JPH05239525A - 溶融還元炉用酸素ランス - Google Patents

溶融還元炉用酸素ランス

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JPH05239525A
JPH05239525A JP29019091A JP29019091A JPH05239525A JP H05239525 A JPH05239525 A JP H05239525A JP 29019091 A JP29019091 A JP 29019091A JP 29019091 A JP29019091 A JP 29019091A JP H05239525 A JPH05239525 A JP H05239525A
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JP
Japan
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lance
holes
center
hole
circle
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Withdrawn
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JP29019091A
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English (en)
Inventor
Akihiko Shinotake
昭彦 篠竹
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、鉄浴型の溶融還元炉を操業するに
際して用いる燃焼・熱効率のよいランスを提供する。 【構成】 本発明の上吹き酸素ランスは、ランスの半径
方向へ15°以上の広がり角を有する孔を4つ以上持つ
多孔ランスで、それらの孔の形状は、ランスの周を切る
長さが小さい扇形や楕円形等のものであり、隣接する孔
の間隔を大きくすることによって酸素ジェットは多量の
周囲ガスを巻き込みながら広がっていき、スラグ面に衝
突して広いキャビティーを形成することにより高い燃焼
・熱効率を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素の上吹きを行う鉄
浴式の溶融還元炉を用い、鉄鉱石と石炭から溶銑を製造
する溶融還元製鉄法において用いるのに適したランスに
関する。
【0002】
【従来の技術】高炉を用いない製鉄法の1つとして溶融
還元製鉄法がある。この方法で使用する溶融還元炉は、
使用する原燃料の制約を受けることなく、より小規模な
設備により鉄系合金溶湯を製造することを目的として開
発されたものである。
【0003】溶融還元炉の生産性を上げるには、熱供給
を効率よく行うことが重要であるが、例えば上吹き酸素
により二次燃焼を行い、高い熱効率を得る装置が特開昭
62−192513号公報に提案されている。
【0004】このとき上吹き酸素ランスは通常の転炉と
同様な酸素ランスを用いるが、転炉よりもソフトブロー
な吹酸が要求されるため、孔径が大きいランスや多孔の
ランスが用いられる。転炉で二次燃焼を行うためのラン
スは、例えば特開昭62−33710号公報や特開昭6
2−44517号公報に提案されている。
【0005】また、孔を非円形にし、酸素ガスを吹き込
む際に多くの雰囲気ガスを巻き込むようにすることで二
次燃焼を促進させるランスが、特開昭61−14350
7号公報や特開昭62−228424号公報に提案され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような溶融還元炉
の操業において、上吹き酸素ジェットは周囲の雰囲気ガ
スを巻き込んで反応しつつスラグ面に衝突し、スラグ面
にキャビティー(凹み)を形成する。このキャビティー
の形状は、炉内のガス流れや温度分布などの燃焼に関わ
る現象や、高温のガスからの対流あるいは放射によるス
ラグ・鉄浴への伝熱に大きな影響を与える。例えば同じ
ランスでは、ランス−スラグ間の距離が小さいほどキャ
ビティーは狭く、深くなる。
【0007】ところが、キャビティーが静止時のスラグ
厚さに近い程度にまで深くなると、酸素が溶銑を酸化し
て二次燃焼率を低下させる。また、キャビティーが狭い
場合は、ガスからスラグ層への伝熱が十分に行われな
い。したがってキャビティーが広さを確保しつつ一定限
度以上深くならないようにして操業することが望まし
い。
【0008】スラグ面にこのようなキャビティーを形成
させるためには、吹酸する際に各孔から噴射されるジェ
ットが広がるように各々の孔に角度をつけた多孔ランス
の設計が考えられる。しかし、各孔から噴射されるジェ
ットに周囲の雰囲気ガスが十分に巻き込まれないような
場合には、ジェットに囲まれる内側の領域すなわちラン
スの下部で圧力が低くなり、ジェットはこの方向に偏向
するようになる。結局単孔のランスによって吹酸した場
合と似た挙動を示す。
【0009】本発明が解決すべき課題は、溶融還元炉に
おいて広さを確保しつつ一定限度以上深くならないよう
なキャビティーをスラグ面に形成し、高い熱効率を確保
できるようなランスを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融還元炉に
おいて上吹きランスから噴射される酸素ジェットが十分
な量の雰囲気ガスを巻き込んで反応できるようにすると
ともに、スラグ面に広さを確保しつつ一定限度以上深く
ならないようなキャビティーを形成できるよう、各孔か
ら噴射されるジェットが広がるように各々の孔に角度を
つけ、かつ隣接する孔の間隔を大きくとった多孔ランス
を用いて吹酸することを特徴とする。
【0011】一定の吹酸量を確保しつつ十分な量の雰囲
気ガスが巻き込まれるようにするためには、孔の面積に
比べて隣接する孔の間隔を大きくとることが望ましい。
【0012】すなわち、本発明による溶融還元炉用酸素
ランスは、4つ以上の非円形の孔を持ち、それらの孔が
以下の3条件をすべて満たしたものである。 ランスの中央を中心として各孔の重心を通る円を描い
たとき、どの円に対しても中心から同じ位置関係にある
2つ以上の同形の孔があり、それらの重心は円周方向に
等間隔に配置されている。 最も内側の同心円上に重心がある孔は半径方向に15
°〜30°の広がり角を持ち、その他の孔は、該孔より
も内側の同心円上に重心がある孔以上の広がり角を持
つ。 ランスの中央を中心とする任意の円が孔部分を横切る
長さの合計は、該円周の70%を超えない。特に、以上
の特徴に加えて、中心に円形の1孔を持ったものは溶融
還元炉用酸素ランスとしてより優れている。
【0013】また、ランス本体に穿設したガス通路を複
数の分岐通路に分割し、該分岐通路をランス本体の中央
を中心とする円の半径方向に広がるように配設するとと
もに、各分岐通路の先端が、そのまま上記のような孔を
構成するようにしたランスも同様に溶融還元炉用酸素ラ
ンスとして優れている。
【0014】以上述べてきたような溶融還元炉用酸素ラ
ンスのうちいずれか1つを用いて溶融還元炉の操業を行
なう際には、吹酸されたジェットが溶融還元炉内のスラ
グ面に衝突することによって生成するスラグ面のキャビ
ティーの最大深さLと最大半径rが、それぞれ静止時の
スラグ深さLo とスラグ面の炉内半径Rに対して、0.
5<L/Lo <0.8かつ0.5<r/R<0.8とな
るようにランス高さと吹酸量とを制御することによっ
て、極めて高い熱効率を確保することが可能となる。
【0015】具体的な孔の形状の例を、図面を用いて説
明する。図1は、中央に円形の孔があり、その外側にラ
ンス半径方向に広がる中心角の小さい扇形が4孔以上あ
るもので、ここでは8孔の例を示している。
【0016】中央の孔からのジェットの噴出方向は下向
きで、外側の扇形の孔からのジェットの噴出方向はいず
れも鉛直方向に対して炉の半径方向に15°〜30°の
範囲にある特定の広がり角を持つものとする。
【0017】また図2は別の孔の形状の例で、中央には
図1と同じく円形の孔があり、その外側にはランスの半
径方向に長軸を持つ楕円の孔が4孔以上あるもので、こ
こでは8孔の例を示している。
【0018】この8孔のうち1つおきの4孔と残りの4
孔は、それぞれの孔の中心が、ランス中央を中心とする
半径の異なる2つの同心円上にある。ここで、内側の同
心円上に中心がある4孔からのジェットの噴出方向は、
いずれも鉛直方向に対してランス本体の中央を中心とす
る円の半径方向に15°〜30°の範囲にある特定の広
がり角(例えば15°)を持ち、外側の同心円上に中心
がある4孔からのジェットの噴出方向は、いずれも鉛直
方向に対して同じ円の半径方向に内側の4孔の広がり角
以上の特定の広がり角(例えは30°)を持つものとす
る。
【0019】なお、本実施例では8孔とも同一形状であ
るが、本発明では中心の1孔が円であり、それ以外のす
べての孔が同一形状である必要はなく、例えば本実施例
の内側の4孔と外側の4孔が異なるものでもよい。
【0020】図3には、本発明のうち分岐通路を配設し
たランスの例を示す。このランスは、ランス本体に穿設
したガス通路をランス本体先端部で6本の分岐通路に分
割し、該分岐通路を斜め下向きに広がり角が15°〜3
0°となるように形成して、それぞれの分岐通路の先端
に、中心が同心円上に等間隔に位置する楕円形の開口を
設けたものである。
【0021】なお、広がり角(孔からのジェットの噴出
方向すなわち孔の中心線と鉛直方向とのなす角度)を1
5°〜30°の範囲としたのは以下の理由による。すな
わち、15°よりも小さい場合には、隣接する孔から噴
射する酸素ジェットと重なって、十分な量の雰囲気ガス
を巻き込むことができず、十分な二次燃焼を期待できな
くなる点、並びに、ジェットがスラグ面に衝突したとき
の伝熱面積を十分に稼げなくなる点の2点で好ましくな
く、30°よりも大きい場合には、酸素ジェットがスラ
グ面のみならず、溶融還元炉内壁にも衝突し、有効なキ
ャビティーを形成できなくなる可能性が大きくなる点で
好ましくない。
【0022】また、ランスの中央を中心とする任意の円
が孔部分を横切る長さの合計が、該円周の70%を超え
ると、隣接する孔から噴射する酸素ジェットと重なっ
て、十分な量の雰囲気ガスを巻き込むことができず、十
分な二次燃焼を期待できなくなる点で好ましくない。
【0023】
【作用】溶融還元炉においては、鉱石の溶解・還元等に
多量の熱を必要とするため、酸素を上吹きして石炭分解
生成ガスや還元で生成したCOガスを燃焼させて熱を発
生させ、スラグ・メタル層に着熱させる。
【0024】スラグ中に懸濁している固体の炭材も一部
燃焼し、伝熱の媒体となる。上吹きされた酸素ジェット
は周囲のガスを巻き込みながら反応し、スラグ面に衝突
してキャビティーを形成し、ガスからスラグ層へ直接あ
るいは対流または放射によって熱が伝わる。
【0025】円形の孔を持つランスに比べて隣接する孔
との間隔が大きいため、本発明に示す構造の多孔ランス
を用いて酸素を上吹きすることにより、酸素ジェットは
十分に周囲の雰囲気ガスを巻き込んでランスの半径方向
に広がることができ、スラグ面に広いキャビティーを形
成する。
【0026】このキャビティーは容易には深くならない
ため、メタルを酸化することはなく、高い二次燃焼率を
得ることができ、また、ガスとスラグの接触面積が大き
いため、十分な着熱効率を得ることができる。
【0027】
【実施例】孔部分の構造が図1に示されるランスを用い
て溶融還元炉を操業した例を示す。ランスは中心孔が直
径80mmφの円形、周囲の孔がランス半径方向に広がる
半径210mm、中心角30°の扇形で、それが8個ある
ものを用いた。
【0028】扇形の8個の孔はその重心の位置がランス
中央を中心とする1つの円周上に等間隔に配置されてい
る。中心孔からのジェットは下向きであるが、周囲の扇
形の孔からのジェットはランスの中心線から半径方向に
20°の広がり角を持つ。
【0029】図4に示す容量300tの転炉型の溶融還
元炉に、予備還元炉によって50%予備還元された鉱石
原料投入口11より毎分2.5tの速度で装入し、これ
に炭素原料として揮発分20%の石炭を燃料投入口12
より毎分1.6t、また、スラグ形成材として石灰石を
毎分0.24t装入し、これに当該ランスから酸素を毎
分1500Nm3 吹き付けて溶融し還元した。メタル・ス
ラグが生成するのに伴ってスラグレベルが上昇し、それ
に対応してランスを上昇させながら操業した。この操業
の間、二次燃焼率は50%、二次燃焼着熱効率は90%
でほぼ安定していた。この操業結果から、当該ランスか
らの酸素ジェットにより、スラグ面には伝熱するに十分
な広さを持ち、かつメタルの酸化が起こらないような深
さのキャビティーが形成していたと考えられる。
【0030】これに対して、各孔が上記のランスと同じ
断面積と広がり角を持ち、形状が円形の孔である従来型
のランスを用いて同様の条件で操業した場合には、上記
本発明におけるランスと同じスラグ−ランス間距離にす
ると二次燃焼率は下がる。
【0031】もし50%の二次燃焼率を得ようとする場
合は、上記ランスを使用した場合と比べてスラグ−ラン
ス間距離を大きく取らねばならず、その結果、着熱効率
がさらに低くなり、鉱石供給量を減らさない限り溶銑温
度が低下するという熱供給における問題が生じた。
【0032】この操業結果から、この従来型のランスか
らの酸素ジェットは本発明のランスよりも周囲ガスの巻
き込み量が少なく、かつ深く狭いキャビティーを形成し
ていることが推定される。
【0033】
【発明の効果】本発明によるランスを用いることによ
り、上吹きランスからの酸素ジェットが十分な量の周囲
の雰囲気ガスを巻き込んで反応することが可能となり、
一方、スラグ面に衝突して、スラグ面に広く浅いキャビ
ティーを形成する。その結果、メタルを酸化させること
なく高い二次燃焼率と熱効率を得ることができる。加え
て、高い熱効率を得ることから排ガスの温度を低く抑え
ることができ、従って、炉内耐火物や煙道への熱負荷を
軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る上吹き酸素ランスの第一の例で、
その孔部分の構造の説明図である。
【図2】本発明に係る上吹き酸素ランスの第二の例の説
明図である。
【図3】本発明の更に他の分岐通路を配設したランスの
例の説明図で(a)は側面図、(b)は背面図である。
【図4】本発明の実施例で使用した溶融還元炉の概要図
である。
【符号の説明】
1 ランス本体 2 中心孔 3 周囲孔 4 各周囲孔の重心を通る同心円 5 4孔の重心を通る内側の同心円 6 他の4孔の重心を通る外側の同心円 7 ガス通路 8 分岐通路 9 先端開口部 10 鉄浴炉 11 原料投入口 12 燃料投入口 13 酸素ジェット 14 排ガスダクト 15 溶銑 16 スラグ 17 スラグキャビティー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年1月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】この8孔のうち1つおきの4孔と残りの4
孔は、それぞれの孔の中心が、ランス中央を中心とする
半径の異なる2つの同心円上にある。ここで、内側の同
心円上に中心がある4孔からのジェットの噴出方向は、
いずれも鉛直方向に対してランス本体の中央を中心とす
る円の半径方向に15°〜30°の範囲にある特定の広
がり角(例えば15°)を持ち、外側の同心円上に中心
がある4孔からのジェットの噴出方向は、いずれも鉛直
方向に対して同じ円の半径方向に内側の4孔の広がり角
以上の特定の広がり角(例えば30°)を持つものとす
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】これに対して、各孔が上記のランスと同じ
断面積と広がり角を持ち、形状が円形の孔である従来型
のランスを用いて同様の条件で操業した場合には、上記
本発明におけるランスと同じスラグ−ランス間距離にす
ると二次燃焼率は下がった。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4つ以上の非円形の孔を持ち、それらの
    孔が以下の各条件をすべて満たした溶融還元炉用酸素ラ
    ンス。 1.ランスの中央を中心として各孔の重心を通る円を描
    いたとき、どの円に対しても中心から同じ位置関係にあ
    る2つ以上の同形の孔があり、それらの重心は円周方向
    に等間隔に配置されている。 2.最も内側の同心円上に重心がある孔は半径方向に1
    5°〜30°の広がり角を持ち、その他の孔は、同じく
    15°〜30°の広がり角の範囲で、該孔よりも内側の
    同心円上に重心がある孔以上の広がり角を持つ。 3.ランスの中央を中心とする任意の円が孔部分を横切
    る長さの合計は、該円周の70%を超えない。
  2. 【請求項2】 中心に円形の1孔を設けた請求項1記載
    の溶融還元炉用酸素ランス。
  3. 【請求項3】 ランス本体に穿設したガス通路を複数の
    分岐通路に分割し、該分岐通路をランス本体の中央を中
    心とする円の半径方向に広がるように配設するととも
    に、各分岐通路の先端がそのまま請求項1または2に記
    載の孔を構成するようにした溶融還元炉用酸素ランス。
JP29019091A 1991-11-06 1991-11-06 溶融還元炉用酸素ランス Withdrawn JPH05239525A (ja)

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Effective date: 19990204