JP2023032091A - 粒鉄製造装置および粒鉄製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適正な粒径を有する粒鉄を長期間にわたり安定して継続的に製造する。【解決手段】溶鉄吐出用のノズル２を備えたタンディッシュ１と、ノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤３と、溶鉄受け盤３に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽４を備えた粒鉄製造装置およびこの装置を用いた粒銑製造方法であって、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈｄが構成され、且つ、その吐出速度ｖ０および垂直方向距離ｈｄにおいてノズル口径をノズル２の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、粒鉄の製造技術、すなわち、溶銑や溶鋼などの溶鉄を液滴化させた状態で冷却して凝固させることにより粒鉄（粒状の鉄材）を製造する技術に関する。

粒鉄とは、溶銑や溶鋼などの溶鉄を液滴に分散させた状態で冷却して凝固させることにより得られる粒状の鉄材であり、その平均粒径は数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。鉄鋼を製造する一貫製鉄所において、製鋼以下の工程においてトラブル等が発生し、高炉から出銑した溶銑の処理が滞ることにより余剰の溶銑が生じた場合に、この余剰な高炉溶銑（１２００～１５００℃程度の高温で液状の溶銑）を、数ｍｍ～数十ｍｍ程度に液滴化した状態で冷却して凝固させることにより粒銑とし、この粒銑を鋳鉄用鉄源として保管することが行われている。
溶銑を粒銑にする場合、溶銑を溶銑鍋やトピードカーで粒銑製造設備まで輸送し、この粒銑製造設備において、例えば、タンディッシュから溶銑を流出させて耐火物製の受盤に衝突させることで液滴化し、この液滴を冷却することにより粒銑とする。

溶銑から粒銑を得る方法として、特許文献１には、溶銑の流れを固定板に当てて液滴に分解し、この液滴を冷却水槽の水たまりに落下させて冷却し、凝固させることで粒銑を製造する装置が開示されている。溶銑の液滴は、冷却水槽内に配置された漏斗状の筒体内側に落下して冷却水で冷却され、この冷却で生じた粒銑は漏斗状の筒体の下端から排出され、コンベアにより冷却水槽外に搬出される。
また、特許文献２には、溶銑の流れを階段状に配置された複数の傾斜定盤に当てて液滴化し、この液滴を冷却水槽の水たまりに落下させて冷却し凝固させることで粒銑を製造する装置が開示されている。

ここで、溶銑から粒銑を得る場合、粒銑粒径（液滴粒径）が大きすぎると十分な冷却ができず、冷却水中で粒鉄どうしが融着し、融着する際に冷却水を内包すると水蒸気爆発を引き起こす原因となる。したがって、粒銑を安定的に冷却するためには、粒銑粒径を大きくしすぎない（平均粒径を概ね１５～２０ｍｍ以下とする）ことが重要である。
粒銑粒径を調整する方法について、特許文献１には「固定板７上のとりべ１の高さを増せば、流れ８の分解が進んで細かい粒状金属ができることは一般に言えることである」（第２頁３欄７～９行目）と記載され、また、特許文献２には「この粒銑の大きさは自由落下エネルギーを大きくすれば粒子径を小さくすることができる」（段落００２０）と記載され、溶銑の流れが当たる固定板や傾斜定盤から溶銑を溜めておく容器（タンディッシュなど）の溶銑吐出口（タンディッシュノズルなど）までの高さによって、粒銑粒径を調整できることが示されている。

特公昭５２－２０９４８号公報 特開平５－１５４６０７号公報

本発明者らは、特許文献１に準じた粒銑製造設備として、タンディッシュのノズルから溶銑を吐出させて流下させ、その溶銑を下方の固定板（溶銑受け盤）に衝突させて液滴化し、その液滴を冷却水槽内の冷却水中に落下させて冷却し、粒銑として回収するようにした試験設備を用い、粒銑の製造試験を行った。その際、固定板（溶銑受け盤）に対するタンディッシュノズルの高さを、粒銑粒径が８～２５ｍｍ程度（平均１５ｍｍ程度）となるように調整した。製造試験を開始してしばらくの間は、目標とする粒径範囲の粒銑が安定して得られたが、同じタンディッシュで試験を継続して実施したところ、次第に粒銑粒径が不安定となり、粒銑粒径が１００ｍｍ程度の異常に大きい粒銑や３ｍｍ以下の異常に小さな粒銑が混在するようになる場合があった。

粒銑を冷却水槽から払い出す搬出装置として、水切りができるメッシュ状のベルトを備えたベルトコンベアを使用することが考えられるが、得られる粒銑の粒径が小さすぎると、ベルトコンベアに載った粒銑がメッシュ状のベルトを通過してしまうので、粒銑の回収歩留まりが低下してしまう。一方、得られる粒銑の粒径が大きすぎると（例えば粒径１００ｍｍ以上）、上述したように、冷却水槽内で十分な冷却ができず、冷却水中で粒鉄どうしが融着し、融着する際に冷却水を内包すると水蒸気爆発を引き起こすおそれがある。
しかし、特許文献１、２には、上述したような、粒銑の製造を連続して実施した場合に粒銑粒径が不安定化する現象についての知見はなく、当然これを抑制する技術についての開示はない。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、適正な粒径を有する粒鉄を長期間にわたり安定して継続的に製造することができる粒鉄製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、まず、１つの設備で粒鉄の製造を続けた場合に、粒鉄粒径が次第に不安定化する現象が生じる原因について検討を行い、その結果、粒径が不安定化するのは、タンディッシュから溶鉄を吐出するノズルが損耗することによりノズル口径が大きくなる（拡径する）ことが原因であることが判明した。ここで、使用によるノズル損耗は避けがたいことであり、したがって、粒鉄粒径が不安定化した場合、これを解消するにはタンディッシュを交換する必要がある。しかし、このような対応策では、比較的短い周期でタンディッシュを交換する必要があり、交換したタンディッシュのメンテナンス費用や交換に伴い設備休止が発生するので、トラブル等で発生した溶鉄の処理効率が低くなる。そこで、粒鉄粒径の不安定化の対策についてさらに検討を進めた結果、ノズルの損耗によりノズル口径がある程度大きくなっても、ある程度の期間は粒鉄粒径の不安定化を生じることなく粒鉄の製造を続けることができる条件が存在すること、そして、その条件を満たすように装置構成ないし操業条件の初期設定を行うか、若しくは操業途中で操業条件を変更することにより、同じタンディッシュを用いて、相当期間、粒鉄粒径の不安定化を生じることなく粒鉄の製造を継続できることを見出した。

本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた粒鉄製造装置であって、
下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄが構成され、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足することを特徴とする粒鉄製造装置。

但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
Re：レイノルズ数［－］
We：ウェーバー数［－］
ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
ｇ：重力加速度［m/s^２］
ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］

［2］上記［1］の粒鉄製造装置において、ノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする粒鉄製造装置。
［3］上記［1］または［2］の粒鉄製造装置において、溶鉄受け盤（３）の平面形状が円形であり、該円形状の溶鉄受け盤（３）の外径Ｄ［mm］と、ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶鉄受け盤（３）に衝突する際の液柱径ｄ［mm］が、１≦Ｄ／ｄ≦７を満足することを特徴とする粒銑製造装置。

［4］上記［1］～［3］のいずれかの粒鉄製造装置において、冷却水槽（４）内に上下端が開口した仕切筒体（５）を配置して、該仕切筒体（５）の内側を、上方から落下する溶鉄の液滴を受け入れて冷却する冷却領域部（Ａ）とし、
冷却水槽（４）の外部から供給される冷却水を冷却領域部（Ａ）に導入する冷却水供給管（６）を設けたことを特徴とする粒鉄製造装置。
［5］上記［4］の粒鉄製造装置において、冷却領域部（Ａ）において溶鉄の液滴を冷却して生じた粒鉄を冷却水槽（４）外に搬出するための搬出コンベア（７）を備え、
仕切筒体（５）下端の下方に搬出コンベア（７）の搬送始端部を位置させることにより、仕切筒体（５）の下端から落下した粒鉄が搬出コンベア（７）により冷却水槽（４）外に搬出されるようにしたことを特徴とする粒鉄製造装置。

［6］上記［4］または［5］の粒鉄製造装置において、冷却水が仕切筒体（５）内にその筒芯に対して偏芯した方向に導入されることで、冷却領域部（Ａ）で冷却水の旋回流が生じるように、冷却水供給管（６）が仕切筒体（５）に接続され、若しくは冷却水供給管（６）の端部が仕切筒体（５）内に配置されることを特徴とする粒鉄製造装置。
［7］上記［4］～［6］のいずれかの粒鉄製造装置において、仕切筒体（５）の全体または下側部分が漏斗状に構成され、その漏斗状部に冷却水供給管（６）が接続され、若しくはその漏斗状部内に冷却水供給管（６）の端部が配置されることを特徴とする粒鉄製造装置。

［8］収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた装置を用いて粒鉄を製造する方法であって、
下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成し、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足することを特徴とする粒鉄製造方法。

但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
Re：レイノルズ数［－］
We：ウェーバー数［－］
ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
ｇ：重力加速度［m/s^２］
ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］

［9］上記［8］の粒鉄製造方法において、ノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする粒鉄製造方法。

［10］収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた装置を用いて粒鉄を製造する方法であって、
下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成して粒鉄の製造を開始し、
粒鉄の製造を開始した後、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界になるまでの間、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する状態が維持されるように、吐出速度ｖ_０または／および垂直方向距離ｈ_ｄを調整することを特徴とする粒鉄製造方法。

但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
Re：レイノルズ数［－］
We：ウェーバー数［－］
ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
ｇ：重力加速度［m/s^２］
ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］

［11］上記［10］の粒鉄製造方法において、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする粒鉄製造方法。
［12］上記［8］～［11］のいずれかの粒鉄製造方法において、溶鉄受け盤（３）の平面形状が円形であり、該円形状の溶鉄受け盤（３）の外径Ｄ［mm］と、ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶鉄受け盤（３）に衝突する際の液柱径ｄ［mm］が、１≦Ｄ／ｄ≦７を満足することを特徴とする粒鉄製造方法。

［13］上記［8］～［12］のいずれかの粒鉄製造方法において、冷却水槽（４）内に上下端が開口した仕切筒体（５）を配置して、この仕切筒体（５）の内側を、上方から落下する溶鉄の液滴を受け入れて冷却する冷却領域部（Ａ）とし、
冷却水槽（４）の外部から供給される冷却水を、冷却水供給管（６）を通じて冷却領域部（Ａ）に導入することを特徴とする粒鉄製造方法。
［14］上記［13］の粒鉄製造方法において、冷却領域部（Ａ）において溶鉄の液滴を冷却して生じた粒鉄を冷却水槽（４）外に搬出するための搬出コンベア（７）を備え、
仕切筒体（５）下端の下方に搬出コンベア（７）の搬送始端部を位置させることにより、仕切筒体（５）の下端から落下した粒鉄を搬出コンベア（７）により冷却水槽（４）外に搬出することを特徴とする粒鉄製造方法。

［15］上記［13］または［14］の粒鉄製造方法において、冷却水供給管（６）を通じて、冷却水を仕切筒体（５）内にその筒芯に対して偏芯した方向に導入することにより、冷却領域部（Ａ）で冷却水の旋回流を生じさせることを特徴とする粒鉄製造方法。
［16］上記［13］～［15］のいずれかの粒鉄製造方法において、仕切筒体（５）の全体または下側部分が漏斗状に構成され、その漏斗状部に冷却水供給管（６）を通じて冷却水を導入することを特徴とする粒鉄製造方法。

本発明によれば、適正な粒径を有する粒鉄を長期間にわたり安定して継続的に製造することができる。すなわち、同じタンディッシュを使い続けたときに粒鉄粒径が不安定となることを抑制し、適正な粒径を有する粒鉄を安定して製造し続けることができる。このためタンディッシュの交換周期を延長することが可能となり、タンディッシュのメンテナンス費用や交換に伴う設備休止の発生を抑制し、溶鉄の処理効率を高めることが可能となる。

本発明の粒鉄製造装置およびこの装置を用いた本発明の粒鉄製造方法の一実施形態を模式的に示すもので、装置全体を縦断面した状態で示す説明図 図１の実施形態において、冷却水槽内に配置される仕切筒体の平面図 図１の実施形態において、冷却水槽内に配置される仕切筒体の縦断面図 溶鉄（液柱）が溶鉄受け盤の上面の中央に衝突することで周囲に飛散し、液滴化する際の様子（挙動）を模式的に示したもので、図４（ａ）はタンディッシュおよび溶鉄受け盤を縦断面した状態で示す説明図、図４（ｂ）は、溶鉄受け盤の上面に衝突した溶鉄の様子を示す説明図 溶鉄が溶鉄受け盤の上面に衝突した際に溶鉄傘と液滴が生成する状況を調査するための水モデル実験の実験方法を示す説明図 図５の水モデル実験において溶鉄（水）傘と液滴が生成する状況を撮影した写真 ノズルから吐出された溶鉄の液柱が溶鉄受け盤に衝突する際の状況を調べるための水モデル実験において得られた試験結果であって、適正な溶鉄（水）傘の形成の可否とノズル口径ｄ_０およびノズル吐出速度ｖ_０との関係を示すグラフ 図７の水モデル実験で形成された溶鉄（水）傘の態様を模式的に示した説明図 本発明で使用されるタンディッシュ、ノズルおよび溶鉄受け盤で構成される溶鉄粒化機構部の縦断面を模式的に示す説明図 図７と同様の水モデル実験において得られた試験結果であって、適正な溶鉄（水）傘の形成の可否と衝突レイノルズ数Ｉおよびノズル口径ｄ_０との関係を示すグラフ 本発明の粒鉄製造装置およびこの装置を用いた本発明の粒鉄製造方法の他の実施形態を示すものであって、冷却水供給管による仕切筒体内側への冷却水の供給方式のいくつかの例を示す説明図

図１～図３は、本発明の粒鉄製造装置およびこの装置を用いた本発明の粒鉄製造方法の一実施形態を模式的に示すもので、図１は装置全体を縦断面した状態で示す説明図、図２は冷却水槽内に配置される仕切筒体の平面図、図３は同じく仕切筒体の縦断面図である。
この粒鉄製造装置は、溶銑や溶鋼などの溶鉄を液滴化させた状態で冷却して凝固させることにより粒鉄（粒状の鉄材）を製造する装置であり、溶鉄ｘを収容し、底部に溶鉄吐出用のノズル２を備えたタンディッシュ１（溶銑桶など）と、このタンディッシュ１のノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱ｘ_ｃを衝突させる溶鉄受け盤３と、冷却水ｗを収容した水槽であって、溶鉄受け盤３の下方に配置され、溶鉄受け盤３に衝突してその周囲に飛散した溶鉄ｘの液滴を冷却水ｗ中に落下させて冷却する冷却水槽４を備えている。

溶鉄受け盤３は円盤状の耐火物で構成され、支持体を介して冷却水槽４の構成部材（本実施形態では後述する仕切筒体５）に支持されている。
本実施形態の粒鉄製造装置は、さらに、冷却水槽４内の一部を仕切って冷却領域部Ａを形成する仕切筒体５、冷却領域部Ａにおいて溶鉄ｘの液滴を冷却して生じた粒鉄ｘ_ｇを冷却水槽４外に搬出するための搬出コンベア７などを備えるが、これらを含む粒鉄製造装置の構造の詳細については、後に詳述する。

溶鉄ｘは、溶鉄搬送容器１０（例えば、トピード、溶銑鍋など）で粒鉄製造装置に搬送され、樋１１などを介してタンディッシュ１に注ぎ込まれる。この際、タンディッシュ１の湯面が一定水準となるように、溶鉄搬送容器１０からの溶鉄ｘの流入量が制御される。
タンディッシュ１内の溶鉄ｘはノズル２から吐出されて流下（自由落下）し、この溶鉄の液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突し、周囲に液滴となって飛散する。この溶鉄ｘの液滴は冷却水槽４に収容された冷却水ｗ中に落下し、冷却されて凝固し、粒鉄ｘ_ｇ（粒状の鉄材）となる。この粒鉄ｘ_ｇは搬出コンベア７により槽外に搬出され、回収される。

本発明者らは、溶鉄ｘ（液柱ｘ_ｃ）が溶鉄受け盤３の上面の中央に衝突することで周囲に飛散し、液滴化する際の様子（挙動）について、次のような事実を見出した。図４は、その際の溶鉄ｘの様子（挙動）を模式的に示したもので、図４（ａ）はタンディッシュ１および溶鉄受け盤３を縦断面した状態で示す説明図、図４（ｂ）は、溶鉄受け盤３の上面に衝突した溶鉄ｘの様子を示す説明図である。
図４に示すように、溶鉄受け盤３に衝突した溶鉄ｘ（液柱ｘ_ｃ）は、衝突位置を中心として同心円状に溶鉄受け盤上面を流れて広がる液膜となり、溶鉄受け盤３を覆って傘状のように広がる溶鉄傘を形成する。この溶鉄傘は、衝突位置から一定距離を離れると液膜が次第に不安定化して液滴となり（粒化）、この液滴の状態で冷却水槽４内に落下する。このときの液滴の大きさ（液滴径）が、粒銑粒径である。

上記のようにして溶鉄ｘを液滴とし、これを冷却水で冷却・凝固させて得られる粒鉄のサイズは、通常、最大粒径（最大粒径の測定方法は実施例の記載の通り）が５０ｍｍ以下であることが好ましく、３５ｍｍ以下あることが特に好ましい。また、平均粒径（平均粒径の測定方法は実施例の記載の通り）としては８～２０ｍｍ程度が好ましく、１２～１６ｍｍ程度が特に好ましい。このような粒径サイズおよび粒度の粒鉄ｘ_ｇが得られるように、溶鉄受け盤３からタンディッシュ１のノズル２までの高さを設定するなどして、溶鉄ｘの液滴のサイズを最適化する。
しかしながら、上述したように、同じ設備で粒鉄の製造を一定期間続けると、次第に粒鉄の粒径が不安定となり、異常に大きい粒鉄や異常に小さな粒鉄が混在するようになる。本発明者らは、このように粒鉄の粒径が不安定になる現象について、その原因と対策を検討した。

本発明者らは、１０００℃以上の高温であるため取り扱いが難しい溶鉄の代わりに水を用いる水モデル実験を行い、溶鉄傘と液滴が生成する状況を調査した。
この実験では、図５に示すように、ノズル２、溶鉄受け盤３、およびノズル２の先端（下端）から溶鉄受け盤上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを実機と同じスケールにした水モデル実験装置を用い、ノズル２の先端（下端）のノズル口径ｄ_０（以下、単に「ノズル口径ｄ_０」という）とノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０（以下、単に「ノズル吐出速度ｖ_０」という）を変更し、溶鉄傘と液滴が生成する状況を観察した。

図６は、図５の水モデル実験において溶鉄（水）傘と液滴が生成する状況を撮影した写真である。図６（ａ）に示すように、ある特定の範囲内のノズル吐出速度ｖ_０では、安定した液膜を有する溶鉄（水）傘が形成された後、粒径の大きさの揃った液滴となって周囲に飛散している。これに対して、図６（ｂ）に示すように、ノズル吐出速度ｖ_０が低いと、溶鉄（水）傘は形成されるものの、溶鉄（水）傘の周縁部の液膜に揺らぎが生じ、部分的に液膜を形成せず、大粒の液滴となって飛散し、液滴の大きさが不均一となる。また、図６（ｃ）に示すように、ノズル吐出速度ｖ_０が高いと、溶鉄受け盤３の上面に衝突直後に液膜を形成せず、大粒と小粒の入り混じった液滴となって飛散し、液滴の大きさが不均一となる。
以上の結果から、本発明者らは、安定した液膜を有する溶鉄（水）傘を形成できる場合に、粒径の大きさの揃った液滴を形成できることを突き止めた。

図７に、水モデル実験における適正な溶鉄（水）傘の形成の可否と、ノズル口径ｄ_０およびノズル吐出速度ｖ_０との関係を示す。ここで、図８（ａ）～（ｃ）に、この水モデル実験で形成された溶鉄（水）傘の態様を模式的に示すが、溶鉄（水）傘が適正に形成されたかどうかは、目視により以下のような基準で判定した。
○：図８（ａ）に示す通り、溶鉄（水）傘を上面視した時に、図中の仮想線で示すように液膜が円形状に安定して形成され（液膜の輪郭が明確である）、その液膜の周縁部が液滴化している。
△：図８（ｂ）に示す通り、溶鉄（水）傘を上面視した時に、液膜が円形状に近く、その周縁部が液滴化しているものの、図中の仮想線で示すように液膜の周縁部に揺らぎが生じて輪郭形状が不安定であり、このため液滴の一部が大粒となるなど、液滴の大きさがやや不均一となる。
×：図８（ｃ1）に示す通り、溶鉄（水）傘を上面視した時に、明確な液膜が形成されず、大粒と小粒の入り混じった液滴となって飛散し、液滴の大きさが不均一となる。或いは、図８（ｃ2）に示す通り、溶鉄（水）傘が液滴化しない状態で落下する。

図７によれば、安定した液膜を有する適正な溶鉄（水）傘を形成できるノズル吐出速度ｖ_０の範囲は、ノズル口径ｄ_０が大きくなるほど上限側が大きく狭まる。これは、ノズル口径ｄ_０が大きくなると流量が増加し、溶鉄受け盤３の上面に衝突する際の運動エネルギーが大きくなり、衝突直後に大粒と小粒の入り混じった液滴となって飛散し、適正な溶鉄（水）傘を形成できないためである。
以上の結果から、本発明者らは、同じタンディッシュを使い続けると、粒鉄粒径が不安定となる現象は、ノズル２の損耗が進んでノズル口径ｄ_０が大きくなり、適正な溶鉄（水）傘が形成されなくなるためであると推定した。

そこで、本発明者らは、水モデル実験に得られた安定液膜を有する溶鉄（水）傘を形成できる条件を、実際の溶鉄製造装置に適用するために、粘度と表面張力と慣性力に関連し、液柱の物体への衝突に関する無次元数である衝突レイノルズ数に着目した。
図９は、タンディッシュ１、ノズル２および溶鉄受け盤３で構成される溶鉄粒化機構部の縦断面を模式的に示したものであり、タンディッシュ１のノズル２から流下した溶鉄ｘの液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突して溶鉄受け盤上面で液膜となり、その後液滴化することが模式的に示されている。
図９において、ｄ_０はノズル２のノズル口径［ｍｍ］、ｖ_０はノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度［ｍ／ｓ］（吐出流速）、ｈ_ｄはノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離［ｍｍ］（溶鉄落下高さ）、Ｄは円盤状の溶鉄受け盤３の外径［ｍｍ］、ｈはタンディッシュ１内の湯面高さ、ｄはノズル２から吐出されて流下する溶鉄ｘの液柱ｘ_ｃが溶銑受け盤３に衝突する際の液柱径［ｍｍ］、ｖはノズル２から吐出されて流下する溶鉄ｘの液柱ｘ_ｃが溶銑受け盤３に衝突する際の衝突流速［ｍ／ｓ］である。また、表１に溶鉄（溶銑）と水の物性値を示す。

衝突レイノルズ数Iは、ノズル２から吐出した溶鉄流（液柱ｘ_ｃ）が溶鉄受け盤３の上面に衝突する位置での溶鉄流（液柱ｘ_ｃ）の径および速度と、溶鉄の粘度、密度および表面張力とで与えられ、溶鉄の粘性および表面張力、吐出した溶鉄流に働く慣性力が影響する液体（溶鉄）の衝突に関する無次元数であり、溶鉄流が溶鉄受け盤３の上面に衝突する際の液膜の生じやすさの指標となる。この衝突レイノルズ数Iは、流体力学の無次元量であるウェーバー数Ｗｅとレイノルズ数Ｒｅとの関係式である下記（1）式により算出される。
ウェーバー数とは、液滴や気泡など表面張力が関与する現象の動的挙動に対する相似則を表す無次元量であり、液滴や気泡などの形状や変形の挙動を支配するパラメータとされ、下記（2）式より算出される。ここで、代表長さは、溶鉄の液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突する際の液柱径とした。
また、レイノルズ数とは、流れの粘性力と慣性力の比を表す無次元量であり、力学的に相似となる流れの状態を表し、下記（3）式より算出される。ここで、代表長さは、溶鉄の液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突する際の液柱径とした。
下記（4）式および（5）式は、タンディッシュ１のノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱ｘ_ｃが、ノズル２の先端（下端）から垂直方向距離ｈ_ｄ下方の溶鉄受け盤３に衝突する際の、エネルギー保存の法則より導出した液柱径ｄの算出式と、体積一定の法則より導出した衝突流速ｖの算出式である。

但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
Re：レイノルズ数［－］
We：ウェーバー数［－］
ｄ：ノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤３に衝突する際の液柱径［mm］
ｖ：ノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤３に衝突する際の衝突流速［m/s］
ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
ｇ：重力加速度［m/s^２］
ｄ_０：ノズル２のノズル口径［mm］
ｖ_０：ノズル２からの溶鉄の吐出速度［m/s］
ｈ_ｄ：ノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離［mm］

図１０に、水モデル実験における適正な溶鉄（水）傘の形成の可否と、衝突レイノルズ数Ｉおよびノズル口径ｄ_０との関係を示す。ここで、溶鉄（水）傘が適正に形成されたかどうかは、図７と同様の基準で判定した。
図１０によれば、安定した液膜を有する適正な溶鉄（水）傘を形成するには、ノズル口径ｄ_０に関わらず、衝突レイノルズ数Ｉを３０００≦Ｉ≦７５００とすればよいことが判る。なお、衝突レイノルズ数Ｉが決まる要素のばらつき、例えば、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、タンディッシュ１内の湯面高さｈの制御精度のばらつき等を考慮して、衝突レイノルズ数Ｉを３０００≦Ｉ≦７５００よりも狭い範囲としてもよい。

ここで、上述した（1）式～（5）式からして、図９に示すような溶鉄粒化機構部において衝突レイノルズ数Ｉが決まる要素としては、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄがある。なお、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０は、図９に示すタンディッシュ１内の湯面高さｈを変えることにより調整できる。
そして、さきに述べたように粒鉄の製造をある程度の期間継続した場合に粒鉄粒径の不安定化を生じるのは、ノズル２の損耗によりノズル口径ｄ_０が大きくなり、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００の範囲外になるためである。

そこで、本発明の第一の形態では、ノズル２の損耗によりノズル口径ｄ_０がある程度大きくなっても、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００に収まるように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを設定するものである。
一般的なタンディッシュ１に備えられるノズル２のノズル口径ｄ_０は、経験則上、ノズル損耗によって吐出溶鉄量３００ｔ当たり約１ｍｍ程度拡径することが判っており、このようなノズル損耗によるノズル２の使用限界は、ノズル２のノズル口径部の耐熱材の肉厚や、粒鉄製造装置の冷却能力に基づく処理可能な溶鉄吐出量の上限などの粒銑製造装置全体の設備仕様を考慮して決められる。例えば、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界となる場合としては、（i）ノズル口径部の耐熱材の肉厚が減少してノズル自体が使用できなくなる場合、（ii）ノズル自体は使用可能であるが、ノズル口径の拡径により溶鉄吐出量が増加し、粒鉄製造装置の冷却能力を超えてしまう場合、（iii）ノズル口径の拡径による溶鉄吐出量の増加を抑えるためにタンディッシュ１の湯面高さｈを調整する（湯面高さを下げる）対応をとった場合、安定操業を確保するという観点から、その調整代が限界に達してしまう場合、などがあり、これらの諸事情によりノズル２の使用限界が決まることになる。

このため、本発明の第一の形態では、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成し、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル２の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように設定するものである。

一方、本発明の第二の形態では、ノズル２の損耗によりノズル口径ｄ_０がある程度大きくなっても、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００に収まるように、操業途中で吐出速度ｖ_０または／および垂直方向距離ｈ_ｄを調整（変更）するものである。
すなわち、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成して粒鉄の製造を開始し、粒鉄の製造を開始した後、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界になるまでの間、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する状態が維持されるように、吐出速度ｖ_０または／および垂直方向距離ｈ_ｄを調整（変更）する。より具体的には、ノズル２の損耗によりノズル口径ｄ_０が大きくなると衝突レイノルズ数Ｉが増加するので、衝突レイノルズ数Ｉ＞７５００とならないように、操業途中で吐出速度ｖ_０または／および垂直方向距離ｈ_ｄを小さくする。

上述したように、ノズル２からの溶鉄ｘの吐出速度ｖ_０は、図９に示すタンディッシュ１内での湯面高さｈを変えることにより調整できる。したがって、吐出速度ｖ_０を調整する（低下させる）場合には、溶鉄搬送容器１０からの溶鉄流入量を調整してタンディッシュ１内の湯面高さｈを低下させればよい。また、垂直方向距離ｈ_ｄを小さくするには、例えば、溶鉄受け盤３を高さ調整可能な構造とし、溶鉄受け盤３の高さを高くすればよい。また、これらを併用することで、吐出速度ｖ_０と垂直方向距離ｈ_ｄの両方を変更する（小さくする）ようにしてもよい。

ここで、ノズル２の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界となる時のノズル口径）は、上述したような諸事情に鑑み、通常、ノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋３０ｍｍ程度の範囲内となることが多い。したがって、ノズル２の使用限界時のノズル口径を、例えば、「ノズル口径ｄ_０＋１０ｍｍ」或いは「ノズル口径ｄ_０＋２０ｍｍ」などのように定め、上述した本発明の第一の形態や第二の形態を実施すればよい。
なお、ノズル損耗によるノズル口径の拡径の程度は、上述した通り溶鉄吐出量３００ｔ当たり約１ｍｍ程度であることが判っているが、使用するノズル２について、試験などにより溶鉄吐出量とノズル損耗によるノズル口径の拡径との関係を調べてもよい。

溶鉄受け盤３の平面形状は任意であるが、図８（ａ）のように円形状の液膜を安定して形成させるためには、本実施形態のように円形状（円盤状）であることが好ましい。
溶鉄受け盤３の大きさに特別な制限はないが、ノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突する際の液柱径ｄに対して溶鉄受け盤３の外径Ｄがあまりに大きいと、粘性抵抗の影響で液膜の広がる速度が不安定になり、溶鉄傘や液滴の形成に悪い影響を与える恐れがある。このため、溶鉄受け盤３の外径をＤ［mm］、ノズル２から吐出されて流下する溶鉄の液柱ｘ_ｃが溶鉄受け盤３に衝突する際の液柱径をｄ［mm］とした場合、Ｄ／ｄは７．０程度を上限とすることが好ましい。一方、液柱径ｄが溶鉄受け盤３の外径Ｄよりも大きいと、液柱ｘ_ｃの周縁部分は溶鉄受け盤３に衝突せず液滴化されないので、Ｄ／ｄは１．０以上とすることが好ましい。

次に、図１～図３に示す実施形態の粒鉄製造装置および製造方法の詳細について説明する。
タンディッシュ１が備えるノズル２は略円筒状であり、本実施形態ではタンディッシュ１の底部に設けられているが、例えば、タンディッシュ１の側面下部に設けてもよい。
この実施形態の冷却水槽４内には、上下端が開口した仕切筒体５が配置され、この仕切筒体５の内側を、上方から落下する溶鉄ｘの液滴を受け入れて冷却する冷却領域部Ａとし、冷却水槽４の外部から供給される冷却水を、冷却水供給管６を通じてこの冷却領域部Ａ（仕切筒体５の内側）に導入している。

このように仕切筒体５によって冷却水槽４内に冷却領域部Ａを設けるのは、（i）この領域に冷却水を集中して導入することにより溶鉄ｘの液滴を効率的に冷却する、（ii）粒鉄ｘ_ｇを仕切筒体５内で生成させ、この粒鉄ｘ_ｇが仕切筒体５の下端開口から下方に払い出されるようにすることにより、粒鉄ｘ_ｇを１箇所に集めて回収しやすくする、という２つの効果を得るためである。さらに、仕切筒体５を下記するような特定の形状とすることにより、後述するように、冷却領域部Ａ（仕切筒体５の内側）に冷却水の旋回上向き流を生じさせ、粉鉄ｘ_ｇの冷却効率を高めることができる効果も得られる。

仕切筒体５は、その全体が漏斗状（コーン状）であって、上下端が開口（開放）した構造を有しており（図中、５０が上端開口、５１が下端開口）、冷却水槽４内において図示しない支持部材を介して支持されている。この仕切筒体５の漏斗形状（コーン形状）の傾斜面の水平からの傾斜角度θ（図３参照）は、粒鉄を滞留させないなどの観点から４０～６０°程度が好ましい。
仕切筒体５には、１つ以上の冷却水供給管６が接続され、冷却領域部Ａ（仕切筒体５の内側）に冷却水槽４の外部から冷却水が導入されるが、本実施形態では、仕切筒体５の周方向及び上下方向で間隔を置いた複数の位置にそれぞれ冷却水供給管６が接続され、これら複数の冷却水供給管６から冷却領域部Ａ（仕切筒体５の内側）に冷却水が導入されるようにしている。

このように漏斗形状の仕切筒体５内に冷却水供給管６から冷却水を供給することにより、冷却水は開口面積が大きい仕切筒体５の上端開口５０側に流れようとし、且つ冷却水供給管６から吐出された冷却水流が仕切筒体５の内側傾斜面に当たることによっても、上向きに旋回して流れようとするので、仕切筒体５内に冷却水の上向き旋回流が生じる。このため冷却領域部Ａ（仕切筒体５の内側）での水のよどみがなくなるとともに、上から落下してくる粒鉄ｘ_ｇ（凝固中の溶鉄液滴）に対して冷却水流が向流となり、粒鉄ｘ_ｇの冷却効率が高められる。また、仕切筒体５の下部側に冷却水供給管６を接続して、この冷却水供給管６から冷却水を導入することにより、より大きい上向きの冷却水流を形成させることができる。

また、図２に示すように、各冷却水供給管６は、仕切筒体５内にその筒芯に対して偏芯した方向に冷却水を導入するように仕切筒体５に接続されており、これにより冷却領域部Ａで冷却水の旋回流をより効果的に生じさせることができるので、粒鉄の冷却効率をより高めることができる。
なお、仕切筒体５は下側部分のみが漏斗状（コーン状）に構成されてもよく、その漏斗状部に本実施形態と同様の形態で冷却水供給管６を接続し、冷却水が導入されるようにしてもよい。

また、冷却水供給管６は、仕切筒体５に接続されるのではなく、例えば、図１２（ａ）～（ｄ）に示すように、その端部が仕切筒体５内に配置されるようにしてもよい。
したがって、冷却水供給管６は、仕切筒体５に対して下記（i）または／および（ii）のように設けることができる。
（i）冷却水が仕切筒体５内にその筒芯に対して偏芯した方向に導入されることで、冷却領域部Ａで冷却水の旋回流が生じるように、冷却水供給管６が仕切筒体５に接続され、若しくは冷却水供給管６の端部が仕切筒体５内に配置される。
（ii）仕切筒体５の全体または下側部分が漏斗状に構成され、その漏斗状部に冷却水供給管６が接続され、若しくはその漏斗状部内に冷却水供給管６の端部が配置される。

冷却水槽４の下部には排水口８が設けられており、冷却水槽４内の冷却水面が一定になるように、冷却水供給管６で供給された冷却水量に見合う量の冷却水が排水口８から排水される。また、冷却水を冷却水槽４内外で循環使用する場合には、冷却水槽４内での溶鉄の冷却によって温度が上昇し（例えば６５℃以上）、排水口８から排水された冷却水が冷却装置で冷却（例えば３０～３５℃程度に冷却）された後、冷却水供給管６から再び冷却水槽４の冷却領域部Ａに導入される。

冷却水槽４には、冷却領域部Ａにおいて溶鉄の液滴を冷却して生じた粒鉄を冷却水槽４外に搬出するための搬出コンベア７が設けられている。この搬出コンベア７は、搬送始端部７０が仕切筒体５下端の下方に位置し、搬送終端部７１が冷却水槽４の槽外に位置するように、冷却水槽４内に傾斜した状態で設置されている。
冷却領域部Ａで生成した粒鉄は、漏斗状（コーン状）の仕切筒体５で集められ、仕切筒体５の下端開口５１から落下して搬出コンベア７の搬送始端部７０に載り、そのまま搬出コンベア７により槽外に連続的に搬出される。
なお、搬出コンベア７は、水切りができるメッシュ状のコンベアベルトを備えたものが好ましい。

本実施形態では、溶鉄受け盤３は支柱９を介して仕切筒体５に支持されることで、タンディッシュ１のノズル２の下方に配置されている。
ここで、本発明の第二の形態において、ノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを調整（変更）するために、操業中に溶鉄受け盤３の高さを変える必要がある場合には、例えば、溶鉄受け盤３を支持する支柱９を伸縮可能とし、溶鉄受け盤３の高さを調整できるようにする。
また、粒鉄製造装置としては、冷却水槽４内に仕切筒体を設置することなく、冷却水供給管６を冷却水槽４自体に接続するか、若しくは冷却水供給管６の端部を冷却水槽４内に配置させてもよい。この場合には、冷却水槽４の全体または下側部分を漏斗状（コーン状）に構成するとともに、その底部に粒鉄を冷却水とともに吸引排出する排出管を接続すればよい。

［実施例１］
図１に示すような本発明の粒鉄製造装置を用い、本発明の第一の形態により、表２および表３に示す条件で粒銑を製造した。ノズルの使用限界については、粒鉄製造装置の冷却能力に基づく処理可能な溶鉄吐出量の上限に基づき、ノズル損耗によりノズル２のノズル口径がノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋２０ｍｍとなる時点とした。すなわち、本発明例として、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成し、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル２の使用限界時のノズル口径（すなわち、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界となる時のノズル口径＝ノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋２０ｍｍ）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する条件で粒銑の製造を行った。
一方、比較例として、ノズル口径ｄ_０での衝突レイノルズ数Ｉまたはノズル２の使用限界時のノズル口径での衝突レイノルズ数Ｉが、それぞれ３０００≦Ｉ≦７５００を満足しない条件で粒銑の製造を行った。

製造された粒銑のなかで、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られた製品（粒銑）の粒径を測定し、粒銑の平均粒径および最大粒径を求めた。この結果を、表２および表３に併せて示す。
粒銑粒度の測定と平均粒径および最大粒径の算出は、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１「試験用ふるい 金属製網ふるい」またはＪＩＳ Ｚ８８０１－２「試験用ふるい 金属製板ふるい」に記載の試験用ふるいを用い、ＪＩＳ Ｍ８７０６「鉄鉱石及び還元鉄－ふるい分けによる粒度分布の測定方法」に準拠して行った。
また、本実施例では１チャージ当たりの溶銑量が３００ｔであり、経験則上、ノズルの損耗によりノズル口径は１チャージ毎に約１ｍｍ拡径すると考えられるので、これを前提に５チャージ後および１０チャージ後の衝突レイノルズ数を算出した。

表２および表３によれば、比較例１～１４は、いずれもノズル口径ｄ_０での衝突レイノルズ数Ｉ、ノズルの使用限界時のノズル口径での衝突レイノルズ数Ｉのいずれかまたは両方が３０００≦Ｉ≦７５００を満足しないため、ノズル使用限界時のチャージで得られる粒銑は最大粒径がいずれも５０ｍｍを超えている。また、ノズル口径ｄ_０での衝突レイノルズ数Ｉが７５００を超える比較例８～１０は、平均粒径も２０ｍｍを超えている。これに対して発明例１～発明例１３では、ノズル使用限界時のチャージで得られる粒銑はいずれも平均粒径が２０ｍｍ以下であり、最大粒径も３５ｍｍ以下である。

［実施例２］
図１に示すような本発明の粒鉄製造装置を用い、本発明の第二の形態により、表４および表５に示す条件で粒銑を製造した。すなわち、本発明例として、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄ（溶鉄受け盤までの溶鉄落下高さｈ_ｄ）を表４に示すように構成して粒銑の製造を開始し、粒銑の製造を開始した後、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界（実施例１と同様、ノズル損耗によりノズル２のノズル口径がノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋２０ｍｍとなる時点）になるまでの間、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する状態が維持されるように、表５に示すように溶鉄落下高さｈ_ｄを調整しつつ粒銑の製造を行った。具体的には、当初１０００ｍｍであった溶鉄落下高さｈ_ｄを５チャージ後に７３７ｍｍ、１０チャージ後に５２４ｍｍ、その後さらに２０６ｍｍに変更した。なお、溶鉄落下高さｈ_ｄは、高さ調整可能な溶鉄受け盤３の高さを変えることにより調整した。
一方、比較例として、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄ（溶鉄受け盤までの溶鉄の落下高さｈ_ｄ）を表４に示すように構成して粒鉄の製造を開始し、その後、表５に示すようにそのままの条件で継続して粒銑の製造を行った。

製造された粒鉄のなかで、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られた製品（粒銑）の粒径を［実施例１］と同じ方法で測定し、粒銑の平均粒径および最大粒径を求めた。この結果を、表５に併せて示す。
なお、５チャージ後および１０チャージ後の衝突レイノルズ数を算出方法は［実施例１］と同じである。
表５によれば、比較例は、５チャージ後の衝突レイノルズ数Ｉから３０００≦Ｉ≦７５００を満足しなくなり、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られる粒銑は最大粒径が５０ｍｍを超えている。これに対して発明例は、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００に維持されるため、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られる粒銑は、平均粒径が２０ｍｍ以下、最大粒径が５０ｍｍ以下（３５ｍｍ以下）である。

［実施例３］
図１に示すような本発明の粒鉄製造装置を用い、本発明の第二の形態により、表６および表７に示す条件で粒銑を製造した。すなわち、本発明例として、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄ（溶鉄受け盤までの溶鉄落下高さｈ_ｄ）を表６に示すように構成して粒銑の製造を開始し、粒銑の製造を開始した後、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル２が使用限界（実施例１と同様、ノズル損耗によりノズル２のノズル口径がノズル口径ｄ_０（初期ノズル口径）＋２０ｍｍとなる時点）になるまでの間、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する状態が維持されるように、表７に示すようにノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０を調整しつつ粒銑の製造を行った。具体的には、当初３．６ｍ／ｓであったノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０を、タンディッシュ１の湯面高さｈを下げることにより５チャージ後に３．４ｍ／ｓ、１０チャージ後に３．２ｍ／ｓ、その後さらに２．９ｍ／ｓに変更した。
一方、比較例として、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル２のノズル口径ｄ_０、ノズル２からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル２の先端から溶鉄受け盤３の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄ（溶鉄受け盤までの溶鉄の落下高さｈ_ｄ）を表６に示すように構成して粒鉄の製造を開始し、その後、表７に示すようにそのままの条件で継続して粒銑の製造を行った。

製造された粒鉄のなかで、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られた製品（粒銑）の粒径を［実施例１］と同じ方法で測定し、粒銑の平均粒径および最大粒径を求めた。この結果を、表７に併せて示す。
なお、５チャージ後および１０チャージ後の衝突レイノルズ数を算出方法は［実施例１］と同じである。
表７によれば、比較例は、５チャージ後の衝突レイノルズ数Ｉから３０００≦Ｉ≦７５００を満足しなくなり、ノズル２が使用限界となった時のチャージで得られる粒銑は最大粒径が５０ｍｍを超えている。これに対して発明例は、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００に維持されるためノズル２が使用限界となった時のチャージで得られる粒銑は、平均粒径が２０ｍｍ以下、最大粒径が５０ｍｍ以下である。

１ タンディッシュ
２ ノズル
３ 溶鉄受け盤
４ 冷却水槽
５ 仕切筒体
６ 冷却水供給管
７ 搬出コンベア
８ 排水口
９ 支柱
１０ 溶鉄搬送容器
１１ 樋
５０ 上端開口
５１ 下端開口
７０ 搬送始端部
７１ 搬送終端部
Ａ 冷却領域部
ｘ 溶鉄
ｘ_ｃ 液柱
ｘ_ｇ 粒鉄
ｗ 冷却水

Claims (16)

1. 収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
   該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
   該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた粒鉄製造装置であって、
   下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄが構成され、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足することを特徴とする粒鉄製造装置。
   

   

   但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
   Re：レイノルズ数［－］
   We：ウェーバー数［－］
   ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
   ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
   ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
   μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
   σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
   ｇ：重力加速度［m/s^２］
   ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
   ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
   ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］
2. ノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の粒鉄製造装置。
3. 溶鉄受け盤（３）の平面形状が円形であり、該円形状の溶鉄受け盤（３）の外径Ｄ［mm］と、ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶鉄受け盤（３）に衝突する際の液柱径ｄ［mm］が、１≦Ｄ／ｄ≦７を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の粒銑製造装置。
4. 冷却水槽（４）内に上下端が開口した仕切筒体（５）を配置して、該仕切筒体（５）の内側を、上方から落下する溶鉄の液滴を受け入れて冷却する冷却領域部（Ａ）とし、
   冷却水槽（４）の外部から供給される冷却水を冷却領域部（Ａ）に導入する冷却水供給管（６）を設けたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の粒鉄製造装置。
5. 冷却領域部（Ａ）において溶鉄の液滴を冷却して生じた粒鉄を冷却水槽（４）外に搬出するための搬出コンベア（７）を備え、
   仕切筒体（５）下端の下方に搬出コンベア（７）の搬送始端部を位置させることにより、仕切筒体（５）の下端から落下した粒鉄が搬出コンベア（７）により冷却水槽（４）外に搬出されるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の粒鉄製造装置。
6. 冷却水が仕切筒体（５）内にその筒芯に対して偏芯した方向に導入されることで、冷却領域部（Ａ）で冷却水の旋回流が生じるように、冷却水供給管（６）が仕切筒体（５）に接続され、若しくは冷却水供給管（６）の端部が仕切筒体（５）内に配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の粒鉄製造装置。
7. 仕切筒体（５）の全体または下側部分が漏斗状に構成され、その漏斗状部に冷却水供給管（６）が接続され、若しくはその漏斗状部内に冷却水供給管（６）の端部が配置されることを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載の粒鉄製造装置。
8. 収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
   該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
   該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた装置を用いて粒鉄を製造する方法であって、
   下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成し、且つ、その吐出速度ｖ_０および垂直方向距離ｈ_ｄにおいてノズル口径をノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）としたときの衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足することを特徴とする粒鉄製造方法。
   

   

   但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
   Re：レイノルズ数［－］
   We：ウェーバー数［－］
   ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
   ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
   ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
   μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
   σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
   ｇ：重力加速度［m/s^２］
   ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
   ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
   ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］
9. ノズル（２）の使用限界時のノズル口径（但し、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径）が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項８に記載の粒鉄製造方法。
10. 収容した溶鉄を吐出するノズル（２）を備えたタンディッシュ（１）と、
    該タンディッシュ（１）のノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱を衝突させる溶鉄受け盤（３）と、
    該溶鉄受け盤（３）の下方に配置され、溶鉄受け盤（３）に衝突してその周囲に飛散した溶鉄の液滴を冷却水中に落下させて冷却する冷却水槽（４）を備えた装置を用いて粒鉄を製造する方法であって、
    下記（1）式～（5）式で定義される衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足するように、ノズル（２）のノズル口径ｄ_０、ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度ｖ_０、およびノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離ｈ_ｄを構成して粒鉄の製造を開始し、
    粒鉄の製造を開始した後、ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界になるまでの間、衝突レイノルズ数Ｉが３０００≦Ｉ≦７５００を満足する状態が維持されるように、吐出速度ｖ_０または／および垂直方向距離ｈ_ｄを調整することを特徴とする粒鉄製造方法。
    

    

    但し Ｉ：衝突レイノルズ数［－］
    Re：レイノルズ数［－］
    We：ウェーバー数［－］
    ｄ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の液柱径［mm］
    ｖ：ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶銑受け盤（３）に衝突する際の衝突流速［m/s］
    ρ：溶鉄の密度［kg/ m^３］
    μ：溶鉄の粘度［mPa・s］
    σ：溶鉄の表面張力［mN/m］
    ｇ：重力加速度［m/s^２］
    ｄ_０：ノズル（２）のノズル口径［mm］
    ｖ_０：ノズル（２）からの溶鉄の吐出速度［m/s］
    ｈ_ｄ：ノズル（２）の先端から溶鉄受け盤（３）の上面までの垂直方向距離［mm］
11. ノズル損耗によるノズル口径の拡径によりノズル（２）が使用限界となる時のノズル口径が、ノズル口径ｄ_０＋５ｍｍ～ノズル口径ｄ_０＋３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の粒鉄製造方法。
12. 溶鉄受け盤（３）の平面形状が円形であり、該円形状の溶鉄受け盤（３）の外径Ｄ［mm］と、ノズル（２）から吐出されて流下する溶鉄の液柱が溶鉄受け盤（３）に衝突する際の液柱径ｄ［mm］が、１≦Ｄ／ｄ≦７を満足することを特徴とする請求項８～１１のいずれかに記載の粒鉄製造方法。
13. 冷却水槽（４）内に上下端が開口した仕切筒体（５）を配置して、この仕切筒体（５）の内側を、上方から落下する溶鉄の液滴を受け入れて冷却する冷却領域部（Ａ）とし、
    冷却水槽（４）の外部から供給される冷却水を、冷却水供給管（６）を通じて冷却領域部（Ａ）に導入することを特徴とする請求項８～１２のいずれかに記載の粒鉄製造方法。
14. 冷却領域部（Ａ）において溶鉄の液滴を冷却して生じた粒鉄を冷却水槽（４）外に搬出するための搬出コンベア（７）を備え、
    仕切筒体（５）下端の下方に搬出コンベア（７）の搬送始端部を位置させることにより、仕切筒体（５）の下端から落下した粒鉄を搬出コンベア（７）により冷却水槽（４）外に搬出することを特徴とする請求項１３に記載の粒鉄製造方法。
15. 冷却水供給管（６）を通じて、冷却水を仕切筒体（５）内にその筒芯に対して偏芯した方向に導入することにより、冷却領域部（Ａ）で冷却水の旋回流を生じさせることを特徴とする請求項１３または１４に記載の粒鉄製造方法。
16. 仕切筒体（５）の全体または下側部分が漏斗状に構成され、その漏斗状部に冷却水供給管（６）を通じて冷却水を導入することを特徴とする請求項１３～１５のいずれかに記載の粒鉄製造方法。

Images