JPH09143543A - 真空脱ガス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造の装置によって確実に脱ガス処理中
の吸窒を抑えて低窒素鋼を製造可能な真空脱ガス装置を
提供することを課題としている。 【解決手段】下降用浸漬管５の外周に鉄管７が同心に配
置され、上記下降用浸漬管５と鉄管７との間にシール空
間Ｓが形成される。上記シール空間Ｓ内に不活性ガス供
給配管８の一端部が配設される。上記不活性ガス供給配
管８の他端部は、開閉バルブを介して不活性ガスを圧入
したガスタンクに接続している。そして、上記シール空
間Ｓの不活性性ガスが供給されて、当該シール空間Ｓの
ガス圧は大気圧よりも高くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼内の脱ガス処
理を行う所謂ＲＨ法の真空脱ガス装置に係り、特に、浸
漬管を通過する溶鋼への吸窒を抑えて低窒素鋼の製造に
好適な真空脱ガス装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＲＨ法による真空脱ガス装置は、２本の
浸漬管を介して溶鋼を循環させつつ真空槽内で脱ガス処
理を行う装置である（図１参照）。即ち、真空槽内を排
気により減圧しながら上昇用浸漬管内にＡｒガスを吹き
込むことで、上記真空槽内の減圧及び吹き込んだＡｒガ
スのガスリフトポンプ作用により、鍋内の溶鋼を上記上
昇用浸漬管を介して上記真空槽内に吸い上げ、続けて、
その真空槽で溶鋼中の脱ガスが行われた後に、下降用浸
漬管を通って取鍋内に溶鋼が戻される。

【０００３】このとき、上記浸漬管は耐火物で構成さ
れ、且つ、脱ガス処理中の真空槽内は、例えば０．３To
rrまで減圧されるために、そのままでは、上記浸漬管の
外周の空気が該壁部を通って浸漬管内に吸引され、当該
浸漬管内を流れる溶鋼中に空気中の窒素が取り込まれ
る。このことは、脱ガス処理をしているにも関わらず溶
鋼中の窒素濃度があまり低減しないおそれがある。

【０００４】また、上記溶鋼への吸窒は鋼のじん性を低
下させるので、鋼種によっては窒素を極度に嫌うものが
ある。例えば、海洋構造物用の鋼材等では極めて低温じ
ん性が要求され、鋼中の窒素濃度を２０ppm 以下とする
ことが望まれる。その他、自動車用鋼板となる極低炭素
鋼においてもプレス加工性改善のためにTiを添加するこ
とがあるが、高価なTiを削減するために鋼中の窒素を低
位に安定させて精錬することが必要である。これらは、
低窒化による材質改善効果の一例であり、鋼材の低窒化
のニーズは極めて高い。

【０００５】そこで、従来から、上記浸漬管耐火物を通
って浸漬管内に空気が吸引されることを防止して鋼中の
窒素濃度を低下させるために、例えば、特開平６−２０
２６号に記載されている構造が提案されている。これ
は、真空槽の下部に配設された上昇用浸漬管及び下降用
浸漬管の両方に対し、図６に示すように、各浸漬管３０
の耐火物３０ａ中にリーク防止鉄板３１を埋設すると共
にその埋設したリーク防止鉄板３１の外側で且つ溶鋼３
２湯面よりも下方位置の上記耐火物３０ａ中にポーラス
煉瓦３３を周方向に沿って複数個，埋設し、そのポーラ
ス煉瓦３３に大気圧以上のＡｒガスを供給するガス供給
装置３４を備えるものである。なお、３２ａは、スラグ
を示し、３６は、真空槽の下部に設けられた連結管を示
している。

【０００６】これによって、浸漬管３０下部の耐火物３
０ａ部分を経由した空気の吸い込みの代わりにＡｒガス
が吸い込まれるため、浸漬管３０を介した溶鋼３２中へ
の吸窒が防止される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造では、ポーラスレンガの多孔からの耐火物３
０ａ内へのＡｒガスの吹出し量や該耐火物３０ａへのＡ
ｒガスの浸透等の不確定要因によって、浸漬管３０の耐
火物３０ａ中でのＡｒガスの圧力が変動するために、ポ
ーラス煉瓦３３へのＡｒガスの供給量の調整が難しいと
いう問題がある。

【０００８】このため、Ａｒガスの供給量が適量よりも
少なくなるとガス圧が１気圧以下になり、ポーラス煉瓦
３３の孔に溶鋼３２が差し込まれ詰まるおそれがある。
ポーラス煉瓦３３の多孔が詰まるとＡｒガスの吹出し量
が変化して目的とする性能を発揮できなくなる。逆に、
Ａｒガスの供給量が多すぎるとガス圧が高くなりすぎ、
鍋内の溶鋼３２やスラグ３２ａに向けてＡｒガスの吹出
しが生じ鍋内のスラグ３２ａを攪拌してしまう。この結
果、スラグ３２ａ中のFeO などによる浸漬管３０耐火物
３０ａの浸食を助長して浸漬管３０の寿命が短くなる。

【０００９】また、上記のように浸漬管耐火物３０ａ内
にポーラス煉瓦３３等を埋設する必要があるために、浸
漬管３０及び該浸漬管３０をシールドするためのポーラ
ス煉瓦３３等の部材の施工や保守に手間が掛かり、コス
トの上昇を招くという問題もある。特に、上記のよう
に、従来にあっては上昇用浸漬管３０及び下降用浸漬管
３０の両方に上記構造を採用するため、この点からも上
記施工や保守を増大しコスト上昇の原因となっている。

【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、簡単な構造の装置によって確実に脱ガ
ス処理中の吸窒を抑えて低窒素鋼を製造可能な真空脱ガ
ス装置を提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の真空脱ガス装置は、鍋内の溶鋼を上昇用浸
漬管を介して真空槽内に吸い上げ該真空槽内の溶鋼を下
降用浸漬管を介して鍋内に戻し溶鋼を循環させつつ脱ガ
ス処理を行う真空脱ガス装置において、上記下降用浸漬
管の外周を所定のシール空間をあけて囲むシール部材
と、上記シール空間に不活性ガスを供給するガス供給装
置と、を備えると共に、上記ガス供給装置による上記シ
ール空間へのガス供給量は、シール空間のガス圧が大気
圧の１〜２倍の範囲の圧力となる供給量であることを特
徴としている。

【００１２】この発明においては、下降用浸漬管の外周
は不活性ガスによってシールドされて大気と非接触状態
になるため、下降用浸漬管内を流れる溶鋼に対し、当該
浸漬管の耐火物を介した吸窒が抑えられる。ここで、上
昇用浸漬管の外周に上記不活性ガスによるシールドを行
わないのは、当該上昇用浸漬管内には、不活性ガスであ
るＡｒガスが吹き込まれ当該上昇用浸漬管中を流れる溶
鋼中のＡｒ濃度が高くなることで吸窒が小さく、且つ、
多少窒素が取り込まれたとしても真空槽での脱ガス処理
によって低減されると考えられるためである。

【００１３】また、シール空間内のガス圧を１気圧以上
にすることで、下降用浸漬管の外周を覆うシール空間へ
の大気の入り込みが遮断され、該浸漬管内への大気の吸
込みが防止される。なお、従来のように不活性ガスを浸
漬管の耐火物内へ吸い込ませる必要はなく、上記浸漬管
の外周が大気から遮断できるだけのガス圧であればよ
い。

【００１４】また、シール空間内のガス圧が２気圧より
大きくなると、溶鋼を覆うスラグへの負荷が大きいたた
めに、スラグを攪拌して浸漬管耐火物の浸食を助長して
しまうおそれがある。これを抑えるために、上記シール
空間内のガス圧を２気圧以下とした。ここで、上記シー
ル空間内のガス圧力の調整は、シール空間内の圧力を測
定しその測定値に基づいてガス供給量を調整してもよい
が、シール空間内のＡｒガスを浸漬管内へ積極的に浸透
させる必要はないので、流量調整によって容易に上記ガ
ス圧力の調整は可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず装置の構成を説明すると、図
１に示すように、真空槽１の上部に排気口２が設けら
れ、その排気口２に排気ダクト１５及び図示しない真空
ポンプが接続する。そして、上記真空ポンプを作動する
ことで、真空槽１内のガスを排出して該真空槽１内が減
圧される。

【００１６】また、上記真空槽１の下部には、二つの浸
漬管４，５を連結するための連結管３が設けられてい
る。その各連結管３の下端部には、それぞれ接続用のフ
ランジ３ａが設けられ、そのフランジ３ａを介してそれ
ぞれ浸漬管４，５の上端部が同軸に連結されている。上
記二つの浸漬管４，５のうち上昇用浸漬管４にはＡｒガ
ス吹出し管６が接続され、当該上昇用浸漬管４内へＡｒ
ガスを吹き込み可能となっている。

【００１７】また、上記二つの浸漬管４，５のうち下降
用浸漬管５の外周には、シール部材を構成する鉄管７が
同心に配置され、上記下降用浸漬管５と鉄管７との間に
シール空間Ｓが形成されている。上記鉄管７は、図２に
示すように、上部７ａが小径となっていて、当該上部７
６ａと下降用浸漬管５に接続する連結管３外周との間の
間隙が小さくなっている。さらに、上記鉄管７は、横断
面半円形の二つの部材から構成されると共に、その二つ
の部材は図示しないヒンジによって連結されて構成さ
れ、上記ヒンジを中心に左右に開閉可能になっている。
これによって、上記鉄管７は、容易に、上記下降用浸漬
管５の外周から取り外し可能となっている。

【００１８】また、上記鉄管７は、図示しない昇降装置
に支持され、当該昇降装置を駆動することで上記下降用
浸漬管５に沿って昇降可能となっている。また、上記鉄
管７に設けた図示しない挿通部を介して、上記シール空
間Ｓ内に不活性ガス供給配管８の一端部が配設されてい
る。上記不活性ガス供給配管８の一端部９は、図３に示
すように、上記下降用浸漬管５の周方向に沿って配置可
能な略円環形状のチューブであって、その円環に沿って
複数のガス吹出し口９ａが開設されている。さらに、そ
の円環状の不活性ガス供給配管８の一端部は、ヒンジ９
ｂを介して左右に開くことで、容易に、上記下降用浸漬
管５から取り外し可能となっている。

【００１９】また、上記不活性ガス供給配管８の他端部
は、開閉バルブ１０を介して不活性ガスを圧入したガス
タンク１１に接続している。ここで、上記不活性ガス供
給配管８、開閉バルブ１０、及びガスタンク１１によっ
てガス供給装置が構成される。また、上記不活性ガスと
しては、例えばＡｒガスが使用される。

【００２０】次に、上記装置の使用や作用等について説
明する。図１に示すように、上記真空槽１に接続された
２本の浸漬管４，５の下部をそれぞれ鍋１２内の溶鋼１
３内に浸漬する。ここで、図中、１３ａは、溶鋼１３の
表面にあるスラグを示している。このとき、下降用浸漬
管５の外周に配設される鉄管７の下端は、上記スラグ１
３ａ上面に接触させておき、スラグ１３ａ上面の上下変
動に応じて当該鉄管７を昇降させるようにする。この鉄
管７の昇降は、例えば、図示しない位置センサによって
スラグ１３ａ上面の位置を検出し、その検出値に基づい
て昇降装置を駆動して行う。

【００２１】上記のように設定した後に、真空ポンプを
作動し真空槽１内のガスを排気して当該真空槽１内を減
圧しながら、Ａｒガス吹出し管６から上昇用浸漬管４内
にＡｒガスを吹き出す。すると、鍋１２内の溶鋼１３
は、上記真空槽１内の減圧及びＡｒガスによるガスリフ
トポンプの作用によって、上昇用浸漬管４から真空槽１
内に吸い上げられる。

【００２２】真空槽１内は上記のように減圧されている
ため、吸い上げられた溶鋼１３から窒素ガスや水蒸気等
のガスが抜け出し排気口２から排気される。続いて、上
記脱ガス処理された溶鋼１３は、下降用浸漬管５を通っ
て下降し鍋１２内に戻る。このように、鍋１２内の溶鋼
１３は、循環しながら真空槽１内で脱ガス処理が行われ
る。

【００２３】上記脱ガス処理中は、真空槽１内が減圧さ
れることで、各浸漬管４，５を構成する耐火物を介して
浸漬管４，５内に大気が吸い込まれ、浸漬管内４，５を
通過中の溶鋼１３に大気中の窒素が取り込まれるおそれ
がある。このとき、上記上昇用浸漬管４内においては、
Ａｒガスの吹き込みで溶鋼１３中にはＡｒガスが大量に
含有しているので溶鋼１３中の当該Ａｒガスの分圧が高
い。このため、上昇用浸漬管４内を吸い上げられる溶鋼
１３中への吸窒作用は低いと考えられる。さらに、たと
え上記上昇用浸漬管４内を上昇する溶鋼１３に多少の吸
窒が生じても、真空槽１内で脱ガス処理が行われるので
問題はないと考えられる。

【００２４】また、真空槽１内は、脱ガス反応が行われ
ているために、問題はない。これに対して、下降用浸漬
管５内は、負圧となっているために、そのままでは下降
用浸漬管５の壁部を介して、下降用浸漬管５を下降する
溶鋼１３中に大気中の窒素が取り込まれてしまう。しか
し、本実施の形態では、その浸漬管５の外周を不活性ガ
スによってシールドして大気との接触を遮断しているた
め、下降用浸漬管５内への大気の吸引が抑えられ、上記
下降用浸漬管５内を下降する溶鋼１３への窒素の取り込
みを抑えることが可能となる。

【００２５】これによって、脱ガス処理を行っていると
きに、溶鋼１３への吸窒が防止されて、窒素の含有率が
低い鋼材を製造可能となる。ここで、上記下降用浸漬管
５を囲む鉄管７の上端は、浸漬管５に接続された連結管
３との間に多少の隙間があいている。これは、シール空
間Ｓに供給された不活性ガスを漏らして、シール空間Ｓ
内のガス圧を制御し易くするためと、浸漬管５の膨張・
収縮を許容するためである。さらに、鉄管７自体の昇降
のためでもある。

【００２６】次に、上記シール空間Ｓへのガス供給量
は、以下のようにして求められる。例えば、上記浸漬管
５に接続する連結管３の外周と鉄管７の上部７ａ内周と
の径方向の間隙を５mm以内にして、上記シール空間Ｓへ
の供給量Ｎｖと当該シール空間Ｓのガス圧Ｐとの関係を
求めてみたところ、図４に示す結果が得られた。この図
４中、横軸は、上記シール空間Ｓの体積を単位としたも
のである。

【００２７】このとき、上記シール空間Ｓのガス圧Ｐは
１〜２気圧の範囲に収めることが好ましい。理由は、シ
ール空間Ｓのガス圧Ｐが１気圧より低いと、シール空間
Ｓ内に大気が入り込み、下降用浸漬管５を通過する溶鋼
１３への吸窒が生じるおそれがあるためである。また、
シール空間Ｓのガス圧Ｐが２気圧より大きくなると、鉄
管７の下部に位置するスラグ１３ａへの負荷が大きくな
り、当該スラグ１３ａを攪拌してスラグ１３ａ中のFeO
等による浸漬管５耐火物の浸食を助長して浸漬管５の寿
命を短くするからである。

【００２８】従って、図４から、上記シール空間Ｓへの
ガスの供給量は、１分間当たりの流量Ｎｖを上記シール
空間Ｓの体積の１〜５倍程度になるように調整すれば良
いことが分かる。また、上述のように、下降用浸漬管５
と鉄管７との間に所定の間隙を設けているので、本実施
の形態の装置では、当該下降用浸漬管５の膨張・収縮を
拘束することがない。

【００２９】また、上記鉄管７及び不活性ガス供給管
は、容易に下降用浸漬管５から取り外しが可能であるの
で、当該下降用浸漬管５の亀裂等を有無確認等の保守が
容易となる。さらに、本実施の形態では、下降用浸漬管
５側のみをガスシールドしているので、吸窒防止のため
の部材が従来よりも少なくて済む。特に、上昇用浸漬管
４には、Ａｒガス吹出し管６等が配設されて、上記鉄管
７を昇降可能に設定するのは手間の掛かるものとなる
が、本発明では、下降用浸漬管５のみをガスシールドす
るので、そのようなこともない。

【００３０】また、下降用浸漬管５の外周を大気から遮
断するので、該浸漬管５の耐火物中に従来のようなリー
ク防止鉄板を必ずしも埋設する必要はない。なお、上記
実施の形態では、予めシール空間Ｓへの不活性ガスを供
給する流量を求めておくことで、シール空間Ｓ内のガス
圧が所定の圧力となるように調整しているが、シール空
間Ｓ内のガス圧を測定し、その測定値に基づいて不活性
ガスの供給する流量を制御するようにしてもよい。

【００３１】また、上記シール部材である鉄管７をスラ
グ１３ａの上側に配置しているが、例えば上記シール部
材を耐火物で構成しその下部を溶鋼１３内に浸漬するよ
うにして、当該シール部材の昇降を不要にしてもよい。
また、上記実施の形態では、シール部材である鉄管７と
不活性ガス供給配管８の円環状の一端部９とを別体とし
ているが、一体的に連結しておいても構わない。

【００３２】

【実施例】実際に、上記装置の溶鋼への吸窒抑制の効果
を確認するために、両浸漬管４，５をガスシールドしな
い場合、両浸漬管４，５ともガスシールドした場合、上
昇用浸漬管４のみをガスシールドした場合、及び、本願
発明に基づく下降用浸漬管５のみをガスシールドした場
合で、それぞれ鍋１２の溶鋼１３中の窒素濃度の挙動を
測定したみた。すると、図５に示すような結果を得た。

【００３３】ここで、図５中、○は、両浸漬管４，５を
ガスシールドしない場合であり、×は、両浸漬管４，５
ともガスシールドした場合であり、△は、上昇用浸漬管
４のみをガスシールドした場合であり、□は、下降用浸
漬管５のみをガスシールドした場合である。この図５か
ら分かるように、上昇用浸漬管４のみをガスシールドし
た場合には、両浸漬管４，５をシールドしない場合と比
べて最終的な窒素濃度が同じであり効果がないことが分
かる。

【００３４】これに対して、下降用浸漬管５のみをガス
シールドした場合には、両浸漬管４，５をシールドした
場合と最終的な窒素濃度は同じであり、両浸漬管４，５
の外周をシールドをしない場合に比べて溶鋼１３中の窒
素濃度が低くなることが分かる。このように、本願発明
のように、下降用浸漬管５だけをガスシールドしても有
効に吸窒が抑えられることが分かる。

【００３５】次に、Ｓｉが３．３％含有している方向性
珪素鋼に対し、上記実施の形態の真空脱ガス装置を使用
して脱ガス処理を行った場合について説明する。脱ガス
処理中の溶鋼１３の温度を１５５０℃とし、真空槽１内
の圧力を０．３Torrとし、シール条件として、シール空
間Ｓの体積を０．４ｍ³ 、シール空間ＳへのＡｒガスの
供給量を１．０Ｎｍ³ ／分で実施したところ、脱ガス処
理前の溶鋼１３中の窒素濃度は３０ppm であったもの
が、脱ガス処理後の溶鋼１３中の窒素濃度は１８ppm と
なった。比較のために、浸漬管をシールしないで脱ガス
処理を行ってみたところ脱ガス処理後の窒素濃度は２８
ppm と２０ppm よりも高いものであった。

【００３６】このように、本願発明の基づく真空脱ガス
装置を使用することで、脱ガス処理後の方向性珪素鋼の
鋼中の窒素濃度を低減可能となる。特に、この方向性珪
素鋼は、脱ガス処理前の転炉出鋼中に大量のFeSi合金鉄
を投入してキルド状態になるため、脱ガス処理前の窒素
濃度は上記のように高いものとなるが、本願発明に基づ
く装置で脱ガス処理を行うことで、窒素濃度を２０ppm
以下にすることができることが分かる。

【００３７】上記のように脱ガス処理をした溶鋼を使用
して製造した鋼材の曲げ特性を確認したところ、従来、
製品中に曲げ不良が４．０％あったものが、１．２％と
大幅に低減していることを確認した。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の真空
脱ガス装置では、簡単な構造による最小限のガスシール
ドによって確実に脱ガス処理中の吸窒を抑えることが可
能となり、低窒素鋼が製造可能になるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る真空脱ガス装置を示
す概念図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るシールド機構を示す
図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る不活性ガス供給管の
一端部を示す図である。

【図４】不活性ガスの供給量とシール空間内のガス圧と
の関係を示す図である。

【図５】溶鋼中の窒素濃度の挙動を示す図である。

【図６】従来の真空脱ガス装置におけるシールド構造を
示す図である。

【符号の説明】

Ｓ シール空間 １ 真空槽 ４ 上昇用浸漬管 ５ 下降用浸漬管 ７ 鉄管（シール部材） ８ 不活性ガス供給配管 １０ 開閉弁 １１ ガスタンク １３ 溶鋼 １３ａ スラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鍋内の溶鋼を上昇用浸漬管を介して真空
   槽内に吸い上げ該真空槽内の溶鋼を下降用浸漬管を介し
   て鍋内に戻し溶鋼を循環させつつ脱ガス処理を行う真空
   脱ガス装置において、 上記下降用浸漬管の外周を所定のシール空間をあけて囲
   むシール部材と、上記シール空間に不活性ガスを供給す
   るガス供給装置と、を備えると共に、上記ガス供給装置
   による上記シール空間へのガス供給量は、該シール空間
   のガス圧が大気圧の１〜２倍の範囲の圧力となる供給量
   であることを特徴とする真空脱ガス装置。