JP3706429B2 - 溶融金属内へのガスの吹き込み方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼等の溶融金属内へのガスの吹き込み方法に関し、とくに吹き込みガス流量の可変範囲の広いガスの吹き込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼精錬においては溶鋼内へのガス吹き込みが常用されるようになってきたが、精錬技術の高度化、多様化に伴い、一連の精錬工程の中で吹き込みガスの流量を大幅に変更しうる技術の必要性が高まっている。
【０００３】
例えば、上底吹き転炉で低燐の高炭素鋼を溶製するためには、脱炭吹錬の末期に底吹きガス流量を絞り、スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）を高めて脱燐を促進させる必要がある。また、上底吹き転炉で極低炭素域まで脱炭するに際しては、脱炭末期に酸素の供給が過剰にならないように、極低炭素域で底吹き酸素流量を低減させる必要がある。
【０００４】
また、電気炉においても底吹き精錬が多用されるようになってきたが、溶解初期の溶鋼量の少ない時期は、底吹きガス流量を小さくし、溶鋼量が多くなる溶解中期以降に、底吹きガス流量を増大させる必要がある。
【０００５】
一般に溶鋼中にガスを吹き込む羽口としては、羽口れんが内に金属製の単管又は二重管ノズルを埋め込んだものが多く用いられる。しかし、このような管状のノズルは、ガス流量を低減させた時にノズル内に溶鋼が差し込んで閉塞するという問題がある。そのために管状のノズルでは、吹き込みガス流量の可変範囲が狭いということが問題であった。
【０００６】
これに対して、多孔質の耐火物いわゆるポーラスプラグを用いて溶鋼内にガスを吹き込む方法では、管状のノズルのような溶鋼の差し込みがないため、流量を絞ることは可能であるが、吹き込めるガス流量が少なく、大幅な精錬効果の向上が期待できない。
【０００７】
一方、例えば特開昭６２−９６６１２号公報には、羽口れんが内に多数の金属製の細管を埋め込んで（集合管方式）、低流量時に溶鋼の差し込みを起こりにくくして流量可変幅を広くする方法が開示されている。この方法では、健全に形成されたマッシュルームが羽口を保護し寿命を延ばす役割を果たしており、通常は、マッシュルームを健全に形成させるために、細管ノズル１本当たりの不活性ガスの吹き込み流量をノズル断面積で除した細管ノズル先端における見かけのガスの線流速が３００Ｎｍ／秒前後となるようにＣＯ₂やＮ₂等の不活性ガスを吹き込んでいる。
【０００８】
見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒を超える流量のガスを吹き込もうとするとガスによる冷却が過多となり、マッシュルームが異常に成長して、羽口が閉塞するという問題が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み羽口の寿命を低下させることなく、ＣＯ₂あるいは不活性ガスの吹き込みガス流量の可変範囲を大きくする溶融金属内へのガスの吹き込み方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その要旨は、ＣＯ_２あるいは不活性ガスを吹き込んで溶融金属を精錬するに際し、吹き込みノズル先端部における見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒を超えるように前記吹き込みガスを吹き込む場合に、前記吹き込みガスを予熱してから吹き込むことを特徴とする溶融金属内へのガスの吹き込み方法である。
【００１１】
また、単管ノズルもしくは単管ノズルを集合した羽口からＣＯ₂あるいは不活性ガスを吹き込んで溶融金属を精錬するに際し、吹き込みノズル先端部における見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒を超えるように前記吹き込みガスを吹き込む場合に、下式で示される範囲内の温度Ｔまで前記吹き込みガスを予熱してから吹き込むことを特徴とする溶融金属内へのガスの吹き込み方法である。
【００１２】
Ｔ_l−４(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ≦ Ｔ ≦Ｔ₁−２(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ
ここで、Ｔ ：予熱後の吹き込みガスの温度（℃）
Ｔ_l：溶融金属の温度（℃）
Ｔ_a：予熱前のガス温度（℃）
ａ＝吹き込みガス流量／基準吹き込みガス流量
基準吹き込みガス流量（Ｎｍ³／時）＝300(Ｎｍ／秒)×ノズル総面積(ｍ²)×3600
本発明において、吹き込みガス流量が所定の値を超える場合に吹き込みガスを予熱してから吹き込む理由は、ノズル先端に健全なマッシュルームが維持されるようにするためである。ここでいう「健全なマッシュルーム」とは、吹き込みノズル先端を保護しつつ、所定流量のガスを安定して吹き込むことのできるガス流路を有するノズル先端部の付着物を意味する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施する際のガスの吹き込み経路の例を示す説明図である。転炉１の底部に羽口２が埋め込まれており、ガスは羽口２を通って溶鉄３内に吹き込まれる。通常は、バイパス用バルブ５を開とし、予熱ルートのバルブ４は閉として、ガスを常温のまま吹き込む。ガスを通常よりも高流量で吹き込む場合は、バルブ５を閉としバルブ４を開として、ガスを予熱器６内で予熱してから吹き込む。予熱器６は、バーナーを利用したものでも良いし、電気加熱方式でも良い。
【００１４】
本発明の発明者らは、溶鉄中にＣＯ₂あるいは不活性ガスを吹き込んで精錬を行う場合に、高流量のガスを流しているとマッシュルームが過度に成長してガス流路が閉塞気味となり流量が低下してくること、ノズル１本当たりの吹き込み流量をノズル出口断面積で除した見かけの線流速が２００〜４００Ｎｍ／秒とすれば健全なマッシュルームが形成され羽口の寿命が延びることを知見した。すなわち、吹き込みガスによる冷却能がマッシュルームの形成条件を支配する。
【００１５】
そこで、発明者らは、見かけの線流速が２００Ｎｍ／秒未満あるいは４００Ｎｍ／秒超となるようにガス流量を増加した場合でも冷却能がほぼ一定となるようにガス温度を制御すれば、健全なマッシュルーム形成を維持しつつガスの吹き込み流量の可変幅を大きくできるとの考えから、見かけの線流量を４００Ｎｍ／秒超の高流量のガスを吹き込む場合には、ガスを予熱した後に高温のガスを溶鉄内に吹き込み、冷却能を低下させる方法を検討した。
【００１６】
不活性ガスを吹き込む場合、羽口はガスの顕熱のみで冷却され、Ｔ_a℃のガスをＴ_l℃の溶鉄に吹き込むときの冷却能は、ガスの比熱をｃ(kcal/℃・mol)とすると、ｃ(Ｔ_l−Ｔ_a) (kcal/mol)となる。従って、吹き込みガス流量をｘ倍に増加する場合には、ガス１mol当たりの冷却能が１／ｘになるようにガスを予熱しておけば羽口の冷却能が維持される。すなわち、そのときの必要予熱温度は、
Ｔ_l−(Ｔ_l−Ｔ_a）／ｘ（℃）
となる。
【００１７】
また、健全なマッシュルームの形成条件が、見かけの線流速２００〜４００Ｎｍ／秒であることから、基準流量を
Ｑ₀（Ｎｍ³／時）＝300(Ｎｍ/秒)×ノズル総断面積(ｍ²)×3600
と定義すると、不活性ガスのみを吹き込む場合、流量が 2/3Ｑ₀以上 4/3Ｑ₀以下であれば、健全なマッシュルームを維持できる。
【００１８】
以上のことから、不活性ガスを見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒超となる流量Ｑで吹き込む場合、ａ＝Ｑ／Ｑ₀とすると、
Ｔ_l−４(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ≦ Ｔ ≦Ｔ_l−２(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ
を満たす温度Ｔまでガスを予熱した後吹き込めば、羽口の冷却能がほぼ普遍となり、健全なマッシュルーム形成が維持されることになる。
【００１９】
【実施例】
容量１００ton の転炉を用いて、本発明のガス吹き込み方法とガス予熱無しに吹き込んだ場合の、吹き込み状況と羽口溶損速度を比較した。
【００２０】
実施例、比較例とも直径３mmの小径ノズルをスリーブれんがに１５本埋め込んだ羽口を炉底に４本配置し、吹き込みガスとしてＣＯ_２及びＮ_２ガスを使用した。この羽口を使用した場合、本発明で定義した基準流量Ｑ_０は４５８Ｎｍ^３／時となる。溶鉄の温度はいずれの場合も約１５００℃、ＣＯ_２及びＮ_２ガスの流量は４５０、１０００Ｎｍ^３／時の２水準で比較を行い、実施例では、１０００Ｎｍ^３／時の場合、１０５０℃までガスをバーナーを利用した予熱器で予熱した後に吹き込んだ。
【００２１】
ＣＯ₂ガスを使用した時の結果を実施例１、比較例１として表１に、Ｎ₂ガスを使用した時の結果を実施例２、比較例２として表２に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
ＣＯ₂ガス、Ｎ₂ガス共に比較例の場合には、１０００Ｎｍ³／時の水準では羽口が閉塞気味となり吹き込み流量が徐々に低下して最終的に３００〜４００Ｎｍ³／時までしか吹き込めないようになった。一方、実施例ではＣＯ₂、Ｎ₂共に１０００Ｎｍ³／時の流量の場合にも、安定した吹き込みが実現でき、羽口の溶損速度も大きな変化は認められなかった。従って、本発明の吹き込み方法によれば、従来の吹き込み方法に比較して、羽口の寿命低下なしにガス流量の可変範囲を大幅に拡大できることが明らかになった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、溶鉄内へのガスを吹き込むに際し、従来の吹き込み方法と比較して、羽口の寿命の低下なしに、吹き込みガス流量の可変範囲を大幅に拡大することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際のガスの吹き込み経路の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 転炉
２ 羽口
３ 溶鉄
４ 予熱ルート用バルブ
５ バイパス用バルブ
６ 予熱器

Claims (2)

1. ＣＯ_２あるいは不活性ガスを吹き込んで溶融金属を精錬するに際し、吹き込みノズル先端部における見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒を超えるように前記吹き込みガスを吹き込む場合に、前記吹き込みガスを予熱してから吹き込むことを特徴とする溶融金属内へのガスの吹き込み方法。
2. 単管ノズルもしくは単管ノズルを集合した羽口からＣＯ₂あるいは不活性ガスを吹き込んで溶融金属を精錬するに際し、吹き込みノズル先端部における見かけの線流速が４００Ｎｍ／秒を超えるように前記吹き込みガスを吹き込む場合に、下式で示される範囲内の温度Ｔまで前記吹き込みガスを予熱してから吹き込むことを特徴とする溶融金属内へのガスの吹き込み方法。
   Ｔ_l−４(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ≦ Ｔ ≦Ｔ_l−２(Ｔ_l−Ｔ_a)／３ａ
   ここで、Ｔ ：予熱後の吹き込みガスの温度（℃）
   Ｔ_l：溶融金属の温度（℃）
   Ｔ_a：予熱前の吹き込みガスの温度（℃）
   ａ＝吹き込みガス流量／基準吹き込みガス流量
   基準吹き込みガス流量（Ｎｍ³／時）
   ＝300(Ｎｍ／秒)×ノズル総断面積(ｍ²)×3600

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