JP2007239082A - Method for oxidize-refining molten metal and top-blown lance for refining - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上吹きランスから溶融金属の浴面に向けて酸素含有ガスを吹き付けて行う溶融金属の酸化精錬方法、並びに、その際に使用する精錬用上吹きランスに関するものである。 The present invention relates to a molten metal oxidative refining method performed by blowing an oxygen-containing gas from a top blowing lance toward a molten metal bath surface, and a refining top blowing lance used at that time.
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、上吹きランスの先端に設置された、ラバールノズルと呼ばれる末広がり形状のノズルから、超音速または亜音速の酸素ジェットとして転炉内に吹き付けられる。この上吹き酸素により、溶銑には大きな攪拌力が付与される。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 blown oxygen is blown into the converter as a supersonic or subsonic oxygen jet from a divergent nozzle called a Laval nozzle installed at the tip of the top blow lance. A large stirring force is imparted to the hot metal by the top blowing oxygen. 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 Or there are some which have some straight parts in an exit part.
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、転炉における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、従来には生成される溶鋼トン当たり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、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となっている。 In this converter decarburization blowing, 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 dephosphorization of hot metal. The required solvent is greatly reduced. As a result, the amount of slag produced during decarburization blowing, which has conventionally exceeded 50 kg per ton of molten steel produced (hereinafter referred to as “kg / t”), rapidly decreases. For example, preliminary dephosphorization of hot metal When the phosphorus concentration in the hot metal is reduced to 0.02% by mass or less, which is substantially equal to the phosphorus concentration in the steel product, the solvent required for dephosphorization in the decarburization blowing in the converter is 10 kg / The amount of generated slag can be reduced to about 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(およそC≧0.6質量%)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、高速吹錬を指向した場合、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、鉄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被覆剤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 (approximately C ≧ 0.6% by mass) from the initial stage to the middle stage of decarburization blowing, the decarburization reaction is controlled by oxygen supply. It is necessary to increase the feed rate (hereinafter referred to as “acid feed rate”). However, when high-speed blowing is aimed at, decarburization blowing with a small amount of generated slag causes significant iron scattering and dust generation due to the top-blown oxygen jet, leading to lower iron yield and unstable operation. . In other words, in the past, a large amount of slag present in the furnace played the role of a coating agent, but when the amount of slag was reduced, such as when pre-dephosphorized hot metal was used, the hot metal was affected by the oxygen jet. This causes inconveniences such as a decrease in the yield described above.
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を下げ、つまり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、ラバールノズル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 the operating conditions, the number of holes in the top blowing lance is set to 4 holes or 5 holes to lower the acid feed rate per hole, that is, lower the dynamic pressure on the bath surface, In addition, non-interference and 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 distance between the tip of the top blowing lance and the bath surface (“lance height”) is optimized at the same time as optimizing the hard surface of the top blowing lance shape such as the hole diameter and tilt angle of the Laval nozzle. Many measures have been proposed that 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ノズル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 nozzle 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、火点の幾何学的な重なり面積率が30%以下になるように円周方向にノズル孔を配置し、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 fire spots in order to prevent iron scattering and dust generation,
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、浴の攪拌を確保している。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脱炭反応が可能で且つ地金・ダスト飛散を抑制するように設計されているので、高流量低動圧型のノズルが一般的である。そのため、吹錬末期には、高い動圧及び高い攪拌力が必要であるにも拘わらず、送酸速度の低下に伴って不必要に酸素ジェットが減衰して、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。高い動圧を得るためにランス高さの低減も行われるが、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している。尚、T.Feとはスラグ中の全ての鉄酸化物(FeOやFe2 O3 )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 efficiency of supplying oxygen to the iron bath, the lance height is reduced to increase the oxygen collision pressure on the iron bath, that is, the dynamic pressure of the oxygen jet, thereby ensuring the stirring of the bath. Laval nozzles are usually designed to be capable of optimal decarburization in the middle of decarburization during the middle of blowing, and to suppress the scattering of metal and dust, so high flow and low dynamic pressure type nozzles are generally used. is there. Therefore, at the end of blowing, although high dynamic pressure and high agitation force are required, the oxygen jet is unnecessarily attenuated as the acid feed rate decreases, and the T. As seen in the increase of Fe, the decarburization reaction efficiency is reduced. The lance height is also reduced to obtain a high dynamic pressure, but due to the harmful effects of 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、溶湯の攪拌力については、底吹きガスによる攪拌強化も行われているが、流量の可変幅、ノズル寿命の問題などから最適化には課題が残っている。 In this way, 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 middle stage of blowing The impact on blowing in the high-carbon region remains unclear. In addition, with regard to the stirring power of the molten metal, stiffening by bottom blowing gas is also being performed, but problems remain in optimization due to problems such as variable flow rate and nozzle life.
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、この予備脱燐処理において大量の鉄スクラップを溶解しようとする場合には、底吹きガスによる攪拌力だけでは十分とはいえず、上吹き酸素ジェットによる攪拌力の増強が求められ、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。 Also, in the pretreatment blowing using a converter like the hot metal predephosphorization treatment in the converter, the decarburization reaction is suppressed and the dephosphorization reaction is made more efficient by promoting iron oxidation by lowering the dynamic pressure. However, when a large amount of iron scrap is to be melted in this preliminary dephosphorization process, the stirring force by the bottom blowing gas is not sufficient, and the stirring force by the top-blowing oxygen jet must be increased. In this case as well, the control of the dynamic pressure of the top blowing oxygen is an important issue.
ところで、酸素ジェットの高動圧化技術として、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、ランス出口から溶融金属浴面までの範囲に亘って火炎で包囲(「火炎包囲帯」と呼ぶ)し、溶融金属の浴面に気体のジェットを高速で吹き込む技術が開示されている。しかしながら、溶銑の転炉吹錬などのように高い送酸速度を必要とする場合においては、酸素ジェット動圧の極端な増加を抑制するために、複数のノズル孔を有する上吹きランスを用いた送酸が一般的であり、このような高流量の送酸を伴う精錬において特許文献3の技術を適用しようとすると、全てのノズル孔の周囲に、火炎包囲帯を形成させるための燃料供給配管を配置しなければならず、極めて複雑な上吹きランス構造となる。また、転炉内のように高温環境では水冷構造も必要なため、このような複雑な構造を上吹きランスに具備させることは実用上困難であり、簡易な構造が望まれる。
上記のように、転炉吹錬においては、送酸速度が低下した場合であっても上吹き酸素ジェットの動圧を調整可能であり、同一の上吹きランスを使用して種々の状況に適確に対処することのできる吹錬方法及びそれに用いる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 mentioned above, in converter blowing, the dynamic pressure of the top blown oxygen jet can be adjusted even when the acid feed rate is reduced, and it is suitable for various situations using the same top blow lance. Despite the desire for a blowing method that can be dealt with accurately and an upper blowing lance used therefor, no effective means have been proposed.
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などの溶融金属を酸化精錬するに当たり、上吹きジェットの動圧を調整することが可能であり、これにより、溶融金属に付与する攪拌力を容易に増大させることができ、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溶融金属の酸化精錬方法を提供すること、並びに、その際に使用する精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 it is possible to adjust the dynamic pressure of the top blowing jet when oxidizing and refining molten metal such as hot metal or molten steel by blowing an oxygen-containing gas from the top blowing lance. Thus, it is possible to easily increase the stirring force applied to the molten metal, and to provide a method for oxidizing and refining molten metal that can appropriately cope with various situations even with the same lance. In addition, an object is to provide an upper blowing lance for refining 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、複数のノズル孔を有する上吹きランスを用いて精錬する際に、上吹きランスの中心孔から噴出する超音速噴流の周囲に火炎包囲帯を形成させ、且つ、中心孔の周囲に配置した複数のノズル孔から酸素含有ガスを供給して精錬すれば、中心孔からの超音速噴流の動圧の低下が抑制され、上吹き送酸による撹拌力を増大させ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, when refining using an upper blowing lance having a plurality of nozzle holes, a flame surrounding zone is formed around the supersonic jet ejected from the central hole of the upper blowing lance, and arranged around the central hole. It has been found that if oxygen-containing gas is supplied from a plurality of nozzle holes and refined, the decrease in the dynamic pressure of the supersonic jet from the central hole is suppressed, and the stirring force due to the top blowing acid can be increased. 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の発明に係る溶融金属の酸化精錬方法は、上吹きランスの中心に設置されたラバールノズル形状の中心孔から、超音速ガスの噴流を、該噴流の周囲に火炎包囲帯を形成させて溶融金属の浴面に向けて供給するとともに、前記中心孔の周囲に設置された3孔以上の周囲孔から酸素含有ガスを溶融金属の浴面に向けて供給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 method for oxidizing and refining molten metal according to the first invention is characterized in that a supersonic gas jet flows from a central hole in the shape of a Laval nozzle installed at the center of an upper blowing lance Is supplied to the molten metal bath surface by forming a flame encircling zone around the jet, and an oxygen-containing gas is supplied from three or more peripheral holes installed around the central hole. It is characterized by supplying toward the surface.
第2の発明に係る溶融金属の酸化精錬方法は、第1の発明において、前記中心孔から、酸素含有ガスを供給することを特徴とするものである。 The method for oxidizing and refining molten metal according to the second invention is characterized in that, in the first invention, an oxygen-containing gas is supplied from the center hole.
第3の発明に係る溶融金属の酸化精錬方法は、第1または第2の発明において、前記周囲孔がラバールノズル形状のノズルであり、該周囲孔から供給する酸素含有ガスの総流量が前記中心孔から供給するガス量の2倍以上であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second invention, the peripheral hole is a nozzle having a Laval nozzle shape, and the total flow rate of the oxygen-containing gas supplied from the peripheral hole is the central hole. It is characterized in that it is more than twice the amount of gas supplied from the factory.
第4の発明に係る溶融金属の酸化精錬方法は、第1ないし第3の発明の何れかにおいて、前記溶融金属が溶融鉄であることを特徴とするものである。 A molten metal oxidative refining method according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in any of the first to third aspects, the molten metal is molten iron.
第5の発明に係る溶融金属の酸化精錬方法は、第4の発明において、前記溶融鉄中の炭素濃度が0.6質量%以下であることを特徴とするものである。 The molten metal oxidative refining method according to the fifth invention is characterized in that, in the fourth invention, the carbon concentration in the molten iron is 0.6% by mass or less.
第6の発明に係る精錬用上吹きランスは、超音速ガスの噴流を供給するためのラバールノズル形状の中心孔を具備するとともに、火炎包囲帯を前記噴流の周囲に形成させるための燃料ガス供給ノズルを具備し、且つ、3孔以上の周囲孔を前記中心孔の周囲に具備することを特徴とするものである。 A refining top blowing lance according to a sixth aspect of the present invention comprises a center hole in the shape of a Laval nozzle for supplying a supersonic gas jet, and a fuel gas supply nozzle for forming a flame surrounding zone around the jet And three or more peripheral holes are provided around the central hole.
本発明によれば、中心孔から噴出される噴流、つまりジェットの周囲に火炎包囲帯を形成するので、ジェットへ巻き込まれる雰囲気ガス量が少なくなってジェットの減衰を抑制することができる。ジェットの減衰が抑制されること、つまりジェットの動圧の低下が抑制されることにより、上吹きガスによる溶湯の撹拌力が増大し、その結果、スラグ酸化度の低減による操業の高効率化・安定化などが達成され、工業上極めて有益な効果がもたらされる。 According to the present invention, since the flame enveloping zone is formed around the jet flow ejected from the central hole, that is, the jet, the amount of the atmospheric gas involved in the jet is reduced, and the attenuation of the jet can be suppressed. By suppressing jet attenuation, that is, by suppressing the decrease in jet dynamic pressure, the stirring power of the molten metal by the top blowing gas increases. As a result, the operation efficiency is improved by reducing the degree of slag oxidation. Stabilization and the like are achieved, and an extremely useful industrial effect is brought about.
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や溶鋼などの溶融金属に向けて、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、溶融金属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大気圧下の転炉で行われる溶銑の脱炭吹錬を取り上げ、酸素ジェットの動圧を調整することができ、同一上吹きランスを使用しても状況に応じて適確な脱炭吹錬を可能とする精錬方法の開発を目的とし、上吹き送酸ジェットの減衰挙動を詳細に調査・解析した。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孔数、及び雰囲気温度、つまり火炎包囲帯の影響を明確化した。ここで、酸素ジェットの動圧を調整する手段としては、特許文献3に開示された火炎包囲帯を酸素ジェットの周囲に形成する方法を利用した。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for oxidizing and refining molten metal by spraying oxygen-containing gas such as oxygen, air, oxygen-enriched air, Ar-oxygen mixed gas from a top blowing lance toward molten metal such as hot metal or molten steel. It is. As an example of this oxidation refining, hot metal decarburization blown in a converter at atmospheric pressure is taken up, the dynamic pressure of the oxygen jet can be adjusted, and even if the same top blowing lance is used, it is suitable depending on the situation. In order to develop a refining method that enables accurate decarburization blowing, the damping behavior of the top blowing acid jet was investigated and analyzed in detail. Then, the influence of the number of nozzle holes and the ambient temperature on the dynamic pressure attenuation of the oxygen jet injected from the Laval nozzle, that is, the influence of the flame envelope was clarified. Here, as a means for adjusting the dynamic pressure of the oxygen jet, a method of forming a flame surrounding zone disclosed in
酸素ジェットの流速測定の結果、単孔ノズルにおいては、ノズル出口近傍に火炎包囲帯を形成することにより、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、火炎包囲帯を形成しない場合に比べて、酸素ジェットの流速が上昇し、且つ、浴面における動圧が著しく上昇することが定量的に把握された。しかし、多孔ノズルの場合には、多孔ノズルによる複数の酸素ジェットの周りを囲むようにして1つの大きな火炎包囲帯を形成させても、雰囲気ガスの巻き込みを抑制することは十分にはできず、動圧を高める効果はほとんど得られないことが分かった。この結果から、多孔ノズルの酸素ジェットの減衰を抑制するためには、各々の酸素ジェットに各々火炎包囲帯を形成させる必要のあることが分かった。 As a result of measuring the flow velocity of the oxygen jet, in the single hole nozzle, the density of the ambient gas around the jet is reduced by forming a flame surrounding zone near the nozzle exit, so the entrainment of the ambient gas in the jet is greatly increased. As a result, it was quantitatively grasped that the flow velocity of the oxygen jet was increased and the dynamic pressure on the bath surface was remarkably increased as compared with the case where no flame envelope was formed. However, in the case of a multi-hole nozzle, even if one large flame envelope is formed so as to surround a plurality of oxygen jets by the multi-hole nozzle, the entrainment of atmospheric gas cannot be sufficiently suppressed, and the dynamic pressure It turned out that the effect which raises is hardly acquired. From this result, it was found that in order to suppress the attenuation of the oxygen jet of the multi-hole nozzle, it is necessary to form a flame band in each oxygen jet.
しかしながら、多孔ノズルの場合には、酸素ジェットによる溶銑の撹拌力を増大させるために全ての酸素ジェットについて減衰を抑制しなくても、一部の酸素ジェットについて減衰を抑制すれば、包括的には撹拌力が増大することが分かった。このようにすることで、高効率な酸素供給がなされることも分かった。 However, in the case of a multi-hole nozzle, it is not necessary to suppress attenuation for all oxygen jets in order to increase the stirring force of the hot metal by the oxygen jet. It was found that the stirring force increased. By doing so, it was also found that highly efficient oxygen supply was achieved.
そこで先ず、多孔ノズルに及ぼす火炎包囲帯の影響について、小型ランスでの吹錬実験(100kg規模)による検証を行った。小型ランスの中心部にラバールノズル形状の中心孔を設置し、超音速で酸素ジェットを噴出させた。このとき噴出マッハ数は1.5〜2.0の範囲であった。そして、この酸素ジェットの周囲にプロパンガスの燃焼による火炎包囲帯を形成させた。その結果、水冷ピトー管による動圧の測定結果から、火炎包囲帯が形成されない場合に比べて火炎包囲帯を形成させた場合には、動圧が著しく増大することが確認できた。この場合、火炎包囲帯の形成方法には特に制限はなく、中心孔の周囲にプロパンガス及びその燃焼用酸素を供給するノズルを円周上に設置してもよいし、また、中心孔のラバールノズル内壁からプロパンガスを供給する方法とすることもできる。ラバールノズル内壁からプロパンガスを供給する場合には、燃料ガスの供給機構が容易となる。 Therefore, first, the effect of the flame surrounding zone on the porous nozzle was verified by a blowing experiment (100 kg scale) with a small lance. A central nozzle in the shape of a Laval nozzle was installed in the center of a small lance, and an oxygen jet was ejected at supersonic speed. At this time, the ejection Mach number was in the range of 1.5 to 2.0. Then, a flame envelope was formed around the oxygen jet by burning propane gas. As a result, it was confirmed from the measurement result of the dynamic pressure by the water-cooled Pitot tube that the dynamic pressure was remarkably increased when the flame envelope was formed compared to the case where the flame envelope was not formed. In this case, there is no particular limitation on the method for forming the flame enveloping zone, and a nozzle for supplying propane gas and its combustion oxygen around the center hole may be installed on the circumference, and a laval nozzle in the center hole It is also possible to supply propane gas from the inner wall. When propane gas is supplied from the inner wall of the Laval nozzle, the fuel gas supply mechanism is facilitated.
この小型ランスに、中心孔を対称点として更に3つの周囲孔を設置した。ここで、周囲孔の設置数は、浴面での対称性を確保し且つ浴面振動を減少させるために3孔以上が必要である。この上吹きランスを用いて脱炭吹錬実験を行った。比較対象として、火炎包囲帯を形成させない条件での実験も行った。ランス高さは何れの水準も同一としたが、火炎の安定性を確保するために火炎が浴面に達しない条件に設定した。 This small lance was further provided with three peripheral holes with the center hole as a symmetry point. Here, the number of surrounding holes is required to be three or more in order to ensure symmetry on the bath surface and reduce bath surface vibration. Using this top blowing lance, decarburization blowing experiments were conducted. As a comparison object, an experiment was also performed under the condition that no flame siege was formed. The lance height was the same for all levels, but was set so that the flame did not reach the bath surface in order to ensure the stability of the flame.
実験の結果、吹錬後(炭素濃度=0.05質量%)のスラグ中の鉄酸化物濃度は火炎包囲帯の形成により、約40質量%から20質量%へと半減した。また、周囲孔の全てに火炎包囲帯を形成させた実験も行ったが、スラグ中の鉄酸化物濃度は20質量%前後であり大差はなかった。しかしながら、周囲孔の全てに火炎包囲帯を形成させた実験では、吹錬中の浴面の変動が極めて大きくなり、鉄・ダストの飛散は著しく増大した。また、ランスノズルの構造が複雑なため、冷却不足による冷却水温度の上昇傾向が観察された。 As a result of the experiment, the iron oxide concentration in the slag after blowing (carbon concentration = 0.05% by mass) was halved from about 40% by mass to 20% by mass due to the formation of the flame envelope. Moreover, although the experiment which formed the flame surrounding zone in all the surrounding holes was also conducted, the iron oxide density | concentration in slag was about 20 mass%, and there was no big difference. However, in the experiment in which a flame band was formed in all the surrounding holes, the fluctuation of the bath surface during blowing was extremely large, and the scattering of iron and dust was remarkably increased. Moreover, due to the complicated structure of the lance nozzle, an increase in the cooling water temperature due to insufficient cooling was observed.
このように、小型実験の結果、火炎包囲帯を酸素ジェットの噴出部に形成させることで、撹拌力の増大が図れ、スラグの酸化度低減に効果があることが分かった。また、多孔ノズルの場合、全ノズル孔ではなく中心孔の酸素ジェットのみに火炎包囲帯を形成させることで、鉄の激しい飛散を生じさせることなく十分な撹拌効果が得られることが分かった。また、ランス高さを増大させて同様の実験を行った結果、火炎包囲帯を形成しない場合には脱炭酸素効率の低下が観察されたが、中心孔に火炎包囲帯を形成させることで脱炭酸素効率の高位維持が可能であった。これは、浴面近傍での撹拌が強化され、さらに周囲孔の酸素ジェットをも随伴させて、周囲孔も含めた全送酸酸素の到達度が高位に維持されたものと考えられる。 As described above, as a result of the small experiment, it was found that the stirring force can be increased and the oxidation degree of the slag can be reduced by forming the flame surrounding zone in the jet part of the oxygen jet. Moreover, in the case of a multi-hole nozzle, it was found that a sufficient stirring effect can be obtained without causing severe iron scattering by forming a flame envelope only in the oxygen jet in the center hole, not in all nozzle holes. In addition, as a result of performing the same experiment while increasing the lance height, a decrease in the decarbonation efficiency was observed when the flame encircling zone was not formed, but it was removed by forming the flame encircling zone in the center hole. It was possible to maintain high carbon dioxide efficiency. It is considered that this is because the stirring in the vicinity of the bath surface is strengthened, and the oxygen jet of the peripheral holes is accompanied, and the reach of all the oxygen transported oxygen including the peripheral holes is maintained at a high level.
本発明に係る精錬用上吹きランスは、これらの試験結果に基づくものであり、以下に、中心孔の酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させる本発明に係る精錬用の上吹きランスの一例について説明する。 The refining top blow lance according to the present invention is based on these test results. Hereinafter, an example of the refining top blow lance according to the present invention in which a flame surrounding band is formed around the oxygen jet in the center hole. Will be described.
最初に、中心孔の周囲に燃料ガス供給ノズル及び燃焼用酸素供給ノズルを配置した本発明に係る精錬用上吹きランスを説明する。図1及び図2に、中心孔の周囲に燃料ガス供給ノズル及び燃焼用酸素供給ノズルを配置した本発明に係る精錬用上吹きランスの概略図を示す。図1は、本発明に係る精錬用上吹きランスを先端部側から見た概略図であり、図2は、図1のX−X’断面の概略断面図である。 First, the refining top blow lance according to the present invention in which the fuel gas supply nozzle and the combustion oxygen supply nozzle are arranged around the center hole will be described. 1 and 2 are schematic views of a refining top blow lance according to the present invention in which a fuel gas supply nozzle and a combustion oxygen supply nozzle are arranged around a central hole. FIG. 1 is a schematic view of a refining top blow lance according to the present invention as viewed from the front end side, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the X-X ′ cross section of FIG. 1.
図1及び図2に示すように、本発明に係る精錬用の上吹きランス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、中心部に鉛直下向き方向を向いた中心孔4が設置され、中心孔4の周囲に、中心孔4を対称点として3個の周囲孔5が対称に設置されている。中心孔4はラバールノズル形状であることを必須とし、一方、周囲孔5はストレート形状であっても構わないが、酸素効率を高める観点から、図2に示すようにラバールノズル形状とすることが好ましい。また、浴面の振動を防止する観点から、周囲孔5から供給する酸素含有ガスの総流量が中心孔4から供給する酸素含有ガス量の2倍以上となることが好ましく、従って、周囲孔5の口径(最小部の口径)の総面積が、中心孔4の口径(最小部の口径)の面積の2倍以上となるように、中心孔4及び周囲孔5のサイズを決めることが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, an upper blow lance 1 for refining according to the present invention includes a
そして、中心孔4の周囲に、燃料ガス供給ノズル6と燃焼用酸素供給ノズル8とがランスノズル3の軸心を中心とする同一円周上に交互に配置されている。燃料ガス供給ノズル6は、プロパンガス、天然ガス、水素含有ガス、CO含有ガスなどの燃料ガスを中心孔4の周囲に供給するノズルであり、燃焼用酸素供給ノズル8は、燃料ガス供給ノズル6により供給された燃料ガスを燃焼させるための酸素含有ガスを供給するノズルである。燃料ガス供給ノズル6により供給される燃料ガスは、燃焼用酸素供給ノズル8により供給される酸素含有ガスにより燃焼し、中心孔4から噴出するジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させる。図1では、燃料ガス供給ノズル6と燃焼用酸素供給ノズル8とが同一円周上に交互に配置されているが、燃料ガス供給ノズル6を中心孔4の近傍に配置し、その外側に燃焼用酸素供給ノズル8を配置するようにしてもよい。また、図1では、燃料ガス供給ノズル6及び燃焼用酸素供給ノズル8がそれぞれ6個であるが、これは図面作成上の便宜的なもので、更に多数のノズルを配置しても何ら問題ない。燃料ガス供給ノズル6及び燃焼用酸素供給ノズル8はストレート形状のノズルで問題ない。
Around the
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
内管11と最内管12との間隙は、燃料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燃料ガスは、内管11と最内管12との間隙を通り、燃料ガス供給ノズル6から噴出される。また、最内管12の内部は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、中心孔4、周囲孔5及び燃焼用酸素供給ノズル8から噴出される。図では、燃焼用酸素供給ノズル8から供給する酸素含有ガスと、中心孔4及び周囲孔5から供給する酸素含有ガスとが同じ径路であるが、ランス本体2を五重管構造とするなどして、両者を独立させてもよい。
The gap between the
本発明に係る上吹きランス1は、送酸速度が高い精錬に使用されるものであることから、中心孔4及び周囲孔5を有する多孔ノズルであり、周囲孔5は少なくとも3孔設置する必要があるが、精錬中の鉄やダストの飛散を抑制させるためには、浴面において適度な動圧に低減させる必要があることから、この効果が顕著となる4孔以上とすること、望ましくは6孔以上とすることが好ましい。ここで、周囲孔5の傾角(θ)は、大きすぎると周囲孔5のジェットが中心孔4のジェットから離れすぎて、高動圧化の効果を得にくくなる。これを防止するために、周囲孔5の傾角(θ)は20゜以下が好ましい。中心孔4からの酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させた場合には、周囲孔5からの酸素ジェットの動圧は火炎包囲帯を形成しない場合と同等かそれよりも若干高くなることを確認している。
Since the top blowing lance 1 according to the present invention is used for refining with a high acid feed rate, it is a perforated nozzle having a
次に、中心孔の内壁に開口する燃料ガス供給ノズルを配置した本発明に係る精錬用上吹きランスを説明する。図3に、中心孔の内壁に開口する燃料ガス供給ノズルを配置した本発明に係る精錬用上吹きランスの概略側面断面図を示す。この上吹きランスは、上記の上吹きランス1と区別するために、符号1Aで表している。
Next, the refining top blow lance according to the present invention in which the fuel gas supply nozzle that opens to the inner wall of the center hole is arranged will be described. FIG. 3 is a schematic side cross-sectional view of a refining top blowing lance according to the present invention in which a fuel gas supply nozzle that opens to the inner wall of the center hole is arranged. This upper blowing lance is denoted by
図3に示すように、本発明に係る上吹きランス1Aは、中心孔4の側壁に開口する燃料ガス供給ノズル7が備えられている。燃料ガス供給ノズル7は、中心孔4の側壁に同心円状に複数個配置されている。燃料ガス供給ノズル7から供給された燃料ガスは、中心孔4から供給される酸素含有ガスによって燃焼するので、上吹きランス1Aには、前述した上吹きランス1において配置された燃焼用酸素供給ノズル8は必要とせず設置されていない。上吹きランス1Aは、その他の構造は図1及び図2に示す上吹きランス1と同一構造となっており、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
As shown in FIG. 3, the upper blowing lance 1 </ b> A according to the present invention is provided with a fuel gas supply nozzle 7 that opens on the side wall of the
つまり、上吹きランス1Aでは、内管11と最内管12との間隙に供給された燃料ガスは、内管11と最内管12との間隙を通り、燃料ガス供給ノズル7から中心孔4の内部に噴出される。中心孔4の内部に噴出された燃料ガスは、中心孔4から供給される酸素含有ガスにより燃焼して、中心孔4から噴出する酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させる。このようなランス構造の場合、構造も簡易であり、また、燃料に液体燃料を使用することも容易となる。
That is, in the
このようにして構成される本発明に係る上吹きランス1,1Aを用い、溶銑や溶鋼などの溶融金属の浴面に向けて、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、溶融金属を酸化精錬する。酸化精錬の具体例としては、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である。つまり、反応生成物として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1,1Aを用いて効率的に精錬することができる。
Using the
本発明に係る上吹きランス1,1Aを用い、燃料ガス供給ノズル6或いは燃料ガス供給ノズル7から燃料ガスを供給して中心孔4の酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させることで、中心孔4から噴出される酸素ジェット周囲の温度が高温になり、この酸素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、この酸素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中心孔4の酸素ジェットの減衰が抑制され、浴面における酸素ジェットの動圧を、火炎包囲帯を形成させない場合に比べて増加させることができる。酸素ジェットの動圧の上昇に伴って、上吹きガスによる溶融金属の攪拌力も増大する。
By using the top blowing lances 1, 1 </ b> A according to the present invention, a fuel gas is supplied from the fuel
このような本発明に係る上吹きランス1,1Aによる効果を特に有効に活用できる精錬としては、転炉における溶銑の脱炭吹錬が挙げられ、以下の効果を得ることができる。
Such refining that can particularly effectively utilize the effect of the
即ち、脱炭初期から中期(およそC≧0.6質量%)においては、低動圧・高送酸操業とするため中心孔4及び周囲孔5は低動圧つまりソフトブローとして設計されており、従って、中心孔4の酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させると、浴面の変動が大きくなることから、細粒のスピッティング或いはダストを低減させることができる。大径の鉄飛散は増加するが、発生量は送酸量に依存し、本発明法では周囲孔5からの酸素供給がメインであることから、増加度合いは最小に抑えることが可能である。また、上吹き酸素による撹拌力が増大するので、底吹き撹拌がない場合でも問題なく吹錬が可能となる。更に、上吹きランス1,1Aへの地金付着低減などを目的としてランス高さを増大させた場合においても、高い脱炭酸素効率が得られ、操業安定化の効果が著しい。
That is, from the initial stage to the middle stage (approximately C ≧ 0.6% by mass), the
一方、脱炭酸素効率が低下する吹錬末期(およそC<0.6質量%)においては、中心孔4の酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成させると、脱炭酸素効率を増大させる目的により送酸速度を減じた場合でも酸素ジェットの動圧は高く、溶湯の攪拌力が高位に維持され、鉄の酸化が抑制される。つまり、スラグ中のT.Fe濃度を低減することができ、鉄歩留りを向上させることができる。しかも、同時に動圧が低下してしまう周囲孔5からの酸素ジェットに関しても、高動圧となった中心孔による中心へのジェット吸引効果により酸素効率の低下を抑制できる。また、溶銑の脱炭吹錬においてMn鉱石の還元を実施する場合には、Mn歩留りを飛躍的に向上させることが可能となる。これに対して、火炎包囲帯を形成させない場合には、送酸速度の減少に伴って、脱炭速度の低下及び鉄の酸化が促進され、スラグ中のT,Fe濃度は著しく増大する。このように、特に、吹錬の末期に本発明に係る上吹きランス1,1Aを用いることで、効果が顕著となる。また、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 the final stage of blowing (approximately C <0.6% by mass) in which the decarbonation efficiency decreases, the purpose of increasing the decarbonation efficiency is to form a flame envelope around the oxygen jet in the
また、本発明の上吹きランス1,1A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。
In addition, in the hot metal preliminary dephosphorization treatment using the
このように、本発明によれば、中心孔4から噴出される酸素ジェットの周囲に火炎包囲帯を形成するので、酸素ジェットの動圧が上昇し、この酸素ジェットの高動圧化に伴って上吹きガスによる撹拌力が増大し、例えば、鉄歩留りの向上、Mn鉱石の溶融還元の促進化などの効果が得られる。また、底吹き撹拌の必要性もなくなるとともに、ダストの低減を図ることができる。また更に、酸素ジェットの動圧が高いことから、ランス高さを増大することが可能となり、上吹きランスへの地金付着を軽減することができる。更にまた、脱燐吹錬などの溶銑予備処理時の動圧制御による鉄スクラップ溶解の促進効果も得ることができる。これらの効果が周囲孔にも波及し、簡易なノズル構造で、最大の効果が得られる。
As described above, according to the present invention, since the flame envelope is formed around the oxygen jet ejected from the
以下、本発明の実施例を比較例とともに示す。容量が5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5トンの溶銑を装入し、図3に示す上吹きランスを用いて主として脱炭吹錬を行った。用いた溶銑は、珪素濃度が0.05質量%以下、燐濃度が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 )は質量%比で約2.6〜3.9であり、炉内のスラグ量はCaOバランスによって求めた。転炉炉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0.5Nm3程度吹き込んだ。 Examples of the present invention are shown below together with comparative examples. About 5 tons of hot metal was charged into an upper bottom blown combined blowing smelting converter having a capacity of 5 tons, oxygen blown up, and stirring gas blown into the bottom, and the upper blow lance shown in FIG. 3 was used. Mainly decarburization blowing. The hot metal used had a silicon concentration of 0.05% by mass or less and a phosphorus concentration of 0.007 to 0.018% by mass. Lime-based flux is added into the converter to generate slag. The basicity of slag (CaO / SiO 2 ) determined from the analysis value of slag was about 2.6 to 3.9 in mass% ratio, and the amount of slag in the furnace was determined by the CaO balance. From the tuyere installed at the bottom of the converter furnace, Ar or nitrogen was blown in at about 0.5 Nm 3 per minute for the purpose of stirring the molten metal.
送酸は、主として中心孔を1孔、周囲孔を3孔(傾角θ:10°)有する4孔上吹きランスにより行い、一部、5孔の周囲孔を有するランスも用いた。脱炭初期から最盛期にかけての送酸速度は1200Nm3 /hr、吹錬末期では600Nm3 /hrとし、周囲孔と中心孔との酸素供給比は吹錬中一定とした。また、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。 The acid feeding was performed by a 4-hole top lance mainly having one central hole and three peripheral holes (inclination angle θ: 10 °), and a lance having a part of five peripheral holes was also used. Oxygen-flow-rate of toward its peak from decarburization early 1200 Nm 3 / hr, the blow end and 600 Nm 3 / hr, the oxygen supply ratio of the surrounding hole and center hole was kept constant during the blowing. In addition, the blowing pattern such as the lance height was made the same as much as possible in any operation.
火炎包囲帯は、中心孔のラバールノズル内壁からプロパンガスを混合し、プロパンガスを燃焼させて、中心孔の出口に形成させた。火炎が浴面に達すると炉体振動が大きくなったため、浴面に達しない条件で行った。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、到達温度は1650℃を目標とした。また、吹錬終了時のスラグを採取し、スラグ中のT.Fe濃度を評価した。Mn鉱石を吹錬中に5kg/t添加し、吹錬終点でのMn歩留も評価した。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。 The flame envelope was formed at the outlet of the center hole by mixing propane gas from the inner wall of the Laval nozzle in the center hole and burning the propane gas. The furnace body vibration increased when the flame reached the bath surface. The end goal of decarburization blowing was the time when the carbon concentration in the molten steel reached 0.05 mass%, and the ultimate temperature was 1650 ° C. Moreover, the slag at the time of completion | finish of blowing was extract | collected, and T.Fe density | concentration in slag was evaluated. Mn ore was added at 5 kg / t during blowing, and the Mn yield at the end of blowing was also evaluated. Table 1 shows the operation conditions and operation results of the inventive examples and the comparative examples.
表1に示すように、本発明例においては、火炎包囲帯を形成していない比較例1,2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。中心孔及び周囲孔ともに火炎包囲帯を形成させた比較例3では、吹錬中の浴面の変動が極めて大きくなり、鉄・ダストの飛散が著しく増大した。これに対して、本発明例においては、鉄・ダストの飛散は低位に安定していた。 As shown in Table 1, in the examples 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. In Comparative Example 3 in which the flame surrounding zone was formed in both the center hole and the surrounding hole, the fluctuation of the bath surface during blowing was extremely large, and the scattering of iron and dust was remarkably increased. On the other hand, in the example of the present invention, the scattering of iron and dust was stable at a low level.
1 上吹きランス
1A 上吹きランス
2 ランス本体
3 ランスノズル
4 中心孔
5 周囲孔
6 燃料ガス供給ノズル
7 燃料ガス供給ノズル
8 燃焼用酸素供給ノズル
9 外管
10 中管
11 内管
12 最内管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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