(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体形態の溶融金属を真空処理するための方法であって、
液体形態の溶融金属を冶金用取鍋に導入して、０．４ｍから０．６ｍの間の安全高さが達成されるまで前記取鍋を満たすこと、
前記取鍋の上方の雰囲気を減圧すること、
前記取鍋中の前記溶融金属の上方の雰囲気を減圧しつつ、処理期間の一部または全処理期間中にわたってヘリウムを前記取鍋の底に注入することにより溶融金属を同時に攪拌することによって金属を処理すること
を含み、前記安全高さは、前記取鍋中で静止したときの前記溶融金属の表面と、前記取鍋の上端との間の距離である
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記処理が、鋼に施される脱炭素処理であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鋼が脱炭素処理後に６０ｐｐｍ未満の炭素含有量を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理が、鋼に施される脱水素処理であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記処理が、鋼に施される脱窒素処理であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
注入されるヘリウムの流速が溶融金属１トンあたり１．８７５Ｓｌ／分以上であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ヘリウム注入が、液体金属の液面の下に取り付けられたガス注入機を備える取鍋の壁を介して行われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ヘリウム注入が、ガス注入機をその底に備える取鍋の底を介して行われることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液体形態の溶融金属（例えば、鋼など）の真空処理方法に関する。
【０００２】
転炉から出るとき、リムド鋼は、真空装置を備えた取鍋において行われる様々な補足的な冶金学的操作を一般には受けなければならない。これらの操作は、一般には、液体金属の脱酸素を行い、次いでその規格および温度を設定することからなり、その後、この金属は、連続鋳造または鋳型への鋳込みによって固化させられる。溶存ガス（水素および窒素）および／または炭素の含有量が低いことを必要とするいくつかの用途の場合には、脱ガスと呼ばれる処理が行われるが、その有効性は、液体金属と接触している雰囲気の圧力を低下させることによって大きく改善される。
【０００３】
例えば、脱炭素処理の場合、鋼組成に好適な条件および浴上方の圧力に対する好適な条件が組み合わせられたとき、酸素が金属内の溶存する炭素と化合して、ガス状の一酸化炭素を形成することによって、鋼の脱炭素が生じる。この脱炭素は、液体金属を攪拌することによって助けられる。この場合、攪拌は、例えば、不活性なガス（通常の場合にはアルゴン）を取鍋の底から液体の鋼の中に注入することによって行われる。
【０００４】
浴の上方が減圧されると、浴の上部部分における鋼の小さい層のみに作用するので、効果的な攪拌を行うことは、脱ガスなどの脱炭素が正しく行われるためには不可欠である。従って、所望する全体的な成果が確実に達成されるためには、この反応領域にその下に存在する鋼が常に供給されることが不可欠である。同じことが脱水素処理または脱窒素処理にも当てはまる。
【０００５】
しかし、液体の鋼を攪拌することにより、スラグで覆われた鋼の表面の激しい揺れが一般には生じる。この揺れは、取鍋が真空下に置かれたときにはさらに激しくなり、取鍋の壁、覆い、または処理される取鍋が設置されている容器に対する液体の鋼およびスラグの飛沫を生じさせ得る。そのような飛沫を制限して、液体金属および上に浮かぶスラグが飛び出すことを防止するために、操作者は、静止時の液体金属の表面と取鍋の上端との間の安全距離（安全高さと呼ばれる距離）を維持しなければならない。従って、この安全高さを守ることは、冶金用取鍋が満たされる液面をその公称値よりも低い値に制限しなければならないことを意味する。
【０００６】
そうでない場合には、操作者は、表面の揺れを制限するために、攪拌速度を制限することが強いられるか、またはこの攪拌を省くことさえ強いられる。このことは、得られる鋼の品質低下に直接つながり得る。
【０００７】
従って、本発明の目的は、より多くの量の液体金属の取鍋内での真空処理を、この処理が正しく行われることを依然として保証しながら行うための方法を提供することである。
【０００８】
この目的のために、本発明の主題は、液体形態の溶融金属を真空処理するための方法であって、
・液体形態の溶融金属を冶金用取鍋に導入して、０．４ｍから０．６ｍの間の安全高さが達成されるまで前記取鍋を満たす工程、
・前記取鍋の上方の雰囲気を減圧しつつ、処理期間の一部または全処理期間中にわたってヘリウムを前記取鍋の底に注入することにより溶融金属を同時に攪拌する5ことによって金属を処理する工程
を含む方法である。
【０００９】
本発明は下記の特徴をさらに有し得る：
・処理が、鋼に施される脱炭素処理である；
・処理後の金属が、脱炭素後に６０ｐｐｍ未満の炭素含有量を有する鋼である；
・処理が、鋼に施される脱水素処理である；
・処理が、鋼に施される脱窒素処理である；
・注入されるヘリウムの流速が、溶融金属１トンあたり１．８７５Ｓｌ／分以上である；
・ヘリウム注入が、液体金属の液面の下に取り付けられたガス注入機を備える取鍋の壁を介して行われる：そして
・ヘリウム注入が、ガス注入機をその底に備える取鍋の底を介して行われる。
【００１０】
理解されるように、本発明は、攪拌用ガスとしてのヘリウムの使用を、通常的に実際に使用されるよりも小さい安全高さの確立と結合させることにある。
【００１１】
これは、本発明者らが、アルゴンまたは窒素の代わりにヘリウムを攪拌用ガスとして使用することによって、液体−鋼の表面の揺れ現象が非常に実質的に低下し、これにより、安全高さを下げ、その結果、取鍋が液体金属で満たされる量を増大させることが可能になり、従って生産性の実質的な増大がもたらされることを見出したからである。
【００１２】
次に、先行技術におけるプロセスの一例、および真空タンクにおいて液体金属を脱炭素する場合における本発明の実施方法の一例を説明する。
【００１３】
先行技術において、鋼などの溶融金属の真空処理は、一般には０．６ｍから１ｍの間にある安全高さが達成されるまで冶金用取鍋を最初に満たし、次いで鋼を攪拌するためにアルゴンまたは窒素が同時に注入される取鍋において真空を生じさせることによって行われる。
【００１４】
この例で使用される取鍋は、全体の高さが約４．４メートルで、最大能力が３００トンの鋼である実質的に円筒状の形状である。安全高さを０．８ｍの値に設定することにより、一般には２４０トンを１回の取鍋で処理することができる。使用されるガス注入機は、取鍋の底に挿入された３つの多孔性プラグからなる。これらの多孔性プラグはそれぞれが、６００Ｓｌ／分（１Ｓｌ＝標準的な温度および圧力の状態で測定される１リットル）の最大ガス流速を支えるように設計されている。
【００１５】
液体金属を含有する取鍋が、徐々に減圧されるチャンバー内に置かれたとき、これにより、金属に溶存している炭素および酸素の活量と平衡しているＣＯ圧にチャンバー内の圧力レベルが対応しながら、ＣＯの放出が取鍋内の金属の上部層において生じる。減圧作用のための自発的な沸騰によるこのＣＯ放出の速度は比較的大きく、取鍋内の金属の液面を上昇させ、そして金属の飛沫を生じさせる。このＣＯ放出のために、攪拌速度は制限され、多孔性プラグのそれぞれについて、０．８ｍの初期の安全高さの場合には典型的には５０Ｓｌ／分から８０Ｓｌ／分にしなければならない。すなわち、注入される不活性ガスの総流速を０．６２５Ｓｌ／ｔ／分から１Ｓｌ／ｔ／分にしなければならない。
【００１６】
ＣＯ放出速度が、金属の炭素含有量の低下の結果として低下するとき、攪拌用ガスの流速は一般に増大する。これは、取鍋を含有するチャンバー内の圧力が１０ｍｂａｒ未満（典型的には１ｍｂａｒ程度）である、いわゆる低圧段階のときに生じる。多孔性エレメントあたりの注入されるガスの流速は、典型的には２００Ｓｌ／分であり、すなわち、取鍋内に注入されるアルゴンまたは窒素の総流速は鋼１トンあたり２．５Ｓｌ／分である。
【００１７】
これらの条件のもとで、液体の鋼表面の揺れの程度、そしてＣＯ沸騰および攪拌用ガスの一緒になった作用のために生じる鋼飛沫の速度は、処置の全期間を通して依然として許容できるほどである。
【００１８】
アルゴンまたは窒素を注入しながら安全高さを０．４ｍから０．６ｍの値に下げようとする場合、不活性ガスの注入流速は、標準的な安全高さについて示される流速よりも小さい流速に大きく低下させることが不可欠である。これは、同じ真空処理時間について、劣った脱炭素性能をもたらす。鋼を脱炭素する場合、これは、脱炭素が不十分な鋼、従って、意図された使用には適さない鋼をもたらす。
【００１９】
本発明によるプロセスが、上記と同じ条件のもとでヘリウムを注入しながら、これまでに記載されてきた先行技術例の取鍋と類似する取鍋で２４０ｔの液体金属を真空処理するために使用された。注入されるヘリウムの流速は、真空生成段階のときには多孔性プラグのそれぞれについて約１５０Ｓｌ／分であり、すなわち、合計で１．８７５Ｓｌ／ｔ／分であった。その後、これらの流速を、取鍋が１ｍｂａｒ以下の真空下になったときにはプラグのそれぞれについて２００Ｓｌ／分に、すなわち、２．５Ｓｌ／ｔ／分の総流速に増大させた。
【００２０】
驚くべきことに、液体の鋼表面の揺れが低下していることが見出された。その結果として、取鍋の壁に対する液体鋼の飛沫もまた低下し、それにより、０．４ｍから０．６ｍの間の安全高さを置くように取鍋を満たすことができる。従って、アルゴン注入または窒素注入と同じ冶金学的成果および同じ安全条件を用いて、さらに２０トンの液体の鋼を１回の操作で処理することができ、従って、生産性が約１０％増大する。
【００２１】
さらに、処理は利用可能な時間の間にその完了まで行うことができ、それにより、意図された特徴と一致する鋼を得ることが可能になる。
【００２２】
当然のことではあるが、ガスは、任意のタイプの注入機によって、具体的には、取鍋の底に挿入された少なくとも１つの多孔性プラグ、または液体金属内に直接沈められる少なくとも１つのランスなどによって液体金属内に注入することができる。
【００２３】
本発明によるプロセスは、６０ｐｐｍ未満の最終的な炭素含有量を得ることが望ましい鋼に対する真空脱炭素処理を行うために特により適するが、攪拌を必要とし、そして満たさなければならない安全高さを伴う真空での任意の冶金学的プロセスにおいて使用することができる。