(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇流の円筒状の形状の浸漬管と下降流の円筒状の形状の浸漬管との流路を介して溶鋼を環流させて溶鋼の脱ガス処理を行うＲＨ式真空脱ガス処理装置であって、
前記上昇流と下降流の両浸漬管内にストレート部とテーパー部とが設けられており、前記テーパー部の底面の開口部の断面積が前記ストレート部での断面積よりも大きくなるようにし、
前記テーパー部の底面の開口部の断面積が、前記浸漬管を介した上昇流又は下降流の流路の最小の断面積の１．１〜２．８倍であることを特徴とするＲＨ式真空脱ガス処理装置。
【請求項２】
前記開口部の断面積が、前記上昇流又は下降流の流路において最大の断面積であることを特徴とする請求項１に記載のＲＨ式真空脱ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼中に懸濁している介在物を除去する清浄化能力の高いＲＨ式真空脱ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材中の非金属介在物は鋼材性能を低下させるため、清浄度の高い鋼を製造するためには、溶鋼の精錬処理により非金属介在物を多く除去する必要がある。特に、精錬プロセスの最終工程では、ＲＨ式真空脱ガス処理装置が広く一般に用いられており、ＲＨ式真空脱ガス処理装置の清浄化能力を高めることによって、鋼材を高級化することができる。
【０００３】
ＲＨ式真空脱ガス処理では、溶鋼中に懸濁している非金属介在物を凝集合体させ、その後、凝集合体した非金属介在物を取鍋スラグへ浮上させることによって非金属介在物を溶鋼から除去する。非金属介在物を凝集合体させ、取鍋スラグへ浮上させて除去するためには、溶鋼の攪拌動力密度または環流量を増加させる方法が有効であることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、環流量を１５０〜２００ｔ／ｍｉｎの範囲まで高める方法が提案されており、特許文献２には、環流量を高めるために下降管を上昇管の１〜１．４倍に大きくする方法が提案されている。さらに特許文献３には、ＲＨ式真空脱ガス処理中の攪拌動力密度を６ＷＨ／ｔ以上にする方法が提案されている。
【０００５】
一方、環流量が増加し過ぎると、真空槽内に付着した地金が汚染源として溶鋼に溶け込んでしまい、非金属介在物が溶鋼内に生成されてしまう可能性がある。そこで特許文献４には、ＲＨ式真空脱ガス処理の前半における環流量を１８０〜２１０ｔ／ｍｉｎまで高め、後半における環流量を１１０〜１４０ｔ／ｍｉｎに低下させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８９６９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０３５３９号公報
【特許文献３】特開平１０−２１９３３５号公報
【特許文献４】特開２００８−３０３４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術では、非金属介在物を除去するために、環流量を処理の前半と後半とで変化させる方法などが行われていた。その一方で、条件によっては自ずと介在物除去速度が制限されたり、処理時間が長くなってしまったりするという課題があった。
【０００８】
本発明は前述の問題点を鑑み、非金属介在物を溶鋼から効率良く除去することが可能なＲＨ式真空脱ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、環流量が同じであっても、介在物除去速度をより高めることを可能とするＲＨ式真空脱ガス処理装置について検討した。即ち、非金属介在物は取鍋表面に浮上することで除去されるが、溶鋼の流速が大きいと、非金属介在物が浮上する前に浸漬管開口部を通過する溶鋼の流れに吸引されて再度取鍋の底部または真空槽内まで運ばれてしまう。但し、環流量を低減して開口部付近で溶鋼の流速を低下させた場合、取鍋内の攪拌が不十分となり、非金属介在物の取鍋表面への浮上除去速度が低下してしまう。そのため、環流量を低減することなく、開口部付近での溶鋼の流速を低下させる必要がある。
【００１０】
そこで、本発明者らは、環流量を低減せずに、開口部付近で溶鋼の流速を低下させる方法として、浸漬管の下端の開口部を上部に対して拡幅し、断面積を拡大する方法を見出した。環流量は浸漬管を介した上昇流又は下降流の流路の中で最も細くなっている箇所の内径によって決まるため、例えば浸漬管の下端の開口部のみが拡幅されたとしても、環流量は変化しない。したがって、従来よりも非金属介在物が溶鋼の流れに吸引されずに取鍋表面に浮上しやすくなり、非金属介在物を溶鋼から効率良く除去することができる。
【００１１】
本発明は、このような検討の結果なされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）上昇流の円筒状の形状の浸漬管と下降流の円筒状の形状の浸漬管との流路を介して溶鋼を環流させて溶鋼の脱ガス処理を行うＲＨ式真空脱ガス処理装置であって、
前記上昇流と下降流の両浸漬管内にストレート部とテーパー部とが設けられており、前記テーパー部の底面の開口部の断面積が前記ストレート部での断面積よりも大きくなるようにし、
前記テーパー部の底面の開口部の断面積が、前記浸漬管を介した上昇流又は下降流の流路の最小の断面積の１．１〜２．８倍であることを特徴とするＲＨ式真空脱ガス処理装置。
（２）前記開口部の断面積が、前記上昇流又は下降流の流路において最大の断面積であることを特徴とする上記（１）に記載のＲＨ式真空脱ガス処理装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環流量を下げないようにして清浄化能力を高めることができる。これにより、清浄化に要する処理時間を短縮したり、環流ガス量を削減したりすることができ、処理コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＲＨ式真空脱ガス処理装置の概要を説明するための図である。
【図２】テーパーを有する浸漬管の一例を示す図である。
【図３】比Ｋ／Ｋ0と比Ａa／Ａtとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明によるＲＨ式真空脱ガス処理装置について述べる。
図１は、ＲＨ式真空脱ガス処理装置の例を示しており、図１（ａ）は、本実施形態に係るＲＨ式真空脱ガス処理装置の例を示し、図１（ｂ）は、従来のＲＨ式真空脱ガス処理装置の例を示している。
図１に示すように、浸漬管を除くＲＨ式真空脱ガス処理装置の構成は広く一般に用いられる構成でよい。以下、図１（ａ）に示す浸漬管２の具体的な構造について説明する。
【００１５】
浸漬管２は円筒状の形状であり、浸漬管２の耐火物厚みは２００〜３５０ｍｍが望ましい。浸漬管２の耐火物の厚みが２００ｍｍより小さいと、浸漬管の内側に設けられている形状を維持するための芯金への熱影響が大きくなり、処理前後の温度変化により変形してしまう場合がある。一方、３５０ｍｍより大きいと、耐火物コストが高くなることに加え、取鍋内に浸漬管を収容する必要があることから内径が小さくなってしまう場合がある。
【００１６】
上昇流側の浸漬管２に設けられる環流ガス吹き込み羽口３の位置は、浸漬管の下端部４である底面から１５０〜６００ｍｍの高さにあることが望ましい。底面から１５０ｍｍより低い位置では、底面からの熱影響が大きくなることで羽口に繋がる配管が変形してしまう場合がある。また、底面から６００ｍｍより高い位置では、環流ガスを吹き込む羽口と湯面との距離が近くなり、環流ガスの気泡により脱ガス処理が不十分になる場合がある。
【００１７】
図２は、浸漬管２の拡大図である。本実施形態においては、浸漬管２にテーパー部５が設けられている。浸漬管２内に設けるテーパー部５は、浸漬管２のどの位置に設けてもよいが、底面の開口部７の断面積がストレート部６での断面積よりも大きくなるようにする必要があり、底面の開口部７の断面積が最も大きくなることが望ましい。また、テーパー部５の長さは１００ｍｍ以上が望ましい。１００ｍｍ未満では、浸漬管内での圧損が大きくなり、環流量が低下してしまう場合があるからである。図１（ａ）及び図１（ｂ）を比較すると、このようにテーパー部５を設けることにより、従来よりも非金属介在物８が溶鋼の流れに吸引されずに取鍋表面に浮上しやすくなり、非金属介在物８を溶鋼から効率良く除去することができる。
【００１８】
また、図１（ａ）に示す例では、ストレート部６での流路の断面積が最小で、開口部７における断面積がそれより大きくなっているが、このような形状に限定されず、上昇流又は下降流の流路において開口部７の断面積が最小にならなければよい。つまり、環流量は、浸漬管を介した上昇流又は下降流の流路の中の最小の断面積によって決まるため、それよりも開口部７の断面積が大きければ、開口部付近での溶鋼の流速を小さくすることができる。つまり、ストレート部のように流路の断面積が最小で一定である範囲を必ず設ける必要はない。
【００１９】
次に、底面の開口部７の断面積をどの程度大きくすればより効果が得られるかを確認するため、図１（ａ）に示すような浸漬管２の下端の開口部７を拡幅したＲＨ式真空脱ガス処理装置１を使用した時の清浄度への影響を、３００トンの溶鋼を用いて調査した。調査方法は以下のとおりである。
【００２０】
取鍋９に収容したＣ濃度が０．０４〜０．３質量％、Ｓｉ濃度が０．０５〜０．４質量％、Ｍｎ濃度が０．５〜１．８質量％、Ａｌ濃度が０．０１〜０．０８質量％、Ｔ．Ｏ濃度が０．００４０〜０．００４５質量％、その他に合金成分や不純物成分が合計で２質量％以下である３００トンの溶鋼１０に、真空槽１１に取り付けられた浸漬管２を浸漬した。真空槽１１内を６７〜１３３０Ｐａまで真空排気しながら、片方の浸漬管２内面に設けられた環流ガス吹き込み羽口３から環流ガスを合計１．５〜２．０Ｎｍ3／ｍｉｎ導入し、溶鋼１０の環流を開始した。１８〜２０分の環流後、ＲＨ式真空脱ガス処理を終了した。処理の前後で、溶鋼中に懸濁する酸化物からなる非金属系介在物８の量の指標となるＴ．Ｏ濃度の変化を測定した。
【００２１】
ここで、図１（ａ）に示すＲＨ式真空脱ガス処理装置１に設けられた浸漬管２は円筒状の形状であり、ストレート部６の内側直径が６５０ｍｍまたは７５０ｍｍで、耐火物厚みは２８０ｍｍとした。また、底面から高さ１５０〜２００ｍｍまでの範囲にテーパーを付与し、浸漬管２の下端部４における耐火物厚みを８０〜２８０ｍｍとした。なお、下端部４の耐火物厚みが２８０ｍｍである例は、比較のためにテーパーを付与しない条件である。環流ガス吹き込み羽口３は底面から高さ３００〜４００ｍｍに設けた。そして、溶鋼中の処理前のＴ．Ｏ濃度と処理後のＴ．Ｏ濃度とを測定した。
【００２２】
ここで、テーパーの大きさの指標として、開口部７の断面積（Ａa）とストレート部６での流路の断面積（Ａt）との比Ａa／Ａtを用いて評価を行った。ここで、テーパーを設けた場合の溶鋼中の処理前のＴ．Ｏ濃度と処理後のＴ．Ｏ濃度との変化率（処理後Ｔ．Ｏ濃度／処理前Ｔ．Ｏ濃度）をＫと定義し、テーパーを設けていない場合の溶鋼中の処理前のＴ．Ｏ濃度と処理後のＴ．Ｏ濃度との変化率（処理後Ｔ．Ｏ濃度／処理前Ｔ．Ｏ濃度）をＫ0と定義する。図３には、変化率Ｋと変化率Ｋ0との比Ｋ／Ｋ0と、比Ａa／Ａtとの関係を示す。
【００２３】
図３に示したように、比Ａa／Ａtが１より大きくなるほど比Ｋ／Ｋ0は小さくなった。比Ｋ／Ｋ0が小さくなるほど、処理後のＴ．Ｏ濃度は低くなることから、比Ａa／Ａtが１より大きくなるほど処理中の溶鋼の清浄化能力が向上した。特に、比Ａa／Ａtが１．１以上でその効果が顕著になった。これは、浸漬管の開口部を通過する溶鋼の流速が低下し、開口部周辺に懸濁している酸化物系介在物が、溶鋼流に吸引される割合が低下したためであると考えられる。
【００２４】
但し、図示しないが、比Ａa／Ａtが２．８超になると比Ｋ／Ｋ0はほぼ一定値となり、効果は飽和してしまう。また、過度に開口部の断面積を拡大すると、開口部付近の溶鋼の流速が低下して非金属介在物の吸引を抑制する効果と、開口部が影響を及ぼす領域が増えてしまうことで吸引する非金属介在物を増加させる効果とが、つりあってしまうためであると考えられる。
【００２５】
以上の試験結果から、開口部の断面積が、浸漬管を介した上昇流又は下降流の流路の最小の断面積（試験の場合はストレート部での流路の断面積）の１．１〜２．８倍であることが望ましい。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００２７】
本実施例では、図１（ａ）に示すように、浸漬管にテーパーが設けられたＲＨ式真空脱ガス処理装置を用いて、溶鋼の清浄化処理を行った。なお、比較のため、図１（ｂ）に示すように、浸漬管にテーパーが設けられていないＲＨ式真空脱ガス処理装置を用いた溶鋼の清浄化処理も行った。いずれも浸漬管は円筒状の形状のものを用いた。
【００２８】
まず、Ｃ濃度が０．０４〜０．３質量％、Ｓｉ濃度が０．０５〜０．４質量％、Ｍｎ濃度が０．５〜１．８質量％、Ａｌ濃度が０．０１〜０．０８質量％、Ｔ．Ｏ濃度が０．００４０〜０．００４５質量％、その他に合金成分や不純物成分が合計で２質量％以下である３００トンの溶鋼が取鍋に収容し、溶鋼に対して浸漬管を浸漬した後、真空槽内を１３３〜１１００Ｐａまで減圧するとともに、上昇管に設置した環流ガス羽口からＡｒガスを１８００〜２０００ＮＬ／ｍｉｎで吹き込み、環流を開始した。環流時間は２０分間とした。試験では、浸漬管のストレート部の内側直径がそれぞれ５５０ｍｍ、６５０ｍｍ、７５０ｍｍの試験条件および試験結果をそれぞれ表１、表２、表３に示す。
【００２９】
【表１】
0006988361.tif 000002
【００３０】
【表２】
0006988361.tif 000003
【００３１】
【表３】
0006988361.tif 000004
【００３２】
本発明例の試験Ｎｏ．２〜５、７〜１０、１２〜１５は、テーパーを有さない比較例の試験Ｎｏ．１、６、１１に比べ比Ｋ／Ｋ0は小さくなった。つまり、Ｔ．Ｏ濃度がより小さくなり、非金属介在物が溶鋼からより除去されたことが確認できた。このように、本発明が規定する浸漬管の形状を有するＲＨ式真空脱ガス処理装置を用いることで、処理時の清浄化速度は高くなり、処理後のＴ．Ｏ濃度を低くすることができることが確認できた。
【符号の説明】
【００３３】
１  ＲＨ式真空脱ガス処理装置
２  浸漬管
３  羽口
４  下端部
５  テーパー部
６  ストレート部
７  開口部
８  非金属介在物
９  取鍋
１０  溶鋼
１１  真空槽
【図１】
0006988361.tif 000005
【図２】
0006988361.tif 000006
【図３】
0006988361.tif 000007