JPS62287011A - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、溶融金属の精錬方法に関し、特に取鍋内溶融
金属（以下、「溶鋼」の例で説明する）を真空精錬方法
と回転磁界発生装置との組合わせにより迅速に精錬する
方法に関しての提案である。

（従来の技術） 金属材料、特に鉄鋼材料などにおいては、Ｃ１Ｎ、Ｓの
含有量を低減すると、強度、靭性、加工性、溶接性、耐
食性などが向上することが知られており、そのためこれ
らの元素を精錬過程で減少させる努力がなされている。

このように鉄鋼材料の脱炭、脱窒等の精錬を工業的規模
で行う方法として、例えば減圧下にある取鍋内に保持し
た溶鋼の表面に酸素を吹付ける、いわゆるＶＯＤ法や１
１１１−ＯＲ法（日本鉄鋼協会績；鉄鋼便覧第３版第■
巻、Ｐ７１１〜Ｐ　７１７）が知られている。これらは
減圧下において、溶鋼に酸素を供給することにより、脱
炭反応によって生成するＣＯガス分圧を低下させ、Ｃの
酸化をＣｒやＦｅなどに対して優先して行わせると同時
に発生ずるＣＯ気泡により、溶鋼中のＮをも除去する技
術である。

従って、これら既知の方法では通常の転炉で到達し得な
い極低Ｃ，Ｎ含有量の高合金鋼を容易に溶製することが
できる。また脱硫精錬に関しては、ＶＯＤやＲＨで真空
下の低い酸素ポテンシャルを利用して、溶鋼中に粉粒状
ないし塊状フラックスを添加し、計等の不活性ガス攪拌
によって精錬を行うことがなされている。

なお、上記ＶＯＤ法やＲＨ−ＯＲ法などのフラックス′
精錬法の場合、精錬途中の温度低下が起るので、その熱
補償のためにＡｌなどの発熱性金属を添加すると同時に
酸素精錬を併用した精錬時の溶鋼の昇温を図るという従
来技術（例えば特公昭５９−４４８５号）も提案されて
いる。

ところで、上述した既知のＶＯＤ法やＲ１１−ＯＲ法は
次のような解決を必要とする問題点を抱えていた。

その第１点は、減圧下で精錬するので、発生するＣＯガ
スが膨張し、それにより大量のスプラッシュが発生する
ことである。このスプラッシュが取鍋外へ飛び出せば、
当然溶鋼の歩留りを低下させるのみならず、例えばＶＯ
Ｄ法の場合真空タンク内に地金が付着し、操業トラブル
の原因となっていた。また、ＲＨ−ＯＲ法においても、
多量のスプラッシュが発生すれば、真空槽の上部にまで
地金が付着して、溶鋼の歩留りが低下するのみならず、
該真空槽予熱用に設置されている黒鉛電極へのスプラッ
シュの直撃による折損や真空排気口内へのスプラッシュ
の堆積による排気能力の低下などの障害を生じる。

そのために、−従来ＶＯＤ法では、酸素吹精速度を転炉
の１７５以下程度に抑えてスプラッシュ発生量を低減す
ると共に取鍋のフリーボードを高くして、スプラッシュ
の飛出しを防止して操業を行っており、これらの方策が
精錬時間の延長をもたらして生産性を低下させると共に
、取鍋耐火物原単位を高める原因となっていた。また、
ｌ１ｌ−ＯＲ法でも、スプラッシュ低減のため、酸素吹
精速度は転炉の１７２０以下と前記ＶＯＤ法よりもさら
に小さくする必要があり、精錬時間が長びきかつ耐火物
溶損量も大きいという同様の欠点があった。

第２の問題点はフラックスを添加し、不活性ガス撹拌を
行う精錬では、攪拌ガス流量がＯ；ＯＳ〜０．１Ｎｍ”
／ｍｉｎ以上ではガスの吹抜けにより、溶鋼の攪拌効果
が頭打ちとなり、精錬反応効率の向上が望めないことで
もあり、そのためフラックスを多量に要したり、処理時
間が長くなり、耐火物溶損量も大きいという問題点があ
った。

第３の問題点は、発熱剤（主としてＡｐ、ＳＬ）添加し
た場合、酸素吹精による昇熱処理時に八１□０゜やＳｉ
ｎｇ等の介在物量が増大するために、これらの介在物を
溶鋼攪拌によって、無害な程度の含有量にまで低減しな
ければならない。従って、昇熱処理後に酸素吹精なしの
攪拌処理器を１０〜１５分必要とし、処理時間が長くな
り、耐火物溶損量も大きくなるという上記の場合と同じ
問題があった。

要するに本発明は、第１に、脱炭精錬期に観察される激
しいスプラッシュの発生を抑制して、従来よりも大流量
の酸化性ガスを供給できるようにし、短時間で精錬処理
を完了して、耐火物溶損量を低減すること、第２に、Ａ
２などの発熱剤を添加する際に生成する＾１２０３等の
介在物の凝集分離を促進して、介在物の分離に要する処
理時間を短縮し、併せて耐火物の溶損を低減することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） −１−掲の目的に対して本発明は、取鍋内溶鋼を、その
まま減圧下に保持するか、減圧下にある容器へ移送する
途中もしくは該容器内への移送後に、それぞれの位置で
回転磁界発生装置を介して水平方向に回転流動させると
共にその流動する溶融金属中に精錬剤を供給することを
特徴とする溶融金属の精錬方法を堤案じ、」二記の課題
を克服することとした。

なお、溶融金属に対して水平回転力を付加するために回
転磁界発生装置を取付ける位置としてＶＯＤの場合であ
れば真空タンク内に設置した取鍋自体、あるいは０１１
式、Ｒ１１式真空精錬装置の場合であれば真空槽や該真
空槽に通じる浸漬管：すなわち、還流管に特定する。

」−記溶融金属中に供給する精錬剤としては、脱炭のた
めの酸化性ガスの他バブリング用不活性ガス、さらには
脱Ｐ剤や脱Ｓ剤を用いる。

」二記精錬剤供給の方法としては、上吹ランスを介して
浴面に吹付けたり、取鍋底や−）二記浸漬管に設けた羽
目（吹込み管）を通して吹込む手段がある。

（作　用） 次に本発明法をｖａｎに適用した例をまず第１図にもと
づいて示す。すなわち、真空タンク１内に保持した取鍋
４内溶鋼３に、俄禍４外に配設した回転磁界発生装置２
を介して回転力を附加しつつ、取鍋内溶鋼３の」三方よ
り上吹ランス５より酸化性ガスを吹付けて精錬を行う。

また、この方法において合金材投入シュート６より溶鋼
３中にＡβ等の発熱剤を添加すると共にランス５からは
酸化性ガスを吹付けて昇熱を図ってもよい。

なお、上記真空タンク１に代えて取鍋４に直接密閉蓋を
設置して該取鍋４内のみを減圧し、回転磁界発生装置２
を常圧下に配置して実施しても良い。また、；ｍ常のｖ
ＯＤのように底吹き羽口１１よりアルゴンを底吹きして
も良い。

次に、本発明法についてのＲ１１−ＯＲ法への適用例を
第２図に示す。取鍋４に収容した？′４鋼３を、浸漬管
８，８′を通して、内部を減圧した真空槽７内に吸い上
げた状態で、一方の浸漬管８′内にアルゴンを吹込んで
エアリフトポンプの原理にて、浸漬管８′内の溶鋼を上
昇ゼしめることにより、真空槽７内に貯留している溶鋼
３に対し、該真空槽７の外周に設置した回転磁界発生装
置２により回転力を耐与しつつ、２重管構造のガス吹込
み管（羽目）１０の外管よりアルゴン、内管より酸化性
ガスを吹込んで精錬を行う方法である。この場合、必要
に応じ合金材投入シュート６から／１等の発熱剤を添加
すると共に、上記ガス吹込み管１０の外管よりアルゴン
、内管より酸化性ガスを溶鋼３中に吹込んで昇熱を図る
。

要するに、本発明方法の場合、真空装置の浸漬管８，８
′等に吸込まれたガスやフラックスが、水平方向に回転
流動する溶鋼３のために剪断作用を受けて微細化すると
共に鋼中に広く分散し、その結果溶鋼３と微細化したガ
ス気泡、発熱材、粉体（フラックス）との界面（接触面
積）が増大することから好ましい結果が得られるのであ
る。

第３図は、本発明法の他の実施例であるＲ１１吸」二式
真空精錬装置を示すものである。この装置は、真空槽７
およびその底部に設けた一］二昇側浸漬管８と下降側浸
漬管８′とからなる浸漬管８．８′のうち、上昇側浸漬
管８の外周部に２極３相電流により回転磁界を発生する
磁界発生装置（電磁攪拌装置）２を配置し、管内溶＠３
に水平回転流を生起させるようにする。その結果、溶鋼
流は水平方向に旋回する作用を受け、浸漬管８に接続し
たガス吹込み管１０から吹込まれるガスおよび／または
フラックス粉が微細化、分散する。この作用は上記磁界
発生装置２の作用によるが、その取付は位置が浸漬管８
のときはその管内溶鋼３が、又真空槽７外周部に取付け
れば槽内溶ｔＡ３が水平方向に回転流動することになる
。

なお、本発明の方法の実施に上り脱炭精神中のメタルス
プラッシュが軽減される理由は、脱炭によって生成する
ＣＯ気泡が、溶鋼の回転攪拌によって微細化され、さら
に遠心分鋪機の原理により、これら気泡が、浮」−中に
回転中心に凝集し、その最も凹みの深い（容器壁から遠
い）位置にて気相へ抜は出ること、また、その際に発生
するスプラッシュが回転の接線方向に向って生じ、これ
が回転によってせり上がっている周辺部溶鋼３の表面に
落下するためと考えられる。

また、本発明方法により、Ａ１等の発熱剤と酸化性ガス
の供給を行った際に、介在物の凝集分離が促進される理
由は、発熱剤が酸素と反応して生成したＡｌｆｆ１０３
やＳｉｎｇ等の介在物が、溶鋼の回転運動により遠心分
離機の原理により回転中心に凝集すると共に、回転中心
が凹んで介在物の浮上すべき距離が短かいために、酸化
性ガスの供給中においても既に、介在物の分離がなされ
、かつ、酸化性ガスの供給停止後は速かに凝集と浮上分
離がなされるためと考えられる。

（実施例） 男用１１廻− 直径１ｍ、深さ１．２ｍの取鍋に０．８χＣ−２６χＣ
ｒのステンレス粗溶鋼５．０トンを収容し、第１図に示
す構成の精錬装置にて、圧力５〜１０トールの下で、粗
溶鋼の回転数５０ｒｐｍ　、酸素流量４．０　Ｎｍ’／
ｍ１ｎ（通常のＶＯＤの２倍の流星）の条件で酸素吹精
し、Ｃ９１度０．００８８％まで脱炭精錬した。表１に
その結果を示す。このときに要した精錬時間は９４分で
あり、溶鋼の歩留りは９９．１％であった。また取鍋耐
火物の溶損量は１２ｋｇであった。（耐火物マグクロ質
れんが）の溶損量は、スラブ中のＭｇ１ｔｆｆ：変度化
より推定した。

プ」ｕｌ−圀 酸素流量を実施例１の１．５倍の６．０　Ｎｍ３／ｍ１
ｎ（通常のＶＯＤの２倍の流量）で底吹きＡｒガス流量
２００　Ｎｌ／ｍｉｎで他は実施例１と同じ条件で５．
１　　トンの溶鋼をＣ濃度０．００８２％まで脱炭精錬
した。表１にその結果を示す。このときに要した精錬時
間は６２分であり、溶鋼の歩留りは９８．８％であった
。

また取鍋耐火物の溶損量は７ｋｇであった。

几１１１　１ 酸素流量２．０　Ｎｍ’／＋ｎｉｎ　（通常のｖＯＤ相
当）５．１トンの溶鋼に、回転磁界を与えずに、他は実
施例１゜２と同じ条件で０４８度０．０１０５％まで脱
炭精錬した。

表２にその結果を示す。このときに要した精錬時間は１
８７分で実施例１の２倍かかり、耐火物溶損量は２６ｋ
ｇと実施例１の２倍強であった。溶鋼歩留りは９８．９
％と実施例１と同程度であった。

北上１１−４ 酸素流量４．０　Ｎｍ３／ｍｉｎ　（通常のν００の２
倍の流量）溶鋼に回転磁界を与えずに、５．１トンの溶
鋼を、他は実施例１．２と同じ条件でＣ濃度０．００９
６％まで脱炭精錬した。このときに要した精錬時間は８
３分と実施例１より短かく耐火物溶損量も１０ｋｇと実
施例１より少なかったが、溶鋼歩留りが７７．６％と著
しく低かった。精錬処理後の真空タンク内および蓋には
多量の地金が付着していた。

犬施−例−−別 実施例１に用いたと同じ装置および取鍋にて、１５５２
°Ｃの溶鋼５．２トンを、圧力０．５トール下で、回転
数５Ｏｒｐｍで回転させつつ、Ａ１２ｋｇを添加すると
共に」−吹ランスから酸素を３．５　Ｎｌ／ｍ１ｎの流
量で２分間吹精した。酸素吹精後溶鋼温度は１６１３°
Ｃ，溶鋼中の全酸素濃度は１８　Ｐｐｍ、　Ａ　Ｒ？農
度は０、（１６１％であった。

比例−走 実施例３と同じ装置で、１５４８℃の溶鋼５．１　　ｈ
ンを、圧力０．５トール下で、取鍋の底からＡｒガス２
００　Ｎｌ／ｍｉｎ吹込みつつ、Ａ　ｌ　１２ｋｇを添
加すると共に、上吹きランスからは酸素を３．５　　Ｎ
ｍ３／ｍｉｎ流量で２分間吹精した。

酸素吹精後溶鋼温度は１６１６°Ｃで、溶鋼中の全酸素
濃度は１１３ｐｐｍ、　Ａ　ｊ！　ｔＲ度は０．０５６
％であった。

その後−５５分間、酸素吹精をすることなしに底吹き羽
目Ａｒガス攪拌処理（Ａｒ流量２００　Ｎｌ／ｍ１ｎ）
を行った。この結果、溶鋼中の全酸素濃度は２２１１ｐ
ｍ　、　Ａ　１　’／’７４度は０．０３２％であった
。また、この間に溶鋼温度は１５８１℃にまで低下した
。

ηｌリーよ ０．７２ＸＣ−１８，０ＩＣｒ熔鋼１０７　＋＝ンを、
第２図に示した構成のＲ１１式脱ガス装置を用いて真空
槽内で回転させつつ、その真空槽内に設けたガス吹込み
管より酸素吹精し、脱炭精錬した。環流用のＡｒガス８
００旧／ｍｉｎ　％酸素流量３０　Ｎｍ３／ｍｉｎ　（
通常のＲ１１−ＯＲ法の約３倍以上）、槽内真空度０．
５　１−−ル、槽内の溶鋼の回転速度４０ｒｐｍの条件
で、２２分脱炭精錬し、０．０１１χＣ−１８，０２χ
Ｃｒ溶鋼を得た。このときの溶鋼歩留は９９．２％であ
った。

比較例　４ 実施例４と同じ第２図に示す装置にて、０．７３＋χＧ
−１８，２１χＣｒ溶鋼１００トンを槽内での溶鋼の回
転なしに酸素吹精して脱炭精錬した。環流用のＡｒガス
８００　Ｎｌ／ｍｉｎ　、酸素流量３ＯＮｍ”／ｍｉｎ
　（ｉ）Ｉ］常の１７１１−ＯＲ法の約３侑以上）、槽
内真空度０．５　１−−ルで２１分脱炭精錬した。その
結果、０．００８ＩＣ−１７，９２χＣｒ組成の溶鋼が
得られたが、真空槽−Ｌ部および真空排気孔内へのスプ
ラッシュ付着量が著しく大きく、溶鋼歩留りは７９．８
％と低かった。また、真空槽上部に設けである槽予熱用
の黒鉛電極がスプラッシュの衝突により折損するトラブ
ルが生じた。

」′シー転倒」 比較例４と同じ装置にて、０．７６χＣ−１８，１１χ
Ｃｒｔ？鋼１０１トンを真空槽内での溶鋼攪拌なしに酸
素吹精して脱炭精錬した。環流用のＡｒガス８００　Ｎ
ｌ／ｍｉｎ、酸素流量１０　Ｎｍ３／ｍｉｎ　（通常の
Ｒ１１−ＯＲ法の最大値）、槽内真空度０．５トールで
Ｃｆ８度０．０１０％まで脱炭精錬した。脱炭に要した
時間は６５分であり、本発明実施例４の３倍もの長時間
を要した。溶鋼歩留りは９８．８％と実施例４とほぼ同
等であった。

失旌炎−上 実施例４と同じ第２図に示す装置にて、１５４２℃の溶
ｆ！ＡｌＯ２トンを槽内で４Ｏｒｐｍの回転数で回転し
、環流ガス８００　Ｎｌ／ｍｉｎで環流させつつＡ＃２
００ｋｇ添加し、酸素流量１０　Ｎｍ”／ｍｉｎで１２
分酸素吹精し昇熱させた。昇熱後の溶鋼温度は１６０５
℃で、溶鋼中の全酸素計はｌｌｐｐｍ　、　Ａ　７＋？
ａ度は０．０３２％であった。

北較華−１− 比較例５と同じ装置にて、１５４８℃の溶鋼１０１　１
−ンを槽内で溶鋼を回転させずに、環流ガス流量８００
　Ｎｌ／ｍｉｎで環流しつつ、Ａｐを２００　ｋｇ添加
し、酸素流量１０　Ｎｍ３７ｍ１ｎで１２分酸素吹精し
て昇熱させた。昇熱後の溶鋼温度は１６０２℃で溶鋼中
の全酸素は１６０　ｐｐｍ　、　Ａ　Ｉｌ濃度は０．０
５４％であった。その後、１０分間酸素吹精なしに環流
処理を行った。その結果、溶鋼中の全酸素濃度は、１７
ｐｐｍ　、　Ａ　１濃度は０．０３２％であった。また
、この間に溶鋼温度は１５８３℃まで低下した。

」１例」 第３図に示す２５０Ｆ・ンＲ１！脱ガス装置の上昇側浸
漬管の外側に電磁攪拌装置を取付け、その周囲を防熱板
で囲ったＵＯＥ材用のＸ７０の溶鋼を、環流ガスとして
Ａｒガスを１５００　Ｎｌ／　ｍｔｎ吹込み、真空度：
Ｏ，Ｘ　　）−ルで２０分間の処理を行った。このとき
電磁攪拌を併用したものと併用しなかったものの脱ガス
効果を比較した。その結果を表３に示す。

いずれも処理開始時のＮ　＝５０ｐｐｍ　、　　Ｉ（−
４，０ｐｐｍのヒートで比較した。

表３ 男Ａｔ９１　７ 実施例６に記述したと同じ第３図に示す装置を使い、同
じ条件で極低炭Ａ７！キルド溶綱を、環流ガスとしてＡ
ｒを２００　Ｎｌ／ｍｉｎ吹込むことにより、真空度：
１〜５トールの１５分のリムド処理を行った。この時に
電磁攪拌を併用したものと併用しなかったものの脱炭効
果を比較した。その結果を表４に示す。いずれも処理開
始時のＣ＝３００　ｐｐｍのし一トで比較した。

表４ １２ミコｍｅす」 実施例６に記述したと同じ第３図に示す装置、条件で、
５０キロ級厚板材用の溶鋼に一ヒ昇側浸漬管に脱硫フラ
ックス（組成：２５χＣ！１Ｆ２−７５″ＡＣａＯ）を
１５０　ｋｇ／分の速度で１０分間吹込み、その際の電
磁攪拌併用の有無で脱硫効果を比較した。その結果を表
５に示す。いずれもフラックス精錬み前のＳ値を７０ｐ
ｐｍのし一トで比較した。なおこのときの真空度は０．
１１−ルであった。

表５ （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、減圧下に保持した
溶鋼に酸素ガスを供給しして精錬昇熱する際に、スプラ
ッシュの発生による溶鋼歩留りの低下や、操業の阻害を
招くことな〈従来の３倍の高速度で脱炭精錬することが
可能となった。またＡＮを添加して昇熱するに当っても
、昇熱終了時に既に極低酸素濃度まで脱酸されているの
で、付加的な脱酸処理を要しない。またフラックス精錬
による脱硫も短時間で極めて低いＳ値が得られ、処理時
間の短縮が可能である。

また、上述したように反応効率の向上に伴い、処理時間
の大幅な短縮が実現でき、その分溶鋼過熱度を小さく抑
え得るのでエネルギー、耐火物寿命の面で有効であり、
使用する精錬助剤の歩留りが向上し、連鋳の稼動率を上
昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による精錬方法をＶＯＤに適用した例
を示す図、 第２図は、本発明精錬方法をＲＨ−ＯＢ法の真空槽で適
用した例を示す図、 第３図は、本発明精錬方法をＲ１１−ＯＢ法の浸漬管で
適用した例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、取鍋内溶融金属を、そのまま減圧下に保持するか、
   減圧下にある容器へ移送する途中もしくは該容器内への
   移送後に、それぞれの位置で回転磁界発生装置を介して
   水平方向に回転流動させると共にその流動する溶融金属
   中に精錬剤を供給することを特徴とする溶融金属の精錬
   方法。 ２、溶融金属に対して水平回転力を付加する位置が、真
   空タンク内取鍋中であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の精錬方法。 ３、溶融金属に対して水平回転力を付加する位置が、真
   空槽内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の精錬方法。 ４、溶融金属に対して水平回転力を付加する位置が、真
   空槽へ通じる浸漬管であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の精錬方法。 ５、溶融金属に供給する精錬剤が、酸化性ガスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精錬方法。 ６、溶融金属に供給する精錬剤が、粉粒状フラックスで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精錬
   方法。 ７、溶融金属に供給する精錬剤が、不活性ガスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精錬方法。 ８、精錬剤の供給手段として、上吹ランスを用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第５項のいず
   れかに記載の精錬方法。 ９、精錬剤の供給手段として、浴面下に設けた吹込み管
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１、６また
   ７項のいずれかに記載の精錬方法。