(57)【要約】【課題】  ＲＨ法における空気侵入による鋼中窒素濃度の上昇を抑制する。【解決手段】  真空槽３の下部に設置された２本の浸漬管２を取鍋５内の溶鋼４中に浸漬し、一方の浸漬管２からガスを吹き込むことで、真空槽３と取鍋５間で溶鋼４を循環させて脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するに際し、脱ガス処理中、浸漬管２の周りに不活性ガスをパージするガス吹き込みノズル１１である。ガス吹き込みノズル１１のガス噴出口１１ａに、水平板１２ａと、水平板の外周端から垂下させた垂直板１２ｂとで形成される整流板１２を設ける。脱ガス処理中、浸漬管２の周りに不活性ガスをパージする。【効果】  ＲＨ法における鋼中窒素濃度の上昇を抑制でき、極低窒素鋼の安定した精錬を安価に行える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽の下部に設置された２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、一方の浸漬管からガスを吹き込むことで、真空槽と取鍋間で前記溶鋼を循環させて脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するに際し、前記脱ガス処理中、浸漬管の周りに不活性ガスをパージするガス吹き込みノズルにおいて、
前記ガス吹き込みノズルのガス噴出口に、真空槽と取鍋間の開口部からの空気の巻き込みを防止する整流板を設けたことを特徴とするガス吹き込みノズル。
【請求項２】
前記整流板は、水平板と、この水平板の外周端から垂下させた垂直板とで形成され、
前記水平板の外周半径（m）は、前記ガス吹き込みノズルの内周面半径（m）に、前記ガス吹き込みノズルから吹き出されるガスの出口流速（m／s）に変換係数２を乗じて加えた値以上の大きさを有し、
また、前記垂直板の高さ（m）は、前記水平板の外周半径（水平板が円形以外の場合には同一面積の円形の半径）（m）以上、もしくは、溶鋼湯面とガス吹き込みノズルのガス噴出口との間隔の１／２の小さい方で、垂直板を設ける範囲（m）は、前記水平板の外周の１／３以上、１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載のガス吹き込みノズル。
【請求項３】
真空槽の下部に設けられた２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、一方の浸漬管からガスを吹き込んで、前記溶鋼を真空槽と取鍋間を循環させて脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するに際し、
前記脱ガス処理中、請求項１に記載のガス吹き込みノズルを用いて、浸漬管の周りに不活性ガスをパージすることを特徴とする極低窒素鋼の製造方法。
【請求項４】
真空槽の下部に設けられた２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、一方の浸漬管からガスを吹き込んで、前記溶鋼を真空槽と取鍋間を循環させて脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するに際し、
前記脱ガス処理中、請求項２に記載のガス吹き込みノズルを、垂直板の内面が浸漬管と対向するように設置して、浸漬管の周りに不活性ガスをパージすることを特徴とする極低窒素鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の精錬方法において使用される真空脱ガス装置を用いて、安価でかつ安定的に極低窒素鋼を溶製できるガス吹き込みノズル、及び、このガス吹き込みノズルを使用して極低窒素鋼を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の精錬方法には、真空槽の下部に設置された２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬して脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するＲＨと呼ばれる方法があるが、このＲＨ法において脱ガス処理中に鋼中の窒素濃度が上昇する場合があり問題となっている。
【０００３】
この脱ガス処理中における鋼中の窒素濃度の上昇は、浸漬管の接続フランジあるいは浸漬管に発生した亀裂等から浸漬管の周囲の空気が吸い込まれることにより発生すると考えられている。
【０００４】
そこで、ＲＨ式真空脱ガス装置の下降側浸漬管の周囲に音速以上の速度でガスを吹き付けつつ脱ガス処理して、極低窒素鋼を溶製する技術が、特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開平３−６１３１０号公報
【０００５】
また、真空脱ガス槽と取鍋を連結して密閉した後に、真空脱ガス槽と取鍋が造る空間をＡｒガスで加圧しつつ、真空脱ガス槽内でＡｒガス吹き付けるか、あるいは炭素源を吹き付けることにより、極低窒素鋼を溶製する技術が、特許文献２で提案されている。
【特許文献２】特開平６−１４５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された技術では、吹き付けガス流のすぐ外側は大気であるため、ガスを高速で吹き付けた場合に大気の巻き込みが発生し、浸漬管から侵入するガスは、窒素を含んだものとなる。従って、真空脱ガス処理時間が短い場合には、吸窒は見かけ上発生しないが、脱ガスに加え脱炭処理や昇熱処理などを行うことで処理時間が長くなる場合には、徐々に溶鋼中の窒素濃度が上昇するという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２で提案された技術は、現実の操業においては以下の支障を来す。すなわち、真空脱ガス装置による脱ガス処理操業中は、浸漬管の浸漬深さ、湯面状態、スラグ状態を常時監視する必要があり、さらに、操業中は溶鋼温度の測定、および溶鋼組成の分析のための溶鋼サンプルを採取する必要があるが、真空脱ガス槽と取鍋を連結して密閉した場合にはこれらの作業が不可能となる。
【０００８】
また、取鍋と真空脱ガス槽との相対的位置関係は取鍋中の溶鋼量や、処理中の真空脱ガス槽中の真空度により適宜変更する必要があるが、特許文献２で提案された設備をそれらに十分に対応できるものとするには、高度な設備構造および制御システムが必要となり、高コスト化となる。
【０００９】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のＲＨ法による極低窒素鋼の製造方法では、空気侵入による鋼中窒素濃度の上昇を効果的に抑制できず、極低窒素鋼の安定した精錬を安価に行うことができなかったと言う点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガス吹き込みノズルは、
ＲＨ法において、空気侵入による鋼中窒素濃度の上昇を抑制するために、
真空槽の下部に設置された２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、一方の浸漬管からガスを吹き込むことで、真空槽と取鍋間で前記溶鋼を循環させて脱ガスを行うことにより極低窒素鋼を製造するに際し、前記脱ガス処理中、浸漬管の周りに不活性ガスをパージするガス吹き込みノズルにおいて、
前記ガス吹き込みノズルのガス噴出口に、真空槽と取鍋間の開口部からの空気の巻き込みを防止する整流板を設けたことを最も主要な特徴としている。
【００１１】
本発明のガス吹き込みノズルにおいて、
前記整流板は、水平板と、この水平板の外周端から垂下させた垂直板とで形成され、
前記水平板の外周半径（m）は、前記ガス吹き込みノズルの内周面半径（m）に、前記ガス吹き込みノズルから吹き出されるガスの出口流速（m／s）に変換係数２を乗じて加えた値以上の大きさを有し、
また、前記垂直板の高さ（m）は、前記水平板の外周半径（水平板が円形以外の場合には同一面積の円形の半径）（m）以上、もしくは、溶鋼湯面とガス吹き込みノズルのガス噴出口との間隔の１／２の小さい方で、垂直板を設ける範囲（m）は、前記水平板の外周の１／３以上、１／２以下であるものとすれば、真空槽と取鍋間の開口部からガス噴出口の周りへの空気の巻き込みを効果的に防止することができる。なお、前記変換係数２は、（s）の次元を持つものであることは言うまでもない。
【００１２】
本発明のガス吹き込みノズルにおける前記水平板の外周半径、垂直板の高さ、垂直板を設ける範囲は、発明者等の数値計算による解析と、実験結果に基づいて決定されたものである。すなわち、水平板の外周半径、垂直板の高さ、垂直板を設ける範囲が前記した範囲から外れると、整流板の軸中心から垂直板側で、パージガス流に合流する鉛直方向の流れが形成できず、外気を引き込むようになるからである。
【００１３】
前記本発明のガス吹き込みノズルを用いて、脱ガス処理中、浸漬管の周りに不活性ガスをパージする、より具体的には、ガス吹き込みノズルを、垂直板の内面が浸漬管と対向するように設置して、浸漬管の周りに不活性ガスをパージすれば、真空槽と取鍋間の開口部からの空気の巻き込みを効果的に防止しつつ脱ガス処理が行える。これが本発明の極低窒素鋼の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、ＲＨ法における鋼中窒素濃度の上昇を効果的に抑制でき、極低窒素鋼の安定した精錬を安価に行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
出願人は、従来のＲＨ法による極低窒素鋼の製造方法では、空気侵入による鋼中窒素濃度の上昇を抑制できず、極低窒素鋼の安定した精錬を安価に行うことができなかったという問題を解決すべく特開平１０−１４０２２８号を提案した。
【００１６】
本出願人が提案した方法は、浸漬管と取鍋との間のスラグ又は溶鋼の露出部をガスシール板で覆って空間部を形成し、この空間部に不活性ガスを供給しながら脱ガス処理を行うものである。
【００１７】
しかしながら、その後、本出願人が提案した方法について、発明者らが実験的検討を進めたところ、効果の発揮が不安定な場合が見られた。そこで、試験状況と効果の発生状況とを対比した結果、ガスシール板と取鍋間の開口部より外気（空気）が侵入する場合があることが判明した。
【００１８】
その場合、図４に示すように、ガス吹き込みノズル１より吹き込まれたパージガス（Ａｒ、ＣＯ2等）による流れが、侵入した外気（空気）を巻き込んで流れるため、浸漬管２周りのパージ状況が不十分となって、パージ効果が不安定になると推察できる。なお、図４中の３は真空槽、４は溶鋼を示す。
【００１９】
これより、浸漬管の周りに設けたガス吹き込みノズルより吹き込まれるパージガスによる前記開口部方向からの外気の巻き込みを抑制できれば、安定した浸漬管周りのパージが可能になるとの着想を得た。なお、先に述べた特許文献２のような密閉構造とした場合にはこのような問題は発生しないが、その場合、大規模かつ精密な構造が必要となり、コストアップとなる。
【００２０】
発明者らは、浸漬管周りのパージ状況について数値計算により解析を行い、前記推察した現象が発生することを確認した。さらに巻き込みを防止できるガス吹き込みノズル形状の検討を行い、特許文献２に示される密閉構造、および本出願人が提案した前記方法におけるガスシール板の設置を不要とするノズル形状を考案し、本発明の成立に至った。
【００２１】
本発明は発明者らのかかる着想及び検討に基づいてなされたものであり、以下、本発明のガス吹き込みノズルの最良の形態を、図１〜図３を用いて説明する。
１１は例えば図３に示すように、浸漬管２の外側から２０cm隔てた周りの、真空槽３の底部直下の等間隔位置に８本配置された、内径が５０mm、外径が６０mmの本発明のガス吹き込みノズルで、そのガス噴出口１１ａに、水平板１２ａと、この水平板１２ａの外周端から垂下させた垂直板１２ｂとで形成される整流板１２を設けている。
【００２２】
そして、前記水平板１２ａは、その外周の半径Ｒ（m）が、前記ガス吹き込みノズル１１の内周面半径ｒ（m）に、ガス吹き込みノズル１１から吹き出されるガスの出口流速（m／s）の２倍を加えた値以上の大きさ、例えば外周の半径が０．１５mで、内周の半径が５０mmのリング状を有している。
【００２３】
また、前記垂直板１２ｂは、その高さｈ（m）が、水平板１２ａの前記半径Ｒ（m）以上か、もしくは、溶鋼４の湯面とガス吹き込みノズル１１のガス噴出口１１ａとの間隔Ｌの１／２の何れか小さい方、例えば０．１５mとなされている。
【００２４】
このような高さの垂直板１２ａは、水平板１２ａの外周全域に設けるのではなく、前記水平板１２ａの外周の１／３以上、１／２以下の範囲（m）だけ、例えば水平板の１／２周、図２に示すように、その内周面側が浸漬管２と対向するように設ける。
【００２５】
このような本発明のガス吹き込みノズル１１を用いたＲＨ法による極低窒素鋼の製造では、図２（ｂ）に示すように、ガス流動を制御することが可能となる。すなわち、本発明のガス吹き込みノズル１１から浸漬管２の周りに不活性ガスをパージすれば、整流板１２の軸中心から内側（浸漬管２側）では循環流（矢印イ）が形成される。これに対し、整流板１２の軸中心から垂直板１２ｂ側では、垂直板１２ｂの効果によって鉛直方向の流れ（矢印ロ）となってパージガス流に合流することになる。
【００２６】
従って、本発明のガス吹き込みノズル１１を用いたＲＨ法による本発明の極低窒素鋼の製造方法では、パージガス流に巻き込まれる外気は極小化されて真空槽３と取鍋５の間の開口部６からの空気の巻き込みを効果的に防止でき、鋼中窒素濃度の上昇に対する影響を事実上無視しうる程度に抑制できるようになる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験結果の一例について説明する。
実験は、転炉で粗脱炭した溶鋼約３００tonを用いて行った。この溶鋼の取鍋への出鋼時にＡｌを添加したが、ＲＨで真空脱炭を行う場合は未脱酸のまま出鋼した。この取鍋をＲＨに移送し、速やかに処理を開始した。そして、ＲＨ処理開始と同時に、前述の各ガス吹き込みノズルから０．５Nm3／hrのＡｒガスを溶鋼面に向けて垂直に吹き込んでパージを行った。
【００２８】
比較例として、前述のガス吹き込みノズルのガス噴出口に整流板を設けないガス吹き込みノズルを用いたもの（比較例１）と、全くパージを行わずに通常の処理を行った場合（比較例２）について同様の条件で実験した。
なお、処理時間は１３分〜３０分、真空度は１３３Pa〜１３３０Paであった。
【００２９】
処理前のＮ濃度と処理後のＮ濃度を分析し、吸窒、脱窒速度を求めた。脱窒速度は次式で求めた。
脱窒速度＝（処理前Ｎ濃度−処理後Ｎ濃度）／処理時間
処理前、処理後のＮ濃度はppm、処理時間は分とし、脱窒速度はppm／分とした。
【００３０】
なお、脱窒、すなわち処理前Ｎ濃度＞処理後Ｎ濃度の場合、脱窒速度は正となり、吸窒、すなわち処理前Ｎ濃度＜処理後Ｎ濃度の場合、脱窒速度は負となる。
発明例と各比較例で用いた溶鋼主要成分と脱窒速度を下記表１に示す。
【００３１】
【表１】
2006336100.tif 000003
【００３２】
表１より、発明例では鋼種によらず大きな脱窒速度が得られることが明らかである。
一方、比較例１では脱窒速度が正の場合もあるが、負の場合もあり、性能が安定しないことが分かる。また、比較例２では脱窒速度は全て負となり、全て吸窒が進行した。
【００３３】
本発明は、上記の実施例に示したものに限られるものではなく、各請求項に記載した技術的思想の範囲内で適宜実施態様を変更しても良いことはいうまでもない。
【００３４】
例えば、以上の実施例では、整流板を形成する水平板はリング状のものについて説明したが、リング状のもの以外でも良い等である。但し、水平板がリング状以外の場合、垂直板の高さを求める際に用いる水平板の半径は、同一面積の円形の半径を使用する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、上記の例に限らず、本発明と同様に外気の巻き込みを防止しつつパージするものであれば、他の用途に用いられるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のガス吹き込みノズルの整流板を説明する図で、（ａ）は正面から見た断面図、（ｂ）は底面から見た図である。
【図２】（ａ）は本発明のガス吹き込みノズルの配置位置を垂直断面方向から示した図、（ｂ）は整流効果のイメージを示した図である。
【図３】本発明のガス吹き込みノズルの配置位置を水平断面方向から示した図である。
【図４】整流板のないガス吹き込みノズルを用いた場合のパージガスの流れのイメージを示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
２    浸漬管
３    真空槽
４    溶鋼
５    取鍋
６    開口部
１１    ガス吹き込みノズル
１１ａ    ガス噴出口
１２    整流板
１２ａ    水平板
１２ｂ    垂直板
【図１】
2006336100.tif 000004
【図２】
2006336100.tif 000005
【図３】
2006336100.tif 000006
【図４】
2006336100.tif 000007