JP2016141872A - Top-blowing lance for molten metal refining - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、製鋼用転炉において精錬用ガスを溶融金属に吹きつけるために使用する溶融金属精錬用上吹きランスに関する。 The present invention relates to an upper blowing lance for molten metal refining used for blowing a refining gas to molten metal in a steelmaking converter, for example.
転炉型精錬容器において上吹きランスから溶銑に酸素を吹き付ける脱炭処理によって溶鋼を得る操業では、処理効率向上のために酸素流量を上げて高速処理をすることが求められている。 In the operation of obtaining molten steel by decarburization treatment in which oxygen is blown from the top blowing lance to the molten iron in a converter type refining vessel, it is required to increase the oxygen flow rate and perform high-speed treatment in order to improve the treatment efficiency.
しかし、酸素流量を上げると、吹錬中の粒鉄飛散（スピッティング）が激しくなり、鉄分歩留りが低下してしまうことが問題であった。 However, when the oxygen flow rate is increased, there is a problem that the grain iron scattering (spitting) during blowing is intensified and the iron yield decreases.
この問題を解決するため、特許文献１には、図１に示すように、上吹き多孔ランスのノズルの向きをひねり、各ノズルの噴出方向を互いにひねった位置関係にすることで、スピッティングを低減できることが開示されている。詳細には、ノズルの出口２１ａがランス先端面２２の同一円周上に等間隔で配置された複数の同一形状のラバールノズル２１を有し、かつ、ランス１の中心軸をｚ軸として、その正方向をラバールノズル２１の出口２１ａから噴出する上吹き酸素の上流側に定め、複数のラバールノズル２１のうちの任意の一つのラバールノズル２１に関し、その出口２１ａの中心がｙ軸上の正側に位置するように定めた右手系のｘｙｚ直交座標系において、図１（ａ）に示すようにｘｙ平面への任意の一つのラバールノズル２１の中心軸２１ｂの投影がｙ軸となす角度をひねり角α、図１（ｄ）に示すようにノズルの出口２１ａの中心を通り、かつｚ軸と平行な直線ｆとノズル中心軸２１ｂとのなす角度を傾斜角βとした時、ひねり角αおよび傾斜角βは所定の範囲とする。 In order to solve this problem, in Patent Document 1, as shown in FIG. 1, spitting is performed by twisting the direction of the nozzles of the top blow porous lance and twisting the ejection directions of the nozzles to each other. It is disclosed that it can be reduced. Specifically, the nozzle outlet 21a has a plurality of Laval nozzles 21 of the same shape arranged at equal intervals on the same circumference of the lance tip surface 22, and the center axis of the lance 1 is defined as the z axis. The direction is set to the upstream side of the upper blown oxygen ejected from the outlet 21a of the Laval nozzle 21, and the center of the outlet 21a is positioned on the positive side on the y-axis with respect to any one Laval nozzle 21 among the plurality of Laval nozzles 21. In the right-handed xyz Cartesian coordinate system defined in Fig. 1, the angle formed by the projection of the central axis 21b of any one Laval nozzle 21 on the xy plane with respect to the y-axis as shown in Fig. 1A is a twist angle α, Fig. 1. As shown in (d), when the angle between the nozzle center axis 21b and the straight line f passing through the center of the nozzle outlet 21a and parallel to the z axis is the inclination angle β, the twist angle α and the inclination angle β are predetermined. The range.
しかし、このノズルの向きをひねる角度を大きくするほど二次燃焼率が増加することがわかった。二次燃焼率が増加すると脱炭精錬に必要な酸素原単位の増加につながり、転炉における生産コストが悪化してしまう。また、不必要な二次燃焼の増加は炉壁耐火物の溶損を招いてしまう。 However, it was found that the secondary combustion rate increases as the angle for twisting the nozzle is increased. If the secondary combustion rate increases, it will lead to an increase in oxygen intensity required for decarburization refining, and the production cost in the converter will deteriorate. Further, unnecessary increase in secondary combustion leads to melting of the furnace wall refractory.
そこで、本発明は、ノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスにおいて、二次燃焼率の増加を抑制する溶融金属精錬用上吹きランスを提供する。 Therefore, the present invention provides an upper blow lance for molten metal refining that suppresses an increase in secondary combustion rate in an upper blow porous lance in which the direction of the nozzle is twisted.
上底吹き型転炉においてノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスを使用した場合、二次燃焼率が増加する原因として、ジェットの乱れが大きくなっていることが考えられる。その原因を、ノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスの構造から詳細に検討した。 When an upper blown porous lance in which the direction of the nozzle is twisted is used in an upper bottom blown converter, it is considered that the turbulence of the jet is increasing as a cause of an increase in the secondary combustion rate. The cause was investigated in detail from the structure of the top blow porous lance with the nozzle direction twisted.
まず、通常の多孔ランスでは、各ノズルからジェットが合体せずに放射状に噴出されるように、各ノズル中心軸はランス中心軸と平行ではなく、ランス外側に向けて傾斜角が付与された構造となっている。また、各ノズルはランス内管の流路とその先端で連通して延設されており、内管先端面すなわち酸素含有ガスが各ラバールノズルに流入する入口を配置されたノズル部への入口面は曲面、あるいは錐面であり、ランス内管の流路から各ノズルへ酸素ガスがスムースに流入しやすい形状が望ましいとされている。 First, in a normal porous lance, each nozzle center axis is not parallel to the lance center axis, and a tilt angle is given to the outside of the lance so that the jets are ejected radially from the nozzles without being combined. It has become. In addition, each nozzle extends in communication with the flow path of the lance inner tube at its tip, and the inlet surface to the nozzle portion where the inner tube tip surface, that is, the inlet through which the oxygen-containing gas flows into each Laval nozzle is arranged. It is desirable that the shape is a curved surface or a conical surface, and oxygen gas can easily flow from the flow path of the lance inner tube to each nozzle.
たとえば、従来一般的な多孔ランスであってひねりのないもの（以下、ノーマルランスと称する。）において、ランス内管先端面が錐面でノズルの傾斜角が１５°の場合、図２に示すように、ノズル３１の中心軸３１ｂと直角に交差する錐面３２がランス内管先端に設けられる。その錐面の頂点３３はランス中心軸上にあり、同一円周上に等間隔で配置された全てのノズル３１の中心軸３１ｂはその錐面３２と直角に交差する。そのため、その一つの錐面と各ノズルを接続することにより、酸素ガスは均一にノズルに流入しやすくなる。 For example, in a conventional general porous lance having no twist (hereinafter referred to as a normal lance), when the tip surface of the inner lance tube is a conical surface and the inclination angle of the nozzle is 15 °, as shown in FIG. In addition, a conical surface 32 that intersects the central axis 31b of the nozzle 31 at a right angle is provided at the tip of the lance inner tube. The apex 33 of the conical surface is on the lance central axis, and the central axes 31b of all the nozzles 31 arranged at equal intervals on the same circumference intersect the conical surface 32 at a right angle. Therefore, the oxygen gas can easily flow into the nozzles uniformly by connecting each nozzle with the one conical surface.
そこで、本発明者らはノーマルの多孔ランスおよび従来のノズルの向きをひねった多孔ランスにおいて、流動解析でノズル出口面におけるジェットの動圧分布を求め、ランス中心軸を中心軸とし、ノズル出口の中心を通る円筒とノズル出口面との交線上の動圧を調査した。調査条件は、いずれも５孔ランスであり、ノズルスロート径が５．５ｍｍ、ノズル傾斜角が１５ｄｅｇ．とし、ノズルの向きをひねった多孔ランスではそのひねり角を４０ｄｅｇ．とした。このようなランスを用いて、酸素流量が８．０Ｎｍ３／ｍｉｎとして流動解析を行った。その結果を図３に示す。 Therefore, the inventors of the present invention obtained the dynamic pressure distribution of the jet at the nozzle outlet surface by flow analysis in a normal porous lance and a conventional porous lance twisted in the direction of the nozzle. The dynamic pressure on the line of intersection between the cylinder passing through the center and the nozzle exit surface was investigated. The investigation conditions are all 5-hole lances, the nozzle throat diameter is 5.5 mm, and the nozzle inclination angle is 15 deg. In the case of a porous lance in which the direction of the nozzle is twisted, the twist angle is 40 deg. It was. Using such a lance, flow analysis was performed with an oxygen flow rate of 8.0 Nm 3 / min. The result is shown in FIG.
図３に示すように、ノーマルランスでは、ノズル壁近傍を除き、動圧分布は均一であることがわかった。しかし、ノズルの向きをひねった従来のひねりランスの場合、ノズル出口においてジェットの動圧は均一ではなく、一方の内壁に偏ってしまった。従来のひねりランスは、図４に示すように、ランス内管先端に錐面４２が設けられているため、全てのノズル４１の中心軸４１ｂとその錐面４２を直角に交差させることはできない。各ノズル４１が錐面４２と直角に交差せず、ノズル４１と錐面４２が直角から傾いて接続されるために、酸素ガスは均一にノズル４１に流入し難くなる。このため、ノズル４１の出口においてもジェットの動圧は均一でなく、図３のように不均一な動圧分布となったものと考えられる。このように、従来のひねりランスの場合、従来のランスの製作方法では、ジェットのノズルへの流入が不均一となるため、ジェットが乱れると考えた。 As shown in FIG. 3, in the normal lance, it was found that the dynamic pressure distribution was uniform except for the vicinity of the nozzle wall. However, in the case of the conventional twist lance in which the direction of the nozzle is twisted, the dynamic pressure of the jet is not uniform at the nozzle outlet and is biased to one inner wall. As shown in FIG. 4, the conventional twist lance is provided with the conical surface 42 at the tip of the lance inner tube, and therefore, the central axis 41b of all the nozzles 41 and the conical surface 42 cannot intersect at right angles. Since each nozzle 41 does not intersect the conical surface 42 at a right angle, and the nozzle 41 and the conical surface 42 are connected at an angle from a right angle, the oxygen gas does not easily flow into the nozzle 41 uniformly. For this reason, it is considered that the jet dynamic pressure is not uniform even at the outlet of the nozzle 41, and the distribution of the dynamic pressure is uneven as shown in FIG. Thus, in the case of the conventional twist lance, it was considered that the jet was disturbed because the flow of the jet into the nozzle became non-uniform in the conventional lance manufacturing method.
そこで、ノズルの向きをひねったランスにおいても、ジェットの不均一を解消すれば、ジェットの乱れが抑制されると推定し、酸素ガスを均一にノズルに流入させる方法を検討した。ノズルの向きをひねっただけの従来のランスでは、図４に示すように、酸素ガスが各ノズルに流入する入口を配置されたノズル部への入口面であるランス内管の先端面を１つの面だけで構成するため、全てのノズルに対し、ノズル軸とその面は直角に交差することができない。そこで、ノズル軸とランス内管の先端面とを直角に交差させるため、各々のノズルに対し、ノズル軸と直角に交差する面をランス内管先端に設けて、それらの全体として酸素ガスが各ノズルに流入する入口を配置されたノズル部への入口面とすることに着目して鋭意検討した。その結果、以下の改善を行うことで、酸素ガスは均一にノズルに流入しやすくなり、ノズル出口におけるジェットの動圧の不均一を抑制できることが見出された。本発明の要旨を次のように纏めることができる。 Therefore, it was presumed that jet turbulence would be suppressed if the jet non-uniformity was eliminated even in a lance with a twisted nozzle orientation, and a method for uniformly flowing oxygen gas into the nozzle was studied. In a conventional lance in which the nozzle is simply twisted, as shown in FIG. 4, the distal end surface of the lance inner tube, which is an inlet surface to the nozzle portion where the inlet for oxygen gas flows into each nozzle, is arranged as one. Since it is composed only of surfaces, for all nozzles, the nozzle axis and its surface cannot intersect at right angles. Therefore, in order to intersect the nozzle shaft and the tip surface of the lance inner tube at right angles, a surface intersecting at right angles to the nozzle shaft is provided for each nozzle at the tip of the lance inner tube, and oxygen gas as a whole of each of them is provided. Focusing on the fact that the inlet that flows into the nozzle is used as the inlet surface to the nozzle section, the present inventors have made extensive studies. As a result, it has been found that by performing the following improvements, oxygen gas can easily flow into the nozzle uniformly, and the non-uniformity of the dynamic pressure of the jet at the nozzle outlet can be suppressed. The gist of the present invention can be summarized as follows.
（１）酸素含有ガスの流路とするランス内管と、該ランス内管の先端に前記流路に連通して延設される３孔以上のラバールノズルを有し、前記酸素含有ガスが各ラバールノズルに流入する入口を配置された入口面および各ラバールノズルから噴出するノズル出口を配置されたランス先端面を有するノズル部とを備えた溶融金属精錬用上吹きランスであって、
前記３孔以上のラバールノズルは全て同一形状で、それらの中心軸が当該ランスの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に配置され、
前記各ラバールノズルにおいて、上吹きランスの中心軸がｚ軸、前記ノズル出口の中心位置がｙ軸上となるように定めたｘｙｚ直交座標系において、ｘｙ平面へのノズル中心軸の投影がｙ軸となす角度をひねり角α（ｄｅｇ）、ノズル出口の中心を通るｚ軸と平行な直線とノズル中心軸とのなす角をノズル傾斜角β（ｄｅｇ）としたとき、αが（１）式、βが（２）式を満足し、
１０ ＜ α ＜ ７０ （１）
１５ ≦ β ≦ ３０ （２）
かつ、前記各ラバールノズルの中心軸を通る縦断面において、前記ノズル中心軸に直交する横断面を形成する当該ラバールノズルのスロート部から前記酸素含有ガスが流入する入口を配置された入口面までのノズル内壁面の長さが、当該内壁面全体にわたって均一であることを特徴とする溶融金属精錬用上吹きランス。
(1) An lance inner pipe serving as a flow path for the oxygen-containing gas, and a Laval nozzle having three or more holes extending in communication with the flow path at the tip of the lance inner pipe, wherein the oxygen-containing gas is supplied to each Laval nozzle. An upper blowing lance for molten metal refining comprising an inlet surface in which an inlet flowing into the nozzle is disposed and a nozzle portion having a lance tip surface in which a nozzle outlet ejected from each Laval nozzle is disposed,
All of the Laval nozzles having three or more holes have the same shape, and their central axes are arranged at equal intervals on a concentric circle centering on the central axis of the lance.
In each Laval nozzle, in the xyz orthogonal coordinate system in which the center axis of the upper blow lance is on the z axis and the center position of the nozzle outlet is on the y axis, the projection of the nozzle center axis on the xy plane is the y axis. When the angle formed by the twist angle α (deg) and the angle formed by the straight line parallel to the z axis passing through the center of the nozzle outlet and the nozzle center axis is the nozzle inclination angle β (deg), α is the expression (1), β Satisfies equation (2),
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
And, in the longitudinal section passing through the central axis of each of the Laval nozzles, the inside of the nozzle from the throat portion of the Laval nozzle forming a transverse section perpendicular to the nozzle central axis to the inlet surface where the inlet into which the oxygen-containing gas flows is arranged. An upper blow lance for refining molten metal, characterized in that the length of the wall surface is uniform over the entire inner wall surface.
本発明によれば、ノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスにおいて、二次燃焼率の増加を抑制する溶融金属精錬用上吹きランスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the top blowing lance for molten metal refining which suppresses the increase in a secondary combustion rate in the top blowing porous lance which twisted the direction of the nozzle can be provided.
本発明を実施するための形態を、図を用いて説明する。
１．溶融金属精錬用上吹きランスの構成
本発明に係る溶融金属精錬用上吹きランス（以下、単に、「ランス」と称する。）は、従来のひねりランスと比べて、ノズルのスロート部以降の形状、ノズルのひねり角αおよび傾斜角βが同様であり、ランス内管先端面すなわち酸素ガスが各ラバールノズルに流入する入口を配置されたノズル部への入口面と、そこから各ノズルのスロート部上端（酸素ガスの入口側）までの形状とを除き、図１で表される。図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ランス１は、ランス内管１０、ノズル部２０を有する。ランス内管１０は、酸素含有ガスの流路（以下、単に、「流路」と称する。）１１および先端面（ノズル部２０への入口面）１２を有する。本発明の場合の先端面１２と、そこから各ノズルのスロート部上端までの形状は後述する。ノズル部２０は流路１１に連通して延設されるラバールノズル２１、ランス先端面２２を有する。
A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
1. The structure of the upper blow lance for molten metal refining The upper blow lance for molten metal refining (hereinafter simply referred to as “lance”) according to the present invention has a shape after the throat portion of the nozzle as compared with a conventional twist lance, The twist angle α and the inclination angle β of the nozzle are the same, and the tip surface of the inner lance tube, that is, the inlet surface to the nozzle portion where the inlet of oxygen gas flows into each Laval nozzle and the upper end of the throat portion of each nozzle ( Except for the shape up to the oxygen gas inlet side), it is represented in FIG. As shown in FIGS. 1B to 1D, the lance 1 has a lance inner tube 10 and a nozzle portion 20. The lance inner tube 10 has a flow path (hereinafter simply referred to as “flow path”) 11 and a front end face (an inlet face to the nozzle portion 20) 12 for oxygen-containing gas. The tip surface 12 in the case of the present invention and the shape from there to the upper end of the throat portion of each nozzle will be described later. The nozzle unit 20 includes a Laval nozzle 21 that extends in communication with the flow path 11 and a lance tip surface 22.
２．ラバールノズルとｘｙｚ直交座標系との関係
ラバールノズル２１は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すようにランス中心軸がｚ軸、図１（ａ）および図１（ｃ）に示すようにラバールノズル２１のノズル出口２１ａの中心位置がｙ軸上となるように定めたｘｙｚ直交座標系において、図１（ａ）に示すようにｘｙ平面へのノズル中心軸２１ｂの投影がｙ軸となす角度をひねり角α（ｄｅｇ）、図１（ｄ）に示すようにラバールノズル２１のノズル出口２１ａの中心を通るｚ軸と平行な直線ｆとノズル中心軸２１ｂとのなす角をノズル傾斜角β（ｄｅｇ）としたとき、ひねり角αが（１）式、傾斜角βが（２）式を満足する。
2. Relationship between Laval Nozzle and xyz Cartesian Coordinate System As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the Laval nozzle 21 has a lance center axis as the z-axis, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c). In an xyz orthogonal coordinate system in which the center position of the nozzle outlet 21a of the Laval nozzle 21 is on the y-axis, the angle formed by the projection of the nozzle center axis 21b on the xy plane with the y-axis as shown in FIG. Is the twist angle α (deg), and the angle between the nozzle center axis 21 b and the straight line f parallel to the z axis passing through the center of the nozzle outlet 21 a of the Laval nozzle 21 as shown in FIG. ), The twist angle α satisfies the formula (1) and the tilt angle β satisfies the formula (2).
１０ ＜ α ＜ ７０ （１）
１５ ≦ β ≦ ３０ （２）
ひねり角αが１０°以下の場合には、ラバールノズル２１の向きをひねった多孔ランス特有のジェットの不均一が発生しにくく、本発明を適用する必要はない。また、ひねり角αが７０°以上の場合、ノズルの向きをひねったことによるスピッティング低減効果がなくなってしまうため、ひねり角αは７０°未満とする必要がある。また、傾斜角βが１５°未満ではジェット間の相互干渉が強くなり、βが３０°を超えると脱炭酸素効率の低下が大きくなるため、本発明はβが１５°以上３０°以下のランスを対象とする。
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
When the twist angle α is 10 ° or less, nonuniformity of the jet peculiar to the porous lance twisting the direction of the Laval nozzle 21 hardly occurs, and it is not necessary to apply the present invention. Further, when the twist angle α is 70 ° or more, the effect of reducing spitting by twisting the direction of the nozzle is lost, so the twist angle α needs to be less than 70 °. Further, when the inclination angle β is less than 15 °, mutual interference between jets becomes strong, and when β exceeds 30 °, the decarbonation efficiency decreases greatly. Therefore, the present invention provides a lance having β of 15 ° or more and 30 ° or less. Is targeted.
３．ノズル内壁面の形状
ラバールノズル２１は、図５に示すように、流路１１と連通して延設されているノズル２１のスロート部２１ｃ−１への導入部２１ｃ−２とスロート部２１ｃ−１とを含むノズル上部２１ｃと、ノズル上部２１ｃと連通して延設される末広部２１ｄとを有する。スロート部２１ｃ−１は円環形ないし短い直管状の円筒形であるが、その上部（ノズル部への入口面１２ａ側）に入口面１２ａ側から見ると先細状であるスロート部２１ｃ−１への導入部２１ｃ−２を有する。この導入部２１ｃ−２の長さは、ラバールノズル２１のノズル中心軸２１ｂを通る縦断面において、ラバールノズル２１のノズル中心軸２１ｂに直交する横断面を形成するラバールノズル２１のスロート部上端２１ｅ（導入部２１ｃ−２側の端部）からランス内管の先端面１２（ノズル部への入口面１２ａ）の端部１２ｂまでのラバールノズル２１の内壁面の長さで規定することができる。
3. The shape of the inner wall surface of the nozzle As shown in FIG. 5, the Laval nozzle 21 includes an introduction portion 21 c-2 and a throat portion 21 c-1 that are connected to the flow path 11 and are extended to the throat portion 21 c-1 of the nozzle 21. The nozzle upper part 21c containing this, and the divergent part 21d extended in communication with the nozzle upper part 21c. The throat portion 21c-1 has an annular shape or a short straight tubular cylindrical shape, but its upper portion (on the inlet surface 12a side to the nozzle portion) leads to the throat portion 21c-1 that is tapered when viewed from the inlet surface 12a side. It has an introduction part 21c-2. The length of the introduction part 21c-2 is such that the throat part upper end 21e (introduction part 21c) of the Laval nozzle 21 forms a transverse section perpendicular to the nozzle center axis 21b of the Laval nozzle 21 in the longitudinal section passing through the nozzle center axis 21b of the Laval nozzle 21. -2 side end) to the end 12b of the tip surface 12 (the inlet surface 12a to the nozzle portion) of the lance inner tube, the length of the inner wall surface of the Laval nozzle 21 can be defined.
ノズルの向きをひねったランスにおいても、ジェットの不均一を解消するためには、上記した内壁面の長さが、ラバールノズルの内壁面全体にわたって均一である必要がある。この長さは、２ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。２ｍｍ未満ではノズルの加工が難しくなるし、１５０ｍｍ超ではランス先端のノズル部が大きくなり過ぎる上に、そのように長くしても本発明に係るジェットの不均一解消効果が高まる訳ではないからである。 Even in a lance in which the direction of the nozzle is twisted, the length of the inner wall surface described above needs to be uniform over the entire inner wall surface of the Laval nozzle in order to eliminate jet non-uniformity. This length is preferably 2 mm or more and 150 mm or less. If it is less than 2 mm, it is difficult to process the nozzle, and if it exceeds 150 mm, the nozzle portion at the tip of the lance becomes too large, and even if it is so long, the effect of eliminating the unevenness of the jet according to the present invention does not increase. is there.
末広部２１ｄはノズル出口２１ａへ向けて断面積が大きくなっている。つまり、末広部２１ｂは底面がノズル出口（面）２１ａである略切頭楕円錐形状である。 The divergent portion 21d has a cross-sectional area that increases toward the nozzle outlet 21a. That is, the divergent portion 21b has a substantially truncated elliptical cone shape whose bottom surface is the nozzle outlet (surface) 21a.
４．ノズル部への入口面（ランス内管先端面）の形状
ノズルの向きをひねった多孔ランスにおいて、以上の指針を設計に取り入れると、ランス先端部の形状は図６のようになる。上記したようにラバールノズルのスロート部の導入部内壁面長さを均一にするためには、ノズル部への入口面１２には、例えば図６に示すように、ラバールノズル２１ごとに、各ラバールノズル２１のノズル中心軸２１ｂと直交する面１２を形成する必要がある。本発明では、ラバールノズル２１のスロート部への導入部内壁面の長さが均一となればよいので、ノズル部への入口面１２の形状は、必ずしも図６に示すようなステップ状の面である必要は無いが、各ノズルへの入口１２ａ毎にノズル軸に直角な平面を形成する必要があるので、ノズル部への入口面全体としてはノズル数と同じ数のうねりを有することになる。
4). The shape of the inlet surface to the nozzle portion (tip surface of the inner tube of the lance) In the porous lance in which the direction of the nozzle is twisted, the shape of the tip portion of the lance is as shown in FIG. As described above, in order to make the length of the inner wall surface of the introduction portion of the throat portion of the Laval nozzle uniform, the inlet surface 12 to the nozzle portion has, for example, a nozzle for each Laval nozzle 21 for each Laval nozzle 21 as shown in FIG. It is necessary to form the surface 12 orthogonal to the central axis 21b. In the present invention, since the length of the inner wall surface of the introduction portion to the throat portion of the Laval nozzle 21 only needs to be uniform, the shape of the inlet surface 12 to the nozzle portion is not necessarily a stepped surface as shown in FIG. However, since it is necessary to form a plane perpendicular to the nozzle axis for each inlet 12a to each nozzle, the entire inlet surface to the nozzle portion has the same number of undulations as the number of nozzles.
以上のようにすることによって、本発明の溶融金属精錬用上吹きランスは、酸素ガスが均一にノズルに流入しやすくなり、ノズル出口におけるジェットの動圧の不均一な分布が抑制され、図３に示すように動圧分布は偏りがなく、均一化される。その結果、ノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスにおいて、ジェットの乱れが抑制され、通常のランスと同程度の二次燃焼率で操業することができる。 By doing as described above, the upper blow lance for molten metal refining of the present invention makes it easy for oxygen gas to easily flow into the nozzle, and the uneven distribution of the jet dynamic pressure at the nozzle outlet is suppressed. As shown in FIG. 4, the dynamic pressure distribution is uniform and uniform. As a result, the turbulence of the jet is suppressed in the upper blown porous lance with the nozzle direction twisted, and operation can be performed at a secondary combustion rate comparable to that of a normal lance.
本発明の効果を、下記の上底吹き転炉における脱りん銑の脱炭吹錬操業にて検証した。
上底吹き転炉において、ノーマルの６孔ランス、従来のノズルの向きをひねった６孔ランス、および、本発明のノズルの向きをひねった６孔ランスを使用した場合の二次燃焼率を比較した。
The effect of the present invention was verified by the decarburization blow smelting operation of dephosphorization in the upper bottom blowing converter described below.
Comparison of secondary combustion rate when using normal 6-hole lance, conventional 6-hole lance with twisted nozzle orientation, and 6-hole lance with twisted nozzle orientation of the present invention in top-bottom blow converter did.
いずれのランスも、ノズルスロート直径は５２．０ｍｍ、ノズル傾斜角βは２０ｄｅｇとした。ノズルの向きをひねった６孔ランスのひねり角αは３０ｄｅｇとした。各ノズルと接続するランス内管の先端面（ノズル部への入口面）については、ノーマルの６孔ランスはノズルの中心軸と直角に交差する錐面をランス内管先端に設け、従来のノズルの向きをひねった６孔ランスはノーマルの６孔ランスと同じ形状の錐面をランス内管先端に設け、本発明のノズルの向きをひねった６孔ランスは各ノズルの中心軸と直角に交わる平面を図６に記載したように６面形成させて、その全体をランス内管先端面の形状とした。 In each lance, the nozzle throat diameter was 52.0 mm, and the nozzle inclination angle β was 20 deg. The twist angle α of the 6-hole lance with the nozzle orientation twisted was 30 deg. For the tip surface of the lance inner tube connected to each nozzle (the entrance surface to the nozzle part), the normal 6-hole lance is provided with a conical surface perpendicular to the central axis of the nozzle at the tip of the lance inner tube. The 6-hole lance twisted in the direction is provided with a conical surface having the same shape as the normal 6-hole lance at the tip of the inner tube of the lance. Six planes were formed as shown in FIG. 6, and the whole was formed into the shape of the distal end surface of the lance inner tube.
溶銑量はおよそ３００ｔ、酸素流量は５６０００Ｎｍ３／ｈ、ランス高さは３０００ｍｍ一定で吹錬を行った。溶銑成分は、［Ｃ］＝３．８０ｍａｓｓ％、［Ｓｉ］＜０．０１ｍａｓｓ％、［Ｍｎ］＝０．０３ｍａｓｓ％、［Ｐ］＝０．０２ｍａｓｓ％である。副原料として、塊生石灰３５００ｋｇ、塊硅石１０００ｋｇ、ドロマイト４００ｋｇを吹錬開始時に添加した。 Blowing was performed with a molten iron amount of about 300 t, an oxygen flow rate of 56000 Nm 3 / h, and a lance height of 3000 mm. The hot metal components are [C] = 3.80 mass%, [Si] <0.01 mass%, [Mn] = 0.03 mass%, and [P] = 0.02 mass%. As auxiliary materials, 3500 kg of lump lime, 1000 kg of lump meteorite, and 400 kg of dolomite were added at the start of blowing.
各比較例、および実施例において、吹錬開始後から８分経過時にメタルとスラグをサンプリングし、その間に供給した酸素ガス量、および吹錬前と吹錬後の溶銑、スラグ組成、ダストによるＦｅロスを元にマスバランス計算を行い、脱炭反応、およびスラグ中酸化鉄生成以外の上吹き酸素が二次燃焼したとして、吹錬開始後から８分経過時までの平均二次燃焼率を計算した。 In each of the comparative examples and examples, metal and slag were sampled after 8 minutes from the start of blowing, the amount of oxygen gas supplied during that time, and hot metal before and after blowing, slag composition, Fe by dust Calculate the mass balance calculation based on the loss, and calculate the average secondary combustion rate from the start of blowing to the time when 8 minutes have passed, assuming that the top-blown oxygen other than decarburization reaction and iron oxide generation in slag did.
［比較例１］
ノーマル６孔ランスでは、吹錬開始後８分時点で［Ｃ］＝１．２０ｍａｓｓ％でスラグ中Ｔ．Ｆｅが６．１ｍａｓｓ％、集塵水中のダスト量測定で調査したＦｅロスが４．８ｔであり、その結果から計算された二次燃焼率は４．５％であった。
[Comparative Example 1]
With normal 6-hole lances, [C] = 1.20 mass% at 8 minutes after the start of blowing and TC in the slag. Fe was 6.1 mass%, Fe loss was 4.8 t investigated by measuring the amount of dust in the collected water, and the secondary combustion rate calculated from the result was 4.5%.
［比較例２］
従来のノズルの向きをひねった６孔ランスでは、吹錬開始後８分時点で［Ｃ］＝１．２７ｍａｓｓ％でスラグ中Ｔ．Ｆｅが６．２ｍａｓｓ％、集塵水中のダスト量測定で調査したＦｅロスが３．９ｔであり、その結果から計算された二次燃焼率は６．９％であった。
[Comparative Example 2]
With a 6-hole lance twisted in the direction of the conventional nozzle, [C] = 1.27 mass% at 8 minutes after the start of blowing and T. Fe was 6.2 mass%, Fe loss investigated by measuring the amount of dust in the collected water was 3.9 t, and the secondary combustion rate calculated from the result was 6.9%.
［実施例１］
本開発のノズルの向きをひねった６孔ランスでは、吹錬開始後８分時点で［Ｃ］＝１．２０ｍａｓｓ％でスラグ中Ｔ．Ｆｅが５．９ｍａｓｓ％、集塵水中のダスト量測定で調査したＦｅロスが３．９ｔであり、その結果から計算された二次燃焼率は４．６％であった。
[Example 1]
For the 6-hole lance with the nozzle direction twisted in this development, [C] = 1.20 mass% at 8 minutes after the start of blowing, and T. Fe was 5.9 mass%, Fe loss investigated by measuring the amount of dust in the collected water was 3.9 t, and the secondary combustion rate calculated from the result was 4.6%.
このように、比較例１のノーマルランスの二次燃焼率に対し、従来のノズルの向きをひねった６孔ランスでは二次燃焼率が２．４％増加した。これに対し、本発明のノズルの向きをひねった６孔ランスは０．１％の増加であった。本発明の効果によってノズルの向きをひねった多孔ランスの二次燃焼率をノーマルランスと同程度とすることが確認できた。また、ノーマルランスを用いた［比較例１］に対し、ノズルの向きをひねったランスを用いた［比較例２］、［実施例１］では、両方ともダストによるＦｅロスが１９％低減され、本開発によるジェットの乱れの抑制がスピッティングには大きく影響を及ぼさないことも確認できた。 Thus, with respect to the secondary combustion rate of the normal lance of Comparative Example 1, the secondary combustion rate increased by 2.4% in the 6-hole lance in which the direction of the conventional nozzle was twisted. On the other hand, the 6-hole lance twisted in the direction of the nozzle of the present invention increased by 0.1%. It was confirmed by the effect of the present invention that the secondary combustion rate of the porous lance twisted in the nozzle direction was comparable to that of the normal lance. Further, in [Comparative Example 2] and [Example 1] using a lance with a twisted nozzle direction compared to [Comparative Example 1] using a normal lance, Fe loss due to dust is reduced by 19% in both cases. It was also confirmed that the suppression of jet turbulence by this development does not significantly affect spitting.
１ ランス、１０ ランス内管、１１ 流路、１２ ランス内管の先端面、１２ａ ノズル部への入口（面）、１２ｂ ランス内管の先端面の端部、２０ ノズル部、２１ ラバールノズル、２１ａ ノズル出口、２１ｂ ノズル中心軸、２１ｃ ノズル上部、２１ｃ−１ スロート部、２１ｃ−２ 導入部、２１ｄ 末広部、２１ｅ スロート部上端（導入部側の端部）、２２ ランス先端面 1 lance, 10 lance inner tube, 11 flow path, 12 lance inner tube tip surface, 12a inlet (surface) to nozzle portion, 12b tip end surface of lance tube, 20 nozzle portion, 21 Laval nozzle, 21a nozzle Outlet, 21b Nozzle central axis, 21c Nozzle upper part, 21c-1 Throat part, 21c-2 Introduction part, 21d Wide end part, 21e Throat part upper end (end part side end), 22 Lance tip surface
Claims (1)
前記３孔以上のラバールノズルは全て同一形状で、それらの中心軸が当該ランスの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に配置され、
前記各ラバールノズルにおいて、上吹きランスの中心軸がｚ軸、前記ノズル出口の中心位置がｙ軸上となるように定めたｘｙｚ直交座標系において、ｘｙ平面へのノズル中心軸の投影がｙ軸となす角度をひねり角α（ｄｅｇ）、ノズル出口の中心を通るｚ軸と平行な直線とノズル中心軸とのなす角をノズル傾斜角β（ｄｅｇ）としたとき、αが（１）式、βが（２）式を満足し、
１０ ＜ α ＜ ７０ （１）
１５ ≦ β ≦ ３０ （２）
かつ、前記各ラバールノズルの中心軸を通る縦断面において、前記ノズル中心軸に直交する横断面を形成する当該ラバールノズルのスロート部から前記酸素含有ガスが流入する入口を配置された入口面までのノズル内壁面の長さが、当該内壁面全体にわたって均一であることを特徴とする溶融金属精錬用上吹きランス。 A lance inner pipe serving as a flow path for the oxygen-containing gas, and a Laval nozzle having three or more holes extending in communication with the flow path at the tip of the lance inner pipe, and the oxygen-containing gas flows into each Laval nozzle. An upper blow lance for molten metal refining comprising an inlet surface in which an inlet is disposed and a nozzle portion having a lance tip surface in which a nozzle outlet ejected from each Laval nozzle is disposed,
All of the Laval nozzles having three or more holes have the same shape, and their central axes are arranged at equal intervals on a concentric circle centering on the central axis of the lance.
In each Laval nozzle, in the xyz orthogonal coordinate system in which the center axis of the upper blow lance is on the z axis and the center position of the nozzle outlet is on the y axis, the projection of the nozzle center axis on the xy plane is the y axis. When the angle formed by the twist angle α (deg) and the angle formed by the straight line parallel to the z axis passing through the center of the nozzle outlet and the nozzle center axis is the nozzle inclination angle β (deg), α is the expression (1), β Satisfies equation (2),
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
And, in the longitudinal section passing through the central axis of each of the Laval nozzles, the inside of the nozzle from the throat portion of the Laval nozzle forming a transverse section perpendicular to the nozzle central axis to the inlet surface where the inlet into which the oxygen-containing gas flows is arranged. An upper blow lance for refining molten metal, characterized in that the length of the wall surface is uniform over the entire inner wall surface.
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