JP3444046B2 - 溶融還元炉におけるクロム鉱石粉の投入方法 - Google Patents
溶融還元炉におけるクロム鉱石粉の投入方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、溶融還元炉にお
いて、安価なクロム鉱石粉を直接用いて含クロム溶湯を
製造する場合における、クロム鉱石粉の投入方法に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、転炉にて、高価な合金鉄を用いる
代わりに、安価なクロム鉱石粉から直接含クロム溶湯を
溶製する、いわゆる溶融還元技術が開発され、現在、実
用化の段階に入りつつある。この溶融還元法では、コス
トの変動に対応して、様々な主原料を用いることが望ま
れており、そのためには、特にクロム源であるクロム鉱
石およびステンレスにおける主原料の一つであるスクラ
ップを使用できることが必要とされる。 【０００３】スクラップは溶解時間を短縮させることが
重要であり、そのためには炉底に底吹き羽口を配設し、
かつ大流量のガスを吹き込んで強力な攪拌を与えること
が必要である。一方、溶融還元に際しては、スラグを大
量に生成した上でスラグ中の炭材で酸化クロム等の還元
を行う必要がある。このような２つの観点から既に多く
の技術が提案されているが、スクラップとクロム鉱石の
溶融還元を行う上では、底吹き羽口は、転炉が傾動した
時に溶鋼が差し込まず、しかも炉底中心に集まる大型の
スクラップを均一に強力攪拌するために、トラニオン軸
に沿って中心領域に配設せざるを得ない。 【０００４】さて、クロム鉱石を用いて溶融還元を行う
に当たっては、クロム鉱石は粒径が小さい粉状鉱石が大
半を占めていることから、かかるクロム鉱石粉を飛散さ
せることなく転炉内に投入することが重要である。ま
た、クロム鉱石は極めて硬いので、供給配管の摩耗にも
配慮する必要がある。 【０００５】上記の事情に鑑み、発明者らは先に、特公
平７-33536号公報において、配管の摩耗なしに高い歩留
りで粉状クロム鉱石を炉内に供給する方法を提案した。
この方法は、上底吹き転炉において、上吹きランスと独
立に操作可能な鉱石投入用のランスを転炉の中心より半
径の 0.8倍以内の領域に設け、かつランスの高さを上吹
きランスとの関係で所定レベルに設定することにより、
鉱石を底速で投入した場合であっても添加歩留りの高い
供給を可能にしたものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記の方法により、ク
ロム鉱石粉を安定して高歩留りの下で供給することがで
きるようになったが、以下の点に問題を残していた。す
なわち、クロム鉱石は、酸化鉄・酸化クロム等の金属酸
化物を含有する鉱石であり、かかる鉱石を溶融スラグ中
でコークス等の炭素含有物質で還元するのが溶融還元プ
ロセスである。ここに、溶融還元炉の耐火物としては、
いわゆる MgO系耐火物、中でも耐酸化性に優れる MgO−
Ｃレンガが用いられることが多い。このように、酸化鉄
・酸化クロム等の金属酸化物はスラグ中の炭素含有物質
で還元されるわけであるが、かかる酸化物は耐火物中の
炭素とも反応するため MgO−Ｃレンガから炭素が消費さ
れ、結果としてレンガが溶損することになる。従って、
溶融還元炉の耐火物寿命は通常の転炉の寿命に比べると
著しく短いというところに問題を残していた。 【０００７】なお、溶融還元炉における耐火物溶損を防
止する技術としては、 MgO−Ｃ組織からの MgOの溶出を
防止することが有効という観点から、 MgO源を添加する
技術が特開平７-11319号公報および同７-11321号公報に
おいて提案されたが、かかる技術では満足いく効果が得
られるまでには至っていない。 【０００８】さらに、鉱石を添加する技術としては、炉
側部に設けた羽口から中心に向けて鉱石を投入する技術
が特開平３-87308号公報に、また羽口から吹き込む酸素
ガスで形成したＣＯガスの２次燃焼帯に鉱石を添加する
技術が特開昭62−211347号公報にそれぞれ開示されてい
るが、前者は鉱石の飛散を少なくして歩留りの向上を図
った技術、また後者は鉱石を加熱することで溶解を促進
する技術にすぎず、いずれにおいても耐火物の溶損につ
いては考慮が払われていない。 【０００９】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、クロム鉱石投入ランスの摩耗のおそれなしに、
溶融還元炉における耐火物の溶損を従来に比べて格段に
低減することができる溶融還元炉におけるクロム鉱石粉
の投入方法を提案することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】さて、発明者らの研究に
よれば、特公平７-33536号公報に開示の方法では、耐火
物溶損部位が均一ではなく、図１に示すように、トラニ
オン軸と平行な方向およびその垂直方向をそれぞれＡ−
Ａ′方向、Ｂ−Ｂ′方向とすると、最も溶損が小さいＡ
−Ａ′方向に比べてＢ−Ｂ′方向のクロム鉱石粉の投入
ランス３がある側では溶損が大きくなることが判明し
た。従来の鉱石を炉口からホッパーを通して投入する方
法に比べても、本方法の方がこの傾向が大きいことが判
った。なお、図中番号１は転炉、２は上吹きランス、３
はクロム鉱石粉の投入ランスである。また、Ｒは炉直胴
部半径、ｒ1 はクロム鉱石粉投入ランス３の炉中心から
の距離を表す。 【００１１】そこで、発明者らは、上記の原因を解明す
べく、小型試験転炉を用いて種々の観点から数多くの研
究を重ねた結果、投入ランスから供給されるクロム鉱石
が炉内のどの位置に投入されるかで、耐火物の局部溶損
に著しい違いが生じることの知見を得た。すなわち、ク
ロム鉱石の投入位置が炉の中心から離れていた場合に
は、著しい局部溶損が生じたのに対し、投入位置が炉中
心の近傍であった場合には、かかる局部溶損が大幅に軽
減されることが究明されたのである。この発明は、上記
の知見に立脚するものである。 【００１２】すなわち、この発明は、上底吹き転炉にお
いて、酸化性ガスを供給する上吹きランスとは別に粉状
のクロム鉱石を供給するランスを設け、両ランスから酸
化性ガスとクロム鉱石粉とをそれぞれ個別に供給すると
同時に、炉内に炭材を供給して、クロム鉱石粉の溶融還
元を行うに際し、炉の軸心上方に設置した上吹きランス
から供給される酸化性ガスジェットに向けて、該軸心に
対し５°〜30°の傾斜角度でクロム鉱石粉を投入し、該
クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心を、炉径の 0.2倍以
内の炉心領域に収めることを特徴とする溶融還元炉にお
けるクロム鉱石粉の投入方法である。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、この発明を由来するに至っ
た実験結果に基づき、具体的に説明する。さて、発明者
らはまず、クロム鉱石を投入した際のスラグ到達時にお
ける鉱石の分布状態を、コールドモデル実験、水モデル
実験等により調査すると共に、小型試験転炉により溶損
機構・速度も併せて調査した。コールドモデル実験によ
れば、図２に示すように、従来法に従いクロム投入ラン
スからクロム鉱石を投入した場合には、鉱石は１個１個
の粒子ではなく、粒子群となって上昇流にほとんど影響
されずに真っ直ぐに落下してスラグ中に入り、スラグに
到達したクロム鉱石はスラグ中で溶解しながら、スラグ
の中の炭材により還元されていくことが判明した。 【００１４】一方、試験転炉の結果によれば、図３に示
すように、鉱石の一部は未溶解のまま耐火物壁まで到達
し、その鉱石中の酸化物、中でも鉄酸化物が耐火物中の
炭素と反応し、 MgO−Ｃレンガの溶損を助長することが
判明した。特に、かようなスラグの過酸化状態は、上吹
きランスの二次燃焼率が25％以上に高くなる条件下では
極端に大きくなることも明らかにされた。 【００１５】さらに、水モデル実験で観察したところ、
この耐火物の溶損状況は、クロム鉱石がスラグのどこの
位置に入るかによってその後の軌跡が大幅に異なること
が判明した。すなわち、図４に示すように、クロム鉱石
が炉の中心から外れた位置（Ｐ点）に落下した場合に
は、鉱石はスラグ面まで落下した後、羽口からの底吹き
ガスに起因して生じる溶湯流れにより、鉱石が落下した
位置に近い側の炉壁に向かってトラニオン軸方向に対し
て垂直な方向に流れる。これに対し、鉱石が羽口の配列
の中心近傍（Ｑ点）に落下した場合には、同様にしてト
ラニオン軸方向と垂直な方向に流れるとはいえ、その流
れる方向は一方向ではなく、トラニオン軸に対して両方
向の炉壁に向かって流れる。 【００１６】ところで、上記と同時に行った試験転炉で
の耐火物溶損量を比較すると、従来のクロムランスから
投入する方法では鉱石を投入した位置に最も近い壁が最
も溶損が大きいのに対して、鉱石を中心に入れた場合に
は、こうした局所溶損はなく、また溶損速度も小さくな
ることが判明した。この理由は、既に述べたようにクロ
ム鉱石の落下位置を炉の中心近傍にすることで、両サイ
ドの炉壁に鉱石が移動するようになるため、両側の溶損
状態が均等化されることに加え、鉱石がスラグ中に一様
に分散するので、鉱石とスラグとの反応界面積が増大
し、その結果還元速度が大きくなることによるものと考
えられる。 【００１７】そこで、試験転炉にて、クロム鉱石粉投入
ランスの位置を種々に変化させて、図１に示した出鋼側
（Ｘ点）とトラニオン側（Ｙ点）における溶損速度と炉
径に対する吹き込み粉流の落下中心位置の比ｒ1/Ｒとの
関係について調査した。その結果を、図５に示す。同図
に示したとおり、ｒ1/Ｒが 0.2を超えると溶損速度が大
きくなり、とくに出鋼側クロム鉱石投入ランスに近いＸ
点での溶損が増大することが判る。 【００１８】従って、鉱石を炉の中心部に投入できれ
ば、耐火物の局部溶損を軽減できるだけでなく、溶損速
度も小さくできるわけである。そこで、次に、クロム鉱
石を炉の中心部に投入する方法・手段について考察し
た。鉱石を中心に投入する最も簡単な方法は、酸素を吹
き込む上吹きランスから同時に鉱石を投入する方法であ
るが、この方法では、ランス内における鉱石の搬送速度
が大きくなるので、前述したような投入ランスの摩耗と
いう問題がある。特公平７-33536号公報に示した方法
は、その点で粉状のクロム鉱石を特殊なランスを用いず
に歩留り良く転炉内に供給する優れた方法ではあった
が、耐火物溶損防止の面では改善の必要があったわけで
ある。 【００１９】そこで、発明者らは、特公平７-33536号公
報に示すクロム鉱石を供給するランスに若干の変更を加
えることによって鉱石を炉中心に導くべく、コールドモ
デルを用いて種々の実験を行った。その結果、炉の軸心
上方に設置した上吹きランスから射出される酸化性ガス
ジェットに対し、クロム鉱石粉を、傾斜させ噴出してや
れば、ガスジェットにうまく巻き込まれて中心部に均一
に供給できることが判明した。 【００２０】ここに、かかるクロム鉱石粉の吹き込みに
際しては、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心が、炉径
の 0.2倍以内の炉心領域に収まるように吹き込むことが
重要である。というのは、前述したようにクロム鉱石粉
の吹き込み粉流の中心が炉径の 0.2倍を超える領域に吹
き込まれた場合には、局部溶損の防止や溶損速度の低減
に関し、十分に満足のいく効果が得られないからであ
る。 【００２１】なお、上記したようなクロム鉱石粉の好適
吹き込みに際しては、酸化性ガスジェットに対するクロ
ム鉱石粉の吹き込み角度を、炉の軸心に対し５°〜30°
とする必要がある。というのは、吹き込み角度が５°に
満たないとガスジェットによる巻き込みがうまくいか
ず、一方30°を超えるとランスの摩耗が懸念されるから
である。 【００２２】図６に、この発明の実施に用いて好適なク
ロム鉱石粉の投入ランスの好適先端形状例を模式で示
す。かかる投入ランスを用いれば、クロム鉱石の吐出方
向を上吹きランスに向けて容易に変更することができ
る。勿論、図６に示した以外のランスでも、鉱石の吹き
込み角度が、後述する適正角度：５〜30°となるもので
あれば、同様に使用できることはいうまでもない。図７
に、投入ランスの先端ノズル傾斜角度（θ）とランスの
摩耗速度との関係について調べた結果を示したが、同図
から明らかなように、傾斜角度が30°を超えると摩耗速
度が急激に上昇している。 【００２３】ところで、発明者らによれば、上吹きラン
スのノズルに工夫を加えれば、一層有利に鉱石粉を炉中
心に集束できることが究明された。すなわち、図８〜10
に示すように、上吹きランスのノズル孔のうち、クロム
鉱石投入ランス側のノズル孔を一部閉塞してやれば、閉
塞部分に対応するジェット領域は負圧になるため、クロ
ム鉱石が一層巻き込まれ易くなり、クロム鉱石をより正
確に中心部に導くことが可能となる。この時、孔を詰め
る角度範囲としては、クロムランスがある位置から30〜
90°の範囲が望ましく、この範囲であれば、効果に大き
な違いはないことが確認されている。なお、多孔ノズル
の孔数については特に制限はなく、図８，９に示したよ
うな孔数が比較的多いものでも、図10に示したような孔
数が比較的少ないものでも、出鋼側溶損部に近い位置の
孔数個を適宜詰めてやれば、同様の効果を得ることがで
きる。このようにして、クロム鉱石を的確に炉中心部に
投入することができれば、耐火物の溶損は一層低減され
ることになる。 【００２４】かくしてこの発明に従い、クロム鉱石粉の
吹き込み粉流の中心が、炉径の 0.2倍以内の炉心領域に
収まるように、５°〜30°の範囲で適切な傾斜角度を選
択して、クロム鉱石粉を酸化性ガスジェットに向けて噴
出することにより、溶融還元炉の耐火物寿命を従来に比
べ格段に延長することができ、従って、耐火物コストを
低減できるだけでなく、操業比率も大幅に向上でき、ひ
いてはその分のコスト低下も図り得る。 【００２５】 【実施例】150ton規模の上底吹き転炉を用いて溶融還元
操業を行った。転炉の底吹き羽口は８本であり、炉底に
おける配置は図４の場合と同一である。予め脱珪・脱り
ん処理した溶銑：130tonをトピード台車にて運送したの
ち、スクラップ：30トンを前もって投入後、転炉に装入
した。図１に示したように、クロム鉱石の投入ランスと
酸化性ガスの上吹きランスを配置した。上吹きランスと
しては、図８，９に示したように、従来の18孔ノズルに
対して投入ランス側を５個閉塞したもの（実施例１）お
よび同じく３個閉塞したもの（実施例２）を使用した。
また投入ランスのノズル傾斜角度θはいずれも15°であ
る。 【００２６】上吹きランスのランス高さは静止溶鋼面か
ら 4.2ｍ、また投入ランスのランス高さは静止溶鋼面か
ら 5.2ｍ、両者間の間隔は 1.0ｍとし、上吹き酸素量：
400〜800 Nm3/min 、底吹き酸素量：80 Nm3/min、底吹
き窒素量：40 Nm3/minの条件で吹錬を開始した。溶銑温
度が1550℃から1600℃になるまでコークスを1.57 kg/Nm
3-O2の割合で供給し、所定の温度になった時点で、クロ
ム鉱石粉の供給を開始した。溶銑温度が上記の温度に達
した後、吹錬期にはクロム鉱石：1.35 kg/Nm3-O2、コー
クス：1.51 kg/Nm3-O2の割合で供給した。吹錬期スラグ
を定期的に採取すると共に温度を測定して、温度を1570
〜1600°の範囲で保った。スラグ中のクロム濃度は約５
〜10％の範囲で変動した。上記の操業において、ファイ
バースコープ付きの炉内監視用カメラにより炉内を観察
したところ、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心は、炉
径の 0.2倍以内の炉心領域に十分に収まっていた。 【００２７】所定の時間（約70分〜80分) が過ぎてか
ら、ランスを上昇させてクロム鉱石の供給を停止し、さ
らに酸素供給のみを行う吹錬を約５〜７分行った。吹錬
終了直後にコレマナイトを炉内に投入し、処理後のスラ
グの改質を図った。この操業を約100ch 連続して行い、
各耐火物の溶損部位をレーザー式プロフィール計で測定
した。 【００２８】比較例でもほぼ同様の条件で操業した。た
だし、上吹きランスは全て孔空きの18孔ノズルを用い、
また投入ランスとしては図６(a) に示したような先端が
ストレートのものを用いた。この操業についても、約80
ch連続して行い各耐火物の溶損部位をレーザー式プロフ
ィール計で測定したが、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の
中心が炉径の 0.2倍以内の炉心領域に収まっていなかっ
た（炉径の約0.45倍の領域）せいか、クロム鉱石を供給
するランスが存在する側の炉壁には著しい局部溶損が生
じ修理を余儀なくされた。 【００２９】表１に、転炉のＸ点およびＹ点における溶
損速度を比較して示したが、比較例ではクロム鉱石粉の
投入ランスが存在する側の溶損が大きく、また全体の溶
損速度も速い。 【表１】 【００３０】 【発明の効果】かくしてこの発明によれば、溶融還元操
業に際し、クロム鉱石投入ランスの摩耗のおそれなし
に、従来に比べて溶融還元炉の耐火物寿命を格段に延長
することができ、ひいては製造コストの低減のみならず
生産性の大幅な向上を実現できる。
いて、安価なクロム鉱石粉を直接用いて含クロム溶湯を
製造する場合における、クロム鉱石粉の投入方法に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、転炉にて、高価な合金鉄を用いる
代わりに、安価なクロム鉱石粉から直接含クロム溶湯を
溶製する、いわゆる溶融還元技術が開発され、現在、実
用化の段階に入りつつある。この溶融還元法では、コス
トの変動に対応して、様々な主原料を用いることが望ま
れており、そのためには、特にクロム源であるクロム鉱
石およびステンレスにおける主原料の一つであるスクラ
ップを使用できることが必要とされる。 【０００３】スクラップは溶解時間を短縮させることが
重要であり、そのためには炉底に底吹き羽口を配設し、
かつ大流量のガスを吹き込んで強力な攪拌を与えること
が必要である。一方、溶融還元に際しては、スラグを大
量に生成した上でスラグ中の炭材で酸化クロム等の還元
を行う必要がある。このような２つの観点から既に多く
の技術が提案されているが、スクラップとクロム鉱石の
溶融還元を行う上では、底吹き羽口は、転炉が傾動した
時に溶鋼が差し込まず、しかも炉底中心に集まる大型の
スクラップを均一に強力攪拌するために、トラニオン軸
に沿って中心領域に配設せざるを得ない。 【０００４】さて、クロム鉱石を用いて溶融還元を行う
に当たっては、クロム鉱石は粒径が小さい粉状鉱石が大
半を占めていることから、かかるクロム鉱石粉を飛散さ
せることなく転炉内に投入することが重要である。ま
た、クロム鉱石は極めて硬いので、供給配管の摩耗にも
配慮する必要がある。 【０００５】上記の事情に鑑み、発明者らは先に、特公
平７-33536号公報において、配管の摩耗なしに高い歩留
りで粉状クロム鉱石を炉内に供給する方法を提案した。
この方法は、上底吹き転炉において、上吹きランスと独
立に操作可能な鉱石投入用のランスを転炉の中心より半
径の 0.8倍以内の領域に設け、かつランスの高さを上吹
きランスとの関係で所定レベルに設定することにより、
鉱石を底速で投入した場合であっても添加歩留りの高い
供給を可能にしたものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記の方法により、ク
ロム鉱石粉を安定して高歩留りの下で供給することがで
きるようになったが、以下の点に問題を残していた。す
なわち、クロム鉱石は、酸化鉄・酸化クロム等の金属酸
化物を含有する鉱石であり、かかる鉱石を溶融スラグ中
でコークス等の炭素含有物質で還元するのが溶融還元プ
ロセスである。ここに、溶融還元炉の耐火物としては、
いわゆる MgO系耐火物、中でも耐酸化性に優れる MgO−
Ｃレンガが用いられることが多い。このように、酸化鉄
・酸化クロム等の金属酸化物はスラグ中の炭素含有物質
で還元されるわけであるが、かかる酸化物は耐火物中の
炭素とも反応するため MgO−Ｃレンガから炭素が消費さ
れ、結果としてレンガが溶損することになる。従って、
溶融還元炉の耐火物寿命は通常の転炉の寿命に比べると
著しく短いというところに問題を残していた。 【０００７】なお、溶融還元炉における耐火物溶損を防
止する技術としては、 MgO−Ｃ組織からの MgOの溶出を
防止することが有効という観点から、 MgO源を添加する
技術が特開平７-11319号公報および同７-11321号公報に
おいて提案されたが、かかる技術では満足いく効果が得
られるまでには至っていない。 【０００８】さらに、鉱石を添加する技術としては、炉
側部に設けた羽口から中心に向けて鉱石を投入する技術
が特開平３-87308号公報に、また羽口から吹き込む酸素
ガスで形成したＣＯガスの２次燃焼帯に鉱石を添加する
技術が特開昭62−211347号公報にそれぞれ開示されてい
るが、前者は鉱石の飛散を少なくして歩留りの向上を図
った技術、また後者は鉱石を加熱することで溶解を促進
する技術にすぎず、いずれにおいても耐火物の溶損につ
いては考慮が払われていない。 【０００９】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、クロム鉱石投入ランスの摩耗のおそれなしに、
溶融還元炉における耐火物の溶損を従来に比べて格段に
低減することができる溶融還元炉におけるクロム鉱石粉
の投入方法を提案することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】さて、発明者らの研究に
よれば、特公平７-33536号公報に開示の方法では、耐火
物溶損部位が均一ではなく、図１に示すように、トラニ
オン軸と平行な方向およびその垂直方向をそれぞれＡ−
Ａ′方向、Ｂ−Ｂ′方向とすると、最も溶損が小さいＡ
−Ａ′方向に比べてＢ−Ｂ′方向のクロム鉱石粉の投入
ランス３がある側では溶損が大きくなることが判明し
た。従来の鉱石を炉口からホッパーを通して投入する方
法に比べても、本方法の方がこの傾向が大きいことが判
った。なお、図中番号１は転炉、２は上吹きランス、３
はクロム鉱石粉の投入ランスである。また、Ｒは炉直胴
部半径、ｒ1 はクロム鉱石粉投入ランス３の炉中心から
の距離を表す。 【００１１】そこで、発明者らは、上記の原因を解明す
べく、小型試験転炉を用いて種々の観点から数多くの研
究を重ねた結果、投入ランスから供給されるクロム鉱石
が炉内のどの位置に投入されるかで、耐火物の局部溶損
に著しい違いが生じることの知見を得た。すなわち、ク
ロム鉱石の投入位置が炉の中心から離れていた場合に
は、著しい局部溶損が生じたのに対し、投入位置が炉中
心の近傍であった場合には、かかる局部溶損が大幅に軽
減されることが究明されたのである。この発明は、上記
の知見に立脚するものである。 【００１２】すなわち、この発明は、上底吹き転炉にお
いて、酸化性ガスを供給する上吹きランスとは別に粉状
のクロム鉱石を供給するランスを設け、両ランスから酸
化性ガスとクロム鉱石粉とをそれぞれ個別に供給すると
同時に、炉内に炭材を供給して、クロム鉱石粉の溶融還
元を行うに際し、炉の軸心上方に設置した上吹きランス
から供給される酸化性ガスジェットに向けて、該軸心に
対し５°〜30°の傾斜角度でクロム鉱石粉を投入し、該
クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心を、炉径の 0.2倍以
内の炉心領域に収めることを特徴とする溶融還元炉にお
けるクロム鉱石粉の投入方法である。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、この発明を由来するに至っ
た実験結果に基づき、具体的に説明する。さて、発明者
らはまず、クロム鉱石を投入した際のスラグ到達時にお
ける鉱石の分布状態を、コールドモデル実験、水モデル
実験等により調査すると共に、小型試験転炉により溶損
機構・速度も併せて調査した。コールドモデル実験によ
れば、図２に示すように、従来法に従いクロム投入ラン
スからクロム鉱石を投入した場合には、鉱石は１個１個
の粒子ではなく、粒子群となって上昇流にほとんど影響
されずに真っ直ぐに落下してスラグ中に入り、スラグに
到達したクロム鉱石はスラグ中で溶解しながら、スラグ
の中の炭材により還元されていくことが判明した。 【００１４】一方、試験転炉の結果によれば、図３に示
すように、鉱石の一部は未溶解のまま耐火物壁まで到達
し、その鉱石中の酸化物、中でも鉄酸化物が耐火物中の
炭素と反応し、 MgO−Ｃレンガの溶損を助長することが
判明した。特に、かようなスラグの過酸化状態は、上吹
きランスの二次燃焼率が25％以上に高くなる条件下では
極端に大きくなることも明らかにされた。 【００１５】さらに、水モデル実験で観察したところ、
この耐火物の溶損状況は、クロム鉱石がスラグのどこの
位置に入るかによってその後の軌跡が大幅に異なること
が判明した。すなわち、図４に示すように、クロム鉱石
が炉の中心から外れた位置（Ｐ点）に落下した場合に
は、鉱石はスラグ面まで落下した後、羽口からの底吹き
ガスに起因して生じる溶湯流れにより、鉱石が落下した
位置に近い側の炉壁に向かってトラニオン軸方向に対し
て垂直な方向に流れる。これに対し、鉱石が羽口の配列
の中心近傍（Ｑ点）に落下した場合には、同様にしてト
ラニオン軸方向と垂直な方向に流れるとはいえ、その流
れる方向は一方向ではなく、トラニオン軸に対して両方
向の炉壁に向かって流れる。 【００１６】ところで、上記と同時に行った試験転炉で
の耐火物溶損量を比較すると、従来のクロムランスから
投入する方法では鉱石を投入した位置に最も近い壁が最
も溶損が大きいのに対して、鉱石を中心に入れた場合に
は、こうした局所溶損はなく、また溶損速度も小さくな
ることが判明した。この理由は、既に述べたようにクロ
ム鉱石の落下位置を炉の中心近傍にすることで、両サイ
ドの炉壁に鉱石が移動するようになるため、両側の溶損
状態が均等化されることに加え、鉱石がスラグ中に一様
に分散するので、鉱石とスラグとの反応界面積が増大
し、その結果還元速度が大きくなることによるものと考
えられる。 【００１７】そこで、試験転炉にて、クロム鉱石粉投入
ランスの位置を種々に変化させて、図１に示した出鋼側
（Ｘ点）とトラニオン側（Ｙ点）における溶損速度と炉
径に対する吹き込み粉流の落下中心位置の比ｒ1/Ｒとの
関係について調査した。その結果を、図５に示す。同図
に示したとおり、ｒ1/Ｒが 0.2を超えると溶損速度が大
きくなり、とくに出鋼側クロム鉱石投入ランスに近いＸ
点での溶損が増大することが判る。 【００１８】従って、鉱石を炉の中心部に投入できれ
ば、耐火物の局部溶損を軽減できるだけでなく、溶損速
度も小さくできるわけである。そこで、次に、クロム鉱
石を炉の中心部に投入する方法・手段について考察し
た。鉱石を中心に投入する最も簡単な方法は、酸素を吹
き込む上吹きランスから同時に鉱石を投入する方法であ
るが、この方法では、ランス内における鉱石の搬送速度
が大きくなるので、前述したような投入ランスの摩耗と
いう問題がある。特公平７-33536号公報に示した方法
は、その点で粉状のクロム鉱石を特殊なランスを用いず
に歩留り良く転炉内に供給する優れた方法ではあった
が、耐火物溶損防止の面では改善の必要があったわけで
ある。 【００１９】そこで、発明者らは、特公平７-33536号公
報に示すクロム鉱石を供給するランスに若干の変更を加
えることによって鉱石を炉中心に導くべく、コールドモ
デルを用いて種々の実験を行った。その結果、炉の軸心
上方に設置した上吹きランスから射出される酸化性ガス
ジェットに対し、クロム鉱石粉を、傾斜させ噴出してや
れば、ガスジェットにうまく巻き込まれて中心部に均一
に供給できることが判明した。 【００２０】ここに、かかるクロム鉱石粉の吹き込みに
際しては、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心が、炉径
の 0.2倍以内の炉心領域に収まるように吹き込むことが
重要である。というのは、前述したようにクロム鉱石粉
の吹き込み粉流の中心が炉径の 0.2倍を超える領域に吹
き込まれた場合には、局部溶損の防止や溶損速度の低減
に関し、十分に満足のいく効果が得られないからであ
る。 【００２１】なお、上記したようなクロム鉱石粉の好適
吹き込みに際しては、酸化性ガスジェットに対するクロ
ム鉱石粉の吹き込み角度を、炉の軸心に対し５°〜30°
とする必要がある。というのは、吹き込み角度が５°に
満たないとガスジェットによる巻き込みがうまくいか
ず、一方30°を超えるとランスの摩耗が懸念されるから
である。 【００２２】図６に、この発明の実施に用いて好適なク
ロム鉱石粉の投入ランスの好適先端形状例を模式で示
す。かかる投入ランスを用いれば、クロム鉱石の吐出方
向を上吹きランスに向けて容易に変更することができ
る。勿論、図６に示した以外のランスでも、鉱石の吹き
込み角度が、後述する適正角度：５〜30°となるもので
あれば、同様に使用できることはいうまでもない。図７
に、投入ランスの先端ノズル傾斜角度（θ）とランスの
摩耗速度との関係について調べた結果を示したが、同図
から明らかなように、傾斜角度が30°を超えると摩耗速
度が急激に上昇している。 【００２３】ところで、発明者らによれば、上吹きラン
スのノズルに工夫を加えれば、一層有利に鉱石粉を炉中
心に集束できることが究明された。すなわち、図８〜10
に示すように、上吹きランスのノズル孔のうち、クロム
鉱石投入ランス側のノズル孔を一部閉塞してやれば、閉
塞部分に対応するジェット領域は負圧になるため、クロ
ム鉱石が一層巻き込まれ易くなり、クロム鉱石をより正
確に中心部に導くことが可能となる。この時、孔を詰め
る角度範囲としては、クロムランスがある位置から30〜
90°の範囲が望ましく、この範囲であれば、効果に大き
な違いはないことが確認されている。なお、多孔ノズル
の孔数については特に制限はなく、図８，９に示したよ
うな孔数が比較的多いものでも、図10に示したような孔
数が比較的少ないものでも、出鋼側溶損部に近い位置の
孔数個を適宜詰めてやれば、同様の効果を得ることがで
きる。このようにして、クロム鉱石を的確に炉中心部に
投入することができれば、耐火物の溶損は一層低減され
ることになる。 【００２４】かくしてこの発明に従い、クロム鉱石粉の
吹き込み粉流の中心が、炉径の 0.2倍以内の炉心領域に
収まるように、５°〜30°の範囲で適切な傾斜角度を選
択して、クロム鉱石粉を酸化性ガスジェットに向けて噴
出することにより、溶融還元炉の耐火物寿命を従来に比
べ格段に延長することができ、従って、耐火物コストを
低減できるだけでなく、操業比率も大幅に向上でき、ひ
いてはその分のコスト低下も図り得る。 【００２５】 【実施例】150ton規模の上底吹き転炉を用いて溶融還元
操業を行った。転炉の底吹き羽口は８本であり、炉底に
おける配置は図４の場合と同一である。予め脱珪・脱り
ん処理した溶銑：130tonをトピード台車にて運送したの
ち、スクラップ：30トンを前もって投入後、転炉に装入
した。図１に示したように、クロム鉱石の投入ランスと
酸化性ガスの上吹きランスを配置した。上吹きランスと
しては、図８，９に示したように、従来の18孔ノズルに
対して投入ランス側を５個閉塞したもの（実施例１）お
よび同じく３個閉塞したもの（実施例２）を使用した。
また投入ランスのノズル傾斜角度θはいずれも15°であ
る。 【００２６】上吹きランスのランス高さは静止溶鋼面か
ら 4.2ｍ、また投入ランスのランス高さは静止溶鋼面か
ら 5.2ｍ、両者間の間隔は 1.0ｍとし、上吹き酸素量：
400〜800 Nm3/min 、底吹き酸素量：80 Nm3/min、底吹
き窒素量：40 Nm3/minの条件で吹錬を開始した。溶銑温
度が1550℃から1600℃になるまでコークスを1.57 kg/Nm
3-O2の割合で供給し、所定の温度になった時点で、クロ
ム鉱石粉の供給を開始した。溶銑温度が上記の温度に達
した後、吹錬期にはクロム鉱石：1.35 kg/Nm3-O2、コー
クス：1.51 kg/Nm3-O2の割合で供給した。吹錬期スラグ
を定期的に採取すると共に温度を測定して、温度を1570
〜1600°の範囲で保った。スラグ中のクロム濃度は約５
〜10％の範囲で変動した。上記の操業において、ファイ
バースコープ付きの炉内監視用カメラにより炉内を観察
したところ、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の中心は、炉
径の 0.2倍以内の炉心領域に十分に収まっていた。 【００２７】所定の時間（約70分〜80分) が過ぎてか
ら、ランスを上昇させてクロム鉱石の供給を停止し、さ
らに酸素供給のみを行う吹錬を約５〜７分行った。吹錬
終了直後にコレマナイトを炉内に投入し、処理後のスラ
グの改質を図った。この操業を約100ch 連続して行い、
各耐火物の溶損部位をレーザー式プロフィール計で測定
した。 【００２８】比較例でもほぼ同様の条件で操業した。た
だし、上吹きランスは全て孔空きの18孔ノズルを用い、
また投入ランスとしては図６(a) に示したような先端が
ストレートのものを用いた。この操業についても、約80
ch連続して行い各耐火物の溶損部位をレーザー式プロフ
ィール計で測定したが、クロム鉱石粉の吹き込み粉流の
中心が炉径の 0.2倍以内の炉心領域に収まっていなかっ
た（炉径の約0.45倍の領域）せいか、クロム鉱石を供給
するランスが存在する側の炉壁には著しい局部溶損が生
じ修理を余儀なくされた。 【００２９】表１に、転炉のＸ点およびＹ点における溶
損速度を比較して示したが、比較例ではクロム鉱石粉の
投入ランスが存在する側の溶損が大きく、また全体の溶
損速度も速い。 【表１】 【００３０】 【発明の効果】かくしてこの発明によれば、溶融還元操
業に際し、クロム鉱石投入ランスの摩耗のおそれなし
に、従来に比べて溶融還元炉の耐火物寿命を格段に延長
することができ、ひいては製造コストの低減のみならず
生産性の大幅な向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来法に従って溶融還元処理を行った場合にお
ける炉壁耐火物の溶損状態を示した図である。 【図２】従来法に従い投入ランスからクロム鉱石を投入
した場合における、クロム鉱石の落下状態を示した図で
ある。 【図３】上記の方法でクロム鉱石を投入した場合におけ
る、炉壁耐火物の溶損状態を示した図である。 【図４】クロム鉱石の投入位置の違いによる、その後の
軌跡の違いを示した図である。 【図５】出鋼側（Ｘ点）とトラニオン側（Ｙ点）におけ
る溶損速度と炉径に対する吹き込み粉流の落下中心位置
の比ｒ1/Ｒとの関係を示した図である。 【図６】この発明の実施に用いて好適な投入ランスの好
適先端形状例を示した図である。 【図７】ノズル先端の傾斜角度と摩耗速度との関係を示
したグラフである。 【図８】18孔ノズルの孔の一部（５孔）を閉塞した上吹
きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落下状
態を示した図である。 【図９】同じく18孔ノズル孔の一部（３孔）を閉塞した
上吹きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落
下状態を示した図である。 【図１０】６孔ノズル孔の一部（１孔）を閉塞した上吹
きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落下状
態を示した図である。 【符号の説明】 １ 転炉 ２ 上吹きランス ３ クロム鉱石粉の投入ランス
ける炉壁耐火物の溶損状態を示した図である。 【図２】従来法に従い投入ランスからクロム鉱石を投入
した場合における、クロム鉱石の落下状態を示した図で
ある。 【図３】上記の方法でクロム鉱石を投入した場合におけ
る、炉壁耐火物の溶損状態を示した図である。 【図４】クロム鉱石の投入位置の違いによる、その後の
軌跡の違いを示した図である。 【図５】出鋼側（Ｘ点）とトラニオン側（Ｙ点）におけ
る溶損速度と炉径に対する吹き込み粉流の落下中心位置
の比ｒ1/Ｒとの関係を示した図である。 【図６】この発明の実施に用いて好適な投入ランスの好
適先端形状例を示した図である。 【図７】ノズル先端の傾斜角度と摩耗速度との関係を示
したグラフである。 【図８】18孔ノズルの孔の一部（５孔）を閉塞した上吹
きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落下状
態を示した図である。 【図９】同じく18孔ノズル孔の一部（３孔）を閉塞した
上吹きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落
下状態を示した図である。 【図１０】６孔ノズル孔の一部（１孔）を閉塞した上吹
きランスを用いた場合における、クロム鉱石粉の落下状
態を示した図である。 【符号の説明】 １ 転炉 ２ 上吹きランス ３ クロム鉱石粉の投入ランス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 別所 永康
千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎
製鉄株式会社 技術研究所内
(72)発明者 寺畠 知道
千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎
製鉄株式会社 千葉製鉄所内
(72)発明者 西川 廣
千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎
製鉄株式会社 千葉製鉄所内
(72)発明者 ▲浜▼田 俊二
千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎
製鉄株式会社 千葉製鉄所内
(72)発明者 栗脇 考誠
千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎
製鉄株式会社 千葉製鉄所内
(56)参考文献 特開 昭62−211347（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−87308（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−208409（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−232919（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−123809（ＪＰ，Ａ)
特公 平７−33536（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21B 11/00
C21C 5/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 上底吹き転炉において、酸化性ガスを供
給する上吹きランスとは別に粉状のクロム鉱石を供給す
るランスを設け、 両ランスから酸化性ガスとクロム鉱石粉とをそれぞれ個
別に供給すると同時に、炉内に炭材を供給して、クロム
鉱石粉の溶融還元を行うに際し、 炉の軸心上方に設置した上吹きランスから供給される酸
化性ガスジェットに向けて、該軸心に対し５°〜30°の
傾斜角度でクロム鉱石粉を投入し、該クロム鉱石粉の吹
き込み粉流の中心を、炉径の 0.2倍以内の炉心領域に収
めることを特徴とする溶融還元炉におけるクロム鉱石粉
の投入方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25627295A JP3444046B2 (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 溶融還元炉におけるクロム鉱石粉の投入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25627295A JP3444046B2 (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 溶融還元炉におけるクロム鉱石粉の投入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0995721A JPH0995721A (ja) | 1997-04-08 |
| JP3444046B2 true JP3444046B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=17290347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25627295A Expired - Fee Related JP3444046B2 (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 溶融還元炉におけるクロム鉱石粉の投入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3444046B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4650226B2 (ja) * | 2005-11-16 | 2011-03-16 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶融還元方法 |
| JP5087955B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2012-12-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶融還元方法 |
-
1995
- 1995-10-03 JP JP25627295A patent/JP3444046B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0995721A (ja) | 1997-04-08 |
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