JP2023160925A - Top blowing lance for converter dephosphorization treatment and converter blowing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素を用いて溶鉄を酸化脱りん吹錬する転炉脱りん処理用の上吹きランスおよびそれを用いた転炉の吹錬方法に関する。 The present invention relates to a top blowing lance for converter dephosphorization treatment in which molten iron is oxidized and dephosphorized using oxygen, and a converter blowing method using the top blowing lance.
近年、銑鋼一貫製鉄所においてはコスト面及び品質面で有利であることから、転炉での脱炭精錬の前に予備処理工程として脱りん処理を実施し、あらかじめ溶鉄中のりんを除去するプロセスが広く行われている。これは、脱りん反応は精錬温度が低いほど進行しやすく、溶鋼段階よりも溶鉄段階のほうが脱りん反応は進行しやすく少ない副原料で脱りん精錬を行うことができるためである。 In recent years, in integrated pig steel works, dephosphorization is carried out as a preliminary treatment process to remove phosphorus from the molten iron before decarburization refining in the converter because it is advantageous in terms of cost and quality. The process is widely practiced. This is because the dephosphorization reaction progresses more easily as the refining temperature is lower, and the dephosphorization reaction progresses more easily in the molten iron stage than in the molten steel stage, and dephosphorization refining can be carried out with fewer auxiliary materials.
この溶鉄の脱りん処理は、生石灰などのＣａＯを主成分とする脱りん用媒溶材を添加し、かつ酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を脱りん剤として添加する。溶鉄の脱りん現象を以下の反応式（３）に示す。
２［Ｐ］＋２（ＦｅＯ）＋３（ＣａＯ・ＦｅＯ）（ｌ）
→ （３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５）（ｓ）＋５［Ｆｅ］ ・・・（３）
ここで、［Ｍ］は溶鉄中の元素Ｍを表し、（Ｓ）はスラグ中の化学物質Ｓを表す。
（３）式よりわかる通り、脱りん反応は酸化反応であり、酸化鉄（ＦｅＯ）の存在が不可欠である。また生成したりん酸化物（Ｐ２Ｏ５）は不安定であるので、石灰（ＣａＯ）と反応させて（３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５）として、スラグ中に安定化させる必要がある。そのため、脱りんには、石灰が同様に不可欠である。スラグ中の（ＦｅＯ）は上吹きランスから噴出される酸素含有ガスが鉄浴面に吹き付けられる面である火点に吸収され、鉄を酸化することで生成する。また、りん酸化物と反応する石灰は、投入された時点では融点が２５００℃以上であり、炉内温度１３００～１５００℃に比べ圧倒的に融点が高く反応効率が著しく低位である。しかしながら、酸化鉄と反応して低融点のカルシウムフェライト（ＣａＯ・ＦｅＯ）を形成することで滓化し、脱りん反応に寄与することになる。上記のことから酸化鉄は、直接Ｐを酸化するだけでなく、石灰の滓化を通じて脱りん反応効率の向上にも寄与することがわかる。
In this dephosphorization treatment of molten iron, a dephosphorizing solvent mainly composed of CaO, such as quicklime, is added, and an oxygen source such as oxygen gas or iron oxide is added as a dephosphorizing agent. The dephosphorization phenomenon of molten iron is shown in the following reaction formula (3).
2[P]+2(FeO)+3(CaO・FeO)(l)
→ (3CaO・P 2 O 5 ) (s) + 5 [Fe] ... (3)
Here, [M] represents the element M in the molten iron, and (S) represents the chemical substance S in the slag.
As can be seen from equation (3), the dephosphorization reaction is an oxidation reaction, and the presence of iron oxide (FeO) is essential. Furthermore, since the generated phosphorus oxide (P 2 O 5 ) is unstable, it must be stabilized in the slag by reacting with lime (CaO) to form (3CaO·P 2 O 5 ). Lime is therefore equally essential for dephosphorization. (FeO) in the slag is generated when the oxygen-containing gas ejected from the top blowing lance is absorbed by the fire point, which is the surface on which the iron bath surface is blown, and oxidizes the iron. Furthermore, lime that reacts with phosphorous oxide has a melting point of 2,500°C or higher at the time it is added, which is overwhelmingly higher than the furnace temperature of 1,300 to 1,500°C, and the reaction efficiency is extremely low. However, it reacts with iron oxide to form low-melting-point calcium ferrite (CaO.FeO), which turns into slag and contributes to the dephosphorization reaction. From the above, it can be seen that iron oxide not only directly oxidizes P, but also contributes to improving the dephosphorization reaction efficiency by turning lime into slag.
上述の通り、溶鉄の脱りん処理においてＣａＯの滓化が重要な役割を担っているため、ＣａＯの滓化を促すため、溶鉄に酸素噴流が直接接触し、絶えずＦｅＯが供給されている火点へ石灰を供給することでＣａＯの滓化を促進する手法が採用されることが多い。 As mentioned above, the formation of CaO into slag plays an important role in the dephosphorization process of molten iron, so in order to promote the formation of CaO into slag, an oxygen jet is brought into direct contact with the molten iron, and FeO is continuously supplied at a hot point. A method of promoting slag formation of CaO by supplying lime is often adopted.
例えば、特許文献１では、転炉内の溶鉄に対してＣａＯ源を主体とする脱りん用媒溶材を添加し、上吹きランスから溶鉄浴面に酸素ガスの吹き付けを行う脱りん処理方法において、上吹きランスからの酸素ガスの供給速度を１．５－５．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／溶鉄－ｔｏｎとしスラグ中ＦｅＯ濃度を高く維持し、前記脱りん用媒溶材のうち少なくとも一部が酸素ガスの吹き付けによって溶鉄浴面に生ずる火点に吹き付けられるようにすることでカルシウムフェライトの形成を促進し効率よく脱りんする方法が提案されている。
For example,
また、特許文献２では、上吹きランスの主孔の平均傾角が１３°以上とされており、また隣り合う主孔からの噴流間干渉率は３０～６０％の範囲内とし噴流を合体させることで減衰の少ない超音速ジェットが得られるものでありながら、媒溶材の吹き付けを行ってもノズルの損耗が少なくなるような設計がなされている。特許文献２では、粉体状媒溶材は合体した噴流と同様の軌跡をとり、火点へ効果的に投射できるとされている。
Furthermore, in
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
特許文献１に開示の技術では、送酸量に適正範囲を指定しているものの、上記適正範囲は生成したＦｅＯが脱りん・脱炭反応のために消費され続けることを前提としており、上記前提を満たすための言及はなされていない。
However, the above conventional technology has the following problems.
Although the technology disclosed in
生成したＦｅＯが脱りん・脱炭反応に寄与し消費されるづけるためには反応物である溶鉄中のＰやＣがＦｅＯの存在するスラグメタル界面、あるいは火点領域へ供給される必要がある。ところが、上吹きランス噴流の浴面動圧が不足し、溶鉄の攪拌が不足するとその供給が滞り、脱りん・脱炭反応が低位となる。そのため、ＦｅＯの消費が少なくなり、スラグ中に過剰にたまる。この問題を回避するため、ランスを設計する際は操業ごとに目標とする浴面動圧が決まっており、上記を達成しうるようにランス形状を設定することが一般的である。 In order for the generated FeO to contribute to the dephosphorization and decarburization reactions and be consumed, the reactants P and C in the molten iron must be supplied to the slag-metal interface where FeO exists or to the hot spot region. . However, if the bath surface dynamic pressure of the top-blown lance jet is insufficient and the molten iron is not sufficiently stirred, its supply will be delayed, and the dephosphorization and decarburization reactions will be at a low level. Therefore, FeO is consumed less and excessively accumulates in the slag. To avoid this problem, when designing a lance, the target bath surface dynamic pressure is determined for each operation, and the lance shape is generally set so as to achieve the above target.
しかし、実操業において設計通りの浴面動圧を恒常的に得ることは困難である。ランスから吐出された噴流は雰囲気ガスを巻き込み流速の減衰を続けながら浴面へ達するため、浴面動圧を検討する際にはランスから浴面までの距離（ランス高さ）が重要な因子として寄与する。一方で実転炉では冷鉄源として投入したスクラップの溶け残りや炉内付着地金等に起因して、炉内の形状・容積が時々刻々変化する。結果、浴面位置が設計位置に対し１００～３００ｍｍ程度増減することが頻繁に発生する。特に浴面位置が低下するような場合では浴面の低下分だけランスから浴面までの距離が大きくなって噴流が余分に減衰し、浴面動圧不足となる。このときスラグ中には反応に寄与しない余剰のＦｅＯが大量に存在することになる。 However, in actual operation, it is difficult to constantly obtain the designed bath surface dynamic pressure. The jet discharged from the lance entrains atmospheric gas and reaches the bath surface while the flow rate continues to decrease, so when considering the bath surface dynamic pressure, the distance from the lance to the bath surface (lance height) is an important factor. Contribute. On the other hand, in an actual converter, the shape and volume inside the furnace change from time to time due to unmelted scrap input as a source of cold iron and metal deposits inside the furnace. As a result, the bath surface position frequently increases or decreases by about 100 to 300 mm from the designed position. In particular, when the bath surface position is lowered, the distance from the lance to the bath surface increases by the amount of the lowering of the bath surface, causing extra attenuation of the jet flow and insufficient dynamic pressure on the bath surface. At this time, there will be a large amount of surplus FeO that does not contribute to the reaction in the slag.
上記のような環境では、スラグ中に懸濁する粒鉄中のＣと脱りんや脱炭に寄与しない過大なＦｅＯとの間で反応が進行し大量のＣＯガスがスラグ中に生じる。その結果、スラグが過剰に泡立ち、炉口からあふれだすスロッピングと呼ばれる現象が発生する。スロッピングによりあふれたスラグは炉下に飛散し出湯・排滓用の鍋台車用線路をふさぐため、頻繁に炉下を掃除する必要が発生し操業を阻害する。ゆえに、上吹きランスからの酸素含有ガスの噴射においては、適量のＦｅＯを供給すると同時に適切に溶鉄中ＰやＣとの反応を進行させ続けなければならない。 In the above environment, a reaction proceeds between C in the iron particles suspended in the slag and an excessive amount of FeO that does not contribute to dephosphorization or decarburization, and a large amount of CO gas is generated in the slag. As a result, the slag foams excessively and overflows from the furnace mouth, a phenomenon called slopping. The overflowing slag from slopping scatters under the furnace and blocks the tracks for the pot trucks used for tapping and draining slag, making it necessary to frequently clean the area under the furnace and hindering operations. Therefore, when injecting oxygen-containing gas from the top-blowing lance, it is necessary to supply an appropriate amount of FeO and at the same time continue to appropriately continue the reaction with P and C in the molten iron.
特許文献１では、脱りんに必要となるＦｅＯの供給量を富化するために必要な酸素供給量に関し言及しているが、上述の通り操業の中で湯面位置が低下し、ランス高さが高くなり攪拌動力が不足した際、溶鉄中のＰやＣとの反応が滞る問題に対する対策がなされていない。この問題は操業阻害因子となるスロッピングを引き起こし、生産性を著しく悪化させるため重要な課題である。
上記課題の解決法として、ランス高さに対する噴流の減衰が小さな上吹きランスが開発されている。たとえば、特許文献２に開示の技術では、多孔ノズルから吐出される噴流同士をあえて干渉・偏向するよう設計し合体噴流とし減衰の少ないジェットとすることで、前記ランス高さの影響を受けず狙いの動圧を安定的に得ている。しかし、特許文献２に開示の方法では、ランスノズルから供給される粉体が噴流と同様の軌跡を得られる根拠が示されていない。そのため、酸化性ガス噴流が溶鉄に吸収されてＦｅＯが生成される領域と、脱りんに必要な副原料である脱りん剤が到達する領域が異なるおそれがある。したがって、ＦｅＯ、ＰおよびＣａＯの３者の共存を必要とする上掲式（３）の反応式の進行が悪くなることが課題となる。特許文献２に示すようなランスでは、密度が大きく慣性力の大きな粉体状脱りん剤は噴流よりも直進性が高く、噴流が干渉・偏向したとしても、噴流への追従性が悪くなり、反応に寄与しない脱りん剤が多く発生する。そのため、脱りん反応効率も悪化する。
As a solution to the above-mentioned problems, a top-blown lance has been developed in which the jet stream is attenuated less with respect to the lance height. For example, in the technology disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、連続操業の中で変動し、かつ制御困難なパラメーターであるランス高さの影響を最小化しスロッピングの発生を抑制しうることを達成したうえで、さらに脱りん剤の反応効率の高い上吹きランスを提供するとともに、その上吹きランスを使用した転炉の吹錬方法を提案することにある。 The present invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to minimize the influence of lance height, which is a parameter that fluctuates during continuous operation and is difficult to control, and to improve slopping. The object of the present invention is to provide a top-blowing lance that can suppress the generation of dephosphorizing agents, and also to provide a top-blowing lance with high dephosphorizing agent reaction efficiency, as well as to propose a converter blowing method using the top-blowing lance.
上記課題を有利に解決する本発明の転炉脱りん処理用上吹きランスは、ランス軸に対し回転対称に配置された複数の周孔を有し、下記の（１）式（式中、Ｘｉは、条件ｉにおいて、浴面相当面上のランス軸投影位置からの距離を表し、添字ｊｅｔは、干渉によって偏向させられた噴流の中心位置を示し、添字ｌｉｎｅａｒは、周孔中心軸線の延長上の位置を表す。）で定義される噴流直進度γが０．３１以上０．５０以下（０．３７以下を除く）であることを特徴とする。
γ＝Ｘｊｅｔ／Ｘｌｉｎｅａｒ ・・・（１）
The top blowing lance for converter dephosphorization treatment of the present invention, which advantageously solves the above problems, has a plurality of circumferential holes arranged rotationally symmetrically with respect to the lance axis, and has the following formula (1) (where Xi In condition i, represents the distance from the lance axis projection position on the surface equivalent to the bath surface, the subscript jet represents the center position of the jet deflected by interference, and the subscript linear represents the distance on the extension of the central axis of the peripheral hole. It is characterized in that the jet flow straightness γ defined by (representing the position of ) is 0.31 or more and 0.50 or less (excluding 0.37 or less).
γ=X jet /X linear ...(1)
なお、本発明にかかる転炉脱りん処理用上吹きランスは、転炉内の溶鉄に上吹きランスから酸素ガスとともにＣａＯを主成分とする脱りん用媒溶材を転炉内の溶鉄に吹き付けて、溶鉄からりんを酸化除去するための上吹きランスであって、下記の（２）式で定義される媒溶材のラップ率λが、０．１９以上となるよう設計されていること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
λ＝（火点内へ投射された媒溶材総重量）/（供給した媒溶材総重量） ・・・（２）
The top blowing lance for converter dephosphorization treatment according to the present invention sprays a dephosphorization medium mainly composed of CaO along with oxygen gas from the top blowing lance onto the molten iron in the converter. , a top blowing lance for oxidizing and removing phosphorus from molten iron, which is designed so that the wrap ratio λ of the solvent material defined by the following equation (2) is 0.19 or more. It is considered that this can be a preferable solution.
λ = (Total weight of solvent thrown into the fire point) / (Total weight of supplied solvent) ... (2)
上記課題を有利に解決する転炉吹錬方法は、上吹きランスを用い、該上吹きランスから酸素ガスを吹き付けて溶鉄からりんを酸化除去する転炉吹錬方法であって、前記上吹きランスは、ランス軸に対し回転対称に配置された複数の周孔を有し、上記の（１）式で定義される噴流直進度γを０．３１以上０．５０以下（０．３７以下を除く）とすることを特徴とする。 A converter blowing method that advantageously solves the above problems is a converter blowing method in which a top blowing lance is used and oxygen gas is blown from the top blowing lance to oxidize and remove phosphorus from molten iron. has a plurality of circumferential holes arranged rotationally symmetrically with respect to the lance axis, and has a jet straightness γ defined by equation (1) above of 0.31 or more and 0.50 or less (excluding 0.37 or less). ).
なお、本発明にかかる転炉吹錬方法は、転炉内の溶鉄に上吹きランスから酸素ガスを吹き付けるとともに、ＣａＯを主成分とする脱りん用媒溶材を転炉内の溶鉄に供給して溶鉄からりんを酸化除去する転炉吹錬方法であって、前記脱りん用媒溶材の少なくとも一部を上吹きランスから転炉内の溶鉄浴面に向けて吹き付け添加するにあたり、上記の（２）式で定義される媒溶材のラップ率λを、０．１９以上とすること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。 The converter blowing method according to the present invention includes blowing oxygen gas from a top blowing lance onto the molten iron in the converter, and supplying a dephosphorizing medium containing CaO as a main component to the molten iron in the converter. A converter blowing method for oxidizing and removing phosphorus from molten iron, in which at least a part of the dephosphorizing medium is added by spraying from an upper blowing lance toward the molten iron bath surface in the converter, the above (2) ) It is considered that a more preferable solution may be to set the wrap rate λ of the solvent material to 0.19 or more.
本発明によれば、多孔ランスから供給される酸素ジェットを積極的に干渉させ、合体噴流とし、ランス高さの変動による減衰の小さな噴流を得ることでスロッピングを抑制しうる。その結果、安定して脱りん処理を行うことができる。 According to the present invention, slopping can be suppressed by actively interfering with the oxygen jets supplied from the porous lance to form a combined jet to obtain a jet with little attenuation due to variations in the lance height. As a result, dephosphorization can be performed stably.
また、加えて、好ましくは、ノズル形状・粉体媒溶材粒度・送酸量などの設計項目のパラメーターが酸化性ガスと粉体媒溶材の軌道へ与える影響を事前に推定し、噴流合体下において火点へ到達する媒溶材量を最大化しうるランスを提供できる。その結果、スロッピングの恐れがなく安定操業可能であり、かつ、副原料コストの抑制が達成される。 In addition, it is preferable to estimate in advance the influence of design parameters such as nozzle shape, particle size of the powder medium, and amount of oxygen supplied on the trajectory of the oxidizing gas and the powder medium, and to It is possible to provide a lance that can maximize the amount of solvent that reaches the flash point. As a result, stable operation is possible without fear of slopping, and the cost of auxiliary raw materials can be suppressed.
以下、本発明を好ましい実施形態に基づき説明するにあたり、まず、本発明に至った検討結果について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる上吹きランス先端部２の縦断面の拡大模式図である。図２は、図１に示す周孔のノズル部３形状を拡大した断面図である。
Hereinafter, in explaining the present invention based on preferred embodiments, first, the study results that led to the present invention will be explained. FIG. 1 is an enlarged schematic longitudinal cross-sectional view of a top
従来から、転炉脱りん処理用の上吹きランス１では、上掲（３）式にて表現される脱りん反応の促進を目的とし、ＦｅＯの生成を促す設計をしている。具体的には、（Ａ）低浴面動圧によりスラグ中へのＦｅＯ蓄積量を高め、（Ｂ）鉄浴面に酸素が吸収される火点の面積を拡大するようにしている。つまり、上記ＡおよびＢの条件を満たすため、複数個のノズルを有する多孔ランスを用いてジェットを分散させ、衝突圧を低減し、かつ、火点面積を拡大しうることを目的としたランス設計がなされていた。なお、上吹きランス先端部２に複数個のノズルを設置する場合、中心位置（ランス軸と同軸）に設置されたノズルを中心孔、中心孔の周囲に設置されたノズルを周孔４と称している。周孔４はランス軸を中心として回転対称に均等に配置される。一方で、ランスの孔数を増やして、ノズル間隔を狭めると、噴流どうしが相互に干渉し合体することが知られている。
Conventionally, the
また、従来の設計では、ノズル間隔を大きくとり、噴流どうしの干渉を避け、かつ火点を大きくするためにノズル傾角θを大きくするランス設計も広くとられてきた。ここで、ノズル傾角θとは、上吹きランスの中心軸（ランス軸）１１と、各周孔４の吐出方向中心軸４２とのなす角である。なお、ノズル傾角θを過度に大きくすると、ランス先端部２から吐出された酸化性ガス噴流が直接転炉内壁に衝突し炉内レンガを著しく損耗させるため、ノズル傾角θには上限が存在する。上記のように、従来の転炉脱りん処理用の上吹きランス１は独立噴流型の多孔ランスを使用してきた。
Furthermore, in conventional designs, a lance design has been widely adopted in which the nozzle interval is increased to avoid interference between jets and the nozzle inclination angle θ is increased in order to increase the spark point. Here, the nozzle inclination angle θ is the angle formed between the central axis (lance axis) 11 of the top blowing lance and the
上記効果検討のため、発明者らは様々な形状の多孔ランスを用いて、３４０ｔ規模の転炉を用いた脱りん吹錬試験を各ランスに対しそれぞれ４０～８０チャージ実施した。その際、酸化性ガス噴流の干渉度合いを定量評価するために、下記（１）式によって噴流直進度γを定義した。その概念を図３に示す。噴流直進度γは以下のように計算する。まず、酸素ジェットが直線的に進み偏向しないものとした場合に、酸化性ガス噴流中心の計算浴面到達位置（＝ランス高さＨ相当位置１００）、つまり、周孔中心軸４２の延長線の浴面相当面１００上位置と浴面相当面１００上のランス軸１１投影位置との間の距離（Ｘｌｉｎｅａｒ）を分母とする。そして、噴流の干渉の影響を考慮して、数値流体解析にて算出した噴流中心１０１の浴面相当面１００上位置と浴面相当面１００上のランス軸１１投影位置との間の距離（Ｘｊｅｔ）を分子として表した数値である。噴流直進度γが高いほど噴流の独立性が高く、低いほど噴流が偏向し合体傾向が強くなっていることを表す。なお噴流の軌跡１０１を算出する数値流体解析はSTAR-CCM+を用いた。計算に当たり、上吹きランス１下端中心位置Ｏを原点とし、周孔出口４１中心位置を含む水平線をＸ軸と置き、ランス軸１１を垂直下向きにＺ軸と置いた。また、Ｘ軸上（Ｚ＝０）の噴流開始位置は、上吹きランス下端位置での周孔出口４１中心をつなぐ円の直径Ｐの半分と置いた。
γ＝Ｘｊｅｔ／Ｘｌｉｎｅａｒ ・・・（１）
ここで、Ｘｉは、条件ｉにおいて、浴面相当面上のランス軸投影位置からの距離を表し、
添字ｊｅｔは、干渉によって偏向させられた噴流の中心位置１０１を示し、
添字ｌｉｎｅａｒは、周孔中心軸線４２の延長上の位置を表す。
In order to study the above effects, the inventors used porous lances of various shapes and conducted a dephosphorization blowing test using a 340-ton converter with 40 to 80 charges for each lance. At this time, in order to quantitatively evaluate the degree of interference of the oxidizing gas jet, the jet straightness γ was defined by the following equation (1). The concept is shown in Figure 3. The jet straightness γ is calculated as follows. First, when it is assumed that the oxygen jet advances linearly and is not deflected, the calculated bath surface arrival position of the center of the oxidizing gas jet (=
γ=X jet /X linear ...(1)
Here, Xi represents the distance from the lance axis projected position on the surface equivalent to the bath surface under condition i,
The subscript jet indicates the
The subscript linear represents a position on the extension of the peripheral
３４０ｔ規模転炉での脱りん吹錬結果を実施した際、発明者らは噴流直進度γの高いランスほどスロッピング頻度が高くなる傾向を見出した。また、噴流直進度γの低いランスではスロッピングの発生頻度が低いことも併せて見出した。スロッピングの主たる原因が前述の通り上吹き噴流の動圧不足と考えると、噴流直進度の高いランスでは、吹錬時に設計浴面動圧以下に動圧が低下しているチャージが頻度として高かったことが推定される。これは上吹きランスから供給する酸素ガスが同じ総流量であっても、独立噴流とした場合のほうが噴流の表面積が大きく、雰囲気ガスを巻き込みやすくなることにより、噴流の減衰が顕著化して、ランス高さの影響に敏感になることが一因と考えられる。それに加え、吹錬ごとに炉内環境が変動し浴面高さが操業の中で時々刻々と変化して、設計値から外れた状態が発生しうることを合わせて考慮すれば定性的に説明可能である。 When carrying out dephosphorization blowing results in a 340-ton scale converter, the inventors found that the slopping frequency tended to be higher for lances with higher jet straightness γ. We also found that slopping occurs less frequently in lances with low jet straightness γ. Considering that the main cause of slopping is the lack of dynamic pressure in the top-blowing jet as mentioned above, in lances with a high jet straightness, there are many cases where the dynamic pressure drops below the design bath surface dynamic pressure during blowing. It is presumed that This is because even if the total flow rate of oxygen gas supplied from the top blowing lance is the same, when the jet is an independent jet, the surface area of the jet is larger and atmospheric gas is more likely to be drawn in, so the attenuation of the jet becomes more pronounced and the lance This is thought to be due to sensitivity to the effects of height. In addition, if we take into account the fact that the furnace environment fluctuates during each blowing process, and the bath surface height changes from moment to moment during operation, conditions that deviate from the design value may occur, this can be qualitatively explained. It is possible.
一般に浴面高さの測定にはサブランスを用いるが、サブランスでの浴面測定をしている時間の分、吹錬時間が延長するため、頻繁に実施することは生産性を著しく低下させる。安定して浴面高さを測定することが困難である以上、転炉脱りん処理用上吹きランスの具備条件としてランス高さの影響に鈍感であること、すなわち減衰しにくい噴流を満たす必要があると分かった。以上より、あえて噴流同士を干渉・合体させ減衰させにくくする合体噴流型の多孔ランスを採用するべきことを知見した。上記知見の確認のため試験結果より噴流の合体度を示す指標である噴流直進度γを低下させ噴流合体型ランスによる試験を実施したところ、噴流直進度γを０．５０以下に設定するとスロッピング頻度を低減しうることを確認した。一方で噴流直進度を０．３１よりも小さくした際、噴流が完全に合体し、単孔ノズル（中心孔のみのランス）と同様の挙動をとり制御しえない高浴面動圧をとなった。その結果、溶鉄の飛散が発生しランス地金付き等のトラブルが発生するおそれがあることがわかった。また０．３１よりも小さくした水準では高浴面動圧の強すぎる攪拌力に起因し、生成したＦｅＯが脱炭に消費されてしまい脱りん効率も悪化した。以上から噴流直進度γは０．３１以上０．５０以下の範囲とする必要があると判断した。 Generally, a sub-lance is used to measure the bath surface height, but since the blowing time is extended by the time spent measuring the bath surface with the sub-lance, frequent measurement will significantly reduce productivity. Since it is difficult to stably measure the bath surface height, the top-blowing lance for converter dephosphorization treatment must be insensitive to the influence of lance height, that is, it must satisfy a jet flow that is difficult to attenuate. I found out that there is. From the above, it was found that a combined jet type porous lance should be adopted, which makes it difficult for the jets to interfere with each other and combine to cause attenuation. In order to confirm the above findings, we conducted a test using a jet combination type lance by lowering the jet straightness γ, which is an index of the degree of jet coalescence, and found that when the jet straightness γ was set to 0.50 or less, slopping occurred. It was confirmed that the frequency could be reduced. On the other hand, when the straightness of the jet stream is made smaller than 0.31, the jet streams completely coalesce, resulting in a behavior similar to that of a single-hole nozzle (lance with only a center hole), resulting in uncontrollable high bath surface dynamic pressure. Ta. As a result, it was found that there was a risk of molten iron scattering and problems such as lance attachment. Further, at a level lower than 0.31, the generated FeO was consumed for decarburization due to the excessively strong stirring force of the high bath surface dynamic pressure, and the dephosphorization efficiency also deteriorated. From the above, it was determined that the jet straightness γ should be in the range of 0.31 or more and 0.50 or less.
ＣａＯの滓化促進のために上吹きランスより酸化性ガスとともに石灰を含有する粉体状精錬媒溶材をＦｅＯ生成サイトである火点へ吹き付けるような操業を行う。このような操業に上記噴流合体型のランスを採用した際、噴流と石灰の軌道が異なることが懸念事項として挙げられた。これは低密度・低慣性力のため偏向しやすい噴流に対し密度が高く慣性力も大きな固体である粉体状媒溶材は直進性が高いことに起因する。上記を定量的に評価するため、本発明では下記（２）式で定義するラップ率λを採用した。上記検討の一例として、STAR-CCM+による数値流体解析を利用し、周孔数を８孔、ノズル傾角θ＝１６°のランスノズルから３００００Ｎｍ３／ｈの酸素ガスとともに平均粒度２００μｍの石灰を投射した際の火点相当領域６と石灰分布（石灰投射領域）７とを計算して比較した結果を図４に示す。なお、ここで火点相当領域６は０．１ｋＰａ以上の動圧がかかっている領域とした。本解析からもわかる通り、噴流が偏向する際の粉体の追従性は低く、火点相当領域６に到達しえない媒溶材が発生し脱りん吹錬への寄与効率が低下する。
λ＝（火点内へ投射された媒溶材総重量）/（供給した媒溶材総重量） ・・・（２）
In order to promote CaO slag formation, an operation is carried out in which a powdered refining medium containing oxidizing gas and lime is blown from a top blowing lance to the fire point, which is the FeO generation site. When the above-mentioned jet combined type lance was adopted for such operations, a concern was raised that the trajectories of the jet and the lime differed. This is because the powdered medium, which is a solid with a high density and a large inertial force, has a high straightness, whereas a jet flow is easily deflected due to its low density and low inertial force. In order to quantitatively evaluate the above, the present invention employs a wrap rate λ defined by the following equation (2). As an example of the above study, using computational fluid analysis using STAR-CCM+, lime with an average particle size of 200 μm was projected along with 30,000 Nm 3 /h of oxygen gas from a lance nozzle with 8 circumferential holes and a nozzle inclination of θ = 16°. FIG. 4 shows the results of calculating and comparing the area 6 corresponding to the flash point and the lime distribution (lime projection area) 7. Here, the region 6 corresponding to the flash point was defined as a region to which a dynamic pressure of 0.1 kPa or more was applied. As can be seen from this analysis, the followability of the powder when the jet is deflected is low, and a solvent material that cannot reach the region 6 corresponding to the flash point is generated, reducing the contribution efficiency to dephosphorization blowing.
λ = (Total weight of solvent thrown into the fire point) / (Total weight of supplied solvent) ... (2)
上記欠点を改良するには粉体の追従性を上げるか、スロッピングを引き起こさない範囲で噴流の直進性を高めることにより解決可能である。しかし、粉体の追従性を向上するためには石灰の粒度を細かくする必要があり、粒度を細かくするほどに媒溶材の重量当たり単価が上がりコストが上昇する。そのうえ、過度に粒度の細かな粉体は静電気の影響を受けやすいため、送給の際に輸送管内へ固着しやすく閉塞を引き起こす。そこで、本実施形態ではスロッピングの発生しない領域で噴流の直進性を高めることを選択した。 The above drawbacks can be improved by increasing the followability of the powder or by increasing the straightness of the jet flow within a range that does not cause slopping. However, in order to improve the followability of the powder, it is necessary to make the particle size of lime finer, and the finer the particle size, the higher the unit price per weight of the solvent material and the higher the cost. Moreover, powder with excessively fine particle size is easily affected by static electricity, so it tends to stick inside the transport pipe during feeding, causing blockage. Therefore, in this embodiment, it was chosen to improve the straightness of the jet flow in a region where slopping does not occur.
噴流の直進性の向上のためには噴流の慣性力を大きくするか、噴流間の干渉を小さくすることがあげられる。前者に関しては送酸流量を大きくすることで達成しうるが、過度な送酸は脱炭を促進し、溶銑温度を上昇させるため脱りん反応にとっては不利となる。そこで、本実施形態では噴流間の干渉を小さくすることを採用した。噴流間の干渉を小さくすることは噴流間の距離を大きくとることと同義であり、上吹きランスではノズル孔数・傾角を変更することで調整する。本実施形態においてもノズル孔数、傾角θをパラメーターとし噴流の干渉を変化させ、このときの各ラップ率λを数値流体解析から評価した。なお本検討に関して、火点相当領域６は０．１ｋＰａ以上の動圧がかかっている領域を採用し、３００００Ｎｍ３／ｈの酸素ガスとともに平均粒度２００μｍの粉体石灰を５ｋｇ／ｔ－溶鉄となるよう投射した場合を設定した。また同じ条件のもと３４０ｔ転炉にて脱りん吹錬を実施した。 In order to improve the straightness of the jet flow, it is possible to increase the inertial force of the jet flow or to reduce the interference between the jet flows. The former can be achieved by increasing the oxygen flow rate, but excessive oxygen flow promotes decarburization and increases the hot metal temperature, which is disadvantageous for the dephosphorization reaction. Therefore, in this embodiment, it is adopted to reduce the interference between the jets. Reducing interference between jets is synonymous with increasing the distance between jets, and in the case of a top-blowing lance, this is adjusted by changing the number of nozzle holes and the angle of inclination. In this embodiment as well, the number of nozzle holes and the angle of inclination θ were used as parameters to change the interference of the jet flow, and each wrap rate λ at this time was evaluated from computational fluid analysis. Regarding this study, the region 6 corresponding to the flash point is an area where a dynamic pressure of 0.1 kPa or more is applied, and powdered lime with an average particle size of 200 μm is mixed with 30,000 Nm 3 /h of oxygen gas to form 5 kg/t of molten iron. I set the case when projected like this. Dephosphorization blowing was also carried out in a 340t converter under the same conditions.
上記検討の結果より、ノズル傾角θを大きくするに従いラップ率λが向上する傾向がえられたが、傾角θを２０°としたときラップ率λが低下した。上記現象は、直進性の高い石灰は傾角θが大きくなるほど幾何学的にランス高さ×ｔａｎθだけランス中心から離れた箇所へ投射される一方で、噴流直進度γの向上が追随できなくなることに起因する。またラップ率λの向上に応じて石灰の脱りん能が向上したことから、ラップ率λが石灰の脱りん効率を表現しうることを確認した。このときラップ率λが０．１９より小さくなると脱Ｐ量が１．０ｋｇ／ｔを下回ることから最低でもλを０．１９以上とすることが望ましい。なお、上記した噴流直進度γの適切な範囲を考慮すると、ラップ率λの上限は０．５５程度となる。より好ましくは、ラップ率λが０．２０以上であり、さらに好ましくは、０．２０～０．５０の範囲である。 From the results of the above study, it was found that the wrap rate λ tended to improve as the nozzle inclination angle θ increased, but when the inclination angle θ was set to 20°, the wrap rate λ decreased. The above phenomenon is due to the fact that as the inclination angle θ increases, the lime with high straightness is geometrically projected to a location that is distanced from the lance center by the lance height x tan θ, but the improvement in the straightness of the jet flow γ cannot be followed. to cause. Furthermore, since the dephosphorization ability of lime improved as the wrap rate λ increased, it was confirmed that the wrap rate λ can express the dephosphorization efficiency of lime. At this time, if the wrap rate λ becomes less than 0.19, the amount of P removed will be less than 1.0 kg/t, so it is desirable that λ be at least 0.19 or more. Note that, considering the appropriate range of the jet flow straightness γ described above, the upper limit of the wrap rate λ is about 0.55. More preferably, the wrap rate λ is 0.20 or more, and even more preferably in the range of 0.20 to 0.50.
以下、発明例を比較例、参考例とともに示す。容量が３４０トンで、酸素を上吹きし、攪拌用ガスを底吹きする上底吹き複合吹錬用転炉内に約３４０トンの溶鉄を装入し、脱りん吹錬を行った。用いた溶鉄は、脱硫処理後溶鉄であり、溶鉄のケイ素濃度は０．３～０．５質量％、リン濃度は０．１２～０．１４質量％であった。転炉内には石灰系フラックスを上吹きランスから精錬酸素とともに５ｋｇ／ｔ－溶鉄となるよう投射した。転炉底吹き用に設置した羽口からは溶湯攪拌のためアルゴンまたは窒素を１０～５０Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で吹き込んだ。また、送酸は上吹きランスにより行い、吹錬前半の脱Ｓｉ期では５００００Ｎｍ３／ｈ程度、後半の脱りん期では３００００Ｎｍ３／ｈ程度吹き込んだ。ランス高さＨは動圧が極力同一となるよう各ランスノズルに対して設定した。吹錬開始時の溶鉄温度は約１２５０℃、吹錬終了時の目標溶鉄温度は１３８０℃を目標とした。用いた発明例の上吹きランスは周孔のみがそれぞれ８個設置されたノズルで傾角θは１４～１８°、噴流直進度γは０．３１～０．５０、ラップ率λは０．１９～０．４０であった。 Invention examples will be shown below along with comparative examples and reference examples. Approximately 340 tons of molten iron was charged into a top-bottom blowing combined blowing furnace with a capacity of 340 tons, in which oxygen was blown from the top and stirring gas was blown from the bottom, and dephosphorization blowing was performed. The molten iron used was desulfurized molten iron, and the silicon concentration of the molten iron was 0.3 to 0.5% by mass, and the phosphorus concentration was 0.12 to 0.14% by mass. Lime-based flux was injected into the converter from a top blowing lance together with refining oxygen to give 5 kg/t of molten iron. Argon or nitrogen was blown at a rate of 10 to 50 Nm 3 /min through the tuyeres installed for bottom blowing of the converter to stir the molten metal. Further, oxygen was supplied using a top-blowing lance, and the amount of oxygen was blown at about 50,000 Nm 3 /h in the first half of the de-Si phase of blowing, and about 30,000 Nm 3 /h in the second half of the dephosphorizing phase. The lance height H was set for each lance nozzle so that the dynamic pressure was as similar as possible. The target molten iron temperature at the start of blowing was approximately 1250°C, and the target molten iron temperature at the end of blowing was 1380°C. The top-blowing lance used in the invention example has a nozzle in which only eight peripheral holes are installed, and the inclination angle θ is 14 to 18 degrees, the jet straightness γ is 0.31 to 0.50, and the wrap rate λ is 0.19 to 0.19. It was 0.40.
また、比較例として噴流直進度γが１．００となるよう設計した傾角θ＝１４°の４孔ノズル（Ｎｏ．１）、および、噴流直進度γが０．８４となるよう設計した傾角θ＝１４°の５孔ノズル（Ｎｏ．２）の試験を実施した。なおラップ率λに関してはそれぞれ１．００、０．８７であった。操業条件は発明例と同一である。 In addition, as a comparative example, a four-hole nozzle (No. 1) with an inclination angle θ = 14° designed so that the jet straightness γ is 1.00, and an inclination θ nozzle designed so that the jet straightness γ is 0.84. A test was conducted using a 5-hole nozzle (No. 2) with an angle of 14°. Note that the wrap rate λ was 1.00 and 0.87, respectively. The operating conditions are the same as in the invention example.
表１にノズル条件および操業結果を示す。なお、各条件につき、４０～８０チャージ程度実施した。表１において、スロッピング頻度は各条件実施時発生したスロッピングチャージ数をカウントし、条件ごとの実施チャージ総数にて除算し百分率をとった指標である。脱りん量ΔＰは条件ごとに実施チャージの平均値を算出した。 Table 1 shows the nozzle conditions and operational results. Note that approximately 40 to 80 charges were performed for each condition. In Table 1, the slopping frequency is an index obtained by counting the number of slopping charges that occurred when each condition was implemented, dividing the number by the total number of charges performed for each condition, and taking the percentage. The dephosphorization amount ΔP was calculated as the average value of the charges performed for each condition.
表１に示すように、発明例においてはスロッピング頻度を比較例に比べ低減させており、また溶鉄当たりの副原料（粉体媒溶材）を同一とした条件の中でも脱りん量を向上させ、効率の良い脱りん吹錬を実現しうることが確認できた。 As shown in Table 1, in the invention example, the slopping frequency was reduced compared to the comparative example, and the amount of dephosphorization was improved even under the same conditions as the auxiliary raw material (powder medium material) per molten iron. It was confirmed that efficient dephosphorization blowing can be achieved.
本発明の上吹きランスは、転炉を用いた脱りん吹錬に適用して好適である。 The top blowing lance of the present invention is suitable for application to dephosphorization blowing using a converter.
１ 上吹きランス
１１ ランス軸
２ ランス先端部
３ ノズル部
４ 周孔
４１ 周孔出口
４２ 周孔中心軸
５ スロート部
６ 火点相当領域
７ 石灰分布（石灰投射領域）
１００ 浴面相当面位置
１０１ 噴流軌跡
Ｐ 上吹きランス下端位置での周孔出口中心をつなぐ円の直径
Ｈ 上吹きランス高さ（上吹きランス下端から浴面相当位置までの距離）
θ ノズル傾角
Ｏ 上吹きランス下端中心位置
1 Top-blowing
100 Position equivalent to the
θ Nozzle inclination angle O Upper blow lance lower end center position
Claims (2)
ランス軸に対し回転対称に配置され精錬酸素のための複数の周孔を有し、該周孔からの噴流は下記の（１）式で定義される噴流直進度γが０．３１以上０．５０以下（０．３７以下を除く）であることを特徴とする転炉脱りん処理用上吹きランス。
γ＝Ｘｊｅｔ／Ｘｌｉｎｅａｒ ・・・（１）
ここで、Ｘｉは、条件ｉにおいて、浴面相当面上のランス軸投影位置からの距離を表し、
添字ｊｅｔは、干渉によって偏向させられた噴流の中心位置を示し、
添字ｌｉｎｅａｒは、周孔中心軸線の延長上の位置を表す。 A top blowing lance for converter dephosphorization treatment,
It has a plurality of circumferential holes arranged rotationally symmetrically with respect to the lance axis for refining oxygen, and the jet flow from the circumferential holes has a jet straightness γ defined by the following equation (1) of 0.31 or more and 0.31 or more. 50 or less (excluding 0.37 or less). A top blowing lance for converter dephosphorization treatment.
γ=X jet /X linear ...(1)
Here, Xi represents the distance from the lance axis projected position on the surface equivalent to the bath surface under condition i,
The subscript jet indicates the center position of the jet deflected by interference,
The subscript linear represents a position on the extension of the central axis of the circumferential hole.
前記上吹きランスは、ランス軸に対し回転対称に配置され精錬酸素のための複数の周孔を有し、該周孔からの噴流は下記の（１）式で定義される噴流直進度γを０．３１以上０．５０以下（０．３７以下を除く）とすることを特徴とする転炉吹錬方法。
γ＝Ｘｊｅｔ／Ｘｌｉｎｅａｒ ・・・（１）
ここで、Ｘｉは、条件ｉにおいて、浴面相当面上のランス軸投影位置からの距離を表し、
添字ｊｅｔは、干渉によって偏向させられた噴流の中心位置を示し、
添字ｌｉｎｅａｒは、周孔中心軸線の延長上の位置を表す。
A converter blowing method using a top blowing lance and blowing oxygen gas from the top blowing lance to oxidize and remove phosphorus from molten iron,
The top blowing lance has a plurality of circumferential holes for refining oxygen arranged rotationally symmetrically with respect to the lance axis, and the jet flow from the circumferential holes has a jet straightness γ defined by the following equation (1). A converter blowing method characterized in that the temperature is 0.31 or more and 0.50 or less (excluding 0.37 or less).
γ=X jet /X linear ...(1)
Here, Xi represents the distance from the lance axis projected position on the surface equivalent to the bath surface under condition i,
The subscript jet indicates the center position of the jet deflected by interference,
The subscript linear represents a position on the extension of the central axis of the circumferential hole.
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