(57)【要約】【課題】収容器に収容されている溶鋼全体を撹拌する方法を提供する。【解決手段】取鍋（収容器）２に収容された溶鋼（溶融金属）３に浸漬ランス１を浸漬する。浸漬ランス１から不活性ガス５を吹き込んで溶鋼３を攪拌する。溶鋼３に浸漬した浸漬ランス１を水平方向に移動させつつ不活性ガス５を吹き込む。不活性ガス５で溶鋼３を撹拌して、酸化物の浮上を促進させて、溶鋼３を清浄化する。【選択図】            図１
2016089273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容器に収容された溶融金属に浸漬ランスを浸漬し、該浸漬ランスから不活性ガスを吹き込んで前記溶融金属を攪拌する方法であって、
前記溶融金属に浸漬した浸漬ランスを水平方向に移動させつつ前記不活性ガスを吹き込むことを特徴とする溶融金属の攪拌方法。
【請求項２】
前記浸漬ランスを前記収容器の周方向に旋回させることを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属の攪拌方法。
【請求項３】
前記収容器の半径ｒに対する、前記浸漬ランスの先端の中心と前記収容器の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．２以上０．８以下の範囲となる前記収容器中の溶融金属での位置を、前記浸漬ランスが通過するように、前記浸漬ランスを旋回させることを特徴とする、請求項２に記載の溶融金属の攪拌方法。
【請求項４】
前記収容器の周方向における前記浸漬ランスの旋回速度は１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の溶融金属の攪拌方法。
【請求項５】
収容器に収容された溶融金属に浸漬される浸漬ランスと、
該浸漬ランスを水平方向に移動させる移動機構と、を有することを特徴とする溶融金属の攪拌設備。
【請求項６】
前記移動機構は、前記浸漬ランスを前記収容器の周方向に旋回させることを特徴とする、請求項５に記載の溶融金属の撹拌設備。
【請求項７】
前記収容器の半径ｒに対する、前記浸漬ランスの先端の中心と前記収容器の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．２以上０．８以下の範囲となる前記収容器中の溶融金属での位置を、前記浸漬ランスが通過するように、前記浸漬ランスを旋回させることを特徴とする、請求項６に記載の溶融金属の攪拌設備。
【請求項８】
前記移動機構は、前記浸漬ランスを１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下の旋回速度で旋回させることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の攪拌設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属に不活性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を浮上させて溶融金属を清浄化する方法及びその設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉では、溶銑に酸素吹錬（脱炭精錬）することで溶銑を溶鋼にする。溶鋼には、吹き付けられた酸素が多量に溶解している。溶解している酸素（溶存酸素）を溶鋼中に残しておくと、溶鋼から得られる鉄鋼材料に気泡欠陥が生じるので、溶存酸素を溶鋼から除去するべく、金属アルミニウムやフェロシリコンなどの脱酸剤を溶鋼に添加して、溶鋼に脱酸処理を行う。脱酸処理によって、溶存酸素は、脱酸剤と反応してＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの酸化物となる。酸化物が、溶鋼中に残存した場合には、酸化物系非金属介在物（以下、適宜「介在物」と呼ぶ）となり、鉄鋼材料の欠陥の原因となるので、介在物（酸化物）を溶鋼から除去する必要がある。介在物は溶鋼よりも比重が小さいので、溶鋼を取鍋内で静置しておけば、介在物は溶鋼表面に浮上して、溶鋼から分離可能となる。但し、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、介在物の浮上を促進させる方法が行われている。
【０００３】
介在物の浮上を促進させる方法として、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、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に吹き込む方法が知られている。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、該浸漬管の内部の溶鋼全域に不活性ガスが向かうように、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】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１に記載の方法では、浸漬管の内部に存在する溶鋼が主に攪拌されるので、取鍋内の溶鋼全体を撹拌できず、介在物の浮上を効果的に促進できていない可能性がある。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、これに伴い、大型の浸漬管昇降装置が必要となるので、設備費用が高くなる。また、特許文献１に記載の装置では、吹き込まれた不活性ガスは上方に向かうことから、不活性ガスによる攪拌領域は、取鍋底部に設けられたガス吹き込み口を頂点とし、上方に広がる逆円錐状の範囲となり、取鍋内の溶鋼全体を攪拌できず、撹拌による介在物の浮上促進効果は限られた範囲のみでしか得られないという問題もある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、取鍋（収容器）内に収容されている溶鋼（溶融金属）全体を撹拌する溶融金属の撹拌方法及び溶融金属の撹拌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
【０００８】
（１）収容器に収容された溶融金属に浸漬ランスを浸漬し、該浸漬ランスから不活性ガスを吹き込んで前記溶融金属を攪拌する方法であって、前記溶融金属に浸漬した浸漬ランスを水平方向に移動させつつ前記不活性ガスを吹き込むことを特徴とする溶融金属の攪拌方法。
【０００９】
（２）前記浸漬ランスを前記収容器の周方向に旋回させ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。
【００１０】
（３）前記収容器の半径ｒに対する、前記浸漬ランスの先端の中心と前記収容器の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．２以上０．８以下の範囲となる前記収容器中の溶融金属での位置を、前記浸漬ランスが通過するように、前記浸漬ランスを旋回させることを特徴とする、上記（２）に記載の溶融金属の攪拌方法。
【００１１】
（４）前記収容器の周方向における前記浸漬ランスの旋回速度は１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下であることを特徴とする、上記（２）または上記（３）に記載の溶融金属の攪拌方法。
【００１２】
（５）収容器に収容された溶融金属に浸漬される浸漬ランスと、該浸漬ランスを水平方向に移動させる移動機構と、を有することを特徴とする溶融金属の清浄化装置。
【００１３】
（６）前記移動機構は、前記浸漬ランスを前記収容器の周方向に旋回させることを特徴とする、上記（５）に記載の溶融金属の撹拌設備。
【００１４】
（７）前記収容器の半径ｒに対する、前記浸漬ランスの先端の中心と前記収容器の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．２以上０．８以下の範囲となる前記収容器中の溶融金属での位置を、前記浸漬ランスが通過するように、前記浸漬ランスを旋回させることを特徴とする、上記（６）に記載の溶融金属の攪拌設備。
【００１５】
（８）前記移動機構は、前記浸漬ランスを１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下の旋回速度で旋回させることを特徴とする、上記（６）または上記（７）に記載の攪拌設備。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶鋼を収容している収容器内の溶鋼全体を撹拌することができ、脱酸処理がされている溶鋼に中の介在物の浮上を促して、溶鋼の清浄化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】取鍋に収容されている溶鋼の清浄化が行われている状況を示す図である。
【図２】図１に示す浸漬ランスの先端部分の鉛直断面図である。
【図３】ｒｃ／ｒとガスの吹き込み時間（分）との関係の一例を示すグラフである。
【図４】浸漬ランスの旋回速度（ｒｐｍ）と処理時間比との関係の一例を示すグラフである。
【図５】実施例における、ガスの吹き込み時間（分）と溶鋼中全酸素濃度（質量％）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
脱炭精錬がなされた溶鋼が転炉から、取鍋などの収容器に排出され収容される。脱炭精錬では、溶銑に酸素を多量に吹き付けることで、溶銑を脱炭して溶鋼とするので、溶鋼には酸素が多量に溶解している。この酸素を溶鋼から除去するべく溶鋼に脱酸処理を行ってから、収容器を連続鋳造工程などの次工程の設備に移す。脱酸処理では、金属アルミニウム、金属マンガンや、金属珪素などの脱酸剤を溶鋼に投入し、脱酸剤と溶鋼中の酸素とを反応させて、溶鋼中に酸化物を形成する。酸化物を、溶鋼表面上のスラグに吸収させ、前記スラグを溶鋼から取り除くことで、酸化物を溶鋼から取り除くことができる。酸化物は溶鋼中に残ると介在物となり、この介在物も含め以下「酸化物」という。
【００１９】
酸化物は、溶鋼中を浮上してスラグに吸収されることになるが、浮上速度が遅い。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、酸化物の浮上を促進させる。本発明に係る溶融金属を清浄化する方法及び設備は、収容器に収容された溶鋼（溶融金属）に浸漬ランスを浸漬し、該浸漬ランスを、例えば、上下方向に移動させずに水平方向に往復などさせて、水平方向に移動させつつ、該浸漬ランスから不活性ガスを溶鋼に吹き込んで、該溶鋼を攪拌し、酸化物の浮上を促すものである。このように、不活性ガスを吹き込むことで、収容器中の溶鋼全体を撹拌しやすくなり、酸化物の浮上をより効果的に促進できる。
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る溶融金属の清浄化の一例を具体的に説明する。図１は、収容器として取鍋を、溶融金属として溶鋼を採用し、取鍋に収容されている溶鋼の清浄化を行う状況を示す図であり、溶鋼を収容している取鍋の鉛直断面を示してある。溶融金属の撹拌設備１００は、不活性ガス５の供給管（図示せず）が接続された浸漬ランス１と、該浸漬ランス１が取り付けられ、回転可能で且つ上下方向に移動可能な移動機構１０と、を有する。脱炭精錬がなされた溶鋼３を収容する取鍋２が移動機構１０の下方に配置され、移動機構１０が下方に移動することで、浸漬ランス１は溶鋼３に浸漬される。なお、後述する不活性ガス５の吹き込みによる溶鋼３の撹拌を所定の時間行った後は、移動機構１０が上方に移動することで、浸漬ランス１は溶鋼３から離れることになる。
【００２１】
浸漬ランス１を溶鋼３に浸漬させ、移動機構１０で浸漬ランス１を旋回させることで、浸漬ランス１は、高さを一定に維持して水平方向に移動する。この移動の際、不活性ガス５を溶鋼３に吹き込む。これにより、不活性ガス５で溶鋼３が撹拌される。浸漬ランス１を溶鋼３に深く浸漬させるほど、取鍋２の底部部分の溶鋼３を撹拌しやすくなり、ある程度深く浸漬ランス１を溶鋼３に浸漬させることが好ましい。よって、取鍋２に収容されている溶鋼３の深さに対する、溶鋼３の表面から浸漬ランス１の先端までの距離の比が０．５以上となる位置に、浸漬ランス１の先端があるように、浸漬ランス１を溶鋼３に浸漬させることが好ましい。なお、不活性ガス５としては、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの希ガスや、窒素ガスなどの非酸化性ガスを使用でき、これらを組み合わせたガスも使用できる。
【００２２】
脱炭精錬が終了した後の溶鋼３は、例えば１６００℃程度の高温となっており、この高温に耐えるべく、浸漬ランス１は、中空の芯金と該芯金を覆う耐火物とを有し、表面は耐火物から構成されている。浸漬ランス１の先端部分の鉛直断面を図２に示す。図示を省略しているが、浸漬ランス１には、不活性ガス５を送るための供給管が接続されている。浸漬ランス１には、不活性ガス５が通過可能なガス流路６が形成され、先端部には吐出孔７が複数形成されている。溶鋼３を効率的に攪拌する観点から、溶鋼３中での不活性ガス５の気泡の水平方向での移動距離が大きくなることが好ましい。よって、図２に示す通り、吐出孔７の不活性ガス５の吐出方向が水平となっている。但し、吐出方向は、水平に限定されるものではなく、水平から±４５°の角度範囲内となっていてもよい。また、図２では、吐出孔７は、先端部において水平直線上の２カ所に形成されているが、３カ所以上に形成されていてもよい。
【００２３】
溶鋼３の表面上にはスラグ４の層が形成され（図１参照）、前記層に、溶鋼３に投入された脱酸剤が酸素と反応して形成される酸化物が吸収される。効率的に酸化物を吸収させるために、またスラグ４の組成を調整するために、溶鋼３にＣａＯ系またはＭｇＯ系のフラックスを適量投入してもよい。
【００２４】
移動機構１０は、浸漬ランス１を溶鋼３に浸漬した状態で回転する機構を有し、浸漬ランス１を取鍋２の周方向に旋回させつつ、不活性ガス５を吹き込むことが好ましい。これにより、取鍋２中の溶鋼３全体に不活性ガス５の気泡を供給することができ、前記様々な部分で不活性ガス５による撹拌を生じさせることが可能となる。
【００２５】
浸漬ランス１は、取鍋２の中心と取鍋２の内面との間の中央位置を通過することが最も好ましい。取鍋２の半径ｒに対する、浸漬ランス１の先端の中心と取鍋２の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）と、ガスの吹き込み時間（分）との関係の一例を示すグラフを図３に示す。グラフ縦軸のガスの吹き込み時間（分）は、溶鋼３中の全酸素濃度を、目標の値（例えば０．００２（質量％））とするまでに掛かった時間を表している。
【００２６】
図３から、浸漬ランス１を、前記中央の位置（ｒｃ／ｒ≒０．５）を通過させながら、不活性ガス５を吹き込むことにより、溶鋼３中の全酸素濃度（質量％）が目標の値となるまでに掛かった時間が最小となっていることがわかる。溶鋼３中の全酸素濃度（質量％）が、短時間で低くなることは、酸化物がスラグ４に短時間で吸収されたことを意味し、浸漬ランス１が中央位置を通過することにより、不活性ガス５が、取鍋２の中心及び取鍋２の内面との両部分に到達しやすくなり、両部分を含む全体においても、溶鋼３の撹拌が促進されて、酸化物が短時間でスラグ４に吸収されたことがわかる。
【００２７】
操業中、取鍋２の中心と移動機構１０の回転中心とが常に一致するように、取鍋２を移動機構１０の下方に設置することは容易ではなく、浸漬ランス１を前記中央の位置を常に通過させることは容易ではない。そこで、浸漬ランス１の先端の中心と取鍋２の鉛直中心線との距離ｒｃと、取鍋２の半径ｒとの比（ｒｃ／ｒ）が、０．２以上０．８以下の範囲となるように、取鍋２を移動機構１０の下方に設置することが好ましい。比（ｒｃ／ｒ）が、０．２未満となると、取鍋２の中心部の溶鋼３しか攪拌されず、一定時間の間に、溶鋼３全体を清浄にすることができない。また、比（ｒｃ／ｒ）が０．８を超えると、取鍋２の内面付近の溶鋼３しか攪拌されず、一定時間の間に、溶鋼３全体を清浄にすることができない。
【００２８】
更には、比（ｒｃ／ｒ）が、０．５以上０．６以下の範囲となるように、取鍋２を移動機構１０の下方に設置することがより好ましい。図３からわかるように、溶鋼３中の全酸素濃度を、目標の値とするまでに掛かった時間をより短くでき、操業時間をより短縮できるからである。
【００２９】
図１の実施形態では、浸漬ランス１を鉛直方向に延在するように移動機構１０に取り付けており、浸漬ランス１の先端の中心の位置は、浸漬ランス１の鉛直中心線上にあるので、距離ｒｃは、浸漬ランス１の鉛直中心線と取鍋２の鉛直中心線との距離でも表すことができる。なお、浸漬ランス１を傾斜させた状態で移動機構１０に取り付けてもよい。その場合には、比（ｒｃ／ｒ）は、前述の通り、取鍋２の半径ｒに対する、浸漬ランス１の先端の中心と取鍋２の鉛直中心線との距離ｒｃとなる。
【００３０】
浸漬ランス１の旋回速度は、１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下とすることが望ましい。浸漬ランス１の先端の中心と取鍋２の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．５の時の、浸漬ランス１の旋回速度と、処理時間比との関係の一例を示すグラフを図４に示す。ここで、処理時間比とは、浸漬ランス１の旋回速度を特定の速度とした場合における溶鋼３中の全酸素濃度を目標の値とするまでにかかった時間と、溶鋼旋回速度を０とした場合における溶鋼３中の全酸素濃度を目標の値とするまでにかかった時間との比である。図４から、浸漬ランス１の旋回速度を１ｒｐｍ以上１２ｒｐｍ以下とすることで処理時間比を小さくすることができ、迅速な処理が可能となることがわかる。浸漬ランス１の旋回速度が１ｒｐｍ未満となると、取鍋全体の攪拌にほとんど寄与せず、一定時間の間に、溶鋼３全体を清浄にすることができない。また、浸漬ランス１の旋回速度が１２ｒｐｍを超えても、処理時間比は変化せず、かえって移動機構１０への負荷が非常に大きくなること、及び／または遠心力により取鍋内部の溶鋼が外に漏れ出してしまうことになり、安定な操業を行うことができなくなる。
【００３１】
上記実施形態では、溶融金属として溶鋼を用いているが、溶融金属に浸漬された浸漬ランス１から吹き込まれる不活性ガス５によって、溶融金属中を攪拌して、溶融金属中の酸化物（または介在物）の浮上を促すことができれば、溶融金属は、特に溶鋼に限定されるものではない。溶融金属としては、溶鋼以外には、溶融アルミニウムや溶融銅がある。また、上記実施形態では、収容器として取鍋２を用いているが、収容器は、高温の溶融金属を収容する機能を発揮するものであれば、特に取鍋に限定されるものではない。
【００３２】
以上説明したように、本発明によって、浸漬ランスから不活性ガスを溶融金属中に吹き込んでいる間に、浸漬ランスを水平に移動させることで、溶融金属を広い範囲で攪拌することができ、溶融金属中の介在物の浮上を促して、溶融金属の清浄化を促進できる。
【実施例】
【００３３】
溶融金属として溶鋼を採用し、溶鋼を収容する収容器として取鍋を採用して、図１に示すように、取鍋２内に収容された約３００トンの溶鋼３の清浄化を行った。溶鋼３は、炭素濃度が０．４５質量％の炭素鋼である。脱酸剤として金属アルミニウムを用い、溶鋼３に対して脱酸処理を行った。溶鋼中の酸化物はＡｌ２Ｏ３である。取鍋２の内径は４ｍであり、溶鋼３の深さは５ｍであり、溶鋼３の表面からの浸漬ランス１の浸漬深さは２．５ｍである。不活性ガス５としてはアルゴンガスを採用した。
【００３４】
アルゴンガスの吹き込み流量を４００Ｎｌ／分とした。浸漬ランス１の先端に、吐出孔７を２個形成してある。溶鋼３への不活性ガスの吹き込みを開始し、取鍋２の半径ｒに対する、浸漬ランス１の鉛直中心線と取鍋２の鉛直中心線との距離ｒｃの比（ｒｃ／ｒ）が０．５、旋回速度が６ｒｐｍとなるように、浸漬ランス１を旋回させつつ、不活性ガス５を溶鋼３に、適宜吹き込み時間を変更して吹き込んで、溶鋼３を撹拌した（本発明例）。一方で、浸漬ランス１を不活性ガスの吹き込み中に、旋回させるのではなく、浸漬ランス１を、比（ｒｃ／ｒ）が０．５となる取鍋２中の位置に静止させた以外は本発明例と同じ条件で、不活性ガス５を溶鋼３に吹き込んで、溶鋼３を撹拌した（比較例）。
【００３５】
本発明例と比較例とで、ガス吹き込み中での溶鋼３中の全酸素濃度の推移を比較した。ガスの吹き込み時間（分）と溶鋼中全酸素濃度（質量％）との関係のグラフを図５に示す。溶鋼３中の全酸素濃度とは、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り、溶鋼３の一部を試料として採取し、採取した試料表面の汚染を適切な方法で除去した後、該試料を燃焼させ、燃焼ガスを赤外線吸収法によって分析し、溶鋼３中の全酸素濃度を算出した。
【００３６】
図５のグラフに示すように、本発明によって、溶鋼中の全酸素濃度をより早く低減して溶鋼を効果的に清浄化できていることから、本発明は、溶鋼を効果的に撹拌し、溶融金属中の介在物の浮上を促進していることがわかる。
【符号の説明】
【００３７】
１      浸漬ランス
２      取鍋（収容器）
３      溶鋼（溶融金属）
４      スラグ
５      不活性ガス
６      ガス流路
７      吐出口
１０    移動機構
１００  撹拌設備
【図１】
2016089273.tif 000003
【図２】
2016089273.tif 000004
【図３】
2016089273.tif 000005
【図４】
2016089273.tif 000006
【図５】
2016089273.tif 000007