JPH0432124B2

JPH0432124B2 -

Info

Publication number: JPH0432124B2
Application number: JP17383385A
Authority: JP
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1992-05-28
Also published as: JPS6233710A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は転炉における溶鋼の昇熱方法に関し、
殊に吹錬に伴なつて発生するCOを２次的に燃焼
させるに当たり、その燃焼効率を向上することに
よつて溶鋼温度を高め、爾後の処理工程における
熱補償を図ると共に当該熱補償の効果として、ス
クラツプや鉄鉱石等の冷材をたくさん装入した場
合の不都合を可及的に抑制しスクラツプ等の大量
投入を可能とする技術に関するものである。

［従来の技術］周知の通り転炉における吹錬の主な目的は、
溶銑中に多量含まれる炭素を酸素との燃焼によつ
て除去する点と上記燃焼に伴なつて溶鋼を昇温
する点にあり、後者の目的を効果的に達成するう
えでは「１次燃焼により生成したCOの２次燃焼」
は大きなウエイトを占めている。この様なところ
から転炉吹錬に当たつては、吹錬用酸素の他、吹
錬反応により生成したCOを２次的に燃焼させる
為の２次燃焼用酸素を供給するのが有利であると
されており、こうした趣旨に沿つた研究も種々提
案されている。例えば(1)特開昭53−102205号に
は、主ランスの先端部に吹錬用酸素供給ノズルを
設けるだけでなく、２次燃焼用酸素供給用の副ノ
ズルを開口し、同一の酸素源から供給されてくる
酸素を分けて吹込むという方法が提案されてい
る。また他の方法として、(2)特開昭58−221214号
には、吹錬用酸素と２次燃焼用酸素を夫々独立し
た別系統のノズルから供給する方法が提案されて
おり、この方法の場合、２次燃焼用酸素の吹込み
位置（ランスヘツドからの距離）や主ランス軸心
に対する吹込み角度等についても色々検討されて
いる様である。

［発明が解決しようとする問題点］ところが前記(1)の方法では、２次燃焼効率に大
きな影響を及ぼす２次燃焼用酸素吐出位置のコン
トロールが極めて困難であり、十分な昇熱効果を
得ることができない。即ち２次燃焼効率は、ラン
スと湯面間の距離が大きい程高くなることが確認
されており、２次燃焼効率を高める為には主ラン
スの位置を高くすることが第１条件とされている
が、その様なランス配置で吹錬を行なうとソフト
ブロー気味になつてスロツピング等の問題が発生
し、吹錬操業性が著しく阻害される。

また前記(2)の方法では、２次燃焼効率に最も大
きな影響を及ぼすと考えられる２次燃焼用酸素ノ
ズルと湯面との間の距離、並びに２次燃焼用酸素
の流量と流速等についての検討が全く行なわれれ
おらず、２次燃焼による昇熱効果が十分に生かさ
れているとは言えない。

この様に現状の技術水準では、「COの２次燃焼
効率の如何が溶鋼温度の上昇程度に大きい影響を
与える」ということが概念的に確認されているに
留まり、２次燃焼効率を高める為に２次燃焼用酸
素を具体的にどの様な条件下で供給すればよい
か、といつた点に関する限りは、十分な研究がな
されているとは言えない。本発明はこうした状況
を憂慮し、２次燃焼効率を効果的に高めることの
できる２次燃焼用酸素供給条件を明確にし、最少
限の酸素供給量で最良の昇熱効果を得ることので
きる技術を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］上記の様な目的を達成することのできた本発明
の溶鋼昇熱方法とは、吹錬用主ランスの側壁に設
けられた少なくとも１つの２次燃焼用酸素供給ノ
ズルから湯面に向けて２次燃焼用酸素を吹付け、
転炉排ガスを燃焼させて溶鋼温度を上昇させる方
法において、前記２次燃焼用酸素供給ノズルの開
口部と湯面間の距離が該ノズル径の150〜250倍と
なる様に設定し、主ランス先端からの吹付け酸素
量に対して15％以上の２次燃焼用酸素をマツハ
0.5〜1.5の速度で吹付けるところに要旨を有する
ものである。

［作用］本発明者らは、２次燃焼効率の向上に伴なう溶
鋼の昇熱促進という究極目的に向かつて研究を行
ない、(1)湯面と２次燃焼用酸素（以下２次酸素と
いう）ノズル開口部間の距離を該ノズル径の150
〜250倍に設定すること、(2)２次酸素の供給量を
吹錬用酸素（以下１次酸素という）量の15％以上
とすること、及び(3)２次酸素の流速をマツハ0.5
〜1.5とすること、の３点に到達したものであり、
個々の詳細な設定根拠については後記実施例で明
らかにするが、概要は下記の通りである。

(1) 湯面と２次酸素供給ノズル開口部間の距離を
該ノズル径の150〜250倍に設定した点２次酸素の供給によつてCOの燃焼を効率良く
進める為には、該酸素の吹込みによつて形成され
る火炎の先端部が湯面の直上付近となる様にする
のが最善であり（詳細は後述）、下記(2)、(3)に示
す好適２次酸素量及び同流速のもとで火炎の先端
位置をこうした好適位置に保持する為には、上記
の間隔を２次酸素供給ノズル径の150〜250倍の範
囲に設定する必要がある。しかしてこの間隔が
150倍未満では２次酸素の一部が脱酸反応に消費
されて昇温の目的が十分に発揮されず、一方250
倍を超える場合は湯面からかなり離れた高い位置
でCOの燃焼が起こることになる為溶鋼への熱伝
達が期待できず、昇熱が不十分となる。

(2) ２次酸素供給量を１次酸素の15％以上とした
点１次酸素の吹込みによつて生じるCOガスの燃
焼は、吹錬炉の内部雰囲気中における酸素濃度即
ち吹込まれる２次酸素量による影響を受け、この
量が不足するとCO燃焼率を十分に高めることが
できず、目的達成の為には１次酸素量に対して15
％以上、より好ましくは20％以上の２次酸素を供
給しなければならない。

(3) ２次酸素の流速をマツハ0.5〜1.5に定めた点この流速は２次酸素供給ノズルの出口直後の流
速を意味するものであり、流速がマツハ1.5を超
えると２次酸素の供給によつて形成されるべき火
炎が当該２次酸素自身に吹き飛ばされて実質的な
火炎が形成されなくなる。その結果COの燃焼効
率は非常に低いものとなり、溶鋼昇熱効果が十分
に発揮されるには至らない。一方流速がマツハ
0.5未満では、２次酸素の吹込みによつて形成さ
れる火炎が短いものとなつて湯面まで届かなくな
り、溶鋼昇熱作用が有効に発揮されなくなる。

上記(1)〜(3)の要件は湯面付近に存在するCOと
２次酸素との反応効率を高め溶鋼の昇熱を効果的
に進めるうえで個々に見ても欠くことのできない
要件であるが、これらによる効果は相互に影響を
及ぼし合うものであり、これらの要件のうち１つ
が欠けても本発明の目的を達成することはでき
ず、これら３つの要件が相剰的に好結果をもたら
し、比較的少量の２次酸素量であつても効率良く
溶鋼の昇熱を達成することができる。

第１，２図は本発明で使用する上吹きランス１
を例示するもので、第１図は先端部の概略縦断面
図、第２図は概略底面図を示す。図示する如く本
発明で使用するランス１は先端部に１つ若しくは
複数（図では５個）の吹錬用酸素ノズル２が開口
される他、その上方側部にはCO燃焼用の２次酸
素ノズル３が複数個（図では８個）開口され、こ
のノズル３はランス１の軸心Ｐに対する傾斜角θ
を25〜40度の範囲に設定するのが最も好ましく、
酸素の供給系統は吹錬用酸素供給系統とは別ライ
ンとして設け、COの２次燃焼に最も適した速度
に制御し得る様に構成される。

そしてこのランス１を第３図（概略縦断面図）
に示す如く転炉４内へ装入し、湯面に向けて酸素
を吹付けることによつて吹錬が行なわれる。尚本
例では転炉１として底部に底吹きノズル５を併設
したものを示したが、底吹きノズル５は必ずしも
設けなくともかまわない。またランス１の形状も
図示したものに限定される訳ではなく、吹錬用酸
素ノズル２や２次酸素ノズル３の数や形状、或は
両ノズル２，３間の高さ方向の間隔Ｌ等を含めて
必要により任意に変更することができる。

［実施例］本発明者等は、COの２次燃焼効率に(1)２次酸
素の流量及び流速並びに(2)２次酸素吐出位置と湯
面の間の距離等の諸条件が少なからず影響を及ぼ
すという認識のもとで、これらの関係を定量的に
把握すべく、第４図に示す様な小型燃焼試験炉
（図中６は燃焼室、７は酸素吹込みノズル、８は
排気孔、９は１次整流板、１０は２次整流板を示
す）を使用し、LDG（CO：70％、CO₂：15％、
N₂：15％）雰囲気中において種々のノズルを用
いて酸素ガス吹込み試験を行なつた。

その結果燃焼室６内におけるCOガスの燃焼は、
同室６内のO₂濃度、即ちノズル８から吹込まれ
る２次燃焼用酸素量により著しい影響を受け、高
レベルの２次燃焼効率を確保する為には、１次酸
素量に対する２次酸素量の比率を少なくとも15
％、より好ましくは20％以上とすべきであること
が明らかとなつた。

ちなみに第５図は、２次酸素流量の１次酸素流
量に対する比率及び流速を色々に変えた場合にお
けるCO燃焼性の良否を調べた結果を示すグラフ
であり、吹込み流速によつて若干の違いはあるも
のの、前記比率を15％以上、好ましくは20％以上
に設定してやれば、COの燃焼を効率良く進める
ことができることが分かる。但しこの図からも容
易に理解できる様に、２次酸素の流速がマツハ
1.5を超えると火炎自体が形成されなくなり、２
次酸素は炉内のCOガスの燃焼にはあまり寄与せ
ず溶鋼の脱炭に消費されることとなる。但し流速
がマツハ0.5未満では、火炎が短かすぎて２次酸
素とCOの反応が湯面から離れた位置で起こる為、
溶鋼の昇熱にあまり寄与しなくなる。

即ち２次酸素の吹込みによつて形成される火炎
は例えば第６図に略示する様な形状｛［但し（２
次酸素／１次酸素）×100＝20％］、流速：マツハ
1.0、２次酸素ノズル径：Ｄmm｝となり、湯面に
対する火炎の位置によつて溶湯に対する昇熱効果
は変わつてくるが、本発明者等が実験により確認
したところでは、第６図における火炎終了点が湯
面のやや上方へくる様にノズルの位置を設定する
ことによつて最良の昇熱効果が発揮される。ちな
みに図中の位置は、火炎が未形成であり２次酸
素が燃焼していない領域、の位置は、火炎は形
成されるものの未燃焼の酸素が相当量残つており
２次燃焼効率の低い領域であり、このあたりに湯
面が存在していても溶鋼に対する昇熱効果は期待
できない。一方の位置は、２次燃焼が十分に行
なわれており且つ燃焼熱が溶鋼の昇熱に効率良く
伝えられる領域であるから、このあたりに湯面を
存在せしめることが有効である。しかしの位置
になると、２次燃焼が既に完了している為、熱量
は少なく、湯面が当該位置に存在する場合は昇熱
効率が不十分となる領域である。これらの考察を
まとめると、２次燃焼効率及び溶鋼の昇熱効率を
考慮したとき最も好ましい湯面位置（より正しく
表現すれば湯面に対する火炎位置）は第６図のｘ
で示した域と考えられる。

また第７図は、２次酸素のノズル出口直後にお
ける流速と火炎位置との関係［（２次酸素流量／
１次酸素流量）×100＝20％］を示すグラフで、火
炎の長さ及び形成位置は該流速とそのノズル径に
よつて決まり、ノズル径を一定とすると流速が大
きくなるにつれて火炎の吹飛び距離が長くなると
共に火炎終了点はノズルから遠ざかつてくる。

更に第８図Ａ〜Ｃは、直径Ｄが11.9mmの２次酸
素ノズルを使用し、流速をマツハ0.4，1.5に設定
した場合における火炎の温度分布を示すグラフで
あり、これらの図を対比すれば明白な様に２次酸
素の流速を遅くすればする程火炎温度は高くな
り、昇熱効率の向上に大きく寄与し得るものと考
えられる。

以上の予備実験データを基にして、250トン転
炉を用いて実際の吹錬実験を行なつた。尚主ラン
スとしては第１，２図に示した基本構造を有する
ものを使用した。

まず第９図は、下記実験条件のもとで［２次酸
素量／１次酸素量］の比を種々変えた場合におけ
るCOの燃焼効率を、炉内CO₂の上昇率として求
めた結果をグラフ化したものである。

（実験条件）ランス先端と湯面の間の距離：2200mm １次（吹錬）酸素ノズル径（Ｄ）：44mm ２次酸素ノズル径：20mm 同傾斜角度（θ）：30度２次酸素流速（マツハ）：1.2 ノズルヘツドと２次酸素ノズル間の距離： 1500mm 第９図からも明らかな様にCOの２次燃焼効率
を高める為には［２次酸素／１次酸素］の流量比
を15％以上、より好ましくは20％以上にする必要
がある。

次に第１０図は、［２次酸素／１次酸素］流量
比を20％に設定し、２次酸素の流速を種々変えた
他は前記と同様にして炉内のCO₂上昇率を調べた
結果をグラフ化したものである。

第１０図の結果からみると２次酸素の流速が高
くなるほどCO₂上昇率は明らかに低下しており、
CO燃焼効率を高める為にはその流速をマツハ1.5
以下、より好ましくは1.25以下に抑えるべきであ
ることが分かる。但し該流速が低くなりすぎると
燃焼が促進しても、その燃焼熱が有効に湯面に伝
わらず排ガス温度のみ上昇させる結果となるの
で、当該流速の下限はマツハ0.5と定めた。

また前記第７図でも説明した様に、２次酸素に
よつて形成される火炎の位置は２次酸素ノズルの
口径及び２次酸素の流速によつて変わつてくる
が、最も標準的な転炉吹錬条件（下記の通り）の
もとで、ランスヘツドと２次酸素ノズル開口端の
間の距離（Ｌ）を変えた場合のCO燃焼効率
（CO₂上昇率）の関係を調べたところ、第１１図
に示す結果が得られた。

（実験条件）ランス先端と湯面の間の距離：2200mm １次（吹錬）酸素ノズル径（Ｄ）：44mm ２次酸素ノズル径：20mm 同傾斜角度（θ）：30度２次酸素流速（マツハ）：1.2 （２次酸素／１次酸素）：20％第１１図からも明らかである様に、２次酸素ノ
ズルと湯面の間の距離には好適範囲があり、この
範囲を外れた場合は満足し得るCO反応率を得る
ことができず、該好適範囲は150D〜250D（より
好ましくは180D〜240Dの範囲）と考えられる。

以上の結果より、最良の吹錬条件として（２次
酸素／１次酸素）流量比：20％、ランス高さ：
2200mm、２次酸素流速：マツハ1.2、２次酸素ノ
ズルとランスヘツドの間の距離：1500mmを夫々設
定し、多数の実験を行ない、COの２次燃焼率及
び溶鋼の昇熱度について従来法と比較したとこ
ろ、第１２図に示す如くであり、本発明によれば
２次燃焼率を約10％、溶鋼昇熱度をスクラツプ比
にして約４％夫々向上し得ることが確認された。

第１３図は２次酸素独立制御型ノズルを用いた
２次吹込みパターンの一例を示したもので、CO
ガス発生率の最も高い時期（吹錬開始後２〜14
分）においては２次酸素の供給量を増大し、溶鋼
昇熱効果の向上を図つている。尚本例では予備脱
Ｐ及び予備脱Ｓを行なつていない溶銑を吹錬対象
とする例を示したが、脱Ｐ・脱Ｓ済みの溶銑を使
用する場合は、脱Ｐ・脱Ｓ期がなく直ちに脱Ｃに
入るので２次酸素流量を高める時期を若干早める
方が好ましい。

［発明の効果］本発明は以上の様に構成されているが、要は２
次酸素供給ノズルと湯面の間の距離、２次酸素の
供給量及び流速を夫々設定することによつて、２
次酸素によるCOの燃焼効率及びその燃焼に伴な
う溶鋼の昇熱効率を最大限に高めることができ、
スクラツプ比の増大或は吹止め温度の上昇といつ
た利益を亨受し得ることになつた。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明で使用するランスを例示す
るもので、第１図は先端部の概略縦断面図、第２
図は底面図、第３図は吹錬状況を示す説明図、第
４図は予備実験で用いた試験炉を示す概略縦断面
図、第５図は２次酸素の流速及び（２次酸素／１
次酸素）流量比がCOの燃焼性に及ぼす影響を示
すグラフ第６図はCOの２次燃焼時に生ずる火炎
のモデル図、第７図は２次燃焼時の火炎に及ぼす
２次酸素流速及び２次酸素ノズル−湯面間距離の
関係を示すグラフ、第８図は２次酸素ノズル開口
端からの距離と火炎温度の関係を示すグラフ、第
９図は（２次酸素／１次酸素）流量比が炉内CO₂
上昇率（CO反応率）に及ぼす影響を示すグラフ、
第１０図は２時酸素の流速が同じくCO₂上昇率に
及ぼす影響を示すグラフ、第１１図は、ランス−
２次酸素ノズル間距離（及びランスヘツド−２次
酸素ノズル間距離）がCO₂上昇率に及ぼす影響を
示すグラフ、第１２図は２次燃焼効率と溶鋼昇熱
度（スクラツプ比）につき従来例と本発明法を対
比して示すグラフ、第１３図は本発明を実施する
際における２時酸素の供給パターンを例示する説
明図である。１……ランス、２……吹錬用（１次）酸素ノズ
ル、３……２次酸素ノズル、４……転炉。

Claims

【特許請求の範囲】

１転炉吹錬を行なうに当たり、吹錬用主ランス
の側壁に設けられた少なくとも１つの２次燃焼用
酸素供給ノズルから湯面に向けて２次燃焼用酸素
を吹付け、転炉排ガスを燃焼させて溶鋼温度を上
昇させる方法において、前記２次燃焼用酸素供給
ノズルの開口部と湯面間の距離が該ノズル径の
150〜250倍となる様に設定し、主ランス先端から
の吹付け酸素量に対して15％以上の２次燃焼用酸
素をマツハ0.5〜1.5の速度で吹付けることを特徴
とする転炉における溶鋼昇熱方法。