JP2018035441A - Lance and operation method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランス及びこれを用いた操業方法に係り、より詳しくは、容器内の温度が確保され易く、しかも、寿命が長いランス及びこれを用いた操業方法に関する。 The present invention relates to a lance and an operation method using the lance. More specifically, the present invention relates to a lance that is easy to ensure the temperature in the container and has a long life and an operation method using the lance.
一般に、転炉においては、溶銑中に酸素を供給して溶銑中に含まれているC(炭素)、Si(ケイ素)、Mn(マンガン)などを酸化させて溶銑を製造し、これらの成分の酸化過程において発生する熱により溶銑の温度は自体的に上昇する。このとき、一般に、溶銑それ自体から発生する熱を用いて操業可能なスクラップの比率は、約20%である。
このため、スクラップの装入比率を増やそうとする場合には、酸素と反応して熱を発生させる物質例えば、Si(ケイ素)又はC(炭素)を溶銑内に添加する方法が用いられている。
他の方法としては、転炉内において行われる脱炭精錬に際して発生するCOガスを酸素ともう一回反応させて、CO2に変化させるときに発生する2次燃焼熱を用いる方法が挙げられる。
このように、2次燃焼熱を発生させるための方法としては、ランスノズルに、溶銑の精錬のための主孔(Main−hole)に加えて、2次燃焼用酸素が噴き出せるように副孔(Sub−hole)を設けることが日本国公開特許1995−138631号公報に開示されている。
In general, in a converter, oxygen is supplied to the hot metal to oxidize C (carbon), Si (silicon), Mn (manganese), etc. contained in the hot metal, thereby producing hot metal. The temperature of the hot metal itself rises by heat generated in the oxidation process. At this time, generally, the ratio of the scrap that can be operated using the heat generated from the hot metal itself is about 20%.
For this reason, when it is going to increase the charging ratio of a scrap, the method of adding the substance which reacts with oxygen and generates heat, for example, Si (silicon) or C (carbon), is used.
As another method, there is a method of using the secondary combustion heat generated when the CO gas generated in the decarburization refining performed in the converter is again reacted with oxygen and changed to CO 2 .
As described above, as a method for generating the secondary combustion heat, in addition to the main hole for refining the hot metal (Main-hole), the secondary combustion oxygen can be ejected to the lance nozzle. Providing (Sub-hole) is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1995-138631.
しかしながら、たとえ2次燃焼のために副孔を設けても、2次燃焼率が満足できるほど向上しなかった。なお、副孔を有していない通常のランスは、使用回数が200回〜300回であるが、副孔を有するランスは使用可能な回数が100回以下であり、寿命が非常に短いという問題がある。
また、2次燃焼率の向上のために、主孔の延長方向に対して所定の角度で傾くように副孔の形状を変更したが、このような副孔の変更にも拘わらず、ランスの安定的な使用回数は確保できなかった。
その理由は、次の通りである。即ち、主孔が、溶銑の湯面から約1.5m以上の高さから精錬を目的に酸素を噴き出し、これにより形成されたメインジェット(main jet)が湯面と衝突する。しかし、メインジェットが湯面と衝突し上部に方向を切り換えるとき、2次燃焼を目的に副孔から噴き出す酸素の補助ジェット(sub jet)の流れと干渉する問題が発生するためである。この理由により、補助ジェットは真っ直ぐに伸びず、再び副孔に向かって逆火する現象が発生してランスノズルに熱的損傷を発生させランスノズルの寿命が短くなる。
However, even if a secondary hole is provided for secondary combustion, the secondary combustion rate has not been improved satisfactorily. In addition, although the normal lance which does not have a subhole is the use frequency of 200 to 300 times, the lance which has a subhole can be used less than 100 times, and there is a problem that the life is very short. There is.
Also, in order to improve the secondary combustion rate, the shape of the sub-hole was changed so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the extension direction of the main hole. A stable use count could not be secured.
The reason is as follows. That is, the main hole spouts oxygen for refining from a height of about 1.5 m or more from the hot metal surface, and the main jet formed thereby collides with the hot surface. However, when the main jet collides with the molten metal surface and switches the direction to the upper part, there arises a problem of interfering with the flow of the oxygen auxiliary jet (sub jet) ejected from the auxiliary hole for the purpose of secondary combustion. For this reason, the auxiliary jet does not extend straight, but a phenomenon of backfire toward the sub-hole occurs again, causing thermal damage to the lance nozzle and shortening the life of the lance nozzle.
本発明の目的とするところは、容器内において発生したガスの2次燃焼率を向上させることのできるランス及びこれを用いた操業方法の提供にある。
また、副ノズルの周りの溶損を抑えることのできるランス及びこれを用いた操業方法の提供にある。
An object of the present invention is to provide a lance capable of improving the secondary combustion rate of gas generated in a container and an operation method using the lance.
Another object of the present invention is to provide a lance capable of suppressing melting damage around the sub nozzle and an operation method using the lance.
本発明は、ノズル部と内部空間からなり、容器の内部に突出して原料ガスを吹き込むランスであって、
前記ノズル部は、
前記原料ガスが通過する内部空間を含むノズル壁体と、
前記内部空間と連通し、前記ノズル壁体の底部を貫通して前記容器内部に前記原料ガスを噴き出す主ノズルと、
前記内部空間と連通し、前記ノズル壁体下部の円周方向に位置して前記ノズル壁体を貫通して形成される副ノズルと、
からなり、
前記副ノズルは、前記ノズル部の幅方向の中心を通る幅方向の延長線と交差するように設けられていることを特徴とする。
The present invention consists of a nozzle part and an internal space, and is a lance that projects into the container and blows a raw material gas,
The nozzle part is
A nozzle wall including an internal space through which the source gas passes;
A main nozzle that communicates with the internal space and that blows the raw material gas into the container through the bottom of the nozzle wall;
A sub-nozzle that communicates with the internal space and is formed in the circumferential direction of the lower portion of the nozzle wall and penetrating the nozzle wall;
Consists of
The sub nozzle is provided so as to intersect with an extension line in the width direction passing through the center in the width direction of the nozzle portion.
前記副ノズルは、前記ノズル壁体の水平面上において、前記副ノズルの流入口から前記流入口に流入した原料ガスが排出される排出口に延びた副ノズルの延長線が前記幅方向の延長線に対して交差するように形成されることを特徴とする。 The sub nozzle has an extension line extending in the width direction on the horizontal plane of the nozzle wall, the extension line of the sub nozzle extending from the inflow port of the sub nozzle to the discharge port for discharging the source gas flowing into the inflow port. It is formed so that it may cross | intersect.
前記副ノズルの延長線と幅方向の延長線とがなす角度は、5°〜30°であることを特徴とする。 The angle formed between the extension line of the sub nozzle and the extension line in the width direction is 5 ° to 30 °.
前記副ノズルは、前記副ノズルの延長線が前記ノズル部の上下方向の延長線と交差するように延設されることを特徴とする。 The sub nozzle is extended so that an extension line of the sub nozzle intersects with an extension line in the vertical direction of the nozzle portion.
前記副ノズルは、前記副ノズルの延長線と上下方向の延長線とがなす角度が、10°〜40°であることを特徴とする。 In the sub nozzle, an angle formed by an extension line of the sub nozzle and an extension line in the vertical direction is 10 ° to 40 °.
前記副ノズルは、原料ガスを超音速で吹き込むように設計されることを特徴とする。 The sub nozzle is designed to blow the raw material gas at supersonic speed.
前記流入口と排出口との間に対応する前記副ノズルの内部の直径に比べて、前記排出口の直径が大きいことを特徴とする。 A diameter of the discharge port is larger than a diameter of the sub nozzle corresponding to the space between the inflow port and the discharge port.
前記副ノズルは、前記ノズル壁体の円周方向に互いに隔設されて3個〜6個設けられることを特徴とする。 The sub nozzles may be provided in a number of 3 to 6 spaced apart from each other in the circumferential direction of the nozzle wall.
前記主ノズルは、前記内部空間と連通される前記主ノズルの流入口から前記原料ガスが排出される前記主ノズルの排出口に延びる主ノズルの延長線が前記上下方向の延長線に対して交差するように形成されることを特徴とする。 In the main nozzle, an extension line of the main nozzle extending to an outlet of the main nozzle through which the source gas is discharged from an inlet of the main nozzle communicated with the internal space intersects with the extension line in the vertical direction. It is formed so that it may do.
前記主ノズルの延長線と上下方向の延長線とがなす角度が、0°〜20°であることを特徴とする。 The angle formed by the extension line of the main nozzle and the extension line in the vertical direction is 0 ° to 20 °.
また、本発明は、溶銑を精錬する操業方法であって、
容器内に前記溶銑を注入する過程と、
前記溶銑の上にランスを配置する過程と、
前記ランスに原料ガスを供給して、前記溶銑の上に前記ランスの主ノズルを介して前記原料ガスを噴射する過程と、
前記主ノズルの上側に位置する副ノズルを介して、前記ランスの水平面に対して交差する方向に原料ガスを通過させて噴射する過程と、
を含むことを特徴とする。
Further, the present invention is an operation method for refining hot metal,
Injecting the hot metal into the container;
Placing a lance on the hot metal;
Supplying raw material gas to the lance, and injecting the raw material gas through the main nozzle of the lance onto the hot metal;
A process of injecting the raw material gas through a sub nozzle located above the main nozzle in a direction intersecting the horizontal plane of the lance,
It is characterized by including.
前記副ノズルを介して、前記ランスの水平面に対して交差する方向に原料ガスを通過させて噴射する過程において、
前記原料ガスは、前記ランスの幅方向の中心を通る幅方向の延長線に対して交差する方向に前記副ノズルを通過して噴射されることを特徴とする。
In the process of passing the raw material gas in the direction intersecting the horizontal plane of the lance and injecting it through the sub nozzle,
The source gas is injected through the sub nozzle in a direction intersecting with an extension line in the width direction passing through the center in the width direction of the lance.
前記副ノズルを通過して噴射される原料ガスは、前記ランスの上下方向の延長線と交差する方向に前記副ノズルを通過して噴射されることを特徴とする。 The source gas injected through the sub nozzle is injected through the sub nozzle in a direction intersecting with the vertical extension line of the lance.
前記副ノズルの内部を通過する原料ガスは、前記ランスの前記上下方向の延長線に対して10°〜40°、前記幅方向の延長線に対して5°〜30°になるように通過することを特徴とする。 The source gas passing through the sub nozzle passes through 10 to 40 degrees with respect to the vertical extension line of the lance and 5 to 30 degrees with respect to the width direction extension line. It is characterized by that.
前記副ノズルの内部を通過する原料ガスが超音速で吹き込まれることを特徴とする。 The source gas passing through the sub nozzle is blown at supersonic speed.
前記主ノズルの内部を、原料ガスは、前記ランスの上下方向の延長線に対して20°以下になるように通過することを特徴とする。 The source gas passes through the main nozzle so as to be 20 ° or less with respect to an extension line in the vertical direction of the lance.
本発明によれば、副ノズルは、主ノズルの上側に位置して、上下方向の延長線に対して交差するように形成されることにより、メインジェットの周りに補助ジェットが形成される。また、副ノズルが幅方向の延長線に対して交差するように延設されることにより、旋回流状に補助ジェットが形成される。更に、補助ジェットの旋回流によりCOガスとの接触率又は接触機会が増え、これにより、COの2次燃焼率が上がるという効果がある。したがって、外部から別の熱源を追加しないで、2次燃焼を通じて熱源を十分に確保することができる。
加えて、副ノズルを超音速ノズルタイプに設計することにより、副ノズルの周りの溶損を低減させてランスの寿命を向上させることができる。
According to the present invention, the auxiliary nozzle is formed around the main jet by forming the sub nozzle above the main nozzle and intersecting with the extension line in the vertical direction. Moreover, the auxiliary jet is formed in a swirling flow shape by extending the sub nozzle so as to intersect the extension line in the width direction. Furthermore, the swirling flow of the auxiliary jet increases the contact rate or contact opportunity with the CO gas, thereby increasing the secondary combustion rate of CO. Therefore, a sufficient heat source can be secured through secondary combustion without adding another heat source from the outside.
In addition, by designing the sub nozzle as a supersonic nozzle type, it is possible to reduce the melting damage around the sub nozzle and improve the life of the lance.
以下、添付図面に基づいて本発明について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態による転炉操業工程を概略的に示す図であり、図2は、本発明の実施形態によるランスの分解斜視図であり、図3は、本発明の実施形態によるランスのノズル部を示す断面図である。また、図4は、ノズル部及び酸素が排出される状態を概念的に示す図であって、図4aは、本発明の実施形態によるノズル部を示すものであり、図4bは、従来のノズル部を示すものである。更に、図5は、ランスの水平方向の延長線(幅方向の延長線)に対する副ノズルの延設角度によるCO2ガスの分布度を示す図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a converter operation process according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a lance according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the nozzle part of the lance by. FIG. 4 is a diagram conceptually showing a state in which the nozzle part and oxygen are discharged, wherein FIG. 4a shows a nozzle part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4b shows a conventional nozzle. Part. Furthermore, FIG. 5 is a diagram showing the distribution of CO 2 gas according to the extension angle of the sub nozzle with respect to the horizontal extension line (width direction extension line) of the lance.
以下、図1から図4に基づき、本発明の ランスについて説明する。
本発明の実施形態によるランス及びこれを用いた操業方法は、反応ガスが発生する容器に原料ガスを吹き込むランス100及びこれを用いた操業方法であって、本発明においては、反応ガスはCOガス、容器は転炉1、原料ガスは酸化性ガスである。
転炉1は、高炉から搬送されてきた溶銑を装入して、酸素などのガスを吹き込んだり、各種の成分の調整のための精錬剤及び別途の添加剤を投入したりして、溶銑中の不純物を除去して所望の成分の濃度に調整して溶鋼を製造する設備である。
ランス100は、溶銑Mが装入された容器、すなわち、転炉1内に挿入されて、溶銑Mに酸素ガスを吹き込む手段である。実施形態によるランス100は、転炉1内に酸素を吹き込むノズル部130と、ノズル部130と連設され、ノズル部に酸素を供給可能なように内部に酸素が移動する通路110aが設けられた胴体部110と、を備える。
The lance of the present invention will be described below with reference to FIGS.
A lance according to an embodiment of the present invention and an operation method using the lance are a
The
The
以下、説明し易さのために、ランスの延長方向(すなわち、上下方向の延長方向)に延びた線を上下方向の延長線Ln1と称する。また、ランス100の幅方向の中心を通るように幅方向(水平方向又は左右方向)に延びた線を幅方向の延長線Ln2と称する。
ここで、上下方向の延長線Ln1とは、ランス100の幅方向、すなわち、水平方向の中心から直交する方向への垂直軸のことを言い、転炉1内の溶銑Mの表面、すなわち、湯面と直交する方向への垂直軸のことを言う。すなわち、上下方向の延長線Ln1は、幅方向の延長線Ln2に対して垂直をなす延長線である。また、幅方向の延長線Ln2とは、ランス100の横方向の延長線であって、ランス100の垂直軸、すなわち、上下方向の延長線Ln1と直交する方向への延長線のことを言い、且つ、湯面と平行な又は水平な水平線のことを言う。以下、「ランス延長線」及び「湯面と直交する方向への垂直軸」は上記と同じ意味であり、同じ符号が附されてもよい。
Hereinafter, for ease of explanation, a line extending in the lance extension direction (that is, the vertical extension direction) is referred to as a vertical extension line L n1 . A line extending in the width direction (horizontal direction or left-right direction) so as to pass through the center of the
Here, the extension line L n1 in the vertical direction refers to the width direction of the
胴体部110は、上述したように、ノズル部130に酸素を供給又は提供するものであって、内部には酸素がノズル部130に移動する空き空間である通路110aが設けられた管状である。実施形態による胴体部110は、一方向に延設された形状であって、例えば、円筒状であってもよく、これに限定されることなく、ノズル部130に向かって酸素が移動可能な通路を有する様々な筒状に変更されてもよい。このような胴体部110の一方の端は、酸素ガスを提供するガス供給部(図示せず)と接続され、他方の端は、ノズル部130と接続される。また、胴体部110は、その内部には通路とは独立した流路が設けられて冷媒が流れるように設計されてもよい。このため、胴体部110の内部を循環する冷媒によりランス100が高温の操業環境から保護される。
As described above, the
ノズル部130は、胴体部110の通路110aを通って移動した酸素を転炉1内の溶銑Mに吹き込む手段である。このようなノズル部130は、図3に示すように、胴体部110の他方の端と接続され、胴体部110の通路と連通される内部空間を有するノズル壁体131と、ノズル壁体131上における内部空間130aの下側に位置するように形成されて、内部空間130aから伝達される酸素をノズルの外部に排出、噴射又は吹き込む主ノズルと、ノズル壁体131上における主ノズル132の上側に位置して内部空間130aと連通されるように形成され、ランス100の上下の延長方向及び直径方向のそれぞれに対して平行ではなく、所定の角度で捩れるように延設されて、内部空間130aから伝達される酸素を外部に排出、噴射又は吹き込む副ノズル133と、を備える。
ノズル壁体131は、胴体部110の通路110aから酸素が伝達される内部空間130aを形成するための構成であり、且つ、ランス100の外部と遮断するための構成である。このようなノズル壁体131は、胴体部110と同様に、高温の操業環境から保護するために、内部空間130aとは独立した空間流路を設けて冷却水が流れるように設計される。
The
The
主ノズル132は、転炉1内の溶銑に酸素を吹き込むものであり、内部空間130aの下側にノズル壁体131を一方向に貫通するように形成され、一方の端及び他方の端が開口された形状である。主ノズル132の一方の端は内部空間の下側の先端と接続又は連通され、他方の端はノズル壁体131の下端に位置するように形成されてノズル部130の外部に露出される。ここで、主ノズル132の一方の端は、内部空間の酸素が流入する流入口(以下、第1の流入口132a)であり、他方の端は、主ノズル132を通過した酸素がノズル部130の外部に排出される排出口(以下、第1の排出口132b)である。
実施形態による主ノズル132は、上下方向の延長線Ln1と平行ではなく、前記上下方向の延長線Ln1から所定の角度で傾くように延設されてもよく、その角度は、20°以下であってもよい。主ノズル132についてより具体的に説明するために、主ノズル132の延長方向への延長線を主ノズルの延長線Lmと称し、主ノズルの延長線Lmは、主ノズル132の幅方向の中心を通る線である。実施形態による主ノズル132は、主ノズルの延長線Lmが上下方向の延長線Ln1となす角度(以下、第1の角度θm)又は夾角が20°以下、好ましくは、15°〜17°となるように延設される。これは、主ノズルの延長線Lmが上下方向の延長線Ln1と20°以下の角度θmをなすように斜設されて、主ノズルの延長線Lmが転炉1内の湯面となす角度が垂直ではないことを意味する。
The
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以上、主ノズルの延長線Lmが上下方向の延長線Ln1と20°以下傾いた場合を例にとって説明した。しかしながら、本発明はこれに何等限定されるものではなく、主ノズルの延長線Lmが上下方向の延長線Ln1と並ぶように(又は、平行になるように)延設されて第1の角度θmが0°であってもよい。これは、主ノズルの延長線Lmが転炉内の湯面となす角度が垂直であることを意味する。
ここで、第1の角度θmは、0〜20°範囲内のいずれかの角度に限定されないが、前記角度の範囲内において大きな値を有するほど、主ノズル132から噴射される酸素(以下、メインジェットと称する。)の半径が大きくなるため、垂直な状態で酸素を噴射する場合よりも溶銑Mの吹錬時間を短縮することができる。一方、第1の角度θmが20°を超える値を有する場合には、メインジェットの半径が大きくなるが、後述する副ノズル133から噴射される酸素(以下、補助ジェットと称する。)との干渉が発生して、メインジェットが溶銑の上に正常に噴射されないという問題が発生する恐れもある。
Above, extension L m of the main nozzle has been described as an example a case where inclined vertical extension line L n1 and 20 ° or less. However, the present invention this is not limited any way, as an extension L m of the main nozzle is aligned with the vertical direction of the extension line L n1 (or in parallel) extending to a first of The angle θ m may be 0 °. This extension L m of the main nozzle the angle formed with the molten metal surface of the converter in the meaning that is vertical.
Here, the first angle θ m is not limited to any angle within the range of 0 to 20 °, but the greater the value within the range of the angle, the more oxygen (hereinafter, Since the radius of the main jet is increased, the time for blowing the hot metal M can be shortened as compared with the case of injecting oxygen in a vertical state. On the other hand, if it has a value of the first angle theta m exceeds 20 °, although the radius of the main jet is increased, interference with the oxygen injected from the
上述したような主ノズル132は複数設けられるが、ノズル壁体131の下部に互いに隔設される。例えば、主ノズル132は6個設けられてもよい。もちろん、主ノズル132の数は6個に何等限定されるものではなく、6個未満又は6個を超える数が設けられてもよい。
副ノズル133は、転炉1内において操業中に発生した反応ガスを再び燃焼する2次燃焼のために酸素を吹き込むノズルである。このような副ノズル133は、主ノズル132の上側にノズル壁体131を貫通するように延設され、一方の端及び他方の端が開口された形状である。ここで、副ノズル133の一方の端は、第1の流入口132aの上側において内部空間と連結又は連通され、他方の端は第1の排出口132bの上側においてノズル部130の外部に露出されるように形成される。副ノズル133の一方の端は、内部空間の酸素が流入する流入口(以下、第2の流入口133aと称する。)であり、他方の端は、副ノズル133を通過した酸素がノズル部130の外部に排出される排出口(以下、第2の排出口133bと称する。)である。第2の排出口133bは、上述したように、ノズル部130の外部に露出されるように形成されるが、例えば、ノズル壁体131の外周面のうち、側面に露出されるように形成されてもよい。このため、副ノズル133から噴射される酸素、すなわち、補助ジェットは、メインジェットの周り方向に噴射される。
A plurality of the
The
実施形態による副ノズル133は、上下方向の延長線Ln1及び幅方向の延長線Ln2とそれぞれ平行ではなく、第1及び幅方向の延長線から所定の角度で傾くように延設される。
まず、図3に基づいて、副ノズル133が上下方向の延長線Ln1に対して所定の角度で傾くように延設された場合について説明する。
副ノズル133は、上下方向の延長線Ln1と平行ではなく、前記上下方向の延長線Ln1となす角度(以下、第2の角度θs1と称する。)が10°〜40°となるように延設される。副ノズル133についてより具体的に説明するために、副ノズル133の延長方向への延長線を副ノズルの延長線Lsと称し、副ノズルの延長線Lsは、前記副ノズル133の幅方向の中心を通る線である。上述したような定義を用いて、副ノズルの延長方向について再び説明すると、副ノズルの延長線Lsが上下方向の延長線Ln1となす角度が10°〜40°となるように延設する。これは、副ノズルの延長線Lsが転炉1内の湯面となす角度が垂直ではないことを意味する。
The
First, based on FIG. 3, the case where the
The
このとき、副ノズルの延長線Lsと上下方向の延長線Ln1とがなす第2の角度θs1が、主ノズルの延長線Lmと上下方向の延長線Ln1とがなす第1の角度θmに比べて大きいことが好ましい。すなわち、主ノズルの延長線Lmが上下方向の延長線Ln1となす角度が0以上、20°以下であるとき、副ノズルの延長線Lsが上下方向の延長線Ln1となす角度が20°超え、40°以下であることが好ましい。これは、補助ジェットの半径がメインジェットに比べて広くなるように転炉内に酸素の流れを形成するが、メインジェットの流れとの干渉が抑えられるような角度で形成するためである。
一方、第2の角度θs1が10°未満の値を有するように形成される場合、主ノズル132から噴射されたメインジェットの流れとの干渉を抑える効果があまり得られない。すなわち、メインジェットのうち溶銑Mの湯面と衝突し、上部に方向を切り換えた酸素が副ノズル133から噴射される補助ジェットと衝突して補助ジェットが直進性を失ってしまう恐れがある。このため、転炉1内における溶銑中の炭素Cと主ノズル132から吹き込まれた酸素との反応により生成されたCOガス及び補助ジェット間の反応が弱くて副ノズル133による転炉1内の2次燃焼効率が下がってしまうという不都合がある。
At this time, the second angle θ s1 formed by the extension line L s of the sub nozzle and the vertical extension line L n1 is the first angle formed by the extension line L m of the main nozzle and the vertical extension line L n1 . it is preferably larger than the angle theta m. That is, an extension L m of the main nozzle vertical extension line L n1 and the angle is 0 or more, when it is 20 ° or less, an extension L s of the sub nozzles is angle between the vertical direction of the extension line L n1 It is preferably greater than 20 ° and not greater than 40 °. This is because the oxygen flow is formed in the converter so that the radius of the auxiliary jet is larger than that of the main jet, but at an angle that can prevent interference with the main jet flow.
On the other hand, when the second angle θ s1 is formed to have a value less than 10 °, the effect of suppressing interference with the flow of the main jet ejected from the
他の例によれば、第2の角度θs1が40°を超える値を有するように形成される場合、補助ジェットが押し出してランス100の上方に向かって流れるメインジェットの上昇流がランス100の胴体部110に直接的に衝突するため、胴体部110に熱的な損傷を加えてしまうという不都合が発生する恐れがある。また、ノズル部130の内部空間130aの特性からみて、第2の角度θs1が40°を超えるとき、ノズル壁体131の内壁に形成された主ノズル132の端部と副ノズル133の端部とが隣設されるため、内部空間130aから主ノズル132に抜け出るべき酸素の流れを副ノズル133が奪う虞があるため、主ノズル132による溶銑の吹錬効率が下がってしまうという不都合が発生する恐れがある。このため、副ノズル133は、上述した第2の角度θs1の値を有するようにノズル壁体131に形成されてもよい。
According to another example, when the second angle θ s1 is formed to have a value exceeding 40 °, the upward flow of the main jet that the auxiliary jet extrudes and flows toward the upper side of the
また、本発明の実施形態による副ノズル133は、ランス又はノズル壁体131の横断面図上の水平面の延長線に対して平行ではなく、前記水平面と交差するように形成される。すなわち、副ノズル133は、ランス又はノズル壁体131の幅方向の中心を通る幅方向の延長線Ln2と平行ではなく(或いは、同一線上におらず)、幅方向の延長線Ln2と所定の角度(以下、第3の角度と称する。)をなすように形成される。すなわち、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2と平行ではなく(或いは、同一線上におらず)、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2に対して第3の角度θs2で傾くようにする。このとき、幅方向の延長線Ln2と副ノズルの延長線Lsとがなす第3の角度θs2は、5°〜30°である。
別の言い方をすれば、副ノズル133の延長方向とは、第2の流入口133aから第2の排出口133bに向かって延びるに際して、ノズル壁体131の円周方向に延設されることを意味する。すなわち、第2の流入口133aと第2の排出口133bとを結ぶ副ノズルの延長線Lsがノズル壁体131の幅方向の中心Cを通る延長線、すなわち、幅方向の延長線Ln2の上に位置しないようにし、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2となす角度が5°〜30°となるようにする。
In addition, the
In other words, the extension direction of the
副ノズル133がノズル壁体131の円周方向に延設されるとは、別の言い方をすれば、前記副ノズル133がノズル壁体131の円周方向に5°〜30°の回転角度を有するように形成されることを意味する。
このように、副ノズル133が幅方向の延長線Ln2と同一線上に位置しないように(或いは、副ノズル133が幅方向の延長線Ln2と平行にならないように)延設されることにより、図4aに示すように、副ノズル133から吹き込まれる酸素は、旋回流(swirl flow)を形成する。酸素が旋回流の形で吹き込まれると、そうではないときに比べて、転炉1内における滞留時間が延び、その結果、メインジェット及び溶銑M中の炭素間の反応により発生したCOガスとの接触率又は接触機会が多くなる。これにより、COがCO2となる2次燃焼率が上がり、COが2次燃焼されるときに発生する熱は、溶銑Mの温度を昇温させる熱源として働く。
In other words, the
Thus, by extending so that the
一方、図4bに示すように、副ノズルが上下方向の延長線Ln1に対しては10°〜40°で傾いているが、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2と平行であるか、或いは、幅方向の延長線Ln2の上にある場合、本発明のように副ノズルによる旋回流が発生しないか、或いは、旋回流の強さが低い。このため、図4bのノズル部130の場合、図4bの実施形態によるノズル部に比べて2次燃焼率が低い。
更に、図5に示す通り、副ノズルの延長線Lsの角度に応じてCO2ガスの分布面積が異なってくる。図5aは、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2の上にあるため、第3の角度θs2が0°である場合である。なお、図5b及び図5cは、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2の上におらず、副ノズルの延長線Lsが幅方向の延長線Ln2と交差し、図5bは、第3の角度が10°であり、図5cは、第3の角度が25°である場合である。
On the other hand, as shown in FIG. 4b, the sub nozzle is inclined at 10 ° to 40 ° with respect to the extension line L n1 in the vertical direction, but the extension line L s of the sub nozzle is connected to the extension line L n2 in the width direction. When they are parallel or on the extension line Ln2 in the width direction, the swirling flow by the sub nozzle is not generated or the strength of the swirling flow is low as in the present invention. For this reason, in the case of the
Furthermore, as shown in FIG. 5, the distribution area of the CO 2 gas varies depending on the angle of the extension line L s of the sub nozzle. FIG. 5a shows a case where the third angle θ s2 is 0 ° because the extension line L s of the sub nozzle is on the extension line L n2 in the width direction. 5B and 5C, the extension line L s of the sub nozzle is not on the extension line L n2 in the width direction, and the extension line L s of the sub nozzle intersects the extension line L n2 in the width direction. 5b is a case where the third angle is 10 °, and FIG. 5c is a case where the third angle is 25 °.
図5は、第3の角度を0°、10°、25°に変えたとき、転炉1内のガスの濃度を数値解析した結果を示すものであり、第3の角度θs2が広くなるにつれて、CO2ガスの濃度の分布面積が大きくなることが分かる。また、副ノズル133の第3の角度が30°を超えると、副ノズル133から吐き出される酸素が重なり合って、むしろ2次燃焼発生量が減ってしまう。このため、本発明においては、副ノズルの延長線Lsと幅方向の延長線Ln2とがなす角度が5°〜30°となるようにしている。
副ノズル133の第2の排出口133bは、転炉1と向かい合うノズル部130の端部から100〜200mmだけ上部に離れた個所に形成されてもよい。
第2の排出口133bがノズル部130の端部から上側に100mm未満で互いに隔設されると、第1の排出口132bと第2の排出口133bとの間の距離が小さいため、メインジェットのうち溶銑Mの湯面と衝突して上昇する上昇流を変える程度の補助ジェットが噴射されず、メインジェットと補助ジェットとの間の干渉の抑制効果があまり得られない。
FIG. 5 shows the result of numerical analysis of the gas concentration in the
The
If the
逆に、第2の排出口133bがノズル部130の端部から上側に200mmを超えて互いに隔設されると、第1の排出口132bと第2の排出口133bとの間の距離が非常に大きくなって、メインジェットの上昇流がノズル壁体131に達する位置よりも上部に第2の排出口133bが形成されて、メインジェットの上昇流によりノズル壁体131が損傷されることを抑える補助ジェットの役割が微々たるものである。このため、第2の排出口133bは、ノズル部130の端部、すなわち、第1の排出口132bから上部に100〜200mmだけ離れた個所に形成する。
また、上述した副ノズル133は複数設けられるが、ノズル壁体の円周方向に又は周り方向に互いに隔設される。実施形態においては、副ノズル133を3個〜6個設ける。副ノズル133の数が3個未満と少な過ぎると、2次燃焼の機会が少なくなり、副ノズル133の数が6個を超えて多すぎると、副ノズル133を介して抜け出る酸素の流量が均一ではないため、流量の少ない副ノズル133の場合、溶鋼や鉱滓が浸透されて閉塞される虞があり、流量の少ない副ノズル133の場合、逆火による溶損の可能性が高くなる。
Conversely, when the
A plurality of the
一方、ランス100に副ノズル133が適用されると、ランス100の寿命又は使用回数を短縮又は低下させる最も大きな要因は、副ノズル133の周りの溶損である。副ノズル133の周りの溶損は、前記副ノズル133から排出される酸素の流速が遅いため、上部に向かって抜け出るCOガスの流れを通り抜けず、むしろ副ノズル133に向かって逆火するためである。
このような逆火現象を防ぐためには、副ノズル133から噴射される(又は、吹き込まれる)酸素ガスの速度を十分に速める必要があり、このために、本発明の実施形態においては、流速を最大にするために、副ノズル133を超音速ノズルタイプに設計する。すなわち、第2の流入口133aと第2の排出口133bとの間に対応する副ノズル133の内部直径Dtに比べて、第2の排出口133bの直径Deが大きくなるように形成される。これにより、 酸素が副ノズル133の第2の流入口133aに流入して第2の排出口133bを通過する間に、ガスの膨張により酸素の移動速度が音速よりも大きくなるように設計される。
On the other hand, when the
In order to prevent such a backfire phenomenon, it is necessary to sufficiently increase the speed of the oxygen gas injected (or blown) from the
更に、実施形態においては、副ノズル133を介して酸素が超音速で噴射されるように第2の排出口133bの直径(De、mm)を調節するに当たって、副ノズル133を通過する酸素の吹込み量(Q、Nm3/min)、酸素の圧力(P0、kg/cm2)、副ノズルの数(N)、内部直径(Dt、mm)、音速(Ma)を用いて決定する。実施形態においては、下記式1及び2を用いて、副ノズル133の第2の排出口133bの直径Deを決定する。
まず、副ノズル133から噴射される酸素の流量を決定する。このとき、主ノズル132から噴射される酸素の流量の3%〜15%の体積比にすることが好ましい。酸素の流量が3%未満であれば、副ノズル133を通過する酸素の流量が少ないため、2次燃焼効果があまり得られず、酸素の流量が15%を超える場合、精錬反応に必要な酸素量が少ないため精錬時間が延びてしまうという欠点がある。
ここで、酸素の圧力は、既に設定された(又は、既に決定された)値であり、副ノズル133の数は、3個〜6個に決定されている。このため、上記式1に酸素の流量、副ノズルの数、酸素の圧力を適用すると、副ノズル133の内部直径Dtが算出される。
上記式1により、副ノズル133の数、内部直径、酸素の圧力が決定されると、これを上記式2に適用して内部直径Dtの直径Deを求める。
First, the flow rate of oxygen injected from the
Here, the pressure of oxygen is a value that is already set (or already determined), and the number of
The
上記式2においては、Maは、上述したように、マッハ数であって、Ma数は、1.5〜2.5である。なお、上記式1から計算された内部直径Dtを上記式2に適用すると、第2の排出口133bの直径Deを決定することができる。
これにより、副ノズル133を通過する酸素は、超音速で噴射される。
下記表1は、実施例及び比較例によるノズル部の適用時のランスの寿命と2次燃焼による上昇温度とを比較したものである。
実験のために、290トン容量の転炉に溶銑250トン、屑鉄40トンを装入し、ランスに酸素を850Nm3/minで供給して吹錬を行った。
また、第1の比較例によるノズル部130は、副ノズル133が6個であり、副ノズル133の内部直径Dt及び第2の排出口133bの直径Deが両方とも14mmであり、副ノズル133から吹き込まれる酸素の吹込み量は、主ノズル132から吹き込まれる酸素の吹込み量の2.9%である。
In Formula 2, Ma is the Mach number as described above, and the Ma number is 1.5 to 2.5. When the internal diameter D t calculated from the
Thereby, the oxygen passing through the
Table 1 below compares the life of the lance when the nozzle portion is applied according to the example and the comparative example and the rising temperature due to the secondary combustion.
For the experiment, 250 tons of hot metal and 40 tons of scrap iron were charged into a 290-ton capacity converter, and oxygen was supplied to the lance at 850 Nm 3 / min for blowing.
The
更に、第2及び第3の比較例、第1及び第2の実施例は、いずれも内部直径Dtが14mm、第2の排出口の直径が19.4mmであって、超音速ノズルタイプであり、副ノズル133の数及び酸素の吹込み量を変更した。
上記表1を参照すると、副ノズル133が通常のノズルタイプである第1の比較例の場合、第2及び第3の比較例と、第1及び第2の実施例に比べて使用回数が著しく少なく、昇温効果も高くないことが分かる。これは、副ノズル133から噴射される酸素の流速が音速以下になって、副ノズルの周りにおいて逆火されて溶損が発生したためである。
第2の比較例は、第1の比較例に比べて使用回数は増えたものの、副ノズル133の数が3以下と少ない結果、2次燃焼効率が低下して、第1及び第3の比較例、第1及び第2の実施例に比べて昇温した温度を示す。
これとは逆に、第3の比較例は、昇温した温度は第1及び第2の比較例、第1及び第2の実施例に比べて高いものの、副ノズル133の数が6個を超える8個と多いため、8個の副ノズル133から均一な酸素量が供給できず、酸素の流量が少ない副ノズル133において溶損が発生して使用回数が減った。すなわち、副ノズル133の数が多すぎると、全ての副ノズル133に均一な酸素が供給できず、酸素の流量が相対的に少ない副ノズル133の場合、溶損される可能性が高くなる。
Referring to Table 1 above, in the case of the first comparative example in which the
In the second comparative example, although the number of times of use is increased as compared with the first comparative example, the number of
On the contrary, in the third comparative example, the temperature rise is higher than that in the first and second comparative examples and the first and second embodiments, but the number of
第1及び第2の実施例の場合、第1の比較例に比べて使用回数及び昇温効果が両方とも増加した。
また、第1及び第2の実施例は、第2の比較例に比べて使用回数は少ないものの、使用回数がそれぞれ127及び115回であって、第1の比較例に比べては回数がかなり増えた状態であり、第3の比較例に比べては昇温効果が低いものの、第1及び第2の比較例に比べて十分に上昇した。
このため、第1及び第2の実施例により、本発明によるランス100は、使用回数及び昇温効果が両方とも向上することが分かる。
In the case of the first and second examples, both the number of uses and the temperature increase effect were increased compared to the first comparative example.
In addition, although the first and second examples are less used than the second comparative example, the number of uses is 127 and 115, respectively, which is considerably higher than that of the first comparative example. Although it was in an increased state, the temperature rising effect was lower than that of the third comparative example, but it was sufficiently higher than that of the first and second comparative examples.
For this reason, it can be seen from the first and second embodiments that the
以下、図1から図5に基づいて、本発明の実施形態によるランスを用いた転炉の操業方法について説明する。
まず、高炉から搬送されてきた溶銑を転炉1に装入する。このとき、溶銑M内の不純物を取り除くために、転炉1の内部にランス100の少なくとも一部の領域を装入して、溶銑Mの湯面の上にランス100の端部が隔設されるようにする。
ランス100が配置されると、ガス供給器を動作させてランス100の通路110aに酸素を供給する。ガス供給器から供給された酸素は、胴体部110の通路に沿って移動されてノズル部130の内部空間130aに流入する。
Hereinafter, a converter operating method using a lance according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
First, the hot metal conveyed from the blast furnace is charged into the
When the
ノズル部130の内部空間に流入した酸素は、複数の主ノズル132及び副ノズル133のそれぞれを介して溶銑に吹き込まれ、これにより、吹錬が開始される。このとき、主ノズル132から吹き込まれた酸素のほとんどは、溶銑中の炭素Cと反応して炭素の濃度を下げる脱炭にあずかる。また、副ノズル133を介して噴射される酸素、すなわち、補助ジェットは、主ノズル132から吹き込まれるメインジェットの周りにおいて前記メインジェットに比べて広い半径で吹き込される。なお、副ノズル133から吹き込まれた酸素のほとんどは、脱炭過程において発生したCOガスと反応して、前記COを2次燃焼させ、2次燃焼の際に発生する熱により溶銑の温度が上昇する。
すなわち、最初には酸化性ガスの酸素Oと溶銑内に存在する炭素Cとの間の反応が行われてCOガスが発生し、次いで、吹錬が行われ続けると、溶銑Mの吹錬と2次燃焼反応とが同時に行われる。
Oxygen that has flowed into the internal space of the
That is, first, the reaction between the oxygen O of the oxidizing gas and the carbon C present in the hot metal is performed to generate CO gas. Then, when the blowing is continued, The secondary combustion reaction is performed simultaneously.
ここで、実施例による副ノズル133は主ノズル132の上側に位置して、上下方向の延長線Ln1に対して10°〜40°傾くように形成されることにより、メインジェットの周りに補助ジェットが形成される。また、副ノズル133が幅方向の延長線Ln2に対して5°〜30°の角度をなすように延設されることにより、旋回流状に補助ジェットが形成される。なお、補助ジェットの旋回流によりCOガスとの接触率又は接触機会が増え、これにより、COの2次燃焼率が上昇するという効果が奏される。したがって、外部から別途の熱源を追加せずとも、2次燃焼により熱源を十分に確保することができる。
Here, the
100:ランス
110:胴体部
130:ノズル部
132:主ノズル
133:副ノズル
Ln1:上下方向の延長線
Ln2:幅方向の延長線
Lm:主ノズルの延長線
Ls:副ノズルの延長線
100: Lance
110: Body part 130: Nozzle part
132: Main nozzle 133: Sub nozzle
L n1 : Extension line in the vertical direction L n2 : Extension line in the width direction
L m : Extension line of the main nozzle L s : Extension line of the sub nozzle
Claims (16)
前記ノズル部は、
前記原料ガスが通過する内部空間を含むノズル壁体と、
前記内部空間と連通し、前記ノズル壁体の底部を貫通して前記容器内部に前記原料ガスを噴き出す主ノズルと、
前記内部空間と連通し、前記ノズル壁体下部の円周方向に位置して前記ノズル壁体を貫通して形成される副ノズルと、
からなり、
前記副ノズルは、前記ノズル部の幅方向の中心を通る幅方向の延長線と交差するように設けられていることを特徴とするランス。 A lance that consists of a nozzle part and an internal space, protrudes into the container and blows the raw material gas,
The nozzle part is
A nozzle wall including an internal space through which the source gas passes;
A main nozzle that communicates with the internal space and that blows the raw material gas into the container through the bottom of the nozzle wall;
A sub-nozzle that communicates with the internal space and is formed in the circumferential direction of the lower portion of the nozzle wall and penetrating the nozzle wall;
Consists of
The sub-nozzle is provided so as to intersect with an extension line in the width direction passing through a center in the width direction of the nozzle portion.
容器内に前記溶銑を注入する過程と、
前記溶銑の上にランスを配置する過程と、
前記ランスに原料ガスを供給して、前記溶銑の上に前記ランスの主ノズルを介して前記原料ガスを噴射する過程と、
前記主ノズルの上側に位置する副ノズルを介して、前記ランスの水平面に対して交差する方向に原料ガスを通過させて噴射する過程と、
を含むことを特徴とする操業方法。 An operation method for refining hot metal,
Injecting the hot metal into the container;
Placing a lance on the hot metal;
Supplying raw material gas to the lance, and injecting the raw material gas through the main nozzle of the lance onto the hot metal;
A process of injecting the raw material gas through a sub nozzle located above the main nozzle in a direction intersecting the horizontal plane of the lance,
A method of operation characterized by comprising.
前記原料ガスは、前記ランスの幅方向の中心を通る幅方向の延長線に対して交差する方向に前記副ノズルを通過して噴射されることを特徴とする請求項11に記載の操業方法。 In the process of passing the raw material gas in the direction intersecting the horizontal plane of the lance and injecting it through the sub nozzle,
The operation method according to claim 11, wherein the source gas is injected through the sub nozzle in a direction intersecting with an extension line in a width direction passing through a center in a width direction of the lance.
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