JP4938246B2 - Method for refining molten metal under reduced pressure and top blowing lance for refining - Google Patents
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Description
本発明は、大気圧よりも低い減圧下において上吹きランスから溶融金属に向けて酸素含有ガスを吹き付け、溶融金属を酸化精錬する溶融金属の精錬方法、並びに、その際に使用する精錬用上吹きランスに関するものである。 The present invention relates to a molten metal refining method in which an oxygen-containing gas is blown from an upper blowing lance toward a molten metal under a reduced pressure lower than atmospheric pressure, and the molten metal is refined by oxidation. It is about Lance.
溶鋼を大気圧よりも低い減圧下で精錬する精錬方法としては、RH真空脱ガス設備、DH真空脱ガス設備、VOD設備などを用いた精錬が広く知られている。このような減圧下での精錬において、溶鋼の脱炭処理を迅速に行う方法の1つとして、その先端にラバールノズルが設置された上吹きランスから溶鋼湯面に向けて酸素ガスを上吹きして精錬する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a refining method for refining molten steel under a reduced pressure lower than atmospheric pressure, refining using RH vacuum degassing equipment, DH vacuum degassing equipment, VOD equipment or the like is widely known. In such refining under reduced pressure, as one of the methods for rapidly decarburizing the molten steel, oxygen gas is blown upward from the upper blowing lance having a Laval nozzle at the tip thereof toward the molten steel surface. A method of refining is known (see, for example, Patent Document 1).
この減圧下での上吹き送酸による脱炭精錬においては、脱炭効率向上などの精錬効率の改善を目的とした種々の技術開発が行われており、これらの技術開発の結果から、前記目的を達成するには、送酸条件及びラバールノズルの形状(ノズル設計)に関する開発が極めて重要であることが判明している。即ち、脱炭精錬を高効率化するためには上吹きランスからの酸素ガスの噴出流(「酸素ジェット」という)の溶鋼湯面における動圧を高くすることが効果的であり、これを実現する手段として、酸素ジェットの噴射流速を増大するなどして酸素ジェット自体のエネルギーを大きくする、或いは、上吹きランス先端と溶鋼湯面までの距離(「ランス高さ」という)を低減して酸素ジェットの減衰を抑制するなどの対策が実施されてきた。 In decarburization refining by top blowing acid under reduced pressure, various technical developments have been conducted for the purpose of improving refining efficiency such as decarburization efficiency. From the results of these technical developments, In order to achieve this, it has been found that the development regarding the acid delivery conditions and the shape of the Laval nozzle (nozzle design) is extremely important. In other words, in order to increase the efficiency of decarburization refining, it is effective to increase the dynamic pressure on the molten steel surface of the flow of oxygen gas from the top blowing lance (referred to as “oxygen jet”). As a means to increase the oxygen jet energy, increase the energy of the oxygen jet itself, or reduce the distance between the top of the top lance and the molten steel surface (referred to as “lance height”). Measures such as suppressing jet attenuation have been implemented.
例えば、特許文献2には、効率的に酸素を供給して脱炭するために、送酸用ラバールノズル設計時の雰囲気圧力を送酸精錬中の槽内雰囲気圧力の変動幅の上限としたラバールノズルを使用することで、13.3kPa(100torr)よりも低い圧力の雰囲気下における酸素ジェットの減衰による酸素ガスの到達ロスを減少させる方法が提案されている。また、特許文献3には、上吹きランスの設計時のノズル背圧(「設計二次圧」ともいう)、操業時の実際のノズル背圧などに基づき、ランス高さを1〜5mの範囲内において調整する方法が提案され、更に、特許文献4には、溶鋼浴面における酸素ガスの到達圧力を指標として、ラバールノズルの形状、酸素ガス流量、送酸終了時の槽内真空度及びランス高さを調整する方法が提案されている。
For example, in
しかしながら、これらの対策を過大に志向すると脱炭反応は向上するものの、酸素ガス動圧の増加に起因して多量の鉄飛散が発生し、設備への地金付着が発生して操業に多大の支障を招き、更には、炭素濃度の高い付着地金が再溶解することに起因する炭素濃度のピックアップにより、極低炭素域での脱炭速度が著しく低下する或いは極低炭素鋼の成分規格を外れてしまうなどといった大きな問題が発生する。 However, although excessive deliberation of these measures improves the decarburization reaction, a large amount of iron scattering occurs due to an increase in the dynamic pressure of oxygen gas, and adhesion of metal to the equipment occurs, which greatly increases the operation. In addition, the decarburization rate in the extremely low carbon region is remarkably reduced by picking up the carbon concentration due to the remelting of the adherent metal having a high carbon concentration, or the component standard of the ultra low carbon steel is set. A big problem such as coming off occurs.
また近年、溶鋼の成分調整のために真空脱ガス設備を用いた溶製方法を必要とする鋼種が増加したことも相まって、溶鋼の溶製コストの削減を目的として、転炉とRH真空脱ガス設備とを一貫とする溶製工程における生産効率の向上が求められている。また、転炉精錬で発生するスラグ中の鉄酸化物濃度の低減並びに転炉精錬後の溶鋼中の酸素濃度の低減などを目的として、転炉での脱炭精錬終了時の溶鋼中炭素濃度を従来に比べて高濃度にする操業が行われており、RH脱ガス精錬における脱炭処理の負荷が増大する傾向にある。 In recent years, combined with the increase in steel types that require a smelting method using vacuum degassing equipment to adjust the composition of molten steel, in order to reduce the smelting cost of molten steel, converters and RH vacuum degassing. There is a need to improve production efficiency in the melting process that is consistent with the equipment. In addition, the carbon concentration in the molten steel at the end of decarburization refining in the converter is reduced for the purpose of reducing the iron oxide concentration in the slag generated by converter refining and reducing the oxygen concentration in the molten steel after converter refining. The operation of making the concentration higher than the conventional one is performed, and the load of the decarburization process in the RH degassing refining tends to increase.
そのため、RH真空脱ガス設備において上吹き送酸して溶鋼を脱炭処理する場合に、脱炭処理時間が従来に比べて延長することにより、脱炭処理中における真空槽内の雰囲気圧力の変動幅が増大し、場合によっては13.3kPa(100torr)を越えるような比較的高い圧力の雰囲気で脱炭処理を開始し、1.3kPa(10torr)近傍の低い雰囲気圧力で脱炭処理を終了することも発生し、脱炭処理中における雰囲気の圧力変動幅は極めて大きくなっている。また、脱炭処理時間の短縮を目的として酸素ガスの供給量(以下、「送酸速度」と記す)を増大させた場合には、溶鋼浴面の酸素ジェットのエネルギーが増大し、鉄飛散、地金付着などの操業阻害をもたらすことになる。 Therefore, when the molten steel is decarburized by top blowing in the RH vacuum degassing equipment, the decarburization time is extended as compared with the conventional method, thereby changing the atmospheric pressure in the vacuum tank during the decarburization process. The decarburization process is started in a relatively high pressure atmosphere that exceeds 13.3 kPa (100 torr) in some cases, and the decarburization process is terminated at a low atmospheric pressure in the vicinity of 1.3 kPa (10 torr). As a result, the pressure fluctuation range of the atmosphere during the decarburization process is extremely large. In addition, when the supply amount of oxygen gas (hereinafter referred to as “acid feed rate”) is increased for the purpose of shortening the decarburization processing time, the energy of the oxygen jet on the molten steel bath surface increases, It will cause operational hindrance such as adhesion of bullion.
これに対処するためには、幅広い圧力範囲の雰囲気下においても高速で且つ地金付着の少ない送酸脱炭技術の開発が急務となっているが、この観点から前記従来技術(特許文献2〜4)を検証した場合、何れの方法も根本的な解決には至っていないのが現状である。 In order to cope with this, development of an acid-feeding decarburization technique that is high-speed and has little metal adhesion even under an atmosphere of a wide pressure range has become an urgent task. In the case of verifying 4), none of the methods has reached a fundamental solution.
一方、地金付着対策については、脱炭処理とは別に、昇温用及び地金溶解用のバーナーランスを用いる方法が種々提案されている。例えば、前述した特許文献4には、2本のランスを用い、脱炭機能と昇温・溶解機能とを独立させ、脱炭処理と同時に二次燃焼を利用した昇温を実施することが提案されている。 On the other hand, various measures using a burner lance for raising the temperature and melting the metal are proposed separately from the decarburization treatment as a countermeasure against the metal adhesion. For example, Patent Document 4 mentioned above proposes that two lances are used, the decarburization function and the temperature raising / dissolving function are made independent, and the temperature raising using the secondary combustion is performed simultaneously with the decarburizing process. Has been.
また、脱炭用ランスにバーナーを一体化させたものとして、特許文献5には、脱炭時には酸素ガスのみを吹き込み、溶解・昇温時には酸素ガスに燃料を混合させてバーナーとして使用するランスが提案されている。しかしながら、この方法は、脱炭と昇温・地金溶解とを同時に行うものではない。また、脱炭時に燃料を混合させても、通常、脱炭用の酸素ガス供給量は大量であり、ノズル近辺では流速が速いことから、燃料の燃焼は生じにくく、また、燃焼したとしても極めて不安定であり、ランス近傍の燃焼・昇温は困難である。
Further,
また、特許文献6には、酸素供給用通路の外周に液体燃料及び燃焼用気体の通路を備え、これら通路の出口に燃焼バーナーを備えた上吹きランスが提案されているが、この上吹きランスにおいても、溶鋼の脱炭精錬と、昇温・地金溶解とを同時に行うものではない。
Further,
このように、従来の地金付着対策は、脱炭精錬工程と昇温・溶解工程とを基本的に独立しており、1本のランスを用いて脱炭精錬を行いながら且つ地金付着を抑制する方法は提案されていないのが現状である。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大気圧よりも低い減圧下において上吹きランスから溶融金属に向けて酸素含有ガスを吹き付け、溶融金属を酸化精錬するに当たり、高効率で高速に、しかも設備への地金付着を少なくすることができる溶融金属の精錬方法、並びに、その際に使用する精錬用上吹きランスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in high-efficiency and high-speed in oxidizing and refining the molten metal by blowing an oxygen-containing gas from the top blowing lance toward the molten metal under a reduced pressure lower than the atmospheric pressure. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a molten metal refining method capable of reducing the adhesion of metal to equipment, and a refining top blowing lance used at that time.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、上吹き送酸時、ラバールノズルから噴射される酸素ジェットの周囲に、酸素ジェットを包囲するように火炎または燃焼帯を形成することで、減圧下における送酸脱炭の高効率高速化が可能になると同時に鉄飛散を低減することが可能になるとの知見を得た。 The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. As a result, at the time of top blowing oxygen delivery, a flame or combustion zone is formed around the oxygen jet injected from the Laval nozzle so as to surround the oxygen jet. At the same time, it was found that iron scattering could be reduced.
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第1の発明に係る減圧下における溶融金属の精錬方法は、その先端にラバールノズルが設置された上吹きランスを用い、大気圧よりも低い圧力の雰囲気下において溶融金属に向けて前記ラバールノズルから酸素ガスを吹き付けて溶融金属を酸化精錬するに際し、前記ラバールノズルの周囲に、該ラバールノズルのスロート径に対してそのスロート径及びその設置数が下記の(1)式を満足し、その傾角が前記ラバールノズルの最大傾角に10°を加えた値以下である3個以上の副孔を、上吹きランスの先端に開口させて設置し、該副孔から酸素含有ガスを吹き込んで、前記ラバールノズルから吹き付けられる酸素ジェットの噴出部の周囲に、当該酸素ジェットを包囲する周囲の雰囲気の温度を高めるための火炎または燃焼帯を形成することを特徴とするものである。但し、(1)式において、Dtはラバールノズルのスロート径、Dttは副孔のスロート径、Nは副孔の設置数、αは3よりも大きい任意の係数である。 The present invention has been made on the basis of the above findings, and the method for refining molten metal under reduced pressure according to the first invention uses an upper blowing lance having a Laval nozzle installed at the tip thereof, and is lower than atmospheric pressure. When the molten metal is oxidatively refined by blowing oxygen gas from the Laval nozzle toward the molten metal under a pressure atmosphere, the throat diameter and the number of the throat diameter of the Laval nozzle around the Laval nozzle are as follows. Three or more sub-holes satisfying the formula (1) and having an inclination angle equal to or less than the value obtained by adding 10 ° to the maximum inclination angle of the Laval nozzle are installed at the tip of the upper blowing lance, by blowing an oxygen-containing gas, around the jet portion of the oxygen jet blown from the Laval nozzle, the atmosphere around surrounding the oxygen jet temperature It is characterized in that to form a flame or combustion zone to increase. In Equation (1), Dt is the throat diameter of the Laval nozzle, Dtt is the throat diameter of the subhole, N is the number of subholes installed, and α is an arbitrary coefficient larger than 3.
第2の発明に係る減圧下における溶融金属の精錬方法は、第1発明において、前記副孔から供給する酸素含有ガスの供給量は、ラバールノズルから供給される酸素ガス供給量の1/3以下であることを特徴とするものである。 Refining method of molten metals under reduced pressure according to the second aspect, in the first shot bright, the supply amount of the oxygen-containing gas supplied from the auxiliary hole is 1/3 or less of the oxygen gas supply amount supplied from the Laval nozzle It is characterized by being.
第3の発明に係る減圧下における溶融金属の精錬方法は、第1または第2の発明において、前記溶融金属は溶鋼であり、前記酸化精錬は溶鋼中の炭素を除去するための脱炭精錬であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for refining molten metal under reduced pressure. In the first or second aspect , the molten metal is molten steel, and the oxidative refining is decarburization refining for removing carbon in the molten steel. It is characterized by being.
第4の発明に係る減圧下における溶融金属の精錬方法は、第1ないし第3の発明の何れかにおいて、前記酸化精錬は、雰囲気圧力が40kPa以下のときに精錬を開始し、雰囲気圧力が13.3kPa以下のときに精錬を終了することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for refining a molten metal under reduced pressure according to any one of the first to third aspects, wherein the oxidative refining starts refining when the atmospheric pressure is 40 kPa or less. Refining is terminated when the pressure is less than 3 kPa.
第5の発明に係る減圧下における溶融金属の精錬用上吹きランスは、その先端にラバールノズルが設置された、大気圧よりも低い圧力の雰囲気下において溶融金属に向けて前記ラバールノズルから酸素ガスを吹き付けて溶融金属を酸化精錬する精錬用上吹きランスであって、前記上吹きランスには、ラバールノズルの周囲に、ラバールノズルのスロート径に対してそのスロート径及びその設置数が上記の(1)式を満足し、その傾角がラバールノズルの最大傾角に10°を加えた値以下である3個以上の副孔が、上吹きランスの先端に開口して設置されており、当該副孔から酸素含有ガスを吹き込むことで、前記ラバールノズルから吹き付けられる酸素ジェットの噴出部の周囲に、当該酸素ジェットを包囲する周囲の雰囲気の温度を高めるための火炎または燃焼帯が形成されるように構成されていることを特徴とするものである。 An upper blowing lance for refining molten metal under reduced pressure according to a fifth aspect of the present invention has a Laval nozzle installed at the tip thereof, and blows oxygen gas from the Laval nozzle toward the molten metal in an atmosphere at a pressure lower than atmospheric pressure. An upper blow lance for refining molten metal by oxidation refining, wherein the upper blow lance has the throat diameter and the number of installations in relation to the throat diameter of the Laval nozzle around the Laval nozzle. Three or more sub-holes that are satisfied and whose inclination is equal to or less than the value obtained by adding 10 ° to the maximum inclination of the Laval nozzle are installed at the tip of the top blowing lance, and oxygen-containing gas is introduced from the sub-holes. by blowing, around the jet portion of the oxygen jet blown from the Laval nozzle and raise the temperature of the atmosphere around surrounding the oxygen jet It is characterized in that the flame or combustion zone is configured to be formed.
本発明によれば、大気圧よりも低い減圧下において上吹きランスから溶融金属に向けて酸素含有ガスを吹き付けて溶融金属を酸化精錬するに際し、ラバールノズルから吹き付けられる酸素含有ガスの周囲に、この酸素含有ガスを包囲するように火炎または燃焼帯を形成するので、酸素ジェット周囲の温度が高温になり、酸素ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が低下し、その結果、酸素ジェットへ巻き込まれる雰囲気ガス量が少なくなって、酸素ジェットの動圧が増大する。これにより、ランス高さを大きくしても高い動圧が得られ、酸素の反応効率が上昇して反応速度が促進されると同時に、ランス高さを大きくすることができることから、ランスへの地金付着が低減する。更に、形成される火炎または燃焼帯により精錬容器内の温度が上昇し、精錬容器への地金付着が抑制される。これらにより、減圧下における溶融金属の精錬コストを大幅に削減することが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。 According to the present invention, when oxygen-containing gas is blown from the top blowing lance toward the molten metal under reduced pressure lower than atmospheric pressure to oxidize and refine the molten metal, the oxygen-containing gas is blown from the Laval nozzle around the oxygen-containing gas. Since the flame or combustion zone is formed so as to surround the contained gas, the temperature around the oxygen jet becomes high, and the density of the atmospheric gas around the oxygen jet is reduced. As a result, the amount of the atmospheric gas entrained in the oxygen jet is reduced. Less, the dynamic pressure of the oxygen jet increases. As a result, even if the lance height is increased, a high dynamic pressure can be obtained, the reaction efficiency of oxygen is increased and the reaction rate is promoted, and at the same time the lance height can be increased. Gold adhesion is reduced. Furthermore, the temperature in the refining vessel rises due to the flame or combustion zone that is formed, and adhesion of metal to the refining vessel is suppressed. As a result, it is possible to significantly reduce the refining cost of the molten metal under reduced pressure, and to bring about an industrially beneficial effect.
以下、本発明について具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
本発明は、大気圧よりも低く減圧された雰囲気下において、上吹きランスから溶融金属に向けて、酸素ガス、空気、酸素富化空気などの酸素含有ガスを吹き付け、溶融金属を酸化精錬する技術に関するものであり、この減圧下における精錬設備として、現在溶鋼の精錬で広く使用されているRH真空脱ガス設備を例とし、また、酸素含有ガスを吹き付けて行う酸化精錬としては、RH真空脱ガス設備で行われる溶鋼の脱炭処理を例として解析した。 The present invention relates to a technique for oxidizing and refining a molten metal by blowing an oxygen-containing gas such as oxygen gas, air or oxygen-enriched air from an upper blowing lance toward the molten metal in an atmosphere reduced to a pressure lower than atmospheric pressure. As an example of the refining equipment under reduced pressure, the RH vacuum degassing equipment widely used in the refining of molten steel is used as an example. Also, as the oxidative refining performed by blowing oxygen-containing gas, the RH vacuum degassing is used. We analyzed the decarburization treatment of molten steel performed in the facility as an example.
先ず、RH真空脱ガス設備について説明する。図1に、本発明による精錬方法を実施する際に用いたRH真空脱ガス設備の概略断面図を示す。 First, the RH vacuum degassing facility will be described. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an RH vacuum degassing facility used in carrying out the refining method according to the present invention.
図1に示すように、RH真空脱ガス設備1は、上部槽6及び下部槽7からなる真空槽5と、下部槽7の下部に設けられた上昇側浸漬管8及び下降側浸漬管9とを備え、上部槽6には、排気装置(図示せず)と接続するダクト11と、原料投入口12と、真空槽5の内部を上下方向に移動可能な上吹きランス13とが備えられ、また、上昇側浸漬管8には環流用ガス吹込管10が設けられている。環流用ガス吹込管10からは環流用ガスとしてArガスが上昇側浸漬管8の内部に吹き込まれる構造となっている。
As shown in FIG. 1, the RH vacuum degassing equipment 1 includes a
上吹きランス13の先端には、酸素含有ガスを真空槽5の内部に吹き付けるためのラバールノズルが設置されている。このラバールノズルの概略断面図を図2に示す。図2に示すように、ラバールノズル16は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の2つの円錐体で構成された形状であり、ラバールノズル16においては、縮小部分は絞り部17、拡大部分はスカート部19、絞り部17からスカート部19に遷移する部位であって最も狭くなった部位はスロート18と呼ばれている。上吹きランス13を通ってきた酸素含有ガスは、絞り部17、スロート18、スカート部19を順に通って、超音速または亜音速のジェットとして噴射される。図2中のDtはスロート径、Deは出口径であり、スカート部19の広がり角度θは通常10°以下である。
A Laval nozzle for blowing oxygen-containing gas into the
尚、図2に示すラバールノズル16では、絞り部17及びスカート部19が円錐体であるが、ラバールノズル16としては絞り部17及びスカート部19は円錐体である必要はなく、内径が曲線的に変化する曲面で構成してもよく、また、絞り部17はスロート18と同一の内径であるストレート状の円筒形としてもよい。絞り部17及びスカート部19を、内径が曲線的に変化する曲面で構成する場合には、ラバールノズル16として理想的な流速分布が得られるが、ノズルの加工が極めて困難であり、一方、絞り部17をストレート状の円筒形とした場合には、理想的な流速分布とは若干解離するが、使用には全く問題とならず、且つ、ノズルの加工が極めて容易となる。本発明ではこれら全ての末広がりのノズルをラバールノズル16と称することとする。
In the
このように構成されているRH真空脱ガス設備1において、先ず、溶鋼3を収納する取鍋2を真空槽5の直下に搬送し、取鍋2を昇降装置(図示せず)によって上昇させ、上昇側浸漬管8及び下降側浸漬管9を取鍋2に収容された溶鋼3に浸漬させる。次いで、環流用ガス吹込管10から上昇側浸漬管8の内部にArガスを環流用ガスとして吹き込むとともに、真空槽5の内部をダクト11に連結される排気装置にて排気して真空槽5の内部を減圧する。真空槽5の内部が減圧されると、取鍋2に収容された溶鋼3は、環流用ガス吹込管10から吹き込まれるArガスとともに上昇側浸漬管8を上昇して真空槽5の内部に流入し、その後、下降側浸漬管9を介して取鍋2に戻る流れ、所謂、環流を形成してRH真空脱ガス精錬が施される。
In the RH vacuum degassing facility 1 configured as described above, first, the
このRH真空脱ガス精錬中に、上吹きランス13から酸素含有ガスとして酸素ガスを、真空槽5の内部の溶鋼3に向けて吹き付けて供給し、溶鋼3に脱炭処理を施す。脱炭反応においては溶鋼3の酸素濃度を高める必要があるので、脱炭処理を開始する前、溶鋼3は未脱酸或いは半脱酸の状態とすることが好ましい。取鍋2の内部には取鍋2に付着したスラグ及び転炉や電気炉などの前工程の精錬で発生したスラグが一部混入し、スラグ4として溶鋼3の湯面を覆っている。
During this RH vacuum degassing refining, oxygen gas is blown and supplied as an oxygen-containing gas from the
本発明者等は、この減圧下での脱炭精錬(「真空脱炭精錬」ともいう)において、高効率で高速に脱炭処理を実施可能で、しかも設備への地金付着を少なくすることができる精錬方法の開発を目的として、減圧下での上吹き送酸ジェットの減衰挙動を詳細に調査し、ラバールノズル16から噴射される酸素ジェットの動圧減衰に及ぼすノズル形状及び雰囲気圧力の影響を明確化した。以下、調査結果を説明する。
In the decarburization refining under reduced pressure (also referred to as “vacuum decarburization refining”), the present inventors can perform the decarburization processing at high speed and reduce adhesion of metal to the equipment. In order to develop a refining method capable of refining, the attenuation behavior of the top blowing acid jet under reduced pressure was investigated in detail, and the influence of the nozzle shape and atmospheric pressure on the dynamic pressure attenuation of the oxygen jet injected from the
酸素ジェットの流速測定の結果、減圧下においては、雰囲気ガスの巻込みが大幅に抑制され、その結果、酸素ジェットの流速が上昇することが定量的に把握された。ここで、脱炭酸素効率の向上には、浴面でのジェットの動圧を高め、酸素を鋼浴に効率的に供給することが重要となる。動圧は、速度と密度との関数になるため、前述のような減圧下での速度変動に加え、密度も著しく変動し、動圧の挙動は極めて複雑となる。そのため、脱炭反応効率に及ぼす動圧変動の影響は極めて大きく、動圧の制御が重要となる。 As a result of measuring the flow velocity of the oxygen jet, it was quantitatively understood that the entrainment of the atmospheric gas was greatly suppressed under reduced pressure, and as a result, the flow velocity of the oxygen jet increased. Here, in order to improve the decarbonation efficiency, it is important to increase the dynamic pressure of the jet on the bath surface and efficiently supply oxygen to the steel bath. Since the dynamic pressure is a function of speed and density, in addition to the speed fluctuations under reduced pressure as described above, the density also fluctuates significantly, and the behavior of the dynamic pressure becomes extremely complicated. Therefore, the influence of the dynamic pressure fluctuation on the decarburization reaction efficiency is extremely large, and the control of the dynamic pressure is important.
更なる調査の結果、雰囲気圧力の低下に伴って動圧が大幅に増加することが定量的に明確化された。また、これらの動圧は減圧下において酸素ジェットの雰囲気温度の上昇によっても増大すること、つまり、雰囲気温度が上昇することで、酸素ジェットの減衰が抑制されることが明らかとなった。 As a result of further investigation, it was quantitatively clarified that the dynamic pressure greatly increases as the atmospheric pressure decreases. In addition, it has been clarified that these dynamic pressures increase with an increase in the atmospheric temperature of the oxygen jet under reduced pressure, that is, the attenuation of the oxygen jet is suppressed by increasing the atmospheric temperature.
ここで、脱炭酸素効率を高位に維持するには、動圧の確保を目的としてランス高さ(上吹きランス先端と溶鋼湯面までの距離)を低減させることが効果的である。また、高速送酸を志向する場合には必然的に動圧は上昇する。しかしながら、動圧を上昇させると、脱炭酸素効率の増大とともに地金の飛散が激しくなり、上吹きランス13の表面及び真空槽5の内壁への地金付着が大きくなる。また、送酸初期の真空度は低く、送酸に伴って高真空度化するため、送酸脱炭中の真空度変動は極めて大きく、送酸初期には低動圧になり、逆に送酸末期には高動圧になるなど動圧の制御は極めて困難である。従って、脱炭酸素効率を維持するために、動圧を高めに推移させなければならず、地金飛散は避けられない問題であった。
Here, in order to maintain the decarbonation efficiency at a high level, it is effective to reduce the lance height (distance between the top lance tip and the molten steel surface) for the purpose of securing dynamic pressure. In addition, the dynamic pressure inevitably increases when high-speed acid feeding is intended. However, when the dynamic pressure is increased, the decarboxylation efficiency increases and the scatter of the metal becomes intense, and the adhesion of the metal to the surface of the
そこで、本発明者等は、減圧下において高動圧を維持しつつ地金付着を抑制することを検討・研究し、その結果、上吹きランス13のラバールノズル16の周囲に副孔を設置した上吹きランス13を用い、副孔から酸素含有ガスを吹き込みながら減圧脱炭精錬を行うことで、地金付着を抑制しつつ、高動圧が得られることを見出した。この副孔を有する本発明に係る上吹きランス13の概略断面図を図3に示す。尚、副孔20に対し、酸素ジェットを供給するラバールノズル16を主孔ともいう。
Therefore, the present inventors have studied and studied to suppress the adhesion of the metal while maintaining a high dynamic pressure under reduced pressure. As a result, a sub-hole was installed around the
図3に示すように、本発明に係る上吹きランス13は、円筒状のランス本体14と、このランス本体14の下端に溶接などにより接続されたランスノズル15とで構成されており、そして、ランス本体14は、外管21、中管22、内管23、最内管24からなる同心円状の4種の鋼管、即ち四重管で構成され、銅製のランスノズル15のほぼ中心位置には、鉛直下向き方向を向いた主孔としてラバールノズル16が設置され、ラバールノズル16の周囲に複数個の副孔20が設置されている。
As shown in FIG. 3, the
外管21と中管22との間隙、及び、中管22と内管23との間隙は、上吹きランス13を冷却するための冷却水の流路となっている。内管23と最内管24との間隙は、副孔20への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス13の上端部から内管23と最内管24との間隙に供給された酸素含有ガスは、内管23と最内管24との間隙を通り、副孔20から真空槽5の内部に噴出される。また、最内管24の内部はラバールノズル16への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス13の上端部から最内管24の内部に供給された酸素含有ガスは、最内管24の内部を通り、ラバールノズル16から真空槽5の内部に噴出される。
The gap between the
図3では、上吹きランス13は四重管構造であるが、外管21、中管22、内管23の三重管構造とし、内管23の内部をラバールノズル16及び副孔20への酸素含有ガスの供給流路としてもよい。但し、この場合には、内管23を介して送られる酸素含有ガスは、ラバールノズル16及び副孔20のそれぞれのノズル吐出孔断面積に応じた比率でラバールノズル16及び副孔20から噴射されることになり、従って、酸素含有ガスの供給量をラバールノズル16と副孔20とで任意に変更することができる点で、兼用流路とするよりも図3に示す独立流路とすることが好ましい。
In FIG. 3, the
副孔20は脱炭反応により生成するCOガスを燃焼させる酸素含有ガスを供給するためのものであり、COガスを安定して燃焼させるためには、副孔20のノズル吐出孔断面積の合計値は、ラバールノズル16のノズル吐出孔断面積よりも小さくなるようにする、つまり、副孔20のスロート径をDttとし、副孔20の設置数をNとしたときに、下記の(1)式を満足するように副孔20を配置することが好ましい。ラバールノズル16及び副孔20に供給する酸素含有ガスの供給経路を兼用する場合には、各々のノズルから流出する流量比が決定されることになり、特に重要である。ここで、(1)式において、Dtはラバールノズル16のスロート径、Dttは副孔20のスロート径、Nは副孔の設置数、αは1よりも大きい任意の係数である。図3では、副孔20はストレート型ノズルであり、この場合には副孔20のスロート径Dttとしては内径を採用すればよい。
The sub-hole 20 is for supplying an oxygen-containing gas for burning the CO gas generated by the decarburization reaction. In order to stably burn the CO gas, the total of the nozzle discharge hole cross-sectional areas of the sub-holes 20 is used. The value is made smaller than the nozzle discharge hole cross-sectional area of the
前述のように、従来、酸素ジェットの動圧を高めるためにはランス高さを小さくする必要があるが、その際には上吹きランス13への地金付着が問題となる。これに対して、本発明の上吹きランス13を用い、副孔20から酸素含有として酸素ガスを供給すると、ラバールノズル16による脱炭反応で生じた雰囲気ガス中のCOガスと副孔20から供給される酸素ガスとが反応し、酸素ジェットの噴出部周囲に火炎或いは燃焼帯が生じる。そのため、酸素ジェット周囲の温度が部分的に高温になり、ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が減少することにより、酸素ジェットへの雰囲気ガスの巻込み量が少なくなり、つまり雰囲気ガスによる酸素ジェットの減衰が抑制され、酸素ジェットの動圧が増大する。その結果、ランス高さを拡大しても高い動圧を得ることができる。また、脱炭反応によって発生したCOガスを利用するため、燃料ガスも不要である。燃焼帯が酸素ジェットの周囲に密着していない場合には、上記効果は著しく低下する。
As described above, conventionally, in order to increase the dynamic pressure of the oxygen jet, it is necessary to reduce the lance height, but in that case, adhesion of the metal to the
このように、本発明では、酸素ジェットの動圧を維持した状態でランス高さを大きくすることができるので、ランス高さを大きくした操業が可能となり、その結果、上吹きランス13への地金付着を低減することができる。本効果を得るためにはラバールノズル16から噴射される酸素ジェットの噴出部周囲に燃焼帯を生じさせる必要があるため、ラバールノズル16の周りに複数孔の副孔20が必要となる。副孔20を3個以上設置すればこの効果を得ることができるが、ラバールノズル16を燃焼帯で包み込むためには副孔20は多いほどよい。この観点から、副孔20が5個以上で効果は増大し、8個以上がより好ましい。
In this way, in the present invention, the lance height can be increased while maintaining the dynamic pressure of the oxygen jet, so that the operation with the increased lance height is possible. Gold adhesion can be reduced. In order to obtain this effect, it is necessary to generate a combustion zone around the ejection portion of the oxygen jet ejected from the
このとき、燃焼帯を安定に生成させる観点から、副孔20からの送酸量はラバールノズル16からの送酸量に対して少ないほうが好ましく、ラバールノズル16からの送酸量の1/3以下が好ましい。酸素含有ガスの供給流路が、ラバールノズル16と副孔20とで兼用の場合には、上記(1)式の定数αを3以上として副孔20を設計して設置すればよい。
At this time, from the viewpoint of stably generating the combustion zone, the amount of acid sent from the sub-hole 20 is preferably smaller than the amount of acid sent from the
また、ラバールノズル16の周りに均等に副孔20を配置することが望ましい。また、副孔20は鉛直下向きとすればよいが、角度を設けてもよい。但し、角度を広げすぎると燃焼帯が周囲に拡散してしまい、ラバールノズル16から噴射される酸素ジェットの周囲から燃焼帯が離れてしまい、ジェットの減衰抑制効果が小さくなる、或いは、真空槽5の側壁に直接当たり、耐火物などの損耗が大きくなる、など不都合が生ずる。このような理由から、副孔20の傾角θ0 は、ラバールノズル16の最大傾角に10°を加えた値(ラバールノズル16の最大傾角+10°)よりも小さくすることが望ましい。傾角θ0 は小さいほど好ましく、好ましくはラバールノズル16の傾角以下とする。図3ではラバールノズル16の傾角は0°である。ラバールノズル16については単孔が主となるが、多孔とした場合でも同様の効果が得られる。また、副孔20は燃焼を安定させるためにストレート型ノズルが望ましい。
Moreover, it is desirable to arrange the sub holes 20 evenly around the
本発明においては、ランス高さを拡大することによって上吹きランス13への地金付着は減少するが、酸素ジェットの高動圧化により、地金の飛散は却って増大する。しかしながら、副孔20による燃焼帯が形成されることにより、真空槽5の側壁温度が上昇し、真空槽5の側壁への地金付着抑制効果も同時に得ることができる。また、本発明ではランス高さを大きくすることが可能なため、真空槽5の内部の広い範囲の地金抑制効果が得られ、二次燃焼用のランスを別途用いることは不要である。
In the present invention, the adhesion of the metal to the
脱炭処理終了時の雰囲気圧力は13.3kPa(100torr)以上であってもよいが、酸素ジェットのエネルギーが増大する13.3kPa(100torr)以下、特に9.3kPa(70torr)以下に達する場合に脱炭効率が大きく、従って、脱炭処理終了時の雰囲気圧力は13.3kPa(100torr)以下とすることが好ましい。また、脱炭処理開始時の雰囲気圧力が13.3kPa(100torr)以下の場合でも、脱炭処理はできるが、動圧が高くなり過ぎて地金飛散が激しくなるので、13.3kPa(100torr)以上とすることが好ましい。但し、雰囲気圧力が高過ぎて雰囲気圧力の変動幅が大き過ぎると、脱炭処理全体に亘って十分な効果が得られないことから、雰囲気圧力は40.0kPa(300torr)以下が好ましい。また、酸素吹錬の進行に伴って溶鋼3の炭素濃度は低減し、大気圧における転炉脱炭精錬と同様に脱炭酸素効率の低下が生じるため、酸素吹錬の進行に伴い、送酸速度を低減させてもよい。これにより、酸素効率は向上し、また、酸素吹錬の中期から末期にかけての雰囲気圧力の低い場合でも、急激な動圧上昇を抑制することが可能となる。
The atmospheric pressure at the end of the decarburization process may be 13.3 kPa (100 torr) or more, but when the energy of the oxygen jet increases to 13.3 kPa (100 torr) or less, particularly 9.3 kPa (70 torr) or less. The decarburization efficiency is high, and therefore, the atmospheric pressure at the end of the decarburization process is preferably 13.3 kPa (100 torr) or less. In addition, even when the atmospheric pressure at the start of the decarburization process is 13.3 kPa (100 torr) or less, the decarburization process can be performed, but the dynamic pressure becomes too high and the scattering of the bullion becomes intense, so 13.3 kPa (100 torr) The above is preferable. However, if the atmospheric pressure is too high and the fluctuation range of the atmospheric pressure is too large, a sufficient effect cannot be obtained over the entire decarburization treatment. Therefore, the atmospheric pressure is preferably 40.0 kPa (300 torr) or less. In addition, the carbon concentration of the
以上説明したように、本発明によれば、大気圧よりも低い減圧下において上吹きランス13から溶鋼3に向けて酸素ガスを吹き付けて溶鋼3を真空脱炭精錬するに際し、ラバールノズル16から吹き付けられる酸素ガスジェットの周囲に、この酸素ジェットを包囲するように火炎または燃焼帯を形成するので、酸素ジェット周囲の温度が高温になり、酸素ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が低下し、その結果、酸素ジェットへ巻き込まれる雰囲気ガス量が少なくなって酸素動圧が増大する。これにより、ランス高さを大きくしても高い動圧が得られ、酸素の反応効率が上昇して反応速度が促進されると同時に、ランス高さを大きくすることができることから、上吹きランス13への地金付着を低減することができ、且つ、燃焼帯により真空槽5の内部が昇熱されて真空槽5への地金付着が抑制され、真空脱炭精錬に費やす費用を大幅に削減することが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the
尚、上記説明では、燃焼帯の形成に副孔20からの送酸を利用しているが、本発明はこれに限るものではなく、要は、主孔(ラバールノズル16)からの超音速酸素ジェットの周囲に燃焼帯が存在すればよく、従って、主孔の周囲に燃焼バーナーを具備させ、脱炭時に同時に燃焼させてもよい。また、主孔のノズル内壁から燃料を噴射し、超音速ジェットを噴射させてもよい。この場合、燃焼帯をジェットの周囲に形成させるためには、保炎させる必要があり、ラバールノズル内壁に保炎用の溝を具備させる必要がある。但し、上記説明のように、副孔20からの酸素ガスのみで燃焼帯が得られる上記方法を用いると燃料は不要のため設備も簡易となり、最大のメリットを得ることができる。 In the above description, the acid feed from the sub-hole 20 is used to form the combustion zone. However, the present invention is not limited to this, and the main point is the supersonic oxygen jet from the main hole (Laval nozzle 16). Therefore, a combustion zone may be provided around the main hole, and therefore, a combustion burner may be provided around the main hole and burned simultaneously with decarburization. Further, the supersonic jet may be injected by injecting fuel from the nozzle inner wall of the main hole. In this case, in order to form a combustion zone around the jet, it is necessary to hold the flame, and it is necessary to provide a flame holding groove on the inner wall of the Laval nozzle. However, as described above, the use of the above-described method in which a combustion zone is obtained only by oxygen gas from the sub-hole 20 eliminates the need for fuel, so that the facilities are simplified and the maximum merit can be obtained.
以下、本発明例を従来例とともに示す。先ず、酸素ガスを上吹きし、攪拌用ガスを底吹きする上底吹き複合吹錬用転炉内に約360トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行った。転炉脱炭吹錬の終了は溶鋼中炭素濃度が0.05〜0.07質量%となった時点とし、脱炭吹錬終了時の溶鋼温度は1650℃を目標とした。 Examples of the present invention are shown below together with conventional examples. First, about 360 tons of hot metal was charged into an upper bottom blown combined blowing smelting converter in which oxygen gas was blown up and stirring gas was blown at the bottom, and decarburization blowing was mainly performed. The end of converter decarburization blowing was the time when the carbon concentration in the molten steel reached 0.05 to 0.07 mass%, and the molten steel temperature at the end of decarburization blowing was targeted at 1650 ° C.
次いで、転炉精錬によって得られた溶鋼を転炉から出鋼した後、未脱酸状態のまま、図1に示すRH真空脱ガス設備に搬送し、上吹きランスのラバールノズルからおよそ0.18Nm3 /min・tの酸素ガスを真空槽内の溶鋼湯面に供給し、同時に、副孔から合計0.04Nm3/min・tの酸素ガスを供給しながら真空脱炭精錬を実施した。この真空脱炭精錬では、付着地金量及び脱炭酸素効率について調査した。付着地金量は上吹きランスへの付着地金について評価した。調査結果を表1に示す。表1の地金付着の欄における◎印は付着量が少ないことを表し、×印は付着量が多いことを表している。 Next, after the molten steel obtained by converter refining is discharged from the converter, it is transported to the RH vacuum degassing facility shown in FIG. 1 in an undeoxidized state, and is about 0.18 Nm 3 from the laval nozzle of the top blowing lance. / Min · t oxygen gas was supplied to the molten steel surface in the vacuum chamber, and at the same time, vacuum decarburization refining was performed while supplying a total of 0.04 Nm 3 / min · t oxygen gas from the sub-holes. In this vacuum decarburization refining, the amount of deposited metal and the decarbonation efficiency were investigated. The amount of adhesion metal was evaluated for the adhesion metal to the top blowing lance. The survey results are shown in Table 1. In the column of metal adhesion in Table 1, ◎ indicates that the amount of adhesion is small, and × indicates that the amount of adhesion is large.
表1に示すように、本発明例では、脱炭酸素効率は68%以上と高く、且つ、地金付着も極めて少ない結果であった。これに対して、副孔の設置されていない従来例では、ランス高さを大きくすると地金付着は少なくなるものの、脱炭酸素効率が低下し、逆に、ランス高さを小さくすると脱炭酸素効率は高くなるものの、地金付着が増加し、双方を満足することはできなかった。 As shown in Table 1, in the examples of the present invention, the decarbonation efficiency was as high as 68% or more, and the adhesion of the metal was very small. On the other hand, in the conventional example in which no sub-hole is installed, although the adhesion of the base metal is reduced when the lance height is increased, the decarbonation efficiency is lowered. Although the efficiency is high, the adhesion of bullion has increased and both cannot be satisfied.
1 RH真空脱ガス設備
2 取鍋
3 溶鋼
4 スラグ
5 真空槽
6 上部槽
7 下部槽
8 上昇側浸漬管
9 下降側浸漬管
10 環流用ガス吹込管
11 ダクト
12 原料投入口
13 上吹きランス
14 ランス本体
15 ランスノズル
16 ラバールノズル
17 絞り部
18 スロート
19 スカート部
20 副孔
21 外管
22 中管
23 内管
24 最内管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 RH
Claims (5)
Dt2 =Dtt2×N×α …(1)
但し、(1)式において、Dtはラバールノズルのスロート径、Dttは副孔のスロート径、Nは副孔の設置数、αは3よりも大きい任意の係数である。 When an oxygen gas is blown from the Laval nozzle toward the molten metal in an atmosphere having a pressure lower than atmospheric pressure using an upper blowing lance having a Laval nozzle at its tip, the molten metal is oxidized and refined around the Laval nozzle. , sub its throat diameter and installation number thereof relative to the throat diameter of the Laval nozzle satisfies the following formula (1), the inclination is 3 or more or less maximum inclination angle to plus 10 ° value of the Laval nozzle A hole is opened at the tip of the upper blowing lance, and an oxygen-containing gas is blown through the auxiliary hole, and the surrounding atmosphere surrounding the oxygen jet is surrounded by the blowing portion of the oxygen jet blown from the Laval nozzle . A method for refining molten metal under reduced pressure, characterized by forming a flame or a combustion zone for increasing temperature .
Dt 2 = Dtt 2 × N × α (1)
In Equation (1), Dt is the throat diameter of the Laval nozzle, Dtt is the throat diameter of the subhole, N is the number of subholes installed, and α is an arbitrary coefficient larger than 3.
Dt2 =Dtt2×N×α …(1)
但し、(1)式において、Dtはラバールノズルのスロート径、Dttは副孔のスロート径、Nは副孔の設置数、αは3よりも大きい任意の係数である。 A top blowing lance for refining, in which a laval nozzle is installed at the tip thereof, and oxygen gas is blown from the laval nozzle toward the molten metal in an atmosphere at a pressure lower than atmospheric pressure to oxidize and refine the molten metal. In the lance, the throat diameter and the number of the throat diameter of the Laval nozzle around the Laval nozzle satisfy the following formula (1), and the inclination angle is less than the value obtained by adding 10 ° to the maximum inclination angle of the Laval nozzle. There are three or more sub-holes opened at the tip of the upper blowing lance, and by blowing an oxygen-containing gas from the sub-holes, the oxygen jet is blown from the Laval nozzle around the jet portion of the oxygen jet. characterized in that the flame or combustion zone to increase the temperature of the ambient atmosphere surrounding the oxygen jet is configured to be formed To, lance on for refining molten metal in vacuo.
Dt 2 = Dtt 2 × N × α (1)
In Equation (1), Dt is the throat diameter of the Laval nozzle, Dtt is the throat diameter of the subhole, N is the number of subholes installed, and α is an arbitrary coefficient larger than 3.
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