JP3309301B2 - 転炉精錬方法および精錬用ランス - Google Patents

転炉精錬方法および精錬用ランス

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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、転炉精錬方法、特に転
炉内の溶銑または溶鋼に上吹ランスを介して酸素を吹込
んでスラグ・溶鉄中の酸素量を抑制しつつ低炭素鋼を製
造、あるいは高マンガン回収を可能とする転炉精錬方法
および精錬用ランスに関する。
【0002】
【従来の技術】上吹(上底吹)転炉精錬方法は、転炉内
の溶銑、溶鋼に上吹ランスを介して超音波酸素ジェット
を吹付けることによって、脱炭等の精錬反応および昇温
を効率良く行う精錬方法である。転炉の上吹ランスに
は、一般的にラバールノズルが用いられている。ラバー
ルノズルはノズル設計の際、下記(1)式にてノズル出
口部とスロート部でのノズル断面積比を決定すると、そ
の際の設定圧力・設定流量によりノズル特性が一義的に
決定される(例えば、鉄鋼便覧3.鉄鋼基礎)。このた
め、設定流量・圧力の範囲外にて吹込みを実施した場合
には、ジェットは等エントロピーの流れを見せなくな
り、強い衝撃波を発生し、圧力および流速が極端に低下
してスラグ中の酸素量が増加する。従って、通常、転炉
においては上吹酸素流量の可変幅は小さく、設定酸素流
量の±30%程度である。
【0003】 Ae /At =0.259(Pe /Po -5/7(1−(Pe /Po 2/7 -1/2 …… (1) Ae :出口面積 At :スロート部面積 Pe :出口圧力 Po :雰囲気圧力 吹錬末期に送酸量を低減させることにより、スラグおよ
び溶鉄の酸化を抑制することは広く知られている(例え
ば、特開昭61−272308号公報)。通常、転炉操
業では、末期の送酸量低減に加え、ランス高さを下げて
ハードブロー化することにより、酸化抑制を図るのが一
般的である。しかし、前述したように、通常のラバール
ノズルでは送酸量の可変幅には限界があり、末期の過酸
化を充分に抑制しきれないため、極低炭素鋼での転炉吹
止炭素量の下限値は0.03%程度であり、0.1〜
0.3%程度の吹止炭素量の場合でも鉄・マンガンの損
失が大きい。
【0004】一方では、従来こうした課題を解消するた
め、ラバールノズルのスロート部断面積を変化させる方
法(例えば、特開昭62−230928号公報)や、一
次圧を上昇させて送酸量の可変幅を増大させる方法(例
えば、特開平4−285109号公報)が提案されてい
るが、ランス構造の複雑さや操業上の問題から実用化に
は至っていない。また、吹錬初期から末期に必要な小流
量設定のランスにて吹錬することは、吹錬時間の延長を
招き、工程能力、熱裕度、耐火物の点からも望ましくな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
点を解決するため、スラグおよび溶鉄中の酸素量を低位
に抑制したまま低炭素領域まで脱炭し、容易に転炉にて
極低炭素鋼の溶製を可能にするとともに、転炉内でのマ
ンガンの回収率を上昇させる転炉精錬方法および精錬用
ランスを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するために、本発明者らは、上吹ランスの酸素流量を
吹錬末期の特定〔C〕濃度領域において大幅に低減させ
ることにより、スラグ中および溶鉄中の酸素量の低減を
実現すべく、上吹ランス構造および転炉吹錬方法につい
て鋭意研究した結果、本発明を完成したものである。
【0007】本発明を実施するために用いる精錬用ラン
スは、内管ラバールノズルと外管ラバールノズルからな
る二重管構造または主孔ラバールノズルと副孔ラバール
ノズルからなる単管集合構造のランス構成とし、かつそ
れぞれのラバールノズルへの送酸量・圧力を個々に制御
することができる2系統の制御機構を設けてなるもの
で、このような構成の精錬用ランスを用いることによ
り、炭素〔C〕濃度が0.5%未満となる吹錬末期に
は、酸素ガス吹込み専用の内管または主孔ラバールノズ
ルへの酸素ガスの供給を停止するか、あるいは不活性ガ
スやCO2 等のパージガスに置換することにより送酸量
を低下させるとともに、スロート部断面積が内管または
主孔ラバールノズルのそれに対して5〜30%の外管ま
たは副孔ラバールノズルから少流量の酸素を引き続き吹
込むことにより、火点面積を確保しつつハードブローの
条件下での酸素供給速度の低減が可能となる。
【0008】図2に主3孔/副3孔タイプノズルを有す
る多孔ランス構造の一例を示す。吹錬末期の主孔ラバー
ルノズルのパージガスはノズル保護を目的とするもので
あり、流量は主孔ラバールノズル設計流量の10〜30
%程度が適当である。また、通常、主孔ラバールノズル
の送酸速度が3.0Nm3 /min・tonの転炉で
は、副孔ラバールノズル設定ガス流量は0.1〜1.0
Nm3 /min・tonとなる。
【0009】吹止時のメタルおよびランスの酸化度は、
酸素供給速度と溶鋼または溶銑中の炭素による還元速度
のバランスにより決定される。特に還元速度は、底吹ガ
スおよび上吹ジェットによるメタルおよびスラグの攪拌
力および酸素ジェットが衝突する火点部分の更新速度に
より支配されている。下記(2)式は、メタルおよびス
ラグの酸化度を表す指標として一般的なBOC値(例え
ば、鉄と鋼68(1982)14、P1946)である
が、同一底吹ガス条件下では炭素〔C〕濃度が0.5%
未満となる吹錬末期の酸素供給速度を炭素〔C〕濃度が
0.5%以上の吹錬中期の5〜30%程度に制御し、か
つハードブロー化することにより、メタルおよびスラグ
中の酸素量を大幅に低減することが可能となる。上吹酸
素を完全に停止した場合には、溶鋼表面にて高温の火点
形成がなくなり、脱炭速度が低下するため、5%以上の
酸素流量を末期まで確保することが有効である。
【0010】 BOC=QO2/((W/τ)×[%C]) …… (2) W:溶鋼量 QO2:送酸速度 τ:均一混合時間 [%C]:溶鋼中炭素濃度 上吹送酸速度の変更は溶鋼中炭素〔C〕濃度0.3〜
0.5%の範囲で行うのが最適である。その理由は、吹
錬末期での脱炭酸素効率は、〔C〕濃度が0.3〜0.
5%の範囲を境にして急激に低下するからである。これ
は、溶鋼中〔C〕の反応界面への物質移動が律速となる
ためであると考えられている。この脱炭酸素効率遷移点
(CB 点)はスラグ量、底吹攪拌力により変化すること
が知られているが、吹錬条件(底吹ガス流量・溶銑予備
処理実施の有無)により事前に増減可能である。その変
化量は高々±0.1%程度である。酸素流量変更点が
〔C〕濃度0.5%より大きい場合には、外管または副
孔ラバールノズルのみで吹錬する期間が延び、結果とし
て全吹錬時間が延長する。また、酸素流量変更点が
〔C〕濃度0.3%より小さい場合には、脱炭酸素効率
が低下し、結果として鉄、マンガン等の酸化損失を増大
させ、メタル中の酸素濃度も上昇するため、本発明の効
果が享受できない。
【0011】この理由から、上吹送酸速度の変更はその
送酸量が5%より少ないと脱炭速度が小さく、生産性が
大幅に低下する。また、送酸量が30%より多いと酸素
効率の低下、スラグのT.Feの増加による有価金属の
酸化ロスの増加等から好ましくない。望ましくは、図1
に示す二重管構造のランスにおいて、吹錬末期に外管ラ
バールノズル2に酸素を供給し、内管ラバールノズル1
に酸素以外のガスを供給するかあるいは内管のガスを完
全に停止して吹錬する場合においても、酸素ジェットを
集中しハードブロー化するため、外管ラバールノズル2
を図3および以下に示すように設計すれば、効果がより
一層顕著となる。
【0012】L≧10×d0 θ1 、θ2 は従来のラバールノズルの設計に準ずる(約
12°) 0<θ3 ≦10° ここでLは外管ラバールノズル2の先端広がり部の長さ
(m)を、d0 は外管ラバールノズル2のスロート部の
間隔(m)を、θ1 は内管ラバールノズル1の広がり部
の広がり角度を、θ2 は外管ラバールノズルの広がり部
の広がり角度を、θ3 は内管ラバールノズル1の中心軸
に対する外管ラバールノズル2の先端広がり部のノズル
中心線がなす角度を示す。
【0013】なお、内外流の仕切り板(図3に示される
符号9)は、上記θ1 、θ2 、θ3を確保できるように
適当な肉厚を有する必要がある。
【0014】
【実施例】以下に本発明を実施例により具体的に説明す
る。 (実施例1)上底吹転炉に溶銑を350ton装入し、
底吹ノズルから酸素混合ガスを4000Nm3 /Hr吹
込みつつ、図1に示すような、ランスの吐出口が内管ラ
バールノズル1とこの外周に設けた外管ラバールノズル
2からなる二重管構造で、それぞれにスロート部3、4
があり、この二重管構造のラバールノズルを4個集合さ
せた上吹ランスにより、表1に示す吹錬条件で18分吹
錬した。内管ラバールノズル1への酸素供給の停止によ
る酸素流量の変更点は推定〔C〕濃度0.4%時であっ
た。
【0015】本発明法および比較例1〜3での溶鋼炭素
量0.03%における溶鋼酸素濃度は、それぞれ550
ppm、750ppm、810ppm、730ppmと
本発明法による場合が最も低かった。 (実施例2)上底吹転炉に溶銑を350ton装入し、
底吹ノズルから酸素混合ガスを4000Nm3 /Hr吹
込みつつ、図2に示すような、ランスの吐出口が主孔ラ
バールノズル5と副孔ラバールノズル6からなる単管集
合構造で、それぞれにスロート部7、8があり、この吐
出口が主孔×3・副孔×3の集合管上吹ランスにより表
1に示す吹錬条件で18分吹錬した。主孔ラバールノズ
ル5への酸素供給の停止による酸素流量の変更点は推定
〔C〕濃度0.4%時であった。
【0016】なお、本発明法および比較例1〜3での溶
鋼炭素量0.15%における炉内マンガン歩留りは、そ
れぞれ75%、68%、62%、66%と本発明法によ
る場合が最も高かった。
【0017】さらに、図3に示す設計寸法のランスで前
記と同一の条件で吹錬し、〔C〕濃度0.4%のところ
で送酸を外管ラバールノズルのみに変更して吹酸した。
その結果、溶鋼炭素量0.03%における溶鋼酸素濃度
は500ppmと顕著な効果が得られた。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】本発明の精錬方法および精錬用のランス
を用いることにより、溶鉄の脱〔C〕を極低炭素域まで
可能とし、酸素効率の低下の防止、スラグのT.Feの
増加による有価金属の酸化ロスの増加を抑制できる精錬
を達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二重管ラバールノズルを示す図であ
る。
【図2】本発明の主孔・副孔ラバールノズルを示す図で
ある。
【図3】図1の二重管上吹ランスのノズル先端部の部分
断面図である。
【符号の説明】
1 内管ラバールノズル 2 外管ラバールノズル 3 内管スロート部 4 外管スロート部 5 主孔ラバールノズル 6 副孔ラバールノズル 7 主孔スロート部 8 副孔スロート部 9 内外流仕切り板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧川 家光 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭57−155311(JP,A) 実開 平1−177258(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/32 C21C 5/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転炉内の溶銑または溶鋼に上吹ランスを
    介して酸素を吹込んで行う転炉精錬方法において、精錬
    用上吹ランスとして、内管ラバールノズルと、該内管ラ
    バールノズルよりも小流量の外管ラバールノズルとから
    なる二重管構造の上吹ランス、または主孔ラバーノズル
    と該主孔ノズルよりも小流量の副孔ラバーノズルからな
    る単管集合構造の上吹ランスを用い、溶鋼の〔C〕濃度
    が0.5%未満となる吹錬末期に、前記小流量のラバー
    ルノズルから吹込む酸素の流量を、溶鋼の〔C〕濃度が
    0.5%以上の吹錬中期の酸素流量の5%以上30%以
    下に制御することを特徴とする転炉精錬方法。
  2. 【請求項2】 酸素吹込み用の内管ラバールノズルの外
    周に、内管ラバールノズルよりも小流量の外管ラバール
    ノズルを設けた二重管ランス構成とし、かつそれぞれの
    ラバールノズルへの送酸量・圧力を個々に制御すること
    ができる2系統の制御機構を設けてなり、外管ラバール
    ノズルの酸素の流量を内管ラバールノズルのそれの5%
    以上30%以下としたことを特徴とする精錬用ランス。
  3. 【請求項3】 酸素吹込み用の主孔ラバールノズルと
    孔ラバールノズルよりも小流量の副孔ラバールノズルか
    らなる単管集合ランス構成とし、主孔および副孔ラバー
    ルノズルガスのそれぞれの流量・圧力を独立して制御す
    る機構を設け、副孔ラバールノズルのスロート部の断面
    積を主孔ラバールノズルのそれに対して5%以上30%
    以下としたことを特徴とする精錬用ランス。
  4. 【請求項4】 精錬中の溶鋼の〔C〕濃度が0.5%ま
    では、内管(または主孔)・外管(または副孔)ラバー
    ルノズルの両方のノズルに各々初期設定流量の酸素ガス
    を吹込み、〔C〕濃度0.3〜0.5%未満では、内管
    (または主孔)ラバールノズルに供給している酸素ガス
    を、ノズル詰まりを防止する最低流量のパージガスに変
    更することを特徴とする請求項2または3のいずれかに
    記載の精錬用ランスを用いる転炉精錬方法。
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CN113667795B (zh) * 2021-07-06 2023-02-03 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 炼钢转炉氧枪横移锁紧的控制方法、装置及工控设备

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