JPS62235416A - 溶融金属の精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、精錬用気体を吹込んで溶融金属の精錬を行な
うに際して、その反応効率と反応速度の著しい向上を達
成し得るのに好適な方法に関し、特に鋼の高純度化精錬
を経済的に実施しうる方法を提案するものである。

（従来の技術） 溶融金属精錬の技術は、高品質に伴う不純物除去ニーズ
の高まりと共に向上しており、鋼材を例にとっても極低
Ｃ，Ｎ１１１を１９るための脱ガス精錬、あるいは極低
ｓ、ｐｍを得るための精錬フラックスを用いた分野でも
めざましい進歩が認められる。

特に、溶融金属に対し減圧下に不活性ガスあるいは不活
性ガスと酸化性ガスの混合ガスを吹込み、ｐＡＣ，脱Ｎ
を行なう技術（例えばＲＨ脱ガス、ＶＯＤプロセス）は
、連続焼鈍用薄板材に供する鋼の溶製を行なう上で重要
な役割を果している。

またステンレス鋼などの高合金鋼を効率的に脱Ｃする目
的で、酸素とＮ２／Ａｒなどの不活性ガスの混合ガスを
溶融金属中に吹込む、所謂ＡＯＤプロセス、または減圧
下の溶融金属中に不活性ガスもしくは酸素と不活性ガス
の混合ガスを導入するＶＯＤプロセス等が広く採用され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記各従来技術は、広く採用されているとはいえ共通す
る以下にのべるような大きな問題点が残されており、改
善が望まれていた。

まず第１に挙げられることは生産性の悪さである。最近
の連鋳技術の進歩に伴い、経済性にはれる連続連続鋳造
を実施するためには、上記ＪＡＲＣ。

Ｎ精錬の工程をより迅速に行う必要がある。この精錬工
程を迅速ならしめるためには、精錬ガスの導入速度を上
昇させ、もって、溶融金属の攪拌混合を拡大すると同時
に精錬ガスと溶融金属の接触面積を大きく確保すること
が有効と考えられる。

しかし、それは次のような理゛由で不可能な現状にある
。即ち、精錬ガス導入量を増大すると、不活性ガスある
いは精錬反応の結果として発生するＣＯガガスどが浴面
より離脱する際、溶融金波の飛沫、スプラッシュが著し
くなるので、かかるスプラッシュによる金属の系外への
損失を考えると自らその上限が定まる。スプラッシュは
また精錬容器壁や蓋などに付着、成長して操業性を損う
こともあり、この点からも精錬ガスの導入口が制約され
る。

例えば、従来の精錬ガス導入量は、常圧上精錬のＡＯＤ
で２Ｎｍ　３／ｍｉｎ　、ｔ　、離に気’ｆａ［ｊｌの
増す減圧上精錬のＶΔＤ、ＶＯＤ、ＲＨでは高々０、Ｉ
Ｎｍ　３／ｍｉｎ　、　ｔが導入しうるガス量の限界で
ある。

これに対し、スプラッシュ損失を抑制するために、容器
中の溶融金属の量を減じ、フリーボードを確保する方法
も一部で採用されているが、これも生産性増大には全く
つながらない。

本発明の目的は、溶融金属のガス精錬を迅速に行なうに
際して、スプラッシュによる金属損失、操業性阻害を生
ずることなく、大量の精錬ガスの導入を可能ならしめる
方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上場の目的は、次のような手段を要旨とする構成；すな
わち、 溶融金属を収容する精錬反応容器の外周部に配設した回
転磁界発生装置により回転磁界を発生させ、容器内溶融
金属に水平回転流を付加しつつ、該容器側壁部もしくは
底部の回転中心軸の部分を除く外周部、つまり内周部寄
りの溶融金属浴面下に設置したノズルもしくはプラグか
ら、溶融金属精錬用気体を導入することにより、達成さ
れる。

（作　用） 本発明は、回転磁界により誘起される溶融金属流の中に
おけるガス気泡の挙動についての研究から課題解決のた
めの有効な上記手段に想到したのである。

すなわち、第１図に示すごとく、非磁性鋼よりなる鉄皮
１と耐火物２により構成される容器の外周部に、二極三
相電流により回転磁界を発生する磁界発生装ａ３を設け
、溶融金属に水平回転流４を与えた。その際、溶融金属
への回転力の付加に加え、容器内周部寄り（容器内面側
壁部近く）にノズル５を設置し、および／または容器の
器底部半径方向に位置を変えて配設したノズル６のいず
れか一つより、不活性なＡｒガスを吹込み、浴面より発
生するスブラッシュアの状況を測定した。

いずれのノズル配置であれ、回転磁界による水平回転流
の存在しない場合には、第２図に示すように、ノズル直
上の浴面上に溶融金属の大きな盛り上り部８が観察され
、大きなガス気泡の離脱に伴うスプラッシュ９の発生が
著しく、系外への金属損失、容器壁への付着が認められ
た。

これに対して、水平回転流の存在する場合には、第１図
の側壁部へのノズル設置の例に見られるごとく、溶融金
属浴面中央が凹状になると共に、その凹部中央より微細
なガス気泡の離脱と、それに伴う僅かなスブラッシュア
の発生が認められるだけであった。

また、浴面上に飛び出したスプラッシュ滴は凹状の浴面
上に落下し、系外へのスプラッシュ損失を全く生じない
ことが明らかとなった。本発明者らはこれらの現象が生
起する機構について研究した結果、ノズルから溶融金属
中に導入されたガス気泡が、容器壁際で最も大きな速度
を有する回転磁界による溶融金属の水平回転流により強
烈なせん断力を受は微細化することを突きとめた。そし
て、その微細化した気泡は、浮力と回転流に基く求心力
のバランスから決まる軌跡１０を取り浴面凹み部中央に
至ることが明らかとなった。

このような二つの基本的な現象は、溶融金属のガス精錬
の改善に有効な動きを示す。それは、第１にガスが微細
化気泡として浴を離脱するために、気泡の上方への運動
量が極めて小さくなり、気泡に同伴する金属粒の個々の
量、上方への運動量も共に小さくなり、その結果として
スプラッシュが大きく抑制されることがあげられる。

第２の点として、気泡が浴中深くで微細化され、気泡と
溶融金属界面との接触の割合が増大することに加え、微
細気泡であるが故に浮力も小さくなって、溶融金属中へ
の滞在時間が増大し、さらに気泡が第１図の軌跡１０に
示されるように、溶融金属中をらせん状に掃引しつつ運
動するという溶融金属とガスとの間の反応を平衡にまで
上昇させるのに望ましい条件が揃うからである。

次に、本発明者らは上述した水平回転流存在下における
２つの現象；■スプラッシュが少なく、■反応平衡の達
成が可能という現象を実現するのに必要な他の条件であ
るノズルの配置についても検討した。その結果を第３図
に示す。この第３図の！軸はスプラッシュの激しさに対
応する。容器中央部では回転磁界強度が減衰し、気泡に
対しての溶融金属による水平方向のせん断力が働かず、
スプラッシュ抑制には無効である。従って、この第３図
より判るように、水平口転流を与えつつ容器側壁部ある
いは底部の回転中心を除く容器内周面寄りの位置にノズ
ルを配する場合が、本発明の効果がより顕著に発揮され
るケースであることが明らかである。

（実施例） 上述した基本的な知見に基きスプラッシュ発生を極めて
低位に抑制すべ〈実施した精錬反応の例を示す。なお、
以下の実施例ではノズルの配置を全て容器側壁内周部寄
りとした。

衷ｍ 内径１ｍ、内高１．５ｍの円筒状の取鍋に５トンの１６
％Ｃｒ　−１，５％Ｃのステンレス溶鋼を入れ、浴面下
の側壁部に設けた２重管ノズルから適宜にガス比率（Ｑ
２／Ａｒ比）を変えた脱Ｃ精錬を行なった。ノズル外管
から専らＡｒを導入し、内管からは０２・Ａ「混合ガス
を導入した。低炭酸の脱炭酸素効率（Ｃ：０．２５％→
０．１０％への脱Ｃ時の酸素効率）及びＣ：０，０６％
で精錬を終了した時の取鍋内容鋼重量を測定した。取鍋
の外部には内径１．６ｍの回転磁界発生装置を配設した
。

比較例としては、磁界発生装置に通電を行なわず単にガ
ス吹込みのみを行なっている場合を採用した。

実施した結果を表１に示すが、回転磁界による回転流を
伴わない比較例の場合スプラッシュが著しく、大伍のガ
ス吹込みでは操業不能になる。しかも酸化性精錬ガスの
浴内への均一な分散が難しいことから、Ｃｒの酸化現象
が加速されることの反映である脱炭酸素効率の低下が認
められる。

これに対して、本発明の例では、フリーボードが０．５
ｍ程度と通常のＡＯＤよりも小さいにも拘わらず、スプ
ラッシュ損失を極めて小さくしたまま、脱炭酸素効率を
有効に維持でき、現行ＡＯＤ以上の高速精錬が可能とな
っている。なお、本発明例で溶ｗ４重量が減った部分は
、脱炭による重量減およびＯｒの一部が低炭酸で酸化し
スラグとなる部分が過半を示している。

実施例２ 実施例１と全く同じ装置を用い、（但し、ノズルは単管
とした）、ラインパイプ材ＡＰＩ−Ｘ７０級の溶鋼５ト
ンに対してＡｒガスを吹込み、脱Ｎ。

脱Ｈ精錬を行なった。溶鋼の初期Ｎ、Ｈ含有量はそれぞ
れ３０１）ｌ）１１　、４ｐＩ）−であった。溶鋼に回
転流動を与えない場合の比較例と共に表２にその結果を
示す。実施例１と同様にスプラッシュの発生が著しく抑
制され、１０分間の処理終了後の到達Ｎ。

Ｈの低さも本発明例では著しく良好である。

実施例３ 実施例１．２に用いた装置で、取鍋に気密性の蓋を設け
、真空排気装置に接続し、１００トールの減圧下で精錬
を行なった。取鋼内には実施例２と同様にＡＰＩ−Ｘ７
０級組成の溶ｔＪ４５トンを収容し、Ａｒガスをノズル
から吹込み、説Ｎ、！１５２Ｈを行なった。溶鋼の初期
組成はＮ　＝３０１１１）ｍ　、　１−（＝　４ｐｐｍ
である。その結果を表３に示す。減圧下精錬においても
本発明のスプラッシュ抑制能、脱ガス効率向上への有効
性は明らかであった。

なＪ５、以上の説明では、精錬容器に直接ノズルを取り
つけた例で示したが、ノズルの代わりに例えば耐火物性
の通気性プラグを取りつけてガス吹込みに使用してもよ
い。

次に、ノズルを使用する場合、その閉塞を防ぐために溶
融金属が存在する間はガスを吹き続けねばならないが、
これを嫌う場合は溶融金属上部より精錬時のみガス吹込
みランスを挿入する方法を採用してもよい。但し、この
場合ランスの挿入位置は溶融金属の回転中心から遠い位
置、望ましくは容器壁際とする。このとき容器内周（壁
）に沿わせて挿入され溶融金属中に突出した形で存在す
るランスは、溶融金屑回転流の直撃を受けて折損し易い
ので、第４図に示すごとく、精錬容器壁に凹状に設けた
案内溝１２に沿って挿入し、溶融金属中に突出しないよ
うにすることが望ましい。

また、本発明においては、浴面下に複数個のノズル、も
しくはプラグ、またはランスを設置することによりより
大量のガスを吹込むことも可能である。

（発明の効果） 以上の実施例に明らかなように本発明によれば、大量の
精錬ガス吹込みによってもスプラッシュ損失を殆んど生
ずることなく、また高価な合金元素の無用な酸化損失を
防ぎつつ酸化脱炭反応を進行させることができるなど、
高品質、高純度の金属を迅速に精錬できる。従って、迅
速な精錬が実現できることにより、精錬中の溶融金属の
熱損失を大幅に低減し得ると共に従来その精錬時間の長
さから連鋳とのマツチングが困難であったが高級鋼の連
続連続鋳造を可能にすることができるようになった。

また、スプラッシュ損失が少ないことにより、高価な合
金元素を大量に使用する高合金鋼の精錬の際には特に、
大きな経済的メリットをもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、回転磁界攪拌とノズルからのガス吹込みを併
用した際の微細気泡とスプラッシュの挙動を示す説明図
、 第２図は、単なるガス吹込み時（従来例）の気泡とスプ
ラッシュの挙動を示す説明図、第３図は、本発明による
スプラッシュの大幅な抑制効果を示すノズル設置位置と
の関係を示すグラフ、 第４図は、本発明の実施の一態様である上部よリランス
の挿入方法の例を示す断面図である。 １・・・精錬容器鉄皮　　２・・・精錬容器耐火物３・
・・回転磁界発生装置 ４・・・溶融金属水平回転流 ５・・・側壁部設置ノズル ６・・・底部設置ノズル　１・・・微細なスプラッシュ
８・・・浴面盛り上り部　９・・・巨大スプラッシュ１
０・・・微細気泡の運動軌跡 １１・・・ランス　　　　　１２・・・案内溝第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶融金属を収容した精錬容器の外周部に回転磁界発
   生装置を設けて溶融金属に回転力を付加すると共に該精
   錬容器側壁部もしくは底部の内周部寄りの溶融金属浴面
   下に設置したノズルもしくはプラグから溶融金属精錬用
   気体を吹込むことを特徴とする溶融金属の精錬方法。