JP2014080666A - 粉体吹き込み用ランス - Google Patents

Abstract

【課題】粉体の飛散を抑制して浴面での反応に寄与する粉体の歩留りを向上させ、該粉体に係るコストの低減を図ることができる粉体吹き込み用ランスを提案する。
【解決手段】精錬容器に収容された溶湯の浴面に向けて粉体を投射する粉体吹き込み用ランスにおいて、ランス１を、その先端ノズル部１ｂに、粉体を環状流にして噴出させる単一の環状噴出開孔２を備えたもので構成する。その際に、環状噴出開孔２は、ランス本体の外径をＤとした場合に、孔幅ＷがＤ×（１０〜２０％）で、かつ、ピッチ円直径ｄがＤ×（０．５〜０．８）とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、精錬容器に収容された溶湯（溶銑）の浴面に向けて精錬用粉体を投射、吹き込むのに好適な粉体吹き込み用ランスに関するものである。

溶銑の脱燐・脱硫を行う際に使用される代表的な設備としては、溶銑を収容した精錬容器内に脱燐・脱硫剤を投入し、攪拌用インペラーを用いて該溶銑を機械的に撹拌するＫＲ設備が知られている（図６参照）。

かかる設備においては、例えば、特許文献１に開示されているように、細粒の脱硫剤（粉体）を、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに溶銑の浴面に投射することにより反応の促進が図られている。

ところで、この種の設備で使用される上吹きランスは、ランスの噴出孔から噴出した噴流が径方向外側へと広がるため、噴流に含まれる粉体が飛散して歩留りが低下するのが避けられず、ランスの先端部を溶湯の浴面に近づける必要があって、地金の付着によりノズル詰まりや溶損を引き起こすという問題がある。

なお、上吹きランスに関する先行技術として、特許文献２には、同円周上に等間隔で配置された３孔以上のノズルを有するものにつき、ランス中心軸がｚ軸、ノズルの出口位置がｘ軸上となるように定めたｘｙｚ直交座標系において、ｙｚ平面およびｘｚ平面への該ノズル軸の投影がｚ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、αとβが、０＜tanα／tan β＜２．７５を満足する構造になるものが提案されている。

また、特許文献３には、ランスの４個の円形のラバールノズルを設けるかあるいはスリット幅を変化させることができる円環状のスリットを備えたものが提案されており、さらに、特許文献４、５には、円環状のスリットを形成するとともにその内側に１個または複数個の開孔を設けたものが提案されている。

特開２００７−２４７０４５号公報 特開２０００−１７１４号公報 特開平７−３３１３１５号公報 特開平７−２１６４３０号公報 特開平６−２４０３２９号公報

しかしながら、上記先行文献２、３に開示されたランスは、精錬用ガスを溶融金属に吹き付けるための使用される上吹きランスであり、粉体の吹き込みには対応し得ないものである。また、上記先行文献４、５に開示されたランスは、円環状のスリットの内側に形成された開孔を通して粉体を吹き込むことができるものの、その吐出速度は、円環状のスリットからの吐出速度よりも小さくしなければならない制約を受けるため、粉体の効果的な吹き込みを行うのが困難なものであった。

本発明の課題は、ランスの先端部を溶湯に近づけることなしに粉体の飛散を抑制して該粉体の効率的な吹き込みを行うことができる粉体吹き込み用ランスを提案するところにある。

本発明は、精錬容器に収容された溶湯の浴面に向けて粉体を投射する粉体吹き込み用ランスであって、前記ランスは、その先端部に、前記粉体を環状にして噴出させる単一の環状噴出開孔を備え、前記環状開孔は、ランス本体の外径をＤとした場合に、孔幅ＷがＤ×（１０〜２０％）で、かつ、ピッチ円（孔幅Ｗの中心を通る円）直径ｄがＤ×（０．５〜０．８）になることを特徴とする粉体吹き込み用ランスである。

上記の構成からなる粉体吹き込み用ランスにおいて、前記環状噴出開孔は、スリット状の孔または円形の孔を複数配列した集合体にて構成することが本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

上記の構成からなる本発明の粉体吹き込み用ランスによれば、精錬容器に収容された溶湯の浴面に向けて粉体を投射する吹き込み用ランスの先端部に、孔幅Ｗがランス本体の外径Ｄ×（１０〜２０％）で、かつ、ピッチ円直径ｄがランス本体の外径Ｄ×（０．５〜０．８）になる単一の環状噴出開孔を設けて精錬用粉体を環状に噴出させるようにしたため、その際に形成される環状噴流の内側空間は低圧になり、粉体噴流そのものが該内側空間の中央に向けて引き寄せられる。これにより、粉体の飛散は抑制され、ランスの先端部を溶湯に近づけることなしに浴面での反応に寄与する粉体を効率よく吹き込むことができ、粉炭の歩留りの向上、粉体のコストの低減が可能になる。

また、本発明の粉体吹き込み用ランスによれば、環状噴出開孔を、スリット状の孔あるいは円形の孔を複数配列した集合体にて構成することができ、この場合においても環状の粉体噴流を形成することが可能となり、その内側空間における低圧化により粉体の飛散が抑制される。

本発明に従う粉体吹き込み用ランスの実施の形態を模式的に示した図であり、（ａ）は、ランスの先端ノズル部の拡大断面図、（ｂ）はその端面を示した図である。 （ａ）（ｂ）は、従来の粉体吹き込みランスの構造をその要部について示した図である。 図２に示したランスを用いて粉体の吹き込みを行った状況を示した図である。 図１に示したランスを用いて粉体の吹き込みを行った状況を示した図である。 （ａ）（ｂ）は、本発明に従う粉体吹き込みランスの他の例を示した図である。 ＫＲ設備を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明に従う粉体吹き込み用ランスの実施の形態を模式的に示した図であり、（ａ）はランス先端部の拡大断面図、（ｂ）はその端面を示した図である。

図における符号１は、ランスである。このランス１は、その内側に粉体をキャリアガスとともに送給する送給経路Ｍを有する長尺、筒状のランス本体１ａと、このランス本体１ａに一体的につながる先端ノズル部１ｂから構成されている。

２は、先端ノズル部１ｂに設けられ、ランス本体１ａの送給経路Ｍを通って搬送された粉体を搬送ガス（キャリアガス）とともに噴出させる環状噴出開孔である。この環状噴出開孔２は、一つだけ形成される（中央部に開孔は存在しない）。

通常、先端ノズル部の中央に噴出開孔が形成された図２（ａ）（ｂ）に示すようなランスを用いて粉体をキャリアガスとともに吹き込む場合、粉体噴流は、図３に示すような状態になる。すなわち、噴出開孔２′から離れるに従い粉体噴流が径方向の外側に向けて広がっていくため、粉体の飛散は避けられない。

本発明に従うランス１においては、環状噴出開孔２を通過することにより粉体を含んだキャリアガスは図４に示す如き環状噴流となって噴出することになり、その内側空間Ｎは低圧化され該環状流自体がその中央部に向けて引き寄せられる。その結果、粉体の飛散は抑制されることとなる。

本発明においては、ランス本体の外径をＤ（図１（ｂ）参照）とした場合、環状噴出開孔の孔幅ＷをＤ×（１０〜２０％）、ピッチ円直径ｄ（図１（ｂ）参照）をＤ×（０．５〜０．８）とすることとしたが、その理由は、噴出断面積である孔幅Ｗは、上記範囲より大きくなると噴出流速が低下して反応効率が低下する。また、孔幅Ｗが上記範囲より小さくなると吹き込み粉体量が確保できず反応効率が低下する。また、孔幅Ｗを上記範囲とした場合、ピッチ円直径ｄは先端ノズル部１ｂの製作上必要な肉厚を確保する点から上記の範囲が適当である。

本発明に従う吹き込みランスの環状噴出開孔２は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、スリット状の孔２ａあるいは、円形の孔２ｂを複数配列した集合体からなるもので構成することもできるが、その形状は適宜変更することができる。

孔の相互間隔は、環状流の内側空間を効果的に低圧化するため、５ｍｍ程度以下とするのが望ましい。

溶湯の攪拌用インペラー３を備えた図６に示すようなＫＲ設備を使用して、下記の条件の下に粉体の吹き込みを行い、粉体噴流の広がり角度について調査を行った。

条件：
ランス：直径１００ｍｍ、孔幅２０ｍｍ、ピッチ円直径５０ｍｍ、
ランス先端から浴面までの距離：１．５ｍ
吹き込み速度：４００kg／ｍｉｎ、
吹き込みガス圧力：９．９kgｆ／ｃｍ^２、
吹き込み粉体：粒度１ｍｍ以下（粒度１５０μｍ以下のもの５０％未満）、
嵩比重１．３〜１．５ｔ／ｍ^３

その結果、粉体噴流の広がり角度は、従来のランス（中央部に噴出開孔を有するもの）の場合、片側５°程度であったの対し本発明に従うランスは２°程度になり、粉体の飛散が５％程度低減されることが確認できた。

本発明によれば、粉体の飛散の抑制により、浴面での反応に寄与する粉体の歩留りを向上させることが可能となり、粉体に係るコストの低減を図ることができる。

１ ランス
１ａ ランス本体
１ｂ 先端ノズル部
２ 環状噴出開孔
３ インペラー
Ｍ 送給経路
Ｎ 内側空間

Claims (2)

1. 精錬容器に収容された溶湯の浴面に向けて粉体を投射する粉体吹き込み用ランスであって、
   前記ランスは、その先端ノズル部に、前記粉体を環状流にして噴出させる単一の環状噴出開孔を備え、
   前記環状噴出開孔は、ランス本体の外径をＤとした場合に、孔幅ＷがＤ×（１０〜２０％）で、かつ、ピッチ円直径ｄがＤ×（０．５〜０．８）になることを特徴とする粉体吹き込み用ランス。
2. 前記環状噴出開孔は、スリット状の孔または円形の孔を複数配列した集合体からなることを特徴とする請求項１に記載した粉体吹き込み用ランス。

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