JP2009091612A - Ａｌを含有する溶鋼の昇温方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空脱ガス装置を用いた二次精錬において、Ａｌを含有する溶鋼を昇熱する際に、煉瓦の均一溶損を可能とする溶鋼の昇温方法および昇温装置を提供する。
【解決手段】ランス中心軸とランス孔の中心軸とのなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランス１と、この上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させる回転機構とを備えた昇温装置を用い、前記上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させながら、溶鋼３中のＡｌを酸化することでＡｌを含有する溶鋼を昇温する。
【効果】側壁煉瓦の溶損バランスを調整でき、煉瓦厚さの有効活用を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空脱ガス装置を用いた二次精錬において、Ａｌを含有する溶鋼を昇熱する方法、及びこの方法を実施する装置に関するものである。

真空脱ガス装置を用いた二次精錬において、真空槽内での溶鋼中のＡｌ酸化熱を利用する酸素昇熱では、ノズル孔が鉛直方向に対して０°の角度、すなわち上吹き酸素ノズルから真下に酸素を吹く昇熱方法が広く用いられている。

この上吹きランスから溶鋼に酸素を吹き付けることで溶鋼中のＡｌを酸化して溶鋼を昇熱する方法では、酸素火点において高温溶鋼のスプラッシュが生じ、そのスプラッシュにより真空槽の内側壁煉瓦が溶損される。

従って、かかる溶鋼の昇熱においては、真空槽の内側壁煉瓦の溶損を抑制することが求められているが、上吹きランスから酸素を溶鋼面に吹き付ける際に生じる真空槽の内側壁煉瓦の溶損については何ら考慮がなされていない。

図４に示すように、真空槽２内で溶鋼３は上昇管４側から下降管５側に流れる。従って、前記上吹き酸素ランス１から真下に酸素を吹き付けた場合でも、その時に発生するスプラッシュは下降管５側に多く飛び散るので、このスプラッシュによって下降管５側の側壁煉瓦の溶損６が著しくなる。このため、ランニングコストに多大な影響を与える側壁煉瓦の大きな溶損６が生じることは避け難い。なお図４中の７は酸素火点を示す。

そこで、下降管側側壁煉瓦の先行溶損を回避する手段として、ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°である上吹きランスを用いて溶鋼昇熱を行う方法を、出願人は特許文献１で提案している。この方法は、前記上吹きランスから酸素ガスを上吹き吹錬する際、酸素火点の中心位置を上昇管側に位置させることで、真空槽の側壁耐火物の溶損を抑制するものである。
特開２００５−８２８２６号公報

前記特許文献１で提案した方法は、図５に示すように、上昇管４側、下降管５側の側壁煉瓦はバランスよく溶損６されるものの、上昇管と下降管との中間（以下、非環流側と言う。）の煉瓦溶損が少なく、煉瓦の均一溶損がなされないので、煉瓦の有効利用の点で改善の余地がある。

特許文献２では、先端部に、ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が２０°〜５０°の角度を有するランス孔を設けた上吹きランスを、軸心を中心に回転可能にして酸素の吹き付け方向を調節して二次燃焼ゾーンを任意に調節することで、溶鋼の温度降下防止と、耐火物溶損を抑制する技術が提案されている。
特開平７−４１８２５号公報

しかしながら、特許文献２で提案された技術において、ランスの先端部に設けるランス孔の角度を２０°〜５０°とするのは、溶鋼の脱炭処理に伴って発生するＣＯガスを、槽内空間における溶鋼の上方で二次燃焼させるためである。従って、溶鋼中のＡｌを上吹き酸素で酸化させるＡｌ酸化昇熱の場合は、前記「２０°〜５０°」という角度は過大に過ぎる。また、上吹き酸素を上昇管側へ向けて吹き出した場合、その酸素が側壁に到達し、下降管側の側壁煉瓦の溶損は減少するものの、上昇管側の側壁煉瓦が溶損するという問題が生じる懸念がある。

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１の方法では、非環流側の煉瓦溶損が少なく、煉瓦の均一溶損がなされないので、煉瓦の有効利用の点で改善の余地があるという点である。

本発明のＡｌを含有する溶鋼の昇温方法は、
煉瓦の均一溶損を可能とするために、
真空脱ガス設備における溶鋼を昇温する方法において、
ランス中心軸とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させながら、溶鋼中のＡｌを酸化することを最も主要な特徴としている。

本発明においては、真空槽の中心と溶鋼の上昇管の中心を結んだラインに対して、上吹き酸素ランスの酸素吹き出し方位が±９０°以内の範囲となるように、前記上吹き酸素ランスを回転させることが望ましい。

前記本発明方法は、ランス中心軸とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランスと、この上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させる回転機構を備えた装置を使用することによって実施できる。これが本発明のＡｌを含有する溶鋼の昇温装置である。

本発明では、ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°である上吹き酸素ランスを、中心軸回りに回転させながら溶鋼中のＡｌを酸化するので、側壁煉瓦の溶損バランスを調整でき、煉瓦厚さの有効活用を図ることができる。

以下、本発明の技術思想の説明と共に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を用いて詳細に説明する。

先に説明したように、二次精錬における溶鋼の昇熱は、溶鋼にＡｌを添加し、真空脱ガス槽内で上吹き酸素ランスから酸素を吹き付けることによるＡｌの酸化反応熱を利用した溶鋼昇熱が広く行われている。この場合、側壁煉瓦の溶損が問題となり、多くの場合、側壁煉瓦の比較的狭い範囲の溶損によって槽全体の耐火物交換を余儀なくされている。

このような真空脱ガス装置での上吹き酸素ランスからの吹酸によるＡｌ含有溶鋼の昇熱では、上吹き酸素火点を下降管側側壁から遠ざけることで下降管側側壁煉瓦の先行溶損を軽減でき、真空槽の寿命を延長することができる。

上吹き酸素火点を下降管側側壁から遠ざけるには、特許文献１で提案したように、上吹き酸素ランスの中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°である上吹き酸素ランスを有する設備を使用することが効果的である。

この上吹き酸素ランスを有する設備では、酸素の吹出し方向を上昇管側に向けることができるので、酸素火点が下降管側から遠ざかることにより、側壁煉瓦の溶損が抑制される。

しかしながら、ランスの中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°である上吹き酸素ランスを使用するだけでは、非環流側の側壁の溶損が相対的に少なくなっても、煉瓦の均一利用という課題の解決は覚束ない。

そこで、本発明では、特許文献１で提案した「ランス中心軸とランス孔の中心軸がなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランス」を、鉛直方向の中心を軸に回転させる機能を付与した装置を用いて、酸素吹き中に回転させながら溶鋼中のＡｌを酸化することとしている。なお、上吹き酸素ランスを回転させる機構は、ラックとピニオンを用いた機構など、周知の機構を採用すれば良い。

このような本発明では、酸素吹き中に前記上吹き酸素ランスを回転させることにより、側壁耐火物の溶損が非環流側にも及び、代わりに下降管側・上昇管側の側壁耐火物の耐溶損負担が軽減される。

従って、全体として側壁耐火物の溶損進行が均等化される。また、側壁耐火物全体の平均的な溶損速度も抑えることができる。そして、その結果、真空槽の交換に至るまでの酸素吹き原単位を上昇させることが可能となり、ひいては真空槽の寿命の延長化を達成することができる。

この本発明では、吹酸中の上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させることで酸素火点を分散させるが、その回転角度は「真空槽の中心と溶鋼の上昇流側浸漬管の中心を結んだラインに対して、上吹き酸素ランスの回転角度が±９０°以内の範囲」とすることが望ましい。前記回転角度が±９０°を超えると、酸素火点が下降管側に向き、下降管側側壁煉瓦の溶損が著しくなるからである。

このように吹酸中の上吹き酸素ランスを±９０°以内の範囲で回転させることで酸素火点を移動させ、スプラッシュによる側壁煉瓦溶損を、環流側だけではなく非環流側にも広げることにより、真空槽内側壁煉瓦の溶損を均一化させ、側壁煉瓦を有効利用できる。

ランス中心軸ＣＬ１方向と、ランス孔１ａの中心軸ＣＬ２とのなす角度が３°〜１０°である上吹き酸素ランス１を図１に示す。この上吹き酸素ランスに回転機能を持たせて、酸素昇熱を行う本発明の概念を図２に示す。

比較として、ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が０°の上吹き酸素ランスにより直下方向に送酸して酸素昇熱を行う従来例の概念を図４に、本発明方法と同じ上吹き酸素ランスを回転させないで酸素昇熱を行う比較例の概念を図５に示す。

従来例では、真空槽２内で溶鋼３は上昇管４側から下降管５側に流れるので、発生するスプラッシュが下降管５側に多く飛び散る。従って、図４（ｂ）に示すように、下降側側壁煉瓦の溶損６が著しいが、その代わりに、上昇管４側や非環流側の側壁煉瓦の溶損６は少ない。

一方、比較例では、酸素火点の中心位置を上昇管側に位置させることで、図５（ｂ）に示すように、上昇管４側、下降管５側の側壁煉瓦はバランスよく溶損される。しかしながら、非環流側の煉瓦溶損が少なく、煉瓦の均一溶損がなされないので、煉瓦の有効利用の点で改善の余地がある。

これに対して、真空槽２の中心と溶鋼３の上昇管４の中心を結んだラインＬに対して、上吹き酸素ランス１を±９０°以内の範囲で回転させた発明例では、図２（ｂ）に示すように、酸素火点７の中心位置が上昇管４側に偏移された状態で回転移動する。従って、上昇管４側、下降管５側の側壁煉瓦の溶損６と、非環流側の煉瓦の溶損６とのバランスを調整することができる。

次に、本発明の効果を確認するために行った、調査結果について説明する。
発明者らは、溶鋼中のＡｌ濃度が０．００１質量％〜１．０質量％の溶鋼２１０トンを対象とし、その温度を１０℃から１００℃まで上昇させる操業において、ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が３°、５°、７°である上吹き酸素ランスを使用して、真空槽の内部側壁煉瓦の溶損速度を調査した。また、本調査を行った真空槽は、鉄皮内径２１４８mm、煉瓦厚さ３５０mm、上昇管、下降管の内径は６５０mmであり、ランス孔の出口径は５２．９mmである。

下記表１に、真空槽の中心と溶鋼の上昇管の中心を結んだラインに対して±４５°の範囲、上吹き酸素ランスを１秒間に６°で回転させた発明例と、上吹き酸素ランスを回転させない比較例の場合の側壁煉瓦溶損速度の比較を示す。なお、表１は、寿命を迎えるまでの平均送酸量がほぼ等しい槽を比較した値である。

表１より、上吹き酸素ランスを回転させる発明例は、上吹き酸素ランスを回転させない比較例に比べて、側壁煉瓦溶損速度が少なく、溶損速度が均等化されていることが分かる。

図３は、調査対象とした真空槽が寿命を迎えるまでの発明例と比較例の平均酸素使用量（横軸）と、その調査対象である真空槽が寿命を迎えたときの処理チャージから実測した結果（縦軸）の関係を示した図である。

真空槽の寿命は、側壁煉瓦が溶損し、煉瓦残厚がゼロ、またはほぼゼロになった時とし、測定は初期煉瓦厚さからの溶損量を実測し、上昇管と下降管の中心を結ぶ線と側壁との交点を含めて円周方向に８等分した方位に関し、各方位において溶損が比較的に多いと認められた高さ位置とした。

図３より、○印で示した比較例に比べて、●印で示した発明例では、同じ平均酸素量を使った場合でも側壁煉瓦溶損量が２０％低下していたことが確認できた。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

ランス中心軸方向と、ランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°である上吹き酸素ランスの概略図である。 本発明の概念を説明する図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。 調査対象とした真空槽が寿命を迎えるまでの発明例と比較例の平均酸素使用量（横軸）と、その調査対象である真空槽が寿命を迎えたときの処理チャージから実測した結果（縦軸）の関係を示した図である。 ランス中心軸方向とランス孔中心軸のなす角度が０°の上吹き酸素ランスにより直下方向に送酸して酸素昇熱を行う従来例の概念を説明する図２と同様の図である。 本発明方法と同じ上吹き酸素ランスを回転させないで酸素昇熱を行う比較例の概念を説明する図２と同様の図である。

符号の説明

１ 上吹き酸素ランス
１ａ ランス孔
２ 真空槽
３ 溶鋼
４ 上昇管
５ 下降管

Claims (3)

1. 真空脱ガス設備における溶鋼を昇温する方法において、
   ランス中心軸とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させながら、溶鋼中のＡｌを酸化することを特徴とするＡｌを含有する溶鋼の昇温方法。
2. 真空槽の中心と溶鋼の上昇管の中心を結んだラインに対して、上吹き酸素ランスの酸素吹き出し方位が±９０°以内の範囲となるように、前記上吹き酸素ランスを回転させることを特徴とする請求項１に記載のＡｌを含有する溶鋼の昇熱方法。
3. 真空脱ガス設備における溶鋼の昇温装置において、
   ランス中心軸とランス孔中心軸のなす角度が３°〜１０°の上吹き酸素ランスと、
   この上吹き酸素ランスを、鉛直方向の中心を軸に回転させる回転機構と、
   を備えたことを特徴とするＡｌを含有する溶鋼の昇温装置。

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