WO2001086007A1 - Dispositif d'affinage a poche de coulee et procede d'affinage a poche de coulee correspondant - Google Patents

Dispositif d'affinage a poche de coulee et procede d'affinage a poche de coulee correspondant Download PDF

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vacuum
molten steel
tank
slag
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Hideaki Kimura
Atsushi Ishikawa
Hiromi Ishii
Masayuki Arai
Jun Aoki
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Nippon Steel Corporation
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    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
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    • F27D2021/0057Security or safety devices, e.g. for protection against heat, noise, pollution or too much duress; Ergonomic aspects
    • F27D2021/0085Security or safety devices, e.g. for protection against heat, noise, pollution or too much duress; Ergonomic aspects against molten metal, e.g. leakage or splashes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00Stirring devices for molten material
    • F27D2027/002Gas stirring

Definitions

  • the present invention relates to a ladle refining apparatus and a ladle refining method which are a secondary refining process of molten steel.
  • the stirring power of the molten steel in the ladle is low.
  • the slag existing on the molten steel surface outside the dip tube is small and cannot be sufficiently reformed due to insufficient agitation, and the molten steel is reoxidized by the highly oxidized slag.
  • the ability to scour the inclusions was limited, for example, because the iron oxide in the metal that had adhered to the tank reacted with the molten steel in the vacuum tank and the molten steel was re-oxidized.
  • the method of deviation and displacement also has the problem that the equipment is complicated, and because of its structural constraints, it is not possible to flow a large amount of stirring gas in order to avoid the splatter of molten steel or slag. At present, it is not widely used in terms of maintenance.
  • the present invention discloses a method in which a vacuum tank has a sufficient free board.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 9-111331 discloses a method of installing a pipe to be able to cope with molten steel scattering and slag forming during vacuum processing and to shorten the processing time.
  • the vacuum vessel is divided into upper and lower parts, the inner diameter of the vacuum vessel is larger than the outer shape of the upper end of the ladle, and the entire ladle is charged into the vacuum vessel for refining.
  • the structure is such that the part is in close contact with the upper end of the ladle or immersed in the slag and molten steel in the ladle. There is a concern about molten steel contamination by ingots. There is also a problem from the viewpoint of securing the molten steel temperature when the processing time is extended.
  • the ladle itself is used as a lower vacuum tank, and the upper vacuum tank is closely attached to the upper part of the ladle to reduce the pressure of the molten steel surface in the ladle as described in "Materials and Process Vol. 3, No. 1, 19". 9 0 p 250 ”(issued by the Iron and Steel Institute of Japan), an inner lid is provided at the top of the ladle, and the splash generated on the molten steel surface by the gas blown from the bottom of the ladle directly connects the ladle to the upper decompression tank.
  • a splash plate is provided at the top of the ladle to prevent splash from splashing over the upper part of the inner lid, while preventing splashing to the close contact part (ladle seal part). .
  • the present invention provides a ladle refining device and a ladle refining method using the same, which can easily solve the problems of the conventional method.
  • the present invention drastically improves operation obstacles and molten steel contamination due to the suppression of metal ingot caused by scattering of molten steel, which has been a problem in the conventional ladle refining method, while stirring molten steel, slag reforming, and degassing.
  • This is a ladle cleaning device and a ladle cleaning method that enables efficient production of high-purity steel by efficiently performing gas, and that can significantly improve the heat tolerance.
  • the present invention provides a vacuum / decompression tank 2 having no dipping tube for dipping the molten steel 4 in the ladle below, directly connecting the upper part of the ladle 1 to reduce the pressure in the tank, and blowing an inert gas into the ladle.
  • This is a device to stir the molten steel in the ladle by pouring in, and to refine the molten steel in the ladle.
  • the upper part of the ladle and the vacuum decompression tank are in close contact with each other to form a sealed structure.
  • the inner diameter of the body is smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle, and is equal to or greater than the projected cross-sectional diameter of the raised part 7 of the molten steel in the ladle caused by the stirring gas blown into the ladle, and
  • a vacuum and pressure reducing apparatus characterized in that the height to the top of the tank 2 is at least 5 m from the surface of the molten steel in the ladle.
  • a cylindrical portion 9 is provided at the lower end of the vacuum and decompression tank 2, and the cylindrical portion has a diameter larger than the projected cross-sectional diameter of the raised portion of the molten steel in the ladle and an outer diameter smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle.
  • a vacuum and pressure reducing device characterized in that the lower end position of the cylindrical portion is lower than the upper end of the ladle 1 and is not immersed in the molten steel in the ladle.
  • a burner 10 that burns fuel and oxygen gas from its lower end and blows out a flame is installed in the vacuum decompression tank 2, and heats the molten steel 4 and vacuums the molten steel 4. It is a vacuum and pressure reducing device that can keep the temperature inside the pressure reducing tank. Further, the temperature of the inner wall of the vacuum chamber is continuously maintained at 100 ° C. or higher in a state of continuous use by a flame ejected from the lower end of the heating burner 10. This is a purification method using a decompression device.
  • the present invention is a ladle refining method characterized in that when applying the vacuum refining device, the amount of slag on the steel surface of the ladle is refined so as to satisfy the following conditions.
  • H Thickness of slag in ladle
  • h Depth of molten steel bath in ladle
  • A1 is added to the molten steel, and the added A1 is burned by supplying oxygen gas, and the pressure in the vacuum / decompression tank is increased to 760 Torr to 50 This is a ladle cleaning method characterized by O Torr.
  • FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the device of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view when a cylindrical portion is installed inside the vacuum chamber of the device of the present invention.
  • FIG. 4 is a comparison diagram of a conventional method and a method according to the present invention in bearing steel product T.O. The figure which showed the refractory temperature of the inner wall of a vacuum-pressure reduction tank, and the metal adhesion thickness in the apparatus of this invention.
  • FIG. 1 is a specific example of the ladle refining apparatus of the present invention.
  • the apparatus is composed of a ladle 1 and a vacuum decompression tank 2, and the ladle is provided with a stirring gas blowing device 3 at the bottom.
  • the method of stirring the ladle content steel 4 is not limited to this.
  • the inner diameter of the body of the vacuum / decompression tank should be smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle and larger than the projected sectional diameter D of the swelling portion 7 of the molten steel in the ladle.
  • the projected sectional diameter of the raised portion of the molten steel surface can be expressed by the following formula when stirring gas is blown from the bottom of the ladle.
  • the upper part of the ladle and the vacuum / decompression layer are in close contact with each other, and a seal structure is provided to maintain the desired degree of vacuum. Blow the stirring gas 6 from the bottom of the ladle, and stir the molten steel in the vacuum / decompression tank at normal pressure or vacuum. Under a high vacuum, the molten steel surface rises and the molten steel and slag 5 are scattered.However, in the apparatus of the present invention, since the inner diameter of the body of the vacuum decompression tank is smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle, this has been a problem with conventional VOD. It is possible to minimize the adverse effects of molten steel and slag scattering on the ladle and vacuum tank seal.
  • the splash of the molten steel and slag due to the splash is first scattered upward from the swelled portion 7 of the molten steel, then turned downward and reaches the ladle seal portion.
  • a vacuum / decompression tank body having an inner diameter smaller than the inner diameter of the upper end of the ladle is present at the upper part of the ladle, the droplets that have jumped upward collide with the vacuum-decompression tank body inner surface and remain as it is. Drops on the molten steel surface in the ladle. As a result, the splash does not reach the ladle seal.
  • the shield plate when a shield plate is used, most of the splash collides with the shield plate, and a part of the splash solidifies and adheres to the shield plate surface to form metal, but in the present invention, the shield plate is not used. In the absence of this phenomenon and in the case of a vacuum / vacuum tank with a small inner diameter, it is easy to keep the inner surface temperature high, so the splash that collides with the vacuum / vacuum tank body solidifies and grows as metal. And the yield loss is very small. Since the exhaust volume is small due to the narrowed shape of the vacuum / decompression tank body, the initial exhaust time until the vacuum is reached can be shortened. In addition, complicated work such as installation of shielding plates-there is no cost deterioration.
  • the reason why the inside diameter of the vacuum depressurization tank body is set to be equal to or larger than the projected cross-sectional diameter of the molten steel surface rising portion is that molten steel and slag are mainly scattered from the molten steel surface rising portion.
  • a cylindrical portion 9 having a lower end position below the upper end of the ladle and not immersed in the molten steel 4 and the slag 5 in the ladle is provided below the vacuum / decompression tank of the invention described in claim 1.
  • An example is shown.
  • the cylindrical portion 9 has an inner diameter equal to or greater than the projected sectional diameter of the molten steel in the ladle 7 and has an outer diameter equal to or less than the inner diameter of the upper end of the ladle. Manufactured by coating the surface with a refractory.
  • the adverse effects of molten steel and slag scattering on the ladle and the seals of the vacuum and decompression tanks can be further reduced compared to the method shown in Fig. 1, and the ladle freeboat volume is reduced. Therefore, the productivity (t / CH) can be improved and the refining efficiency can be further improved by increasing the amount of gas blown into the molten steel.
  • the reason why the cylindrical part 9 is not immersed in the slag 5 or the molten steel 4 is that if the lower end of the cylindrical part is less than the upper end of the ladle, a sufficient effect can be obtained. This is to cause deterioration.
  • the entire slag on the surface of the molten steel in the ladle be stirred and slag reforming occurs by a sufficient reaction between slag 5 and molten steel 4.
  • the stirring power outside the immersion tube is small. Since the slag reforming becomes insufficient, the non-immersion method is advantageous.
  • the method of sealing between the ladle 1 and the vacuum / vacuum tank is not particularly limited in the present invention.
  • a heat-resistant sealing material such as asbestos or metal A1.
  • rubber seal material it is desirable to take heat treatment such as a double seal using asbestos on the ladle side.
  • the sealing position is not limited to the upper end of the ladle, and the position of the seal is slightly lower than the upper end of the ladle outside the ladle, so that the radiant heat from molten steel is not directly received by the seal member.
  • Such a structure is also included in the present invention.
  • the vacuum / vacuum tank 2 has a sufficient height to prevent molten steel and slag from being scattered during the vacuum processing.
  • the height of the vacuum / vacuum tank is specified to be 5 tn or more. If the height of the vacuum / vacuum tank is less than 5 m, metal sticking to the vacuum / vacuum tank top lid, blockage of the vacuum / vacuum tank body, and metal intrusion into the exhaust duct will occur, causing significant production. This leads to a decrease in production efficiency and an increase in equipment maintenance costs.
  • the upper limit of the vacuum height is not specified, but care should be taken if the height is excessively high, as this will increase the initial evacuation time due to an increase in the evacuation volume.
  • FIG. 3 shows an example in which a heating burner 10 for injecting a fuel gas and an oxygen gas into a vacuum / decompression tank and burning it is arranged.
  • the heating burner 10 heats the refractories in the vacuum decompression tank during processing and during non-processing, and keeps the temperature of the refractories in the tank at a high temperature to further improve the adhesion of the ingot to the refractories in the tank. It is possible to avoid contamination of molten steel due to metal adhesion, avoid restrictions on continuous processing of different types of steel, and reduce productivity for metal removal.
  • the temperature drop of molten steel during processing can be reduced.
  • the reason for limiting the range of H / h is as follows.
  • H / h is 0.025 or more
  • the molten steel scene is covered with slag even during vacuum refining, and the surface area of the molten steel exposed to vacuum is small, so sufficient dehydrogenation efficiency is obtained. Can not do.
  • H / h is less than 0.010
  • the contact area between the slag and the molten steel is reduced, and the ability to adsorb inclusions of the slag is reduced, so that sufficient deoxygenation efficiency cannot be obtained. Therefore, it is desirable to adjust the slag thickness within the above range in the purification of clean steel.
  • the apparatus of the present invention only oxygen is supplied from the heating burner 7 arranged in the upper part of the tank to burn A1 in the molten steel, and the molten steel is heated by the reaction heat.
  • the pressure in the tank must be at least 200: 1 orr or less in order to introduce molten steel into the reaction tank. The problem was that the gas scattered the molten steel, or the CO gas generated by the reaction between oxygen and carbon in the molten steel scattered the molten steel, resulting in large splashes.
  • the pressure in the tank at the time of performing the process of supplying oxygen to the molten steel can be set at a pressure equal to or lower than the atmospheric pressure, so that the pressure in the tank is set at 500 torr to 760 torr. Splash generation can be minimized by raising the A1 heat by blowing oxygen over.
  • the reason why the pressure in the tank was set at 760 torr or less was that when the inside of the tank was pressurized at a pressure higher than the atmospheric pressure, the sealing material was burned out by blowing out high-temperature gas into the vacuum seal portion. is there.
  • the device of the present invention can be provided with a wire adding device for adding an element having a high vapor pressure, such as Ca, using a wire coated with iron skin, if necessary.
  • a wire adding device for adding an element having a high vapor pressure, such as Ca, using a wire coated with iron skin, if necessary.
  • the value of hydrogen after the treatment is the same good level in both the present invention example and the comparative example.
  • the oxygen concentration after the treatment was 18 ppm in the comparative example, whereas that of the present invention was 8 ppm, which was a very good result.
  • the T. Fe of the slag component after the treatment was as high as 1.4% in the comparative example, whereas the reaction between the slag in the ladle and the molten steel proceeded sufficiently in the example of the present invention. 6 achieved a very low value of 0.24%, which reduced the degree of slag oxidation and reduced the oxygen concentration in the molten steel.
  • FIG. 4 shows the relationship between the ratio (H / h) of the slag thickness H in the ladle to the molten steel bath depth h (H / h) and the dehydrogenation and deoxygenation efficiencies when vacuum refining was performed using the apparatus of the present invention.
  • FIG. In the region of H / h> 0.025, the molten steel surface is covered with slag even during the vacuum treatment, and sufficient dehydrogenation efficiency cannot be obtained because the surface area of the molten steel exposed to vacuum is small. Further, in the region of H / h ⁇ 0.010%, the amount of slag is small and a sufficient reaction surface area between slag and molten steel cannot be obtained, so that sufficient deoxidation efficiency cannot be obtained.
  • FIG. 5 is a comparison of the product total oxygen when the bearing steel is refined using the apparatus of the present invention with the LF-RH method conventionally used for obtaining high cleanliness steel.
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of the in-tank heating burner on the apparatus of FIG.
  • Fig. 7 shows the pressure and splash inside the tank when only oxygen was supplied to the molten steel from the heating burner using the device shown in Fig. 3 and A1 in the molten steel was burned to raise the temperature of the molten steel. It is the figure which showed the relationship of the reaching height.
  • the tank pressure is 500 torr
  • the apparatus of the present invention With the apparatus of the present invention and the refining method using the same, it is possible to avoid the adverse effect of the molten steel scattering on the ladle seal portion, which has been a problem in the conventional ladle refining method, and to reduce the amount of ingot in the tank, Of the molten steel can be reduced.
  • the efficiency of the production process can be increased by performing the slag reforming process and the degassing process by reducing the degree of oxidation of the slag with the same scouring device. is there.

Description

明 細 書
取鍋精鍊装置およびそれを用いた取鍋精鍊方法 技術分野
本発明は溶鋼の二次精鍊工程である取鍋精鍊装置および取鍋精鍊方法に関 わるものである。 背景技術
近年、 鋼材に対する品質要求はその利用技術の高度化、 多様化とともに厳 しさを増し、 高純度鋼製造へのニーズは益々高まっている。 このよう高純度 鋼製造の要求に対して製鋼工程では溶銑予備処理あるいは二次精鍊設備の拡 充をはかってきた。 特に二次精鍊設備としては溶鋼の脱ガス、 脱介在物を目 的として、 R H, D H等の真空精鍊設備、 L Fに代表されるアーク加熱スラ グ精鍊設備等が一般的であり、 軸受鋼等の高清浄度鋼の製造に際しては必要 に応じて L Fと R H等を併用して処理するプロセスも一般的に行われている。 しかしながら、 R H真空精鍊設備のように取鍋内溶鋼に浸漬管を揷入し、 該浸漬管から真空槽内に溶鋼を吸引して真空精鍊処理を行う設備では、 取鍋 内溶鋼の攪拌力が小さく、 浸漬管の外側の溶鋼表面に存在するスラグの攪拌 が不十分なために十分なスラグ改質を行うことができず、 酸化度の高いスラ グにより溶鋼が再酸化されること、 更に真空槽内に付着した地金中の酸化鉄 が真空槽内溶鋼と反応し溶鋼が再酸化されること等の理由から脱介在物精練 能力に限界があった。 また、 スラグによる再酸化による溶鋼清浄度悪化を避 けるために、 L F設備等を併用しスラグの酸化度を低減する方法が一般に行 われているが、 この方法については処理工程時間の延長およびそれに伴う熱 損失■耐火物損耗等のコスト增加が課題であった。
このような観点から従来の技術として取鍋内の溶鋼表面を直接減圧し、 真 空下でスラグと溶鋼の反応を効率的に行う方法として、 V〇D法、 V AD法、 S S— V O D法等が開発されてきた。 取鍋内の溶鋼表面を直接減圧するため の手段として、 取鍋全体が収容できる減圧容器内に取鍋を収容して取鍋全体 を減圧する方法と、 取鍋そのものを下部減圧槽として利用し、 取鍋の上部に 上部減圧槽を密着させて取鍋内容鋼表面を減圧する方法とがある。 レ、ずれの 方法も、 設備が複雑であること、 さらにその構造上の制約から溶鋼またはス ラグの飛散を回避するため攪拌ガスを大量に流せないという問題があり、 生 産性■設備費 · メンテナンスの面から広く普及するに至っていないのが現状 である。
このような観点から、 取鍋全体が収容できる真空■減圧容器内に取鍋を収 容して取鍋全体を減圧する方法を改良した発明として、 真空槽内に十分なフ リーボードを有する内設管を設置し、 真空処理時の溶鋼飛散■スラグフォー ミングに対応でき、 処理時間を短縮する方法が特開平 9一 1 1 1 3 3 1号公 報に開示されている。 しかし、 この方法は真空容器が上下に分割され、 真空 槽の内径は取鍋上端部の外形より大きく、 取鍋全体を真空槽内部に装入して 精鍊を行う方式であり、 内設管下端部を取鍋上端部に密着または取鍋内スラ グおよび溶鋼に浸漬させる構造であるため、 真空下での精鍊時、 溶鋼飛散地 金による內接管の着脱不能あるいは取鍋内に浸漬させる場合は地金による溶 鋼汚染が懸念される。 また処理時間が延長となつた場合の溶鋼温度確保とい う点からも問題がある。
取鍋そのものを下部減圧槽として利用し、 取鍋の上部に上部減圧槽を密着 させて取鍋内溶鋼表面を減圧する方法として、 「材料とプロセス V o l . 3, N o . 1 , 1 9 9 0 p 2 5 0」 (社団法人日本鉄鋼協会発行) においては、 取鍋上部に中蓋を設け、 取鍋底からの吹き込みガスによって溶鋼表面に発生 するスプラッシュが直接取鍋と上部減圧槽との密着部 (取鍋シール部分) に 飛散するのを防止すると共に、 取鍋上部には遮蔽板を設け、 スプラッシュが 前記中蓋の上部を飛び越して取鍋シール部分に飛散するのを防止している。 しかし、 この方法では、 溶鋼飛散地金によって中蓋の着脱が不能になる問題 があり、 また遮蔽板にも溶鋼が付着するために遮蔽板そのものの耐火物コス とが問題となる。 更に毎回の真空処理毎に中蓋と遮蔽板を着脱するため、 作 業性が悪くなるという問題もあった。 発明の開示
本発明は、 前記従来法の問題点を容易に解決できる取鍋精鍊装置およびそ れを用いた取鍋精鍊方法を提供するものである。 すなわち本発明は、 従来の 取鍋精鍊方法で課題となっていた溶鋼飛散による地金付着を抑制することに よる操業障害、 溶鋼汚染を抜本的に改善しつつ、 溶鋼攪拌、 スラグ改質、 脱 ガスを効率良く行うことにより、 高清浄度鋼の効率的な製造を可能とし、 さ らに大幅に熱裕度を改善できる取鍋精鍊装置および取鍋精鍊方法である。 本発明は、 下方に取鍋内溶鋼 4に浸漬させる浸漬管を有しない真空■減圧 槽 2を取鍋 1の上部に直接連接して槽内を減圧し、 取鍋内に不活性ガスを吹 き込むことにより取鍋内溶鋼を攪拌し、 取鍋内溶鋼の精鍊を行うための装置 であって、 取鍋上部と真空■減圧槽は密着させシール構造とし、 真空■減圧 槽は胴部を有し、 該胴部の内径が取鍋上端部の内径より小さく、 取鍋内に吹 き込む攪拌ガスによって生じる取鍋内溶鋼湯面の盛り上がり部 7の投射断面 径以上であり、 真空 '減圧槽 2の頂部までの高さが、 取鍋内溶鋼湯面から 5 m以上であることを特徴とする真空 ·減圧精鍊装置である。
さらに真空 ·減圧槽 2下端に円筒部 9を設け、 該円筒部は取鍋内溶鋼の盛 り上がり部投射断面径以上の內径を有し、 且つ取鍋上端内径以下の外径を有 し、 該円筒部の下端位置が取鍋 1上端より下方かつ取鍋内溶鋼に浸漬しない ことを特徴とする真空 ·減圧装置である。
また、 本発明は真空■減圧槽 2内にその下端から燃料および酸素ガスを燃 焼させて火炎を噴出するバーナー 1 0を設置し、 溶鋼 4の加熱および真空■ 減圧槽内の保温を行うことができる真空 ·減圧装置である。 さらに該加熱バ ーナー 1 0の下端から噴出させる火炎により該真空■減圧槽内壁の温度を連 続使用中の状態において 1 0 0 o°c以上に常時保持することを特徴とする上 記真空 ·減圧装置を用いる精鍊方法である。
次に本発明は該真空精鍊装置を適用するに当たり、 取鍋内容鋼湯面上のス ラグ量を下記の条件を満足するように精鍊することを特徴とする取鍋精鍊方 法である。
0 . 0 1 0≤H/ h≤ 0 . 0 2 5
H;取鍋内スラグ厚み、 h ;取鍋内溶鋼バス深さ
さらに溶鋼中に A 1を添カ卩し、 酸素ガスを供給することで添加した A 1を 燃焼させ、 溶銅昇温を行うに際し、 真空 ·減圧槽内の圧力を 7 6 0 Torr〜5 0 O Torrとすることを特徴とする取鍋精鍊方法である。 図面の簡単な説明
【第 1図】
本発明装置の実施例の断面図。
【第 2図】
本発明装置の真空羞内部に円筒部を設置した場合の断面図。
【第 3図】
本発明装置に加熱用バーナーを設置した断面図。
【第 4図】
本発明装置を用いて溶鋼精鍊を行う際の取鍋内スラグ厚み hと溶鋼バス深 さ Hの比 (H/ h ) と各種精鍊効率の関係を示した図。
【第 5図】
軸受鋼の製品 T . Oにおける従来法と本発明による方法の比較図。 本発明装置における真空■減圧槽内壁耐火物温度と地金付着厚みを示した 図。
【第 7図】
本発明装置を用いて A 1を含む溶鋼に酸素を吹き付けた際の槽内圧力とス プラッシュ到達高さを示した図。
【符号の説明】
1 取鍋
2 真空'減圧槽
3 攪拌ガス吹き込みプラグ
4 溶鋼
5 スラグ
6 攪拌ガス
7 攪拌ガスによる溶鋼湯面盛り上がり部
8 シール材
9 円筒部
10 加熱バーナー 発明を実施するための最良の形態
以下図面に基づいて実施例を詳細説明する。 第 1図は本発明の取鍋精鍊装 置の具体例である。 該装置は取鍋 1および真空 '減圧槽 2から構成され、 取 鍋は底部に攪拌ガス吹き込み装置 3を備えてある。 本発明においては取鍋内 容鋼 4の攪拌方法についてはこの限りではない。 真空■減圧槽胴部の内径は、 取鍋上端部内径よりも小さく取鍋内の溶鋼湯面盛り上がり部 7の投射断面径 D以上とした構造とする。 ここで溶鋼湯面盛り上がり部の投射断面径は、 取 鍋底部より攪拌ガス吹き込みを行う場合は以下の式で表すことができる。
D=d+ 2 h t a n l 2° D;湯面盛り上がり部投射断面直径 d ; ガス吹き込みプラグ直径
h ;取鍋内溶鋼バス深さ
取鍋上部と真空 ·減圧層は密着させ、 目的の真空度が保持出来るようなシ ール構造を施す。 取鍋底部より攪拌ガス 6を吹き込み、 真空 ·減圧槽内を常 圧または真空状態で溶鋼を攪拌する。 高真空下では溶鋼湯面が盛り上がり、 溶鋼及びスラグ 5の飛散が生じるが、 本発明の装置では真空■減圧槽胴部内 径が取鍋上端部内径よりも小さいため、 従来 V O Dで課題であった取鍋と真 空■減圧槽シール部への溶鋼及びスラグ飛散による悪影響を最小限とするこ とが可能である。 スプラッシュによる溶鋼及びスラグの飛散は、 溶鋼湯面盛 り上がり部 7からまず上方に向かって飛散し、 次いで下方に向きを変えて取 鍋シール部に到達する。 本発明では取鍋の上部に取鍋上端部内径よりも小さ い内径の真空■減圧槽胴部が存在するため、 上方に飛び上がった飛沫は該真 空 -減圧槽胴部内面に衝突し、 そのまま取鍋内の溶鋼表面に落下する。 その ために飛沫が取鍋シール部まで到達しないのである。 また、 遮蔽板を用いた 場合スプラッシュの大部分は遮蔽板に衝突し、 そのうちの一部が遮蔽板表面 で凝固して付着し地金となるが、 本発明においては遮蔽板を用いないため、 この現象がなく、 また、 内径の小さい真空 ·減圧槽形状の場合、 内面温度を 高温に保つことが容易であることから、 真空 ·減圧槽胴部に衝突したスプラ ッシュが凝固し地金として成長する速度も極めて小さく歩留りロスが小さい。 真空■減圧槽胴部を絞った形状により排気容積が小さいため真空到達までの 初期排気時間を短くすることができる。 更に遮蔽板設置等の煩雑な作業 - コ スト悪化が無い。 ここで、 真空 '減圧槽胴部の内径を溶鋼湯面盛り上り部の 投射断面径以上とした理由は、 溶鋼及びスラグ飛散が主として溶鋼湯面盛り 上り部より生じるためである。
更に第 2図には請求項 1に記載する発明の真空 ·減圧槽下部に、 下端位置 が取鍋上端より下方かつ取鍋内溶鋼 4及びスラグ 5に浸漬しない円筒部 9を 設けた例を示す。 この円筒部 9は取鍋内溶鋼の盛り上がり部 7投射断面径以 上の内径を有し、 且つ取鍋上端内径以下の外径を有しており、 耐火物を用い て製造、 あるいは芯金の表面を耐火物で被覆して製造する。 この円筒部 9を 有する場合、 第 1図に示す方式に対して更に取鍋と真空 ·減圧槽シール部へ の溶鋼及ぴスラグ飛散の悪影響を少なくすることができ、 取鍋フリーボート 容積の低減による生産性 ( t / C H) の向上や、 溶鋼内の吹き込みガス量増 大による更なる精練効率の向上を図ることができる。 ここで円筒部 9をスラ グ 5または溶鋼 4に浸漬させない理由としては、 この円筒部下端は取鍋上端 部以下であれば十分な効果を発揮でき、 一方、 浸漬させることにより耐火物 コス トの悪化を招くためである。 また清浄鋼製造の観点からも、 取鍋内溶鋼 表面のスラグ全体を攪拌しスラグ 5と溶鋼 4の十分な反応によるスラグ改質 が起こることが望ましく、 浸漬方式では浸漬管外部の攪拌力が小さくスラグ 改質が不十分となるため、 非浸漬方式が有利である。
取鍋 1と真空■減圧槽との間のシール方法としては本発明においては特に 限定しないが、 取鍋フリーボード高さが不十分であった場合やシール部分へ の取鍋内溶鋼又はスラグの流出が発生する場合等の耐熱性を考慮して、 好ま しくは石綿或いは金属 A 1等、 耐熱性に優れたシール材を用いる。 ゴム系シ 一ル材を使用する場合には取鍋側に石綿等を使用した二重シールとする等の 耐熱処理を講ずることが望ましい。 また、 シール位置は取鍋上端とは限定し ておらず、 シーノレ位置を取鍋の外側で取鍋上端から若干下げた位置とし、 溶 鋼からの輻射熱をシール部材が直接受けることを回避する構造としても良く、 このような構造も本発明に含まれる。
真空 ·減圧槽 2は真空処理中の溶鋼及びスラグ飛散に対して十分な高さを 持つことが望ましく、本発明では真空.減圧槽高さを 5 tn以上と規定している。 真空■減圧槽高さが 5 mよりも低い場合には、 真空 ·減圧槽天蓋への地金付 着や真空 ·減圧槽胴部の閉塞、 排気ダクトへの地金進入が発生し、 著しい生 産効率の悪化と設備維持コストの増大をもたらす。 真空 '減圧槽高さの上限 については特に規定しないが、 過度に高い場合には排気容積の増大による初 期排気時間の増加をもたらすため注意が必要である。
第 3図は真空■減圧槽内に燃料ガスと酸素ガスを噴出し、 燃焼させる加熱 バーナー 1 0を配置した例を示す。 該加熱バーナー 1 0により真空'減圧槽 内耐火物を処理中及び非処理中に加熱し、 槽内耐火物温度を常時高温状態で 保持することにより槽内耐火物への地金付着をより一層抑制し、 地金付着に よる溶鋼汚染や異鋼種連続処理における制約の回避、 地金除去のための生産 性の低下を避けることができる。 ここで +分な地金付着防止効果を得るため には、 槽内壁耐火物温度を常時 1 0 0 o °c以上とすることが必要である。 ま た、 該加熱バーナーで真空 '減圧槽内を処理中及び非処理中の常時高温に加 熱することにより、 処理中の溶鋼温度降下を低減することができる。
本発明の装置を使用して溶鋼精鍊を行う際、 取鍋内溶鋼湯面上のスラグ量 を下記の条件範囲に調整することにより、 効率の良い精鍊を行うことが可能 である。
0 . 0 1 0≤H/ h≤ 0 . 0 2 5
H;取鍋内スラグ厚み h ;取鍋内溶鋼バス深さ
ここで H/ hの範囲を限定している理由は以下に述べるとおりである。 スラ グ厚みが厚く H/ hが 0 . 0 2 5以上の場合は、 真空精鍊中においても溶鋼 場面がスラグに覆われ、 真空下に暴露される溶鋼表面積が小さいため十分な 脱水素効率を得ることができない。 一方、 スラグ厚みが薄く H/ hが 0 . 0 1 0以下の場合はスラグと溶鋼の接触面積が小さくなりスラグの介在物吸着 能が低下し、 十分な脱酸素効率を得ることができない。 従って清浄鋼の精鍊 においてはスラグ厚みを上記の範囲内に調整することが望ましい。
また、 本発明の装置では槽上部に配置した加熱バーナー 7より酸素のみを 供給して溶鋼中の A 1を燃焼させ、 その反応熱により溶鋼の加熱を行うこと が可能である。 ところで従来の R H酸素上吹き法では、 溶鋼を反応槽内に導 入するために少なくとも 2 0 0 1: o r r以下の槽内圧力とすることが必要で あり、 そのため減圧下で体積が増大した酸素ガスが溶鋼を飛散させ、 あるい は酸素と溶鋼中炭素との反応によって生成した C Oガスが溶鋼を飛散させる ことによるスプラッシュ発生が大きいことが問題であった。 ここで本発明の 装置では、 酸素を溶鋼に供給する処理を行う際の槽内圧力は大気圧以下であ れば可能であるため、 5 0 0 t o r r以上 7 6 0 t o r r以下の槽内圧力で 酸素上吹きによる A 1昇熱を行うことによりスプラッシュ発生を最小限に抑 制することが可能である。 槽内圧力を 7 6 0 t o r r以下としたのは、 槽内 が大気圧以上の加圧状態となることにより、 真空シール部分への槽内高温ガ ス吹き出しによるシール材の焼損が発生するためである。
尚、 本発明の装置においては、 必要に応じて C a等蒸気圧の高い元素を鉄 皮で被覆したワイヤーを用いて添加するワイヤー添加装置を具備することも 可能であり、 このワイヤー添加を行う場合は、 真空 ·減圧精練後引き続き大 気圧で行うことが好ましい。 実施例
転炉脱炭精鍊後、 出鋼時に各合金の純分換算で M n合金 6 . 8 k g / t , S i合金 2 . 7 k g / t, アルミ 0 . 4 5 k g / tを添加し、 またスラグ組 成コントロールのため C a O 3 . 0 k g / tを添加した溶鋼について、 第 3 図に示す本発明の装置を用いて精鍊を行い、 従来の R H処理との比較を行つ た。 表 1に本発明例の製造条件及び製造結果を、 表 2に比較例の製造条件と 製造結果とを示す。 【表 1】 本発明実施例
鋼種 S45C
溶鋼量 2 8 0 TON
溶鋼バス深さ 3, 7 2 0 mm
到達真空度 0 . 6 Torr
真空排気処理時間 2 1分
A rガス流量 3 0 Nm3/Hr (取鍋底吹ガス) 処理前 溶鋼成分 C Si Mn P S H 0
0.30% 0.19% 0.73% 0.008% 0.013% 3.5ppm 35ppm スラグ成分 T.Fe CaO SiO2 A1203 MnO MgO S
1.26% 44.59% 14.02% 26.51% 0.73% 5.02% 0.08% スラグ厚み 6 0 mm
温度 1 5 7 5 処理後 溶鋼成分 C Si Mn P S H O
0.44% 0,20% 0.75% 0.008% 0.020% l.lppm 8ppm スラグ成分 T.Fe CaO Si02 A1203 MnO MgO S
0.24% 40.12% 4.35% 38.65% 0.21% 6.52% 1.54% スラグ厚み 7 0 mm
1 5 5 3 【表 2】 従来法 R H実施例
鋼種 S45C
2 7 8 TON
溶鋼バス深さ 3, 7 0 0 mm
0 . 6 Torr
真空排気処理時間 2 3分
A rガス流量 ' 1 1 0 Nm3/Hr (RH還流ガス) 処理前 溶鋼成分 C Si Mn P S H 0
0.29% 0.18% 0.73% 0.007% 0.020% 3.6ppm 31ppm スラグ成分 T.Fe CaO Si02 A1203 MnO MgO S
1.54% 42.18% 13.97% 28.49% 0.80% 4.87% 0.08% スラグ厚み 6 0 mm
温度 1 5 8 5 処理後 溶鋼成分 C Si Mn P S H O
0.45% 0.19% 0.76% 0.007% 0.016% 1.2ppm 18ppm スラグ成分 T.Fe CaO Si02 A1203 MnO MgO S
1.40% 38.38% 14.08% 31.36% 1.10% 4.75% 0.09% スラグ厚み 6 0 mm
温度 1 5 5 0で 処理後の水素の値は本発明例、 比較例ともに同等の良好なレベルである。 処理後酸素は比較例が 1 8 p pmであるのに対して本発明例は 8 p pmと非 常に良好な結果であった。 処理後スラグ成分の T. F eが、 比較例が 1. 4 0 %と高い値であるのに対して、 本発明例は取鍋中のスラグと溶鋼との反応 が十分に進行し、 T. 6が0. 24%と非常に低い値を実現でき、 そのた めにスラグ酸化度が低下して溶鋼中の酸素濃度を低下することができた。 本 発明の装置を用いることにより、 従来 RH法と同等の低水素化を達成し且つ 従来よりも清浄度の高い鋼を得ることができた。
第 4図は本発明の装置を用いて真空精練を行った際の、 取鍋内スラグ厚み Hと溶鋼バス深さ hの比 (H/h) と脱水素効率及ぴ脱酸素効率の関係を示 した図である。 H/h > 0. 025の領域では溶鋼表面が真空処理中におい てもスラグに覆われた状態となり、 真空に暴露される溶鋼表面積が小さいた め十分な脱水素効率が得られない。 また、 H/h< 0. 010%の領域では、 スラグ量が少なくスラグと溶鋼との十分な反応表面積が得られないため、 十 分な脱酸素効率を得ることができない。
第 5図は軸受鋼について、 従来高清浄度鋼を得るために用いられている L F— RH法と本発明の装置を用いて精鍊を行った場合の製品トータル酸素の 比較である。 本発明の装置を用いることにより、 軸受鋼のような高級鋼の製 造においても従来同等以上の高清浄度を得ることができ、 且つ LF工程の省 略により製造コス トを低減することが可能である。
第 6図は第 3図の装置について、 槽内加熱バーナーの効果を示した図であ る。 槽内加熱バーナーを用いて真空 ·減圧槽内壁耐火物温度を 1000°C以 上に保持することにより、 著しく地金付着量を低減することができた。
第 7図は第 3図の装置を用いて溶鋼に加熱バーナーより酸素のみを供給し、 溶鋼中の A 1を燃焼させて溶鋼の昇熱を行う処理を行った際の、 槽内圧力と スプラッシュ到達高さの関係を示した図である。 槽内圧力を 500 t o r r 以上とすることにより、 従来 R Hと比較してスプラッシュ到達高さを低減す ることができ、 槽内地金付着量を低減することができた。 産業上の利用可能性
本発明の装置及びこれを用いる精鍊方法により、 従来の取鍋精鍊法で問題 となっていた取鍋シール部分への溶鋼飛散による悪影響を回避できると共に、 槽内地金付着量を低減し、 処理中の溶鋼温度降下を低減することができる。 また、 高清浄度が要求される鋼の製造において、 スラグの酸化度を低下させ てスラグを改質する工程と脱ガス工程を同一の精練装置で行うことによる製 造工程の効率化が可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 下方に取鍋内溶鋼に浸漬させる浸漬管を有しない真空 ·減圧槽を取鍋の 上部に直接連接して槽内を減圧し、 取鍋内に不活性ガスを吹き込むこと により取鍋内溶鋼を攪拌し、 取鍋内溶鋼の精鍊を行うための装置であつ て、 取鍋上部と真空■減圧槽は密着させシール構造とし、 真空■減圧槽 は胴部を有し、 該胴部の内径が取鍋上端部の内径より小さく、 取鍋内に 吹き込む攪拌ガスによって生じる取鍋內溶鋼湯面の盛り上がり部の投射 断面径以上であり、 真空 ·減圧槽の頂部までの高さが、 取鍋内溶鋼湯面 から 5 m以上であることを特徴とする真空 ·減圧精鍊装置。
2 . 真空 .減圧槽下部に円筒部を設け、 該円筒部は取鍋内溶鋼の盛り上がり 部投射断面径以上の内径を有し、 且つ取鍋上端内径以下の外径を有し、 該円筒部の下端位置が取鍋上端より下方かつ取鍋内溶鋼に浸漬しないこ とを特徴とする請求項 1に記載の真空■減圧精鍊装置。
3 . 真空 ·減圧槽内にその下端から燃料および酸素ガスを燃焼させて火炎を 噴出するバーナーを配したことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の真 空 .減圧精練装置。
4 . 取鍋溶鋼湯面上のスラグ量を下記の条件を満足するように調整すること を特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の真空■減圧精鍊装置を 用いた取鍋精鍊方法。
0 . 0 1 0≤H/ h≤ 0 . 0 2 5
H;取鍋内スラグ厚み
h ;取鍋内溶鋼バス深さ
5 . 真空 ·減圧槽内に配したバーナーの下端から噴出させる火炎により該真 空■減圧槽内壁の温度を連続使用中の状態において 1 0 0 0 °C以上に常 時保持することを特徴とする請求項 3に記載の真空 ·減圧精練装置を用 いた取鍋精練方法。
6. 溶鋼中に A 1を添加し、 酸素ガスを供給することで添加した A 1を燃焼 させ、 溶鋼昇温を行うに際し、 真空 '減圧槽内の圧力を 76 OTorr〜 5 0 OTorr とすることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の真 空■減圧精練装置を用いた取鍋精練方法。
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