JP3424534B2 - 溶融金属精錬用上吹きランス - Google Patents

溶融金属精錬用上吹きランス

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、製鋼用転
炉において精錬用ガスを溶融金属に吹き付けるために使
用する上吹きランスに関する。 【0002】 【従来の技術】製鋼プロセスにおいて、生産性を向上さ
せるために、送酸速度を上げて吹錬時間を短縮すること
が重要である。しかしながら、送酸速度を上げるとスロ
ッピング(フォーミングしたスラグが炉口から横溢する
現象)やスピッティング(上吹きジェットにより溶鋼が
飛散する現象)が発生し、安定操業に支障をきたし、歩
留の低下等の問題を生じる。 【0003】近年、溶銑予備処理設備の普及によりスラ
グ量が低減し、スロッピングの発生が低下したため、高
速吹錬時の課題はスピッティングの低減にシフトされて
きている。 【0004】このスピッティングを低減する手段とし
て、ジェットの浴面への衝突エネルギを分散できるラン
スの多孔化が有効であり、現状の製鋼用転炉において、
多孔ランスが使用されている。 【0005】多孔ランスは同一円周上に一定傾斜角度の
ノズルを配置したものであり、孔数が多いほど、ジェッ
トの衝突エネルギーを分散させる効果が大きく、4孔あ
るいは6孔のランスを用いるのが一般的である。 【0006】このような多孔ランスを使用する場合に、
各ノズルに対応するキャビティ(ジェット衝突による浴
面凹み)の重なりが問題となり、キャビティの重なり面
積率がある一定値を超えるとスピッティング量が著しく
増加する現象がみられる。 【0007】この問題を解決する一つの手段として、特
開昭60−165313号公報には、キャビティの直径
Dと、隣接するキャビティの中心を結んだ直線上の2つ
のキャビティが重なる部分の距離dの比であるオーバー
ラップ率γ(=d/D)を指標としてノズルの傾斜角度
を大きくし、キャビティの重複を小さくする方法が提案
されている。 【0008】傾斜角度を大きくすると、炉内に発生する
COガスと酸素との二次燃焼率が増し、脱炭酸素効率
(上吹き酸素と溶鋼中炭素との反応効率)が低下し、吹
錬時間の延長やスラグ中のT.Feの増加といった問題が生
じる。傾斜角度を大きくすることによりキャビティの重
複を小さくでき、スピッティングの低減に効果がある
が、製鋼プロセスの効率化に有効な手段であるとは言い
難い。 【0009】特開平6−57320号公報には、キャビ
ティの重複を小さくする手段として、隣接するノズルの
傾斜角度θ1 、θ2 を交互に異ならせる方法が開示され
ている 。 【0010】同公報に開示された方法では、傾斜角度を
全てのノズルにおいて大きくする必要はなく、傾斜角度
を大きくすることにより生ずる上記の問題を軽減できる
が、本発明者らの実験結果によれば、特開平6−573
20号公報に記載のランスを使用しても、ランスからの
送酸速度(流量)が3Nm3/(min ・溶鋼トン)以上の場
合にスピッティングを抑制できないことが判明した。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、脱炭酸素効
率を低下させることなくスピッティングを効果的に抑制
できる溶融金属精錬用上吹きランスを提供することにあ
る。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明者らはスピッティ
ングを低減するため、様々な形状の上吹ランスを検討し
た結果、次のような知見を得た。 【0013】(1)上吹きジェットにより飛散する溶鋼
液滴の内、炉口への地金付きやダストロスとして問題と
なるものは、鉛直方向に近い角度で飛散するものが主体
である。 【0014】(2)浴面に衝突するジェットの進入角が
鉛直に近いほど、鉛直方向に近い角度で飛散する液滴が
増加する。 【0015】(3)2種類の傾斜角度のノズルを有する
多孔ランスにおいて、傾斜角度の小さい方のノズル径を
他方のノズルより小さくすることで、傾斜角度の小さい
ノズルから噴出するジェットを他方のノズルから噴出す
るジェットより弱くすることができる。この結果、鉛直
方向に近い角度で飛散するスピッティングを低減するこ
とができる。 【0016】(4)2つのノズル径の差を大きくする
と、ジェットの強さの差が過大になり、ジェットの衝突
エネルギを分散させることを狙いとするランス多孔化の
効果が薄れ、ノズル径が同じである場合よりも、さらに
スピッティング量が増加する。 【0017】これらの知見に基づき、2種のノズル径の
臨界的な関係を求め、下記の本発明を完成させた。 【0018】縦断面においてそれぞれの中心軸がランス
の中心軸との間になす傾斜角度異なる2種類のラバー
ルノズルを有し、これら2種類のラバールノズルそれぞ
れの出口、一の円周方向に交互に配置されているラン
スであって、2種類のラバールノズルのうちで傾斜角度
小さいラバールノズルのノズル径に対する他方のラバ
ールノズルのノズル径の比αが1.0を超えて2.0以
下であることを特徴とする溶融金属用上吹きランス。 【0019】 【発明の実施の形態】傾斜角度が異なる2種類のノズル
の径の適正値を検討するため、ノズル径を種々変えてス
ピッティング量を調査した。図1は、本発明の上吹きラ
ンス先端部の概略を6孔ランスを例に示した模式図であ
り、図1 (a) は縦断面図、図1 (b) は下面図であ
る。 【0020】上吹きランス1には傾斜角度(ノズルの中
心軸とランスの中心軸とのなす角度)がθ1 でスロート
径がdt1のノズル2−1と、傾斜角度がθ2 (θ1 <θ
2 )でスロート径がdt2(dt1<dt2)のノズル2−2
が同じ数ずつ、円周方向に好ましくは等間隔で交互に配
置されている。 【0021】図2は本発明の上吹きランスの使用状態を
示し、2種類のノズルの傾斜角とそれに対応するキャビ
ティの関係を模式的に示す縦断面図である。図2に示す
ように、傾斜角の異なるノズルから噴出した精錬用ガス
ジェットは溶融金属面4へ到達し凹み深さL1 、L2
キャビティ5−1、5−2を形成する 。 【0022】Li (mm)は下記実験式(1)より推算可能
である。ただし、添字iはノズルの番号で、ノズル2−
1、2−2に対応して1と2である。 v・dti・cosθi =Li 0.5 ・(Li +H0 ) (1) ここで、vはノズル出口における酸素ガス流速(m/s) 、
0 はランス高さ(mm)で ある。 【0023】凹み深さLi はジェット強さの指標として
用いられ、Li が大きくなるほど溶鋼中炭素と酸素ガス
との反応効率が増加しスラグ中のT.Feが減少する効果が
ある反面、スピッティング発生量が増加する現象がみら
れる。 【0024】傾斜角度の異なる2種類のノズルの径が同
じ場合、(1)式より計算される凹み深さL1 、L2
ほぼ同じ値であるが、ノズルの径が異なる場合、これら
に対応するキャビティーの凹み深さL1 とL2 に差が生
じる。 【0025】傾斜角度が小さい方のノズル径を他方のノ
ズル径より小さくすると、傾斜角度が小さい方のノズル
から噴出するジェットによるスピッティングは減少し、
他方のノズルからのジェットによるスピッティングは増
加する。その結果、鉛直方向に近い角度で飛散するスピ
ッティングが減少し、炉口への地金付着量やダストロス
は減少する。 【0026】しかし、傾斜角度が小さい方のノズル径を
過小にすると、すなわち、この2つのノズル径の差を大
きくとり過ぎると、傾斜角度が大きい方のノズルから噴
出するジェットの強さが過大となり、これによるスピッ
ティングが増大し、スピッティングの総量は2つのノズ
ル径が同じ場合よりも多くなる。 【0027】2つのノズル径の比α(dt2/dt1)が2
を超えるとスピッティングロスが著しく増加する。1以
下では、十分な効果が発揮されない。好ましくは、1.2
〜1.8 である。 【0028】本発明のランスを上底吹き転炉に適用する
場合(内径6m の容量270ton/ch 、送酸速度6万Nm3/h
r)を例として、本発明のランスの2種類のノズル傾斜
角度θ1 、θ2 、およびランス高さH0 の好適な範囲は
下記の通りである。 【0029】9 °≦θ1 ≦ 15° θ1 + 4°≦θ2 ≦ 25° 2200mm ≦H0 ≦ 3000mm 本発明のランスにおいて、ランス中央部への粒鉄付着を
防止するため、他のノズルからのジェットとほとんど干
渉することの無い弱い噴流を生じさせる小径ノズル3
(図1)をランス中央部に配置することも可能である。 【0030】本発明のランスは上記の上底吹き転炉に使
用するのが好適であるが、上吹きランスだけを使用する
製鋼プロセス、その他AOD炉や銅精錬炉等の上吹きラ
ンスから精錬用ガスを供給する金属の精錬プロセスにも
適用可能である。 【0031】 【実施例】溶鋼量270ton/チャージの上底吹き転
炉において、本発明および比較用のの上吹きランスを用
いて低炭素鋼を溶製し、スピッテイングロス量その他の
調査をした。 【0032】吹錬は全て脱りん銑を用いたレススラグ吹
錬(スラグ量溶鋼ton 当たり30〜35kg) であり、上吹き
酸素流量は55000Nm3/hr 、底吹きガスはCO2 2000Nm3/
hr、ランス高さは約2.7mで一定とした。終点[C]は約
0.05%で一定とした。 【0033】各ランスのノズルスロート径は吹錬時の全
圧がほぼ一定となるよう、スロート部の総断面積が3000
〜3120mm2 の範囲内となるよう定めた。ランスは全て6
孔ランスとし、ランス中央部への粒鉄付着を防止するた
め、直径20mmのノズルを各ランス中央部に配置した。 【0034】表1に本発明例、比較例のランスを用いた
操業時のスピッティングロスと吹錬終了時のスラグ中の
T.Fe濃度を示す。これらの値は、各ランスを10〜20チャ
ージ使用したときの平均値である。スピッティングロス
及びスラグ中のT.Fe濃度は比較例1を基準として、これ
に対する増減を重量% で示した。 【0035】同表には、傾斜角度の小さい方のノズル径
に対する他方のノズル径の比α(=dt2/dt1)、及
び、ジェット強さの指標となる(1)式より推算される
L をL/L0として同時に示した。L0は、転炉の浴深であ
り、ほぼ一定の深さの約2000mmとした。 【0036】 【表1】【0037】ノズルの傾斜角度が同一の比較例3、4の
ランスと本発明例1のランスとを比較する。比較例3
は、本発明例1の傾斜角度の大きい方のノズルと同じ15
°としたランスであり、各ノズルに対応するキャビティ
の重複が大きいためスピッティングロスは大きく、ま
た、L/L0が小さいため脱炭酸素効率が低く、スラグ中の
T.Feも本発明例1と比較して高かった。 【0038】比較例4はキャビティの重複を小さくする
ため、ノズル傾斜角度を大きくしたランスである。ノズ
ルの傾斜角度が大きいので鉛直方向に飛散するスピッテ
ィングロスは、比較例3と比較して若干低下したが、L/
L0が低下するため、スラグ中のT.Fe濃度は、逆に増加し
た。 【0039】本発明例1は、比較例3、4に比べて、ス
ピッティングロスおよびスラグ中のT.Fe濃度とも良好な
結果を得た。次に、傾斜角度が10°、15°の2種類のノ
ズルが交互に円周方向に配置されたランス(比較例1、
5、6及び本発明例1〜5)を比較する。 【0040】比較例5(α=0.91)を除くαが1を
超えて2までのランスでは、αが大きくなるに従い傾斜
角度が15°のノズルに対応するL/L0が増加し、脱炭酸素
効率が増大したため、スラグ中のT.Fe濃度は低下した。
しかし、比較例6に示すように、αが2を超えると、傾
斜角度が15°のノズルからのジェットに起因するスピッ
ティングが過大となり、傾斜角度が同一の比較例3、4
よりもスピッティングロスが大きくなった。 【0041】比較例5(α=0.91)は、傾斜角度が
10°のノズル流量が多くなるため、鉛直方向に近い角度
で飛散するスピッティングが増加し、スピッティングロ
スが大きくなった。 【0042】さらに、傾斜角度が10°、20°の2種類の
ノズルが交互に円周方向に配置されたランス(比較例2
及び本発明例6)を比較すると、αが1.2の本発明例
6では、αが1の比較例2に比較して、スラグ中のT.Fe
濃度、スピッティングロスともに減少した。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の上吹きランス先端部の概略を6孔ラン
スを例にとって示した図であり、図1 (a) は縦断面
図、図1 (b) は下面図である。 【図2】本発明の上吹きランスの使用状態を示す図であ
り、ノズル傾斜角度とそれに対応するキャビティーとの
関係を模式的に示す縦断面図である。 【符号の説明】 1 :ランス 2−1 :傾斜角度が小さい方のノズル 2−2 :傾斜角度が大きい方のノズル 3 :小径ノズル 4 :溶融金属面 5−1 :傾斜角度が小さいノズルに対応するキャビテ
ィ 5−2 :傾斜角度が大きいノズルに対応するキャビテ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−102122(JP,A) 特開 平6−57320(JP,A) 特開 平9−41018(JP,A) 実開 昭56−78854(JP,U) 実開 昭55−4015(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/00 - 5/50

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 縦断面においてそれぞれの中心軸がラン
    スの中心軸との間になす傾斜角度異なる2種類のラバ
    ールノズルを有し、該2種類のラバールノズルそれぞれ
    の出口、一の円周方向に交互に配置されているランス
    であって、前記2種類のラバールノズルのうちで前記傾
    斜角度小さいラバールノズルのノズル径に対する他方
    ラバールノズルのノズル径の比αが1.0を超えて
    2.0以下であることを特徴とする溶融金属用上吹きラ
    ンス。
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