JP2020094775A - Gas ejection device in electric furnace, and gas ejection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気炉におけるガス噴出装置及びガス噴出方法に関する。 The present invention relates to a gas ejection device and a gas ejection method in an electric furnace.
電気炉の炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び炉体内の溶融金属材料の精錬のために、ランスの先端ノズル孔から炉体内に酸素を含むガスを噴出する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。 A technique is known in which a gas containing oxygen is ejected from the nozzle nozzle of the lance into the furnace body in order to accelerate the dissolution of the solid metal material charged in the furnace body of the electric furnace and the refining of the molten metal material in the furnace body. (See, for example, Patent Documents 1 to 3).
このような技術では、ガスの噴流が電極に接触すると、噴流の熱影響により、電極が損耗する虞がある。ここで、電極の損耗を回避するために、噴流を電極から遠ざけた位置に噴出することも考えられるが、このようにすると、噴流が炉体の周壁部に接触することにより、炉体の周壁部が損耗する虞がある。 In such a technique, when the jet of gas contacts the electrode, the electrode may be worn due to the thermal effect of the jet. Here, in order to avoid wear of the electrode, it is possible to eject the jet flow to a position away from the electrode. However, in this case, the jet flow contacts the peripheral wall portion of the furnace body, and thus the peripheral wall of the furnace body is contacted. The parts may be worn.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、電極の損耗の抑制と炉体の周壁部の損耗の抑制とを両立させることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to achieve both suppression of electrode wear and suppression of wear of the peripheral wall of the furnace body.
本発明の一態様に係るガス噴出装置は、容器状の炉体と、前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極と、を備える電気炉に適用され、前記電極よりも前記炉体の周壁部側かつ前記電極の下端よりも上側の位置に配置されると共に、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜され、前記炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び前記炉体内の溶融金属材料の精錬のために、少なくとも一つの先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを有し、前記先端ノズル孔から噴出される前記ガスの噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、前記電極の半径をｒＥとし、前記噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる前記噴流の中心軸上の点を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たし、前記噴流の中心軸と前記溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、前記炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、前記噴流が前記溶融金属材料の浴面と接触したときの前記火点中心を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすように、前記ガスを噴出する。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
A gas ejection device according to an aspect of the present invention is applied to an electric furnace including a container-shaped furnace body and a cylindrical electrode arranged along a vertical direction in a central portion of the furnace body, and the electrode It is arranged at a position higher than the peripheral wall portion side of the furnace body and the lower end of the electrode, and the tip is inclined with respect to the vertical direction so as to face the central portion side and lower side of the furnace body, In order to accelerate the dissolution of the solid metal material charged in the furnace body and to refine the molten metal material in the furnace body, there is a lance for ejecting a gas containing oxygen into the furnace body from at least one tip nozzle hole, The shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet flow of the gas ejected from the tip nozzle hole and the central axis of the electrode is D E , the radius of the electrode is r E, and the central axis of the jet flow is And a radius along the shortest distance D E in the horizontal spread of the jet about the point on the center axis of the jet that has the shortest distance along the horizontal direction from the central axis of the electrode. When r J is satisfied, the formula (1) is satisfied, and the fire point center, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the circumferential wall of the furnace body are aligned along the horizontal direction. the shortest distance is a D W, the radius the jet along the shortest distance D W at the said spread of the jet in the horizontal direction around the fire spot center when in contact with the bath surface of the molten metallic material r When H is set, the gas is ejected so as to satisfy the expression (2).
D E >r E +r J (1)
D W >r H (2)
本発明の一態様に係るガス噴出装置によれば、噴流の中心軸と、電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、電極の半径をｒＥとし、噴流の中心軸と、電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる噴流の中心軸上の点を中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たすように、先端ノズル孔からガスを噴出する。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
According to the gas ejection device of one aspect of the present invention, the shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet flow and the central axis of the electrode is D E , the radius of the electrode is r E, and the central axis of the jet flow is And r J is the radius along the shortest distance D E in the horizontal spread of the jet centered on a point on the center axis of the jet that has the shortest distance along the horizontal direction from the center axis of the electrode. In this case, gas is ejected from the tip nozzle hole so as to satisfy the formula (1).
D E >r E +r J (1)
これにより、噴流が電極に接触することを回避することができるので、電極の損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow from coming into contact with the electrodes, and thus it is possible to suppress wear of the electrodes.
また、このように、ガスを噴出する際には、噴流の中心軸と溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、噴流が溶融金属材料の浴面と接触したときの火点中心を中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすようにする。
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
Further, in this way, when ejecting gas, the shortest distance along the horizontal direction between the center of the fire point, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the peripheral wall of the furnace body and D W, the radius jet along the shortest distance D W at the spread of the jet in the horizontal direction around the fire spot center when in contact with the bath surface of the molten metallic material in the case of the r H, wherein ( 2) be satisfied.
D W >r H (2)
これにより、噴流が炉体の周壁部に接触することを回避することができるので、炉体の周壁部の損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow from coming into contact with the peripheral wall portion of the furnace body, so that the wear of the peripheral wall portion of the furnace body can be suppressed.
本発明の一態様に係るガス噴出方法は、容器状の炉体と、前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極と、を備える電気炉に適用され、前記電極よりも前記炉体の周壁部側かつ前記電極の下端よりも上側の位置に配置されると共に、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜され、前記炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び前記炉体内の溶融金属材料の精錬のために、少なくとも一つの先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを用い、前記先端ノズル孔から噴出される前記ガスの噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、前記電極の半径をｒＥとし、前記噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる前記噴流の中心軸上の点を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たし、前記噴流の中心軸と前記溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、前記炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、前記噴流が前記溶融金属材料の浴面と接触したときの前記火点中心を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすように、前記ガスを噴出する。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
The gas ejection method according to one aspect of the present invention is applied to an electric furnace including a container-shaped furnace body and a cylindrical electrode arranged in a central portion of the furnace body along a vertical direction, and the electrode It is arranged at a position higher than the peripheral wall portion side of the furnace body and the lower end of the electrode, and the tip is inclined with respect to the vertical direction so as to face the central portion side and lower side of the furnace body, In order to promote the dissolution of the solid metal material charged in the furnace body and the refining of the molten metal material in the furnace body, a lance that ejects a gas containing oxygen into the furnace body from at least one tip nozzle hole is used, and The shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet of the gas ejected from the tip nozzle hole and the central axis of the electrode is D E , the radius of the electrode is r E, and the central axis of the jet is , R is the radius along the shortest distance D E in the horizontal direction of the jet flow centered on a point on the central axis of the jet having the shortest distance along the horizontal direction from the central axis of the electrode. When J , the formula (1) is satisfied, and the shortest along the horizontal direction between the center of the fire point, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the peripheral wall of the furnace body. distance and D W, the radius along the shortest distance D W in the spread of the jet of the horizontal direction around the fire spot center r H when the jet is in contact with the bath surface of the molten metallic material In such a case, the gas is jetted so as to satisfy the equation (2).
D E >r E +r J (1)
D W >r H (2)
本発明の一態様に係るガス噴出方法によれば、噴流の中心軸と、電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、電極の半径をｒＥとし、噴流の中心軸と、電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる噴流の中心軸上の点を中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たすように、先端ノズル孔からガスを噴出する。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
According to the gas ejection method of one aspect of the present invention, the shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet flow and the central axis of the electrode is D E , the radius of the electrode is r E, and the central axis of the jet flow is And r J is the radius along the shortest distance D E in the horizontal spread of the jet centered on a point on the center axis of the jet that has the shortest distance along the horizontal direction from the center axis of the electrode. In this case, gas is ejected from the tip nozzle hole so as to satisfy the formula (1).
D E >r E +r J (1)
これにより、噴流が電極に接触することを回避することができるので、電極の損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow from coming into contact with the electrodes, and thus it is possible to suppress wear of the electrodes.
また、このように、ガスを噴出する際には、噴流の中心軸と溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、噴流が溶融金属材料の浴面と接触したときの火点中心を中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすようにする。
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
Further, in this way, when ejecting gas, the shortest distance along the horizontal direction between the center of the fire point, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the peripheral wall of the furnace body and D W, the radius jet along the shortest distance D W at the spread of the jet in the horizontal direction around the fire spot center when in contact with the bath surface of the molten metallic material in the case of the r H, wherein ( 2) be satisfied.
D W >r H (2)
これにより、噴流が炉体の周壁部に接触することを回避することができるので、炉体の周壁部の損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow from coming into contact with the peripheral wall portion of the furnace body, so that the wear of the peripheral wall portion of the furnace body can be suppressed.
本発明の一態様によれば、電極の損耗の抑制と炉体の周壁部の損耗の抑制とを両立させることができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to achieve both suppression of electrode wear and suppression of wear of the peripheral wall of the furnace body.
以下、本発明の一実施形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below.
図２（図１も適宜参照）に示されるように、本発明の一実施形態に係るガス噴出装置１０（電気炉におけるガス噴出装置）は、電気炉３０に適用される。電気炉３０は、上側に開口する容器状の炉体３２と、炉体３２内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極３４とを備える。炉体３２内には、固体金属材料３６及び溶融金属材料３８が装入されている。本実施形態では、一例として、固体金属材料３６は、鉄製のスクラップであり、溶融金属材料３８は、溶銑である。電極３４は、先端が溶融金属材料３８の浴面３８Ａと対向する高さに配置されている。電極３４の表層部は、例えば、黒鉛で形成されている。 As shown in FIG. 2 (also refer to FIG. 1 as appropriate), a gas ejection device 10 (gas ejection device in an electric furnace) according to an embodiment of the present invention is applied to an electric furnace 30. The electric furnace 30 includes a container-shaped furnace body 32 that opens upward, and a cylindrical electrode 34 that is arranged in the central portion of the furnace body 32 along the vertical direction. A solid metal material 36 and a molten metal material 38 are charged in the furnace body 32. In the present embodiment, as an example, the solid metal material 36 is scrap made of iron, and the molten metal material 38 is hot metal. The electrode 34 is arranged at a height where the tip of the electrode 34 faces the bath surface 38A of the molten metal material 38. The surface layer of the electrode 34 is made of, for example, graphite.
ガス噴出装置１０は、直線丸棒状のランス１２と、ランス１２にガスを供給するガス供給部１４とを有している。ランス１２は、例えば、炉体３２の周壁部３２Ａの上部や、炉体３２の上側に設けられた図示しない蓋体の周縁部から炉体３２内に挿入されることにより、電極３４よりも炉体３２の周壁部３２Ａ側かつ電極３４の下端よりも上側の位置に配置されている。このランス１２は、水が循環することにより水冷される水冷式とされている。このランス１２は、先端１２Ａが炉体３２内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜されている。 The gas ejection device 10 has a straight round rod-shaped lance 12 and a gas supply unit 14 that supplies gas to the lance 12. The lance 12 is inserted into the furnace body 32 from, for example, an upper portion of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 or a peripheral portion of a lid body (not shown) provided on the upper side of the furnace body 32, so that the lance 12 is installed in the furnace body more than the electrode 34. It is arranged on the side of the peripheral wall portion 32A of the body 32 and above the lower end of the electrode 34. The lance 12 is a water-cooled type that is water-cooled by circulating water. The lance 12 is inclined with respect to the vertical direction so that the front end 12A faces the center and the lower side in the furnace body 32.
ランス１２の先端１２Ａには、少なくとも一つの先端ノズル孔１６が形成される。ランス１２の先端１２Ａに形成される先端ノズル孔１６は、例えば、一つ、二つ、三つ、四つ等が考えられる。図１に示されるように、本実施形態では、一例として、二つの先端ノズル孔１６がランス１２の先端１２Ａに形成されている。この二つの先端ノズル孔１６は、平面視でランス１２の中心軸Ａ２に対して対称に配置されている。 At least one tip nozzle hole 16 is formed in the tip 12A of the lance 12. The tip nozzle hole 16 formed in the tip 12A of the lance 12 may be, for example, one, two, three, four, or the like. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, as an example, two tip nozzle holes 16 are formed in the tip 12A of the lance 12. The two tip nozzle holes 16 are arranged symmetrically with respect to the central axis A2 of the lance 12 in a plan view.
先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１は、平面視でランス１２の中心軸Ａ２に対し鋭角を成している。以降、平面視で先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１とランス１２の中心軸Ａ２との成す角度をノズル角αと称する。また、図２に示されるように、先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１は、側面視で水平方向に対して鋭角を成している。以降、水平方向に対する先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１の傾斜角度をノズル角βと称する。 The central axis A1 of the tip nozzle hole 16 forms an acute angle with the central axis A2 of the lance 12 in a plan view. Hereinafter, the angle formed by the central axis A1 of the tip nozzle hole 16 and the central axis A2 of the lance 12 in plan view is referred to as a nozzle angle α. Further, as shown in FIG. 2, the central axis A1 of the tip nozzle hole 16 forms an acute angle with the horizontal direction in a side view. Hereinafter, the inclination angle of the central axis A1 of the tip nozzle hole 16 with respect to the horizontal direction will be referred to as the nozzle angle β.
そして、このガス噴出装置１０では、固体金属材料３６の溶解促進及び溶融金属材料３８の精錬のために、ガス供給部１４が作動すると、ガス供給部１４からランス１２にガスが供給され、先端ノズル孔１６から炉体３２内に酸素を含むガスが噴出される。 Then, in the gas ejection device 10, when the gas supply unit 14 is operated in order to promote the dissolution of the solid metal material 36 and the refining of the molten metal material 38, gas is supplied from the gas supply unit 14 to the lance 12 and the tip nozzle Gas containing oxygen is ejected from the hole 16 into the furnace body 32.
ところで、このように、先端ノズル孔１６からガスを噴出した際に、ガスの噴流が電極３４に接触すると、噴流の熱影響により、電極３４が損耗する虞がある。ここで、電極３４の損耗を回避するために、噴流を電極３４から遠ざけた位置に噴出することも考えられるが、このようにすると、噴流が炉体３２の周壁部３２Ａに接触することにより、炉体３２の周壁部３２Ａが損耗する虞がある。 By the way, when the gas jet comes into contact with the electrode 34 when the gas is jetted from the tip nozzle hole 16 in this way, the electrode 34 may be worn due to the thermal effect of the jet flow. Here, in order to avoid the wear of the electrode 34, it is possible to eject the jet flow to a position distant from the electrode 34, but by doing so, the jet flow contacts the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, The peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 may be worn.
ここで、発明者らは、出鋼量１００ｔの直流型の電気炉３０を用いて実験を行った。先ず６５トンのスクラップを電気炉３０に装入し、そのスクラップを３〜４割ほど溶解した後、炉体３２の中心上方から３５トンの溶銑を電気炉３０に装入した。炉体３２の上部の操作口から水冷式のランス１２を炉体３２内へ挿入し、脱珪、脱炭、脱燐に必要な酸素を溶銑及び未溶解のスクラップへ送酸速度６０００Ｎｍ３／ｈｒで吹き付け、送酸後の溶鋼成分がＣ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下となるようにした。処理中には、ランス１２の先端１２Ａから浴面３８Ａ（みかけの溶銑表面）間距離を０．１〜３．０ｍの範囲で適宜制御した。 Here, the inventors conducted an experiment using a direct current type electric furnace 30 with a steel output of 100 t. First, 65 tons of scrap was charged into the electric furnace 30, about 30 to 40% of the scrap was melted, and then 35 tons of hot metal was charged into the electric furnace 30 from above the center of the furnace body 32. The water-cooled lance 12 is inserted into the furnace body 32 through the upper operation port of the furnace body 32, and the oxygen required for desiliconization, decarburization, and dephosphorization is fed to the hot metal and undissolved scrap at an acid transfer rate of 6000 Nm 3 /hr. And the molten steel component after acid feeding was adjusted to C: 0.1% or less and P: 0.015% or less. During the treatment, the distance between the tip 12A of the lance 12 and the bath surface 38A (apparent hot metal surface) was appropriately controlled within the range of 0.1 to 3.0 m.
そして、上記プロセスにおいて、電極３４の損耗の抑制と炉体３２の周壁部３２Ａの損耗の抑制とを両立させるための条件を鋭意検討した。その結果、以下の条件が必要であると考えた。 Then, in the above process, the conditions for achieving both suppression of wear of the electrode 34 and suppression of wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 were earnestly studied. As a result, we thought that the following conditions were necessary.
（電極３４の損耗を抑制するための条件）
先ず、電極３４の損耗を抑制するための条件について説明する。図３には、ランス１２と、炉体３２の周壁部３２Ａと電極３４との位置関係が示されており、図４は、図３の平面図である。本検討では、便宜上、上述の二つの先端ノズル孔１６（図１参照）のうち一方の先端ノズル孔１６のみに着目する。また、本検討では、ガスの噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った最短距離をＤＥとする。また、図４に示されるように、電極３４の半径をｒＥとする。また、噴流１８の中心軸Ａ３と電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離が最短となる噴流１８の中心軸Ａ３上の点をＥとする。さらに、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとする。火点中心Ｏが電極３４よりもランス１２と反対側にある場合（図４参照）には、点Ｅが火点中心Ｏよりもランス１３側に位置する。この場合、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状は、円形状である。一方、火点中心Ｏが電極３４よりもランス１２側にある場合には、点Ｅが火点中心Ｏと一致する（後述する図５参照）。この場合、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状は、火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状と同じであるので、楕円形状である。そして、電極３４の損耗を抑制するためには、式（１）を満たすように、先端ノズル孔１６からガスを噴出すれば良いと考えた。この式（１）を満たせば、噴流１８が電極３４に接触せず、電極３４の損耗を抑制できることが可能である。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
(Conditions for suppressing wear of the electrode 34)
First, the conditions for suppressing the wear of the electrode 34 will be described. FIG. 3 shows the positional relationship between the lance 12, the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, and the electrodes 34, and FIG. 4 is a plan view of FIG. In this study, for the sake of convenience, only one of the above-described two tip nozzle holes 16 (see FIG. 1) is focused on. In the present study, the shortest distance along the horizontal direction between the central axis A3 of the gas jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 is D E. Further, as shown in FIG. 4, the radius of the electrode 34 is r E. Further, the point on the central axis A3 of the jet flow 18 where the distance along the horizontal direction between the central axis A3 of the jet flow 18 and the central axis A4 of the electrode 34 is the shortest is E. Further, the radius along the shortest distance D E in the horizontal spread of the jet 18 centered on the point E is r J. When the fire point center O is on the side opposite to the lance 12 with respect to the electrode 34 (see FIG. 4 ), the point E is located on the lance 13 side with respect to the fire point center O. In this case, the spreading shape of the jet flow 18 in the horizontal direction around the point E is a circular shape. On the other hand, when the fire point center O is on the lance 12 side of the electrode 34, the point E coincides with the fire point center O (see FIG. 5 described later). In this case, the horizontal spreading shape of the jet 18 centered on the point E is the same as the horizontal spreading shape of the jet 18 centered on the fire point center O, and is therefore an elliptical shape. Then, in order to suppress the wear of the electrode 34, it was considered that gas should be ejected from the tip nozzle hole 16 so as to satisfy the formula (1). If the formula (1) is satisfied, the jet flow 18 does not contact the electrode 34, and it is possible to suppress wear of the electrode 34.
D E >r E +r J (1)
（炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制するための条件）
続いて、炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制するための条件について説明する。本検討では、噴流１８の中心軸Ａ３と溶融金属材料３８の浴面３８Ａとの交点である火点中心Ｏと、炉体３２の周壁部３２Ａとの水平方向に沿った最短距離をＤＷとする。また、噴流１８が溶融金属材料３８の浴面３８Ａと接触したときの火点中心をＯとする。さらに、火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとする。火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状は、楕円形状である。そして、炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制するためには、式（２）を満たすように、先端ノズル孔１６からガスを噴出すれば良いと考えた。この式（２）を満たせば、噴流１８が炉体３２の周壁部３２Ａに接触せず、炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制できることが可能である。
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
(Conditions for suppressing wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32)
Next, conditions for suppressing wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 will be described. In this study, the shortest distance along the horizontal direction between the fire point center O, which is the intersection of the central axis A3 of the jet 18 and the bath surface 38A of the molten metal material 38, and the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 is D W. To do. The center of the fire point when the jet 18 contacts the bath surface 38A of the molten metal material 38 is O. Furthermore, the radius along the shortest distance D W in the expansion of the jet flow 18 in the horizontal direction centered on the fire point center O is r H. The laterally extending shape of the jet 18 centered on the fire point center O is an elliptical shape. Then, in order to suppress the wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, it was considered that gas should be ejected from the tip nozzle hole 16 so as to satisfy the equation (2). If this equation (2) is satisfied, the jet flow 18 does not contact the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, and it is possible to suppress the wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32.
D W >r H (2)
なお、上記条件における各用語については、以下のように定義する。
（Ａ）「噴流１８」は、先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１を延長した直線と平行に直進するものとする。
（Ｂ）「水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径ｒＪ」は、火点中心Ｏが電極３４よりもランス１２と反対側にある場合（図４参照）には、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状は、円形状であるので、噴流１８の直進距離をＬとすると、Ｌ×ｔａｎθで求められるものとする。ただし、θは、噴流１８の拡がり角度であり、ここでは、１５°とする。一方、火点中心Ｏが電極３４よりもランス１２側にある場合（図５参照）には、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がり形状は、楕円形状である。この場合、最短距離ＤＥは電極３４の中心軸Ａ４と火点中心Ｏとの距離に相当する。また、半径ｒＪは火点中心Ｏと電極３４の中心軸Ａ４とを結んだ線分と楕円の交点と火点中心Ｏとの距離に相当する。最短距離ＤＥ’は、噴流１８の中心軸Ａ３と電極３４の中心軸Ａ４との最短距離に相当する。この場合に、「水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径ｒＪ」は、以下の式で求められるものとする。
ただし、ａは楕円の長辺の長さ［ｍ］、ＬＨはランス高さ［ｍ］、ｂは楕円の短辺の長さ［ｍ］、φは噴流１８の中心軸Ａ３と最短距離ＤＥに沿った線分が成す角度である。
（Ｃ）「水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径ｒＨ」は、噴流１８の直進距離をＬとした場合に、Ｌ×ｔａｎθ／ｓｉｎ（β−θ）で求められるものとする。ただし、θは、噴流１８の拡がり角度であり、ここでは、１５°とする。
（Ｄ）「溶融金属材料３８の浴面３８Ａ」は、１処理毎の平均総装入量の固体金属材料３６及び溶融金属材料３８が全て溶融したと仮定したときの静止溶融材料面とする。
（Ｅ）「溶融金属材料３８の浴面３８Ａの形状」は、炉体３２の周壁部３２Ａの内径Ｒと同じ円とする。
In addition, each term in the above conditions is defined as follows.
(A) The “jet flow 18” is assumed to go straight in parallel with a straight line extending the central axis A1 of the tip nozzle hole 16.
(B) "Radius r J along the shortest distance D E in the horizontal expansion of the jet 18" means that the fire center O is on the opposite side of the lance 12 than the electrode 34 (see FIG. 4). Since the horizontal shape of the jet flow 18 centering on the point E is circular, the straight travel distance of the jet flow 18 is L, and it is determined by L×tan θ. However, θ is the divergence angle of the jet flow 18, and is 15° here. On the other hand, when the fire point center O is on the lance 12 side of the electrode 34 (see FIG. 5 ), the horizontal shape of the jet 18 centering on the point E is elliptical. In this case, the shortest distance D E corresponds to the distance between the central axis A4 of the electrode 34 and the fire point center O. The radius r J corresponds to the distance between the fire point center O and the intersection of the ellipse with the line segment connecting the fire point center O and the central axis A4 of the electrode 34. The shortest distance D E 'corresponds to the shortest distance between the center axis A4 of the central axis A3 and the electrode 34 of the jet 18. In this case, the “radius r J along the shortest distance D E in the expansion of the jet 18 in the horizontal direction” is obtained by the following formula.
Where a is the long side length [m] of the ellipse, LH is the lance height [m], b is the short side length of the ellipse [m], and φ is the central axis A3 of the jet 18 and the shortest distance D E. Is the angle formed by the line segment along.
(C) “Radius r H along the shortest distance D W in the spread of the jet 18 in the horizontal direction” is calculated by L×tan θ/sin(β−θ) where L is the straight travel distance of the jet 18. Shall be provided. However, θ is the divergence angle of the jet flow 18, and here is 15°.
(D) The "bath surface 38A of the molten metal material 38" is a stationary molten material surface when it is assumed that the average total amount of the solid metal material 36 and the molten metal material 38 for each treatment are all melted.
(E) The “shape of the bath surface 38A of the molten metal material 38” is the same circle as the inner diameter R of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32.
ところで、上述の定義において、噴流１８の拡がり角度θを１５°に設定しているが、この根拠は、次の通りである。すなわち、噴流１８の拡がり角度θは、流体可視化実験による調査で８〜１２°と言われている。しかし、噴流１８の拡がり角度θを１２°と見積もって試験したところ、電極３４の損耗が見られた。このことから噴流１８の熱影響部は噴流１８の拡がり範囲よりやや外側まで影響することが分かった。そこで、実験的に影響範囲を見積もったところ、θ＝１５°であったので、これを採用することとする。 By the way, in the above definition, the divergence angle θ of the jet flow 18 is set to 15°, and the reason for this is as follows. That is, the divergence angle θ of the jet flow 18 is said to be 8 to 12° in the investigation by the fluid visualization experiment. However, when the divergence angle θ of the jet flow 18 was estimated to be 12° and tested, wear of the electrode 34 was observed. From this, it was found that the heat-affected zone of the jet flow 18 affects a little outside the spread range of the jet flow 18. Therefore, when the range of influence was estimated experimentally, θ=15°, so this is adopted.
続いて、本発明の一実施形態に係るガス噴出方法の一例について説明する。 Next, an example of the gas ejection method according to the embodiment of the present invention will be described.
本実施形態に係るガス噴出方法（電気炉におけるガス噴出方法）は、上述のガス噴出装置１０を用いて実行される。本例では、便宜上、上述の二つの先端ノズル孔１６（図１参照）のうち一方の先端ノズル孔１６のみに着目するが、他方の先端ノズル孔１６についても、以下と同様の手法によりガスを噴出すれば良い。また、先端ノズル孔１６の数が三つ以上である場合においても、各先端ノズル孔１６について、以下と同様の要領でガスを噴出すれば良い。 The gas ejection method (gas ejection method in an electric furnace) according to the present embodiment is executed using the gas ejection device 10 described above. In this example, for the sake of convenience, only one tip nozzle hole 16 of the above-mentioned two tip nozzle holes 16 (see FIG. 1) is focused, but the other tip nozzle hole 16 is also supplied with gas by the same method as described below. Just gush out. Further, even when the number of the tip nozzle holes 16 is three or more, the gas may be ejected to each tip nozzle hole 16 in the same manner as described below.
本実施形態に係るガス噴出方法では、図３、図４に示されるように、先ず、ガス噴出装置１０において、三次元座標を次の通り設定する。すなわち、浴面３８Ａの中心を三次元座標の原点（０，０，０）とする。Ｚ軸は、鉛直方向上側をプラス側とする。Ｙ軸は、ランス１２の中心軸Ａ２を浴面３８Ａに投影した線と平行な軸とし、ランス１２から遠ざかる側をプラス側とする。Ｘ軸は、鉛直方向上側から見てＹ軸と直交する軸とし、ランス１２から遠ざかる側をプラス側とする。 In the gas ejection method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, first, in the gas ejection device 10, three-dimensional coordinates are set as follows. That is, the center of the bath surface 38A is the origin (0,0,0) of the three-dimensional coordinates. The Z-axis has the positive side in the vertical direction. The Y axis is an axis parallel to the line obtained by projecting the central axis A2 of the lance 12 onto the bath surface 38A, and the side away from the lance 12 is the plus side. The X axis is an axis orthogonal to the Y axis when viewed from the upper side in the vertical direction, and the side away from the lance 12 is the plus side.
ランス１２は、ランス１２の軸方向に沿って昇降する。先端ノズル孔１６の上限の座標を（ＸＵ，ＹＵ，ＺＵ）とし、先端ノズル孔１６の下限の座標を（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）とする。先端ノズル孔１６の座標は、先端ノズル孔１６の開口中心を基準にする。ランス１２は、Ｚ軸（鉛直方向）に対して傾斜しているため、ランス１２の昇降に伴い、Ｙ座標は変化する。電極３４の中心軸Ａ４は、Ｚ軸と一致する。ノズル角α（図４参照）は、先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１を延長した直線がＹＺ平面となす角度［ｄｅｇ］に相当し、ノズル角β（図３参照）は、先端ノズル孔１６の中心軸Ａ１を延長した直線がＸＹ平面となす角度［ｄｅｇ］に相当する。 The lance 12 moves up and down along the axial direction of the lance 12. The upper limit of the coordinates of the tip nozzle holes 16 a (X U, Y U, Z U), the lower limit of the coordinates of the tip nozzle hole 16 (X L, Y L, Z L). The coordinates of the tip nozzle hole 16 are based on the opening center of the tip nozzle hole 16. Since the lance 12 is inclined with respect to the Z axis (vertical direction), the Y coordinate changes as the lance 12 moves up and down. The central axis A4 of the electrode 34 coincides with the Z axis. The nozzle angle α (see FIG. 4) corresponds to the angle [deg] formed by the straight line extending the central axis A1 of the tip nozzle hole 16 with the YZ plane, and the nozzle angle β (see FIG. 3) is the nozzle angle α of the tip nozzle hole 16. A straight line extending the central axis A1 corresponds to an angle [deg] with the XY plane.
そして、以上のように、三次元座標を設定すると、上述の式（１）、（２）に示される条件が決定される。すなわち、先端ノズル孔１６の高さＨ（図３に示されるように、浴面３８Ａから先端ノズル孔１６の開口中心までの高さ）を任意の位置に設定することにより、先端ノズル孔１６の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が決定する。この先端ノズル孔１６の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、ノズル角α（図４参照）と、ノズル角β（図３参照）より、火点中心Ｏの座標（ｘ，ｙ，ｚ）が決定する。 Then, as described above, when the three-dimensional coordinates are set, the conditions shown in the above equations (1) and (2) are determined. That is, by setting the height H of the tip nozzle hole 16 (the height from the bath surface 38A to the opening center of the tip nozzle hole 16 as shown in FIG. 3) to an arbitrary position, The coordinates (X, Y, Z) are determined. From the coordinates (X, Y, Z) of the tip nozzle hole 16, the nozzle angle α (see FIG. 4), and the nozzle angle β (see FIG. 3), the coordinates (x, y, z) of the fire point center O are calculated. decide.
また、先端ノズル孔１６の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、火点中心Ｏの座標（ｘ，ｙ，ｚ）とから、先端ノズル孔１６から噴出される噴流１８の中心軸Ａ３の方向ベクトルが決定し、これにより、噴流１８の中心軸Ａ３の直線ベクトル式が求まる。また、電極３４の中心軸Ａ４の方向ベクトルは、（０，０，１）であり、原点を通るので、電極３４の中心軸Ａ４の直線ベクトル式は自明である。そして、この二つの直線ベクトル式より、噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った最短距離ＤＥが求まる。なお、本例において、電極３４の中心軸Ａ４は、浴面３８Ａの中心を通るが、浴面３８Ａの中心から外れた位置を通っても良い。 Further, based on the coordinates (X, Y, Z) of the tip nozzle hole 16 and the coordinates (x, y, z) of the fire point center O, the direction vector of the central axis A3 of the jet 18 ejected from the tip nozzle hole 16 Is determined, and the linear vector expression of the central axis A3 of the jet flow 18 is obtained. Further, since the direction vector of the central axis A4 of the electrode 34 is (0, 0, 1) and passes through the origin, the linear vector expression of the central axis A4 of the electrode 34 is self-evident. Then, the shortest distance D E along the horizontal direction between the central axis A3 of the jet flow 18 and the central axis A4 of the electrode 34 can be obtained from these two linear vector expressions. In this example, the central axis A4 of the electrode 34 passes through the center of the bath surface 38A, but may pass through a position deviated from the center of the bath surface 38A.
また、水平方向に沿った最短距離ＤＥを求める前段階で噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離が最短となる噴流１８の中心軸Ａ３上の点Ｅの座標（ＸＥ，ＹＥ，ＺＥ）が求まる。これにより、先端ノズル孔１６の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、点Ｅの座標（ＸＥ，ＹＥ，ＺＥ）との間の距離ＬＥが求まり、この距離ＬＥを用いることで、式（３）より、点Ｅを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径ｒＪが求まる。
ｒＪ＝ＬＥ×ｔａｎθ・・・（３）
On the central axis A3 of the jet 18 at which the shortest distance along the horizontal direction between the central axis A3 of the jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 is obtained before obtaining the shortest distance D E along the horizontal direction. The coordinates (X E , Y E , Z E ) of the point E are obtained. Thereby, the distance L E between the coordinates (X, Y, Z) of the tip nozzle hole 16 and the coordinates (X E , Y E , Z E ) of the point E is obtained, and by using this distance L E From equation (3), the radius r J along the shortest distance D E in the horizontal expansion of the jet 18 centered on the point E is obtained.
r J = L E × tanθ ··· (3)
そして、設備条件として予め求まる電極３４の半径ｒＥと、水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径ｒＪを合せることで、上述の式（１）に示されるように、電極３４の損耗を抑制するための条件が決定する。すなわち、最短距離ＤＥを、半径ｒＥと半径ｒＪを合せた長さよりも長くすれば良い。 Then, by combining the radius r E of the electrode 34, which is obtained in advance as the equipment condition, and the radius r J along the shortest distance D E in the expansion of the jet 18 in the horizontal direction, as shown in the above equation (1). , The conditions for suppressing the wear of the electrodes 34 are determined. That is, the shortest distance D E may be set longer than the combined length of the radius r E and the radius r J.
また、先端ノズル孔１６の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、火点中心Ｏの座標（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離ＬＯが求まり、この距離ＬＯより、火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径ｒＨが求まる。これにより、火点中心Ｏの座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、浴面３８Ａの中心の座標（０，０，０）と、設備条件として予め求まる炉体３２の周壁部３２Ａの内径Ｒとから、火点中心Ｏと炉体３２の周壁部３２Ａとの水平方向に沿った最短距離ＤＷ（原点を中心とする半径ＲのＸＹ平面上の円と、ＸＹ平面上の火点中心Ｏとの水平方向に沿った最短距離）が求まる。 Further, the distance L O between the coordinates (X, Y, Z) of the tip nozzle hole 16 and the coordinates (x, y, z) of the fire point center O is obtained, and from this distance L O , the fire point center O The radius r H along the shortest distance D W in the expansion of the jet flow 18 in the horizontal direction centered at is obtained. As a result, the coordinates (x, y, z) of the fire point center O, the coordinates (0, 0, 0) of the center of the bath surface 38A, and the inner diameter R of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, which is obtained in advance as equipment conditions, From the fire point center O and the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 along the horizontal direction, the shortest distance D W (a circle on the XY plane with a radius R centered on the origin and a fire point center O on the XY plane). The shortest distance along the horizontal direction of) is obtained.
そして、上述の水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径ｒＨと、水平方向に沿った最短距離ＤＷとで、上述の式（２）に示されるように、炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制するための条件が決定する。すなわち、最短距離ＤＷを、半径ｒＨよりも長くすれば良い。 Then, with the radius r H along the shortest distance D W in the above-described spread of the jet flow 18 in the horizontal direction and the shortest distance D W along the horizontal direction, as shown in the above equation (2), the furnace The conditions for suppressing the wear of the peripheral wall portion 32A of the body 32 are determined. That is, the shortest distance D W may be set longer than the radius r H.
本実施形態に係るガス噴出装置１０では、上述の式（１）、（２）に示される条件を満たすように、ノズル角α（図４参照）と、ノズル角β（図３参照）と、点Ｅを中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径ｒＪと、火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径ｒＨが設定される。つまり、上述の式（１）、（２）に示される条件を満たすノズル角α、βになるように、先端ノズル孔１６の向きが設定される。また、上述の式（１）、（２）に示される条件を満たす半径ｒＪ及び半径ｒＨが得られるように、先端ノズル孔１６の開口面積や先端ノズル孔１６から噴射されるガスの流量等が設定される。 In the gas ejection device 10 according to the present embodiment, the nozzle angle α (see FIG. 4), the nozzle angle β (see FIG. 3), so as to satisfy the conditions shown in the above equations (1) and (2), Along the radius r J along the shortest distance D E in the horizontal jet spread centered on the point E and the shortest distance D W in the horizontal jet spread centered on the fire point center O. The radius r H is set. That is, the orientation of the tip nozzle hole 16 is set so that the nozzle angles α and β satisfy the conditions shown in the above expressions (1) and (2). Further, the opening area of the tip nozzle hole 16 and the flow rate of the gas injected from the tip nozzle hole 16 so that the radius r J and the radius r H satisfying the conditions shown in the above formulas (1) and (2) are obtained. Etc. are set.
そして、本実施形態に係るガス噴出方法では、上述の式（１）、（２）に示される条件を同時に満たすように、先端ノズル孔１６からガスが噴出される。 Then, in the gas ejection method according to the present embodiment, gas is ejected from the tip nozzle hole 16 so as to simultaneously satisfy the conditions shown in the above equations (1) and (2).
ここで、図５〜図９には、ランス１２の高さと、ノズル角αと、ノズル角βを異ならせた場合の複数の例が示されている。図５〜図９に示される例において、その他の条件（先端ノズル孔１６の開口面積や先端ノズル孔１６から噴射されるガスの流量等）は同一である。 Here, FIGS. 5 to 9 show a plurality of examples in which the height of the lance 12, the nozzle angle α, and the nozzle angle β are made different. In the examples shown in FIGS. 5 to 9, the other conditions (the opening area of the tip nozzle hole 16, the flow rate of the gas injected from the tip nozzle hole 16, etc.) are the same.
先ず、式（１）を満たさない例について説明する。図８には、比較例として、式（１）を満たさない場合の一例が示されている。つまり、図８に示される例では、ＤＥ＜ｒＥ＋ｒＪとなっている。このようになっていると、噴流１８が電極３４に接触し、噴流１８の熱影響により、電極３４が損耗する虞がある。 First, an example that does not satisfy the formula (1) will be described. As a comparative example, FIG. 8 shows an example in which the formula (1) is not satisfied. That is, in the example shown in FIG. 8, D E <r E +r J. In such a case, the jet stream 18 comes into contact with the electrode 34, and the heat effect of the jet stream 18 may cause the electrode 34 to wear.
次に、式（２）を満たさない例について説明する。図９には、比較例として、式（２）を満たさない場合の一例が示されている。つまり、図９に示される例では、電極３４の損耗を回避するために、噴流１８を電極３４から遠ざけた位置に噴出しているが、ＤＷ＜ｒＨとなっている。このようになっていると、噴流１８が炉体３２の周壁部３２Ａに接触することにより、炉体３２の周壁部３２Ａが損耗する虞がある。 Next, an example in which the formula (2) is not satisfied will be described. FIG. 9 shows, as a comparative example, an example in which the formula (2) is not satisfied. That is, in the example shown in FIG. 9, the jet flow 18 is jetted to a position away from the electrode 34 in order to avoid wear of the electrode 34, but D W <r H. With this configuration, the jet 18 may come into contact with the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, so that the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 may be worn.
次に、実施例として、式（１）、（２）を満たす例について説明する。図５に示される例では、図８に示される例に対し、ランス１２の高さを下げている。図５に示される例では、平面視で火点中心Ｏが電極３４の中心軸Ａ４よりもランス１２側に位置している。これにより、噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離が最短となる噴流１８の中心軸Ａ３上の点Ｅは、火点中心Ｏと一致している。そして、最短距離ＤＥは、火点中心Ｏと、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離となっている。図５に示される例では、ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ、ＤＷ＞ｒＨとなっており、上述の式（１）、（２）に示される条件を同時に満たしている。 Next, as an example, an example satisfying the expressions (1) and (2) will be described. In the example shown in FIG. 5, the height of the lance 12 is lower than that in the example shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, the fire spot center O is located closer to the lance 12 than the central axis A4 of the electrode 34 in plan view. As a result, the point E on the central axis A3 of the jet 18 where the horizontal distance between the central axis A3 of the jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 becomes the shortest coincides with the fire point center O. .. The shortest distance DE is a distance along the horizontal direction between the fire point center O and the central axis A4 of the electrode 34. In the example shown in FIG. 5, D E >r E +r J and D W >r H are satisfied, and the conditions shown in the above formulas (1) and (2) are simultaneously satisfied.
図６に示される例では、図８に示される例に対し、ノズル角αを拡大している。図６に示される例では、平面視で火点中心Ｏが電極３４の中心軸Ａ４よりも炉体３２の周壁部３２Ａ側に位置している。図６に示される例では、ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ、ＤＷ＞ｒＨとなっており、上述の式（１）、（２）に示される条件を同時に満たしている。 In the example shown in FIG. 6, the nozzle angle α is enlarged as compared with the example shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the fire point center O is located closer to the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 than the central axis A4 of the electrode 34 in a plan view. In the example shown in FIG. 6, D E >r E +r J and D W >r H, and the conditions shown in the above formulas (1) and (2) are simultaneously satisfied.
図７に示される例では、図８に示される例に対し、ノズル角β（図３参照）を拡大している。図７に示される例では、図５に示される例と同様に、平面視で火点中心Ｏが電極３４の中心軸Ａ４よりもランス１２側に位置している。これにより、噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離が最短となる噴流１８の中心軸Ａ３上の点Ｅは、火点中心Ｏと一致している。そして、最短距離ＤＥは、火点中心Ｏと、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離となっている。図７に示される例では、ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ、ＤＷ＞ｒＨとなっており、上述の式（１）、（２）に示される条件を同時に満たしている。 In the example shown in FIG. 7, the nozzle angle β (see FIG. 3) is enlarged as compared with the example shown in FIG. In the example shown in FIG. 7, as in the example shown in FIG. 5, the fire point center O is located closer to the lance 12 than the central axis A4 of the electrode 34 in plan view. As a result, the point E on the central axis A3 of the jet 18 where the horizontal distance between the central axis A3 of the jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 becomes the shortest coincides with the fire point center O. .. The shortest distance DE is a distance along the horizontal direction between the fire point center O and the central axis A4 of the electrode 34. In the example shown in FIG. 7, D E >r E +r J and D W >r H , which simultaneously satisfy the conditions shown in the above formulas (1) and (2).
このように、上述の式（１）で示される条件については、ノズル角αが大きいほど噴流１８の中心軸Ａ３が電極３４から遠ざかり、これにより、最短距離ＤＥが増加するので、噴流１８の影響範囲と電極３４とが干渉しにくくなる。また、ランス１２の高さが高くなるほど半径ｒＪが増加し、噴流１８の影響範囲が電極３４と干渉しやすくなるが、ノズル角αが大きければ、最短距離ＤＥが増加するので、噴流１８の影響範囲と電極３４とが干渉しにくくなる。 As described above, with respect to the condition represented by the above formula (1), the central axis A3 of the jet flow 18 becomes farther from the electrode 34 as the nozzle angle α increases, and the shortest distance D E increases, so that the jet flow 18 It becomes difficult for the affected area and the electrode 34 to interfere with each other. Further, as the height of the lance 12 increases, the radius r J increases and the influence range of the jet 18 easily interferes with the electrode 34. However, if the nozzle angle α is large, the shortest distance D E increases, so the jet 18 It becomes difficult for the range of influence of 1 to interfere with the electrode 34.
また、上述の式（２）で示される条件については、ノズル角βが大きいほど噴流１８の中心軸Ａ３が炉体３２の周壁部３２Ａから遠ざかり、最短距離ＤＷが増加するので、噴流１８の影響範囲と炉体３２の周壁部３２Ａとが干渉しにくくなる。また、ランス１２の高さが高くなるほど半径ｒＨが増加し、噴流１８の影響範囲が電極３４と干渉しやすくなるが、ノズル角βが大きければ、最短距離ＤＷが増加するので、噴流１８の影響範囲と炉体３２の周壁部３２Ａとが干渉しにくくなる。 Regarding the condition represented by the above equation (2), as the nozzle angle β is larger, the central axis A3 of the jet flow 18 is farther from the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, and the shortest distance D W is increased. It becomes difficult for the affected area and the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 to interfere with each other. Further, as the height of the lance 12 increases, the radius r H increases, and the influence range of the jet 18 easily interferes with the electrode 34. However, if the nozzle angle β is large, the shortest distance D W increases, so the jet 18 It becomes difficult for the influence range of 1 and the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 to interfere with each other.
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of one embodiment of the present invention will be described.
以上詳述したように、本実施形態によれば、噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、電極３４の半径をｒＥとし、噴流１８の中心軸Ａ３と、電極３４の中心軸Ａ４との水平方向に沿った距離が最短となる噴流１８の中心軸Ａ３上の点Ｅを中心とする水平方向への噴流の拡がりにおける最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たすように、先端ノズル孔１６からガスを噴出する。
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
As described above in detail, according to the present embodiment, the shortest distance along the horizontal direction between the central axis A3 of the jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 is D E, and the radius of the electrode 34 is r E. , The shortest in the horizontal spread of the jet 18 centered on a point E on the central axis A3 of the jet 18 at which the horizontal distance between the central axis A3 of the jet 18 and the central axis A4 of the electrode 34 becomes the shortest. When the radius along the distance D E is r J , the gas is ejected from the tip nozzle hole 16 so as to satisfy the expression (1).
D E >r E +r J (1)
これにより、噴流１８が電極３４に接触することを回避することができるので、電極３４の損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow 18 from coming into contact with the electrode 34, so that the wear of the electrode 34 can be suppressed.
また、このように、ガスを噴出する際には、噴流１８の中心軸Ａ３と溶融金属材料３８の浴面３８Ａとの交点である火点中心Ｏと、炉体３２の周壁部３２Ａとの水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、噴流１８が溶融金属材料３８の浴面３８Ａと接触したときの火点中心Ｏを中心とする水平方向への噴流１８の拡がりにおける最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすようにする。
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
Further, in this way, when the gas is ejected, the fire point center O, which is the intersection of the central axis A3 of the jet 18 and the bath surface 38A of the molten metal material 38, and the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 are horizontal. the shortest distance along the direction and D W, along the shortest distance D W at the spread of the jet 18 in the horizontal direction around the fire point center O when the jet 18 is in contact with the bath surface 38A of the molten metallic material 38 Formula (2) is satisfied when the radius is r H.
D W >r H (2)
これにより、噴流１８が炉体３２の周壁部３２Ａに接触することを回避することができるので、炉体３２の周壁部３２Ａの損耗を抑制することができる。 As a result, it is possible to prevent the jet flow 18 from coming into contact with the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32, so that the wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32 can be suppressed.
このように、本実施形態によれば、電極３４の損耗の抑制と炉体３２の周壁部３２Ａの損耗の抑制とを両立させることができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to achieve both suppression of wear of the electrode 34 and suppression of wear of the peripheral wall portion 32A of the furnace body 32.
次に、本発明の一実施形態の実施例と比較例とについて行った検証試験について説明する。 Next, a verification test performed on an example of one embodiment of the present invention and a comparative example will be described.
表１には、本発明の一実施形態の実施例と比較例とについて行った検証試験の結果が示されている。「電極損耗指数」は、「比較例１」を基準とした電極の損耗の割合を表し、「炉壁損耗指数」は、「比較例１」を基準とした炉体の周壁部の損耗の割合を表している。 Table 1 shows the results of the verification test performed on the example of the embodiment of the present invention and the comparative example. The "electrode wear index" represents the rate of electrode wear based on "Comparative Example 1", and the "furnace wall wear index" is the rate of wear of the peripheral wall of the furnace body based on "Comparative Example 1". Is represented.
「条件１」は、式（１）で示される条件に相当し、「条件２」は、式（２）で示される条件に相当する。「条件１」及び「条件２」について、「○」は、条件を満たすことを表し、「×」は、条件を満たさないことを表している。また、「評価」は、電極損耗指数及び炉壁損耗指数が所定の値を満たすか否かに相当する。「評価」について、「○」は、電極損耗指数及び炉壁損耗指数が所定の値を満たすことを表し、「×」は、電極損耗指数及び炉壁損耗指数が所定の値を満たさないことを表している。 “Condition 1” corresponds to the condition represented by Expression (1), and “condition 2” corresponds to the condition represented by Expression (2). Regarding “condition 1” and “condition 2”, “◯” indicates that the condition is satisfied, and “x” indicates that the condition is not satisfied. The "evaluation" corresponds to whether or not the electrode wear index and the furnace wall wear index satisfy predetermined values. Regarding "evaluation", "○" indicates that the electrode wear index and the furnace wall wear index satisfy predetermined values, and "x" indicates that the electrode wear index and the furnace wall wear index do not meet the predetermined values. It represents.
表１に示されるように、「比較例１」〜「比較例６」では、「条件１」及び「条件２」のいずれかが「×」となるので、「評価」も「×」となる。一方、「実施例１」〜「実施例９」では、「条件１」及び「条件２」がいずれも「○」であるので、「評価」も「○」となる。このように、検証試験の結果から、本発明の一実施形態の有用性を確認することができた。 As shown in Table 1, in “Comparative Example 1” to “Comparative Example 6”, either “Condition 1” or “Condition 2” is “x”, and thus “Evaluation” is also “x”. .. On the other hand, in “Example 1” to “Example 9”, “Condition 1” and “Condition 2” are both “◯”, and thus “Evaluation” is also “◯”. In this way, the usefulness of one embodiment of the present invention could be confirmed from the results of the verification test.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and it is needless to say that the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the invention. Is.
１０ ガス噴出装置
１２ ランス
１６ 先端ノズル孔
１８ 噴流
３０ 電気炉
３２ 炉体
３２Ａ 周壁部
３４ 電極
３６ 固体金属材料
３８ 溶融金属材料
３８Ａ 浴面
Ａ１ 先端ノズル孔の中心軸
Ａ２ ランスの中心軸
Ａ３ 噴流の中心軸
Ａ４ 電極の中心軸
10 Gas Ejector 12 Lance 16 Tip Nozzle Hole 18 Jet 30 Electric Furnace 32 Furnace 32A Circumferential Wall 34 Electrode 36 Solid Metal Material 38 Molten Metal Material 38A Bath Surface A1 Center Axis A2 of Tip Nozzle Hole Center A3 of Lance Center of Jet Axis A4 center axis of electrode
Claims (2)
前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極と、
を備える電気炉に適用され、
前記電極よりも前記炉体の周壁部側かつ前記電極の下端よりも上側の位置に配置されると共に、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜され、前記炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び前記炉体内の溶融金属材料の精錬のために、少なくとも一つの先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを有し、
前記先端ノズル孔から噴出される前記ガスの噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、
前記電極の半径をｒＥとし、
前記噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる前記噴流の中心軸上の点を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たし、
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
前記噴流の中心軸と前記溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、前記炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、
前記噴流が前記溶融金属材料の浴面と接触したときの前記火点中心を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすように、前記ガスを噴出する、
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
電気炉におけるガス噴出装置。 A container-shaped furnace body,
A columnar electrode arranged along the vertical direction in the central portion of the furnace body,
Applied to an electric furnace equipped with
The electrode is arranged at a position closer to the peripheral wall portion of the furnace body than the electrode and above the lower end of the electrode, and the tip is inclined with respect to the vertical direction so as to face the central portion side and the lower side in the furnace body. A lance for injecting a gas containing oxygen into the furnace body from at least one tip nozzle hole in order to promote the dissolution of the solid metal material charged in the furnace body and the refining of the molten metal material in the furnace body. Then
The shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet of the gas ejected from the tip nozzle hole and the central axis of the electrode is D E ,
Let the radius of the electrode be r E ,
The shortest distance D E in the spread of the jet in the horizontal direction centered on a point on the center axis of the jet having the shortest distance along the horizontal direction between the center axis of the jet and the center axis of the electrode When the radius along the line is r J , Equation (1) is satisfied,
D E >r E +r J (1)
The shortest distance along the horizontal direction between the center of the fire point, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the peripheral wall of the furnace body is D W, and
When the radius along the shortest distance D W in the spread of the jet in the horizontal direction centered on the fire point center when the jet contacts the bath surface of the molten metal material is r H , Jetting the gas so as to satisfy (2),
D W >r H (2)
Gas injection device in electric furnace.
前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極と、
を備える電気炉に適用され、
前記電極よりも前記炉体の周壁部側かつ前記電極の下端よりも上側の位置に配置されると共に、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜され、前記炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び前記炉体内の溶融金属材料の精錬のために、少なくとも一つの先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを用い、
前記先端ノズル孔から噴出される前記ガスの噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った最短距離をＤＥとし、
前記電極の半径をｒＥとし、
前記噴流の中心軸と、前記電極の中心軸との水平方向に沿った距離が最短となる水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＥに沿った半径をｒＪとした場合に、式（１）を満たし、
ＤＥ＞ｒＥ＋ｒＪ・・・（１）
前記噴流の中心軸と前記溶融金属材料の浴面との交点である火点中心と、前記炉体の周壁部との水平方向に沿った最短距離をＤＷとし、
前記噴流が前記溶融金属材料の浴面と接触したときの前記火点中心を中心とする水平方向への前記噴流の拡がりにおける前記最短距離ＤＷに沿った半径をｒＨとした場合に、式（２）を満たすように、前記ガスを噴出する、
ＤＷ＞ｒＨ・・・（２）
電気炉におけるガス噴出方法。 A container-shaped furnace body,
A columnar electrode arranged along the vertical direction in the central portion of the furnace body,
Applied to an electric furnace equipped with
The electrode is arranged at a position closer to the peripheral wall portion of the furnace body than the electrode and above the lower end of the electrode, and the tip is inclined with respect to the vertical direction so as to face the central portion side and the lower side in the furnace body. A lance for ejecting a gas containing oxygen into the furnace body from at least one tip nozzle hole for promoting the dissolution of the solid metal material charged in the furnace body and refining the molten metal material in the furnace body. ,
The shortest distance along the horizontal direction between the central axis of the jet of the gas ejected from the tip nozzle hole and the central axis of the electrode is D E ,
Let the radius of the electrode be r E ,
When the radius along the shortest distance D E in the horizontal direction in which the distance between the central axis of the jet flow and the central axis of the electrode along the horizontal direction is the shortest is r J , Satisfies the formula (1),
D E >r E +r J (1)
The shortest distance along the horizontal direction between the center of the fire point, which is the intersection of the central axis of the jet flow and the bath surface of the molten metal material, and the peripheral wall of the furnace body is D W, and
When the radius along the shortest distance D W in the spread of the jet in the horizontal direction centered on the fire point center when the jet contacts the bath surface of the molten metal material is r H , Jetting the gas so as to satisfy (2),
D W >r H (2)
Gas injection method in electric furnace.
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