JP5544807B2 - Top blowing lance for refining and converter refining method - Google Patents

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Description

本発明は、転炉内の溶銑に酸化性ガスを吹き付けて、溶銑に対して酸化精錬を行って溶鋼を溶製するための精錬用上吹きランス、及び、この上吹きランスを使用した転炉精錬方法に関し、詳しくは、脱炭酸素効率を高く維持しつつ、炉体への地金付着量を少なくすることのできる精錬用上吹きランス及び転炉精錬方法に関するものである。   The present invention relates to a refining upper blow lance for blowing an oxidizing gas to hot metal in a converter and performing oxidative refining on the hot metal to produce molten steel, and a converter using the upper blow lance More specifically, the present invention relates to a refining top blowing lance and a converter refining method that can reduce the amount of metal in the furnace body while maintaining high decarbonation efficiency.

転炉での溶銑の脱炭精錬においては、転炉の生産性向上の観点から、単位時間あたりの酸素ガス供給流量を高めた操業が採用されるに伴い、ダストなどとして炉外に飛散する鉄分及び炉壁や炉口付近に付着・堆積する鉄分が増加している。これらの鉄分は、最終的には回収され、再度鉄源として利用されるが、この量が多くなると、回収に要するコストの増加、及び、転炉稼働率の低下を招くことから、転炉脱炭精錬における解決すべき重要な課題の1つとなっている。   In the decarburization and refining of hot metal in the converter, from the viewpoint of improving the productivity of the converter, the iron content that is scattered outside the furnace as dust etc. as the operation with increased oxygen gas supply flow rate per unit time is adopted. In addition, the amount of iron adhering to and depositing near the furnace wall and furnace opening is increasing. These iron contents are finally recovered and reused as an iron source. However, if this amount increases, the cost required for recovery increases and the converter operation rate decreases, so that converter removal occurs. This is one of the important issues to be solved in coal refining.

このため、転炉での脱炭精錬におけるダスト発生量及び地金付着量の抑制に関して、多くの検討・研究が従来からなされており、ダストの発生機構については、(1)バブルバースト(スピッティングまたは気泡の湯面離脱に伴い粒鉄が飛散する現象)による説と、(2)ヒューム(鉄の蒸発)による説との2つの機構が提唱され、吹錬の進行に伴って各々の発生量及び発生比率が変化することが知られている。炉体への地金付着量はダストの発生に比例して増加することから、地金付着の機構もダスト発生機構と同一と考えればよい。   For this reason, many studies and studies have been made in the past regarding the suppression of dust generation amount and metal adhesion amount in decarburization and refining in converters, and the dust generation mechanism is (1) bubble burst (spitting). Or, two theories have been proposed: the theory based on the phenomenon that granular iron scatters as the bubble breaks off, and (2) the theory based on fume (evaporation of iron). It is known that the generation ratio changes. Since the amount of metal adhesion to the furnace body increases in proportion to the generation of dust, the metal adhesion mechanism may be considered the same as the dust generation mechanism.

ダスト発生及び地金付着を抑制する手段も多数提案されている。例えば、特許文献1には、上吹きランスの先端部に設けた噴射ノズルの少なくとも一つの噴射ノズルの出口径(De;(cm))とスロート径(Dt;(cm))との比De/Dtを、ノズルの出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))とノズルの適正膨張圧(Po;(kPa))との関係式、つまり、「De/Dt=0.509×(Pe/Po)-5/14×[1-(Pe/Po)2/7]-1/4」からなる関係式から決定した溶鉄精錬用ランスを用いて、且つ、該ノズルの入り側圧Pと前記適正膨張圧Poとの比を、「1.2×Po≦P≦2.0×Po」或いは「P≦0.8×Po」の範囲として用いることを特徴とする溶鉄精錬方法が提案されている。 Many means for suppressing dust generation and metal adhesion have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a ratio De / between the outlet diameter (De; (cm)) and the throat diameter (Dt; (cm)) of at least one of the injection nozzles provided at the tip of the top blowing lance. Dt is a relational expression between the atmospheric pressure at the outlet of the nozzle (Pe; (kPa)) and the appropriate expansion pressure (Po; (kPa)) of the nozzle, that is, “De / Dt = 0.509 × (Pe / Po) −5 / 14 × [1- (Pe / Po) 2/7 ] -1/4 "using a molten iron refining lance, and the inlet pressure P of the nozzle and the appropriate expansion pressure Po A molten iron refining method is proposed in which the ratio is used as a range of “1.2 × Po ≦ P ≦ 2.0 × Po” or “P ≦ 0.8 × Po”.

この技術は、上吹きランスに設置されたラバールノズル型の噴射ノズルから噴射される酸素ガスの噴流を適正膨張範囲から外れた範囲とすることにより、酸素ガス噴流のエネルギーを減少させ、それにより、バブルバーストに起因するダストの発生を抑制する技術である。しかしながら、ダスト発生及び地金付着は抑制されるものの、噴射ノズルからの酸素ガス噴流は減速して浴面での酸素ガス噴流のエネルギーは減少し、超音速の噴流を得るという、ラバールノズル本来の効果が削減され、脱炭酸素効率が低下して、酸素吹錬の時間が長くなるという問題がある。   This technology reduces the energy of the oxygen gas jet by making the jet of oxygen gas jetted from the Laval nozzle type jet nozzle installed in the top blowing lance out of the proper expansion range, thereby reducing the bubble gas energy. This technology suppresses the generation of dust caused by bursts. However, although the generation of dust and metal adhesion is suppressed, the original effect of the Laval nozzle is that the oxygen gas jet flow from the injection nozzle is decelerated and the energy of the oxygen gas jet on the bath surface is reduced, resulting in a supersonic jet flow. Is reduced, the decarbonation efficiency is lowered, and the oxygen blowing time is increased.

また、特許文献2には、上底吹き機能を有する転炉を用いた脱炭吹錬において、鉄浴面に上吹き酸素ガスとともにCaCO3含有率が20質量%以下の生石灰粉を吹き付けることによりダスト発生量を低減することが提案されている。 Further, in Patent Document 2, in decarburization blowing using a converter having an upper bottom blowing function, quick lime powder having a CaCO 3 content of 20% by mass or less is sprayed on the iron bath surface together with an upper blowing oxygen gas. It has been proposed to reduce the amount of dust generated.

この技術は、CaCO3の分解熱を利用して鉄浴表面、特に火点(酸素ガス噴流の浴面への衝突位置)の温度を低下させ、ヒュームに起因するダスト発生及び地金付着を抑制する技術であるが、通常は塊状で添加する生石灰を粉砕する必要があり、また、生石灰粉を吹き付け添加するための設備が必要であり、製造コストを増加させるという問題がある。 This technology uses the heat of decomposition of CaCO 3 to lower the temperature of the iron bath surface, especially the hot spot (position where the oxygen gas jet collides with the bath surface), and suppresses dust generation and metal adhesion due to fume. However, there is a problem that it is necessary to grind the quick lime to be added normally in a lump and to add equipment for spraying and adding quick lime powder, which increases the manufacturing cost.

特開平9−209021号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-209021 特開2006−342370号公報JP 2006-342370 A

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、酸化性ガスを上吹きして溶銑の脱炭精錬を実施するにあたり、高い脱炭酸素効率を維持した状態で、炉体への地金付着を削減することのできる精錬用上吹きランス及びこの上吹きランスを使用した転炉精錬方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to maintain a high decarbonation efficiency in carrying out decarburization and refining of hot metal by blowing up an oxidizing gas in a furnace. An object is to provide an upper blowing lance for refining capable of reducing adhesion of metal to the body and a converter refining method using the upper blowing lance.

上記課題を解決するための第1の発明に係る精錬用上吹きランスは、下端部に酸化性ガスを噴射する噴射ノズルが1個以上設けられた精錬用上吹きランスであって、前記噴射ノズルのうちの少なくとも1つの噴射ノズルは、その入口部にスロートを有するともに、該スロートの下流側に末広がり部を有し、且つ、スロート径(Dt;(mm))及び末広がり部の出口径(De;(mm))が、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))及びノズル適正膨張圧(Po;(kPa))に対して下記の(1)式の関係を満足し、前記スロート径よりも該スロートとの接続部位である末広がり部の径の方が大きく、前記スロートが末広がり部の上吹きランス中心軸側の面と滑らかに接続するように、スロートの中心線が末広がり部の中心線に対して上吹きランスの中心軸側に偏心し、且つ、前記末広がり部の上吹きランスの中心軸側とは反対側の壁面に、前記噴射ノズルから供給される酸化性ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスを精錬中に供給するための、少なくとも1個の制御用ガス噴射孔を有することを特徴とするものである。
(De/Dt)2=0.259×(Pe/Po)-5/7×[1-(Pe/Po)2/7]-1/2 …(1)
A refining top blow lance according to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem is a refining top blow lance provided with one or more spray nozzles for injecting an oxidizing gas at a lower end portion thereof. At least one of the injection nozzles has a throat at the inlet portion thereof, a divergent portion downstream of the throat, and a throat diameter (Dt; (mm)) and an outlet diameter of the divergent portion (De) ; (Mm)) satisfies the relationship of the following equation (1) with respect to the nozzle outlet atmospheric pressure (Pe; (kPa)) and the nozzle proper expansion pressure (Po; (kPa)), and from the throat diameter Also, the diameter of the divergent portion that is the connection site with the throat is larger, and the throat center line is the center line of the divergent portion so that the throat smoothly connects to the surface of the upper lance central axis side of the divergent portion. Against the center of the top blowing lance And a control gas capable of controlling the flow rate independently of the oxidizing gas supplied from the injection nozzle, on the wall surface opposite to the central axis side of the upper blowing lance of the upper spread lance. It has at least one control gas injection hole for supplying it during refining.
(De / Dt) 2 = 0.259 × (Pe / Po) -5/7 × [1- (Pe / Po) 2/7 ] -1/2 … (1)

第2の発明に係る転炉精錬方法は、第1の発明に記載の精錬用上吹きランスを用い、前記制御用ガス噴射孔から一定量の制御用ガスを供給した上で、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)を前記ノズル適正膨張圧(Po)と同等として転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付けて溶銑中の炭素を酸化除去することを特徴とするものである。   A converter refining method according to a second aspect of the invention uses the refining top blow lance described in the first aspect of the invention and supplies a predetermined amount of control gas from the control gas injection hole to the injection nozzle. The supply pressure (P) of the oxidizing gas is equivalent to the nozzle proper expansion pressure (Po), and the oxidizing gas is blown toward the hot metal in the converter to oxidize and remove carbon in the hot metal. It is.

第3の発明に係る転炉精錬方法は、第1の発明に記載の精錬用上吹きランスを用い、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)が前記ノズル適正膨張圧(Po)と同等のときは、前記制御用ガス噴射孔から一定量の制御用ガスを供給した上で、前記上吹きランスのランス高さを一定高さ(H0)として転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付け、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)が前記ノズル適正膨張圧(Po)よりも低下したときは、前記制御用ガス噴射孔から供給する制御用ガス流量を減少させた上で、前記上吹きランスのランス高さをH0×P/Poと小さくして転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付け、溶銑中の炭素を酸化除去することを特徴とするものである。 A converter refining method according to a third aspect of the invention uses the refining top blow lance according to the first aspect of the invention, and the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle is the nozzle proper expansion pressure (Po). When a constant amount of control gas is supplied from the control gas injection hole, the lance height of the upper blowing lance is set to a constant height (H 0 ) toward the hot metal in the converter. When the oxidizing gas is blown and the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle is lower than the nozzle proper expansion pressure (Po), the control gas flow rate supplied from the control gas injection hole is set to After reducing, the lance height of the upper blowing lance is reduced to H 0 × P / Po, and an oxidizing gas is blown toward the hot metal in the converter to oxidize and remove carbon in the hot metal. It is what.

本発明によれば、上吹きランスの先端部に配置する噴射ノズルのうち、少なくとも1つの噴射ノズルは、噴射ノズルの末広がり部の中心線に対してスロートの中心線を上吹きランスの中心軸側に偏心させるので、当該噴射ノズルから噴射される噴流の噴射角度は噴射ノズルの傾角よりも大きくなり、一方、末広がり部の上吹きランスの中心軸側とは反対側の壁面に制御用ガス噴射孔を有しているので、この制御用ガス噴射孔から噴射される制御用ガスにより、噴射ノズルから噴射される噴流は上吹きランスの中心軸側へ偏向し、従って、制御用ガスにより、超音速状態を維持したまま噴射ノズルからの噴流の噴射角度が調整でき、その結果、脱炭酸素効率を低下させることなく、転炉炉壁に付着する地金量を低減することが実現される。   According to the present invention, among the injection nozzles arranged at the tip of the upper blowing lance, at least one of the injection nozzles has a center line of the throat relative to the center line of the divergent portion of the injection nozzle on the central axis side of the upper blowing lance. The jet angle of the jet jetted from the jet nozzle is larger than the tilt angle of the jet nozzle, while the control gas jet hole is formed on the wall surface opposite to the central axis side of the upper blow lance of the divergent portion. Therefore, the control gas injected from the control gas injection hole causes the jet flow injected from the injection nozzle to be deflected toward the central axis side of the upper blowing lance, and therefore the supersonic speed is controlled by the control gas. The injection angle of the jet flow from the injection nozzle can be adjusted while maintaining the state, and as a result, it is possible to reduce the amount of metal that adheres to the converter furnace wall without reducing the decarbonation efficiency.

炉壁への地金付着量指数とノズル傾角との関係を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the relationship between the metal adhesion amount index to a furnace wall, and a nozzle inclination angle. 脱炭酸素効率とノズル傾角との関係を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the relationship between decarbonation efficiency and a nozzle inclination angle. 本発明に係る上吹きランスの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the top blowing lance which concerns on this invention. 図3に示す噴射ノズルの拡大図である。It is an enlarged view of the injection nozzle shown in FIG. 制御用ガス供給孔からの制御用ガス流量を変化させたときの酸素ガス噴流の偏向角度を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the deflection angle of the oxygen gas jet when changing the control gas flow volume from a control gas supply hole.

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described. First, the background to the present invention will be described.

本発明者らは、転炉内の溶銑に酸素ガスを上吹きして溶銑の脱炭精錬を行う際の転炉々壁への地金付着量に及ぼす上吹きランスからの酸素ガス噴流の噴射角度の影響について、上方から酸化性ガスを吹き付けると同時に、炉底部から攪拌用ガスを吹き込むことの可能な容量150kg規模の高周波誘導溶解炉を用いて試験・検討を進めた。上吹きの酸化性ガスとしては酸素ガスを使用し、底吹きの攪拌用ガスとしてはアルゴンガスを使用した。   The present inventors have injected an oxygen gas jet from an upper blowing lance which affects the amount of metal adhering to the walls of the converter when oxygen gas is blown over the molten iron in the converter to decarburize and refine the molten iron. The influence of the angle was tested and examined using a high-frequency induction melting furnace with a capacity of 150 kg, which can blow an oxidizing gas from above and blow a stirring gas from the bottom of the furnace. Oxygen gas was used as the top blowing oxidizing gas, and argon gas was used as the bottom blowing stirring gas.

実験方法としては、同一円周上に等間隔で3つのラバールノズルが設置された上吹きランスを用いて、上吹きの酸素ガス流量を400NL/分の一定の条件とし、ランス高さを69mmの一定の条件として、ラバールノズルの傾角(上吹きランスの中心軸に対するノズルの傾斜角度)を9〜19°の範囲で変更し、実験後に炉壁に付着した地金質量を測定し、地金付着量に及ぼすノズル傾角の影響、並びに、脱炭酸素効率に及ぼすノズル傾角の影響を調査した。尚、ノズル傾角とは、ノズルの中心線と上吹きランスの中心軸とでなす角度、つまり、上吹きランスの中心軸に対するノズルの傾斜角度であり、また、ランス高さとは、上吹きランスの先端と炉内の静止した状態の溶銑表面との距離である。   As an experimental method, using an upper blowing lance in which three Laval nozzles are installed at equal intervals on the same circumference, the oxygen gas flow rate of the upper blowing is constant at 400 NL / min, and the lance height is constant at 69 mm. As a condition of the above, the inclination angle of the Laval nozzle (inclination angle of the nozzle with respect to the center axis of the upper blowing lance) is changed within a range of 9 to 19 °, and the mass of the metal sticking to the furnace wall after the experiment is measured, The effects of the nozzle tilt angle and the nozzle tilt angle on the decarbonation efficiency were investigated. The nozzle inclination angle is an angle formed by the center line of the nozzle and the central axis of the upper blowing lance, that is, the inclination angle of the nozzle with respect to the central axis of the upper blowing lance, and the lance height is the height of the upper blowing lance. It is the distance between the tip and the hot metal surface in a stationary state in the furnace.

ここで、酸素ガスの供給は溶銑中の炭素濃度が4.0質量%の時点から開始し、炭素濃度が0.05質量%となる時点まで継続した。尚、溶銑の脱炭精錬では脱炭反応の進行に伴って溶銑中の炭素が減少して最終的には溶鋼となるが、溶銑と溶鋼とを区別することは煩雑であり、また、どの時点で変わるかも明確ではないので、本発明では溶銑及び溶鋼をまとめて溶鉄とも表示する。   Here, the supply of oxygen gas started when the carbon concentration in the hot metal was 4.0% by mass and continued until the carbon concentration reached 0.05% by mass. In hot metal decarburization and refining, the carbon in the hot metal decreases with the progress of the decarburization reaction, and eventually becomes molten steel. However, it is complicated to distinguish between hot metal and molten steel. In the present invention, the molten iron and the molten steel are collectively indicated as molten iron.

使用した上吹きランスは、その先端部の同一円周上に、噴射ノズルとして3個のラバールノズルが等間隔で配置されたものであり、ラバールノズルは、スロート径(Dt)が1.6mmで、ノズル適正膨張圧(Po)を540kPa、ノズル出口部雰囲気圧(Pe)を101.3kPa(1気圧)として設計したもので、出口径(De)は1.97mmである。実験時、酸素ガスの供給圧力(P)は545kPaであり、ノズル適正膨張圧(Po)と同等とした。   The used top blowing lance is composed of three Laval nozzles as spray nozzles arranged at equal intervals on the same circumference of the tip, and the Laval nozzle has a throat diameter (Dt) of 1.6 mm and a nozzle. Designed with an appropriate expansion pressure (Po) of 540 kPa and a nozzle outlet atmospheric pressure (Pe) of 101.3 kPa (1 atm), the outlet diameter (De) is 1.97 mm. During the experiment, the supply pressure (P) of oxygen gas was 545 kPa, which was equivalent to the nozzle proper expansion pressure (Po).

尚、ラバールノズル型の噴射ノズルの場合には、スロート径(Dt:(mm))と、出口径(De;(mm))と、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))と、ノズル適正膨張圧(Po;(kPa))とが、下記の(1)式の関係で設計されており、スロート径(Dt)とノズル出口部雰囲気圧(Pe)とノズル適正膨張圧(Po)とが決まれば、出口径(De)は自ずと決定される。ここで、ノズル出口部雰囲気圧(Pe)とは、噴射ノズルの外部の雰囲気圧であり、転炉での脱炭精錬の場合には、転炉内の雰囲気圧力であって、通常は大気圧(101.3kPa)である。
(De/Dt)2=0.259×(Pe/Po)-5/7×[1-(Pe/Po)2/7]-1/2 …(1)
通常、操業時には、酸化性ガスの供給圧力(P)をノズル適正膨張圧(Po)と同等または±10kPa程度の範囲内で制御している。これは、酸化性ガスの供給圧力(P)がノズル適正膨張圧(Po)と実質的に同一の場合には、ガスが適正に膨張して超音速の噴流が得られるのに対し、酸化性ガスの供給圧力(P)がノズル適正膨張圧(Po)と異なる(大きすぎてもまた小さすぎても)と、噴射ノズルにおいて適正なガス膨張が得られず、噴射される噴流が減速して、脱炭酸素効率が低下するからである。
In the case of a Laval nozzle type injection nozzle, the throat diameter (Dt: (mm)), outlet diameter (De; (mm)), nozzle outlet atmospheric pressure (Pe; (kPa)), and nozzle proper The expansion pressure (Po; (kPa)) is designed in accordance with the following equation (1), and the throat diameter (Dt), the nozzle outlet atmospheric pressure (Pe), and the nozzle proper expansion pressure (Po) Once determined, the exit diameter (De) is determined automatically. Here, the nozzle outlet portion atmospheric pressure (Pe) is the atmospheric pressure outside the injection nozzle, and in the case of decarburization refining in the converter, it is the atmospheric pressure in the converter and is usually atmospheric pressure. (101.3 kPa).
(De / Dt) 2 = 0.259 × (Pe / Po) -5/7 × [1- (Pe / Po) 2/7 ] -1/2 … (1)
Usually, at the time of operation, the supply pressure (P) of the oxidizing gas is controlled to be equal to the nozzle proper expansion pressure (Po) or within a range of about ± 10 kPa. This is because, when the supply pressure (P) of the oxidizing gas is substantially the same as the nozzle proper expansion pressure (Po), the gas expands properly and a supersonic jet is obtained, whereas the oxidizing gas If the gas supply pressure (P) is different from the nozzle proper expansion pressure (Po) (whether it is too large or too small), proper gas expansion cannot be obtained at the injection nozzle, and the injected jet is decelerated. This is because the decarbonation efficiency decreases.

図1に、炉壁への地金付着量指数とノズル傾角との関係を示す。ここで、地金付着量指数とは、下記の(2)式で定義されるものであり、ノズル傾角が9°の場合を基準(=1.0)とした相対値である。
地金付着量指数=地金付着量/ノズル傾角が9°の場合の地金付着量 …(2)
図1から明らかなように、上吹きランスのノズル傾角以外の条件が同一の条件下では、地金付着量指数はノズル傾角が大きくなるほど少なくなることが分かった。これは、ノズル傾角が大きくなるほど、酸素ガス噴流が溶銑浴面に衝突する時点の圧力が小さくなり、スピッティングによる地金飛散量が減少するからと考えられる。
FIG. 1 shows the relationship between the metal adhesion amount index on the furnace wall and the nozzle inclination angle. Here, the metal adhesion amount index is defined by the following equation (2), and is a relative value based on the reference (= 1.0) when the nozzle inclination angle is 9 °.
Barium adhesion amount index = Barium adhesion amount / Barium adhesion amount when nozzle tilt angle is 9 ° (2)
As is clear from FIG. 1, it was found that under the same conditions other than the nozzle tilt angle of the top blowing lance, the metal adhesion amount index decreases as the nozzle tilt angle increases. This is presumably because as the nozzle tilt angle increases, the pressure at the time when the oxygen gas jet collides with the hot metal bath surface decreases, and the amount of metal scattering due to spitting decreases.

図2は、脱炭酸素効率とノズル傾角との関係を示す図である。尚、脱炭酸素効率とは、下記の(3)式で定義されるものであり、上吹きランスから供給した酸素ガスのうちで脱炭反応に費やされた酸素ガスの比率(百分率)である。
脱炭酸素効率=(溶鉄中炭素の除去に費やされた酸素量)×100/(供給した酸素量) …(3)
図2に示すように、脱炭酸素効率は、ノズル傾角が9〜19°の範囲内ではノズル傾角によらず、ほぼ一定の値を示すことがわかった。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between decarbonation efficiency and nozzle tilt angle. The decarbonation efficiency is defined by the following formula (3), and is the ratio (percentage) of oxygen gas spent for the decarburization reaction among the oxygen gas supplied from the top blowing lance. is there.
Decarbonation efficiency = (amount of oxygen spent for removing carbon in molten iron) x 100 / (amount of supplied oxygen) (3)
As shown in FIG. 2, it was found that the decarbonation efficiency shows a substantially constant value regardless of the nozzle tilt angle when the nozzle tilt angle is in the range of 9 to 19 °.

ここで、注目すべき事項は、上吹きランスからの酸素ガス噴流を適正膨張に維持した条件下で、ノズル傾角が9〜19°の範囲内では、ノズル傾角の増加に伴って、脱炭酸素効率を維持したまま、炉壁への地金付着量は少なくなるということである。   Here, it should be noted that when the nozzle tilt angle is within a range of 9 to 19 ° under the condition that the oxygen gas jet from the top blowing lance is maintained at an appropriate expansion, the decarbonation is accompanied by an increase in the nozzle tilt angle. This means that the amount of metal on the furnace wall is reduced while maintaining efficiency.

ところで、製鉄所の大型転炉の操業では、上吹きランスのランス高さを一定とした操業は、極めて稀であり、1回の脱炭精錬の間でも、或いは溶製する鋼種の違いなどによっても、ランス高さの変更を伴う複数の吹錬パターンを使い分けているのが実情である。そのため、過度のノズル傾角の増大は、ランス高さを大きくしたときに酸素ガス噴流が直接炉壁耐火物に衝突し、これによる炉壁耐火物の損傷を助長させる懸念から、或る一定角度以下の傾角が採用されている。つまり、ノズル傾角は、転炉形状や操業方法の違いにより差は生じるが、一般的には、10〜15°程度を採用する場合がほとんどであり、本発明においても同様である。   By the way, in the operation of a large converter at a steel works, operation with a constant lance height of the top blow lance is extremely rare. However, the actual situation is to use different blowing patterns with changing lance height. For this reason, an excessive increase in the nozzle tilt angle causes the oxygen gas jet to directly collide with the furnace wall refractory when the lance height is increased, and this may promote damage to the furnace wall refractory. The tilt angle is adopted. In other words, the nozzle tilt angle varies depending on the converter shape and the operation method, but generally, the angle of about 10 to 15 ° is almost adopted, and the same applies to the present invention.

従って、上吹きランスの高さ制御範囲内の下限近傍の操業ではノズル傾角を大きくし、逆に、高さ制御範囲内の上限近傍の操業ではノズル傾角を小さくすることのできるノズル傾角可変型の噴射ノズルを有する上吹きランスが望まれる。   Therefore, the nozzle tilt angle can be increased in operation near the lower limit in the height control range of the upper blow lance, and conversely, the nozzle tilt angle can be decreased in operation near the upper limit in the height control range. An upper blowing lance having an injection nozzle is desired.

これを実現する手段の1つとして、ノズル傾角の異なる数種類の上吹きランスを準備し、転炉操業に応じて使い分ける方法が考えられるが、上吹きランスの運用管理が煩雑となることや、上吹きランスの製作費用が嵩むといった問題が発生する。更に、炉壁耐火物が偏磨耗するような状況に対応するには、噴射ノズル毎にノズル傾角を変更する必要も発生し、このような場合には、前述した問題が更に顕在化する。   One way to achieve this is to prepare several types of top blowing lances with different nozzle tilt angles and use them separately according to the converter operation. There is a problem that the production cost of the blow lance increases. Furthermore, in order to cope with the situation where the furnace wall refractory wears unevenly, it is necessary to change the nozzle inclination angle for each injection nozzle. In such a case, the above-described problem becomes more apparent.

そこで、物理的なノズル傾角によらず、酸素ガス噴流の噴射角度を調節する方法について検討した。その結果、図3に示すような上吹きランスを用いることで、操業中、酸素ガス噴流の噴射角度を変更できるとの知見を得た。   Therefore, a method for adjusting the injection angle of the oxygen gas jet regardless of the physical nozzle tilt angle was studied. As a result, the knowledge that the injection angle of the oxygen gas jet can be changed during operation by using the top blowing lance as shown in FIG. 3 was obtained.

図3に示すように、本発明の精錬用上吹きランス1は、外管2、中管3、内管4及び最内管5の四重管で構成され、上吹きランス1の先端部には、鉛直斜め下向き方向を向いた複数の噴射ノズル6が、同一円周上に且つ等間隔で配置されている。尚、本発明の精錬用上吹きランス1において、噴射ノズル6は必ずしも同一円周上に且つ等間隔で配置される必要はなく、任意とすることができるが、ここでは同一円周上に且つ等間隔で配置された上吹きランス1で説明する。   As shown in FIG. 3, the refining upper blow lance 1 of the present invention is composed of a quadruple pipe of an outer pipe 2, an intermediate pipe 3, an inner pipe 4 and an innermost pipe 5. , A plurality of injection nozzles 6 facing vertically downward in the vertical direction are arranged on the same circumference and at equal intervals. In the refining top blow lance 1 of the present invention, the injection nozzles 6 do not necessarily have to be arranged on the same circumference and at equal intervals, but may be arbitrary, but here, on the same circumference and A description will be given of the upper blowing lance 1 arranged at equal intervals.

噴射ノズル6の拡大図を図4に示す。図4は、図3の紙面向かって左側の噴射ノズル6を示す図であり、図4(A)は噴射ノズルの中心線の方向から見た図、図4(B)は噴射ノズルの中心線を通る断面図である。   An enlarged view of the injection nozzle 6 is shown in FIG. 4 is a diagram showing the jet nozzle 6 on the left side as viewed in FIG. 3, FIG. 4 (A) is a view seen from the direction of the center line of the jet nozzle, and FIG. 4 (B) is the center line of the jet nozzle. It is sectional drawing which passes through.

図4に示すように、噴射ノズル6は、その入口部にスロート7を有するともに、スロート7の下流側に末広がり部8を有している。スロート径(Dt;(mm))及び末広がり部8の出口径(De;(mm))は、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))及びノズル適正膨張圧(Po;(kPa))に対して上記の(1)式の関係を満足するノズルである。但し、、スロート径(Dt)よりも該スロート7との接続部位である末広がり部8の径の方が大きく、スロート7と末広がり部8との境界の一部に段差が設けられている。この場合に、スロート7が末広がり部8の上吹きランス中心軸側の面と滑らかに接続するように、スロート7の中心線qが末広がり部8の中心線pに対して上吹きランス1の中心軸側に偏心して設置されている。末広がり部8の中心線pは、上吹きランス1の中心軸に対して角度θで傾斜している。角度θがノズル傾角となる。尚、末広がり部8の広がり角度は、片側で10°以下とする。 As shown in FIG. 4, the injection nozzle 6 has a throat 7 at the inlet and a divergent portion 8 on the downstream side of the throat 7. The throat diameter (Dt; (mm)) and the outlet diameter (De; (mm)) of the divergent portion 8 are the nozzle outlet portion atmospheric pressure (Pe; (kPa)) and the nozzle proper expansion pressure (Po; (kPa)). On the other hand, the nozzle satisfies the relationship of the above formula (1). However, the diameter of the divergent portion 8 which is a connecting portion with the throat 7 is larger than the throat diameter (D t ), and a step is provided at a part of the boundary between the throat 7 and the divergent portion 8. In this case, the center line q of the throat 7 with respect to the center line p of the divergent part 8 is centered on the upper lance 1 so that the throat 7 is smoothly connected to the surface of the upper divergent part 8 on the upper blow lance central axis side. It is installed eccentrically on the shaft side. The center line p of the end spread portion 8 is inclined at an angle θ with respect to the center axis of the upper blowing lance 1. The angle θ is the nozzle tilt angle. In addition, the spreading angle of the end spreading part 8 shall be 10 degrees or less on one side.

また、末広がり部8の上吹きランス1の中心軸側とは反対側の壁面には、制御用ガスを供給するための、少なくとも1個の制御用ガス噴射孔9が設けられている。制御用ガス供給孔9からは、この制御用ガス供給孔9が設置された噴射ノズル6から噴射される酸素ガス噴流の方向及び/または流速を制御するための制御用ガスが噴射される。この制御用ガスとしては、酸素ガスや窒素ガスであろうと、また空気であろうと、更にはArガスであろうと、どのような種類のガスであっても使用可能である。   Further, at least one control gas injection hole 9 for supplying control gas is provided on the wall surface on the opposite side to the central axis side of the upper blowing lance 1 of the divergent portion 8. From the control gas supply hole 9, a control gas for controlling the direction and / or flow velocity of the oxygen gas jet injected from the injection nozzle 6 provided with the control gas supply hole 9 is injected. As the control gas, any kind of gas can be used, whether oxygen gas, nitrogen gas, air, or Ar gas.

最内管5の内部は、上吹きランス1を冷却するための冷却水の供給流路となっており、最内管5の上端部から供給された冷却水は最内管5の内部を通って上吹きランス1の先端部まで至り、先端部で反転して外管2と中管3との間隙を通って上吹きランス1の上部に設けられた排水継手10から排出される。   The inside of the innermost pipe 5 serves as a cooling water supply channel for cooling the upper blow lance 1, and the cooling water supplied from the upper end of the innermost pipe 5 passes through the innermost pipe 5. Then, it reaches the tip of the upper blowing lance 1, reverses at the tip, passes through the gap between the outer tube 2 and the middle tube 3, and is discharged from the drainage joint 10 provided on the upper portion of the upper blowing lance 1.

内管4と最内管5との間隙は、噴射ノズル6への酸素ガスの供給流路となっており、上吹きランス1の上部に設けられた酸素ガス供給継手11から内管4と最内管5との間隙に供給された酸素ガスは、内管4と最内管5との間隙を通り、噴射ノズル6から転炉内に噴出される。噴射されたガスは、その流量により亜音速から超音速のジェットとなる。   The gap between the inner pipe 4 and the innermost pipe 5 serves as a supply flow path for oxygen gas to the injection nozzle 6, and is connected to the inner pipe 4 and the outermost pipe from an oxygen gas supply joint 11 provided at the upper part of the upper blowing lance 1. The oxygen gas supplied to the gap with the inner pipe 5 passes through the gap between the inner pipe 4 and the innermost pipe 5 and is jetted from the jet nozzle 6 into the converter. The injected gas becomes a subsonic to supersonic jet depending on its flow rate.

中管3と内管4との間隙は、制御用ガス供給孔9への制御用ガス(ここではArガス)の供給流路となっており、上吹きランス1の上部に設けられた制御ガス供給継手12から中管3と内管4との間隙に供給された制御用ガスは、中管3と内管4との間隙を通り、制御用ガス供給孔6から噴射される。このように、制御用ガスの供給経路を、精錬用の酸素ガスの供給経路から独立させて制御できるようにしてある。   A gap between the middle pipe 3 and the inner pipe 4 serves as a supply flow path for the control gas (Ar gas in this case) to the control gas supply hole 9, and the control gas provided at the upper portion of the upper blowing lance 1. The control gas supplied from the supply joint 12 to the gap between the intermediate pipe 3 and the inner pipe 4 passes through the gap between the intermediate pipe 3 and the inner pipe 4 and is injected from the control gas supply hole 6. Thus, the control gas supply path can be controlled independently of the refining oxygen gas supply path.

制御用ガス供給孔9は、噴射ノズル6から噴射される噴流の方向及び/または流速を制御するための装置であり、図3に示すように、制御用ガス供給孔9からの噴射方向が、上吹きランス1の外面側から中心軸側に向いているので、精錬用酸素ガスの流量に対する制御用ガスの流量を増加させると、噴射ノズル6から噴射される酸素ガスの噴流は、上吹きランス1の中心軸側へ偏向し、噴射ノズル6の傾角θを減少させた場合(鉛直方向に近くする)と同じ効果を発現する。制御用ガスを止めた場合には、この効果は消滅する。   The control gas supply hole 9 is a device for controlling the direction and / or flow velocity of the jet flow injected from the injection nozzle 6, and the injection direction from the control gas supply hole 9 is as shown in FIG. Since the upper blowing lance 1 is directed from the outer surface side to the central axis side, when the flow rate of the control gas is increased with respect to the flow rate of the refining oxygen gas, the jet flow of the oxygen gas injected from the injection nozzle 6 is increased. 1 is deflected to the central axis side, and the same effect as when the inclination angle θ of the injection nozzle 6 is reduced (close to the vertical direction) is exhibited. This effect disappears when the control gas is turned off.

図5に、精錬用酸素ガス流量を一定とし、制御用ガス供給孔9からの制御用ガス流量を変化させ、そのときの噴射ノズル6からの酸素ガス噴流の偏向角度を調査した結果を示す。図5に示すように、噴射ノズル6からの酸素ガス噴流を1°偏向するのに必要な制御用ガス流量は、噴射ノズル6からの酸素ガス流量に対する比率で約1体積%であり、少量で制御できることが確認された。   FIG. 5 shows the result of investigating the deflection angle of the oxygen gas jet from the injection nozzle 6 at that time while changing the flow rate of the control gas from the control gas supply hole 9 while keeping the flow rate of the refining oxygen gas constant. As shown in FIG. 5, the control gas flow rate required to deflect the oxygen gas jet flow from the injection nozzle 6 by 1 ° is about 1% by volume with respect to the oxygen gas flow rate from the injection nozzle 6 and is small. It was confirmed that it can be controlled.

即ち、本発明に係る上吹きランス1を用いて脱炭精錬すれば、スロート7が末広がり部8に対して上吹きランス1の中心軸側に偏心していることにより、噴射ノズル6からの噴流は、傾角θよりも上吹きランス1の外周側へ偏向し、一方、制御用ガス供給孔9から制御用ガスを供給することにより、噴射ノズル6からの噴流は、傾角θよりも上吹きランス1の中心軸側へ偏向するので、噴射ノズル6からの酸素ガス噴流を幅広い噴射角度で制御でき、これにより、転炉々壁への地金付着が抑制されることを確認した。   That is, if the decarburization refining is performed using the upper blowing lance 1 according to the present invention, the throat 7 is eccentric to the central axis side of the upper blowing lance 1 with respect to the divergent portion 8, so that the jet flow from the injection nozzle 6 is By deflecting toward the outer peripheral side of the upper blowing lance 1 with respect to the inclination angle θ, while supplying the control gas from the control gas supply hole 9, the jet flow from the injection nozzle 6 becomes higher than the inclination angle θ. As a result, it was confirmed that the oxygen gas jet flow from the injection nozzle 6 can be controlled at a wide injection angle, thereby suppressing the adhesion of the metal to the converter wall.

本発明は、上記検討結果に基づきなされたものであり、本発明に係る精錬用上吹きランスは、下端部に酸化性ガスを噴射する噴射ノズルが1個以上設けられた精錬用上吹きランスであって、前記噴射ノズルのうちの少なくとも1つの噴射ノズルは、その入口部にスロートを有するともに、該スロートの下流側に末広がり部を有し、且つ、スロート径(Dt;(mm))及び末広がり部の出口径(De;(mm))が、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))及びノズル適正膨張圧(Po;(kPa))に対して上記の(1)式の関係を満足するノズルであり、前記スロート径よりも該スロートとの接続部位である末広がり部の径の方が大きく、前記スロートが末広がり部の上吹きランス中心軸側の面と滑らかに接続するように、スロートの中心線が末広がり部の中心線に対して上吹きランスの中心軸側に偏心し、且つ、前記末広がり部の上吹きランスの中心軸側とは反対側の壁面に、前記噴射ノズルから供給される酸化性ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスを精錬中に供給するための、少なくとも1個の制御用ガス噴射孔を有することを特徴とする。   The present invention has been made based on the above examination results, and the refining top blow lance according to the present invention is a refining top blow lance provided with one or more injection nozzles for injecting oxidizing gas at the lower end portion. At least one of the injection nozzles has a throat at an inlet portion thereof, a divergent portion on the downstream side of the throat, and a throat diameter (Dt; (mm)) and divergent extent. Outlet diameter (De; (mm)) satisfies the relationship of the above formula (1) with respect to the nozzle outlet atmospheric pressure (Pe; (kPa)) and the nozzle proper expansion pressure (Po; (kPa)). The diameter of the divergent part, which is a connection site with the throat, is larger than the throat diameter, and the throat is smoothly connected to the surface of the upper lance central axis side of the divergent part. The center line of The oxidizing gas supplied from the spray nozzle to the wall surface opposite to the central axis side of the upper blowing lance of the upper end lance is eccentric to the central axis side of the upper blowing lance with respect to the center line of It is characterized by having at least one control gas injection hole for supplying a control gas capable of independent flow control during refining.

このようにして構成される本発明に係る上吹きランス1を用いて転炉での脱炭精錬を実施するにあたり、制御用ガス噴射孔9から一定量の制御用ガスを供給した上で、噴射ノズル6への酸化性ガスの供給圧力(P)を前記ノズル適正膨張圧(Po)と同等として、上吹きランス1のランス高さを所定の一定高さ(H0)として、転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付けて溶銑中の炭素を酸化除去する。脱炭精錬中、噴射ノズル6への酸化性ガスの供給圧力(P)がノズル適正膨張圧(Po)と同等の範囲内のときにはランス高さを変更せずに、その条件を維持して脱炭精錬を継続する。このランス高さ(H0)は、ノズル適正膨張圧(Po)、噴射ノズル6の傾角θ、噴射ノズル6の設置数に応じて、転炉々壁への地金付着量が最も少なくなる条件下で設定する。 In carrying out decarburization refining in a converter using the top blowing lance 1 according to the present invention configured as described above, after supplying a certain amount of control gas from the control gas injection hole 9, the injection is performed. The supply pressure (P) of the oxidizing gas to the nozzle 6 is set equal to the nozzle proper expansion pressure (Po), and the lance height of the top blowing lance 1 is set to a predetermined constant height (H 0 ). The oxidizing gas is blown toward the hot metal to oxidize and remove carbon in the hot metal. During decarburization refining, when the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle 6 is within the range equivalent to the nozzle proper expansion pressure (Po), the lance height is not changed and the condition is maintained and the degassing is performed. Continue charcoal refining. This lance height (H 0 ) is a condition in which the amount of bare metal adhering to the converter wall is minimized depending on the proper expansion pressure (Po) of the nozzle, the inclination angle θ of the injection nozzle 6 and the number of injection nozzles 6 installed. Set below.

転炉での溶銑の脱炭精錬では、脱炭精錬の末期、溶鉄中炭素濃度の低下に伴って脱炭酸素効率が低下し、溶鉄の酸化反応が著しくなる。これを防止するために、脱炭精錬末期では、酸素ガス供給流量を低下する操業が一般的に行われる。   In the decarburization and refining of hot metal in a converter, the decarbonization efficiency decreases as the carbon concentration in molten iron decreases at the end of decarburization and refining, and the oxidation reaction of molten iron becomes remarkable. In order to prevent this, at the end of decarburization refining, an operation for reducing the oxygen gas supply flow rate is generally performed.

このように、酸素ガス供給流量を低下する場合には、同一の上吹きランス1を使用する限り、噴射ノズル6への酸化性ガスの供給圧力(P)を低下せざるを得ないので、噴射ノズル6からの酸素ガス噴流は最適膨張範囲から乖離し、酸素ガス噴流の溶鉄表面での動圧が低下する。動圧の低下は脱炭反応を遅延させる原因であり、これを防止するために、上吹きランス1のランス高さを、酸化性ガスの供給圧力(P)がノズル適正膨張圧(Po)と同等の場合のランス高さ(H0)よりも減少させ、供給圧力(P)の低下に応じて、H0×P/Poと小さくする。ランス高さを小さくすることにより、噴射ノズル6からの噴流の溶鉄上の衝突点は、転炉の中心側に移動し、地金飛散が多くなるので、この地金飛散を防止するために、ランス高さを小さくする場合には、制御用ガス噴射孔9から供給する制御用ガス流量を、酸化性ガスの供給圧力(P)がノズル適正膨張圧(Po)と同等の場合の流量よりも減少させ、噴射ノズル6からの噴流の偏向を少なくする。つまり、上吹きランス1の外周側へと噴流を向ける。 Thus, when reducing the oxygen gas supply flow rate, as long as the same top blowing lance 1 is used, the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle 6 must be reduced. The oxygen gas jet from the nozzle 6 deviates from the optimum expansion range, and the dynamic pressure of the oxygen gas jet on the molten iron surface decreases. The decrease in the dynamic pressure is a cause of delaying the decarburization reaction. In order to prevent this, the lance height of the top blowing lance 1 is set so that the supply pressure (P) of the oxidizing gas is equal to the nozzle proper expansion pressure (Po). It is made smaller than the lance height (H 0 ) in the case of the equivalent case, and is reduced to H 0 × P / Po as the supply pressure (P) decreases. By reducing the lance height, the collision point on the molten iron of the jet flow from the injection nozzle 6 moves to the center side of the converter and increases the amount of metal scattering. In order to prevent this metal scattering, When the lance height is reduced, the control gas flow rate supplied from the control gas injection hole 9 is set to be higher than the flow rate when the supply pressure (P) of the oxidizing gas is equal to the nozzle proper expansion pressure (Po). The deflection of the jet flow from the jet nozzle 6 is reduced. That is, the jet is directed toward the outer peripheral side of the upper blowing lance 1.

このようにして転炉脱炭精錬を実施することで、脱炭酸素効率を低下させることなく、転炉々壁への地金付着量を減少させることが実現され、地金の除去・回収に要する費用が削減されるのみならず、地金の除去・回収頻度が減少し、その分、転炉の稼働率を高めることができ、効率良く脱炭精錬を行うことが可能となる。   By carrying out converter decarburization and refining in this way, it is possible to reduce the amount of bullion adhering to the walls of the converter without reducing the decarbonation efficiency. Not only is the cost required reduced, but the frequency of removal and recovery of bullion is reduced, and the operating rate of the converter can be increased accordingly, and decarburization and refining can be performed efficiently.

尚、上吹きランス1が複数の噴射ノズル6を有する場合、複数の噴射ノズル6のうちの1つの噴射ノズルだけが上記条件を満足するだけでも、脱炭酸素効率の高位維持及びダスト発生速度の低下を或る程度得ることができるが、本発明の効果を享受するためには、全ての噴射ノズル6が上記条件を満たすことが望ましい。また、上吹きランス1から供給する酸化性ガスとしては、一般的には酸素ガスが使用されるが、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスや酸素富化空気なども酸化性ガスとして使用可能である。   In addition, when the top blowing lance 1 has a plurality of injection nozzles 6, even if only one of the plurality of injection nozzles 6 satisfies the above condition, the high level of decarbonation efficiency can be maintained and the dust generation rate can be reduced. Although a certain degree of reduction can be obtained, in order to enjoy the effects of the present invention, it is desirable that all the injection nozzles 6 satisfy the above conditions. In addition, as the oxidizing gas supplied from the top blowing lance 1, oxygen gas is generally used, but a mixed gas of oxygen gas and argon gas, oxygen-enriched air, or the like can also be used as the oxidizing gas. is there.

容量が250トンの上底吹き転炉を用いて溶銑の脱炭精錬を行った(本発明例1)。使用した上吹きランスは、図3に示す上吹きランスの構成と同一構成であり、先端部に同一形状の5個の噴射ノズルが、ノズル傾角を13°として上吹きランスの軸心に対して同心円上に等間隔で配置されたものであり、噴射ノズルのスロート径(Dt)は46.0mm、出口径(De)は63.2mmである。これらの噴射ノズルは、ノズル適正膨張圧(Po)を0.87MPaとして設計されたものである。   The hot metal was decarburized and refined using an upper bottom blowing converter with a capacity of 250 tons (Example 1 of the present invention). The used top blowing lance has the same configuration as that of the top blowing lance shown in FIG. 3, and five injection nozzles having the same shape at the tip portion have a nozzle tilt angle of 13 ° with respect to the axis of the top blowing lance. The nozzles are arranged on a concentric circle at equal intervals. The throat diameter (Dt) of the injection nozzle is 46.0 mm and the outlet diameter (De) is 63.2 mm. These injection nozzles are designed with a nozzle proper expansion pressure (Po) of 0.87 MPa.

また、各噴射ノズルでは、末広がり部の中心線に対してスロートの中心線を10mm上福吹きランスの中心軸側へ偏心させて配置し、且つ、末広がり部の上福吹きランスの中心軸側とは反対側に直径12mmの制御用ガス噴射孔を配置した。   Further, in each spray nozzle, the center line of the throat is arranged to be eccentric to the center axis side of the upper blown lance by 10 mm with respect to the center line of the divergent part, and Was provided with a control gas injection hole having a diameter of 12 mm on the opposite side.

予め脱燐処理を施した、温度が1255〜1280℃の溶銑を上底吹き転炉に装入した後、上吹きランスから酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んだ。使用した溶銑の組成を表1に示す。その際に、炉上ホッパーから造滓剤として生石灰を投入し、溶鉄の炭素濃度が0.05質量%となるまで脱炭精錬を行った。生石灰は、炉内スラグの塩基度(質量%CaO/質量%SiO2)が2.5となるように添加量を調整した。 The molten iron with a temperature of 1255 to 1280 ° C. that had been subjected to dephosphorization in advance was charged into the top-bottom blowing converter, and then oxygen was blown from the top blowing lance toward the hot metal bath surface while argon was blown from the bottom blowing tuyere. The gas was blown into the hot metal as a stirring gas. The composition of the hot metal used is shown in Table 1. At that time, quick lime was charged as a slagging agent from the furnace hopper, and decarburization refining was performed until the carbon concentration of the molten iron reached 0.05 mass%. The addition amount of quicklime was adjusted so that the basicity (mass% CaO / mass% SiO 2 ) of the slag in the furnace was 2.5.

Figure 0005544807
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また、上吹きランスの噴射ノズルからの酸素ガス供給流量、制御用ガス噴射孔からの制御用アルゴンガス流量及び底吹きのアルゴンガス流量は、溶鉄中の炭素濃度に応じて、表2に示すように設定した。つまり、精錬中、酸素ガス供給流量及び制御用ガス噴射孔からのアルゴンガス流量は変化させず、溶鉄中炭素濃度が0.4質量%を境として底吹きのアルゴンガス流量を変更した。上吹きランスのランス高さは2.2mの一定とした。   The oxygen gas supply flow rate from the top blowing lance injection nozzle, the control argon gas flow rate from the control gas injection hole, and the bottom blown argon gas flow rate are as shown in Table 2 according to the carbon concentration in the molten iron. Set to. That is, during refining, the oxygen gas supply flow rate and the argon gas flow rate from the control gas injection hole were not changed, and the bottom blown argon gas flow rate was changed with the carbon concentration in the molten iron being 0.4% by mass. The lance height of the top blowing lance was fixed at 2.2 m.

Figure 0005544807
Figure 0005544807

また、比較のために、設備及び操業方法は上記の本発明例1の方法と同一であるが、制御用ガス噴射孔からの制御用ガスを停止した脱炭精錬も実施した(比較例1)。操業条件および操業結果を表3に示す。   In addition, for comparison, the equipment and operation method are the same as those of the above-described Example 1 of the present invention, but decarburization refining was also performed in which the control gas from the control gas injection hole was stopped (Comparative Example 1). . Table 3 shows the operation conditions and the operation results.

Figure 0005544807
Figure 0005544807

表3から明らかなように、本発明例1と比較例1とで吹錬時間や冶金特性はほぼ同等の成績であったが、本発明例1では炉壁や炉口付近に付着する地金は大幅に低減された。つまり、本発明を適用することにより、転炉脱炭精錬における鉄歩留りは大幅に向上されることが確認できた。尚、表3に示す地金付着量指数は、比較例1を1.0とした場合の相対値である。   As is apparent from Table 3, the invention example 1 and the comparative example 1 had almost the same blowing time and metallurgical characteristics, but in the invention example 1, the metal in the vicinity of the furnace wall and the furnace mouth Was greatly reduced. In other words, it was confirmed that the iron yield in converter decarburization refining was significantly improved by applying the present invention. In addition, the metal adhesion amount index shown in Table 3 is a relative value when the comparative example 1 is set to 1.0.

容量が250トンの上底吹き転炉を用いて溶銑の脱炭精錬を行った(本発明例2)。使用した上吹きランスは、図3に示す上吹きランスの構成と同一構成であり、先端部に同一形状の5個の噴射ノズルが、ノズル傾角を13°として上吹きランスの軸心に対して同心円上に等間隔で配置されたものであり、噴射ノズルのスロート径(Dt)は46.0mm、出口径(De)は63.2mmである。これらの噴射ノズルは、ノズル適正膨張圧(Po)を0.87MPaとして設計されたものである。   The hot metal was decarburized and refined using an upper bottom blowing converter with a capacity of 250 tons (Example 2 of the present invention). The used top blowing lance has the same configuration as that of the top blowing lance shown in FIG. 3, and five injection nozzles having the same shape at the tip portion have a nozzle tilt angle of 13 ° with respect to the axis of the top blowing lance. The nozzles are arranged on a concentric circle at equal intervals. The throat diameter (Dt) of the injection nozzle is 46.0 mm and the outlet diameter (De) is 63.2 mm. These injection nozzles are designed with a nozzle proper expansion pressure (Po) of 0.87 MPa.

また、各噴射ノズルでは、末広がり部の中心線に対してスロートの中心線を10mm上福吹きランスの中心軸側へ偏心させて配置し、且つ、末広がり部の上福吹きランスの中心軸側とは反対側に直径12mmの制御用ガス噴射孔を配置した。   Further, in each spray nozzle, the center line of the throat is arranged to be eccentric to the center axis side of the upper blown lance by 10 mm with respect to the center line of the divergent part, and Was provided with a control gas injection hole having a diameter of 12 mm on the opposite side.

予め脱燐処理を施した、温度が1255〜1280℃の溶銑を上底吹き転炉に装入した後、上吹きランスから酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んだ。使用した溶銑の組成を表4に示す。その際に、炉上ホッパーから造滓剤として生石灰を投入し、溶鉄の炭素濃度が0.05質量%となるまで脱炭精錬を行った。生石灰は、炉内スラグの塩基度(質量%CaO/質量%SiO2)が2.5となるように添加量を調整した。 The molten iron with a temperature of 1255 to 1280 ° C. that had been subjected to dephosphorization in advance was charged into the top-bottom blowing converter, and then oxygen was blown from the top blowing lance toward the hot metal bath surface while argon was blown from the bottom blowing tuyere. The gas was blown into the hot metal as a stirring gas. Table 4 shows the composition of the hot metal used. At that time, quick lime was charged as a slagging agent from the furnace hopper, and decarburization refining was performed until the carbon concentration of the molten iron reached 0.05 mass%. The addition amount of quicklime was adjusted so that the basicity (mass% CaO / mass% SiO 2 ) of the slag in the furnace was 2.5.

Figure 0005544807
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また、上吹きランスの噴射ノズルからの酸素ガス供給流量、制御用ガス噴射孔からの制御用アルゴンガス流量及び底吹きのアルゴンガス流量は、溶鉄中の炭素濃度に応じて、表5に示すように設定した。つまり、溶鉄中炭素濃度が0.4質量%を境として、上吹きランスのランス高さを2.2mから1.8mに減少させると同時に、酸素ガス供給流量及び制御用ガス噴射孔からのアルゴンガス流量を減少させ、逆に、底吹きのアルゴンガス流量を増加した。   The oxygen gas supply flow rate from the top blowing lance injection nozzle, the control argon gas flow rate from the control gas injection hole, and the bottom blown argon gas flow rate are as shown in Table 5 according to the carbon concentration in the molten iron. Set to. In other words, the lance height of the top blowing lance is decreased from 2.2 m to 1.8 m with the carbon concentration in the molten iron as 0.4% by mass, and at the same time, the oxygen gas supply flow rate and the argon from the control gas injection hole The gas flow rate was decreased, and conversely, the bottom blown argon gas flow rate was increased.

Figure 0005544807
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また、比較のために、設備及び操業方法は上記の本発明例2の方法と同一であるが、制御用ガス噴射孔からの制御用ガスを停止した脱炭精錬も実施した(比較例2)。操業条件および操業結果を表6に示す。   For comparison, the equipment and the operation method are the same as those of the above-described Example 2 of the present invention, but decarburization and refining was performed in which the control gas from the control gas injection hole was stopped (Comparative Example 2). . Table 6 shows the operation conditions and the operation results.

Figure 0005544807
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表6から明らかなように、本発明例2と比較例2とで吹錬時間や冶金特性はほぼ同等の成績であったが、本発明例2では炉壁や炉口付近に付着する地金は大幅に低減された。つまり、本発明を適用することにより、転炉脱炭精錬における鉄歩留りは大幅に向上されることが確認できた。尚、表6に示す地金付着量指数は、比較例2を1.0とした場合の相対値である。   As is clear from Table 6, in Example 2 and Comparative Example 2, the blowing time and metallurgical characteristics were almost the same, but in Example 2 of the present invention, the metal in the vicinity of the furnace wall and the furnace port was adhered. Was greatly reduced. In other words, it was confirmed that the iron yield in converter decarburization refining was significantly improved by applying the present invention. In addition, the metal adhesion amount index shown in Table 6 is a relative value when Comparative Example 2 is set to 1.0.

1 上吹きランス
2 外管
3 中管
4 内管
5 最内管
6 噴射ノズル
7 スロート
8 末広がり部
9 制御用ガス噴射孔
10 排水継手
11 酸素ガス供給継手
12 制御ガス供給継手
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top blowing lance 2 Outer pipe 3 Middle pipe 4 Inner pipe 5 Innermost pipe 6 Injection nozzle 7 Throat 8 End-spreading part 9 Control gas injection hole 10 Drainage joint 11 Oxygen gas supply joint 12 Control gas supply joint

Claims (3)

下端部に酸化性ガスを噴射する噴射ノズルが1個以上設けられた精錬用上吹きランスであって、
前記噴射ノズルのうちの少なくとも1つの噴射ノズルは、その入口部にスロートを有するともに、該スロートの下流側に末広がり部を有し、且つ、スロート径(Dt;(mm))及び末広がり部の出口径(De;(mm))が、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))及びノズル適正膨張圧(Po;(kPa))に対して下記の(1)式の関係を満足し、
前記スロート径よりも該スロートとの接続部位である末広がり部の径の方が大きく、前記スロートが末広がり部の上吹きランス中心軸側の面と滑らかに接続するように、スロートの中心線が末広がり部の中心線に対して上吹きランスの中心軸側に偏心し、
且つ、前記末広がり部の上吹きランスの中心軸側とは反対側の壁面に、前記噴射ノズルから供給される酸化性ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスを精錬中に供給し、前記噴射ノズルから噴射される酸化性ガスを前記制御用ガスの供給側とは反対側の上吹きランスの中心軸側に偏向させるための、少なくとも1個の制御用ガス噴射孔を有することを特徴とする精錬用上吹きランス。
(De/Dt)2=0.259×(Pe/Po)-5/7×[1-(Pe/Po)2/7]-1/2 …(1)
An upper blowing lance for refining provided with one or more injection nozzles for injecting oxidizing gas at the lower end,
At least one of the injection nozzles has a throat at an inlet portion thereof, a divergent portion on the downstream side of the throat, and a throat diameter (Dt; (mm)) and an output of the divergent portion. The diameter (De; (mm)) satisfies the relationship of the following formula (1) with respect to the nozzle outlet atmospheric pressure (Pe; (kPa)) and the nozzle proper expansion pressure (Po; (kPa)).
The diameter of the divergent portion, which is the connecting portion with the throat, is larger than the throat diameter, and the throat centerline diverges so that the throat smoothly connects to the surface of the upper lance center axis side of the divergent portion. Eccentric to the center axis side of the top blowing lance with respect to the center line of the part,
And, on the lance wall opposite to the central axis side of the flared portion, independently of the oxidizing gas supplied from the injection nozzle to supply a possible control gas flow control during refining And having at least one control gas injection hole for deflecting the oxidizing gas injected from the injection nozzle toward the central axis side of the upper blowing lance opposite to the control gas supply side. Characteristic top blow lance for refining.
(De / Dt) 2 = 0.259 × (Pe / Po) -5/7 × [1- (Pe / Po) 2/7 ] -1/2 … (1)
請求項1に記載の精錬用上吹きランスを用い、前記制御用ガス噴射孔から一定量の制御用ガスを供給した上で、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)を前記ノズル適正膨張圧(Po)と同等として転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付けて溶銑中の炭素を酸化除去することを特徴とする転炉精錬方法。   The refining top blow lance according to claim 1, and after supplying a predetermined amount of control gas from the control gas injection hole, supply pressure (P) of oxidizing gas to the injection nozzle is set to the nozzle. A converter refining method characterized by oxidizing and removing carbon in hot metal by blowing an oxidizing gas toward the hot metal in the converter as an equivalent expansion pressure (Po). 下端部に酸化性ガスを噴射する噴射ノズルが1個以上設けられた精錬用上吹きランスであって、
前記噴射ノズルのうちの少なくとも1つの噴射ノズルは、その入口部にスロートを有するともに、該スロートの下流側に末広がり部を有し、且つ、スロート径(Dt;(mm))及び末広がり部の出口径(De;(mm))が、ノズル出口部雰囲気圧(Pe;(kPa))及びノズル適正膨張圧(Po;(kPa))に対して下記の(1)式の関係を満足し、
前記スロート径よりも該スロートとの接続部位である末広がり部の径の方が大きく、前記スロートが末広がり部の上吹きランス中心軸側の面と滑らかに接続するように、スロートの中心線が末広がり部の中心線に対して上吹きランスの中心軸側に偏心し、
且つ、前記末広がり部の上吹きランスの中心軸側とは反対側の壁面に、前記噴射ノズルから供給される酸化性ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスを精錬中に供給するための、少なくとも1個の制御用ガス噴射孔を有する精錬用上吹きランスを用い、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)が前記ノズル適正膨張圧(Po)と同等のときは、前記制御用ガス噴射孔から一定量の制御用ガスを供給した上で、前記上吹きランスのランス高さを一定高さ(H0)として転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付け、前記噴射ノズルへの酸化性ガスの供給圧力(P)が前記ノズル適正膨張圧(Po)よりも低下したときは、前記制御用ガス噴射孔から供給する制御用ガス流量を減少させた上で、前記上吹きランスのランス高さをH0×P/Poと小さくして転炉内の溶銑に向けて酸化性ガスを吹き付け、溶銑中の炭素を酸化除去することを特徴とする転炉精錬方法。
(De/Dt) 2 =0.259×(Pe/Po) -5/7 ×[1-(Pe/Po) 2/7 ] -1/2 …(1)
An upper blowing lance for refining provided with one or more injection nozzles for injecting oxidizing gas at the lower end,
At least one of the injection nozzles has a throat at an inlet portion thereof, a divergent portion on the downstream side of the throat, and a throat diameter (Dt; (mm)) and an output of the divergent portion. The diameter (De; (mm)) satisfies the relationship of the following formula (1) with respect to the nozzle outlet atmospheric pressure (Pe; (kPa)) and the nozzle proper expansion pressure (Po; (kPa)).
The diameter of the divergent portion, which is the connecting portion with the throat, is larger than the throat diameter, and the throat centerline diverges so that the throat smoothly connects to the surface of the upper lance center axis side of the divergent portion. Eccentric to the center axis side of the top blowing lance with respect to the center line of the part,
In addition, a control gas whose flow rate can be controlled independently of the oxidizing gas supplied from the injection nozzle is supplied to the wall surface on the side opposite to the central axis side of the upper blow lance of the divergent portion during refining. When a refining top blowing lance having at least one control gas injection hole is used and the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle is equal to the nozzle proper expansion pressure (Po) After supplying a certain amount of control gas from the control gas injection hole, the lance height of the upper blow lance is set to a constant height (H 0 ) and an oxidizing gas is sprayed toward the hot metal in the converter. When the supply pressure (P) of the oxidizing gas to the injection nozzle is lower than the nozzle proper expansion pressure (Po), the flow rate of the control gas supplied from the control gas injection hole is decreased. , The lance height of the upper blowing lance is H 0 × A converter refining method characterized by reducing P / Po and blowing an oxidizing gas toward hot metal in the converter to oxidize and remove carbon in the hot metal.
(De / Dt) 2 = 0.259 × (Pe / Po) -5/7 × [1- (Pe / Po) 2/7 ] -1/2 … (1)
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