JP6292019B2 - Top blowing lance for molten metal refining - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、製鋼用転炉において精錬用ガスを溶融金属に吹きつけるために使用する溶融金属精錬用上吹きランスに関する。 The present invention relates to an upper blowing lance for molten metal refining used for blowing a refining gas to molten metal in a steelmaking converter, for example.
転炉型精錬容器において上吹きランスから溶銑に酸素を吹き付ける脱炭処理によって溶鋼を得る操業では、処理効率向上のために酸素流量を上げて高速処理をすることが求められている。 In the operation of obtaining molten steel by decarburization treatment in which oxygen is blown from the top blowing lance to the molten iron in a converter type refining vessel, it is required to increase the oxygen flow rate and perform high-speed treatment in order to improve the treatment efficiency.
しかし、酸素流量を上げると、吹錬中の粒鉄飛散(スピッティング)が激しくなり、鉄分歩留りが低下してしまうことが問題であった。 However, when the oxygen flow rate is increased, there is a problem that the grain iron scattering (spitting) during blowing is intensified and the iron yield decreases.
このスピッティングを低減するためには、酸素ガスジェットが浴面に衝突するときのエネルギーを分散させることが可能なランス多孔化が有効であり、現状の製鋼用転炉においては多孔ランスを用いるのが一般的である。 In order to reduce this spitting, it is effective to make porous lances that can disperse energy when the oxygen gas jet collides with the bath surface. In current steelmaking converters, porous lances are used. Is common.
多孔ランスとは、ランスをランス先端面側から見たときに、同一円周上に2孔以上のノズルが等間隔で配置されたものであり、通常各ノズル軸の延長がランス中心軸上の1点で交わるように傾斜している。 Perforated lances are nozzles with two or more holes arranged at equal intervals on the same circumference when the lance is viewed from the lance tip surface side. Normally, the extension of each nozzle axis is on the center axis of the lance. It is inclined to meet at one point.
多孔ランスではノズル個数が多いほどジェットの衝突エネルギーを分散させる効果が大きく、スピッティング低減に有利である。現状の転炉では4〜6孔の多孔ランスが用いられているが、今後更に高速の吹錬を要された場合、更にランスの多孔化が望まれる。 In the porous lance, the larger the number of nozzles, the greater the effect of dispersing the collision energy of the jet, which is advantageous in reducing spitting. In the current converter, a porous lance having 4 to 6 holes is used. However, if further high-speed blowing is required in the future, it is desired to make the lance more porous.
しかしながら、多孔ランスにおけるノズル数の増加には自ずと限界がある。すなわち、ノズル数が多くなりすぎると各ノズルに対応するキャビティー(ジェット衝突による浴面の凹み)に重なりが生ずるが、これにより、スピッティングが助長されることになる。 However, the increase in the number of nozzles in the porous lance is naturally limited. That is, if the number of nozzles becomes too large, cavities corresponding to the nozzles (recesses in the bath surface due to jet collision) are overlapped, which facilitates spitting.
これに対して、特許文献1には、上吹き多孔ランスのノズルの向きをひねり、各ノズルの噴出方向を互いにねじれた位置関係にすることで、スピッティングを低減できると開示されている。 On the other hand, Patent Document 1 discloses that the spitting can be reduced by twisting the direction of the nozzle of the upper blow porous lance and making the ejection direction of each nozzle twisted to each other.
しかし、特許文献1に記載の上吹き多孔ランスを使用した結果、このノズルの向きをひねる角度を大きくするほど、ランス先端部の耐用回数(寿命)が低下することがわかった。ノズル出口周囲の溶損が通常のランスと比べて激しいために寿命が低下し、ランスの交換頻度が増加してしまうのである。そこで、この課題の原因を詳細に調査した。 However, as a result of using the top blow porous lance described in Patent Document 1, it has been found that the service life (life) of the tip of the lance decreases as the angle of twisting the nozzle increases. Since the melting damage around the nozzle outlet is more severe than that of a normal lance, the service life is shortened and the frequency of lance replacement is increased. Therefore, the cause of this problem was investigated in detail.
まず、上底吹き型転炉においてノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスを使用した後、ランスが溶損した痕跡を詳しく観察した。その結果、地金は各ノズル出口の周囲の一部に付着しており、出口全周に付着しているわけではなく、ノズルをひねったことで通常ランスと異なる向きとなるジェットの噴出方向に地金が比較的多く付着していた。地金が付着していた箇所が、ジェットの噴出方向のノズル出口近傍であったことから、その部分が他所に比べて圧力が低いことが考えられる。 First, after using a top blown porous lance in which the direction of the nozzle was twisted in an upper bottom blown type converter, the trace of the lance being melted was observed in detail. As a result, the bare metal is attached to a part of the periphery of each nozzle outlet, not to the entire circumference of the outlet, but by twisting the nozzle, it is in a jet direction that is different from the normal lance. A relatively large amount of bullion was attached. Since the place where the metal was attached was near the nozzle outlet in the jetting direction of the jet, it is considered that the pressure in that part is lower than in other places.
次にノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスの構造について、詳細に検討した。 Next, the structure of the top blowing porous lance with the nozzle direction twisted was examined in detail.
通常の多孔ランスでは、ジェットの噴出方向に地金が多く付着することはみられていない。したがって、ノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスの構造自体がこのノズル出口での溶損を招いている可能性が高い。通常の多孔ランスでは、各ノズルからジェットが合体せずに放射状に噴出されるように、各ノズル中心軸はランス中心軸と平行ではなく、ランス外側に向けて傾斜角が付与された構造となっている。 In ordinary porous lances, a large amount of metal is not attached in the jet direction of the jet. Therefore, there is a high possibility that the structure of the upper blow porous lance having the nozzle orientation twisted causes melting at the nozzle outlet. In a normal porous lance, each nozzle center axis is not parallel to the lance center axis, and a tilt angle is given to the outside of the lance so that the jets are ejected radially from the nozzles without being combined. ing.
ノズル中心軸がランス中心軸と平行でない場合、ランス先端面がランス中心軸と直角な平面であると、ノズル中心軸とランス先端面とは直角に交差しないため、ノズル出口形状が円の形状でなくなってしまう。ノズル中心軸とランス先端面が直角に交差しない場合には、噴出されるジェットの特性に悪影響を及ぼすことが考えられる。 If the center axis of the nozzle is not parallel to the center axis of the lance and the tip surface of the lance is a plane perpendicular to the center axis of the lance, the nozzle center axis and the tip surface of the lance do not intersect at right angles. It will disappear. If the nozzle center axis and the lance tip surface do not intersect at right angles, it is considered that the characteristics of the jet jetted may be adversely affected.
ところで、転炉の上吹きランスのノズルは、一般的にラバールノズルである。ラバールノズルは、末細ノズルと末広ノズルを接続したノズルである。転炉の上吹きランスの場合、それらの間にはスロート直管部が設けられることが一般的であり、また、末細ノズルが省略される場合がある。いずれの場合も流路断面が最小となるスロート直管部でチョークしたガスを末広ノズルにおいて膨張させることで超音速ジェットが噴出される。 By the way, the nozzle of the top blowing lance of the converter is generally a Laval nozzle. The Laval nozzle is a nozzle in which a narrow nozzle and a wide nozzle are connected. In the case of an upper blowing lance of a converter, a throat straight pipe portion is generally provided between them, and the fine nozzle may be omitted. In any case, the supersonic jet is ejected by expanding the choked gas in the throat straight pipe portion having the smallest flow path cross section in the divergent nozzle.
ラバールノズルの中心軸とランス先端面が直角に交差しない場合には、末広ノズルがランス先端面で斜めに切断されることとなり、末広部におけるガスの膨張が不均一となるため、ノズル出口面におけるジェットの流速・圧力・温度分布の不均一をもたらすことが考えられる。 If the center axis of the Laval nozzle and the tip of the lance do not intersect at a right angle, the divergent nozzle will be cut obliquely at the tip of the lance, and the gas expansion at the divergent part will be non-uniform. It is considered that the flow velocity, pressure, and temperature distribution of the water will be uneven.
そのため、図1に示す多孔ランス10では、ノズル中心軸12dに傾斜角βがついていることを勘案し、多孔ランス10の先端面12bがノズル中心軸12eと直角に交差するように、円錐面で構成されているのが一般的である。一般的な多孔ランス10では、このような設計が施され、ノズル中心軸12eと多孔ランス10の先端面12bが直角に交差し、ノズル出口面12dにおけるジェットの流速・圧力・温度分布が不均一とならないように配慮されることが多い。
Therefore, in the
しかし、図2に示すノズルの向きをひねった多孔ランス20では、多孔ランス20の先端面22bを円錐面で設計しても、ノズル中心軸22eと多孔ランス20の先端面22bを直角に交差させることはできない。ラバールノズル22aの向きをひねった上吹き多孔ランス20において、ノズル中心軸22eと多孔ランス20の先端面22bを直角に交差させるためには、各ノズル中心軸22eに対して直角な面を多孔ランス20の先端面22bにラバールノズル22aの数だけ設ける必要がある。しかし、そのような場合には先端面22bに大きな凹凸が形成され、多孔ランス20の製作が難しいだけでなく、使用時において凹凸部によって地金が付着しやすくなる可能性が考えられる。
However, in the
したがって、ラバールノズルの向きをひねった多孔ランスでは、ラバールノズルの中心軸とランス先端面が直角に交差させることは困難であり、その他の措置を何も講じない場合には、ノズル出口面におけるジェットの流速・圧力・温度分布の不均一が生じてしまうことになる。 Therefore, with a porous lance twisted in the direction of the Laval nozzle, it is difficult for the central axis of the Laval nozzle and the lance tip surface to intersect at right angles, and if no other measures are taken, the jet flow velocity at the nozzle exit surface・ Non-uniform pressure and temperature distribution will occur.
以上より、ラバールノズルの向きをひねった多孔ランスにおいて、ジェットの噴出方向のノズル出口面の外周近傍において溶損が大きく進行した原因は、ラバールノズルの中心軸とランス先端面が直角に交差しておらず、その他の対策を何も講じていないために、ノズル出口面におけるジェットの流速・圧力・温度分布が不均一になっていることであると推測された。また、流動解析によってノズル出口面の周囲のジェットの噴出方向の部位ではジェットの圧力(全圧)が局所的に低いことが示され、ここに飛散粒鉄が引き寄せられやすくなって、地金となって付着して溶損が進行したと考えられる。つまり、ジェットの噴出方向のノズル出口面外周近傍領域を通過するジェットは、他の領域を通過するジェットに比べ、より膨張しやすい行程となっており、その結果、局所的にジェットの圧力が低い領域が形成され、この領域に地金が比較的多く付着してランスが溶損したと考えられる。 From the above, in the porous lance twisted in the direction of the Laval nozzle, the cause of the large melting damage near the outer periphery of the nozzle exit surface in the jetting direction is that the central axis of the Laval nozzle and the tip surface of the lance do not intersect at a right angle. Since no other measures were taken, it was assumed that the jet flow velocity, pressure, and temperature distribution on the nozzle exit surface were uneven. In addition, the flow analysis shows that the jet pressure (total pressure) around the nozzle exit surface is locally low, and the scattered iron particles are easily attracted here, It is thought that the adhesion and melting damage progressed. That is, the jet passing through the region near the outer periphery of the nozzle exit surface in the jet direction of the jet has a stroke that is more easily expanded than the jet passing through other regions, and as a result, the jet pressure is locally low. A region is formed, and it is considered that a relatively large amount of metal was attached to this region and the lance was melted.
そこで、本発明は、ノズルの向きを傾斜させるとともにひねった上吹き多孔ランスにおいて、ノズル出口周囲の溶損を抑制する溶融金属精錬用上吹きランスを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an upper blowing lance for refining molten metal that suppresses melting damage around the nozzle outlet in an upper blowing porous lance that is inclined and twisted.
ノズルの向きをひねった多孔ランスでは、ノズル軸とランス先端面を直角に交差させることができないため、ノズル出口におけるジェットの流速・圧力・温度分布の不均一を抑制するためには、その他の対策を講じる必要があると考えた。そこで、発明者らは、ラバールノズルのノズルスロート直管部と末広部の境界部について改良を施し、末広ノズルのノズル出口面においてガスの膨張を均一にすることは可能か、流動解析によって検討を行った。 For porous lances with twisted nozzle orientation, the nozzle shaft and lance tip cannot cross at right angles, so other measures are available to suppress non-uniform jet flow velocity, pressure, and temperature distribution at the nozzle outlet. I thought that it was necessary to take. Therefore, the inventors have made improvements on the boundary between the nozzle throat straight pipe part and the divergent part of the Laval nozzle, and investigated whether it is possible to make the gas expansion uniform on the nozzle outlet surface of the divergent nozzle by performing flow analysis. It was.
その結果、以下の改善を行うことで、ノズル出口面におけるジェットの流速・圧力・温度分布の不均一を抑制できることを見出した。 As a result, it has been found that nonuniformity in jet flow velocity, pressure, and temperature distribution on the nozzle exit surface can be suppressed by making the following improvements.
(1)酸素含有ガスの流路とするランス内管と、該ランス内管の先端に前記流路に連通して延設される3孔以上のラバールノズルを有するとともに、前記酸素含有ガスが噴出するランス先端面を有するノズル部とを備えた溶融金属精錬用上吹きランスであって、
当該3孔以上のラバールノズルは全て同一形状で、それらの中心軸が当該ランスの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に配置され、
各前記ラバールノズルにおいて、前記溶融金属精錬用上吹きランスのランス中心軸がz軸、前記ラバールノズルの出口面の中心位置がy軸上となるように定めたxyz直交座標系において、xy平面への前記ノズル中心軸の投影がy軸となす角度をねじれ角α(deg)、前記ラバールノズルの出口面の中心を通るz軸と平行な直線と前記ノズル中心軸とのなす角をノズル傾斜角β(deg)としたとき、αが(1)式、βが(2)式を満足し、
10 < α < 70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
かつ、前記ラバールノズルは、前記流路と連通して延設されるスロート直管部と、該スロート直管部と連通して延設される末広部とを有し、該末広部の一端面である前記ラバールノズルの出口面が、前記ランス中心軸を軸とした半頂角γ(deg)の円錐面である前記ランス先端面に位置し、前記スロート直管部と前記末広部の境界面が、前記円錐面を前記z軸方向に平行移動した仮想円錐面に位置し、かつ、前記半頂角γは(3)式を満足することを特徴とする溶融金属精錬用上吹きランス。
(1) A lance inner pipe serving as a flow path for the oxygen-containing gas, a rubber nozzle having three or more holes extending in communication with the flow path at the tip of the lance inner pipe, and the oxygen-containing gas jets out. An upper blowing lance for molten metal refining provided with a nozzle portion having a lance tip surface,
The Laval nozzles having three or more holes have the same shape, and their central axes are arranged at equal intervals on a concentric circle centered on the central axis of the lance.
In each Laval nozzle, in the xyz orthogonal coordinate system in which the lance center axis of the upper blow lance for molten metal refining is set to the z axis and the center position of the outlet surface of the Laval nozzle is set to the y axis, The angle between the projection of the nozzle center axis and the y axis is the twist angle α (deg), and the angle between the straight line parallel to the z axis passing through the center of the outlet surface of the Laval nozzle and the nozzle center axis is the nozzle tilt angle β (deg ), Α satisfies the equation (1), β satisfies the equation (2),
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
The Laval nozzle has a throat straight pipe portion extending in communication with the flow path, and a divergent portion extending in communication with the throat straight pipe portion, and at one end surface of the divergent portion. An exit surface of the certain Laval nozzle is located at the lance tip surface which is a conical surface having a half apex angle γ (deg) with the lance central axis as an axis, and a boundary surface between the throat straight pipe portion and the divergent portion is An upper blow lance for molten metal refining, wherein the conical surface is located on a virtual conical surface translated in the z-axis direction, and the half apex angle γ satisfies the expression (3).
γ=90−β (3)
本発明において、「境界面とは」、スロート直管部と末広部との境界部で区切られた仮想の面を表す。
γ = 90−β (3)
In the present invention, the “boundary surface” represents an imaginary surface partitioned by the boundary portion between the throat straight pipe portion and the divergent portion.
本発明によれば、ノズルの向きを傾斜させるとともにひねった上吹き多孔ランスにおいて、ノズル出口周囲の溶損を抑制する溶融金属精錬用上吹きランスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the top blowing lance for molten metal refining which suppresses the fusion | melting loss around a nozzle exit can be provided in the top blowing porous lance which inclined the direction of the nozzle and twisted.
本発明を実施するための形態を、図を用いて説明する。以降の説明では、3孔以上のラバールノズルのうちの一つに着目して説明するが、本発明に係るランスは、同一形状のラバールノズルをそのノズル中心軸がランス中心軸を中心とする同一円周上に等間隔になるように配置している。それらの同一形状のラバールノズルの全てについて、それぞれ以下の説明が該当する。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the lance according to the present invention will be described by focusing on one of the three or more Laval nozzles. However, the lance according to the present invention has the same shape of the Laval nozzle with the same center around the center axis of the lance. They are arranged at equal intervals on the top. The following explanations apply to all of the same-shaped Laval nozzles.
1.溶融金属精錬用上吹きランス
図3に示すように、本発明の溶融金属精錬用上吹きランス(以下、単に、「ランス」と称する。)30は、ランス内管31、ノズル部32を有する。ランス内管31は酸素含有ガスの流路31aを有する。ノズル部32は、ランス内管31の先端に流路31aに連通して延設されるラバールノズル32a、ランス30の先端面32bを有する。
1. As shown in FIG. 3, the upper blow lance for molten metal refining (hereinafter simply referred to as “lance”) 30 of the present invention has a lance
ラバールノズル32aは、図3(b)および図3(c)に示すようにランス中心軸32cがz軸、図3(a)および図3(c)に示すようにラバールノズル32aの出口面32dの中心位置がy軸上となるように定めたxyz直交座標系において、図3(a)に示すようにxy平面へのノズル中心軸32eの投影がy軸となす角度をねじれ角α(deg)、図3(d)に示すようにラバールノズル32aの出口面32dの中心を通るz軸と平行な直線32fとノズル中心軸32eとのなす角をノズル傾斜角β(deg)としたとき、αが(1)式、βが(2)式を満足する。
In the
10 < α < 70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
ねじれ角αが10°以下の場合には、αが小さいために、ノズルの向きをひねった多孔ランス特有の溶損が発生しにくく、本発明を適用する必要はない。また、αが70°以上の場合、特許文献1に記載されているように、ノズルの向きをひねったことによるスピッティング低減効果がなくなってしまうため、αは70°未満とする必要がある。また、傾斜角βが15°未満ではジェット間の相互干渉が強くなり、βが30°を超えると脱炭酸素効率の低下が大きくなるため、本発明はβが15°以上30°以下のランスを対象とする。
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
When the twist angle α is 10 ° or less, since α is small, it is difficult to cause melting damage peculiar to the porous lance twisting the nozzle direction, and it is not necessary to apply the present invention. When α is 70 ° or more, as described in Patent Document 1, the effect of reducing spitting by twisting the nozzle direction is lost, so α needs to be less than 70 °. Further, when the inclination angle β is less than 15 °, mutual interference between jets becomes strong, and when β exceeds 30 °, the decarbonation efficiency decreases greatly. Therefore, the present invention provides a lance having β of 15 ° or more and 30 ° or less. Is targeted.
本発明の溶融金属精錬用上吹きランスは、ラバールノズル32aがねじれ角αおよびノズル傾斜角βを有する場合において、ラバールノズルの中心軸32eが先端面32bと垂直ではない場合であっても、(1)式と(2)式とを同時に満たす場合には、後述する(3)式をも満たすことによって地金の付着を低減してランスの溶損を抑制することができる。
When the
ラバールノズル32aは、流路31aと連通して延設されているスロート直管部32gと、スロート直管部32gと連通して延設される末広部32hとを有する。スロート直管部32gは円筒形である。スロート直管部32gと末広部32hとは境界面32iを共有している。末広部32hは境界面32iから先端面32dへ向けて断面積が大きくなっている。つまり、末広部32hは底面が出口面32dであり上面が境界面32iである略切頭楕円錐形状である。境界面32iはスロート直管部32gと末広部32hとの境界部32jで囲まれた仮想円錐面である。
The
先端面32bはランス中心軸32cを軸とした半頂角γを有する円錐面であり、この円錐面にラバールノズル32aの出口面32dが位置する。前述のように、ノズル中心軸32cが先端面32bと垂直に交差することはない。しかし、本発明者らは、ラバールノズル32aの構造に着目し、ジェットの流速・圧力・温度分布が不均一になる原因が、ラバールノズル32aのスロート直管部32gと末広部32hとの境界面32iの向きであることに着目した。そして、境界面32iを、円錐面である先端面32bをランス中心軸32cに相当するz軸に沿ってランス内管31側に平行移動した仮想円錐面32kに位置するような向きとした。そして、さらに、円錐面の半頂角γ(deg)がノズル傾斜角β(deg)との関係で(3)式を満たすようにすることによって、従来では成しえなかったジェットの流速・圧力・温度分布の不均一を抑制することができた。
The
γ=90−β (3)
以上のように、ラバールノズルの向きをひねった多孔ランスにおいて、以上の指針を設計に取り入れた形状は図3のようになり、末広部32hにおけるガスの膨張が均一化され、出口面32dにおけるジェットの流速・圧力・温度分布の不均一が抑制される。
γ = 90−β (3)
As described above, in the porous lance in which the direction of the Laval nozzle is twisted, the shape in which the above guidelines are incorporated into the design is as shown in FIG. 3, the gas expansion at the divergent portion 32h is made uniform, and the jet at the
本発明者らは本発明の効果を立証するためにノズルの流動解析を行った。 In order to prove the effect of the present invention, the present inventors conducted nozzle flow analysis.
図4には、流動解析結果の一例として、ノズルねじれ角αを変えた場合のノズル出口面における静圧の標準偏差値の変化を、本発明に係る多孔ランスと特許文献1に記載の多孔ランスとを対比して示す。ノズル出口面における静圧の標準偏差は、ノズル出口面における解析格子上の全ノード約100箇所の静圧から求めた。この図4において、本発明に係るランスは、ノズルスロート径(境界面の直径)56mm、ノズル出口断面積(出口面の面積)の円相当直径は75mm、ノズル傾斜角βが18°、半頂角γが72°であり、ノズルねじれ角αを15°〜70°の範囲で変えた場合の5孔ランスである。一方、特許文献1に記載の多孔ランスを従来として、スロート直管部と末広部との境界面32iとラバールノズル中心軸32eとがなす角度が72°でなく90°とした以外、上記の本発明に係る多孔ランスと同一にしたものを示す。酸素流量を、いずれも60000Nm3/hで上吹きする際のノズル出口面における静圧の標準偏差を、両者対比して示す。
As an example of the flow analysis result, FIG. 4 shows the change in the standard deviation value of the static pressure at the nozzle outlet surface when the nozzle twist angle α is changed, and the porous lance according to the present invention and the porous lance described in Patent Document 1. Is shown in comparison. The standard deviation of the static pressure at the nozzle exit surface was determined from the static pressure at about 100 nodes on the analysis grid at the nozzle exit surface. In FIG. 4, the lance according to the present invention has a nozzle throat diameter (boundary surface diameter) of 56 mm, a nozzle outlet cross-sectional area (outlet surface area) of 75 mm, a nozzle inclination angle β of 18 °, and a half-top. The 5-hole lance is obtained when the angle γ is 72 ° and the nozzle twist angle α is changed in the range of 15 ° to 70 °. On the other hand, according to the present invention, except that the porous lance described in Patent Document 1 is conventional and the angle formed by the boundary surface 32i between the throat straight pipe portion and the divergent portion and the Laval nozzle
従来の設計により作製されたランス(図2に示すランス)では、ねじれ角が大きくなるほど、ノズル出口面におけるジェットの圧力分布の不均一度が増したのに対し、本設計手法を取り入れることにより作製されたランス(図3に示すランス)ではねじれ角増加によるジェットの圧力分布の不均一化が抑制された。 In the lance manufactured by the conventional design (lance shown in Fig. 2), the non-uniformity of the jet pressure distribution at the nozzle outlet surface increased as the helix angle increased. In the lance (the lance shown in FIG. 3), the non-uniformity of the jet pressure distribution due to an increase in the twist angle was suppressed.
その結果、ラバールノズルの向きをひねった上吹き多孔ランスにおいて、ノズル出口面周囲の溶損は抑制され、通常のひねりを付与しないランスと同程度の寿命まで使用することができる。 As a result, in the upper blown porous lance in which the direction of the Laval nozzle is twisted, the melting damage around the nozzle outlet surface is suppressed, and it can be used up to the same life as a lance that does not give a normal twist.
また、本発明の設計手法で設計したランスについて、α、β、γを本発明適用外の条件にした場合についての調査も加えた。ランスは、前述の調査と同じく、ノズルをひねった5孔ランスで、ノズルスロート径(境界面の直径)56mm、ノズル出口断面積(出口面の面積)の円相当直径は75mmであり、酸素流量60000Nm3/hで解析を行った。表1に、α、β、γの条件とノズル出口面における静圧の標準偏差を示す。 In addition, for the lance designed by the design method of the present invention, an investigation was also conducted regarding the case where α, β, and γ were not applied to the present invention. The lance is a 5-hole lance with the nozzle twisted as in the previous study, the nozzle throat diameter (boundary surface diameter) is 56 mm, and the equivalent circle diameter of the nozzle outlet cross-sectional area (outlet surface area) is 75 mm. Analysis was performed at 60000 Nm 3 / h. Table 1 shows the conditions of α, β, and γ and the standard deviation of the static pressure at the nozzle exit surface.
ケース1は本発明範囲にあり、ノズル出口面における静圧の標準偏差は、図4に示したとおり、従来のノズルをひねったランスと比べて小さく抑えられている。ケース2では、ねじれ角αが80°と大きいが、本発明の設計手法を取り入れることでノズル出口面における静圧の標準偏差はケース1と同程度に抑制されている。但し、αが70°以上であるため、前述したようにスピッティングが多くなってしまう。ケース3では、傾斜角βが35°と大きいが、発明の設計手法を取り入れることでノズル出口面における静圧の標準偏差はケース1と同程度に抑制されている。但し、βが30よりも大きいため、脱炭酸素効率の低下が大きくなる問題が生じる。ケース4、5では、γが(3)式を満たしていないため、ノズル出口面における静圧の標準偏差はケース1よりも高く、ノズル出口面におけるジェットの圧力分布の不均一が解消されず、ノズル寿命が短くなってしまうと考えられる。 Case 1 is within the scope of the present invention, and the standard deviation of the static pressure at the nozzle outlet surface is kept small compared to a lance with a conventional nozzle twisted, as shown in FIG. In case 2, the twist angle α is as large as 80 °, but the standard deviation of the static pressure at the nozzle outlet surface is suppressed to the same extent as in case 1 by adopting the design method of the present invention. However, since α is 70 ° or more, spitting increases as described above. In case 3, the inclination angle β is as large as 35 °, but the standard deviation of the static pressure at the nozzle outlet surface is suppressed to the same extent as in case 1 by adopting the design method of the invention. However, since β is larger than 30, there arises a problem that the decarbonation efficiency is greatly lowered. In cases 4 and 5, since γ does not satisfy the formula (3), the standard deviation of the static pressure at the nozzle outlet surface is higher than that of case 1, and the nonuniformity of the jet pressure distribution at the nozzle outlet surface is not eliminated. It is thought that the nozzle life is shortened.
2.溶銑の精錬方法
本発明に係る溶銑の精錬方法は、主に純酸素ガスである酸素含有ガスを転炉に装入した溶銑に吹き付けて溶銑を精錬する際に、本発明に係るランスを用いる。本発明に係る溶銑の精錬方法において、転炉に装入する溶銑は予備処理されているかどうかを問わない。また、精錬実施後の溶銑の成分も問わず、その精錬がいわゆる溶銑予備脱燐処理であってもよいし、その精錬によって溶鋼を製造してもよい。
2. Hot metal refining method The hot metal refining method according to the present invention uses the lance according to the present invention when refining hot metal by spraying an oxygen-containing gas, which is mainly pure oxygen gas, onto the hot metal charged in the converter. In the hot metal refining method according to the present invention, it does not matter whether the hot metal charged into the converter is pretreated. Further, regardless of the component of the hot metal after refining, the refining may be a so-called hot metal preliminary dephosphorization process, or the molten steel may be produced by refining.
本発明に係るランスは、いかなる操業条件においても従来公知のノズルをひねったランスを用いるよりもノズル出口周囲の溶損を抑制してノズル寿命を延ばすことにより、ランスの交換頻度を低減して生産性の向上に貢献することができる。 The lance according to the present invention can be produced by reducing the frequency of lance replacement by suppressing melting damage around the nozzle outlet and extending the life of the nozzle, rather than using a lance with a known nozzle twisted under any operating conditions. It can contribute to the improvement of sex.
本発明の効果は、下記の上底吹き転炉における脱りん銑の脱炭吹錬操業にて検証した。 The effect of the present invention was verified by the decarburization blow smelting operation of the dephosphorization furnace in the following bottom blowing converter.
上底吹き転炉において、ひねりが付与されてないノーマルの多孔ランス、ノズルの向きをひねった従来の多孔ランス、および、本発明のノズルの向きをひねった多孔ランスのランス寿命を比較した。いずれのランスも、ノズル数が6個、ノズルスロート直径は60mm、ノズル出口断面積の円相当直径は75mm、ノズル傾斜角βは20deg、ランス先端面はランス中心軸を軸とした半頂角γが70degの円錐面とした。ノズルの向きをひねった多孔ランスのねじれ角αは40degとした。また、本開発のランスは、該ラバールノズルのスロート直管部と末広部の接続部位が、ランス中心軸を軸とする半頂角γが70degの円錐面上になるようにした。また、溶銑量はおよそ300t、酸素流量は最大70000Nm3/hで吹錬を行った。 In the top-bottom blow converter, the lance life of a normal porous lance without twisting, a conventional porous lance with twisted nozzle orientation, and a porous lance with twisted nozzle orientation of the present invention were compared. Each lance has 6 nozzles, the nozzle throat diameter is 60 mm, the equivalent circle diameter of the nozzle outlet cross-sectional area is 75 mm, the nozzle inclination angle β is 20 deg, and the lance tip surface is a half apex angle γ with the lance center axis as the axis Was a conical surface of 70 deg. The twist angle α of the porous lance twisted in the nozzle direction was 40 deg. Further, in the developed lance, the connecting portion between the throat straight pipe portion and the divergent portion of the Laval nozzle is set to be on a conical surface having a half apex angle γ with the lance central axis as an axis. Moreover, the hot metal amount was about 300 t, and the oxygen flow rate was blown at a maximum of 70000 Nm 3 / h.
流動解析で事前検討した結果、ノズル出口面における解析格子上の全ノード約100箇所の静圧から求めたノズル出口面のジェット静圧の標準偏差は、ノーマルの多孔ランスが2700Paに対して、従来のノズルの向きをひねった多孔ランスでは4200Pa、本開発のノズルの向きをひねった多孔ランスは2900Paであり、本開発の設計によりノズル出口におけるジェットの圧力分布の不均一度はノーマルランス程度に抑制されていることがわかった。 As a result of prior analysis in the flow analysis, the standard deviation of the jet static pressure on the nozzle outlet surface obtained from the static pressure of about 100 nodes on the analysis grid on the nozzle outlet surface is 2700 Pa for the normal porous lance. The porous lance with a twisted nozzle orientation is 4200 Pa, and the newly developed porous lance with a twisted nozzle orientation is 2900 Pa. The newly developed design suppresses the non-uniformity of jet pressure distribution at the nozzle outlet to a normal lance level. I found out.
本検証の結果、ノーマルの多孔ランスの耐用吹錬回数で除して規格化すると、ノーマルの多孔ランスの寿命が1.0に対して、従来のノズルの向きをひねった多孔ランスでは寿命が0.7、本開発のノズルの向きをひねった多孔ランスの寿命は1.0であり、本開発効果によってノズルの向きをひねった多孔ランスの寿命をノーマルランスと同程度とすることができた。 As a result of this verification, when the normal porous lance is divided by the number of times of blowing, the life of the normal porous lance is 1.0, whereas the life of the conventional porous lance twisted in the direction of the nozzle is 0. .7, The life of the porous lance twisted in the direction of the nozzle of this development was 1.0, and the life of the porous lance twisted in the direction of the nozzle was made comparable to that of the normal lance by the effect of this development.
Claims (1)
当該3孔以上のラバールノズルは全て同一形状で、それらの中心軸が当該ランスの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に配置され、
各前記ラバールノズルにおいて、前記溶融金属精錬用上吹きランスのランス中心軸がz軸、前記ラバールノズルの出口面の中心位置がy軸上となるように定めたxyz直交座標系において、xy平面への前記ノズル中心軸の投影がy軸となす角度をねじれ角α(deg)、前記ラバールノズルの出口面の中心を通るz軸と平行な直線と前記ノズル中心軸とのなす角をノズル傾斜角β(deg)としたとき、αが(1)式、βが(2)式を満足し、
10 < α < 70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
かつ、前記ラバールノズルは、前記流路と連通して延設されるスロート直管部と、該スロート直管部と連通して延設される末広部とを有し、該末広部の一端面である前記ラバールノズルの出口面が、前記ランス中心軸を軸とした半頂角γ(deg)の円錐面である前記ランス先端面に位置し、前記スロート直管部と前記末広部の境界面が、前記円錐面を前記z軸方向に平行移動した仮想円錐面に位置し、かつ、前記半頂角γは(3)式を満足することを特徴とする溶融金属精錬用上吹きランス。
γ=90−β (3) A lance inner pipe serving as a flow path for the oxygen-containing gas, and a lance front end face from which the oxygen-containing gas is ejected, having a laval nozzle having three or more holes extending in communication with the flow path at the tip of the lance inner pipe A top blow lance for molten metal refining comprising a nozzle part having
The Laval nozzles having three or more holes have the same shape, and their central axes are arranged at equal intervals on a concentric circle centered on the central axis of the lance.
In each of the Laval nozzles, in the xyz orthogonal coordinate system in which the lance center axis of the upper blow lance for molten metal refining is set to the z axis and the center position of the outlet surface of the Laval nozzle is set to the y axis, The angle between the projection of the nozzle center axis and the y axis is the twist angle α (deg), and the angle between the straight line parallel to the z axis passing through the center of the outlet surface of the Laval nozzle and the nozzle center axis is the nozzle tilt angle β (deg ), Α satisfies the equation (1), β satisfies the equation (2),
10 <α <70 (1)
15 ≦ β ≦ 30 (2)
The Laval nozzle has a throat straight pipe portion extending in communication with the flow path, and a divergent portion extending in communication with the throat straight pipe portion, and at one end surface of the divergent portion. An exit surface of the certain Laval nozzle is located at the lance tip surface which is a conical surface having a half apex angle γ (deg) with the lance central axis as an axis, and a boundary surface between the throat straight pipe portion and the divergent portion is An upper blow lance for molten metal refining, wherein the conical surface is located on a virtual conical surface translated in the z-axis direction, and the half apex angle γ satisfies the expression (3).
γ = 90−β (3)
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