JP2020190030A - 上吹きランスおよびそれを用いた溶鉄の精錬方法 - Google Patents
上吹きランスおよびそれを用いた溶鉄の精錬方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
C+1/2O2→CO ・・・(1)
CO+1/2O2→CO2 ・・・(2)
2次燃焼率=CO2/(CO+CO2) ・・・(3)
なお、1次燃焼によって生じる反応熱と2次燃焼によって生じる反応熱とを比べると、2次燃焼の方が1次燃焼の約2.5倍である。したがって、2次燃焼率が低下すると、転炉上部の炉壁の温度が低下するので、炉壁上部に地金が付着しやすくなる。この状態で転炉の操業を継続すると、地金が蓄積されて、炉内容積が減少するばかりでなく、出鋼歩留りが低下する。その一方で、2次燃焼率を低下させ、(1)式で示す脱炭反応に利用される酸素量を増やすことで、吹錬時間の短縮を図ることができる。逆に、2次燃焼率を高くすると、発熱量が増大して炉内の温度が上昇するので、溶鋼への着熱が可能となり、地金を溶解することが可能となる。これらの1次燃焼、2次燃焼の制御は、上吹きランスから供給される酸素含有ガス噴流の流速を調節(低流速と、高流速)することによって行うことが一般的である。
上記制御用ガス供給管の上記開口部から吹き付ける制御用ガスの向きを定める、上記開口部の形状が丸孔、楕円孔、多角形孔、全周スリットおよび分割スリットから選ばれる少なくとも1種であること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
流体現象を利用した素子のひとつに流体素子があるが、本発明の原理はこの流体素子を利用したものである。流体素子とは、噴流と側壁との干渉効果、噴流と噴流との衝突効果、渦により生じる流体現象、噴流自体の流速変動による効果によって得られる機能を利用する素子の総称であり、流体力学の分野で研究されている。例えば、噴流の流路の出口付近に、噴流と直角方向に制御用流体の供給口を配した形をとる。制御用流体の供給口から噴流へ流体を導入すると、制御用流体により噴流が縮流されて、噴流の一部の断面積が小さくなり、直線状の流路であってもラバールノズルの流路であるような挙動を示す。このため、流速が向上する。
図1は、本発明の実施形態における転炉用上吹きランス1の先端の縦断面を示す模式図である。なお、図1では、上吹きランス1の下端部を示している。図2は、吹錬用主孔3の軸および吹錬用主孔3の軸心に向かって制御用ガスを供給する制御用ガス供給管4の軸を含む断面の拡大模式図である。上吹きランス1は、酸素含有ガスを反応容器内湯面に向かって噴射する吹錬用主孔3を1個以上(ここでは、複数個)備えている。吹錬用主孔3内には、制御用ガスを噴出させるためにそれぞれの吹錬用主孔3の内壁面に配置された開口部41を有する制御用ガス供給管4を備えている。この制御用ガスは、吹錬用主孔3の軸心に向かって噴出させるように開口部41が構成されている。上吹きランス1は、冷却水循環路2を有している。なお、吹錬用主孔3に供給する酸素含有ガスは、例えば酸素ガスを用い、制御用ガスは、酸素含有ガスと同一のガスでもよいし、窒素ガスのような不活性ガスでもよい。
すなわち、ソフトブローは、制御用ガス供給管4の開口部41から制御用ガスを供給しないことによって実現することができ、一方、ハードブローは、制御用ガス供給管4の開口部41から制御用ガスを適切に供給することによって実現することができる。
吹錬用主孔3をストレート形状で、管径=出口径(Dm)を65mmとし、制御用ガス供給管4の開口部41は全周スリット型とし、その幅を3mmとした。制御用ガスの合流角θa(吹錬用主孔3内主流への制御用ガスの合流角度)を90°とし、吹錬用主孔3出口径Dmに対する制御用ガス供給管4の開口部41から吹錬用主孔3の出口31までの距離Laの比(制御用ガスの合流位置比)La/Dmを変更して、シミュレーションし、各種条件および結果を表1に示す。
なお、制御用ガスには酸素含有ガスと同一のガスを用いることを念頭において、酸素含有ガスの流量Qmと制御用ガスの流量Qsとの合計流量(Qm+Qs)は45000(Nm3/min)にして、制御用ガスの流量比(Qs/(Qm+Qs))を0.2に固定した。
そして、ここでは、制御用ガスを供給しない場合を基準例(比較例)と呼び、上記条件で計算された転炉湯面(吹錬用主孔3の出口31から2m噴出した位置)での噴射ガスの最大流速V0に対し、増速比Vmax/V0が1.05以上の条件を発明例、1.05に満たないものを比較例とする。
なお、制御用ガスには酸素含有ガスと同一のガスを用いることを念頭において、酸素含有ガスの流量Qmと制御用ガスの流量Qsとの合計流量(Qm+Qs)は45000(Nm3/min)にして、制御用ガスの流量比(Qs/(Qm+Qs))を0.2に固定した。
そして、増速比に係る評価も実施例1と同様に行った。
なお、制御用ガスには酸素含有ガスと同一のガスを用いることを念頭において、酸素含有ガスの流量Qmと制御用ガスの流量Qsとの合計流量(Qm+Qs)は45000(Nm3/min)にして、制御用ガスの流量比(Qs/(Qm+Qs))を変化させた。
そして、増速比に係る評価も実施例1と同様に行った。
ラバールノズルを用いた際は、吹錬中期にて炉外への溶鉄飛散が多く、溶鉄歩留まりが著しく低下したのに対し、ストレートノズルを用いた際には吹錬を通して炉外への溶鉄飛散が少なく、溶鉄歩留まりの低下は見られなかった。
2 ノズル
3 吹錬用主孔
31 吹錬用主孔の出口
4 制御用ガス供給管
41 制御用ガス供給管の開口部
5 制御用ガスの噴出方向
Claims (3)
- 反応容器に収容された溶鉄に酸素含有ガスを吹き付けるための上吹きランスであって、
前記上吹きランスの外殻を貫通して、前記酸素含有ガスを噴射させる、1個以上の吹錬用主孔と、
該吹錬用主孔の軸心に向けて制御用ガスを噴出させるために前記吹錬用主孔の内壁面に配置された開口部を有する制御用ガス供給管と、
前記吹錬用主孔の入口から前記酸素含有ガスを供給するメイン酸素供給手段と、
前記制御用ガス供給管を介して前記制御用ガスを供給する制御用ガス供給手段と、を有し、
前記吹錬用主孔は、前記開口部から前記吹錬用主孔の出口まで管径が一定のストレート形状であり、
前記吹錬用主孔の出口径Dm(mm)と、前記開口部から前記吹錬用主孔の出口までの距離La(mm)との比が、
0.50≦La/Dm≦2.50
の範囲にあり、
前記吹錬用主孔の軸の向きと前記開口部近傍における前記制御用ガス供給管の軸の向きとのなす角度θa(°)は、メイン酸素の流れの向きと制御用ガスの流れの向きとが同じ場合にθa=0°であるとして、
45°≦θa≦150°
の範囲にあることを特徴とする上吹きランス。 - 前記制御用ガス供給管の前記開口部から吹き付ける制御用ガスの向きを定める、前記開口部の形状が丸孔、楕円孔、多角形孔、全周スリットおよび分割スリットから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の上吹きランス。
- 請求項1または2に記載の上吹きランスを用いる溶鉄の精錬方法であって、
前記制御用ガス供給管から供給されるガス流量Qs(Nm3/min)と、前記吹錬用主孔から供給されるガス流量Qm(Nm3/min)および前記制御用ガス供給管から供給されるガス流量Qsの合計流量との比を、
0.02≦Qs/(Qm+Qs)≦0.40
とすることを特徴とする溶鉄の精錬方法。
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