JPH04160109A - 転炉精錬方法 - 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、転炉精練方法、特に、転炉内の溶銑または溶
鋼に上吹きランスを介して酸素を吹き込んで脱炭・脱り
ん・昇温等を行う転炉精練方法に関する。

（従来の技術） 高炉で製造された溶銑を脱炭・昇温する精錬炉としては
、現在、転炉が最も一般的に採用されている。特に上吹
き転炉は炉内の溶銑または溶鋼に上吹きランスを介して
超音速酸素ジェットを吹き付けることによって脱炭・脱
りん等の精錬反応および昇温を効率良く行う精錬装置で
ある。

また転炉炉内の雰囲気圧力を大気圧以上とすることによ
り、熱効率および歩留り等を向上させることを狙った“
加圧転炉”の考え方も最近溶融還元の分野ではあるが提
案されてきている。しかしその場合の加圧は精錬期間内
においては一定の加圧であって炉内雰囲気圧力は常に一
定に保たれている。

（発明が解決しようとする課題） 転炉の上吹きランスには一般的にラバールノズルが用い
られている。第１図にその断面を模式的に示したように
、このラバールノズル１ｏはスロート部１２と末広がり
部１４から成り、図中、矢印で示すように外部酸素供給
源（図示せず）からの酸素はノズル口１６を経て炉内溶
鋼表面に向がって超音速で吹付けられる。その際、効率
的に酸素を転炉内に吹き込むためにはノズルスロート径
Ｄ１、出口径Ｄ２、酸素元圧Ｐ０、炉内雰囲気圧Ｐ２を
下式（１）を満足するように定める必要があると言われ
ている。

（Ｕ鉄と鋼Ｊ　６２（２９７６）ｐ、１７９５）ＤＩ：
　　ラバールノズルスロート径 Ｄｚ　：　　　ｌ’Ｆ　　　　７　　出口径ｋ　：　酸
素比熱比（−１，４） Ｐｏ、Ｐｚ：　　絶対圧（ｋｇ／ｃｍ”−ａｂｓ）−Ｃ
的に、Ｐｚは１気圧であるから、ノズル形状が決まれば
酸素元圧Ｐ０はほぼ一義的に決まってしまう。従って、
一般に転炉においては上吹き０２流量の可変幅は非常に
小さく、設計酸素流量の±３０％程度である。特にＰｏ
を低くして供給酸素量を少なくすることは困難であった
。

一方、第２図に模式的にグラフで示すように、上吹酸素
精錬に際しての溶銑または溶鋼の脱炭速度は、特に精錬
初期および精錬末期の精錬中大幅に変動することから、
精錬初期および末期には酸素効率の低下、スラグおよび
溶鋼中の酸素量の上昇等の問題があった。

かくして、本発明の目的は、鋼中［０１の低減をはかり
、ＰｅおよびＭｎの歩留を向上できる転炉精錬方法を提
供することである。

さらに、本発明の目的は、酸素流量の可変幅を可及的に
大きくすることによって酸素効率の改善を図ることので
きる転炉精錬方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） そこで、第２図のグラフから分かることは、吹錬初期お
よび吹錬中期においては溶銅［Ｃ］　が高いため脱炭速
度が大きく鋼中［０１の上昇、Ｆｅ−、Ｍｎの酸化は起
こらないことから、吹錬初・中期は極力酸素流量を上げ
て生産性を上げることができる。

一方、吹錬末期でＩＣ］　が低下してくると脱炭速度が
低下する。脱炭に消費されない酸素は鋼中へ溶解して［
０１を上昇させるか、Ｆｅ、　Ｍｎを酸化して歩留を低
下させる。

従って、脱炭中期は酸素流量を極力上昇させ、一方末期
は酸素流量を低下させることによって生産性の上昇、鋼
中［０１低減、Ｆｅ、　Ｍｎ歩留の向上を両立させるこ
とができる。

しかしながら、単に酸素供給量だけを変更しても、これ
は酸素元圧Ｐ６の変更を意味するものであって、前述の
ようにかかる方法には酸素供給量の変更幅に一定の制限
がある。

そこで、前述のように、Ｄ３、Ｄ２、Ｐｏ、Ｐ２の間に
ある一定の関係があることに着目した。

すなわち、そのような関係があるため一般の転炉（Ｐｚ
＝　Ｉ　ｋｇ／ｃｍ”−ａｂｓ）においては、Ｐａの制
御幅が小さく、従って酸素流量の制御幅も小さい。しか
しながら本発明者はこの点を改善するため、種々の検討
を行った結果、得ようとする酸素流量に対し、炉内圧も
制御することにより酸素流量の制御幅を飛躍的に増加さ
せることができることを見い出し、本発明を完成した。

ここに、本発明は転炉内の溶銑またば溶＠Ｌこ上吹きラ
ンスを介して酸素を吹き込んで精錬する転炉精錬方法に
おいて、上吹きランスにラバールノズルを設置するとと
もに、該ラバールノズルから噴射される酸素ジェットの
マンハ数Ｍ２が下式（２）、（３）で示されるような関
係式を満足するように酸素元圧Ｐ０および転炉内界囲気
圧力Ｐ２を調整しつつ精錬を行う方法である。

Ｄｌ、Ｄ２、ｋ、　Ｐａ、Ｐ２については式（１）に同
し。

すなわち、本発明によれば、精錬末期の酸素流量を減少
させたいときは炉内圧力を低下させ、−方、精錬初期お
よび精錬中期は炉内圧力を上昇させて酸素流量も上昇さ
せながら転炉精錬を行うのである。

このように本発明によれば式（２）、（３）を満足する
限り酸素流量を大幅に変更してもラバールノズルを常に
理想的に作動させることが可能となるのであって、これ
により従来者えられなかったような低炭素、低酸素の溶
鋼が歩留まりよく製造されるのである。

なお、精錬初期および末期は、特にそれに制限されない
が、脱炭速度が時間と共に増加、または減少する期間を
いい、それ以外を精錬中期という。

（作用） 次に、本発明において精錬条件を上述のように限定した
理由を説明する。

Ｆ（Ｍ２）の下限値を０．７（ＤＩ／Ｉ）２）としたの
はＦ（Ｍ２）がそれ未満になるとラバールノズル出口に
おけるジェットの圧力が雰囲気圧よりも低くなってしま
う結果、第３図のようにノズル出口近傍においてジェッ
トの剥離が生じ、ノズル内面への地金付着が生じてしま
うと共に酸素ジェットの動圧が著しく低下し上吹きの撹
拌力低下、火点の分散等が起きてしまうからである。

一方、ｆ　（？ｈ）の上限値を１．３（Ｄ、／Ｄ２）と
したのは、それを超えるとラバールノズルの出口におけ
るジェットの圧力が雰囲気よりも高くなってしまい、ノ
ズル出口においてジェットの不連続的な膨張が起こり圧
力損失が大きくなるため、この場合も酸素ジェットの動
圧が低下し、前述のような問題が生しるためである。

第３図は、Ｆ（Ｍ２）が過小時のジットの剥離減少を模
式的に示す説明図であり、これによれば、ノズル口１６
近傍で酸素ジェット３はノズル壁面５から剥離し、これ
が断続的に起こることによって酸素ジェット３に一種の
振動が生し、ジェットの不安定化、ノズル出口への地金
付着をもたらす。

本発明においてＰｏの変更は酸素供給源からの供給管の
弁操作によって、また炉内雰囲気圧Ｐ２は排ガス流路の
弁操作および密閉化によってそれぞれ変更できる。

本発明における転炉精錬方法にあってはその他特に制限
されることはなく、例えば上述のような本発明にかかる
上吹きを行いながら転炉底部からはアルゴンガスなどの
不活性ガスを吹き込んでもよい。

次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的
に説明する。

（実施例） 実施例１ 転炉に溶銑２５０Ｔを装入し、精錬初期３分および精錬
末期２分は炉内雰囲気圧を大気圧（Ｏｋｇ／ｃｍ”・ａ
ｂｓ）として酸素を２１２０ＯＮｍ”／ｈｒ（Ｐｅ−８
，９ｋｇ／ｃｍ”　・ａｂｓ）の量だけ吹き込み、精錬
中期は炉内雰囲気圧を２．７　ｋｇ／ａｍｚ−ａｂｓ　
とし酸素を５７２００　Ｎｍ’／ｈｒ　（Ｐａ＝２４ｋ
ｇ／ｃｍ”・ａｂｓ）吹き込んで精錬を行った。

なお、上吹ランスは４孔ラバールノズルでスロート直径
（Ｄｌ）３７．４ｍｍ、出口直径（Ｄｚ）５０．３ｏ＋
ｍ、ノズル角度１５°であった。

精錬終了後の溶鋼［χＣ１は０１０５％、溶鋼中酸素は
３１０ｐｐｍ、スラグ中（χＴ、Ｆｅ）は１２．５％で
あった。

比較例１ 比較のため上吹ランスとして４孔ラバ一ルノズルスロー
ト径５２ｍｍ、出口径７６１、広がり角１５°のものを
用い吹錬全期にわたり炉内圧を大気圧とし、酸素流量を
５７２００　ＮＷｌ’／ｈｒ（Ｐｏ　＝１２ｋｇ／ｃｍ
”　・ａｂｓ）吹き込む精錬を行った。この場合の精錬
終了後の溶鋼［χＣ１は０．０５％、溶鋼中酸素は４２
０ｐｐｍ、スラグ中（χＴ、　Ｆｅ）は１６．５％と本
発明法より高かった。

なお、実施例１および比較例１におけるｒ（ｒｌ、）の
値はいずれも（ＤＩ／Ｄ２）であるが本発明例では精錬
初期および末期に炉内雰囲気圧を排ガス流路の弁操作に
よって調整している点が比較例と異なる。

また、実施例１および比較例１のいずれにあっても底吹
ガスとしてＡｒを吹錬全期にわたり１５０ＯＮｍ″／ｈ
ｒ吹き込んだ。

比較例２ さらに比較例として上吹ランスにスロート径Ｄ１、出口
径Ｄ２共に５２−一の４孔ストレートノズルを用い、吹
錬全期にわたって炉内圧を大気圧とし、酸素を５７２０
０　Ｎｍ３／ｈｒ　（Ｐ＋＝１２ｋｇ／ｃｍ”　・ａｂ
ｓ）吹き込む精錬を行った。

この場合の精錬終了後の溶鋼［ＩＣ１は０．０５％であ
り、溶鋼酸素は５５０ｐｐｍ、スラグ中（ＸＴ、Ｆｅ）
は１８．０％と比較例１よりさらに高かった。なお、本
比較例におけるｆ（Ｍ、）は０．６８（ＤＩ／［１２）
であった。

これらの結果は第１表にまとめて示す。

実施例２ 転炉に溶銑２５０丁を装入し、精錬初期４分および精錬
末期３分は炉内雰囲気圧を大気圧として酸素を１６００
ＯＮ＋ｅ’／ｈｒ（Ｐｏ＝６．２　ｋｇ／ｃｍ”　・ａ
ｂｓ）、精錬中期は炉内圧を２．５　ｋｇ／ｃｍ２・ａ
ｂｓとし、酸素を６００００８ｍ３／ｈｒ　（Ｐｏ＝２
２．０ｋｇ／ｃｍ”　・ａｂｓ）だけ供給して精錬した
。なお、上吹ランスは４孔ラバールノズルでＤ＋＝４０
ｅ＋ｍ、Ｄｚ＝５３．６ｍｍ、ノズル角度１５°であっ
た。

精錬終了後の溶鋼［ＩＣＩは０．０４％、溶鋼中酸素は
４３０ｐｐＩＩＩＮ　スラグ中（χＴ、Ｆｅ）は１６．
２％であった。

この場合のｆ（？Ｉ、）は初期・末期で１．１０（ＤＩ
／Ｄ２）、中期で（Ｄ、／Ｄ２）であった。

比較例３ 比較のため上吹ランスとして４孔ラバールノズルで、Ｄ
＋＝５２ｍ＋ｓ、Ｄｚ＝８２ｍｍのものを用い、精錬初
期３分、および末期３分は酸素２４０００１１＋ｗ’／
ｈｒ　（Ｐ。

＝５．６ｋｇ／ｃｓ＋”−ａｂｓ）、中期は６０００Ｏ
Ｎｍ”／ｈｒ（Ｐ０＝　１２．６ｋｇ／ｃａ＋！・ａｂ
ｓ）で吹錬を行った。炉内圧力は全て大気圧である。精
錬終了後の溶鋼［ＩＣ１、酸素はそれぞれ０．０４％、
５１０ｐｐｍ、スラグ中（χＴ、Ｆｅ）は１８．６％と
本発明法より高かった。またこのときノズル内には地金
の付着が観察された。従来法におけるｆ（−）は精錬初
期、末期で１．３２（ＤＩ１０２）、中期１．０６（Ｄ
＋／Ｄｉ）であった。

また底吹条件は実施例１と同しであった。

結果は同じく第１表にまとめて示す。

実施例３ 転炉に溶銑２５０丁を装入し、精錬初期３分および精錬
末期３分は炉内圧を０．２５ｋｇ／ｃｍ”　・ａｂｓと
して上吹ランスより酸素を１５０００　Ｎｍ３／ｈｒ　
（Ｐａ＝３．１　ｋｇ／ｃｍ”・ａｂｓ）、精錬中期は
炉内圧を大気圧として酸素を６００００　Ｎｍ３／ｈｒ
　（Ｐｏ＝１２．６ｋｇ／ｃＩｌ”　・ａｂｓ）を吹き
込み、底吹ノズルよりＡｒを１３０ＯＮｍ’／ｈｒｌ錬
全期にわたって吹き込みつつ精錬を行った。

使用した上吹ノズルは４孔ラバールノズルでり。

＝５２ｍｍ、　Ｄｚ＝７７＋＋ｎ、ノズル角度１５°で
あった。

精錬終了後の溶鋼［ＩＣ１は０．０４％、溶鋼中酸素は
４１０ｐｐｍ、スラグ中（χＴ、Ｆｅ）は１５．１％で
あった。

またこの場合のｒ（Ｍｚ）は精錬全期にわたり（Ｄ、／
Ｉｈ）であった。

比較例４ 比較のため精錬初期３分および末期３分は上吹ランスよ
り酸素を３５００ＯＮｍ’／ｈｒ　（Ｐｏ＝７．７ｋｇ
／ｃ＋ｍ”・ａｂｓ）、精錬中期は酸素を６０００ＯＮ
ｍ３／ｈｒ（Ｐａ＝１２．６ｋｇ／ｃｍ”・ａｂｓ）で
吹き込み炉内圧は常に大気圧として、かつ底吹よりＡｒ
を常に１３０ＯＮｍ’／ｈｒ吹き込んで精錬した。

上吹ランス構造は実施例３と同じであった。

精錬終了後の溶鋼［ＩＣＩは０．０４、溶鋼中酸素は５
０５ｐｐｍ、スラグ中（ＸＴ、Ｆｅ）は１７．６％であ
った。この場合のｆ（？１．）は精錬中期でＣＤ＋／Ｄ
ｄ　、精錬初期および末期は１．１４（Ｄ□／Ｄ２）で
あった。

（以下余白） （発明の効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、上吹酸素の
元圧Ｐ０、炉内圧Ｐ２をコントロールしつつ酸素流量を
脱炭速度に見合った値とすることにより、ノズルへの地
金付着を起こさずに脱炭酸素効率の向上、スラグおよび
溶鋼中酸素濃度の低減、鉄歩留間上等が可能であり、特
に今日強く求められている生産性の著しく高い転炉精錬
方法の実現が可能になるなど、本発明の実用上での意義
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において使用するラバールノズルの構
造を示す略式断面図： 第２図は、転炉精錬の全期間に亘っての脱炭速度の変化
を概略示すグラフ；および 第３図は、ジェットの剥離現象の略式説明図である。 １：　ラバールノズルスロート部 ２：出口部　　　３：酸素ガスジェット４ニジエツト剥
離部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 転炉内の溶銑または溶鋼に上吹きランスを介して酸素を
   吹き込んで精錬する転炉精錬方法において、上吹きラン
   スにラバールノズルを設置するとともに、該ラバールノ
   ズルから噴射される酸素ジェットのマッハ数Ｍ＿２が下
   式で示されるような関係式を満足するように酸素元圧Ｐ
   ＿０および転炉内雰囲気圧力Ｐ＿２を調整しつつ精錬を
   行う方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、▲数式、化学式、表等があります▼ Ｄ＿１：ラバールノズルスロート径 Ｄ＿２：〃〃出口径 ｋ：酸素比熱比（＝１．４） Ｐ＿０、Ｐ＿２：絶対圧（ｋｇ／ｃｍ＾２・ａｂｓ）