方法でも、排気速度を大きくした
場合には、処理初期の脱炭速度が増大できないという問
題があった。従って、本発明の目的とするところは、激
しいスプラッシュの発生、耐火物損耗、清浄度の低下と
いう問題を起こすことなく、しかも、処理開始直後から
極低炭素領域まで、常に脱炭速度を低下させない効率的
な精錬を可能とすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に述べ
た従来技術である、円筒形の浸漬管に溶鋼を吸い上げ、
低部から浸漬管内へ不活性ガスを導入する方式に基づい
て、種々の条件を変化させた試験を実施したが、排気速
度を大きくした場合には、処理開始直後から炭素濃度が
100ppm 程度までの領域での脱炭速度を増大させるこ
とができなかった。そこで、さらに研究を続行したとこ
ろ、大径直胴容器を浸漬し、単に低部よりガスを供給す
る方法では、溶鋼の環流速度が充分ではなく、低部から
のガスに併せて、浸漬管壁面の特定位置からガスを吹き
込むことが、環流速度を大幅に増大させるという新しい
知見を得た。
【0008】本発明はこの知見に基づきなされたもので
ある。その要旨とするところは、転炉、電気炉などの精
錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対して、大径の直胴形
状の容器を溶鋼に浸漬するとともに、該直胴浸漬槽内を
減圧し、浸漬槽下端位置よりも低い位置から攪拌用ガス
を供給するとともに、浸漬槽壁面からもガスを供給する
溶鋼の真空精錬方法で、浸漬槽壁面において、浸漬槽中
心軸と低部のガス供給位置の投影点を結ぶ直線に対し
て、0から左右両側60度の角度範囲内にガス吹き込み
孔を設置することにより、環流速度を極限まで促進した
溶鋼の真空精錬方法である。
【0009】
【作用】本発明を実施した場合の模式図を図1に、浸漬
管を上部から見た模式図を図2に示す。本発明は、大径
直胴容器を浸漬し、低部よりガスを供給する方式におけ
る溶鋼の環流速度は、従来測定されていた、溶鋼の均一
混合時間の測定で求められる混合速度とは単純な相関が
なく、単に低部よりガスを供給する方法では、溶鋼の環
流速度が充分ではないこと、及び、溶鋼の脱炭反応に
は、環流速度が極めて大きな影響を持つのに対して混合
速度の影響は小さいという、新しい知見に基づくもので
ある。ここで言う環流速度は、直胴型浸漬管内溶鋼と、
取鍋内溶鋼との循環流量に相当する概念であり、例え
ば、水モデルや流動の数値計算においては、浸漬管下端
断面での流体流線の下向きベクトル成分の合計や、浸漬
管内に着色塗料を添加した場合に、浸漬管下端断面での
塗料の吐き出し速度等で代表される値である。一方、混
合速度とし、取鍋内溶鋼濃度が均一になる速度であり、
水モデルや実機操業で測定される均一混合時間の逆数に
比例するものである。
【0010】本発明者らが実施した、浸漬槽内溶鋼
(A)、取鍋内バルクゾーン内溶鋼(B)、取鍋内デッ
ドゾーン内溶鋼(D)の3つの槽を直列に繋ぎ、Aから
炭素濃度の1次反応として脱炭が進行するとした、単純
な脱炭モデルによる計算によれば、Bの炭素濃度低下速
度に対しては、AとBとの間の循環流量に相当する環流
速度が支配的であり、BとDとの間の循環流量に相当す
る混合速度は、ほとんど影響が無いことが判明した。こ
のことは、均一混合時間から測定される混合速度は、脱
炭挙動とは必ずしも対応しないことを示している。
【0011】図3は、水モデルで、直胴管浸漬方式にお
ける、混合速度と環流速度の相関を調査したものである
が、単純に低部からガスを吹き込んだのみの場合に比べ
ると、浸漬槽壁面の適正領域からもガスを吹き込んだ場
合に、混合速度は大きくは変わらないものの環流速度が
大きく上昇することがわかる。この現象を支配する要因
について詳細に検討を加えた結果、以下の事項が明らか
になった。
【0012】 混合速度は、取鍋内溶鋼のマクロ的な
流動状況に対応するため、取鍋内溶鋼に循環運動を引き
起こさせる強い下降流があれば良い。従って、浸漬槽か
ら取鍋内へと向かう下降流は、局所的であっても強い部
分があることが重要である。 環流速度は、浸漬槽から取鍋へと向かう下降流の流
束が重要である。つまり、浸漬槽下端断面において、バ
ルクの大きな流れとしての下降流を大きくすることが重
要であり、それは、局部的なものでは効果が無い。
【0013】従って、浸漬槽壁面からガスを吹き込む場
合に、比較的弱い下降流域にガスを吹き込むと、その部
分が上昇流域へと転じ、バルクの大きな流れとしての下
降流域が小さくなるために環流が悪化するのに対して、
上昇流が大きくなり下降流域が狭くなるため、局部的に
は大きな下降流が生成し、混合速度は増大することにな
る。しかし、低部から吹き込まれたガスの上昇流域の中
で、比較的弱い上昇流の領域にガスを吹き込むと、下降
流域を狭めることなしに上昇流速を大きくできるため、
その反転流である、バルクの大きな流れとしての下降流
束が増大し、環流を促進することが可能となる。このた
め、環流を最大にするには、浸漬槽壁面からの吹き込み
位置を、適正領域に制御することが極めて重要となる。
【0014】以下は、上記の検討に基づいて実施した、
実機溶鋼試験結果である。図4は、炭素濃度が150か
ら20ppm までの脱炭反応の容量係数(K=ln(15
0/20)/Δt:Δtは150から20ppm まで脱炭
するに要する時間(分)である。)と浸漬槽壁面からの
ガスを吹き込み位置の影響を示した図である。ここで、
横軸に示す角度範囲は、図2に示したように、浸漬槽壁
面において、浸漬槽中心軸と低部のガス供給位置の投影
点を結ぶ直線に対する角度で表示している。これより、
±60度の範囲内であれば、壁面からガスを吹き込まな
い場合よりも脱炭速度は増大するが、それより、大きい
角度域からもガスを吹き込んだ場合には、かえって脱炭
速度は低下することがわかる。これは、前記の、環流速
度の変化と良く対応し、適正位置からの吹き込みによ
り、環流量の増大に伴う急速な脱炭速度の向上が引き起
こされることがわかる。
【0015】
【実施例】実施例は図1と同様の、取鍋内溶鋼に直胴型
浸漬槽を浸漬し該管内を減圧するとともに、取鍋底に設
けたポーラス煉瓦よりガスを供給し鋼浴を攪拌する真空
精錬装置で実施した。約350トンの未脱酸溶鋼を約2
0分間処理し、処理前後の炭素濃度から脱炭速度定数
(K=ln([C]1 /[C]2 )/t:[C]1 は処
理開始時の炭素濃度(ppm)、[C]2 は処理後の炭素濃
度(ppm)、tは処理時間(分)を示す。)を計算した。
処理前の炭素濃度は約300ppm であった。浸漬槽壁面
からもArガスを吹き込む場合の吹き込みは、浸漬槽下
端からH(cm)上方位置に、1本、もしくは、複数本設
けたノズルから実施し、円周方向の位置は、図2に示し
た角度範囲(ω:度)を変化させた。底吹きのガス流量
は500〜1500NL/分であり、壁面からのガス
(Q)は、1000〜5000NL/分とした。
【0016】表1に示す試験番号1から10は実施例で
あるが、いずれも高いK値を示している。このうち、試
験番号1〜7は壁面からの吹き込み位置は一定範囲とし
て、ガス流量と吹き込み深さを変化させた場合の結果で
あるが、いずれも高い脱炭速度である。また、8〜10
はガス流量と吹き込み深さを一定として、吹き込み孔の
円周方向の設置位置を本発明の範囲内で変えたものであ
るが、高いK値が得られている。一方、試験番号11〜
15は、吹き込み孔の円周方向の設置位置を、本発明の
範囲外へ変えたものであるが、いずれもK値が低下して
いる。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明を用いることにより、激しいスプ
ラッシュの発生、耐火物損耗、清浄度の低下という問題
を起こすことなく、しかも、短時間処理で極低炭素領域
まで脱炭速度を低下させない効率的な精錬が、取り扱い
の容易なインジェクションランス方式で可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した場合の模式図、
【図2】図1における、浸漬槽壁面に設置したノズルの
位置を示した図、
【図3】水モデルによる測定結果であり、環流速度と混
合速度の関係を示した図、
【図4】実機試験測定結果であり、脱炭反応の容量係数
に対する吹き込み角度範囲の影響を示した図である。 1 浸漬槽 2 取鍋 3 底吹きポーラス煉瓦 4 槽壁面に設置されたノズル 5 溶鋼 6 浸漬槽円の中心点 A 底吹きポーラス煉瓦位置の投影線 B 浸漬槽円の中心線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 精錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対し
    て、大径の直胴形状の容器を溶鋼に浸漬するとともに、
    該直胴浸漬槽内を減圧し、浸漬槽下端位置よりも低い位
    置から攪拌用ガスを供給するとともに、浸漬槽壁面から
    もガスを供給する溶鋼の真空精錬方法で、浸漬槽壁面に
    おいて、浸漬槽中心軸と低部のガス供給位置の投影点を
    結ぶ直線に対して、0から左右両側60度の角度範囲内
    にガス吹き込み孔を設置することを特徴とする、高い環
    流特性を有する溶鋼の真空精錬方法。
JP15760593A 1993-06-28 1993-06-28 高い環流特性を有する溶鋼の真空精錬方法 Pending JPH0741834A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100916097B1 (ko) * 2002-12-27 2009-09-08 주식회사 포스코 단일 침지관을 갖는 진공탈가스장치를 이용한 고청정강제조방법
WO2014029325A1 (zh) * 2012-08-24 2014-02-27 马钢(集团)控股有限公司 直筒型真空精炼装置及其使用方法

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Effective date: 20010306