(57)【要約】ＲＨ装置において溶鋼を脱炭する方法は、鋼浴に溶解して系中に存在する酸素による自然脱炭のため放出されるＣＯの真空容器（２）中における上昇を開始して、溶湯の初期炭素含有量及び初期酸素含有量に関係して計算される酸素量が吹込まれ、吹込み過程の開始のために、初期炭素含有量に関係して計算される開始圧力が求められる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＨ装置において溶鋼を脱炭する方法であって、循環する鋼が、容器（１）から真空になっている真空容器（２）へ導かれ、また容器（１）へ戻され、真空容器（２）にある鋼浴の浴表面に対して間隔をおいて向けられる吹込みランス（５）により、酸素又は酸素ガス含有ガスが鋼浴へ吹付けられるものにおいて、鋼浴中に溶解して系中に存在する酸素による自然脱炭のため放出されるＣＯの上昇を真空容器中において開始して、脱炭すべき装入物における初期炭素含有量と初期酸素含有量との比に基いて式
2005517812.tif 000012
に従って脱炭のために式
2005517812.tif 000013
に従って計算すべき酸素必要量を手掛かりとして計算される酸素量が吹込まれ、吹込み過程の開始のため、真空容器に現われる開始圧力（Ｐｓｔａｒｔ）が、溶鋼の初期炭素含有量（Ｃｉｎｉ）に関係して、式
2005517812.tif 000014
により求められ、
廃ガス量の境界条件（ＣＯ＋ＣＯ２）＝５％及びＣＯ２／ＣＯ＋ＣＯ２＝３０％に達した際吹込み過程が終了せしめられ、ここで
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ＯＤｅｃ  は脱炭に必要な酸素成分（ｐｐｍ）、
ＯＥｎｄＤｅｃは脱炭過程の終わりに装入物中に存在する酸素成分（ｐｐｍ）
Ｃｉｎｉ  は溶鋼の初期炭素含有量（ｐｐｍ）、
Ｏｉｎｉ  は溶鋼の初期酸素含有量（ｐｐｍ）、
Ｇｃｈ    は装入物の重量（ｋｇ）、
2005517812.tif 000016
をそれぞれ意味する
ことを特徴とする、脱炭方法。
【請求項２】
真空容器（２）内に存在する鋼浴の浴表面が、吹込みノズル（１０）から高い速度で流出するコンパクトな酸素吹込み噴流（６）を当てられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
吹込みノズル（１０）において発生される吹込み速度が超音速に設定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
調節円錐（１１）の移動により可変な動作範囲を持つ吹込みノズル（１０）が使用されて、真空容器内の僅かな背圧では、吹込みノズル（１０）により発生される吹込み噴流の超音速流が維持されるようにしていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、ＲＨ装置において溶鋼を脱炭する方法であって、循環する鋼が、容器から真空になっている真空容器へ導かれ、また容器へ戻され、真空容器にある鋼浴の浴表面に対して間隔をおいて向けられる吹込みランスにより、酸素又は酸素ガス含有ガスが鋼浴へ吹付けられるものに関する。
【０００２】  このようなＲＨ装置は図１に示されており、容器１から成り、脱炭過程を実施するため、この容器１上に真空容器２が載置され、その底から出る２つの没入管８が、容器１内にある溶鋼へ没入している。真空容器２は、その接続管片３を図示しない真空ポンプに接続されているので、真空容器２内に設定される真空のため、容器１から真空容器２へ、またこの真空容器２から容器１への溶鋼の循環が行われる。この循環は、注入装置４を介してアルゴンのような不活性ガスを没入管８の１つへ入れることにより、援助される。真空容器２内に移動可能に設けられる吹込みランス５を介して、真空容器２内にある鋼浴の浴表面７へ酸素噴流６が吹付けられる。
【０００３】  ＲＨ法の範囲におけるこの酸素吹込みは、種々の理由から目的に適している。第１の理由は、容器内にある溶鋼の装入物に溶解している酸素含有量が、自然なやり方で必要な脱炭を生じるのに充分でないことである。この事情から、以下に説明する本発明が出発している。別の理由は、装入物の温度が低すぎるので、酸素による装入物の“過精錬”により、脱炭に必要であるより多くの酸素が受入れられ、この付加的に受入れられる酸素は通常アルミニウムを介して結合され、それにより温度上昇を生じるか、又は自然脱炭のために充分な酸素が存在する場合にも、酸素泡により脱炭が促進されることである。
【０００４】  普通の吹込み過程は、固定的に設定される所定の真空圧力で、装入物の必要な脱炭度が得られるまで、あまり詳細には規定されない量の酸素が浴表面へ吹付けられるように、行われる。吹込み過程は、一般に過剰の酸素で行われる。
【０００５】  最初にあげた種類の方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公告第０３４７８８４号明細書に記載されている。この公知の方法では、脱炭により放出されるＣＯが、脱炭段階に続いて前述したように供給される過剰酸素を介して再燃焼せしめられ、それにより得られる熱が方法過程のために利用可能であることによって、真空容器中で脱炭される鋼の熱損失が最小にされるようにするため、ＲＨ装置の真空容器への酸素の吹込みが行われる。特に再燃焼のため酸素又は酸素含有ガスの吹込みは、廃ガス量の境界条件（ＣＯ＋ＣＯ２）≧５％及びＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）≧３０％により定義されている。その点で、公知の方法の範囲内で使用される酸素吹込みは、冶金過程及び必要条件には合わされていない。
【０００６】  現在の冶金の要求において、脱炭終了の際典型的に１０ｐｐｍと１５ｐｐｍの間にある脱炭された浴鋼の低い最終炭素含有量が重要な位置を占めているので、本発明の基礎になっている課題は、鋼において僅かな最終炭素含有量が得られ、吹込むべき酸素の必要量が一層低く設定されるようにする、溶鋼の脱炭方法を提示することである。
【０００７】  この課題の解決策は、本発明の有利な構成及び展開を含めて、発明の詳細な説明に先行する特許請求の内容から明らかになる。
【０００８】    詳細には本発明によれば、鋼浴中に溶解して系中に存在する酸素による自然脱炭のため放出されるＣＯの上昇を真空容器中において開始して、脱炭すべき装入物における初期炭素含有量と初期酸素含有量との比に基いて式
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に従って脱炭のために式
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に従って計算すべき酸素必要量を手掛かりとして計算される酸素量が吹込まれ、吹込み過程の開始のため、真空容器に現われる開始圧力（Ｐｓｔａｒｔ）が、溶鋼の初期炭素含有量（Ｃｉｎｉ）に関係して、式
2005517812.tif 000005
により求められ、
廃ガス量の境界条件（ＣＯ＋ＣＯ２）＝５％及びＣＯ２／ＣＯ＋ＣＯ２＝３０％に達した際吹込み過程が終了せしめられ、ここで
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ＯＤｅｃ  は脱炭に必要な酸素成分（ｐｐｍ）、
ＯＥｎｄＤｅｃは脱炭過程の終わりに装入物中に存在する酸素成分（ｐｐｍ）
Ｃｉｎｉ  は溶鋼の初期炭素含有量（ｐｐｍ）、
Ｏｉｎｉ  は溶鋼の初期酸素含有量（ｐｐｍ）、
Ｇｃｈ    は装入物の重量（ｋｇ）、
2005517812.tif 000007
をそれぞれ意味する。
【０００９】  本発明は、自然脱炭のためできるだけ早期に酸素が溶鋼へ入れられるようにして、溶鋼中の炭素含有量がまだ高い場合、酸素の充分な供給により、溶鋼中に溶解している炭素と反応してＣＯとし、溶鋼からガス状で逃げ出し、それにより酸素泡の効率を高める、という認識を考慮している。
【００１０】  その際装入物の脱炭のため取鍋スラグ又は真空容器に付着する鋼屑のような酸素供給源を考慮して装入物の単位重量当たり必要とされる酸素の必要量が、既知の量としての溶鋼の初期炭素含有量と溶鋼の初期酸素含有量との比によって説明され、従って吹込むべき酸素量の計算の基礎として利用可能なので、脱炭すべき装入物の量（ＧＣＨ）及び吹込み過程の終わりに装入物に設定されるべき最終酸素含有量（ＯＥｎｄＤｅｃ）を考慮して必要な酸素の全体量を求めて吹込むことができる。普通の方法では、一般に２００ｐｐｍと４００ｐｐｍとの間、平均して３００ｐｐｍの最終酸素含有量が、装入物において設定される。２００ｐｐｍより少ない最終酸素含有量では、効果的に引続く脱炭を行うのに少なすぎる酸素しか利用できないので、脱炭過程が不必要に長くなる。最終酸素含有量が４００ｐｐｍより上にあると、特にアルミニウムの溶湯にある酸素を結合するための脱酸剤の必要量が著しく増大する。なぜならば、脱炭過程の終わりに溶湯中にまだ存在する酸素を結合せねばならないからである。高すぎる最終酸素含有量では、必要な脱酸剤により、溶湯の鋳造の際有害となる品質上の問題が生じる。
【００１１】  しかし本発明によれば、吹込むべき酸素の必要量が求められるだけでなく、同時に吹込み過程の開始が、溶湯の初期炭素含有量に関係して規定すべき開始圧力として求められて、吹込むべき酸素の量が、再燃焼に達するまで入れられ、酸素過剰で始まる再燃焼の開始前に、酸素泡による脱炭が終了しているようにする。
【００１２】  詳細には、本発明による方法を実施するために、第１の段階として、脱炭すべき溶湯の各装入物に対して、吹込むべき酸素量の計算が、溶湯中の初期炭素含有量及び初期酸素含有量に関係して行われる。装入物の脱炭のため吹込むべき酸素量は、装置に特有な状態にも関係している。なぜならば、脱炭のために必要な酸素必要量は、例えば真空容器に付着している鋼屑又は存在する取鍋スラグのような過程に基因する酸素源により、一部既にまかなわれるからである。通常ＲＨ装置は、製品群に応じて大幅に同じ組成を持つ溶湯を処理するので、ＲＨ装置の操業中に実質的な相違は生じないので、装置に特有な状態は、測定データの検出を含む検査系列の実施を介して検出され、それに基く近似関数において検出される。
【００１３】  検査系列の範囲内で、検出すべき初期炭素含有量Ｃｉｎｉ及び検出すべき初期酸素含有量Ｏｉｎｉを持つ装入物は、酸素の吹付けにより脱炭され、脱炭過程の終了直前に取出される試料について、溶湯の酸素含有量が検出され、この時点まで実際に吹付けられた酸素の量が求められる。個々の試料装入物の比較検出のための基準量として、例えば３００ｐｐｍの高さにある所望の酸素含有量が規定され、取出された試料において測定される実際の酸素含有量が、基準量（３００ｐｐｍ）から上方又は下方にずれているかに応じて、測定により求められる実際の吹付け酸素量が、基準量として基礎にされる最終酸素含有量に関する吹込み量Ｑｉｓｔ（Ｎｍ３）に換算されるか又は修正される。前記の結果は座標系へ移され、この座標系において横座標に、比Ｃｉｎｉ／Ｏｉｎｉがとられ、縦座標に、実際に吹込まれ、場合によっては修正により換算される酸素量Ｑｉｓｔがとられる。必要な精度を得るために、少なくとも１０回の実験を行わればならない。
【００１４】  得られる測定点により座標系に示される曲線は、次のような多項式で数学的に表わされ、
ｙ  ＝  ａｘ２  ＋  ｂｘ  ＋  ｃ
この場合座標系において保持されるパラメータのため、ｙ＝ＯＤｅｃ（ｐｐｍ）及びｘ＝Ｃｉｎｉ／Ｏｉｎｉである。多項式の係数ａ，ｂ，ｃは、真空中で行われる脱炭中にどんな範囲で付加的な酸素が、装置又は過程に基く酸素源を介して、実際の酸素必要量を求める際考慮されるべきかを表わしている。
【００１５】  図３には、ＲＨ装置に属する多項式を求めるための適当な実施例が示されており、基礎となっているＲＨ装置において８つの試験装入物が脱炭過程を受けている。図３に示す測定結果のグラフは、基準点を通る曲線を描く多項式になる。
ｙ  ＝  −３５．０４６ｘ２  ＋  ２９４ｘ  −  ２３０．３７
ここで係数はそれぞれｐｐｍの次元で示されているので、この装置の酸素必要量ＯＤｅｃは
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になる。
【００１６】  初期炭素含有量Ｃｉｎｉ＝４００ｐｐｍ、初期酸素含有量Ｏｉｎｉ＝３０７ｐｐｍ及び設定すべき最終酸素含有量ＯＥｎｄＤｅｃ＝３００ｐｐｍを持つ溶湯の３００ｔを含む装入物の実施例に適用されると、その結果得られる比Ｃｉｎｉ／Ｏｉｎｉ＝１．３０において
ＯＤｅｃ＝３５．０４６・１．３２＋２９４・１．３−２３０．３７［ｐｐｍ］
ＯＤｅｃ＝９２．６  ｐｐｍ
が得られる。
2005517812.tif 000009
2005517812.tif 000010
【００１７】  本発明により求められる脱炭用の必要量を、図３に従ってＣｉｎｉ／Ｏｉｎｉ＝１．３のために入れられる実際の酸素量と比較すると、明らかな減少が生じる。従って前述した例に対応させると、適用すべき多項式に関して検査されるＲＨ装置に対して、吹込みランスを介して入れるべき酸素の必要量は、溶湯の脱炭すべき各装入物の分析の分析値Ｃｉｎｉ及びＯｉｎｉに関係して求められる。
【００１８】  本発明にとって重要な別の段階は、溶湯中の初期炭素含有量に関係して計算された限界圧力＝Ｐｓｔａｒｔに達すると、計算された酸素量の吹込みを開始することである。圧力低下の始めに、廃がス中における低いＣＯ発生により、またそれに対して残余空気及び漏れガスからの高い酸素割合により、酸素の別の吹込みなしでも、まず自然に始まる再燃焼が起こるが、引続く過程中における再燃焼速度は、増大するＣＯ発生のため減少する。その点で吹込み過程の開始のための開始圧力Ｐｓｔａｒｔは、溶湯における初期炭素含有量にかなり関係している。
【００１９】  開始圧力に対しても、装置に特有なパラメータとの関係がある。脱炭に必要な酸素必要量を規定する際の方法と同じように、吹込み過程のための開始圧力の本発明による決定に関しても、まず装置に特有な影響が、測定データの検出を含む検査系列の実施を介して求められ、それに基く近似関数の形で検出される。
【００２０】  検査系列の範囲内で、異なる初期炭素含有量Ｃｉｎｉを持つ装入物が、圧力低下の際そのＣＯ放出量を観察され、最高のＣＯ交換（ＣＯ−Ｐｅａｋ）がＮｍ３で検出され、またこのＣＯ放出量に相当する圧力Ｐがｍｂａｒで検出される。これらの測定結果はグラフで座標系に移され、この座標系において横座標に初期炭素含有量Ｃｉｎｉがとられ、左の縦座標に圧力Ｐがとられ、右の縦座標にＣＯ放出量がとられている。必要な精度を得るため、再び１０回の実験が行われた。
【００２１】  座標系において得られた測定点を通る曲線は、再び次のような多項式により数学的に表わされる。
ｙ  ＝  ａｘ２  ＋  ｂｘ  ＋  ｃ
この場合ｙ＝Ｐｓｔａｒｔ、ｘ＝Ｃｉｎｉを意味する。
多項式の係数ａ，ｂ，ｃは、再びＣＯ−Ｐｅａｋを決定する装置特有のパラメータを考慮している。
【００２２】  図４には、前述した方法が実施例により示されており、全部で１２の装入物が使用されている。測定点を通る曲線から次の多項式が得られる。
ｙ＝−０．０００２ｘ２＋０．２１５９ｘ＋１１８．０１
【００２３】  初期炭素含有量Ｃｉｎｉ＝４００ｐｐｍを持つ実施例に適用すると、対応する開始圧力が求められる。
Ｐｓｔａｒｔ＝−０．０００２・４００２＋０．２１５９・４００＋１１８．０１
Ｐｓｔａｒｔ＝１７２．４ｍｂａｒ
【００２４】  この開始圧力では、再燃焼の起こる前に吹込み過程を終了するため、８２．４８Ｎｍ３と計算される酸素量の導入を開始せねばならない。
【００２５】  実際の反応において、吹付け過程の開始のための開始圧力を規定する際、サイクル開始と吹付けの開始との間の遅れを考慮せねばならない。この時間間隔は、自動化される過程の開始、ランス移動、及び保護ガス操業から酸素吹付け操業への切換えを含んでいる。この場合装置の構成に応じて、例えば４５秒までの時間遅れが生じてもよい。この時間間隔は、サイクル開始の際と酸素吹付けの始めにおける圧力の差としても表わされる限り、この圧力差はＰｓｔａｒｔを規定する際考慮すべきである。
【００２６】  吹込み過程の期間は、酸素必要量の規定に加えて、再燃焼の監視により監視すべきである。なぜならば、吹込み過程の終了のための限界値として、３０％の再燃焼割合を維持すべきであり、この再燃焼割合以上では、冶金的にかつ脱炭割合で見ると、酸素の吹付けはもはや効果的でなく、公知技術におけるように、真空容器内の脱炭された鋼の熱損失を少なくするのに役立つにすぎないからである。まず脱炭段階中における酸素吹込みは、他の操業パラメータを最適に設定しても、鋼浴から放出されるＣＯの部分的な再燃焼を生じる。酸素吹込み中における再燃焼割合は、溶湯からのＣＯ放出に直接関係している。再燃焼の割合は脱炭割合に応じて多く又は少なく増大し、脱炭割合従ってＣＯ放出が低下する場合、酸素吹込み中に再燃焼が増大することは明らかである。従って酸素の吹込みのために最適な操業範囲は、限界圧力Ｐｓｔａｒｔに達すると始まり、その際最適な操業範囲は溶湯の一層高い初期炭素含有量と共に延びる。詳細には、真空容器内に生じる真空圧力の監視は、特に酸素吹込みの終わりにおいて、僅かな再燃焼で酸素の最適な生成を維持するための示唆として役立つ。実際に真空容器内の圧力レベルは、真空ポンプの所定の吸引能力において、放出されるガスの量に関連し、処理過程中における廃がス中のＣＯ含有量は、溶湯の初期炭素含有量に関係している。従って同じ酸素吹込み条件では、所定の圧力における再燃焼割合は、真空容器内の真空圧力が低く現われるほど、それだけ高い所にある。このことは、少なくなるＣＯ発生と共に圧力低下が起こることによって分かる。
【００２７】  酸素泡の効率は更に、溶鋼への酸素の導入にも関係している。なぜならば、従来技術におけるように浴面より上で、放出されるＣＯの再燃焼が行われるのではなく、溶鋼中に溶解する炭素と反応するために、吹込まれる酸素が溶鋼中で溶解されるようにするからである。酸素生成即ち鋼浴中に溶解している酸素と浴表面へ吹付けられる酸素との比は、個々の場合ＲＨ容器における吹込みランス位置の高さ、溶湯面の自由表面従ってＲＨ容器の直径、及びＲＨ容器を通る溶湯の循環割合に著しく関係している。一般にこの酸素生成は約８０〜９０％で始められるので、吹込み過程のための実際の反応において計算で求められ
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【００２８】  酸素生成は、浴表面にコンパクトな酸素噴流を小さい表面へ高い速度で当てる吹込みノズルの構成によっても影響され、それにより酸素が、循環により運動状態に保たれる溶鋼へ充分深く侵入する。このため本発明の実施例によれば、ラバルノズルとして構成される吹込みノズルに、超音速の吹込み噴流が発生されて、理想的には浴表面へ当たるまで細い円筒状に保たれ、扇状に広がることはない。鋼浴面からの吹込みノズルの間隔も適当に設定され、公知の範囲内で２．５ｍと５．５ｍの間に保たれる。
【００２９】  ノズルの形状寸法を吹込み過程のためのパラメータの変化に少なくともある程度合わせることができるようにするため、移動可能な調節円錐により形状を変化可能な吹込みノズルの使用が考慮され、このノズルが図２に概略図で示されている。調節円錐１１は位置Ｐｏｔ１で示される位置にあると、これは完全に開かれているノズル断面１２を意味し、この断面でラバルノズル１０が、規定された設計点に従って動作する。調節ノズル１１が位置Ｐｏｔ２にあると、ノズルの形状寸法は著しく小さい背圧に設計されている。しかし入口圧力が不変であると、ノズルを通る流量は減少する。
【００３０】  特許請求の範囲、発明の詳細な説明、要約及び図面に開示されたこの書類の対象の特徴は、単独でも任意の組合せでも、本発明を種々の実施形態で実施するために重要である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  ＲＨ装置を示す。
【図２】  吹込みノズルを示す。
【図３】  初期炭素含有量と初期酸素含有量との比に関して酸素吹込み量の変化を示す。
【図４】  初期炭素含有量に関して圧力の変化を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005517812.tif 000021
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2005517812.tif 000023
2005517812.tif 000024
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