JP3630003B2

JP3630003B2 - 溶融金属中への炭化水素ガスの吹込方法

Info

Publication number: JP3630003B2
Application number: JP06299899A
Authority: JP
Inventors: 達生金井; 善彦樋口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000256725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉等の精錬炉の溶融金属中へ２重管羽口を使用して炭化水素ガスを吹き込む方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱炭精錬を効率良く進行させるためには、溶鋼の攪拌を強化するのが有効であることが広く知られている。そのため、現在の転炉は、主な酸素供給源である上吹きランスに加えて、溶鋼の攪拌を目的とした底吹き羽口を設置し、酸素、炭化水素、不活性ガスなどをこの底吹き羽口を通して溶鋼に吹き込んでいる。
【０００３】
発明者らは、先に３重管構造の羽口を提案しており（特開平０５−２１４４２０号公報）、この３重管羽口において、内管と外管に炭化水素ガスを、中管に酸素を吹き込むことにより、脱炭時の溶鋼攪拌を増加する手段として、高価な不活性ガスに代えて安価な炭化水素ガスを大量に吹き込むことが可能となることを示した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の３重管羽口の場合、次のような問題点がある。
▲１▼１羽口あたり、ガス流量制御系が３系統必要であり、設備費が高くなる。
【０００５】
▲２▼ガス通過面積が大きく、ガス量をあまり必要としない吹錬の初期および中期でも、羽口地金湯差し防止用（地金入り込み防止用にガス圧をかける）の必要ガス量が単管や２重管羽口の場合よりも多く、ガスコストの上昇を招く。
【０００６】
本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、２重管羽口を用いて炭化水素ガスを耐火物剥離や羽口詰まり等を起こすことなく大量に吹き込むことができ、３重管羽口と同等以上の効果を得ることのできる溶融金属中への炭化水素ガスの吹込み方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来の３重管羽口を用い、吹錬前期に３重管の全面からＡｒ吹きを行い、吹錬後期に炭化水素ガスとしてＬＰＧ（液化プロパンガス）を使用し、内管ＬＰＧ−中管Ｏ_２−外管ＬＰＧに切り換えた後の温度推移を調査した。温度推移は、３重管の溶銑と接する面から手前５０ｍｍの内管内側部に熱電対を埋め込み温度測定する方法で求めた。この温度推移の調査結果から下記（Ａ）の知見、（Ｂ）の着想を得た。
【０００８】
（Ａ）３重管の内管のＬＰＧは、中管のＯ_２および外管のＬＰＧによって２重に断熱されており、内管のＬＰＧが分解温度まで至っていない。従って、ＬＰＧが分解により吸熱反応を起こすことがなく、管の金物温度・炉の耐火物温度の低下が防止されている。
【０００９】
（Ｂ）３重管のように２重の断熱作用がなくても、１重（単層）の断熱で内管の炭化水素ガスを分解温度以下に保持できれば、２重管を使用しても、３重管と同等の炭化水素ガス吹きが可能である。
【００１０】
(B) の着想を実現する手段として、内管の炭化水素ガスが羽口内で分解しない臨界的な条件を下記のように見出し、本発明が完成した。
即ち、本発明の溶融金属中への炭化水素ガスの吹込方法は、溶融金属中へ炭化水素ガスを内管・外管からなる２重管羽口を用いて吹き込む方法において、吹錬前期には内外管ともＡr ガスを使用し、吹錬後期に内管から炭化水素ガス（ＣｎＨｍ) を、外管から断熱性ガス（Ａr ，Ｎ₂ ，ＣＯ，ＣＯ₂ 等、あるいはこれら断熱性ガスと炭化水素ガスの混合ガス）を吹き込み、その流量比を下記の(1) 、(2) のいずれか一方の条件に基づいて調整することで、羽口詰まりすることなく安定して炭化水素ガスを吹き込むことを特徴とする（図１参照）。
【００１１】
条件（１）：内管２の炭化水素ガス４の羽口導入前の圧力Ｐおよび／または流量Ｑから外管３の断熱性ガス５（断熱性ガスと炭化水素ガスの混合ガス５’を含む）の流量を調整する。
【００１２】
条件（２）：外管外部に設置した熱電対６の温度Ｔを監視し、その温度Ｔに応じて外管３の断熱性ガス５（断熱性ガスと炭化水素ガスの混合ガス５’を含む）の流量を調整する。
【００１３】
以上のような構成において、吹錬前期に内外管ともにＡｒガスを導入して底吹き溶鋼攪拌を行ない、吹錬後期に内管のＡｒガスを炭化水素ガスに切り換える。吹錬の進行に伴い溶鋼温度・金物温度が上昇し、この状態で炭化水素ガスに切り換えると、炭化水素ガスが分解反応を起こし、その吸熱反応と外管の断熱性ガスの断熱効果が小さいことにより、外管金物温度・耐火物温度が低下し、熱スポールによる耐火物剥離が生じ、さらにマッシュルーム（凝固殻）の過大な成長により羽口前圧の上昇・羽口詰まりが発生するが、外管金物温度Ｔを検出し、この温度Ｔが低下してくると外管の断熱性ガス（Ａｒガス等）の流量を増加させることにより、外管の断熱性ガスの断熱効果で炭化水素ガスの分解反応が抑制され、外管金物温度・耐火物温度の低下が防止され、耐火物剥離が解消されることで羽口寿命が延び、また過冷によるマッシュルーム過大成長が防止されることで安定操業が可能となると共に、羽口詰まりが解消されることで炭化水素ガスを大量に吹き込むことができ、十分な溶鋼攪拌力が得られる。即ち、２重管羽口を使用しても３重管羽口と同等以上の効果が得られる。
【００１４】
同様に、内管の炭化水素ガスの羽口導入前の圧力Ｐ・流量Ｑを検出し、圧力Ｐが増加し、あるいは流量Ｑが低下すると、外管の断熱性ガスの流量を増加させることにより、外管の断熱性ガスの断熱効果で炭化水素の分解反応が抑制され、外管金物温度・耐火物温度の低下が防止され、前述と同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて詳細に説明する。この実施態様は、転炉の上・底吹き精錬に本発明を適用した例である。図１は本発明の吹込み方法を実施するための装置を示したものである。図２は吹錬経過時間に対する金物温度と羽口前圧の推移を示したものである。
【００１６】
図１に示すように、本発明では、転炉の炉底部に複数個設置される底吹き用の羽口に２重管羽口１を使用し、吹錬後期において、内管２から炭化水素ガス４を吹き込み、外管３から断熱性ガス５、あるいは断熱性ガスと炭化水素ガスの混合ガス５’を吹き込む。
【００１７】
炭化水素ガス４は、ＣＨ_４，Ｃ_２Ｈ_６，Ｃ_３Ｈ_８，Ｃ_４Ｈ_１０等を単独あるいは混合ガスとして用いる。断熱性ガス５は、Ａｒ，Ｎ_２等の不活性ガスが含まれるが、本発明の狙いとする断熱効果が期待できるＣＯ，ＣＯ_２等も単独あるいは混合ガスとしてそれぞれ用いることができる。
【００１８】
また、外管３の外側に熱電対６を設置し（例えば、溶銑と接する面の手前５０ｍｍ位置）、外管金物温度を常に監視する。内管２への供給管には、圧力計７，流量計８，流量調節弁９を設け、外管３への供給管にも、圧力計１０，流量計１１，流量調節弁１２を設け、炭化水素ガス４の流量および断熱性ガス５（５’）の流量をそれぞれ独立して制御できるようにするのが望ましい。
【００１９】
図２は、内管２のガスを切り換え（吹錬前期Ａｒ →吹錬後期ＬＰＧ：流量５Ｎｍ^３／ｍｉｎ一定）、外管３の流量（流量は全て羽口１本当たりの流量を示す）を変えて（Ａｒ：流量０．０５〜０．１Ｎｍ^３／ｍｉｎ）底吹きを行なった試験結果である。試験中は上から精錬用の酸素をランスを通して導入した。なお、図２における「羽口前圧」は、内管２の羽口手前のガス圧力の値（圧力計７の検出値）を示し、羽口の閉塞状況を示す指標であり、値が低いほど圧損が小さく、ガスの元圧１０ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．９８ＭＰａ）に近づくほど閉塞状況が悪化していることを示す。閉塞のない通常の「羽口前圧」は約６ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．５９ＭＰａ）である。
【００２０】
この図２から明らかなように、吹錬前期において内外管ともＡｒの場合は、吹錬が進行し溶鋼温度が上昇するにつれ、金物温度も上昇する。内管を炭化水素ガス（ＬＰＧ）に切り換えると、ＬＰＧが分解反応を起こし、この吸熱反応と外管の断熱性ガスの断熱効果が小さいことが重なり、外管金物温度が低下する。それに伴い外管金物に接する耐火物温度も低下するため、熱スポールに起因する耐火物剥離が生じて、羽口寿命が著しく悪化する。
【００２１】
さらに、この状態は過冷のため溶鉄が凝固して生成するマッシュルームが過大に成長し、羽口前圧力が増大し安定操業が不可能となる。また、羽口詰まりが発生するため、安定して炭化水素ガスを吹き込むことができずに、本来の目的である炭化水素ガス大量底吹きによる溶鋼攪拌力の確保が不能となる。
【００２２】
次いで、この状態から、外管の断熱性ガスのＡｒ流量を増やすと（０．０５→ ０．１Ｎｍ^３／ｍｉｎ）、外管の断熱性ガスによる断熱効果が増すため、内管の炭化水素ガス（ＬＰＧ）の温度は分解温度まで上昇せず、羽口前圧も低位となる。なお、ＬＰＧは、常温でも分解するが、分解が顕著となるのは４３０℃程度である。
【００２３】
従って、吹錬後期において炭化水素ガスを吹き込む場合、羽口金物温度が低下してきたら外管のＡｒ流量を増せば、外管の断熱性ガスの断熱効果により内管の炭化水素ガス（ＬＰＧ）の分解反応が抑制され、金物温度・耐火物温度の低下が防止されるため、熱スポールによる耐火物剥離が解消され、またマッシュルームの成長が防止され、羽口前圧も低下するため、内管からの炭化水素ガス大量吹き込みが可能となる。具体的には、熱電対６による検出温度が例えば４００℃を越えると、外管３の流量調節弁１２を制御装置１３により調節して外管の断熱性ガス（Ａｒ）を増加させる。
【００２４】
但し、外管のＡｒ流量を増加し過ぎると、ガスコストが悪化するのみでなく、外管のＡｒそのものの冷却能によりマッシュルームが成長し、羽口詰まりの原因となるため、外管の断熱性ガスの流量は内管の炭化水素ガスを最大に流すことができる程度に少ない方が好ましい。
【００２５】
また、以上は外管金物温度を監視して外管のＡr 流量を制御する例であるが、これに限らず、内管２の羽口前圧Ｐ（圧力計７）と流量Ｑ（流量計８）のいずれか一方あるいは両方に基づいて外管３のＡr 流量を制御するようにしてもよい。この場合、羽口前圧Ｐが増加し（例えば、7kgf/cm²を越えると）、あるいは流量Ｑが減少すると、外管３の断熱性ガス（Ａr ）を増加させれば、前述と同様の効果が得られる。
【００２６】
【実施例】
溶銑２５０Ｔｏｎ（温度１２００〜１３００℃、成分は表１に示す）を転炉に装入し、酸素ガスを８５０Ｎｍ^３／ｍｉｎで上吹きランス（６孔，傾斜角１５度，スロート径４８ｍｍ，ランス高さ２．５ｍ）から溶銑に上吹き吹錬した。
【００２７】
【表１】

転炉の炉底に設けた４本の２重管羽口から吹錬前期および中期に、内管と外管にＡｒを流し、吹錬後期（［Ｃ］＝０．５％以下）には、内管にＬＰＧを、外管にＡｒを流して、［Ｃ］＝０．０５％になるまで吹錬した。その結果を表２に示す。
【００２８】
表２において、比較例１は３重管羽口の場合、比較例２，３，４は２重管羽口で外管ガス流量を金物温度、羽口前圧により変化させなかった場合、本発明例１，２は２重管羽口で外管ガス流量を金物温度，羽口前圧によって変化させた場合である。
【００２９】
【表２】

【００３０】
上記の表２から明らかなように、本発明例１，２の羽口損耗速度は、炭化水素ガスの大量吹き込みを実施しない場合と同等の０．１７ｍｍ／ｃｈが得られた。比較例２で羽口損耗速度が大きいのは、羽口周辺レンガの熱スポールによるものであり（大量吹き込みのＬＰＧの吸熱反応等で耐火物温度が低下）、本発明例１，２では、内管の羽口前圧あるいは熱電対の温度に基づいて外管ガス流量を調整することで、羽口レンガの熱スポールを抑制できた。
【００３１】
比較例３で鉄歩留指数が低下しているのは、羽口が詰まり炭化水素ガスが規定流量流れなかったことに起因しており、本発明例１，２のように外管ガス流量を調整すれば、羽口詰まりが解消され、比較例４の炭化水素ガスを吹き込まない場合と比べても鉄歩留指数を大幅に向上させることができ、比較例１の３重管の場合と同等となる。
【００３２】
また、本発明例１，２は２重管羽口を使用しているため、比較例１の３重管羽口と比較して、ガスコスト指数および設備費用指数を大幅に低減することができた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の溶融金属中への炭化水素ガスの吹込方法は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏することができる。
【００３４】
（１）２重管羽口の内管から炭化水素ガスを、外管から断熱性ガスを吹き込む際に、外管外部に設置した熱電対の温度を監視し、その温度に応じて外管の断熱性ガスの流量を調整し、あるいは内管の炭化水素ガスの羽口導入前の圧力および／または流量から外管の断熱性ガスの流量を調整するようにしたため、外管の断熱性ガスの断熱効果で炭化水素ガスの分解反応が抑制され、外管金物温度・耐火物温度の低下が防止され、耐火物剥離および羽口詰まりを解消することができる。これにより、羽口寿命を延ばすことができ、また炭化水素ガスを大量に流すことができ、２重管羽口を使用しても３重管羽口と同等以上の効果を得ることができる。
【００３５】
（２）２重管羽口によりガス流量制御系が２系統ですみ、ガス通過面積も少なくなり、３重管羽口に比べて、設備費用およびランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭化水素ガスの吹込方法を実施するための装置を示す概略断面図である。
【図２】吹錬経過時間に対する金物温度および羽口前圧の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１…２重管羽口
２…内管
３…外管
４…炭化水素ガス（ＣｎＨｍ）
５…断熱性ガス（Ａｒ，Ｎ_２，ＣＯ，ＣＯ_２等）
５’…断熱性ガスと炭化水素ガスの混合ガス
６…熱電対
７…圧力計
８…流量計
９…流量調節弁
１０…圧力計
１１…流量計
１２…流量調節弁
１３…制御装置

Claims

溶融金属中へ炭化水素ガスを内管・外管からなる２重管羽口を用いて吹き込む方法において、内管から炭化水素ガスを、外管から断熱性ガスを吹き込み、その流量比を下記の(1) 、(2) のいずれか一方の条件に基づいて調整することで、羽口詰まりすることなく安定して炭化水素ガスを吹き込むことを特徴とする溶融金属中への炭化水素ガスの吹込方法。
条件(1) ：内管の炭化水素ガスの羽口導入前の圧力および／または流量から外管の断熱性ガスの流量を調整する。
条件(2) ：外管外部に設置した熱電対の温度を監視し、その温度に応じて外管の断熱性ガスの流量を調整する。