JP3876537B2

JP3876537B2 - 転炉型製錬炉の炉寿命の延長方法

Info

Publication number: JP3876537B2
Application number: JP18724098A
Authority: JP
Inventors: 浩関口; 嘉久北野; 宏泰森岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: JP2000017318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼工程で適用される転炉に代表される転炉型製錬炉の炉寿命の延長方法に関し、特に、酸素を上から吹き込む上吹きランスを有する転炉型製錬炉の炉寿命延長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉は、高炉で生産された溶銑を酸素によって吹錬し、溶銑中の炭素を燃焼させて除去し溶鋼とする製鋼設備である。
酸素の吹き込みは、上吹きランスで行う上吹き方式と、転炉下部の底吹きノズルから行う底吹き方式、あるいは、その両方の機能を備えた上底吹き方式がある。
【０００３】
また、近年ではこの転炉を用いて、炉内に鉄鉱石、クロム鉱石あるいはマンガン鉱石を装入するとともに、還元と熱源用燃料として石炭やコークスなどの炭材を添加し、上吹きランスから供給する酸素によって、炭材や炉内のCOガスの燃焼によって高熱を得て上記鉱石を還元して溶湯とする、いわゆる溶融還元製錬することも行われている。
【０００４】
上吹きのランスを有する転炉型製錬炉（以下、単に転炉と呼ぶ。）の断面図を図１（ａ）に示す。
転炉１は、その最外殻を鉄皮８で覆われ、鉄皮８の内側に転炉内張り耐火物７によってライニングされている。そして、必要に応じ底吹きノズル２から酸素が吹き込まれると共に、上吹きのランス５から酸素が酸素ガスジェット６として吹き込まれる。転炉内に装入された溶銑は、酸素ガスによって吹錬されて溶鋼３となる。そして、その溶鋼３の上部に溶融スラグ４が生成する。転炉内では、酸素ガスジェット６等の酸素ガスが吹き込まれることで、溶鋼３と溶融スラグ４が激しく撹拌されながら炭素の活発な燃焼反応が行われる。そして、転炉内張り耐火物７は、この炭素の燃焼によって発生する高熱と、溶融スラグの浸食によって溶損され、その肉厚がだんだんと薄くなっていく。
【０００５】
しかし、その溶損は均一ではなく、転炉の特定箇所の溶損のみが特に顕著となる場合がある。
特開昭62-13513号公報には、ランスを常時回転させながら吹錬を行い、この溶損を周方向において均一化する方法が開示されている。また、内張り耐火物の上下方向の溶損を均一化するため、ランスを上下に揺動させることが行われてることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の方法で、酸素ガスジェット吹き込みによる燃焼領域、その中でも特にCOが燃焼する２次燃焼領域の偏在に起因する溶損の不均一を緩和することが可能となる。しかしながら、偏在の発生は、ランスから吹き込む酸素ジェットの分布の不均一によるものだけではなく、炉の耐火物形状、投入材の投入状況などにも依存するものであり、酸素ジェットの吹き込みを均一としただけでは、溶損の不均一を解消できない。実際には、この溶損はある定まった個所に集中して偏在する傾向にあるが、溶損の偏在の発生原因は複雑な要因が複合しており、その溶損発生をコントロールすることはできないのが現状である。
【０００７】
そして、その溶損が集中した個所の耐火物残厚が規定値以下となると、転炉内張り耐火物の張り替えが必要となる。このとき、他の大部分には、まだ十分な残厚があるものの、その溶損が集中した箇所のため全体の張り替えを行っているのが実状である。
また、上記の方法では、転炉の吹錬中にランスを回転する必要から、吹錬中にランスが受ける様々な振動や衝撃に抗してランスを定常回転させることとなり、その回転機構は頑丈で複雑な機械設備とすることが必要となる。そのため、大きな設備投資を必要とする。
【０００８】
本発明は、ほとんど設備投資を必要とせず、耐火物の溶損の不均一を効果的に解消し、転炉炉寿命の延長を可能とする方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上吹きのランスを有する転炉に適用する転炉炉寿命の延長方法であって、複数の酸素噴射口をランスの中心軸に対して非対称に配列し、転炉内張り耐火物の溶損状況に応じてランスを中心軸の廻りに所定角度変位させるようにしたことを特徴とする転炉炉寿命の延長方法によって上記課題を解決した。
【００１０】
また、そのランスの必要な変位操作を吹錬開始前にあらかじめ行うようにしたことで、吹錬中の回転機構は不要となり、強固なクランプが可能となる。
そして、ランスの回転を、酸素噴射口からの酸素ジェット強度の弱い方向が転炉内張り耐火物の溶損の大きい個所に向くようにすることが効果的であることを見出したのである。
【００１１】
すなわち、本発明では、ランスの酸素噴射口を非対称に配置したことを第１の特徴とする。次に、各チャージ毎に、または、何回かのチャージに１回の割合で、吹錬開始前に、炉内状況を観測し、その観測情報を基に炉内の溶損が大きい個所にランスの酸素ジェット強度の弱い方向を向けるようにランスを回転して変位させ、吹錬中はランスを固定するようにしたことを第２の特徴とする。そして、この２つを組み合わせて、転炉炉寿命の延長を実現したことを特徴とするのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に適用するランスの酸素噴射口の配置例を図１（ｂ）に示す。
本発明では、ランス５の先端部に配置する酸素噴射口5aを非対称に配置したことを特徴としている。具体的には、図２に示す従来の酸素噴射口5bの対称な配置に対し、噴射口を１個減らして非対称としているが、これに限定されるものではなく、酸素噴射をランス軸中心に周方向で均一とするのではなく、作為的に不均一とするのである。
【００１３】
図３に、両者の酸素ガスジェットの強度分布を比較して示す。（ａ）は図１（ｂ）に示す本発明の場合の分布を示し、（ｂ）は図２に示す従来から用いられている均一配置の場合の分布を示している。ここで、11、12、13はそれぞれ噴射強度のレベルを示しており、それぞれレベル１（弱）、レベル２（中）、レベル３（強）を示している。
【００１４】
図３（ａ）では、図の下側方向、すなわちランス５の酸素噴射口5aがない方向が弱い酸素噴射強度となっていることが示されているが、この方向を耐火物残厚の特に薄くなった個所に向けるようにするのである。
耐火物プロフィールの測定は、簡便には目視判定によるが、正確な測定のためにはレーザ距離計を用いた既知の耐火物プロフィール測定装置を用いる。
【００１５】
本発明では、この耐火物プロフィール測定装置によって測定した結果に基づき、ランスをランス軸のまわりに所定の角度だけ回転して変位させるようにした。ここで言う「回転」にはランスを定常的に回転させたり、あるいは、反復回転させることは含まず、ランスをある角度だけ部分的に回転（変位）させることを言う。そして、本発明では、転炉が吹錬を行っていないチャージとチャージの間に上記の変位操作を行わせることを特徴とする。
【００１６】
転炉の吹錬時において、ランスは、通常、振動したり、揺動したりしないように図示しないクランプ装置によってしっかりと固定されている。従来技術として示したように、吹錬中にランスを定常的に回転させるためには、このクランプ装置にランスの回転を許容するような機構を付加する必要がある上、回転のための頑丈な駆動装置を必要とする。
【００１７】
一方、本発明のように、吹錬を行っていないときにのみランスを回転して変位するのであれば、先のクランプを緩めて行えば良く、クランプ装置に特別な付加機能を必要としない。そして、ランスの回転（変位）機構も、振動や衝撃に抗する必要がないことから、その回転駆動装置も簡便なもので十分である。
本発明では、ランスに、その中心軸まわりに非対称な酸素噴射口を設けたことを特徴とする。したがって、ランスからの酸素ガスジェットの強度はランスの中心軸まわりに相対的に強い部分と弱い部分とが形成される。転炉の耐火物プロフィールを測定し、溶損の相対的に大きい部分を特定したら、そこに上記の強度が相対的に弱い部分が向くようにあらかじめランスを回転して変位させる。
【００１８】
なお、耐火物プロフィール測定の結果、耐火物の溶損に場所的な不均一が認められない場合は、特にランスを変位させる必要はない。
以上の説明においては、耐火物の溶損に不均一が認められた場合は、ランスを回転させて変位する方法を説明したが、これに限定されるものではない。
すなわち、それぞれ噴射強度の弱い方向が異なる非対称の酸素噴射口を有するランスをあらかじめ所定本数（例えば、図１（ｂ）の配置においては６本）用意しておき、必要に応じて、ランスを取り替えるようにしても良く、この場合は、ランスの回転機構も必要ではなく、極めてシンプルな構造となる。
【００１９】
【実施例】
容量160tonの上底吹き転炉型製錬炉を用いて、クロム鉱石の溶融還元製錬を行った。上吹きランスから酸素流量2.5 〜3.2Nm³/min/tonで酸素を吹精しつつ、炉内にCr鉱石を1.5kg/Nm³-O₂、炭材を1.7kg/Nm³-O₂の割合で投入した。また炉底に設けた７本の羽口から酸素を0.3Nm³/min/tonの流量で溶湯中に吹き込んで溶湯の撹拌と炭素の燃焼を行った。このようにして１チャージあたりの溶融還元時間、平均60分、出湯時の溶湯温度1570〜1590℃の操業を継続して行った。
【００２０】
このような操業を行い、各チャージ出湯後の空炉状態で、最も溶損しやすい炉内絞り部（図１（ａ）参照）の耐火物残厚をレーザ距離計を用いた耐火物プロフィール測定装置によって測定した。測定点は炉の円周方向で４点（両トラニオンサイド：図４のｂ、ｃ、出湯孔側：図４のａ、装入側：図４のｂ）とした。
従来例としては、図２のようなノズル配置をもった上吹きランスによって継続して製錬を行った。また、本発明例では、上記の耐火物残厚測定によって不均一な溶損傾向が認められた時点で、ランスの酸素ジェットの強度の弱い向きが特に溶損の大きいサイドに向くようにランスを回転して変位させて操業を行った。
【００２１】
図４に転炉の水平断面の一例を模式図として示す。図４は、従来の操業において、あるチャージ数だけ操業した結果、不均一な溶損が発生した様子を示している。ここで、図４では、ａ、ｂ、ｃの各箇所ではいずれもほぼ均一に溶損してきているが、ｄ位置で溶損に偏りが発生し、局所的に薄くなっている様子を示している。
【００２２】
図５は、図４に示したａ、ｂ、ｃ、ｄ各位置での炉壁の厚さ（すなわち、耐火物の残厚）のチャージによる推移を示している。21は本発明を適用した本発明例の溶損曲線を示し、22は従来の操業での推移を従来例の溶損曲線として示している。23は、厚さ（残厚）の許容限界を示している。
従来例では、ｄ位置での溶損が大きく、約300 チャージで残厚の許容限界に到達しており、この時点で耐火物の張り替えが必要となっている。ちなみに、この場合でも他の位置では、点線で示すように500 チャージ以上の寿命があることが予測できるのである。一方、本発明例では、溶損の均一化が達成され、残厚の許容限界にいたるまで約600 チャージが可能であり、炉の寿命を大幅に延長させることができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、大きな設備投資をすることなく、炉寿命を大幅に延長させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する転炉の側面断面図（ａ）と、非対称配置の酸素噴射口を有するランスの一例の正面図（ｂ）である。
【図２】従来の対称配置の酸素噴射口を有するランスの正面図である。
【図３】上吹きのランスから溶鋼に向けて噴射した酸素ジェットの強度パターンを示す模式図であり、（ａ）は非対称配置の酸素噴射口を有する場合のパターンの例を示し、（ｂ）は対称配置の酸素噴射口を有する場合のパターンの例を示す。
【図４】転炉の水平断面の模式図である。
【図５】転炉内張り耐火物がチャージにつれ溶損していく状況を示すグラフである。
【符号の説明】
１転炉
２底吹きノズル
３溶鋼
４溶融スラグ
５ランス
5a、5b 酸素噴射口
６酸素ガスジェット
７転炉内張り耐火物
８鉄皮
９炉内絞り部
11 レベル１（弱）
12 レベル２（中）
13 レベル３（強）
21 本発明例の溶損曲線
22 従来例の溶損曲線
23 許容限界

Claims

上吹きランスを有する転炉型製錬炉に適用する炉寿命の延長方法であって、複数の酸素噴射口をランスの中心軸に対して非対称に配列し、転炉内張り耐火物の溶損状況に応じてランスを前記中心軸の廻りに所定角度変位させるようにしたことを特徴とする転炉型製錬炉の炉寿命の延長方法。
前記ランスの変位操作を吹錬開始前にあらかじめ行うことを特徴とする請求項１に記載の転炉型製錬炉の炉寿命の延長方法。