JP2002285224A - 転炉吹錬方法および転炉用吹錬ランス - Google Patents

転炉吹錬方法および転炉用吹錬ランス

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JP2002285224A
JP2002285224A JP2001084066A JP2001084066A JP2002285224A JP 2002285224 A JP2002285224 A JP 2002285224A JP 2001084066 A JP2001084066 A JP 2001084066A JP 2001084066 A JP2001084066 A JP 2001084066A JP 2002285224 A JP2002285224 A JP 2002285224A
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area
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lance
nozzle
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Takeo Imoto
健夫 井本
Shinya Kitamura
信也 北村
Yuji Ogawa
雄司 小川
Masanori Kumakura
政宣 熊倉
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、耐火物ダメージを伴わない条件下
で効果的に火点面積を拡大し、ソフトブロー化によって
ダスト、スプラッシュ、スピッティングの発生を抑制で
きる技術を提供する。 【解決手段】 転炉ランスに、中心孔と、傾斜を持つ6
カ所の周囲孔を設置し、火点と耐火物の距離を0.4m
以上とし、火点のオーバーラップ率を30%以下としつ
つ、火点最外周円内における火点の総面積率を75%以
上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は上吹き転炉、上底吹
き転炉、AODなどの上吹き機能を有する転炉型精錬容
器における、脱炭、脱燐、脱珪などの送酸処理を実施す
るに際し、歩留り向上を実現するための吹錬方法および
吹錬用ランスに関する。
【0002】
【従来の技術】転炉型の反応容器を用いて、吹錬を実施
する場合には、過度なハードブロー条件に起因するダス
トの発生やスピッティング、スプラッシュ増加を防止す
ることから、ソフトブロー化が指向されてきており、一
般に100t規模以上の処理を行う上吹きランスは、日
本鉄鋼協会編第3版鉄鋼便覧II製銑・製鋼468頁に詳
しく記されているように多孔ノズルの使用が行われてき
た。一方で、多孔化を行うに当たり、火点のオーバーラ
ップ率が増加した場合には、森ら:鉄と鋼70(198
4)S244に示されるようにスピッティングの発生量
が増加することから、オーバーラップ率が少なく、か
つ、火点面積を広く確保することが重要になる。火点面
積の拡大とオーバーラップ率を小さくすることを目的と
して、特開平6−57320に示すように傾斜角度の異
なる2種類のラバールノズルを円周方向に交互に配置す
る上吹きランスが提案されている。この上吹きランスで
は、二種類の角度の火点を交互に配置して火点のオーバ
ーラップ率を少なくすることによって、火点面積を効果
的に広げてソフトブロー化を図ることを手段としてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平6
−57320に記載されたランスでは、Sakai et.al.:1
994 Steelmaking Conference proceedings p.61. Fig.1
右上にも示されるような火点配置になることから、同F
ig.1左上の4孔ノズルの場合よりランス直下の浴面
から火点の最外周位置までの距離が著しく遠くなること
から、火点−耐火物間の距離が近くなり、耐火物温度が
上昇し、炉体ダメージが大きくなるという欠点があっ
た。
【0004】本発明は、火点面積を、オーバーラップ面
積を小さくしたまま広く維持でき、かつ、火点と耐火物
の距離をダメージの少なくなる範囲で有効に広げること
ができ、かつ、ソフトブロー効果による歩留まり向上効
果の大きい転炉吹錬方法および、転炉吹錬用ランスの提
供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の手段は以下の通りである。 (1)中心孔と周囲に6孔を有する7孔ランス1を用
い、火点5の最外周位置7を耐火物位置4より0.4m
以上離し、火点のオーバーラップ率を総火点面積の30
%以下とし、火点の総面積が火点の最外周を囲む円の面
積の75%以上とすることを特徴とする転炉吹錬方法。 (2) (1)の方法において、送酸時の上吹き最大流
量時のノズル入り側絶対圧値が、該ノズルの適正膨張絶
対圧の1.2〜1.8倍となることを特徴とする転炉吹
錬方法。 (3) 火点5の最外周位置7を耐火物位置4より0.
4m以上離し、火点のオーバーラップ率を総火点面積の
30%以下とし、火点の総面積が火点の最外周を囲む円
の面積の75%以上とすることが可能で、中心孔と周囲
に6孔を有する7孔であることを特徴とする転炉用吹錬
ランス。 (4)送酸時の上吹き最大流量時のノズル入り側絶対圧
値が、該ノズルの適正膨張絶対圧の1.2〜1.8倍と
する機能を有することを特徴とする(3)記載の転炉吹
錬用ランス。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1に基づ
いて説明する。図1(a)はランス1のノズル2を下か
ら見た図、図1(b)は図1aのA−A矢視断面を模式
的に示した図である。(水冷構造はこの図からは省略し
ている)ランス1には中心孔とその周囲に傾斜角θの6
孔のノズル2が配置されており、計7孔構造になってい
る。ランスノズル2はラバールノズル構造であり、通常
は各ノズルとも同一のスロート径dtおよび出口径de
となっている。(各ノズルのスロート径と出口径は本発
明では必ずしも同一である必要はない。) また、図2は、図1で示したランス1を用いて吹錬を行
う場合に浴面に投影される火点5を模式的に示したもの
である。このときの火点面8の広がりを厳密に評価する
ためには、ポテンシャルコア長さや高温下で二次燃焼を
伴うフレーム内の流速分布を正確に見積もり、浴面にお
ける噴流衝突位置における衝突ガス流速分布と火点と定
義される臨界ガス流速を規定することが必要になるが、
発明者らの検討の結果、耐火物への影響などをマクロに
評価するためには、実用上、図3に示されるように、ノ
ズル内部を起点として20度で広がる円錐形状であっ
て、該円錐の面が浴面と衝突する幾何学的な面積で定義
することができることが明らかになったので、本発明に
よる火点配置は、上記手法によって定義する。
【0007】このとき、耐火物のダメージを低位に抑制
するためには、火点の最外周位置7を耐火物内壁面4よ
りも0.4m以上離した配置にする必要があり、複数の
火点5が重なるオーバーラップ面積は、全火点面積の3
0%以下とすることでキャビティーオーバーラップによ
る悪影響を抑制することができる。ここでの火点最外周
位置7とは、ランス直下の位置から最も遠い火点の位置
であり、必ずしも図2に示されるような6つの円の最外
位置が同じ距離となる配置である必要はない。また、キ
ャビティーオーバーラップ面積とは、中心孔と周囲孔の
オーバーラップ、隣り合う周囲孔のオーバーラップ面積
の総和であり、隣り合う周囲孔と中心孔の三重ラップが
ある場合は、三重ラップ部もオーバーラップ面積に加え
る。耐火物と火点の位置が0.4m未満の状態では、通
常2000℃以上になる高温火点やその上部のフレーム
からの輻射熱によって耐火物損耗が激しく、安定な吹錬
が困難なこと、また、キャビティーオーバーラップ率が
30%を超える場合には、前述の公知文献等でも記され
ているように、噴流同士の干渉に起因するスプラッシュ
による悪影響が大きくなるため、歩留り向上効果が小さ
くなる。火点と耐火物距離には上限は設けないが、通常
では4m以上になることはなく、また、オーバーラップ
率の下限値は0%の完全分離でも良い。
【0008】また、火点総面積とは火点の非オーバーラ
ップ面積とオーバーラップ面積の和であり、火点の最外
周を囲む円の面積の75%以上まで拡大することによ
り、効果的な歩留り低減効果が得られる。火点面積率の
上限は設定しないが、ランスのノズル間距離およびラン
ス高さから幾何学的上限値は容易に計算できる。これ
ら、火点の最外周位置やオーバーラップ率、最外周面積
内の火点総面積は、周囲孔のランス内の位置や角度、操
業中のランス高さをパラメータに適宜選択することがで
きる。
【0009】火点の総面積を火点の最外周を囲む円の面
積の75%以上とし、同時に火点のオーバーラップ率を
総火点面積の30%以下とするためには、火点面8の円
形を細密充填で配置することが必要であり、そのために
は、図2からも明らかなように中心孔と周囲に6孔を有
する7孔ランスを用いた配置が最適配置となる。
【0010】更に望ましい方法は、ダストやスプラッシ
ュ、スピッティング等による歩留り低下を抑制するため
には、ランスに設置されるラバールノズルのスロート面
積と出口面積の比を、操業中の最も送酸速度の高く、メ
タルロスに最も影響のある時期においてソフトブローを
維持できる条件に設計することである。即ち、送酸時の
上吹き最大流量時のノズル入り側絶対圧値P0(MP
a)が、該ノズルの適正膨張絶対圧Pop(MPa)の
とき、P0/Popを1.2〜1.8とすることであ
る。ここで、P0(MPa)は上吹き送酸速度F(Nm
3/h)とノズルスロ―ト面積St(mm2)と流量係数
ε(通常は0.9〜1.0の範囲内)から(1)式で計
算される。P0/Popの下限値1.2未満では、適正
膨張に近づきハードブローになることから、また、1.
8を超える条件では高圧になりすぎて不適正膨張条件に
置いてもハードブローになり、何れも単位火点面積あた
りの衝突ガス流速が高くなって歩留まりロス抑制効果が
比較的小さくなる。 P0=F/(5.81×ε×St) ・・・(1) Popは、ノズル出口面積Se(mm2)とノズルスロ
―ト面積St(mm2)、ノズル出口雰囲気絶対圧Pe
(Pa)から(2)式で計算される。Peは通常の大気
圧精錬では0.1MPaである。 Se/St=0.259×(Pe/Pop)-5/7 ×{1−(Pe/Pop)2/7-1/2・・・(2)
【0011】ノズル出口面積Se(mm2)、ノズルス
ロ―ト面積St(mm2)とノズル出口直径de(m
m)、ノズルスロ―ト直径dt(mm)とは、円周率を
π、ノズル孔数は7孔であることから(3)式、(4)
式の関係がある。 Se=7×π×(de/2)2 ・・・ (3) St=7×π×(dt/2)2 ・・・ (4)
【0012】また、ここで送酸時の上吹き最大流量時と
は、処理中において最も酸素流量の多い時を指すが、送
酸速度切り替え時のオーバーシュートのような一瞬の流
量増加時に上記条件が満たされた場合などでは、処理ト
ータルの歩留り向上には寄与しないことから、処置トー
タル時間の内、10%以上の一定時間持続、または、合
計時間が10%以上になるように断続する条件を満たす
酸素流量で最も高酸素流量である時間とする。
【0013】また、上記歩留り向上を実現するための操
業方法の他に、上記操業を可能とする機能を持つランス
も本発明に属する。
【0014】
【実施例】本発明の効果を検証するために、上底吹き転
炉を用いて脱炭処理実験を行った。溶銑の初期炭素濃度
および温度は4〜4.5質量%、1270〜1320℃
で、処理後には0.03〜0.07質量%、1630〜
1660℃であった。歩留りロス量の評価には、排ガス
冷却水中のダスト濃度を2分毎に測定して、冷却水量と
のマスバランスで測定したダスト発生起因による歩留り
ロス量と、転炉の炉下より処理後に改修した粒鉄量の測
定によるスプラッシュ、スピッティング起因の歩留りロ
ス量を足し合わせてトータルメタルロス量とし、出鋼量
に対する歩留りロスの割合を求めた。 (歩留まりロス%=メタルロスton/出鋼量ton×
100)
【0015】ランス1は、中心孔と15度の周囲孔を6
孔配置したラバールノズル2を用い、浴面3からのラン
スギャップを3.0m一定とした。耐火物の内径は4.
0mであるのに対して前記の幾何学的火点配置より評価
した火点最外周円の直径は3.04mであり、このとき
の火点最外周位置7と耐火物4の距離は0.48m、ラ
ップ面積率は28%、火点最外周円内の火点総面積率は
83%であった。
【0016】耐火物ダメージに関する予備試験では、ラ
ンスギャップを3.5mした場合(耐火物と火点距離
0.25m)には、処理後の観察結果より耐火物の赤熱
が激しく安定操業が困難であることが分かっている。
【0017】ラバールノズルの設計圧力は、0.6MP
aとし、処理中の送酸圧力は0.9MPa(適正圧力の
1.5倍)で吹錬を行った。
【0018】10チャージの試験操業の結果、出鋼量に
対する歩留りロスは2.1%であり、通常操業(4孔1
5度ランス設計圧0.9MPa使用)での歩留りロスの
平均である3.2%の3割以上の大幅低減が実現でき
た。
【0019】また、設計圧力を0.9MPa(適正圧力
の1.0倍)としたノズルを用いた場合でも歩留りロス
は2.3%であり、通常操業よりも低位であった。
【0020】(比較例)比較例として、同様の実験を1
0度と15度の二種類の傾斜角のノズルを交互に配置し
た6孔ノズルを用いた試験を行った。ランスギャップや
送酸圧力等は実施例と同じ3.0mであり、このランス
を用いた場合には、火点最外周直径は3.04m、ラッ
プ面積率は19%であるが、火点最外周円に占める火点
面積率は、本発明で規定した範囲より小さい72%であ
る。
【0021】10chの試験の結果、歩留りロスは2.
7%であり、4孔ノズルの通常操業よりも低位の歩留り
ロスであったが、火点面積率が低いことに起因して、実
施例よりも歩留りロスが多かった。
【0022】
【発明の効果】本発明により、ダスト発生、スピッティ
ング、スプラッシュに起因する歩留りロスを、耐火物ダ
メージ等を伴わず効果的に低減することが可能になっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のランスの模式図。
【図2】浴面状の火点配置の模式図。
【図3】火点面積の幾何学的評価の説明図。
【符号の説明】
1 ランス 2 ノズル 3 浴面 4 耐火物内壁面 5 火点 6 火点オーバーラップ位置 7 火点最外周位置 8 火点面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 雄司 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 熊倉 政宣 大分市大字西ノ州1番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内 Fターム(参考) 4K013 CA04 CA16 CC04 FA00 4K070 AB13 AB16 BA07 BB02 CF02 DA05 EA08 EA15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心孔と周囲に6孔を有する7孔ランス
    を用い、火点の最外周位置を耐火物位置より0.4m以
    上離し、火点のオーバーラップ率を総火点面積の30%
    以下とし、火点の総面積が火点の最外周を囲む円の面積
    の75%以上とすることを特徴とする転炉吹錬方法。
  2. 【請求項2】 送酸時の上吹き最大流量時のノズル入り
    側絶対圧値が、該ノズルの適正膨張絶対圧の1.2〜
    1.8倍となることを特徴とする請求項1記載の転炉吹
    錬方法。
  3. 【請求項3】 火点の最外周位置を耐火物位置より0.
    4m以上離し、火点のオーバーラップ率を総火点面積の
    30%以下とし、火点の総面積が火点の最外周を囲む円
    の面積の75%以上とすることが可能で、中心孔と周囲
    に6孔を有する7孔であることを特徴とする転炉用吹錬
    ランス。
  4. 【請求項4】 送酸時の上吹き最大流量時のノズル入り
    側絶対圧値が、該ノズルの適正膨張絶対圧の1.2〜
    1.8倍とする機能を有することを特徴とする請求項3
    記載の転炉吹錬用ランス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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