JPH11315315A - 液体金属を減圧下で処理するための冶金反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】炭素含有率が極めて低い、あるいは窒素、水素
および酸素含有率が極めて低い高純度鋼の精練。 【解決手段】閉鎖容器１７と、内部空間内にガスを注入
して閉鎖容器１７内に大気圧より大きい圧力を作るよう
に閉鎖容器１７に設けられた手段２０と、処理中に取鍋
２をチャンバー２５の方へ持ち上げる手段とを有し、取
鍋２は閉鎖容器１７上に設置され、閉鎖容器１７の上端
部２３は処理中に密閉状態でチャンバー２５の底部２８
を支持するようになっている、治金反応装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液状の金属、特に鋼
の精練に関するものであり、特に炭素含有率が極めて低
い、あるいは窒素、水素および酸素含有率が極めて低い
高純度鋼の精練に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在では液体鋼の精練時にいわゆる"Ｒ
Ｈ"型の真空反応装置を用いることが一般的である。こ
の反応装置は下記１）および２）を備えている: １）内部を断熱材で被覆したほぼ円筒形の背の高いチャ
ンバー。このチャンバーの上部はこのチャンバー内を減
圧に維持するためのガス吸引プラントに接続され、反応
装置の運転中は圧力は１トール以下にまで下げられる
（１トール=１３３Paまたは１．３３×１０^-3バールで
ある）； ２）上端部がチャンバーに接続された、断面が環形また
は楕円形の断熱材でできた２本の管状スノーケル。これ
らのスノーケルの一方はガス、一般にアルゴンを内部空
間に注入する装置を備えている。

【０００３】このプラントは下記のように使用する。処
理する液体金属を収容する取鍋をＲＨ反応装置の下に配
置し、スノーケルの下端部を取鍋中に浸漬する。チャン
バー内に真空を作ることによって所定量の金属をスノー
ケルの内部を上昇させ、チャンバー内に吸引させる。取
鍋内の液体金属の表面とチャンバー内の液体金属の表面
間とのレベル差は外部環境とチャンバー内部の圧力差に
対応した鉄静力学的（ferrostatic）な高さに等しい。
最後に、スノーケルに設けた供給路からガスの注入を始
める。この注入の役割はスノーケル内の金属をチャンバ
ーの方へ移動させることである。従って、このスノーケ
ルを"上昇スノーケル"と呼ぶ。チャンバーを通過した金
属はもう一つ方のスノーケル（いわゆる"下降スノーケ
ル"）を通って取鍋に戻る。こうして金属は取鍋とチャ
ンバー間を連続的に循環する。処理時間（一般的に約１
０〜３０分）中、任意の分量の金属が複数回チャンバー
内部に残留する。この平均残留時間はスノーケル内の金
属の循環速度と、チャンバーと取鍋との容量比（この比
率は一般に１:１０から１:２０の範囲である）で決ま
る。液体金属を真空状態に維持したチャンバー内に移動
することで主として溶存水素含有率と、これよりは少な
いが溶存窒素含有率とを減少させることができる。チャ
ンバー内で行われ他の冶金操作は下記の通り:

【０００４】１）金属中にすでに溶解している酸素また
はランスまたはノズルから意図的にチャンバーの壁に注
入する酸素と結合させるＣＯの形の炭素を用いた部分脱
炭； ２）合金元素の添加（空気および取鍋のスラグが無い状
態での最適な収率で行われる）； ３）テルミット反応による再加熱（金属にアルミニウム
を添加した後、酸素を注入し、アルミニウムの酸化で加
熱）。 一方、取鍋とチャンバーと間を金属が循環することによ
って取鍋内の金属に緩やかな撹拌が生じ、それによって
非金属介在物の沈殿を助ける。

【０００５】現在ではあまり一般的ではないが、"ＤＨ"
と称する型の反応装置も用いられる。この反応装置はチ
ャンバーにスノーケル（取鍋内に収容する液体金属の一
部がこれを通ってチャンバーに吸い上げられ、そこで減
圧に曝される）が１つしか付いていないことでＲＨ反応
装置と区別される。チャンバー内の金属は定期的に補充
される。すなわち、取鍋内とチャンバー内の金属表面の
水準の差が一定でなければならないので、一時チャンバ
ー内の減圧の維持過程を中断してチャンバー内に収容し
た液体金属を取鍋に戻すか、チャンバー内の圧力は一定
のまま取鍋をチャンバーから外し、金属を取鍋に戻す。
ＤＨ反応装置へのガス注入は必要ではないが、脱気と脱
炭冶金反応を最も効果的な方法で促進する場合には強く
勧められる。

【０００６】近年、鋼消費産業では炭素含有率が極めて
低い（５０ppm以下）鉄および鋼製品、特に延性が高
く、引張強度の高い冷間圧延シート、深絞り加工用およ
び容器用のステンレス鋼、クロム−モリブデンフェライ
トステンレス鋼に対する需要が増加している。上昇スノ
ーケルまたはチャンバーへの大量のガスを注入すること
で反応装置内の脱炭反応速度がよくなるため、ＲＨ反応
装置はこれらの鋼を工業的規模で得るために最適なイン
−ラドル式冶金反応装置となった。３００ｔの液体鋼を
収容する取鍋の場合、１５ｔを収容するＲＦチャンバー
を用い、循環速度を２４０ｔ／分とすると、鋼の炭素含
有率を３００ppmから２０ppmに下げるのに１０分の処理
時間で十分である。鋼取鍋を減圧下の閉鎖容器内に単に
設置しただけのプラント（いわゆる"容器内減圧"プラン
ト: in-vessel vacuum plant）または蓋で被覆して減圧
を維持するプラントはこの目的には不適当である。非常
に多量のガスを注入して脱炭反応速度を加速するのは不
可能であり、炭質材料を含むことが多い取鍋の断熱材を
真空に曝せばこれらの断熱材による金属の加炭が促進さ
れてしまう。アルゴンをスノーケルに注入する場合に
は、ＤＨ反応装置は炭素含有率が５０ppm以下の鋼の製
品に非常に適している。

【０００７】純度のより高い鋼に対する需要が大きくな
り、さらに炭素含有率の低い（５〜１０ppm）鋼を少な
くとも現状のプラントに匹敵する生産性（大型総合工場
で約１０ｔ／分）で定常的に生産することが極めて近い
将来要求されるであろう。しかし、従来のＲＨおよびＤ
Ｈ反応装置では、液体金属の平均炭素含有率が３０ppm
以下になると脱炭反応の著しい減速が見られる。非常に
低炭素含有率領域での反応速度を大幅に上げれば、鉄鋼
所の他の作業場の最適動作に合った時間内で所望の冶金
性能を得ることができるが、そうするには金属の循環速
度および反応装置の種々の領域に注入するガスの量を増
加するしかない。その場合には、真空チャンバー内部が
金属の飛沫によって急激に汚損され、スノーケルの断熱
材の摩耗が過剰に加速するので、プラントの停止をより
頻繁にしなければならず、運転の信頼性は低下する。さ
らに、注入するガスの量を大幅に増加することでガス吸
入プラントの容量を増加しなければなら、十分な減圧が
得られなくなるという危険を伴う。最後に、従来のＲＨ
またはＤＨ反応装置を用いて実質的に１０ppm以下の炭
素含有率を達成するのは技術的および経済的に十分な工
業的条件では困難である。

【０００８】いずれにせよ、鋼は後の精練・鋳造操作、
例えば断熱材およびタンディッシュや鋳型の表面被覆粉
末と接触する連続鋳造する操作で加炭される機会が多い
ため、液体鋼中の炭素含有率はできるだけ低くすること
が重要である。

【０００９】従来設計のＲＨおよびＤＨ反応装置の他の
欠点は、スノーケル（断熱材がある程度多孔質である）
およびスノーケルがチャンバーの底に接触する部分が外
気に対していつも十分密封されているわけではないこと
にある。その結果、吸引される空気は大型産業プラント
で数百Ｎｍ³／ｈである。この空気の結果、液体金属に
制御されない余剰な酸素や窒素が混入し、脱炭の制御を
困難にし、鋼を脱窒化できる範囲が制限される。さら
に、吸引プラントの吸入力の少なからずの部分がこの望
ましくないガスの除去で使われてしまう。それより液体
鋼の脱ガスや脱炭で生じるガスの除去に使用する方がよ
り有効で、脱ガスおよび脱炭を促すであろう。

【００１０】ＲＨ反応器の取鍋の上部リムとチャンバー
と一体なフランジとの間に密封接続部を設けることは既
に提案されている（文献JP-A-58,181,818）。取鍋内の
液体鋼の表面に加圧するためガスを注入することによっ
て取鍋とチャンバーとの間の金属の再循環率が増加し、
脱ガス効果が改善され、空気がスノーケルに吸引されな
いようになるが、これらの変更では所望の徹底した迅速
な脱炭を保証するのは不十分である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、十分
な生産条件下で液体鋼中の炭素含有率を１０ppm以下に
することができるようにした新型の冶金反応装置を提供
することにある。この反応装置は従来設計のＲＨおよび
ＤＨ反応装置と同程度の低いまたは非常に低い窒素およ
び酸素含有率の鋼を生産するのに用いることができる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の対象は、ガス吸
引プラントと連通した内部に減圧状態を維持可能なチャ
ンバーと、２つの管状スノーケルとを有し、各管状スノ
ーケルの上端部はチャンバーの底部に形成された孔と連
通し、その下端部は取鍋内に収容された液体金属に浸漬
でき、"上昇"スノーケルとよばれる一方の管状スノーケ
ルには処理中に取鍋とチャンバーと間で液体金属を循環
流動させるために内部空間内にガスを誘導する手段を有
する、取鍋内に収容された鋼等の液体金属を減圧下で処
理する冶金反応装置において、閉鎖容器と、内部空間内
にガスを注入して閉鎖容器内に大気圧より大きい圧力を
作るように閉鎖容器に設けられた手段と、処理中に取鍋
をチャンバーの方へ持ち上げる手段とを有し、取鍋は閉
鎖容器上に設置され、閉鎖容器の上端部は処理中に密閉
状態でチャンバーの底部を支持するようになっているこ
とを特徴とする冶金反応装置にある。

【００１３】本発明の他の対象は、内部に減圧を維持す
ることが可能なガス吸引プラントに連通したチャンバー
と、上端部はチャンバーの底部にできた孔に開口し、下
端部は取鍋内に収容された液体金属内に浸漬可能な１つ
の管状スノーケルとを有する形式の取鍋内に収容した鋼
等の液体金属を減圧下で処理する冶金反応装置におい
て、大気圧より大きい圧力を作るのに適した、内部空間
内にガスを注入する手段を有する閉鎖容器と、処理中に
取鍋をチャンバーの方へ持ち上げる手段とを有し、取鍋
は閉鎖容器上に設置され、閉鎖容器の上端部は処理中に
密閉状態でチャンバーの底部を支持するようになってい
ることを特徴とする冶金反応装置にある。以下の説明か
ら理解できるように、本発明の冶金反応装置は取鍋を空
気中に置く代わりに、真空チャンバーの底部を密封する
ように上端部に閉鎖容器内を設置する点で従来のＲＨま
たはＤＨ真空チャンバー反応装置とは区別される。容器
は不活性ガスを用いて不活性化し、最大量の液体金属が
真空チャンバー内に上昇するように大気圧より実質的に
高圧になるように加圧される。本発明は添付図面を参照
した以下の説明からより明瞭に理解できよう。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１の従来のＲＨ型真空処理プラ
ントでは、液体鋼１は内部を断熱材３の層で被覆した取
鍋２内にあり、大気圧Ｐａｔｍに曝されている。スラグ
４の層は液体鋼１の表面に浮き、液体鋼を外気から遮断
している。ＲＨ反応装置は内部を断熱材６で被覆したチ
ャンバー５と、チャンバー５の底部９に連結した断熱材
でできた筒型をした２つの管状スノーケル７、８とから
成る。チャンバー５は蒸気イジェクター群のようなガス
吸引プラント１０に接続されている。処理開始時には取
鍋２をチャンバー５に対して動かすか、逆に動かしてチ
ャンバー５を取鍋２の上に設置し、スノーケル７、８の
下部を液体鋼１に浸漬させる。吸引プラント１０を用い
てチャンバー５内に減圧Ｐchamberを作る。それによっ
て液体金属１はスノーケル７、８を通ってチャンバー内
に吸い上げられる。次に、一方のスノーケル７にスノー
ケル７の内部空間に連通したパイプ１１を介してガスを
注入する。このガスはアルゴンのような液体鋼に溶解し
ない不活性ガスであるのが好ましい。ガスの流量は一般
に毎分、処理する鋼１トン毎に約４〜１２リットルであ
る。それによってスノーケル７内には上昇する循環流動
が生じる（このため、"上昇スノーケル"と呼ぶ）。こう
した流動により、スノーケル７を通ってチャンバー５に
流入するのに相当する量の液体金属１がもう一つのスノ
ーケル８を通ってチャンバー５から取鍋２に戻る（"下
降スノーケル"と呼ぶ）。こうして、液体鋼１は大気圧
Ｐatmの取鍋２と減圧Ｐchamberのチャンバー５とを連続
的に循環し、チャンバー内で液体鋼は所望の冶金反応、
特に真空処理特有の反応を受ける。この反応は主として
下記の反応である:

【００１５】１）脱水素反応（反応速度が好ましいた
め、比較的容易である）、 ２）脱窒素反応（反応速度があまり好ましくなく、金属
の組成に大きく依存するため、一般的に制限される。例
えば脱窒素反応が遅いほど鋼の硫黄および溶存酸素の含
有率が高くなり、液体鋼を通過するアルゴンおよび必要
に応じてそこから発生する水素でパージするのは脱窒素
反応には好ましい）； ３）脱炭反応（プールの高脱酸要素（アルミニウム、シ
リコンおよびマンガン）の含有率およびチャンバー５内
のＣＯの分圧がチャンバー５内の液体鋼１に含まれる溶
存酸素と炭素を周知の熱力学の法則に従って組み合わせ
ることができる程低い場合のみ起こり、この脱炭反応が
可能であれば、反応速度はアルゴンや発生する水素のパ
ージに好ましい。）

【００１６】取鍋２内およびチャンバー５内の液体鋼プ
ール１の表面レベルの差Δｈは下記式により差圧（Ｐ a
tm − Ｐ chamber）に依存する:

【００１７】

【式１】 ［ここで、ρは液体鋼の濃度（温度１６００℃で約６９
００ｋｇ／ｍ³）、ｇは重力加速度（９．８１ｍ／ｓ²）
である。一般的に、約１トール（例えば１３３Paまたは
１．３３×１０^-3バール）の圧力をチャンバー５で維持
すると、レベルΔｈの差は約１．５ｍになる。］

【００１８】チャンバー５には、その内部の液体鋼１に
アルゴンを注入する壁ノズル１２（１つだけを図示した
が複数でもよい）または浸水ランスのような手段を備え
るのが好ましい。注入するアルゴンの流量を一般に上昇
スノーケル７に注入するガスの流量と同じか、それより
少し多くして、脱ガス反応率または脱炭反応率を増加さ
せる。これは液体プール１内に存在するまたは形成され
るガスのパージ効果のためであり、また、微細な粒滴状
の液体鋼１３の飛沫ができるためである。こうした粒滴
１３のため大きな表面部分がチャンバー５内の希薄な大
気に曝され、脱炭率も増加する。上昇スノーケル７に注
入したアルゴンにもチャンバー５内に飛沫を生じさせる
類似の効果がある。上昇スノーケル７と同一直線上に多
孔質プラグ１４を設けた場合には、多孔質プラグ１４を
介してアルゴンを注入することで取鍋２内の液体鋼１を
均一化させ、この反応を加速することだできる。

【００１９】また、必要に応じてチャンバー５内の液体
鋼１に開口ランス１５または壁ノズルを介して酸素を注
入して溶存酸素含有率を増加させ、処理開始時の脱炭反
応を促進することもできる。処理の所定段階で液体金属
１をテルミット反応によって再加熱するために酸素を注
入することもできる。

【００２０】既に述べたように、図１に示した従来のＲ
Ｈ反応装置の欠点の１つはスノーケル７、８の断熱材の
孔を介して、またチャンバー５の底部９とスノーケル
７、８の上端部を隔てるシールの密閉が完全でなければ
そこから、外気が液体金属１に流入することである。こ
うした空気の流入によって液体金属１は窒素や酸素で汚
損され、プラントの脱窒素および介在物の清浄度能力が
低下する。さらに、流入したガスを吸入プラント１０で
除去しなければならず、そのために吸入プラントの吸入
力のかなりの部分をこういった望ましくないガスの除去
で浪費してしまう。この吸入力は好ましいガス、例えば
パイプ１１やノズル１２を介して注入されるアルゴンを
より多量に除去して脱炭反応速度を有利にするのに使う
のが好ましい。同様に、空気の流入が無い場合に、注入
するアルゴンを同量にして圧力Ｐ chamberをより低くす
るといった選択もできる。これもまた広範囲の脱ガスや
脱炭に好ましい。最後にチャンバー５に注入できるアル
ゴンの量はそれが耐えられる飛沫１３の強度により制限
されるが、こうした飛沫１３のため凝固金属の層１６が
生じ、チャンバー５の内壁を急激に汚損することになっ
てはいけない。

【００２１】図２に例を示した本発明のプラントも従来
と同様に処理する液体鋼１を収容する取鍋２を有する。
この取鍋２は多孔質プラグ１４を有する。本発明では、
真空処理の間、取鍋２は外気に曝されずに、図示した実
施例のように、取鍋２よりも実質的に背の高い垂直な閉
鎖容器１７の内部に設置する。取鍋２は閉鎖容器１７の
底に直接ではなく、昇降装置１９のプラットホーム１８
上に設置する。閉鎖容器１７はアルゴンのような不活性
がスを大量に注入する手段２０を有する。閉鎖容器１７
内には処理期間に液体金属１に添加する添加材料あるい
は取鍋２内の液体鋼１の表面を被覆する合成スラグを形
成する鉱物材料を収容する少なくとも１つのホッパ２１
を設けるのが好ましい。これらの材料は少なくとも取鍋
が下部にある時に後退自在なシュート２２によって取鍋
２に添加できる。閉鎖容器１７の上端部は広く水平で、
その上面はシール２４を有するリム２３で構成される。

【００２２】本発明のプラントは液体鋼１を真空処理す
るためのチャンバー２５を有している。このチャンバー
２５の一般原理は図１の従来のＲＨチャンバー５と類似
しており、チャンバー２５の底部２８に接続された２つ
のスノーケル２６、２７（内部空間にアルゴンを取り入
れるためのダクト２９を有する上昇スノーケル２６と、
液体鋼１がチャンバー２５の内部空間を通過して、取鍋
２に戻る時に通る下降スノーケル２７）を有する。チャ
ンバー２５内の気圧Ｐ chamberは吸引プラント３０によ
って約１トールに維持される。チャンバー２５の側壁に
はアルゴン注入用壁ノズル３１または酸素注入用ランス
３２がを備えられている。これらの壁ノズル３１やラン
ス３２の代わり、あるいはこれらに加えてアルゴン及び
／または酸素をチャンバー２５の底部２８に注入するノ
ズル３３を設けて、上昇スノーケルの垂直線上にある液
体金属１だけでなくチャンバー２５の側壁付近にある液
体金属も含めてチャンバー２５内の液体金属１の大部分
が直ちにこれらのガスの作用を直接受けるようにするの
が有利である。

【００２３】処理開始時に（図２（ａ）の状態で）、リ
ム２３上に全重量が乗るようにチャンバー２５を閉鎖容
器１７上に乗せ、シール２４を用いてリム２３沿い全体
に優れた密封性を確保する。スノーケル２６、２７は、
処理のこの段階で取鍋２が乗った昇降装置１９が低い位
置にある時にその下端部が取鍋２内の液体鋼１に浸漬し
ないか、わずかに浸漬する（図（ａ）に示す）ような長
さを選ぶ。チャンバー２５を配置後に、閉鎖容器１７内
にこのための手段２０を用いて多量のアルゴンを注入し
て、閉鎖容器１７内の大気で液体金属１が汚損されない
ようにする。

【００２４】この条件が整えられたら、取鍋２を昇降装
置１９を用いて持ち上げてスノーケルが液体金属１によ
り深く浸漬するようにし、同時にチャンバー２５内の気
圧を下げて取鍋２から液体金属１を吸い上げる。取鍋２
はスノーケル２６、２７の下端部が取鍋２の底に近付く
まで持ち上げるのが好ましい。最後に、ダクト２９を用
いてアルゴンを上昇スノーケル２６内に注入し、取鍋２
とチャンバー２５との間の液体金属の循環を開始させ
る。このダクト２９への供給は閉鎖容器１７の外側から
行うのが便利である。そのため、図示したようにダクト
２９はチャンバー２５の底部２８を通ってプラントの外
に開口している。

【００２５】さらにアルゴンを閉鎖容器１７に注入し
て、内部の気圧Ｐ enclosureを大気圧よりかなり高く、
例えば２〜３バール（つまり、２×１０⁵〜３×１０⁵
Pa）にする。この超過圧力には処理中に空気が閉鎖容器
１７に入らないようにするとともに、取鍋２の表面とチ
ャンバー２５内の液体鋼プール１の表面と間のレベル差
Δｈを増加させするという重要な利点がある。Δｈは下
記式を用いて計算される:

【００２６】

【式２】

【００２７】チャンバー２５内の気圧１トール（つまり
１３３Pa）に対して、閉鎖容器１７内の気圧２バール
（つまり２×１０⁵Pa）では、レベル差Δｈは２．９５
ｍとなり、気圧３バール（つまり、３×１０⁵Pa）では
レベル差Δｈは４．４３ｍとなる。従って、類似のプラ
ント規模のチャンバー２５により多量の液体鋼１を通す
ことが可能になる。図２（ｂ）は本発明プラントの真空
処理の一つの例を示す。ある瞬間のレベル差Δｈに大き
な差があるため、実際に取鍋２内にある液体鋼１の約半
分のみが中に残る。取鍋２とチャンバー２５間を循環す
るもう半分はスノーケル２６、２７内に、またより多く
はチャンバー２５内で減圧に曝されて鋼が脱ガスされ、
その組成が適していれば脱炭される。

【００２８】従来のＲＨ反応装置と比較して本発明のプ
ラントのチャンバー２５は非常に大きい容量を有するこ
とができる。事実、その底部２８の径は少なくともチャ
ンバー２５が閉鎖容器１７のリム２３の上に乗る程度の
大きさがなくてはならない。この径は取鍋２のものより
実際に大きくなくてはならない（底部２８がフランジに
よって横方向に延び、このフランジが閉鎖容器１７のリ
ム２３上に乗るのでなければ、チャンバー２５の径を増
加したことによる下記の特に有利な点は失われる）。液
体鋼はチャンバー２５中に流入する。流出孔３５、３６
の間に位置した断熱材からなる仕切り３４はチャンバー
２５の内部空間の底を塞止めし、上昇スノーケル２６を
通ってチャンバー２５に流入する液体金属１の大部分が
チャンバー２５に短時間だけ残留しただけで、直接下降
スノーケル２７へ通過しないようにする役目をする。ま
た、各部分の液体金属１がチャンバー２５内に残留する
時間の変動が少なくなる。図示したように、この仕切り
３４は比較的高さが低く、液体鋼１が基準の高さに達す
るとあふれ出て仕切りを通過できるようになっている。
これはまた、チャンバー２５を仕切り３４に形成した孔
および／またはチャンバー２５の内壁と仕切り３４との
間に設けた空間のみを介して連通した２つの隔室に分け
るだけの高さである。図２（ｃ）に示すように、仕切り
３４の高さが低い場合には、このような空間３７、３８
および／または孔が存在することになる。

【００２９】プラント運転時に取鍋２内に液体鋼１を少
量だけ残した場合には、取鍋２内の液体鋼１の循環流動
によって内部に非常に激しい撹拌が起こる。この場合に
は、処理中の取鍋２内の液体鋼１の表面にスラグがある
と、スラグが液体鋼に流入し介在物清浄度を損なうので
望ましくない。このことを別にしても、取鍋内の金属の
高さが下がると取鍋の壁にスラグが堆積する。そのた
め、取鍋を閉鎖容器１７内に置く前にスラグを全て除去
することが強く勧められる。真空処理が完了するとプラ
ントは、図２（ａ）のような初期の形状に戻される。し
かし、取鍋２を大気に曝すために、チャンバー２５を持
ち上げて例えば鋳造プラントに移動させる前に、液体鋼
１の表面上に合成スラグ層を再生し、直ちに金属の大気
による再酸化および再窒化反応を防ぎ、後の製造や鋳造
段階での放射熱の損失を制限するのが好ましい。この合
成スラグ層は前記のようにホッパ２１およびシュート２
２を用いて添加できる。処理中に合金元素を液体鋼１に
添加しなければならない場合には、同様のホッパまたは
類似のものを用いて、好ましくは取鍋２に比較的大量の
液体鋼１がある時に添加を実施することができる。変形
例としては、従来のＲＨのチャンバー５の場合によくあ
るように、そのための装置をチャンバー２５自体に備え
て、これらの合金元素を添加することができる。ホッパ
はまた閉鎖容器１７の外部に閉鎖容器１７の壁を通って
材料を移送する手段を備えることができる。このような
構成は閉鎖容器１７に必要な内部容量を減少させ、従っ
て、不活性化または加圧用に注入するガスの量を減少さ
せるという利点がある。

【００３０】周知の通り、処理期間の一部において取鍋
２および上昇スノーケル２６またはチャンバー２５内の
液体鋼１のいづれかにアルゴンの一部または全部の代わ
り、またはこのアルゴンに加えて、水素を注入して液体
鋼１を撹拌し、脱炭反応速度を加速することもできる。
閉鎖容器内で超過圧力を維持する場合には、取鍋２に多
孔質プラグ１４を通して水素注入するのが好ましい。こ
の超過圧力によってチャンバー２５を通過する前に液体
鋼１に溶解できる水素量が増加し、水素注入の効果も増
加する。閉鎖容器１７を不活性化／加圧するために水素
とアルゴンを混合するか、この不活性化／加圧の役割を
一時的に実施するためだけに水素を用いることも考えら
れる。鋳造時には液体鋼中で水素が好ましくない元素で
あると分かっているので、プラントへの水素注入は真空
処理が終わる前に止め、プラントが処理の最終段階で液
体鋼１の水素含有率を許容レベルに下げる時間を与えな
くてはならない。

【００３１】従来のＲＨプラントと比較して本発明のプ
ラントが第一に有利な点は、スノーケルとそのチャンバ
ーとの接続部分で通常起こり易い密封欠陥が全く起こら
ないことである。本発明のプラントでこのような欠陥が
起きるとしても、閉鎖容器１７内の不活性アルゴンがい
くらか吸収されるだけで空気が吸収されることはない。
従って、液体鋼１が大気からの酸素や窒素で汚損される
こともない。さらに、既に説明したように、チャンバー
２５から抽出した全てのガスは液体鋼１を脱ガスする
か、この脱ガス過程を加速するので、吸引プラント３０
をその最大容量まで使用できる。この利点は閉鎖容器１
７を高い不活性ガス圧に維持した時にさらに大きくな
る。

【００３２】さらに、アルゴンを上昇スノーケルに注入
する部分とチャンバー２５の底部２８との間のレベル差
は取鍋とチャンバー間を循環する液体鋼１の流量に対す
る重要なパラメーターであることが分かった。この流量
が多ければ多い程前記レベル差は大きくなる。下端部が
取鍋２の底の近くにあり、アルゴンを上昇スノーケル２
６に注入する部分が非常に低い、長いスノーケル２６、
２７を備えた本発明プラントでは、このパラメーターを
最適化することができる。本発明のプラントにあたる従
来のＲＨ反応装置と比較して、上昇スノーケル２６に注
入するアルゴンを同流量に維持し、液体金属１の循環速
度を増加するように選択してもよい。また、アルゴンの
注入流量を減らして液体金属１の循環速度を維持するよ
うに選択し、上昇スノーケル２６の断熱材の摩耗を減ら
しても良い。

【００３３】本発明プラントのもう一つの重要な利点
は、閉鎖容器１７内を高い超過圧力に維持し、スノーケ
ル２６、２７の下端部を処理中に取鍋の底の近くに保つ
ことができる点にある。これは真空処理中のある瞬間に
非常に高い比率の液体金属１（例えば半分）がチャンバ
ー２５にあって、脱ガスおよび脱炭反応を実施する減圧
および強いガスパージに曝すことができるということで
ある。従来のＲＨプラントの類似の取鍋２の処理ではそ
のチャンバーは処理する液体金属１／１０〜１／２０の
みしか収容できないが、それに比ベて本発明プラントで
は処理時間全体を増加せずに、一定量の液体金属１のチ
ャンバー２５内での平均残留時間を大きく増加できる。
減圧下のチャンバー２５内での液体金属の残留による冶
金反応を広範囲に実施することができる。

【００３４】さらに、閉鎖容器１７を完全に密封するた
めに比較的径の大きいチャンバー２５を有する必要性か
ら、チャンバー２５内の液体鋼１を減圧に曝す表面積を
大きくする結果となっていた。さらにまた、アルゴンを
チャンバー２５の特にその底部２８から注入する部分の
数を増加することもできる。金属の粒滴の激しい飛沫
が、実質的にチャンバー２５全体にできる。最後にチャ
ンバー２５の内壁から比較的遠い部分からこのアルゴン
を注入し、液体金属の飛沫１３が凝固金属１６の層を形
成して前記壁を急激に汚損するのをできるだけ防ぐよう
選択することができる。吸引プラント３０の動力が許す
なら、従来のＲＨ反応装置と比較して、真空チャンバー
に注入するアルゴン量は壁の汚損率をひどく増加せず
に、大きく増加できる。こうした要因の全てがチャンバ
ー２５中の液体鋼１の表面積での反応の増加を助ける。
これは内部で特に非常に低い水素、窒素または炭素含有
率が得られた時に実施するのが好ましい脱ガスおよび脱
炭反応を促す。こうして、従来のＲＨプラントの生産性
を維持しながら、液体金属中の非常に低い炭素および窒
素含有率を得ることができる。同様に非常に低い炭素お
よび酸素含有率を得るために、真の炭素導入真空脱酸素
を可能にする反応速度条件を得ることもできる。これに
よって大幅に脱窒素反応が実施されるが、溶存酸素によ
ってこれ以上妨害されることはない。

【００３５】スノーケル２６、２７の長さが、プラント
使用中にその下端部が取鍋２の底に近くなるような場合
には、昇降装置１９およびそのプラットホーム１８によ
って取鍋２とチャンバー２５との相対位置を制御でき
る。チャンバー２５を定位置に設置する時に昇降装置１
９が無いと、スノーケル２６、２７をすぐにその長さ全
部を液体鋼１に浸漬しなければならず、取鍋を定格容量
使用していたら、浸漬した分量の液体鋼１が取鍋２から
あふれ出るであろう。

【００３６】ＲＨ反応装置のチャンバーが従来の形式で
あるJP-A-8,181,818と比較して、取鍋が閉鎖容器に設置
され、プラント使用中のスノーケル２６、２７が浸漬す
る深さを調節できることでチャンバー２５の径および容
量、さらには再循環率が大きく増加し、超抵炭素含有率
をより容易に得ることができる。

【００３７】

【実施例】本発明によるプラントの２つの実施例を特定
寸法で示す。これらの実施例では、２４５ｔの液体鋼１
を収容し、面積約１０ｍ²に相当する平均内径が３．５
ｍで、金属高が約３．５ｍの取鍋２を処理したい場合に
適用できる。両実施例とも、その目的は真空チャンバー
２５内に深さ０．５ｍのプールができるような量の金属
を提供することである。上昇スノーケル２６に注入する
アルゴンの比率は、同様の取鍋に用いられる従来のＲＨ
処理、例えば約２．４Ｎｍ³に匹敵する。この結果スノ
ーケル２６、２７の金属循環速度は約１２０ｔ／分とな
る。第一の実施例では内径４．４ｍ（面積約１５ｍ²に
相当）のチャンバー２５および長さ２．４５ｍ、内径
０．７ｍのスノーケルを用いる。この条件では、チャン
バー２５内を１トル（133 Pa）の圧力で、チャンバー２
５内に深さ０．５ｍの望ましいプールを得るのに必要な
レベル差Δｈ２．９５を得るためには、２バール（例え
ば２×１０５ Pa）の圧力差（P enclosure − P chambe
r）を作らなくてはならない。これはチャンバー２５お
よびスノーケル２６、２７内にある金属１が６５．５ｔ
に相当する。

【００３８】第二の実施例では内径６．２ｍ（面積約３
０ｍ²に相当）のチャンバー２５および長さ３．２６
ｍ、内径０．７ｍのスノーケルを用いる。この条件で
は、チャンバー２５内に１トル（133 Pa）の圧力で、チ
ャンバー２５内に深さ０．５ｍの望ましいプールを得る
のに必要なレベル差Δｈ３．７６を得るためには、バー
ル２．５５（例えば２．５５×１０５ Pa）の圧力差（P
enclosure − P chamber）を作らなくてはならない。
これはチャンバー２５およびスノーケル２６、２７内の
金属１、１２１．５ｔに相当する。

【００３９】両実施例において、アルゴンの合計量約２
０，０００Ｎｌ／分をチャンバー２５内の金属１にノズ
ル３１、３３を用いて注入する（これは従来のＲＨプラ
ントがチャンバー壁に余剰の金属の飛沫を出さずにいら
れる流量約５０００Ｎｌ／分と比較すべきである）。

【００４０】本発明の変形例では、前記のものと類似
で、ただしチャンバーにスノーケルを一つだけ備えた冶
金反応装置が提供される。これはＤＨ反応装置に類似す
る。液体金属を取鍋とチャンバー間に連続的に循環させ
ることがこうした条件では可能ではないため（ただし、
金属がチャンバー内で冷却を受けて生じる自然の対流移
動は除く）: １）プラントの規模を、真空処理を大きく受けていない
金属の量をできるだけ制限するように、初期に取鍋にあ
るほぼ全ての金属が処理期間中にチャンバーを通過する
ように設計するか、 ２）定期的に圧力差（P enclosure − P chamber）を減
らすか、取鍋昇降装置を用いてチャンバーから取鍋を定
期的に外すことによってチャンバーに金属を補充する必
要がある。

【００４１】非常に広範な金属の脱炭を望む場合には、
従来のＤＨプラントの場合のようにアルゴンをスノーケ
ルに注入することが強く勧告される。本発明のプラント
は従来のＲＨまたはＤＨ型の真空処理プラントまたは真
空チャンバーと単に入れ換えることで超低炭素鋼品位の
ため設定するメルトショップ（meltshop）や従来の生産
構成をやり直す必要もなく、生産ラインに挿入できる。
最後に、本発明は従来のＲＨプラントと全く同様に超抵
炭素鋼以外の品位のものの処理にも有利である。誘導さ
れた空気による金属の汚損が無く、与えられた処理時
間、減圧やガスパージに曝す平均時間が増加することが
有益である。このため従来のＲＨプラントを用いるより
も広範な炭素誘導の脱酸、脱窒素、脱水素反応が得ら
れ、同様な冶金性能で液体鋼の処理時間を短縮すること
ができる。前記のプラントが液体鋼以外の金属の真空処
理に用いることができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明以前の代表的技術である液体鋼の真空
処理用ＲＨ型プラントの縦断面図。

【図２】 本発明の液体鋼の真空処理プラントを示す図
で、（ａ）は処理の第一段階でプラントの前から見たＩ
Ｉａ−ＩＩａ線にによる縦断面図、（ｂ）は処理の後半
段階でのプラントの同様な図、（ｃ）はＩＩｃ−ＩＩｃ
における部分断面図。

【符号の説明】

１ 液体金属 ２ 取鍋 ５、２５ チャンバー ６、２６ 上昇スノーケル ７、２７ 下降スノーケル １０ 吸引プラント １７ 閉鎖容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウベール サン レモン フランス国 57000 メッツ リュ セバ スチャン ルクレルク ５ (72)発明者 フランソワ ストゥヴノ フランス国 54800 ラブリ リュ ドゥ ロレーヌ 18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス吸引プラント（３０）と連通した内
   部に減圧状態を維持可能なチャンバー（２５）と、２つ
   の管状スノーケル（２６、２７）とを有し、各管状スノ
   ーケルの上端部はチャンバー（２５）の底部（２８）に
   形成された孔（３５、３６）と連通し、その下端部は取
   鍋（２）内に収容された液体金属（１）に浸漬でき、"
   上昇"スノーケルとよばれる一方の管状スノーケル（２
   ６）には処理中に取鍋（２）とチャンバー（２５）と間
   で液体金属（１）を循環流動させるために内部空間内に
   ガスを誘導する手段（２９）を有する、取鍋（２）内に
   収容された鋼等の液体金属（１）を減圧下で処理する冶
   金反応装置において、 閉鎖容器（１７）と、内部空間内にガスを注入して閉鎖
   容器（１７）内に大気圧より大きい圧力を作るように閉
   鎖容器（１７）に設けられた手段（２０）と、処理中に
   取鍋（２）をチャンバー（２５）の方へ持ち上げる手段
   とを有し、取鍋（２）は閉鎖容器（１７）上に設置さ
   れ、閉鎖容器（１７）の上端部（２３）は処理中に密閉
   状態でチャンバー（２５）の底部（２８）を支持するよ
   うになっていることを特徴とする冶金反応装置。
2. 【請求項２】 内部に減圧を維持することが可能なガス
   吸引プラントに連通したチャンバーと、上端部はチャン
   バーの底部にできた孔に開口し、下端部は取鍋内に収容
   された液体金属内に浸漬可能な１つの管状スノーケルと
   を有する形式の取鍋内に収容した鋼等の液体金属を減圧
   下で処理する冶金反応装置において、 大気圧より大きい圧力を作るのに適した、内部空間内に
   ガスを注入する手段を有する閉鎖容器と、処理中に取鍋
   をチャンバーの方へ持ち上げる手段とを有し、取鍋は閉
   鎖容器上に設置され、閉鎖容器の上端部は処理中に密閉
   状態でチャンバーの底部を支持するようになっているこ
   とを特徴とする冶金反応装置。
3. 【請求項３】 チャンバー（２５）がそれに収容された
   液体金属（１）中にガスを注入する手段（３１、３２、
   ３３）を有する請求項１または２に記載の反応装置。
4. 【請求項４】 注入手段（３３）をチャンバー（２５）
   の底部に有する請求項３に記載の反応装置。
5. 【請求項５】 チャンバー（２５）の底に形成された孔
   （３５、３６）の間で内部空間の底部に設置された、チ
   ャンバー（２５）を２つの隔室に分ける仕切り（３４）
   をチャンバー（２５）が有する請求項１に記載の反応装
   置。
6. 【請求項６】 チャンバー（２５）の内壁から仕切り
   （３４）を隔てる空間（３７、３８）を有する請求項５
   に記載の反応装置。
7. 【請求項７】 閉鎖容器（１７）が取鍋（２）に収容さ
   れた液体金属（１）の表面上またはその内部に固形材料
   を添加するための手段（２１、２２）を有する請求項１
   〜６のいずれか一項に記載の反応装置。
8. 【請求項８】 ガスを閉鎖容器（１７）に注入する手段
   （２０）が水素または水素含有ガス混合物を注入する請
   求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置。