(57)【要約】  溶融金属を脱ガスするために、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器が、チャンバ内に設置され、チャンバが排気される。チャンバ内の圧力が減少すると、溶融金属とスラグとの間の界面でガスが発生し、スラグを発泡させる。容器からスラグが溢れ出るのを抑制するために、ゲージが、スラグ面の高さを示す信号を出力し、チャンバの排気速度が減少されて、ガスの発生速度を減じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属の脱ガス装置において、溶融金属と、溶融金属上のスラグ層とを収容する容器を受け入れるチャンバと、チャンバを排気するための真空排気装置と、スラグ面の高さを示す信号を出力するためのゲージと、容器からスラグが溢れ出るのを抑制するために、前記信号を、チャンバの排気速度を制御するように用いるための制御手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
ゲージは、スラグに向ってレーダビームを出力し、且つスラグ面からのレーダビームエコーを受信する、レーダ送受信機からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ゲージは、レーダビームの出力とエコーの受信との間の時間が、ゲージとスラグ面との間の距離を示すように、容器の上方に設置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
ゲージから出力された信号は、前記時間の長さを示し、制御手段は、前記信号に応じて、チャンバの排気速度を制御するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
制御手段は、ゲージからの複数の前記信号を受信し、前記信号から容器内のスラグ面の高さの変化の割合を決定し、前記変化の割合に従って、チャンバの排気速度を制御するように配置される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
制御手段は、スラグ面の高さとスラグ面の高さの変化の割合との両方に従って、チャンバの排気速度を制御するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
真空排気装置は、少なくとも１つのポンプを有し、制御手段は、チャンバの排気速度を制御するために、ポンプの回転速度を調整するように構成される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
真空排気装置は、前記ポンプを駆動するための可変速モータを有し、制御手段は、可変速モータに供給される電力または電流、かくして、ポンプの回転速度を変化させるように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
制御手段は、ポンプ速度を調整するために、モータの電源の周波数を変化させるように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
制御手段は、チャンバの排気速度を制御するために、前記少なくとも１つのポンプのスイッチを切るように構成される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
溶融金属の脱ガス装置において、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器を受け入れるチャンバと、チャンバを排気するための真空排気装置と、スラグ面の高さを示す信号を出力するためのゲージと、容器からスラグが溢れ出るのを抑制するために、前記信号に従って、真空排気装置の少なくとも１つのポンプのスイッチを切るための制御手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
溶融金属を脱ガスする方法において、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器をチャンバ内に設置するステップと、チャンバを排気するステップと、スラグ面の高さを示す信号をゲージから受信するステップと、該信号を用いてチャンバの排気速度を制御して容器からスラグが溢れ出ることを抑制するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
ゲージは、容器の上方に設置され、信号は、ゲージとスラグ面との間の距離を示す、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
チャンバの排気速度は、スラグ面の高さの変化の割合に従って制御される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
チャンバの排気速度は、スラグ面の高さとスラグ面の高さの変化の割合との両方に従って制御される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
チャンバの排気速度は、チャンバを排気するのに用いられるポンプの回転速度を調整することによって制御される、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
ポンプの速度は、ポンプを駆動するための可変速モータに供給される電力または電流を変化させることによって、調整される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
モータの電源の周波数を変化させてポンプ速度を調整する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ポンプのスイッチを切って、チャンバの排気速度を制御する、請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
溶融金属の脱ガス方法において、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器をチャンバ内に設置するステップと、チャンバを排気するステップと、スラグ面の高さを示す信号をゲージから受信するステップと、該信号に従って、チャンバの排気に用いられる少なくとも１つのポンプのスイッチを切って、容器からスラグが溢れ出ることを抑制するステップと、を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の脱ガス装置および方法に関し、特に溶鋼の脱ガス装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を真空にさらすことによる、溶融金属、特に溶鋼、の精製が、これまで知られている。このような方法では、溶融金属は、開放容器または「取鍋」に注入され、溶融金属を分離、隔離し、精製処理を補助するように化学的に公式化される、溶融（液体）鉱滓層で覆われる。取鍋は、チャンバを排気するための真空排気装置に連結された脱ガスチャンバ内に配置される。排気装置は、典型的には、チャンバから吸引されたガスを大気中に排気するための１つ以上の主ポンプと、主真空ポンプと脱ガスチャンバとの間に連結された、１つ以上の二次メカニカル真空ブースタポンプと、からなる。排気装置は、チャンバを徐々に減圧（加圧）にさらすように作動され、これにより、ガスおよび金属不純物が、液相を出て、溶解物の上の雰囲気から排気される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、圧力が減少すると、溶融と溶融スラグとの界面で激しい化学反応が起こる点に達する可能性があり、これにより、スラグ層を発泡によって急速に膨張させるガスが急速に発生する。もし制御されなければ、発泡スラグは盛り上がり、取鍋の縁から溢れ出る可能性があり、その結果、スラグの大損害、精製処理の潜在的な中断を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、本発明は、溶融金属の脱ガス装置を提供し、この装置は、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器を受け入れるチャンバと、チャンバを排気するための真空排気装置と、スラグ面の高さを示す信号を出力するためのゲージと、容器からスラグが溢れ出るのを抑制するために、信号を、チャンバの排気速度を制御するように用いるための制御手段と、を有する。
【０００５】
かくして、この装置により、スラグ面の高さのいかなる突然の増加をも検出して、それに応じてチャンバの排気速度の自動的な即座の減少によって対処することができ、溶融とスラグとの界面でガスが発生する速度、それ故に、発泡の程度を減少させることができる。一旦、スラグ面の高さが後退したら、チャンバの排気速度を、再び増大させることができる。
【０００６】
容器内のスラグ面の高さの表示をするのに、多数の異なる技術のうちのいかなる１つを用いてもよい。実施例は、スラグ面の高さを決定するために、容器の中へプローブを下げること、インダクタンスまたは抵抗のようなプローブの電気特性の変化を用いることを含む。プローブの代わりに、ガスセンサーを用いてもよい。別の変形例は、ビデオカメラを用いて、容器内の画像を形成し、容器内のスラグ面の高さの表示として、画像の変化を用いることにある。好ましい実施形態では、ゲージは、スラグに向ってレーダビームを出力し、スラグ面からのレーダビームのエコーを受信するための、レーダ送受信機からなる。ゲージは、好ましくは、レーダビームの出力とエコーの受信との間の時間が、ゲージとスラグ面との間の距離、かくして、容器の頂部からスラグ面までの距離を示すように、容器より上の一定の距離に設置される。ゲージから出力された信号は、前記時間の長さを示すことができ、制御手段は、信号に応じて、チャンバの排気速度を制御するように構成される。
【０００７】
チャンバの排気速度は、スラグ面の現在の高さに応じて制御されるが、スラグ面の現在の高さと、スラグ面の高さの変化の現在の割合の両方を用いて、排気速度を制御してもよい。制御手段は、所定の時間にわたってゲージから受信された複数の信号に含まれるデータから、スラグ面の高さの変化の割合を決定するように構成されるのがよい。
【０００８】
制御手段は、好ましくは、チャンバの排気速度を制御する真空排気装置の少なくとも１つのポンプの回転速度を調整するように構成される。制御手段は、好ましくは、ポンプの可変速モータに供給する電力、かくして、ポンプの回転速度を制御するためのポンプコントローラからなる。ポンプコントローラは、好ましくは、例えば、前記電源によってモータに供給される電力の周波数を変化させる指示をインバータに伝達することによって、ポンプ速度を調整するモータの電源の周波数を、変化させるように構成される。しかしながら、コントローラは、モータの電源の電圧または電流の大きさ（または振幅）などの、電源のその他のパラメータを調整するように構成されてもよい。
【０００９】
モータに供給する電力の周波数の減少、または電源のその他のパラメータの減少により、スラグ面の高さが後退することにはならない場合には、モータに供給される電力の周波数、または前記その他のパラメータを、ポンプのスイッチを有効に切り、従って、チャンバの排気速度を著しく減少させるように、ゼロまで減少させるのがよい。従って、制御手段は、前記信号に従って、真空排気装置の少なくとも１つのポンプを止めるように、構成されるのがよい。従って、本発明の第２の態様は、溶融金属の脱ガス装置を提供し、この装置は、溶融金属と溶融金属上のスラグ層を収容する容器を受け入れるためのチャンバと、チャンバを排気するための真空排気装置と、スラグ面の高さを示す信号を出力するためのゲージと、容器からスラグが溢れ出ることを抑制するために、信号に従って、真空排気装置の少なくとも１つのポンプのスイッチを切るための制御手段と、からなる。
【００１０】
一実施形態では、ポンプコントローラは、ゲージから出力された信号を直接受信し、この信号を用いて、モータに供給される電力を制御する。他の実施形態では、システムコントローラは、ゲージから出力された信号を受信し、この信号を用いて、ポンプの目標速度を決定し、例えば、モータに供給されるべき電力の周波数をポンプコントローラに知らせることによって、ポンプコントローラに目標速度を知らせる。かくして、目標速度を決定するための機能は、単一のシステムコントローラに記憶されたソフトウェアによって提供することができ、ポンプコントローラは、システムコントローラから受信した目標速度に応答して、ポンプ速度を設定する。
【００１１】
第３の態様では、本発明は、溶融金属の脱ガス方法を提供し、この方法は、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器をチャンバ内に設置するステップと、チャンバを排気するステップと、スラグ面の高さを示す信号をゲージから受信するステップと、この信号を用いてチャンバの排気速度を制御して容器からスラグが溢れ出ることを抑制するステップと、からなる。
【００１２】
第４の態様では、本発明は、溶融金属の脱ガス方法を提供し、この方法は、溶融金属と溶融金属上のスラグ層とを収容する容器をチャンバ内に設置するステップと、チャンバを排気するステップと、スラグ面の高さを示す信号をゲージから受信するステップと、この信号に従って、チャンバを排気するのに用いられる少なくとも１つのポンプのスイッチを切って、容器からスラグが溢れ出ることを抑制するステップと、からなる。
【００１３】
本発明の第１の態様に関する上述した特徴は、第２から第４の態様に等しく適用でき、その逆も同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい特徴を、添付図面を参照して、今から記載する。
【００１５】
図１を参照すると、溶融金属、例えば溶鋼、の脱ガス装置は、溶融金属１４と溶融金属１４上に広がっているスラグ層１６とを収容する容器または「取鍋」１２を受け入れる、脱ガスチャンバ１０を有する。チャンバ１０は、取鍋１２内のスラグ１６の上面２２の高さを監視するためのゲージ２０が載置された、蓋１８によって閉じられる。図示例では、ゲージ２０はレーダ送受信機の形態である。ゲージ２０は、チャンバ１０の排気口２８に連結された真空排気装置２６を制御するためのコントローラ２４に接続される。
【００１６】
図２を参照すると、真空排気装置２６の一例は、平行に連結された複数の同様のブースタポンプ３０と、バッキングポンプ３２と、からなる。各ブースタポンプ３０は、入口マニホールド３６からそれぞれの排気口３４に連結された吸気口と、排気マニホールド４０のそれぞれの吸気口３８に連結された排気口とを有する。入口マニホールド３６の吸気口４２は、チャンバ１０から排気口２８に連結され、排気マニホールド４０の排気口４４は、バッキングポンプ３２の吸気口に連結される。図示した排気システムでは、平行に連結した３つのブースタポンプがあるが、包囲体の排気要件に依存して、いかなる数のブースタポンプを備えてもよい。同様に、比較的多数のブースタポンプを備えるとき、２つ以上のバッキングポンプを平行に備えるのがよい。同様に平行に連結されたブースタポンプの追加一列または追加列を、必要に応じて、ブースタポンプの第１の列とバッキングポンプとの間に備えてもよい。
【００１７】
図３を参照すると、各ブースタポンプ３０は、可変速モータ４８によって駆動される排気機構４６からなる。ブースタポンプは、典型的には、本質的に乾式（またはオイルフリー）の排気機構４６を含むが、一般的には、効果的であるために、潤滑を必要とする、排気機構４６を駆動するための、ベアリングや伝動装置などのいくつかの構成部品も、含む。乾式ポンプの例は、ルーツ、ノーシー（または「クロー」）およびスクリューポンプを含む。ルーツおよび／またはノーシー機構を組み込んだ乾式ポンプは、一般に、各排気チャンバに噛み合いロータを採用する多段容積型ポンプである。ロータは、逆回転軸に配置され、且つ各チャンバに同じタイプの輪郭を有してもよいし、あるいは、輪郭はチャンバ毎に変えてもよい。バッキングポンプ３２は、ブースタポンプ３０と同様の排気機構か異なる排気機構のいずれかを有することができる。例えば、バッキングポンプ３２は、ロータリーベーンポンプ、ロータリーピストンポンプ、ノーシーまたは「クロー」ポンプ、またはスクリューポンプでもよい。
【００１８】
ブースタポンプ３０のモータ４８は、排気機構４６を駆動するのに適した、いかなるモータであってもよい。好ましい実施形態では、モータ４８は、三相交流モータからなるが、その他の技術を用いることもできる（例えば、単相交流モータ、直流モータ、永久磁石型ブラシレスモータ、またはスイッチトリラクタンスモータ）。
【００１９】
ポンプコントローラ５０は、モータ４８を駆動する。本実施形態では、ポンプコントローラ５０は、交流モータ４８に供給する電力の周波数を変化させるインバータ５２からなる。周波数は、インバータコントローラ５４から受信した命令に応じて、インバータ５２によって変化する。モータに供給する電力の周波数を変化させることによって、排気機構４６の回転速度、以後、ポンプの速度またはポンプ速度と呼ぶ、を変化させることができる。電源ユニット５６は、インバータ５２およびインバータコントローラ５４に電力を供給する。ポンプコントローラ５０が、ポンプ３０の制御に用いる、外部電源からの信号を受信できるように、また、ポンプ３０の現在の状態、例えば、現在のポンプ速度、ポンプの電力消費、およびポンプの温度に関する信号を出力できるようにするインターフェース５８も、備えられる。
【００２０】
図４に示す実施形態では、各ブースタポンプ３０のポンプコントローラ５０は、コントローラ２４に接続される。図示するように、ポンプコントローラ５０のインターフェース５８をコントローラ２４のインターフェースに接続するための、ケーブル６０を備えるのがよい。変形例では、ポンプコントローラ５０は、ローカルエリアネットワークを通じてコントローラ２４に接続されてもよい。
【００２１】
使用中、真空排気装置２６を操作して、脱ガスチャンバ１０を排気し、取鍋１２内に収容された溶融金属１４を脱ガスする。ガスは、チャンバ１０から入口マニホールド３６に吸引され、ガスは、入口マニホールドからブースタポンプ３０を介して排気導管４０中に流入する。ガスは、バッキングポンプ３２によって、排気導管４０から吸引され、バッキングポンプ３２は、大気圧で、または大気圧付近で、チャンバ１０から吸引されたガスを排気する。チャンバ１０を排気中、スラグ１６の表面２２の高さが、ゲージ２０を用いて監視される。ゲージは、スラグ１６に向かってレーダビームを出力する。ビームは、先ずスラグ１６の表面２２から反射し、次いで、溶融金属１４とスラグ１６との界面６２から反射する。その結果、ゲージ２０は、最初に、スラグ１６の表面２２でのレーダビームの反射により、第１の時間の後、レーダ信号の比較的弱いエコーを受信し、次に、溶融金属１４とスラグ１６との界面６２からのレーダビームの反射により、第２の時間の後、比較的強いエコーを受信する。ゲージ２０とスラグ１６の表面２２との間の距離ｄ１は、第１の所要時間に比例する。ゲージ２０と取鍋１２の頂部との間の距離ｄ２は、一定であるから、かくして、取鍋１２の頂部とスラグ１６の表面２２との間の距離ｄ３もまた、第１の所要時間に比例する。
【００２２】
ゲージ２０は、とりわけ、第１の時間の、長さ、または長さの表示を含む信号を、コントローラ２４へ出力する。コントローラ２４は、信号に含まれたデータを用いて、スラグ１６の表面２２の現在の高さと、例えば、脱ガス中、スラグ１６の発泡による、表面２２の高さの変化の割合の両方を監視する。これらのパラメータを、コントローラ２４が用いて、チャンバ１０の排気速度を抑制し、コントローラ２４は、溶融金属１４の脱ガス速度、かくして、スラグ１６の発泡速度を制御する。本実施形態では、コントローラ２４は、ブースタポンプ３０の速度を変える命令をポンプコントローラ５０に出すことによって、ブースタポンプ３０の速度を変化させて、チャンバ１０の排気速度を制御する。例えば、ブースタポンプ３０の目標速度を、インバータ５２の目標周波数の形で、ポンプコントローラ５０に与えることができる。コントローラ２４から受信した命令に応じて、各ポンプコントローラ５０は、コントローラ２４によって与えられる目標周波数に従って、モータ３２に供給される電力の周波数を制御する。この目標周波数は、ブースタポンプ３０のスイッチが有効に切れるように、０としてもよい。変形例では、目標周波数を、ゲージ２０から受信した信号に含まれるデータに依存して、０に向かって徐々に減少させてもよい。
【００２３】
その結果、発泡によるスラグ１６の表面２２の高さの急速な増加を、素早く検出し、チャンバ１０の排気速度の対応する自動的な即座の減少によって、対処し、これによって、溶融金属１４とスラグ１６との間の界面６２でガスを発生させる速度を減じ、それ故に、スラグ１６が取鍋１２から溢れ出るのを防止する。一旦、スラグ面２２の高さが後退すれば、ブースタポンプ３０の速度を増加するのに適切な命令をポンプコントローラ５０に出すことによって、チャンバ１０の排気速度を、再び増大させることができる。
【００２４】
図１から４に示す実施形態では、システムコントローラ２４は、ブースタポンプ３０の目標速度を決定し、ブースタポンプ３０に目標速度を知らせる。図５に示す実施形態では、ゲージ２０は、排気装置２６に直接接続される。本実施形態では、ゲージ２０から出力された信号は、ポンプコントローラ５０によって直接受信され、各ポンプコントローラは、それぞれの排気機構の速度を制御するための、第１の実施形態のコントローラ２４の機能を、その中に記憶する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶鋼脱ガス装置の第１の実施形態を示す。
【図２】図１の脱ガス装置の脱ガスチャンバを排気する真空排気装置の例を示す。
【図３】図２の排気装置のブースタポンプのモータを駆動するポンプコントローラを示す。
【図４】図２のブースタポンプのポンプコントローラとシステムコントローラとの接続を示す。
【図５】溶鋼脱ガス装置の第２の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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