JP2006328432A - Blowing method for converter and top-blowing lance for converter blowing - Google Patents

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Ikuhiro Sumi
郁宏 鷲見
Akitoshi Matsui
章敏 松井
Eiju Matsuno
英寿 松野
Ryohei Takehama
良平 竹濱
Junichi Shiino
純一 椎野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blowing method for a converter, which can easily adjust a dynamic pressure of a top-blowing oxygen jet, when oxidation-refining molten pig iron or molten steel by spouting an oxygen-containing gas from a top-blowing lance, and adequately coping with various situations occurring even in the same lance. <P>SOLUTION: The top-blowing lance 1 for spouting an oxygen-containing gas onto the molten pig iron or molten steel to oxidation-refine it comprises: one or more main holes 4 with a shape of a Laval nozzle formed in the tip; and a plurality of auxiliary holes 8 concentrically formed around the main holes so that they can have an inclination angle θ<SB>f</SB>equal to a sum of an inclination angle θ<SB>s</SB>of the main hole and 10° or less. The blowing method includes supplying the oxygen-containing gas toward the molten pig iron or molten steel through the auxiliary holes to form a high-temperature region around the oxygen-containing gas which has been spouted from the main holes, due to secondary combustion. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、転炉に装入された溶銑または溶鋼に酸素含有ガスを供給して溶銑または溶鋼の酸化精錬を行う転炉吹錬方法、並びに、その際に使用する転炉吹錬用上吹きランスに関するものである。   The present invention relates to a converter blowing method for performing oxygen refining of hot metal or molten steel by supplying an oxygen-containing gas to the molten iron or molten steel charged in the converter, and an upper blowing for converter blowing used at that time. It is about Lance.

溶銑の転炉吹錬においては、上吹き酸素或いは底吹き酸素により、主として脱炭吹錬を目的とする酸化精錬が行われている。これらの酸素のうちで上吹き酸素は、その先端に主孔として、ラバールノズルと呼ばれる末広がり形状のノズルを有する上吹きランスから、超音速または亜音速のジェットとして転炉内に吹き付けられる。このラバールノズルの末広がりの部分は理想的には曲線であるが、加工が容易であることから、広がり角度を2〜8°とする円錐形状になっているものが大部分であり、また、スロート部或いは出口部に多少のストレート部を有するものもある。   In the hot metal converter blowing, oxidation refining mainly for decarburization blowing is performed by top blowing oxygen or bottom blowing oxygen. Of these oxygens, the top blowing oxygen is blown into the converter as a supersonic or subsonic jet from a top blowing lance having a divergent nozzle called a Laval nozzle as a main hole at its tip. The end part of this Laval nozzle is ideally a curved line, but since it is easy to process, most of it has a conical shape with an extension angle of 2 to 8 °, and the throat part Alternatively, there are some which have some straight portions at the outlet.

この転炉脱炭吹錬においては、近年、溶銑の脱燐を目的とした溶銑予備処理(「予備脱燐処理」という)の発展により、転炉での脱燐の必要性が少なくなり、転炉で必要とする媒溶剤が大幅に低減した。その結果、従来には生成する溶鋼トン当たり50kg(以下、「kg/t」と記す)を越えていた脱炭吹錬時の生成スラグ量は急激に減少した。例えば、溶銑の予備脱燐処理によって溶銑の燐濃度を実質的に鋼材製品の燐濃度と同等の0.02質量%以下まで低減した場合には、転炉での脱炭吹錬における脱燐に必要な媒溶剤は10kg/t以下となり、生成するスラグ量はおよそ25kg/t以下にまで低減可能である。   In this decarburization blown converter, in recent years, the need for dephosphorization in the converter has decreased due to the development of hot metal pretreatment (referred to as “preliminary dephosphorization”) for the purpose of dephosphorizing hot metal. The solvent required in the furnace has been greatly reduced. As a result, the amount of slag produced during decarburization blowing, which conventionally exceeded 50 kg (hereinafter referred to as “kg / t”) per ton of molten steel produced, decreased rapidly. For example, if the hot metal phosphorus concentration is reduced to 0.02% by mass or less, which is substantially equal to the phosphorus concentration of the steel product, by the preliminary dephosphorization treatment of the hot metal, The necessary solvent is 10 kg / t or less, and the amount of slag to be generated can be reduced to approximately 25 kg / t or less.

脱炭吹錬の吹錬初期から中期にかけての脱炭最盛期では、脱炭反応は酸素供給律速であるため、高速吹錬を指向する場合には、酸素供給速度(以下、「送酸速度」という)を高める必要がある。しかし、生成スラグ量の少ない脱炭吹錬では、上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が顕著になり、歩留まりの低下や操業の不安定化をもたらす。つまり、従来は炉内に存在する大量のスラグがカバーの役割を担っていたが、予備脱燐処理された溶銑を用いた場合などスラグ量が低減した場合には、溶銑が酸素ジェットの影響を直接的に受け、前述した歩留まりの低下などの不都合が発生する。   In the decarburization peak period from the initial stage to the middle stage of decarburization blowing, the decarburization reaction is controlled by oxygen supply, so when aiming at high-speed blowing, the oxygen supply rate (hereinafter referred to as “acid feed rate”) Need to be improved. However, in the decarburization blowing with a small amount of generated slag, the scattering of iron and the generation of dust due to the top-blown oxygen jet become significant, resulting in a decrease in yield and unstable operation. In other words, in the past, a large amount of slag present in the furnace played the role of a cover, but when the amount of slag was reduced, such as when pre-phosphorized hot metal was used, the hot metal affected the oxygen jet. Inconveniences such as a reduction in the yield described above occur directly.

従来、こうした操業条件の悪化を抑制するために、上吹きランスの主孔数を4孔或いは5孔にするなどして1孔当たりの送酸速度、即ち浴面での動圧を下げ、且つ、それぞれの酸素ジェットが互いに干渉し合わないようにした非干渉・多孔型ランスが指向されてきた。また、酸素ジェットが干渉しないようにするために、主孔の孔径及び傾角などの上吹きランス形状のハード面を適正化すると同時に、上吹きランスの先端と浴面との距離(「ランス高さ」という)或いは送酸速度などの操業条件を調整した対策も数多く提案されている。   Conventionally, in order to suppress such deterioration of operating conditions, the number of main holes of the top blowing lance is set to 4 holes or 5 holes to reduce the acid feed rate per hole, that is, the dynamic pressure on the bath surface, and Non-interfering, porous lances that prevent the oxygen jets from interfering with each other have been directed. In addition, in order to prevent the oxygen jet from interfering, the hard surface of the top blowing lance shape such as the hole diameter and tilt angle of the main hole is optimized, and at the same time, the distance between the tip of the top blowing lance and the bath surface (“lance height Many measures have been proposed to adjust the operating conditions such as the acid delivery rate.

例えば、特許文献1には、上吹きランスの形状を適正化するとともに、送酸速度及びランス高さを主孔の形状に合わせて適正範囲内に制御した吹錬方法が提案されている。しかし、このような対策では、上吹きランスから噴出される酸素ジェットの軌跡及び幾何学的形状が大きく変化してしまうため、酸素ジェット中の酸素濃度の変化及び酸素ジェットの浴面への衝突位置(以下「火点」と記す)の変化などにより、不必要な二次燃焼の増加或いは脱炭反応効率の低下などをもたらす。   For example, Patent Document 1 proposes a blowing method in which the shape of the top blowing lance is optimized, and the acid feed rate and the lance height are controlled within an appropriate range according to the shape of the main hole. However, with such countermeasures, the trajectory and geometric shape of the oxygen jet ejected from the top blowing lance change greatly, so the oxygen concentration change in the oxygen jet and the location of the collision of the oxygen jet with the bath surface (Hereinafter referred to as “fire point”) causes an unnecessary increase in secondary combustion or a decrease in decarburization reaction efficiency.

また、鉄飛散及びダスト生成の防止には火点間の干渉を避けることが重要である、との観点から、特許文献2には、火点の幾何学的重なり面積率が30%以下になるように円周方向に主孔を配置し、干渉を避けつつ浴面上に効率的に火点を形成する方法が提案されている。しかし、この対策では、送酸速度を大幅に増大する場合には自ずと限界が生じ、送酸速度の大幅な変更には対処することができない。   In addition, from the viewpoint that it is important to avoid interference between the hot spots in order to prevent iron scattering and dust generation, Patent Document 2 discloses that the geometric overlap area ratio of the hot spots is 30% or less. In this way, a method has been proposed in which main holes are arranged in the circumferential direction so that a hot spot is efficiently formed on the bath surface while avoiding interference. However, with this measure, when the acid feed rate is significantly increased, a limit naturally occurs, and it is impossible to cope with a significant change in the acid feed rate.

一方、脱炭吹錬末期の低炭素域(およそC<0.6質量%)においては、供給された酸素は脱炭反応だけでなく鉄の酸化にも消費されるため、鉄の酸化を抑えて脱炭酸素効率を高める目的で送酸速度を低減させている。この場合、鉄浴への酸素供給効率を維持するために、ランス高さを低減させて鉄浴への酸素衝突圧、即ち酸素ジェットの動圧を高めている。主孔としてのラバールノズルは、通常、吹錬中期の脱炭最盛期において最適なジェットが得られるように設計されるため、吹錬末期の低送酸速度の場合には、ラバールノズルの適正流量から大きく下方に外れる。そのため、ラバールノズルの効果が得られず、不必要に酸素ジェットが減衰し、主にスラグ中のT.Feの増加に見られるように、脱炭反応効率の低下が生じる。脱炭最盛期におけるジェットを低動圧志向とした場合には、吹錬末期の低動圧化がより一層顕著になる。また、輻射熱などによる弊害のため、ランス高さの低減にも限界があり、吹錬末期の操業安定化には限界が存在する。尚、T.Feとはスラグ中の全ての鉄酸化物(FeOやFe23 )の鉄分の合計値である。 On the other hand, in the low carbon region (approximately C <0.6% by mass) at the end of decarburization blowing, the supplied oxygen is consumed not only for decarburization but also for iron oxidation. In order to increase the decarbonation efficiency, the acid feed rate is reduced. In this case, in order to maintain the oxygen supply efficiency to the iron bath, the lance height is reduced to increase the oxygen collision pressure to the iron bath, that is, the dynamic pressure of the oxygen jet. The Laval nozzle as the main hole is usually designed to obtain an optimum jet during the decarburization peak stage of the middle stage of blowing, so if the acid feed rate is low at the end of the blowing stage, it will increase from the appropriate flow rate of the Laval nozzle. Moves downward. Therefore, the effect of the Laval nozzle cannot be obtained, the oxygen jet is attenuated unnecessarily, and the T.V. As seen in the increase of Fe, the decarburization reaction efficiency is reduced. When the jet at the decarburization peak is oriented toward low dynamic pressure, the reduction of dynamic pressure at the end of blowing is even more remarkable. In addition, due to harmful effects such as radiant heat, there is a limit to reducing the lance height, and there is a limit to stabilizing the operation at the end of blowing. T. Fe is the total iron content of all iron oxides (FeO and Fe 2 O 3 ) in the slag.

このように、同一ランスを用いて吹錬の中期と末期とで送酸速度を変更して操業する場合、吹錬末期の動圧を適正値に確保する方法及びその場合に吹錬中期の高炭素域での吹錬への影響などは未だに不明確なままである。また、転炉における溶銑の予備脱燐処理のように転炉を用いた予備処理吹錬では、低動圧化による鉄酸化の促進によって不必要な脱炭反応の抑制及び脱燐反応の高効率化が図られているが、転炉における溶銑の予備脱燐処理において大量の鉄スクラップを溶解する場合には、上吹き酸素ジェットによる攪拌力の増大が求められ、この場合も上吹き酸素の動圧の制御は重要な課題である。   Thus, when operating with the same lance and changing the acid feed rate between the middle and final stages of blowing, the method of ensuring the dynamic pressure at the final stage of blowing and the high value in the middle stage of blowing The impact on blowing in the carbon region remains unclear. In addition, in the pretreatment blowing using a converter such as the preliminary dephosphorization of hot metal in the converter, unnecessary decarburization reaction is suppressed and high efficiency of the dephosphorization reaction is achieved by promoting iron oxidation by lowering the dynamic pressure. However, when a large amount of iron scrap is melted in the hot metal preliminary dephosphorization process in the converter, it is required to increase the stirring force by the top blown oxygen jet. Pressure control is an important issue.

ところで、酸素ジェットの高動圧化の技術として、ラバールノズルとバーナーとを併用する技術が従来から知られており、例えば特許文献3には、気体のジェットを、ランス出口から浴面までの範囲に渡って火炎で包囲し、浴面に気体のジェットを高速で吹き込む方法が開示されている。しかしながら、特許文献3の方法では、火炎を浴面まで到達せしめる高出力のバーナーが不可欠であり、転炉内のような高温環境でバーナーを併設することは設備的に極めて複雑であって実用上困難な点が多く、また、火炎が与える精錬への影響も不明確である。
特開平6−228624号公報 特開平6−57320号公報 特開平10−263384号公報
By the way, as a technique for increasing the dynamic pressure of an oxygen jet, a technique in which a Laval nozzle and a burner are used together is conventionally known. For example, Patent Document 3 discloses that a gas jet is in a range from a lance outlet to a bath surface. A method is disclosed in which a flame is surrounded by a flame and a jet of gas is blown into the bath surface at high speed. However, in the method of Patent Document 3, a high-power burner that allows the flame to reach the bath surface is indispensable, and it is practically complicated to install a burner in a high-temperature environment such as in a converter, which is practically complicated. There are many difficult points, and the influence of the flame on refining is unclear.
JP-A-6-228624 JP-A-6-57320 JP-A-10-263384

上記のように、転炉吹錬においては、上吹き酸素ジェットの動圧制御を可能とすることで、同一ランスであっても種々の状況に適確に対処可能な吹錬方法及び上吹きランスが切望されているにも拘わらず、有効な手段は提案されていないのが現状である。   As described above, in the converter blowing, the dynamic pressure control of the top blown oxygen jet is possible, so that even in the same lance, the blowing method and the top blow lance can be appropriately dealt with in various situations. However, no effective means have been proposed at present.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて溶銑或いは溶鋼を酸化精錬するに当たり、上吹きジェットの動圧を容易に調整することができ、同一ランスであっても種々の状況に適確に対処することのできる転炉吹錬方法を提供すること、並びに、その際に使用する転炉吹錬用上吹きランスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when the oxygen-containing gas is blown from the top blowing lance and the hot metal or molten steel is oxidized and refined, the dynamic pressure of the top blowing jet can be easily adjusted. An object of the present invention is to provide a converter blowing method that can appropriately cope with various situations even with a lance, and to provide an upper blowing lance for converter blowing used at that time. .

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、上吹きランスにおいて、酸素ジェットを噴射するラバールノズル形状の主孔の周囲に副ノズル(「副孔」と記す)を配置し、この副孔から酸素を供給して、主孔から噴射される酸素ジェットの周囲に酸素ジェットを包囲するように、雰囲気ガスの二次燃焼による高温帯を形成することで、主孔から噴射される酸素ジェットの減衰が著しく減少し、酸素ジェットの動圧を容易に調整することができるとの知見を得た。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. As a result, in the top blowing lance, a sub nozzle (referred to as “sub hole”) is arranged around the main hole of the Laval nozzle shape for injecting an oxygen jet, oxygen is supplied from the sub hole, and the main hole is injected. By forming a high temperature zone by secondary combustion of the atmospheric gas so as to surround the oxygen jet around the oxygen jet, the attenuation of the oxygen jet injected from the main hole is remarkably reduced, and the dynamic pressure of the oxygen jet is reduced. The knowledge that it can be adjusted easily was obtained.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第1の発明に係る転炉吹錬方法は、その先端に1孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置された上吹きランスから、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するに際し、前記主孔の周囲に、傾角が主孔の傾角に10°を加えた値以下である副孔を同心円状に複数配置し、該副孔から酸素含有ガスを供給して、前記主孔から噴射される酸素含有ガスの周囲に二次燃焼による高温帯を形成することを特徴とするものである。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the converter blowing method according to the first invention is based on an upper blowing lance in which one or more Laval nozzle-shaped main holes are installed at the tip thereof. Alternatively, when oxygen refining is performed by blowing an oxygen-containing gas toward the molten steel, a plurality of sub-holes having an inclination angle equal to or less than a value obtained by adding 10 ° to the inclination angle of the main hole are arranged around the main hole, An oxygen-containing gas is supplied from the sub-hole, and a high-temperature zone by secondary combustion is formed around the oxygen-containing gas injected from the main hole.

第2の発明に係る転炉吹錬方法は、第1の発明において、前記副孔の傾角は、主孔の傾角に5°を加えた値以下であることを特徴とするものである。   The converter blowing method according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the tilt angle of the auxiliary hole is not more than a value obtained by adding 5 ° to the tilt angle of the main hole.

第3の発明に係る転炉吹錬方法は、第1または第2の発明において、前記副孔は、6個以上配置されていることを特徴とするものである。   A converter blowing method according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, six or more auxiliary holes are arranged.

第4の発明に係る転炉吹錬方法は、第1ないし第3の発明の何れかにおいて、前記副孔からの酸素含有ガスの供給流量は、主孔からの酸素含有ガスの供給流量の20%以下であることを特徴とするものである。   In the converter blowing method according to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the supply flow rate of the oxygen-containing gas from the sub-hole is 20% of the supply flow rate of the oxygen-containing gas from the main hole. % Or less.

第5の発明に係る転炉吹錬方法は、第1ないし第4の発明の何れかにおいて、前記主孔と前記副孔とで酸素含有ガスの供給量の調整をそれぞれ独立して行うことを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a converter blowing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the supply amount of the oxygen-containing gas is independently adjusted between the main hole and the sub hole. It is a feature.

第6の発明に係る転炉吹錬方法は、第1ないし第5の発明の何れかにおいて、前記酸化精錬は、溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とするものである。   A converter blowing method according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the oxidative refining is a preliminary dephosphorization treatment of hot metal.

第7の発明に係る転炉吹錬方法は、第1ないし第5の発明の何れかにおいて、前記酸化精錬は、予備処理された溶銑の脱炭吹錬であり、該脱炭吹錬における生成スラグ量が50kg/t以下であることを特徴とするものである。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a converter blowing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the oxidative refining is decarburization blowing of hot metal that has been pretreated, and the formation in the decarburization blowing. The slag amount is 50 kg / t or less.

第8の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、その先端に1孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置され、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、前記主孔の周囲には、傾角が主孔の傾角に10°を加えた値以下である複数の副孔が、同心円状に配置されていることを特徴とするものである。   The top blowing lance for converter blowing according to the eighth aspect of the invention is provided with one or more main nozzles in the shape of a Laval nozzle at its tip, and is used for oxidizing refining by blowing an oxygen-containing gas toward hot metal or molten steel. It is an upper blowing lance for furnace blowing, and a plurality of sub-holes having an inclination angle equal to or less than a value obtained by adding 10 ° to the inclination angle of the main hole are arranged concentrically around the main hole. It is a feature.

第9の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、第8の発明において、前記副孔の傾角が、主孔の傾角に5°を加えた値以下であることを特徴とするものである。   The top blowing lance for converter blowing according to the ninth invention is characterized in that, in the eighth invention, the inclination angle of the auxiliary hole is not more than a value obtained by adding 5 ° to the inclination angle of the main hole. is there.

第10の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、第8または第9の発明において、前記副孔が、6個以上配置されていることを特徴とするものである。   The top blowing lance for converter blowing according to the tenth invention is characterized in that, in the eighth or ninth invention, six or more auxiliary holes are arranged.

本発明によれば、上吹きランスから溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて溶銑または溶鋼を酸化精錬するに際し、ラバールノズル形状の主孔から吹き付けられる酸素含有ガスの周囲に、この酸素含有ガスを包囲するように二次燃焼による高温帯を形成するので、酸素ジェット周囲の雰囲気温度が高温になり、酸素ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が低下し、その結果、酸素ジェットへ巻き込まれる雰囲気ガス量が少なくなって、雰囲気ガスの巻き込みによる酸素ジェットの減衰が抑制され、酸素ジェットの動圧を増大させることができる。これにより、送酸速度を変更しても適正な動圧に調整した吹錬が可能となり、酸素吹錬における鉄歩留まりの向上、高速吹錬時の操業の安定化などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。   According to the present invention, when oxygen-containing gas is sprayed from the top blowing lance toward hot metal or molten steel to oxidize and refine the molten metal or molten steel, the oxygen-containing gas is surrounded around the oxygen-containing gas sprayed from the main hole in the shape of a Laval nozzle. Since the high temperature zone by secondary combustion is formed so as to surround the atmosphere, the ambient temperature around the oxygen jet becomes high, the density of the ambient gas around the oxygen jet decreases, and as a result, the amount of ambient gas trapped in the oxygen jet Is reduced, the attenuation of the oxygen jet due to the entrainment of the atmospheric gas is suppressed, and the dynamic pressure of the oxygen jet can be increased. This makes it possible to perform blowing with an adjusted dynamic pressure even if the acid feed rate is changed, improving the iron yield in oxygen blowing and stabilizing the operation during high-speed blowing, which is industrially beneficial. Effect.

以下、本発明について具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described.

本発明は、上吹きランスから溶銑または溶鋼に向けて、酸素、空気、酸素富化空気、Ar−酸素混合ガスなどの酸素含有ガスを吹き付け、溶銑または溶鋼を酸化精錬する技術に関するものである。この酸化精錬の例として転炉で行われる溶銑の脱炭吹錬を取り上げ、同一上吹きランスを使用しても状況に応じて適確に脱炭吹錬が可能となるべく、酸素ジェットの動圧を容易に調整することのできる方法の開発を目的として、上吹き送酸ジェットの減衰挙動を詳細に調査・解析し、そして、ラバールノズルから噴射される酸素ジェットの動圧減衰に及ぼすノズル形状及び雰囲気温度の影響を明確化した。   The present invention relates to a technology for oxidizing and refining hot metal or molten steel by blowing an oxygen-containing gas such as oxygen, air, oxygen-enriched air, or an Ar-oxygen mixed gas from a top blowing lance toward hot metal or molten steel. As an example of this oxidative refining, the hot metal decarburization blowing performed in the converter is taken up, and even if the same top lance is used, the dynamic pressure of the oxygen jet should be able to be accurately decarburized depending on the situation. In order to develop a method that can easily adjust the flow rate, the damping behavior of the top-blowing acid jet was investigated and analyzed in detail, and the nozzle shape and atmosphere affecting the dynamic pressure damping of the oxygen jet injected from the Laval nozzle Clarified the effect of temperature.

酸素ジェットの流速測定の結果、高温の雰囲気下においては、ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が減少するため、ジェットへの雰囲気ガスの巻込みが大幅に抑制され、その結果、酸素ジェットの流速が上昇し、ジェットの動圧が著しく上昇することが定量的に把握された。つまり、浴面における酸素ジェットの動圧を高める方法として、前述した特許文献3に開示されたような、バーナーによって火炎を生成させることは必要不可欠ではなく、雰囲気ガスの温度を高めることによって酸素ジェットの動圧を高めることができるとの知見を得た。   As a result of measuring the flow velocity of the oxygen jet, the density of the ambient gas around the jet decreases in a high-temperature atmosphere, so the entrainment of the ambient gas in the jet is greatly suppressed, resulting in an increase in the flow velocity of the oxygen jet. It was quantitatively understood that the dynamic pressure of the jet increased significantly. In other words, as a method for increasing the dynamic pressure of the oxygen jet on the bath surface, it is not indispensable to generate a flame with a burner as disclosed in Patent Document 3 described above, but by increasing the temperature of the atmospheric gas, the oxygen jet The knowledge that the dynamic pressure of can be increased was obtained.

そこで、本発明者等は、主孔からの酸素ジェット(「主孔ジェット」とも記す)の周囲を簡便な方法で高温化させる方法として、主孔の周囲に副孔を設置し、この副孔から酸素を供給し、脱炭吹錬によって生成するCOガスの二次燃焼による発熱を利用する方法を検討した。ここで、二次燃焼とは、溶銑の脱炭吹錬などによって生成するCOガスが、副孔などから供給される酸素によって燃焼する反応(2CO+O2=2CO2 )である。 Therefore, the present inventors installed a sub-hole around the main hole as a method for increasing the temperature of the oxygen jet (also referred to as “main-hole jet”) from the main hole by a simple method. The method of using the heat generated by secondary combustion of CO gas produced by decarburization blowing by supplying oxygen from the atmosphere was studied. Here, the secondary combustion is a reaction (2CO + O 2 = 2CO 2 ) in which CO gas generated by decarburization blowing of hot metal is burned by oxygen supplied from a sub-hole or the like.

先ず、主孔の周囲に複数の副孔を配置した小型ランスにおける検証を行った。転炉内のガスを模擬するために、ランスの外周雰囲気にCOガスを供給した。また、COガスの発熱量の影響を確認するために、プロパンガスを供給する試験も実施した。その結果、比較的発熱量の少ないCOガスであっても、副孔から供給する酸素によって主孔の周囲に高温帯を形成可能であることが確認できた。また、副孔からプロパンガスを供給する試験も実施したが、この場合には、ランス出口近傍から激しい火炎が生成し、火炎で囲まれた内部は、著しく高温化することが分かった。   First, verification was performed on a small lance in which a plurality of sub holes were arranged around the main hole. In order to simulate the gas in the converter, CO gas was supplied to the outer peripheral atmosphere of the lance. In addition, in order to confirm the influence of the calorific value of CO gas, a test for supplying propane gas was also conducted. As a result, it was confirmed that even a CO gas having a relatively small calorific value can form a high temperature zone around the main hole by oxygen supplied from the sub hole. In addition, a test for supplying propane gas from the sub-hole was also conducted. In this case, it was found that a violent flame was generated near the lance outlet, and the inside surrounded by the flame was remarkably heated.

この結果に基づき、小型転炉において溶銑の脱炭吹錬試験を行った。その結果、主孔の周囲に副孔を適正に配置した上吹きランスを用いて送酸精錬を行うことで、溶銑の浴面において酸素ジェットの高い動圧を得られることが分かった。この場合、主孔からの酸素ジェットによる脱炭反応によって、転炉内の雰囲気が高濃度のCOガス雰囲気となり、このCOガスと副孔からの酸素とが反応して二次燃焼が起こる。通常、二次燃焼は、炉内温度或いは浴温度の上昇を目的とするが、副孔を適正に配置することにより、酸素ジェットの周囲の温度を部分的に高温とし、ジェットへの雰囲気ガスの巻き込みが減少して動圧が増大する、即ち、副孔から酸素含有ガスの適正な供給を行うことによって高動圧が得られることが分かった。この場合、主孔からの酸素ジェットの周囲が高温であることを必要とするため、副孔からの酸素が主孔ジェットを包囲するように副孔から噴射させることが重要である。副孔からの酸素が主孔ジェットを包囲しない場合には、高温帯が拡散してしまい、雰囲気ガスの巻き込み抑制効果は著しく低下する。   Based on this result, a decarburization blow smelting test of hot metal was conducted in a small converter. As a result, it was found that a high dynamic pressure of the oxygen jet can be obtained on the bath surface of the hot metal by performing acid refining using an upper blowing lance in which auxiliary holes are appropriately arranged around the main hole. In this case, due to the decarburization reaction by the oxygen jet from the main hole, the atmosphere in the converter becomes a high-concentration CO gas atmosphere, and this CO gas and oxygen from the sub-hole react to cause secondary combustion. Normally, secondary combustion is aimed at raising the furnace temperature or bath temperature, but by appropriately arranging the sub-holes, the temperature around the oxygen jet is partially increased, and the atmosphere gas to the jet is increased. It has been found that entrainment is reduced and dynamic pressure is increased, that is, high dynamic pressure can be obtained by appropriately supplying the oxygen-containing gas from the auxiliary hole. In this case, since it is necessary that the periphery of the oxygen jet from the main hole be at a high temperature, it is important that the oxygen from the subhole is injected from the subhole so as to surround the main hole jet. When oxygen from the subhole does not surround the main hole jet, the high temperature zone diffuses, and the effect of suppressing the entrainment of the atmospheric gas is significantly reduced.

この副孔を有する本発明に係る上吹きランスの概略図を図1、図2及び図3に示す。尚、図1は、4つの主孔と8つの副孔とを有する上吹きランスの概略側面断面図、図2は、図1のX−X’矢視による概略図、図3は、図1に示す主孔の形状であるラバールノズルの概略断面図である。   A schematic view of an upper blowing lance according to the present invention having this auxiliary hole is shown in FIGS. 1 is a schematic side sectional view of an upper blowing lance having four main holes and eight sub-holes, FIG. 2 is a schematic view taken along the line XX ′ of FIG. 1, and FIG. It is a schematic sectional drawing of the Laval nozzle which is the shape of the main hole shown in FIG.

図1及び図2に示すように、本発明に係る上吹きランス1は、円筒状のランス本体2と、このランス本体2の下端に溶接などにより接続されたランスノズル3とで構成されており、そして、ランス本体2は、外管9、中管10、内管11、最内管12からなる同心円状の4種の鋼管、即ち四重管で構成され、銅製のランスノズル3には、鉛直斜め下向き方向を向いた4つの主孔4が設置され、主孔4の周囲に複数個(図2では8個)の副孔8が設置されている。主孔4はラバールノズル形状であり、副孔8はストレート形状である。副孔8は、主孔4を取り囲むように、ランスノズル3の軸心を中心としてほぼ同心円状に配置されている。主孔4は、鉛直下向き方向としても構わない。   As shown in FIGS. 1 and 2, an upper blow lance 1 according to the present invention is composed of a cylindrical lance body 2 and a lance nozzle 3 connected to the lower end of the lance body 2 by welding or the like. The lance body 2 is composed of four types of concentric steel pipes consisting of an outer pipe 9, an intermediate pipe 10, an inner pipe 11, and an innermost pipe 12, that is, a quadruple pipe. Four main holes 4 facing vertically downward are installed, and a plurality of (eight in FIG. 2) sub-holes 8 are installed around the main hole 4. The main hole 4 has a Laval nozzle shape, and the sub-hole 8 has a straight shape. The sub-holes 8 are arranged substantially concentrically around the axis of the lance nozzle 3 so as to surround the main hole 4. The main hole 4 may be a vertically downward direction.

外管9と中管10との間隙、及び、中管10と内管11との間隙は、上吹きランス1を冷却するための冷却水の流路となっており、上吹きランス1の上部に設けられた給水継手(図示せず)から供給された冷却水は、中間10と内管11との間隙を通ってランスノズル3の部位まで至り、ランスノズル3の部位で反転して外管9と中管10との間隙を通って上吹きランス1の上部に設けられた排水継手(図示せず)から排出される。この場合に給排水の径路を逆としてもよい。   The gap between the outer tube 9 and the middle tube 10 and the gap between the middle tube 10 and the inner tube 11 serve as a cooling water flow path for cooling the upper blowing lance 1. The cooling water supplied from a water supply joint (not shown) provided in the pipe passes through the gap between the intermediate 10 and the inner pipe 11 to reach the lance nozzle 3 and is reversed at the lance nozzle 3 to be reversed to the outer pipe. The water is discharged from a drainage joint (not shown) provided in the upper part of the upper blowing lance 1 through a gap between the intermediate pipe 10 and the middle pipe 10. In this case, the water supply / drainage path may be reversed.

内管11と最内管12との間隙は、副孔8への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス1の上端部から内管11と最内管12との間隙に供給された酸素含有ガスは、内管11と最内管12との間隙を通り、副孔8から転炉内に噴出される。また、最内管12の内部は主孔4への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス1の上端部から最内管12の内部に供給された酸素含有ガスは、最内管12の内部を通り、主孔4から転炉内に噴出される。   The gap between the inner tube 11 and the innermost tube 12 serves as a supply flow path for the oxygen-containing gas to the sub-hole 8, and extends from the upper end of the upper blowing lance 1 to the gap between the inner tube 11 and the innermost tube 12. The supplied oxygen-containing gas passes through the gap between the inner tube 11 and the innermost tube 12 and is ejected from the auxiliary hole 8 into the converter. Further, the inside of the innermost pipe 12 serves as a supply flow path for oxygen-containing gas to the main hole 4, and the oxygen-containing gas supplied from the upper end of the upper blowing lance 1 to the inside of the innermost pipe 12 It passes through the inside of the inner pipe 12 and is ejected from the main hole 4 into the converter.

酸化精錬用の酸素を供給するための主孔4はラバールノズル形状であり、図3にその形状を示す。図3に示すように、主孔4は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の2つの円錐体で構成されたラバールノズル形状であり、このラバールノズル形状のノズルにおいては、縮小部分は絞り部5、拡大部分はスカート部7、絞り部5からスカート部7に遷移する部位であって最も狭くなった部位はスロート6と呼ばれている。上吹きランス1を通ってきた酸素含有ガスは、絞り部5、スロート6、スカート部7を順に通って、超音速または亜音速のジェットとして噴射される。図3中のDtはスロート径、Deは出口径であり、スカート部7の広がり角度θは通常10°以下である。スロート径Dt及び出口径Deは、操業条件に基づいて理論式により最適な形状が定められる。   The main hole 4 for supplying oxygen for oxidative refining has a Laval nozzle shape, and its shape is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the main hole 4 has a Laval nozzle shape composed of two cones, a portion whose cross section is reduced and a portion where the cross section is enlarged. In the nozzle of this Laval nozzle shape, the reduced portion is the throttle portion 5. The enlarged portion is the skirt portion 7, and the portion where the narrowed portion 5 transitions from the narrowed portion 5 to the skirt portion 7 is called the throat 6. The oxygen-containing gas that has passed through the upper blowing lance 1 passes through the throttle portion 5, the throat 6, and the skirt portion 7 in this order, and is injected as a supersonic or subsonic jet. In FIG. 3, Dt is the throat diameter, De is the exit diameter, and the spread angle θ of the skirt portion 7 is usually 10 ° or less. The optimum shape of the throat diameter Dt and the outlet diameter De is determined by a theoretical formula based on the operating conditions.

副孔8は、脱炭反応によって生成するCOガスを燃焼させて主孔4からの酸素ジェットの周囲に高温帯を形成させる酸素含有ガスを供給するためのものであり、従って、主孔4からの酸素ジェットの周囲に複数の副孔8を配置する必要がある。主孔4からの酸素ジェットを高温帯で包み込むためには、副孔8の設置数は多いほど好ましく、主孔4が1つの場合には3つ以上の副孔8が好ましく、通常、転炉脱炭吹錬で使用する上吹きランス1では、主孔4が複数個であり、この場合には、副孔8は6つ以上、望ましくは8つ以上配置することが好ましい。また、副孔8は主孔4の周囲に均等に配置することが好ましい。   The sub-hole 8 is for supplying an oxygen-containing gas that forms a high-temperature zone around the oxygen jet from the main hole 4 by burning the CO gas generated by the decarburization reaction. It is necessary to arrange a plurality of auxiliary holes 8 around the oxygen jet. In order to wrap the oxygen jet from the main hole 4 in a high temperature zone, the larger the number of the sub holes 8 is, the more preferable. When there is one main hole 4, three or more sub holes 8 are preferable. In the top blowing lance 1 used in decarburization blowing, there are a plurality of main holes 4, and in this case, it is preferable to arrange 6 or more, preferably 8 or more sub-holes 8. The sub holes 8 are preferably arranged evenly around the main hole 4.

このとき、二次燃焼を安定化させ、且つ、主孔4及び副孔8を合わせた総脱炭酸素効率向上の観点から、副孔8からの送酸量は主孔4からの送酸量に対して少ないほうがよく、具体的には、副孔8からの送酸速度は主孔4からの送酸速度の20%以下とすることが好ましい。   At this time, from the viewpoint of stabilizing the secondary combustion and improving the total decarbonation efficiency of the main hole 4 and the subhole 8 together, the amount of acid sent from the subhole 8 is the amount of acid sent from the main hole 4. The acid feed rate from the sub-hole 8 is preferably 20% or less of the acid feed rate from the main hole 4.

また、副孔8は、鉛直下向きとすればよいが、角度(「傾角」という)を設けてもよい。図1に、主孔4の傾角をθS とし、副孔8の傾角をθf として示す。但し、傾角θfを広げすぎると高温帯が周囲に拡散して、主孔4から噴射される酸素ジェットの周囲から高温帯が離れてしまい、主孔ジェットの減衰抑制効果が小さくなる。この理由から、副孔8の傾角θfは、主孔4の傾角θS に10°を加えた値よりも小さくすること、望ましくは主孔4の傾角θS に5°を加えた値よりも小さくすることが好ましい。それぞれの主孔4の傾角θS が異なる場合には、最も大きい傾角θS を基準とすればよい。傾角θf は小さいほど好ましいが、傾角θfを主孔4に向かった内側方向にすると主孔4の酸素ジェットを乱すため、前述した高温帯の効果を得られにくくなる。そのため、傾角θf は、0°(鉛直下向き)から主孔4の傾角θS 以下の範囲とすることが好ましい。それぞれの副孔8で傾角θfが異なっていても構わない。また、主孔4からの酸素ジェットを高温帯でより一層包囲するために、これらの副孔8に加えて中心孔を設けると更に効果が向上する。また、副孔8は、ラバールノズル形状でも構わないが、燃焼を安定させるためにストレート型ノズルが好ましい。ここで、主孔4の傾角θSは通常20°以下である。また、主孔4の孔数は特に制限する必要はない。 The sub-hole 8 may be vertically downward, but may be provided with an angle (referred to as “tilt angle”). FIG. 1 shows the inclination angle of the main hole 4 as θ S and the inclination angle of the sub hole 8 as θ f . However, if the inclination angle θ f is excessively widened, the high temperature zone diffuses to the surroundings, and the high temperature zone is separated from the periphery of the oxygen jet injected from the main hole 4, and the attenuation suppression effect of the main hole jet is reduced. For this reason, the tilt angle θ f of the sub-hole 8 is made smaller than the value obtained by adding 10 ° to the tilt angle θ S of the main hole 4, and preferably from the value obtained by adding 5 ° to the tilt angle θ S of the main hole 4. It is preferable to reduce the size. When the inclination angles θ S of the main holes 4 are different, the largest inclination angle θ S may be used as a reference. The tilt angle θ f is preferably as small as possible. However, if the tilt angle θ f is set inwardly toward the main hole 4, the oxygen jet in the main hole 4 is disturbed, so that the above-described effect of the high-temperature zone is difficult to obtain. Therefore, the inclination angle θ f is preferably in the range of 0 ° (vertically downward) to the inclination angle θ S of the main hole 4 or less. It may be different from the inclination angle θ f in each of the sub-ports 8. Further, in order to further surround the oxygen jet from the main hole 4 in the high temperature zone, the effect is further improved if a center hole is provided in addition to the sub holes 8. The sub-hole 8 may have a Laval nozzle shape, but a straight nozzle is preferable in order to stabilize combustion. Here, the inclination angle θ S of the main hole 4 is usually 20 ° or less. Further, the number of holes in the main hole 4 need not be particularly limited.

尚、図3に示すラバールノズル形状の主孔4では、絞り部5及びスカート部7が円錐体であるが、ラバールノズルとしては絞り部5及びスカート部7は円錐体である必要はなく、内径が曲線的に変化する曲面で構成してもよく、また、絞り部5はスロート6と同一の内径であるストレート状の円筒形としてもよい。絞り部5及びスカート部7を、内径が曲線的に変化する曲面で構成する場合には、ラバールノズルとして理想的な流速分布が得られるが、ノズルの加工が極めて困難であり、一方、絞り部5をストレート状の円筒形とした場合には、理想的な流速分布とは若干解離するが、使用には全く問題とならず、且つ、ノズルの加工が極めて容易となる。本発明ではこれら全ての末広がりのノズルをラバールノズルと称することとする。   In the main nozzle 4 of the Laval nozzle shape shown in FIG. 3, the throttle portion 5 and the skirt portion 7 are conical, but for the Laval nozzle, the throttle portion 5 and the skirt portion 7 do not need to be conical, and the inner diameter is curved. The throttle portion 5 may be a straight cylindrical shape having the same inner diameter as the throat 6. When the throttle part 5 and the skirt part 7 are configured with curved surfaces whose inner diameter changes in a curved manner, an ideal flow velocity distribution as a Laval nozzle can be obtained, but it is extremely difficult to process the nozzle, while the throttle part 5 In the case of a straight cylindrical shape, it is slightly dissociated from the ideal flow velocity distribution, but there is no problem in use, and the nozzle processing becomes extremely easy. In the present invention, all these divergent nozzles are referred to as Laval nozzles.

また、図1では、上吹きランス1は四重管構造であるが、外管9、中管10、内管11の三重管構造とし、内管11の内部を主孔4及び副孔8への酸素含有ガスの供給流路としてもよい。但し、この場合には、内管11を介して送られる酸素含有ガスは、主孔4及び副孔8のそれぞれのノズル吐出孔断面積に応じた比率で主孔4及び副孔8から噴射されることになり、従って、酸素含有ガスの供給量及び供給時期を主孔4と副孔8とで任意に変更することができる点で、兼用流路とするよりも図1に示す独立流路とすることが好ましい。   In FIG. 1, the upper blowing lance 1 has a quadruple tube structure, but has a triple tube structure of an outer tube 9, an intermediate tube 10, and an inner tube 11, and the inside of the inner tube 11 is connected to the main hole 4 and the subhole 8. The oxygen-containing gas supply channel may be used. However, in this case, the oxygen-containing gas sent through the inner pipe 11 is injected from the main hole 4 and the sub hole 8 at a ratio corresponding to the cross-sectional area of each nozzle discharge hole of the main hole 4 and the sub hole 8. Therefore, the independent flow path shown in FIG. 1 is more preferable than the dual-purpose flow path in that the supply amount and supply timing of the oxygen-containing gas can be arbitrarily changed between the main hole 4 and the sub hole 8. It is preferable that

このようにして構成される本発明に係る上吹きランス1を用い、転炉に収容された溶銑または溶鋼に向けて、酸素、空気、酸素富化空気、Ar−酸素混合ガスなどの酸素含有ガスを吹き付け、溶銑または溶鋼を酸化精錬する。酸化精錬としては、溶銑の脱炭吹錬、溶銑の予備脱燐処理、コークスなどの炭材の燃焼熱を利用した鉄スクラップの溶解処理、溶銑の存在下で行うCr鉱石の溶融還元処理などを実施することができる。つまり、COガスが生成する酸化精錬であるならば、本発明に係る上吹きランス1を用いて効率的に精錬することができる。   Oxygen-containing gas such as oxygen, air, oxygen-enriched air, Ar-oxygen mixed gas, toward the hot metal or molten steel accommodated in the converter, using the top blow lance 1 according to the present invention configured as described above. And oxidize and refine hot metal or molten steel. Oxidative refining includes hot metal decarburization blowing, hot metal preliminary dephosphorization treatment, iron scrap melting treatment using the combustion heat of carbonaceous materials such as coke, and smelting reduction treatment of Cr ore in the presence of hot metal. Can be implemented. That is, if it is the oxidation refining which CO gas produces | generates, it can refine efficiently using the top blowing lance 1 which concerns on this invention.

ラバールノズル形状の主孔4から噴射される酸素含有ガスのジェットは、主孔4のスロート径Dt及び出口径Deによって定まる所定の送酸速度のときに最適に膨張し、理想的な超音速のジェットとして噴射される。溶銑または溶鋼に酸化精錬を施す場合、例えば溶銑の脱炭吹錬のように、精錬途中で送酸速度を変更する必要の生ずる場合が発生する。その場合に、送酸速度が、スロート径Dt及び出口径Deによって定まる所定の送酸速度を外れて不適正な送酸条件になると、所定の送酸速度よりも上に外れたときにはジェットの不足膨張により、一方、所定の送酸速度よりも下に外れたときにはジェットの過剰膨張により、ともにエネルギーロスが生じて理論的に求められる理想的な超音速は得られず、ジェット自体の動圧は低下する。特に、送酸速度を低下させた場合には、低送酸による動圧低下も含め、浴面での著しい動圧低下が生じる。   The oxygen-containing gas jet injected from the Laval nozzle-shaped main hole 4 is optimally expanded at a predetermined oxygen feed rate determined by the throat diameter Dt and the outlet diameter De of the main hole 4, and is an ideal supersonic jet. Injected as. When hot metal or molten steel is subjected to oxidative refining, there is a case where it is necessary to change the acid feed rate during refining, for example, decarburization blowing of hot metal. In that case, if the acid delivery rate deviates from the predetermined acid delivery rate determined by the throat diameter Dt and the outlet diameter De and becomes inadequate acid delivery conditions, there will be a shortage of jets when the acid delivery rate exceeds the predetermined acid delivery rate. On the other hand, when it falls below a predetermined acid feed rate, both the energy loss occurs due to excessive expansion of the jet, and the ideal supersonic speed that is theoretically required cannot be obtained. descend. In particular, when the acid delivery rate is decreased, a significant decrease in dynamic pressure occurs on the bath surface, including a decrease in dynamic pressure due to low acid delivery.

これに対して、本発明に係る上吹きランス1の副孔8から酸素含有ガスを供給することで、主孔4からのジェットによる脱炭反応で生じた雰囲気ガス中のCOガスが、副孔8から供給される酸素により二次燃焼し、主孔4のジェットの噴出部周囲に高温帯が生じる。そのため、主孔ジェット周囲の温度が部分的に高温になり、ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が減少することによって、主孔ジェットへの雰囲気ガスの巻込み量が少なくなり、換言すれば雰囲気ガスによる主孔ジェットの減衰が抑制され、浴面における主孔ジェットの動圧を従来に比べて増加させることができる。つまり、本発明に係る上吹きランス1を使用することにより、主孔ジェット自体の動圧が低下するような不適正な送酸条件であっても、雰囲気ガスによる主孔ジェットの減衰を抑制することができるので、浴面における主孔ジェットの動圧を、主孔4の出口における動圧とほぼ同等の高い値に維持させることが可能となる。この場合、脱炭反応によって発生したCOガスを利用するために燃料ガスは不要である。尚、高温帯が主孔ジェットの周囲に密着していない場合には、上記効果は著しく低下する。   On the other hand, by supplying the oxygen-containing gas from the sub-hole 8 of the upper blowing lance 1 according to the present invention, the CO gas in the atmospheric gas generated by the decarburization reaction by the jet from the main hole 4 is changed to the sub-hole. Secondary combustion is performed by oxygen supplied from 8, and a high-temperature zone is generated around the jet portion of the main hole 4. Therefore, the temperature around the main hole jet becomes partially high, and the density of the atmospheric gas around the jet decreases, so that the amount of atmospheric gas entrained in the main hole jet decreases, in other words, due to the atmospheric gas. The attenuation of the main hole jet is suppressed, and the dynamic pressure of the main hole jet on the bath surface can be increased as compared with the conventional case. That is, by using the top blowing lance 1 according to the present invention, the attenuation of the main hole jet due to the atmospheric gas is suppressed even under an inappropriate acid feeding condition in which the dynamic pressure of the main hole jet itself is lowered. Therefore, the dynamic pressure of the main hole jet on the bath surface can be maintained at a high value substantially equal to the dynamic pressure at the outlet of the main hole 4. In this case, no fuel gas is required to use the CO gas generated by the decarburization reaction. In addition, when the high temperature zone is not closely attached to the periphery of the main hole jet, the above effect is remarkably reduced.

このように、送酸速度を低下させても主孔ジェットの動圧が従来に比べて増加するので、酸素の反応効率が上昇し、脱炭反応などの反応速度を促進させることが可能となる。尚、送酸速度が理想的な超音速のジェットを得ることのできる適正範囲にある場合など、動圧増大の必要がないようなときには、副孔8から酸素含有ガスを供給する必要はないが、副孔8の詰まり防止やランスノズル3の冷却のために、このような場合でも少量の酸素含有ガス或いは不活性ガスを副孔8から供給することが好ましい。ここで、送酸条件が理想的な超音速のジェットを得ることのできる適正範囲であっても、動圧を増大させる必要のある場合には、本発明により更なる高動圧化効果が得られることはいうまでもない。   Thus, even if the acid feed rate is reduced, the dynamic pressure of the main hole jet increases compared to the conventional case, so that the reaction efficiency of oxygen is increased and the reaction rate such as decarburization reaction can be promoted. . When there is no need to increase the dynamic pressure, such as when the acid feed rate is in an appropriate range where an ideal supersonic jet can be obtained, it is not necessary to supply the oxygen-containing gas from the auxiliary hole 8. Even in such a case, it is preferable to supply a small amount of oxygen-containing gas or inert gas from the sub-hole 8 in order to prevent clogging of the sub-hole 8 and to cool the lance nozzle 3. Here, even if the acid supply conditions are within an appropriate range in which an ideal supersonic jet can be obtained, if it is necessary to increase the dynamic pressure, the present invention can further increase the dynamic pressure. Needless to say.

以上説明したように、本発明では、副孔8からの酸素含有ガスの供給により、主孔4からのジェットの動圧を制御することが可能となる。特に、この動圧の制御方法を、予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬に適用することで、種々の利益を得ることができる。   As described above, in the present invention, the dynamic pressure of the jet from the main hole 4 can be controlled by supplying the oxygen-containing gas from the sub-hole 8. In particular, various benefits can be obtained by applying this dynamic pressure control method to converter decarburization blowing of hot metal that has been subjected to preliminary dephosphorization.

即ち、予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬では、従来、脱炭吹錬の初期から中期にかけての脱炭最盛期では、炉内のスラグ量が少ないことに起因して上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が顕著になり、鉄歩留まりの低下や操業の不安定化をもたらし、一方、脱炭吹錬の末期では、脱炭酸素効率を高める目的で送酸速度を低減することにより、ラバールノズルの適正流量から大きく下方に外れ、ラバールノズルの効果が得られず、不必要に酸素ジェットが減衰し、主にスラグ中のT.Feの増加に見られるように、脱炭反応効率の低下が生じていた。   That is, in converter decarburization blowing of hot metal that has been subjected to preliminary dephosphorization, conventionally, in the decarburization peak period from the initial stage to the middle stage of decarburization, the top blown due to the small amount of slag in the furnace. Iron scattering and dust generation due to oxygen jets become prominent, leading to a decrease in iron yield and operational instability.On the other hand, at the end of decarburization blowing, the acid feed rate is increased to increase decarbonation efficiency. By reducing the flow rate, the flow rate of the Laval nozzle greatly deviates downward, the effect of the Laval nozzle is not obtained, and the oxygen jet is unnecessarily attenuated. As seen in the increase of Fe, the decarburization reaction efficiency was reduced.

これに対して、脱炭吹錬の初期から中期の脱炭最盛期には低動圧・高送酸操業とするために、例えば、主孔4を低い圧力で最適なジェットが得られる低動圧のラバールノズル形状として本発明の上吹きランス1を設計し、この上吹きランス1を用いて、以下のようにして予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬を実施する。即ち、脱炭吹錬の初期から中期においては、主孔4からは低動圧で且つ高送酸速度で酸素ジェットを供給するとともに、副孔8からは地金飛散による閉塞を回避するだけの必要最小限の酸素或いは不活性ガスを供給し、一方、脱炭吹錬末期においては、主孔4からの送酸速度は低減させるものの、副孔8から酸素を供給して主孔ジェットの動圧の減衰を防止し、従来に比べて高い動圧を確保する。このようにして脱炭吹錬することで、脱炭吹錬の初期から中期においては、酸素ジェットの動圧が低く抑えられることから上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が抑制されて、鉄歩留まりの向上及び操業の安定化がもたらされ、また、脱炭吹錬の末期には、低い送酸速度であっても酸素ジェットの動圧が増加することにより、溶湯の攪拌が改善されて鉄の酸化が抑制されて鉄歩留まりが向上すると同時に脱炭反応が促進される。転炉内にMn鉱石を添加してこのMn鉱石を還元する操業の場合には、Mn歩留まりの飛躍的な向上も得ることができる。これらの効果は、炉内のスラグ量が50kg/t以下の場合に顕著であり、スラグ量が20kg/t以下の場合に特に顕著である。   On the other hand, in order to achieve low dynamic pressure and high acid feed operation in the decarburization peak period from the initial stage to the middle stage of decarburization, for example, low dynamics that can obtain an optimum jet at a low pressure in the main hole 4 are achieved. The top blowing lance 1 of the present invention is designed as a pressure Laval nozzle shape, and using this top blowing lance 1, converter decarburization blowing of hot metal preliminarily dephosphorized is performed as follows. That is, in the initial to middle stage of decarburization, oxygen jet is supplied from the main hole 4 at a low dynamic pressure and a high acid feed rate, and from the sub-hole 8, only blockage due to metal scattering is avoided. The minimum necessary oxygen or inert gas is supplied. On the other hand, at the end of decarburization blowing, although the acid feed rate from the main hole 4 is reduced, oxygen is supplied from the sub-hole 8 to move the main hole jet. Prevents pressure decay and ensures higher dynamic pressure than before. By decarburizing and blowing in this way, the dynamic pressure of the oxygen jet is kept low from the beginning to the middle of the decarburization blowing, so iron scattering and dust generation by the top blowing oxygen jet are suppressed. The iron yield is improved and the operation is stabilized. At the end of decarburization, the stirring pressure of the molten metal is improved by increasing the dynamic pressure of the oxygen jet even at a low acid feed rate. As a result, iron oxidation is suppressed and the iron yield is improved, and at the same time, the decarburization reaction is promoted. In the operation of adding Mn ore into the converter and reducing the Mn ore, a dramatic improvement in Mn yield can be obtained. These effects are remarkable when the amount of slag in the furnace is 50 kg / t or less, and particularly remarkable when the amount of slag is 20 kg / t or less.

尚、脱炭吹錬の初期から中期の脱炭最盛期に副孔8から酸素を供給すれば、主孔4からの酸素ジェットの動圧は更に高くなり、例えば、Mn鉱石の溶融還元の促進効果などが得られる。また、酸素ジェットによる攪拌が強化されることから、底吹き攪拌の必要性がなくなり、更に、同様な酸素ジェットの軌跡を維持しつつランス高さを高めることができることから、上吹きランス1への地金付着も軽減することができる。   In addition, if oxygen is supplied from the sub-hole 8 in the decarburization peak period from the initial stage to the middle stage of the decarburization, the dynamic pressure of the oxygen jet from the main hole 4 is further increased. An effect etc. are acquired. Further, since the stirring by the oxygen jet is strengthened, the necessity for bottom blowing stirring is eliminated, and further, the height of the lance can be increased while maintaining the same oxygen jet trajectory. Metal adhesion can also be reduced.

また、本発明の上吹きランス1を用いた溶銑の予備脱燐処理においては、酸素ジェットの動圧が上昇することで溶銑の攪拌が促進され、鉄スクラップの溶解が促進することから、多量の鉄スクラップを溶解することが可能となる。   Further, in the hot metal preliminary dephosphorization process using the top blowing lance 1 of the present invention, the dynamic pressure of the oxygen jet is increased, so that the stirring of the hot metal is promoted and the melting of the iron scrap is promoted. Iron scrap can be melted.

本発明では、脱炭反応によって生成するCOガスを利用するため、生成するCOガスを容器から拡散させないために、容器としては密閉に近い転炉を用いることが最適であるが、大気の巻き込みを抑制するような集塵装置及び排ガス設備を用いた場合には、鍋型容器であっても、本発明を実施することができる。   In the present invention, since CO gas generated by the decarburization reaction is used, it is optimal to use a converter that is close to the hermetic seal so that the generated CO gas does not diffuse from the container. When using a dust collector and exhaust gas equipment that suppresses the present invention, the present invention can be implemented even in a pot-type container.

以下、本発明例を比較例とともに示す。容量が260トンで、酸素を上吹きし、攪拌用ガスを底吹きする上底吹き複合吹錬用転炉内に約260トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行った。用いた溶銑は、転炉脱炭吹錬の前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理及び脱燐処理が施された同一鋼種向けの溶銑であり、溶銑の珪素濃度は0.10質量%以下、燐濃度は0.007〜0.018質量%であった。転炉内には石灰系フラックスを添加し、スラグを生成させている。スラグの分析値から求められたスラグの塩基度(CaO/SiO2 )は約2.8〜3.7であり、炉内のスラグ量はCaOバランスによって求めた。転炉々底に設置した羽口からは、溶湯攪拌を目的としてArまたは窒素を毎分10〜25Nm3程度吹き込んだ。 Examples of the present invention are shown below together with comparative examples. About 260 tons of hot metal was charged into a top-bottom-blown combined blowing converter that had a capacity of 260 tons, oxygen was blown up, and stirring gas was blown at the bottom, and decarburization blowing was mainly performed. The hot metal used was the hot metal for the same steel type that was desulfurized and dephosphorized in the hot metal pretreatment facility, which was the previous process of converter decarburization blowing, and the silicon concentration of the hot metal was 0.10 mass%. Hereinafter, the phosphorus concentration was 0.007 to 0.018 mass%. Lime-based flux is added into the converter to generate slag. The basicity (CaO / SiO 2 ) of slag determined from the analysis value of slag was about 2.8 to 3.7, and the amount of slag in the furnace was determined from the CaO balance. From the tuyere installed at the bottom of the converter, Ar or nitrogen was blown at a rate of about 10 to 25 Nm 3 per minute for the purpose of stirring the molten metal.

送酸は、4孔で傾角θS が12°の主孔と、3〜8孔の副孔とを有する上吹きランスにより行い、主孔からの送酸速度は、吹錬初期から中期にかけては60000Nm3/hr、吹錬末期では30000Nm3 /hrとし、ランス高さなどの吹錬パターンは何れの操業においても極力同一とした。主孔と副孔とは、図1に示すように酸素の供給径路を独立させ、副孔からは吹錬末期に酸素を供給した。副孔からの送酸速度は、主孔の送酸速度の20%以上とすると炉内のフレーム異常が生じ且つ耐火物の損耗も大きい傾向があったため、3000Nm3/hrとした。脱炭吹錬の終了目標は溶鋼中炭素濃度が0.05質量%となった時点とし、終了時の溶鋼温度は1650℃を目標とした。吹錬中、炉内に5kg/tのMn鉱石を投入し、吹錬終点でのMn歩留まりを調査した。また、吹錬終了時のスラグを採取し、スラグ中のT.Feの濃度を調査した。 The acid feeding is performed by an upper blowing lance having 4 holes and a main hole with an inclination angle θ S of 12 ° and 3 to 8 holes, and the acid feeding rate from the main hole is from the initial stage to the middle stage of the blowing process. 60000Nm 3 / hr, the blow end and 30000Nm 3 / hr, blowing patterns such as lance height was also the utmost identical in any operation. As shown in FIG. 1, the main hole and the sub hole made the oxygen supply path independent, and oxygen was supplied from the sub hole at the end of blowing. The acid feed rate from the sub-hole was set to 3000 Nm 3 / hr because there was a tendency for flame abnormality in the furnace and large wear of the refractory when the acid feed rate of the main hole was 20% or more. The end target of decarburization blowing was the time when the carbon concentration in the molten steel reached 0.05 mass%, and the molten steel temperature at the end was set to 1650 ° C. During blowing, 5 kg / t of Mn ore was charged into the furnace, and the Mn yield at the end of blowing was investigated. Also, slag at the end of blowing was collected and T. The concentration of Fe was investigated.

また、比較例として副孔を備えていない4つの主孔を有する上吹きランスの操業も実施した。比較例では、副孔から酸素を供給しないこと以外は、本発明例の操業条件に準じて行った。表1に、本発明例及び比較例の操業条件及び操業結果を示す。   Moreover, the operation of the top blowing lance which has four main holes which are not provided with the subhole as a comparative example was also implemented. In the comparative example, it carried out according to the operating conditions of the example of this invention except not supplying oxygen from a subpore. Table 1 shows the operation conditions and operation results of the inventive examples and the comparative examples.

Figure 2006328432
Figure 2006328432

表1に示すように、本発明例においては、比較例に比べてスラグ中のT.Fe濃度が低く、鉄歩留まりが向上することが確認できた。また、本発明例においては、スラグ中のT.Fe濃度が低くなることから、Mn鉱石の還元歩留まりも向上することが確認できた。また、これらの効果は、副孔の設置数を多くし且つ副孔の傾角θf を小さくすることによって顕著になることも確認できた。 As shown in Table 1, in the example of the present invention, the T.V. It was confirmed that the Fe concentration was low and the iron yield was improved. In the present invention example, the T.I. It was confirmed that the reduction yield of Mn ore was improved because the Fe concentration was low. It was also confirmed that these effects become significant by increasing the number of sub-holes installed and reducing the tilt angle θ f of the sub-holes.

本発明に係る上吹きランスの概略側面断面図である。It is a schematic side sectional view of the top blowing lance according to the present invention. 図1のX−X’矢視による概略図である。It is the schematic by the X-X 'arrow of FIG. 図1に示す主孔の形状であるラバールノズルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the Laval nozzle which is the shape of the main hole shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 上吹きランス
2 ランス本体
3 ランスノズル
4 主孔
5 絞り部
6 スロート
7 スカート部
8 副孔
9 外管
10 中管
11 内管
12 最内管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top blowing lance 2 Lance main body 3 Lance nozzle 4 Main hole 5 Constriction part 6 Throat 7 Skirt part 8 Subhole 9 Outer pipe 10 Middle pipe 11 Inner pipe 12 Innermost pipe

Claims (10)

その先端に1孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置された上吹きランスから、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するに際し、前記主孔の周囲に、傾角が主孔の傾角に10°を加えた値以下である副孔を同心円状に複数配置し、該副孔から酸素含有ガスを供給して、前記主孔から噴射される酸素含有ガスの周囲に二次燃焼による高温帯を形成することを特徴とする転炉吹錬方法。   When an oxygen-containing gas is blown toward the hot metal or molten steel from an upper blowing lance having one or more Laval nozzle-shaped main holes at its tip, an inclination angle is formed around the main hole. A plurality of sub-holes that are equal to or less than the value obtained by adding 10 ° to the tilt angle are concentrically arranged, oxygen-containing gas is supplied from the sub-holes, and secondary combustion is generated around the oxygen-containing gas injected from the main holes. A converter blowing method characterized by forming a high temperature zone. 前記副孔の傾角は、主孔の傾角に5°を加えた値以下であることを特徴とする、請求項1に記載の転炉吹錬方法。   2. The converter blowing method according to claim 1, wherein an inclination angle of the auxiliary hole is equal to or less than a value obtained by adding 5 ° to an inclination angle of the main hole. 前記副孔は、6個以上配置されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の転炉吹錬方法。   The converter blowing method according to claim 1 or 2, wherein six or more sub-holes are arranged. 前記副孔からの酸素含有ガスの供給流量は、主孔からの酸素含有ガスの供給流量の20%以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項3の何れか1つに記載の転炉吹錬方法。   The supply flow rate of the oxygen-containing gas from the sub-hole is 20% or less of the supply flow rate of the oxygen-containing gas from the main hole, according to any one of claims 1 to 3. Converter blowing method. 前記主孔と前記副孔とで酸素含有ガスの供給量の調整をそれぞれ独立して行うことを特徴とする、請求項1ないし請求項4の何れか1つに記載の転炉吹錬方法。   The converter blowing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the supply amount of the oxygen-containing gas is independently adjusted in the main hole and the sub hole. 前記酸化精錬は、溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とする、請求項1ないし請求項5の何れか1つに記載の転炉吹錬方法。   6. The converter blowing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxidative refining is a hot metal preliminary dephosphorization treatment. 前記酸化精錬は、予備処理された溶銑の脱炭吹錬であり、該脱炭吹錬における生成スラグ量が50kg/t以下であることを特徴とする、請求項1ないし請求項5の何れか1つに記載の転炉吹錬方法。   The oxidative refining is decarburization blowing of hot metal that has been pretreated, and the amount of generated slag in the decarburization blowing is 50 kg / t or less, according to any one of claims 1 to 5. The converter blowing method as described in one. その先端に1孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置され、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、前記主孔の周囲には、傾角が主孔の傾角に10°を加えた値以下である複数の副孔が、同心円状に配置されていることを特徴とする転炉吹錬用上吹きランス。   One or more laval nozzle-shaped main holes are installed at the tip of the top blow lance for converter smelting by blowing oxygen-containing gas toward hot metal or molten steel, and surrounding the main hole. The upper blow lance for converter blowing is characterized in that a plurality of sub-holes having an inclination angle equal to or less than a value obtained by adding 10 ° to the inclination angle of the main hole are arranged concentrically. 前記副孔の傾角が、主孔の傾角に5°を加えた値以下であることを特徴とする、請求項8に記載の転炉吹錬用上吹きランス。   The upper blowing lance for converter blowing according to claim 8, wherein the inclination angle of the auxiliary hole is not more than a value obtained by adding 5 ° to the inclination angle of the main hole. 前記副孔が、6個以上配置されていることを特徴とする、請求項8または請求項9に記載の転炉吹錬用上吹きランス。   The upper blow lance for converter blowing according to claim 8 or 9, wherein six or more sub-holes are arranged.
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