(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋に収容された溶融金属に浸漬ランスを浸漬し、浸漬ランスの吐出孔から溶融金属中にガスを吹き込んで溶融金属を攪拌する溶融金属の清浄化方法において、全ての前記吐出孔の断面積を同一として、前記吐出孔からの吹き込み圧力が異なるガスを、吹き込み圧力が高い方のガスの吹き込み位置を、吹き込み圧力が低い方のガスの吹き込み位置よりも浸漬ランスの鉛直方向下方の位置として、前記浸漬ランスから吹き込むことを特徴とする、溶融金属の清浄化方法。
【請求項２】
前記吹き込み圧力を２種とし、一方の吹き込み圧力を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）未満とし、他方の吹き込み圧力を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）以上とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属の清浄化方法。
【請求項３】
前記溶融金属は、溶鋼であり、且つ、前記ガスは、同一組成の不活性ガスであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶融金属の清浄化方法。
【請求項４】
溶融金属中にガスを吹き込んで溶融金属を清浄化するガス吹き込み用浸漬ランスであって、該浸漬ランス内部に、吹き込み圧力の異なるガスをとおすための独立した複数の流路を有し、前記流路に、それぞれ２個以上の吐出孔が、各流路に備えられた全ての吐出孔の断面積を同一として前記浸漬ランスの側面に設けられ、且つ、吹き込み圧力が高い方のガスの吐出孔が、吹き込み圧力が低い方のガスの吐出孔よりも、前記浸漬ランスの鉛直方向下方の位置に設置されていることを特徴とするガス吹き込み用浸漬ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋に収容された溶鋼などの溶融金属にガスを吹き込んで溶融金属を攪拌し、溶融金属中の酸化物系非金属介在物などを浮上させて溶融金属を清浄化する方法、及び、それに用いるガス吹き込み用浸漬ランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉での酸素吹錬による脱炭精錬によって溶銑から製造された溶鋼は、多量の溶存酸素（溶鋼中に溶解している酸素）を含有しており、この溶存酸素を除去するために、溶鋼は金属アルミニウムやフェロシリコンなどによって脱酸処理される。この脱酸処理により、溶存酸素は金属アルミニウムやフェロシリコンなどと反応して、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）やＳｉＯ2（シリカ）などの固体の酸化物が形成される。
【０００３】
これらの固体の酸化物が鋼中に残存した場合には、これらの酸化物は酸化物系非金属介在物として鉄鋼材料の品質欠陥の原因となることから、溶鋼中に浮遊する酸化物系非金属介在物（以下、単に「介在物」と記す）は分離・除去される。介在物は溶鋼よりも比重が小さく、溶鋼を取鍋内で静置すれば、介在物は浮上して分離・除去されるが、介在物の浮上速度は遅く、特に粒径の小さい介在物の浮上速度は遅い。そこで、取鍋内の溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで溶鋼を攪拌し、溶鋼中に懸濁する介在物の浮上を促進させる方法が広く行われている。
【０００４】
この方法としては、取鍋内の溶鋼中に浸漬させた浸漬ランスから不活性ガスを吹き込む方法や、または、取鍋底部に設置したポーラス煉瓦などから不活性ガスを溶鋼中に吹き込む方法が一般的である。但し、吹き込まれたガスは、鉛直方向上方に浮上することから、ガスによる攪拌領域はガス吹き込み部位を頂点とする、上方に広がった円錐状の範囲であり、取鍋内の溶鋼全体を攪拌することはできない。つまり、介在物の浮上促進効果は限られた範囲でのみ得られるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、取鍋の上方から溶鋼中に浸漬管を挿入し、この浸漬管の内部の溶鋼全域に行き渡るように、前記浸漬管の下方の取鍋底部から不活性ガスを吹き込む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】特開平６−３３１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１には以下の問題がある。即ち、特許文献１では、浸漬管を取鍋内の溶鋼に浸漬させており、この浸漬管は、通常の二次精錬では使用されない装置であり、したがって、浸漬管を新たに設置する必要がある。また、浸漬管の内部に存在する溶鋼だけが攪拌されることから、取鍋内の溶鋼全体を攪拌するためには、断面積の大きな浸漬管を設置する必要があり、これに伴って大型の浸漬管昇降装置を必要とすることから、設備費用が高くなる。また更に、浸漬管は消耗品であることから、浸漬管の運転費用が必要で、製造コストの上昇を招く。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、取鍋に収容された溶鋼などの溶融金属にガスを吹き込んで溶融金属を攪拌し、溶融金属中の非金属介在物などを浮上させて溶融金属を清浄化するにあたり、安価に且つ効率的に溶融金属を攪拌して溶融金属を迅速に清浄化することのできる、溶融金属の清浄化方法を提供することであり、また、それに用いるガス吹き込み用浸漬ランスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］取鍋に収容された溶融金属に浸漬ランスを浸漬し、浸漬ランスの吐出孔から溶融金属中にガスを吹き込んで溶融金属を攪拌する溶融金属の清浄化方法において、前記吐出孔からの吹き込み圧力が異なるガスを前記浸漬ランスから吹き込むことを特徴とする、溶融金属の清浄化方法。
［２］前記吹き込み圧力を２種とし、一方の吹き込み圧力を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）未満とし、他方の吹き込み圧力を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）以上とすることを特徴とする、上記［１］に記載の溶融金属の清浄化方法。
［３］吹き込み圧力が高い方のガスを、吹き込み圧力が低い方のガスよりも、浸漬ランスの鉛直方向下方の位置で吹き込むことを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の溶融金属の清浄化方法。
［４］前記溶融金属は、溶鋼であり、且つ、前記ガスは、同一組成の不活性ガスであることを特徴とする、上記［１］ないし上記［３］のいずれか１項に記載の溶融金属の清浄化方法。
［５］前記浸漬ランスは、ガスを吹き込むための吐出孔の設置位置を鉛直方向の二箇所に有していることを特徴とする、上記［１］ないし上記［４］のいずれか１項に記載の溶融金属の清浄化方法。
［６］溶融金属中にガスを吹き込んで溶融金属を清浄化するガス吹き込み用浸漬ランスであって、該浸漬ランス内部に、吹き込み圧力の異なるガスをとおすための独立した複数の流路を有し、前記流路に、それぞれ２個以上の吐出孔が備えられていることを特徴とするガス吹き込み用浸漬ランス。
［７］前記吐出孔は、前記浸漬ランスの側面に設けられ、吹き込み圧力が高い方のガスの吐出孔が、吹き込み圧力が低い方のガスの吐出孔よりも、前記浸漬ランスの鉛直方向下方の位置に設置されていることを特徴とする、上記［６］に記載のガス吹き込み用浸漬ランス。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吹き込み圧力の異なるガスを浸漬ランスから溶融金属中に吹き込むので、吹き込み圧力が相対的に高いガスは溶融金属中での気泡の水平方向への到達距離が大きく、吹き込み圧力が相対的に低いガスは、吹き込み圧力が相対的に高いガスによる攪拌領域の内側を攪拌し、これにより、溶融金属を広い範囲で攪拌することが可能となり、溶融金属中の介在物の浮上などが促進され、溶融金属を効率的に短時間で清浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による溶融金属の清浄化方法を取鍋内の溶鋼に施している状況を示す概略図である。
【図２】図１に示すＡ部の概略拡大図である。
【図３】ガス吹き込み中での溶鋼中の全酸素濃度の推移を本発明例と従来例とで比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明による溶融金属の清浄化方法を取鍋内の溶鋼に施している状況を示す概略図、図２は、図１に示すＡ部の概略拡大図であり、高圧ガス用流路の中心線をとおる面で切断した断面図である。
【００１３】
図１及び図２において、取鍋２に収容された溶鋼３に、取鍋２の上方から浸漬ランス１が挿入され、この浸漬ランス１を介して溶鋼中に不活性ガスが吹き込まれている。浸漬ランス１には、低圧ガス用供給管５と高圧ガス用供給管６とが接続されている。低圧ガス用供給管５は、浸漬ランス１を構成する耐火物１Ａの内部に設置された低圧ガス用流路７と接続し、この低圧ガス用流路７を介して浸漬ランス１の下部に設置された低圧ガス用吐出孔９に接続している。一方、高圧ガス用供給管６は、浸漬ランス１を構成する耐火物１Ａの内部に設置された高圧ガス用流路８に接続し、この高圧ガス用流路８を介して浸漬ランス１の下部に設置された高圧ガス用吐出孔１０に接続している。
【００１４】
つまり、低圧ガス用供給管５から供給された不活性ガスは、低圧ガス用流路７及び低圧ガス用吐出孔９をとおって溶鋼中に吹き込まれる。これとは別に、高圧ガス用供給管６から供給された不活性ガスは、高圧ガス用流路８及び高圧ガス用吐出孔１０をとおって溶鋼中に吹き込まれるように構成されている。
【００１５】
この場合、後述するように、高圧ガス用吐出孔１０の方が低圧ガス用吐出孔９よりも浸漬ランス１の鉛直方向下方になるように、低圧ガス用吐出孔９及び高圧ガス用吐出孔１０を設置することが好ましい。また、低圧ガス用供給管５から供給された不活性ガスと高圧ガス用供給管６から供給された不活性ガスとは混合しないように、低圧ガス用流路７及び高圧ガス用流路８はそれぞれ独立して構成されており、また、高圧ガス用吐出孔１０から吐出される不活性ガスの吐出圧力が、低圧ガス用吐出孔９から吐出される不活性ガスの吐出圧力よりも高くなるように、低圧ガス用供給管５に供給される不活性ガスは、高圧ガス用供給管６に供給される不活性ガスよりも相対的に圧力を低く設定されている。
【００１６】
低圧ガス用供給管５に供給される不活性ガスと、高圧ガス用供給管６に供給される不活性ガスとは、同一組成のガスとすることが好ましい。当然ではあるが、低圧ガス用供給管５に供給される不活性ガスと、高圧ガス用供給管６に供給される不活性ガスとを別の組成の不活性ガスとしても構わない。使用する不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの希ガス、または、窒素ガスなどの非酸化性ガスを使用することができる。
【００１７】
低圧ガス用吐出孔９及び高圧ガス用吐出孔１０は水平方向を向いており、不活性ガスは水平方向に吐出される。尚、図２では、低圧ガス用吐出孔９及び高圧ガス用吐出孔１０の吐出方向が水平方向であるが、吐出方向は水平方向に限るものではなく、水平方向から±４５°の角度範囲内であれば、どのようであっても構わない。但し、溶鋼３を効率的に攪拌する観点からは、溶鋼中での気泡の水平方向への到達距離が大きくなることが好ましく、したがって、吐出方向は、気泡の水平方向への到達距離が最も大きくなる水平方向であることが好ましい。また、図２では、低圧ガス用吐出孔９及び高圧ガス用吐出孔１０は、ともに、それぞれの出口が、同一直線上の相対する二カ所であるが、それぞれの出口を三カ所以上としても構わない。
【００１８】
低圧ガス用吐出孔９の断面積及び高圧ガス用吐出孔１０の断面積は、不活性ガスの吹き込み流量に応じて、適宜設定されるものであり、基本的には、低圧ガス用吐出孔９の断面積と高圧ガス用吐出孔１０の断面積とを同一とし、また、不活性ガスの吹き込み流量も低圧ガス用吐出孔９と高圧ガス用吐出孔１０とで同一とする。当然ではあるが、高圧ガス用吐出孔１０から吐出される不活性ガスの吐出圧力が、低圧ガス用吐出孔９から吐出される不活性ガスの吐出圧力よりも高くなる限り、断面積及び不活性ガスの吹き込み流量に差を付けても構わない。
【００１９】
溶鋼３への不活性ガスの吹き込み前に、溶鋼３を金属アルミニウムで脱酸する。金属アルミニウムによる脱酸処理で溶鋼中にはＡｌ2Ｏ3が形成される。金属アルミニウムによる脱酸の際に、フェロシリコン、フェロマンガン、シリコマンガンなどの脱酸剤を併用しても構わない。また、浮上する溶鋼中の介在物をスラグ４に効率的に吸収させるために、スラグ４に予めＣａＯ系またはＭｇＯ系のフラックスを添加して、スラグ４の組成を調整してもよい。また、浮上する介在物の吸収を更に促進するべく、転炉からの出鋼の際に取鍋２に流出した転炉スラグを除去し、その後、フラックスを添加して浮上する介在物の吸収能に優れた合成スラグを形成させてもよい。
【００２０】
浸漬ランス１から不活性ガスを吹き込むことで溶鋼３は攪拌され、溶鋼中に浮遊するＡｌ2Ｏ3などの介在物の浮上が促進される。浮上した介在物は溶鋼上に存在するスラグ４に吸収され、溶鋼３の清浄化が進行する。
【００２１】
低圧ガス用吐出孔９から吹き込まれた不活性ガスは、相対的に、吹き込み圧力、つまり吐出圧力が低いので、溶鋼中での気泡の水平方向への到達距離が小さく、主に、浸漬ランス１の近傍の溶鋼３を攪拌する。一方、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込まれた不活性ガスは、相対的に、吹き込み圧力、つまり吐出圧力が高いので、溶鋼中での気泡の水平方向への到達距離が大きく、つまり、水平方向への拡がりが大きく、浸漬ランス１から離れた位置に在る溶鋼３を攪拌する。この場合、相対的に圧力が高い不活性ガスを吹き込む高圧ガス用吐出孔１０の方が、低圧ガス用吐出孔９よりも浸漬ランス１の鉛直方向下方に設置されているので、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込まれた不活性ガスと、低圧ガス用吐出孔９から吹き込まれた不活性ガスとが互いに衝突・合体せず、それぞれが効率的に溶鋼３を攪拌する。
【００２２】
つまり、低圧ガス用吐出孔９から吹き込まれた不活性ガスと、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込まれた不活性ガスとで、溶鋼３の広い領域が効率的に攪拌され、溶鋼３の清浄化が短時間で達成される。この場合、両者のガスの軌跡を分離させるために、低圧ガス用吐出孔９から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）未満とし、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）以上とすることが好ましい（1kgf/cm2=98.0665kPa）。
【００２３】
これは、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）を８ｋｇｆ／ｃｍ2（７８４．５ｋＰａ）とすることで、吹き込まれた不活性ガスの気泡が、一般的に使用される大きさの取鍋２の半径の１／２程度まで到達し、溶鋼３の広い領域が攪拌されるからである。尚、低圧ガス用吐出孔９及び高圧ガス用吐出孔１０から吐出する気泡の到達距離ＬHは、下記の（１）式で算出することができる。
【００２４】
ＬH＝３．７×ｄn×Ｆr1/3・・・（１）
但し、（１）式において、ＬHは到達距離（ｍ）、ｄnは吐出孔の直径（ｍ）、Ｆrは、フルード数（無次元）であり、下記の（２）式で算出される。
【００２５】
Ｆr＝ρg×Ｖo2／[ｄn×ｇ×(ρL−ρg)]・・・（２）
但し、（２）式において、ρgは不活性ガスの密度（ｋｇ／ｍ3）、ρLは溶鋼などの溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ3）、Ｖo2は吐出孔からの不活性ガスの吐出流速（ｍ／ｓ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ2）、ｄnは吐出孔の直径（ｍ）である。
【００２６】
また、低圧ガス用吐出孔９から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）と高圧ガス用吐出孔１０から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）との圧力差を３ｋｇｆ／ｃｍ2（２９４．２ｋＰａ）以上、望ましくは４ｋｇｆ／ｃｍ2（３９２．３ｋＰａ）以上とすることが更に好ましい。このようにすることで、取鍋全体に不活性ガス気泡が到達し、溶鋼３の攪拌が促進される。
【００２７】
低圧ガス用吐出孔９から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）及び高圧ガス用吐出孔１０から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）の下限値は、下記の（３）式で算出される溶鋼などの溶融金属の静圧以上とすればよい。
【００２８】
Ｐ＝ρL×ｇ×Ｈ・・・（３）
但し、（３）式において、Ｐは溶融金属の静圧（Ｐａ）、ρLは溶鋼などの溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ3）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ2）、Ｈは溶融金属湯面位置から浸漬ランスの吐出孔（低圧ガス用吐出孔または高圧ガス用吐出孔）までの距離（ｍ）である。
【００２９】
例えば、浸漬ランスの吐出孔と溶鋼湯面との距離が２.５ｍの場合は、溶鋼３の密度が７０００ｋｇ／ｍ3であるので、不活性ガスの吐出圧力を１．７５ｋｇｆ／ｃｍ2（１７１．６ｋＰａ）以上とすればよい。尚、高圧ガス用吐出孔１０から吹き込む不活性ガスの圧力（吐出圧力）の上限値は、１５ｋｇｆ／ｃｍ2（１４７１．０ｋＰａ）程度とすればよい。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、吹き込み圧力の異なるガスを浸漬ランス１から溶融金属中に吹き込むので、吹き込み圧力が相対的に高いガスは溶融金属中での気泡の水平方向への到達距離が大きく、吹き込み圧力が相対的に低いガスは、吹き込み圧力が相対的に高いガスによる攪拌領域の内側を攪拌し、これにより、溶融金属を広い範囲で攪拌することが可能となり、溶融金属中の介在物の浮上などが促進され、溶融金属を効率的に短時間で清浄化することが可能となる。
【００３１】
尚、本発明は上記説明の範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、高圧と低圧との２種の不活性ガスを使用しているが、圧力が３種以上に制御された不活性ガスをそれぞれ独立して吹き込むことで、本発明を実施することができる。
【実施例】
【００３２】
図１に示す溶融金属の清浄化方法を採用して、取鍋内に収容された約３００トンの溶鋼に清浄化処理を施した。処理対象の溶鋼は、炭素濃度が０．４５質量％の炭素鋼であり、清浄化対象の介在物はＡｌ2Ｏ3である。使用した取鍋の内径は４ｍ、浸漬ランスの溶鋼湯面からの浸漬深さは２．５ｍ、浸漬ランスからのアルゴンガス吹き込み流量は４００ＮＬ／ｍｉｎである。ここで、「ＮＬ」はノルマルリットルである。使用した浸漬ランスは、低圧ガス用吐出孔の出口及び高圧ガス用吐出孔の出口をそれぞれ二カ所に有し、低圧ガス用吐出孔からの吹き込み圧力、つまり吐出圧力を６．５ｋｇｆ／ｃｍ2（６３７．４ｋＰａ）、高圧ガス用吐出孔からの吹き込み圧力、つまり吐出圧力を９．５ｋｇｆ／ｃｍ2（９３１．６ｋＰａ）とし、吹き込み流量はそれぞれ２００ＮＬ／ｍｉｎとした（本発明例）。
【００３３】
また比較のために、吐出孔の出口を放射状の四カ所とする浸漬ランスを使用し、吹き込み圧力、つまり吐出圧力を６．５ｋｇｆ／ｃｍ2（６３７．４ｋＰａ）とし、アルゴンガス吹き込み流量を４００ＮＬ／ｍｉｎとする条件でアルゴンガスを吹き込んで溶鋼を清浄化する方法（従来例）も実施した。
【００３４】
本発明例と従来例とで、ガス吹き込み中での溶鋼中の全酸素濃度の推移を比較した。図３に、ガス吹き込み中での溶鋼中の全酸素濃度の推移を本発明例と従来例とで比較した結果を示す。ここで、全酸素とは、溶鋼中の溶存酸素と酸化物形態の酸素とを合計したものである。
【００３５】
図３に示すように、本発明を適用することで、従来例に比較して溶鋼中の全酸素濃度を迅速に低減できることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
１  浸漬ランス
２  取鍋
３  溶鋼
４  スラグ
５  低圧ガス用供給管
６  高圧ガス用供給管
７  低圧ガス用流路
８  高圧ガス用流路
９  低圧ガス用吐出孔
１０  高圧ガス用吐出孔
【図１】
0006020603.tif 000002
【図２】
0006020603.tif 000003
【図３】
0006020603.tif 000004