JP2003268434A

JP2003268434A - ガス上吹きランス及びそれを用いた溶鉄の精錬方法

Info

Publication number: JP2003268434A
Application number: JP2002068392A
Authority: JP
Inventors: Goro Okuyama; 悟郎奥山; Seiji Nabeshima; 誠司鍋島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、溶鉄の精錬に際し、従来より溶鉄へ
の着熱効率の良い二次燃焼を可能とすると共に、脱炭吹
錬にも有効なガス上吹きランス及び該ランスを使用して
の溶鉄の精錬方法を提供することを目的としている。【解決手段】転炉型精錬炉で溶鉄を精錬する際に使用さ
れ、先端に中心貫通孔、その周囲に複数の周辺貫通孔を
設けたガス上吹きランスであって、前記貫通孔には、可
燃性ガス及び酸素ガスを切り替えて供給自在なガス供給
手段を、前記周辺貫通孔には、酸素ガスを供給する酸素
ガスの供給手段を連接した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス上吹きランス
及びそれを用いた溶鉄の精錬方法に係わり、詳しくは、
転炉、特に脱炭炉、鉄浴型溶融還元炉、転炉型スクラッ
プ溶解炉等で溶鉄を精錬する際に使用するガス上吹きラ
ンスの構造及び溶鉄の精錬方法に関する。

【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及びコークス等の
炭材を添加し、該鉱石原料を直接溶融還元することによ
って、該鉱石原料中の有価金属を回収する技術が普及し
ている。このような鉱石原料の溶融還元を実施するに際
しては、通常、加熱・還元用エネルギーが大量に必要と
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・還元及び溶解を行
うことがある。さらに、ステンレス鋼製造用の溶鉄を転
炉で脱炭吹錬する際には、該溶鉄中のＣｒの酸化ロスを
削減するために、吹錬初期において溶鉄を高温に昇熱し
なければならない。

【０００３】そこで、生産性を高位に維持しつつ、こう
した操業を行うには、エネルギー源としての炭材と、こ
れ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。また、この昇温を効率的に行うには、炭材
と酸素ガスとの一次燃焼で生成するＣＯガスを２次燃焼
させ、その生成熟を高い着熱効率で溶鉄及びスラグ等に
伝熱することも必要である。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ＣＯ₂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、着熱効率とは、該２次燃焼で発生し
た熱が溶鉄及びスラグの顕熱になる効率を言う。

【０００４】ところで、従来の転炉精錬においては、炉
内での２次燃焼率を上昇させるため（熱供給能力を向上
させるため）、上吹きによる酸素ガスジェットをソフト
ブロー（溶鉄等に衝突する酸素ガスの力を弱くする）化
するには、以下のような方法がとられている。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、溶鉄から遠くする。２）上吹きランスのノズルを多孔にし、上吹き酸素ガス
ジエットを分散させて溶鉄に吹き付ける。

【０００５】

【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
着熱効率が低くなるので、その結果、排ガス温度の上
昇、炉の内張り耐火物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、鉛直方向
に対するノズルの傾斜角（以下、ノズル傾角と称する）
をある程度大きくしないと、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、結果としてソフトブロ
ーによる効果が十分に得られない。一方、実公平６−５
４０６号公報に開示されているように、ノズル傾角を大
きくすると、酸素ガスジエットが炉壁に直接衝突してし
まい、炉壁を損傷するという問題が生じる。さらに、
（２）の方法や特開平１２−５４０１６号公報に開示さ
れているように、ランスチップや貫通孔の形状を変えて
ソフトブロー化を達成したとしても、そのようなランス
は、スクラップの溶解や溶鉄の昇温吹錬には適するが、
脱炭吹錬には適さない。さらに加えて、その場合の二次
燃焼は、ランスから吹き込まれた酸素のうち、流速の衰
えたジェットの先端（これをジェット尾という）周辺領
域でのみ起きているので、二次燃焼に利用される酸素は
少なく、また着熱効率も小さくなってしまう。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑み、溶鉄の精錬
に際し、従来より溶鉄への着熱効率の良い燃焼を可能と
すると共に、脱炭吹錬にも有効なガス上吹きランス及び
該ランスを使用しての溶鉄の精錬方法を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、発明者は鋭意実験及び研究を重ね、その成果を本発
明として完成させた。

【０００８】すなわち、本発明は、転炉型精錬炉で溶鉄
を精錬する際に使用され、先端に中心貫通孔、その周囲
に複数の周辺貫通孔を設けたガス上吹きランスであっ
て、前記中心貫通孔には、可燃性ガス及び酸素ガスを切
り替えて供給自在なガス供給手段を、前記周辺貫通孔に
は、酸素ガスだけを供給する酸素ガスの供給手段を連接
したことを特徴とするガス上吹きランスである。この場
合、前記周辺貫通孔の先端は、一定角度でランス外周方
向へ下向きに傾斜しているのが良い。

【０００９】また、本発明は、転炉型精錬炉で溶鉄を精
錬するに際して、ガス上吹きランスとして請求項１記載
のものを使用し、精錬初期の冷鉄源の溶解時及び／又は
溶け落ち後の溶鉄の昇熱時には、前記中心貫通孔を介し
て可燃性ガスを、前記周辺貫通孔を介して酸素ガスを噴
出させ、溶湯の脱炭精錬時には、前記中心貫通孔及び前
記周辺貫通孔の両方から酸素ガスだけを噴出させること
を特徴とする溶鉄の精錬方法である。この場合、前記冷
鉄源が、鉄鉱石及び／又はＣｒ鉱石を含有しているのが
好ましい。

【００１０】本発明によれば、転炉型精錬炉において、
スクラップ溶解や昇熱吹錬時には、ランス中心孔からの
可燃性ガスを吹き込むことにより、従来は燃焼していな
かったジェット中心付近でも燃焼させることができるよ
うになる。また、ジェット中心付近は流速が比較的大き
いので、その生成熱を効率良く溶鉄へ着熱させることが
可能である。さらに、その後の脱炭吹錬時には、酸素ガ
スのみで吹錬して、効率良く脱炭処理が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
まじえ、本発明の実施形態を説明する。

【００１２】従来から知られているように、溶鉄へ上吹
きランスから吹きつける酸素ジェットによる二次燃焼
は、図２（ａ）に示すように、ジェットの流速が比較的
小さい噴流の周辺領域のみで起きる。そのため、ジェッ
ト中心付近の大部分の酸素は二次燃焼には利用されず、
二次燃焼の領域を増大させるのは困難であった。また、
二次燃焼の領域は、噴流流速が小さいために、溶鉄やス
ラグヘの着熱効率が小さかった。

【００１３】そこで、発明者は、中心孔からは可燃性ガ
スを噴出し、周囲の複数の貫通孔からは酸素ガスを噴出
できるようにすれば、図２（ｂ）に示すように、従来は
燃焼していなかった酸素領域に、燃料としての可燃性ガ
スが噴出され、可燃性ガスの燃焼帯８としてジェットの
燃焼領域９を増大できるし、比較的流速の大きい領域で
燃焼が起きるので、溶鉄及びスラグヘの着熱効率も増大
すると考えた。そして、この考えを具体化することに努
力し、図１（ａ）及び（ｂ）に一例として示すようなノ
ズルチップを備えた本発明に係るランスを開発した。な
お、図２（ａ）及び（ｂ）に示した点線は、ガスジェッ
トの流速分布を表している。

【００１４】図１（ａ）及び（ｂ）に示したノズルチッ
プ１は、７個の貫通孔２（ノズル孔）があり、そのうち
のひとつはランスチップ１の中心に配し、その他の貫通
孔２（以下、周辺孔という）は中心孔の周囲に配してあ
る。また、ランスの後端には、各貫通孔２に対応させて
ガスの開閉弁３、配管４及びガス源５からなるガス供給
手段が接続してある。なお、図示は省略したが、各配管
には安全のため窒素等のパージガスや希釈ガスを供給す
るラインを接続しておくのが好ましい。

【００１５】本発明の重要ポイントは、このガス供給手
段のうち、中心孔に連接するものは、該中心孔に可燃性
ガス６及び酸素ガス７を切り替えて供給できるような構
成にすると共に、該中心孔の周囲に配した孔（以下、周
辺孔という）に連接するものは、酸素ガスを供給できる
ような構成にしたことである。なお、中心孔でのガス種
の切り替えは、操業を行う作業者がガスの開閉弁３を操
作して手動で行っても良いし、また、図示していない
が、溶鋼温度等の測定センサや切り替え時期を判断する
演算器等を利用して自動操作としても良い。

【００１６】これにより、溶鉄の精錬に際しては、可燃
性ガス６及び酸素ガス７をそれぞれ個別に、あるいは同
時に溶鉄へ向けた噴射が可能となる。つまり、精錬初期
の溶鉄の昇熱吹錬時には、中心孔を介して可燃性ガス、
周辺孔を介して酸素ガスを同時に噴出して、燃焼領域を
従来より広げて溶鉄の昇熱時間を短縮し、脱炭吹錬時に
は、いずれの貫通孔から酸素ガスだけを噴出させて、脱
炭速度を従来と同等に維持することが可能となる。

【００１７】なお、前記周辺孔は、鉛直下方を向けて配
置しても良いが、燃焼領域を広げることを考慮し、先端
を一定角度でランス外周方向へ下向きに傾斜しているの
が好ましい。また、本発明では、貫通孔の形状は特に限
定せず、所謂「ストレート型」、「ラバール型」等が利
用できる。いずれの型でも、本発明の効果が達成できる
からである。さらに、本発明に係るガス上吹きランス
は、通常の転炉を用いての溶鋼の溶製に使用しても良い
が、冷鉄源に、鉄鉱石及び／又はＣｒ鉱石を含有してい
る所謂溶融還元操業での利用が好ましい。その場合、貫
通孔形状は、所謂「急拡大型」等が利用できる。使用効
果がより大きいからである。

【００１８】

【実施例】（実施例１）５トン規模の上底吹き転炉を用
いて、溶鉄の昇熱吹錬及び脱炭吹錬を順次行い、昇熱速
度及び脱炭速度を調査した。

【００１９】操業は、以下の手順で行った。つまり、表
１に示す化学組成の溶銑を転炉に装入した後、まず該転
炉の底に設けた羽口（底吹き羽口という）を介して酸素
ガスを５．０（標準状態）ｍ³／ｍｉｎを吹き込んだ。

【００２０】

【表１】

【００２１】そして、本発明例では、上吹きランスの周
辺貫通孔を介して純酸素ガスを２０（標準状態）ｍ³／
ｍｉｎで、及び中心貫通孔を介して所謂Ｃガス（コーク
ス炉ガス）を５（標準状態）ｍ³／ｍｉｎで吹き込ん
だ。また、従来の二次燃焼を指向する先端を急拡大した
大型ランス（特開２０００−５４０１６号公報参照）を
用いた操業（比較例という）では、該大型の上吹きラン
スを介して純酸素ガスだけを２５（標準状態）ｍ³／ｍ
ｉｎで吹き込むようにした。さらに、本発明例及び比較
例のいずれの場合にも、炉上に設けたシューターを介し
て塊コークス及び造滓材としての生石灰、珪石を炉内に
投入し、昇熱、造滓を行った。その際、昇熱操業の初期
及び昇熱後の溶銑温度をサブランスを用いて測定し、こ
の昇熱期間での溶銑の昇熱速度を求めた。また、昇熱
後、前記底吹き羽口を介して酸素ガスを５．０Ｎｍ³／
ｍｉｎで、及び上吹きランスを介して純酸素ガスだけを
２０（標準状態）ｍ³／ｍｉｎ（本発明にあっては、周
辺貫通孔と中心貫通孔の両方から噴出）を吹き込み、脱
炭吹錬を実施した。その際も、サブランスを用いて行い
てサンプリングし、任意のサンプリング間での溶銑中の
炭素濃度を測定し、この脱炭吹錬期間での溶銑の脱炭速
度を測定した。

【００２２】表２に、上記した本発明に係わるガス上吹
きランス１０を用いた本発明例及び従来型のランスを用
いた比較例で得た昇熱速度の指数及び脱炭速度の指数を
一括して示す。なお、本発明に係るランスに備えたノズ
ルチップ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したものと幾
何学的に相似である．また、表２に示したランス高さ
は、溶銑表面から上吹きランス先端までの距離であり、
昇熱速度指数は、比較例１の昇熱速度を１００として、
相対的に比較したものである。さらに、脱炭速度の指数
も、比較例１の値を１．００として相対的に比較したも
のである。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２の本発明例と比較例とを比較すると、
本発明例において昇熱速度が大幅に向上し、且つ、その
脱炭吹錬時では、脱炭効率が比較例と同等であることが
確認される。なお，上記本発明例及び比較例は，転炉精
錬における昇熱・脱炭吹錬に関するものであるが、本発
明は、スクラップ等、冷鉄源の使用量が増大しても効果
があることは言うまでもない。（実施例２）５トン規模の上底吹き転炉を用いて、Ｃｒ
鉱石溶融還元吹錬を行ない、溶融還元期間でのＣｒ鉱石
添加量を調査した。

【００２５】操業は、以下の手順で行った。前記表１に
示す化学組成の溶銑を転炉に装入した後、まず該転炉の
底吹き羽口を介して酸素ガスを５．０（標準状態）ｍ³
／ｍｉｎで吹き込んだ。

【００２６】そして、本発明例では、上吹きランスの周
辺貫通孔を介して酸素ガスを２０（標準状態）ｍ³／ｍ
ｉｎで、及び中心貫通孔を介して所謂Ｃガス（コークス
炉ガス）を５．０（標準状態）ｍ³／ｍｉｎで吹き込ん
だ。また、比較例では、急拡大ランスを用い、酸素ガス
だけを２５（標準状態）ｍ³／ｍｉｎで吹き込むように
した。さらに、本発明例及び比較例のいずれの場合に
も、炉上に設けたシューターを介して塊コークス及び造
滓材を炉内に投入し、昇熱、造滓を行った。その後、所
定の溶融温度（１５６０〜１５９０℃）になった時点か
ら適宜、Ｃｒ鉱石の添加を開始し、溶融還元を行った。
溶融還元吹錬期間は、それぞれ６０分として、適宜サブ
ランスで溶銑温度を測定し、所定の溶銑温度（１５６０
〜１５９０℃）になるように、Ｃｒ鉱石添加量を調整し
た。

【００２７】表３に、上記した本発明に係わるガス上吹
きランス１０を用いた本発明例及び比較例で得たＣｒ鉱
石添加量の指数を示す。Ｃｒ鉱石添加量指数は、比較例
３の溶融還元吹錬６０分間でのＣｒ鉱石添加量を１００
として、それぞれ６０分間でのＣｒ鉱石添加量を相対的
に比較したものである。本発明では、いずれもランス高
さを１．０ｍと高目に設定して、二次燃焼率の増大を図
った比較例３を上回るＣｒ鉱石添加量を達成することが
できた。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、昇
熱、スクラップ溶解時の炉内においては２次燃焼率や着
熱効率を高位に維持し、その後の脱炭吹錬では、脱炭速
度を低下させずに従来ランスと同等である。つまり、溶
鉄の精錬に際し、従来より溶鉄への着熱効率の良い二次
燃焼が可能になると共に、脱炭吹錬にも有効なガス上吹
きランスが提供できた。また、Ｃｒ鉱石の溶融還元製錬
においても、同じ時間内に多量のＣｒ鉱石の還元が可能
となり、本発明は、溶融還元炉の生産性増大に寄与する
ところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス上吹きランスに取付けたノズ
ルチップを示す図であり（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦
断面図である。

【図２】溶鉄の精錬における二次燃焼の概念図を示し、
（ａ）は従来のランスを使用した場合、（ｂ）は本発明
に係るランスを使用した場合である。

【符号の説明】

１ノズルチップ２貫通孔３ガスの開閉弁４配管５ガス源（ボンベ等）６可燃性ガス７酸素ガス８可燃性ガスの燃焼帯９二次燃焼領域１０ランス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転炉型精錬炉で溶鉄を精錬する際に使用
され、先端に中心貫通孔、その周囲に複数の周辺貫通孔
を設けたガス上吹きランスであって、前記中心貫通孔には、可燃性ガス及び酸素ガスを切り替
えて供給自在なガス供給手段を、前記周辺貫通孔には、
酸素ガスだけを供給する酸素ガスの供給手段を連接した
ことを特徴とするガス上吹きランス。
【請求項２】前記周辺貫通孔の先端は、一定角度でラ
ンス外周方向へ下向きに傾斜していることを特徴とする
請求項１記載のガス上吹きランス。
【請求項３】転炉型精錬炉で溶鉄を精錬するに際し
て、ガス上吹きランスとして請求項１記載のものを使用し、
精錬初期の冷鉄源の溶解時及び／又は溶け落ち後の溶鉄
の昇熱時には、前記中心貫通孔を介して可燃性ガスを、
前記周辺貫通孔を介して酸素ガスを噴出させ、溶湯の脱
炭精錬時には、前記中心貫通孔及び前記周辺貫通孔の両
方から酸素ガスを噴出させることを特徴とする溶鉄の精
錬方法。
【請求項４】前記冷鉄源が、鉄鉱石及び／又はＣｒ鉱
石を含有していることを特徴とする溶鉄の精錬方法。