JP3167858B2 - 溶銑予備処理用浸漬単管ランス - Google Patents

溶銑予備処理用浸漬単管ランス

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JP3167858B2 JP05931394A JP5931394A JP3167858B2 JP 3167858 B2 JP3167858 B2 JP 3167858B2 JP 05931394 A JP05931394 A JP 05931394A JP 5931394 A JP5931394 A JP 5931394A JP 3167858 B2 JP3167858 B2 JP 3167858B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶銑予備処理用浸漬単
管ランスの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、転炉装入前の溶銑には、あらか
じめ予備脱珪、脱りん及び脱硫処理を施す、いわゆる溶
銑予備処理を行い、次に転炉に装入した前記予備処理後
の溶銑については脱炭処理のみを行うことによって精錬
工程のトータルコストを低減するプロセスが広く普及し
ている。
【0003】この溶銑予備処理に際しては、混銑車又は
溶銑鍋に充填された溶銑中にランスを浸漬し、酸化鉄を
主成分とする固体酸化物や生石灰などの脱りん剤、及び
生石灰やソーダ灰などの脱硫剤を吹き込む方法が多く採
用されてきた。また、近年には多量の粉体を溶銑中に吹
き込むことによる溶銑温度の大幅な低下を防ぐために、
別途設けられた送酸ランスより気体酸素を浴面に吹き付
ける方法も採用されている。
【0004】例えば、図5に上記のプロセスに使用され
る最近の一般的な溶銑予備処理装置の模式図を示す。図
において、粉体切り出し装置5内に収納された精錬用粉
体4は、粉体供給配管6内を窒素または空気搬送され、
ランスホルダ3に供給され、浸漬ランス1を介して混銑
車10内の溶銑2中に吹き込まれる。また酸素供給配管
7は送酸ランス8に接続され、溶銑の浴面に気体酸素9
が吹き付けられる。
【0005】この場合、主として溶銑2中から発生する
COガスの2次燃焼熱により、混銑車10内の炉口が高
温になるため、耐火物の損耗が著しいという問題があっ
た。これを回避するには、粉体4とともに気体酸素9を
浸漬ランス1より吹き込めばよいが、その際には気体酸
素9が溶銑中の各成分と反応する際に生じる酸化反応熱
が極めて大きいため、吹き込み位置近傍の溶銑温度が局
所的に高温となる。このため、吹き込み作業における浸
漬ランス1の溶損が著しくなる。
【0006】浸漬ランス1の溶損を防止しランス寿命を
延長させることは、ランスコストの低減をもたらすのみ
ならず、ランス交換や補修頻度の減少に伴う作業負荷の
軽減が達成されるため重要な問題である。こうした問題
を解決するために、浸漬ランスを2重管構造とし、内管
より気体酸素、外管より空気や不活性ガスで搬送した粉
体を溶銑中に吹き込む技術が、特公昭61−24451
号公報、特公平2−25406号公報、及び特公平2−
55485号公報に開示されている。
【0007】しかしながら、これらの技術によれば、確
かに浸漬ランス寿命は延長するが、浸漬ランスの構造が
複雑となるため、浸漬ランス1本あたりのコストは単管
ランスに比較して4〜30倍にも上昇する。また浸漬ラ
ンスを2重管にするため必然的にランス径が拡大し、そ
の結果ランス重量の大幅な増加とそれに伴うランス交
換、補修作業の負荷が増大するという問題が生じてい
る。
【0008】またランス流路内に旋回羽根や旋回溝を設
けた構造で粉体が管内壁に沿う流れを形成させ、該粉体
によって浸漬ランスの抜熱を増加させてランス溶損を低
減する技術が特開昭59−25920号公報に開示され
ている。しかしこの技術では、確かに管内壁に沿う流れ
は形成され、ランス溶損を低減できるが、こうした流れ
を形成するランス形状とした場合にはこの部分での圧力
損失が大きいために、所定の気体及び粉体流量を確保す
ることができず、処理時間の延長を余儀なくされた。さ
らに管内に旋回溝を設ける場合には、溝の深さをランス
パイプの肉厚の範囲で設けねばならず、安価な規格品の
鋼管を用いる場合には、粉体を管内壁に沿わせる流れを
形成するには溝の深さが不十分であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記課題を解
決するものである。すなわち、(1)単管ランス方式と
しコスト、ランス交換作業の負荷を低減し、(2)溶損
を低減し、かつ大容量の気体及び粉体流量を確保するこ
とができ、処理時間が短くてすむ、という課題を解決し
た溶銑予備処理用浸漬単管ランスを提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために次の技術手段を講じた。すなわち、溶銑中
に気体とともに粉体を吹き込む溶銑予備処理用の浸漬単
管ランスにおいて、ランスの断面の下側に位置する流路
縮小部をランスの横吐出口の上流側に設けたことを特徴
とする溶銑予備処理用浸漬単管ランスである。
【0011】また、別の技術手段としては、溶銑中に気
体とともに粉体を吹き込む溶銑予備処理用の浸漬単管ラ
ンスにおいて、ランスの吐出口形状を上下方向に偏平と
したことを特徴とする溶銑予備処理用浸漬単管ランスで
ある。
【0012】
【作用】浸漬ランスの溶損を防止するためには、溶銑か
らの熱伝達による浸漬ランス温度の上昇をいかに抑制す
るかが問題となる。そこで、鋼管製のランスパイプの外
周に耐火材が被覆された従来のランスを水平面から65
度の角度で溶銑中に浸漬し、気体酸素と粉体を溶銑中に
吹き込んだ際のランスの溶損形態を観察するとともに、
吹き込み中のランス吐出口近傍の半径方向温度分布を測
定した。観察の結果、ランスの溶損は常に上面側より進
行していた。
【0013】ランス温度の測定結果を図2に模式的に示
す。浸漬ランスは溶銑によって外周部から加熱されると
同時に、管内を流れる低温の粉体及び気体により強制対
流冷却された状態になっており、浸漬ランス鋼管部の内
側において急速に温度が低下している。さらにランスの
上部は下部に比較してランス温度が200℃程度高く、
先のランス溶損形態の観察結果と対応していた。これは
ランス上面部は酸化反応により高温となった溶銑流によ
りアタックされるため、この部分の温度が高くなりやす
いと推定された。
【0014】また、固気2相流による管内強制対流熱伝
達に関する研究によれば、固気比が高い程抜熱能が高い
という知見が得られている。この例の場合、ランス上面
側は溶銑流のアタックで高温となりやすい上に、管内の
粉体が重力によって下面側へ偏流し、上面側の管内強制
対流冷却能が小さいためランス温度が高くなるのであ
る。従って浸漬ランスの溶損を抑えるためには、特にラ
ンス上面側の温度上昇を抑制することが必要であり、上
面側においても十分な粉体密度を確保して、管内流によ
る鋼管の冷却能を向上させなければならない。
【0015】発明者らはこの点に関して鋭意検討を重ね
た結果、粉体が管内下方に偏流しないようなランス形状
とすることにより浸漬ランスの溶損が抑えられるとの知
見を得た。すなわち、粉体が管内下方に偏流しないよう
な管内流を形成させる方法について種々検討の結果、そ
のランスの吐出口近傍の上流側においてランス内の流れ
を上向き方向に曲げるようにすることが最も効果的であ
る。
【0016】例えば図1に示すように、ランス1の吐出
口14近傍の上流側にランス断面の下側に流路縮小部1
5を設けることにより、この下側の縮小部15の上流で
は重力によりランス下面側に偏流していた粉体が、縮小
部15の内径側への突部に衝突して上面側へ跳ね上げら
れる。この効果で管内の粉体流の重力による下面側への
偏流が防止され、ランス吐出口断面の上面側に粉体の濃
度が濃厚な粉体流が得られる。
【0017】従って、高温の溶銑流のアタックによって
高温となりやすいランス上面側についてもランス溶損低
減に必要なだけの冷却が行なわれる。このようにして、
この発明では浸漬ランスの吐出口近傍の上流側底部に突
部を設けることで、混銑車内に充填された溶銑中に気体
酸素と粉体を吹き込む際の浸漬ランスの寿命を大幅に延
長することができる。
【0018】また粉体が管内下方に偏流しないような別
なランス形状については、ランスの吐出口形状を偏平と
することが最も効果的であるとの結論を得た。すなわ
ち、図3に示すように、ランスの吐出口14の形状をラ
ンスの断面に比べて横に偏平とすることにより管内の粉
体流の重力による下面側への偏流が防止され、ランス吐
出口断面に対して均一な粉体流が得られる。従って、高
温の溶銑流のアタックによって高温となりやすいランス
上面側についても、高い粉体密度を確保することがで
き、ランス溶損低減に必要なだけの冷却が行なわれる。
【0019】この発明によれば、浸漬ランス1の吐出口
形状を偏平とすることによって、混銑車内に収納された
溶銑中に気体酸素と粉体を吹き込む際の浸漬ランスの寿
命を大幅に延長することが可能となる。
【0020】
【実施例】
(実施例1)以下に実施例について、図面を参照して説
明する。図1(a)は実施例の浸漬単管ランス1の構造
を示す縦断面図であり、図1(b)はその浸漬単管ラン
ス1のA−A矢視横断面である。
【0021】この実施例において、浸漬ランスは内径4
9.5mmの鋼管11の外周に耐火材12を被覆してい
る。ランス1の先端吐出口14からガス流13の方向に
対して300mm上流側のランス横断面の下側位置に流
路縮小部15として高さ15mmの山形の突部が設けら
れている。この縮小部15は鋼管12を外方から加圧し
て窪ませて突部を作製した。
【0022】なお、耐火材12は、溶銑に対して鋼管1
を断熱するものである。図4は、気体酸素とともに粉体
を吹き込めるように、図5における溶銑予備処理装置の
ホルダ3を改造して二重管23とし、その先端部に浸漬
単管ランス1を取付けた模式図であり、溶銑予備処理精
錬用の粉体4と気体酸素9は、二重管23の内管24の
出口において混合された後、浸漬単管ランス1を介して
混銑車10内に収納された溶銑2中に吹き込まれる。
【0023】上記の装置に図1に示す流路の一部に縮小
部15を設けた実施例の浸漬単管ランス1を使用した場
合と、従来の浸漬単管ランスを使用した場合の結果につ
いて説明する。表1に脱珪及び脱りん期における吹込み
条件を示す。上記の条件下における実施例と従来例の浸
漬ランスの溶損速度、寿命及びコストを表2に示す。浸
漬ランスによる吹き込み作業1回毎にその溶損長さを測
定し、その際の処理時間からランス溶損速度を算出し
た。なお表2には溶損長さが500mm以上となったと
きにランス交換を行う場合の、ランス寿命及びコストを
比較した。
【0024】表2から、実施例の浸漬単管ランスの寿命
が従来例に比較して2.7倍に延長され、ランスコスト
も約1/3に低減できることがわかる。なお、実施例の
浸漬単管ランスは鋼管11に窪みを加えただけなのでラ
ンス重量の増加はなく、ランス交換の際の作業負荷はラ
ンス寿命が延長して交換頻度が減少した分だけ軽減され
る。
【0025】なお、ランス吐出口より上流側に管内突部
を設ける加工は、鋼管を局部的に外方から加圧して窪ま
せるのみでよいので、製作に伴うコストアップはわずか
である。突部の高さはもとの真円径に比較して突部の高
さをできるだけ大きくするほうがランス溶損に対しては
有効であるが、突部の高さを余り大きくし過ぎるとこの
部分での圧力損失が大きくなり、所望の気体及び粉体の
吹き込み速度が確保できなくなるため、操業条件を考慮
して適正に設定する必要がある。この実施例のような条
件においては突部の高さは鋼管内径の25〜40%が適
当であった。
【0026】(実施例2)本発明の他の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図3(a)は実施例の浸
漬単管ランス1の構造を示す縦断面図であり、図3
(b)はその浸漬単管ランス1のB−B矢視横断面であ
る。実施例の浸漬ランス1は内径49.5mmの鋼管の
先端300mmを鉛直方向の径が35mmとなるよう圧
縮して偏平下部16を形成した。なお、図において耐火
材12は鋼管11を被覆する耐火材であり、鋼管11を
溶銑から断熱するものである。
【0027】図4は、気体酸素とともに粉体を吹き込め
るように、図5における溶銑予備処理装置のランスホル
ダ3を改造し、二重管23とし、その先端部に実施例の
浸漬単管ランス1を取付けた模式図である。溶銑予備処
理用の粉体4と気体酸素9は、内管24の出口において
混合された後、実施例の浸漬単管ランス1を介して混銑
車10内に収納された溶銑2中に、吹き込まれる。
【0028】次に、上記の装置に図3に示す実施例の浸
漬単管ランス1を使用した実施例と、吐出口形状が真円
の従来の浸漬単管ランスを使用した場合の結果について
説明する。吹き込み条件は表1に示したものと同じとし
た。上記の条件下での実施例と従来例の浸漬ランスの溶
損速度、寿命及びコストを表3に示す。
【0029】浸漬ランスによる吹き込み作業1回毎にラ
ンスを交換してその溶損長さを測定し、その際の処理時
間からランス溶損速度を算出した。なお表3には溶損長
さが500mm以上となったときでランス交換を行う場
合のランス寿命及びコストを比較して示した。表3か
ら、実施例の浸漬単管ランスの寿命が従来例に比較して
2.7倍に延長され、ランスコストも約1/3に低減で
きることがわかる。
【0030】なお、実施例の浸漬単管ランスは鋼管の先
端部を偏平化しただけなのでランス重量の増加はなく、
ランス交換の際の作業負荷はランス寿命が延長して交換
頻度が減少した分だけ軽減される。なお、ランス吐出口
の偏平化の加工法は鋼管を挟んで圧縮して偏平化するの
みでよく、製作に伴うコストアップはわずかである。ラ
ンス吐出口を偏平化する際の偏平率はできるだけ大き
く、すなわちもとの真円径に比較して偏平化した寸法を
できるだけ小さくする方がランス溶損に対しては有効で
あるが、偏平化した寸法を小さくし過ぎると、この部分
での圧力損失が大きくなり、所望の気体及び粉体の吹き
込み速度が確保できなくなるため、操業条件を考慮して
適正に設定する必要がある。この実施例のような条件に
おいては元の管径の50〜80%とするのがよい。
【0031】以上の実施例の説明では生石灰、酸化鉄及
び気体酸素を吹き込み、脱珪及び脱りんを行う場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限るものではなく、浸漬
ランスを介して気体とともに粉体を吹き込み、溶銑の予
備処理を行う全ての場合に適用可能である。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶銑予備
処理用浸漬単管ランスによれば、浸漬単管ランスのコス
トの上昇や作業負荷の増大を伴うことなく、浸漬単管ラ
ンスの溶損を防止してランス寿命の延長が可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は浸漬単管ランスの構造を示す縦断面
図、(b)は(a)図のA−A矢視横断面図である。
【図2】溶銑中に浸漬ランスを浸漬した際のランスの半
径方向の温度分布図である。
【図3】(a)は浸漬単管ランスの構造を示す縦断面
図、(b)は(a)図のB−B矢視横断面図である。
【図4】浸漬単管ランスを使用した溶銑予備処理装置の
模式図である。
【図5】従来の一般的な溶銑予備処理装置の模式図であ
る。
【符号の説明】
1 浸漬ランス 2 溶銑 3 ランスホルダ 4 精錬用粉体 5 粉体切り出し装置 6 粉体供給配管 7 酸素供給配管 8 送酸ランス 9 気体酸素 10 混銑車 11 鋼管 12 耐火材 13 ガス流 14 吐出口 15 縮小部(突部) 16 偏平化部 23 二重管 24 内管
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 1/02 107 C21C 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶銑中に気体とともに粉体を吹き込む溶
    銑予備処理用の浸漬単管ランスにおいて、ランスの横断
    面の下側に位置する流路縮小部をランスの横吐出口の上
    流側に設けたことを特徴とする溶銑予備処理用浸漬単管
    ランス。
  2. 【請求項2】 溶銑中に気体とともに粉体を吹き込む溶
    銑予備処理用の浸漬単管ランスにおいて、ランスの吐出
    口形状を上下方向に偏平としたことを特徴とする溶銑予
    備処理用浸漬単管ランス。
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