JP2004093110A

JP2004093110A - Burner lance and refine method

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Publication number: JP2004093110A
Application number: JP2003192478A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Igarashi; 五十嵐　弘; Hiroyuki Nakabayashi; 中林　宏行; Nobuaki Kobayashi; 小林　伸明; Ikuhiro Sumi; 鷲見　郁宏; Yoshiteru Kikuchi; 菊地　良輝
Original assignee: JFE Steel Corp; Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP4050195B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner lance that can improve heating efficiency and has a compact size facilitating its handling and maintenance. <P>SOLUTION: This burner lance has double-pipe structure including an ignitable fluid supply pipe 2 for supplying ignitable fluid and a fuel fluid supply pipe 3, which surrounds the pipe 2, for supplying fuel fluid. The clearance between these supply pipes 2, 3 is a fuel fluid passage 8. In the ignitable fluid supply pipe 2, a primary fuel fluid guide 16 is formed to guide a portion of the fuel fluid in the fuel fluid passage 8 into this supply pipe 2. Remaining portion of the fuel fluid in the fuel fluid passage 8 can be injected outside as secondary fuel fluid from the frond end sides of the supply pipes 2, 3 through a secondary fuel fluid injector 17. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素を含む支燃性流体を噴出させつつ、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱するバーナ・ランスおよび精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素を含む支燃性流体（酸素、空気、酸素富化空気等）を噴出させつつ、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱するバーナは、様々な生産プロセスで用いられている。
例えば、電気炉製鋼プロセスにおいては、鉄屑等の原料を電気炉内で加熱し、溶融させる際に、原料にコールドスポットといわれる低温部位が生じ、この部分において原料が溶融しにくくなることがあるが、バーナの使用によって、原料の加熱効率を高め、原料溶融のための電力使用量を低減し、溶融コストを削減することができる。
また、支燃性流体によって原料の一部を酸化、溶融させ、切断を促し、原料に対する加熱効率をさらに高めることができる。さらには、支燃性流体の供給によって、未燃焼流体（一酸化炭素等）の燃焼を促進することができる。
バーナは、支燃性流体の流速を高めるほど、被加熱物の切断速度を高め、加熱効率を高めることができるため、支燃性流体の高速化が要望されている。
【０００３】
しかしながら、支燃性流体を高速化する（例えば音速を越える速度とする）と、この流体によって燃料の燃焼炎が不安定になり、かえって加熱効率が低下することがあった。
特許文献１、２には、酸素ガス供給管の外周側に、燃料ガス供給管が設けられ、さらにその外周側に、二次酸素を供給する二次酸素供給管が設けられた三重管構造を有するバーナが開示されている。
特許文献３には、酸素を供給する中央導管の外側に、燃料供給用の管と、二次酸素供給用の管が設けられ、燃料および二次酸素をバーナ先端の噴出孔から噴出させることができる三重管構造のバーナ・ランスが開示されている。
これらのバーナでは、酸素ガス供給管から高速の酸素ガス流を噴出させるとともに、二次酸素を用いて燃料ガスを燃焼させることができるようになっており、この二次酸素によって燃焼炎を安定化させることができる。
このため、燃焼炎の不安定化による加熱効率の低下を引き起こすことなく、酸素ガス流を高速化することができる。
【０００４】
特許文献２には、溶融金属に対する支燃性ガスの吹込みについて記載されている。
従来、溶融金属に対する支燃性ガスの吹込みは、電気炉の作業口からの消耗型ランスパイプあるいは水冷ランスにより行われている。
これらの装置は、高温の溶融金属やスラグ中にランスを浸漬させて、直接溶融金属に音速以上の速度で酸素ガスを吹込むことができる。
【０００５】
しかし、非水冷型ランスの場合には、ランス自体が溶損するため、これを頻繁に交換する必要がある。一方、水冷型ランスの場合は、ノズル閉塞・溶損防止のため頻繁にメンテナンスを行う必要があるため、作業性に問題があった。
このため、離れた位置の被加熱物を効率的に加熱することができるバーナ・ランスが要望されていた。
また、上記従来のバーナは、三重管構造とされていることから、構造が複雑である上、全体のサイズも大きくなってしまう。このため、メンテナンスが難しく、しかも取り扱いにくい問題があった。
また、溶融金属（被加熱物）に対して酸素ガスを吹込む際には、ノズルから離れた溶融金属に対して高速（例えば音速以上）の噴流を衝突させる必要があるため、酸素ガスの速度低下を防ぐ必要がある。また、この際、燃料の使用量を低く抑えることが要望されている。
【０００６】
また、鉄鋼精錬プロセスにおいては、高炉などで製造した溶鉄（例えば溶銑や、溶銑を脱炭して得られた溶鋼）を効率的に精錬するため、酸素などの支燃性流体の供給は重要である。
支燃性流体は、溶鉄中の珪素、燐、炭素などの除去や、別途添加される炭素、珪素、アルミニウムなどが酸化する際の発生熱を溶鉄に着熱させる（熱付加）ために用いられる。
支燃性流体を溶鉄に作用させる際には、上記除去反応や熱付加の効率を高めるために、溶鉄を攪拌し混合することが好ましい。
このため、支燃性流体を供給するには、支燃性流体供給管に、内径が先端方向に向けて徐々に大きくなるテーパ部が形成されたラバールノズルを有するバーナ・ランスが用いられている。
このタイプのランスを用いると、支燃性流体の初速が超音速となり、効率よく溶鉄を攪拌することができる。
支燃性流体に与えられたエネルギーを効率よく攪拌力に変換するためには、浴面（溶鉄表面）に対し、バーナ・ランスをできるだけ低く配置することが有効であるが、ランスを低く配置すると、輻射熱などによりランスが劣化しやすくなる問題がある。
そのため、ランスを高く配置せざるを得ず、高い精錬効率を得るのは難しい。
また、支燃性流体の流量などに応じて、ノズル形状や供給圧力の適正化などが行われているが（例えば特許文献４を参照）、支燃性流体を十分に高速化するのは難しく、高速化を実現できる精錬方法が要望されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−７５３６４号公報
【特許文献２】
特開平１０−９５２４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２５９４１３号公報
【特許文献４】
特開平１０−３０１１０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は以下の通りである。
（１）加熱効率を高めることができ、かつコンパクトで取り扱い性およびメンテナンス性に優れたバーナ・ランスを提供する。
（２）支燃性流体の速度低下を防ぐことができるバーナ・ランスを提供する。
（３）精錬効率を向上させることができる精錬方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバーナ・ランスは、酸素を含む支燃性流体を供給する支燃性流体供給管の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられた二重管構造を有し、これら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、支燃性流体供給管に、燃料流体流路内の燃料流体の一部をこの供給管の内部に導く一次燃料流体導入部が形成され、燃料流体流路内の燃料流体の他部を、二次燃料流体として、供給管の先端側から外部に噴出させることができるように構成されていることを特徴とする。
本発明のバーナ・ランスは、支燃性流体供給管の先端部の外周側に、外方に延出し燃料流体供給管に達する延出部が形成され、この延出部に、前記燃料流体の他部を外部に噴出させる二次燃料流体噴出部が形成されている構成とすることができる。
二次燃料流体噴出部は、燃料流体の他部を、支燃性流体をほぼ囲むように噴出させることができるように構成することができる。
二次燃料流体噴出部は、基端側から先端側に向けて内方に傾斜して形成され、支燃性流体供給管の中心軸に対する傾斜角が、２０°以下であることが好ましい。
二次燃料流体噴出部は、二次燃料流体の流量を、全燃料流体流量の５０〜９０％の範囲とすることができるように構成するのが好ましい。
本発明のバーナ・ランスでは、支燃性流体供給管の中心軸を中心とし、二次燃料流体噴出部の出口を通る円の直径である距離Ｄ_３が、支燃性流体供給管の出口径Ｄ_２に対し、次式で表される範囲内であることが好ましい。
１．３≦Ｄ_３／Ｄ_２≦３．５
本発明のバーナ・ランスでは、一次燃料流体導入部よりも先端側に相当する支燃性流体供給管内面に溝が形成され、この溝の深さＬ_１が次式で表される範囲内であることが好ましい。
【００１０】
【数２】

【００１１】
本発明のバーナ・ランスでは、支燃性流体供給管の中心軸に対する一次燃料流体導入部の傾斜角を、５〜９０°とするのが好ましい。
【００１２】
本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法は、バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と一次燃料流体との混合流体を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させるとともに、二次燃料流体を前記混合流体と合流させて燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによって、この冷鉄源を溶解し、精錬する炉の操業方法であって、冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落ちした後の精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流体供給量を設定することを特徴とする。
溶解工程においては、支燃性流体と燃料流体の比率を、１≦酸素比＜３となるようにし、溶落ちした後の工程においては、支燃性流体と燃料流体の比率を、酸素比≧３となるようにすることができる。
本発明の操業方法では、上記バーナ・ランスを用いることができる。
本発明の操業方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
【００１３】
本発明の精錬方法は、バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と一次燃料流体との混合流体を燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させるとともに、二次燃料流体を前記混合流体と合流させて燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬することを特徴とする。
支燃性流体と燃料流体との比率は、酸素比＞５となるようにするのが好ましい。
本発明の精錬方法では、上記バーナ・ランスを用いることができる。
本発明の精錬方法では、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることができる。
精錬にあたっては、固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
本発明の精錬方法は、炭素濃度が０．６ｍａｓｓ％以下である低炭素域において、溶鉄の精錬を行うことができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
本発明の精錬方法では、精錬の際に発生する排ガスから顕熱または潜熱を回収することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のバーナ・ランスの一実施形態を示すものである。
図１に示したバーナ・ランス１は、酸素を含む支燃性流体を供給する支燃性流体供給管２の外周に、燃料流体を供給する燃料流体供給管３が設けられ、さらにその外周に還流式水冷ジャケット４が設けられたノズル５を備えている。
すなわち、ノズル５は、支燃性流体供給管２と燃料流体供給管３とからなる二重管構造物の外周に、水冷ジャケット４が設けられた構成となっている。
支燃性流体供給管２の先端部２ａの外周側には、径方向外方に延出し、燃料流体供給管３の先端部３ａに達する延出部６が形成されている。
以下、支燃性流体供給管２の内部を支燃性流体流路７といい、支燃性流体供給管２と燃料流体供給管３との隙間を燃料流体流路８という。
【００１５】
支燃性流体供給管２は、基端側から先端側にかけて、一定の内径を有する太径部１１と、太径部１１よりも内径が小さいスロート部１２と、スロート部１２から先端側に向けて内径が徐々に大きくなる広がり部１３と、ほぼ一定の内径を有する直胴部１４とを有する。
【００１６】
一般に、ラバールノズルの支燃性流体供給管に形成されたスロート部の断面積Ａ_Ｌ１、および出口断面積（支燃性流体流路の出口断面積）Ａ_Ｌ２は、以下に示す式（１）および（２）に基づいて設定される。
【００１７】
【数３】

【００１８】
【数４】

【００１９】
図１に示すバーナ・ランス１におけるスロート部１２の断面積をＡ_１とし、供給管２の先端における支燃性流体流路７の断面積（直胴部１４における流路７の断面積）をＡ_２とすると、これら断面積Ａ_１、Ａ_２の比率（Ａ_２／Ａ_１）は、式（２）に示すラバールノズルの断面積比（Ａ_Ｌ２／Ａ_Ｌ１）以上となるように設定することが好ましい。
この断面積比Ａ_２／Ａ_１を、ラバールノズルの断面積比（Ａ_Ｌ２／Ａ_Ｌ１）以上に設定することによって、支燃性流体を、若干、過膨張状態とし、ノズル５内の圧力を低くし、支燃性流体が燃料流体流路８に流入することによる逆火を未然に防ぐことができる。
【００２０】
広がり部１３の内壁の傾斜角θ_１（供給管２の中心軸に対する傾斜角）は、３〜１０°とすることが好ましい。
傾斜角θ_１を、この範囲にすることによって、支燃性ガスを高速化することができる。傾斜角θ_１が上記範囲を外れる場合には、支燃性流体の流速が低下する。
広がり部１３は、最小内径が、スロート部１２の内径Ｄ_１にほぼ等しくなるように形成されている。
【００２１】
直胴部１４の基端付近の供給管２には、燃料流体流路８内の燃料流体を供給管２の内部に導入する一次燃料流体導入孔１６（一次燃料流体導入部）が形成されている。一次燃料流体導入孔１６は、供給管２の周方向に間隔をおいて複数形成するのが好ましい。
一次燃料流体導入孔１６は、供給管２の外側から内側に向けて先端方向に傾斜して形成するのが好ましい。
供給管２の中心軸に対する噴出孔１６の傾斜角θ_２（噴出孔１６の中心軸の傾斜角）は、５〜９０°とするのが好ましい。
この傾斜角θ_２をこの範囲とすることによって、火炎を長くすることができる。
傾斜角θ_２が上記範囲未満であると、供給管２内において一次燃料流体と支燃性流体の混合が不十分になりやすくなる。傾斜角θ_２が上記範囲を越えると、一次燃料流体の流量が低下しやすくなる。
【００２２】
延出部６には、燃料流体流路８内の燃料流体を外部に噴出させる二次燃料流体噴出孔１７（二次燃料流体噴出部）が形成されている。
二次燃料流体噴出孔１７は、供給管２の周方向に間隔をおいて複数形成するのが好ましい。二次燃料流体噴出孔１７は、供給管２からの混合流体（一次燃料流体および支燃性流体）をほぼ囲むように、燃料流体を噴出させることができるように形成するのが好ましい。
図示例では、６つの二次燃料流体噴出孔１７が形成されている。これら噴出孔１７は、相隣接する２つの噴出孔１７の間隔がほぼ等しくなるように形成されている。これら噴出孔１７は、供給管２の中心軸からの距離が互いにほぼ等しくなるように形成されている。
【００２３】
二次燃料流体噴出孔１７は、基端側から先端側に向けて内方に傾斜して形成するのが好ましい。供給管２の中心軸に対する噴出孔１７の傾斜角θ_３（噴出孔１７の中心軸の傾斜角）は、２０°以下（好ましくは１０°以下）とするのが好適である。
この傾斜角θ_３をこの範囲とすることによって、火炎を長くすることができる。
この傾斜角θ_３がこの範囲を越えると、二次燃料流体と支燃性流体とが直ちに混合し、燃焼反応が短時間で終了するため火炎長が短くなる。
傾斜角θ_３は３°以上（好ましくは５°以上）とするのが好ましい。この傾斜角θ_３がこの範囲未満であると、噴出孔１７から噴出する二次燃料流体が、支燃性流体流路７からの火炎（一次燃料流体と支燃性流体が形成する火炎）に達しにくくなり、二次燃料流体の燃焼率が低下して火炎長が短くなる。
【００２４】
二次燃料流体噴出孔１７の大きさは、全燃料流体（一次燃料流体および二次燃料流体）の流量に対する二次燃料流体流量の比率が、５０〜９０％の範囲とすることができるように設定すると、火炎を長くすることができる。この比率が上記範囲を外れると、火炎長が短くなる。
【００２５】
二次燃料流体噴出孔１７の半径方向位置は、次のように定めるのが好ましい。支燃性流体供給管２の中心軸を中心とし、二次燃料流体噴出孔１７出口の中心軸位置を通る円の直径である距離Ｄ_３は、支燃性流体供給管２の出口径Ｄ_２（先端部２ａにおける内径）に対し式（３）に示す関係にあることが好ましい。
１．３≦Ｄ_３／Ｄ_２≦３．５　・・・・・（３）
【００２６】
Ｄ_３／Ｄ_２がこの範囲未満である場合には、二次燃料流体と支燃性流体とが直ちに混合し、燃焼反応が短時間で終了するため火炎長が短くなる。
また、Ｄ_３／Ｄ_２がこの範囲を越える場合には、噴出孔１７から噴出する二次燃料流体と、支燃性流体流路７からの火炎（一次燃料流体と支燃性流体が形成する火炎）との距離が大きくなるため、二次燃料流体の燃焼率が低下して火炎長が短くなる。
なお、距離Ｄ_３は、噴出孔１７の出口（先端側）の中心軸位置と、供給管２の中心軸位置との距離の２倍に相当する。
【００２７】
直胴部１４の内径は、広がり部１３の最大内径とほぼ等しくなるようにされている。
直胴部１４の内面には、周方向に沿って溝１８が形成されている。溝１８は、燃焼炎を安定化するためのもので、一次燃料流体導入孔１６より先端側の位置に全周にわたって形成されている。
溝１８の深さＬ_１は、次に示す式（４）で表される範囲にあることが好ましい。
【００２８】
【数５】

【００２９】
溝１８の深さＬ_１がこの範囲外になると、火炎が不安定となる。
溝１８は、先端部２ａよりも基端側に形成すると、火炎を安定化させることができるため好ましい。
溝１８の幅Ｌ_２は、深さＬ_１以上にすることが好ましい。
この幅Ｌ_２が上記範囲未満である場合には、火炎が不安定になりやすい。
【００３０】
水冷ジャケット４は、その内部に冷却水を流通させることができるようになっており、この冷却水によって、供給管２、３の内部温度を調節することができるようになっている。
【００３１】
次に、バーナ・ランス１の使用方法について説明する。
支燃性流体を支燃性流体供給管２に供給し、先端側から噴出させる。
支燃性流体としては、ガス状または液状の酸素含有流体（空気、酸素、酸素富化空気など）を用いることができる。
支燃性流体供給管２では、流路が先端方向に向けて徐々に広くなっている広がり部１３において、支燃性流体を適度に膨張させ、支燃性流体を高速化することができる。
【００３２】
同時に、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料流体を、燃料流体流路８（供給管２、３の隙間）に供給する。
なお、燃料流体としては、ＬＮＧのほか、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＣＯ、Ｈ_２、ＣＯ／Ｈ_２混合ガスが使用できる。また、重油、灯油などの液体燃料を用いることもできる。
【００３３】
燃料流体の一部は、一次燃料流体として、一次燃料流体導入孔１６を通して供給管２内に流入し、支燃性流体に合流する。
一次燃料流体と支燃性流体との混合流体は、燃焼しつつ直胴部１４内を先端方向に流れる。
直胴部１４内面には、溝１８が形成されているため、燃焼しつつ流れる混合流体の一部は、いったん溝１８内に流入した後、溝１８から流出し、直胴部１４内面に沿って先端方向に流れる。
直胴部１４を経た混合流体は、火炎を形成しつつ先端部２ａから先端方向に噴出する。
【００３４】
燃料流体流路８内の燃料流体の他部は、二次燃料流体として、二次燃料流体噴出孔１７を通して外部に噴出する。
二次燃料流体は、供給管２からの混合流体（一次燃料流体および支燃性流体）をほぼ囲むように噴出する。
二次燃料流体の噴出速度は、２０〜２２０ｍ／ｓの範囲に設定することが好ましい。噴出速度がこの範囲未満であると、火炎長が短くなる。また噴出速度がこの範囲を越えると、火炎が不安定になりやすい。
全燃料流体の流量に対する二次燃料流体流量の比率は、５０〜９０％の範囲に設定すると、火炎を長くすることができる。この比率が上記範囲を外れると、火炎長が短くなる。
噴出した二次燃料流体は、先端部２ａから先端方向に離れた位置において上記混合流体に合流し、混合流体中の支燃性流体によって燃焼し、火炎を形成する。
【００３５】
本実施形態のバーナ・ランス１では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）バーナ・ランス１は、支燃性流体供給管２に、燃料流体の一部を供給管２内部に導く一次燃料流体導入孔１６が形成され、燃料流体の他部を、二次燃料流体噴出孔１７を通して供給管２の先端側から噴出させることができるようにされている。
このため、一次燃料流体と支燃性流体との混合流体を供給管２から噴出させつつ燃焼させた後、先端部２ａから先端方向に離れた位置において二次燃料流体を上記混合流体に合流させ、燃焼させることができる。
燃料流体を２段階に分けて燃焼させることができるため、火炎を安定化し、かつ火炎を長く形成することができる。従って、離れた位置の被加熱物を効率的に加熱することができる。
（２）燃料流体を２段階に分けて燃焼させ、安定な火炎を形成することができるため、火炎を不安定にすることなく支燃性流体を高流速化する（例えば音速を越える速度とする）ことができ、加熱効率を高めることができる。また燃料流体使用量を最小限に抑えることができる。
（３）支燃性流体供給管２の外周側に燃料流体供給管３を設けた二重管構造を有するので、構造を簡略化し、全体を小型化することができる。従って、メンテナンス性を向上させるとともに、取り扱いを容易にすることができる。
（４）二次燃料流体噴出孔１７が、二次燃料流体が混合流体（一次燃料流体および支燃性流体）をほぼ囲むように噴出するように形成されているので、支燃性流体の拡散を防ぎ、支燃性流体の流れ方向の乱れを抑え、支燃性流体の流速減衰を防ぐことができる。
従って、燃料流体使用量を低く抑え、かつ支燃性ガスを溶融金属内に高速で吹き込むことができる。
（５）直胴部１４内面に溝１８を形成することによって、燃焼しつつ流れる混合流体の一部が、いったん溝１８内に流入するようになるため、支燃性流体の流量が高い場合でも、溝１８内において安定な火炎が形成される。
従って、支燃性流体の流速にかかわらず、燃料流体を安定に燃焼させることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態のバーナ・ランスは、燃料流体流路８からの燃料流体の一部を導入孔１６を通して供給管２内部に導き、燃料流体の他部を噴出孔１７を通して先端側から噴出させることができるように構成されている。
すなわち、このバーナ・ランスは、共通の燃料流体流路８からの燃料流体を一次燃料流体および二次燃料流体として使用できるように構成されているが、本発明のバーナ・ランスは、互いに隔てられた一次燃料流体流路と二次燃料流体流路とを設け、一次燃料流体と二次燃料流体とを独立的に供給できるように構成することも可能である。
この構成によれば、一次燃料流体と二次燃料流体の流量をそれぞれ独立的に設定することができるため、これら一次燃料流体と二次燃料流体の流量比の調整が容易となる。
従って、支燃性ガスの速度減衰の程度および火炎長を自在に調節することができ、被加熱物に対する距離に応じた効率的な加熱が可能となる。
【００３７】
次に、本発明の冷鉄源の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法について説明する。固体原料（冷鉄源）を溶解させるには、電気炉を用いて、固体原料を炉内へ装入し、アーク加熱により溶解させる。
炉内には供給熱の不足によりコールドスポットが生じることがあるため、本発明の操業方法では、バーナ・ランスを、コールドスポットを加熱できるように設置することができる。
電気炉溶解では、主に固体原料を溶解させる工程（溶解工程）と、それが溶落ちし液体状態となった液状物（溶鋼など）を昇温、精錬する工程（精錬工程）とがある。
【００３８】
本発明の操業方法では、バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と一次燃料流体との混合流体を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させるとともに、二次燃料流体を前記混合流体と合流させて燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによって、この冷鉄源を溶解し、精錬する。
バーナ・ランスを用いて固体燃料を溶解するに際しては、固体原料が溶解する工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、それぞれの工程に適した条件となるように、独立的に燃料流体供給量を設定する。
本発明のバーナ・ランスは、支燃性流体と燃料流体の混合流体を、火炎とともに高速で噴出させることができるため、優れた溶断能力を有する。
溶解工程においては、固体原料を溶断しつつ加熱することができるため、加熱効率を高めることができる。このため、燃料への着熱効率を高め、より多くの燃料を燃焼させ、電力源単位を低減することができる。
【００３９】
一方、溶落ち以降の精錬工程では、炉内は、底部に溶鋼やスラグなどがあり、その上方は空間部となるため、多量の燃料を供給したとしても、その着熱効率は低くなる。
このため、流体流速が減衰するのを抑止する効果が得られる範囲で最小限の燃料を供給することによって、炉壁から浴に向けて効率よく支燃性流体（酸素）を吹き込み、脱炭反応やスラグフォーミングを促進させる。
【００４０】
溶解工程では、支燃性流体と燃料流体との比率を、酸素比Ｘが１≦Ｘ＜３を満たすようにするのが好ましい。これによって、固体原料の溶断、溶解を促すとともに、炉内で発生する一酸化炭素などの可燃成分を燃焼させることができる。
なお酸素比とは、燃料流体の完全燃焼に必要な酸素量に対して供給する酸素量の比をいう。
溶落ち以降の精錬工程では、燃料流体供給量を大幅に低く、好ましくは酸素比Ｘが３以上となるようにし、支燃性流体（酸素）を高速で吹き込むことによって、脱炭反応およびスラグフォーミングを促進しつつ、固体原料を溶解させることができる。
【００４１】
このように、固体原料が溶解する溶解工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、独立的に燃料流体供給量を設定する方法によれば、燃料流量のみを調整するという単純な方法によって、各工程の効率化を図ることができる。
【００４２】
次に、本発明の精錬方法について説明する。
本発明の精錬方法は、バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と一次燃料流体との混合流体を燃焼させつつ溶鉄（溶銑や溶鋼）に向けて噴出させるとともに、二次燃料流体を前記混合流体と合流させて燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬する精錬方法である。。
一般に、高炉から出銑された溶銑は、溶銑鍋などの搬送用器に受銑され、脱珪、脱燐、脱硫などの予備処理が施された後に、転炉に装入され、必要に応じて予備処理された後、脱炭される。脱炭された溶鋼は、溶鋼鍋などの搬送容器により搬送され、二次精錬工程に供される。
本発明の精錬方法は、溶鉄（溶銑や溶鋼）を受容する容器、例えば転炉、溶融還元炉、脱炭炉、二次精錬炉などの精錬炉において実施することができる。本発明の精錬方法は、高炉鍋、混銑車（トピードカー）、装入用の鍋などの輸送用容器において実施することもできる。
上記容器は、支燃性流体の排ガスを処理する処理装置を有するものであることが好ましい。
【００４３】
以下、本発明の精錬方法を転炉内の溶鉄に対して適用した例を説明する。
一般に、転炉に装入された溶銑は、ランスからの酸素供給（送酸）によって脱炭され、溶鋼として次工程に供される。この際、スラグや溶鋼の成分調整を目的として、精錬材（ＣａＯ、ドロマイトなど）、鉱石類（鉄鉱石、マンガン鉱石など）、合金類などが添加される。
また、鉄スクラップの溶解、昇温などを行う際には、十分な熱量が必要となる。またマンガン鉱石などの鉱石類の還元処理を行う際には、十分な還元熱が必要である。このため、溶鉄中の炭素などの量が十分でない場合には、酸素の供給が十分であっても熱補償が必要となり、コークス、土壌黒鉛、石炭などの炭材が添加される。
酸素供給には、通常、深冷法などで製造された純度９９％以上の酸素ガスが用いられる。酸素供給流量の上限は、脱炭で生成する、一酸化炭素を主成分とする排ガスを排気する設備の能力に応じて定めることができる。酸素供給流量は、通常、処理される溶鉄１トンあたり１００〜３００Ｎｍ^３とされる。
【００４４】
転炉内の溶鉄に対し酸素供給を行う際には、例えば、昇降台車に設置された水冷式の酸素供給用ランスが用いられる。
このランスとしては、例えば図１に示すバーナ・ランス１を用いることができる。
バーナ・ランス１を、排ガスフードのランス孔から炉内に導入し、バーナ・ランス１を用いて、支燃性流体と燃料流体との混合流体を、燃料流体を燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させる吹錬を行う。
この際、溶鉄に対し上方から混合流体を噴出させる上吹きを採用してもよいし、側方から噴出させる横吹きを採用してもよい。
【００４５】
脱炭反応などの際にはスラグの生成や浴温度の上昇が起こるため、スラグや温度の調整を目的として、ランス高さや酸素供給量が適宜調整される。転炉における吹錬の際には、酸素だけでなく種々の副原料が添加されることがある。副原料は、通常、上方から自然落下させることによって添加される。
【００４６】
吹錬の際には、次の反応が起きる。
（１）１／２Ｏ_２＋Ｆｅ＝ＦｅＯ
（２）Ｃ＋ＦｅＯ＝ＣＯ（ガス）＋Ｆｅ
（３）Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ
（４）１／２Ｏ_２＋ＣＯ＝ＣＯ_２
このほか、石灰を添加する場合には、石灰の溶解反応も起きる。
【００４７】
この際、バーナ・ランス１による酸素供給速度が高速であるほど、副原料、溶鉄、酸素の攪拌が効率よく行われ、上記反応（２）が遅滞なく起こる優先脱炭の条件となり、低炭素濃度になっても効率よく脱炭でき、鉄の歩留まりを高くすることができる。
特に、酸素吹錬中の転炉内環境は、酸素の反応挙動の違いから、高炭素域（Ｃ＞０．６ｍａｓｓ％）と低炭素域（Ｃ≦０．６ｍａｓｓ％）とに大別することができる。
高炭素域では、供給される酸素はほぼ全量が脱炭に費やされ、高い酸素供給速度で吹錬が行われる。この際、反応は酸素の供給律速となる。
一方、低炭素域では、反応は炭素の移動律速となり、酸素の一部が鉄の酸化にも費やされるため、鉄の酸化を抑制して脱炭酸素効率を高めるため、通常、酸素供給速度は低く抑えられる。
【００４８】
吹錬末期においては、浴中への酸素溶解が増大しスラグの酸化度は高くなり、酸素供給量の抑制による動圧の低下などで、スラグの酸化度は増大する傾向がある。
転炉の吹錬末期に、上記バーナ・ランス１を適用することで、酸素流量を低下させても酸素を浴に高速で添加することができるため、反応効率が改善され、スラグの酸化度が低減し、鉄の歩留まり向上、溶鋼の酸化度の低位安定化、さらにはマンガンの酸化が抑制され、マンガンの歩留まりの向上がもたらされる。
【００４９】
支燃性流体が高速となると、浴中への進入深さが大きくなるが、支燃性流体が炉底に達すると、炉が劣化することがあるため、支燃性流体の速度は、これらが炉底に達しない程度に調整するのが好ましい。
【００５０】
本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上に適用することができる。
熱付加は、鉄源や合金源添加時の熱補償のために行われる。還元処理は、鉄鉱石、マンガン鉱石などを用いる場合に行われる。
精錬の際に用いる精錬材は、精錬の目的に応じて選択使用すればよい。例えば、脱珪や脱燐では、酸素との反応で生成する珪酸や燐酸をスラグとして安定化する必要があるため、安定化効果のある石灰源などを精錬材として用いるのが好ましい。
石灰源は、ＣａＯとＣａＣＯ_３のうち少なくとも一方を主成分とするものを用いると、迅速に溶融、スラグ化させることができるため好ましい。
本発明の精錬方法では、石灰源などの精錬材を支燃性流体とともに供給することもできるし、支燃性流体とは別に溶鉄に直接添加してもよい。
精錬材を粉体として使用する場合には、供給の際に飛散などにより失われる精錬材量と、精錬材の粉体化処理（粉砕処理）に要するコストとを経済性の点で考慮する必要がある。
精錬材の添加量は、精錬処理量、要求される精錬度、許容される精錬時間などの条件によって設定することができる。
【００５１】
脱珪においては、供給された酸素や、生成した酸化鉄との反応によって、溶銑中の珪素が珪酸になる脱珪反応が重要である。
この反応が遅滞すると、酸化鉄の蓄積が起こったり、溶銑中の炭素との反応によって酸素が消費されるようになり、脱珪効率が低下し、珪素濃度を低くすることが難しくなる。
バーナ・ランス１を使用することによって、支燃性流体を高速で供給することができるため、優先脱珪反応を、珪素濃度が低くなるまで継続させることができる。
【００５２】
脱燐においては、反応原理上、燐酸を固定する溶融石灰と、酸素ポテンシャルを高位に保つ酸化鉄が共存するスラグを、溶鉄と強攪拌することが必要である。バーナ・ランス１を使用することによって、支燃性流体を高速で供給することができるため、生成する高温の酸化鉄を石灰と混合でき、石灰の溶解を促進でき、さらに生成するスラグの攪拌も可能となる。また浴面への噴流の衝突圧を高めることができ、生成したスラグの浴中への叩き込みによる分散や溶鉄流動増加でスラグの巻き込みも増大でき、スラグの反応界面積の飛躍的な増大が可能となる。
【００５３】
また、鉱石を還元処理する際には、鉄鉱石、マンガン鉱石、その他の鉱石に対し、媒溶剤（石灰など）、コークス、石炭などが還元剤や熱付加用の燃料源として添加されることがある。
バーナ・ランス１を使用することによって、鉱石の還元時やスクラップ溶解時の降温の補償や、単なる浴の昇温のために、燃料源を効率的に燃焼し、発生した熱を効果的に着熱させることが可能である。
【００５４】
本発明の精錬方法においては、コークス、石炭などの固体炭素源：プラスチックなどの炭化水素源：ＣａＯ、ＣａＣＯ_３等を含む石灰源：ＭｇＯ、ＭｇＣＯ_３等を含むマグネシウム源：Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３等を含むアルミニウム源：鉄鉱石：マンガン鉱石：合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
固体炭素源、炭化水素源、アルミニウム源は、燃料源として作用する。
本発明の精錬方法では、これらの燃料源や、燃料として作用する溶銑中の炭素や珪素を効率よく燃焼させることができ、スラグを含む浴を効率的に攪拌し、浴への発生熱の着熱を促進することができる。
【００５５】
本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速化するため、バーナ・ランスの燃料（燃料流体）の燃焼を適切に調整したり、燃料と支燃性流体との比率を適正化することが重要である。
燃料と支燃性流体との比率に関しては、燃料が一部しか燃焼しないように設定することもできるし、燃料がすべて燃焼するようにすることもできる。
この比率については、支燃性流体を溶鉄に効率よく作用させ、かつ高速化を達成するため、酸素比＞５となるようにするのが好ましい。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気、これらの混合ガスなどの気体酸素含有ガスを用いることが可能である。
このほか、気体状態に限らず、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の気液混合体であってもよい。
また、燃料に関しては、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの炭化水素系ガスのほか、製鉄所内で回収される高炉ガス、転炉ガスなども使用できる。
また、本発明では、精錬の際に発生する排ガスから、熱交換器などを用いて顕熱または潜熱を回収することができる。
【００５６】
本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速化することができるため、従来より浴の深部まで支燃性流体を吹き込むことができ、精錬効率を高めることができる。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構成のノズル５を有するバーナ・ランス１を作製した。装置の仕様を表１に示す。
【００５８】
（比較例１）
二次燃料流体噴出孔が形成されていないノズルを有するバーナ・ランスを作製した。その他の仕様は実施例に準じた。
【００５９】
【表１】

【００６０】
これら実施例１および比較例１のバーナ・ランスを用いて、大気中で燃焼試験を行った。
支燃性ガスとしては、純酸素を使用し、燃料としては、ＬＰＧを使用した。
試験結果を表２および図２に示す。表２は、火炎長の測定結果を示す。図２は、ノズルの先端から支燃性流体供給管の中心軸方向の距離と、その位置での支燃性流体の流速との関係を示す。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２より、実施例１のバーナ・ランスでは、火炎を長くすることができたことがわかる。
また、図２より、実施例１のバーナ・ランスでは、支燃性ガスの流速の減衰が起こりにくかったことがわかる。
【００６３】
（実施例２）
３５０ｋｇスケールの誘導溶解炉にて、温度１５００℃、炭素濃度［Ｃ］が２．５重量％となるように溶鉄２００ｋｇを溶製した。
図１に示す構成のバーナ・ランス１を、溶鉄の浴面から高さ３５０ｍｍの位置に配置し、支燃性流体および燃料流体を溶鉄に向けて５分間にわたって噴出させた。支燃性流体としては酸素を使用し、燃料としてはＬＰＧを使用した。
一次燃料流体と二次燃料流体との割合は、１：２とした。
同時に、粒径１０ｍｍ以下の粒状コークスを炉内に連続的に添加した。添加速度は１５ｋｇ／ｈｒとした。また、攪拌のため、炉底のポーラスノズルよりＡｒガスを炉内に供給した。供給速度は３Ｎｍ^３／ｈｒとした。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００６４】
（比較例２）
単孔のラバールノズルを有するバーナ・ランスを用いて、実施例２と同様の精錬試験を行った。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００６５】
【表３】

【００６６】
表３より、実施例２の精錬方法では、加炭効率を高めることができたことがわかる。
【００６７】
（実施例３〜５）
３トンの溶銑を小型転炉に装入した。装入前の溶銑の［Ｃ］は４．７〜４．８重量％、［Ｓｉ］が０．２重量％であった。
実施例１で用いたものと同様のバーナ・ランス１を用いて、上部から純酸素ガスを供給し吹錬を行った。
純酸素ガスの供給速度は４５０Ｎｍ^３／ｈｒとした。燃料としてはＬＰＧを使用し、その供給速度は１２．８Ｎｍ^３／ｈｒとした。
また、攪拌のため、炉底のポーラスプラグよりＡｒガスを炉内に供給した。供給速度は４０Ｎｍ^３／ｈｒとした。
処理中に溶銑をサンプリングし、成分を分析するとともに、浴の温度を随時測定し処理後の温度が１６５０℃となるように、冷材（鉄鉱石）供給量を調製した。
［Ｃ］が０．１５質量％である場合と、［Ｃ］が０．０５質量％である場合の脱炭酸素効率を表４に示す。脱炭酸素効率は、低炭素域の［Ｃ］の挙動と酸素供給量から求めた。
【００６８】
（比較例３〜５）
比較例２で用いたものと同様のバーナ・ランスを用いて、実施例３〜５と同様の試験を行った。試験結果を表４に示す。
【００６９】
【表４】

【００７０】
表４より、実施例では、低炭素域での脱炭酸素効率の低下を防止でき、効率的に脱炭できることがわかる。さらに、酸素を効率的に添加できるため、吹錬末期に酸素供給量を低くした低炭素域においても、酸素ガスが高速で溶鉄に吹き込まれ、反応効率が高く維持される。よって、脱炭反応を優先的に行い、脱炭酸素効率を高くすることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバーナ・ランスは、以下の効果を得ることができる。
（１）支燃性流体供給管に一次燃料流体導入部が形成され、燃料流体の他部を供給管の先端側から噴出させることができるようにされているので、一次燃料流体と支燃性流体との混合流体を供給管から噴出させつつ燃焼させた後、先端部から先端方向に離れた位置において二次燃料流体を上記混合流体に合流させ、燃焼させることができる。
燃料流体を２段階に分けて燃焼させることができるため、火炎を安定化し、かつ火炎を長く形成することができる。従って、離れた位置の被加熱物を効率的に加熱することができる。
（２）燃料流体を２段階に分けて燃焼させ、安定な火炎を形成することができるため、火炎を不安定にすることなく支燃性流体を高流速化する（例えば音速を越える速度とする）ことができ、加熱効率を高めることができる。また燃料流体使用量を最小限に抑えることができる。
（３）支燃性流体供給管の外周側に燃料流体供給管設けた二重管構造を有するので、構造を簡略化し、全体を小型化することができる。従って、メンテナンス性を向上させるとともに、取り扱いを容易にすることができる。
（４）二次燃料流体噴出部を、二次燃料流体が混合流体（一次燃料流体および支燃性流体）をほぼ囲むように噴出するように形成することによって、支燃性流体の拡散を防ぎ、支燃性流体の流れ方向の乱れを抑え、支燃性流体の流速減衰を防ぐことができる。
従って、燃料流体使用量を低く抑え、かつ支燃性ガスを溶融金属内に高速で吹き込むことができる。
（５）支燃性流体供給管内面に溝を形成することによって、燃焼しつつ流れる混合流体の一部が、いったん溝内に流入するようになるため、支燃性流体の流量が高い場合でも、溝内において安定な火炎が形成される。
従って、支燃性流体の流速にかかわらず、燃料流体を安定に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバーナ・ランスの一実施形態を示すもので、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・バーナ・ランス、２・・・支燃性流体供給管、３・・・燃料流体供給管、６・・・延出部、７・・・支燃性流体流路、８・・・燃料流体流路、１６・・・一次燃料流体導入孔（一次燃料流体導入部）、１７・・・二次燃料流体噴出孔（二次燃料流体噴出部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a burner lance and a refining method for heating an object to be heated by burning a fuel while ejecting a combustion-supporting fluid containing oxygen.
[0002]
[Prior art]
Burners that burn a fuel and heat an object to be heated while ejecting a combustion-supporting fluid (oxygen, air, oxygen-enriched air, etc.) containing oxygen are used in various production processes.
For example, in an electric furnace steelmaking process, when a raw material such as iron scrap is heated and melted in an electric furnace, a low temperature region called a cold spot is generated in the raw material, and the raw material may be difficult to melt in this portion. However, the use of a burner can increase the heating efficiency of the raw material, reduce the amount of electric power used for melting the raw material, and reduce the melting cost.
In addition, a part of the raw material can be oxidized and melted by the combustion-supporting fluid to promote cutting, and the heating efficiency for the raw material can be further increased. Furthermore, the combustion of an unburned fluid (such as carbon monoxide) can be promoted by supplying the combustion-supporting fluid.
The burner can increase the cutting speed of the object to be heated and increase the heating efficiency as the flow rate of the combustion-supporting fluid is increased. Therefore, it is desired to increase the speed of the combustion-supporting fluid.
[0003]
However, when the speed of the combustion-supporting fluid is increased (for example, a speed exceeding the speed of sound), the combustion flame of the fuel becomes unstable due to the fluid, and the heating efficiency may be lowered.
Patent Documents 1 and 2 have a triple tube structure in which a fuel gas supply pipe is provided on the outer peripheral side of the oxygen gas supply pipe, and a secondary oxygen supply pipe for supplying secondary oxygen is provided on the outer peripheral side thereof. A burner having is disclosed.
In Patent Document 3, a fuel supply pipe and a secondary oxygen supply pipe are provided outside the central conduit for supplying oxygen, and fuel and secondary oxygen can be ejected from the ejection hole at the tip of the burner. A possible triple tube burner lance is disclosed.
In these burners, high-speed oxygen gas flow is ejected from the oxygen gas supply pipe, and fuel gas can be burned using secondary oxygen, and the combustion flame is stabilized by this secondary oxygen. Can be made.
For this reason, it is possible to speed up the oxygen gas flow without causing a decrease in heating efficiency due to instability of the combustion flame.
[0004]
Patent Document 2 describes the injection of combustion-supporting gas into molten metal.
Conventionally, the injection of the combustion-supporting gas into the molten metal is performed by a consumable lance pipe or a water-cooled lance from the work port of the electric furnace.
These apparatuses can immerse a lance in hot molten metal or slag and directly blow oxygen gas into the molten metal at a speed higher than the speed of sound.
[0005]
However, in the case of a non-water-cooled lance, since the lance itself melts, it is necessary to frequently replace it. On the other hand, in the case of a water-cooled lance, there is a problem in workability because frequent maintenance is required to prevent nozzle clogging and melting damage.
For this reason, there has been a demand for a burner lance that can efficiently heat an object to be heated at a remote location.
Further, since the conventional burner has a triple tube structure, the structure is complicated and the overall size is also increased. For this reason, there was a problem that maintenance was difficult and handling was difficult.
In addition, when oxygen gas is blown into the molten metal (object to be heated), it is necessary to collide a high-speed (for example, sonic speed or higher) jet against the molten metal away from the nozzle. It is necessary to prevent the decline. At this time, it is desired to keep the amount of fuel used low.
[0006]
Also, in the steel refining process, the supply of flammable fluids such as oxygen is important for efficiently refining molten iron produced in a blast furnace or the like (for example, molten iron or molten steel obtained by decarburizing molten iron). is there.
The combustion-supporting fluid is used for removing silicon, phosphorus, carbon, and the like in molten iron, and for causing heat generated when separately added carbon, silicon, aluminum, etc. are oxidized (heat addition). .
When the combustion-supporting fluid is allowed to act on the molten iron, it is preferable to stir and mix the molten iron in order to increase the efficiency of the removal reaction and heat addition.
For this reason, in order to supply the combustion-supporting fluid, a burner lance having a Laval nozzle in which a taper portion whose inner diameter gradually increases in the distal direction is used in the combustion-supporting fluid supply pipe.
When this type of lance is used, the initial speed of the combustion-supporting fluid becomes supersonic, and the molten iron can be efficiently stirred.
In order to efficiently convert the energy given to the combustion-supporting fluid into stirring force, it is effective to arrange the burner lance as low as possible with respect to the bath surface (molten iron surface). There is a problem that the lance is likely to deteriorate due to radiant heat or the like.
Therefore, it is difficult to obtain high refining efficiency because the lances must be placed high.
Further, the nozzle shape and supply pressure are optimized in accordance with the flow rate of the combustion-supporting fluid (see, for example, Patent Document 4), but it is difficult to sufficiently increase the speed of the combustion-supporting fluid. Therefore, there is a demand for a refining method that can realize high speed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-75364
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-9524
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-259413
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-30110
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is as follows.
(1) To provide a burner lance that can increase the heating efficiency and is compact and excellent in handleability and maintainability.
(2) To provide a burner lance capable of preventing a reduction in the speed of a combustion-supporting fluid.
(3) Provide a refining method capable of improving refining efficiency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The burner lance of the present invention has a double pipe structure in which a fuel fluid supply pipe for supplying fuel fluid is provided on the outer peripheral side of a fuel support fluid supply pipe for supplying a fuel support fluid containing oxygen. A gap between these supply pipes is used as a fuel fluid flow path, and a primary fuel fluid introduction portion is formed in the combustion-supporting fluid supply pipe to guide a part of the fuel fluid in the fuel fluid flow path to the inside of the supply pipe. The other part of the fuel fluid in the fluid flow path is configured to be ejected as a secondary fuel fluid from the front end side of the supply pipe to the outside.
The burner lance of the present invention is formed with an extension portion extending outwardly to reach the fuel fluid supply pipe on the outer peripheral side of the tip portion of the combustion-supporting fluid supply pipe. It can be set as the structure by which the secondary fuel fluid ejection part which ejects an other part outside is formed.
The secondary fuel fluid ejection part can be configured such that the other part of the fuel fluid can be ejected so as to substantially surround the combustion-supporting fluid.
The secondary fuel fluid ejection portion is preferably formed inwardly inclined from the proximal end side toward the distal end side, and an inclination angle with respect to the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe is preferably 20 ° or less.
The secondary fuel fluid ejection portion is preferably configured so that the flow rate of the secondary fuel fluid can be in the range of 50 to 90% of the total fuel fluid flow rate.
In the burner lance of the present invention, the distance D, which is the diameter of a circle passing through the outlet of the secondary fuel fluid ejection portion, centered on the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe₃Is the outlet diameter D of the combustion-supporting fluid supply pipe₂On the other hand, it is preferably within the range represented by the following formula.
1.3 ≦ D₃/ D₂≦ 3.5
In the burner lance of the present invention, a groove is formed on the inner surface of the combustion-supporting fluid supply pipe corresponding to the tip side of the primary fuel fluid introduction portion, and the depth L of the groove₁Is preferably within the range represented by the following formula.
[0010]
[Expression 2]

[0011]
In the burner lance of the present invention, the inclination angle of the primary fuel fluid introduction portion with respect to the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe is preferably 5 to 90 °.
[0012]
The method of operating a melting and refining furnace for a cold iron source according to the present invention uses a burner lance to inject a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid toward a cold iron source while burning it. In addition, a method of operating a furnace for melting and refining the cold iron source by causing the secondary fuel fluid to join the mixed fluid and combusting it and jetting it toward the cold iron source. The fuel fluid supply amount is set independently in each of the melting step for melting and the refining step after the cold iron source is melted down.
In the melting step, the ratio of the combustion-supporting fluid to the fuel fluid is set to 1 ≦ oxygen ratio <3. In the step after the melting, the ratio of the combustion-supporting fluid to the fuel fluid is set to the oxygen ratio ≧ 3 can be obtained.
In the operation method of the present invention, the burner lance can be used.
The operation method of the present invention can be used for at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment.
As the combustion-supporting fluid, one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used.
[0013]
The refining method of the present invention uses a burner lance to eject a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid toward a molten iron while burning the mixed fluid, and a secondary fuel fluid and the mixed fluid. The molten iron is refined by being jetted toward the molten iron while being joined and burned.
The ratio of the supporting fluid to the fuel fluid is preferably such that the oxygen ratio> 5.
In the refining method of the present invention, the burner lance can be used.
In the refining method of the present invention, one or more of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment can be targeted.
In refining, one or more of solid carbon source, hydrocarbon source, lime source, magnesium source, aluminum source, iron ore, manganese ore, and alloy can be added to the molten iron.
The refining method of the present invention can perform refining of molten iron in a low carbon region where the carbon concentration is 0.6 mass% or less.
As the combustion-supporting fluid, one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used.
In the refining method of the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from the exhaust gas generated during refining.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the burner lance of the present invention.
The burner lance 1 shown in FIG. 1 is provided with a fuel fluid supply pipe 3 for supplying a fuel fluid on the outer periphery of a fuel support fluid supply pipe 2 for supplying a fuel support fluid containing oxygen. A nozzle 5 provided with a reflux type water cooling jacket 4 is provided.
That is, the nozzle 5 has a configuration in which a water cooling jacket 4 is provided on the outer periphery of a double-pipe structure composed of a combustion-supporting fluid supply pipe 2 and a fuel fluid supply pipe 3.
On the outer peripheral side of the distal end portion 2 a of the combustion-supporting fluid supply pipe 2, an extending portion 6 that extends radially outward and reaches the distal end portion 3 a of the fuel fluid supply pipe 3 is formed.
Hereinafter, the inside of the combustion-supporting fluid supply pipe 2 is referred to as a combustion-supporting fluid flow path 7, and the gap between the combustion-supporting fluid supply pipe 2 and the fuel fluid supply pipe 3 is referred to as a fuel fluid flow path 8.
[0015]
The combustion-supporting fluid supply pipe 2 includes a large-diameter portion 11 having a constant inner diameter from the proximal end side to the distal end side, a throat portion 12 having an inner diameter smaller than the large-diameter portion 11, and from the throat portion 12 toward the distal end side. And a straight part 14 having a substantially constant inner diameter.
[0016]
Generally, the cross-sectional area A of the throat portion formed in the combustion-supporting fluid supply pipe of the Laval nozzle_L1, And outlet cross-sectional area (outlet cross-sectional area of the combustion-supporting fluid flow path) A_L2Is set based on the following equations (1) and (2).
[0017]
[Equation 3]

[0018]
[Expression 4]

[0019]
A cross-sectional area of the throat portion 12 in the burner lance 1 shown in FIG.₁And the cross-sectional area of the combustion-supporting fluid flow path 7 at the tip of the supply pipe 2 (the cross-sectional area of the flow path 7 in the straight body portion 14) is A₂Then, these cross-sectional areas A₁, A₂Ratio (A₂/ A₁) Is the cross-sectional area ratio (A_L2/ A_L1) It is preferable to set so as to be above.
This cross-sectional area ratio A₂/ A₁Is the cross-sectional area ratio (A_L2/ A_L1) By setting as described above, the combustion-supporting fluid is slightly overexpanded, the pressure in the nozzle 5 is lowered, and the backfire due to the combustion-supporting fluid flowing into the fuel fluid flow path 8 is obviated. Can be prevented.
[0020]
Inclination angle θ of the inner wall of the expanded portion 13₁The inclination angle with respect to the central axis of the supply pipe 2 is preferably 3 to 10 °.
Inclination angle θ₁By making this within this range, the combustion-supporting gas can be sped up. Inclination angle θ₁Is out of the above range, the flow rate of the combustion-supporting fluid decreases.
The expanded portion 13 has a minimum inner diameter of the inner diameter D of the throat portion 12.₁It is formed to be approximately equal to
[0021]
A primary fuel fluid introduction hole 16 (primary fuel fluid introduction part) for introducing the fuel fluid in the fuel fluid flow path 8 into the supply pipe 2 is formed in the supply pipe 2 near the base end of the straight body part 14. Yes. A plurality of primary fuel fluid introduction holes 16 are preferably formed at intervals in the circumferential direction of the supply pipe 2.
The primary fuel fluid introduction hole 16 is preferably formed so as to be inclined in the distal direction from the outside to the inside of the supply pipe 2.
Inclination angle θ of the ejection hole 16 with respect to the central axis of the supply pipe 2₂The inclination angle of the central axis of the ejection hole 16 is preferably 5 to 90 °.
This inclination angle θ₂By making this within this range, the flame can be lengthened.
Inclination angle θ₂Is less than the above range, the mixing of the primary fuel fluid and the combustion-supporting fluid tends to be insufficient in the supply pipe 2. Inclination angle θ₂If the value exceeds the above range, the flow rate of the primary fuel fluid tends to decrease.
[0022]
The extension portion 6 is formed with a secondary fuel fluid ejection hole 17 (secondary fuel fluid ejection portion) for ejecting the fuel fluid in the fuel fluid flow path 8 to the outside.
A plurality of secondary fuel fluid ejection holes 17 are preferably formed at intervals in the circumferential direction of the supply pipe 2. The secondary fuel fluid ejection hole 17 is preferably formed so that the fuel fluid can be ejected so as to substantially surround the mixed fluid (primary fuel fluid and combustion-supporting fluid) from the supply pipe 2.
In the illustrated example, six secondary fuel fluid ejection holes 17 are formed. These ejection holes 17 are formed so that the interval between two adjacent ejection holes 17 is substantially equal. These ejection holes 17 are formed so that the distances from the central axis of the supply pipe 2 are substantially equal to each other.
[0023]
The secondary fuel fluid ejection hole 17 is preferably formed to incline inward from the proximal end side toward the distal end side. Inclination angle θ of the ejection hole 17 with respect to the central axis of the supply pipe 2₃The inclination angle of the central axis of the ejection hole 17 is preferably 20 ° or less (preferably 10 ° or less).
This inclination angle θ₃By making this within this range, the flame can be lengthened.
This inclination angle θ₃When the value exceeds this range, the secondary fuel fluid and the combustion-supporting fluid are immediately mixed and the combustion reaction is completed in a short time, so that the flame length is shortened.
Inclination angle θ₃Is preferably 3 ° or more (preferably 5 ° or more). This inclination angle θ₃Is less than this range, it becomes difficult for the secondary fuel fluid ejected from the ejection holes 17 to reach the flame from the combustion-supporting fluid flow path 7 (flame formed by the primary fuel fluid and the combustion-supporting fluid). The combustion rate of the secondary fuel fluid is reduced and the flame length is shortened.
[0024]
The size of the secondary fuel fluid ejection hole 17 is such that the ratio of the secondary fuel fluid flow rate to the total fuel fluid (primary fuel fluid and secondary fuel fluid) flow rate can be in the range of 50 to 90%. If set, the flame can be lengthened. When this ratio is out of the above range, the flame length is shortened.
[0025]
The radial position of the secondary fuel fluid injection hole 17 is preferably determined as follows. A distance D that is the diameter of a circle centering on the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe 2 and passing through the central axis position of the outlet of the secondary fuel fluid injection hole 17₃Is the outlet diameter D of the combustion-supporting fluid supply pipe 2₂It is preferable that the relationship expressed by the expression (3) is satisfied with respect to (the inner diameter of the tip portion 2a).
1.3 ≦ D₃/ D₂≦ 3.5 (3)
[0026]
D₃/ D₂Is less than this range, the secondary fuel fluid and the combustion-supporting fluid are immediately mixed and the combustion reaction is completed in a short time, so the flame length is shortened.
D₃/ D₂Exceeds the above range, the distance between the secondary fuel fluid ejected from the ejection hole 17 and the flame from the combustion-supporting fluid flow path 7 (flame formed by the primary fuel fluid and the combustion-supporting fluid) is large. Therefore, the combustion rate of the secondary fuel fluid is reduced and the flame length is shortened.
The distance D₃Corresponds to twice the distance between the central axis position of the outlet (tip side) of the ejection hole 17 and the central axis position of the supply pipe 2.
[0027]
The inner diameter of the straight body portion 14 is set to be approximately equal to the maximum inner diameter of the spread portion 13.
A groove 18 is formed in the inner surface of the straight body portion 14 along the circumferential direction. The groove 18 is for stabilizing the combustion flame, and is formed over the entire circumference at a position on the tip side from the primary fuel fluid introduction hole 16.
Depth L of groove 18₁Is preferably in the range represented by the following formula (4).
[0028]
[Equation 5]

[0029]
Depth L of groove 18₁If is outside this range, the flame becomes unstable.
It is preferable to form the groove 18 on the proximal end side with respect to the distal end portion 2a because the flame can be stabilized.
Width L of groove 18₂Is the depth L₁It is preferable to make it above.
This width L₂If is less than the above range, the flame tends to become unstable.
[0030]
The water cooling jacket 4 can circulate cooling water therein, and the cooling water can adjust the internal temperature of the supply pipes 2 and 3.
[0031]
Next, how to use the burner lance 1 will be described.
A combustion-supporting fluid is supplied to the combustion-supporting fluid supply pipe 2 and ejected from the tip side.
As the combustion-supporting fluid, a gaseous or liquid oxygen-containing fluid (air, oxygen, oxygen-enriched air, etc.) can be used.
In the combustion-supporting fluid supply pipe 2, the combustion-supporting fluid can be appropriately expanded in the widened portion 13 where the flow path is gradually widened toward the tip direction, and the combustion-supporting fluid can be speeded up.
[0032]
At the same time, a fuel fluid such as LNG (liquefied natural gas) is supplied to the fuel fluid flow path 8 (the gap between the supply pipes 2 and 3).
As fuel fluid, in addition to LNG, LPG (liquefied petroleum gas), CO, H₂, CO / H₂A mixed gas can be used. Liquid fuels such as heavy oil and kerosene can also be used.
[0033]
A part of the fuel fluid flows into the supply pipe 2 through the primary fuel fluid introduction hole 16 as a primary fuel fluid and joins the combustion-supporting fluid.
The mixed fluid of the primary fuel fluid and the combustion-supporting fluid flows in the straight body portion 14 toward the tip while burning.
Since the groove 18 is formed on the inner surface of the straight body portion 14, a part of the mixed fluid flowing while burning once flows into the groove 18, then flows out of the groove 18, and along the inner surface of the straight body portion 14. Flows in the direction of the tip.
The mixed fluid that has passed through the straight body portion 14 is ejected from the distal end portion 2a toward the distal end while forming a flame.
[0034]
The other part of the fuel fluid in the fuel fluid flow path 8 is ejected to the outside as a secondary fuel fluid through the secondary fuel fluid ejection hole 17.
The secondary fuel fluid is ejected so as to substantially surround the mixed fluid (primary fuel fluid and combustion-supporting fluid) from the supply pipe 2.
The ejection speed of the secondary fuel fluid is preferably set in the range of 20 to 220 m / s. When the ejection speed is less than this range, the flame length is shortened. If the ejection speed exceeds this range, the flame tends to become unstable.
If the ratio of the secondary fuel fluid flow rate to the total fuel fluid flow rate is set in the range of 50 to 90%, the flame can be lengthened. When this ratio is out of the above range, the flame length is shortened.
The ejected secondary fuel fluid merges with the mixed fluid at a position away from the distal end portion 2a in the distal direction, and burns with the combustion-supporting fluid in the mixed fluid to form a flame.
[0035]
In the burner lance 1 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the burner lance 1, a primary fuel fluid introduction hole 16 for guiding a part of the fuel fluid to the inside of the supply pipe 2 is formed in the combustion supporting fluid supply pipe 2, and the other part of the fuel fluid is used as the secondary fuel. The fluid can be ejected from the distal end side of the supply pipe 2 through the fluid ejection hole 17.
For this reason, after the mixed fluid of the primary fuel fluid and the combustion-supporting fluid is burned while being ejected from the supply pipe 2, the secondary fuel fluid is joined to the mixed fluid at a position away from the distal end portion 2a in the distal direction. Can be burned.
Since the fuel fluid can be burned in two stages, the flame can be stabilized and the flame can be formed longer. Therefore, the object to be heated at a remote position can be efficiently heated.
(2) Since the fuel fluid can be burned in two stages and a stable flame can be formed, the flow rate of the combustion-supporting fluid is increased without destabilizing the flame (for example, a speed exceeding the speed of sound). And heating efficiency can be increased. In addition, the amount of fuel fluid used can be minimized.
(3) Since the fuel fluid supply pipe 3 is provided on the outer peripheral side of the combustion-supporting fluid supply pipe 2, the structure can be simplified and the whole can be downsized. Therefore, the maintainability can be improved and the handling can be facilitated.
(4) The secondary fuel fluid ejection hole 17 is formed so that the secondary fuel fluid is ejected so as to substantially surround the mixed fluid (primary fuel fluid and combustion-supporting fluid). Can be prevented, the disturbance of the flow direction of the supporting fluid can be suppressed, and the flow velocity attenuation of the supporting fluid can be prevented.
Accordingly, the amount of fuel fluid used can be kept low, and the combustion-supporting gas can be blown into the molten metal at a high speed.
(5) Since the groove 18 is formed in the inner surface of the straight body portion 14, a part of the mixed fluid flowing while burning once flows into the groove 18, so even when the flow rate of the combustion-supporting fluid is high A stable flame is formed in the groove 18.
Therefore, the fuel fluid can be stably burned regardless of the flow rate of the combustion-supporting fluid.
[0036]
In the burner lance of the above embodiment, a part of the fuel fluid from the fuel fluid flow path 8 is guided to the inside of the supply pipe 2 through the introduction hole 16 and the other part of the fuel fluid is ejected from the tip side through the ejection hole 17. It is configured to be able to.
That is, the burner lance is configured so that the fuel fluid from the common fuel fluid flow path 8 can be used as the primary fuel fluid and the secondary fuel fluid, but the burner lance of the present invention is separated from each other. It is also possible to provide a primary fuel fluid channel and a secondary fuel fluid channel so that the primary fuel fluid and the secondary fuel fluid can be supplied independently.
According to this configuration, since the flow rates of the primary fuel fluid and the secondary fuel fluid can be set independently, it is easy to adjust the flow rate ratio between the primary fuel fluid and the secondary fuel fluid.
Therefore, the degree of velocity decay of the combustion-supporting gas and the flame length can be freely adjusted, and efficient heating according to the distance to the object to be heated is possible.
[0037]
Next, a method for operating the melting / smelting furnace of the cold iron source of the cold iron source of the present invention will be described. In order to dissolve the solid raw material (cold iron source), an electric furnace is used to charge the solid raw material into the furnace and dissolve it by arc heating.
Since a cold spot may occur in the furnace due to insufficient supply heat, in the operation method of the present invention, the burner lance can be installed so that the cold spot can be heated.
In the electric furnace melting, there are mainly a step of melting a solid raw material (melting step) and a step of heating and refining a liquid material (molten steel or the like) that has melted down into a liquid state (refining step).
[0038]
In the operation method of the present invention, a burner lance is used to inject a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid toward a cold iron source while burning the mixed fluid, and the secondary fuel fluid is mixed with the mixed fluid. The cold iron source is melted and refined by being jetted toward the cold iron source while being combined with the fluid and burning.
When melting the solid fuel using the burner lance, the fuel is independently developed so that the conditions suitable for each process are met in the process of melting the solid feed and the refining process after the solid feed is melted down. Set the fluid supply amount.
The burner lance of the present invention has an excellent fusing ability because the mixed fluid of the combustion-supporting fluid and the fuel fluid can be ejected together with the flame at high speed.
In the melting step, since the solid raw material can be heated while being melted, the heating efficiency can be increased. For this reason, it is possible to increase the heat receiving efficiency of the fuel, burn more fuel, and reduce the power source unit.
[0039]
On the other hand, in the refining process after melting down, the inside of the furnace has molten steel, slag, and the like at the bottom, and the upper part is a space, so even if a large amount of fuel is supplied, the heat receiving efficiency is lowered.
For this reason, by supplying the minimum amount of fuel within a range that can prevent the fluid flow velocity from being attenuated, the combustion supporting fluid (oxygen) is efficiently blown from the furnace wall toward the bath, and the decarburization reaction is performed. And promote slag forming.
[0040]
In the melting step, it is preferable that the ratio of the combustion-supporting fluid and the fuel fluid is such that the oxygen ratio X satisfies 1 ≦ X <3. This facilitates fusing and melting of the solid material, and combustible components such as carbon monoxide generated in the furnace can be burned.
The oxygen ratio is the ratio of the amount of oxygen supplied to the amount of oxygen required for complete combustion of the fuel fluid.
In the refining process after smelting, the fuel fluid supply amount is significantly reduced, preferably the oxygen ratio X is 3 or more, and the combustion-supporting fluid (oxygen) is blown at a high speed, thereby decarburizing reaction and slag forming. The solid raw material can be dissolved while promoting the above.
[0041]
Thus, according to the method of setting the fuel fluid supply amount independently in the melting step in which the solid raw material dissolves and in the refining step after the solid raw material has melted down, a simple method of adjusting only the fuel flow rate Therefore, the efficiency of each process can be improved.
[0042]
Next, the refining method of the present invention will be described.
The refining method of the present invention uses a burner lance to inject a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid into a molten iron (molten metal or molten steel) while burning the mixed fluid. This is a refining method for refining molten iron by causing the molten iron to merge with the mixed fluid and burn it toward the molten iron while burning. .
In general, the hot metal discharged from the blast furnace is received by a transporting device such as a hot metal ladle, and after pretreatment such as desiliconization, dephosphorization, and desulfurization, it is charged into the converter, and if necessary. And then decarburized. The decarburized molten steel is transported by a transport container such as a molten steel pan and is subjected to a secondary refining process.
The refining method of the present invention can be carried out in a refining furnace such as a converter, a smelting reduction furnace, a decarburizing furnace, or a secondary refining furnace that receives molten iron (hot metal or molten steel). The refining method of the present invention can also be carried out in a transport container such as a blast furnace pan, a chaotic car (topped car), and a charging pot.
It is preferable that the said container has a processing apparatus which processes the waste gas of a combustion-supporting fluid.
[0043]
Hereinafter, the example which applied the refining method of this invention with respect to the molten iron in a converter is demonstrated.
In general, the hot metal charged in the converter is decarburized by supplying oxygen (feeding acid) from the lance, and is supplied to the next process as molten steel. At this time, refining materials (CaO, dolomite, etc.), ores (iron ore, manganese ore, etc.), alloys, etc. are added for the purpose of adjusting the components of slag and molten steel.
In addition, a sufficient amount of heat is required when melting iron scrap, raising the temperature, and the like. In addition, when reducing ores such as manganese ore, sufficient reduction heat is required. For this reason, when the amount of carbon or the like in the molten iron is not sufficient, heat compensation is required even if the supply of oxygen is sufficient, and carbonaceous materials such as coke, soil graphite, and coal are added.
For oxygen supply, oxygen gas having a purity of 99% or more produced by a deep cooling method or the like is usually used. The upper limit of the oxygen supply flow rate can be determined according to the capability of the facility for exhausting exhaust gas mainly composed of carbon monoxide, which is generated by decarburization. The oxygen supply flow rate is usually 100 to 300 Nm per ton of molten iron to be processed.³It is said.
[0044]
When oxygen is supplied to the molten iron in the converter, for example, a water-cooled oxygen supply lance installed in an elevator cart is used.
As this lance, for example, the burner lance 1 shown in FIG. 1 can be used.
The burner lance 1 is introduced into the furnace through the lance hole of the exhaust gas hood, and the burner lance 1 is used to eject a mixed fluid of the combustion-supporting fluid and the fuel fluid toward the molten iron while burning the fuel fluid. Perform blowing.
Under the present circumstances, the top blowing which ejects a mixed fluid from upper direction with respect to molten iron may be employ | adopted, and the horizontal blowing which ejects from a side may be employ | adopted.
[0045]
During the decarburization reaction and the like, slag is generated and the bath temperature is increased, so that the lance height and the oxygen supply amount are appropriately adjusted for the purpose of adjusting the slag and temperature. At the time of blowing in the converter, not only oxygen but also various auxiliary materials may be added. The auxiliary material is usually added by allowing it to fall naturally from above.
[0046]
The following reactions occur during blowing.
(1) 1 / 2O₂+ Fe = FeO
(2) C + FeO = CO (gas) + Fe
(3) C + O = CO
(4) 1 / 2O₂+ CO = CO₂
In addition, when lime is added, lime dissolution reaction also occurs.
[0047]
At this time, the higher the oxygen supply rate by the burner lance 1, the more efficiently the auxiliary materials, molten iron, and oxygen are stirred, and this is the preferential decarburization condition in which the reaction (2) occurs without delay. Even if it becomes, it can decarburize efficiently and can raise the yield of iron.
In particular, the converter environment during oxygen blowing is roughly divided into a high carbon range (C> 0.6 mass%) and a low carbon range (C ≦ 0.6 mass%) due to the difference in oxygen reaction behavior. Can do.
In the high carbon region, almost all of the supplied oxygen is consumed for decarburization, and blowing is performed at a high oxygen supply rate. At this time, the reaction is rate-controlled to supply oxygen.
On the other hand, in the low carbon region, the reaction is rate-controlled for carbon movement, and a part of oxygen is also consumed for iron oxidation. Therefore, in order to suppress iron oxidation and increase decarbonation efficiency, the oxygen supply rate is usually It can be kept low.
[0048]
In the last stage of blowing, the dissolution of oxygen in the bath increases and the degree of oxidation of slag increases, and the degree of oxidation of slag tends to increase due to a decrease in dynamic pressure due to the suppression of the oxygen supply amount.
By applying the burner lance 1 at the end of the blowing of the converter, oxygen can be added to the bath at a high speed even if the oxygen flow rate is lowered, so that the reaction efficiency is improved and the oxidation degree of the slag is increased. This reduces the iron yield, stabilizes the oxidation of the molten steel at a low level, suppresses the oxidation of manganese, and improves the yield of manganese.
[0049]
When the combustion-supporting fluid becomes high speed, the depth of penetration into the bath increases, but when the combustion-supporting fluid reaches the furnace bottom, the furnace may deteriorate. It is preferable to adjust so that does not reach the furnace bottom.
[0050]
The refining method of the present invention can be applied to one or more of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment.
Heat addition is performed for heat compensation when adding an iron source or an alloy source. The reduction treatment is performed when iron ore, manganese ore, or the like is used.
The refining material used for refining may be selected and used according to the purpose of refining. For example, in desiliconization or dephosphorization, silicic acid or phosphoric acid generated by reaction with oxygen needs to be stabilized as slag, and therefore, a lime source having a stabilizing effect is preferably used as a refining material.
The source of lime is CaO and CaCO₃It is preferable to use one having at least one of them as a main component because it can be rapidly melted and slagged.
In the refining method of the present invention, a refining material such as a lime source can be supplied together with the supporting fluid, or may be added directly to the molten iron separately from the supporting fluid.
When using refined powder as a powder, it is necessary to consider the amount of refined material lost due to scattering during supply and the cost required for pulverization (pulverization) of the refined material in terms of economy. There is.
The addition amount of the refining material can be set according to conditions such as a refining processing amount, a required refining degree, and an allowable refining time.
[0051]
In the desiliconization, a desiliconization reaction in which silicon in the molten iron becomes silicic acid by reaction with supplied oxygen and generated iron oxide is important.
When this reaction is delayed, iron oxide accumulates or oxygen is consumed by reaction with carbon in the molten iron, desiliconization efficiency is lowered, and it is difficult to lower the silicon concentration.
By using the burner lance 1, the combustion-supporting fluid can be supplied at a high speed, so that the preferential desiliconization reaction can be continued until the silicon concentration becomes low.
[0052]
In dephosphorization, on the principle of reaction, it is necessary to vigorously stir slag in which molten lime that fixes phosphoric acid and iron oxide that maintains an oxygen potential at a high level coexist with molten iron. By using the burner lance 1, the combustion-supporting fluid can be supplied at a high speed, so that the high-temperature iron oxide produced can be mixed with lime, the dissolution of lime can be promoted, and the slag produced can also be stirred. It becomes possible. In addition, the impinging pressure of the jet on the bath surface can be increased, and dispersion of the generated slag into the bath and increased molten iron flow can increase slag entrainment, enabling a dramatic increase in the reaction interface area of the slag. It becomes.
[0053]
In addition, when reducing ore, iron ore, manganese ore, and other ores may be added with a solvent (such as lime), coke, or coal as a reducing agent or a fuel source for heat addition. is there.
By using the burner lance 1, the fuel source is efficiently burned to effectively compensate the generated heat to compensate for the temperature drop during ore reduction and scrap melting and to simply raise the temperature of the bath. It can be heated.
[0054]
In the refining method of the present invention, solid carbon sources such as coke and coal: hydrocarbon sources such as plastic: CaO, CaCO₃Source of lime containing: MgO, MgCO₃Magnesium sources including: Al, Al₂O₃Aluminum sources including: iron ore: manganese ore: One or more of the alloys can be added to the molten iron.
A solid carbon source, a hydrocarbon source, and an aluminum source act as a fuel source.
In the refining method of the present invention, these fuel sources and carbon and silicon in the hot metal acting as fuel can be burned efficiently, the bath containing slag is efficiently stirred, and the generated heat is attached to the bath. Heat can be promoted.
[0055]
In the refining method of the present invention, in order to speed up the combustion supporting fluid, it is possible to appropriately adjust the combustion of the fuel (fuel fluid) of the burner lance or to optimize the ratio of the fuel to the combustion supporting fluid. is important.
With respect to the ratio of the fuel to the combustion-supporting fluid, it can be set so that only a part of the fuel is burned, or the fuel can be burned entirely.
With respect to this ratio, it is preferable that the oxygen ratio is greater than 5 in order to cause the combustion-supporting fluid to act efficiently on the molten iron and to achieve high speed.
As the combustion-supporting fluid, it is possible to use a gaseous oxygen-containing gas such as pure oxygen gas, industrial oxygen gas, air, or a mixed gas thereof.
In addition, it is not limited to the gas state, but may be a liquid state and a gas-liquid mixture in which a mist-like liquid is contained in the gas.
As for fuel, in addition to hydrocarbon gases such as LPG and LNG, blast furnace gas and converter gas recovered in the steelworks can be used.
In the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from exhaust gas generated during refining using a heat exchanger or the like.
[0056]
In the refining method of the present invention, since the combustion-supporting fluid can be sped up, the combustion-supporting fluid can be blown to the deeper part of the bath than before, and the refining efficiency can be improved.
[0057]
【Example】
(Example 1)
A burner lance 1 having a nozzle 5 configured as shown in FIG. 1 was produced. Table 1 shows the specifications of the apparatus.
[0058]
(Comparative Example 1)
A burner lance having a nozzle in which no secondary fuel fluid ejection holes were formed was produced. Other specifications were in accordance with the example.
[0059]
[Table 1]

[0060]
Using these burner lances of Example 1 and Comparative Example 1, a combustion test was performed in the atmosphere.
Pure oxygen was used as the combustion-supporting gas, and LPG was used as the fuel.
The test results are shown in Table 2 and FIG. Table 2 shows the measurement results of the flame length. FIG. 2 shows the relationship between the distance from the tip of the nozzle in the central axis direction of the combustion-supporting fluid supply pipe and the flow rate of the combustion-supporting fluid at that position.
[0061]
[Table 2]

[0062]
From Table 2, it can be seen that in the burner lance of Example 1, the flame could be lengthened.
In addition, it can be seen from FIG. 2 that in the burner lance of Example 1, the flow velocity of the combustion-supporting gas was hardly attenuated.
[0063]
(Example 2)
In a 350 kg scale induction melting furnace, 200 kg of molten iron was melted so that the temperature was 1500 ° C. and the carbon concentration [C] was 2.5% by weight.
The burner lance 1 having the configuration shown in FIG. 1 was arranged at a height of 350 mm from the molten iron bath surface, and the combustion-supporting fluid and the fuel fluid were ejected toward the molten iron for 5 minutes. Oxygen was used as the combustion-supporting fluid, and LPG was used as the fuel.
The ratio of primary fuel fluid to secondary fuel fluid was 1: 2.
At the same time, granular coke having a particle size of 10 mm or less was continuously added into the furnace. The addition rate was 15 kg / hr. For stirring, Ar gas was supplied into the furnace from a porous nozzle at the bottom of the furnace. Supply speed is 3Nm³/ Hr. Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0064]
(Comparative Example 2)
A refining test similar to that of Example 2 was performed using a burner lance having a single-hole Laval nozzle. Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0065]
[Table 3]

[0066]
From Table 3, it can be seen that the refining method of Example 2 was able to increase the carburizing efficiency.
[0067]
(Examples 3 to 5)
Three tons of hot metal was charged into a small converter. [C] of the hot metal before charging was 4.7 to 4.8% by weight, and [Si] was 0.2% by weight.
Using a burner lance 1 similar to that used in Example 1, pure oxygen gas was supplied from above and blown.
The supply rate of pure oxygen gas is 450 Nm³/ Hr. LPG is used as the fuel and the supply speed is 12.8 Nm.³/ Hr.
For stirring, Ar gas was supplied into the furnace through a porous plug at the bottom of the furnace. Supply speed is 40Nm³/ Hr.
During the treatment, the hot metal was sampled, the components were analyzed, and the temperature of the bath was measured as needed to prepare the supply amount of cold material (iron ore) so that the temperature after treatment was 1650 ° C.
Table 4 shows the decarbonation efficiency when [C] is 0.15% by mass and when [C] is 0.05% by mass. Decarbonation efficiency was determined from the behavior of [C] in the low carbon region and the amount of oxygen supplied.
[0068]
(Comparative Examples 3-5)
Using the same burner lance as that used in Comparative Example 2, tests similar to those in Examples 3 to 5 were performed. The test results are shown in Table 4.
[0069]
[Table 4]

[0070]
From Table 4, it can be seen that in the examples, a decrease in the decarbonation efficiency in the low carbon region can be prevented and the decarburization can be efficiently performed. Furthermore, since oxygen can be added efficiently, oxygen gas is blown into the molten iron at a high speed even in a low carbon region where the oxygen supply amount is low at the end of blowing, and the reaction efficiency is maintained high. Therefore, decarburization reaction can be preferentially performed and decarbonation efficiency can be increased.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, the burner lance of the present invention can obtain the following effects.
(1) Since the primary fuel fluid introduction part is formed in the combustion-supporting fluid supply pipe and the other part of the fuel fluid can be ejected from the front end side of the supply pipe, the primary fuel fluid and the combustion-supporting ability After the mixed fluid with the fluid is burned while being ejected from the supply pipe, the secondary fuel fluid can be merged with the mixed fluid and burnt at a position away from the tip in the tip direction.
Since the fuel fluid can be burned in two stages, the flame can be stabilized and the flame can be formed longer. Therefore, the object to be heated at a remote position can be efficiently heated.
(2) Since the fuel fluid can be burned in two stages and a stable flame can be formed, the flow rate of the combustion-supporting fluid is increased without destabilizing the flame (for example, a speed exceeding the speed of sound). And heating efficiency can be increased. In addition, the amount of fuel fluid used can be minimized.
(3) Since it has a double pipe structure in which the fuel fluid supply pipe is provided on the outer peripheral side of the combustion-supporting fluid supply pipe, the structure can be simplified and the whole can be downsized. Therefore, the maintainability can be improved and the handling can be facilitated.
(4) The secondary fuel fluid ejecting portion is formed so that the secondary fuel fluid is ejected so as to substantially surround the mixed fluid (primary fuel fluid and combustible fluid), thereby preventing diffusion of the combustible fluid. It is possible to suppress the disturbance in the flow direction of the combustion-supporting fluid and prevent the flow-rate attenuation of the combustion-supporting fluid.
Accordingly, the amount of fuel fluid used can be kept low, and the combustion-supporting gas can be blown into the molten metal at a high speed.
(5) By forming the groove on the inner surface of the combustion-supporting fluid supply pipe, a part of the mixed fluid flowing while burning once flows into the groove, so even when the flow rate of the combustion-supporting fluid is high A stable flame is formed in the groove.
Therefore, the fuel fluid can be stably burned regardless of the flow rate of the combustion-supporting fluid.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an embodiment of a burner lance of the present invention, in which FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a cross-sectional view.
FIG. 2 is a graph showing test results.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Burner lance, 2 ... Combustion fluid supply pipe, 3 ... Fuel fluid supply pipe, 6 ... Extension part, 7 ... Combustion fluid flow path, 8 ... -Fuel fluid flow path, 16 ... primary fuel fluid introduction hole (primary fuel fluid introduction part), 17 ... secondary fuel fluid ejection hole (secondary fuel fluid ejection part)

Claims

It has a double pipe structure in which a fuel fluid supply pipe for supplying fuel fluid is provided on the outer peripheral side of a fuel support fluid supply pipe for supplying a fuel support fluid containing oxygen, and the gap between these supply pipes is a fuel fluid A flow path,
A primary fuel fluid introduction part for guiding a part of the fuel fluid in the fuel fluid flow path to the inside of the supply pipe is formed in the combustion support fluid supply pipe,
A burner lance characterized in that the other part of the fuel fluid in the fuel fluid flow path can be ejected as a secondary fuel fluid from the front end side of the supply pipe to the outside.

An extension part extending outward and reaching the fuel fluid supply pipe is formed on the outer peripheral side of the tip part of the combustion-supporting fluid supply pipe, and the other part of the fuel fluid is ejected to the outside through this extension part. The burner lance according to claim 1, wherein a secondary fuel fluid ejection portion is formed.

The burner lance according to claim 2, wherein the secondary fuel fluid ejection portion is configured to eject the other portion of the fuel fluid so as to substantially surround the combustion-supporting fluid.

The secondary fuel fluid ejection portion is formed to inwardly incline from the proximal end side toward the distal end side, and an inclination angle with respect to the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe is 20 ° or less. The burner lance according to claim 2 or 3.

The secondary fuel fluid ejection part is configured so that the flow rate of the secondary fuel fluid can be in the range of 50 to 90% of the total fuel fluid flow rate. Burner lance according to any one of the preceding claims.

Around the central axis of the combustion supporting fluid supply pipe, the distance D ₃ is the diameter of the circle passing through the outlet of the secondary fuel fluid ejection portion relative to the diameter D ₂ out of combustion-supporting fluid supply pipe, the following equation The burner lance according to any one of claims 2 to 5, wherein the burner lance is within a range represented.
1.3 ≦ D ₃ / D ₂ ≦ 3.5

Claims groove is formed in the combustion supporting fluid supply tube surface corresponding to the front end side than the primary fuel fluid introducing unit, the depth L ₁ of the groove is equal to or is within the range expressed by the following formula The burner lance according to any one of 1 to 6.

The burner lance according to any one of claims 1 to 7, wherein an inclination angle of the primary fuel fluid introduction portion with respect to the central axis of the combustion-supporting fluid supply pipe is 5 to 90 °.

Using a burner lance, a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid is burned and ejected toward a cold iron source, and the secondary fuel fluid is combined with the mixed fluid and burned. While operating the furnace to melt and refine the cold iron source by spraying it toward the cold iron source,
A method of operating a melting and refining furnace for a cold iron source, wherein a fuel fluid supply amount is set independently in each of a melting step in which the cold iron source is melted and a refining step after the cold iron source is melted down .

In the melting step, the ratio of the combustion-supporting fluid to the fuel fluid is set to 1 ≦ oxygen ratio <3. In the step after the melting, the ratio of the combustion-supporting fluid to the fuel fluid is set to the oxygen ratio ≧ The method for operating a cold iron source melting / smelting furnace according to claim 9, wherein

The method for operating a melting and refining furnace for a cold iron source according to claim 9 or 10, wherein the burner lance according to any one of claims 1 to 8 is used.

It targets 1 or more types among desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature rising, heat addition, scrap melt | dissolution, alloy melt | dissolution, and a reduction process, It is any one of Claims 9-11 The operation method of the melting / smelting furnace of the described cold iron source.

13. The cold iron source solution according to claim 9, wherein one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air are used as the combustion-supporting fluid. Refining furnace operation method.

Using a burner lance, a mixed fluid of a combustion-supporting fluid containing oxygen and a primary fuel fluid is burned and ejected toward the molten iron, and the secondary fuel fluid is merged with the mixed fluid and burned. A refining method characterized by refining this molten iron by ejecting it toward the surface.

15. The refining method according to claim 14, wherein the ratio of the combustion-supporting fluid to the fuel fluid is such that the oxygen ratio> 5.

The refining method according to claim 14 or 15, wherein the burner lance according to any one of claims 1 to 8 is used.

17. One or more kinds of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment are targeted. The refining method described.

In refining, at least one of solid carbon source, hydrocarbon source, lime source, magnesium source, aluminum source, iron ore, manganese ore, and alloy is added to the molten iron. A refining method according to claim 1.

The refining method according to any one of claims 14 to 18, wherein refining of molten iron is performed in a low carbon region having a carbon concentration of 0.6 mass% or less.

The refining method according to any one of claims 14 to 19, wherein one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air are used as the combustion-supporting fluid.

21. The refining method according to any one of claims 14 to 20, wherein sensible heat or latent heat is recovered from exhaust gas generated during refining.