JPS5941484B2 - 取鍋内溶鋼の撹拌方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、溶鋼の炉外２次精錬を行う場合の取鍋自溶
鋼の攪拌方法に関するものである。

従来、転炉や電気炉などで１次精錬された溶鋼は、炉か
ら取鍋に出鋼され、この取鍋内で溶鋼に合金や脱酸剤が
添加され、酸素などの不純物の除去や目的の鋼の組成を
得るための成分調節などを目的とした２次精錬が炉外で
行なわれている。

２次精錬方法として、従来様々の方法が提案されており
、例えば、真空脱ガス装置を利用して処理時の大気によ
る溶鋼の酸化を防止するとともに、積極的に溶鋼中の不
純物であるガスの同時除去を行なう真空脱ガス方法、あ
るいは真空脱ガス装置を用いずに単にガスを用いて溶鋼
を攪拌する溶鋼攪拌方法などがある。

とくに、後者の溶鋼攪拌方法は、不活性ガスを溶鋼中に
吹き込み、ガス気泡の浮上刃を利用して溶鋼を攪拌する
いわゆる不活性ガス攪拌法がその代表である。

この不活性ガスによる溶鋼攪拌の技術は、ガス吹き込み
用ノズルあるいは多孔質プラグを用いるだけで、特別な
装置を必要とせず、また処理法が簡単であることなど２
次精錬を目的とした溶鋼の攪拌法として多くの特徴を有
する方法である。

しかし、この方法は攪拌力が弱く、またその攪拌の原理
上、スラグと溶鋼の界面が一番強力に攪拌されるために
、転炉などの１次精錬炉から溶鋼とともに取鍋に流入し
た酸化性スラグが溶鋼と反応する傾向があり、これを防
止することが困難である。

また、スラグから流入する酸素のために、処理終了時の
酸素濃度が十分に低下しないといった問題点もある。

さらにまた、攪拌力を強化するために吹き込みガス流量
を増加させると、ガス気泡放出位置の溶鋼表面のスラグ
層が周囲に排除され、溶鋼が大気と直接接触し、大気中
の酸素により溶鋼が酸化され、精錬能率が低下する欠点
がある。

これに対し、最近上述した溶鋼攪拌方法の欠点を改良し
た第１図に示すような装置が提案されている。

この装置は取鍋１の底に多孔質プラグ２を取付け、管３
から導入した不活性ガスを該多孔質プラグ２から取鍋１
内の溶湯５中に気泡４として吹込み、耐火物製円筒６を
取鍋１内の溶湯中に上部からスラグ層７を貫通して円筒
６の下端が溶鋼５内に浸漬するように鉛直方向に挿入し
、この円筒内にスラグ層のない溶鋼面を露出させ、吹き
込みガスを円筒６内の露出溶湯面から大気中に逸出させ
るようにした装置である。

この装置によれば、吹き込みガス気泡がスラグと溶鋼と
の界面を通過する時に生じる両相間の混合、攪拌が防止
されるので、両相間の反応を効果的に防止できる。

また、溶鋼浴と接する円筒内ガス相は吹き込みガスの溶
鋼からの放散により非酸化性雰囲気となるので、大気と
溶鋼との反応も防止できる。

しかし、この第１図に示す装置は、溶鋼とスラグあるい
は溶鋼と大気間の反応の防止には、優れた機能をもった
のであるが、従来技術と比較して攪拌力の改善効果は皆
無であり、むしろ浸漬耐火物円筒がガス気泡によって生
じた溶鋼上昇流の運動エネルギーを減衰させるため、攪
拌力が低下するといった問題を生じ、また処理中の合金
材の添加が困難であり、この点で一般的な真空脱ガス方
法より劣る欠点がある。

本発明は、溶鋼中のＨ，Ｎなどの脱ガスを目的としない
場合で、溶鋼の攪拌効果により脱酸反応の促進や合金成
分濃度および温度の均一化などを計る２次精錬に当って
、溶鋼とスラグあるいは溶鋼と大気との反応の防止が可
能で処理後の到達酸素濃度が十分に低く、脱酸処理に優
れ、また添加合金の歩留りが良く、成分調整の容易な２
次精錬法を提供することを目的とする。

すなわち、この発明方法は、取鍋自溶鋼中に浸漬した円
筒内のガス圧力を変動させ、それに伴って取鍋自溶鋼を
円筒内に流入（吸上げ）させたり流出（吐出）させたり
して、取鍋自溶鋼を流動攪拌し、また同時に溶鋼中には
該円筒を通して合金剤を投入することで、溶鋼の２次精
錬を行う方法である。

しかしながら、本発明者らの研究によれば、上述した方
法の場合、長時間操業を行うと、圧力制御技術上次のよ
うな問題点を生じることが確認された。

（１）排気側はガス温度が高く、弁機構が損耗し易い０ （２）排気中には粒鉄やダストが多量に含まれているた
め、これが弁部に付着し、あるいは、これが原因で弁口
体が摩耗するなどの現象があり、しばしば作動不良を起
す。

（３）排気は低圧力（大気圧もしくは若干の負圧）でか
つ、高温（７００〜ｓｏｏ’ｃ）となるため、通過する
ガス体積が大きい。

故に、比較的大型の弁（径１００ｍｍ程度以上）にする
必要があり、設備費も、その保守費用も大きい。

（４）さらに作動不良の場合には、（ａ）完全に閉じな
いと加工ガスが洩れる、（ｂ）開かない場合は円筒内が
異常高圧となり、溶鋼中にガス噴出して、溶鋼を飛散さ
せる等事故の原因きなる。

（５）溶鋼を飛散するほどでなくても、前項のトラブル
により、ガスが溶鋼中に噴出されるさ、これが浮上する
際溶鋼−スラグ界面を攪拌する。

したがって、スラグから溶鋼に酸素の移動が起り、ある
いは復燐反応が起き、溶鋼汚染の原因となる。

一方、それを避けようとすれば、高圧ガスの供給を控え
なければならず、その結果攪拌力を弱くする。

そこで、これらに対しては、 （１）排気弁の耐熱度向上や耐摩耗性向上、（２）排気
ガスの冷却および除塵、 （３）複数の排気系を用い、故障時の代替を迅速にする
システム、 などの改善が考えられた。

しかしｋｌなどの低融点金属の比較的穏かな攪拌の場合
はともかく、溶鋼のように高温（約１６００°Ｃ）の激
しい攪拌の行わわるものの場合、粒鉄やスラグ粒の飛散
および合金材や耐火物などを含むダクトの発生量が多く
、排気弁近傍での付着、あるいは弁の閉塞トラブルは避
は難いと判った。

また、除塵・冷却のために排気系の容積を大きくすると
、肝心の円筒内の圧力変化速度が大きくとれないため、
溶鋼の吸引や吐出の勢いを弱める。

要するに、これらの問題点というのは、管路中に設けた
弁による制御というのが主たる原因であると考えられる
。

そこで、この発明においては、円筒内ガス圧の周期的な
変動を、排気管等に配設した流量調節用の開閉弁の開閉
・絞り量によって制御するのではなく、吸気管からの高
圧ガスの供給量（導入圧力）を調節することによって行
うようにしたのである。

図面の第２図は、弁を使った場合の円筒６内圧力を変化
させたときの溶鋼５の流動状態を示すもので、ガス圧が
高いと円筒６内溶鋼レベルは下がり、またガス圧が低く
なると取鍋内溶鋼５レベルは上がる。

これらを繰返すことにより、溶鋼５を円筒６内に流入・
流出させたりして、攪拌ができるのである。

いま、吸気管８から高圧ガスを供給し、排気管９から排
気するとき、円筒６内の圧力をＰａとし、高圧ガスの供
給流量Ｑｂとし、排出流量Ｑｃとするとき、 なる関係の式が与えられる。

この式によれば、円筒内体積Ｖａの変化がそれほど大き
くない状態（円筒自溶鋼レベルの変動が小さいこと）で
は、排気管Ｑｃからの排出流量を常に一定（吸気管の内
圧変動に比べて無視できる程度に変化する場合も含む）
となるようにしておけば、円筒内圧力の変動は吸気管８
より供給する高圧ガスの流量Ｑｂを変えるだけで、円筒
内の圧力変化速度ｄＰａ／ｄ１を自由に変えることがで
きる通常ＱｃはＰａに依存して変るが、Ｑｃの変化速度
がＱｂのＰ 変化速度より小さければ ａ／ｄ１の制御に支障はない
。

Ｑｃは一定流量範囲に制御されれば良い。この機能を備
えた排気管を無弁化機能をもつ排気管という。

このような知見にもとづく、円筒内圧力コントロール法
について試１験した結果を第３図に示す。

この試１験は実用規模の約にの水槽を用いたモデル実験
である。

図中実線は従来の排気弁を用いた機構、破線は本発明法
による無弁化機能をもつ排気管９′（これは排気管中に
弁を設けてこれを一定開度に固定しておいてもよい）を
通して、吸気管８の供給流量の変動の如何にかかわらず
一定流量範囲の排気をする方法であるＱＣは一定流量範
囲内に管理され、その時間平均値ＱｃによりＰａの変化
特性を表わすことができる。

この図から判るように、両者には差がなく、この発明方
法の有効なことが判った。

上述のような新規な知見に対し、さらに様々な実験を行
い、円筒内の圧力変化を、任意のパターンとしていくた
めの条件について検討した。

その結果を次に説明する。

（１）排気系（配管とダストセパレータ等を含む排気ポ
ンプまでの経路）の容量が大きいと、それがデッドスペ
ースとなり、円筒内圧力変化が遅し）。

したがって、その排気管容量はできるだけ小さくする必
要がある。

そこで、この発明方法の場合、排気系の容量が円筒６の
容積以下であれば、圧力変化速度は十分大きいものとな
るが、これより大きくなると、圧力の変化速度は（とく
に加圧時）小さくなり使用に問題を生ずる。

（２）導入する高圧ガスの圧力は極力大きく、排気系圧
力との差が大きいことが望ましい。

水モデルでの実験結果によれば、高圧（ＰＩ））と低圧
（Ｐｃ）で制御し得る円筒内圧力Ｐａの範囲はおよそ次
のようになった。

Ｐｃ＜Ｐａ＜Ｐｃ＋０．３（Ｐｂ−Ｐｃ）−・・（２）
これから、Ｐｂ−ＰＣは制御圧力幅（Ｐａの変動幅）の
３．３倍以上確保する必要がある。

（３）排気速度Ｑ５が過度に太きいと、（１）式で明ら
かな通り、Ｑｂを著しく太きくしなければＰａの調節が
不可能である。

モデル実験の結果によると、仏の適値はＱＢｍ ａｘ
（Ｑｂの瞬間最大値）の耳。

であった。ＱｂはＱｂｍａｘ ”：＝ ２ Ｑｃ程度に
小さくなると、円筒内圧力変化速度を十分大きくするこ
とはできない。

（４）高圧ガスの吸気管中における弁の開度を調節すれ
ば、パルス状の圧力変化を得ることができる。

第４図にこのようなパルス状圧力の例およびその実現の
ために用いた弁の開度調整のパターンを示した。

以上要するに、排気系に弁を設けることなく、無弁排気
管などを用いて一定流量範囲で排気をしながら、吸気系
の高圧ガス供給量を変動させるだけで、十分に円筒内の
圧力変化パターンをコントロールすることができること
が判る。

つぎに、実施例について説明する。

この実施例は、実用規模の溶鋼精錬装置に適用した例で
、第５図に示すように、円筒の内径３００ｍｍ、高さ約
２ｍで、容積は１４０１である。

吸気管８には開度調節の可能な制御弁りを設置し、また
排気管９には構造の簡単な絞り弁Ｅを設置し、排気流量
が過度になり過ぎないようにした。

吸気系の高圧ガスの圧力は９ｋｇ／ｉ・Ｇ１排気管９′
内の圧力は０．３ｋｇ／ｆｆ１−Ｇ〜−０，７ｋｙ／ｃ
ｆｆｌ・Ｇにした。

高圧側最高流量ＱＢ ｍａ ｘ ＝ ０．５ Ｎ ｍ３
７ ｓｅｃ、低圧側流量Ｑｃ’ ＝ ６０ Ｎ７／ｓｅ
ｃで、’Ｑｃ ／ ＱＢ ｍａ ｘ−０，０４〜０．２
であった。

頭の下限値としては、ＱＢｍａＸの０．０１倍以上は必
要で、さらに望ましい状態として０．０４倍以上で実施
した。

実施例 １（比較例） 従来法により、排気側にも開閉弁を用い、吸気側の制御
弁とともに作動させて、容器内圧力を制御した。

圧力制御は容易で溶鋼の精錬効果も顕著であったが、排
気側開閉弁の開閉を８５０回行ったところで作動不良と
なった。

理由はダストが付着したものである。

実施例 ２（比較例） 実施例１と同じ方法で溶鋼精錬処理を行っていたところ
、一時的な異常高圧力が発生し、円筒から溶鋼中に大量
のガスを噴出した。

このため、激しく溶鋼が飛散するというトラブルが生じ
た。

原因を調べたところ、ダストが詰まったため、排気弁が
開かなくなり、円筒内にガスが充満したものであった。

実施例 ３（本発明例） 本発明方法により、排気側には単に絞り弁を設けたのみ
で、精錬処理中にはその開度を固定しておいた。

この場合には、排気系に運動する部分が無いことにより
、１０，０００回の周期の繰返し後、制御機能は正常に
作動し続けた。

ただ、この場合、絞り弁の開度が若干太き目に設定され
ていたため、排気速度Ｑｃ （Ｎ １１ ／ｍ ｉｎ）
が大きくなり、加圧時の円筒内圧力変化の速度が小さい
という問題があった。

しかし、精錬機能そのものには、従来法との差は無かっ
た。

実施例 ４（本発明例） 実施例３と同じ装置を用いた。

ただ、排気系の絞り弁の開度を上述のものより小さくＱ
ｃ−１イ。

ＱＢ ｍａ ｘ ） シた。

その結果、圧力変化パターンが従来法と全く変らず、圧
力変化速度も十分大きい値が得られた。

以上説明したようにこの発明によれば、吸気側高圧ガス
の流量を変動させるだけで、排気系の弁を調節するまで
もなく、円筒内に溶鋼を流入・流出させる圧力制御がで
きる。

しかも、溶鋼の飛散事故が皆無となるとともに、スラグ
による溶鋼酸化や復燐もほとんど生じないという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図は、従来の不活性ガス攪拌装置の例を示す
断面図、第２図は溶鋼攪拌の原理を示す円筒部分の断面
図、第３図は従来例と本発明例との円筒内圧力コントロ
ールの推称を示す線図、第４図は本発明法による圧力制
御によって得られる円筒的圧力推移と弁開度の関係を示
す線図、第５図は本発明の実施例を示す断面図である。 １・・・・・・取鍋、２・・・・・・プラグ、３・・・
・・・管、４・・・・・・気泡、５・・・・・・溶鋼、
６・・・・・・円筒、７・・・・・・スラグ、８・・・
・・・吸気管、９・・・・・・排気管、Ｄ・・・・・・
制御弁、Ｅ・・・・・・絞り弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上部にガスの供給、排気系装置が接続され頂部が閉
   ざされている円筒下端を取鍋内情鋼中に浸漬し、かかる
   円筒内のガス圧力を変動させることによって取鍋自溶鋼
   を該円筒内に吸上げたり吐出させたりして取鍋自溶鋼の
   攪拌を行う方法において、 前記円筒内浴面上に供給される高圧ガスの供給速度を周
   期的に変動させる一方で無弁化機能排気管からは定流量
   の排気を行い、かつ円筒内ガス圧力変動を周期的に制御
   するに際しては高圧ガスの瞬間最大供給速度ＱＢｍａｘ
   とガスの平均排出速度幅とが、ＱＢｍａｘ ＞ ２ Ｑ
   Ｃの関係になるように匍］御することを特徴とする取鍋
   自溶鋼の攪拌方法。