JP2889901B2 - 液状鋼浴再加熱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の主題 本発明は、冶金学的容器にはいっている液状鋼浴を再
加熱する方法に関するものである。

技術的背景 冶金学的プロセスの実施において、転炉内の鋼の精錬
と凝固操作の間における不慮の中断の場合に、冶金学的
容器にはいっている液状鋼浴は冷却し、かつ、プロセス
の次後の正常な継続を可能ならしめるためには再加熱せ
ねばならないのが通例である。

このような浴は火炎または電気を用いて再加熱するこ
とができる。

メタロサーミー法による種々な方法も知られている。
ここで「メタロサーミー法」とは金属燃料（例えばアル
ミニウム）を加熱すべき液状中に導入し、この浴中に供
給される酸化剤（例えばガス状酵素）と接触させて前記
金属燃料と酸化剤との発熱反応によって熱を発生させる
発熱法である。液状鋼浴を再加熱する場合には、その再
加熱のためにこの発熱法によって発生した熱を利用す
る。

先行技術の説明 アルミニウムサーミー法（前記金属燃料としてアルミ
ニウムを使用する発熱法）を用いること及び、攪拌ガス
を導入することによって再加熱する液状鋼浴のはいった
容器は、米国特許第4761178号及び対応出願W089/01984
号から公知である。

液状鋼の下に一本の消耗型のランスが酸化剤、特にガ
ス状酵素と複数個の平行な管路によって、浴の15ないし
40％の深さの点で、別々にあるいは混合物として導入さ
れる不活性ガスを吹込む。更に、酵素吹込点にできるだ
け近接して、アルミニウムを浴内に挿入する。

この深さにこのようなランスを挿入することによっ
て、ランスのかなりの量の損耗が生じることが観察され
た。加うるに、浴の下部の再加熱には余り有効でない。
というのは、運動は余り顕著ではなく、液状鋼は温度の
面でも、介在物に関する清浄度の面でも均一でないから
である。

上部から冶金学的容器に注ぎ込み間、液状鋼浴を再加
熱するための装置も、書類EP−Ａ−0352254から公知で
ある。この浴は酸化鉄リッチなスラグで覆われる。一方
で、スラグの酸化鉄及び浴の酸化物と反応シウル金属ま
たは合金と、他方では（原文通理）、不活性ガスを、と
りべの注入み中に、底部から吹き込む。その上、再加熱
は、とりべの蓋の区域にあるバーナーの存在によって完
了される。

かような装置では、鋼浴への酸化用ガスの直接吹込み
はできないし、また、既に注ぎ込まれているとりべには
いっている鋼の再加熱に使用するようには意図されてい
ない。

特開昭59−89708には、液状鋼浴内にある流れが誘発
される方法が記載されている。一つの酵素ランスが浴内
へ挿入され、かつ、攪拌用ガスが、酵素ランスのちょう
ど正面に配置された多孔煉瓦によって容器の底へ吹込ま
れる。鋼内の制御不能な乱流と、燃料の不完全分布と、
従って、比較的低い効率が観察された。

最後に、表面に向けて所定量のガス状酵素を発射する
非消耗型ランスを包みこむレベルが液状鋼の表面に配置
されている液状鋼のはいったとりべが、特許CH−Ａ−48
6935号から公知である。金属燃料は、これも所定の量、
同時に挿入され、そして、発熱反応が浴上で起る。更
に、不活性ガスが別のランスで吹込まれ、これは鋼浴の
約50％の深さの所に斜めに挿入され、そして、浴内に運
動を起させる。

浴の表面上の酵素と金属の同時添加には、発生する煙
を捕集しかつ、熱損を防止するために、ベルのような装
置を使用する必要がある。上に説明したような装置は熱
効率が低い。かつこの装置はランスの損耗の問題を防止
することを可能ならしめるが、これには高い保守費がか
かり、前液状鋼浴に亘って完全な温度分布を保証するこ
とはできず、かつ、技術ならびに、複雑にして、金のか
かる方法の精通が必要である。

発明の目的 本発明の目的は、既にとりべにはいっておる液状鋼浴
を有効に再加熱するための完全に制御されるメタロサー
ミー法を提供することである。

本発明の目的はまた、この目的のために、損耗ならび
に破損のおそれをかなり低減させながらも、液浴内に置
かれた消耗型ランスの使用を可能ならしめる特にコスト
有効な方法を提供することでもある。

本発明の別の目的は、酵素と燃料金属の消耗に関して
効率が先行技術の公知の方法よりも良好かつ一定である
方法を提供することである。

本発明の更に、別の目的は簡単にしてコスト有効な手
段によって液状鋼浴中の金属燃料及び、従って温度の極
めて均一な分布を十分な時間得ることを可能ならしめる
方法を提供することである。

本発明の更に一つの目的は、高純度の液状鋼浴を容易
に得ることができるような方法を提供することである。

本発明の最後の目的は、それによって、浴上に、実質
的に煙の放出がなくかつ、環境汚染を増大しないような
方法を提供することである。

発明の要約 本発明の主題は、冶金学的容器にはいっている液状鋼
浴を、浴中に金属燃料を挿入しかつ、浴の表面下に酸化
用ガスと攪拌ガスを吹込んでメタロサーミー法で再加熱
する方法である。

本発明によれば、酸化用ガスの吹込み手段とは別の手
段によって攪拌用ガスを吹込む結果の可調節流れが浴内
に発生され、そして、金属燃料をこの流れに挿入して、
酸化用ガスと接触させるようにする。

好ましいのは、攪拌用ガスの吹込みによって液状鋼に
上昇流れが発生し、この流れは酸化用ガスの吹込み位置
において下降する。

攪拌用ガスと酸化用ガスの吹込み軸線は互に心違いで
あってもよく、かつ、例えば互いに平行であってもよ
い。これらは、また、この場合は、鋼浴の表面に対して
垂直であってもよい。

所定の量の酸化用ガス及び燃料に対する発熱酸化反応
の効率は、このようにして改良されること、並びに、浴
内の素晴らしい温度分布が得られることが判明した。

実際、この操作方法によって、燃料の均一分布は向上
させ、反応生成物の分離は改善され、かつ液状鋼浴の温
度を均一ならしめることができるが、これは浴全体を通
じての発熱反応の促進によるものである。

加うるに、このようにして発生した液状鋼の流れは、
特に反応生成物によって構成される介在物になるおそれ
のある不純物を、浴の上部、更に詳しくはスラグ層の方
へ同伴する。

本発明の好ましい実施態様によれば、攪拌ガスの吹込
み軸線と、酸化用ガスの吹込み軸線ならびに金属燃料の
それの相対的位置は下記のように定義することができよ
う。すなわち、攪拌ガスの吹込みよって理論的金属吹込
み円錐が生じ、その頂点は吹込みが行われる位置にあ
る。前記円錐の軸線は吹込み軸線に一致して延び、その
円錐度は冶金学的容器内のガスの流速と液状鋼の高さの
関数である。この円錐の底面は、液状鋼の表面上に理論
円を画定し、その寸法は算定可能である。

酸化用のガスは実質的に球形区域において燃料と反応
する。鋼浴の表面では、第二の相当理論円を画定するこ
とができ、その中心は酸化用ガス吹込み軸線であり、そ
の寸法は算定可能である。

攪拌ガス吹込みと、酸化用ガス吹込みとによって夫々
できる２理論円は部分的に重なり合い、それらの間に、
交差区域を画定し、この交差区域に、金属燃料、好まし
くは線状のアルミニウムを差し込む。

金属燃料は、２理論円の円周の交点の一つにおいて交
差区域へ挿入するのが好ましい。

酸化用ガス吹込み手段は、消耗形のランスであって、
先行技術に比べて浅く突込みうるものが好ましい。特に
有利な結果がえられるのは、ランスの深さが、冶金学的
容器に入っている液状鋼浴の高さの15％までに、好まし
くは、３ないし30cmに維持されている場合である。

このランスの損耗は、先行技術に比べて、明かに少な
く、ランスに損傷を起させる可能性のある渦は観察され
ない。

酸化用ガスは一般には酸素でありかつ、攪拌用ガス
は、中性ガス、一般にはアルゴンが好ましい。

有利なのは、攪拌用ガスを、浴の高さの60％以上の深
さで吹込むことであり、かつ、好ましいのは、とりべ底
部にできるだけ近く吹込むことである。

本発明の方法の実施に好適の装置は、攪拌用ガスは冶
金学的容器の底部ライニングに配置した多孔要素を通し
て吹込まれる。この機能を果たすためには、しかし、代
替として、あるいは追加物として、非常に深い点に、好
ましくは、浴高の60％以上の点に、浸漬した第二のラン
スを設けることも可能である。

鋼を加熱するプロセスを始動するためには、下記の段
階を順次始動するのが好ましい。すなわち、 −攪拌用ガスの吹込み、 −発生した流れの中の金属燃料の挿入、 −金属燃料と反応する酸化用ガスの吹込み。

好ましい実施態様の説明 第１、２図に示すのは、冶金学的容器、例えば注入と
りべ１であり、耐火材料３でライニングを施してありか
つ、その下部に、当該とりべの開閉用の一つの装置７を
備えたタップホール５を具備している。

攪拌用ガス、この場合アルゴンは注入とりべ１の底に
配置された多孔質要素９から吹込まれる。吹込み軸線91
は、金属吹込み円錐92の軸線を構成している。アルゴン
は浴11の表面まで上昇しかつ、次に、自由に大気中へ放
出される。円錐92の底面は、浴の表面区域にある。その
形は円93であり、第２図では実線で表わしてある。

金属燃料の役目をするアルミニウム線13が、浴11へ挿
入される。

この燃料は次に浴に吹込まれる酸素と反応する。反応
は強い発熱反応であり、かつ、効果的にかつ迅速に浴を
再加熱するのに有利に利用される。これによって、各種
の要素の相対的配置の故に素晴らしい温度分布が得られ
る。

酸素は、耐火材製の、消耗型のランス15によって吹込
まれるが、このランスは表面に存在するスラグ層12の下
と考えられる、浴高の15％までの深さに液状鋼浴内へ差
込まれる。

ランス15の浸漬深さの維持は、それ自体公知でかつ、
ランスの平均損耗速度に応じて適当にした手段によって
調節するのが有利である。

液状鋼浴への酸化用ガスの吹込みの理論軸線151を画
定することができ、この軸線に、消耗型ランス15の延長
線を配置する。

第１図から分かるように、浴11の表面に近接した液状
鋼浴に押しつける下降運動のアルミニウムを攪拌用ガス
は伴い、酸化用ガスを吹込むためのランス15の端末の近
くに運ぶ。

反応は実質的に球形域152において起り、この球形域
の寸法は、酸化用ガス、その純度及び燃料金属の局部的
濃度に左右される。

従って、燃料と酸化用ガスの導入に対する流速が実質
的に一定でかつ燃焼割合である時は、周辺で全酸素が反
応した球の直径を算定できる。第１図では実質的に楕円
形の反応域152が示されている。楕円性は、酸化用ガス
の流速値の如何で多少強調される。

下記で、更に詳しく分ると思われるが、燃料と酸化用
ガスは、若干時間をおくらして導入され、このことは計
算において斟酌する。

更に、中心が酸化用ガスの吹込み軸線に相当しかつ直
径が球の直径である第二の理論円153を浴の表面におい
て描くことは可能である。このような円を、第２図に、
点線で描いてある。これは楕円形反応域の場合も画定す
ることができる。

攪拌用ガスによって生じた円錐の底面によって画定さ
れる円93の直径は、精密に測定することができる。円錐
92の頂点の角度の半分に対しては、近似値が10°である
ことを調査が示している。

とりべ内のガスの流速及び、浴11の高さの平均値につ
いてこのデーターの関数として、円93の寸法の素晴らし
い近似値が得られている。

第２図が明示している通り、混合円93と反応円153は
それらの間に、交差区域915を画定しており、ここに、
好ましくは、２円周の交差点の一つにアルミニウム線13
が挿入される。この配列によって、最大の効率と、浴内
の素晴らしい温度分布を得ることができる。

第３図は、本発明の方法による液状鋼浴の再加熱操作
の運転を例示する。

線図には、攪拌用ガスこの場合はアルゴン（A_r）、燃
料この場合はアルミニウム（Al）、及び酸化用ガスこの
場合は酸素（O₂）ガスの流速の切替時間を示している。

溶融浴の加熱の始動のために、攪拌用ガスの吹込みを
開始し、次に、金属燃料線を挿入しそして最後に、酸素
吹込みを開始する。

攪拌ガスによって生ぜられる流れは、絶えず、酸化用
ガス吹込み点の近くに、酸素と反応するアルミニウムを
担持した新しい量の液状鋼を運んで来る。浴内にある回
転運動が生じ、かつ、特に、スラグの除去を可能ならし
める。

勿論、この場合、攪拌はとりべの底で続けられて、こ
のように再加熱された液状鋼は、中央及び上部区域に分
布され、したがって、操作終了時には、浴全体に亘っ
て、完全な熱の分布を得ることができる。

吹込みは所望の温度が得られるまで続けられる。一
度、この温度に到達すると、酸素ランスを引き抜き、こ
の間、このランスが浴から出てしまうまで、ある程度の
酸素の小流速は維持し、こうして、吹込み管の閉塞を防
止する。中性ガスによる攪拌もある時間維持されて、反
応によって生じる不純物ならびにランスの浸食による屑
の除去を促進するようにする。

勿論、明白なことだが、本発明は説明の実施態様に制
限されるものではなく、請求の範囲で、定められた範囲
に包含される。

従って、例えば、別の変形によれば、多孔質要素15の
代りに、または、これに付け加えて、別の攪拌ガス吹込
ランスを具備することも可能である。

更に、可能なのは、純酸素以外の酸化用ガス、アルゴ
ン以外の攪拌ガス及びアルミニウム以外の金属燃料を用
いることである。

図面の簡単な説明 第１図は注入とりべの断面の立面図である。

第２図は注入とりべの平面図である。

第３図は本発明の方法による加熱操作の運転を表わす
線図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−43314（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−100216（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−80506（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−48639（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−501148（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 7/00 C21C 7/04 C21C 7/072

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冶金学的容器（１）にはいっており表面に
   スラグ層を有した液状鋼浴（11）を再加熱する方法にお
   いて、浴の中に金属燃料を挿入し、浴の前記表面より下
   へ酸化用ガスと攪拌用ガスを吹込み、酸化用ガス吹込み
   用手段（15）とは別の手段（９）を経た攪拌用ガスの吹
   込みの結果、浴（11）内にある流れが生じ、かつ、金属
   燃料（13）をこの流れに挿入してこれを酸化用ガスと接
   触させるようにし、更に、酸化用ガスと攪拌用ガスの各
   吹込み軸線が互に心違いになっていることと、攪拌ガス
   の吹込みによって液状鋼浴に上昇流れが発生しこの流れ
   は酸化用ガスの吹込み位置において下降するようになる
   こととを組み合せてなる再加熱する方法。
2. 【請求項２】酸化用ガス、冶金学的容器にはいった液状
   鋼浴の高さの15％までの深さに吹込まれる請求の範囲１
   記載の方法。
3. 【請求項３】攪拌用ガスが浴高の60％以上の深さに吹込
   まれる請求の範囲１記載の方法。
4. 【請求項４】攪拌用ガスの吹込み軸線（91）と酸化用ガ
   スの吹込み軸線（151）が相互に平行である請求の範囲
   １記載の方法。
5. 【請求項５】各軸線（91,151）が浴（11）の表面に垂直
   である請求の範囲４記載の方法。
6. 【請求項６】攪拌用ガスの吹込みによって理論金属吸込
   み円錐（92）が生じ、その頂点が吹込みが行われる位置
   にあり、円錐の軸線が吹込み軸線（91）に一致して延
   び、かつ、その底面が浴（11）の表面に混合円（93）を
   画定することと、酸化用ガスが、実質的に球形域（15
   2）内で、燃料（13）と反応し、その球形の浴（11）表
   面の投影が反応円（153）を画定すること及び、その２
   円（93,153）が部分的に重なり合い、これによって、燃
   料（13）を挿入する交差域（915）を画定する請求の範
   囲１記載の方法。
7. 【請求項７】金属燃料（13）が交差域（915）へ、前記
   混合および反応円（93,153）の円周の交点において挿入
   される請求の範囲６記載の方法。
8. 【請求項８】攪拌用ガスの吹込み、 金属燃料の、発生した流れへの挿入、 金属燃料と反応する酸化用ガスの吹込み の各段階を順次開始する請求項１記載の方法
9. 【請求項９】酸化用ガスは３ないし30cmの深さに吹込ま
   れる請求の範囲２記載の方法。
10. 【請求項１０】金属燃料はアルミニウムである請求の範
    囲６記載の方法。
11. 【請求項１１】アルミニウム燃料は線状の形をしている
    請求の範囲10記載の方法。
12. 【請求項１２】金属燃料はアルミニウムである請求の範
    囲１記載の方法。