JPH01272710A - ３重管羽口の溶損防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スクラップなどの固体金属を溶融金属中で安
価な熱源である石炭粉などを用いて溶解し、また同時に
脱炭する方法、あるいは、鉄浴により石炭等を連続的に
ガス化する方法等における石炭等と酸化性ガスを同時に
吹込む３重管羽口の溶損防止方法に関するものである。

（従来の技術） 転炉等の反応容器内の溶融金属にスクラップ等の固体金
属を投入して、石炭等の安価なｐｔ！、源により溶解し
、または同時に脱炭する方法、あるいは、鉄塔反応容器
で石炭等の炭素含有物質を連続的にガス化する方法等に
おいて、反応容器の底部または側部から非酸化性搬送ガ
スと共に石炭等の炭素質物質を、酸素等の酸化性ガスと
羽口冷却用の非酸化性ガスと同時に溶融金属中へ吹き込
む３重管羽口が従来から知られている。例えば特開昭５
６−５５５２８号公報の金属の溶解精錬法において示さ
れている３重管羽口は、中８管から非酸化性搬送ガスと
共に炭素質粉末を、中間環状部（中間管）から酸化性ガ
スを、外側環状部（外管）から冷却用の非酸化性流体を
溶融金属中に吹込むものである。

また、特公昭５７−２４３９７号公報の石炭のガス化方
法において示されている３重管は、例えば、中心管から
搬送不活性ガスにより石炭を、中間管から酸素を、外管
及び中心管と中間管の間から保護媒体を吹き込むもの、
あるいは、中心管から酸素を、中間管から保護媒体を、
外管から石炭を吹き込むものである。

而して、このような３重管の構成は、下記■〜■に示す
理由により、第２図に示すように中心管１から石炭等の
炭素買物質、中間管２から酸素等の酸化性ガス、外管３
から冷却用非酸化性流体を流し、中間管２には、その通
路の均一性、中心管の中心性を保つリブ４が必要である
。

■　石炭と酸素の反応効率を考えると、石炭を酸素が取
り巻く様にすべきである。

■　羽口溶損の主原因と考えられる酸素の片側、理想的
には両側は非酸化性流体により冷却すべきである。

■　石炭等の炭素買物質による配管摩耗は非常に大きく
、単期間に孔があく。このため、石炭が通過する管のみ
を定期的に交換する必要がある。これらのため、石炭の
通路をψ間管、外管に求めるとすれば、摩耗により、内
側と外管の２つの管材を損耗させることになるため、交
換等が困難で、不経済となり、石炭等の炭素質物質は、
中心管を通すべきである。

■　炉底あるいは炉側から吹込みを行う場合、耐火物の
厚みのため、羽口の長さが１ｍ以上の長い管で構成され
る。従って、中心管がその中心を保ち、中間管の通路が
均一を保ち中間管、中心管を通る流体により中心管が振
動するのを防止するためには、中心管の外側にリブ状の
スペーサーを設置する必要がある。

■　中間管から多量の流体を流す場合、中間管のリブは
、スポット的なものでは必要流量を流すには向かず、ら
線状のものでは高圧損となるため、ストレート状のリブ
が必要であり、リブの高さもかなり高いものが必要であ
る。

（発明が解決しようとする課題） 以上の様な、３重管羽口により転炉等の反応容器の炉底
あるいは炉側より、石炭等の炭素質物質を搬送用非酸化
性ガスと共に中心管から１１を込み酸化性ガスをリブに
より形成された中間管から吹込み、冷却用非酸化性流体
を外管から溶融金属中に吹き込んで、スクラップ等の固
体金属溶解を行い、または、同時に脱炭を行う方法、あ
るいは、石炭等の連続ガス化を行う方法等において、羽
口が先行的に溶損する事がある。

周知の事実として、溶液中へガスを吹込むと、気泡後退
現象が起こる。実機においてこの気泡後退により、羽口
及び羽口周辺に力が作用し、羽口周辺へ作用する場合、
羽口周辺耐火物を損傷させ、さらに羽口まで溶損する。

これを耐火物先行羽口溶損と名付けることとする。−方
、羽口ぺ気泡後退が作用した時、羽口先の複雑な気泡挙
動により、羽口内へ溶融金属の溶融液滴が侵入する。従
来のＬＤ−ＯＢ法等でもこの現象は見られていて、２重
管であるため中心管の内壁に付着している。

しかし、３重管の場合、中心管へ侵入した溶融液滴は、
石炭により取り除かれるため付着跡は見られず、また、
侵入したとしても酸素等の酸化性ガスは存在しないので
付着溶融液滴が酸素と反応して燃焼することはない。し
かし、中間管へ侵入した溶融液滴は、酸素等の酸化性ガ
スにより、燃焼してしまう。周知の事実として、酸素が
流れている配管中に、可燃性の金属溶融物が存在する場
合、配管を燃焼させてしまう。ＬＤ−ＯＢ法等の２重管
の場合、溶融液滴が侵入し内壁に付着しても、配管の熱
容量が大きいために付着液滴がすぐ冷却され配管まで燃
焼させることはあまりない。しかし、３重管の中間管に
侵入した溶融液滴はそれが熱容量の小さいリブに付着し
た時、液滴もリブも冷却されにくく、リブが燃焼してし
まう。ざらにリブが燃焼を始めると、配管まで燃焼して
しまうことがある。これを羽口先行溶損と名付ける。つ
まり大量の酸素を中間管から吹込む３重管羽口は、中間
管にリブを必要とし、このリブに気泡後退現象により侵
入した溶融金属の液滴が付着して、酸素により燃焼し、
羽口を溶損させてしまう。

従来技術の３重管羽口である特開昭５６−５５５２δ号
公報や、特公昭５７−２４３９７号公報においては、中
心管を保持するリブ等の具体的方法は明記されていない
が、前述した様に１ｍ以上の羽口で、大量の酸素を吹込
む場合、どうしてもリブ状のものが必要であり、羽口先
行溶損の問題が発生する。

（課題を解決するための手段） 本発明者らはこれらの羽口先行溶損を防止するため、ま
ず模型実験により気泡後退（バックアタック）現象の解
明を行った０羽口から溶液中に吹き込まれたガスの挙動
を高速度ビデオで観察した。第３図（ａ）では羽口５か
ら吹込まれたガスジェット６は正常であるが、ガスジェ
ットの噴出力が下ると第３図（ｂ）のように、ガスジェ
ット６にくびれ７が生じ、これが進行して第３図（Ｃ）
に示すごとくガスジェットが切断されガスジェット６と
離脱した気泡８間に液が置換し、ガスジェット６が羽口
側に後退するバックアタック現象が見られる０以上の現
象の観察結果から、羽口先行溶損の原因となる液滴侵入
のメカニズムは、第４図に示す様に、気泡が離脱した直
後の液置換により、羽口先気泡の浮力Ｆ１に対する反力
とジェットの慣性力Ｆ１の反力の一部が、バックアタッ
ク力として羽口先に作用する時、ガスジェットの慣性力
がバックアタック力より小さい時に羽口内へ液滴が侵入
する現象と考える。そこで、このバックアタック力を羽
口先に配置した圧力センサーにより圧力Ｐａとして測定
した。

この結果、同一吹込ガス量の場合、羽口径が大きくなる
と、羽口直上に生成される気泡径が大きくなり、バック
アタック圧力が大きくなること、吹込ガス量の増加とと
もに、バックアタック圧力が大きくなることなどが判明
した。

又、３重管の中間管のバックアタック力は、断面積相当
直径で評価すると２重管と同じように評価できる事が判
った。

ここで中間管の断面積相当直径とは、第２図で求められ
る。即ち輪状の断面積Ａを円に置き換えた時の直径を意
味する。

前記説明のようにバックアタック現象の支配要因は、羽
口径に比例する気泡の浮力、ガスジェットの慣性力と考
えられ、これらの実験結果を整理した結果、バックアタ
ック圧力ＰＩＳは（１１式の様に表わすことができた。

ｐ　、　−５、０３・ｙ　、　−ｄｌ　／　２−　ｙ　
、　Ｉ　／　４　、　Ｑ　Ｉ　／　２　　（ｋｇ　／　
ｍ　２　）・・・（１）式 ただし、γＳは液比型（ｋｇ／ｍ３）　、γ１はガス比
重（ｋｇ／Ｎｍ３）、　ｄは羽口断面積相当直径（ｍ）
、Ｑは吹込ガス量（Ｎｍ３／Ｓ）である。

ここで、実温におけるバックアタック力は、模型実験に
おけるバックアタック力よりも大きくなる。すなわち、
浴温や反応による気泡の体積膨張があるためで、この値
をＫとすると、Ｋは理論上約５．１である。模型実験の
結果から、ジェットの慣性力がバックアタック力より小
さい時に羽口内へ液滴が侵入することが羽口先行溶損の
メカニズムと考えた。これから実温における液滴侵入防
止条件は、（２）式で表わされる。

実機のバックアタック　カ　＝模型実験のバックアタッ
ク×　Ｋ≦ジェットの慣性力 ・・・（２）式 そこで、実機に・おける羽口先行溶損を第１図の様に整
理すると、溶損境界のに値として６〜７を得た。この値
は、理論値Ｋ　＝　５．１に比較的近い、すなわち、液
滴侵入による羽口先行溶損防止条件は、（２）式である
と考えて良く、Ｋの値は理論上５．１であるが、実際に
は、バラツキも含めに＝７であり、Ｋ＝７以上であれば
、液滴侵入による羽口先行溶損はないと言える。

ジェットの慣性力Ｆ、はｈ＝γＳ・Ｑ−ｕ／ｇと表わさ
れるので、（１）式と（２）式およびに＝７から（３）
式を得る。

ｄ≦２０・γ１１／６・γＳ−２／＠・Ｑｌ／３　　・
・・（３）式ただしｄ：中間管羽口断面積相当直径（■
）γＳ：中間管吹込ガス比重量（ｋｇ／Ｎｍ３）γＬ：
溶融金属比重量（ｋｇ／ｍ３） Ｑ：中管間吹込ガス流量（Ｎｍ’／Ｈ）すなわち、本発
明は転炉等の反応容器において固体金属を溶解する方法
、または、石炭等をガス化する方法等で、反応容器の底
部あるいは、側部に設けた３重管からなる羽口を用い、
中心管から非酸化性ガスと共に炭素質物質を、中間管か
ら酸化性ガスを、外管から冷却用非酸化性流体を溶融金
属中に吹き込む方法において、酸化性ガスを吹込む中間
管の相当直径を（３）式で示す様に選択することで、羽
口先行的溶損を防止することを特徴とする３重管羽口に
おける羽口溶損防止方法である。

必要吹込み酸素量が決まると、（３）式によって酸素吹
込み中間管の相当直径が決まる。すなわち、ＬＤ−ＯＲ
法等の２重管では溶銑等の差込みを防止する吹込ガス量
と羽口径の関係が言われているが、それから３重管を推
定することは、代表径ｄを何にすれば良いか不明であり
、困寵であった。しかし、本発明では、溶融金属の液滴
が侵入しないように（３）式から、吹込流量に見合った
相当羽口径を選択することにより、羽口先行溶損を防止
するものである。

本発明において、羽口は円形としているが、円形以外に
おいても同様である。

（実　施　例） 次に本発明の実施例を示す。転炉底部に取付けた３重管
羽口の中間管から酸素を吹込み、中心管から吹込まれた
石炭とともに、溶銑中に投入されたスクラップを溶解し
た。この時、羽ロー本当りの酸素量を１２８５Ｎｍ３／
Ｈとし、酸素流速を４９８８ｍ／Ｓとして中間管の相当
直径が３０．２ｍｍの羽口を設計した。この時の前述に
値は９．３である。この羽口は、２５チャージ終了後引
き抜いた結果、耐火物先行溶損による先端の溶損以外は
認められずまた、液滴侵入も認められなかった。

比較例 転炉底部に取付けた３重管羽口の中間管から酸素を吹込
み、中心管から吹込まれた石炭とともに、溶銑中に投入
されたスクラップを溶解した。この時、羽ロー本当りの
酸素量を１２８５Ｎｍ３７Ｈとし、酸素流速を４１ＯＮ
ｍ／Ｓとして中間管の相当直径が３３．３ｍｍの羽口を
設計した。この時の前述に値は６．０である。この羽口
は、２５チヤージ終了後引抜いた結果、明らかにリブ及
び中心管が燃焼状態で溶損していた。また中間管内部を
観察すると、溶接のスパッタ状の溶銑液滴がかなり奥ま
で侵入していた。

（発明の効果） 羽口先行溶損は、突発的に発生し、羽口が溶損すると操
業がストップしてしまう。すなわち、転炉等の反応容器
における固体金属溶解法、あるいは、石炭等のガス化法
等において、羽口先行溶損は致命的事故であり、羽口先
行溶損を防止することは、操業の安定化、プロセスの確
立、コストの削減等の意味からきわめて重要である。

前述した実機テストにおいて、羽口溶損が発生した場合
、全てがストップし、新しい羽口に取換えるまで、下工
程の生産までもストップするという結果となり、本発明
による羽口先行溶損を防止する効果は、はかり知れない
ものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の説明図、第２図は、３玉管の説明図
、第３図は、バックアタックの説明図、第４図は、バッ
クアタックによる液滴侵入の説明図である。 １・・・中心管　　　　　２・・・中間管３・・・外管
　　　　　　４・・・リブ５・・・羽口　　　　　　６
・・・ガスジェット７・・・くびれ　　　　　８・・・
気泡第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　転炉等の反応容器の底部あるいは側部に設けた３重
   管からなる羽口を用い、中心管から非酸化性ガスと共に
   炭素質物質を、中間管から酸化性ガスを、外管から冷却
   用非酸化性流体を溶融金属中に吹き込むに当り、酸化性
   ガスを吹込む中間管の相当直径を下記式で示す様に選択
   することで、羽口先行的溶損を防止することを特徴とす
   る３重管羽口の溶損防止方法 ｄ≦２０・γ＿Ｓ＾１＾／＾６・γ＿Ｌ＾−＾２＾／＾
   ９・Ｑ＾１＾／＾３ ただし、ｄ：中間管羽口断面積相当直径（ｍｍ） γ＿Ｓ：中間管吸込ガス比重量（ｋｇ／Ｎｍ＾３） γ＿Ｌ：溶融金属比重量（ｋｇ／ｍ＾３） Ｑ：中間管吸込ガス流量（Ｎｍ＾３／Ｈ）