(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱ガス槽の上部に副原料投入孔および真空排気ダクトを備えた溶融金属の吸上式真空脱ガス設備において、前記副原料投入孔を、脱ガス槽を上方からみた平面において、前記真空排気ダクトの脱ガス槽との接続部両端で該両端を中心に、脱ガス槽半径と等しい長さで円弧を描き、前記真空排気ダクトの中心軸線との交点を各々求め、該交点同士および該各々の交点と前記真空排気ダクトの接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の鉄皮内面により切り取られる円弧により囲まれる領域を除くその他の領域内に設置することを特徴とする溶融金属の吸上式真空脱ガス設備。
【請求項２】
脱ガス槽の上部に副原料投入孔および真空排気ダクトを備えた溶融金属の吸上式真空脱ガス設備において、前記副原料投入孔を、脱ガス槽を上方からみた平面において、前記脱ガス槽の耐火物内面と真空排気ダクト耐火物内面の接続部両端で該両端を中心に、脱ガス槽半径と等しい長さで円弧を描き、前記真空排気ダクトの中心軸線との交点を各々求め、該交点同士および該各々の交点と上記真空排気ダクトの耐火物内面の接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の耐火物内面により切り取られる円弧により囲まれる領域を除くその他の領域内に設置することを特徴とする溶融金属の吸上式真空脱ガス設備。
【請求項３】
前記溶融金属の吸上式真空脱ガス設備がＲＨ式真空脱ガス設備またはＤＨ式真空脱ガス設備である請求項１または２記載の溶融金属の吸上式真空脱ガス設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱ガス槽の上部に副原料投入孔および真空排気ダクトを備えたＲＨ式真空脱ガス設備やＤＨ式真空脱ガス設備に代表される溶融金属の吸上式真空脱ガス設備に関し、脱ガス槽の上部に配置される副原料投入孔から合金鉄や副原料（以下、総称して副原料という）を歩留りよく添加することができるように副原料投入孔の位置を選定することを目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＨ式真空脱ガス設備では、例えば、日本鉄鋼協会編、第３版、鉄鋼便覧、第ＩＩ巻、製銑・製鋼、第６７２  頁、図１３．２に示されているように、脱ガス槽の上方に副原料槽を配置し、副原料槽より投入シュートを介して副原料を投入するのは周知の通りである。このような吸上式真空脱ガス設備では、脱ガス槽の上部に副原料投入孔が設置されいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図８に示すように、ＲＨ式真空脱ガス設備では、脱ガス槽１の下端部に配設した２本の浸漬管９を溶鋼鍋７内に収容された溶鋼中に浸漬し、真空排気ダスト２を経由して真空エゼクタにより吸引、排気し、脱ガス槽１内を減圧することにより溶鋼鍋７内の溶鋼を脱ガス槽１内まで上昇させる。そして一方の浸漬管９からＡｒ等の不活性ガスを供給して溶鋼鍋７内の溶鋼を脱ガス槽１内に上昇させ、溶鋼の真空脱ガスを行った後、他方の浸漬管９を介して溶鋼鍋７内に循環して処理される。
【０００４】
このような脱ガス槽１内での溶鋼の脱ガス処理中に、複数基の副原料ホッパ６に貯蔵された各種副原料は、秤量ホッパ５により秤量され、所定量が投入シュート４を介して副原料投入孔３から脱ガス槽１内に投入され、脱ガス槽１内の溶鋼中に存在する炭素、酸素、硫黄等の不純物を除去すると共に成分が調整される。この際、脱ガス槽１内に発生する排ガスは、真空排気ダスト２を経由して真空エゼクタにより吸引され排気される。
【０００５】
副原料ホッパ６に貯蔵された副原料は投入シュート４を介して脱ガス槽１の上部の天井部に設置した副原料投入孔３から脱ガス槽１内に投入されるが、従来、副原料投入孔３の配置位置に関しては、明確な諸元や設置場所を決定する技術がなかった。したがって、副原料投入孔３の配置位置は主として脱ガス槽１と副原料槽６の設置位置関係等の設備レイアウト上の事情に従って決定していた。このため、脱ガス槽１の天井部に配置される副原料投入孔３の位置が不適切になり易く、副原料投入孔３から投入される粉粒状の副原料が、脱ガス槽１の上部側壁に接続された真空排気ダクト２から排出される排気気流に同伴して吸引される。その結果、脱ガス槽１内の溶鋼中に投入される副原料の割合が減少し、添加歩留りが悪化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の問題を解決し、溶融金属の吸上式真空脱ガス設備が備えた脱ガス槽の天井部に配置された副原料投入孔から投入される副原料が、脱ガス槽の上部側壁に接続された真空排気ダクトから排出される排気気流に吸引されるのを極力防止する。これにより、副原料投入孔から投入される副原料の添加歩留りを向上できる溶融金属の吸上式真空脱ガス設備を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、脱ガス槽の上部に副原料投入孔および真空排気ダクトを備えた溶融金属の吸上式真空脱ガス設備において、前記副原料投入孔を、脱ガス槽を上方からみた平面において、前記真空排気ダクトの脱ガス槽との接続部両端で該両端を中心に、脱ガス槽半径と等しい長さで円弧を描き、前記真空排気ダクトの中心軸線との交点を各々求め、該交点同士および該各々の交点と前記真空排気ダクトの接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の鉄皮内面により切り取られる円弧により囲まれる領域を除くその他の領域内に設置することを特徴とする溶融金属の吸上式真空脱ガス設備である。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、脱ガス槽の上部に副原料投入孔および真空排気ダクトを備えた溶融金属の吸上式真空脱ガス設備において、前記副原料投入孔を、脱ガス槽を上方からみた平面において、上記脱ガス槽の耐火物内面と真空排気ダクト耐火物内面の接続部両端で該両端を中心に、脱ガス槽半径と等しい長さで円弧を描き、上記真空排気ダクトの中心軸線との交点を各々求め、該交点同士および該各々の交点と上記真空排気ダクトの耐火物内面の接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の耐火物内面により切り取られる円弧により囲まれる領域を除くその他の領域内に設置することを特徴とする溶融金属の吸上式真空脱ガス設備である。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、前記溶融金属の吸上式真空脱ガス設備がＲＨ式真空脱ガス設備またはＤＨ式真空脱ガス設備である請求項１または２記載の溶融金属の吸上式真空脱ガス設備である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明者等は、ＲＨ式真空脱ガス設備の１／１０の大きさに相当する脱ガス槽（以下、モデル脱ガス槽と称する）にて真空排気ダクト近傍の排気ガス速度を測定した。図６に示すように、モデル脱ガス槽１０の天井部に多数の測定孔８（横７列×縦４列＝計２８箇所）を設置し、各々の測定孔８に取り付けたピトー管により、真空排気ダクト２に吸引される脱ガス槽１内の排気ガスのガス流速を測定した。その測定結果を図７に示す。
【００１１】
図７のように、各々の測定孔８で測定されたガス流速の横列（１〜７）における分布は、真空排気ダクト２の中心軸上の横列４の列が最大であり、ダクト端部（横列２、６の列）に近くなるほどガス流速が小さくなり、真空排気ダクト２の端部の外側（横列１、７の列）ではさらに小さくなる。また、縦列〔（１）  〜（４）  〕ではモデル脱ガス槽１０と真空排気ダクト２との接続部〔縦（１）  列〕が最大であり、真空排気ダクト２から遠ざかるほどガス流速が小さくなり、モデル脱ガス槽１０の中心点上に並んでいる〔縦（４）  列〕ではガス流速が非常に小さくなっている。
【００１２】
つまり、モデル脱ガス槽１０を上方からみた平面で、モデル脱ガス槽１０と真空排気ダクト２の接続部両端〔横列２・縦列（１）  の位置および横列６・縦列（１）  の位置〕をそれぞれ中心点として脱ガス槽半径と等しい距離の円弧を描き、真空排気ダクト２の中心軸線との交点を求め、この交点と真空排気ダクト２の接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の円周により切り取られる円弧により囲まれる着色領域では、その他の白抜き領域に比べ５倍以上の流速を有することが分かる。
【００１３】
実機の脱ガス槽１に投入される合金鉄や副原料は粒状または粉状であるため、ガス流速の早い部位では、ガス流れに同伴されて真空排気ダクト２に吸引されることは明らかである。したがって、副原料投入孔３の位置は、モデル脱ガス槽１０の着色領域を除くガス流速の小さい天井部の白抜き領域に選択するのが肝要となる。
【００１４】
すなわち、図１のように真空排気ダクト２の中心軸が脱ガス槽１の中心を通る場合または図２のように真空排気ダクト２の中心軸が脱ガス槽１の中心を通り、かつ真空排気ダクト２が途中から曲がっている場合には、上述条件に当てはめると真空排気ダクト２の接続部両端と脱ガス槽１の中心とを結ぶ線と脱ガス槽１の鉄皮内面により切り取られる円弧から定まる着色領域では、図７に当てはめるとガス流速が４０ｍ／ｓｅｃ  を超える高速領域となっており、その他の白抜き領域ではすべて１０ｍ／ｓｅｃ  以下の低速領域となっている。したがって、着色領域ではガス流れに同伴されて粉粒状の合金鉄や副原料が真空排気ダクト２に吸引さる割合が多くなるのであるから、着色領域を除く他の白抜き領域に副原料投入孔３を配置するのがよいことになる。
【００１５】
また、図３は真空排気ダクト２の中心軸が脱ガス槽１の中心を通らない場合であり、図４は真空排気ダクト２の中心軸が脱ガス槽１の中心を通らず、かつ真空排気ダクト２の外側が脱ガス槽１の接線に沿っている場合であり、上述条件に当てはめると着色領域が真空排気ダクト２に吸引さる割合が多くなるので、着色領域を除く白抜き領域に副原料投入孔３を配置するのが好適となる。このように、着色領域内と、以外で大きな変化があることは本発明者等の実験により初めて知見されたことである。脱ガス槽１内への副原料の投入には、脱ガス槽１から真空排気ダクト２へのガス流速の遅い部位を狙うべきであり、図１〜図４の着色領域を除く白抜き部位に副原料投入孔３を設置するのが重要となる。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例と従来例との操業結果を表１に示す。
使用したＲＨ脱ガス設備の脱ガス槽は、公称内容量200Tである。溶鋼は、転炉にて200T溶製し、鋼中のアルミニウム濃度を0.004wt%に調整した。鋼中にはアルミニウムが８kg入っていることになる。この溶鋼を用いて図５に示すように、脱ガス槽１を上方からみた平面において、脱ガス槽１と真空排気ダクト２の接続部両端ＡおよびＡ’をそれぞれ中心点として脱ガス槽半径Ｒと等しい距離Ｒの円弧を描き、真空排気ダクト２の中心軸線Ｂとの交点ＣおよびＣ’を求め、該交点Ｃと真空排気ダクト２の接続部両端Ａ、同じくＣ’とＡ’とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽１の鉄皮内面により切り取られる円弧Ｄにより囲まれる着色領域の天井部に副原料投入孔3bを配置し、その他の白抜き領域の天井部に副原料投入孔3aを配置した。
【００１７】
本発明例の副原料投入孔位置が3aであり、比較例（従来）の副原料投入孔位置が3bである。それぞれの副原料投入孔3a、3bを用いてアルミニウムの添加投入テストを個別に行い、鋼中のアルミニウム濃度の上昇量から添加歩留りを求めて比較した。投入するアルミニウムは共に200kg とし、真空排気ダクト２の排気流量を同じにするため、各々の脱ガス処理を始めて10分後で排気流量が重量換算で3000kg/Hの時点でアルミニウムを投入した。その際の真空度は共に30トール(Torr)であった。
【００１８】
【表１】
0003570281.tif 000002
【００１９】
表１に示すように本発明例では、添加後の鋼中のアルミニウム濃度が０．１％となり、［（０．１−０．００４）／１００］  ×２０００００）＝１９２ｋｇ  のアルミニウムが鋼中に添加された。アルミニウム歩留りは、投入量が２００ｋｇ  であるので、（１９２／２００）  ×１００＝９６％となった。一方、比較例では、添加後の鋼中のアルミニウム濃度が０．０６％となり、同様に計算したところ、１１２ｋｇ  のアルミニウムが鋼中に添加され、アルミニウム歩留りは、５６％となった。本発明例の副原料投入孔３ａが比較例の副原料投入孔３ｂに比較して明らかにアルミニウムの添加歩留りが向上できることが判明した。
【００２０】
アルミニウム添加実験の後、脱ガス槽１内の真空度が１トールに下がってから、黒鉛粉の添加により鋼中の炭素濃度調整を行った。その際の真空排気量は１５００ｋｇ／Ｈであった。使用した投入孔は、本発明例、比較例ともにアルミニウムを投入した副原料投入孔３ａ、３ｂを用いた。その結果を併せて表１に示した。表１に示す通り、本発明例では炭素濃度の上昇から計算される鋼中の炭素添加量は２０ｋｇであり、投入した黒鉛粉は２２ｋｇであるので、黒鉛添加歩留りは９１％であった。一方、比較例では、黒鉛粉１０ｋｇの鋼中添加量を確保するために３０ｋｇの黒鉛粉を必要とし、黒鉛添加歩留りは３３％に過ぎなかった。
【００２１】
以上の通り、アルミニウムのような５ｍｍ径の粒状の添加物でも、黒鉛のような粉状の添加物でも、本発明で定める領域に位置させた副原料投入孔３ａを用いれば高い鋼中添加歩留りで投入可能である。また、アルミニウムの比重は３０００ｋｇ／ｍ３  で、黒鉛の比重は約７５０ｋｇ／ｍ３であり、比重が異なっても本発明で定める白抜き領域に位置させた副原料投入孔３ａを用いれば、高い鋼中添加歩留りで投入可能であることも示された。
【００２２】
なお、本発明では、脱ガス槽および真空排気ダクトにそれぞれライニングされた耐火物を考慮して、脱ガス槽の上部天井に配置する副原料投入孔の位置を選定するのが好ましい。すなわち、脱ガス槽の天井部に配置される副原料投入孔を、脱ガス槽を上方からみた平面において、脱ガス槽の耐火物内面と真空排気ダクト耐火物内面の接続部両端をそれぞれ中心点として脱ガス槽半径と等しい距離の円弧を描き、上記真空排気ダクトの中心軸線との交点を求め、該交点と上記真空排気ダクトの耐火物内面の接続部両端とをそれぞれ結んだ線と脱ガス槽の耐火物内面により切り取られる円弧により囲まれる領域を除く領域の位置に選択して設置するのが好適である。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、脱ガス槽を上方からみた平面において、脱ガス槽内のガス流速が低い位置の天井部領域に確実に副原料投入孔を配置することが可能になる。このため、脱ガス槽から真空排気ダクトに吸引される排ガスに随伴される粉粒状の副原料を低減することができる。その結果、脱ガス槽内で精錬される溶融金属中に添加する副原料の歩留り向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う真空排気ダクトの中心軸が脱ガス槽の中心を通る場合における副原料投入孔の配置領域を示す平面図である。
【図２】本発明に従う真空排気ダクトの中心軸が脱ガス槽の中心を通り、かつ真空排気ダクトが途中から曲がっている場合における副原料投入孔の配置領域を示す平面図である。
【図３】本発明に従う真空排気ダクトの中心軸が脱ガス槽の中心を通らない場合における副原料投入孔の配置領域を示す平面図である。
【図４】本発明に従う真空排気ダクトの中心軸が脱ガス槽の中心を通らず、かつ真空排気ダクトの外側が脱ガス槽の接線に沿っている場合における副原料投入孔の配置領域を示す平面図である。
【図５】真空排気ダクトの中心軸が脱ガス槽の中心を通らない場合において、副原料投入孔を本発明の領域および比較例の領域に配置した場合を示す平面図である。
【図６】真空排気ダクトに吸引される排気ガスによる脱ガス槽内のガス流速を測定するため、モデル脱ガス槽の天井部に設置した多数の測定孔の測定場所を示す平面図である。
【図７】モデル脱ガス槽の天井部に設置した多数の測定孔の測定場所と、排ガス速度との関係を示すグラフである。
【図８】従来のＲＨ式脱ガス設備を示す全体配置図である。
【符号の説明】
１  脱ガス槽
２  真空排気ダクト
３  副原料投入孔
４  投入シュート
５  秤量ホッパ
６  副原料ホッパ
７  溶鋼鍋
８  測定孔
９  浸漬管
１０  モデル脱ガス槽
【図１】
0003570281.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003570281.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003570281.tif 000007
【図６】
0003570281.tif 000008
【図７】
0003570281.tif 000009
【図８】
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