JP4019117B2 - Powder blowing apparatus and refining method - Google Patents

Description

本発明の粉体吹込み装置では、支燃性流体供給管の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられ、これら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、燃料流体供給管が、粉体供給管からの粉体流あるいは支燃性流体供給管からの支燃性流体流の周囲に、燃料流体を噴出させることができるように構成することができる。
本発明の粉体吹込み装置は、支燃性流体供給管に、燃料流体流路から支燃性流体供給管内部に燃料流体を導く燃料流体噴出部が形成され、供給管中心軸に対する燃料流体噴出部の傾斜角度θ3が、５〜９０°である構成とすることができる。
本発明の粉体吹込み装置は、燃料流体噴出部より先端側の支燃性流体供給管の内面に、周方向に沿う溝が形成されている構成とすることができる。
本発明の粉体吹込み装置では、支燃性流体供給管の燃料流体噴出部より先端側に、ほぼ一定の内径を有する直胴部が形成されている構成とすることができる。
【００１５】
本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法は、粉体吹込み装置を用いて、酸素を含む支燃性流体と粉体とを、燃料流体とともに冷鉄源に向けて噴出させることによって、冷鉄源を溶解し、精錬する炉の操業方法であって、冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落ちした後の精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流体供給量を設定することを特徴とする。
本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法では、上記粉体吹込み装置を用いることができる。
本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのうち１種以上を対象とすることができる。
精錬にあたっては、固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
【００１６】
本発明の精錬方法は、粉体吹込み装置を用いて、粉体を供給するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体および支燃性流体を溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬することを特徴とする。
支燃性流体を噴出させる際の支燃性流体の初速は音速以上、好ましくはマッハ数Ｍ≧１．１０とするのが好ましい。
本発明の精錬方法では、支燃性流体の周囲に燃料流体を噴出させ、この燃料流体を燃焼しつつ噴出させるのが好ましい。
本発明の精錬方法では、上記粉体吹込み装置を用いることができる。
本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのうち１種以上を対象とすることができる。
精錬にあたっては、固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
本発明の精錬方法では、精錬の際に発生する排ガスから顕熱または潜熱を回収することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の粉体吹込み装置の第１の実施形態の要部を示す概略構成図である。
図１に示す粉体吹込み装置（以下、ランスと称する）１は、溶融金属などの液体中に、コークス、廃棄物燃料等の粉体を吹き込むノズル２を備えている。
ここに示すノズル２は、コークスや廃棄物燃料等の粉体を空気等の搬送流体とともに供給する粉体供給管３の外周側に、粉体の燃焼を促進する支燃性流体を供給する支燃性流体供給管４が設けられ、その外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管５が設けられ、さらにその外周側に、管状の水冷ジャケット６が設けられている。
このノズル２は、内周側から外周側にかけて供給管３〜５および水冷ジャケット６が設けられた４重管構造となっている。
【００１８】
粉体供給管３は、コークス、廃棄物燃料等の粉体と、粉体搬送用の搬送流体とを含む混合体を、内部に流通させることができるようになっている。
粉体供給管３の先端部の外周には、粉体供給管テーパ部３ａが形成されている。粉体供給管テーパ部３ａは、粉体供給管３の外径が先端方向に向けて徐々に小さくなるように形成されている。
粉体供給管３の中心軸方向に対する粉体供給管テーパ部３ａの傾斜角度θ１は、４°≦θ1≦１１°（好ましくは５°≦θ1≦１０°）となるように設定するのが好ましい。
なお、図１には、直管状の粉体供給管３を例示したが、粉体供給管は、圧力損失が少なく粉体を安定に供給可能であれば、形状は特に限定されない。
【００１９】
支燃性流体供給管４は、酸素等の支燃性流体を、供給管３、４の隙間（供給管３の外面と供給管４の内面との間。以下、支燃性流体流路１２と称する）に流通させることができるようになっている。
支燃性流体供給管４の先端部の内周には、支燃性流体供給管テーパ部４ａが形成されている。
支燃性流体供給管テーパ部４ａは、支燃性流体供給管４の内径が先端方向に向けて徐々に大きくなるように形成されている。
供給管３、４に形成されたテーパ部３ａ、４ａによって、支燃性流体流路１２は、供給管３、４の先端方向に向けて徐々に広くなっている。
支燃性流体供給管テーパ部４ａの中心軸方向に対する傾斜角度θ２は、４°≦θ２≦１１°（好ましくは５°≦θ２≦１０°）となるように設定するのが好ましい。
【００２０】
供給管３、４のテーパ部３ａ、４ａの傾斜角度θ1、θ2は、上記範囲（４〜１１°、好ましくは５〜１０°）とすることによって、支燃性流体流路１２で、支燃性流体を適度に膨張させ、高速の支燃性流体の流れ（超音速流）を得ることができるようになる。
このため、粉体供給管３内の気圧を先端付近において低くすることができ、粉体供給管３内の粉体の流速を高くすることができる。さらに、高速の支燃性流体により粉体を搬送することができるため、粉体流速をいっそう高めることができる。
傾斜角度θ1、θ2が上記範囲未満であると、支燃性流体の膨張が不十分となるため、支燃性流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。また傾斜角度θ1、θ2が上記範囲を越えると、噴出する支燃性流体が過度に膨張するため、ノズル出口で支燃性流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。
テーパ部４ａの傾斜角度θ２は、粉体供給管３のテーパ部３ａの傾斜角度θ１にほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。
すなわち、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２との差は、１°以下であることが好ましい。この差がこの範囲を越えると、支燃性流体の流れに乱れが生じ、粉体の流速が不十分となる。
【００２１】
支燃性流体供給管テーパ部４ａの基端側には、このテーパ部４ａに隣接して、細径部４ｂが形成されている。細径部４ｂの内径は、テーパ部４ａの最小内径とほぼ同じか、やや小さくなるように形成するのが好ましい。細径部４ｂの基端側には、この細径部４ｂよりも内径が大きい太径部４ｃが形成されている。
このため、細径部４ｂにおける支燃性流体流路１２（以下、スロート部７と称する）は、供給管４の他の部分における支燃性流体流路１２に比べて狭くなっている。
スロート部７の断面積Ａ１とし、供給管３、４の先端３ｂ、４ｄにおける支燃性流体流路１２の断面積をＡ２とすると、これら断面積Ａ１、Ａ２の比率（Ａ２／Ａ１）は、次に示す式（１）で表される範囲にあることが好ましい。
【００２２】
【数３】

【００２３】
この断面積比Ａ２／Ａ１が上記範囲未満であると、支燃性流体の膨張が不十分となるため、支燃性流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。また断面積比Ａ２／Ａ１が上記範囲を越えると、噴出する支燃性流体が過度に膨張するため、ノズル出口で支燃性流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。
なおノズル外部の圧力とは、このノズル２がおかれた雰囲気の圧力をいう。例えばノズル２が大気圧下におかれている場合には、ノズル外部の圧力は大気圧となる。
【００２４】
スロート部７の内径（細径部４ｂの内径）は、次のようにして設定するのが好ましい。
一般に、ラバールノズルのスロート部の断面積ＡＬ１は、式(2)より求めた値で設計されている。
【００２５】
【数４】

【００２６】
支燃性流体供給管４のスロート部７における内径ｄ1（細径部４ｂにおける内径）は、スロート部７の断面積Ａ1が、上記式（２）によって求められた断面積ＡL1に等しくなるように設定するのが好ましい。
支燃性流体供給管４の先端４ｄの内径（出口径）ｄ2は、上記断面積比Ａ2／Ａ1が、ラバールノズルにおける断面積比ＡL2／ＡL1（支燃性流体流路の出口断面積（ノズル先端における断面積）ＡL2とスロート部断面積ＡL1の比率) （式(3)に示す）に対し、式(4)に示す関係を満たすように決めるのが好ましい。
【００２７】
【数５】

【００２８】
（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／ＡL1）の１倍未満である場合には、支燃性流体の膨張が不十分となり、支燃性流体の速度が低くなり、粉体の噴出速度が低下する。（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／ＡL1）の３．０倍を越える場合には、噴出する支燃性流体が過度に膨張するため、ノズル出口で支燃性流体の速度が低くなり、粉体の噴出速度が低下する。
これに対し、（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／ＡL1）の１〜３．０倍である場合には、支燃性流体は若干過膨張となり、高速で流れるようになる（超音速状態になる）。また支燃性流体流路１２内の気圧が負圧になりやすくなるため、燃料流体を使用していない時に、支燃性流体が燃料流体の流路に流入することによる逆火の危険性を回避できるという利点もある。
【００２９】
支燃性流体供給管４の先端部には、燃料流体を供給管４の内部に導く燃料流体噴出部８が設けられている。
燃料流体噴出部８は、粉体供給管３から噴出される粉体流の周囲に、燃料流体を噴出させることができるように構成するのが好ましい。
燃料流体を粉体流の周囲に噴出させるために、燃料流体噴出部８を、供給管４の周方向にわたって連続的なスリット状に形成し、燃料流体が粉体流を囲むように噴出できるようにする構成を採用できる。
また燃料流体を粉体流の周囲に噴出させるようにするため、燃料流体噴出部８を、供給管４の周方向にわたって断続的に形成した孔部としてもよい。
【００３０】
燃料流体噴出部８は、供給管４の外側から内側に向けて先端方向に傾斜して形成されており、供給管４の中心軸方向に対する噴出部８の傾斜角度（供給管４の中心軸に対する噴出部８の中心軸の傾斜角度）θ３は、５°以上９０°以下とするのが好ましい。
特に、燃料流体が気体である場合には、傾斜角度θ３は、５°以上６０°以下とするのが好ましい。
傾斜角度θ３が上記範囲未満であると、燃料流体と支燃性流体の混合が不十分になり、火炎が不安定となりやすくなる。
傾斜角度θ３が上記範囲を越えると、燃料流体噴出部８から噴出する燃料流体が供給管４内の支燃性流体の流れを妨げ、支燃性流体の速度を低下させるため、粉体供給管３からの粉体の噴出速度が不十分となる。
【００３１】
燃料流体供給管５は、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料流体を、供給管４、５の隙間（以下、燃料流体流路１３と称する）に流通させることができるようになっている。
燃料流体供給管５の先端と、支燃性流体供給管４の先端との間には、これら供給管４、５間を閉止する閉止壁部９が設けられており、燃料流体の全量が、燃料流体流路１３から燃料流体噴出部８を通して噴出することができるようになっている。
【００３２】
水冷ジャケット６は、その内部に冷却水を流通させることができるようになっており、この冷却水の流通によって、供給管３〜５の内部温度を調節することができるようになっている。
【００３３】
次に、上記ノズル２を備えたランス１の使用方法について説明する。
コークスや廃棄物燃料等の粉体と搬送流体とを含む混合体を粉体供給管３内に供給し、先端側から噴出させる。
搬送流体としては、窒素、空気、酸素、酸素富化空気などを用いることができる。
同時に、支燃性流体を、支燃性流体流路１２（供給管３、４の隙間）に供給し、先端側から噴出させる。支燃性流体としては、酸素を含むもの（空気、酸素、酸素富化空気）が用いられる。
【００３４】
上述のように、粉体供給管３外周および支燃性流体供給管４内周には、それぞれテーパ部３ａ、４ａが形成されているため、支燃性流体流路１２は、先端方向に向けて徐々に広くなっている。
このため、支燃性流体流路１２で、支燃性流体を適度に膨張させ、高速の支燃性流体を得ることができる。
よって、粉体供給管３内の圧力を先端付近において十分に低くすることができ、粉体供給管３内の粉体の流速を高くすることができる。さらに、高速の支燃性流体により粉体を搬送することができるため、粉体流速をさらに高めることができる。
【００３５】
また同時に、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料流体を、燃料流体流路１３（供給管４、５の隙間）に供給し、燃料流体噴出部８を通して供給管４内に噴出させ、燃焼させる。
これによって、支燃性流体と燃料流体との混合流体が燃焼しつつ粉体とともに噴出する。
【００３６】
これによって、粉体流の周囲に流れる流体を高速化し、この流体の流れによって搬送される粉体の流速をさらに高めることができる。さらには、粉体が径方向に拡散するのを防ぐことができる。
従って、粉体を効率よく溶融金属等に吹き込むことが可能となる。
また、粉体を、スロート部７を通さずに供給することができるため、スロート部７における摩耗を未然に防ぐことができる。
さらに、粉体および支燃性流体をそれぞれ別系統から、すなわち供給管３、４から供給することができるため、これらが混合する際の流体流速の低下を最小限に抑えることができる。
【００３７】
なお、燃料流体としては、ＬＮＧのほか、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＣＯ、Ｈ _２ 、ＣＯ／Ｈ _２ 混合ガスが使用できる。また、重油、灯油などの液体燃料を用いることもできる。
【００３８】
次に、本発明のランスの第２の実施形態を、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態のランス２１のノズル２２を示すもので、このノズル２２は、支燃性流体供給管４のテーパ部４ａの先端側に、ほぼ一定の内径を有する管状の直胴部２３が設けられている。
直胴部２３は、テーパ部４ａの先端における供給管４の内径とほぼ等しい内径を有する。
直胴部２３の内面には、周方向に沿って溝２４が形成されている。
溝２４は、燃料流体の燃焼炎を安定化させるためのもので、直胴部２３の全周にわたって形成されている。
【００３９】
次に、このノズル２２を備えたランス２１を使用する方法について説明する。粉体と搬送流体とを含む混合体を粉体供給管３内に供給し、先端側から噴出させるとともに、支燃性流体を、支燃性流体流路１２に供給し、先端側から噴出させる。
同時に、燃料流体を燃料流体流路１３に供給し、燃料流体噴出部８を通して供給管４内に噴出させ、燃焼させる。
【００４０】
本実施形態のランス２１では、供給管４の先端に、ほぼ一定の内径を有する直胴部２３が設けられているので、噴出する燃料流体が径方向に拡散するのを防ぎ、燃料流体の燃焼炎を安定化することができる。
また、直胴部２３に、溝２４が設けられているので、燃料流体噴出部８から噴出した燃料流体が溝２４内で循環流を形成する。
このため、支燃性流体供給管４内の支燃性流体の流速が高い場合でも、溝２４内の燃料流体の燃焼が支燃性流体の流れに妨げられることがない。よって、燃料流体の燃焼炎を安定に維持することができる。
従って、粉体の流れをいっそう高速化することができる。
【００４１】
なお、本発明における流体とは、気体状態、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の流体を含む。
【００４２】
次に、本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法について説明する。
固体原料（冷鉄源）を溶解させるには、電気炉を用いて、固体原料を炉内へ装入し、アーク加熱により溶解させる。
炉内には供給熱の不足によりコールドスポットが生じることがあるため、本発明の操業方法では、バーナ・ランスを、コールドスポットを加熱できるように設置することができる。
電気炉溶解では、主に固体原料を溶解させる工程（溶解工程）と、それが溶落ちし液体状態となった液状物（溶鋼など）を昇温、精錬する工程とがある。
【００４３】
本発明の操業方法では、粉体吹込み装置を用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによって、冷鉄源を溶解し、精錬する。
粉体吹込み装置を用いて固体原料（冷鉄源）を溶解するに際しては、固体原料が溶解する工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、それぞれの工程に適した条件となるように、独立的に燃料流体供給量を設定する。
本発明の粉体吹込み装置は、支燃性流体と燃料流体の混合流体を、火炎とともに高速で噴出させることができるため、優れた溶断能力を有する。
溶解工程においては、固体原料を溶断しつつ加熱することができるため、加熱効率を高めることができる。このため、燃料への着熱効率を高め、より多くの燃料を燃焼させ、電力原単位を低減することができる。
【００４４】
一方、溶落ち以降の精錬工程では、炉内は、底部に溶鋼やスラグなどがあり、その上方は空間部となるため、多量の燃料を供給したとしても、その着熱効率は低くなる。
このため、流体流速が減衰するのを抑止する効果が得られる範囲で最小限の燃料を供給することによって、炉壁から浴に向けて効率よく支燃性流体（酸素）を吹き込み、脱炭反応やスラグフォーミングを促進させる。
【００４５】
溶解工程では、１≦酸素比＜３を満たすようにするのが好ましい。これによって、固体原料の溶断、溶解を促すとともに、炉内で発生する一酸化炭素などの可燃成分を燃焼させることができる。
なお酸素比とは、燃料流体の完全燃焼に必要な酸素量に対して供給する酸素量の比をいう。
溶落ち以降の精錬工程では、燃料流体供給量を大幅に低く、好ましくは酸素比が３以上となるようにし、支燃性流体（酸素）を高速で吹き込むことによって、脱炭反応およびスラグフォーミングを促進しつつ、固体原料を溶解させることができる。
【００４６】
このように、固体原料が溶解する溶解工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、独立的に燃料流体供給量を設定する方法によれば、燃料流量のみを調整するという単純な方法によって、各工程の効率化を図ることができる。
さらには、溶落ち以降の精錬工程において、コークスなどの炭素源や廃プラスチックなどの廃棄物からなる粉体を、固体原料に高速で吹き込むことができる。また、この粉体を原料中で燃焼させ、原料を効率的に加熱することができる。
【００４７】
次に、本発明の精錬方法について説明する。
本発明の精錬方法は、粉体吹込み装置を用いて、粉体を供給するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体および支燃性流体を溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬する方法である。
粉体は、搬送気体によって搬送することによって供給することができる。
【００４８】
一般に、高炉から出銑された溶銑は、溶銑鍋などの搬送用器に受銑され、脱珪、脱燐、脱硫などの予備処理が施された後に、転炉に装入され、必要に応じて予備処理された後、脱炭される。脱炭された溶鋼は、溶鋼鍋などの搬送容器により搬送され、二次精錬工程に供される。
本発明の精錬方法は、溶鉄（溶銑や溶鋼）を受容する容器、例えば転炉、溶融還元炉、脱炭炉、二次精錬炉などの精錬炉において実施することができる。本発明の精錬方法は、高炉鍋、混銑車（トピードカー）、装入用の鍋などの輸送用容器において実施することもできる。
上記容器は、支燃性流体の排ガスを処理する処理装置を有するものであることが好ましい。
【００４９】
以下、本発明の精錬方法を転炉内の溶鉄に対して適用した例を説明する。
一般に、転炉に装入された溶銑は、ランスからの酸素供給（送酸）によって脱炭され、溶鋼として次工程に供される。この際、スラグや溶鋼の成分調整を目的として、精錬剤（ＣａＯ、ドロマイトなど）、鉱石類（鉄鉱石、マンガン鉱石など）、合金類などが添加される。
また、鉄スクラップの溶解、昇温などを行う際には、十分な熱量が必要となる。またマンガン鉱石などの鉱石類を用いて還元処理を行う際には、十分な還元熱が必要である。このため、溶鉄中の炭素などの量が十分でない場合には、酸素の供給が十分であっても熱補償が必要となり、コークス、土壌黒鉛、石炭などの炭材が添加される。
【００５０】
副原料としては、コークス、石炭などの固体炭素源：プラスチックなどの炭化水素源：ＣａＯ、ＣａＣＯ _３ 等を含む石灰源：ＭｇＯ、ＭｇＣＯ _３ 等を含むマグネシウム源：Ａｌ、Ａｌ _２ Ｏ _３ 等を含むアルミニウム源：鉄鉱石：マンガン鉱石：合金のうち１種以上を挙げることができる。
固体炭素源、炭化水素源、アルミニウム源は、燃料源として作用する。
上記副原料は、通常、上方から自然落下させることによって添加される。副原料は、溶解性、反応性を高めるため、粒径の小さい粉体とすることが好ましいが、酸素を供給する場合には排ガスによって粉体が飛散しやすくなる。
このため、粒径数十ｍｍ以上のものが使用されるが、溶解性、反応性は損なわれる。
【００５１】
本発明では、粉体吹込み装置を用いて、粉体を供給するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体および支燃性流体を溶鉄に向けて噴出させる。
粉体吹込み装置としては、図１に示すものを使用できる。
また、単独の装置で粉体吹込みと支燃性流体供給とを行ってもよいし、粉体吹込み用の装置と支燃性流体供給用の装置を使用してもよい。
本発明では、支燃性流体の周囲に燃料流体を噴出させ、この燃料流体を燃焼しつつ噴出させることができる。
【００５２】
本発明では、粉体流の周囲から粉体を巻き込むように支燃性流体を供給するので、支燃性流体によって粉体を高速化することができる。
このため、粉体を浴中または浴面近くに吹き込むことができる。
従って、粉体の溶解性、反応性を高めることができる。
【００５３】
支燃性流体を噴出させる際の支燃性流体の初速は音速以上、好ましくはマッハ数Ｍ≧１．１０とするのが好ましい。この初速がこの範囲未満であると、粉体の速度が不十分となる。
粉体および支燃性流体が高速となると、浴中への進入深さが大きくなるが、支燃性流体が炉底に達すると、炉が劣化することがあるため、粉体および支燃性流体の速度は、これらが炉底に達しない程度に調整するのが好ましい。
【００５４】
本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのうち１種以上に適用することができる。
熱付加は、鉄源や合金源添加時の熱補償のために行われる。還元処理は、鉄鉱石、マンガン鉱石などを用いて行われる。
精錬の際に用いる精錬剤は、精錬の目的に応じて選択使用すればよい。例えば、脱珪や脱燐では、酸素との反応で生成する珪酸や燐酸をスラグとして安定化する必要があるため、安定化効果のある石灰源などを精錬剤として用いるのが好ましい。
石灰源は、ＣａＯとＣａＣＯ _３ のうち少なくとも一方を主成分とするものを用いると、迅速に溶融、スラグ化させることができるため好ましい。
【００５５】
本発明の精錬方法では、粉体を高速で添加することができるため、粉体の粒径が小さい場合（例えば粒径数百μｍ以下）である場合でも、飛散等を防ぎ、効率よく粉体吹込みが可能である。
副原料の添加量は、精錬処理量、要求される精錬度、許容される精錬時間などの条件によって設定することができる。
【００５６】
また、鉱石を還元処理する際には、鉄鉱石、マンガン鉱石、その他の鉱石に対し、媒溶剤（石灰など）、コークス、石炭などが還元剤や熱付加用の燃料源として添加されることがある。
本発明では、これらを高速で添加することができるため、還元速度や還元効率を高めることができる。
また、鉱石の還元時やスクラップ溶解時の降温の補償や、単なる浴の昇温のために、燃料源を効率的に燃焼し、発生した熱を効果的に着熱させることが可能である。
【００５７】
固体炭素源、炭化水素源、アルミニウム源などを燃料源として用いる場合には、これらを粉体として高速で添加することができるため、これらを浴の深部まで供給し、燃焼効率を高めることができる。
粉体の粒度、粉体と支燃性流体の比などを調整することによって、燃焼効率を調整することができる。
粉体と支燃性流体との比については、酸素比（空気比）を増減することによって調整することができる。この際、溶鉄中の被酸化物（炭素、珪素など）の量や、目的とする燃焼状態を考慮して粉体と支燃性流体との比を定めることができる。
【００５８】
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
支燃性流体は、気体状態に限らず、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の気液混合体であってもよい。
粉体を搬送する搬送流体としては、アルゴンなどの不活性ガス、窒素ガス、一酸化炭素ガスが使用可能である。また、配管内での燃焼などの問題がない限り、支燃性流体を用いることもできる。
また、燃料に関しては、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの炭化水素系ガスのほか、製鉄所内で回収される高炉ガス、転炉ガスなども使用できる。
また、本発明では、精錬の際に発生する排ガスから、熱交換器などを用いて顕熱または潜熱を回収することができる。
【００５９】
本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速化することができるため、従来より浴の深部まで支燃性流体を吹き込むことができ、精錬効率を高めることができる。
【００６０】
【実施例】
（実施例１)
図１に示す構成のノズル２を有するランス１を作製した。
装置仕様を表１に示す。表中、ノズル広がり角とは、テーパ部３ａ、４ａの傾斜角度θ1、θ2を意味する。また噴流とは粉体流を指す。
【００６１】
（比較例１）
ラバールノズルを有するランスを作製した。
装置仕様を表１に併せて示す。
【００６２】
【表１】

【００６３】
ピトー管を用いて、粉体を供給しない状態で実施例１および比較例１における噴流特性を調べた。
噴流速度の評価には、下記の式（５）を用いた。
【００６４】
【数６】

【００６５】
結果を図３に示す。図３において、横軸はノズル先端から供給管中心軸方向の距離を示し、縦軸は噴流速度を示す。
図３より、実施例１のランスでは、粉体供給管３を設けているが、断面積比Ａ_２／Ａ_１を適切な値にすることによって、ラバールノズルを有する比較例１のランスとほぼ同等の噴流速度を得ることができたことがわかる。
【００６６】
式（５）中のＫＭ値は噴流の速度減衰係数であり、噴流のポテンシャルコアの長さを示す。ポテンシャルコアとは、噴流の初期流速および初期濃度（粉体濃度）が維持されている領域を指し、ＫＭ値が大きいほど噴流性能が高いことを意味する。
【００６７】
ＫＭ値の解析結果を図４に示す。図４において、横軸はＬx／ｄ０を示し、縦軸は、Ｍｘ／Ｍｏを示す。
図４より、実施例１のＫＭ値は、比較例１のＫＭ値にほぼ等しく、実施例１のランス１では、ラバールノズルを備えた比較例１と同等の噴流性能が得られたことがわかる。
【００６８】
表１に示した実施例において、断面積比（Ａ2／Ａ1）を２．１９とし、ノズル広がり角（テーパ部３ａ、４ａの傾斜角度θ1、θ2）０〜１２°とした装置を用いてＫＭ値を求めた。
表１に示した実施例において、ノズル広がり角を８°とし、断面積比（Ａ2／Ａ1）を０．５〜４とした装置を用いてＫＭ値を求めた。
ＫＭ値をノズル形状因子で整理した結果を図５および図６に示す。
図５は、ノズル広がり角とＫＭ値との関係を示すグラフである。
図５より、ノズル広がり角を４〜１１°（好ましくは５〜１０°）とすることによって、高いＫＭ値が得られたことがわかる。
図６は、比較例１の断面積比（ＡL2／ＡL1）に対する、実施例１の断面積比（Ａ2／Ａ1）の比率と、ＫＭ値との関係を示すグラフである。
図６より、断面積比（ＡL2／ＡL1）に対する断面積比（Ａ2／Ａ1）の比率を、１〜３．０とすることによって、高いＫＭ値が得られたことがわかる。
【００６９】
（実施例２）
図２に示す構成のノズル２２を有するランス２１を作製した。装置仕様を表２に示す。
【００７０】
（比較例２）
特開昭56-5914号公報で開示された形状のノズル(マルチジェットノズル)を有するランスを作製した。このノズルを図７に示す。
このノズルは、中心に形成された粉体流路３３の外周側に、３つの一次支燃性流体流通孔３４が形成され、その外周側に複数の燃料流体流通孔３５が形成され、その外周側に複数の二次支燃性流体流通孔３６が形成され、その外周側に水冷ジャケット３７が設けられている。
装置仕様を表２に併せて示す。表中、スロート部とは、流通孔３４内のスロート部３４ａを指す。スロート部断面積、スロート部径、出口断面積は１つの流通孔あたりの値を示す。装置仕様を表２に併せて示す。
【００７１】
【表２】

【００７２】
上記実施例２および比較例２のランスを用いて粉体噴出試験を行った。
また、実施例２のランスを用い、燃料流体を用いずに粉体噴出試験を行った。結果を図８に示す。
【００７３】
図８において、横軸はノズル先端から中心軸方向の距離を示し、縦軸は粉体速度を示す。なお、粉体速度の計測には、レーザードップラー法を用いた。
【００７４】
図８に示すように、実施例２では、比較例２に比べ、粉体速度を大幅に高速化することができたことがわかる。
また、燃料流体を用いた場合には、粉体速度をさらに高めることができたことがわかる。
また燃料流体を用いた場合には、燃料流体を用いない場合に比べ、粉体速度が減衰しにくかったことがわかる。
【００７５】
（実施例３）
３５０ｋｇスケールの誘導溶解炉にて、温度１５００℃、炭素濃度［Ｃ］が２．５重量％となるように溶鉄２００ｋｇを溶製した。
図１に示す構成の粉体吹込み装置１を、溶鉄の浴面から高さ３５０ｍｍの位置に配置し、粉体および支燃性流体を溶鉄に向けて５分間にわたって噴出させた。
粉体としては、粒径５００μｍ以下のコークス粉体を用いた。添加速度は１５ｋｇ／ｈｒとした。支燃性流体としては酸素を使用した。
また、攪拌のため、炉底のポーラスノズルよりＡｒガスを炉内に供給した。供給速度は３Ｎｍ^３／ｈｒとした。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００７６】
（実施例４）
燃料としてＬＰＧを供給すること以外は実施例３と同様にして試験を行った。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００７７】
（比較例３）
図７に示す装置を用いて試験を行った。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００７８】
（比較例４）
単孔型（支燃性流体噴出孔が１つのもの）の装置を用いて試験を行った。装置仕様および試験結果を表３に示す。
【００７９】
【表３】

【００８０】
（実施例５）
本発明を溶銑脱燐に適用した。燐濃度が０．０８〜０．０８５重量％の５トンの溶銑を小型転炉に装入し、上方から粉体および純酸素ガスを供給し脱燐した。なお、装入前溶銑のその他の成分は［Ｃ］が４．３〜４．４重量％、［Ｓｉ］が０．０８〜０．１０重量％であった。温度は１２８５〜１２９０℃であった。
粉体としては０．３〜１．５ｍｍ径（平均粒径１ｍｍ）の石灰を、溶銑トン当たり８ｋｇ用いた。
粉体吹込み装置としては、実施例１で用いたものと同様のものを用い、上記石灰粉を毎時５ｋｇで８分間添加した。搬送流体としては純窒素ガス（毎分４５Ｎｍ^３）を用いた。
純酸素ガスは、石灰添加期間を通じ、毎時４００Ｎｍ^３で添加した。試験結果を表４に示す。
【００８１】
（比較例５）
粉体吹込み装置を使用せず、袋詰めした５ｋｇの石灰粉を３０秒ごとに８回に分けて投入した。純酸素ガスの供給条件は実施例５と同様とした。試験結果を表４に示す。
【００８２】
（比較例６）
比較例４で使用した単孔型の装置を用い、実施例５と同様の石灰を純酸素ガスとともに供給した。純酸素ガスの供給条件は実施例５と同様とした。
単孔型装置としては、ラバールノズルを有し、出口径が１４．９ｍｍのものを用いた。
処理後溶銑の成分は［Ｃ］が３．８〜３．９重量％、［Ｓｉ］が０．０１％以下であった。温度は、１３１０〜１３２０℃であった。試験結果を表４に示す。
なお、表中、Ｐ分配とは、スラグ中の燐の量に対するメタル中の燐の量の比率を示すものである。
【００８３】
【表４】

【００８４】
表４より、実施例では、脱燐効率を高くし、溶銑中の燐濃度を低くすることができたことがわかる。
また、Ｐ分配の値より、投入した石灰の脱燐効率を高めることができたことがわかる。
【００８５】
（実施例６〜１０）
本発明を溶銑のスクラップ溶解に適用した。３トンの溶銑を小型転炉に装入し、上方から粉体および純酸素ガスを供給した。なお、装入前溶銑の成分は、［Ｃ］が４．７〜４．８重量％、［Ｓｉ］が０．０５重量％であった。温度は１２３０〜１２４０℃であった。
粉体としては０．３〜１．５ｍｍ径（平均粒径１ｍｍ）のプラスチック、石灰、またはコークスを用い、使用量は溶銑トンあたり４０ｋｇとした。
粉体吹込み装置としては、実施例４で用いたものを使用した。
試験開始から毎分０．５Ｎｍ^３の純窒素ガスを搬送流体として、上記毎時４ｋｇの粉体を添加した。純酸素ガスは、毎分４００Ｎｍ^３添加し、同時に燃料としてＬＰＧ（毎時１０．９Ｎｍ^３）を供給した。
３０分間で溶解できたスクラップ量を測定した。試験結果を表５に示す。
【００８６】
（比較例７〜１０）
比較例７、８では、粉体吹込み装置を使用せず、石灰またはコークスを炉上部のシューターから投入し、ランスを用いて純酸素のみを供給した。
比較例９、１０では、比較例４で用いた装置を用いた。
３０分間で溶解できたスクラップ量を測定した。試験結果を表５に示す。
【００８７】
【表５】

【００８８】
表５より、実施例では、スクラップの溶解量を増加できることがわかった。
これは、粉体を効率よく添加できたことに加え、酸素ガスを溶銑に対し効率的に添加できたため、粉体の燃焼による発生熱を有効に浴に着熱できたためであると考えられる。
【００８９】
（実施例１１、１２）
本発明を溶銑の昇温に適用した。５トンの溶銑を小型の転炉に装入し、上方から粉体および純酸素ガスを供給した。なお、装入前の溶銑の［Ｃ］は４．０〜４．１重量％であり、温度は１２６０〜１２７０℃であった。
粉体としては０．３〜１．５ｍｍ径（平均粒径１ｍｍ）のプラスチック、石灰、またはコークスを用い、使用量は溶銑トンあたり８ｋｇとした。
粉体吹込み装置としては、実施例４で用いたものを使用した。
試験開始から毎時０．５Ｎｍ^３の純窒素ガスを搬送流体として、上記毎分５．３ｋｇの粉体を添加した。純酸素ガスは、毎分４００Ｎｍ^３添加した。
８分間の処理を行った際の試験結果を表６に示す。
なお、表中には、溶銑の［Ｃ］の低下による昇温差を差し引き、燃料源添加による昇温分を計算で求め、補正昇温量として示した。
【００９０】
（比較例１１〜１４）
比較例１１、１２では、粉体吹込み装置を使用せず、プラスチックを炉上部のシューターから投入し、ランスを用いて純酸素のみを供給した。
比較例１３、１４では、比較例４で用いた装置を用いた。
８分間の処理を行った際の試験結果を表６に示す。
【００９１】
【表６】

【００９２】
表６より、実施例では、本発明では、昇温量を増加できることがわかった。
これは、粉体を効率よく添加できたことに加え、酸素ガスを溶銑に対し効率的に添加できたため、粉体の燃焼による発生熱を有効に浴に着熱できたためであると考えられる。
【００９３】
上記実施例の結果より、本発明の粉体吹込み装置によれば、粉体流速を高め、粉体を浴の深部まで到達させ、燃焼や精錬反応を浴の深部において進行させることができ、精錬効率を向上させることができることがわかる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の粉体吹込み装置では、粉体供給管と支燃性流体供給管の先端部に、これら供給管の隙間の支燃性流体流路が先端方向に向けて徐々に広くなるように形成されたテーパ部が設けられているので、支燃性流体を適度に膨張させ、高速の支燃性流体の流れを得ることができる。
よって、粉体供給管内の圧力を、先端付近において十分に低くすることができ、粉体供給管内の粉体の流速を高くすることができる。さらに、高速の支燃性流体流により粉体を搬送することができるため、粉体流速をさらに高めることができる。
従って、粉体を効率よく溶融金属等に吹き込むことが可能となる。
【００９５】
また、支燃性流体供給管の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられ、この燃料流体供給管は、粉体供給管からの粉体流を囲むように、燃料流体を噴出させることができる構成を採用することによって、粉体流を囲む流体の流れを高速化し、この流体の流れによって搬送される粉体の流速をさらに高めることができる。さらには、粉体が径方向に拡散するのを防ぐことができる。
従って、粉体をいっそう効率よく溶融金属等に吹き込むことが可能となる。
【００９６】
支燃性流体供給管の先端部に、ほぼ一定の内径を有する直胴部が形成された構成を採用することによって、噴出する燃料流体が径方向に拡散するのを防ぎ、燃料流体の火炎を安定化することができる。
また直胴部の内面に、周方向に沿う溝が形成されている構成によって、燃料流体の火炎をさらに安定化し、流体の流れの乱れを防ぐことができる。
従って、粉体の流れをいっそう高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の粉体吹込み装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】 本発明の粉体吹込み装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】 試験結果を示すグラフである。
【図４】 試験結果を示すグラフである。
【図５】 試験結果を示すグラフである。
【図６】 試験結果を示すグラフである。
【図７】 比較例２の粉体吹込み装置に用いられるノズルの断面図である。
【図８】 試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２１・・・ランス（粉体吹込み装置）、２・・・ノズル、３・・・粉体供給管、４・・・支燃性流体供給管、５・・・燃料流体供給管、７・・・スロート部、８・・・燃料流体噴出部、１２・・・支燃性流体流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a refining method in which powders such as coke and waste fuel are blown into a liquid such as molten metal together with a fluid such as oxygen and oxygen-enriched air.
[0002]
[Prior art]
An apparatus (hereinafter referred to as a lance) that blows powder into a liquid together with a fluid such as gas or liquid is used in various production processes.
In particular, in the electric furnace steelmaking process, powdered solid fuel (powder) such as coke is blown into the molten metal together with oxygen, burned, and the combustion energy is applied to the molten metal, thereby reducing the power intensity. Reduced.
Also in the refining process, powdered flux is blown into the molten metal to promote metallurgical reaction and improve reaction efficiency.
In order to perform these processes efficiently, it is necessary to deeply infiltrate the powder into the molten metal. For this purpose, it is necessary to blow the powder at a high speed.
Conventionally, non-water-cooled and water-cooled lances have been used as devices for blowing powder into molten metal.
These apparatuses can immerse the lance in a high-temperature molten metal or molten slag and directly blow powder into the molten metal.
However, in the case of a non-water-cooled lance, the lance itself melts and needs to be replaced frequently. In the case of a water-cooled lance, frequent maintenance is required to prevent nozzle clogging. For this reason, there was a problem in workability in any lance.
[0003]
On the other hand, Patent Documents 1 and 2 disclose that powder is transported and ejected from a position away from the molten metal using an ultra-high-speed gas jet without immersing the lance in high-temperature molten metal or molten slag. An apparatus that can blow powder into molten metal or the like at high speed is disclosed.
In these apparatuses, since it is not necessary to immerse the lance in molten metal or molten slag, the cost and workability required for maintenance of the nozzle can be greatly improved.
However, in the case of the apparatus described in Patent Document 3, since the position where the powder is mixed with the gas jet is away from the jet port of the ultra-high speed jet, the jet itself is decelerated at the mixing position, Since the powder flow having a different flow direction is merged with the gas jet, the jet is disturbed and the jet is greatly decelerated. For this reason, it is difficult to speed up the powder flow.
Further, in the case of the apparatus disclosed in Patent Document 4, since the gas jet and the powder flow are blown in substantially the same direction, the turbulence of the jet is reduced, but also in this case, the powder and the gas jet Since the mixing position is away from the nozzle, the powder is mixed with the jet that has started to decelerate, making it difficult to increase the powder speed.
[0004]
In addition, lances such as those described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 5 have also been proposed.
The apparatus disclosed in these documents can mix powder in advance with oxygen, or mix oxygen and powder supplied in a separate system immediately before the throat section, and jet the mixed stream from a Laval nozzle. It has become.
In this apparatus, since a high-speed oxygen jet and powder are mixed and ejected from the Laval nozzle, the jet and powder can be sped up.
In this apparatus, powder is mixed with a high-speed oxygen jet in front of the throat portion, so that the throat portion is particularly worn. For this reason, the nozzle may be easily deformed, and it may be difficult to eject a supersonic jet. In addition, when a high-concentration oxygen-enriched fluid such as pure oxygen is used as a carrier fluid, the combustible powder cannot be conveyed.
In addition, Patent Document 6 proposes a lance. In this lance, an oxygen supply pipe is arranged on the outer periphery of the powder supply pipe, and oxygen and powder are supplied to the nozzle outlet by separate systems.
According to this apparatus, nozzle abrasion due to powder supply can be prevented.
[0005]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,788,921
[0006]
[Patent Document 2]
JP 56-5914 A
[0007]
[Patent Document 3]
US Pat. No. 5,788,921
[0008]
[Patent Document 4]
JP 56-5914 A
[0009]
[Non-Patent Document 1]
Tsuyoshi Doi (ed.), Converter steelmaking, Nikkan Kogyo Shimbun, p. 192
[0010]
[Patent Document 5]
JP-A-8-81712
[0011]
[Patent Document 6]
JP 7-216430 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, this nozzle is effective in preventing powder scattering because the high-speed oxygen jet is formed in an annular shape surrounding the powder flow path, but the mixing position of the powder and oxygen is separated from the nozzle. As described above, it is difficult to increase the speed of the powder flow.
An apparatus that can supply powder to the vicinity of the high-speed oxygen jet outlet has also been proposed. However, a nozzle for bending the central powder flow in the direction of the oxygen jet tube is required, and the powder is used in this nozzle. There was a problem that the nozzle deteriorated.
[0013]
Further, in the steel refining process, oxidative refining is performed in which oxygen is supplied to molten iron produced in a blast furnace or the like (for example, molten iron or molten steel obtained by decarburizing molten iron). At this time, various auxiliary materials may be added.
For example, a heat compensation material such as a carbon material is used for raising the temperature of molten metal or melting iron scrap. A refining material such as CaO is used for removing impurities. Alloys are used to add components required for the material properties of the final product. When performing the reduction treatment, iron ore, manganese ore and the like are used.
As a method of adding the auxiliary material to the molten iron, there are a method of adding from above and a method of adding in the bath. However, in the case of adding upward, there are problems such as solubility and charging efficiency. In some cases, it was difficult to add them in terms of equipment.
In recent years, powdered auxiliary materials have been added from above using an oxygen lance. In this method, fine particles having a diameter of several mm or less can be added, so that the solubility and reactivity of the auxiliary raw material can be improved. Moreover, since it is not necessary to immerse the apparatus in the bath, the problem of equipment is also eliminated.
However, when the powder is blown, there is a problem that the blowing speed is insufficient, the powder is scattered, and the powder is not sufficiently mixed in the bath.
This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the apparatus which can raise the flow rate of powder and can blow this powder into a liquid efficiently.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The powder blowing device of the present invention is a device for blowing powder into a liquid, and a combustion-supporting fluid supply pipe for supplying a combustion-supporting fluid is provided on the outer peripheral side of the powder supply pipe for supplying powder. A nozzle having a multi-tube structure is provided, and a gap between these supply pipes serves as a combustion-supporting fluid flow path, and at the tip of the powder supply pipe and the combustion-supporting fluid supply pipe, a combustion support fluid flow path is provided. A taper portion formed so as to gradually widen in the distal direction is provided, and a throat portion having a relatively narrow gap is formed on the base end side from the taper portion. The inclination angle of the tapered portion with respect to the supply pipe central axis is preferably 4 to 11 °, and more preferably 5 to 10 °.
The ratio (A2 / A1) between the cross-sectional area A1 of the combustion-supporting fluid flow path at the throat portion and the cross-sectional area A2 of the combustion-supporting fluid flow path at the tip of the supply pipe is within the range represented by the following equation. It is preferable.
[Expression 2]

In the powder blowing device of the present invention, a fuel fluid supply pipe for supplying a fuel fluid is provided on the outer peripheral side of the combustion-supporting fluid supply pipe, and a gap between these supply pipes serves as a fuel fluid flow path. The tube can be configured such that the fuel fluid can be ejected around the powder flow from the powder supply tube or the combustion-supporting fluid flow from the combustion-supporting fluid supply tube.
In the powder blowing device of the present invention, a fuel fluid ejection portion for guiding a fuel fluid from a fuel fluid flow path to the inside of the fuel support fluid supply tube is formed in the fuel support fluid supply tube, and the fuel fluid with respect to the central axis of the supply tube It can be set as the structure whose inclination | tilt angle (theta) 3 of a jet part is 5-90 degrees.
The powder blowing device of the present invention can be configured such that a groove along the circumferential direction is formed on the inner surface of the combustion-supporting fluid supply pipe on the tip side from the fuel fluid ejection portion.
In the powder blowing device of the present invention, a straight body portion having a substantially constant inner diameter may be formed on the tip side from the fuel fluid ejection portion of the combustion-supporting fluid supply pipe.
[0015]
The operation method of the melting / smelting furnace of the cold iron source of the present invention is to spray the combustion-supporting fluid containing oxygen and the powder together with the fuel fluid toward the cold iron source using a powder blowing device. The method of operating the furnace for melting and refining the cold iron source, and independently supplying the fuel fluid supply amount in the melting step in which the cold iron source is melted and in the refining step after the cold iron source is melted down Is set.
In the operation method of the cold iron source melting / smelting furnace of the present invention, the above powder blowing apparatus can be used.
The operation method of the melting / smelting furnace of the cold iron source according to the present invention includes at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, reduction treatment, and degassing. Can be targeted.
In refining, one or more of solid carbon source, hydrocarbon source, lime source, magnesium source, aluminum source, iron ore, manganese ore, and alloy can be added to the molten iron.
As the combustion-supporting fluid, one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used.
[0016]
The refining method of the present invention supplies powder using a powder blowing apparatus, and supplies a combustion-supporting fluid so as to entrain the powder from the periphery of the powder flow. It is characterized by refining the molten iron by ejecting a sexual fluid toward the molten iron.
The initial velocity of the combustion-supporting fluid when jetting the combustion-supporting fluid is equal to or higher than the speed of sound, and preferably the Mach number M ≧ 1.10.
In the refining method of the present invention, it is preferable that the fuel fluid is ejected around the combustion-supporting fluid, and the fuel fluid is ejected while burning.
In the refining method of the present invention, the above powder blowing device can be used.
The refining method of the present invention can target at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, reduction treatment, and degassing.
In refining, one or more of solid carbon source, hydrocarbon source, lime source, magnesium source, aluminum source, iron ore, manganese ore, and alloy can be added to the molten iron.
As the combustion-supporting fluid, one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used.
In the refining method of the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from the exhaust gas generated during refining.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a first embodiment of a powder blowing apparatus of the present invention.
A powder blowing device (hereinafter referred to as a lance) 1 shown in FIG. 1 includes a nozzle 2 for blowing powder such as coke and waste fuel into a liquid such as molten metal.
The nozzle 2 shown here supports the supply of a combustion-supporting fluid that promotes the combustion of powder to the outer periphery of a powder supply pipe 3 that supplies powder such as coke and waste fuel together with a carrier fluid such as air. A flammable fluid supply pipe 4 is provided, a fuel fluid supply pipe 5 for supplying fuel fluid is provided on the outer peripheral side thereof, and a tubular water cooling jacket 6 is provided on the outer peripheral side thereof.
The nozzle 2 has a quadruple pipe structure in which supply pipes 3 to 5 and a water cooling jacket 6 are provided from the inner peripheral side to the outer peripheral side.
[0018]
The powder supply pipe 3 is configured to allow a mixture containing powders such as coke and waste fuel and a carrier fluid for powder conveyance to flow inside.
A powder supply pipe taper portion 3 a is formed on the outer periphery of the tip of the powder supply pipe 3. The powder supply pipe taper portion 3a is formed so that the outer diameter of the powder supply pipe 3 gradually decreases toward the tip.
The inclination angle θ1 of the powder supply pipe taper portion 3a with respect to the central axis direction of the powder supply pipe 3 is preferably set to be 4 ° ≦ θ1 ≦ 11 ° (preferably 5 ° ≦ θ1 ≦ 10 °). .
In addition, although the straight tubular powder supply pipe 3 is illustrated in FIG. 1, the shape of the powder supply pipe is not particularly limited as long as the pressure loss is small and powder can be stably supplied.
[0019]
The combustion-supporting fluid supply pipe 4 supplies a combustion-supporting fluid such as oxygen to the gap between the supply pipes 3 and 4 (between the outer surface of the supply pipe 3 and the inner surface of the supply pipe 4. Can be distributed).
A combustion-supporting fluid supply pipe taper portion 4 a is formed on the inner periphery of the tip of the combustion-supporting fluid supply pipe 4.
The combustion-supporting fluid supply pipe taper portion 4a is formed so that the inner diameter of the combustion-supporting fluid supply pipe 4 gradually increases in the distal direction.
Due to the tapered portions 3 a and 4 a formed in the supply pipes 3 and 4, the combustion-supporting fluid flow path 12 is gradually widened toward the distal ends of the supply pipes 3 and 4.
It is preferable that the inclination angle θ2 of the combustion-supporting fluid supply pipe taper portion 4a with respect to the central axis direction is set to satisfy 4 ° ≦ θ2 ≦ 11 ° (preferably 5 ° ≦ θ2 ≦ 10 °).
[0020]
The inclination angles θ1 and θ2 of the taper portions 3a and 4a of the supply pipes 3 and 4 are set in the above range (4 to 11 °, preferably 5 to 10 °), so that the combustion supporting fluid flow channel 12 supports the combustion. The combustible fluid is appropriately expanded, and a high-speed combustion-supporting fluid flow (supersonic flow) can be obtained.
For this reason, the atmospheric pressure in the powder supply tube 3 can be lowered near the tip, and the flow rate of the powder in the powder supply tube 3 can be increased. Furthermore, since the powder can be conveyed by a high-speed combustion-supporting fluid, the powder flow rate can be further increased.
When the inclination angles θ1 and θ2 are less than the above range, the combustion-supporting fluid is insufficiently expanded, so that the speed of the combustion-supporting fluid is decreased and the powder flow rate is insufficient. When the tilt angles θ1 and θ2 exceed the above range, the jetting combustion-supporting fluid expands excessively, so that the speed of the combustion-supporting fluid becomes low at the nozzle outlet and the powder flow rate becomes insufficient.
The inclination angle θ2 of the taper portion 4a is preferably set to be substantially equal to the inclination angle θ1 of the taper portion 3a of the powder supply pipe 3.
That is, the difference between the inclination angle θ1 and the inclination angle θ2 is preferably 1 ° or less. When this difference exceeds this range, the flow of the combustion-supporting fluid is disturbed, and the flow rate of the powder becomes insufficient.
[0021]
A narrow diameter portion 4b is formed adjacent to the taper portion 4a on the proximal end side of the combustion-supporting fluid supply pipe taper portion 4a. The inner diameter of the narrow diameter portion 4b is preferably formed to be substantially the same as or slightly smaller than the minimum inner diameter of the tapered portion 4a. A large diameter portion 4c having an inner diameter larger than that of the small diameter portion 4b is formed on the proximal end side of the small diameter portion 4b.
For this reason, the combustion-supporting fluid flow path 12 (hereinafter referred to as the throat section 7) in the narrow diameter portion 4 b is narrower than the combustion-supporting fluid flow path 12 in the other part of the supply pipe 4.
Assuming that the cross-sectional area A1 of the throat portion 7 and the cross-sectional area of the combustion-supporting fluid flow path 12 at the tips 3b and 4d of the supply pipes 3 and 4 are A2, the ratio (A2 / A1) of these cross-sectional areas A1 and A2 is It is preferable that it exists in the range represented by Formula (1) shown next.
[0022]
[Equation 3]

[0023]
When the cross-sectional area ratio A2 / A1 is less than the above range, the combustion-supporting fluid is not sufficiently expanded, so that the speed of the combustion-supporting fluid is lowered and the powder flow rate is insufficient. Further, if the cross-sectional area ratio A2 / A1 exceeds the above range, the jetting combustion-supporting fluid expands excessively, so that the speed of the combustion-supporting fluid becomes low at the nozzle outlet and the powder flow rate becomes insufficient.
The pressure outside the nozzle means the pressure of the atmosphere in which the nozzle 2 is placed. For example, when the nozzle 2 is under atmospheric pressure, the pressure outside the nozzle is atmospheric pressure.
[0024]
The inner diameter of the throat portion 7 (the inner diameter of the small diameter portion 4b) is preferably set as follows.
In general, the cross-sectional area AL1 of the throat portion of the Laval nozzle is designed with a value obtained from Equation (2).
[0025]
[Expression 4]

[0026]
The inner diameter d1 of the throat portion 7 of the combustion-supporting fluid supply pipe 4 (the inner diameter of the small-diameter portion 4b) is such that the cross-sectional area A1 of the throat portion 7 is equal to the cross-sectional area AL1 obtained by the above equation (2). It is preferable to set.
The inner diameter (outlet diameter) d2 of the tip 4d of the combustion-supporting fluid supply pipe 4 is such that the above-mentioned cross-sectional area ratio A2 / A1 is the cross-sectional area ratio AL2 / AL1 of the Laval nozzle (the cross-sectional area at the outlet of the fuel-supporting fluid channel (the tip of the nozzle) ) (The ratio of the cross-sectional area AL2 to the throat section cross-sectional area AL1) (shown in equation (3)) is preferably determined so as to satisfy the relationship shown in equation (4).
[0027]
[Equation 5]

[0028]
When (A2 / A1) is less than 1 time of (AL2 / AL1), the combustion-supporting fluid is insufficiently expanded, the speed of the combustion-supporting fluid is decreased, and the ejection speed of the powder is decreased. . If (A2 / A1) is more than 3.0 times (AL2 / AL1), the jet of combustion-supporting fluid will expand excessively, so the speed of the support-supporting fluid will be low at the nozzle outlet, and powder The jetting speed of the is reduced.
On the other hand, when (A2 / A1) is 1 to 3.0 times (AL2 / AL1), the combustion-supporting fluid is slightly overexpanded and flows at high speed (becomes a supersonic state). ). In addition, since the atmospheric pressure in the combustion-supporting fluid channel 12 tends to be negative, there is a risk of backfire when the fuel-supporting fluid flows into the fuel fluid channel when the fuel fluid is not used. There is also an advantage that it can be avoided.
[0029]
A fuel fluid ejection portion 8 that guides the fuel fluid to the inside of the supply tube 4 is provided at the tip of the combustion-supporting fluid supply tube 4.
The fuel fluid ejection portion 8 is preferably configured so that the fuel fluid can be ejected around the powder flow ejected from the powder supply pipe 3.
In order to eject the fuel fluid around the powder flow, the fuel fluid ejection portion 8 is formed in a continuous slit shape in the circumferential direction of the supply pipe 4 so that the fuel fluid can be ejected so as to surround the powder flow. It is possible to adopt a configuration to
Further, the fuel fluid ejection portion 8 may be a hole portion that is intermittently formed in the circumferential direction of the supply pipe 4 so that the fuel fluid is ejected around the powder flow.
[0030]
The fuel fluid ejection portion 8 is formed to be inclined in the distal direction from the outside to the inside of the supply pipe 4, and the inclination angle of the ejection portion 8 with respect to the central axis direction of the supply pipe 4 (with respect to the center axis of the supply pipe 4). The inclination angle θ3 of the central axis of the ejection portion 8 is preferably 5 ° or more and 90 ° or less.
In particular, when the fuel fluid is a gas, the inclination angle θ3 is preferably 5 ° or more and 60 ° or less.
When the inclination angle θ3 is less than the above range, mixing of the fuel fluid and the combustion-supporting fluid becomes insufficient, and the flame tends to become unstable.
When the inclination angle θ3 exceeds the above range, the fuel fluid ejected from the fuel fluid ejection section 8 hinders the flow of the combustion-supporting fluid in the supply tube 4 and reduces the speed of the combustion-supporting fluid. The powder ejection speed from 3 is insufficient.
[0031]
The fuel fluid supply pipe 5 is configured to allow a fuel fluid such as LNG (liquefied natural gas) to flow through the gap between the supply pipes 4 and 5 (hereinafter referred to as the fuel fluid flow path 13).
Between the front end of the fuel fluid supply pipe 5 and the front end of the combustion-supporting fluid supply pipe 4, a closing wall portion 9 that closes between the supply pipes 4 and 5 is provided, and the total amount of the fuel fluid is The fuel fluid passage 13 can be ejected through the fuel fluid ejection portion 8.
[0032]
The water-cooling jacket 6 can circulate cooling water therein, and can adjust the internal temperature of the supply pipes 3 to 5 by the circulation of the cooling water.
[0033]
Next, a method of using the lance 1 provided with the nozzle 2 will be described.
A mixture containing powder such as coke and waste fuel and a carrier fluid is supplied into the powder supply pipe 3 and ejected from the tip side.
Nitrogen, air, oxygen, oxygen-enriched air, etc. can be used as the carrier fluid.
At the same time, the combustion-supporting fluid is supplied to the combustion-supporting fluid flow path 12 (the gap between the supply pipes 3 and 4) and ejected from the tip side. As the combustion-supporting fluid, one containing oxygen (air, oxygen, oxygen-enriched air) is used.
[0034]
As described above, since the taper portions 3a and 4a are formed on the outer periphery of the powder supply tube 3 and the inner periphery of the combustion-supporting fluid supply tube 4, respectively, the combustion-supporting fluid flow path 12 is directed toward the distal end. Gradually getting wider.
For this reason, the combustion-supporting fluid flow path 12 can appropriately expand the combustion-supporting fluid to obtain a high-speed combustion-supporting fluid.
Therefore, the pressure in the powder supply pipe 3 can be sufficiently lowered near the tip, and the flow rate of the powder in the powder supply pipe 3 can be increased. Furthermore, since the powder can be conveyed by a high-speed combustion-supporting fluid, the powder flow rate can be further increased.
[0035]
At the same time, a fuel fluid such as LNG (liquefied natural gas) is supplied to the fuel fluid flow path 13 (gap between the supply pipes 4 and 5), ejected into the supply pipe 4 through the fuel fluid ejection section 8, and burned.
As a result, the mixed fluid of the combustion-supporting fluid and the fuel fluid is ejected together with the powder while burning.
[0036]
Thereby, the fluid flowing around the powder flow can be sped up, and the flow velocity of the powder conveyed by this fluid flow can be further increased. Furthermore, it is possible to prevent the powder from diffusing in the radial direction.
Accordingly, the powder can be efficiently blown into the molten metal or the like.
Further, since the powder can be supplied without passing through the throat portion 7, wear in the throat portion 7 can be prevented in advance.
Furthermore, since the powder and the combustion-supporting fluid can be supplied from different systems, that is, from the supply pipes 3 and 4, it is possible to minimize a decrease in fluid flow rate when they are mixed.
[0037]
As fuel fluid, in addition to LNG, LPG (liquefied petroleum gas), CO,H ₂ , CO /H ₂ A mixed gas can be used. Liquid fuels such as heavy oil and kerosene can also be used.
[0038]
Next, a second embodiment of the lance of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a nozzle 22 of the lance 21 of the present embodiment. This nozzle 22 is a tubular straight body portion having a substantially constant inner diameter at the tip end side of the tapered portion 4a of the combustion-supporting fluid supply pipe 4. 23 is provided.
The straight body portion 23 has an inner diameter that is substantially equal to the inner diameter of the supply pipe 4 at the tip of the tapered portion 4a.
A groove 24 is formed in the inner surface of the straight body portion 23 along the circumferential direction.
The groove 24 is for stabilizing the combustion flame of the fuel fluid, and is formed over the entire circumference of the straight body portion 23.
[0039]
Next, a method of using the lance 21 provided with the nozzle 22 will be described. A mixture containing the powder and the transport fluid is supplied into the powder supply pipe 3 and ejected from the front end side, and the combustion-supporting fluid is supplied to the combustion-supporting fluid flow path 12 and ejected from the front end side. .
At the same time, the fuel fluid is supplied to the fuel fluid flow path 13 and ejected into the supply pipe 4 through the fuel fluid ejection portion 8 and burned.
[0040]
In the lance 21 of the present embodiment, since the straight body portion 23 having a substantially constant inner diameter is provided at the tip of the supply pipe 4, the fuel fluid to be ejected is prevented from diffusing in the radial direction, and combustion of the fuel fluid is performed. The flame can be stabilized.
Further, since the groove 24 is provided in the straight body portion 23, the fuel fluid ejected from the fuel fluid ejecting portion 8 forms a circulating flow in the groove 24.
For this reason, even when the flow rate of the combustion-supporting fluid in the combustion-supporting fluid supply pipe 4 is high, the combustion of the fuel fluid in the groove 24 is not hindered by the flow of the combustion-supporting fluid. Therefore, the combustion flame of the fuel fluid can be stably maintained.
Therefore, the flow rate of the powder can be further increased.
[0041]
The fluid in the present invention includes a fluid in a gas state, a liquid state, and a state in which a mist-like liquid is contained in the gas.
[0042]
Next, the operation method of the melting / smelting furnace of the cold iron source of the present invention will be described.
In order to dissolve the solid raw material (cold iron source), an electric furnace is used to charge the solid raw material into the furnace and dissolve it by arc heating.
Since a cold spot may occur in the furnace due to insufficient supply heat, in the operation method of the present invention, the burner lance can be installed so that the cold spot can be heated.
In the electric furnace melting, there are mainly a step of melting a solid raw material (melting step) and a step of heating and refining a liquid material (molten steel or the like) that has melted down into a liquid state.
[0043]
In the operation method of the present invention, the cold iron source is dissolved by spraying the mixed fluid of the combustion-supporting fluid containing oxygen and the fuel fluid to the cold iron source while burning using the powder blowing device. And refine.
When a solid raw material (cold iron source) is dissolved using a powder blowing device, conditions suitable for the respective steps are employed in the step of melting the solid raw material and the refining step after the solid raw material has melted down. Thus, the fuel fluid supply amount is set independently.
The powder blowing device of the present invention has an excellent fusing ability because the mixed fluid of the combustion-supporting fluid and the fuel fluid can be ejected at a high speed together with the flame.
In the melting step, since the solid raw material can be heated while being melted, the heating efficiency can be increased. For this reason, it is possible to increase the heat receiving efficiency of the fuel, burn more fuel, and reduce the power intensity.
[0044]
On the other hand, in the refining process after melting down, the inside of the furnace has molten steel, slag, etc. at the bottom, and the upper part is a space, so even if a large amount of fuel is supplied, the heat receiving efficiency is lowered.
For this reason, by supplying the minimum amount of fuel within a range that can prevent the fluid flow velocity from being attenuated, the combustion supporting fluid (oxygen) is efficiently blown from the furnace wall toward the bath, and the decarburization reaction is performed. And promote slag forming.
[0045]
In the dissolving step, it is preferable to satisfy 1 ≦ oxygen ratio <3.This facilitates fusing and melting of the solid material, and combustible components such as carbon monoxide generated in the furnace can be burned.
The oxygen ratio is the ratio of the amount of oxygen supplied to the amount of oxygen required for complete combustion of the fuel fluid.
In the refining process after smelting, the fuel fluid supply rate is significantly reduced, preferably the oxygen ratio is 3 or more, and the combustion-supporting fluid (oxygen) is blown at a high speed to perform decarburization reaction and slag forming. The solid raw material can be dissolved while promoting.
[0046]
Thus, according to the method of setting the fuel fluid supply amount independently in the melting step in which the solid raw material dissolves and in the refining step after the solid raw material has melted down, a simple method of adjusting only the fuel flow rate Therefore, the efficiency of each process can be improved.
Furthermore, in a refining process after smelting, a powder composed of a carbon source such as coke and waste such as waste plastic can be blown into the solid raw material at a high speed. Moreover, this powder can be burned in a raw material, and a raw material can be heated efficiently.
[0047]
Next, the refining method of the present invention will be described.
The refining method of the present invention supplies powder using a powder blowing apparatus, and supplies a combustion-supporting fluid so as to entrain the powder from the periphery of the powder flow. This is a method of refining the molten iron by ejecting a sexual fluid toward the molten iron.
The powder can be supplied by being conveyed by a carrier gas.
[0048]
In general, the hot metal discharged from the blast furnace is received by a transporting device such as a hot metal ladle, and after pretreatment such as desiliconization, dephosphorization, and desulfurization, it is charged into the converter, and if necessary. And then decarburized. The decarburized molten steel is transported by a transport container such as a molten steel pan and is subjected to a secondary refining process.
The refining method of the present invention can be carried out in a refining furnace such as a converter, a smelting reduction furnace, a decarburizing furnace, or a secondary refining furnace that receives molten iron (hot metal or molten steel). The refining method of the present invention can also be carried out in a transport container such as a blast furnace pan, a chaotic car (topped car), and a charging pot.
It is preferable that the said container has a processing apparatus which processes the waste gas of a combustion-supporting fluid.
[0049]
Hereinafter, the example which applied the refining method of this invention with respect to the molten iron in a converter is demonstrated.
In general, the hot metal charged in the converter is decarburized by supplying oxygen (feeding acid) from the lance, and is supplied to the next process as molten steel. At this time, a refining agent (CaO, dolomite, etc.), ores (iron ore, manganese ore, etc.), alloys and the like are added for the purpose of adjusting the components of slag and molten steel.
In addition, a sufficient amount of heat is required when melting iron scrap, raising the temperature, and the like. In addition, when reduction treatment is performed using ores such as manganese ore, sufficient heat of reduction is required. For this reason, when the amount of carbon or the like in the molten iron is not sufficient, heat compensation is required even if the supply of oxygen is sufficient, and carbonaceous materials such as coke, soil graphite, and coal are added.
[0050]
As auxiliary materials, solid carbon sources such as coke and coal: hydrocarbon sources such as plastics: CaO,CaCO ₃ Source of lime containing: MgO,MgCO ₃ Magnesium source including: Al,Al ₂ O ₃ One or more of aluminum sources including: iron ore: manganese ore: alloys can be mentioned.
A solid carbon source, a hydrocarbon source, and an aluminum source act as a fuel source.
The auxiliary material is usually added by being naturally dropped from above. The auxiliary material is preferably a powder having a small particle size in order to improve solubility and reactivity, but when oxygen is supplied, the powder is likely to be scattered by the exhaust gas.
For this reason, those having a particle size of several tens of mm or more are used, but the solubility and reactivity are impaired.
[0051]
In the present invention, the powder blowing device is used to supply the powder and to supply the combustion-supporting fluid so as to entrain the powder from the periphery of the powder flow. It ejects toward the molten iron.
As the powder blowing device, the one shown in FIG. 1 can be used.
In addition, the powder blowing and the combustion-supporting fluid supply may be performed by a single device, or a powder-blowing device and a combustion-supporting fluid supply device may be used.
In the present invention, the fuel fluid can be ejected around the combustion-supporting fluid, and the fuel fluid can be ejected while burning.
[0052]
In the present invention, since the combustion-supporting fluid is supplied so as to entrain the powder from around the powder flow, the speed of the powder can be increased by the combustion-supporting fluid.
For this reason, the powder can be blown into the bath or near the bath surface.
Therefore, the solubility and reactivity of the powder can be improved.
[0053]
The initial velocity of the combustion-supporting fluid when jetting the combustion-supporting fluid is equal to or higher than the speed of sound, and preferably the Mach number M ≧ 1.10. When the initial speed is less than this range, the speed of the powder becomes insufficient.
If the powder and supporting fluid increase in speed, the depth of penetration into the bath will increase, but if the supporting fluid reaches the furnace bottom, the furnace may deteriorate. The fluid velocities are preferably adjusted to the extent that they do not reach the furnace bottom.
[0054]
The refining method of the present invention can be applied to one or more of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, reduction treatment, and degassing.
Heat addition is performed for heat compensation when adding an iron source or an alloy source. The reduction treatment is performed using iron ore, manganese ore and the like.
What is necessary is just to select and use the refining agent used in the case of refining according to the objective of refining. For example, in desiliconization or dephosphorization, silicic acid or phosphoric acid produced by reaction with oxygen needs to be stabilized as slag, and therefore, a lime source having a stabilizing effect is preferably used as a refining agent.
The source of lime is CaOCaCO ₃ It is preferable to use one having at least one of them as a main component because it can be rapidly melted and slagged.
[0055]
In the refining method of the present invention, the powder can be added at a high speed, and therefore, even when the particle size of the powder is small (for example, a particle size of several hundreds μm or less), scattering and the like are prevented and the powder is efficiently produced. Insufflation is possible.
The addition amount of the auxiliary raw material can be set according to conditions such as a refining processing amount, a required refining degree, and an allowable refining time.
[0056]
In addition, when reducing ore, iron ore, manganese ore, and other ores may be added with a solvent (such as lime), coke, or coal as a reducing agent or a fuel source for heat addition. is there.
In this invention, since these can be added at high speed, a reduction rate and reduction efficiency can be improved.
In addition, it is possible to efficiently burn the fuel source and to effectively generate the generated heat in order to compensate for the temperature drop during ore reduction or scrap melting, or simply to raise the temperature of the bath.
[0057]
When a solid carbon source, a hydrocarbon source, an aluminum source, or the like is used as a fuel source, these can be added at high speed as powder, so that they can be supplied to the deep part of the bath and combustion efficiency can be improved. .
The combustion efficiency can be adjusted by adjusting the particle size of the powder, the ratio of the powder to the combustion-supporting fluid, and the like.
The ratio between the powder and the combustion-supporting fluid can be adjusted by increasing or decreasing the oxygen ratio (air ratio). At this time, the ratio between the powder and the combustion-supporting fluid can be determined in consideration of the amount of oxide (carbon, silicon, etc.) in the molten iron and the intended combustion state.
[0058]
As the combustion-supporting fluid, one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used.
The combustion-supporting fluid is not limited to a gas state, but may be a liquid state or a gas-liquid mixture in which a mist-like liquid is contained in the gas.
An inert gas such as argon, nitrogen gas, or carbon monoxide gas can be used as the carrier fluid for conveying the powder. In addition, as long as there is no problem such as combustion in the piping, a combustion-supporting fluid can be used.
As for fuel, in addition to hydrocarbon gases such as LPG and LNG, blast furnace gas and converter gas recovered in the steelworks can be used.
In the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from exhaust gas generated during refining using a heat exchanger or the like.
[0059]
In the refining method of the present invention, since the combustion-supporting fluid can be sped up, the combustion-supporting fluid can be blown to the deeper part of the bath than before, and the refining efficiency can be improved.
[0060]
【Example】
(Example 1)
A lance 1 having a nozzle 2 configured as shown in FIG. 1 was produced.
Table 1 shows the device specifications. In the table, the nozzle spread angle means the inclination angles θ1 and θ2 of the tapered portions 3a and 4a. A jet refers to a powder flow.
[0061]
(Comparative Example 1)
A lance having a Laval nozzle was produced.
The apparatus specifications are also shown in Table 1.
[0062]
[Table 1]

[0063]
Using a Pitot tube, the jet characteristics in Example 1 and Comparative Example 1 were examined without supplying powder.
The following formula (5) was used for the evaluation of the jet velocity.
[0064]
[Formula 6]

[0065]
The results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the distance from the nozzle tip in the direction of the supply pipe central axis, and the vertical axis indicates the jet velocity.
From FIG. 3, the lance of Example 1 is provided with the powder supply pipe 3, but the cross-sectional area ratio A₂/ A₁It can be seen that by setting the value to an appropriate value, it was possible to obtain a jet velocity substantially equivalent to that of the lance of Comparative Example 1 having a Laval nozzle.
[0066]
The KM value in equation (5) is the velocity attenuation coefficient of the jet, and indicates the length of the potential core of the jet. The potential core refers to a region where the initial flow velocity and the initial concentration (powder concentration) of the jet are maintained, and means that the larger the KM value, the higher the jet performance.
[0067]
The analysis result of KM value is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents Lx / d0, and the vertical axis represents Mx / Mo.
FIG. 4 shows that the KM value of Example 1 is substantially equal to the KM value of Comparative Example 1, and that the lance 1 of Example 1 has a jet performance equivalent to that of Comparative Example 1 having a Laval nozzle.
[0068]
In the embodiment shown in Table 1, KM is used with an apparatus in which the cross-sectional area ratio (A2 / A1) is 2.19 and the nozzle spread angle (inclination angles θ1, θ2 of the tapered portions 3a, 4a) is 0-12 °. The value was determined.
In the examples shown in Table 1, the KM value was determined using an apparatus in which the nozzle divergence angle was 8 ° and the cross-sectional area ratio (A2 / A1) was 0.5-4.
The results of arranging the KM values by the nozzle shape factor are shown in FIGS.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the nozzle spread angle and the KM value.
FIG. 5 shows that a high KM value was obtained by setting the nozzle spread angle to 4 to 11 ° (preferably 5 to 10 °).
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ratio of the cross-sectional area ratio (A2 / A1) of Example 1 to the cross-sectional area ratio (AL2 / AL1) of Comparative Example 1 and the KM value.
FIG. 6 shows that a high KM value was obtained by setting the ratio of the cross-sectional area ratio (A2 / A1) to the cross-sectional area ratio (AL2 / AL1) to 1 to 3.0.
[0069]
(Example 2)
A lance 21 having a nozzle 22 configured as shown in FIG. 2 was produced. Table 2 shows the device specifications.
[0070]
(Comparative Example 2)
A lance having a nozzle (multi-jet nozzle) having a shape disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-5914 was produced. This nozzle is shown in FIG.
In this nozzle, three primary combustion-supporting fluid circulation holes 34 are formed on the outer peripheral side of the powder passage 33 formed in the center, and a plurality of fuel fluid circulation holes 35 are formed on the outer peripheral side thereof. A plurality of secondary combustion-supporting fluid circulation holes 36 are formed on the side, and a water cooling jacket 37 is provided on the outer peripheral side thereof.
The device specifications are also shown in Table 2. In the table, the throat portion refers to the throat portion 34 a in the flow hole 34. The throat section cross-sectional area, throat section diameter, and outlet cross-sectional area indicate values per one flow hole. The device specifications are also shown in Table 2.
[0071]
[Table 2]

[0072]
Using the lances of Example 2 and Comparative Example 2, a powder ejection test was performed.
Further, a powder ejection test was performed using the lance of Example 2 without using the fuel fluid. The results are shown in FIG.
[0073]
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the distance from the nozzle tip in the central axis direction, and the vertical axis indicates the powder velocity. A laser Doppler method was used for measuring the powder velocity.
[0074]
As shown in FIG. 8, it can be seen that in Example 2, the powder speed was significantly increased as compared with Comparative Example 2.
It can also be seen that when the fuel fluid was used, the powder velocity could be further increased.
It can also be seen that when the fuel fluid was used, the powder velocity was more difficult to attenuate than when the fuel fluid was not used.
[0075]
(Example 3)
In a 350 kg scale induction melting furnace, 200 kg of molten iron was melted so that the temperature was 1500 ° C. and the carbon concentration [C] was 2.5% by weight.
The powder blowing apparatus 1 having the configuration shown in FIG. 1 was arranged at a height of 350 mm from the molten iron bath surface, and the powder and the combustion-supporting fluid were jetted toward the molten iron for 5 minutes.
As the powder, a coke powder having a particle size of 500 μm or less was used. The addition rate was 15 kg / hr. Oxygen was used as the combustion-supporting fluid.
For stirring, Ar gas was supplied into the furnace from a porous nozzle at the bottom of the furnace. Supply speed is 3Nm³/ Hr. Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0076]
Example 4
The test was performed in the same manner as in Example 3 except that LPG was supplied as the fuel. Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0077]
(Comparative Example 3)
The test was performed using the apparatus shown in FIG. Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0078]
(Comparative Example 4)
The test was conducted using a single-hole type device (having one combustion-supporting fluid ejection hole). Table 3 shows the apparatus specifications and test results.
[0079]
[Table 3]

[0080]
(Example 5)
The present invention was applied to hot metal dephosphorization. 5 tons of hot metal having a phosphorus concentration of 0.08 to 0.085 wt% was charged into a small converter, and dephosphorized by supplying powder and pure oxygen gas from above. In addition, the other components of the hot metal before charging were 4.3 to 4.4% by weight of [C] and 0.08 to 0.10% by weight of [Si]. The temperature was from 1285 to 1290 ° C.
As the powder, 8 kg of lime having a diameter of 0.3 to 1.5 mm (average particle diameter of 1 mm) was used per ton of hot metal.
As the powder blowing device, the same one as used in Example 1 was used, and the lime powder was added at 5 kg / hour for 8 minutes. The carrier fluid is pure nitrogen gas (45 Nm / min)³) Was used.
Pure oxygen gas is 400 Nm per hour throughout the lime addition period³Added at. The test results are shown in Table 4.
[0081]
(Comparative Example 5)
Without using a powder blowing device, 5 kg of lime powder packed in a bag was charged in 8 portions every 30 seconds. The conditions for supplying pure oxygen gas were the same as those in Example 5. The test results are shown in Table 4.
[0082]
(Comparative Example 6)
Using the single hole type apparatus used in Comparative Example 4, the same lime as in Example 5 was supplied together with pure oxygen gas. The conditions for supplying pure oxygen gas were the same as those in Example 5.
As the single-hole type device, a device having a Laval nozzle and having an exit diameter of 14.9 mm was used.
The components of the hot metal after the treatment were [C] of 3.8 to 3.9% by weight and [Si] of 0.01% or less. The temperature was 1310-1320 ° C. The test results are shown in Table 4.
In the table, the P distribution indicates the ratio of the amount of phosphorus in the metal to the amount of phosphorus in the slag.
[0083]
[Table 4]

[0084]
From Table 4, it can be seen that in the examples, the dephosphorization efficiency was increased and the phosphorus concentration in the hot metal could be decreased.
Moreover, it turns out that the dephosphorization efficiency of the input lime was able to be raised from the value of P distribution.
[0085]
(Examples 6 to 10)
The present invention was applied to hot metal scrap melting. Three tons of hot metal was charged into a small converter, and powder and pure oxygen gas were supplied from above. In addition, as for the component of the hot metal before charging, [C] was 4.7 to 4.8% by weight, and [Si] was 0.05% by weight. The temperature was 1230 to 1240 ° C.
As the powder, plastic, lime, or coke having a diameter of 0.3 to 1.5 mm (average particle diameter of 1 mm) was used, and the amount used was 40 kg per ton of hot metal.
As the powder blowing device, the one used in Example 4 was used.
0.5 Nm / min from the start of the test³The pure nitrogen gas was used as a carrier fluid and 4 kg of the above powder was added per hour. Pure oxygen gas is 400 Nm / min³At the same time as LPG (10.9 Nm / h as fuel)³).
The amount of scrap that could be melted in 30 minutes was measured. The test results are shown in Table 5.
[0086]
(Comparative Examples 7-10)
Comparative Examples 7 and 8Then, without using a powder blowing device, lime or coke was introduced from a shooter at the top of the furnace, and pure oxygen was supplied using a lance.
Comparative Examples 9 and 10Then, the apparatus used in Comparative Example 4 was used.
The amount of scrap that could be melted in 30 minutes was measured. The test results are shown in Table 5.
[0087]
[Table 5]

[0088]
From Table 5, it was found that the amount of scrap dissolved can be increased in the examples.
This is considered to be because the heat generated by the combustion of the powder could be effectively applied to the bath because the oxygen could be efficiently added to the hot metal in addition to the efficient addition of the powder.
[0089]
(Examples 11 and 12)
The present invention was applied to hot metal temperature elevation. Five tons of hot metal was charged into a small converter, and powder and pure oxygen gas were supplied from above. In addition, [C] of the hot metal before charging was 4.0 to 4.1 wt%, and the temperature was 1260 to 1270 ° C.
As the powder, plastic, lime, or coke having a diameter of 0.3 to 1.5 mm (average particle diameter of 1 mm) was used, and the amount used was 8 kg per ton of hot metal.
As the powder blowing device, the one used in Example 4 was used.
0.5 Nm / hour from the start of the test³The above pure nitrogen gas was used as a carrier fluid and 5.3 kg of the powder was added per minute. Pure oxygen gas is 400 Nm / min³Added.
Table 6 shows the test results when the treatment was performed for 8 minutes.
In the table, the difference in temperature rise due to the decrease in hot metal [C] was subtracted, and the temperature rise due to the addition of the fuel source was calculated and indicated as the corrected temperature rise.
[0090]
(Comparative Examples 11-14)
Comparative Examples 11 and 12Then, without using the powder blowing device, plastic was introduced from the shooter at the top of the furnace and only pure oxygen was supplied using a lance.
Comparative Examples 13 and 14Then, the apparatus used in Comparative Example 4 was used.
Table 6 shows the test results when the treatment was performed for 8 minutes.
[0091]
[Table 6]

[0092]
From Table 6, it was found that, in the examples, the temperature increase amount can be increased in the present invention.
This is considered to be because the heat generated by the combustion of the powder could be effectively applied to the bath because the oxygen could be efficiently added to the hot metal in addition to the efficient addition of the powder.
[0093]
From the results of the above examples, according to the powder blowing device of the present invention, the powder flow rate can be increased, the powder can reach the deep part of the bath, and the combustion and refining reaction can proceed in the deep part of the bath. It can be seen that the refining efficiency can be improved.
[0094]
【The invention's effect】
In the powder blowing apparatus of the present invention, the combustion-supporting fluid flow path in the gap between these supply pipes is gradually widened in the tip direction at the tip of the powder supply pipe and the combustion-supporting fluid supply pipe. Since the formed tapered portion is provided, the combustion-supporting fluid can be appropriately expanded to obtain a high-speed flow of the combustion-supporting fluid.
Therefore, the pressure in the powder supply tube can be sufficiently reduced in the vicinity of the tip, and the flow rate of the powder in the powder supply tube can be increased. Furthermore, since the powder can be conveyed by a high-speed combustion-supporting fluid flow, the powder flow rate can be further increased.
Accordingly, the powder can be efficiently blown into the molten metal or the like.
[0095]
Further, a fuel fluid supply pipe for supplying a fuel fluid is provided on the outer peripheral side of the combustion-supporting fluid supply pipe. The fuel fluid supply pipe encloses the fuel fluid so as to surround the powder flow from the powder supply pipe. By adopting a configuration that can be ejected, the flow of the fluid surrounding the powder flow can be accelerated, and the flow velocity of the powder conveyed by this fluid flow can be further increased. Furthermore, it is possible to prevent the powder from diffusing in the radial direction.
Therefore, the powder can be blown into the molten metal or the like more efficiently.
[0096]
By adopting a configuration in which a straight body portion having a substantially constant inner diameter is formed at the tip of the combustion-supporting fluid supply pipe, the fuel fluid that is ejected is prevented from diffusing in the radial direction, and the flame of the fuel fluid is suppressed. Can be stabilized.
Further, the configuration in which the groove along the circumferential direction is formed on the inner surface of the straight body portion can further stabilize the flame of the fuel fluid and prevent the fluid flow from being disturbed.
Therefore, the flow rate of the powder can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a powder blowing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the powder blowing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing test results.
FIG. 4 is a graph showing test results.
FIG. 5 is a graph showing test results.
FIG. 6 is a graph showing test results.
7 is a cross-sectional view of a nozzle used in the powder blowing device of Comparative Example 2. FIG.
FIG. 8 is a graph showing test results.
[Explanation of symbols]
1, 2 ... Lance (powder blowing device), 2 ... Nozzle, 3 ... Powder supply pipe, 4 ... Combustion fluid supply pipe, 5 ... Fuel fluid supply pipe, 7 ... Throat part, 8 ... Fuel fluid ejection part, 12 ... Combustion fluid flow path

Claims (8)

An apparatus for blowing powder into a liquid,
On the outer peripheral side of the powder supply pipe for supplying powder, there is a multi-tube structure nozzle provided with a combustion support fluid supply pipe for supplying a combustion support fluid, and the gap between these supply pipes is the combustion support fluid A flow path,
The tip of the powder supply pipe and the combustion-supporting fluid supply pipe is provided with a taper part formed so that the combustion-supporting fluid flow path gradually widens in the tip direction. On the side, a throat portion with a relatively narrow gap is formed,
The inclination angle of the tapered portion to the feed pipe central axis, Ri 4 to 11 ° der,
The ratio (A2 / A1) between the cross-sectional area A1 of the combustion-supporting fluid flow path at the throat portion and the cross-sectional area A2 of the combustion-supporting fluid flow path at the tip of the supply pipe is within the range represented by the following equation. A powder blowing device characterized by that.

In the powder blowing apparatus according to claim 1,
A fuel fluid supply pipe for supplying fuel fluid is provided on the outer peripheral side of the combustion-supporting fluid supply pipe, and a gap between these supply pipes serves as a fuel fluid flow path.
The fuel fluid supply pipe is configured such that the fuel fluid can be ejected around the powder flow from the powder supply pipe or the combustion support fluid flow from the support fluid supply pipe. A powder blowing device. 3. The powder blowing apparatus according to claim 2, wherein a fuel fluid ejection portion for guiding the fuel fluid from the fuel fluid flow path to the inside of the fuel support fluid supply tube is formed in the fuel support fluid supply tube. Inclination angle (theta) 3 of the fuel fluid ejection part with respect to is 5 to 90 degrees, The powder blowing apparatus characterized by the above-mentioned. 4. The powder blowing apparatus according to claim 3, wherein a groove along the circumferential direction is formed on the inner surface of the combustion-supporting fluid supply pipe on the tip side from the fuel fluid ejection portion. . 5. The powder blowing device according to claim 3, wherein the combustion-supporting fluid supply pipe is formed with a straight body portion having a substantially constant inner diameter on the tip side from the fuel fluid ejection portion. Powder blowing device. By using the powder blowing apparatus according to any one of claims 2 to 5, a supportive fluid containing oxygen and a powder are jetted together with a fuel fluid toward a cold iron source, thereby cooling iron. A furnace operating method that melts and refines the source, and sets the fuel fluid supply amount independently in the melting process in which the cold iron source melts and in the refining process after the cold iron source melts down A cold iron source melting and refining furnace operating method characterized by Using the powder blowing device according to any one of claims 1 to 5, the powder is supplied, and the combustion-supporting fluid is supplied so as to entrain the powder from around the powder flow. A refining method characterized by refining molten iron by ejecting powder and a combustion-supporting fluid toward molten iron . The refining method according to claim 7, wherein the initial velocity of the combustion-supporting fluid when the combustion-supporting fluid is ejected is equal to or higher than the speed of sound.

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