JP2003301213A - 精錬用ランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶融金属の浴面に粉体をキャリヤガスと共に吹
き付けて精錬をおこなう場合に生じやすいスピッティン
グを抑制できる精錬用ランスの提供。 【解決手段】ランス先端に設けたノズルの孔の内面形状
が、スロートから最先端の出口に向かっていくにしたが
い、その中心軸に垂直な断面の面積が小さくなっている
精錬用ランス。その場合、ノズルの孔のスロートより出
口までの内壁面の中心軸に対する傾きの角度θが1〜12
°であり、ノズルの孔のスロートから出口までの中心軸
の長さをＨ、出口の直径をｄとするとき、Ｈ／ｄを0.7
〜4とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は溶銑や溶鋼など溶融
金属の精錬を目的に、浴面にキャリヤガスとともにフラ
ックスなど粉体を吹き付ける際に用いるランスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】酸素上吹転炉製鋼法は、溶融銑鉄の浴面
の上から高圧の酸素を吹き付けて、脱炭反応を主とする
鋼の酸化精錬をおこなわせるものである。この溶湯の上
からガスを吹き付ける際に、精錬用の粉体を混ぜて溶融
金属に接触させ、溶銑や溶鋼の精錬効果を高めたり、よ
り好ましいスラグを形成させたりする方法が提案されて
いる。

【０００３】たとえば、特開平8-3111523号公報には、
転炉形反応容器に収容された溶銑に対して、上吹きラン
スから酸化カルシウム粉を酸素と共に吹き付け、同時に
炉底またはまたは側壁から攪拌用の不活性ガスを吹き込
んで、脱燐をおこなわせる方法の発明が開示されてい
る。

【０００４】これらの溶銑の前処理時あるいは製鋼時の
精錬過程で、上吹きランスから粉体を吹き付けるために
用いられるランス先端のノズルは、ランス上部に比し内
径を小さくしてスロートを形成させ、そのままの径でノ
ズルの出口に達するストレートノズル、または断面を図
１に示すようなスロート１から出口２に向けて孔の径を
大きくしていく、逆テーパーのついたラバールノズルが
用いられる。

【０００５】ラバールノズルは、高圧の酸素の圧力エネ
ルギーを有効に運動エネルギーに変え、超音速の酸素ジ
ェットを噴射させ攪拌を効果的におこなわせるもので、
酸素上吹転炉のランスにはすべてこのノズルが取り付け
られ、３孔以上の多孔ノズルが広く使用されている。

【０００６】ガスに上述のような粉体を混ぜて溶融金属
表面に吹き付ける場合、細かい鉄粉が飛散し、炉外に散
逸するスピッティングという現象が多く現れる。スラグ
が十分多い場合は生じ難いが、精錬初期や溶融金属組成
によりスラグが少ない場合には、とくにスピッティング
が生じやすい。このため、より精錬効果を高めるため粉
体混入量を増そうとしても、十分にはできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶銑
の脱燐、溶鋼の脱燐、脱硫等、溶融金属の浴面に粉体を
キャリヤガスと共に吹き付けて精錬をおこなう場合に生
じやすい、スピッティングを抑制できる精錬用ランスの
提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、粉体をキ
ャリヤガスと共に溶融金属浴表面に吹き付けたときに生
じやすい、スピッティングを抑制することの可能性につ
いて、水を使ったモデル実験装置を用い、種々検討をお
こなった。

【０００９】水モデル実験装置は、容器を透明アクリル
樹脂で構成させ、溶融金属に水を用いるもので、その概
要は次のとおりである。

【００１０】図２に実験装置を模式的に示す。転炉形の
反応容器３には直胴部の内径を570mmとし、中央部にて
深さ360mmの溶湯に相当する水４を入れる。ランス５は
内径42mmで、下端のノズル６の出口と水面との距離、す
なわちランス高さは260mmとした。圧縮空気をキャリヤ
ガスとし、粉体はポリエチレン製の粒子径0.18mm以下の
ものを、粉体供給装置７から配管８を通じて供給する。
ランス上部には圧力計９を取り付け、ランス前のガス圧
力を測定した。スピッティング量としては、浴面から35
0mmの位置に吸水紙１０を設置して、水の飛沫を採取で
きるようにした。また、浴面位置にビデオカメラ１１を
設置し、粉体吹き付け時の状況を側面から観察記録す
る。

【００１１】この装置を用い、図３に示す孔径10mm、ス
ロ−トから出口までの長さが20mmのストレートノズルを
先端にを有するランスを用い、ガス供給量を400L／min
の一定として、粉体供給速度を10〜1000g／minの範囲で
変え、ランス前ガス圧力およびスピッティング量、さら
には浴の挙動の観察等をおこなった。

【００１２】粉体の供給速度と、スピッティング量また
はランス前圧力との関係について測定した結果を図４に
示す。図の縦軸のスピッティング量またはランス前圧力
は、粉体供給速度が10g／minのときの値を基準値とし、
この値に対する比、すなわち相対値で示している。この
図から粉体の供給速度が増すと共に、スピッティング量
もランス前圧力も増加していることがわかる。

【００１３】一方、粉体吹き付け時の粉粒子、浴および
水滴の挙動を観察した結果では、スピッティングの水滴
はガスジェットにより形成されるキャビティの周辺部
（通常リップ部と呼ばれる）から生成しているが、粉体
はガスジェットの中心部に凝集している。このことは、
粉体が直接スピッティング量を増加させているのではな
く、ランス前の圧力増加が大きく影響しているのではな
いかと思われた。

【００１４】図４によれば、粉体の供給速度が増すとス
ピッティング量が増しているように見える。しかし、ガ
ス供給量が一定であるにもかかわらず、ランス前圧力が
上昇している。ランス前圧力が高くなると噴出するガス
の運動エネルギーは増加する。このことからも、上吹き
ガスジェットに粉体を混入することによるスピッティン
グの増加は、粉体が直接作用しているのではなく、それ
によるランス前圧力の上昇が原因であると推測された。

【００１５】そこで、粉体供給時のランス前圧力におよ
ぼすランス構造、とくにノズルの形状について形状を種
々変え、その影響を調べてみた。その結果、図１に示し
たラバ−ルノズルとは逆の、先端出口に近づくほど孔の
径が小さくなるテーパーノズルとすると、ランス前圧力
の増加を抑止できることがわかってきたのである。

【００１６】図５に示す出口の径が10mmのノズル孔で、
スロートから先端出口まで、すなわちノズル孔テーパー
部における逆円錐面の中心軸に対する角度が7°、中心
軸に沿った長さが20mmであるノズルを取り付けた、テー
パーランスによる例を以下に述べる。この場合、上述の
ストレートランスを用いた実験と全く同じ条件にて、粉
体供給速度を10〜1000g／minの範囲で変え、ランス前ガ
ス圧力およびスピッティング量を調査した。

【００１７】図４と同じ表示法で整理した結果を図６に
示すが、粉体供給速度が増してもスピッティング量はほ
とんど増加せず、ランス前圧力は図４と比較すればわか
るように、その高くなる傾向は小さくなっている。この
ように、テーパーランスを用いると、粉体混入によるラ
ンス前圧力が抑制され、スピッティングはランス前圧力
が粉体供給速度が高くなっていくにもかかわらず増加し
ない。これは、同じ出口径ではノズル孔を先端に行くほ
ど小さくしたことによって、ガスの通過抵抗が減少しラ
ンス前圧力が低下したことに加えて、ガスジェットの中
心部に粉体が効率よく凝集されたためではないかと思わ
れる。

【００１８】このテーパーランスにおけるノズル孔の形
状の効果について検討した。出口径を10mm、テーパー部
の中心軸の長さを20mmの一定とし、逆円錐面の中心線に
対する角度θを変え、スピッティング量を調べると、図
７の結果が得られた。この場合、粉体の供給速度は300g
／minの一定とし、他の条件は、図４または図６を得た
ときと同じである。この図７から、スピッティング量は
テーパー部の角度θが5〜6°で最小値を示し、15°以上
になるとストレートランスと変わらなくなることがわか
る。

【００１９】また、テーパー部のθを7°の一定とし、
上述の粉体の供給速度300g／min一定の条件で、出口径
ｄとテーパー部の中心軸の長さＨについてＨ／ｄを変え
スピッティング量を調べた結果を図８に示す。Ｈ／ｄは
約2でスピッティング量は最小となり、0.5未満あるいは
5を超えると、ストレートランスと変わらなくなってし
まう。ノズルのテーパー部は、図５に示したように逆円
錐面として上記の実験はおこなったが、テーパー部の面
は図９または図１０に示すように多少湾曲させてもよ
く、その場合、スロ−トと出口を結ぶ線の中心軸となす
角度が、上述の範囲であれば同様な効果が得られた。

【００２０】以上は水モデル実験装置による結果である
が、溶銑または溶鋼の金属溶湯に対し、このようなテー
パーランスを用い効果を確認した結果、とくにノズルの
形状に関してその効果はそのまま適用できることが確認
された。すなわち本発明の要旨は次のとおりである。

【００２１】(1) 溶融金属の浴面にキャリヤガスと共に
粉体を吹き付けるための精錬用ランスであって、ランス
先端に設けたノズルの孔の内面形状が、スロートから最
先端の出口に向かっていくにしたがい、その中心軸に垂
直な断面の面積が小さくなっていることを特徴とする精
錬用ランス。

【００２２】(2) ノズルの孔のスロートより出口までの
内壁面の中心軸に対する傾きの角度θが1〜12°である
ことを特徴とする上記(1)の精錬用ランス。

【００２３】(3) ノズルの孔のスロートから出口までの
中心軸の長さをＨ、出口の直径をｄとするとき、Ｈ／ｄ
が0.7〜4であることを特徴とする上記(1)または(2)の精
錬用ランス。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の、溶融金属の上面よりキ
ャリヤガスと共に粉体を吹き付けて精錬をおこなう際に
用いる精錬用ランスは、ランス先端に設けたノズルの孔
の内面形状が、スロートから最先端の出口に向かって、
その中心軸に垂直な断面の面積が小さくなっているもの
とする。

【００２５】通常、溶湯上面よりガスを吹き付ける目的
に用いられるランスは、ランス下端に設けられたノズル
が、ランスの内径より径の小さくなったスロートから、
ノズル出口に向かっていくにしたがって内径が大きくな
る図１に示したラバールノズルが用いられる。これに対
し本発明では、逆に内径を小さくしていくのは、それに
よって溶融金属が粉化するスピッティングが抑止される
からである。

【００２６】このノズルのスロートから出口までの内壁
面の、中心軸に対する傾きの角度θは1〜12°とする。
θが0の場合はストレートランスであるが、1°以上あれ
ば、スピッティング抑止に効果がある。しかしθが12°
を超えるとストレートランスと変わらなくなる。望まし
いのはθを3〜8°とすることである。

【００２７】ノズルの孔のスロートから出口までの中心
軸の長さをＨ、出口の直径をｄとするとき、Ｈ／ｄが0.
7〜4であることとする。これは、Ｈ／ｄが0.7未満のと
きストレートランスを用いた場合との差がなく、4を超
えるとやはりストレートランスの場合と同様になってし
まうからである。望ましいのはＨ／ｄを1.3〜2.5とする
ことである。

【００２８】ランス先端のノズル数は、いずれも上述の
テーパーノズルを用いるのであれば、単数でも複数でも
よい。また、ノズル内面は、Ｃｒメッキあるいはセラミ
ックのコーティングなどにより耐摩耗性を向上させる処
置が施されていることが望ましい。

【００２９】

【実施例】試験転炉にて、2トンの溶銑に対し上方から
ランスにより酸素をキャリヤガスとして生石灰粉を吹き
付け、精錬をおこなった。その際、ランスは本発明のテ
ーパーランスと、ストレートランスとの２種を用い、ス
ピッティングを比較した。テーパーランスの先端ノズル
は図５に示したものと同形状で、ノズル出口の口径ｄが
10.8mm、ノズル孔テーパー部の逆円錐面の中心軸に対す
る傾きは7°、孔のテーパー部の中心軸に沿った長さは2
5mmとした。したがってＨ／ｄは2.3である。比較のため
用いたストレートランスは、ノズル口径が10.8mm、ノズ
ル孔の長さが25mmの図３に示したものと同形状である。
ただしいずれのランスもその内径Ｒは38mmである。

【００３０】ランス先端の溶銑面に対する高さは、いず
れの場合も500mmとした。スピッティングについては、
溶銑面からの高さ700mmの位置に捕獲箱を取り付け、中
に溜まった屑粉量を計測した。これはスピッティングの
絶対量を計測するものではないが、いずれの吹錬の場合
にも同一寸法の捕獲箱を同一位置に取り付けているの
で、貯まった屑粉量から、相対的な発生量の多少を比較
できる。

【００３１】吹錬条件および結果を表１にまとめて示
す。表中のスピッティング量は相対値である。これから
本発明のテーパーランスを用いることにより、ストレー
トランスの場合に比較して1／5にまでスピッティング量
が低減できたことがわかる。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】溶銑や溶鋼など溶融金属の精錬のため、
粉体をキャリヤガスとともに溶湯表面から吹き付ける場
合、本発明のランスを用いることによりスピッティング
の発生量を大幅に低減することができる。それにより粉
体の混入量を増すことができるので精錬効率が向上し、
歩留まりも向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラバールノズルの断面を示す概念図である。

【図２】上吹きランスを用いた精錬の水モデル実験装置
の模式図である。

【図３】ストレートノズルの断面を示す模式図である。

【図４】ストレートノズルのランスを用いて精錬実験を
おこなったときの、粉体供給速度と、ランス前圧力また
はスピッティング量との関係を示す図である。

【図５】テーパーノズルノズルの断面を示す模式図であ
る。

【図６】テーパーノズルのランスを用いて精錬実験をお
こなったときの、粉体供給速度と、ランス前圧力または
スピッティング量との関係を示す図である。

【図７】テーパーノズルのテーパー部の中心軸に対する
傾きの角度と、スピッティング量との関係を示す図であ
る。

【図８】ノズルの出口径ｄに対するテーパー部の長さＨ
の比と、スピッティング量との関係を示す図である。

【図９】テーパー部に湾曲のあるテーパーノズルの断面
を示す模式図である。

【図１０】テーパー部に湾曲のあるテーパーノズルの断
面を示す模式図である。

【符号の説明】 １ ノズルのスロート ２ ノズルの出口 ３ 透明アクリル樹脂製の転炉形容器 ４ 水 ５ ランス ６ ノズル ７ 粉体供給装置 ８ ガス配管 ９ ランス前の圧力検出装置 １０ 吸水紙 １１ ビデオカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K070 AB05 AB06 AB15 AC02 AC14 BB02 BB04 BB08 BC04 CF02 EA15 EA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属の浴面にキャリヤガスと共に粉体
   を吹き付けるための精錬用ランスであって、ランス先端
   に設けたノズルの孔の内面形状が、スロートから最先端
   の出口に向かっていくにしたがい、その中心軸に垂直な
   断面の面積が小さくなっていることを特徴とする精錬用
   ランス。
2. 【請求項２】ノズルの孔のスロートより出口までの内壁
   面の中心軸に対する傾きの角度θが1〜12°であること
   を特徴とする請求項１に記載の精錬用ランス。
3. 【請求項３】ノズルの孔のスロートから出口までの中心
   軸の長さをＨ、出口の直径をｄとするとき、Ｈ／ｄが0.
   7〜4であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   精錬用ランス。