JP5553179B2 - 転炉脱炭精錬におけるスピッティング低減法 - Google Patents

Description

本発明は、上底吹き転炉において吹錬を行う際に発生するスピッティングを低減する方法に関する。

上底吹き転炉では、酸素上吹きランスから高速噴流の酸素ガスを溶銑の表面に吹き付けて精錬を実施している。酸素ガスが吹き付けられた溶銑の表面には、酸素ガスの圧力による凹み（「キャビティ」と称す）が形成される。このキャビティは「火点」とも呼ばれている。また、高速噴流の酸素ガスの吹付けにより、溶銑の表面から溶銑および溶融スラグの液滴が飛散する現象、所謂、スピッティングが発生し、飛散した溶銑およびスラグの一部は、転炉の炉口や炉内側壁に地金として付着し、一部は、ダストとして炉外へ散逸する。

付着した地金は操業を続けるにつれて成長し、その大きさがある限度以上になると、溶銑およびスクラップの炉内への装入の障害になるばかりでなく、吹錬中に地金が浴内へ落下したりすることで浴の成分組成や温度の変動を来たし、操業に大きな支障をもたらす。このような付着地金を適切に除去しないと、その付着地金の下側の耐火物まで損傷する危険性もある。また、ダストは、回収されて鉄源として再使用されるものの、回収工程において酸化してしまうことにより再度の還元剤が必要となり効率的ではない上に、ダストを回収するための費用を必要とする。

そこで、スピッティングの発生を軽減するための改善がこれまでにも精力的に行われてきた。
先ず、酸素上吹きランスの具体的な改善方法としては、ガス噴射ノズルの多孔化、ガス噴射ノズルの大径化、さらにはガス噴射ノズルの傾斜角度の拡大といった改善方法が代表的である。しかしながら、これらいずれの改善方法にも限界がある。

すなわち、現在一般的に使用されている酸素上吹きランスのノズル孔数は４から７程度であり、これ以上に孔数を増加させても、スピッティングのさらなる抑制効果は期待できないと言われている。これは、孔数の増加に伴って隣り合うノズル孔同士の間隔が狭くなるため、各ノズル孔から噴出した酸素ガス噴流が浴面に到達する前に集合・合体し、あたかも１つのノズル孔から噴出した噴流のような挙動を示すことによる。

ノズル孔の大径化については、スピッティングが明らかに低減される範囲までノズル孔を拡大すると、酸素ガス噴流が弱くなり過ぎ、脱炭反応効率が低下するという問題を生ずる。

さらに、ノズル傾斜角度の拡大化については、酸素上吹きランスへの地金付着を回避するために操業時の酸素上吹きランスの先端から溶銑浴面までの距離（以下「ランス高さ」とも称す）をある程度大きくする必要があることから、自ずと限界がある。例えば、ノズル傾斜角度の大きい上吹きランスを用いた操業では、酸素ガス噴流と炉壁耐火物とが近接することになり、炉壁耐火物の損耗が増加する恐れがある。

このように、従来の技術、特に酸素上吹きランスの改善によってスピッティングの発生を完全に防止することは、困難である。
そこで、特許文献１には、底吹き羽口と火点との位置関係を最適化して底吹きを改善することによりスピッティングを低減する発明が開示されている。

この発明は、酸素上吹きランスの複数のノズルからの酸素ジェットの中心軸が鋼浴面と衝突する点の直下の炉底上の点を結んでできる平面の内側だけに底吹き羽口を配置した上底吹き転炉を用いることによって、上吹き酸素噴流の運動エネルギーを底吹きガスの運動エネルギーにより相殺してスピッティングを低減するものである。

特開平５−９８３３１公報

上述のように、上吹き酸素噴流の運動エネルギーを底吹きガスの運動エネルギーで相殺させるためには、底吹き羽口と火点との位置関係に加えて、底吹きガス流量についても考慮すべきである。例えば、底吹き羽口が１本である場合と４本である場合とでは、羽口１本当たりのガス流量に大きな差異があるため、全く異なる浴面流動が生じる。よって、各底吹き羽口からの底吹きガスがスピッティングの発生源であるキャビティに及ぼす影響も大きく異なるはずである。しかしながら、特許文献１には、底吹き羽口を設置する領域しか開示されていない。

すなわち、上吹きランスの多孔ノズルからの酸素ジェットの中心軸が浴面と衝突する点との関係を考慮しつつ、底吹き羽口の数および配列を最適化することにより、より優れたスピッティング低減効果を得られる可能性があると考えられる。

本発明の目的は、酸素上吹きランスと底吹き羽口を有する上底吹き転炉を用いて吹錬を行う際に発生するスピッティングを低減する方法を提供することであり、具体的には、酸素上吹きランスの複数のノズルからの酸素ジェットの中心軸が浴面と衝突する点との関係を考慮した上で、適切な底吹き羽口の数および配列の条件を定めて、スピッティングを効果的に低減する方法を提供することである。

スピッティングは、キャビティの周囲から発生する。そこで、本発明者らは、キャビティの周囲の浴面付近の流動状態がスピッティングの発生に影響すると考えて鋭意検討を重ねた結果、キャビティとの位置関係において、スピッティングの低減に有効な領域に底吹き羽口を設置した上で、底吹き羽口の数を酸素上吹きランスのノズルの設置数と同数とすること、さらには、上底吹き転炉の炉底の中心から各底吹き羽口の中心を結ぶ線分の方向と、炉底の中心から上吹き噴流と溶銑静止浴面の交点直下を結ぶ線分の方向とを一致させることによって、スピッティングをより効果的に抑制できることを知見した。

酸素上吹きランスは、その中心軸上に設置することがある１孔を除き、通常４〜６個程度の酸素吹き出しノズル（本明細書では単に「ノズル」という）を有しており、それらの４〜６個程度の各ノズルの中心軸はランス中心軸に対して同じ角度θを有して傾斜して配置されている。酸素上吹きランスと鋼浴面との距離をＨとすると、各ノズルから噴射される酸素噴流は、鋼浴面中心からＨｔａｎθの位置で該浴面と衝突し、これにより、キャビティが生じる。鋼浴面に衝突した後の酸素は浴中の炭素と反応してＣＯガスを生成し、そのＣＯガスがキャビティ外周付近から上方へ噴出するため、キャビティ外周部分の溶鋼はＣＯガスに引きずられて上方へ流れる。この上吹き噴流による激しい浴面流動によって千切れたキャビティ外周部の溶鋼が、スピッティングとなる。なお、転炉脱炭吹錬の進行に伴い溶銑は溶鋼へと連続的に変化して行くものなので、本明細書において単に「溶鋼」というとき、それは「溶銑ないし溶鋼」を意味している。

一方、底吹き羽口から吹き込まれるガスも激しい上昇流を形成し、その上昇流が上吹き酸素による上昇流と干渉する。この干渉の仕方によってはスピッティングが激しく増加する。これを回避するためには、特許文献１に開示されるように、底吹き羽口を上吹き酸素と鋼浴面の各衝突点を直線で結んでできる平面の内側に設けることが確かに有効である。

一例として、図１に、上底吹き転炉１において、中心軸上以外に４個のノズルを設けた酸素上吹きランス４で酸素ガスを上吹きするとともに４本の底吹き羽口２−１〜２−４でガスを底吹きした場合の、炉底３における底吹き羽口２−１〜２−４および炉底中心Ｘを、４個のノズルからの上吹き酸素噴流と静止浴面との各衝突点（本明細書で「火点中心」と言うことがある。）５−１〜５−４の炉底３への投影位置とともに、平面図を用いて示す。

また、図１に示した炉底３の中心Ｘおよび各火点の中心５−１〜５−４の炉底への投影位置と共に、図２（ａ）には、上底吹き転炉１−１において中心軸上以外にノズルを４個設けた酸素上吹きランス（図１に破線により示す酸素上吹きランス４と同じであるので、図２（ａ）〜図２（ｃ）では省略する）で酸素ガスを上吹きするとともに３本の底吹き羽口２−１〜２−３でガスを底吹きした場合の、炉底３における底吹き羽口２−１〜２−３を示し、図２（ｂ）には、上底吹き転炉１−２において酸素上吹きランス４で酸素ガスを上吹きするとともに５本の底吹き羽口２−１〜２−５でガスを底吹きした場合の、炉底３における底吹き羽口２−１〜２−５を示し、さらに、図２（ｃ）には、上底吹き転炉１−３において酸素上吹きランス４で酸素ガスを上吹きするとともに６本の底吹き羽口２−１〜２−６でガスを底吹きした場合の、炉底３における底吹き羽口２−１〜２−６を示す。

なお、図１、２において、○印は４個のノズルからの上吹き酸素噴流と静止浴面との各衝突点（火点中心）５−１〜５−４の炉底への投影位置を示し、□印は底吹き羽口２−１〜２−６の位置を示し、●印は炉底の中心Ｘを示す。

４個のノズルからの上吹き酸素噴流と静止浴面との衝突点（火点中心）５−１〜５−４を結ぶ円６の半径Ｒ（ｍ）は、具体的に炉底３の中心Ｘから各ノズルの中心軸と溶銑静止浴面との交点直下の炉底までの距離とし、酸素上吹きランス４の先端から溶銑静止浴面までの距離Ｈ（ｍ）と、酸素上吹きランス４の中心軸と各ノズルの中心軸とがなす角θとから、Ｒ＝Ｈｔａｎθにより算出される値とする。

また、底吹き羽口の数がＮ個である場合の各底吹き羽口の中心Ｂ_Ｎと炉底３の中心Ｘとの距離をそれぞれｒ_Ｎとする。
さらに、酸素上吹きランスの中心軸上以外に配置されるノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとが同数の場合（ｎ／Ｎ＝１、図１参照）に、各ノズルの中心軸と静止浴面との交点直下の炉底３の位置をＰ_Ｎとし、さらに、各位置Ｐ_Ｎとの距離が最も小さい底吹き羽口の中心位置をＢ_Ｎとしたときに、線分Ｐ_ＮＸと線分Ｂ_ＮＸとがなす角をα_Ｎ（°）とする。

本発明で用いる上底吹き転炉１は、酸素上吹きランス４の中心軸上以外に配置されるノズルの設置数ｎを一般的な４〜６個（図１は４個の場合を示す）として、底吹き羽口の設置数Ｎをそれと同数の４〜６個（図１は４個の場合を示す）とし、各ノズルからの酸素噴流と鋼浴との衝突点は同一の円６の円周上に位置する。そして、特許文献１が示す平面内で、さらに限定された範囲にノズルの設置数と同数の底吹き羽口を設置することによりスピッティングを大幅に低減できる。

本発明は、酸素上吹きランスと底吹き羽口を有する上底吹き転炉を用いる溶銑の脱炭吹錬に際してスピッティングを低減する方法であって、図１に例示するように、底吹き羽口２−１〜２−４を、上底吹き転炉１の炉底３に、炉底３の中心Ｘと各底吹き羽口２−１〜２−４の中心とを結ぶ線分が互いに等角度となるように４〜６個並べて設置しておくとともに、酸素上吹きランス４を、酸素上吹きランス４の中心軸に対して各ノズルの中心軸が同一の角度をなしているノズルであって、底吹き羽口２−１〜２−４の設置数と同数のノズルを先端に備えるように、かつ、酸素上吹きランス４の中心軸と前記各ノズルの中心軸とがなす角度、および酸素上吹きランス４の先端から溶銑静止浴面までの距離が、底吹き羽口２−１〜２−４の全部について（１）式：０．３≦ｒ_Ｎ／Ｒ≦０．９、および（２）式：Ｒ＝Ｈｔａｎθを満たすように、かつ、炉底３の中心Ｘとノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底とを結ぶ線分と、炉底３の中心Ｘとノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底に最も近い底吹き羽口の中心とを結ぶ線分とがなす角度α _Ｎ が、底吹き羽口２−１〜２−４の全部について（３）式：−１０°≦α _Ｎ ≦１０°を満足するように調整して、吹錬することを特徴とする溶銑の脱炭吹錬時のスピッティングを低減する方法である。

ただし、（１）式および（２）式において、ｒ_Ｎ：上底吹き転炉１の炉底３の中心Ｘから各底吹き羽口の中心までの距離（ｍ）、Ｒ：上底吹き転炉１の炉底３の中心Ｘから各ノズルの中心軸と溶銑静止浴面との交点直下の炉底Ｐ_Ｎまでの距離（ｍ）、Ｈ：酸素上吹きランス４の先端から溶銑静止浴面までの距離（ｍ）、θ：酸素上吹きランス４の中心軸と各ノズルの中心軸とがなす角度（°）である。

（３）式における角度α_Ｎは、線分Ｐ_ＮＸと線分Ｂ_ＮＸとがなす角度（°）であり、線分Ｐ_ＮＸと線分Ｂ_ＮＸとが一致する場合に０°であり、任意の一の方向にずれる場合に正の値をとり、これとは反対の方向へずれる場合に負の値をとることとする。

本発明により、上底吹き転炉において吹錬を行う際に発生するスピッティングを低減することが可能になる。

図１は、上底吹き転炉において、中心軸上以外にノズルを４個設けた酸素上吹きランスで酸素ガスを上吹きするとともに底吹き羽口４本でガスを底吹きした場合の炉底においての、各上吹き酸素噴流と浴面との衝突点（火点中心）の直下、各底吹き羽口および炉底の中心をそれぞれ示す説明図である。 図２（ａ）は、上底吹き転炉において中心軸上以外にノズルを４個設けた酸素上吹きランスで酸素ガスを上吹きするとともに３本の底吹き羽口でガスを底吹きした場合に、炉底における、各上吹き酸素噴流と浴面との衝突点（火点中心）の直下、各底吹き羽口および炉底中心を示す説明図であり、図２（ｂ）は、上底吹き転炉において中心軸上以外にノズルを４個設けた酸素上吹きランスで酸素ガスを上吹きするとともに５本の底吹き羽口でガスを底吹きした場合に、炉底における、各上吹き酸素噴流と浴面との衝突点（火点中心）の直下、各底吹き羽口および炉底中心を示す説明図であり、さらに、図２（ｃ）は、上底吹き転炉において中心軸上以外にノズルを４個設けた酸素上吹きランスで酸素ガスを上吹きするとともに６本の底吹き羽口でガスを底吹きした場合に、炉底における、各上吹き酸素噴流と浴面との衝突点（火点中心）の直下、各底吹き羽口および炉底中心を示す説明図である。 図３（ａ）は、ノズルの設置数ｎ＝４の酸素上吹きランスを用いたときの、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）とスピッティング発生量Ｓｐとの関係を、底吹き無しの場合のスピッティング発生量Ｓｐを基準値１とし、他の条件でのスピッティング発生量Ｓｐをその相対値としてまとめて示すグラフであり、図３（ｂ）は、ノズルの設置数ｎ＝５の酸素上吹きランスを用いたときの、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）とスピッティング発生量Ｓｐとの関係を、底吹き無しの場合のスピッティング発生量Ｓｐを基準値１とし、他の条件でのスピッティング発生量Ｓｐをその相対値としてまとめて示すグラフであり、さらに、図３（ｃ）は、ノズル数ｎ＝６の酸素上吹きランスを用いたときの、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）とスピッティング発生量Ｓｐとの関係を、底吹き無しの場合のスピッティング発生量Ｓｐを基準値１とし、他の条件でのスピッティング発生量Ｓｐをその相対値としてまとめて示すグラフである。 図４（ａ）は、ノズル設置数ｎ＝４かつ底吹き羽口の設置数Ｎ＝４の条件において、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調べた結果をまとめて示すグラフであり、図４（ｂ）は、ノズルの設置数ｎ＝５かつ底吹き羽口の設置数Ｎ＝５の条件において、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調べた結果をまとめて示すグラフであり、さらに、図４（ｃ）は、ノズルの設置数ｎ＝６かつ底吹き羽口の設置数Ｎ＝６の条件において、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調べた結果をまとめて示すグラフである。

本発明を実施するための形態を説明する。
本発明では、酸素上吹きランスと底吹き羽口を有する上底吹き転炉を用いて溶銑を脱炭吹錬し、溶鋼を製造する際に発生するスピッティングを低減する。

溶銑の種類は特に問わないが、炭素が３．５質量％以上含有されているものとする。溶銑とスクラップとを主原料として併用する場合もあるが、主原料中の溶銑比率が９０質量％以上であれば、本発明の技術的範囲に影響を及ぼすことはない。脱炭吹錬後に製造される溶鋼に関しても、溶鋼中炭素濃度が０．３０質量％以下であること以外には、特に制限はない。

本発明では、脱炭吹錬時間（上吹き酸素の供給時間）も、通常の６〜１５分間の範囲としてよいが、スピッティング低減を目的とする本発明の効果が発揮され易いのは、６〜１０分間の高速吹錬時である。対応する上吹き酸素流量は、一般に対象溶鋼トン当たりで２．５〜６．０Ｎｍ^３／ｍｉｎであるが、高速吹錬時には４．０〜６．０Ｎｍ^３／ｍｉｎとなる。底吹き攪拌ガスの流量は、Ｎ_２、ＡｒやＣＯの場合には対象溶鋼トン当たりで０．０２〜０．３０Ｎｍ^３／ｍｉｎであるが、ＣＯ_２を用いる場合にはそれらの１／２の流量が適当である。

脱炭吹錬では、酸素上吹きランスの先端に、ノズルの中心軸が酸素上吹きランスの中心軸に対し同一の角度θで傾斜して配置される酸素吹き出しノズルを４〜６個（図１は４個の場合を示す）有する酸素上吹きランスを用いる。この角度θは、通常８〜１５°であり、角度θで上吹き酸素噴流の中心軸が拡がって、その中心軸と静止浴面とが衝突する点を中心として吹錬中に火点が形成される。

角度θで設置されている４〜６個のノズル以外にも、酸素上吹きランスの先端のランスの中心軸上に、上記４〜６個のノズルと同径以下のノズル（図示しない）を１個有していてもよい。このような中心軸上のノズルから噴出される酸素噴流は、角度θを有する４〜６個のノズルから噴出される酸素噴流が形成する火点の拡がりに、殆ど影響を及ぼさないからである。

このような、先端にノズルの中心軸がランスの中心軸に対し同一の角度θであるノズルを４〜６個有し、さらに中心軸上にノズルを０〜１個有する酸素上吹きランスは、溶銑の脱炭吹錬において慣用されるものである。

本発明では、酸素上吹きランスの先端から溶鋼静止浴面までの距離Ｈ（ｍ）に対し、Ｈｔａｎθで計算される距離Ｒ（ｍ）を、炉底に設置する底吹き羽口の位置との関係で管理する。なお、酸素上吹きランスの中心軸は、通常、図１に示すように、上底吹き転炉１の炉底３の中心Ｘを通るものである。

以下、「図１に示した転炉１を用いて本発明を実施する形態」を例にとってさらに説明する。
本発明で用いる上底吹き転炉１は、炉底３に４〜６個（図１では４個の場合を示す）の底吹き羽口２−１〜２−４を有しており、その底吹き羽口２−１〜２−４の設置数は、上記した酸素上吹きランスの中心軸に対し角度θを有するノズル４−１〜４−４の設置数と一致している。

その各底吹き羽口２−１〜２−４の炉底３での位置（煉瓦上面での位置）は、いずれも、上底吹き転炉１の炉底３の中心Ｘから上記したＨｔａｎθで計算される距離Ｒ（ｍ）を半径とする円６の内側に存在し、その各底吹き羽口２−１〜２−４の炉底３での位置と炉底３の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎ（ｍ）と、距離Ｒ（ｍ）との関係が底吹き羽口の全部について０．３≦ｒ_Ｎ／Ｒ≦０．９を満たすようにして吹錬する。

距離ｒ_Ｎの値は、各底吹き羽口２−１〜２−４毎に異なっていても構わないが、炉底３の中心Ｘと上吹き酸素噴流の中心軸が静止浴面と衝突する点直下の炉底Ｐ_Ｎとを結ぶ線分Ｐ_ＮＸと、炉底３の中心Ｘ、および衝突する点直下に最も近い炉底３の底吹き羽口の中心Ｂ_Ｎを結ぶ線分Ｂ_ＮＸとのなす角度α_Ｎが、底吹き羽口の全部について−１０°≦α_Ｎ≦１０°の関係を満たすようにすることが、スピッティングの低減効果を一層高めることができるので好ましい。

一般に、炉底３の底吹き羽口の位置は、上底吹き転炉１の使用を開始した後では変更が容易でないので、従来の操業における酸素上吹きランス４の使用状況（ノズルの設置数や距離Ｒ等）を勘案して、０．３≦ｒ_Ｎ／Ｒ≦０．９を満たすことができるように築炉時に設置しておく。距離Ｒの値は、上底吹き転炉１の使用開始後でも、酸素上吹きランス４の変更（角度θが異なる酸素上吹きランスへの変更）や、酸素上吹きランス４および湯面間距離Ｈの調整等によって、柔軟に調整することができる。

また、底吹き羽口の配列は、酸素上吹きランス４の中心軸に対して角度θを有するノズルを４〜６個有する酸素上吹きランス４を複数の転炉で共通して用いることができるように、炉底３の中心Ｘと各底吹き羽口２の中心Ｂ_Ｎとを結ぶ線分Ｂ_ＮＸが互いに等角度となるように並べておく。各ノズルからの酸素吹き出し方向も酸素上吹きランス４の軸中心に対して等角度となるように設置しておけば、上記の角度α_Ｎの調整が容易になるからである。

次に、本発明に係る諸要件を調査検討した内容に関して、以下に詳細に説明する。

（１）共通する調査条件
上底吹き転炉内に炭素を３．８質量％有する溶銑２ｔをそれぞれ装入し、上吹き酸素流量を８．０Ｎｍ^３／ｍｉｎとするとともに底吹きＡｒ流量を０．５０Ｎｍ^３／ｍｉｎとして、９〜１０分間の脱炭吹錬を行い、炭素濃度が０．３質量％以下の溶鋼を製造した。使用した上底吹き転炉の浴面の半径は１．０ｍである。

酸素上吹きランスのノズルの設置数ｎは通常よく用いられている４〜６とし、酸素上吹きランスの中心軸に対するノズルの中心軸の傾斜角度θは１５°のものを用いた。この酸素上吹きランスは、その中心軸上にはノズルを設けられていないものである。酸素上吹きランスの先端と浴面との間の距離Ｈを０．５ｍとした場合には、上吹き酸素噴流の中心軸と浴面との衝突位置は、酸素上吹きランスの軸中心から約０．１３４ｍ離れた位置であったこととなる。

底吹き羽口の設置数Ｎは、図１、２に示したように３〜６本として、ノズルの設置数ｎや、酸素上吹きランスの先端と鋼浴面との間の距離Ｈを変更して、吹錬中の上底吹き転炉内へ鉄製の箱を装入して採取した飛散溶鉄の重量をスピッティング発生量として、その変化との関係を調べた。

（２）ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）がスピッティング量Ｓｐに及ぼす影響
酸素上吹きランスの先端と鋼浴面との間の距離Ｈを０．５ｍと一定にし、各底吹き羽口の炉底での位置と炉底の中心との距離ｒ_Ｎ（ｍ）と、距離Ｒ＝０．１３４ｍとの比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３０〜０．９０となる範囲で、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）がスピッティング量Ｓｐに及ぼす影響を調査検討した。

ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとが同じである場合、すなわち、比（ｎ／Ｎ）が１の場合（図１に示す上底吹転炉１参照）には、炉底の中心と各底吹き羽口の中心Ｂ_Ｎとを結ぶ線分Ｂ_ＮＸと、炉底の中心Ｘと各上吹き酸素噴流の中心軸が静止溶湯面と衝突する点直下の炉底Ｐ_Ｎとを結ぶ線分Ｐ_ＮＸとがなす角度α_Ｎは０°になるようにしてある。

先ず、ノズルの設置数ｎ＝４の酸素上吹きランスを用いたときの、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）とスピッティング発生量Ｓｐとの関係を、底吹き無しの場合のスピッティング発生量Ｓｐを基準値１とし、他の条件でのスピッティング発生量Ｓｐをその相対値として図３（ａ）にグラフにまとめて示す。

図３（ａ）にグラフで示すように、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．６０である場合、底吹き羽口の設置数Ｎが６、５、３（比（ｎ／Ｎ）がそれぞれ０．６７、０．８０、１．３３）のときには、スピッティング発生量Ｓｐは０．９１〜０．９７と不芳であった。これに対し、底吹き羽口の設置数Ｎが４で、比（ｎ／Ｎ）が１の場合には、スピッティング発生量Ｓｐは０．５８となり、他の場合に比べて約２／３に著しく改善された。

また、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３０または０．９０の場合でも、底吹き羽口の設置数Ｎが４で、スピッティング発生量Ｓｐはそれぞれ０．６２と０．５５であり、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．６０の場合と同等のレベルに改善された。

次に、ノズルの設置数ｎ＝５、６の酸素上吹きランスをそれぞれ用いたときの、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）とスピッティング発生量Ｓｐとの関係を、図３（ａ）と同様に、それぞれ図３（ｂ）、図３（ｃ）にグラフにまとめて示す。

図３（ｂ）、図３（ｃ）にグラフで示すように、ノズル設置数ｎ＝５、６のいずれの場合であっても、ノズル設置数ｎ＝４の場合と同様に、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３０〜０．９０の範囲で、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）が１の条件において、他の条件に比べてスピッティング発生量Ｓｐが約２／３に減少していることが分かった。

以上の調査検討の結果、ノズルの設置数ｎが４〜６の場合には、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３０〜０．９０の範囲で、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）を１とすれば、スピッティング発生量Ｓｐの低減に有効であることが確認された。

（３）ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）が１の場合に、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響
ノズルの設置数ｎが４〜６の条件で、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）を１としたときに、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調査検討した。

先ず、ノズル設置数ｎ＝４かつ底吹き羽口の設置数Ｎ＝４の条件において、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調べた結果を、図４（ａ）にグラフにまとめて示す。

炉底での４個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一の場合、図３（ａ）にも示したように、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の範囲でスピッティング発生量Ｓｐは約０．６と良好であった（図４（ａ）の◆印参照）。

また、炉底での４個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一でなくとも、各羽口についての比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がいずれも０．３〜０．９の場合には、スピッティング発生量Ｓｐは０．６２と良好であった（図４（ａ）の◇印参照。横軸の数値は、各羽口についての比（ｒ_Ｎ／Ｒ）の平均値）。

これに対し、炉底での４個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一であっても、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．２０または０．９５の場合には、スピッティング発生量Ｓｐはそれぞれ０．９５と０．９６と不芳であった（図４（ａ）の▲印参照）。

次に、ノズルの設置数ｎ＝５、６の条件においても、ノズルの設置数ｎ＝４の条件と同様に比（ｒ_Ｎ／Ｒ）がスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調べた結果を、それぞれ図４（ｂ）と図４（ｃ）にグラフにまとめて示す。

図４（ｂ）にグラフで示すように、炉底での５個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一である場合、図３（ｂ）にも示したように、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の範囲でスピッティング発生量Ｓｐは約０．６と良好であった（図４（ｂ）◆印参照）。

また、炉底での５個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一でなくとも、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の場合にはスピッティング発生量Ｓｐは０．６２と良好であった（図４（ｂ）の◇印参照。横軸の数値は、各羽口についての比（ｒ_Ｎ／Ｒ）の平均値）。

これに対し、炉底での５個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一であっても、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．２０または０．９５の場合には、スピッティング発生量Ｓｐはそれぞれ０．９５と０．９６と不芳であった（図４（ｂ）の▲印参照）。

さらに、図４（ｃ）に示すように、炉底での６個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一である場合、図３（ｃ）にも示したように、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の範囲でスピッティング発生量Ｓｐは約０．６と良好であった（図４（ｃ）の◆印参照）。

また、炉底での６個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一でなくとも、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の場合にはスピッティング発生量Ｓｐは０．６２と良好であった（図４（ｃ）の◇印参照。横軸の数値は、各羽口についての比（ｒ_Ｎ／Ｒ）の平均値）。

これに対し、炉底での６個の底吹き羽口の中心位置Ｂ_Ｎと炉底の中心Ｘとの距離ｒ_Ｎが全て同一であっても、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．２０または０．９５の場合、スピッティング量Ｓｐはそれぞれ０．９５と０．９６と不芳であった（図４（ｃ）の▲印参照）。

以上の調査検討の結果、ノズルの設置数ｎが４〜６において、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）を１とした場合にあっても、各羽口に関して比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３０〜０．９０の範囲から外れた条件では、スピッティング発生量Ｓｐの低減効果が失われてしまうことが分かった。

（４）炉底の中心Ｘとノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底Ｐ_Ｎとを結ぶ線分Ｐ_ＮＸと、炉底の中心Ｘとノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底Ｐ_Ｎに最も近い底吹き羽口の中心Ｂ_Ｎとを結ぶ線分Ｂ_ＮＸとがなす角度α_Ｎがスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響
従来の上底吹き転炉を用いた吹錬では、底吹き羽口の設置位置を、炉底の中心Ｘとノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底Ｐ_Ｎとを結ぶ線分Ｐ_ＮＸと、炉底の中心とノズルの中心および溶銑静止浴面の交点直下の炉底Ｐ_Ｎに最も近い底吹き羽口の中心Ｂ_Ｎとを結ぶ線分Ｂ_ＮＸとがなす角度α_Ｎを用いて管理した例は、ない。

しかし、本発明を完成させるための調査で、ノズルの設置数ｎが４〜６において、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）が１とし、かつ、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の範囲とした条件であっても、角度α_Ｎがスピッティング発生量Ｓｐに影響を及ぼしている可能性が見出された。

そこで、表１〜３にノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）を１とし、かつ、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）を０．６０とした条件で、角度α_Ｎを０°〜±１５°の範囲で変更して、角度α_Ｎがスピッティング発生量Ｓｐに及ぼす影響を調査した結果を示す。

表１は、酸素上吹きランスのノズルの設置数、および底吹き羽口の設置数がいずれも４であり、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．６とした場合の結果である。角度α_１〜α_４をそれぞれ０°、１０°、５°、−５°としたとき、スピッティング発生量Ｓｐは底吹き無しの場合に比べて半減していた。

表２は、酸素上吹きランスのノズルの設置数、および底吹き羽口の設置数がいずれも５であり、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．６とした場合の結果である。角度α_１〜α_５をそれぞれ５°、−１０°、０°、１０°、５°、−５°としたとき、スピッティング発生量Ｓｐは底吹き無しの場合に比べて半減していた。

表３は、酸素上吹きランスのノズル数、および底吹き羽口の設置数がいずれも６であり、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．６とした場合の結果である。比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．３〜０．９で角度α_１〜α_６をそれぞれ−５°、５°、０°、−１０°、１０°、０°としたとき、スピッティング発生量Ｓｐは底吹き無しの場合に比べて半減していた。

これらのことから、角度α_Ｎが底吹き羽口毎にそれぞれ異なる場合にも、比（ｎ／Ｎ）＝１．０、かつ比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．６で、角度α_Ｎが−１０°以上１０°以下を満足すれば、スピッティングの低減効果が得られることが分かった。

一方、表４〜６は、それぞれノズルの設置数４〜６、比（ｎ／Ｎ）＝１．０で、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）＝０．６とした場合の結果であるが、全羽口に関して角度α_Ｎを１５°としたときのスピッティング発生量Ｓｐはそれぞれ０．８４、０．８４、０．８７であり、底吹き無しの場合よりはスピッティング発生量Ｓｐは大きく減少しているものの、角度α_Ｎが−１０°以上１０°以下である表１〜３の結果に比べてスピッティング発生量Ｓｐの減少量は小さかった。

したがって、ノズルの設置数ｎが４〜６において、ノズルの設置数ｎと底吹き羽口の設置数Ｎとの比（ｎ／Ｎ）を１とし、かつ、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）を０．６０とした条件であっても、さらに、全羽口に関して角度α_Ｎを−１０°以上１０°以下とすることによって、スピッティングの低減効果が一層高まることがわかった。

この調査結果は、図３〜４に示した結果に基づき、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）が０．３〜０．９の範囲で当て嵌まると考えられる。
次に、本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。

本発明を、３００ｔ規模の上底吹き転炉を用いて実施した。その際、主原料には質量濃度でＣ：４．４〜４．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜０．４％、Ｐ：０．１００〜０．１２０％を含有する溶銑約２６０ｔと、スクラップ約２０ｔとを用い、上吹き酸素流量を溶銑１トン当たり３．０〜５．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ、底吹きＡｒ流量を同じく０．２〜０．３Ｎｍ^３／ｍｉｎとして、質量濃度でＣ：０．０５〜０．０８％、Ｓｉ≦０．０１％、Ｍｎ：０．１〜０．２％、Ｐ：０．０１５〜０．０２５％の溶鋼を製造し、スピッティング発生量を、吹錬１０回当たりの炉口地金付着量（ｋｇ）で評価した。

［本発明例１］
本発明例１では、底吹き羽口は、図２（ｃ）に示すように炉底３の中心Ｘから６００ｍｍの位置に６個設置し、それに合わせて、酸素上吹きランスは、その中心軸に対して各ノズルの中心軸が同一の角度１５°をなすノズルをランス先端に６個備えたものを選び、酸素上吹きランスの先端から溶銑静止浴面までの距離Ｈが０．３≦ｒ_Ｎ／Ｈｔａｎ１５°≦０．９の条件を満たすべく、２５００〜３５００ｍｍの範囲で調整して吹錬した。

なお、本発明例１においては、本発明において（３）式で管理する角度α_Ｎを、６本の全ノズルについて１５°とした。

［本発明例２］
本発明例２では、本発明例１の操業に続いて同一の上底吹き転炉で脱炭吹錬したが、その開始前に酸素上吹きランスを交換して、本発明において（３）式で管理する角度α_Ｎを、６本の全ノズルについて０°となるように調整した。

［比較例１］
比較例１では、本発明例２の操業に続いて同一の上底吹き転炉で脱炭吹錬したが、その開始前に６本の底吹き羽口のうちの１本を詰めて５本とした。酸素上吹きランスは、交換しなかったので、本発明において（３）式で管理する角度α_Ｎを、６本の全ノズルのうち５本に関して０°に調整したままとした。

結果を表７にまとめて示す。

表７に示すように、本発明例１、２の上底吹き転炉の炉口部への付着地金量は、１０チャージ吹錬した後の実測値でそれぞれ２６０ｋｇ、２００ｋｇであり、比較例１の３１０ｋｇよりも大幅に低減されていた。

これらの結果から、酸素上吹きランスのノズルの設置数と底吹き羽口の設置数とを一致させた上で、比（ｒ_Ｎ／Ｒ）を０．３以上０．９以下の範囲で脱炭吹錬することによってスピッティングを減少でききることが確認された。

さらに、角度α_Ｎを−１０°以上１０°以下に調整することによって、スピッティングを一層減少させることができることも確認された。

１、１−１、１−２、１−３ 上底吹き転炉
２−１〜２−６ 底吹き羽口
３ 炉底
４ 酸素上吹きランス
５−１〜５−４ ノズルからの上吹き酸素噴流と静止浴面との衝突点（火点の中心位置）
６ ノズルからの上吹き酸素噴流と静止浴面との衝突点を結ぶ円
Ｘ 炉底の中心
Ｒ 円６の半径
Ｈ 酸素上吹きランスの先端から溶銑静止浴面までの距離
θ 酸素上吹きランスの中心軸と各ノズルの中心軸とがなす角度
Ｐ_Ｎ ノズルの中心軸と静止浴面との交点直下の炉底の位置
Ｂ_Ｎ 位置Ｐ_Ｎとの距離が最も小さい底吹き羽口の中心
ｒ_Ｎ 底吹き羽口の中心と炉底の中心との距離
ｎ ノズルの設置数
Ｎ 底吹き羽口の設置数
α_Ｎ 線分Ｐ_ＮＸと線分Ｂ_ＮＸとがなす角度

Claims (1)

1. 酸素上吹きランスと底吹き羽口を有する上底吹き転炉を用いる溶銑の脱炭吹錬に際してスピッティングを低減する方法であって、
   前記底吹き羽口を、前記上底吹き転炉の炉底に、該炉底の中心と前記各底吹き羽口の中心とを結ぶ線分が互いに等角度となるように４〜６個並べて設置しておくとともに、
   前記酸素上吹きランスを、該酸素上吹きランスの中心軸に対して各ノズルの中心軸が同一の角度をなしているノズルであって、前記底吹き羽口の設置数と同数のノズルを先端に備えるように、かつ、
   前記酸素上吹きランスの中心軸と前記各ノズルの中心軸とがなす角度、および該酸素上吹きランスの先端から溶銑静止浴面までの距離が、前記底吹き羽口の全部について下記（１）式および（２）式を満たすように、かつ、
   前記炉底の中心と前記ノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底とを結ぶ線分と、該炉底の中心と前記ノズルの中心軸および溶銑静止浴面の交点直下の炉底に最も近い底吹き羽口の中心とを結ぶ線分とがなす角度が、前記底吹き羽口の全部について下記（３）式を満足するように調整して、吹錬すること
   を特徴とする溶銑の脱炭吹錬時のスピッティングを低減する方法。
   ０．３≦ｒ_Ｎ／Ｒ≦０．９ ・・・・・（１）
   Ｒ＝Ｈｔａｎθ ・・・・・・（２）
   ただし、（１）式および（２）式において、
   ｒ_Ｎ：前記上底吹き転炉の炉底の中心から前記各底吹き羽口の中心までの距離（ｍ）
   Ｒ：前記上底吹き転炉の炉底の中心から前記各ノズルの中心軸と溶銑静止浴面との交点直下の炉底までの距離（ｍ）
   Ｈ：前記酸素上吹きランスの先端から溶銑静止浴面までの距離（ｍ）
   θ：前記酸素上吹きランスの中心軸と前記各ノズルの中心軸とがなす角度（°）
   である。
   −１０°≦α _Ｎ ≦１０° ・・・・・（３）
   ただし、（３）式において、α _Ｎ ：前記角度である。

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