JP2015108165A - Method for refining molten metal, and facilities for refining molten metal - Google Patents
Method for refining molten metal, and facilities for refining molten metal Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015108165A JP2015108165A JP2013250102A JP2013250102A JP2015108165A JP 2015108165 A JP2015108165 A JP 2015108165A JP 2013250102 A JP2013250102 A JP 2013250102A JP 2013250102 A JP2013250102 A JP 2013250102A JP 2015108165 A JP2015108165 A JP 2015108165A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lance
- molten metal
- refining
- injection holes
- jet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 88
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 88
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 58
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 20
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
Abstract
Description
本発明は、上吹き転炉、上底吹き転炉などの上吹きランスが備えられた精錬容器に収容される溶銑などの溶融金属の浴面に上吹きランスから酸素ガスなどの精錬用気体を吹き付けて溶融金属を精錬する精錬方法並びに精錬設備に関し、詳しくは、精錬用気体の吹き付けに起因する溶融金属の飛散（「スピッティング」という）を抑える精錬方法並びに精錬設備に関する。 The present invention provides a refining gas such as oxygen gas from a top blow lance to a bath surface of molten metal such as hot metal contained in a refining vessel equipped with a top blow lance such as a top blow converter and top bottom blow converter. More particularly, the present invention relates to a refining method and a refining facility that suppress the scattering of molten metal (referred to as “spitting”) caused by blowing a refining gas.
溶銑を収容する転炉（精錬容器）に、上吹きランスを挿入して、該上吹きランスの先端面に形成される噴射孔から精錬用酸素ガスを上吹きすることで、また、必要に応じて炉底からも精錬用酸素ガスを底吹きすることで、主として脱炭を目的とした精錬（以下、「転炉脱炭精錬」という）が行われている。この転炉脱炭精錬では、溶銑予備処理の発達により、転炉において脱燐反応を行う必要性が少なくなっており、転炉脱炭精錬におけるスラグの生成量が急激に低減している。これにより、転炉に収容されている溶銑上にはスラグ層が形成されにくくなっており、精錬用気体として使用される酸素ガスを溶銑に接触させるために、スラグ層を貫通させるような高圧で酸素ガスを噴射する必要性がなくなっている。 By inserting an upper blowing lance into a converter (smelting vessel) containing hot metal, and blowing up the oxygen gas for refining from the injection hole formed at the tip of the upper blowing lance, and if necessary Refining mainly for decarburization (hereinafter referred to as “converter decarburization refining”) is performed by blowing oxygen gas for refining from the bottom of the furnace. In this converter decarburization refining, the need for a dephosphorization reaction in the converter is reduced due to the development of the hot metal pretreatment, and the amount of slag generated in the converter decarburization refining is drastically reduced. As a result, it is difficult to form a slag layer on the hot metal contained in the converter, and in order to bring the oxygen gas used as a refining gas into contact with the hot metal, the pressure is high enough to penetrate the slag layer. The need to inject oxygen gas is gone.
溶銑を覆うスラグ層は、従来、噴射された酸素ガスの噴流が溶銑に衝突することによって生じる溶銑の飛散（以下、「スピッティング」という）を抑えていたが、上述の通り、溶銑予備処理の発達に伴ってスラグ層が形成されにくくなったことから、近年、スピッティングが顕著に生じるようになった。スピッティングによって、転炉々口、上吹きランス、更には転炉排ガス設備への地金付きが増加し、転炉脱炭精錬の操業に悪影響が生じるとともに、スピッティングに伴う鉄ダストの発生も増加し、発生する鉄ダストにより、転炉脱炭精錬における溶鋼の歩留まりも低下している。 Conventionally, the slag layer covering the hot metal suppresses the spattering of hot metal (hereinafter referred to as “spitting”) caused by the jet of the injected oxygen gas colliding with the hot metal. In recent years, spitting has become prominent because it has become difficult to form a slag layer with development. Spitting increases the amount of metal in the converter outlets, top blowing lances, and converter exhaust gas equipment, which adversely affects converter decarburization refining operations and also generates iron dust associated with spitting. Due to the increased and generated iron dust, the yield of molten steel in converter decarburization refining is also reduced.
このスピッティングを抑制するために、近年、噴射孔を上吹きランスの先端面に複数形成し、一つの噴射孔あたりの精錬用酸素ガスの噴出流量を下げ、溶銑浴面に対する衝突エネルギーを分散させることが行われている。但し、複数の噴射孔が先端面に形成された上吹きランスでは、噴射孔の個数が多くなり過ぎると、噴射孔からの精錬用気体の噴流同士が干渉し合い、合体してしまう可能性がある。合体した噴流のエネルギーは増加し、噴流が合体することによってスピッティングは増加する。 In order to suppress this spitting, in recent years, a plurality of injection holes are formed on the tip surface of the upper blowing lance, the flow rate of the refining oxygen gas per injection hole is lowered, and the collision energy against the hot metal bath surface is dispersed. Things have been done. However, in the upper blowing lance in which a plurality of injection holes are formed on the front end surface, if the number of injection holes is too large, the refining gas jets from the injection holes may interfere with each other and coalesce. is there. The energy of the combined jet increases and spitting increases as the jets merge.
そこで、噴流の合体によるスピッティングの発生を防止するために、種々の提案がなされている。 Therefore, various proposals have been made to prevent spitting from occurring due to the union of jets.
例えば、特許文献１には、溶銑湯面に形成される各噴射孔に対応するキャビティー（「火点」ともいう）の重なりを、上吹きランスの寸法や操業条件に基づいて幾何学的な計算によって求め、重なり率が或る閾値以下となるように、各噴射孔の傾角（ランス軸心に対する傾斜角度）を定めることが提案されている。また、特許文献１は、ランス先端中央にスピッティングを払い落とすことを目的とした、キャビティ形状に影響を及ぼさない程度の小口径噴射孔を設けることも提案している。
For example, in
特許文献２には、中心噴射孔と、その周囲の６個の周囲噴射孔とを有する７孔ランスを用い、火点面積のオーバーラップ率を下げ且つソフトブロー化を目的として、火点のオーバーラップ率を総火点面積の３０％以下とし、火点の総面積が火点の最外周を囲む円の面積の７５％以上とする精錬方法が提案されている。
In
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。 However, the above prior art has the following problems.
即ち、特許文献１では、火点の重なり率を計算する際、酸素ガス噴流が直進することを前提として火点面積を算出しているが、本発明者らは、各噴流は互いに干渉して寄り合うように偏向することを確認している。従って、特許文献１で計算された火点面積の重なり率は、実際よりも小さく見積もられるので、重なり率が小さくなるように設計した上吹きランスにおいても、実際には、重なり率が想定よりも大きくなってしまい、スピッティングを抑えにくくなるという問題がある。
That is, in
特許文献２では、中心噴射孔及び周囲噴射孔のスロート径や出口径は可変としているが、火点の総面積が火点の最外周を囲む円の面積の７５％以上となるようにすることで、必然的に中心噴射孔の径が周囲噴射孔の径と同じか、或いはそれ以上となるので、周囲噴射孔からの噴流と中心噴射孔からの噴流とが接近し、噴流が相互に干渉して、ひいては合体する可能性があり、スピッティングの増加に繋がるという問題がある。
In
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶銑などの溶融金属を収容する精錬容器の上方に上吹きランスを設置し、該上吹きランスの先端面に設けた複数の周囲噴射孔から、溶融金属の浴面に酸素ガスなどの精錬用気体を吹き付けて、溶融金属を精錬するにあたり、各周囲噴射孔から噴射される噴流の合体を確実に抑制することが可能であり、これによってスピッティングを抑えることを可能とする精錬方法並びに精錬設備を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to install an upper blowing lance above a refining vessel for containing molten metal such as hot metal and to provide it on the front end surface of the upper blowing lance. When refining the molten metal by blowing a refining gas such as oxygen gas from a plurality of peripheral injection holes onto the bath surface of the molten metal, it is possible to reliably suppress the coalescence of the jets injected from the respective peripheral injection holes. It is possible to provide a refining method and a refining equipment that can suppress spitting.
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］ランス先端面のランス軸心を中心とし、ピッチ円の直径をＰとする同一円周上に、精錬用気体を噴射するための複数の周囲噴射孔が設置された上吹きランスを、隣り合う前記周囲噴射孔からの噴流の間に生じる隙間面積Ｓが前記ピッチ円の直径Ｐ及びランス高さＨに対して下記の（１）式の関係を満足するように精錬容器内に収容された溶融金属の浴面上に設置し、前記周囲噴射孔から精錬用気体を前記溶融金属の浴面に吹き付けて前記溶融金属を精錬することを特徴とする、溶融金属の精錬方法。
Ｓ／（Ｐ×Ｈ）＞０．３・・・（１）
但し、（１）式において、Ｓは、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を周囲噴射孔の形状に基づく幾何学的な円錐台と近似したときの隣り合う噴流の間に生じる隙間面積（ｍ2）、Ｐは、周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｈは、ランス高さであって上吹きランスの先端面から静止時の溶融金属浴面までの距離（ｍ）である。
［２］溶融金属を収容した精錬容器と、ランス先端面のランス軸心を中心とし、ピッチ円の直径をＰとする同一円周上に、精錬用気体を噴射するための複数の周囲噴射孔が設置された上吹きランスであって、隣り合う前記周囲噴射孔からの噴流の間に生じる隙間面積Ｓが前記ピッチ円の直径Ｐ及びランス高さＨに対して下記の（１）式の関係を満足するように精錬容器内に収容された溶融金属の浴面上に設置された上吹きランスと、を有することを特徴とする、溶融金属の精錬設備。
Ｓ／（Ｐ×Ｈ）＞０．３・・・（１）
但し、（１）式において、Ｓは、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を周囲噴射孔の形状に基づく幾何学的な円錐台と近似したときの隣り合う噴流の間に生じる隙間面積（ｍ2）、Ｐは、周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｈは、ランス高さであって上吹きランスの先端面から静止時の溶融金属浴面までの距離（ｍ）である。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] An upper blowing lance having a plurality of peripheral injection holes for injecting a refining gas on the same circumference centered on the lance axis of the lance tip surface and having a pitch circle diameter P, The clearance area S generated between the jets from the adjacent peripheral injection holes is accommodated in the refining vessel so as to satisfy the relationship of the following formula (1) with respect to the diameter P and the lance height H of the pitch circle. A method for refining a molten metal, comprising: refining the molten metal by spraying a refining gas onto the molten metal bath surface from the surrounding injection holes.
S / (P × H)> 0.3 (1)
However, in the expression (1), S is a gap area (between adjacent jets when the shape of the jet jetted from the peripheral jet holes is approximated to a geometric truncated cone based on the shape of the peripheral jet holes ( m 2 ), P is the diameter (m) of the pitch circle of the surrounding injection holes, and H is the lance height, which is the distance (m) from the tip surface of the top blowing lance to the molten metal bath surface at rest. .
[2] A refining vessel containing molten metal and a plurality of peripheral injection holes for injecting a refining gas on the same circumference centered on the lance axis of the lance tip surface and having a pitch circle diameter P The gap area S generated between the jets from the adjacent peripheral injection holes is related to the diameter P of the pitch circle and the lance height H by the following equation (1). And a top blowing lance installed on the bath surface of the molten metal accommodated in the smelting vessel so as to satisfy the requirements.
S / (P × H)> 0.3 (1)
However, in the expression (1), S is a gap area (between adjacent jets when the shape of the jet jetted from the peripheral jet holes is approximated to a geometric truncated cone based on the shape of the peripheral jet holes ( m 2 ), P is the diameter (m) of the pitch circle of the surrounding injection holes, and H is the lance height, which is the distance (m) from the tip surface of the top blowing lance to the molten metal bath surface at rest. .
本発明によれば、ランス中央領域への雰囲気ガスの流入口となる隣り合う噴流間の隙間面積Ｓと、ピッチ円の直径Ｐとランス高さＨとの積（Ｐ×Ｈ）との比を０．３超えの値とするので、ランス中央領域への雰囲気ガスの流入口となる隙間面積Ｓが確保され、つまり、ランス中央領域への雰囲気ガスの流入量が確保され、ランス中央領域での負圧が軽減されて周囲噴射孔からの噴流のランス中央への偏向が抑制されると同時に、噴流の干渉・合体に影響するランス高さが過剰に高くなることはなく、これらにより、円周方向に隣り合う周囲噴射孔からの噴流の干渉・合体を抑えることができ、その結果、周囲噴射孔の多孔化によるソフトブロー化を達成すると同時に、噴流の干渉・合体に起因するスピッティングを抑制することが達成される。 According to the present invention, the ratio of the gap area S between adjacent jets serving as the inlet for the atmospheric gas to the center region of the lance and the product of the pitch circle diameter P and the lance height H (P × H) is Since the value exceeds 0.3, a clearance area S serving as an inlet for the atmospheric gas to the central area of the lance is ensured, that is, an inflow amount of the atmospheric gas to the central area of the lance is ensured. The negative pressure is reduced and the deflection of the jet from the surrounding injection holes to the center of the lance is suppressed, and at the same time, the lance height that affects the interference and coalescence of the jet is not excessively increased. Interference and coalescence of jets from neighboring jet holes adjacent to each other can be suppressed. As a result, soft blowing is achieved by making the peripheral jet holes porous, and spitting caused by jet jet interference and coalescence is suppressed. To be achieved
以下、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
図１に、ランス軸心を中心とする同一円周上に複数の周囲噴射孔が設置された上吹きランスから噴射される酸素ガスなどの精錬用気体の噴流の軌跡を模式的に示す。この上吹きランスは、ランス軸心に設置される中心噴射孔は備えていない。 FIG. 1 schematically shows a trajectory of a refining gas jet such as oxygen gas injected from an upper blowing lance in which a plurality of peripheral injection holes are installed on the same circumference around the lance axis. The upper blow lance does not include a central injection hole installed at the lance axis.
図１において、符号Ｏは、上吹きランスの先端面中心位置、ｘは、水平方向、ｚは、鉛直方向を示しており、Ｐは、複数の周囲噴射孔のピッチ円の直径、αは、周囲噴射孔の傾角、Ｈは、ランス高さである。ここで、ピッチ円とは、同一円周上に設置された複数の周囲噴射孔の中心位置を結ぶ、ランス軸心を中心とする円であり、傾角とは、周囲噴射孔の噴出方向とランス軸心方向との角度であり、ランス高さとは、上吹きランス先端位置と精錬容器内の溶融金属静止面との距離である。傾角がゼロ度とは、周囲噴射孔の噴出方向とランス軸心方向とが一致することであり、精錬用気体は鉛直方向に吹き込まれることを示す。 In FIG. 1, the symbol O is the center position of the tip surface of the upper blowing lance, x is the horizontal direction, z is the vertical direction, P is the diameter of the pitch circle of the plurality of surrounding injection holes, α is The inclination angle H of the peripheral injection hole is the lance height. Here, the pitch circle is a circle centering on the lance axis that connects the center positions of a plurality of peripheral injection holes installed on the same circumference, and the tilt angle is the ejection direction of the peripheral injection holes and the lance The lance height is the distance between the top blowing lance tip position and the molten metal stationary surface in the refining vessel. A tilt angle of zero degrees means that the ejection direction of the surrounding injection holes coincides with the lance axis direction, and that the refining gas is blown in the vertical direction.
周囲噴射孔から噴射される精錬用気体の噴流は、周囲の雰囲気ガスを自身の流れに取り込むことで成長し拡散する。即ち、周囲を噴流で囲まれたランス中央領域（図１のＯ−ｚ軸を中心とする空間）では、雰囲気ガスが周囲の噴流に吸い寄せられて下方へと流れ、噴流の発達に用いられる。これにより、ランス中央領域は負圧となる。周囲の噴流は、この負圧領域によって、図１に示すように、ランス中央へと湾曲し、最終的に隣り合う噴流同士が干渉・合体を引き起こす。 The refining gas jet injected from the surrounding injection holes grows and diffuses by taking the surrounding atmospheric gas into its own flow. That is, in the center area of the lance surrounded by the jet (the space centered on the Oz axis in FIG. 1), the atmospheric gas is sucked by the surrounding jet and flows downward, and is used for the development of the jet. As a result, the central area of the lance has a negative pressure. As shown in FIG. 1, the surrounding jets are curved toward the center of the lance as shown in FIG. 1, and the adjacent jets finally cause interference and coalescence.
本発明者らは、この噴流の干渉・合体を防止することを検討した。その結果、複数の周囲噴射孔からの噴流が相互に干渉して合体する現象は、隣り合う噴流間の隙間面積に影響することを見出した。 The present inventors have studied to prevent the jet from interfering and coalescing. As a result, it has been found that the phenomenon in which jets from a plurality of peripheral injection holes interfere with each other and merge together affects the gap area between adjacent jets.
この現象を図２で詳しく説明する。図２において、Ｗは、円周方向に隣り合う周囲噴射孔の周縁間の最短距離、Ｄは、周囲噴射孔の出口径、Ｌは、ランス先端面から隣り合う噴流同士が最初に接触する位置までの距離、βは、噴流の拡がり角度（周囲噴射孔の拡がり角度）、Ｐ、α及びＨは図１と同一である。図２は、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を模式的に示す図であり、図２（Ａ）は、周囲噴射孔から噴射される噴流が合体する様子を模式的に示す図、図２（Ｂ）は、噴流の傾斜角度及び拡がり角度を模式的に示す図である。尚、ピッチ円の直径Ｐ、円周方向に隣り合う周囲噴射孔の周縁間の最短距離Ｗ、周囲噴射孔の出口径Ｄを明示するために、図３に、上吹きランスの先端面の概略平面図を示す。図３における符号１はランス先端面、２は周囲噴射孔であり、図３は４つの周囲噴射孔を有する上吹きランスの例である。
This phenomenon will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, W is the shortest distance between the peripheral edges of the peripheral injection holes adjacent in the circumferential direction, D is the outlet diameter of the peripheral injection holes, and L is a position where the adjacent jets first contact each other from the lance tip surface. , Β is the jet expansion angle (expansion angle of the surrounding injection holes), and P, α, and H are the same as in FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of a jet ejected from the surrounding injection holes, and FIG. 2A is a diagram schematically showing how the jets ejected from the surrounding injection holes are combined. 2 (B) is a diagram schematically showing the inclination angle and the spread angle of the jet. In order to clearly indicate the diameter P of the pitch circle, the shortest distance W between the peripheral edges of the peripheral injection holes adjacent in the circumferential direction, and the outlet diameter D of the peripheral injection holes, FIG. A plan view is shown.
図２に示すように、それぞれの周囲噴射孔からの噴流の形状は、周囲噴射孔の出口径Ｄを上面とし、噴流の拡がり角度βを傾きとした幾何学的な円錐台として近似することができ、従って、隣り合う噴流同士の隙間面積は、隣り合う周囲噴射孔の周縁間の最短距離Ｗを底辺とし、ランス先端面から隣り合う噴流同士が最初に接触する位置までの距離Ｌを頂点とする三角形で近似することができる。ここでは、この三角形の面積をＳとする。隙間面積Ｓは、前記最短距離Ｗ及び前記距離Ｌにより、下記の（２）式で算出される。 As shown in FIG. 2, the shape of the jet from each peripheral injection hole can be approximated as a geometric truncated cone with the outlet diameter D of the peripheral injection hole as the upper surface and the jet spreading angle β as an inclination. Therefore, the gap area between the adjacent jets is based on the shortest distance W between the peripheral edges of the adjacent peripheral injection holes, and the distance L from the lance tip surface to the position where the adjacent jets first contact each other is the apex. Can be approximated by a triangle. Here, the area of this triangle is S. The gap area S is calculated by the following equation (2) from the shortest distance W and the distance L.
Ｓ＝（Ｗ×Ｌ）／２・・・（２）
この隣り合う噴流同士の隙間は、ランス中央領域への雰囲気ガスの流入口となり、ランス中央部の負圧を軽減させる役割を果たしている。従って、隣り合う周囲噴射孔噴流の間に生じる隙間面積Ｓが大きいほど、噴流同士の干渉及び合体が緩和され、スピッティングが低減される。
S = (W × L) / 2 (2)
The gap between the adjacent jets serves as an inlet for the atmospheric gas to the central area of the lance and plays a role in reducing the negative pressure in the central area of the lance. Therefore, the larger the gap area S generated between adjacent peripheral injection hole jets, the more the interference and coalescence of the jets are alleviated and the spitting is reduced.
つまり、酸素ガス噴流が相互に干渉して合体する現象は、隙間面積Ｓに強く相関しており、隙間面積Ｓが大きいほど、噴流同士の干渉及び合体が緩和され、スピッティングを抑えることができることを見出した。 That is, the phenomenon in which oxygen gas jets interfere with each other and coalesce is strongly correlated with the gap area S, and the larger the gap area S, the more the interference and coalescence of the jets are mitigated, and the spitting can be suppressed. I found.
また、噴流同士の干渉及び合体は、ランス高さＨの影響も受ける。即ち、ランス高さＨが大きいと、溶融金属に衝突するまでの噴流長さが増大するので噴流同士の干渉が促進される。つまり、ランス高さＨが大きいと、複数の噴流が完全に合体した後に溶融金属に衝突する可能性があり、スピッティング増加につながる虞がある。 Further, the interference and coalescence of the jets are also affected by the lance height H. That is, when the lance height H is large, the jet length until it collides with the molten metal is increased, so that interference between the jets is promoted. That is, if the lance height H is large, there is a possibility that a plurality of jets will collide with the molten metal after being completely merged, leading to an increase in spitting.
一方、ランス高さが小さいと、噴流同士の干渉が進行する前に噴流が溶融金属に衝突するのでスピッティングが低減できる。但し、ランス高さを小さくしすぎると、１つの周囲噴射孔あたりの噴流の動圧が増加し、ソフトブローの効果が低下するので、ランス高さは１６００ｍｍ以上とすることが望ましい。 On the other hand, when the lance height is small, spitting can be reduced because the jet collides with the molten metal before the interference between the jets proceeds. However, if the lance height is too small, the dynamic pressure of the jet per one peripheral injection hole increases and the effect of the soft blow decreases, so the lance height is preferably 1600 mm or more.
以上の事象から、噴流同士の干渉及び合体は、噴流間の隙間面積Ｓとランス高さＨとに影響することがわかったので、これらの比Ｓ／Ｈと噴流同士の干渉・合体との関係を検討した。その際に、上吹きランスの形状の代表長さとして、上記のピッチ円の直径Ｐを用いて無次元化し、Ｓ／（Ｐ×Ｈ）と噴流同士の干渉・合体との関係を、数値流体解析によって検討した。 From the above events, it was found that the interference and coalescence of the jets affect the gap area S between the jets and the lance height H, so the relationship between the ratio S / H and the interference and coalescence of the jets. It was investigated. At that time, as the representative length of the shape of the top blowing lance, it is made dimensionless by using the diameter P of the pitch circle described above, and the relationship between S / (P × H) and the interference / merging of the jets is expressed as a numerical fluid. It was examined by analysis.
その結果、下記の（１）式を満足するように、上吹きランスを設置すれば、周囲噴射孔からの噴流同士の干渉・合体が緩和され、スピッティングが低減できることがわかった。 As a result, it was found that if an upper blowing lance is installed so as to satisfy the following expression (1), interference and coalescence between jets from the surrounding injection holes are alleviated and spitting can be reduced.
Ｓ／（Ｐ×Ｈ）＞０．３・・・（１）
但し、（１）式において、Ｓは、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を周囲噴射孔の形状に基づく幾何学的な円錐台と近似したときの隣り合う噴流の間に生じる隙間面積（ｍ2）、Ｐは、周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｈは、ランス高さ（ｍ）である。
S / (P × H)> 0.3 (1)
However, in the expression (1), S is a gap area (between adjacent jets when the shape of the jet jetted from the peripheral jet holes is approximated to a geometric truncated cone based on the shape of the peripheral jet holes ( m 2 ), P is the diameter (m) of the pitch circle of the surrounding injection holes, and H is the lance height (m).
本発明は、上記検討結果に基づくものであり、本発明に係る溶融金属の精錬方法は、ランス先端面のランス軸心を中心とし、ピッチ円の直径をＰとする同一円周上に、精錬用気体を噴射するための複数の周囲噴射孔が設置された上吹きランスを、隣り合う前記周囲噴射孔からの噴流の間に生じる隙間面積Ｓが前記ピッチ円の直径Ｐ及びランス高さＨに対して上記の（１）式の関係を満足するように精錬容器内に収容された溶融金属の浴面上に設置し、前記周囲噴射孔から精錬用気体を前記溶融金属の浴面に吹き付けて前記溶融金属を精錬することを必須とする。 The present invention is based on the above examination results, and the molten metal refining method according to the present invention is carried out on the same circumference centered on the lance axis of the lance tip surface and having a pitch circle diameter P. The gap area S generated between the jets from the adjacent peripheral injection holes is the diameter P of the pitch circle and the lance height H of the upper blowing lance in which a plurality of peripheral injection holes for injecting the working gas are installed. On the other hand, it is installed on the bath surface of the molten metal accommodated in the refining vessel so as to satisfy the relationship of the above formula (1), and a refining gas is sprayed from the surrounding injection hole onto the bath surface of the molten metal. It is essential to refine the molten metal.
上吹きランスに設置される周囲噴射孔の孔数及び形状が決まれば、噴流間の隙間面積Ｓが算出できるので、上記の（１）式を満足する範囲でランス高さＨを設定することで、本発明を実施することができる。一方、ランス高さＨを或る所定値に確保したい場合には、このランス高さＨに対して上記の（１）式を満足する範囲で周囲噴射孔を設計・配置し、この上吹きランスを用いることで、本発明を実施することができる。 If the number and shape of the peripheral injection holes installed in the upper blowing lance are determined, the gap area S between the jets can be calculated. Therefore, by setting the lance height H within the range satisfying the above expression (1) The present invention can be implemented. On the other hand, when it is desired to secure the lance height H at a predetermined value, the peripheral injection holes are designed and arranged within the range satisfying the above expression (1) with respect to the lance height H. By using this, the present invention can be implemented.
本発明において、精錬容器としては、転炉や取鍋を使用し、精錬用気体としては、酸素ガス、酸素ガスと希ガス（アルゴンガスなど）との混合ガス、空気、酸素富化空気などを使用し、溶融金属としては、溶銑や５質量％以上のクロムを含有するクロム含有溶銑、或いは、炭素鋼の溶鋼やステンレス鋼の溶鋼などを使用する。施す精錬としては、主として脱珪または脱燐を目的とする溶銑予備処理、或いは、主として脱炭を目的とする所謂脱炭精錬などである。 In the present invention, a refining vessel or a ladle is used as the refining vessel, and as the refining gas, oxygen gas, a mixed gas of oxygen gas and rare gas (such as argon gas), air, oxygen-enriched air, or the like. As the molten metal, a hot metal, a chromium-containing hot metal containing 5 mass% or more of chromium, a molten steel of carbon steel, a molten steel of stainless steel, or the like is used. As the refining to be performed, hot metal pretreatment mainly for desiliconization or dephosphorization, or so-called decarburization refining mainly for decarburization.
尚、周囲噴射孔の孔数が多すぎると、隣り合う周囲噴射孔からの噴流同士の干渉・合体が促進されるので、周囲噴射孔は３〜８個とすることが好ましい。また、操業の初期や末期などでは、噴流による動圧を理論値に近い値まで増大させる必要の生じることがあるので、周囲噴射孔は、絞り部、スロート（最も狭い位置）、スカート部（拡がり部）からなるラバールノズルであることが望ましい。また更に、ランス先端の中央部には、スピッティングを払い落とすことを目的とした、火点の形状に影響を及ぼさない程度の小口径中心噴射孔を設けることが望ましい。 In addition, when there are too many holes of a surrounding injection hole, since interference and coalescence of the jets from an adjacent surrounding injection hole are accelerated | stimulated, it is preferable that there are 3-8 surrounding injection holes. Also, at the initial and final stages of operation, it may be necessary to increase the dynamic pressure due to the jet to a value close to the theoretical value, so the peripheral injection holes are the throttle, throat (narrowest position), skirt (expanded). It is desirable that the nozzle is a Laval nozzle. Furthermore, it is desirable to provide a small-diameter central injection hole at the center of the tip of the lance so as not to affect the shape of the fire point for the purpose of removing spitting.
以上説明したように、本発明によれば、隣り合う噴流間の隙間面積Ｓと、ピッチ円の直径Ｐとランス高さＨとの積（Ｐ×Ｈ）との比を０．３超えの値とするので、ランス中央領域への雰囲気ガスの流入量が確保され、ランス中央領域での負圧が軽減されて周囲噴射孔からの噴流のランス中央への偏向が抑制されると同時に、噴流の干渉・合体に影響するランス高さが過剰に高くなることはなく、これらにより、円周方向に隣り合う周囲噴射孔からの噴流の干渉・合体を抑えることができ、その結果、周囲噴射孔の多孔化によるソフトブロー化を達成すると同時に、噴流の干渉・合体に起因するスピッティングを抑制することが達成される。 As described above, according to the present invention, the ratio of the gap area S between the adjacent jets to the product (P × H) of the pitch circle diameter P and the lance height H exceeds 0.3. Therefore, the amount of atmospheric gas flowing into the center area of the lance is secured, the negative pressure in the center area of the lance is reduced, and the deflection of the jet flow from the surrounding injection holes to the center of the lance is suppressed. The lance height that affects interference and coalescence does not become excessively high, and as a result, the interference and coalescence of jets from neighboring circumferential injection holes in the circumferential direction can be suppressed. At the same time as achieving soft blowing by porosity, it is possible to suppress spitting caused by jet interference and coalescence.
周囲噴射孔の数が３〜１２個、周囲噴射孔の傾角αが０〜３０度、周囲噴射孔のノズル出口径Ｄが４８〜９９ｍｍ、ピッチ円の直径Ｐが２１４〜２９１ｍｍの周囲噴射孔が設置された上吹きランスを対象とし、精錬用気体として酸素ガスを用い、転炉内の溶銑に脱炭精錬を施す条件で、Ｓ／（Ｐ×Ｈ）と、周囲噴射孔から噴射される酸素ガス噴流の干渉・合体との関係を、数値流体解析によって検討した。酸素ガスの供給流量は、６５０００Ｎｍ3／ｈｒ、５００００Ｎｍ3／ｈｒ、４００００Ｎｍ3／ｈｒの３段階とし、ランス高さＨは、１．６ｍ、２．０ｍ、２．５ｍの３段階とした。尚、過去の研究から、転炉内における上吹きランスからの噴流の挙動は数値流体解析により正確に表現できることがわかっているので、噴流の合体程度を数値解析結果から得られる噴流挙動によって判別した。 There are 3 to 12 peripheral injection holes, an inclination angle α of the peripheral injection holes of 0 to 30 degrees, a nozzle outlet diameter D of the peripheral injection holes of 48 to 99 mm, and a peripheral injection hole of pitch circle diameter P of 214 to 291 mm. S / (P × H) and oxygen injected from the surrounding injection holes under the condition of using the oxygen gas as the refining gas and decarburizing and refining the hot metal in the converter for the installed top blow lance The relationship between gas jet interference and coalescence was investigated by numerical fluid analysis. Supply flow rate of oxygen gas is 65000Nm 3 / hr, 50000Nm 3 / hr, a 3 stage 40000Nm 3 / hr, the lance height H was 1.6 m, 2.0 m, and three stages of 2.5 m. From past research, it is known that the behavior of the jet flow from the top blowing lance in the converter can be accurately expressed by numerical fluid analysis, so the degree of jet coalescence was determined by the jet behavior obtained from the numerical analysis results. .
酸素ガス噴流の合体程度は、図１に示すように、噴流軌跡の直進度として定量的に評価した。即ち、上吹きランスから０．８×ランス高さＨだけ離れた下方の水平面において、ランス中心を通る軸心方向の直線から、周囲噴射孔から傾角αの向きに延長した直線までの距離を距離ｘlinearとし、また、ランス中心を通る軸心方向の直線から、数値流体解析で算出した噴流の中心軸までの距離を距離ｘjetとし、両者の比ｘjet／ｘlinearを噴流直進度γとして算出した。噴流直進度γが１．０に近いほど、酸素ガス噴流が直進すること、つまり、噴流の合体が抑制されることを示す。噴流の軌跡を算出する数値流体解析は、ANSYS FLUENTを用いた。 As shown in FIG. 1, the degree of coalescence of the oxygen gas jet was quantitatively evaluated as the straightness of the jet trajectory. That is, the distance from the straight line extending in the axial direction passing through the center of the lance to the straight line extending in the direction of the inclination α from the center lance on the lower horizontal plane separated from the upper blowing lance by 0.8 × lance height H x linear, and the distance from the straight line passing through the center of the lance to the central axis of the jet calculated by numerical fluid analysis is the distance x jet, and the ratio x jet / x linear of the two is the jet straightness γ Calculated. As the jet straightness degree γ is closer to 1.0, it indicates that the oxygen gas jet goes straight, that is, the coalescence of the jets is suppressed. ANSYS FLUENT was used for the numerical fluid analysis to calculate the trajectory of the jet.
ここで、噴流間の隙間面積Ｓは、（２）式を用いて算出した。尚、（２）式での隣り合う周囲噴射孔の周縁間の最短距離Ｗ、及び、ランス先端面から隣り合う噴流同士が最初に接触する位置までの距離Ｌは、下記の（３）式及び（４）式を用いて算出した。 Here, the gap area S between the jets was calculated using equation (2). In addition, the shortest distance W between the peripheral edges of adjacent peripheral injection holes in the equation (2) and the distance L from the lance tip surface to the position where the adjacent jets first contact each other are the following equation (3) and (4) Calculated using the equation.
但し、（３）式及び（４）式において、ｎは周囲噴射孔の孔数、Ｐは周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｄは周囲噴射孔の出口径（ｍ）、αは周囲噴射孔の傾角（度）、βは噴流の拡がり角度（度）、πは円周率である。 However, in the formulas (3) and (4), n is the number of the peripheral injection holes, P is the diameter (m) of the pitch circle of the peripheral injection holes, D is the outlet diameter (m) of the peripheral injection holes, and α is The inclination angle (degree) of the peripheral injection hole, β is the jet spreading angle (degree), and π is the circumference.
図４に、Ｓ／（Ｐ×Ｈ）と、周囲噴射孔から噴射される酸素ガス噴流の噴流直進度γとの関係について、数値流体解析によって検討した結果を示す。図４に示すように、Ｓ／（Ｐ×Ｈ）の値が０．３を超えるように制御することで、周囲噴射孔からの噴流同士の合体を抑制できることがわかった。 FIG. 4 shows the result of investigation by numerical fluid analysis on the relationship between S / (P × H) and the straight flow rate γ of the oxygen gas jet injected from the surrounding injection holes. As shown in FIG. 4, it was found that by controlling the value of S / (P × H) to exceed 0.3, coalescence of jets from the surrounding injection holes can be suppressed.
また、本発明者らは、実機転炉においても、Ｓ／（Ｐ×Ｈ）が０．３を超えるように、上吹きランスを設置することで、スピッティングが低減されることを確認している。 In addition, the present inventors also confirmed that spitting is reduced by installing an upper blowing lance so that S / (P × H) exceeds 0.3 even in an actual converter. Yes.
１ ランス先端面
２ 周囲噴射孔
1
Claims (2)
Ｓ／（Ｐ×Ｈ）＞０．３・・・（１）
但し、（１）式において、Ｓは、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を周囲噴射孔の形状に基づく幾何学的な円錐台と近似したときの隣り合う噴流の間に生じる隙間面積（ｍ2）、Ｐは、周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｈは、ランス高さであって上吹きランスの先端面から静止時の溶融金属浴面までの距離（ｍ）である。 An upper blowing lance in which a plurality of peripheral injection holes for injecting a refining gas are installed on the same circumference centering on the lance axis of the lance tip surface and having a pitch circle diameter P, the adjacent lance Molten metal accommodated in the refining vessel so that the gap area S generated between the jets from the surrounding injection holes satisfies the relationship of the following formula (1) with respect to the diameter P and the lance height H of the pitch circle: A molten metal refining method comprising refining the molten metal by spraying a refining gas from the surrounding injection holes onto the molten metal bath surface.
S / (P × H)> 0.3 (1)
However, in the expression (1), S is a gap area (between adjacent jets when the shape of the jet jetted from the peripheral jet holes is approximated to a geometric truncated cone based on the shape of the peripheral jet holes ( m 2 ), P is the diameter (m) of the pitch circle of the surrounding injection holes, and H is the lance height, which is the distance (m) from the tip surface of the top blowing lance to the molten metal bath surface at rest. .
ランス先端面のランス軸心を中心とし、ピッチ円の直径をＰとする同一円周上に、精錬用気体を噴射するための複数の周囲噴射孔が設置された上吹きランスであって、隣り合う前記周囲噴射孔からの噴流の間に生じる隙間面積Ｓが前記ピッチ円の直径Ｐ及びランス高さＨに対して下記の（１）式の関係を満足するように精錬容器内に収容された溶融金属の浴面上に設置された上吹きランスと、
を有することを特徴とする、溶融金属の精錬設備。
Ｓ／（Ｐ×Ｈ）＞０．３・・・（１）
但し、（１）式において、Ｓは、周囲噴射孔から噴射される噴流の形状を周囲噴射孔の形状に基づく幾何学的な円錐台と近似したときの隣り合う噴流の間に生じる隙間面積（ｍ2）、Ｐは、周囲噴射孔のピッチ円の直径（ｍ）、Ｈは、ランス高さであって上吹きランスの先端面から静止時の溶融金属浴面までの距離（ｍ）である。 A refining vessel containing molten metal;
An upper blow lance having a plurality of peripheral injection holes for injecting a refining gas on the same circumference centered on the lance axis of the lance tip surface and having a pitch circle diameter of P. The clearance area S generated between the jets from the matching surrounding injection holes was accommodated in the refining vessel so as to satisfy the relationship of the following formula (1) with respect to the diameter P and the lance height H of the pitch circle. An upper blowing lance installed on the surface of the molten metal;
A molten metal refining facility characterized by comprising:
S / (P × H)> 0.3 (1)
However, in the expression (1), S is a gap area (between adjacent jets when the shape of the jet jetted from the peripheral jet holes is approximated to a geometric truncated cone based on the shape of the peripheral jet holes ( m 2 ), P is the diameter (m) of the pitch circle of the surrounding injection holes, and H is the lance height, which is the distance (m) from the tip surface of the top blowing lance to the molten metal bath surface at rest. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013250102A JP6048379B2 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Molten metal refining method and refining equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013250102A JP6048379B2 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Molten metal refining method and refining equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015108165A true JP2015108165A (en) | 2015-06-11 |
| JP6048379B2 JP6048379B2 (en) | 2016-12-21 |
Family
ID=53438729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013250102A Active JP6048379B2 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Molten metal refining method and refining equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6048379B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022006385A (en) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Top-blown lance for converter dephosphorization treatment and converter blowing method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0941020A (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-10 | Nippon Steel Corp | Operation of converter |
| JP2010031338A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Nippon Steel Corp | Method for operating converter |
| JP2013049890A (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Jfe Steel Corp | Converter blowing method |
-
2013
- 2013-12-03 JP JP2013250102A patent/JP6048379B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0941020A (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-10 | Nippon Steel Corp | Operation of converter |
| JP2010031338A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Nippon Steel Corp | Method for operating converter |
| JP2013049890A (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Jfe Steel Corp | Converter blowing method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022006385A (en) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Top-blown lance for converter dephosphorization treatment and converter blowing method |
| JP7380444B2 (en) | 2020-06-24 | 2023-11-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Top blowing lance for converter dephosphorization treatment and converter blowing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6048379B2 (en) | 2016-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11293069B2 (en) | Method for oxygen-blowing refining of molten iron and top-blowing lance | |
| JP2013142189A (en) | Method for reducing spitting in decarburize-refining in converter | |
| JP6111838B2 (en) | Converter blowing method | |
| JP5277979B2 (en) | Top blowing lance for molten metal refining | |
| JP6052263B2 (en) | Top blow lance for refining and method for refining molten iron | |
| KR102026765B1 (en) | Method of operating top and bottom blowing converter | |
| JP6048379B2 (en) | Molten metal refining method and refining equipment | |
| JP7003947B2 (en) | Top-blown lance and molten iron refining method | |
| JP5544807B2 (en) | Top blowing lance for refining and converter refining method | |
| JP6451364B2 (en) | Top blowing lance for molten metal refining | |
| JP6036096B2 (en) | Converter blowing method | |
| JP6870450B2 (en) | Top-blown lance and converter blowing method using it | |
| JP2017075399A (en) | Top-blown lance, vacuum degasser and vacuum degassing treatment method | |
| JP6372541B2 (en) | Vacuum degassing apparatus and vacuum degassing treatment method | |
| JP4385855B2 (en) | Converter blowing method and top blowing lance for converter blowing | |
| JP6888492B2 (en) | Molten steel refining equipment and molten steel refining method | |
| JP5412756B2 (en) | Converter operation method | |
| JP6044246B2 (en) | Method and facility for refining molten metal | |
| JP2012082491A (en) | Converter refining method | |
| JP2010047830A (en) | Method for operating converter | |
| JP6292019B2 (en) | Top blowing lance for molten metal refining | |
| JPH1136009A (en) | Top-blown lance for refining and refining method | |
| JPH1143714A (en) | Lance for refining | |
| JP2020190030A (en) | Top-blown lance and refining method of molten iron therewith | |
| JP2022013818A (en) | Top blowing lance for refining converter and refining method of molten iron using the lance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150727 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160722 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160802 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160929 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161025 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161107 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6048379 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |