JP3666301B2 - 真空脱ガス槽用複合ランス及びその使用方法 - Google Patents
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- Y02P10/20—Recycling
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空脱ガス槽用複合ランスに係わり、詳しくは、溶鋼の真空精錬、成分調整等を行う真空脱ガス装置（通常、真空脱ガス槽、排気手段、取鍋等からなる）自体の予熱及び該装置内に保持した溶鋼の昇温と、該溶鋼を脱炭精錬する酸素ガスの吹込みと１本のランスで個別又は連続して行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、転炉や電気炉から出鋼された溶鋼は、さらに精錬（二次精錬という）され、高級鋼化されることが多い。この二次精錬として、前記真空脱ガス装置（以下、脱ガス槽ということが多い）内に保持した溶鋼に、酸素を吹き付け、脱炭する方法が普及している。ところが、かかる真空下での脱炭精錬においては、前記槽の予熱が不十分であると、溶鋼の温度が低下し過ぎたり、あるいは脱ガス槽の内壁に多量の地金が付着し、操業が円滑にできないという問題が生じている。
【０００３】
そのため、従来より、脱ガス槽自体を予熱したり、溶鋼温度を上昇させる種々の対策が研究され、実用されてきた。最近でも、特開平６−７３４３１号公報は、図４に示すように、軸芯に設けたスロート部１５とその下に連接した末広がり部１６よりなる酸素吹き出し部と、該末広がり部１６の末広がり面に設けた燃料ガス供給孔１７とを有する所謂「複合ランス１」を備えた真空脱ガス装置を提案している。これによれば、１本の複合ランス１で、溶鋼への酸素の吹き付け、燃料ガスと酸素とを燃焼させての溶鋼の加熱、及び脱ガス槽の地金付着防止等ができるとの非常に好都合な効果を期待している。
【０００４】
しかしながら、特開平６−７３４３１号公報記載の複合ランスは、単に、酸素ガスのノズル部に燃料ガスを吹き出させて、酸素と混合する構造で、実際には、脱ガス槽内を十分に予熱する火力がなかった。また、極めて簡単な構造であるため、試用すれば下記のような問題が生じる恐れがあった。すなわち、
（１）酸素と燃料ガスの混合ガスが自然着火する時にのみに有効であり、冷えてしまった脱ガス槽内の昇温は、不可能で、且つ信頼性が非常に乏しい。
【０００５】
（２）うまく自然着火しても、操業中に何らかの原因で消火した場合、脱ガス槽内に燃料ガスが充満して爆発の危険がある。
【０００６】
（３）従って、安全を重視すると、脱ガス槽の予熱作業に時間がかかり、生産性にも悪影響を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、従来に比べて安心して、且つ短時間で予熱作業ができるばかりでなく、酸素の吹き付け、溶鋼の昇温、真空脱ガス装置自体の加熱が円滑に実施可能な真空脱ガス装置用複合ランスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、前記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、真空脱ガス槽に挿入して使用され、水冷筒体で形成した酸素ガス通路及び該酸素通路の先端に酸素を溶融金属へ吹き付るノズルを備えた酸素上吹きランスと、その周囲を囲む水冷外筒と、該酸素上吹きランスと水冷外筒との間隙に複数本組み込んだ流体燃料及びその燃焼用気体の通路と、これら通路の先端に設けた燃焼バーナと、該燃焼バーナの少なくとも1つに内設した点火プラグとからなることを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランスである。
【００１０】
また、本発明は、前記酸素上吹きランスの軸心上であって酸素ガス通路用筒体のノズルとは反対側の後端に透明板を取り付けた開口を設け、該開口を介して炎を検知するセンサを備えたことを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランスである。
【００１１】
さらに、本発明は、前記複合ランスに設けた燃焼バーナの使用中に、前記センサで監視している部分の炎温度を高めるよう、前記開口に連接する酸素上吹きランス内のノズルに少量の燃焼補助用酸素を供給することを特徴とする複合ランスの使用方法でもある。
【００１２】
本発明によれば、使用中に流体燃料が消火することがなくなり、安全、且つ安定して脱ガス槽及び溶鋼の加熱や酸素の吹込みが行なえるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、燃焼バーナが４本の例で、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明に係る真空脱ガス装置用複合ランス１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶鋼に吹き付ける酸素を供給する酸素ガス通路３とノズル２とを備えた水冷筒体１８を主体とする。そして、該水冷筒体１８の周囲をさらに水冷外筒１９で囲み、該水冷外筒１９と前記水冷筒体１８との間隙に流体燃料２２やその燃焼用気体（酸素等）２３の通路とする配管を複数本設け、これら配管の先端を燃焼バーナ６（以下、単にバーナ６）としてある。それらバーナ６は、２重管構造になっており、一般的に内管２０に流体燃料（ＬＰＧ等）２２、外管２１に該燃料の燃焼用気体２３を流すようになっている。本発明の重要ポイントは、複数のバーナ６の少なくとも１つに（内管２０の先端）点火プラグ９を取り付けてスパークを発生させ、流体燃料２２と燃焼用気体２３の混合気体に点火するようにしたことである。これによって、バーナ６の使用時に消火が防止される。
【００１５】
また、本発明では、この消火防止機能をさらに高めるため、前記酸素ガス通路３用筒体の後端（ノズルと同心軸上の反対側）に石英ガラス等の不燃性透明板４を張り、そこを介して内部が観察できるようにすると共に、炎を検出するセンサ５（例えば、紫外線検出器）を設置した。なお、このセンサ５は、炎を検知できなければ、バーナ６への流体燃料２２及び燃焼用気体２３の供給をすべて停止し、Ｎ2等の不活性ガスで置換する信号を発信するようにしてある。また、ノズル２には、バーナ６への流体燃料２２の供給と同時に、少量の燃焼補助用酸素を流し、前記ノズル２近傍の炎温度を安定化して高温に保ち、センサ５の誤診断を防止するようにしてある。
【００１６】
次に、かかる本発明に係る複合ランス１を真空脱ガス槽１０で使用する方法について説明する。まず、バーナ６の各内外管（流体燃料と燃焼用気体の通路）をＮ２ガス等の不活性ガスで所定時間パージし、その後、点火プラグを備えたバーナに流体燃料２２、燃焼用気体２３を供給して、火花により点火する。点火状況を前記炎の検出用センサ５で確認後、あるいは所定時間の経過後、他のバーナ６にも流体燃料２２、燃焼用気体２３を供給して着火させる。所定時間経過した後、この着火炎を前記センサ５で監視し、炎が検出されれば、そのまま流体燃料等の供給を続行、炎が検出できなければ、消火してＮ２ガス等の不活性ガスでバーナ６内をパージする。また、バーナ６への流体燃料２２の供給と同時に、ノズル２に少量の酸素を供給して、監視している炎の温度を常に高温に保ち、センサ５の誤作動を防止する。当然、燃焼が不成功であれば、この燃焼補助用酸素ガスは、消火の検出時点で閉止し、Ｎ2ガスに置換される。
【００１７】
一方、真空脱ガス槽１０内で、溶鋼１３にアルミを添加して昇熱したり、脱炭等の精錬を行なう場合には、酸化反応の促進のため、ノズル２から酸素ガスの吹付けを行なう。その際、バーナ６による脱ガス槽１０や溶鋼１３の加熱は行なわない。つまり、バーナには、Ｎ2等の不活性ガスを所定量流し、スプラッシュ等によるバーナ先端の閉塞を防止するようにする。
【００１８】
【実施例】
本発明に係る複合ランス１を、ＲＨ方式の真空脱ガス装置１０に適用した。最初は、真空製錬に使用した脱ガス槽１０の内壁面に地金が多量に付着したので、操業の停止期間中に該地金を除去すると共に、次回操業のため該脱ガス槽１０を予熱した例である。脱ガス槽１０の下方に溶解物２７（地金、スラグ等）を受ける容器１１（スラグポットという）を図２に示すように配置した後、本発明に係る複合ランス１を脱ガス槽１０に上方から挿入してセットする。そして、前記した脱ガス槽１０の加熱方法に従い、複合ランス１のバーナ６を使用して、脱ガス槽１０を予熱した。なお、真空脱ガス槽は、１８０トンの溶鋼を処理するＲＨ式真空脱ガス槽であり、該槽の予熱は、流体燃料としてプロパンガスを使用し、流量６０Ｎｍ3／ｈｒで４時間、ついで流量１３４Ｎｍ3／ｈｒで１時間の合計５時間吹込み、その間に、槽の内壁温度は１０４５℃から１４００℃に上昇した。その結果、使用中に消火することなく、円滑に地金除去及び予熱ができた。また、従来の複合ランス１を使用した場合に対して、予熱に要した時間は、７０％程度であった。
【００１９】
次に、この予熱後の真空脱ガス槽１０を用いて、溶鋼１３の脱炭精錬を行なった。取鍋１２に溶鋼１３を装入し、その中に脱ガス槽１０の下部を浸漬し、真空下で取鍋１２と脱ガス槽１０間で溶鋼１３を循環させて精錬を行なった。その際、本発明に係る複合ランス１を、図３に示すように、脱ガス槽１０の上方から挿入、セットし、そのノズル２を介して酸素ガス２５を溶鋼１３に所定の条件で吹き付けた。なお、転炉から出鋼された直後の取鍋内における溶鋼中炭素（Ｃ）濃度は４９６ｐｐｍであり、これをＲＨ式真空脱ガス槽に設けた本発明のランスを使用して、減圧下で酸素流量２０Ｎｍ3／ｍｉｎで所定時間の酸素吹錬処理を行なった。この処理によって２３分後に、溶鋼中の炭素濃度は２０ｐｐｍの極低炭素領域にまで脱炭することができた。その結果、溶鋼１３の脱炭が従来の複合ランス１を使用した場合と遜色なく、円滑に行なうことができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、１本のランスを使用するだけで、従来に比べて安心して、且つ短時間で予熱作業ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合ランスの一例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明に係る複合ランスによう脱ガス槽の予熱状況を示す。
【図３】本発明に係る複合ランスによる溶鋼の脱炭精錬状況を示す図である。
【図４】従来の複合ランスの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 複合ランス
２ ノズル
３ 酸素ガス通路
４ 不燃性透明板
５ センサ
６ 燃焼バーナ（バーナ）
７ 流体燃料の通路
８ 燃焼用気体（例えば、空気）の通路
９ 点火プラグ
１０ 真空脱ガス槽（脱ガス槽）
１１ 容器（スラグポット）
１２ 取鍋
１３ 溶鋼
１４ 合金ホッパ
１５ スロート部
１６ 末広がり部
１７ 燃料ガス供給部
１８ 水冷筒体
１９ 水冷外筒
２０ 内管
２１ 外管
２２ 流体燃料
２３ 燃焼用気体（酸素等）
２５ 酸素ガス
２６ 冷却水
２７ 溶解物
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空脱ガス槽用複合ランスに係わり、詳しくは、溶鋼の真空精錬、成分調整等を行う真空脱ガス装置（通常、真空脱ガス槽、排気手段、取鍋等からなる）自体の予熱及び該装置内に保持した溶鋼の昇温と、該溶鋼を脱炭精錬する酸素ガスの吹込みと１本のランスで個別又は連続して行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、転炉や電気炉から出鋼された溶鋼は、さらに精錬（二次精錬という）され、高級鋼化されることが多い。この二次精錬として、前記真空脱ガス装置（以下、脱ガス槽ということが多い）内に保持した溶鋼に、酸素を吹き付け、脱炭する方法が普及している。ところが、かかる真空下での脱炭精錬においては、前記槽の予熱が不十分であると、溶鋼の温度が低下し過ぎたり、あるいは脱ガス槽の内壁に多量の地金が付着し、操業が円滑にできないという問題が生じている。
【０００３】
そのため、従来より、脱ガス槽自体を予熱したり、溶鋼温度を上昇させる種々の対策が研究され、実用されてきた。最近でも、特開平６−７３４３１号公報は、図４に示すように、軸芯に設けたスロート部１５とその下に連接した末広がり部１６よりなる酸素吹き出し部と、該末広がり部１６の末広がり面に設けた燃料ガス供給孔１７とを有する所謂「複合ランス１」を備えた真空脱ガス装置を提案している。これによれば、１本の複合ランス１で、溶鋼への酸素の吹き付け、燃料ガスと酸素とを燃焼させての溶鋼の加熱、及び脱ガス槽の地金付着防止等ができるとの非常に好都合な効果を期待している。
【０００４】
しかしながら、特開平６−７３４３１号公報記載の複合ランスは、単に、酸素ガスのノズル部に燃料ガスを吹き出させて、酸素と混合する構造で、実際には、脱ガス槽内を十分に予熱する火力がなかった。また、極めて簡単な構造であるため、試用すれば下記のような問題が生じる恐れがあった。すなわち、
（１）酸素と燃料ガスの混合ガスが自然着火する時にのみに有効であり、冷えてしまった脱ガス槽内の昇温は、不可能で、且つ信頼性が非常に乏しい。
【０００５】
（２）うまく自然着火しても、操業中に何らかの原因で消火した場合、脱ガス槽内に燃料ガスが充満して爆発の危険がある。
【０００６】
（３）従って、安全を重視すると、脱ガス槽の予熱作業に時間がかかり、生産性にも悪影響を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、従来に比べて安心して、且つ短時間で予熱作業ができるばかりでなく、酸素の吹き付け、溶鋼の昇温、真空脱ガス装置自体の加熱が円滑に実施可能な真空脱ガス装置用複合ランスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、前記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、真空脱ガス槽に挿入して使用され、水冷筒体で形成した酸素ガス通路及び該酸素通路の先端に酸素を溶融金属へ吹き付るノズルを備えた酸素上吹きランスと、その周囲を囲む水冷外筒と、該酸素上吹きランスと水冷外筒との間隙に複数本組み込んだ流体燃料及びその燃焼用気体の通路と、これら通路の先端に設けた燃焼バーナと、該燃焼バーナの少なくとも1つに内設した点火プラグとからなることを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランスである。
【００１０】
また、本発明は、前記酸素上吹きランスの軸心上であって酸素ガス通路用筒体のノズルとは反対側の後端に透明板を取り付けた開口を設け、該開口を介して炎を検知するセンサを備えたことを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランスである。
【００１１】
さらに、本発明は、前記複合ランスに設けた燃焼バーナの使用中に、前記センサで監視している部分の炎温度を高めるよう、前記開口に連接する酸素上吹きランス内のノズルに少量の燃焼補助用酸素を供給することを特徴とする複合ランスの使用方法でもある。
【００１２】
本発明によれば、使用中に流体燃料が消火することがなくなり、安全、且つ安定して脱ガス槽及び溶鋼の加熱や酸素の吹込みが行なえるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、燃焼バーナが４本の例で、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明に係る真空脱ガス装置用複合ランス１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶鋼に吹き付ける酸素を供給する酸素ガス通路３とノズル２とを備えた水冷筒体１８を主体とする。そして、該水冷筒体１８の周囲をさらに水冷外筒１９で囲み、該水冷外筒１９と前記水冷筒体１８との間隙に流体燃料２２やその燃焼用気体（酸素等）２３の通路とする配管を複数本設け、これら配管の先端を燃焼バーナ６（以下、単にバーナ６）としてある。それらバーナ６は、２重管構造になっており、一般的に内管２０に流体燃料（ＬＰＧ等）２２、外管２１に該燃料の燃焼用気体２３を流すようになっている。本発明の重要ポイントは、複数のバーナ６の少なくとも１つに（内管２０の先端）点火プラグ９を取り付けてスパークを発生させ、流体燃料２２と燃焼用気体２３の混合気体に点火するようにしたことである。これによって、バーナ６の使用時に消火が防止される。
【００１５】
また、本発明では、この消火防止機能をさらに高めるため、前記酸素ガス通路３用筒体の後端（ノズルと同心軸上の反対側）に石英ガラス等の不燃性透明板４を張り、そこを介して内部が観察できるようにすると共に、炎を検出するセンサ５（例えば、紫外線検出器）を設置した。なお、このセンサ５は、炎を検知できなければ、バーナ６への流体燃料２２及び燃焼用気体２３の供給をすべて停止し、Ｎ2等の不活性ガスで置換する信号を発信するようにしてある。また、ノズル２には、バーナ６への流体燃料２２の供給と同時に、少量の燃焼補助用酸素を流し、前記ノズル２近傍の炎温度を安定化して高温に保ち、センサ５の誤診断を防止するようにしてある。
【００１６】
次に、かかる本発明に係る複合ランス１を真空脱ガス槽１０で使用する方法について説明する。まず、バーナ６の各内外管（流体燃料と燃焼用気体の通路）をＮ２ガス等の不活性ガスで所定時間パージし、その後、点火プラグを備えたバーナに流体燃料２２、燃焼用気体２３を供給して、火花により点火する。点火状況を前記炎の検出用センサ５で確認後、あるいは所定時間の経過後、他のバーナ６にも流体燃料２２、燃焼用気体２３を供給して着火させる。所定時間経過した後、この着火炎を前記センサ５で監視し、炎が検出されれば、そのまま流体燃料等の供給を続行、炎が検出できなければ、消火してＮ２ガス等の不活性ガスでバーナ６内をパージする。また、バーナ６への流体燃料２２の供給と同時に、ノズル２に少量の酸素を供給して、監視している炎の温度を常に高温に保ち、センサ５の誤作動を防止する。当然、燃焼が不成功であれば、この燃焼補助用酸素ガスは、消火の検出時点で閉止し、Ｎ2ガスに置換される。
【００１７】
一方、真空脱ガス槽１０内で、溶鋼１３にアルミを添加して昇熱したり、脱炭等の精錬を行なう場合には、酸化反応の促進のため、ノズル２から酸素ガスの吹付けを行なう。その際、バーナ６による脱ガス槽１０や溶鋼１３の加熱は行なわない。つまり、バーナには、Ｎ2等の不活性ガスを所定量流し、スプラッシュ等によるバーナ先端の閉塞を防止するようにする。
【００１８】
【実施例】
本発明に係る複合ランス１を、ＲＨ方式の真空脱ガス装置１０に適用した。最初は、真空製錬に使用した脱ガス槽１０の内壁面に地金が多量に付着したので、操業の停止期間中に該地金を除去すると共に、次回操業のため該脱ガス槽１０を予熱した例である。脱ガス槽１０の下方に溶解物２７（地金、スラグ等）を受ける容器１１（スラグポットという）を図２に示すように配置した後、本発明に係る複合ランス１を脱ガス槽１０に上方から挿入してセットする。そして、前記した脱ガス槽１０の加熱方法に従い、複合ランス１のバーナ６を使用して、脱ガス槽１０を予熱した。なお、真空脱ガス槽は、１８０トンの溶鋼を処理するＲＨ式真空脱ガス槽であり、該槽の予熱は、流体燃料としてプロパンガスを使用し、流量６０Ｎｍ3／ｈｒで４時間、ついで流量１３４Ｎｍ3／ｈｒで１時間の合計５時間吹込み、その間に、槽の内壁温度は１０４５℃から１４００℃に上昇した。その結果、使用中に消火することなく、円滑に地金除去及び予熱ができた。また、従来の複合ランス１を使用した場合に対して、予熱に要した時間は、７０％程度であった。
【００１９】
次に、この予熱後の真空脱ガス槽１０を用いて、溶鋼１３の脱炭精錬を行なった。取鍋１２に溶鋼１３を装入し、その中に脱ガス槽１０の下部を浸漬し、真空下で取鍋１２と脱ガス槽１０間で溶鋼１３を循環させて精錬を行なった。その際、本発明に係る複合ランス１を、図３に示すように、脱ガス槽１０の上方から挿入、セットし、そのノズル２を介して酸素ガス２５を溶鋼１３に所定の条件で吹き付けた。なお、転炉から出鋼された直後の取鍋内における溶鋼中炭素（Ｃ）濃度は４９６ｐｐｍであり、これをＲＨ式真空脱ガス槽に設けた本発明のランスを使用して、減圧下で酸素流量２０Ｎｍ3／ｍｉｎで所定時間の酸素吹錬処理を行なった。この処理によって２３分後に、溶鋼中の炭素濃度は２０ｐｐｍの極低炭素領域にまで脱炭することができた。その結果、溶鋼１３の脱炭が従来の複合ランス１を使用した場合と遜色なく、円滑に行なうことができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、１本のランスを使用するだけで、従来に比べて安心して、且つ短時間で予熱作業ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合ランスの一例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明に係る複合ランスによう脱ガス槽の予熱状況を示す。
【図３】本発明に係る複合ランスによる溶鋼の脱炭精錬状況を示す図である。
【図４】従来の複合ランスの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 複合ランス
２ ノズル
３ 酸素ガス通路
４ 不燃性透明板
５ センサ
６ 燃焼バーナ（バーナ）
７ 流体燃料の通路
８ 燃焼用気体（例えば、空気）の通路
９ 点火プラグ
１０ 真空脱ガス槽（脱ガス槽）
１１ 容器（スラグポット）
１２ 取鍋
１３ 溶鋼
１４ 合金ホッパ
１５ スロート部
１６ 末広がり部
１７ 燃料ガス供給部
１８ 水冷筒体
１９ 水冷外筒
２０ 内管
２１ 外管
２２ 流体燃料
２３ 燃焼用気体（酸素等）
２５ 酸素ガス
２６ 冷却水
２７ 溶解物
Claims (3)
- 真空脱ガス槽に挿入して使用され、水冷筒体で形成した酸素ガス通路及び該酸素通路の先端に酸素を溶融金属へ吹き付るノズルを備えた酸素上吹きランスと、その周囲を囲む水冷外筒と、該酸素上吹きランスと水冷外筒との間隙に複数本組み込んだ流体燃料及びその燃焼用気体の通路と、これら通路の先端に設けた燃焼バーナと、該燃焼バーナの少なくとも１つに内設した点火プラグとからなることを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランス。
- 前記酸素上吹きランスの軸心上であって酸素ガス通路用筒体のノズルとは反対側の後端に透明板を取り付けた開口を設け、該開口を介して炎を検知するセンサを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空脱ガス槽用複合ランス。
- 請求項２記載の真空脱ガス槽に設けた燃焼バーナの使用中に、前記センサで監視している部分の炎温度を高めるよう、前記開口に連接する酸素上吹きランス内のノズルに少量の酸素を供給することを特徴とする真空脱ガス槽用複合ランスの使用方法。
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