JP2000345228A - Top-blown lance - Google Patents

Top-blown lance

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JP2000345228A
JP2000345228A JP15646999A JP15646999A JP2000345228A JP 2000345228 A JP2000345228 A JP 2000345228A JP 15646999 A JP15646999 A JP 15646999A JP 15646999 A JP15646999 A JP 15646999A JP 2000345228 A JP2000345228 A JP 2000345228A
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JP
Japan
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nozzle
lance
cross
section
oxygen gas
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Withdrawn
Application number
JP15646999A
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Japanese (ja)
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Takeshi Suzuki
健史 鈴木
Goro Okuyama
悟郎 奥山
Yukio Takahashi
幸雄 高橋
Hideji Takeuchi
秀次 竹内
Kenichi Tanmachi
健一 反町
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain the erosion of a lining refractory in a furnace and to achieve the soft blow of a top-blown oxygen gas jet by providing a nozzle composed of a circular shape cross sectional or a non-circular shape cross sectional contracting part, in which the gas flow becomes not less than the sound speed, and a non-circular shape cross sectional enlarging part which connects with the understream side of the contracting part and becomes less than the sound speed. SOLUTION: The cross sectional shape of the non-circular cross sectional contracting part and the enlarging part is anyone of an ellips, oblong circle, rectangle or isosceles triangle having <60 deg. apex angle or sector, and it is suitable to arrange so that the longitudinal direction of the cross sections in the contracting part and the enlarging part is aligned with the radius direction of a lance. In this nozzle, the oxygen gas jet flowing speed spouted from the lance is effectively attenuated before reaching the molten metal surface and the recessed depth formed on the molten metal surface is shallowed and the combustion of CO gas above the molten metal surface with the oxygen gas is sufficiently executed and the soft blow in the top-blown oxygen gas jet can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、上吹きランスに係
わり、特に、転炉、鉄浴型溶融還元炉、転炉型スクラッ
プ溶解炉等で溶鉄を酸素吹錬する際に用いられる上吹き
ランスの構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an upper blowing lance, and more particularly to an upper blowing lance used for oxygen blowing of molten iron in a converter, an iron bath type smelting reduction furnace, a converter type scrap melting furnace, and the like. Related to the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、製鋼分野では、転炉内の溶銑にク
ロム鉱石あるいは鉄鉱石等の鉱石原料とコークス等の炭
材を添加し、該鉱石を直接溶融還元して、鉱石中の有価
金属を回収する技術が普及している。このような鉱石の
溶融還元を実施するに際しては、通常、大量の加熱・還
元エネルギーが必要となる。また、溶融還元に限らず、
高炉溶銑を原料とした一般的な製鋼を行う転炉操業にお
いても、鉱石、スクラップを大量に転炉内に供給し、加
熱・還元、および溶解を行うことがある。こうした操業
の生産性を高位に維持しつつ行うには、エネルギー源と
しての炭材と、該炭材を燃焼させる酸素ガスとを可能な
限り高速で供給する必要がある。
2. Description of the Related Art Recently, in the field of steelmaking, an ore raw material such as chromium ore and iron ore and a carbonaceous material such as coke are added to hot metal in a converter, and the ore is directly melted and reduced to obtain valuable metal in the ore. The technology for collecting waste has become widespread. In carrying out such smelting reduction of ore, a large amount of heating / reducing energy is usually required. Also, not limited to smelting reduction,
Even in a converter operation that performs general steelmaking using molten iron from a blast furnace, a large amount of ore and scrap may be supplied into the converter to perform heating, reduction, and melting. In order to perform such operations while maintaining a high productivity, it is necessary to supply a carbon material as an energy source and oxygen gas for burning the carbon material as quickly as possible.

【0003】通常、転炉内に保持した溶銑あるいは溶鋼
(以下、溶湯という)への酸素ガスの供給は、その大部
分の量を上吹きランス(長尺の筒体)を用いて行うが、
上述の要求に従い酸素ガスの供給速度を増加させると、
ダストの発生が増大するという問題が生じる。このダス
トの発生速度の増大は、製造する溶鋼の歩留まり低下及
びその後のダスト処理コストの増大等をきたすので、溶
融還元を高い生産性下で行うには、ダスト発生速度の抑
制が特に重要である。
Usually, the supply of oxygen gas to hot metal or molten steel (hereinafter, referred to as molten metal) held in a converter is performed by using an upper-blowing lance (a long cylindrical body) for the most part.
When the supply rate of oxygen gas is increased according to the above requirements,
There is a problem that the generation of dust increases. Since the increase in the generation rate of the dust causes a decrease in the yield of the molten steel to be manufactured and an increase in the cost of the subsequent dust treatment, the suppression of the dust generation rate is particularly important for performing the smelting reduction under a high productivity. .

【0004】ところで、このようなダストは、溶湯の脱
炭反応によって生じるCOガス気泡が溶湯表面ではじけ
ることに起因するもの、あるいは溶湯から金属成分が直
接蒸発することに起因するものが主体と考えられるが、
両者とも、上吹きする酸素ガスジェットと溶湯の衝突程
度や酸素ガス自体の供給速度が増加するにつれ、増大す
る。このダスト発生の抑制対策としては、溶湯上に存在
する溶融スラグ層で、上吹き酸素ガスジェットが溶湯表
面に直接衝突するのを防止することが有効である。具体
的には、上吹き酸素ガスジェットが衝突して生じるスラ
グ層の窪み深さを低減して、該窪みが溶湯表面に達しな
いようにするのが良い。つまり、上吹き酸素ガスジェッ
トを所謂「ソフトブロー」にすると、上記の条件は達成
される。
[0004] By the way, it is considered that such dust is mainly caused by the CO gas bubbles generated by the decarburization reaction of the molten metal popping on the surface of the molten metal or by the direct evaporation of metal components from the molten metal. But
Both increase as the degree of collision between the oxygen gas jet blowing upward and the molten metal and the supply speed of the oxygen gas itself increase. As a measure for suppressing the generation of dust, it is effective to prevent the top-blown oxygen gas jet from directly colliding with the surface of the molten metal in the molten slag layer existing on the molten metal. Specifically, it is preferable to reduce the depth of the depression of the slag layer generated by the collision of the top-blown oxygen gas jet so that the depression does not reach the surface of the molten metal. That is, when the top-blown oxygen gas jet is so-called “soft blow”, the above condition is achieved.

【0005】なお、上吹き酸素ガスジェットのソフトブ
ロー化は、所謂「2次燃焼率」の向上をもたらすことが
知られており、ダスト発生速度を低減しつつ溶湯への熱
エネルギー供給速度を増大させる方法として極めて有効
である。
[0005] It is known that the use of a soft blow of the top-blown oxygen gas jet improves the so-called "secondary combustion rate", and increases the rate of supplying thermal energy to the molten metal while reducing the rate of dust generation. This is extremely effective as a method for causing the above.

【0006】ここで、2次燃焼とは、溶鉄の酸素精錬に
より炉内で発生したCOガスを、該炉内の上部空間でC
2にまで燃焼させることを言い、2次燃焼率は転炉排
ガス組成の(vol%CO2)/{(vol%CO)+
(vol%CO2)}×100で表される。また、該2
次燃焼率で発生した熱が溶鉄およびスラグの顕熱となる
効率を、着熱効率という。
[0006] Here, the secondary combustion means that CO gas generated in the furnace by oxygen refining of molten iron is converted into C in the upper space in the furnace.
It means to burn to O 2 , and the secondary combustion rate is (vol% CO 2 ) / {(vol% CO) +
(Vol% CO 2 )} × 100. In addition, said 2
The efficiency at which the heat generated at the next combustion rate becomes the sensible heat of the molten iron and slag is referred to as heat transfer efficiency.

【0007】従来、転炉精錬においては、炉内での2次
燃焼率を増大させるため(熱供給能力を向上させるた
め)、上吹き酸素ガスジェットを以下のような方法でソ
フトブロー化している。
Conventionally, in converter refining, in order to increase the secondary combustion rate in the furnace (to improve the heat supply capacity), the top-blown oxygen gas jet is soft blown by the following method. .

【0008】(1)上吹きランスの先端位置(以下、ラ
ンス高さと称する)を上昇させる。
(1) Raise the tip position of the upper blowing lance (hereinafter referred to as the lance height).

【0009】(2)上吹きランスのノズルを多孔にして
上吹き酸素ガスジェットを分散させる。
(2) The nozzle of the top blow lance is made porous to disperse the top blow oxygen gas jet.

【0010】(3)上吹きランスのノズル形状を非円形
にして上吹き酸素ガスジェット流速の減衰を促進する。
(3) The nozzle shape of the upper blow lance is made non-circular to promote the attenuation of the flow velocity of the upper blow oxygen gas jet.

【0011】特に、上記(3)に関しては、多くの技術
が提案されている。つまり、特開昭61−143507
号公報は、COの2次燃焼増大効果を得るために、長径
軸と短径軸の比が1.2以上の非円形開口よりなり、互
いに同形のノズルを少なくとも2つ以上有する転炉の2
次燃焼促進用ランスを開示している。その際、ノズルが
3孔又は4孔の時、ランスの半径線上に各ノズルの長径
を備えたものも示しているが、これらのノズル孔は、断
面が長手方向で変化しない一様な孔であった。
In particular, regarding the above (3), many techniques have been proposed. That is, JP-A-61-143507
In order to obtain the effect of increasing the secondary combustion of CO, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157556 discloses a converter having a non-circular opening having a ratio of a major axis to a minor axis of 1.2 or more and having at least two nozzles having the same shape.
A lance for promoting next combustion is disclosed. At this time, when the nozzle has three or four holes, the one having the major axis of each nozzle on the radius line of the lance is also shown, but these nozzle holes are uniform holes whose cross section does not change in the longitudinal direction. there were.

【0012】また、特開昭62−44517号公報は、
主ノズルの周囲を取巻く帯状断面の亜音速副ノズルを配
置してCOガスの2次燃焼熱の回収を図る技術を開示
し、特開平8−60219号公報は、上吹きガスを噴出
せしめるノズルを2個以上20個以下有し、ノズル形状
が長方形、楕円形、円弧形、もしくはそれらを組み合せ
た形状のものを用いる転炉精錬技術を開示している。こ
れらの技術は、高着熱効率、高2次燃焼率で、かつダス
トが少なく鉄歩留が高い脱炭精錬に関するもので、その
公報には、長辺と短辺の比が大きい、所謂「細長い噴出
孔」から出たガスは、円形孔から出たガスに比べて、噴
出直後にガスの流速の大きな減衰が起こることが記載さ
れている。そして、実施例として、ノズル開口の配列が
平面視で「二」の字状、大半円と小半円が対向した形
状、小半円の下に「ハ」の字を配した形状、「二」の字
状の周囲に断続円弧が取巻いた形状などのノズルを例示
している。なお、これら技術でも、ノズル孔は、断面が
長手方向で変化しない一様な孔であった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-44517 discloses that
Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-60219 discloses a technique for recovering secondary combustion heat of CO gas by arranging a subsonic sub-nozzle having a band-shaped cross section surrounding the main nozzle. A converter refining technique using two or more nozzles and a nozzle having a rectangular shape, an elliptical shape, an arc shape, or a combination thereof is disclosed. These technologies relate to decarburization refining with high heat transfer efficiency, high secondary combustion rate, and low dust and high iron yield. It is described that the gas flowing out of the "outlet" has a large attenuation of the flow velocity of the gas immediately after the outflow, as compared with the gas flowing out of the circular hole. And, as an example, the arrangement of the nozzle openings is a two-letter shape in a plan view, a shape in which the majority circle and the small semicircle face each other, a shape in which a “C” character is arranged below the small semicircle, and a “two” shape. A nozzle having a shape in which an intermittent arc surrounds a character shape is illustrated. In these techniques, the nozzle hole was a uniform hole whose cross section did not change in the longitudinal direction.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1)のランス高さの上昇は、2次燃焼で発生した熱の
着熱効率が低く、結果として排ガス温度の上昇、炉内の
内張り耐火物の溶損の増大をもたらし、好ましくない。
また、上記(2)のノズルの多孔化は、該孔の鉛直に対
する傾斜角(以下、ノズル傾角と称する)をある程度大
きくしないと、多孔ノズルより分散させて供給した酸素
ガスジェットが再集合してしまい、結果として充分なソ
フトブロー効果が得られない。一方、ノズル傾角を大き
くすると、酸素ガスジェットが炉壁に直接衝突して、炉
壁の内張り耐火物を損傷するという問題も生じる。さら
に、(3)のノズル形状の非円形化に関しては、単なる
非円形化によるガスジェットの流速の減衰効果が今一歩
で、この効果を大きくするためには、極めて非円形度を
大きくとらなければならず、ランス構造の複雑化やそれ
に伴う耐久性の劣化を招くという問題があった。
However, the increase in the lance height in the above (1) results in a low heat transfer efficiency of the heat generated in the secondary combustion, resulting in a rise in the temperature of the exhaust gas and a decrease in the refractory lining in the furnace. This results in increased erosion and is not preferred.
In addition, in the case of making the nozzle porous in the above (2), unless the inclination angle of the hole with respect to the vertical (hereinafter, referred to as the nozzle inclination angle) is increased to some extent, the oxygen gas jet dispersed and supplied from the multi-hole nozzle is reassembled. As a result, a sufficient soft blow effect cannot be obtained. On the other hand, when the nozzle inclination angle is increased, there is also a problem that the oxygen gas jet directly collides with the furnace wall and damages the refractory lining the furnace wall. Furthermore, regarding the non-circularization of the nozzle shape in (3), the effect of attenuating the flow velocity of the gas jet due to the mere non-circularization is just a step away. However, there is a problem in that the lance structure is complicated and durability is deteriorated accordingly.

【0014】本発明は、上記事情に鑑み、従来のランス
に簡単な工夫を凝らすだけで、炉内の内張り耐火物の溶
損を抑制しつつ、転炉内の高2次燃焼率、高着熱効率を
維持すると共に、上吹き酸素ガスジェットのソフトブロ
ー化を達成し、吹錬中のダスト発生速度を抑制すること
が可能な上吹きランスを提供することを目的としてい
る。
In view of the above circumstances, the present invention suppresses the erosion of a refractory lining in a furnace by simply devising a conventional lance, and achieves a high secondary combustion rate and high deposition in a converter. It is an object of the present invention to provide an upper-blowing lance that can maintain the thermal efficiency, achieve a soft blow of the upper-blown oxygen gas jet, and suppress the dust generation rate during blowing.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意検討、実験を重ね、その成果を本発明と
して完成させた。
Means for Solving the Problems The inventor conducted intensive studies and experiments to achieve the above object, and completed the results as the present invention.

【0016】すなわち、本発明は、転炉型精錬炉に用い
る酸素上吹きランスにおいて、ガス流が音速以上となる
円形断面又は非円形断面の縮小部と、その下流に直列に
接続され、ガス流が音速未満となる非円形断面の拡大部
とから成るノズルを先端に備えたことを特徴とする上吹
きランスである。
That is, according to the present invention, there is provided an oxygen top blowing lance used in a converter type refining furnace, wherein a reduced portion having a circular cross section or a non-circular cross section in which the gas flow is equal to or higher than the sonic speed is connected in series downstream of the reduced portion. Is provided at the tip thereof with an enlarged portion having a non-circular cross section that is lower than the speed of sound.

【0017】転炉型精錬炉に用いる酸素上吹ランスは、
炉内に保持した溶銑又は溶鋼に上方から酸素ガスを吹き
付けて精錬を行う際に用いられるもので、長尺の筒体先
端に1個以上の貫通孔を有するノズルチップを取り付け
て形成されたガス上吹き用ランスである。本発明は、こ
のようなランスのノズルに改善を加えたもので、ノズル
孔は、断面形状が円形又は非円形の縮小部を上流側に設
け、この縮小部よりも断面積が大きく、その断面形状が
非円形である拡大部を下流側に直列に接続して構成され
ている。そして、前記縮小部の断面積でガス流量を除し
た値が音速以上となり、前記拡大部の断面積でガス流量
を除した値が音速未満となるようにしている。
The oxygen blowing lance used in the converter type refining furnace is:
A gas that is used when refining by blowing oxygen gas from above onto hot metal or molten steel held in a furnace, and is formed by attaching a nozzle tip having one or more through holes to the tip of a long cylindrical body. It is a lance for upper blowing. The present invention is an improvement on the nozzle of such a lance, in which the nozzle hole is provided with a reduced portion having a circular or non-circular cross-sectional shape on the upstream side, and has a larger cross-sectional area than this reduced portion, and It is configured such that an enlarged portion having a non-circular shape is connected in series on the downstream side. The value obtained by dividing the gas flow rate by the cross-sectional area of the reduced portion is equal to or higher than the sonic speed, and the value obtained by dividing the gas flow rate by the cross-sectional area of the enlarged portion is lower than the sonic speed.

【0018】また上記ランスにおいて、非円形断面の縮
小部及び拡大部の断面形状が、楕円、長円、長方形、ま
たは頂角が60°未満の2等辺三角形もしくは扇形のい
ずれかであって、これら縮小部及び拡大部の断面の長手
方向をランスの半径方向と一致させて配列すると好適で
ある。すなわち、上記縮小部及び拡大部の断面形状が楕
円、長円の場合には、その長径方向、長方形の場合には
その長辺方向、2等辺三角形および扇形の場合にはその
頂角の2等分線方向が、それぞれランス筒体の半径方向
と一致するように配置する。
In the above lance, the cross-sectional shape of the reduced portion and the enlarged portion of the non-circular cross section is any one of an ellipse, an ellipse, a rectangle, an isosceles triangle having a vertex angle of less than 60 °, or a sector shape. It is preferable that the longitudinal direction of the cross section of the reduced portion and the enlarged portion is aligned with the radial direction of the lance. That is, when the cross-sectional shape of the reduced portion and the enlarged portion is an ellipse or an ellipse, its major axis direction, when it is a rectangle, its long side direction, and when it is an isosceles triangle and a sector, its apex angle is 2 or the like. The lance lines are arranged such that the direction of the shunting line coincides with the radial direction of the lance cylinder.

【0019】さらに、本発明では、前記拡大部の上端面
に、ランスの半径方向と一致する凹溝を形成するのが好
ましい。これによって、拡大部のノズル長手方向の長さ
が短縮できるからである。
Further, in the present invention, it is preferable that a concave groove corresponding to the radial direction of the lance is formed on the upper end surface of the enlarged portion. Thereby, the length of the enlarged portion in the longitudinal direction of the nozzle can be reduced.

【0020】本発明によれば、ランスから噴出された酸
素ガスジェット流速が、溶湯面に達する前に効果的に減
衰するため、溶湯表面に形成される窪み深さが浅くな
る。その結果、溶湯面より上でのCOガスの酸素ガスに
よる燃焼が充分に行われるようになり、ランス高さの上
昇、あるいはノズル傾角の拡大を行わなくても、上吹き
酸素ガスジェットのソフトブロー化を達成することがで
き、高2次燃焼率、高着熱効率のもとでダスト発生の抑
制がもたらされる。また、隣接するジェットが互いに分
離するようにしたので、ジェットと雰囲気との接触面積
が大きくなり、上記効果が一層良好になる。
According to the present invention, the velocity of the oxygen gas jet jetted from the lance is effectively attenuated before reaching the surface of the molten metal, so that the depth of the depression formed on the surface of the molten metal is reduced. As a result, the combustion of the CO gas above the surface of the molten metal by the oxygen gas is sufficiently performed, and the soft blow of the oxygen gas jet blows upward without increasing the lance height or enlarging the nozzle inclination. Therefore, dust generation can be suppressed under a high secondary combustion rate and a high heat transfer efficiency. Further, since the adjacent jets are separated from each other, the contact area between the jet and the atmosphere is increased, and the above effect is further improved.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
交え、本発明の実施形態を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the circumstances that led to the invention.

【0022】ランス高さの上昇やノズル傾角の拡大以外
の手段で上吹き酸素ガスジェットのソフトブロー化を達
成するには、下記の2点を考慮したノズル設計とする必
要がある。
In order to achieve the soft blow of the oxygen gas jet blown by means other than increasing the lance height or increasing the nozzle inclination angle, it is necessary to design the nozzle in consideration of the following two points.

【0023】(a)ノズル出口でのガスの吐出流速を低
減する。
(A) The discharge velocity of the gas at the nozzle outlet is reduced.

【0024】(b)ノズルから噴出したガスジェットが
浴面に到達するまでの期間、ガスジェット流速の減衰を
大きくする。
(B) Increase the attenuation of the gas jet flow velocity until the gas jet ejected from the nozzle reaches the bath surface.

【0025】上記(a)については、ノズル出口でのガ
ス吐出流速の低減は、供給する酸素ガス流量をノズル断
面積で除した値である、見かけのガス吐出流速が音速以
下となる範囲でノズル断面積を極力大きくとることで、
達成される。しかしながら、上記の見かけのガス吐出流
速が音速となる際のノズル入口と出口間でのガスの静圧
変化は、高々1kgf/cm2と小さく、ノズル孔への
溶湯飛沫の飛び込みを回避することができず、ランスの
損傷をもたらす恐れがある。そのため、(a)は、実用
に供し難たい。
With respect to the above (a), the reduction of the gas discharge flow rate at the nozzle outlet is a value obtained by dividing the supplied oxygen gas flow rate by the nozzle cross-sectional area. By taking the cross-sectional area as large as possible,
Achieved. However, the change in the static pressure of the gas between the nozzle inlet and the outlet when the apparent gas discharge flow rate becomes the sonic speed is as small as 1 kgf / cm 2 at the maximum, and it is possible to avoid the molten metal splashing into the nozzle hole. No, it may cause damage to the lance. Therefore, (a) is difficult to be put to practical use.

【0026】そこで、この問題を解決するために開発さ
れたのが急拡大ノズルである。それは、ひとつのノズル
内の上流側に縮小部、下流側に拡大部を直列に接続する
ことによって構成される。この急拡大ノズルにおいて、
縮小部での見かけのガス吐出流速を音速以上とし、拡大
部での吐出流速を音速未満として拡大部断面積を極力大
きくとることにより、縮小部まではガスの静圧を高く維
持し、ノズル孔への溶湯飛沫の飛び込みを回避しつつ、
ガスの吐出流速を低下させることが可能となる。
In order to solve this problem, a rapidly expanding nozzle has been developed. It is configured by connecting a reduction section in the upstream side and an expansion section in the downstream side in one nozzle in series. In this rapidly expanding nozzle,
By setting the apparent gas discharge flow rate at the contraction section to be equal to or higher than the sonic speed and setting the discharge flow rate at the enlargement section to be lower than the sonic velocity to increase the cross-sectional area of the enlargement section as much as possible, the static pressure of gas is maintained high up to the contraction section, While avoiding the splash of molten metal into
It is possible to reduce the gas discharge flow rate.

【0027】ところで、空間中に噴出したガスジェット
は、周囲のガスを巻き込むことによって広がりつつ、そ
の速度が減衰する。従って、上記(b)に関しては,周
囲ガスの巻き込み量を大きくする手段を付与すること
で、達成される。従って、ガスジェットと周囲のガスと
の接触面積が極力大きくなるように、ガスジェットの形
状を設計する必要がある。
Meanwhile, the velocity of the gas jet that has been jetted into the space is attenuated while being swept by surrounding gas. Therefore, the above (b) can be achieved by providing a means for increasing the amount of entrained ambient gas. Therefore, it is necessary to design the shape of the gas jet so that the contact area between the gas jet and the surrounding gas is as large as possible.

【0028】例えば、単孔から噴出したガスジェットに
ついてみると、幾何学的な単位ガス流量当たりのガスジ
ェットの側面積は、断面形状が円形の場合に最も小さ
く、断面形状が円形から乖離するにつれて増加する。従
って、ガスジェット形状を決定するノズルの断面形状
は、非円形であることが望ましい。
For example, regarding a gas jet ejected from a single hole, the side area of the gas jet per unit geometrical gas flow rate is smallest when the cross-sectional shape is circular, and as the cross-sectional shape deviates from the circular shape. To increase. Therefore, it is desirable that the cross-sectional shape of the nozzle that determines the shape of the gas jet be non-circular.

【0029】また、単孔からのガスジェットと、複数孔
からのガスジェットについて幾何学的な単位ガス流量当
たりのガスジェットの側面積を比較すると、複数孔から
のガスジェットが独立に存在する限りは、孔数が多いほ
ど上記側面積は増加するため、原理的には多孔化が望ま
しい。一方、前述したように、ノズルの多孔化の際に
は、ガスジェットの再集合を回避することが必要であ
る。その手法として、ノズル傾角の拡大の他、ノズルの
円周方向間隔の増加が挙げられる。ただし、ノズル間隔
の増加は、所定のランス外筒径の範囲で冷却水路を確保
しつつ行わねばならず、円形のノズル断面形状を採用す
る限りは限界がある。そこで、断面形状が非円形(細長
形)のノズルの長手方向をランス外筒の半径方向と一致
させるようにレイアウトすれば、ノズルの円周方向間隔
の増加が可能になる。
Further, when the gas jet from a single hole and the gas jet from a plurality of holes are compared with each other in terms of the geometrical side area per unit gas flow rate, as long as the gas jets from a plurality of holes exist independently, Since the above-mentioned side area increases as the number of holes increases, it is desirable in principle to make the surface porous. On the other hand, as described above, when the nozzle is made porous, it is necessary to avoid re-aggregation of the gas jet. As a method of this, there is an increase in the circumferential direction interval of the nozzles in addition to the increase in the nozzle inclination angle. However, the increase in the nozzle interval must be performed while securing a cooling water channel within a predetermined lance outer cylinder diameter range, and there is a limit as long as a circular nozzle cross-sectional shape is employed. Therefore, if the longitudinal direction of the nozzle having a non-circular (elongated) cross section is laid out so as to coincide with the radial direction of the lance outer cylinder, the circumferential interval of the nozzle can be increased.

【0030】また、以下に記述するように、縮小部の断
面形状も非円形にすれば、隣接するジェットを分離で
き、ジェットと雰囲気との接触面積をより増大すること
が可能となる。その結果、溶湯面上でのCOガスの燃焼
が一層促進されるようになる。
Further, as described below, if the cross-sectional shape of the reduced portion is also made non-circular, adjacent jets can be separated, and the contact area between the jet and the atmosphere can be further increased. As a result, the combustion of CO gas on the molten metal surface is further promoted.

【0031】以上をまとめると、所望のソフトブロー条
件を得るには、以下の3要件を満たせば良いと推察され
る。
Summarizing the above, it is inferred that the following three requirements should be satisfied to obtain the desired soft blow conditions.

【0032】1)急拡大ノズルを採用し、ノズル孔への
溶湯飛沫の飛び込みを回避しつつ、ガスの吐出流速を低
下させる。
1) A rapidly expanding nozzle is employed to reduce the gas discharge flow rate while avoiding molten metal splashing into the nozzle hole.

【0033】2)ノズル拡大部の形状を非円形(細長
形)とし、その長手方向をランス外筒の半径方向と一致
させて配置する。
2) The shape of the enlarged portion of the nozzle is made non-circular (elongated), and its longitudinal direction is arranged so as to coincide with the radial direction of the lance outer cylinder.

【0034】3)ノズル縮小部の形状も非円形(細長
形)として、隣接ジェットの分離を良くし、二次燃焼を
促進する。
3) The shape of the nozzle reduction portion is also made non-circular (elongated) to improve separation of adjacent jets and promote secondary combustion.

【0035】本発明者らは、以上の事前検討に基づくソ
フトブロー化と隣接するジェットの分離の効果を確認す
るため、3つのコールドモデル実験で上吹きガスジェッ
トの流速分布を測定した。なお、いずれの実験でも、使
用したガスは窒素であり、ガスジェットは、ランス軸方
向(鉛直下向き)に噴出させた。ガスの流量は5Nm 3
/minとし、ノズルチップの先端から600mmの位
置でガスジェット流速の鉛直方向成分の半径方向分布を
測定した。 (コールドモデル実験1)まず、上記1)及び2)の事
項の確認に使用した上吹きランスのノズルチップを図1
〜図4に模式的に示す。図1、図2に示したノズルチッ
プ1は、いずれも急拡大ノズルである。また、図1のノ
ズルチップ1のノズル孔は、断面形状が円形の縮小部2
と、断面形状が長円形の拡大部3を直列に接続したも
の、図2のノズルチップ1のノズル孔は、断面形状が共
に円形の縮小部2と拡大部3を接続したものである。な
お、図1および図2のノズルチップ1は、縮小部2の直
径および拡大部3の断面積がそれぞれ等しくなるよう設
計されている。図3、図4に示したノズルチップ1は、
ストレートノズルであり、図3のノズル孔の開口部4
は、その直径が図2の拡大部3の直径と等しく、図4の
ノズル孔の開口部4は、その直径が図1、図2の縮小部
2の直径と等しい。図1から図4に示したノズルチップ
のノズル孔数は、いずれも6個であり、それぞれのノズ
ル孔の中心軸はランス軸に対して15°傾斜している。
The present inventors have developed a software based on the above preliminary study.
Confirm the effect of blow blow and separation of adjacent jets
Therefore, in the three cold model experiments,
The flow velocity distribution was measured. In all experiments,
The gas used was nitrogen, and the gas jet was
Spouted vertically (downward). Gas flow rate is 5Nm Three
/ Min, about 600 mm from the tip of the nozzle tip
The radial distribution of the vertical component of the gas jet velocity
It was measured. (Cold model experiment 1) First, the above 1) and 2)
Fig. 1 shows the nozzle tip of the top-blowing lance used to check the terms.
4 to 4 schematically. The nozzle chip shown in FIGS.
Each of the nozzles 1 is a rapidly expanding nozzle. In addition, FIG.
The nozzle hole of the tip 1 has a reduced portion 2 having a circular cross section.
And an enlarged section 3 having an oval cross section connected in series.
However, the nozzle holes of the nozzle tip 1 in FIG.
And a circular reduction unit 2 and an enlargement unit 3 connected to each other. What
Note that the nozzle tip 1 shown in FIGS.
The diameter and the cross-sectional area of the enlarged portion 3 must be equal.
Is being measured. The nozzle tip 1 shown in FIG. 3 and FIG.
It is a straight nozzle and the opening 4 of the nozzle hole in FIG.
Has a diameter equal to the diameter of the enlarged portion 3 of FIG.
The diameter of the opening 4 of the nozzle hole is reduced in FIGS.
Equal to the diameter of 2. Nozzle tip shown in FIGS. 1 to 4
The number of nozzle holes is 6 in each case.
The central axis of the hole is inclined by 15 ° with respect to the lance axis.

【0036】図5に、前記図1〜4の各ノズルチップを
使用した場合の流速分布を示す。流速の最大値は、図5
中に曲線21で示す図1のノズルチップが最も小さく、
次いで曲線22、23で示す図2及び図3のノズルチッ
プが同程度である。なお、図5中で曲線22、23は重
なっている。さらに、曲線24で示す図4のノズルチッ
プでは、流速が最も大きくなった。図5中の曲線24か
ら曲線23への流速最大値の減少は、ノズル断面積の増
加によるノズル出口でのガス吐出流速の減少に起因す
る。また、図5中の曲線22と23の流速の最大値がほ
ぼ同じであることは、図2に示す急拡大ノズルの噴流特
性が、拡大部の直径と同じ直径を有するストレートノズ
ルにほぼ等しいことを意味する。さらに、図5中の曲線
22から曲線21への流速最大値の減少は、拡大部の断
面形状の非円形化によるガスジェットの側面積の増加に
起因する。
FIG. 5 shows a flow velocity distribution when each of the nozzle tips shown in FIGS. 1 to 4 is used. The maximum value of the flow velocity is shown in FIG.
The nozzle tip of FIG.
Next, the nozzle tips of FIGS. 2 and 3 shown by curves 22 and 23 are comparable. Note that the curves 22 and 23 overlap in FIG. Further, in the nozzle tip of FIG. 4 indicated by the curve 24, the flow velocity was the largest. The decrease in the flow velocity maximum from the curve 24 to the curve 23 in FIG. 5 is due to a decrease in the gas discharge velocity at the nozzle outlet due to an increase in the nozzle cross-sectional area. In addition, the fact that the maximum values of the flow velocities of the curves 22 and 23 in FIG. 5 are substantially the same means that the jet characteristics of the rapidly expanding nozzle shown in FIG. 2 are substantially equal to the straight nozzle having the same diameter as the diameter of the expanding portion. Means Further, the decrease in the flow velocity maximum from the curve 22 to the curve 21 in FIG. 5 is caused by an increase in the side area of the gas jet due to the non-circular cross-sectional shape of the enlarged portion.

【0037】流速分布の半径方向分布に着目すると、図
1のノズルチップでは、図5の曲線21で示すように、
複数のノズル孔に相当する流速のピークが存在し、かつ
広がりも大きい。一方、図2、図3および図4に示すノ
ズルチップでは、それぞれ曲線22、23及び24に示
すように、流速のピークは、ランス中心軸上に存在し、
図1に示すノズルチップの場合の曲線21に比較して広
がりが小さいことがわかる。この結果は、図1に示すノ
ズルチップの場合には複数噴流の合体が起らなかったこ
とを示しており、このノズルチップを有するランスを本
発明に係る上吹きランスとした。
Focusing on the radial distribution of the flow velocity distribution, in the nozzle tip of FIG. 1, as shown by a curve 21 in FIG.
There is a flow velocity peak corresponding to the plurality of nozzle holes, and the spread is large. On the other hand, in the nozzle tips shown in FIGS. 2, 3 and 4, as shown by curves 22, 23 and 24, respectively, the peak of the flow velocity exists on the center axis of the lance,
It can be seen that the spread is smaller than the curve 21 for the nozzle tip shown in FIG. This result indicates that in the case of the nozzle tip shown in FIG. 1, coalescence of a plurality of jets did not occur, and the lance having this nozzle tip was used as the upper blowing lance according to the present invention.

【0038】なお、ガスジェットの減衰効果は、拡大部
断面の短径長さに対する長径長さの比が大きいほど大き
いが、その値が2以上となるように設計すれば、ノズル
チップの製作等を含め、実用可能な範囲で効果を享受す
ることができる。
The damping effect of the gas jet increases as the ratio of the major axis length to the minor axis length of the cross-section of the enlarged portion increases. However, if the value is designed to be 2 or more, the production of the nozzle tip can be improved. And the effect can be enjoyed within a practical range.

【0039】ところで、急拡大ノズルによるノズル出口
流速の低減効果を充分に享受するためには、拡大部のノ
ズル長手方向の長さを縮小部径に応じて適切に設計する
ことが望ましい。検討によれば、急拡大部の長さを縮小
部の直径の4倍以上で、できるだけ長くとると良いこと
がわかった。 しかしながら、実用的な範囲で製作可能
な拡大部の長さには限界があり、ノズルの製作上の問題
で急拡大ノズルによる流速減衰効果が十分に得られない
場合もありうる。
Incidentally, in order to fully enjoy the effect of reducing the flow velocity of the nozzle exit by the rapidly expanding nozzle, it is desirable to appropriately design the length of the enlarged portion in the nozzle longitudinal direction according to the diameter of the reduced portion. According to the examination, it has been found that the length of the suddenly enlarged portion should be at least four times the diameter of the reduced portion and should be as long as possible. However, there is a limit to the length of the enlarged portion that can be manufactured in a practical range, and there may be a case where the effect of reducing the flow velocity by the rapidly expanding nozzle cannot be sufficiently obtained due to a problem in manufacturing the nozzle.

【0040】そこで、発明者は、この問題を解決するた
め、前記と同様な別のコールドモデル実験で対策を検討
した。 (コールドモデル実験2)ここで使用した上吹きランス
のノズルチップを図7〜図9に模式的に示す。
Therefore, the inventor studied a countermeasure in another cold model experiment similar to the above in order to solve this problem. (Cold Model Experiment 2) The nozzle tip of the upper blowing lance used here is schematically shown in FIGS.

【0041】図7に示したノズルチップ1は、断面形状
が円形の縮小部2と、断面形状が長円形の拡大部3を直
列に配した急拡大ノズルであり、拡大部3の上端面長手
方向に断面形状が3角形の凹溝5を有している。なお、
拡大部3のノズル長手方向の長さ(以下、単に長さとい
う)は、縮小部2の直径の2.5倍である。図8に示し
たノズルチップ1は、この凹溝5がない以外は図7のノ
ズルチップ1と同じ形状で、上記本発明に係る上吹きラ
ンスのものに相当する。図9に示したノズルチップ1
は、凹溝5がなく、拡大部3の長さが縮小部2の直径の
5.0倍と拡大部3の長さを長くとったものである。
The nozzle tip 1 shown in FIG. 7 is a rapid enlargement nozzle in which a reduced section 2 having a circular cross section and an enlarged section 3 having an oval cross section are arranged in series. It has a concave groove 5 having a triangular cross section in the direction. In addition,
The length of the enlarged portion 3 in the nozzle longitudinal direction (hereinafter, simply referred to as length) is 2.5 times the diameter of the reduced portion 2. The nozzle tip 1 shown in FIG. 8 has the same shape as the nozzle tip 1 of FIG. 7 except that the concave groove 5 is not provided, and corresponds to the above-described upper lance according to the present invention. Nozzle tip 1 shown in FIG.
Has no groove 5 and the length of the enlarged portion 3 is 5.0 times the diameter of the reduced portion 2 and the length of the enlarged portion 3 is long.

【0042】図10に、前記図7〜9の各ノズルチップ
を使用した場合の流速分布を示す。流速の最大値は、図
10中に曲線25、27で示す図7及び図9のノズルチ
ップが同程度(図10中で曲線25、27は重なってい
る)で小さく、曲線26で示す図8のノズルチップで大
きくなった。この結果は、図8のノズルチップでは、拡
大部3の長さが充分でなく、縮小部2から噴出したガス
が拡大部3内で完全に膨張する前にノズルから噴出して
いることを示している。一方、図7のノズルチップで
は、拡大部3の長さが図8のノズルチップと同じく短い
にも拘らず、流速の最大値は、図9のノズルチップと同
程度に小さく、上端面に凹溝5を設けることにより、拡
大部長さが短くとも急拡大ノズルによる流速低減効果を
享受することができる。従って、上記した本発明に係る
上吹きランスが有するノズルの拡大部3の上端面に凹溝
5を設けると、本発明の効果が一層大きくなるので、図
7のノズルチップを有するものも本発明に係る上吹きラ
ンスとする。
FIG. 10 shows a flow velocity distribution when each of the nozzle tips shown in FIGS. 7 to 9 is used. The maximum value of the flow velocity is as small as that of the nozzle tips of FIGS. 7 and 9 shown by curves 25 and 27 in FIG. 10 (curves 25 and 27 are overlapped in FIG. 10), and FIG. Nozzle tip increased in size. This result indicates that, in the nozzle tip of FIG. 8, the length of the enlarged portion 3 is not sufficient, and the gas ejected from the reduced portion 2 is ejected from the nozzle before completely expanding in the enlarged portion 3. ing. On the other hand, in the nozzle tip of FIG. 7, the maximum value of the flow velocity is as small as that of the nozzle tip of FIG. By providing the groove 5, even when the length of the enlarged portion is short, it is possible to enjoy the effect of reducing the flow velocity by the suddenly enlarged nozzle. Therefore, when the concave groove 5 is provided on the upper end surface of the enlarged portion 3 of the nozzle of the above-described upper blowing lance according to the present invention, the effect of the present invention is further enhanced. And the upper blowing lance.

【0043】ここで、本発明のように細長型の拡大部3
を有するノズルでは、長手方向へのガスの膨張が不完全
となりやすいため、凹溝5は、その長手方向に設けるこ
とが必要である。また、該凹溝5の形状は、縮小部2の
直径、拡大部3の形状(断面形状、断面積、長さ)によ
って最適形状が異なるが、大略その縦断面形状が、頂角
60°以下の3角形で、幅(底辺の長さ)を縮小部2の
直径の1/4以上、直径未満とすると効果的である。 (コールドモデル実験3)次に、上記3)の事項を確認
するために使用した上吹きランスのノズルチップを図1
1〜図13に模式的に示す。図11に示したノズルチッ
プは、断面形状が長円形の縮小部2と、断面形状が縮小
部2と同様な長円形の拡大部3を直列に配した急拡大ノ
ズルである。図12に示したノズルチップは、断面形状
が円形の縮小部2と、断面形状が長円形の拡大部3を直
列に配した急拡大ノズルであり、図1に示した本発明に
係るものと基本的に同じ構造である。図13に示したノ
ズルチップは、断面形状が円形の縮小部2と拡大部3と
を直列に配した急拡大ノズルであり、前記図3に示した
ノズルチップと同じ構造である。
Here, as in the present invention, the elongated enlarged portion 3 is used.
In the nozzle having the above, the gas is likely to be incompletely expanded in the longitudinal direction, so the concave groove 5 needs to be provided in the longitudinal direction. The optimum shape of the concave groove 5 varies depending on the diameter of the reduced portion 2 and the shape (cross-sectional shape, cross-sectional area, length) of the enlarged portion 3, but the vertical cross-sectional shape generally has an apex angle of 60 ° or less. It is effective to set the width (the length of the base) to be at least 1/4 of the diameter of the reduced portion 2 and less than the diameter. (Cold model experiment 3) Next, the nozzle tip of the upper blowing lance used for confirming the above item 3) is shown in FIG.
1 to 13 are schematically shown. The nozzle tip shown in FIG. 11 is a rapid enlargement nozzle in which a reduced portion 2 having an oval cross section and an enlarged portion 3 having an oval cross section similar to the reduced portion 2 are arranged in series. The nozzle tip shown in FIG. 12 is a rapid enlargement nozzle in which a reduced section 2 having a circular cross section and an enlarged section 3 having an oval cross section are arranged in series, and the nozzle tip according to the present invention shown in FIG. It has basically the same structure. The nozzle tip shown in FIG. 13 is a rapid enlargement nozzle in which a reduced portion 2 and an enlarged portion 3 having a circular cross section are arranged in series, and has the same structure as the nozzle tip shown in FIG.

【0044】図14に、図11〜13の各ノズルチップ
を使用した場合の半径方向流速分布を示す。流速の最大
値は、図14中に曲線28で示すノズルチップ(図11
のノズルチップ)で小さく、曲線29で示すノズルチッ
プ(図12のノズルチップ)で若干大きくなり、曲線3
0で示すノズルチップ(図13のノズルチップ)で大き
くなった。また、図15には、これらのノズルチップを
使用した場合の隣接した2孔間の流速分布を示す。流速
の最大値は、図14で示したときと同じ順番になった。
しかしながら、曲線28で示す図11のノズルチップの
場合、隣接した2孔間でのジェットが大きく分離する。
これより、図11のノズルチップをした場合、ジェット
と雰囲気との接触面積が増大し、流速が他のノズルチッ
プを使用したときよりもジェット流速が低下している。
この効果により、溶湯面上でのCOガスの酸素による燃
焼が充分に行われるようになり、ランスの高さの上昇、
あるいはノズル傾角の拡大を行わなくても、上吹き酸素
ガスジェットのソフトブロー化を達成でき、高2次燃焼
率、高着熱効率のもとでダスト発生の抑制がもたらされ
ると期待される。そこで、この図11のノズルチップも
本発明に係る上吹ランスのノズルチップに加えることに
した。
FIG. 14 shows a radial flow velocity distribution when each of the nozzle tips shown in FIGS. 11 to 13 is used. The maximum value of the flow velocity is determined by the nozzle tip (FIG. 11) indicated by the curve 28 in FIG.
Nozzle tip), and slightly increased by the nozzle tip shown by the curve 29 (nozzle tip in FIG. 12).
The value increased with the nozzle tip indicated by 0 (the nozzle tip in FIG. 13). FIG. 15 shows a flow velocity distribution between two adjacent holes when these nozzle tips are used. The maximum value of the flow velocity was in the same order as shown in FIG.
However, in the case of the nozzle tip of FIG. 11 shown by curve 28, the jet between two adjacent holes is largely separated.
As a result, when the nozzle tip of FIG. 11 is used, the contact area between the jet and the atmosphere increases, and the jet flow velocity is lower than when another nozzle tip is used.
Due to this effect, the combustion of CO gas by oxygen on the molten metal surface is sufficiently performed, and the height of the lance is increased,
Alternatively, it is expected that the soft blowing of the top-blown oxygen gas jet can be achieved without increasing the nozzle tilt angle, and that the suppression of dust generation can be brought about under a high secondary combustion rate and a high heat transfer efficiency. Therefore, the nozzle tip of FIG. 11 is also added to the nozzle tip of the upper blowing lance according to the present invention.

【0045】さらに、上記3つのコールドモデル実験と
同じ条件で、拡大部3の断面形状を長円形ではなく、図
6(a)、(b)、(c)及び(d)に示すような楕円
形6や長方形7、二等辺三角形8あるいは扇形9とした
場合も試みた。その結果、いずれの実験でも、上記した
長円形での場合と同様の効果が得られたので、先に示し
た本発明に係る図1、図7及び図11のノズルチップに
対応する非円形の断面形状に、これらの形状も加えるこ
とにした。勿論、この場合にも、拡大部3の上端面に凹
溝5を設けたり、あるいは縮小部2の断面形状を、図1
6に示すように、拡大部3と同様にしても良い。
Further, under the same conditions as in the above three cold model experiments, the cross-sectional shape of the enlarged portion 3 is not an ellipse but an ellipse as shown in FIGS. 6 (a), 6 (b), 6 (c) and 6 (d). An attempt was also made for a shape 6, a rectangle 7, an isosceles triangle 8, or a sector 9. As a result, in each of the experiments, the same effect as in the case of the above-described elliptical shape was obtained, so that the non-circular shape corresponding to the nozzle tips of FIGS. 1, 7 and 11 according to the present invention described above was obtained. These shapes are also added to the cross-sectional shape. Of course, also in this case, a concave groove 5 is provided on the upper end surface of the enlarged portion 3 or the sectional shape of the reduced portion 2 is changed as shown in FIG.
As shown in FIG.

【0046】[0046]

【実施例】(実施例1)5ton規模の上底吹き転炉で
クロム鉱石の溶融還元吹錬の操業を行い、ダストの発生
速度、および炉壁耐火物の損耗量を調査した。なお、上
吹きランスとしては、前記コールドモデル実験1及び2
で使用したノズルチップと幾何学的相似のもと、見かけ
のガス吐出流速が等しくなるように設計したノズルチッ
プを備えたものを、互いに交換して使用した。
EXAMPLES (Example 1) The operation of smelting reduction blowing of chrome ore was performed in a 5-ton scale top and bottom blown converter, and the generation rate of dust and the amount of wear of the furnace wall refractories were investigated. In addition, the above-mentioned cold model experiments 1 and 2
Under the geometrical similarity to the nozzle tip used in the above, the nozzle tip having a nozzle tip designed to have the same apparent gas discharge flow rate was used interchangeably.

【0047】操業は以下の手順で行った。表1に示す化
学組成の溶銑を転炉に装入した後、まず底吹き羽口を介
して窒素ガスを5.0Nm3/min、及び上吹きラン
スを介して純酸素ガスを15Nm3/min吹き込みつ
つ、炉上に設けたシューターから塊コークスおよび造滓
材としての生石灰、珪石を炉内に投入して昇熱、造滓を
行った。その際の吹錬期間は、溶湯温度が1550℃、
溶融スラグ量が100kg/tになるまでであり、約2
0分間である。そして、引き続き、炉上シューターから
塊コークスを19kg/min、塊状化したクロム鉱石
を、溶湯温度が1550℃±20℃となるように2kg
/min〜25kg/minの投入速度で添加、調整し
た。また、該炉上シューターからは、塊状の生石灰をス
ラグ塩基度が2.0となるように添加した。
The operation was performed according to the following procedure. After charging the molten pig iron having a chemical composition shown in Table 1 to the converter, first bottom-blown feather nitrogen gas through the opening 5.0 nm 3 / min, and the top-blown through lances pure oxygen gas 15 Nm 3 / min While blowing, lump coke and quicklime and silica as a slag-making material were put into the furnace from a shooter provided on the furnace, and heat was raised and slag was formed. During the blowing period, the melt temperature was 1550 ° C,
Until the amount of molten slag reaches 100 kg / t, about 2
0 minutes. Then, continuously, the lump coke was fed from the on-furnace shooter at a rate of 19 kg / min, and the lumped chromium ore was placed at 2 kg so that the molten metal temperature became 1550 ° C. ± 20 ° C.
/ Min to 25 kg / min. Lumpy lime was added from the on-furnace shooter so that the slag basicity was 2.0.

【0048】使用したクロム鉱石の組成を表2に示す。
なお、操業中、溶湯温度の測定は、いわゆるサブランス
を用いて行い、この測定値に基づいて、前述のようにク
ロム鉱石の投入速度を調整し、溶湯温度が1550℃±
20℃となるようにしたものである。クロム鉱石の添加
は、約60分間行い、この後にクロム鉱石を添加せず
に、スラグ中に残留したクロムを還元回収する仕上げ還
元を、溶湯温度1550℃〜1600℃で約10分間実
施した。また、ダストの発生速度は、煙道で排気ガス中
のダスト濃度を測定することにより求めた。
Table 2 shows the composition of the chromium ore used.
During the operation, the temperature of the molten metal was measured using a so-called sub-lance, and based on the measured values, the charging speed of the chromium ore was adjusted as described above, and the temperature of the molten metal was 1550 ° C. ±
The temperature was set to 20 ° C. The addition of chromium ore was performed for about 60 minutes, and thereafter, a finish reduction for reducing and recovering chromium remaining in the slag without adding chromium ore was performed at a melt temperature of 1550 ° C to 1600 ° C for about 10 minutes. The dust generation rate was determined by measuring the dust concentration in the exhaust gas in the flue.

【0049】表3に、本発明に関わるランスを用いた実
施例、及び他の方式のランスを用いた比較例を、操業時
のダスト発生速度の指数、耐火物損耗指数、生産性指数
(単位時間当たりのクロム鉱石使用量の指数)を示す。
なお、比較例1、2で用いたランスは、前述の図4に示
すノズルチップ、比較例3で用いたランスは図2に示す
ノズルチップであり、発明例1、2で用いたランスは、
図1に示すノズルチップとそれぞれ幾何学的に相似であ
る。また、発明例3で用いたノズルチップは、図7に示
す拡大部3の上端面に凹溝5を有するもので、拡大部3
の長さは、図1のものに対して40%だけ短い。さら
に、表3に示したランス高さは、溶湯表面から上吹きラ
ンス先端までの距離であり、ダスト発生の速度指数は、
比較例1のダスト発生速度を100として、相対的に比
較して示したものである。また、耐火物損耗指数、およ
び生産性指数は、比較例1の値を1.0として相対的に
比較して示したものである。
Table 3 shows an example using a lance according to the present invention and a comparative example using a lance of another type, showing an index of dust generation rate during operation, a refractory wear index, and a productivity index (unit). Index of chromium ore usage per hour).
The lance used in Comparative Examples 1 and 2 was the nozzle tip shown in FIG. 4 described above, the lance used in Comparative Example 3 was the nozzle tip shown in FIG. 2, and the lances used in Invention Examples 1 and 2 were:
Each is geometrically similar to the nozzle tip shown in FIG. The nozzle tip used in Invention Example 3 has a concave groove 5 on the upper end surface of the enlarged portion 3 shown in FIG.
Is 40% shorter than that of FIG. Further, the lance height shown in Table 3 is the distance from the surface of the molten metal to the tip of the upper blowing lance, and the velocity index of dust generation is:
This is a relative comparison, with the dust generation speed of Comparative Example 1 being 100. Further, the refractory wear index and the productivity index are comparatively shown by setting the value of Comparative Example 1 to 1.0.

【0050】表3の比較例1と比較例2を比較すると、
比較例2はランス高さを上昇してソフトブロー化したの
で、比較例1よりダスト発生速度は低下している。しか
し、耐火物の損耗量は大幅に増大し、またクロム鉱石の
使用量はあまり増大しないので生産性の向上効果も大き
くない。また、比較例3は円形の急拡大ノズルを備えた
ランスを用いた場合であるが、ランス高さが同じ条件で
ある比較例1に比べてダスト発生速度の低下および生産
性の向上効果が認められる。しかし、耐火物溶損はやや
増加する傾向にある。
Comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in Table 3 shows that
In Comparative Example 2, since the lance height was increased to make the soft blow, the dust generation rate was lower than in Comparative Example 1. However, the amount of wear of refractories increases significantly, and the amount of chromium ore used does not increase so much, so that the effect of improving productivity is not large. In Comparative Example 3, a lance having a circular rapidly expanding nozzle was used. However, compared to Comparative Example 1 in which the lance height was the same, the effects of lowering the dust generation rate and improving the productivity were recognized. Can be However, refractory erosion tends to increase slightly.

【0051】上記の比較例に対して、非円形の急拡大部
を備えたランスを用いた発明例1では、比較例1と同じ
ランス高さでは、耐火物損耗指数が若干増大するが、ク
ロム鉱石の使用量は増大し、ダスト発生速度は大幅に減
少している。更にランス高さを低くした発明例2では、
比較例1と比べて耐火物損耗指数も減少し、クロム鉱石
使用量は増大、ダスト発生速度は減少している。つま
り、低いランス高さでもソフトブローが達成され、前記
2次燃焼率や着熱効率が増大した結果として、転炉耐火
物への負荷を増大することなく、溶湯への入熱量が増大
し、クロム鉱石を多量に溶融還元できるようになった。
さらに、発明例3は、拡大部3の長さが発明例2のもの
より短いが、ほぼ同等の成績を得ている。
In contrast to the above comparative example, in the invention example 1 using the lance having the non-circular suddenly expanding portion, the refractory wear index increases slightly at the same lance height as the comparison example 1, but the chromium Ore usage is increasing and dust generation rates are decreasing significantly. In Invention Example 2 in which the lance height was further reduced,
Compared with Comparative Example 1, the refractory wear index also decreased, the chromium ore usage increased, and the dust generation rate decreased. In other words, as a result of achieving a soft blow even at a low lance height and increasing the secondary combustion rate and the heating efficiency, the heat input to the molten metal increases without increasing the load on the converter refractory, and the chromium A large amount of ore can be smelted and reduced.
In addition, the length of the enlarged portion 3 in Inventive Example 3 is shorter than that of Inventive Example 2, but almost the same results are obtained.

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】[0054]

【表3】 [Table 3]

【0055】(実施例2)コールドモデル実験3で使用
したノズルチップと幾何学的相似のものを有する上吹き
ランスを用い、(実施例1)と同様に、5ton規模の
上底吹き転炉で前記クロム鉱石の溶融還元吹錬の操業を
行い、ダストの発生速度、および炉壁耐火物の損耗量を
調査した。
(Example 2) Using a top blown lance having a geometric similarity to the nozzle tip used in the cold model experiment 3, a 5-ton scale top-bottom blower was used in the same manner as in (Example 1). The operation of smelting reduction blowing of the chrome ore was performed, and the generation rate of dust and the amount of wear of the furnace wall refractories were investigated.

【0056】操業条件、手順、及び調査結果の評価は、
(実施例1)の場合と同様で、転炉に装入した溶銑やク
ロム鉱石の化学組成も、表1及び表2に示した通りであ
る。
Evaluation of operating conditions, procedures, and survey results
As in the case of (Example 1), the chemical compositions of hot metal and chromium ore charged in the converter are as shown in Tables 1 and 2.

【0057】表4に、操業時のダスト発生速度の指数、
耐火物損耗指数、生産性指数(単位時間当たりのクロム
鉱石使用量の指数)を示す。
Table 4 shows the index of the dust generation rate during operation.
The refractory wear index and productivity index (index of chromium ore usage per unit time) are shown.

【0058】表4の比較例4と比較例6を比較すると、
発明例4は、縮小部2、拡大部3共に長円形の急拡大ノ
ズルを備えたランスを用いたので、ダスト発生速度の低
下及び生産性の向上効果が認められ、耐火物損耗指数は
同等である。また、クロム鉱石の使用量は、増大し、ダ
スト発生速度は減少している。さらに、ランス高さを低
くした発明例5では、比較例4、5、6と比べて耐火物
損耗指数も減少(クロム鉱石使用量は増大、ダスト発生
速度は減少)している。つまり、低いランス高さでもソ
フトブローが達成され、前記2次燃焼率や着熱効率が増
大した結果として、溶湯への入熱量が増大し、クロム鉱
石を多量に溶融還元できるようになった。しかも転炉耐
火物の溶損は低減できる。
Comparison between Comparative Example 4 and Comparative Example 6 in Table 4 shows that
Inventive Example 4 uses a lance having an oval rapid expansion nozzle in both the reduction section 2 and the expansion section 3, so that the effects of reducing the dust generation rate and improving the productivity are recognized, and the refractory wear index is the same. is there. Also, the use of chromium ore is increasing and the rate of dust generation is decreasing. Further, in Invention Example 5 in which the lance height was reduced, the refractory wear index was also reduced (the use amount of chromium ore was increased and the dust generation rate was decreased) as compared with Comparative Examples 4, 5, and 6. In other words, soft blow was achieved even at a low lance height, and as a result of the increase in the secondary combustion rate and the heat transfer efficiency, the amount of heat input to the molten metal increased, and a large amount of chromium ore could be melted and reduced. Moreover, erosion of the converter refractory can be reduced.

【0059】なお、上記発明例及び比較例は、いずれも
クロム鉱石の溶融還元に関するものであったが、本発明
に係る上吹きランスは、鉄鉱石、マンガン鉱石、ニッケ
ル鉱石、及びその他の炭素還元可能な鉱石、及びその塊
状化鉱石、予備還元鉱石等についても効果的に適用する
ことができる。また、転炉精錬におけるスクラップ等、
冷鉄源の使用量増大にも効果があることは言うまでもな
い。
Although the above-mentioned invention examples and comparative examples both relate to the smelting reduction of chromium ore, the top blowing lance according to the present invention uses iron ore, manganese ore, nickel ore, and other carbon reductions. It is also possible to apply effectively to possible ores and their agglomerated ores, pre-reduced ores and the like. Also, such as scrap in converter refining,
It goes without saying that the use of the cold iron source is also effective.

【0060】[0060]

【表4】 [Table 4]

【0061】[0061]

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、2次
燃焼率や着熱効率を高位に維持しつつ、しかも転炉の内
張り耐火物損耗を増大させることなく、ダストの発生速
度を大幅に低下させることができた。また、歩留まり低
下及びその後のダスト処理コストの増大を生じさせるこ
となく、溶鋼の生産性を向上させることができた。
As described above, according to the present invention, the rate of dust generation can be greatly increased while maintaining the secondary combustion rate and the heat transfer efficiency at a high level and without increasing the refractory lining of the converter. Could be lowered. Further, the productivity of molten steel could be improved without lowering the yield and increasing the cost of dust treatment thereafter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発明例のノズルチップを示し、(a)は断面
図、(b)は縦断面図である。
1A and 1B show a nozzle tip according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a sectional view and FIG. 1B is a longitudinal sectional view.

【図2】従来例の急拡大のノズルチップを示し、(a)
は断面図、(b)は縦断面図である。
FIG. 2 shows a conventional example of a rapidly expanding nozzle tip, and FIG.
Is a sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view.

【図3】従来例のストレートのノズルチップを示し、
(a)は断面図、(b)は縦断面図である。
FIG. 3 shows a conventional straight nozzle tip,
(A) is a sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view.

【図4】従来例のストレートのノズルチップを示し、
(a)は断面図、(b)は縦断面図である。
FIG. 4 shows a conventional straight nozzle tip,
(A) is a sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view.

【図5】各種ランスを使用したコールドモデル実験1で
得たガスジェットの流速の鉛直方向成分分布を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a vertical component distribution of a gas jet flow velocity obtained in a cold model experiment 1 using various lances.

【図6】長円形以外の拡大部断面形状を有する発明例の
ノズルチップ断面を示す図であり、(a)は拡大部の断
面形状が楕円の場合、(b)は拡大部の断面形状が長方
形の場合、(c)は拡大部の断面形状が二等辺三角形の
場合、(d)は拡大部の断面形状が扇形の場合である。
6A and 6B are diagrams showing a nozzle tip cross section of an example of the invention having an enlarged section cross section other than an oval, wherein FIG. 6A is a cross section of an enlarged section having an elliptical shape, and FIG. In the case of a rectangle, (c) shows the case where the cross-sectional shape of the enlarged portion is an isosceles triangle, and (d) shows the case where the cross-sectional shape of the enlarged portion is a sector.

【図7】発明例のノズルチップで、拡大部の上端面に凹
溝を有するものを示し、(a)は断面図、(b)は縦断
面図、(c)は(a)のB−B矢視図である。
FIGS. 7A and 7B show a nozzle tip of the invention example having a concave groove on an upper end surface of an enlarged portion, wherein FIG. 7A is a cross-sectional view, FIG. 7B is a vertical cross-sectional view, and FIG. FIG.

【図8】従来例の急拡大のノズルチップで、凹溝なし
で、拡大部の長さが図7より短いものを示し、(a)は
断面図、(b)は縦断面図である。
8A and 8B show a conventional sharply enlarged nozzle tip without a groove and having a length of an enlarged portion shorter than that of FIG. 7, wherein FIG. 8A is a sectional view and FIG. 8B is a longitudinal sectional view.

【図9】従来例の急拡大のノズルチップで、凹溝なし
で、拡大部の長さが図7より長いものを示し、(a)は
断面図、(b)は縦断面図である。
9A and 9B show a conventional sharply enlarged nozzle tip without a groove and having a length of an enlarged portion longer than that of FIG. 7, wherein FIG. 9A is a sectional view and FIG. 9B is a longitudinal sectional view.

【図10】図7〜9のノズルチップを使用したコールド
モデル実験2で得たガスジェットの流速の鉛直方向成分
分布を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a vertical component distribution of a gas jet flow velocity obtained in a cold model experiment 2 using the nozzle tips of FIGS.

【図11】コールドモデル実験3で使用した本発明例の
ノズルチップを示し、(a)は断面図、(b)は縦断面
図、(c)は(a)のB−B矢視である。
11A and 11B show a nozzle tip of an example of the present invention used in the cold model experiment 3, in which FIG. 11A is a cross-sectional view, FIG. 11B is a vertical cross-sectional view, and FIG. .

【図12】図1と基本的に同様なノズルチップを示し、
(a)は断面図、(b)は縦断面図、(c)は(a)の
B−B矢視である。
FIG. 12 shows a nozzle tip basically similar to FIG. 1,
(A) is a cross-sectional view, (b) is a vertical cross-sectional view, and (c) is a view taken along the line BB of (a).

【図13】図3と基本的には同様な比較例のノズルチッ
プを示し、(a)は断面図、(b)は縦断面図である。
FIGS. 13A and 13B show a nozzle tip of a comparative example basically similar to FIG. 3, wherein FIG. 13A is a sectional view and FIG. 13B is a longitudinal sectional view.

【図14】各種ランスを使用したコールドモデル実験3
で得た半径方向のガスジェットの流速の鉛直方向成分分
布を示す図である。
FIG. 14: Cold model experiment 3 using various lances
FIG. 5 is a diagram showing a vertical component distribution of a radial gas jet flow velocity obtained in FIG.

【図15】コールドモデル実験3で得た、隣接する2孔
間のガスジェット流速の鉛直方向成分の分布を示す図で
ある。
FIG. 15 is a diagram showing a distribution of a vertical component of a gas jet flow velocity between two adjacent holes obtained in a cold model experiment 3.

【図16】長円形以外の縮小部断面形状を有する発明例
のノズルチップ断面を示す図であり、(a)は楕円の場
合、(b)は長方形の場合、(c)は二等辺三角形の場
合である。
16A and 16B are views showing a nozzle tip cross section of an example of the invention having a reduced section cross section other than an ellipse, where FIG. 16A is an ellipse, FIG. 16B is a rectangle, and FIG. 16C is an isosceles triangle. Is the case.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ノズルチップ(ノズル) 2 縮小部 3 拡大部 4 開口部 5 凹溝 6 楕円形 7 長方形 8 二等辺三角形 9 扇形 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle tip (nozzle) 2 Reduction part 3 Enlargement part 4 Opening part 5 Concave groove 6 Oval shape 7 Rectangle 8 Isosceles triangle 9 Fan shape

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 幸雄 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 竹内 秀次 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 反町 健一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4K002 AC05 AD02 BF01 BF03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yukio Takahashi 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Inside the Technical Research Institute of Kawasaki Steel Corp. (72) Inventor Shuji Takeuchi 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Kawasaki (72) Inventor Kenichi Sorimachi 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba F-term (reference) 4K002 AC05 AD02 BF01 BF03

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転炉型精錬炉に用いる酸素上吹きランス
において、 ガス流が音速以上となる円形断面又は非円形断面の縮小
部と、その下流に直列に接続され、ガス流が音速未満と
なる非円形断面の拡大部とから成るノズルを先端に備え
たことを特徴とする上吹きランス。
1. An oxygen top-blowing lance used in a converter type refining furnace, wherein a reduced portion having a circular or non-circular cross-section in which a gas flow is equal to or higher than a sonic speed is connected in series downstream of the reduced portion, and the gas flow is determined to be lower than a sonic speed. An upper blowing lance, characterized in that a nozzle comprising an enlarged portion having a non-circular cross section is provided at the tip.
【請求項2】 前記非円形断面の縮小部及び前記拡大部
の断面形状が、楕円、長円、長方形、または頂角が60
°未満の2等辺三角形もしくは扇形のいずれかであっ
て、該拡大部の断面の長手方向をランスの半径方向と一
致させて配置したことを特徴とする請求項1記載の上吹
きランス。
2. The cross-sectional shape of the reduced portion and the enlarged portion of the non-circular cross section is an ellipse, an ellipse, a rectangle, or a vertex angle of 60.
2. The upper blowing lance according to claim 1, wherein the shape is any one of an isosceles triangle and a sector of less than 0 °, and a longitudinal direction of a cross section of the enlarged portion is arranged to coincide with a radial direction of the lance.
【請求項3】 前記拡大部の上端面に、ランスの半径方
向と一致する凹溝を形成したことを特徴とする請求項2
記載の上吹きランス。
3. The lance according to claim 2, wherein a groove is formed on an upper end surface of the enlarged portion so as to coincide with a radial direction of the lance.
Top blow lance described.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9863014B2 (en) 2012-12-18 2018-01-09 Posco Lance and operation method using the same
CN111826495A (en) * 2020-07-28 2020-10-27 邯郸钢铁集团有限责任公司 Assembled oxygen lance nozzle for hydraulic simulation of converter

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