JP2006336033A - 転炉吹錬方法及び転炉吹錬用上吹きランス - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素含有ガス並びに粉体の精錬剤を上吹きランスから溶銑に吹き付けて溶銑を酸化精錬するに当たり、精錬剤の散逸を抑制して精錬剤を反応領域の火点へ効率的に添加する。
【解決手段】 ラバールノズル形状の複数個の主孔４を備えた上吹きランス１を用い、該上吹きランスから酸素含有ガス及び粉体状の精錬剤を溶銑の浴面に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法であって、隣り合う主孔同士の干渉率を下記の（１）式によって定義したときに、隣り合った主孔の平均干渉率が３０〜６０％の範囲内である上吹きランスを用いて酸化精錬する。但し、（１）式において、γ：干渉率（％）、Ｄ：火点の直径（ｍ）、ｄ：隣り合う火点の中心間距離（ｍ）である。
γ=(Ｄ-ｄ)×100／Ｄ…(1)
【選択図】 図２

Description

本発明は、酸素含有ガス並びに粉体状の精錬剤を上吹きランスから溶銑に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法及びそれに用いる転炉吹錬用上吹きランスに関するものである。

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、脱炭処理、脱燐処理、脱珪処理など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、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。主たる酸素を供給するこのようなノズルは主孔と呼ばれている。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。

これらの転炉吹錬においては、生石灰などの精錬剤は、従来、ホッパー及びシュートなどの原料投入装置を介して転炉の上方から自然落下によって炉内に添加されていたが、近年、反応効率の向上などを目的として、粉体状の精錬剤を上吹きランスから搬送用ガスとともに溶銑に吹き付けて添加する精錬が提案されている。

例えば、特許文献１には、上吹きランスから、生石灰粉を上吹き酸素とともに溶銑に吹き付け、溶銑に脱燐処理を施す方法が開示されている。このような精錬剤の添加方法においては、用いる精錬剤が粉体であるために高効率の精錬が行われるが、一方、粉体状の精錬剤を用いることから、いかに飛散を抑制しながら反応領域に適切に精錬剤を供給するかが重要となる。また、精錬剤を上吹き酸素に混合して添加するので、精錬剤は高圧で噴射する酸素ジェットとともに噴出し、粉体状精錬剤によるノズルの損耗や粉体状精錬剤のジェット外部への散逸などが発生し、これらの対策を講じる必要がある。

特許文献２には、溶銑の脱炭吹錬における火点の冷却を目的として、上吹き酸素の出口部に連通させたノズル孔から、ＣＯ₂ 、ＣａＣＯ₃ 、水蒸気、水、Ｍｎ鉱石、鉄鉱石などの冷却剤の１種以上を、上吹き酸素に混入させて吹き込む方法が開示されている。しかしながらこの方法では、上吹きランス先端のノズル構造が複雑になり、実操業においてはノズル孔の閉塞などで問題が多いと考えられる。また、粉体のジェットの外部への散逸も問題である。

また、特許文献３には、ランス先端の酸素出口形状を円環状のスリットとし、その内側に１個以上の粉体吹き込み用ノズルを設けた上吹きランスが開示されている。このランスによれば、吹き込まれる粉体は周囲を上吹き酸素で包囲されるので、粉体の散逸は防止されるが、スリットから噴射される上吹き酸素は、噴出直後の圧力変動に起因して、通常のラバールノズルから噴射される上吹き酸素のような理想的な超音速ジェットにはなり得ず、上吹き酸素の反応効率が低下するという問題がある。また、ノズル形状が複雑であり、実機使用には耐久性などで問題がある。
特開昭５８−６１２１１号公報 特開昭５８−１９３３０９号公報 特開平７−２１６４３０号公報

以上説明したように、上吹きランスを介して粉体状の精錬剤を溶銑浴面に吹き付けて添加するに当たり、ノズルの耐久性に問題がなく、精錬剤の散逸が抑制されて精錬剤を反応領域へ効率的に添加することができ、且つ上吹き酸素として理想的な超音速のジェットを得ることのできる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、未だ有効な手段は提案されていないのが現状である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、酸素含有ガス並びに粉体状の精錬剤を上吹きランスから溶銑に吹き付けて溶銑を酸化精錬するに当たり、精錬剤の散逸を抑制して精錬剤を反応領域である火点へ効率的に添加することができるとともに、精錬剤の吹き込みによってもノズルの損耗が少なく従来と同等のノズルの耐久性を有し、更に上吹きジェットとして理想的な超音速ジェットを得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。

上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉吹錬方法は、ラバールノズル形状の複数個の主孔を備えた上吹きランスを用い、該上吹きランスから酸素含有ガス及び粉体状の精錬剤を溶銑の浴面に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法であって、隣り合う主孔同士の干渉率を下記の（１）式によって定義したときに、隣り合った主孔の平均干渉率が３０〜６０％の範囲内である上吹きランスを用いて酸化精錬することを特徴とするものである。但し、（１）式において、γ：干渉率（％）、Ｄ：火点の直径（ｍ）、ｄ：隣り合う火点の中心間距離（ｍ）である。

第２の発明に係る転炉吹錬方法は、第１の発明において、前記主孔が６個以上配置され、これら主孔の平均傾角が１３°以上であることを特徴とするものである。

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、前記主孔でその周囲を囲まれた、上吹きランスの軸心部位置に粉体吹き込み用ノズルを配置し、該粉体吹き込み用ノズルから前記精錬剤を搬送用ガスとともに供給することを特徴とするものである。

第４の発明に係る転炉吹錬方法は、第３の発明において、前記粉体吹き込み用ノズルからの搬送用ガスの流出速度が音速以下であることを特徴とするものである。

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、前記酸化精錬が、脱炭処理、脱燐処理、脱珪処理の何れかを主目的とする精錬であることを特徴とするものである。

第６の発明に係る転炉吹錬方法は、第５の発明において、前記酸化精錬における炉内のスラグ量が溶銑トン当たり５０ｋｇ以下であることを特徴とするものである。

第７の発明に係る転炉吹錬方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記精錬剤が、ＣａＯ含有物質、金属酸化物、炭素含有物質のうちの１種または２種以上であることを特徴とするものである。

第８の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、その先端にラバールノズル形状の複数個の主孔を備え、酸素含有ガス及び粉体状の精錬剤を溶銑の浴面に吹き付けて溶銑を酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、隣り合う主孔同士の干渉率を上記の（１）式によって定義したときに、隣り合った主孔の平均干渉率が３０〜６０％の範囲内であることを特徴とするものである。

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、前記主孔は６個以上配置されているとともに、これら主孔の平均傾角は１３°以上であることを特徴とするものである。

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、前記主孔でその周囲を囲まれた、上吹きランスの軸心部位置には、精錬剤を搬送用ガスとともに供給するための粉体吹き込み用ノズルが配置されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、多孔型ランスから供給される上吹きジェットの干渉を従来のように避けるのではなく、所定の範囲内で積極的に干渉させるので、広範囲に広がる一体化された火点が形成され、そして、吹き込まれる精錬剤は、ジェットからの散逸が抑制されて、広範囲に広がる一体化された火点に効率的に供給される。その結果、精錬剤の反応効率が向上し、所望する酸化精錬を効率的に実施することが可能となる。また、転炉炉内には広範囲に広がる一体化された火点が形成されるので、火点におけるジェットの動圧を下げることが可能になると同時に、多数の火点が存在することによって生ずる火点同士の干渉に起因する火点の不安定現象が防止されるので、鉄飛散及びダスト生成を抑制しつつ上吹きジェットの供給速度を増大させることが可能となり、溶銑の酸化精錬における鉄歩留まりの向上並びに高速吹錬における安定化が達成される。このように本発明により、工業上極めて有益な効果がもたらされる。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明は、上吹きランスから溶銑に向けて、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、溶銑を酸化精錬する技術に関するものである。先ず、本発明に至った検討結果について説明する。

酸素吹錬中の転炉内においては、溶銑の予備処理及び溶銑の脱炭吹錬ともに、極めて大量の酸素を上吹きしている。酸素はラバールノズル形状の主孔から高速の酸素ジェットとして供給され、炉内に供給された酸素は浴面に高速で衝突し、火点と呼ばれる反応領域を生成すると同時に、溶鉄を激しく飛散させるともに大量のダストも生成する。これらを防止するために、通常、複数個の主孔を有する多孔型ランスを用いてジェットを分散させ、ジェットの衝突圧つまり動圧を低減しているが、複数の火点が存在するため、浴面において火点同士の近接が生じている。これらの火点の干渉度合いが増加すると、火点形状が不安定になって、鉄飛散、ダストの生成が増大し、操業に悪影響を及ぼす。

この鉄飛散及びダスト生成を軽減するために、多孔型ランスにおいては、動圧低減対策として、火点の干渉を避ける方向、即ち、主孔の傾角を大きくする方向で火点配置の最適化が進められている。ここで、傾角とは、上吹きランスの中心軸線（鉛直線）と各主孔の吐出方向中心線とのなす角度である。

このような多孔型ランスを用いて粉体状の精錬剤（以下、単に「粉体」とも記す）を主孔から供給すると、主孔出口での超音速ジェットによる粉体の攪乱が生じ、また、各々の酸素ジェットが孤立しているため、粉体のジェット外部への散逸が多大になる。ここで、中心孔から粉体を超音速または亜音速の酸素、窒素、Ａｒなどの搬送用ガスによって別途供給する方法も考えられるが、この場合には中心孔以外の主孔から噴射される酸素ジェットと中心孔からの粉体供給ジェットとが離散しているために、反応領域へ供給される粉体は少なくなり、反応効率は悪化する。この場合、中心孔以外の主孔の傾角を０°即ち鉛直下向きとすれば、中心孔以外の主孔からの酸素ジェットと中心孔からの粉体供給ジェットとは幾何学的に一体化するが、中心孔以外の主孔からの酸素ジェットが完全に合体して一体化してしまうため、多孔型ランスを用いたことによる動圧低減効果は得られなくなる。尚、上吹きランス先端に複数個のノズルを設置する場合、一般的に、中心位置に設置されたノズルを中心孔、中心孔の周囲に設置されたノズルを周孔と称している。

本発明者等は、このような複数の主孔を有する多孔型ランスからの酸素ジェットの挙動を詳細に検討した結果、各々の酸素ジェットは幾何学的には干渉しなくても、浴面に衝突する以前の雰囲気の巻き込み或いは酸素ジェットの減衰により、各主孔からの各々の酸素ジェットが影響を及ぼし合い、酸素ジェットの軌跡が中心軸方向に偏向すること、即ち、酸素ジェットが部分的に合体する現象を確認した。従って、酸素ジェットは直進するという単なる幾何学的作図で求められていた従来の火点の位置関係は多孔型ランスからの酸素ジェットでは不適当であることが分かった。この合体挙動は多孔になるほど顕著になることも分かった。

即ち、各々の酸素ジェットが幾何学的には干渉しないように設計した多孔型ランスを用いた場合でも、浴面において火点同士の近接が生じて独立した火点が得られなくなり、そして、火点の干渉度合いが或る程度増加すると、火点形成が不安定になり、鉄飛散及びダストの生成が増大してくることが分かった。また、浴面において火点同士を確実に独立させれば、多孔型ランスの効果を得られるが、ノズル数が５個以上になるとランス高さや酸素ジェットの広がり角度などから火点を独立させることは困難であることも分かった。ノズル数が少なければ各火点を独立させることは容易であるが、ノズル数が多いほど多孔型ランスの動圧低減効果を得ることができる。

そこで、小型転炉において、多孔型上吹きランスを用いて火点の干渉度合いを変化させて脱燐吹錬を実施し、火点の干渉度合いと火点の形状及び鉄飛散との関係を調査した。その際、酸素ジェットの干渉度合いを定量的に把握するために、前述した（１）式によって干渉率（γ）を定義した。干渉率（γ）とは、具体的には、酸素ジェットの片側の広がり角度を１０°と決め、酸素ジェットは直線的に進む（偏向しない）とした場合に、酸素ジェットが浴面に衝突して形成される火点の直径（Ｄ）と隣り合う火点の中心間距離（ｄ）との差を、火点の直径（Ｄ）に対して百分率で表示した数値である。換言すれば、火点の直径に対する、隣り合った火点同士の重なり長さの比である。従って、干渉率（γ）は、干渉しない場合には０％で、完全に一致する場合には１００％となる。

小型転炉での試験の結果、火点が相互に干渉しない状態（γ＝０％）から傾角を小さくすると、次第に干渉による火点の不安定現象が生じて鉄飛散が激しくなるが、更に傾角を小さくして干渉率（γ）を３０％以上にすると、酸素ジェットの相互干渉によって酸素ジェットは偏向し、酸素ジェットは一体化するために火点は１つとなり、広範囲に広がる一体化された火点が形成され、火点同士の干渉による火点の不安定現象は大幅に低減されることが分かった。更に傾角を減じて干渉率（γ）が６０％を超えると、酸素ジェットは完全に合体して単孔ジェットと同様に高い衝突圧を持つ酸素ジェットになり、鉄飛散が再び増加することも分かった。この場合、火点の状況は連続的に変化するため、遷移領域を除く３５〜５０％の範囲で効果は安定した。即ち、傾角を調整して干渉率（γ）を３０〜６０％、望ましくは３５〜５０％の範囲に調整することで、多数の火点同士の干渉に起因する火点の不安定現象を抑制可能であると同時に、酸素ジェットの完全な合体が阻止され、単孔ノズルのような挙動になることが避けられるため、多孔型ランスの有する低動圧効果を得られることが分かった。

図１に、同一円周上に主孔つまり周孔が等間隔で設置された場合に、（１）式で求めた傾角と干渉率との関係を示す。図１に示すように、傾角が同一であっても周孔が多くなるほど干渉率は高くなるため、干渉率を３０〜６０％の範囲に調整するためには、周孔の設置数に応じて傾角を定める必要のあることが分かる。干渉率を３０％から６０％とした上吹きランスを使用することで、スラグ量の少ない溶銑の脱燐処理及び溶銑の脱炭吹錬においても、鉄飛散及びダストの低減を図ることができる。この場合、ジェットは、通常片側１０〜１２°の角度で広がるため、傾角が１２°以下であると、隣り同士の火点のみならず、ランス中心に対して反対側の位置のジェットなどとも干渉が生じてしまう。故に過剰な合体を阻止して上記の効果を得るために、周孔の平均傾角は１３°以上とすることが好ましい。また、本発明の上吹きランスでは、酸素ジェットが合体することにより、鋼浴面近傍での流速減衰変化が抑制されることによる火点安定化効果も得ることができる。

多孔になるにしたがい、火点の干渉は隣り合った火点同士のみならず、他の火点の影響も受けるが、干渉の度合いは隣り合った火点同士の干渉率で代表される。また、主孔（周孔）の傾角が各々異なる場合、または周方向に均等に配置されていない場合には、火点は同一円周上に均等には配置されず、場合によっては干渉しない部分も生じてくるが、多孔型ランスのジェット特性は隣り合った火点の干渉率を平均化することで表されることを確認している。

本発明における干渉率の範囲は３０〜６０％であるが、より好ましい範囲としては３５〜５０％となる。尚、隣り合った主孔同士の平均干渉率が３０〜６０％の範囲であれば本発明の効果を得られるが、隣り合った主孔毎の干渉率が全て３０〜６０％の範囲、より好ましくは３５〜５０％であることが更に好ましい。主孔の傾角は１３°以上が好ましいため、図１より、主孔の孔数は６孔以上であることが好ましい。望ましくは７孔以上とすると、所定の干渉率を得るための自由度が高まる。また、数値解析による検討の結果、酸素ジェットの偏向挙動は規模が大きくなるほど顕著になるため、主孔の孔径は１０ｍｍ以上であることが理想的であることが分かった。孔径が１０ｍｍ未満では、偏向現象よりもジェットの減衰が大きくなるため、十分な火点平滑化挙動が得られにくくなる。

本発明における粉体状精錬剤の吹き込み方法としては、主孔からの酸素含有ガスのジェットに粉体状の精錬剤を混合して吹き込む、つまり、主孔からの上吹きジェットを搬送用ガスとして吹き込むことも可能である。この場合にも、ジェットの合体により、粉体状精錬剤のジェットからの散逸は抑制される。しかしながら、吹き込む精錬剤のジェット外部への散逸を最小限にするために、ジェットで周囲を囲まれるランスの軸心部位置から精錬剤を吹き込むことが好ましい。即ち、上吹きランス先端の軸心部位置に、主孔とはガスの供給径路を別系統とする粉体吹き込み用ノズルを設置し、この粉体吹き込み用ノズルから吹き込むことが好ましい。このようにすることで、粉体供給ガス流束の周囲を酸素含有ガスのジェットが囲い、しかも各々のジェットは合体して広範囲に広がる一体化された１つの火点が形成されるので、吹き込まれる精錬剤の大部分は反応領域である火点に供給される。

この場合、搬送用ガスは酸素含有ガス以外の気体であってもよく、また、粉体吹き込み用ノズルは１つで充分であるが、複数個設置しても構わない。粉体吹き込み用ノズル出口における搬送用ガスの流速は音速以下とすることが好ましい。音速以下とすることで、粉体吹き込み用ノズル出口における粉体の攪乱が抑制され、吹き込み方向が安定し、また、粉体によるノズル内部の損耗も抑制される。当然、搬送用ガスの消費量も減少する。また更に、周囲の超音速ジェットと粉体供給ガス流束とが合体するため、粉体の速度自体も加速され、高速での粉体供給が可能である。この粉体吹き込み用ノズルの形状は、流速に拘わらずストレートノズル形状でもラバールノズル形状でもどちらでもよいが、粉体の吐出方向はノズル形状の影響を大きく受けるため、粉体の吹き込み方向を制御でき、粉体の分散が改善されるという観点から、ラバールノズル形状とすることが好ましい。但し、ラバールノズルの広がり角度θが大きいと、粉体がジェットの外側に散逸してしまうので火点への粉体到達比率が低下する。これを防止するために、ラバールノズルの広がり角度θの上限を５°とすることが好ましい。

本発明の上吹きランスは、転炉吹錬用のランスを対象とするが、当然、取鍋精錬などの他の精錬プロセスにも適用可能である。ここで、中心孔から精錬用の酸素含有ガスを主として吹き込む場合には、本発明の対象範囲外となる。また、炉内のスラグ量が多い場合には、粉体がジェットの外部へ散逸してもスラグ中に溜まって精錬反応が期待できることから、スラグ量が少なくて反応領域が狭い範囲に限定される場合に、つまり狭い反応領域に精錬剤を供給して行う精錬の場合に、本発明の効果が大きくなる。本発明の効果が顕著になるスラグ量の条件は、副原料の添加量及びスラグ分析値から計算されるスラグ量換算で溶銑トン当たり５０ｋｇ以下の場合であり、例えば、溶銑の予備脱燐処理や溶銑予備処理の施された溶銑の脱炭吹錬で効果が大きい。

次ぎに、本発明に係る上吹きランスについて図面に基づき説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る上吹きランスの概略断面図、図３は、図２に示すラバールノズル形状の主孔の概略拡大断面図である。

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複数個の主孔４が設置され、これらの主孔４で囲まれた、ランスノズル３の軸心部位置には、鉛直下向き方向に向いた粉体吹き込み用ノズル８が設置されている。主孔４は、鉛直方向に対して傾斜しており、この傾斜角度を傾角と称し、図２では傾角をθ_S で表している。主孔４及び粉体吹き込み用ノズル８ともに、末広がりのラバールノズル形状である。主孔４は、鉛直下向き方向としても構わず、また、粉体吹き込み用ノズル８は、ストレート形状のノズルとしても構わない。

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。

内管１１と最内管１２との間隙は、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、主孔４から転炉内に噴出される。また、最内管１２の内部は粉体吹き込み用ノズル８への粉体及び粉体搬送用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の内部に搬送用ガスとともに供給された粉体状精錬剤は、最内管１２の内部を通り、粉体吹き込み用ノズル８から転炉内に噴出される。

各主孔４から噴射される酸素含有ガスのジェットの干渉率が３０〜６０％の範囲内となるように、主孔４の設置数及び主孔４の傾角θ_S を定める。この場合、干渉率をこの範囲に容易に設定することができることから、主孔４を、円周方向に少なくとも６個以上設置すると同時に、傾角θ_S を１３°以上とすることが好ましい。上吹きランス１の周方向に等間隔で主孔４が配置される場合には、前述した図１に示す傾角と干渉率との関係に基づいて主孔４及び傾角θ_S を設定すれば、所定の干渉率の上吹きランス１を得ることができる。主孔４がランダムに配置される場合は、干渉率が３０〜６０％になるように、主孔４の位置及び傾角θ_S を設定する。その際には、平均の傾角θ_S を１３°以上とすることが好ましい。干渉率は、前述したように、ジェットの片側の広がり角度を１０°と決め、ジェットが直線的に進むとした場合に、ジェットが浴面に衝突して形成される火点の直径（Ｄ）と隣り合う火点の中心間距離（ｄ）とから、（１）式によって求めることができる。

酸化精錬用の酸素含有ガスを供給するための主孔４は、図３に示すように、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、このようなラバールノズル形状のノズルにおいては、縮小部分を絞り部５、拡大部分をスカート部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をスロート６と呼ばれている。ランス本体２の内部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主孔４から転炉内に供給される。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、操業条件から理論式によって最適な形状が定められるが、不足膨張領域即ち理論最適出口径より小さい出口径Ｄｅとすることで、より一層合体促進効果が増加する。

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、転炉吹錬での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の浴面に向けて、主孔４から酸素、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ると同時に、粉体吹き込み用ノズル８から粉体状の精錬剤を吹き付け、溶銑を酸化精錬する。酸化精錬としては、溶銑の脱炭吹錬、溶銑の予備脱燐処理、溶銑の予備脱珪処理などを実施することができる。吹き付ける粉体としては、溶銑の脱炭吹錬では、温度調整用の鉄鉱石や合金鉄代替のＭｎ鉱石などの金属酸化物、溶銑の予備脱燐処理では、脱硫フラックスであるＣａＯ含有物質、溶銑の予備脱珪処理ではスラグの塩基度調整用のＣａＯ含有物質や溶銑中炭素濃度を高めるための炭素含有物質などを使用することができる。複数の精錬剤を同時に吹き付けることもできる。本発明では、精錬剤を直接溶銑浴面に吹き付けるので、それぞれの反応が促進する。また、本発明では、精錬剤を溶銑浴面に直接吹き付ける精錬を対象としているので、精錬剤の吹き付けの妨げにならないように、炉内のスラグ量は少ないことが好ましい。具体的には、精錬の種類に拘わらず、スラグ量を溶銑トン当たり５０ｋｇ以下とすることが好ましい。

溶銑をこのようにして吹錬することにより、主孔４から供給されるジェットの干渉によって、転炉炉内には広範囲に広がる一体化された火点が形成されるので、吹き込まれる粉体状の精錬剤はジェットから散逸することなく、一体化された火点に供給される。その結果、精錬剤の反応効率が向上し、所望する酸化精錬を効率的に実施することが可能となる。また、主孔４及び粉体吹き込み用ノズル８ともにノズルの構造が複雑でない上に、粉体状の精錬剤は音速以下で吹き込まれるので、粉体によるノズルの損耗を抑制することができ、一方、ジェットは粉体の供給とは独立して超音速のまま供給することができるため、超音速ジェットにより、粉体吹き込み用ノズル８からの粉体が加速される効果も同時に得られる。更に、転炉炉内には広範囲に広がる一体化された火点が形成されるので、火点におけるジェットの動圧を下げることが可能になると同時に多数の火点同士の干渉に起因する火点の不安定現象が防止され、鉄飛散及びダスト生成を抑制しつつ上吹きジェットの供給速度を増大させることが可能となり、精錬の迅速化が達成される。

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、１２８０〜１３５０℃の約２６０トンの溶銑を装入し、主として脱燐吹錬を行った。用いた溶銑は、溶銑予備処理設備にて脱硫処理及び脱珪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０．０９質量％以下、燐濃度は０．０９０〜０．１１０質量％であった。上吹きランスの粉体吹き込み用ノズルから窒素を搬送用ガスとして石灰系脱燐フラックスを転炉内に吹き込んだ。また、転炉々底に設置した羽口からは、溶湯攪拌を目的として窒素を毎分１０〜２０Ｎｍ³ 程度吹き込んだ。送酸は上吹きランスにより行い、処理中の送酸速度は２５０００Ｎｍ³／ｈｒ一定とし、ランス高さ、フラックス添加量などの吹錬条件は極力同一とした。脱燐吹錬の終了目標は溶鋼中燐濃度が０．０２０質量％となった時点とし、具体的には送酸量が所定値になった時点とした。終了時の溶銑温度は１３２０℃を目標とした。用いた上吹きランスは、主孔がそれぞれ６〜８個設置された６孔ノズルないし８孔ノズルで、傾角は１２〜１６°、干渉率は３０〜５４％であった。

また、比較例として干渉率が２２％の４孔ノズル（試験Ｎo.１）、干渉率が０％の４孔ノズル（試験Ｎo.２）、干渉率が１７％の５孔ノズル（試験Ｎo.３）、干渉率が２３％の６孔ノズル（試験Ｎo.４）、干渉率が６３％の１０孔ノズル（試験Ｎo.５）の試験も実施した。干渉率以外の操業条件は、試験Ｎo.１〜５ともに、粉体吹き込み用ノズルから石灰系脱燐フラックスを吹き込むことを含め、本発明例の操業条件に準じた。

脱燐吹錬終了後、溶銑から分析用試料を採取し、処理終了時の溶銑中燐濃度を比較した。また、脱燐吹錬終了後、転炉炉口の地金付着及び上吹きランスへの地金付着度合いを観察し、地金付着を比較した。表１に、本発明例（試験Ｎo.６〜１０）及び比較例（試験Ｎo.１〜５）における操業条件及び操業結果を示す。尚、表１の地金付着の欄は、×印を基準とし、これよりも地金付着が少ない状態を○印及び◎印で表示し、◎印が最も少ないことを表示している。

表１に示すように、本発明例においては、比較例に比べて溶銑の燐濃度が低く、脱燐反応が効率的に行われると同時に、比較例に比べて地金付着が少なく、鉄歩留まりが向上することが確認できた。

同一円周上に主孔が等間隔で設置された場合に、傾角と干渉率との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る上吹きランスの概略断面図である。 図２に示すラバールノズル形状の主孔の概略拡大断面図である。

符号の説明

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 粉体吹き込み用ノズル
９ 外管
１０ 中管
１１ 内管
１２ 最内管

Claims (10)

1. ラバールノズル形状の複数個の主孔を備えた上吹きランスを用い、該上吹きランスから酸素含有ガス及び粉体状の精錬剤を溶銑の浴面に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法であって、隣り合う主孔同士の干渉率を下記の（１）式によって定義したときに、隣り合った主孔の平均干渉率が３０〜６０％の範囲内である上吹きランスを用いて酸化精錬することを特徴とする転炉吹錬方法。
   γ=(Ｄ-ｄ)×100／Ｄ…(1)
   但し、（１）式において各記号は以下を表すものである。
   γ：干渉率（％）
   Ｄ：火点の直径（ｍ）
   ｄ：隣り合う火点の中心間距離（ｍ）
2. 前記主孔が６個以上配置され、これら主孔の平均傾角が１３°以上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。
3. 前記主孔でその周囲を囲まれた、上吹きランスの軸心部位置に粉体吹き込み用ノズルを配置し、該粉体吹き込み用ノズルから前記精錬剤を搬送用ガスとともに供給す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。
4. 前記粉体吹き込み用ノズルからの搬送用ガスの流出速度が音速以下であることを特徴とする、請求項３に記載の転炉吹錬方法。
5. 前記酸化精錬が、脱炭処理、脱燐処理、脱珪処理の何れかを主目的とする精錬であることを特徴とする、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。
6. 前記酸化精錬における炉内のスラグ量が溶銑トン当たり５０ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の転炉吹錬方法。
7. 前記精錬剤が、ＣａＯ含有物質、金属酸化物、炭素含有物質のうちの１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の転炉吹錬方法。
8. その先端にラバールノズル形状の複数個の主孔を備え、酸素含有ガス及び粉体状の精錬剤を溶銑の浴面に吹き付けて溶銑を酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、隣り合う主孔同士の干渉率を下記の（１）式によって定義したときに、隣り合った主孔の平均干渉率が３０〜６０％の範囲内であることを特徴とする転炉吹錬用上吹きランス。
   γ=(Ｄ-ｄ)×100／Ｄ…(1)
   但し、（１）式において各記号は以下を表すものである。
   γ：干渉率（％）
   Ｄ：火点の直径（ｍ）
   ｄ：隣り合う火点の中心間距離（ｍ）
9. 前記主孔は６個以上配置されているとともに、これら主孔の平均傾角は１３°以上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。
10. 前記主孔でその周囲を囲まれた、上吹きランスの軸心部位置には、精錬剤を搬送用ガスとともに供給するための粉体吹き込み用ノズルが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。

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