JP2020105552A

JP2020105552A - 精錬用水冷ランス及び脱炭吹練方法

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Publication number: JP2020105552A
Application number: JP2018243429A
Authority: JP
Inventors: 健夫井本; Takeo Imoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP7225793B2

Abstract

【課題】精錬用水冷ランスにおいてランスチップやランス外周を効率的に冷却し、脱炭吹練時におけるランス付着地金を抑制する。【解決手段】少なくとも２系統の独立した供給流路を介して冷却水を循環させる構造を有する精錬用水冷ランスであって、ランス外周管の内壁の上部から下部に向かって冷却水を流通させることでランスの外周を冷却する、第１の供給流路と、前記第１の流路よりも内側において上部からランスチップに向かって冷却水を流通させることで前記ランスチップを冷却する、第２の供給流路と、前記供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する、排出流路とを備える、精錬用水冷ランスとする。【選択図】図１

Description

本願は、精錬用水冷ランス及びそれを用いた脱炭吹練方法等を開示する。

水冷ランスによる酸素吹錬技術は、転炉における脱炭や溶銑予備処理、スクラップ溶解などに用いられる他、電気炉における脱炭加熱や、フェロクロムやフェロマンガンなどの合金鉄や非鉄金属の脱炭反応を伴う吹錬に広く適用されている。

近年、炭酸ガスの排出量を削減するためのスクラップの大量配合や、二次燃焼率を向上させる熱裕度の確保が重要視されてきている。そのためには、処理時間の短縮や二次燃焼に消費される酸素量アップのための高速送酸に適用可能な技術の提示が急務となっている。

一般に転炉での吹錬においては、炉容体積に応じた送酸速度を目安に吹錬を実施することなどで、ダスト発生の抑制やスロッピング防止など、装置毎の指標が設定された上で安定操業が行われている。酸素吹錬における高速送酸条件では、スピッティングによる炉内での地金発生量が増加するが、同時に炉内発熱量が増加するため、炉口からの粒鉄ロスが大きな問題にならない条件に設定できたとしても、酸素ランスの側壁温度が輻射による高温条件に晒されることになるために、粒鉄がランス外周面に衝突する際の冷却剥離作用が著しく低下する。従って、高速送酸操業を実施するときにはスピッティング（またはスプラッシュ）によるランス地金がランス表面で過剰成長しないように、ランス表面を十分に冷却する必要がある。

冷却条件を変更せずにランス付着地金の成長を回避するために、ランス自体を剥離性や膨張率の変化を利用した素材とする手段や、テーパー形状のランス使用が過去に実施されている。しかしながら、それらを前提としても地金剥離性やランス素材などのコスト的な課題がある。例えば、特許文献１に記載されているような不定形材料の被覆や、特許文献２に記載されているようなランス表面の溶射コーティング技術などが提案されてきたが、一定操業毎に被覆物のメンテナンスを必要とする等、操業負荷が大きく、生産性が低下する虞がある。

特許文献３に記載されているようなランス外面を水冷する技術においては、蒸発などの影響を受けずに十分な冷却を確保するために、大量の冷却水を炉内に導入することになる。そのため、熱裕度が著しく低下してスクラップ配合比率の大幅な低下を招くなどの課題がある。

特許文献４には、これらの問題点を解決するための手段として、循環水によるランス表面冷却効果を管内流速アップやテーパー構造と組み合わせることで地金付着を大幅に軽減する技術が開示されている。特許文献４においては、冷却水が３重管ランスの最外流路を通過してランスチップに達した後にランスの中間流路を上昇して循環する構造のランスが用いられている（特許文献４の図１等）。

特開平２−７３９１２号公報特開平４−８８１０９号公報特開２００１−１７２７１２号公報特開２００２−３０３２３号公報

水冷ランスの冷却は、溶融金属に酸素が衝突して形成される高温の火点に近い位置にあるランスチップの冷却が優先される。そのため、例えば、特許文献３の図２、４のように直接炉内輻射の影響を受けない流路からランス先端に低温の冷却水が供給される方式が一般的に採用されている。これに対し、特許文献４の図１に示されるような、ランスチップに冷却水が到達する間に水温の上昇を伴う冷却構造では、ランスチップを十分に冷却できない場合がある。特許文献４に記載された水冷ランスを、転炉における吹錬時間の短縮やスクラップの使用比率増大のための高速送酸などに必要な大流量吹錬、電気炉での脱炭加熱操業、合金鉄の炭素による還元吹錬や非鉄合金の脱炭処理等に適用した場合、ランスチップに地金が付着し易い。また、ランスチップが適切に冷却されない場合、ノズルの熱変形によってラバールノズル噴流が基本設計から変化して冶金的作用に悪影響を及ぼし、安定した操業が困難となる場合がある。また、地金付着によってランスチップを短期間で交換することが必要となり、操業性の悪化やコストアップを回避できないという欠点もある。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、少なくとも２系統の独立した供給流路を介して冷却水を循環させる構造を有する精錬用水冷ランスであって、ランス外周管の内壁の上部から下部に向かって冷却水を流通させることでランスの外周を冷却する、第１の供給流路と、前記第１の流路よりも内側において上部からランスチップに向かって冷却水を流通させることで前記ランスチップを冷却する、第２の供給流路と、前記供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する、少なくとも１つの排出流路とを備える、精錬用水冷ランスを開示する。

本開示の精錬用水冷ランスは、前記第１の供給流路を流通した前記冷却水を上部へ輸送する排出流路と、前記第２の供給流路を流通した前記冷却水を上部へ輸送する排出流路とが、同一の流路であってもよい。

本開示の精錬用水冷ランスは、前記第１の供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する第１の排出流路と、前記第２の供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する第２の排出流路とを、別々に備えてもよい。

本開示の精錬用水冷ランスは、前記第１の供給流路を流通した後の前記冷却水の温度及び前記第２の供給流路を流通した後の前記冷却水の温度のうちの少なくとも一方の温度を測定する、温度測定手段を備えることが好ましい。

前記温度測定手段を備える精錬用水冷ランスを用いることで、脱炭吹練時におけるランス付着地金を一層抑えることができる。すなわち、本願は上記課題を解決するための好ましい手段として、前記温度測定手段を備える精錬用水冷ランスを用いた脱炭吹練方法であって、前記温度測定手段により測定された前記冷却水の温度に基づいて、ランスに供給する冷却水量、ランス先端から噴出させる酸素流量、及び、ランス高さのうちの少なくとも１つを調整する、脱炭吹練方法を開示する。

本開示の精錬用水冷ランスにおいては、ランス外周管の内壁に設けられた第１の供給流路を流通する冷却水によってランス外周を適切に冷却できるとともに、第１の供給流路よりも内側に設けられた第２の供給流路を流通する冷却水によってランスチップを適切に冷却することができる。本開示の精錬用水練ランスによれば、例えば、転炉における吹錬時間短縮やスクラップ使用比率増大のための高速送酸などに必要な大流量吹錬時、電気炉での脱炭加熱操業時、合金鉄の炭素による還元吹錬時や非鉄合金の脱炭処理時等において、ランス外周及びランスチップを適切に冷却することができ、ランスへの地金付着を抑えることができる。

精錬用水冷ランス１００の構造を説明するための概略図である。（Ａ）がランスを下方から視た図、（Ｂ）がＩＢ−ＩＢ断面図、（Ｃ）がＩＣ−ＩＣ断面図、（Ｄ）がＩＤ−ＩＤ断面図である。断面図においては、便宜上、一部の部材を省略して示している。精錬用水冷ランス１００における冷却水の流通方向及び酸素流通方向を説明するための概略図である。（Ａ）が第１の供給流路を介して排出流路へと流通する冷却水流を示し、（Ｂ）が第２の供給流路を介して排出流路へと流通する冷却水流を示し、（Ｃ）が酸素の流れを示している。精錬用水冷ランス２００の構造を説明するための概略図である。（Ａ）がランスを下方から視た図、（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図、（Ｃ）がＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面図、（Ｄ）がＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ断面図である。断面図においては、便宜上、一部の部材を省略して示している。精錬用水冷ランス２００における冷却水の流通方向及び酸素流通方向を説明するための概略図である。（Ａ）が第１の供給流路を介して第１の排出流路へと流通する冷却水流を示し、（Ｂ）が第２の供給流路を介して第２の排出流路へと流通する冷却水流を示し、（Ｃ）が酸素の流れを示している。従来の脱炭吹練時に生じる課題について説明するための概略図である。精錬用水冷ランス１００、２００を用いた脱炭吹錬方法について説明するための概略図である。実施例１、２にて用いたランスＡの構造を説明するための概略図である。実施例３〜５にて用いたランスＢの構造を説明するための概略図である。比較例１〜３にて用いたランスＣの構造を説明するための概略図である。

以下、本開示の精錬用水冷ランスやそれを用いた脱炭吹練方法の一例を示すが、本開示の技術は下記の形態に限定されるものではない。

１．精錬用水冷ランス１００
図１に、精錬用水冷ランス１００の構造を概略的に示す。図１（Ａ）がランスを下方から視た図、図１（Ｂ）がＩＢ−ＩＢ断面図、図１（Ｃ）がＩＣ−ＩＣ断面図、図１（Ｄ）がＩＤ−ＩＤ断面図である。尚、断面図においては、説明を簡略化するため、一部の部材を省略して示している。また、図２に、精錬用水冷ランス１００における冷却水の流通方向及び酸素流通方向を概略的に示す。図２（Ａ）が第１の供給流路１を介して排出流路３へと流通する冷却水流を示し、図２（Ｂ）が第２の供給流路２を介して排出流路３へと流通する冷却水流を示し、図２（Ｃ）がノズルから噴出される酸素の流れを示している。

図１及び２に示すように、ランス１００は、少なくとも２系統の独立した供給流路を介して冷却水を循環させる構造を有する。具体的には、ランス外周管１１の内壁の上部から下部に向かって冷却水を流通させることでランスの外周を冷却する、第１の供給流路１と、第１の流路１よりも内側において上部からランスチップ２０に向かって冷却水を流通させることでランスチップ２０を冷却する、第２の供給流路２と、供給流路１、２を流通した冷却水を上部へと輸送する、少なくとも１つの排出流路３とを備えている。

１．１．管１１〜１３
図１及び２に示すように、ランス１００は、その胴部において、外周管１１と酸素流通管１３との間に２つの管１２ａ、１２ｂを備える４重管構造を有している。ランス１００においては、図２（Ｄ）に示すように、４重管構造により画定される４つの空間のうち、外周管１１の内壁と管１２ａの外壁とによって画定される最も外側の空間を第１の供給流路１とし、管１２ａの内壁と管１２ｂの外壁とによって画定される空間を排出流路３とし、管１２ｂの内壁と酸素流通管１３の外壁とによって確定される空間を第２の供給流路２とし、酸素流通管１３の内側の空間を酸素流路４としている。また、図示していないが、各管１１〜１３の間にはリブが設けられていてもよく、これにより、各管１１〜１３の相対的な位置関係を固定することができる。

このような構造を有するランス１００においては、図２（Ａ）に示すように、第１の供給流路１の上部から下部へと冷却水を流通させることで、ランスの外周を内側から適切に冷却することができる。また、図２（Ｂ）に示すように、第２の供給流路２の上部から下部へと冷却水を流通させることで、冷却作用を実質的に発揮させる前に当該冷却水をランスチップ２０へと到達させることができ、当該冷却水をランスチップ２０の内表面に行き渡らせることで、ランスチップ２０の外表面を内側から適切に冷却することができる。さらに、図２（Ｃ）に示すように、ランス１００においては、酸素流路４の上部から下部へと精錬用の酸素気流が流通し、ラバールノズルの噴出口３０から精錬対象の溶湯に向かって酸素気流を下方に噴出可能とされている。

ランス１００においては、第１の供給流路１を流通した冷却水を上部へ輸送する排出流路３と、第２の供給流路２を流通した冷却水を上部へ輸送する排出流路３とが、同一の流路であってもよい。冷却水は排出流路３を介してランス上部へと輸送され、その後、再び供給流路１、２を介してランスの下部へと流通される。このように、供給流路１、２と排出流路３とを介して冷却水を循環させることで、ランス外周及びランスチップ２０を絶え間なく冷却することができる。

ランス１００において、管１１〜１３の材質は特に限定されるものではなく、従来の精錬用水冷ランスにおける材質と同様のものとすればよい。例えば、炭素鋼等の鋼からなる管１１〜１３とすることができる。管１１〜１３の外径や内径についても特に限定されるものではなく、ランス１００の大きさ等に応じて適宜決定すればよい。

１．２．ランスチップ２０
本技術分野において「ランスチップ」とは、ランスの最下端（先端面）のみを指すのではなく、ランス下端部分に備えられる部材を指す。具体的には、ランス１００において、ランスチップ２０は、上記の管１１〜１３の下に設けられ、ラバールノズル等を内包し得る部材である。管１１〜１３とランスチップ２０とは溶接や嵌合等によって互いに固定されている。ランス１００からランスチップ２０のみを交換する場合があることや、ランスチップ２０と管１１〜１３の当接部分の全体を溶接することは困難であること等から、ランス１００においては、管１１等に対してランスチップ２０の一部のみを溶接し、残りの部分は嵌合や当接等によって管１１等とランスチップ２０とを着脱容易に固定するとよい。ランスチップ２０は少なくとも外表面を熱伝導率の高い金属により構成するとよい。例えば、銅や銅合金によって構成することが好ましい。

１．３．ノズル
図１及び２に示すランス１００は下端に４つの噴出口３０を有するラバールノズルを備えている。ただし、噴出口の数は４つに限定されるものではない。また、ラバールノズル以外のノズルを採用することも可能である。ノズルの形状や材質については従来と同様とすればよい。ここでは詳細な説明を省略する。

１．４．効果
以上の通り、ランス１００においては、ランス外周管の内壁に設けられた第１の供給流路１によってランス外周を適切に冷却できるとともに、第１の供給流路１よりも内側（第１の供給流路１に対してランス外周管の中心側）に設けられた第２の供給流路２によってランスチップ２０を適切に冷却することができる。ランス１００によれば、例えば、転炉における吹錬時間短縮やスクラップ使用比率増大のための高速送酸などに必要な大流量吹錬時、電気炉での脱炭加熱操業時、合金鉄の炭素による還元吹錬時や非鉄合金の脱炭処理時等において、ランス外周及びランスチップ２０を適切に冷却することができ、ランスへの地金付着を抑えることができる。また、精錬においてランスチップ２０へのダメージを抑えることができ、ランスチップ２０を長期間に亘って交換することなく使用することができるとともに、ノズルの熱変形等を抑制することもできる。すなわち、ランスチップ交換作業の削減や生産量あたりのランスチップの使用個数を節約することができることはもちろん、ノズルの冷却不足によるノズル変形に起因した酸素ジェット強度の変化やそれに伴う脱炭不良やスロッピングの発生等の冶金制御性の悪化を効率的に回避することができる。

２．精錬用水冷ランス２００
上述のランス１００においては、第１の供給流路１を流通した冷却水と、第２の供給流路を流通した冷却水とを一つの排出流路３へと合流させる形態について説明した。しかしながら、本開示の技術は当該形態に限定されるものではない。図３に、精錬用水冷ランス２００の構造を概略的に示す。図３においてランス１００と実質的に同じ部材については同一の符号を付すものとする。図３（Ａ）がランスを下方から視た図、図３（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図、図３（Ｃ）がＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面図、図３（Ｄ）がＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ断面図である。尚、断面図においては、説明を簡略化するため、一部の部材を省略して示している。また、図４に、精錬用水冷ランス２００における冷却水の流通方向及び酸素流通方向を概略的に示す。図４（Ａ）が第１の供給流路１を介して排出流路３ａへと流通する冷却水流を示し、図４（Ｂ）が第２の供給流路２を介して排出流路３ｂへと流通する冷却水流を示し、図４（Ｃ）がノズルから噴出される酸素の流れを示している。

図３及び４に示すように、ランス２００は、第１の供給流路１を流通した冷却水を上部へと輸送する第１の排出流路３ａと、第２の供給流路２を流通した冷却水を上部へと輸送する第２の排出流路３ｂとを、別々に備えている。このように、排出流路を２つ以上設け、ランス２００のランス外周を冷却するための供給水流及び排出水流と、ランス２００のランスチップを冷却するための供給水流及び排出水流とを独立とすることで、各水流の流量の制御等がより容易となる。また、後述するように、温度測定手段によって冷却水の温度を測定する場合に、第１の供給流路１を流通してランス外周の冷却を経た冷却水の温度と、第２の供給流路２を流通してランスチップの冷却を経た冷却水の温度とを別々に測定することができ、冷却水温度の異常が生じている流路を容易に特定することができる。すなわち、地金付着やランスチップの冷却不良等をより正確にモニターすることができる。

３．その他
上述の通り、ランス１００やランス２００は、内部に供給流路１、２と排出流路３とを備えており、当該流路１〜３を介して冷却水が循環される。一般的に冷却水の温度が６０℃を超えると、受熱に対して冷却水量が不足することに起因して、ランス内部において冷却水の沸騰（例えば膜沸騰）が生じ、ランス外周やランスチップの抜熱不良が生じる虞がある。そのため、ランス内部における冷却水の温度が所定の温度以下となるように、第１の供給流路１や第２の供給流路２を流通させる冷却水の流量等を適宜調整するとよい。この場合、ランスは、冷却水の温度を把握するための温度測定手段を備えることが好ましい。温度測定手段によって冷却水の温度を測定する箇所については、冷却水が冷却作用を発揮した後の部分である排出側（排出流路内）とすればよく、後述するように、ランスの系外において温度を測定してもよい（図６参照）。すなわち、ランス１００、２００は、第１の供給流路１を流通した後の冷却水の温度及び第２の供給流路２を流通した後の冷却水の温度のうちの少なくとも一方の温度を測定する、温度測定手段１０４（図６参照）を備えることが好ましい。温度測定手段の形態は特に限定されるものではなく、熱電対や温度センサ等の一般的なものをいずれも採用可能である。尚、冷却水の沸騰が発生しない冷却条件においても、より強力な冷却を行ってランスの外表面に一端付着した地金の温度を下げることで、ランス付着地金の成長を抑制することができる。例えば、本発明者の知見では、冷却水の排水温度が４５℃以下となるように装置の設計や操業条件の制御をすることで、ランス及びランスチップの保護効果に加えて、ランス表面における付着地金の成長を抑制する効果が顕著となる。

上記の説明では、複数の管を同心円状に設けた４重管構造を有するランス１００や５重管構造を有するランス２００を例示しつつ、本開示の精錬用水冷ランスの冷却構造を説明した。しかしながら、本開示の精錬用水冷ランスはこのような同心円状の多重管構造を有するものに限定されない。本開示の精錬用水冷ランスは、ランス外周を冷却するための流路を設け、さらにそれよりも内側にランスチップを冷却するための流路を個別に設けた点に一つの特徴があり、これを実現できる限りにおいて冷却水流路の形態を様々な形態とすることができる。例えば、後述の実施例（ランスＢ、図８参照）のように、４重管構造において２つ以上の排出流路を設けることも可能である。また、圧損等による必要流量の確保が可能であれば、ランスの内側の空間に小径のパイプやホースを横並びに複数配列させる形態等の独立流路構造としても差支えがない。特に、局所的に冷却が必要と判断される場合等において、冷却水を独立して供給する流路を３本以上設けることも可能である。

上記の説明では、冷却水の供給流路が２つ、冷却水の排出流路が１つ又は２つ備えられるランス１００、２００を例示した。しかしながら、本開示の精錬用水冷ランスは、冷却水の供給流路を少なくとも２つ独立して備えていればよく、３つ以上の供給流路が備えられていてもよい。また、冷却水の排出流路は少なくとも１つ備えられていればよい。さらに、本開示の精錬用水冷ランスは、上述したランス外周を冷却するための供給流路やランスチップを冷却するための供給流路のほか、これら以外の供給流路を備えていてもよい。

４．脱炭吹練方法
図５に示すように、従来のランスを用いて溶鉄の脱炭吹練を行った場合、ランスの外周やランスチップが十分に冷却されず、ランスの外表面に地金が多量に付着する虞があった。一方、本開示のランスによれば、上述したように、少なくとも２系統の冷却水流路を介してランス外周とランスチップとの双方を適切に冷却することができることから、脱炭吹練時、ランスの外表面における地金の付着を抑制することができる。特に、上述したように、温度測定手段により冷却水の温度を制御することで、ランスへの地金の付着を一層抑制できるものと考えられる。以下、脱炭吹練方法の特に好ましい形態について説明する。

図６に脱炭吹練におけるランスや転炉の状態を示す。図６に示す脱炭吹錬方法においては、温度測定手段１０４を備える精錬用水冷ランス１００、２００を用いた脱炭吹練方法であって、温度測定手段１０４により測定された冷却水の温度に基づいて、ランス１００、２００に供給する冷却水量、ランス先端から噴出させる酸素流量、及び、ランス高さのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする。

図６に示すように、冷却水の排水温度を温度測定手段１０４によってモニターし、冷却が不足している場合には冷却水量を増加させたり、送酸速度やランス高さを変更することによって、脱炭吹錬時により安定した操業が可能となる。特に、ランス２００のように排水流路を複数設け、ランス外周を冷却するための冷却水とランスチップを冷却するための冷却水との各々について排水温度を独立に測定する場合、各々の流路における冷却水量の変更、抜熱部位に応じたランスパターンの変更（例えば、ランス外周の加熱が大きい場合には二次燃焼率を低下させる操作の実施、ランスチップの加熱が大きい場合には、ランス高さ上昇による火点距離確保などの制御選択）などの効果的な操業が実施できる。

上述したような少なくとも２系統の独立した供給流路においては、例えば、図６に示すような冷却水配管１０１からの冷却水を独立分割するための外周管冷却用バルブ１０１ａとランスチップ冷却用バルブ１０１ｂとによって、当該冷却水の流量を各々制御することが好ましい。一方、脱炭吹錬の操業時は、図６に示すように、ランス上部の排水配管１０３を通過する排水に対して流量測定手段１０５で流量を確認しつつ温度測定手段１０４にて適正な冷却ができているかを把握するとよい。特に、図６（Ｂ）に示すように、排水流路１０３ａ、１０３ｂ毎に温度測定手段１０４と流量測定手段１０５とを独立に設けることで、ランスチップの適正な冷却と地金付着抑制のためのランス冷却状況をモニタリングでき、冷却不足、過剰冷却などに対する容易な操業制御が可能である。

脱炭吹錬における酸素の吹き付けの形態等は本技術分野においてよく知られている。図６に示す形態においては、転炉内の溶鉄にフレキシブルホースなどの酸素配管１０２からランス１００、２００の酸素流路へと酸素を供給し、酸素ジェットによる脱炭時に粒鉄が飛散した状態を示している。上述の通り、本開示のランスを用いて脱炭吹練を行う場合、ランス外周及びランスチップが適切に冷却されることから、ランス外表面における地金の付着を抑制することができる。

尚、溶銑脱燐や合金還元操業などに見られる、酸素と同時に粉体吹付を実施する操業においても本開示のランスを適用できることは、当業者にとって自明である。

以下、実施例を示しつつ、本開示の精錬用水冷ランスによる効果についてより詳細に説明する。

精錬用水冷ランスの実用効果を確認するために、ヒートサイズ３１０ｔの上底吹き転炉（底吹撹拌酸素は３０００Ｎｍ^３／ｈ一定）による精錬実験を実施した。高炉によって製造され、溶銑予備処理によって脱珪、脱硫、脱燐処理を実施した溶銑と、製鉄所内で発生したリターンスクラップ（連続鋳造段階でのクロップ、圧延後鋼材における、幅や端部形状、製品疵に起因する製品に適さない部位の切落とし部など）を挿入した状態で、４孔ランスによるスラグレス脱炭吹錬処理を実施した。

溶銑成分(質量％)は［Ｃ］：３．８％、［Ｓｉ］＜０．１％、［Ｍｎ］＜０．０５％、
［Ｐ］＜０．０２％、「Ｓ」＜０．０１％で、転炉挿入前温度（溶銑鍋時）は１２７０℃
であった。

ランスの種類はランスＡ（４重管ランス）、ランスＢ（４重管ランス、ただし、冷却水流路を縦に分割することで、ランス外周を冷却した冷却水の排水と、ランスチップを冷却した冷却水の排水とを独立とし、ランス出口部にて両者の排水温度を測定する機能あり）、ランスＣ（３重管ランス、冷却水がランスチップ冷却後に外管内壁より上昇する従来のランス）の３種類を使用した。図７〜９に、これらランスＡ、Ｂ、Ｃの冷却構造（但し、送酸ノズル断面を含まない断面）を図示する。

ランス冷却水能力は３５０ｔ／ｈであり、通常操業では上吹き酸素７２０００Ｎｍ^３／ｈ、ランス冷却水３００ｔ／ｈの吹錬を基準としていたが、ランスの効果を検証するために高速送酸による精錬特性調査を実施した。実験は同一水準で１０ｃｈづつ行い、操業結果の平均値で評価した。操業条件及び操業結果を下記表１に示す。

なお、実験に用いた設備の通常操業では、吹錬完了後の出鋼、排滓と、次チャージ溶銑とスクラップ挿入までの、非吹錬時間内において、炉上に設けた自動運転の付着地金剥離装置で問題なく除去できる付着量の目安は０．５ｔ程度である。それを超える付着量がある場合には、一般的にクイックチェンジと呼ばれる待機ランスとの交換を実施した上で、待機位置における作業員のバーナー溶断などが必要となり、生産性を著しく低下させる。以上のことから、吹錬での許容できる１ｃｈあたりの地金付着量を０．５ｔとした。

実施例１は、ランス全冷却水流量は通常操業の比較例１と等しい３００Ｎｍ^３／ｈにて高速送酸操業を実施したものである。表１に示すように、実施例１においては、ランス外周への冷却水供給流路とランスチップへの冷却水供給流路とを独立にすることでランス外周及びランスチップの双方に低温の冷却水を供給できた結果、高速送酸操業にも関わらずランス地金平均付着量が０．４１ｔ／ｃｈと比較例１に示す通常操業の０．４２ｔ/ｃｈと同レベルに抑制することができ、且つ、脱炭（送酸）時間を比較例１の１４．５分から１１．５分へと大幅に短縮できるとともに、スクラップ配合比率も１０．２％から２２．５％と大幅に向上させることができた。

実施例２は、実施例１に加えてトータルのランス冷却水流量（外管と先端部の合計）を設備能力の最大（３５０ｍ^３／ｈ）にして脱炭吹練を実施した結果である。表１に示すように、ランス冷却作用が向上したことによって、ランス地金平均付着量を０．２３ｔ／ｃｈと一層低減できた。

実施例３は、冷却水の排出温度の測定を独立に実施して、冷却水量の制御によってランス外周用の冷却水とランスチップ用の冷却水の排出温度が常に室温〜４５℃の範囲となるように操業した結果である。具体的には、排水温度が高温になった場合に装置の許容範囲内で水温がほぼ室温である冷却水の流量を上昇させる制御を実施した。その結果、表１に示すように、高速送酸、高スクラップ配合比率でランス地金付着量が０．０８ｔ／ｃｈと、極めて少ない非常に良好な操業を実現することができた。尚、ここでいう室温は季節や設置環境によって異なるがおおむね２０〜２５℃の範囲である。

実施例４は、冷却水温度が常に実験期間の室温である約２５℃〜４５℃の範囲を維持するようにランス高さを２．０〜３．０ｍの範囲で変化させ、二次燃焼によるランス輻射と火点からのランスチップへの輻射による受熱を制御しながら操業を実施した結果である。表１に示すように、実施例３と同様に、ランス地金付着量が０．０９ｔ／ｃｈと、非常に良好な操業結果が得られた。

実施例５は、冷却水温度が通常吹錬の６０℃を超えない範囲を確認しつつ、送酸速度を最大で８５０００Ｎｍ^３／ｈまでの範囲で上昇させ、冷却水温度が６０℃を超える危険性がある場合には８００００Ｎｍ^３／ｈまでの範囲に送酸速度を低下させて吹錬した結果である。表１に示すように、ランス地金付着量は許容範囲であり、なおかつ、吹錬時間、スクラップ配合比が２４．８％の高速送酸、高い熱裕度における操業を実施することができた。

比較例１は、従来のランスを使用して通常の操業（図９（Ａ））を実施した結果である。表１に示すように、安定操業はできているものの、実施例１〜５の結果と比較して、送酸時間が１４．５分と長くスクラップ配合比率も１０．２％と低位であった。

比較例２は、従来のランスにおいて、冷却水の流通方向を比較例１とは逆方向（ランス外管の内壁を上部から下部へと冷却水を流通させてランスの外周を冷却した後、ランスチップからランス内部の流路を介して冷却水を上部に輸送して排出するもの）として操業（図９（Ｂ））した結果である。表１に示すように、ランスチップの溶損異常による吹錬の停止が１０ｃｈのうち２ｃｈ見られ、定常操業では実施できない操業条件と判断された。

比較例３は、従来のランスを使用した上で、ランス冷却水流量を最大条件として、高速送酸（８００００Ｎｍ^３／ｈ）実験を実施したものである。表１に示すように、ランスへの地金付着量が許容範囲を超える１．３２ｔ/ｃｈと著しく増加しており、地金除去作業負荷による生産性の低下が懸念された。また、ランスチップの溶損異常による吹錬停止が１０ｃｈの内３ｃｈ見られ、定常操業では実施できない操業条件と判断された。

実施例１〜５の結果から明らかなように、精錬時にランス外周及びランスチップを適切に冷却するためには、以下の（１）〜（４）の構成を備えるランスとすればよいことが分かった。
（１）少なくとも２系統の独立した供給流路を介して冷却水を循環させる構造を設ける。（２）ランス外周管の内壁の上部から下部に向かって冷却水を流通させることでランスの外周を冷却する、ランス外周冷却用供給流路を設ける。
（３）ランス外周冷却用供給流路の内側において上部からランスチップに向かって冷却水を流通させることでランスチップを冷却する、ランスチップ冷却用供給流路を設ける。
（４）供給流路を流通した冷却水を上部へと輸送する、排出流路を設ける。

本開示の精錬用水冷ランスによれば、酸素吹錬を伴う操業時に問題となるランスへの地金の付着や地金の成長を効率的に抑制でき、かつ、高速送酸や高二次燃焼率操業など装置負荷の高い操業を安定的に実施できる。そのため、吹練時の生産性の向上、熱裕度向上による省エネルギーなどが実現でき、その産業上の利用価値は極めて高い。

１第１の供給流路
２第２の供給流路
３排出流路
４酸素流路
２０ランスチップ
１００、２００精錬用水冷ランス

Claims

少なくとも２系統の独立した供給流路を介して冷却水を循環させる構造を有する精錬用水冷ランスであって、
ランス外周管の内壁の上部から下部に向かって冷却水を流通させることでランスの外周を冷却する、第１の供給流路と、
前記第１の流路よりも内側において上部からランスチップに向かって冷却水を流通させることで前記ランスチップを冷却する、第２の供給流路と、
前記供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する、少なくとも１つの排出流路と、
を備える、精錬用水冷ランス。
前記第１の供給流路を流通した前記冷却水を上部へ輸送する排出流路と、前記第２の供給流路を流通した前記冷却水を上部へ輸送する排出流路とが、同一の流路である、
請求項１に記載の精錬用水冷ランス。
前記第１の供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する第１の排出流路と、前記第２の供給流路を流通した前記冷却水を上部へと輸送する第２の排出流路とを、別々に備える、
請求項１に記載の精錬用水冷ランス。
前記第１の供給流路を流通した後の前記冷却水の温度及び前記第２の供給流路を流通した後の前記冷却水の温度のうちの少なくとも一方の温度を測定する、温度測定手段を備える、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の精錬用水冷ランス。
請求項４に記載の精錬用水冷ランスを用いた脱炭吹練方法であって、
前記温度測定手段により測定された前記冷却水の温度に基づいて、ランスに供給する冷却水量、ランス先端から噴出させる酸素流量、及び、ランス高さのうちの少なくとも１つを調整する、
脱炭吹練方法。