JP2915772B2 - 直胴型浸漬管を用いた真空精錬炉への酸素ガス上吹き方法 - Google Patents

直胴型浸漬管を用いた真空精錬炉への酸素ガス上吹き方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空精錬炉への酸素ガ
スの供給方法に関するものであり、効率的な脱炭、酸素
富化、槽内付着地金の除去を可能とするものである。
【0002】
【従来の技術】真空精錬炉での酸素の供給には、3つの
目的がある。1つは、酸素と鋼浴中の炭素とを直接反応
させて脱炭させることであり、例えばステンレス鋼の仕
上げ脱炭に利用されている。2つ目は、溶鋼中の酸素濃
度を高めることであり、普通鋼精錬において転炉の吹き
止め炭素を上げて転炉耐火物コストを下げ、真空炉で脱
炭させる場合に、精錬初期に酸素が不足することを補う
目的で用いられている。3つ目は、槽内付着地金を除去
するためであり、槽内空間で脱炭により生成したCOガ
スをCO2 に燃焼させる時の発熱反応(2次燃焼反応)
を利用するものである。このうち、第1の目的と第2の
目的のためには、酸素ガスは直接溶鋼と接触する方が効
率的であるのに対して、第3の目的のためには、酸素ガ
スは直接には溶鋼と接触させない方が効果的となる。
【0003】これに対して、特公昭49−12810号
公報には、RH脱ガス炉を利用して高クロム鋼に対して
上方より酸素を吹き付けた方法が開示されている。ま
た、特開昭60−145316号公報には、同様にRH
脱ガス炉を利用して高クロム鋼に対して未脱酸溶鋼処理
時の湯面位置よりは低く、脱酸溶鋼処理時の湯面位置よ
りは高い位置より酸素を吹き付ける方法が開示されてい
る。しかし、いずれの方法でも、脱炭は効率的に進行す
るものの、3つ目の目的に示した2次燃焼は考慮してい
ないため、多量のスプラッシュが発生する上に、それら
が槽内に付着するため操業に大きな支障を与えるという
問題があった。
【0004】また、特開平2−77518号公報には、
溶鋼湯面から所定位置離した上方から、適正範囲の湯面
到達圧力になるように酸素ガスを吹き付けることで2次
燃焼反応を積極的に利用する方法が開示されている。こ
の場合には、到達圧力が大きすぎる場合には2次燃焼が
利用できなくなり、逆に、小さすぎる場合には着熱効率
が悪化するという問題が生じ、適正操業条件は大きく制
約を受けるという問題がある。
【0005】ここで、いわゆるソフトブローした場合に
着熱効率が悪化する理由は、2次燃焼反応が起こる領域
が湯面から遠方になるためである。これは、2次燃焼反
応が起こる領域で発生した熱をメタル液滴を介して着熱
させるのではなく、2次燃焼領域からの輻射により溶鋼
に着熱させるため、湯面直上で反応させる必要があるた
めである。また、いわゆるハードブローの場合に2次燃
焼率が低下するのは、激しく発生するスプラッシュのた
め、スプラッシュが2次燃焼領域でCO2 と反応(脱
炭)しCOガスへと戻るためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上で示したように、
特公昭49−12810号公報や特開昭60−1453
16号公報に開示されている技術には、多量のスプラッ
シュが発生する上に、それらが槽内に付着するため操業
に大きな支障を与えるという問題点を有していた。ま
た、特開平2−77518号公報に開示されている技術
には、到達圧力が大きすぎる場合には2次燃焼が利用で
きなくなり、逆に、小さすぎる場合には着熱効率が悪化
するため、適正操業条件が大きく制約を受けるという問
題点があった。従って、本発明の目的とするところは、
ハードブロー時の激しいスプラッシュの発生や2次燃焼
率の低下が起こりにくく、逆に、ソフトブロー時の着熱
効率の大幅な低下が起こりにくい技術により、広い適正
条件で操業を可能とすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、浴中に吹
き込まれガス気泡が浮上する表面領域(気泡活性面)を
利用し、そこに酸素ガスを吹き付けることで広い操業条
件範囲で2次燃焼による熱補償と効率的脱炭反応を成し
遂げられるという知見を得た。本発明はこの知見に基づ
きなされたものである。その要旨とするところは、転
炉、電気炉などの精錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対
して、大径の直胴形状の容器を溶鋼に浸漬するととも
に、該直胴浸漬槽内を減圧する溶鋼の真空精錬方法にお
いて、真空に暴露されている溶鋼表面に上方より、酸
素、または酸化性ガスを次式で定義される上吹きガスの
動圧に対応するパラメータ(Q)が0.05〜5.0と
なるように吹き付けるとともに、取鍋低部より吹き込ま
れる攪拌用ガスにより生成される気泡活性面領域と、上
吹きガスの鋼浴表面での重なり面積が、浸漬槽内溶鋼面
位置での浸漬槽断面積の30〜90%とすることによ
り、効率的な酸素供給を可能とした、直胴型浸漬管を用
いた真空精錬炉への酸素ガス上吹き方法である。 Q=(F/n)/(h×d×P1/2 ) ここで、Fは上吹きガス流量(Nm3 /Hr)、hはラ
ンス先端と静止湯面間の距離(cm)、dはランスノズ
ル直径(cm)、nはノズル孔数、Pは雰囲気圧力(T
orr)を示す。
【0008】
【作用】本発明は、着熱挙動に対する気泡活性面の効果
に着目したものである。ここで、気泡活性面は、吹き込
まれたガス気泡が表面に浮上する領域という定義であ
り、その決定方法は、水モデル、水銀モデル、あるい
は、実機での観察結果より、垂直方向に吹き込まれたガ
スに対する気泡活性面積(AN )は(1)式で、水平方
向に吹き込まれたガスに対する気泡活性面積(AV )は
(2)式で与えるものである。 AN =3.14×(0.212×T)2 ・・・・(1) AV =3.14×(7×M0.672 /2・・・・(2) ここで、Tは吹き込み位置から溶鋼面までの距離(m)
であり、Mはノズル1個当りのガス吹き込み量(Nm3
/s)である。
【0009】本発明者らは着熱、スプラッシュ発生、2
次燃焼に対する気泡活性面の効果を詳細に調査した結
果、以下の結論を得た。 1)2次燃焼による生成熱の溶鋼への着熱は、輻射によ
るものと、2次燃焼域へ飛散したメタル液滴を媒体とす
るものの2つあり、気泡活性面が狭い場合には、吹き込
まれたガスが狭い領域に集中するためメタル液滴が必要
以上に高く上がり、いわゆるスプラッシュとなり槽壁面
に付着するのみで熱媒体として作用しにくいのに対し
て、気泡活性面を広くした場合には、メタル液滴は広い
範囲から発生し槽壁面へ付着することなく再び溶鋼へ戻
る割合が非常に大きくなるため、効率的な熱媒体とな
る。したがって、気泡活性面を広くした場合には、輻射
にたよることなしに着熱することができるため、熱媒体
として作用するメタル液滴の飛散する高さまで2次燃焼
域を比較的高い位置にしても高い着熱効率が得られる。
【0010】この条件としては、上吹きガスの湯面での
動圧に加え、気泡活性面領域と上吹きガスの衝突領域の
鋼浴表面での重なり面積が重要となり、浸漬槽内溶鋼面
位置での浸漬槽断面積の30〜90%であれば、かなり
のソフトブローであっても高い着熱効率が得られる。こ
こで、上吹きガスの湯面での動圧はガスのノズル出口流
速をV(m3 /Hr)、ノズル径をd(cm)、ランス
先端と静止湯面間の距離をh(cm)、ガス密度をρ
(g/Nm3 )、重力加速度をg(m/s2 )、雰囲気
圧力をP(Torr)とすると、(ρ×P)×(d×V
/h)2 /(2g)となり、これを標準状態で表わした
酸素流量(F:Nm3 /Hr)、とノズル数(n)で書
き直し指標化するとQを得る。図1に示した種々の実験
により、この値が0.05までは高い着熱効率が得られ
るが、0.05よりも小さくなると2次燃焼域が高い位
置になるため、到達する液滴量が少なくなり着熱効率が
悪化した。逆にQが5.0よりも大きいと2次燃焼域で
熱交換した液滴がメタル浴に戻らず、そのまま系外に飛
散するため着熱効率が悪化する。 Q=(F/n)/(h×d×P1/2
【0011】2)いわゆるハードブローにした場合のス
プラッシュ発生は、上吹きガスの運動エネルギーによる
発生に加えて、表面直下での急激なCOガスの発生によ
るものも多い。この急激なCOガス発生は、表面直下で
ミクロ的な濃度の不均一が生じた場合に、[C]や
[O]の濃度の局所的に高い位置で爆発的に脱炭反応が
生じるための現象である。また、2次燃焼雰囲気でスプ
ラッシュが多量に発生すると、スプラッシュ中の炭素分
がCO2 により酸化されCOに戻る逆反応が生じるため
2次燃焼率が低下する。
【0012】これらを解決するには、表面直下でのミク
ロ的な濃度の不均一を生じさせないことと、スプラッシ
ュを上記の熱媒体として作用する分以上に多量に生じさ
せないことの2つが重要となる。ここで、気泡活性面は
湯面下から浮上してくるガスで常に更新されているため
ミクロ的な濃度の不均一は生じにくく、広い気泡活性面
と上吹き位置とを組み合わせることで、小爆発的なスプ
ラッシュの発生は起こりにくくなる。この場合でもメタ
ル粒滴は2次燃焼域に入るが、CO2 の逆反応の場合に
は粒滴中の[C]の物質移動が律速となるため、前記の
粒滴への熱伝導に比べて長い時間が必要となる。
【0013】したがって、着熱効率を良くした状態でC
2 の逆反応を抑制することは可能であり、その条件と
しては、気泡活性面領域と上吹きガスの衝突領域との鋼
浴表面での重なり面積が浸漬槽内溶鋼の幾何学的表面積
の30%以上であることにより、小爆発的なスプラッシ
ュの発生を抑制するとともに、図2に示すように、Qを
5.0以下とすることで、上吹きガスの運動エネルギー
によるスプラッシュの発生を抑制することになる。この
2つの条件を満たさない場合には、スプラッシュが激し
くなる上に、2次燃焼域に長時間スプラッシュ粒が滞留
するため逆反応が生じ2次燃焼率が低下する。
【0014】
【実施例】実施例は図3のように、取鍋内溶鋼に直胴型
浸漬管を浸漬し該管内を減圧するとともに、炉底に設け
たポーラス煉瓦よりガスを供給し鋼浴を攪拌する真空精
錬装置で実施した。約350トンの未脱酸溶鋼を約20
分間処理し、約300ppmの炭素濃度から10ppm
まで脱炭する最中に、上吹きランスより酸素ガスを供給
した。2次燃焼率(PCR)は浸漬槽上方のガス中のC
2 /(CO+CO 2 )×100で定義した。また、着
熱効率(η)はCOがCO2 になる反応熱のうちでメタ
ルの温度上昇に利用された熱の割合として計算した。実
験条件は、上吹きランスを種々変更させてQを大幅に変
化させた以外に、図4に示した気泡活性面と上吹きガス
の浴面衝突面積との重なり領域の面積(A:幾何学的計
算値)も変化させた。ここで、浸漬槽断面積をGとし
た。ここで、Fは上吹きガス流量(Nm3 /Hr)、h
はランス先端と静止湯面間の距離(cm)、dはランス
ノズル直径(cm)、Pは雰囲気圧力(Torr)を示
す。
【0015】実施例および比較例を表1に示す。表1に
示すように、実施例の1から12は本発明を示す。上吹
きガス流量、ランス先端と静止湯面間距離、ランスノズ
ル直径、雰囲気圧力を種々変化させてもA/Gが0.3
以上であり、かつ、Qが0.05〜5.0の範囲にあれ
ば、高い2次燃焼率と着熱効率を得ることがわかる。中
でも、Qが0.5から3.0の範囲にあるものは特に良
い結果を得ている。一方、13から19は比較例を示
す。13〜15はQが0.05よりも小さい場合である
が、2次燃焼は起こるものの着熱効率が極めて悪化して
いる。16と19はQが0.5よりも大きい場合である
が、逆反応により2次燃焼率が低下し、熱媒体である粒
鉄が系外に飛散するため着熱効率も低下している。17
と18はA/Gが0.3よりも小さい場合で、従来、R
Hで上方から酸素を供給していた場合に類似した試験条
件であるが、Qは適正範囲であっても着熱効率が悪い。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明を用いることにより、ハードブロ
ー時の激しいスプラッシュの発生や2次燃焼率の低下が
起こりにくく、逆に、ソフトブロー時の着熱効率の大幅
な低下が起こりにくい技術により、広い適正条件での、
脱炭処理初期の酸素付加、酸素吹き付けによる脱炭速度
向上や、脱炭処理中の2次燃焼による地金付着防止が可
能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】Qと着熱効率の関係を示した図、
【図2】Qと2次燃焼率の関係を示した図、
【図3】本発明を実施した場合の模式図、
【図4】図3のa−a′断面を示した図である。
【符号の説明】
1 浸漬管 2 取鍋 3 取鍋底に設置されたポーラス煉瓦 4 上吹きランス 5 溶鋼 6 上吹きガスの噴流 7 底吹きガスのプルームゾーン A SとBの重なり領域 B 上吹きガスの衝突領域 S 気泡活性面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 精錬炉より出鋼された取鍋内溶鋼に対し
    て、直胴形状の浸漬槽を溶鋼に浸漬するとともに、該浸
    漬槽内を減圧する溶鋼の真空精錬方法において、真空に
    暴露されている溶鋼表面に上方より、上吹きガスとし
    て、酸素または酸化性ガスを(1)式で定義されるパラ
    メータQが0.05〜5.0となるように吹き付けると
    ともに、取鍋低部より吹き込まれる攪拌用ガスにより生
    成される気泡活性面領域と、上吹きガスの鋼浴表面での
    重なり面積が、浸漬槽内溶鋼面位置での浸漬槽断面積の
    30%以上、90%以下とすることを特徴とする、直胴
    型浸漬管を用いた真空精錬炉への酸素ガス上吹き方法。 Q=(F/n)/(h×d×P1/2 )・・・・(1) ここで、Fは上吹きガス流量(Nm3 /Hr)、hはラ
    ンス先端と静止湯面間の距離(cm)、dはランスノズ
    ル直径(cm)、nはノズル孔数、Pは雰囲気圧力(T
    orr)を示す。
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