JP6111812B2 - 精錬用上吹きランス - Google Patents

Description

本発明は、精錬用上吹きランスに関し、具体的には、精錬用フラックス粉体およびガスを溶銑浴面に吹き付ける精錬用上吹きランスに関する。

近年、石灰系の脱りん精錬剤を粉体にして上吹きランスから溶銑浴面へ吹き付けることにより滓化を促進させ、少ない石灰系脱りん精錬剤で効率よく脱りん処理する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、上吹きランスの中心孔からＣａＯ系脱りん精錬剤粉を、Ｎ_２ガスをキャリアーとして溶銑へ吹き付ける方法が開示される。その際、中心孔の周囲に配置された複数の主孔からＯ_２ガスを吹き付ける。中心孔から脱りん精錬剤粉を、Ｎ_２ガスをキャリアーとして吹き付ける理由は、主に二つある。

一つは、脱りん精錬剤粉にＡｌ_２Ｏ_３や酸化鉄含有剤粉等の硬質な粉が含まれている場合、その脱りん精錬剤粉を吐出させるノズルの摩耗が顕著となる。特に主孔は、ランス中心軸に対して傾斜角が付与されているため、脱りん精錬剤粉が主孔を通過する際に主孔壁へ衝突する粉体の割合が高く、局所的に顕著な摩耗が生じる。このため、ランス中心軸にノズル中心軸が一致していてノズル壁へ衝突する脱りん精錬剤粉の割合が低い、中心孔から吹き付ける。

もう一つは、脱りん精錬剤中に含まれる鉄鉱石などの酸化鉄含有剤がその供給配管と接触して発生する火花によって配管が燃焼することを防ぐために、Ｎ_２ガスをキャリアーに用いる。なお、その供給配管には鋼管を通常用いているため、その燃焼を防ぐことができればよい。したがって、キャリアーガスはＮ_２以外に、不活性ガスやＯ_２含有量の少ない不活性ガスを用いてもよい。

ところが、上記方法を用いる場合、脱りん精錬剤粉を上吹きしない期間にもＮ_２ガスを吹き続けて、中心孔への地金侵入によるノズル詰まりやノズル壁の溶損を回避する必要がある。そのため、Ｎ_２ガス使用量の増加によるコストアップが生じ、また、脱炭吹錬では溶鋼中のＮ_２の上昇が避けられないという問題が生じる。

特開２０１１−１５８５号公報

Ａｌ_２Ｏ_３や酸化鉄等の硬質な粉を含む脱りん精錬剤粉を上吹きランスから溶銑へ吹き付ける際に、その供給配管と接触して発生する火花によって配管が燃焼するのを防ぐために、Ｎ_２ガスをキャリアーに用いる。脱りん精錬剤粉は、質量濃度でＣａＯ成分を５０％以上含有するほか、他成分としてＡｌ_２Ｏ_３やＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３を含んでいてもよい。また、前記ＣａＯ成分はＣａＣＯ_３として含まれていてもよいし、転炉スラグ中に含まれている成分であってもよい。代表的には、生石灰粉や石灰石粉、またはそれらとボーキサイトや鉄鉱石等の天然鉱物や転炉スラグとの混合粉が例示される。

脱りん精錬剤粉の粒径は、精錬における反応の役割や反応効率、ならびに供給経路の摩耗抑制やガスによる搬送の容易性等を考慮して、物質単体でＣａＯを５０質量％以上含有している生石灰粉の最大粒径を１ｍｍ以下とする以外、石灰石粉、ボーキサイト粉、鉄鉱石粉、転炉スラグ粉などは全て最大粒径を０．５ｍｍ以下とする。

また、上記した脱りん精錬剤粉によるランス先端の粉体吐出孔の摩耗を抑制するために、極力ランス軸芯とノズル軸芯とが一致する中心孔から上記脱りん剤粉を上吹きする。

そして、脱りん剤粉を上吹きしない期間は、そのキャリアーガスであるＮ_２を止める。
以上の条件を全て満足してノズル壁の摩耗やＮ_２使用量増加を抑え、かつ、ノズル壁の溶損を防止して安定操業できる精錬用上吹きランスは、これまで、存在しなかった。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｃを得て、本発明を完成した。

（Ａ）前記した脱りん精錬剤粉の溶銑浴面への供給を、上吹きランスの軸芯と軸芯が一致する中心管の内部を通じて、ランス先端部に配置した粉体吐出ノズルの上部へキャリアガスとともに搬送し、その後、さらにランス先端部に配置したランス軸芯と軸芯が一致する粉体吐出ノズル（中心孔）を通じて、溶銑浴面上へ吹き付ける方法によって行う場合、
脱りん精錬剤粉を搬送するランス中心管と上記中心孔とが完全には接続されておらず、その接続部に開口部を存在させていても、脱りん精錬剤粉はランス中心管から吐出された後、その大部分が粉体吐出ノズル（中心孔）へ移動して、ランス先端から吐出される。この場合、粉体吐出ノズル（中心孔）の周囲に配置したＯ_２ガス吐出用の主孔は、そのノズル中心軸がランス軸に対して通常の角度（１０°〜１５°）を有していても、脱りん精錬剤粉による顕著な摩耗を回避することができる。

（Ｂ）脱りん精錬剤粉を搬送するランス中心管と前記中心孔との間に開口部を存在させていた場合、脱りん精錬剤粉の上吹きを停止してからそのキャリアガスであるＮ_２の供給を止めると、粉体吐出ノズル（中心孔）の周囲に配置したＯ_２ガス吐出用の主孔に前記ランス中心管の外側の配管内を通じて供給していたＯ_２ガスが、その開口部を通って中心孔から吐出するようになる。そのため、Ｎ_２停止後にもその中心孔への地金差し（溶銑が跳ね返って付着する現象）を回避することができる。

（Ｃ）脱りん精錬剤粉の上吹き時、粉体吐出ノズル（中心孔）上部の前記開口部を通じてＮ_２ガスとＯ_２ガスとが混合するので、中心孔からはＮ_２ガスとＯ_２ガスの混合ガスをキャリアーとして脱りん精錬剤粉が吐出される。その影響により、その中心孔に地金差しがあった場合には、その地金差し部分で溶銑粒と混合ガス中のＯ_２ガスとが接触することになるが、ランス先端部分を燃焼し難い銅製または銅合金製とすることにより、配管が燃焼する問題を回避できる。

本発明は、以下に列記の通りである。
（１）脱りん精錬剤粉を搬送用ガスとともに供給するための第１の経路と、
第１の経路の周囲に配置されて酸素ガスを供給するための第２の経路と、
第１の経路の下方のランス先端部分に装着されるランス先端部と、
ランス先端部に配置される中心孔と、
第２の経路に接続してランス先端部に配置される複数個の主孔とを備え、
脱りん精錬剤粉およびガスを溶銑浴面に吹き付ける精錬用上吹きランスにおいて、
前記ランス先端部の上側面に設けられて、第１の経路と第２の経路とを連通する開口部を備えること
を特徴とする精錬用上吹きランス。

（２）前記開口部の断面積（Ｓ_１）は、前記中心孔の先端の断面積（Ｓ_２）に対し、Ｓ_２≦Ｓ_１≦４×Ｓ_２であることを特徴とする（１）項に記載された精錬用上吹きランス。

（３）（１）項又は（２）項に記載された精錬用上吹きランスを用いて脱りん精錬剤粉およびガスを溶銑浴面に吹き付ける精錬方法において、
第１の経路で脱りん精錬剤粉を搬送するガスを、空気，還元性ガス，炭酸ガス，非酸化性ガス又は希ガスのうちのいずれか１種または２種以上のガスとすることを特徴とする精錬方法。

本発明によれば、脱りん精錬剤粉の大部分を粉体吐出ノズル（中心孔）から吐出できるので、脱りん精錬剤粉によるランス主孔の顕著な摩耗を回避できる。

また、本発明によれば、脱りん精錬剤粉の上吹きを停止してからＮ_２ガスを止めても、ランス内主孔用Ｏ_２ガスが粉体搬送用配管と中心孔との開口部を通って中心孔から吐出するので、Ｎ_２停止時の中心孔への地金差しを回避できる。

このため、本発明によれば、Ｎ_２ガス量を減らしてコストを低減できるとともに、吹錬途中でＮ_２ガスを止めることができるので、溶鋼中Ｎアップを避けられるため、脱炭吹錬でも本発明ランスを用いることができる。

図１は、本発明に係る精錬用上吹きランスの、ランス先端部分の構造の概要を示す縦断面図である。 図２は、本発明に係る精錬用上吹きランスの、ランス最先端の概要を示す平面図である。 図３（ａ）は、開口部の周辺の一態様を透視状態で示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ-Ａ断面図であり、図３（ｃ）は、開口部の周辺の他の一態様を透視状態で示す斜視図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）におけるＡ-Ａ断面図である。

本発明に係る精錬用上吹きランスを、添付図面を参照しながら、説明する。
図１は、本発明に係る精錬用上吹きランス１の、ランス先端部分２の構造の概要を示す縦断面図である。図２は、本発明に係る精錬用上吹きランス１の、ランス最先端の概要を示す平面図であり、本発明に係る精錬用上吹きランス１が粉体吐出ノズルである中心孔９を一つ有するとともに主孔１０を５つ有する転炉ランスである場合のノズル配置例を示す。

ランス１は、外管６と、その内部に、配管３，４，５と先端部７とを備える。配管３はランス中心管であってその外部に配管４が配置され、配管４の外部に配管５が配置され、さらに、配管５の外部に配管６が配置される。

配管３の内部である第１の経路１２を、Ｎ_２ガスをキャリアーとして脱りん精錬剤粉が流れる。すなわち、上吹きランスの軸芯と軸芯が一致する中心管３の直下に、その軸芯と軸芯が一致する粉体吐出ノズル９（中心孔９）を配置し、その中心管３の内部（第１の経路１２）を通して脱りん精錬剤粉を輸送して、脱りん精錬剤粉の大部分を中心孔９から吐出させる。

脱りん精錬剤粉のキャリアーガスはＮ_２を基本とするが、空気，還元性ガス，炭酸ガス，非酸化性ガス，希ガスのうちのいずれか１種または２種以上のガス、またはそれらとＮ_２との混合ガスであってもよい。なお、以降の説明では、図１に示すように、中心管３の内径はｄ１とする。

中心管３と配管４との間である第２の流路１３をＯ_２ガスが流れる。すなわち、中心管３と配管４との間隙である第２の経路１３にはＯ_２ガスを流し、Ｏ_２ガスの大部分は中心孔９の周囲に配置した複数の主孔１０から吐出させる。

さらに、配管４と外管６との間には、配管５を間仕切りとして冷却水が流れる。図１に示すランス１では、配管４と配管５との間が冷却水の送り経路であり、配管５と外管６との間の冷却水が戻り経路である。

先端部７は、ランス１の先端部分２に装着される。先端部７の中心にランス軸芯とその軸芯が一致するように中心孔９が穿設され、その周囲に複数の主孔１０がランス中心軸を中心にして同一円周状に互いに等角度で形成される。ランス先端部７は、熱伝導率が高く、燃焼し難いＣｕ製またはＣｕ合金製とすることが望ましい。なお、以降の説明では、図１に示すように、中心管３の内径をｄ１、中心孔９の入側径をｄ２とし、出側径をｄ４とするとともに、中心孔９の途中の径をｄ３とする。

このようにして、ランス１は、精錬剤粉を搬送用ガスとともに供給するための第１の経路１２と、第１の経路１２の周囲に配置されてＯ_２ガスを供給するための第２の経路１３と、第１の経路１２の下方のランス先端部７に配置される中心孔９と、第２の経路に接続してランス先端部７に配置される複数個の主孔１０とを備えており、精錬剤粉およびガスを溶銑浴面に吹き付けるために用いられる。

ランス１では、さらに、ランス先端部７の上側面には、上下方向への長さがＬの開口部１１が設けられている。開口部１１の形状は特に限定を要するものではないが、穴形状とする場合には穴数を３以上とし（各孔の断面積は同じとし、形状も同じにすることが望ましい）、ランス１の先端部７の直上において、各穴の中心が同一のランス横断面上にあり、その各穴の中心位置がランス先端部７の上面（中心孔９の入口面）から（ｄ１）／２〜（ｄ１）であって、ランス中心軸に対して対称な位置に各穴を配置することが望ましい。穴を対称な位置に配置しないと、中心管３の先端から中心孔９へ吐出する脱りん精錬剤粉の流れ方向がランス中心軸方向から偏ってしまい、脱りん精錬剤粉が中心孔９の側壁に衝突して、局所的な摩耗が生じ易くなるためである。

なお、開口部１１の断面積Ｓ_１（穴形状の場合には各穴の断面積の総和）は、中心孔９の先端の断面積Ｓ_２（＝π×（ｄ４）^２／４）以上とすることが望ましい。断面積Ｓ_１＜断面積Ｓ_２であると、吹錬途中でＮ_２ガスを止めたときに中心孔９へ流入するＯ_２ガス流量が減少し、中心孔９へ地金が差す可能性を生じるためである。

一方、開口部１１の断面積Ｓ_１は、中心孔９の先端の断面積Ｓ_２の４倍以下とすることが望ましい。断面積Ｓ_１＞４×断面積Ｓ_２であると、中心管３の先端から吐出した脱りん精錬剤粉が中心孔９以外へ飛散する割合が増えてしまうためである。

図３（ａ）は、開口部１１の周辺の一態様を透視状態で示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ-Ａ断面図であり、図３（ｃ）は、開口部１１の周辺の他の一態様を透視状態で示す斜視図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）におけるＡ-Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）により示す態様は、主孔１０を周囲に５つ設けられたノズル軸芯の中間に、各開口部１１の中心がある長方形の窓を５個配置した場合である。

中心管３と、中心管３および中心孔９それぞれの中心軸を一致させるとともに配管３，４の位置関係を不変とするため、配管３を動かないように固定することが望ましい。中心管３は、中心管３と先端部７との接続部を有する場合には、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、その接続部によって先端部に穿設されている中心孔９および主孔１０との位置関係が固定される。

しかし、そのような接続部を有しない構造のランスとした場合には、中心管３を固定する方法としては、例えば図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、中心管３の側壁と配管４の側壁とを治具１４により固定する方法が例示される。

中心管３の内径ｄ１と中心孔９の入側径ｄ２は、（１）式の関係を満たすことが望ましい。

ｄ１≦ｄ２ （１）
内径ｄ１が入側径ｄ２よりも小さいと、中心管３の先端から吐出した脱りん精錬剤粉が中心孔９以外へ飛散する割合が増えてしまうためである。

中心孔９はストレート形状（ｄ２≧ｄ３＝ｄ４）でもよいし、先端部になるほど断面が拡大するラバール形状（ｄ２≧ｄ３≦ｄ４）としてもよい。なお、ストレート形状とは、ｄ３＝ｄ４の長さが２０ｍｍ以上の場合とする。

このように、ランス１では、第１の経路１２及び第２の経路１３が、開口部１１が形成されていることにより、ランス先端部分２の内側で連通する。

ランス１は、ランス先端部分２の内部において第１の流路１２と第２の流路１３とを連通する開口部１１を有するので、脱りん精錬剤粉は第１の流路１２から吐出した後、その大部分が中心孔９へ移動して、ランス先端から吐出する。そのため、脱りん精錬剤粉によるランス主孔１０の顕著な摩耗が回避される。また、脱りん精錬剤粉の上吹きを停止してからＮ_２ガスを止めると、第２の流路１３を流れるＯ_２ガスが開口部１１を通って中心孔９から吐出する。そのため、Ｎ_２停止後の中心孔９への地金差しを回避できる。

なお、ランス１では、脱りん精錬剤粉の上吹き時、中心孔９の入側でＮ_２ガスとＯ_２ガスとが混合するので、中心孔９からはＮ_２ガスとＯ_２ガスの混合ガスをキャリアーとして脱りん剤粉を吐出する。しかし、必要に応じて、ランス先端部分２の一部または全部を燃焼し難い銅製または銅合金製とすることにより、配管の燃焼問題を生じない。

したがって、ランス１によれば、Ｎ_２ガス量を減らしてコストを低減できるとともに、吹錬途中でＮ_２ガスを止めることができるので、溶鋼中Ｎアップを避けられるため、脱炭吹錬でもランス１を用いることが可能になる。

１ 本発明に係る精錬用上吹きランス
２ ランス先端部分
３〜６ 配管
７ ランス先端部
９ 中心孔
１０ 主孔
１１ 開口部
１２ 第１の流路
１３ 第２の流路

Claims (3)

1. 脱りん精錬剤粉を搬送用ガスとともに供給するための第１の経路と、
   該第１の経路の周囲に配置されて酸素ガスを供給するための第２の経路と、
   前記第１の経路の下方のランス先端部分に装着されるランス先端部と、
   該ランス先端部に配置される中心孔と、
   前記第２の経路に接続して前記ランス先端部に配置される複数個の主孔とを備え、
   脱りん精錬剤粉およびガスを溶銑浴面に吹き付ける精錬用上吹きランスにおいて、
   前記ランス先端部の上側面に設けられて、前記第１の経路と前記第２の経路とを連通する開口部を備えること
   を特徴とする精錬用上吹きランス。
2. 前記開口部の断面積（Ｓ１）は、前記中心孔の先端の断面積（Ｓ２）に対し、
   Ｓ２≦Ｓ１≦４×Ｓ２であることを特徴とする請求項１に記載された精錬用上吹きランス。
3. 請求項１又は請求項２に記載された精錬用上吹きランスを用いて脱りん精錬剤粉およびガスを溶銑浴面に吹き付ける精錬方法において、
   前記第１の経路で脱りん精錬剤粉を搬送するガスを、空気，還元性ガス，炭酸ガス，非酸化性ガス又は希ガスのうちのいずれか１種または２種以上のガスとすることを特徴とする精錬方法。

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