JP5085095B2 - 高炉鋳床設備 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床設備に関する。

高炉で還元されて出銑された溶銑は、通常０．３〜０．５％程度の珪素［Ｓｉ］の他に、４．３〜４．６％程度の炭素［Ｃ］，０．０９〜０．１３％程度のりん［Ｐ］を含んでいる。この溶銑を精錬して所定の鋼とするには、炭素［Ｃ］やりん［Ｐ］を所定濃度まで低減する必要があるが精錬効率の観点から脱炭，脱りんに先立って珪素［Ｓｉ］や硫黄［Ｓ］を極力低濃度（例えば、珪素[Ｓｉ]０．２５％）まで除去しておくことが望ましい。
また、脱硫は吸熱反応であるため、高炉からの出銑後の最も高温時期である溶銑流路内を流れる過程で脱硫処理することが最も望ましい。

従来から、高炉から出銑した溶銑に対して脱珪，脱硫等の処理を行う方法として、例えば、特許文献１〜４に示す方法がある。
特許文献１は、高炉の傾注樋にて溶銑と精錬剤とを強制的に攪拌し、溶銑中に精錬剤を巻き込ませることによって、溶銑の精錬を行う精錬方法である。
特許文献２は、高炉から出銑された溶銑に脱硫剤を添加することで脱硫処理を行う方法である。この脱硫処理を行う方法では、溶銑樋を流れる溶銑に脱硫剤を添加した後、脱硫剤を添加した溶銑を傾斜壁を介して急速流下（落下）させることで、脱硫を行っている。

特許文献３は、特許文献２と同様に、高炉から出銑された溶銑に脱硫剤を添加することで脱硫処理を行う方法である。この脱硫を行う方法では、高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑樋を２分割にして、一方側（上流側）の溶銑樋を流れる溶銑に脱硫剤を添加した後、脱硫剤を添加した溶銑を他方側（下流側）の溶銑樋に落下させることによって、脱硫を行っている。なお、特許文献３における脱硫方法では、下流側の溶銑樋に溶銑を落下させた際に、当該溶銑に対して圧縮気体を吹き付けることで、未反応の脱硫剤を攪拌流の中心に吹き寄せることを行っている。

特許文献４は、高炉から出銑された溶銑に脱硫剤を添加して、棒状の耐火物を回転させることによって溶銑と脱硫剤とを強制的に攪拌し、溶銑中に脱硫剤を巻き込ませることによって、脱硫を行う精錬方法である。
特開昭６３−１０５９１４号 特開平０２−２５０９１２号 特公昭５０−３３０１０号 特開昭６２−２０２０１１号

特許文献１や特許文献４に示すように、溶銑を攪拌することによって精錬剤（脱硫剤）を溶銑中に巻き込ませるという方法では、一部の精錬剤（脱硫剤）が溶銑中に巻き込まれずに流れていくことがあり、反応に関与しない精錬剤が多く、反応効率がよくない場合がある。特に、特許文献１に示すように、脱硫処理の際にスラグが生成され、当該スラグが溶銑を搬送する混銑車又は取鍋等に混入することとなり、次工程で除滓が必要であり、熱的にも時間的にもロスが生じる虞がある。
特許文献２や特許文献３に示すように、溶銑に脱硫剤を添加し、脱硫剤を添加した溶銑を落下させることで脱硫剤を溶銑中に巻き込ませるという方法では、溶銑に対する攪拌力が十分でない場合があり、反応効率がよくない場合があった。また、特許文献２及び特許
文献３では、溶銑をどの程度落下させるか等の条件が開示されておらず、実際に実施しても、十分な脱硫が得られないのが実情である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることで、脱硫処理や脱珪処理等の精錬処理の効率を向上させることができる高炉鋳床設備を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌する１基のインペラを有する攪拌装置と、前記攪拌装置で攪拌された後に生じた溶銑上のスラグを外部へ排出する排滓樋とを備えた高炉鋳床設備において、
前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、この段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられ、このインペラの下流側に添加装置が設けられ、この添加装置の下流側に前記排滓樋が設けられており、前記インペラの幅が式（１）を満たすように設定され、前記段差部が式（２）〜式（４）を満たすように設定され、前記添加装置の位置が式（５）を満たすように設定され、前記排滓樋の位置が式（６）を満たすように設定されている点にある。

０．３≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１）
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５ ・・・（２）
Ｈ／Ｚ≧１ ・・・（３）
θ≧３０ ・・・（４）
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８ ・・・（５）
１．２≦Ｒ／Ｄ≦５ ・・・（６）
ただし、
ｄ:インペラの幅（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
Ｈ：段差部の高さ（ｍ）
Ｚ：溶銑の深さ（ｍ）
θ：段差部の勾配（deg）
Ｍ：インペラの回転軸中心から添加装置までの距離（ｍ）
Ｒ：インペラの回転軸中心から排滓樋までの距離（ｍ）
発明者は、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることで、精錬処理の効率を向上させる方法について様々な角度から検証した。

具体的には、発明者は、溶銑を攪拌装置のインペラによって攪拌するという点と溶銑を落下部によって攪拌するという点とに着目し、攪拌装置に設けられたインペラの幅，溶銑を落下させる段差部の位置,段差部の高さ，段差部の勾配（傾斜角度）,精錬剤を添加する添加装置の位置，インペラの回転軸の位置に対するスラグの取り除く排滓樋の位置を変更して、脱硫処理又は脱珪処理を行う実験を行った。
実験の結果、前記インペラの幅が式（１）を満たし、段差部が式（２）〜式（４）を満たし、前記添加装置の位置が式（５）を満たし、前記排滓樋の位置が式（６）を満たすようにすれば、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることができ、精錬処理の効率が向上することを見出した。

本発明における課題解決のための他の技術的手段は、高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌す
る１基のインペラを有する攪拌装置と、前記攪拌装置で攪拌された後に生じた溶銑上のスラグを外部へ排出する排滓樋とを備えた高炉鋳床設備において、
前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、この段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられ、このインペラの下流側に添加装置が設けられ、この添加装置の下流側に前記排滓樋が設けられており、前記インペラの幅が式（１ａ）を満たすように設定され、前記段差部が式（２ａ）〜式（４ａ）を満たすように設定され、前記添加装置の位置が式（５ａ）を満たすように設定され、前記排滓樋の位置が式（６ａ）を満たすように設定されている点にある。

０．５５≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１ａ）
０＜Ｌ／Ｄ≦１．０ ・・・（２ａ）
Ｈ／Ｚ≧２．２ ・・・（３ａ）
θ≧４５ ・・・（４ａ）
０＜Ｍ／Ｄ≦０．６６ ・・・（５ａ）
１．２≦Ｒ／Ｄ≦４．４ ・・・（６ａ）
ただし、
ｄ:インペラの幅（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
Ｈ：段差部の高さ（ｍ）
Ｚ：溶銑の深さ（ｍ）
θ：段差部の勾配（deg）
Ｍ：インペラの回転軸中心から添加装置までの距離（ｍ）
Ｒ：インペラの回転軸中心から排滓樋までの距離（ｍ）
インペラの幅が式（１ａ）を満たし、段差部が式（２ａ）〜式（４ａ）を満たし、前記添加装置の位置が式（５ａ）を満たし、前記排滓樋の位置が式（６ａ）を満たすようにすれば、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることができ、精錬処理の効率が向上する。

本発明によれば、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることで、脱硫処理や脱珪処理等の精錬処理の効率を向上させることができる。

以下、本発明の高炉鋳床設備について説明する。
図１、２に示すように、高炉２の周りには高炉鋳床１が設けられており、この高炉鋳床１は高炉２から出銑された溶銑が流れる出銑樋４を有している。
出銑樋４は、高炉２から出銑した溶銑を、溶銑を入れる溶銑鍋や混銑車等に導く溶銑流路である。図１の左側から右側へ溶銑が流れる。ゆえに、図１の左側を上流、図１の右側を下流と呼ぶ。
出銑樋４の上流側には、第１排滓樋５が分岐形成されており、この第１排滓樋５の分岐点よりも下流側には溶銑上に浮かぶスラグ６が第１排滓樋５に流れるように案内する第１潜り堰７が設けられている。潜り堰とは、矩形状のものであって、下部が出銑樋４の底部から離れ、上部が溶銑から突出している堰のことで、溶銑上に浮かぶスラグを堰止め、溶銑自体を下側から通すものである。

第１潜り堰７の下流側には、出銑樋４の底部から上方に突出した段差部８が設けられている。この段差部８は、出銑樋４の上流側の底部４ａ（言い換えれば、第１潜り堰７に近接する底部）から略直角に立ち上がる垂直部８ａと、この垂直部８ａから下流側に向けて水平に延びる水平部８ｂと、この水平部８ｂから出銑樋４の下流側の底部４ｂへ向けて傾斜する傾斜部８ｃとを有している。
段差部８の下流側には回転によって溶銑を攪拌するインペラ１０を有する攪拌装置１１が配置され、このインペラ１０の下流側には精錬剤を添加する添加装置１２が配置されている。

添加装置１２の下流側には、インペラ１０で攪拌した後に生成されたスラグ１４を排滓する第２排滓樋１３が分岐形成されている。第２排滓樋１３の分岐点よりも出銑樋４の下流側には、インペラ１０によって攪拌された後に生成されたスラグ１４を第２排滓樋１３に流れるように案内する第２潜り堰１８が設けられている。
図５に示すように、出銑樋４は、底部４ａや底部４ｂを構成する底壁２０と、この底壁２０から立ち上がる側壁２１とを有し、側壁２１が底壁２０の両端部から上方にいくにしたがって徐々に外側に移行するような断面台形状となっている。底壁２０及び側壁２１は、不定形の耐火物を流し込むことで形成されている。

以下、段差部８、攪拌装置１１、添加装置１２、第２排滓樋１３について、詳しく説明する。
［攪拌装置について］
図１３、１４に示すように、攪拌装置１１は、溶銑を攪拌するインペラ１０と、このインペラ１０を回転駆動させる駆動部３０と、インペラ１０及び駆動部３０を昇降させる昇降部３１とを備えている。
駆動部３０は、インペラ１０を回転させるための駆動モータ３２と、駆動モータ３２から下側に突出した出力軸である第１回転軸３３と、この第１回転軸３３の先端に取り付けられた第１歯車３４と、この第１歯車３４に噛合する第２歯車３５と、この第２歯車３５が上端に設けられ且つ軸芯が上下に向く第２回転軸３６とを有している。これら駆動モータ３２、第１回転軸３３及び第２回転軸３６は、支持体３７に配備されている。

第２回転軸３６は、上下一対のベアリング３８によって支持体３７に回転自在に支持されている。第２回転軸３６の下部には後述するインペラ１０の回転軸１５と当該第２回転軸３６と同軸上に接続する接続具３９が設けられている。
昇降部３１は、一対のシリンダ（ロック付きエアシリンダ）４０を有しており、このシリンダ４０はその軸芯を上下に向けて支持体３７の両側に配置されている。
シリンダ４０のシリンダ本体４１ａは踏み板４２上に固定されたフレーム４１に取り付けられている。シリンダ４０のロッド４０ｂの先端は支持体３７に接続されており、ロッド４０ｂの伸縮によって、支持体３７を昇降できるようになっている。

インペラ１０は、筒状又は棒状の回転軸１５と、回転軸１５の先端に設けられた複数の羽根１６とを有している。
インペラ１０の回転軸１５は、出銑樋４の上方に設けられて出銑樋４を覆う溶銑樋カバー４３を貫通すると共に、溶銑樋カバー４３の上方に設けられた踏み板４２を貫通している。回転軸１５の上端は、接続具３９を介して駆動部３０の第２回転軸３６に接続されている。
インペラ１０の各羽根１６は回転軸１５の先端から径外方向に突出した略矩形状のものである。インペラ１０の羽根１６の枚数は４枚とされている。各羽根１６はその枚数に対応して回転軸１５に対し均等な角度（例えば、９０deg）の間隔で回転軸１５に取り付け
られている。

インペラ１０の幅は式（１）を満たすように、当該インペラ１０の幅が設定されている。
０．３≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１）
ただし、
ｄ:インペラの幅（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
図３〜５に示すように、インペラの幅ｄは、互いに対向しているそれぞれの羽根１６の幅（回転軸１５から突出している長さ）と回転軸１５の直径とを加算したものである（ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ１）。即ち、インペラの幅ｄが式（１）を満たすように、羽根１６の幅及び回転軸１５の直径が設定されている。

溶銑流路の最大幅Ｄは、出銑樋４に溶銑を流した際に、溶銑と出銑樋４（出銑樋４の側壁２１）とが接触している接触部分における当該出銑樋４の最大幅である。言い換えれば、溶銑流路の最大幅Ｄは、出銑樋４に溶銑を通過させた際、出銑樋４内を流れる溶銑の最大幅である。図５に示すように、出銑樋４の形状が断面視で、台形状であるときには、出銑樋４を流れる溶銑の湯面幅が溶銑流路の最大幅Ｄとなる。
なお、出銑樋４において、溶銑流路の最大幅Ｄを採用する場所は、インペラ１０を浸漬した場所（攪拌場所）の近傍であることが好ましい。

攪拌装置１１によれば、駆動モータ３２を駆動させることで、第２回転軸３６を回転駆動させることができ、第２回転軸３６の回転によって、インペラ１０の羽根１６をインペラ１０の回転軸１５回りに回転させることができる。
また、攪拌装置１１の昇降部３１で支持体３７を昇降させることで、インペラ１０の羽根１６を溶銑に浸す浸し姿勢と、インペラ１０の羽根１６を溶銑に浸さない退避姿勢とに姿勢変更することができる。
脱珪処理及び脱硫処理を行う際は、昇降部３１によって支持体３７を下降させ、インペラ１０の羽根１６を浸す姿勢にした後、駆動モータ３２を駆動して溶銑に浸した羽根１６を回転させる。

［段差部について］
段差部８が式（２）〜式（４）を満たすように、当該段差部８の位置、段差部８の高さＨ及び勾配（傾斜角度）が設定されている。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５ ・・・（２）
Ｈ／Ｚ≧１ ・・・（３）
θ≧３０ ・・・（４）
ただし、
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
Ｈ：段差部の高さ（ｍ）
Ｚ：溶銑の深さ（ｍ）
θ：段差部の勾配（deg）
図３、４に示すように、段差部からインペラまでの距離Ｌは、溶銑と段差部８の傾斜部８ｃとが接触している接触部分Ｔから羽根１６を回転させたときの軌道Ｋまでの水平距離である。言い換えれば、段差部からインペラまでの距離Ｌは、溶銑と段差部８の傾斜部８ｃとが接触している接触部分から羽根１６の先端部までの水平距離である。

段差部８の高さＨは、段差部８よりも下流側の出銑樋４の底部４ｂから段差部８の水平部８ｂまでの距離である。溶銑の深さＺは、段差部８より下流側における溶銑の深さを示したものである。溶銑の深さＺは出銑毎に略同じである。式（４）におけるθは、溶銑流路の水平な底面に対する段差部８の勾配であって、詳しくは、出銑樋４の平坦な底部４ｂと底部４ｂから立ち上がる傾斜部８ｃとの成す狭角のことである。
［添加装置について］
図１３に示すように、添加装置１２は、精錬剤を貯蔵するホッパー４５と、ホッパー４５の下部から排出された精錬剤を細かく切り出す切り出し部４６と、切り出された精錬剤を搬送するスクリューコンベア４７と、スクリューコンベア４７の精錬剤の送り出し側（先端部ということがある）に設けられた剤投入ランス１７とを有している。

スクリューコンベア４７は、出銑樋４に沿って延びる筒体４８と、この筒体４８内に当該筒体４８の軸芯と同軸上に設けられ且つ筒体４８内を回転自在なスクリュー４９とを有しており、スクリュー４９の回転によって、回転によって切り出し部４６から切り出された精錬剤を剤投入ランス１７へ向けて搬送するように構成されている。
剤投入ランス１７は、その軸芯が上下に向けられ、溶銑樋カバー４３及び踏み板４２を貫通している。剤投入ランス１７の上端はスクリューコンベア４７の先端に接続され、剤投入ランス１７の下端は、溶銑の上側に達している。

添加装置１２の位置が式（５）を満たすように、当該添加装置１２の位置が設定されている。
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８ ・・・（５）
ただし、
Ｍ：インペラの回転軸中心から添加場所までの距離（ｍ）
添加装置１２の位置とは、筒状の剤投入ランス１７の中心位置のことである。式（５）に示すＭは、詳しくは、インペラ１０の回転軸１５の中心（軸芯）から剤投入ランス１７の中心（軸芯）までの水平距離のことである。即ち、式（５）を満たすように、剤投入ランス１７の中心位置が設定されている。

添加装置１２によれば、スクリューコンベア４５を回転させることで、精錬剤を剤投入ランス１７まで搬送し、剤投入ランス１７を介して溶銑に精錬剤を連続的に添加することができる。
［第２排滓樋について］
排滓樋（第２排滓樋１３）の位置が式（６）を満たすように設定されている。
１．２≦Ｒ／Ｄ≦５ ・・・（６）
ただし、
Ｒ：インペラの回転軸中心から排滓樋までの距離（ｍ）
第２排滓樋１３の位置とは、断面視矩形状の第２排滓樋１３において下流側の側壁１３ａ（側壁１３ａの上端）の位置のことである。式（６）に示すＲは、インペラ１０の回転軸１５の中心から第２排滓樋１３の下流側の側壁１３ａ（側壁１３ａの上端）までの水平距離のことである。

以上、本発明の高炉鋳床設備では、式（１）〜式（６）に基づいて、インペラ１０の幅、段差部８の位置、段差部８の高さ及び勾配、添加装置１２の位置、第２排滓樋１３の位置が設定されている。
高炉鋳床装置１によれば、高炉２から出銑した溶銑は、第１潜り堰７下を通過して段差部８に向けて下流側へと流れ、スラグ６は第１排滓樋５に流れる。そして、段差部８へ向けて流れる溶銑は、段差部８の水平部８ｂを通過して、段差部８の傾斜部８ｃに到達し、傾斜部８ｃに沿ってさらに下流側に流れることとなる。

傾斜部８ｃに到達した溶銑は傾斜部８ｃに沿って流れるが、このとき、当該溶銑は段差部８（水平部８ｂ）から出銑樋４の底部４ｂに向けて落下することとなる。段差部８から落下した溶銑は、段差部８から落下したことで攪拌される。
段差部８から落下して攪拌された溶銑は、インペラ１０に到達して当該インペラ１０によって機械攪拌され、インペラ１０よりもさらに下流側に流れることとなる。添加装置１２付近に到達した溶銑には、精錬剤（例えば、脱珪剤又は脱硫剤）が添加され、溶銑の脱珪や脱硫が行われる。

脱珪処理又は脱硫処理された溶銑は、第２潜り堰１８下を通過して段差部８に向けて下流側へ流れ、インペラ１０の攪拌又精錬剤の添加によって生成されたスラグ１４は第２排
滓樋１３に流れることになる。

以下、式（１）〜式（６）に基づいて、インペラの幅、段差部の位置、段差部の高さ及び勾配、添加装置の位置、第２排滓樋の位置を予め設定した上で脱珪処理又は脱流処理を行った本発明の実施例と、比較例とを例示して説明する。実施条件は表１の通りである。
なお、出銑樋４は、図５にしめすような出銑する前に断面視で台形状であるものを使用した。

溶銑中の珪素［Ｓｉ］は、脱珪剤（精錬剤）中の酸素［Ｏ］と反応して、Ｓｉ＋２Ｏ＝ＳｉＯ₂の反応式にしたがって（ＳｉＯ₂）として溶銑から除去される。溶銑へ添加された脱珪剤が効率的に脱珪反応に寄与したかを表す指標として、式（７）に示される脱珪酸素効率η_O2を用いた。脱珪酸素効率η_O2は、脱珪剤中の酸素分に対して溶銑中のＳｉの酸化に使用された酸素分の割合を示したものである。
溶銑へ添加された脱硫剤（精錬剤）が効率的に脱硫反応に寄与したかを表す指標として、式（８）に示される脱硫効率η_Sを用いた。

精錬剤の組成は、脱珪剤の場合、ＦｅＯ及び／又はＦｅ₂Ｏ₃を、脱硫剤の場合、ＣａＯを含んでいればよい。この実施の形態では、脱珪剤として５ＦｅＯ−５８Ｆｅ₂Ｏ₃−２１ＣａＯ−８ＳｉＯ₂（in mass%）、脱硫剤として８０ＣａＯ−３ＳｉＯ₂−３ＭｇＯ−６
Ａｌ₂Ｏ₃−８Ｍ．Ａｌ（in mass%）を用いた。
従来ような機械的な攪拌のみの精錬では、同じ脱珪剤原単位で比較した場合、脱珪酸素効率η_O2は３０〜４０％であった。それを鑑み、まず、脱珪酸素効率η_O2は高効率である５０％以上になることを基準とした。この場合、出銑時の珪素［Ｓｉ］が０．３８〜０．４２mass%であったが、処理後の珪素［Ｓｉ］は、０．２５mass%以下となる。

同様に、同じ脱硫剤原単位で比較した場合、脱硫効率η_Sは３０〜４０％であった。そ
れを鑑み、まず、脱硫効率η_Sは高効率である５０％以上になることを基準とした。この
場合、出銑時の硫黄［Ｓ］が０．０２２〜０．０２３mass%であったが、処理後の硫黄［
Ｓ］は、０．０１０mass%以下となる。
脱珪酸素効率η_O2の基準を５０％以上とすることで、本処理の後工程に行われる脱りん処理における効率（脱りん時間の短縮、脱りん量の向上）を向上させることができる。
また、脱硫効率η_Sが５０％未満の場合、さらに追加の脱硫工程が必要となる場合があ
り、生産性低下や熱ロスを招くため、操業上好ましくない。したがって、脱硫効率η_Sは
５０％以上確保する必要がある。

さて、実際の操業においては、高炉２より出銑される溶銑の珪素［Ｓｉ］が０．５０mass%と比較的高濃度となる場合があり、この場合であっても、処理後の珪素［Ｓｉ］を０．２５mass%にするためには、脱珪酸素効率η_O2の基準を６０％以上とする必要がある。
したがって、高炉２より出銑される溶銑の珪素［Ｓｉ］が比較的高濃度である場合には、脱珪酸素効率η_O2の基準を６０％以上とすることが好ましい。
また、後工程で起こる可能性のある復硫に対応するために、脱硫効率η_Sを６０％以上
とすることが好ましい。

表２，表３，図６〜１１は脱珪処理又は脱流処理を行った際の脱珪酸素効率η_O2，脱流効率についてまとめたものである。以下、表２，表３,図６〜１１に示した結果について説明をする。
なお、表２,表３に示す直線樋とは、図１に示すような出銑樋４の直線部分にてインペラ１０を浸漬させると共に、精錬剤を添加したことを示している。また、表２，表３に示す丸樋とは、図１２に示すような出銑樋４の円弧部分にてインペラ１０を浸漬させると共に、精錬剤を添加したことを示している。丸樋の場合は、溶銑流路の最大幅Ｄは円弧部分におけるものとした。

［インペラの幅について］
高炉鋳床での精錬処理では、出銑樋４を流れる溶銑に対して脱珪処理又は脱流処理行う
ことから、脱珪剤又は脱流剤を連続的に添加する必要がある。
精錬処理では、精錬剤を連続的に添加する場合であっても、精錬剤を確実に溶銑に巻き込ませることが重要である。溶銑流路の最大幅Ｄに対してインペラ１０の幅ｄが小さければ、インペラ１０の回転によって生じる攪拌渦も小さくなり（攪拌力小）、一部或いは大部分の精錬剤が溶銑中に巻き込まれずに反応に寄与しないまま上流から下流へと流れていき、その結果、反応効率が低下する。

表３や図６に示すように、溶銑流路の最大幅Ｄに対してインペラ１０の幅ｄの割合を示すｄ／Ｄが０．３未満のとき、即ち、溶銑流路の最大幅Ｄに対してインペラ１０の幅ｄが小さければ、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満となった（比較例４５〜４７）。
一方で、表２や図６に示すように、０．３≦ｄ／Ｄ＜１のとき、即ち、溶銑流路の最大幅Ｄに対してインペラ１０の幅ｄが十分大きければ、攪拌力は大であると考えられ、脱珪酸素効率η_O2は５０％以上となる（実施例１〜４４）。
なお、式（１）を満たす場合で、ｄ／Ｄ≒１のとき、出銑樋４に対するインペラ１０の上下方向の位置によっては、インペラ１０が出銑樋４に接する。即ち、インペラ１０の幅ｄと溶銑流路の最大幅Ｄとが同じとなる場合がある。この条件ではインペラ１０が出銑樋４と接触してインペラ１０自体を回転させることができず操業として成り立たない。式（１）の適用にあっては、インペラ１０と出銑樋４とが接触しない範囲、即ち、インペラ１０が回転できる条件で式（１）を満たすようにするのは当然である。

図６に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
０．５５≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。
［段差部及び段差部の位置について］
出銑樋４に段差部８を設けることで溶銑を落下させ、この落下によって溶銑に乱流を発生させることができる。発生した溶銑の乱流によって、溶銑は攪拌されるため精錬剤を溶銑に巻き込ませる効果が期待できる。

即ち、インペラ１０よりも下流側で添加された精錬剤の一部は、インペラ１０の回転によって段差部８の傾斜部８ｃへ向けて戻ってくることがあるが、段差部８へ戻ってきた未反応の精錬剤を段差部８による攪拌によって、溶銑内に確実に巻き込ませることができる。
これに加え、段差部８の傾斜部８ｃが邪魔板として働いて溶銑の流れに乱れを起こし、その結果、戻ってきた未反応の精錬剤を溶銑に巻き込ませるという邪魔板効果も期待できる。

このように、段差部８を設けることで溶銑の攪拌を引き起こさせ、未反応の精錬剤を溶銑に巻き込ませるという効果を得ることができるため、段差部８による攪拌とインペラ１０による機械攪拌との両者を合わせることで、溶銑に精錬剤を確実に巻き込ませることができることが期待できる。
さて、両者による攪拌を最大限に生かすには、段差部８とインペラ１０との位置関係が重要となる。図４、式（２）に示すように、段差部８とインペラ１０との位置関係は、溶銑流路の最大幅Ｄに対する段差部８の立ち上がりとインペラ１０までの距離との割合（Ｌ／Ｄ）で示すことができる。Ｌ／Ｄの値が大きくなればなるほど、段差部８とインペラ１０とが離れていることを意味する。

表３や図７に示すように、Ｌ／Ｄの値が１．５よりも大きいとき、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満となった（比較例５２〜５７）。
Ｌ／Ｄの値が１．５を超えると、段差部８とインペラ１０とが離れ過ぎているため、殆どの精錬剤がインペラ１０の攪拌によって段差部８に戻ってくることが無く、その結果、
脱珪酸素効率η_O2が低下したと考えられる。即ち、Ｌ／Ｄの値が１．５より大きい場合は、段差部８による溶銑の攪拌では精錬剤を溶銑に巻き込ませるという巻き込み効果は非常に小さく、実質的に、インペラ１０の攪拌のみで精錬剤を溶銑に巻き込ませているのと同じである。

なお、Ｌ／Ｄ＝０であるときは、段差部８とインペラ１０との両者の位置が同じであることを意味するが、この条件ではインペラ１０自体を回転させることができず操業として成り立たないため、Ｌ／Ｄ＝０を除外し、０＜Ｌ／Ｄ≦１．５とした。
また、図７に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
０＜Ｌ／Ｄ≦１．０ ・・・（２ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。
［段差部の高さについて］
段差部８の高さＨが大きくなればなるほど、溶銑の落下する落下エネルギーは大きくなる。落下エネルギーが大きいと、溶銑の乱れを大きくすることができ、溶銑に対する精錬剤の巻き込み効果が大になって、反応効率が向上する。

表２，図８に示すように、溶銑の深さＺに対して段差部８の高さＨが高い、即ち、Ｈ／Ｚの値が１を超えると、脱珪酸素効率η_O2が５０％以上となった（実施例１〜４４）。表３,図８に示すように、逆に、溶銑の深さＺに対して段差部８の高さＨが低い、即ち、Ｈ／Ｚの値が１未満であると、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満となった（比較例４８〜５０）。
なお、Ｈ／Ｚの値の上限値、即ち、段差部８の高さＨは、設備制約により決定することが好ましい。例えば、図８に示すように、Ｈ／Ｚの値が４．０であっても、脱珪酸素効率η_O2は５０％以上であり、設備制約も問題はなかった。

また、図８に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
Ｈ／Ｚ≧２．２ ・・・（３ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。
[段差部の勾配について]
段差部８の勾配θが大きくなればなるほど、溶銑に対する精錬剤の巻き込み効果が大になる（反応効率が向上する）。表２，図９に示すように、段差部８の勾配θが３０degを
超えると、脱珪酸素効率η_O2が５０％以上となった（実施例１〜４４）。表３，図９に示すように、逆に、段差部の勾配θが３０deg未満であると、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満となった（比較例５１,５２）。なお、段差部８の勾配θを９０degの最大値にしても脱珪酸素効率η_O2が５０％以上であった。

また、図９に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
θ≧４５ ・・・（４ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。
[添加装置の位置について]
添加位置１２の位置、即ち、添加装置の剤投入ランス１７の位置については、溶銑を機械的に攪拌するインペラ１０の位置に対して上側と下流側との２パターン考えることができる。添加装置１２の剤投入ランス１７をインペラ１０よりも上流側に配置した場合、溶銑にほとんど巻き込まれずに下流側へと流れる精錬剤の量が多かった。

インペラ１０の位置よりも下流側に剤投入ランス１７位置を設定した場合、精錬剤がインペラ１０の回転によって、溶銑の流れとは逆らって段差部８側へ流れやすくなり、その結果、溶銑にほとんど巻き込まれずに下流側へと流れる精錬剤の量は少なかった。
表２，図１０に示すように、インペラ１０の位置に対する剤投入ランス１７の位置を示すＭ／Ｄにおいて、Ｍ／Ｄ≦０．８であれば、脱珪酸素効率η_O2は５０％以上を確保することができる（実施例１〜４４）。
表３，図１０に示すように、Ｍ／Ｄの値が０．８を超えると、インペラ１０と剤投入ランス１７とが非常に離れてしまうため、攪拌によって精錬剤を溶銑に巻き込ませることができず、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満になったと考えられる（比較例５８〜６０）。

なお、Ｍ／Ｄの値が０以下となることは、剤投入ランス１７の位置がインペラ１０よりも上流側となることを意味していることから、０＜Ｍ／Ｄ≦０．８とした。また、Ｍ／Ｄ＝０は、剤投入ランス１７とインペラ１０との位置が同一であることを意味しており、剤投入ランス１７とインペラ１０との位置を同じにすることは物理的に不可能であることから、Ｍ／Ｄ＝０を除外した。
図１０に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
０＜Ｍ／Ｄ≦０．６６ ・・・（５ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。
[第２排滓樋の位置について]
インペラ１０を配置した場所の近くに、第２排滓樋１３を設けてしまうと、攪拌処理後のスラグ１４中に溶銑が混入し、スラグ１４と溶銑とが分離されないまま、スラグ１４に溶銑が混ざった状態で当該スラグ１４が第２排滓樋１３へと流れてしまう虞がある。その結果、鉄ロスとなるばかりか、スラグ１４に溶銑が混入したことでスラグ１４の特性が変化する。

スラグ１４の特性が変化したスラグ１４を、第２排滓樋１３を通過後にスラグ鍋に装入すると、スラグ鍋に設けた耐火物の損耗（損傷）が激しくなるため、スラグ鍋の寿命を短くしてしまう虞がある。
一方で、インペラ１０を配置した場所から遠く離れた場所に第２排滓樋１３を設けてしまうと、スラグ１４が第２排滓樋１３へ排滓される前にスラグ１４が固まってしまう。その結果、インペラ１０の近傍に初期に添加した精錬剤によって生成するスラグ１４が堆積し、操業に支障をきたす虞がある。

表３，図１１に示すように、インペラ１０の位置に対する第２排滓樋１３の位置を示すＲ／Ｄにおいて、Ｒ／Ｄ＞５．０のときは、インペラ１０と第２排滓樋１３とが離れ過ぎている。このため、脱珪酸素効率η_O2が５０％以上であるものの、スラグ１４が生成されてから排滓されるまでの温度が２００℃以上低下してしまい（図１１及び表２,表３ではスラグの温度低下の度合いは表面温度低下量ΔＴｓで示している）、スラグ１４が固化して流れ難くなる（比較例６３）。
また、Ｒ／Ｄ＜１．２のときは、インペラ１０と第２排滓樋１３とが近すぎるため、スラグ１４に溶銑が混入し、脱珪酸素効率η_O2が５０％以上であるものの、スラグ１４に含まれる鉄成分が増加してしまう（比較例６１,６２）。

図１１に示すように、Ｒ／Ｄ＜１．２のときは、スラグ１４に含まれるＭ．Ｆｅが２０％を超えてしまう（Ｍ．Ｆｅ＞２０％）。実操業では、スラグ１４に含まれるＭ．Ｆｅは２０％以下で、且つ、スラグ１４の表面温度低下量ΔＴｓは２００℃未満であることが、良好な操業条件とされている。
図１１に示すように、脱珪酸素効率η_O2が６０％以上となる条件、即ち、
１．２≦Ｒ／Ｄ≦４．４ ・・・（６ａ）
を高炉鋳床の連続精錬方法の条件として採用することは非常に好ましい。

以上、高炉鋳床設備１では、式（１）〜式（６）に基づいて、インペラの幅、段差部の位置、段差部の高さ及び勾配、添加装置の位置、第２排滓樋の位置を予め決めた上で精錬処理を行うことによって、精錬処理の効率を向上させることができる。
本発明の高炉鋳床設備は、上記の実施の形態に限定されない。精錬剤が粉末状であれば
、切り出し部４６は不要である。また、ホッパー４５から剤投入ランス１７まで精錬剤を搬送する搬送部は、スクリューコンベア４７でなくてよく、例えば、空気の圧力で精錬剤を搬送するものであってもよい。

上記の実施の形態では、出銑樋４が断面視で台形状の場合について説明したが、図１５（ｂ）に示すように、溶銑の流動に伴う浸食によって出銑樋４が断面視で略円弧状に変化しても本発明に示した条件を採用しても何ら問題がない。また、図１３（ａ）に示すように、出銑樋４が断面視で略矩形状であっても本発明に示した条件を採用しても何ら問題がない。
つまり、インペラの幅、段差の位置、段差の高さ及び勾配、添加装置の位置、第２排滓樋が式（１）〜式（６）や式（１ａ）〜式（６ａ）を満たすようにすれば、脱硫処理や脱珪処理等の精錬処理の効率を向上させることができる。

本発明は、高炉から出銑した溶銑を連続的に精錬する方法に利用することができる。

図１は、高炉鋳床設備の概略平面図である。 図２は、高炉鋳床設備の概略断面図である。 図３は、高炉鋳床設備における寸法を説明する平面図である。 図４は、高炉鋳床設備における寸法を説明する斜視図である。 図５は、出銑樋にインペラを浸漬したときの概略断面図である。 図６は、ｄ／Ｄと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図７は、Ｌ／Ｄと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図８は、Ｈ／Ｚと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図９は、段差部の勾配と脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図１０は、Ｍ／Ｄと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図１１は、Ｒ／Ｄと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。 図１２は、出銑樋を円形状にして円形部分にインペラ及び剤投入ランスを配置した配置図である。 図１３は、攪拌装置及び添加装置の概略正面図である。 図１４は、攪拌装置の概略側面図である。 図１５は、他の出銑樋にインペラを浸漬したときの概略断面図である。

符号の説明

１ 高炉鋳床
２ 高炉
４ 出銑樋
５ 第１排滓樋
８ 段差部
１０ インペラ
１１ 攪拌装置
１２ 添加装置
１３ 第２排滓樋
１７ 剤投入ランス

Claims (2)

1. 高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌する１基のインペラを有する攪拌装置と、前記攪拌装置で攪拌された後に生じた溶銑上のスラグを外部へ排出する排滓樋とを備えた高炉鋳床設備において、
   前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、この段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられ、このインペラの下流側に添加装置が設けられ、この添加装置の下流側に前記排滓樋が設けられており、
   前記インペラの幅が式（１）を満たすように設定され、
   前記段差部が式（２）〜式（４）を満たすように設定され、
   前記添加装置の位置が式（５）を満たすように設定され、
   前記排滓樋の位置が式（６）を満たすように設定されていることを特徴とする高炉鋳床設備。
   ０．３≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１）
   ０＜Ｌ／Ｄ≦１．５ ・・・（２）
   Ｈ／Ｚ≧１ ・・・（３）
   θ≧３０ ・・・（４）
   ０＜Ｍ／Ｄ≦０．８ ・・・（５）
   １．２≦Ｒ／Ｄ≦５ ・・・（６）
   ただし、
   ｄ:インペラの幅（ｍ）
   Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
   Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
   Ｈ：段差部の高さ（ｍ）
   Ｚ：溶銑の深さ（ｍ）
   θ：段差部の勾配（deg）
   Ｍ：インペラの回転軸中心から添加装置までの距離（ｍ）
   Ｒ：インペラの回転軸中心から排滓樋までの距離（ｍ）
2. 高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌する１基のインペラを有する攪拌装置と、前記攪拌装置で攪拌された後に生じた溶銑上のスラグを外部へ排出する排滓樋とを備えた高炉鋳床設備において、
   前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、この段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられ、このインペラの下流側に添加装置が設けられ、この添加装置の下流側に前記排滓樋が設けられており、
   前記インペラの幅が式（１ａ）を満たすように設定され、
   前記段差部が式（２ａ）〜式（４ａ）を満たすように設定され、
   前記添加装置の位置が式（５ａ）を満たすように設定され、
   前記排滓樋の位置が式（６ａ）を満たすように設定されていることを特徴とする高炉鋳床設備。
   ０．５５≦ｄ／Ｄ＜１ ・・・（１ａ）
   ０＜Ｌ／Ｄ≦１．０ ・・・（２ａ）
   Ｈ／Ｚ≧２．２ ・・・（３ａ）
   θ≧４５ ・・・（４ａ）
   ０＜Ｍ／Ｄ≦０．６６ ・・・（５ａ）
   １．２≦Ｒ／Ｄ≦４．４ ・・・（６ａ）
   ただし、
   ｄ:インペラの幅（ｍ）
   Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
   Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
   Ｈ：段差部の高さ（ｍ）
   Ｚ：溶銑の深さ（ｍ）
   θ：段差部の勾配（deg）
   Ｍ：インペラの回転軸中心から添加装置までの距離（ｍ）
   Ｒ：インペラの回転軸中心から排滓樋までの距離（ｍ）

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