JPH0776715A - 炭素含有金属溶融物の脱炭法 - Google Patents

炭素含有金属溶融物の脱炭法

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JPH0776715A
JPH0776715A JP6195653A JP19565394A JPH0776715A JP H0776715 A JPH0776715 A JP H0776715A JP 6195653 A JP6195653 A JP 6195653A JP 19565394 A JP19565394 A JP 19565394A JP H0776715 A JPH0776715 A JP H0776715A
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ケマー ハンス−ヨハン
Alok Choudhury
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Harald Scholz
ショルツ ハラルト
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融容器中、大気圧より低い圧力で酸化可能
なガス又はガス混合物を導入することによる炭素含有金
属溶融物の経済的な脱炭法を提供する。 【構成】 該方法は、ガス入口機構及び溶融容器を保護
するために温度及び浴運動の強度を下げて、ガスとして
CO240〜100容量%を有する二酸化炭素含有ガス
を導入することよりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融容器中で、大気圧
より低い圧力で酸化ガス又はガス混合物を導入すること
により、炭素含有金属溶融物、特にクロム含有鋼溶融
物、ニッケルベースの合金及び超耐熱合金を脱炭する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ国特許第3617303号明細書
から、溶融物の個々の体積物質を溶融物表面の方向に循
環させ、ガス交換を強化するために、真空誘導炉中で中
性の洗浄ガスを溶融物中に導入することが公知である。
該方法では、溶融物中での炭素成分の酸化による大した
脱炭は行われていない。
【0003】反応式: (1)[C]+[O]=COガス の圧力依存に基づき、金属溶融物中に溶解した炭素を減
圧下で低い酸素含有率で除去することができる。この熱
力学的な法則性は、今日では高いクロム含有率の不銹性
低炭素鋼を製造する際に予備技術的に利用される。いわ
ゆるVOD法(Vacuum Oxygen Decarburizing)では、
クロム含有溶融物を有するとりべが真空容器内に設けら
れており、減圧でガス状の酸素がランスを通過して溶融
物上に吹付けられる。その際、酸素はまず第一に溶融物
の炭素とCOを形成しながら反応する。ガス状の反応生
成物は真空ポンプにより常に吸引される。極僅かな炭素
含有率であっても、酸化による特記すべきクロムの損失
は生じない。(1)に示した反応は著しく発熱性なので
脱炭の間に溶融物の温度が上昇する、このことは一般的
に非常に望ましい。程度の差こそあれ酸素吹付けの際の
溶融物の激しい沸騰及び射出に起因して処理容器、すな
わちとりべは、1000mm以上の十分なフリーボード
を有してなければならない。該要求には、相応する大き
な処理容器、ひいては相応する大きな真空室が条件であ
る。従って、酸素吹付け法を、真空誘導炉中で金属溶融
物を脱炭するためには使用することができない。このこ
とに関して別の理由を以下に挙げる。
【0004】真空誘導炉のセラミック製のるつぼは通常
一体式の材料からなり、その表面はいわゆる“焼結溶融
物”により最大10mmの厚さまで焼結層に変換されて
いる。発熱プロセス及び激しい浴運動による著しい温度
上昇による、るつぼ破損の危険は非常に大きい。このよ
うなるつぼの破損が原因で、水冷式誘導コイルが流出す
る溶融物により損傷しかねない。このことは極端な場合
には溶融物中に水が侵入して恐るべき結果を生じる。設
備費用及び運転費用を考慮すると、真空誘導炉のるつぼ
のフリーボードの高さは比較的低くなるので、激しい噴
射により生じる浴運動が原因で溶融物上への酸素吹付け
が不可能になる。
【0005】既に、酸素を、例えば冒頭に記載したドイ
ツ国特許第3617303号明細書にも記載されたいわ
ゆるガス導入部材(Spuelsteine)を通過させ、るつぼ
の底部を通過させて溶融物中に導入することも試みられ
ている。該方法では、発熱プロセスによりガス導入部材
のすぐ隣で非常に激しい温度上昇が生じる、その際、直
接燃焼で、炭素含有率を0.1重量%だけ減少させる
と、温度は約20℃上昇するということを考慮しなけれ
ばならない。このことによりガス導入部材の損傷が生じ
る。同様の問題は、ランスが著しく激しい水冷機構を有
する場合にのみ、熱的な損傷に対して保護することがで
きる、上部から溶融物中に差し込まれた酸素ランスにお
いても生じる。しかしながら、この水冷機構はまた同様
に最も望ましくない非常に激しいエネルギー損失をも生
ぜしめる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、冒頭に記載した種類の方法を、溶融物表面の下方に
配置されたガスの入口機構の熱的損傷、例えば溶融容器
のライニングの焼結した表面の損傷を抑えるという趣旨
で改良することであった。更に溶融容器のフリーボード
の高さをできるだけ低くするべきであった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、冒頭に記載
した本発明による方法により、ガスとしてCO240〜
100容量%を含有する二酸化炭素含有ガスを導入する
ことで解決される。その際、溶融物は以下に記載の化学
反応式: (2)[C]+CO2ガス=2COガス に基づいて脱炭される。
【0008】生成するCOガスは真空ポンプにより吸引
する。該反応は吸熱性なので、温度上昇及び過剰の溶融
物運動の危険は生じない。既に記載したように、金属溶
融物の不活性ガスでの洗浄は、真空誘導炉中であっても
今日では従来技術である。しかしながら、本発明によれ
ば常用の洗浄ガス、アルゴンをCO2又は非常に高い割
合のCO2とのガス混合物で代用する。該反応は吸熱性
なので、ガス入口のための機構域での付加的な熱負荷は
生じない。溶融物の温度はむしろ低下する、このこと
は、例えば誘導電力、いわゆる維持電力により十分に補
償することができる。
【0009】温度を更に低下させたい場合には、本発明
のもう1つの実施態様に基づき、CO2と一緒に溶融物
中に導入される残りのガス成分が貴ガス、特にアルゴン
で形成されている場合に特に有利である。
【0010】場合により許容範囲内で脱炭速度及びまた
温度を高めるためには、本発明の更にもう1つの実施態
様により、反応ガスに限定された範囲内で酸素を加える
ことができる。その際、反応ガス中の酸素の割合は、5
〜60容量%であってよく、残りのガスはCO2及び場
合によりアルゴンからなる。この場合には、脱炭は反応
式: (3)2[C]+O2ガス=2COガス に基づいて進行する。反応(3)は発熱であるが、反応
(2)が吸熱なので、該ガス混合物は、ガス流入による
溶融物の温度上昇も温度低下も起こらないように選択す
ることができる。エネルギー収支に関しては、該反応は
ガス混合物がCO250容量%及びO250容量%からな
る場合には、温度に左右されない。
【0011】その際、二酸化炭素含有ガスを溶融容器の
底部域に配置された1個以上の多孔質の耐火性成形体を
通過させて、特に自体公知のガス導入部材を通過させて
導入するのが特に有利である。
【0012】その際、溶湯表面上で最大100ミリバー
ルの圧力に調整するのが有利である。
【0013】更に、脱炭処理を真空誘導炉内で実施する
のが有利である。
【0014】最後に、排ガスの組成及び量を常時監視す
ることにより溶融物の残留C含量をその都度測定し、予
め設定されたC含量の下限値に到達した時点で脱炭処理
を終了するのが特に有利である。その際、排ガスの組成
は質量分析計により特に信頼して監視することができ
る。
【0015】この種の監視には、排ガスから僅少量のガ
スを真空吸引管から真空ポンプに取り、質量分析計で分
析する。その際、CO,CO2,O2のガスが検出され
る。排ガス分析を手がかりに、炭素収支バランシングを
計算機を介して行うことができるので、所望の炭素含量
に到達した後、該処理を即座に終了することができる。
【0016】本発明による方法に結び付いた利点は以下
の通りである。
【0017】CO2での脱炭により、特に供給ガス中の
CO2の特定な定量的割合の選択により、熱発生に特に
ガス入口機構の臨界的範囲内で適した影響を及ぼすこと
ができる、特に制限することができる。溶融物運動の強
度もまたこのことにより限界内に維持されるので、特別
に際立つ溶融容器のフリーボードはもはや必要ではな
い。このことにより溶融容器、特に誘導るつぼの高さ及
び真空室の容積を著しく制限することができ、ひいては
設備費用、運転費用及び維持費用を著しく削減すること
ができる。特に、装置全体の体積を制限することにより
真空化時間も非常に短縮され、このことにより複数の溶
融の間隔を短縮することができる。ガス入口機構、特に
有利に使用されるガス導入部材の耐久時間は明らかに延
長される。溶融容器のライニングの耐久時間、すなわち
いわゆる“るつぼの寿命”も明らかに延長される、それ
というのもるつぼラインニグの焼結層上への攻撃的な機
械的及び熱的作用が明らかに減少されるからである。総
合的には、これらのことにより非常に経済的な脱炭法が
達成される。
【0018】本発明の実施例を、自体公知の装置を示す
図1につき以下に詳細に説明する。
【0019】図1には、真空誘導炉1が示されており、
該真空誘導炉1は片側に移動可能なふた3を備えた真空
室2と底板4と誘導コイル6で包囲された溶融容器5を
備えている。溶融容器は、詳細に記載されていないライ
ニングの内部に装入物ないしは溶融物を収容するための
中空室7を有する。該中空室7に溶融るつぼ5の底部を
介して、セラミック製のガス透過性材料からなり、かつ
ガス導管9の上部にここには記載されていない二酸化炭
素含有反応ガス源と連結するいわゆるガス導入部材8が
開口している。溶融容器5は誘導コイル6と一緒に点線
で示された位置5aに移動し、その内容物がとりべ10
に注出される。
【0020】真空室2は、吸引口11を介してそれぞれ
詳細には示されていないが一式の真空ポンプ12に連結
している。
【0021】ふた3には更に装入装置13が備え付けら
れており、該装置の上部から該ふたに装入物が装填され
る。装入装置13は、スライダ14により真空室2から
分離可能である。装置全体として、測定ランス15及び
観察装置16を備えている。
【0022】ふた3は、左方向に点線で示された位置3
aに移動可能であり、この位置で真空室2は上から自由
に接近可能である。
【0023】
【実施例】次に、本発明を以下の実施例につき詳細に説
明する。
【0024】例:図1による真空誘導炉中でクロムを含
有するスクラップ6000kgを1ミリバール未満の圧
力で、溶融温度1600℃以下で溶融した。分析後、C
含有率は0.22重量%及びクロム含有率は13重量%
であった。この時点で底部中央に配置されたガス導入部
材10を通過させてCO210N/分及び工業用O24N
/分を47分間吹込んだ。その際、ガス導入及び真空ポ
ンプを介した吸引によるガス収支に起因して、真空室中
の圧力は1.5ミリバールが生じた。最終温度は、開始
温度より16℃高かった。その際、誘導加熱電力、いわ
ゆる維持電力は250kWであった。最終分析から変化
しなかったクロム含有率は13重量%になり、C含有率
は0.10重量%だけ除去され0.12重量%になっ
た。ガス導入部材及びライニングでは有害となる変化は
見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のガス精錬法並びに本発明による脱炭法を
実施するために使用することができる装置を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 真空誘導炉、 2 真空室、 3 ふた、 4 底
板、 5 溶融容器、6 誘導コイル、 7 中空室、
8 ガス導入部材、 9 ガス導管、 10 とり
べ、 11 吸引口、 12 真空ポンプ、 13 装
入装置、 14スライダ、 15 測定ランス、 16
測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アロク コドフリー ドイツ連邦共和国 ピュトリンゲン ヴィ ルコフシュトラーセ 2 (72)発明者 ゲオルク ヤルツィク ドイツ連邦共和国 グロースクロッツェン ブルク グーテンベルクアレー 63 (72)発明者 ハラルト ショルツ ドイツ連邦共和国 ローデンバッハ アル ベルト−アインシュタイン−シュトラーセ 2

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融容器(5)中、大気圧より低い圧力
    で酸化可能なガス又はガス混合物を導入することにより
    炭素含有金属溶融物を脱炭する方法において、ガスとし
    てCO240〜100容量%を有する二酸化炭素含有ガ
    スを導入することを特徴とする、炭素含有金属溶融物の
    脱炭法。
  2. 【請求項2】 残りのガス成分として、貴ガスを溶融物
    中に導入する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも十分な熱平衡を得るために、
    前記ガスに酸素5〜60容量%を加える、請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 二酸化炭素含有ガスを溶融容器(5)の底
    部域に配置された1個以上の多孔質の耐火性成形体を通
    過させて導入する、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 溶湯表面上の圧力を最大100ミリバー
    ルに調整する、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 脱炭処理を真空誘導炉(1)中で実施す
    る、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 排ガスの組成及び量を常時監視すること
    により、溶融物のその都度の残留C含量を測定し、予め
    設定されたC含量の下限値に到達した時点で脱炭処理を
    終了する、請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 排ガスの組成を質量分析計により監視す
    る、請求項7記載の方法。
JP6195653A 1993-08-20 1994-08-19 炭素含有金属溶融物の脱炭法 Pending JPH0776715A (ja)

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