(57)【要約】【課題】溶鋼の真空精錬において、真空槽中に配置したランスからガス単体又は粉体混合ガスを真空槽内溶鋼表面に吹き付けるに際し、安価な設備で、ランスからの吐出方向を変更でき、さらに、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化できる、溶鋼の精錬装置及び溶鋼の精錬方法を提供する。【解決手段】真空槽中の溶鋼表面にガスを吹き付けるためのランス６先端の端部１２には２〜４個のガス吐出用のノズル７を有し、ノズル７はランス中心軸２９を軸として回転対称となる位置に配置され、各ノズル７からのガス流量をそれぞれ独立に定めることができ、端部１２よりもガス吐出流の下流側、かつ、ノズル外周よりも外方側に、スカート部８を有する。一部のノズル７については、全ノズルの平均ガス流量よりもガス流量を多くする。大流量吐出を行うノズル７を順次交替する。【選択図】図１
2019052333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を収容する真空槽を有する溶鋼の精錬装置であって、
前記真空槽は、真空槽中の溶鋼表面にガス単体又は精錬用粉末混合ガスを吹き付けるためのランスを有し、
ランス先端の端部には２〜４個のガス吐出用のノズルを有し、前記ノズルの位置はランス中心軸を軸として回転対称となる位置に配置され、各ノズルからのガス流量をそれぞれ独立に定めることができ、
前記端部よりもガス吐出流の下流側、かつ、前記ランス中心軸から見てノズル外周よりも外方側に、スカート部を有することを特徴とする溶鋼の精錬装置。
【請求項２】
ノズル直径をｄ0、隣接するノズル間のノズル外周の最短距離をｄ1、前記端部におけるスカート部とノズル外周との最短距離をｄ2、端部からスカート部先端までの距離をｈ、前記ランス中心軸を含む断面においてランス中心軸に対するスカート部の傾斜角度をθとし、以下の（１）式〜（４）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の精錬装置。
０°≦θ≦８°                    ・・・（１）
０．１≦ｄ1／ｄ0≦０．４        ・・・（２）
２．５≦ｈ／ｄ0≦４．０          ・・・（３）
０．１≦ｄ2／ｄ0≦２．０        ・・・（４）
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の溶鋼の精錬装置を用いた溶鋼の精錬方法であって、前記ノズルからガス単体又は精錬用粉末混合ガスを吐出して真空槽内の溶鋼表面に吹き付けるに際し、一部のノズルについては、全ノズルの平均ガス流量よりもガス流量を多く（以下「大流量吐出」という。）することを特徴とする溶鋼の精錬方法。
【請求項４】
前記溶鋼の精錬装置がＲＨ真空脱ガス装置であり、前記ノズルの個数が２個であり、前記大流量吐出を行うノズルを選択し、ランスからの吐出流が真空槽内溶鋼表面に到達する到達位置を、上昇管位置とすることを特徴とする請求項３に記載の溶鋼の精錬方法。
【請求項５】
精錬中において、時間の経過とともに前記大流量吐出を行うノズルを順次交替することを特徴とする請求項３に記載の溶鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の真空精錬において、真空槽中に配置したランスからガス単体又は粉体混合ガスを真空槽内溶鋼表面に吹き付けるための、溶鋼の精錬装置及び溶鋼の精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転炉や電気炉での一次精錬が完了した溶鋼は、取鍋に収容される。取鍋内の溶鋼に対して、二次精錬として、溶鋼の真空精錬が行われる。溶鋼の真空精錬処理では、成分調整、不純物除去、温度調整などといった幅広い精錬が行われている。これらの精錬を行う際、真空槽内に収容された溶鋼の上方に設置されたランスからガス単体、またはガスと精錬用粉末を混合した精錬用粉末混合ガスを溶鋼に吹き付ける場合がある。吹き付けたガスと溶鋼、または精錬用粉末と溶鋼との間で精錬反応が進行する。この精錬反応の速度を増大させることで、真空精錬処理に要する時間の短縮、ガスまたは精錬用粉末の使用量削減などといった処理コストの低減ができる。
【０００３】
溶鋼の真空精錬装置として、ＲＨ真空脱ガス装置が好適に用いられる。図３に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置は真空槽１を有し、真空槽１の底部に２本の浸漬管２が設けられている。溶鋼を収容した取鍋５内の溶鋼２４中に浸漬管２を浸漬し、真空排気系２３によって真空槽内を減圧することにより、取鍋内溶鋼が吸い上げられて真空槽中に溶鋼が導入される。２本の浸漬管２のうちの１本（上昇管３）については、内壁から環流ガス２２としてＡｒガスを吹き込むことによって溶鋼を上昇させる。上昇管３から真空槽１中に流入した溶鋼は、もう１本の浸漬管（下降管４）を経由して取鍋内に流出する。上昇管３は側面から環流ガス２２を吹き込むため、耐火物の損耗が激しい。２本の浸漬管２の耐火物寿命を平準化する目的で、環流ガスを吹き込む浸漬管を入れ替えることが行われる。そのため、上昇管３が入れ替わることになる。
【０００４】
特許文献１には、真空槽の上蓋を貫通して挿入され、上下動可能に設けられた上吹ランス装置であって、前記上吹ランス装置のランスの先端部に軸芯に対して下向きに２０〜５０度の角度を有するランス孔を設けるとともに、前記ランスを軸芯中心に回転させる機構と、任意の位置でその回転を停止させる機構を設けた上吹ランス装置が開示されている。ランス孔から粉体を溶鋼表面に吹き付けて脱硫反応等を促進させるために、粉体分散ゾーンを上昇管直上まで広げるよう、ランスを回転させ任意の位置で回転を停止させるとしている。但し、ランスに回転機構を設けるためには、大規模な設備改造が必要となり、高コストとなる。
【０００５】
特許文献２では、ＲＨ脱ガス設備で真空槽内に挿入した水冷上吹きランスを介して酸素含有ガスを真空槽内の溶鋼に吹き付ける酸素含有ガス上吹き装置において、前記水冷ランスの先端に真空槽内溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けるように設置されたノズルの内側面に、該酸素含有ガス噴出方向に交差する方向にガスを吹き出す方法を提案している。但し、このランスはガスのみを吹き付ける用途のみであり、精錬用粉末をガスと混合して吹き付けようとする場合、粉末がガス吹き込みの孔に詰まってしまう。
【０００６】
特許文献３では、ＲＨ脱ガス設備での酸素含有ガス上吹き装置、真空槽内の溶鋼に酸素を吹き付ける上吹きランスであって、前記酸素を噴射する円形の開口部が前記上吹きランスの先端部に複数設けられ、前記溶鋼に吹き付ける酸素流を分散する方法が提案されている。真空槽内の溶鋼にガスを吹き付ける従来のランスノズルにおいては、ラバールノズルを１個設けたランスから音速を超える流速のガスを吹き付けている。吹き付けたガスが溶鋼表面の１箇所に集中し、溶鋼が飛び散って真空槽内地金付着の原因となる。特許文献３に記載のランスを用いることにより、ガス流を分散させ、飛沫生成量を抑制できるとしている。但し、このランスではガスが分離しているため、一つの開口部から噴出されるガスの流速は小さくなることで、溶鋼に到達する前に真空排気系へと散逸してしまう割合が高くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−４１８２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６０８３号公報
【特許文献３】特開２００５−６０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のとおり、ＲＨ真空脱ガス装置を用いた真空精錬において、真空槽内の溶鋼表面にガスを吹き付けるに際し、上昇管直上の溶鋼表面に吹き付けることとすると好ましい。上昇管側壁から吹き込まれる攪拌ガス気泡が溶鋼表面において破裂する強攪拌領域に向けてガスを吹き付ける方法である。一方、２本の浸漬管を交互に入れ替えて上昇管とするので、上昇管を交替したときには、ガス吹き込み位置も変更する必要がある。特許文献１に記載の方法では、ランスに回転機構を設けるためには、大規模な設備改造が必要となり、高コストとなる。特許文献２に記載の方法では、精錬用粉末をガスと混合して吹き付けようとする場合、粉末がガス吹き込みの孔に詰まってしまう。
【０００９】
本発明は、上昇管の位置が変更になっても上昇管直上の溶鋼表面にガスを吹き付けることが可能であり、さらに、安価な設備でかつ精錬用粉末混合ガスを吹き付けることを可能とする、溶鋼の精錬装置及び溶鋼の精錬方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
鋼の真空精錬において、真空槽内溶鋼表面にガス単体又は精錬用粉末混合ガスを吹き付けて精錬を行うに際し、精錬反応速度を増大することは重要である。これにより、不純物除去精錬においてはより低い不純物濃度まで精錬を進めることができ、あるいは精錬時間を短縮することができる。
【００１１】
精錬反応速度の増大には、反応の生じる界面積の増加と、溶鋼中に溶解したガス成分の濃化領域または溶鋼に着地した精錬用粉末の滞留領域の低減、が有効である。そのためには、ガス単体またはガスと精錬用粉末を広い角度でランスから噴射する方法、あるいは、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させる方法、が有効な手段として挙げられる。特許文献３に記載の発明は、複数の開口部（ノズル）からガスを吹き出すことにより、ガス流を分散させているが、同文献に記載の発明では、溶鋼に到達する前に真空排気系へと散逸してしまう割合が高くなってしまう。
【００１２】
本発明は、吹き付けるガスが散逸することなく、反応の生じる界面積を増加することのできる方法であって、さらに、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させることができる、溶鋼の精錬装置及び溶鋼の精錬方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］溶鋼を収容する真空槽を有する溶鋼の精錬装置であって、
前記真空槽は、真空槽中の溶鋼表面にガス単体又は精錬用粉末混合ガスを吹き付けるためのランスを有し、
ランス先端の端部には２〜４個のガス吐出用のノズルを有し、前記ノズルの位置はランス中心軸を軸として回転対称となる位置に配置され、各ノズルからのガス流量をそれぞれ独立に定めることができ、
前記端部よりもガス吐出流の下流側、かつ、前記ランス中心軸から見てノズル外周よりも外方側に、スカート部を有することを特徴とする溶鋼の精錬装置。
［２］ノズル直径をｄ0、隣接するノズル間のノズル外周の最短距離をｄ1、前記端部におけるスカート部とノズル外周との最短距離をｄ2、端部からスカート部先端までの距離をｈ、前記ランス中心軸を含む断面においてランス中心軸に対するスカート部の傾斜角度をθとし、以下の（１）式〜（４）式を満足することを特徴とする上記［１］に記載の溶鋼の精錬装置。
０°≦θ≦８°                    ・・・（１）
０．１≦ｄ1／ｄ0≦０．４        ・・・（２）
２．５≦ｈ／ｄ0≦４．０          ・・・（３）
０．１≦ｄ2／ｄ0≦２．０        ・・・（４）
［３］上記［１］又は［２］に記載の溶鋼の精錬装置を用いた溶鋼の精錬方法であって、前記ノズルからガス単体又は精錬用粉末混合ガスを吐出して真空槽内の溶鋼表面に吹き付けるに際し、一部のノズルについては、全ノズルの平均ガス流量よりもガス流量を多く（以下「大流量吐出」という。）することを特徴とする溶鋼の精錬方法。
［４］前記溶鋼の精錬装置がＲＨ真空脱ガス装置であり、前記ノズルの個数が２個であり、前記大流量吐出を行うノズルを選択し、ランスからの吐出流が真空槽内溶鋼表面に到達する到達位置を、上昇管位置とすることを特徴とする上記［３］に記載の溶鋼の精錬方法。
［５］精錬中において、時間の経過とともに前記大流量吐出を行うノズルを順次交替することを特徴とする上記［３］に記載の溶鋼の精錬方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、溶鋼の真空精錬において、真空槽中に配置したランスからガス単体又は粉体混合ガスを真空槽内溶鋼表面に吹き付けるに際し、上昇管の位置が変更になっても上昇管直上の溶鋼表面にガスを吹き付けることが可能であり、さらに、安価な設備でかつ精錬用粉末混合ガスを吹き付けることが可能となる。さらに、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】２孔ノズルを有する本発明のランス先端部を示す図であり、（Ａ）は下から見た図、（Ｂ）は側面断面図である。
【図２】本発明のランス先端部を下から見た図であり、（Ａ）は３孔ノズル、（Ｂ）は４孔ノズルを有する場合である。
【図３】本発明のランスを備えたＲＨ真空脱ガス装置を示す断面図である。
【図４】スカート部の傾斜角度と吹き付け後Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図５】スカート部の高さと吹き付け後Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図６】ノズル間の間隔と吹き付け後Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図７】ノズルとスカート部の間隔と吹き付け後Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図８】ノズルの個数と吹き付け後Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図９】２孔ノズルのノズル出口でのガス噴出状況について、（Ａ）は右側のノズルを大流量吐出ノズルとした場合、（Ｂ）は左側のノズルを大流量吐出ノズルとした場合について示す図である。
【図１０】１孔ノズルのノズル出口でのガス噴出状況を示す図であり、（Ａ）はスカート部なし、（Ｂ）はスカート部ありの場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図１０に基づいて本発明の説明を行う。
本発明は、溶鋼の真空精錬において、図３に示すように、真空槽１内にてランス６先端のノズル７から吹き出すガスを溶鋼表面２５に吹き付けるに際し、ガス単体又は精錬用粉末混合ガスを用いることができ、大規模な設備改造を必要としない簡易な設備を用いて、下記目的を達成するものである。即ち、第１に、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽１において、上昇管３の位置が変更になっても、吹き付けるガスが上昇管位置２６となるように吹き付け方向の変更を可能とする。第２に、ガスを散逸させることなく、溶鋼表面におけるガス吹き付け面積を増加する。第３に、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させることを可能とする。
【００１７】
真空精錬装置の真空槽１内は、減圧雰囲気である。ランス６先端のノズル７から真空槽中にガスを吹き出すに際し、ノズル出口の圧力が真空槽内雰囲気圧力よりも高い、いわゆる不足膨張の状態となったとき、吹き込んだガスは、図１０（Ａ）に示すように、ノズル７の出口で広がって膨張波３４を形成する。ノズル７の形状が直管である場合、あるいはラバールノズルであっても不足膨張条件を用いる場合には、不足膨張の状態となってノズル出口で膨張波３４を形成し、ノズル７の出口付近のジェット境界３５は、図１０（Ａ）に示すように広がることとなる。さらにノズル７よりも下流における吐出流３１の形状については、減圧雰囲気であるため、ガスの直進性が高く、ガス単体でも精錬用粉末混合ガスでも、吹き出したガスのジェット境界３５の広がり角度は大きくならない（図１０（Ａ）参照）。従来のように、ランス先端に単一のノズルを設けてガスを吹き出す場合は、吹き出したガスの広がり角度が小さいため、真空槽内の溶鋼表面に到達したときのガス吹き付け表面積が小さく、本発明の目的を達成することができなかった。
【００１８】
図１０（Ｂ）に示すように、ガスを吐出するノズル７の出口の先に、噴流の近くの一方の側に壁（スカート部８）を設けたところ、ノズルから吹き出した噴流の膨張波がこの壁に衝突し、その結果として、吐出流３１は壁（スカート部８）設置方向の反対側に進路を変えるとともに、噴流の広がり角度も増大することが確認された（図１０（Ｂ）参照）。そして、この現象を利用することにより、本発明の目的を達成する方法を見出すことができた。
【００１９】
本発明の、真空槽中の溶鋼表面にガスを吹き付けるためのランスは、図１、図２に示すように、ランス６の先端の端部１２には２〜４個のガス吐出用のノズル７を有している。ノズルの位置は、ランス中心軸２９を軸として回転対称となる位置に配置される。さらに、端部１２よりもガス吐出流３１の下流側、かつ、ランス中心軸２９から見てノズル外周１１よりも外方側に、ノズル７を取り囲む形状のスカート部８を有するものである。２〜４個配置されたそれぞれのノズル７とスカート部８との関係については、ノズル７から吐出する吐出流３１の一方の側にスカート部８の壁が位置しており、即ち、このスカート部８が、吐出流３１の進路を変えるとともに吐出流３１の広がり角度を増大する壁の役割を果たすこととなる。
【００２０】
ランス先端に設けた２〜４個のノズル７については、各ノズル７からのガス流量をそれぞれ独立に定めることができるような装置構成とする。そのため、図３に示すように、各ノズル７にガスを供給するガス供給管１３はノズル毎に設けられ、それぞれのガス供給管１３に流量調整装置１４が設けられる。これにより、各ノズル７から同一流量でガスを吹き出すのではなく、特定の１個のノズルについては、他のノズルよりもガス流量を多くする。他のノズルよりもガス流量を多くすることについて、「大流量吐出」といい、大流量吐出するノズルを「大流量吐出ノズル９」と名付ける。このような流量構成とする結果、大流量吐出ノズル９のガス流量は、全ノズルの平均ガス流量よりも多くなる。そして、大流量吐出ノズル９からの吐出流３１が、２〜４個のノズル７を備えたランス６からのガス噴流の方向を主導することとなる。
【００２１】
ランス６の端部１２に配置するノズル７個数が２個の場合について、図９に基づいて説明する。２個のノズル７は、図１に示すように、ランス中心軸２９を軸として１８０°回転対称となる位置に配置されている。端部１２よりもガス吐出流の下流側、かつ、ランス中心軸２９から見てノズル外周１１よりも外方側に、スカート部８が設けられている。図９の左側のノズルを第１ノズル７Ａ、右側のノズルを第２ノズル７Ｂと名付ける。まず、図９（Ｂ）に示すように、左側の第１ノズル７Ａを大流量吐出ノズル９とする。右側の第２ノズル７Ｂからのガス流量を１としたとき、第１ノズル７Ａからのガス流量を３として、第１ノズル７Ａ、第２ノズル７Ｂからガスを吐出する。大流量の第１ノズル７Ａからの吐出流は、ノズルから出た直後に膨張波を形成し、スカート部側の膨張波はスカート部と衝突し、第１ノズル７Ａからの吐出流は図９（Ｂ）の右側に吐出方向が曲げられると同時に、ガスの広がり角度も増大する。第２ノズル７Ｂからの吐出流については、ガス流量が少ないため、第１ノズル７Ａからの噴流と合流し、図９（Ｂ）に示すように、主に第１ノズル７Ｂの吐出方向に流れることとなる。次に、ノズルごとのガス流量を変更し、図９（Ａ）に示すように、第２ノズル７Ｂを大流量吐出ノズル９とすると、第２ノズル７Ｂからの吐出流が図９（Ａ）の左側に曲げられ、第１ノズル７Ａからの小流量の吐出流が第２ノズル７Ｂの吐出流と合流する。以上のとおりであるから、複数のノズル７とスカート部８を設けた上で、大流量吐出ノズル９を交替することにより、ランス６からのガスの噴流方向を変更することができる。また、スカート部８の作用により、噴流の広がり角度を広げる効果も発揮することができる。
【００２２】
まず、本発明の第１の目的を達成する点について説明する。ＲＨ真空脱ガス装置を用いた真空精錬において、本発明のノズル７を２個有するランス６を用いることにより、上昇管３を交替したときに、ガス吹き込み位置を変更し、どちらの浸漬管２を上昇管３に用いる場合においても溶鋼表面２５の上昇管位置２６にガスを吹き付けることが可能となる。この点について図１、図３、図９に基づいて説明する。
【００２３】
図１に示すランス先端において、２個のノズルの中心軸（２８Ａ、２８Ｂ）を含む平面が、図３に示す２個の浸漬管２の中心軸を含む平面と同じ平面になるように、ノズルを配置する。図３において、左側の浸漬管（第１浸漬管２Ａ）が上昇管３である場合は、図９（Ａ）に示すようにランス６において右側のノズル（第２ノズル７Ｂ）を大流量吐出ノズル９とする。ランスからの吐出流３１は、図９（Ａ）、図３の左側に曲げられる。ランス先端と真空槽内溶鋼面との距離を調整するとともに、大流量吐出ノズル９（第２ノズル７Ｂ）ともう一方のノズル（第１ノズル７Ａ）のガス流量を調整することにより、ランスからの吐出流３１が、ちょうど第１浸漬管２Ａの直上の溶鋼表面に到達できるようにする（図３参照）。次いで、上昇管３とする浸漬管が、第１浸漬管２Ａから、右側の浸漬管（第２浸漬管２Ｂ）に移行した時点において、各ノズルからのガス流量を変更し、図９（Ｂ）に示すように、大流量吐出ノズル９を第２ノズル７Ｂから第１ノズル７Ａに変更する。これにより、ランスからの吐出流３１は図９（Ｂ）の右側に曲げられ、ちょうど第２浸漬管２Ｂの直上の溶鋼表面２５に到達できるようになる。
【００２４】
次に、本発明の第２、第３の目的である、ガスを散逸させることなく、溶鋼表面におけるガス吹き付け面積を増加する効果、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させることを可能とする効果の検証を、以下のように行った。即ち、３００トンの溶鋼を処理するＲＨ式真空脱ガス処理装置にて、真空槽内の溶鋼の上方に設置したランス６からＮ2ガスを溶鋼に吹き付ける試験を行い、溶鋼中のＮ濃度の変化から、精錬反応効率を調査した。
【００２５】
ランス先端の端部１２に設けるノズル７の個数は、本発明については２〜４個とした（図１、図２参照）。比較例のノズル１個の場合、ノズルの一方にスカート部の代替としての壁を設けた比較例（図１０（Ｂ）参照）と、従来例のスカート部なし（図１０（Ａ）参照）の２種類を用いた。ランス当たりの合計ガス流量は、いずれのランスにおいても同一流量とした。ノズルの開口断面積の合計が５０００〜８０００ｍｍ2となるようにノズル径を選択した。同一のランスにおいては、２〜４個のノズルの内径は同一としている。また、いずれのノズルも、出口付近のノズル形状は、ラバールノズルではなく、ノズル軸方向に同一径の円筒形状とし、ノズル中心軸の方向がランス中心軸と同一方向となるように配置している。２〜４個のノズルについては、ノズルの中心軸が端部を通過する位置は、ランス中心軸を軸として回転対称となる位置に配置され、各ノズルからのガス流量をそれぞれ独立に定めることができるような装置構成としている。
【００２６】
試験に際し、ランスの共通の条件として、スカート部傾斜角度θ＝５〜７°、ｈ／ｄ0＝３．５〜４．０、ｄ1／ｄ0＝０．２０〜０．３０、ｄ2／ｄ0＝０．２〜０．８、ランス孔数＝２を採用した。そして、それぞれの条件のうちのひとつを種々に変更したノズルとスカート部を有するランスを準備し、ガス吹き込み試験を行った。
【００２７】
Ｎ2ガス吹付け試験は以下のようにして行った。取鍋に収容された溶鋼３００トンをＲＨ式真空脱ガス処理装置にて精錬処理を開始した。溶鋼組成はＣ濃度＝０．１０〜０．３０％、Ｓｉ濃度＝０．１〜０．４％、Ｍｎ濃度＝０．６〜１．２％、Ａｌ濃度＝０．０１０〜０．０５０％、Ｓ濃度＝０．００１〜０．００３％、Ｎ濃度＝０．００３３〜０．００３７％である。また、真空槽内の雰囲気圧力は１３３０〜４０００Ｐａ、環流ガスはＡｒを溶鋼１トンあたり４．５〜７．４Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）で導入した。
【００２８】
真空槽内の雰囲気圧力ならびに環流ガス流量の安定を確認した後、真空槽内の溶鋼表面から３．０ｍの高さにランス６を設置し、ランス先端のノズル７を通じて、ノズル合計でＮ2ガスを溶鋼トンあたり０．１１〜０．１５Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）の流量で吹き付けた。各ノズルの流量比は、ノズル数＝２では１：３、ノズル数＝３では１：１：４、ノズル数＝４では１：１：１：４、ノズル数＝５では１：１：１：１：５とし、１０〜４０秒で各ノズルの流量を入れ替えた。吹付け時間は８分間とした。吹き付け後にサンプルを採取し、溶鋼中のＮ濃度を分析した。
【００２９】
ノズル孔が１孔の場合の結果を図８に示す。ノズル１孔でスカート部なしの従来例（黒三角）に対し、同じノズル１孔でスカート部ありの比較例（白丸）は、窒素濃度上昇量が若干増大したが不十分であった。スカート部の効果により、吐出流の広がり角度が増大した効果であると推定している。ノズル数が２〜４個の本発明例（白丸）は、いずれも、ノズル１孔の従来例、比較例よりも窒素濃度上昇量が増大している。
【００３０】
図４に示すスカート部の傾斜角度θと吹き付け後のＮ濃度の関係から、θは０〜８°の時にＮ濃度は高くなった。図５に示すスカート部高さをノズル直径で除したｈ／ｄ0と吹付け後のＮ濃度との関係から、ｈ／ｄ0が２．５〜４．０の時にＮ濃度は高くなった。図６に示す隣接するノズル間隔をノズル直径で除したｄ1／ｄ0と吹付け後のＮ濃度の関係から、ｄ1／ｄ0が０．１０〜０．４０の時にＮ濃度は高くなった。図７に示すノズルとスカート接続部の最近接距離をノズル直径で除したｄ2／ｄ0と吹付け後のＮ濃度との関係から、ｄ2／ｄ0が０．１〜２．０の時にＮ濃度は高くなった。図８に示すノズル数と吹付け後のＮ濃度の関係から、ノズル数は２〜４の時にＮ濃度は高くなった。
【００３１】
以上の結果から、ノズルが１孔でかつスカート部を有しない従来例と比較して、２〜４個のノズルとスカート部を有する本発明においては、窒素濃度の上昇量が増大しており、ガスを散逸させることなく、溶鋼表面におけるガス吹き付け面積を増加するとともに、溶鋼表面においてガスが吹き付けられる位置を常に変化させることにより、精錬反応速度の増大が実現していることを確認できた。さらに、前記（１）式〜（４）式を満たすノズルとスカート部の配置とすることにより、優れた精錬反応速度増大効果を得られることが確認できた。
【００３２】
本発明のノズルを備えたランスは、溶鋼を減圧条件下にて処理する真空脱ガス処理装置にて用いる。特に、ＲＨ式真空脱ガス処理装置は合金成分調整、脱ガス、脱硫、非金属介在物除去、温度調整などの処理を短時間で行うため、ランスからのガス単体またはガスと精錬用粉末の混合吹付け処理の時間短縮効果が大きく、望ましい。
【００３３】
ランスから吹き付けるガスはＯ2、Ｎ2、ＣＨＯ4、Ａｒなどが挙げられ、種類は問わない。ランスから吹き付ける精錬用の粉末については、ＣａＯを主体とする脱硫のための粉末、ＦｅＯやＭｎＯといった脱炭のための粉末、炭素濃度調整のための炭材などが挙げられ、種類は問わない。ただし、粉末の粒径は０．５ｍｍ以下が望ましい。０．５ｍｍより大きくなると、粉末の慣性力が強くなるために、ガスがノズルから噴出した直後の急激な膨張に随伴されず、吹付け角度は大きくならないためである。
【００３４】
ガス単体吹付け、またはガスと精錬用粉末の混合吹付け時の雰囲気圧力は１３３〜１３３００Ｐａが望ましい。１３３Ｐａ未満では、ノズルから噴出したガスの膨張の度合いが大きくなりすぎ、ジェットが不安定化してしまうためである。１３３００Ｐａより大きくなると、ノズルから噴出したガスの膨張の度合いが小さく、スカート内壁での衝突、反射が殆ど生じなくなってしまうためである。
【００３５】
ランス先端の端部１２と溶鋼表面２５の距離は２．０〜４．５ｍが望ましい。２．０ｍ未満ではガス単体吹付けまたはガスと精錬用粉末の混合吹付けでも、広がりが不十分になってしまう。４．５ｍより大きくなると、ガスまたは精錬用粉末の速度が減衰してしまい、溶鋼表面に到達せずに真空排気系に散逸する割合が大きくなる。
【００３６】
図１、図２に示すように、ランス先端の端部１２には２〜４個のガス吐出用のノズル７を有し、ノズルの位置は、ランス中心軸２９を軸として回転対称となる位置に配置する。ランスのノズル数は２〜４孔であることが必要である。１孔ではガスの吹き付け方向を時間経過とともに変更することができない。５孔以上では一つのノズルに流れるガス流量が小さくなり、ガスまたは精錬用粉末の速度が大きくならずに、溶鋼表面に到達せずに真空排気系に散逸する割合が大きくなる。
【００３７】
ノズルの直径は全て同一であっても、異なっていても良い。但し、流量の制御のためには、全て同一であることが望ましい。各ノズルからのガス流量をそれぞれ独立に定めることができる装置構成とする。具体的には、図３に示すように、ノズル７毎にガス供給管１３が接続され、それぞれに流量調整装置１４を有し、ノズル７ごとの流量調整装置１４からランス内のガス供給管１３を経由して、各ノズルまでの流路をそれぞれに有するような装置構成とする。
【００３８】
最近接のノズル間のノズル外周の最短距離ｄ1はノズルの直径ｄ0に対し０．１〜０．４倍であると好ましい。０．１倍未満では、隣接するノズルから噴出したガスジェットが急激に膨張する途上で干渉しあい、流れが乱される。０．４倍よりも大きいと、隣接するノズルから噴出したガスジェット間に発生する負圧部の影響が強くなり、ジェットの方向が鉛直下方に整流されてしまう。
【００３９】
端部よりもガス吐出流の下流側、かつ、ランス中心軸２９から見てノズル外周１１よりも外方側に、スカート部８を有する。スカート部８は、すべてのノズル中心軸部分を取り囲むように構成すると好ましい。スカート部を全ノズルの外周全周を取り囲むのではなく、ノズル付近の一部のみに設けることとしても良い。例えば、ノズルが２孔の場合、ノズル中心軸から見てランス中心軸の反対側に壁を設け、２孔のノズルに対応する２箇所の壁をもってスカート部とすることとしても良い。スカート部の傾斜角度θは０〜８°が望ましい。０°未満はランスの製作が困難である。８°より大きいと、ガスまたは精錬用粉末のスカート内壁への衝突が生じにくくなる。
【００４０】
スカート部の高さｈはノズルの直径ｄ0に対し２．５〜４．０倍であると好ましい。２．５倍未満では、ガスまたは精錬用粉末の衝突する面積が不十分となる。４．０倍より大きくなると、反射したガスまたは精錬用粉末の吹き付けられる向きが鉛直下方に整流されてしまう。
【００４１】
端部におけるスカート部とノズル外周との最短距離ｄ2はノズルの直径ｄ0に対し０．１〜２．０倍であると好ましい。０．１倍より小さいとノズルから噴出したガスまたは精錬用粉末はスカート内壁に沿って膨張してしまう。２．０倍より大きいと、スカート内壁への衝突が殆ど生じなくなる。
【００４２】
ガスの吹き付け方向については、それぞれのノズルに導入する時間経過とともにガス流量を調整することで変化させても良く、またＲＨ式真空脱ガス処理装置の場合では上昇管に向けて固定して吹き付けても良い。ただし、吹付け方向については、予め数値流体計算で求めておく、装置の内部を観察できる窓からガスまたは精錬用粉末の噴出挙動を観察しておくことが望ましい。
【実施例１】
【００４３】
図３に示すように、溶鋼２９０〜３１０ｔに対し、ＲＨ式真空脱ガス処理を行っている最中に、真空槽１の上部より本発明又は比較例のノズル７を有するランス６を、溶鋼表面２５とランス下端の端部１２との距離が２．５〜４．０ｍになるように配置した。ノズル７から真空槽内溶鋼表面２５に窒素ガスを吹き付け、溶鋼中のＮ濃度の上昇程度を評価することにより、溶鋼への窒素添加能力の評価を行った。
【００４４】
ランス先端の端部に配置するノズル７として、１〜５孔のノズルを用意した。２〜４孔のノズル７については、各ノズルからのガス流量をそれぞれ独立に定めることができるような装置構成とした。ノズル７はストレートノズルとし、ノズル断面積の合計が、１〜５孔のノズルで同一となるようにノズル径を定めた。複数のノズル７を有するランス６において、ノズル径は同一とした。１孔のノズル７を有するランス６については、スカート部を有しないもの（Ｎｏ．１１）、ノズルの全周にノズルと同心円のスカート部８を有するもの（比較例Ｎｏ．１２）を用意した。２〜５孔のノズル７を有するランス６については、表１に記載するようなノズル配置及びスカート部配置とした。
【００４５】
ノズル７からのガス吹き込み時の真空槽内の雰囲気圧力は３０００〜７０００Ｐａ、環流ガス２２としてＡｒを溶鋼１トンあたり０．００４０〜０．００６０Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）の流量で上昇管３に設けられた羽口２１から溶鋼中に吹き込んだ。ランス下降後、溶鋼中のＮ濃度を高めるため、ノズル７を通じＮ2ガスを溶鋼に吹き付けた。Ｎ2ガスは溶鋼１トンあたり０．１３Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）の流量で８分間吹き付けた。Ｎ2ガス吹き付け前後にてサンプル採取を行い、Ｎ濃度を分析した。
【００４６】
試験条件、ガス吹き込み前後のＮ濃度の変化を表１に示す。本発明範囲から外れる数値・項目に下線を付している。
【００４７】
【表１】
2019052333.tif 000003
【００４８】
１本ノズルでスカート部なしの従来例（試験Ｎｏ．１１）は窒素濃度上昇が最も少なかった。１孔ノズルでノズル全周にスカート部を設けた比較例（試験Ｎｏ．１２）は、ガス吹き付け方向が真空槽中央であり、試験Ｎｏ．１１よりは窒素濃度上昇が見られたがわずかであった。
【００４９】
本発明の好適な条件を用いた試験Ｎｏ．１〜１０では、Ｎ2ガス吹き付け後のＮ濃度は０．００４８〜０．００５２％と、上記試験Ｎｏ．１１、１２と比較すると良好な結果を得ることができた。３孔ノズルで上昇管固定とする場合、上昇管の配置が替わるに際し、試験Ｎｏ．５と試験Ｎｏ．７で切り替えることによって対応できる。
【００５０】
本発明の好適な範囲を外れたノズルを用いた発明例である試験Ｎｏ．１３〜２２では、Ｎ2ガス吹き付け後のＮ濃度は上記試験Ｎｏ．１〜１０に比べると窒素上昇量が少なかった。試験Ｎｏ．１３ではガスを溶鋼流動が比較的穏やかな下降管位置に向けて吹きつけたため、Ｎ濃度が局所的に高くなり、ガスからのＮの吸収効率が低下したためである。試験Ｎｏ．１４ではスカートの傾斜角度θが好適範囲より大きすぎて、膨張したガスジェットのスカートとの衝突による反射があまり生じなかったためである。試験Ｎｏ．１５、２１ではノズル間の距離ｄ1／ｄ0が好適範囲より小さく、隣接するランスから噴出されたガスジェットが急膨張している過程で合体してしまい、ジェットの流れが不安定となったためである。試験Ｎｏ．１６ではノズル間の距離ｄ1／ｄ0が好適範囲より大きく、隣接するガスジェットの間に生じる負圧部の影響が大きくなり、ジェットの流れが不安定となったためである。試験Ｎｏ．１７ではスカート部の高さが好適範囲より低く、ジェットの反射が限定的にしか生じなかったためである。試験Ｎｏ．１８ではスカート部の高さｈ／ｄ0が好適範囲より高く、反射されたジェットであっても、鉛直下方に吹付け方向を整流化されたためである。試験Ｎｏ．１９ではノズルとスカート接続部との距離ｄ2／ｄ0が好適範囲より近く、スカートに沿ってガスジェットは膨張して反射しなかったためである。試験Ｎｏ．２０、２２ではノズルとスカート接続部との距離ｄ2／ｄ0が好適範囲より遠く、膨張したジェットがスカート部に衝突しなかったためである。
【００５１】
試験Ｎｏ．２２ではノズルが多すぎて、一つのノズルから噴出されるガスジェットが弱くなってしまったためである。
【実施例２】
【００５２】
上記実施例１と同様に、１〜５孔のノズルを有するランスを用意し、図３に示すように、溶鋼２９０〜３１０ｔに対し、ＲＨ式真空脱ガス処理を行っている最中に、真空槽１の上部より本発明のランス６を溶鋼表面２５とランス下端の端部１２との距離が２．５〜４．０ｍになるよう下降した。この時の真空槽内の雰囲気圧力は１３３〜３９９０Ｐａ、環流ガスとしてＡｒを溶鋼１トンあたり０．００４０〜０．００６０Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）の流量で上昇管３に設けられた羽口２１から溶鋼中に吹き込んだ。ランス下降後、脱炭反応を生じさせるため、ノズル７を通じＡｒガスとＦｅＯ粉末を混合して溶鋼に吹き付けた。ＦｅＯ粉末は粉体供給装置１５から供給した。Ａｒガスの流量は０．０２Ｎｍ3／（ｔ・ｍｉｎ）、ＦｅＯ粉末の供給速度は０．１８〜０．２０ｋｇ／（ｔ・ｍｉｎ）で７〜８分間吹き付けた。ＡｒガスとＦｅＯ粉末の混合吹付け前後にてサンプル採取を行い、Ｃ濃度を分析した。３孔ノズルで上昇管固定とする比較例（試験Ｎｏ．３）の場合、上昇管の配置が替わるに際し、ガス流量比を、表２の試験Ｎｏ．３に示す「１：１：４」から「２：２：１」に切り替えることによって対応できる。
【００５３】
試験条件、Ｃ濃度の変化を表２に示す。本発明範囲から外れる数値・項目に下線を付している。
【００５４】
【表２】
2019052333.tif 000004
【００５５】
１本ノズルでスカート部なしの従来例（試験Ｎｏ．７）はＣ濃度低下が最も少なかった。１孔ノズルでノズル全周にスカート部を設けた比較例（試験Ｎｏ．８）は、ガス吹き付け方向が真空槽中央であり、試験Ｎｏ．７よりＣ濃度は低下したがわずかであった。
【００５６】
本発明の好適な条件を用いた試験Ｎｏ．１〜６では、ＡｒガスとＦｅＯ粉末の混合吹き付け後のＣ濃度は０．０００７〜０．００１１％と、上記試験Ｎｏ．７、８に対し、低濃度化することができた。
【００５７】
本発明の好適な範囲を外れたノズルを用いた発明例である試験Ｎｏ．９〜１８では、ガス吹き付け後のＣ濃度は上記試験Ｎｏ．１〜６に比べるとＣ低下量が少なかった。試験Ｎｏ．９は溶鋼流動が穏やかな真空槽の下降管側に吹付け局所的に溶鋼中ＦｅＯが滞留してしまい、ＦｅＯ粉末と溶鋼の反応が進行せず、ＦｅＯ粉末が真空排気系に散逸してしまったためである。試験Ｎｏ．１０はスカートの傾斜角度θが好適範囲より大きく、粉体がスカート内壁に殆ど衝突して反射しなかったためである。試験Ｎｏ．１１、１７はノズルの間隔ｄ1／ｄ0が好適範囲より近すぎて、ノズルから噴出したガスジェットが急膨張している過程で合体してしまい、ジェットの流れが不安定となり、ＦｅＯ粉末の加速が不十分となり、溶鋼表面に到達せずに真空排気系に散逸してしまったためである。試験Ｎｏ．１２ではノズル間の距離ｄ1／ｄ0が好適範囲より大きすぎて、隣接するガスジェットの間に生じる負圧部の影響が大きくなり、ＦｅＯ粉末の吹付け方向が固定されてしまったためである。試験Ｎｏ．１３ではスカート部の高さｈ／ｄ0が好適範囲より低すぎて、ＦｅＯ粉末の反射が限定的にしか生じなかったためである。試験Ｎｏ．１４ではスカート部の高さｈ／ｄ0が好適範囲より高すぎて、ＦｅＯ粉末の反射が生じても、スカート内でその吹付け方向が鉛直下方に整流化されてしまったためである。試験Ｎｏ．１５ではノズルとスカート接続部との距離ｄ2／ｄ0が好適範囲より近すぎて、スカートに沿ってガスジェットが膨張して反射しないため、ＦｅＯ粉末も反射しなかったためである。試験Ｎｏ．１６、１８ではノズルとスカート接続部との距離ｄ2／ｄ0が好適範囲より遠すぎて、ＦｅＯ粉末がスカート部に衝突しなかったためである。
【００５８】
試験Ｎｏ．１９ではノズル数が大きすぎて、一つのノズルから噴出されるガスジェットの流速が低くなり、ＦｅＯ粉末の加速も不十分となることで、溶鋼表面に到達せずに真空排気系に散逸してしまったためである。
【符号の説明】
【００５９】
１  真空槽
２  浸漬管
３  上昇管
４  下降管
５  取鍋
６  ランス
７  ノズル
８  スカート部
９  大流量吐出ノズル
１１  ノズル外周
１２  端部
１３  ガス供給管
１４  流量調整装置
１５  粉体供給装置
２１  羽口
２２  環流ガス
２３  真空排気
２４  溶鋼
２５  溶鋼表面
２６  上昇管位置
２７  下降管位置
２８  ノズルの中心軸
２９  ランス中心軸
３１  吐出流
３２  上昇流
３３  下降流
３４  膨張波
３５  ジェット境界
【図１】
2019052333.tif 000005
【図２】
2019052333.tif 000006
【図３】
2019052333.tif 000007
【図４】
2019052333.tif 000008
【図５】
2019052333.tif 000009
【図６】
2019052333.tif 000010
【図７】
2019052333.tif 000011
【図８】
2019052333.tif 000012
【図９】
2019052333.tif 000013
【図１０】
2019052333.tif 000014