JPH09176719A

JPH09176719A - 転炉および吹錬操業方法

Info

Publication number: JPH09176719A
Application number: JP33926995A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishida; 博章石田; Yoshiki Ito; 義起伊藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】転炉およびその吹錬方法の提供。【解決手段】(1) 下記〜を備えた底吹又は上底吹転
炉。溶湯浴側壁の中間高さ位置に、ガス吹込方向と側壁内
周円の接線方向とのなす角度θが０°＜θ＜90°である
複数の横吹羽口。横吹羽口近傍の鉄皮の歪みを検出する歪みゲージ。歪みゲージから得られる炉の半径方向における鉄皮の
動歪み（加速度）検出装置。上記加速度が持つ鉄皮の振動数から溶湯浴の固有振動
数を解析する装置。 (2)上記炉を用いて溶湯浴面のスロッシングを抑制する
吹錬操業方法であって、振動数解析装置により溶湯浴の
固有振動数ｆ_Aを求め、次いで特定式で求めた各横吹羽
口毎の吹込ガス量Ｆ_iを周期的に制御する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶融金属（以
下、溶湯またはメタルという）中における底吹気泡噴流
の旋回上昇にともなう溶湯浴面のスロッシング（揺動）
を抑制し、炉口部の地金付着を低減するのに好適な底吹
または上底吹転炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】上吹転炉、底吹転炉または上底吹転炉を
用いる鋼の吹錬においては、炉内のスラグ・メタル反応
を強化するために上吹酸素ランスの多孔ノズル化や底吹
ノズルの配置位置の適正化等の吹錬装置の改善が進めら
れてきた。近年では、溶銑予備処理や二次精錬技術の進
歩により、スラグ・メタル反応の強化よりも吹錬能率の
向上を目標とし、酸素供給速度を高めて吹錬時間を短縮
するような操業が行われている。しかし、このような高
速吹錬操業では、溶鉄の粒滴が炉外へ飛散するスプラッ
シュまたはスピッチングの発生が顕著になり、さらには
炉内で形成されたスラグが泡状化されて炉外に溢れだす
スロッピングの発生も増加する。

【０００３】吹錬操業中のスプラッシュ、スピッチング
およびスロッピング等の発生は、吹錬能率および歩留り
の低下を招く。また、炉口部に飛散して凝固付着した地
金を除去する作業時間が長くなるため、1 チャージ当た
りの操業時間（タップからタップまでの時間）が長くな
り、操業能率の低下が避けられなくなる。

【０００４】このような高速吹錬操業においてもスピッ
チング等を防止して上記の問題を解決するため、本出願
人は特開平5-98331 号公報において、上底吹転炉の底吹
ノズルを上吹酸素ジェットの火点の内側に設け、上吹酸
素ジェットと底吹ガスとの運動エネルギーを打ち消し合
うような吹錬操業方法を提案した。この方法により、高
速吹錬操業下でもスピッチング等の発生を抑制すること
ができる。しかしながら、底吹ノズルが上吹酸素ジェッ
トの火点の内側だけに配置されているために、高速吹錬
の際に十分な溶湯浴の攪拌速度が確保されず、吹錬能率
の向上は得られなくなる。

【０００５】一方、底吹転炉で底吹ガス流量を増加し、
あるいは上底吹転炉で底吹ガス比率を増加していくと、
底吹ガスの気泡生成および上昇に伴う気体から液体への
周期的加振に起因するスロッシングおよびそれに伴う炉
体振動が問題になる（「鉄と鋼」第78年（1992年) 第12
号P.1778〜1785参照) 。

【０００６】「川崎製鉄技報」19巻（1987年)1号 P.1〜
６には、上底吹転炉の炉体振動波形を実炉および水モデ
ル実験で測定し、実炉の炉体形状、羽口条件および操業
条件とトラニオン軸方向の炉体変位との関係を数式化し
て実操業条件から炉体支持系に作用する振動荷重を推定
することにより、設備の安全性を評価できることが示さ
れている。そして、水浴の揺動による加振力は、底吹羽
口をトラニオン軸と平行の直線型に配列する方が、千鳥
型配列の場合よりも低くできること等が述べられてい
る。

【０００７】「CAMP-ISIJ 」Vol.4(1991)P.64 では、浴
深さが浴径の約１倍以下の円筒容器内の水浴に空気を底
吹きしたときに起こる気泡噴流の旋回現象を調べてい
る。そして、底吹ノズル位置を浴の中心から偏心させた
ときの気泡噴流の浴表面での軌跡は、つぎのようになる
ことが示されている。即ち、偏心率ｅ＝0 （ｅ＝浴の中
心からノズル中心までの距離／浴の半径）では、上記の
軌跡は円であるが、ｅ＝1/4 では円から楕円に移行する
中間段階の軌跡、1/3 ≦ｅ＜2/3 ではノズル中心を通る
炉底直径と垂直な方向に長径を有する楕円となる。この
楕円の長径はｅにかかわらず一定であるが、短径はｅの
増加とともに小さくなる。

【０００８】「鉄と鋼」第78年（1992年) 第３号 P.407
〜413 ページでは、底吹円筒容器内の水銀−空気系の気
泡噴流のガスホールドアップ、気泡頻度および平均気泡
上昇速度の推算式が提示されている。そして、気泡噴流
の運動量支配領域における平均気泡上昇速度は、底吹空
気流量の1/5 乗に比例することが示されている。

【０００９】上述のように、底吹気泡噴流の特性や上昇
気泡噴流の旋回現象の解明が基礎的に進められるととも
に、底吹羽口配列が浴面の揺動、従って炉体振動に影響
することが明らかになってきた。しかし、底吹羽口の設
置数、配置および配列がスピッチングの低減と浴の均一
混合攪拌とにおよぼす効果の定量的な検討は行われてい
ない。さらに、底吹または上底吹転炉の実操業で発生し
ているスピッチングを低減し、しかも浴の均一混合攪拌
を強化することが可能な転炉と吹錬方法の検討も行われ
ていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、底吹
転炉または上底吹転炉の吹錬操業、特に高速吹錬条件下
でも溶湯浴面のスロッシングの発生を抑制し、スピッチ
ングの発生による炉口部の地金付着量を低減するととも
に、上吹ジェットと底吹気泡噴流とが浴に作用するより
も強い均一混合攪拌を付与することができる転炉および
吹錬操業法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1) の転炉および(2) のこれを用いる吹錬操業方法にあ
る。

【００１２】(1)底吹または上底吹転炉であって、下記
〜が配設されていることを特徴とする転炉。

【００１３】炉内の溶湯浴が接する側壁の中間高さ位
置に、ガス吹込方向と側壁内周円の接線方向とのなす角
度θが０°＜θ＜90°である複数の横吹羽口。

【００１４】上記の横吹羽口の近傍の炉体、即ち鉄
皮の歪みを検出する歪みゲージ。

【００１５】上記の歪みゲージから得られる炉の半
径方向における鉄皮の動歪み、即ち加速度の検出装置。

【００１６】上記で得られる加速度が持つ鉄皮の振
動数から溶湯浴が持つ固有の振動数を解析する装置。

【００１７】(2)上記(1) の転炉を用いて溶湯浴面のス
ロッシングを抑制する吹錬操業方法であって、振動数解
析装置により溶湯浴が持つ固有の振動数ｆ_A(sec^-1) を
求め、次いで下記(a) 及び(b) 式にしたがって求めた各
横吹羽口毎の吹込ガス量Ｆ_iを周期的に制御することを
特徴とする吹錬操業方法。

【００１８】 ω_A＝２πｆ_A ・・・・・・・・・・・・(a) Ｆ_i＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋α_i) ・・・(b) ただし、 ω_A：溶湯浴が持つ固有の角振動数(sec^-1) Ｆ_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガス量（Ｎm³/hr) Ｆ₀，Ｆ_A：全ての横吹羽口に共通な吹込ガス量（Ｎm³
/hr) α_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガスの位相（rad;ラジア
ン) ｔ：時間（sec) 本発明者は、溶湯浴面のスロッシング（揺動）に関する
水モデル実験から、溶湯浴は固有の振動数を有している
こと、すなわち溶湯浴面は或る振動パターンでスロッシ
ングしていることを知見した。この新知見に基づいて、
スロッシングパターンを予め計測して把握しておき、各
横吹羽口からのガス吹込パターンをスロッシングパター
ンに対応させて周期的に制御することにより、スロッシ
ングの抑制が可能であることを想到して本発明をなし
た。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１および図２に基づいて、本発
明の転炉の装置構成例を説明する。

【００２０】図１は、本発明の転炉の構成例を部分的に
説明する図である。図１(a) は縦断面図、図１(b) は同
(a) の線A-A 矢視部の水平断面図である。図示のように
転炉１では、通常の底吹羽口６または上吹ランス５およ
び底吹羽口６、更に複数の横吹羽口７が設けられてい
る。この横吹羽口７は、溶湯浴９が盛り上がって接する
側壁の中間高さ位置の周方向に、等間隔で複数個（図示
の例では４個) 設置されている。

【００２１】そして、横吹羽口７のガス吹込方向と側壁
内周円の接線方向とがなす角度θを０°＜θ＜90°の範
囲内とするとともに、各横吹羽口７からのガス吹込方向
が溶湯浴９に水平方向の回転運動を付与する方向になる
ように配置されている。

【００２２】横吹羽口７からのガス吹込方向は、上記の
角度θの範囲で水平方向が望ましく、または水平方向か
ら上下に30°程度まで傾いても差し支えない。転炉のプ
ロフィール（形状）、底吹羽口の個数、配列および配置
は特に限定されるものではなく、従来の底吹または上底
吹転炉の形状もしくはそれらに設置されているものと同
様であってもよい。

【００２３】図１において、符号２は炉口部、３は炉肩
部、４は炉底部および８はトラニオン軸である。

【００２４】図２は本発明の転炉の構成例を部分的に説
明する図である。図１(a) は縦断面図、図１(b) は同
(a) の線A-A 矢視部の水平断面図である。図１または図
２に示すような炉形状の転炉１は、図２に示すとおりト
ラニオン軸８を介してトラニオン軸受け10および基台11
により支持され、トラニオン軸８に設けたギア12および
トラニオン軸受け10などにより傾動可能となされる。こ
の例では、横吹羽口７は等間隔で４個、角度θは45°、
底吹羽口は３個である。

【００２５】横吹羽口７の近傍の鉄皮13には歪みゲージ
14が設置され、さらに各歪みゲージ14の炉半径方向にお
ける鉄皮13の動歪み、即ち加速度を検出する動歪み検出
装置15および溶湯浴が持つ固有の振動数ｆ_Aを解析する
振動数解析装置16〔例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Tra
nsformation)アナライザ〕が備えられる。

【００２６】本発明の転炉は、上記図１および図２に示
すような各装置を備えた上底吹または底吹転炉である。

【００２７】本発明の転炉を用いる吹錬方法は、下記の
(A)〜(D) のとおりである。

【００２８】(A)周方向に等間隔で設けられた複数の横
吹羽口7 から溶湯浴９内へのガス吹込方向は、溶湯浴９
の深さの中間高さ位置で、側壁内周円の接線方向とのな
す角度θが０°＜θ＜90°の範囲内となるように行う。
そして、溶湯浴９に同じ方向の回転運動を付与する。

【００２９】(B)底吹羽口６の吹込ガスで形成される底
吹気泡噴流が溶湯浴９に及ぼす加振力を低下させるに
は、運動量支配領域の底吹気泡噴流に近接させて横吹羽
口７からガスを吹込むのがよい。また、溶湯浴９内に回
転運動を付与するには、横吹羽口７から吹込むガスは、
底吹気泡噴流に衝突しないことが望ましい。したがっ
て、従来の底吹羽口の配列および配置の範囲内で加振力
の低下と溶湯浴の効率的な回転運動の付与とを両立させ
るには、上記の角度θが30°＜θ＜60°の範囲内の方向
に横吹羽口７からのガス吹込みを行うのが望ましい。

【００３０】(C)横吹羽口７からの吹込ガスの種類は、
底吹羽口６の吹込ガスと同じものを用い、O₂ガスまたは
O₂とArの混合ガス等である。そして、従来の底吹羽口の
ガス吹込量の一部を横吹羽口７から吹き込めばよい。横
吹羽口７からの吹込効果を高めるには、横吹羽口７か
ら、従来の底吹転炉吹錬の底吹ガス量または上底吹転炉
吹錬の上吹および底吹の全吹込ガス量の少なくとも10％
以上を吹き込むのが望ましい。

【００３１】(D)さらに、前記の振動数解析装置16によ
り溶湯浴９が持つ固有の振動数ｆ_A（sec^-1) を求め、
次いで下記(a) および(b) 式にしたがって求めた各横吹
口毎の吹き込みガス量Ｆ_iを周期的に制御することで、
溶湯浴面のスロッシングを抑制する。

【００３２】 ω_A＝２πｆ_A ・・・・・・・・・・・・(a) Ｆ_i＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋α_i) ・・・(b) ただし、 ω_A：溶湯浴が持つ固有の角振動数(sec^-1) Ｆ_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガス量（Ｎm³/hr) Ｆ₀，Ｆ_A：全ての横吹羽口に共通な吹込ガス量（Ｎm³
/hr) α_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガスの位相（rad) ｔ：時間（sec) 以下、水モデル実験に基づいて、上記条件(D) に限定す
るに到った経過および本発明方法の具体的実施態様を説
明する。

【００３３】実炉では、転炉炉口部の付着地金量や溶湯
浴の均一混合時間の測定、浴面揺動の観察あるいは底吹
羽口の配列、配置の変更等は容易ではない。そこで、上
底吹転炉の底吹羽口の配列、配置を変えた水モデル実験
を行い、スピッチング発生量、均一混合時間およびスロ
ッシングを本発明転炉と従来転炉とで比較して調査し
た。

【００３４】図３は、本発明転炉と従来転炉との比較実
験に用いた水モデル実験装置を示す図である。図３(a)
は縦断面図、図３(b) は同(a) の線B-B 矢視部の水平断
面図である。この上底吹モデル転炉１は、10トン規模の
上底吹試験転炉の寸法を約1/5 に縮小した寸法で製作さ
れたアクリル製、高さは720 mm、炉底部直径は280 mmで
ある。炉底部４には９個の底吹羽口６の装着孔を設け、
その内の４個を用いて配列および配置を変えて内径２mm
の底吹羽口６を設置した。横吹羽口７は内径２mmのもの
を４個とし、炉底から高さ56mmの側壁に水平方向かつ角
度θが45°となるように設置した。

【００３５】さらに、図３には省略されているが、各横
吹羽口には図２に示すような構成で歪みゲージ14、動歪
み検出装置15および振動数解析装置16を設置した。

【００３６】図示のように、この上底吹転炉１内に水を
入れて浴深さが0.75・R₀(R₀:炉底半径) の水浴17を形成
する。そして、水浴17の表面から下方0.38・R₀の高さ位
置に電導度計18をセットし、その水浴17の中心点の対称
位置にKCl を滴下させるスポイト19を置く。この電導度
計18およびスポイト19は、トラニオン軸８方向に平行な
水浴17の直径上にある。またトラニオン軸８の中心線を
含む垂直平面が交わる上底吹転炉１の炉肩部３の部分に
は、水浴17の表面から飛散して炉肩部３に付着する水、
即ちスピッチング水を吸収させる脱脂綿20が取り付けて
ある。

【００３７】実験条件は次のとおりである。

【００３８】吹込ガス：空気空気流量条件：本発明方法・・上吹：底吹：横吹＝12： 4.8： 3.2 (Ｎ
m³/hr) 従来方法・・・上吹：底吹＝12： 8 (Ｎm³/hr) 各羽口の流量分配：均等以上の実験装置および条件により、水浴面のスロッシン
グ現象の観察および解析、スロッシング抑制のための横
吹羽口からのガス吹込パターンならびに実験および実炉
における横吹羽口の吹込ガスの位相α_iの決定方法につ
いて検討を行った。

【００３９】〔スロッシング現象〕図４に、底吹羽口の
配置、空気流量および炉内径Ｄ＝280mm を一定、水浴の
深さＨ（mm）の条件を０＜Ｈ＜300 〔０＜ (Ｈ／Ｄ）＜
1.07〕およびＨ＝400(Ｈ／Ｄ＝1.43）としたときのスロ
ッシング現象を示す。

【００４０】図４は、水モデル実験における水浴面のス
ロッシング現象を示す図である。図４（Ａ）は０＜Ｈ＜
300 、図４（Ｂ）はＨ＝400 の場合である。スロッシン
グ現象は水浴の深さＨにより変化したが、図示のような
二つのタイプ（Ａ）および（Ｂ）に区別された。

【００４１】一般的な転炉またはその他の精錬炉では、
Ｈ／Ｄの範囲は 0.2〜0.8 程度であり1.0 を超えること
はない。このため、本発明方法のスロッシングの抑制対
象は図４に示すようなタイプ（Ａ）の場合とした。

【００４２】上記タイプ（Ａ）の浴面の振動をＵ字管に
見立てると、振動周期Ｔ_Aは下記の(c) 式で表される。

【００４３】Ｔ_A＝２π√（ｋ（２Ｈ＋Ｄ）／２ｇ）・・・(c) ただし、Ｔ_A：浴面の振動周期(sec) ｋ：定数（羽口配置条件などによって決まる値）Ｈ：浴深さ（mm）Ｄ：浴径（mm）（２Ｈ＋Ｄ）：水柱の全長（mm）ｇ：重力加速度（mm/sec²) 上記式(c) は、例えば有山著「振動・波動」P.24〜25に
示されるＵ字管内の液柱の振動における液面の振動周期
を求める式である。この式による理想的な振動周期Ｔ_A
は、水柱の全長をL とするとＴ_A＝２π√(L／２ｇ）である。しかし、 Lは羽口配置条件および吹込ガス流量
などによって変化するので、これを定数ｋで考慮する
と、ここでは L ＝ｋ（２Ｈ＋Ｄ）となる。

【００４４】タイプ（Ａ）の浴面の固有の振動数ｆ_A(s
ec^-1) は下記(d) 式で表される。

【００４５】ｆ_A＝１／Ｔ_A ＝（１／２π）√（２ｇ／（ｋ（２Ｈ＋Ｄ））・・(d) 図５に、上記(d) 式から求められる浴面の固有の振動数
ｆ_Aと前記実験において実測した浴面の固有の振動数ｆ
_Aとの対比を示す。

【００４６】図５は、水モデル実験における浴面の固有
の振動数ｆ_Aの実測値と浴深さＨ、Ｈ／Ｄおよび定数ｋ
との関係を示す図である。図示するように固有の振動数
ｆ_Aの実測値はｋ＝0.3 のときによく一致した。したが
って、図５に示す固有の振動数ｆ_Aをスロッシングの振
動数、すなわち前記ｆ_Aの振動パターンをスロッシング
の振動パターンとしてよい。

【００４７】〔横吹羽口からのガス吹込パターンおよび
実験炉における横吹羽口の吹込ガス初期位相α_iの決定
方法〕本発明方法では、ｋ＝0.3 のときに前記の式(d)
で得られるスロッシングの振動パターンを制御するため
の横吹羽口からのガス吹込量を、下記(b) 式で定義し
た。

【００４８】Ｆ_i＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_A t＋α_i) ・・・(b) 前述のように、Ｆ_iはｉ番目の横吹羽口の吹込ガス量
（Ｎm³/hr)、Ｆ₀およびＦ_Aは全ての横吹羽口に共通な
吹込ガス量（Ｎm³/hr)である。「共通な吹込ガス量」と
は、使用する羽口径によって決まる溶湯の羽口差し込み
限界流量である。

【００４９】すなわち、羽口内へ溶湯が差し込まないよ
うにするために確保すべき最低のガス流量を意味する。

【００５０】ここで、Ｆ₀は浴面が最も盛り上がったと
きの浴面から横吹羽口までの浴深さに相当する溶湯静圧
に打ち勝つことができる最低のガス流量、Ｆ_Aは浴振動
の振幅分に相当する溶湯静圧に打ち勝つことができる最
低のガス流量であり、それぞれの流量は浴面からの横吹
羽口の位置および羽口径によって事前に求めることがで
きる。概略でＦ₀をＦ_Aの２倍程度に設定すれば、横吹
羽口内へ溶湯が差し込むことはない。

【００５１】α_iはｉ番目の横吹羽口の吹込ガスの位相
(rad) であり、この場合の「位相」とは、初期位相が異
なることによって生ずる各羽口前の浴振動の周期のズレ
を意味する。ｔは時間(sec) である。

【００５２】ω_Aは浴が持つ固有の角振動数(sec^-1) で
あり、スロッシングの単振動数を意味する。このω_Aは
下記(a) 式で表すことができる。

【００５３】 ω_A＝２πｆ_A ・・・・・・・・・・・・(a) さらに、ω_Aは前記(d) 式および上記(a) 式から下記
(e) 式でも表される。

【００５４】 ω_A＝√（２ｇ／（ｋ（２Ｈ＋Ｄ））・・・(e) 前記式(b) による横吹羽口からのガス吹込量値を用いて
スロッシングを抑制するには、例えばｉ番目の羽口上部
の浴面が最も盛り上がったとき、ｉ番目の横吹羽口のガ
ス吹込量Ｆ_iが最低流量となるように吹込ガスの位相α
_iを決めればよい。または、同じく浴面が最も低下した
とき、ガス吹込量Ｆ_iが最大流量となるように吹込ガス
の位相α_iを決めればよい。

【００５５】上記方法の効果を確認するために、前述図
３の上底吹モデル転炉を用いて、下記および表１に示す
条件で均一混合時間およびスピッチング水量を計測する
実験を行った。

【００５６】横吹羽口：４個（ｉ＝１〜４）底吹羽口：４個吹込ガス：空気（上吹き、横吹きおよび底吹き）浴深さ（Ｈ）：105mm 浴径（Ｄ）：280mm Ｈ／Ｄ＝0.38 Ｆ₀：0.80Ｎm³/hr Ｆ_A：0.40Ｎm³/hr ｆ_A：1.8 sec^-1 ω_A：11.5 sec^-1 α₁=０、α₂ =(1/2)π、α₃=π、α₄=(3/2)π

【００５７】

【表１】

【００５８】図６に表１の４個の底吹羽口の配列を示
す。図６は、図３の上底吹モデル転炉を用いて、均一混
合時間およびスピッチング水量を計測する実験を行った
ときの底吹羽口の配列を示す平面図である。図６(a) が
トラニオン軸８に対する平行線４Ａ方向の平行配列、図
６(b) がトラニオン軸８に対する直交線４Ｂ方向の直行
配列である。

【００５９】モデル実験においては、透明のアクリル製
模型を用いているので、水浴面の振動の状況は肉眼で観
察することができた。すなわち実際上、位相α_iを肉眼
観察して初期位相α₁を決定し、手動制御によりｉ番目
の横吹羽口において浴面が最も盛り上がったとき、ガス
吹込量Ｆ_iが最低流量になるように設定した。例えば、
３番目の横吹羽口の出口上部が盛り上がったとき、ガス
吹込量Ｆ₃は最低、一方３番目の横吹羽口と対称位置の
１番目の横吹羽口ではガス吹込量Ｆ₁が最大になるよう
にした。

【００６０】同時に、各横吹羽口の近傍に設置した歪み
ゲージから得られる炉の半径方向の炉体の動歪み（加速
度）を検出することで、浴面のスロッシングの変化を検
出した。具体的には、浴面が盛り上がっているときには
半径方向に力が加わるため、加速度は最大になった。こ
の加速度の大小と実際上の浴面の盛り上がり（下がり）
とは対応することが確認された。

【００６１】水浴は略々同一の回転運動をしているの
で、上記方法で最初の横吹羽口からの吹込ガスの位相α
₁さえ決めれば、前記条件のように同一角振動数ω_Aで
ガス吹込量Ｆ_iを設定しても十分対応できる。

【００６２】均一混合時間およびスピッチング水量の計
測は、次のように実施した。

【００６３】均一混合時間の計測では図３に示すよう
に、トラニオン軸８に対する平行線４Ａ方向の一方端の
水浴17内に浸漬したスポイト19から水浴17内にKCl 溶液
を滴下した。その滴下後、トラニオン軸８に対する同じ
く他方の前記位置に浸漬した電導度計18でKCl の解離に
伴う水溶液の電導度の経時変化を測定し、電導度が飽和
したときの最小時間を均一混合時間（秒）とした。この
均一混合時間は、トラニオン軸８に平行方向の水浴17の
スロッシングによる攪拌および混合の指標となり、この
値が小さいほどトラニオン軸８に平行方向のスロッシン
グが大きいとみなすことができる。

【００６４】スピッチング水量の計測では、脱脂綿20に
吸収された水分の重量（ｇ）を測定した。このスピッチ
ング水量は、トラニオン軸８に平行方向の炉口部２の地
金付着の指標となる。

【００６５】図７に上記試験結果を示す。図７は、底吹
羽口の配列が均一混合時間およびスピッチング水量にお
よぼす影響を、本発明転炉と従来転炉とで比較して示す
図である。図中、斜線付きは本発明転炉、白抜きは従来
転炉の場合を示す。

【００６６】図７に示すように、底吹羽口の配列によっ
て若干差異はあるが、本発明転炉では若干の均一混合時
間の短縮および40％に近いスピッチング水量の減少が達
成された。

【００６７】〔実炉における横吹羽口の吹込ガス初期位
相α_iの決定方法〕実炉ではその内部が見えないため、
本発明方法では図２に示す計測装置を備えることによ
り、横吹羽口の吹込ガス初期位相α_iを決定する。図２
に示すとおり、各横吹羽口７の近傍の鉄皮13に歪みゲー
ジ14を設置し、更に各歪みゲージ14毎に転炉１の半径方
向における炉体、即ち鉄皮の動歪み（加速度）を検出す
る動歪み検出装置15を設け、その加速度の大小によりス
ロッシングの変化を検出する。

【００６８】具体的にはモデル実験の場合と同様に、浴
面が盛り上がっているときは炉の壁方向、即ち転炉１の
半径方向に向かって力が加わるため、加速度は最大にな
る。

【００６９】一方、浴面が最も低下しているときは転炉
１の中心に向かって力が加わるため、加速度は最小、即
ち方向が逆で大きさが最大になる。

【００７０】上記の加速度の値を振動数解析装置16に入
力し、溶湯浴が持つ固有の振動数ｆ_A(sec^-1) を求め
る。

【００７１】吹込ガスの初期位相α_iの決定は次のよう
に行う。

【００７２】動歪み検出装置15を用いて検出された各羽
口近傍の鉄皮の動歪み（加速度）は、例えば横吹羽口数
を４個（ｉ＝１〜４）として、ｉ= 1 ・・No.1横吹羽口・・浴面が盛り上がっていると
き加速度最大、ｉ= 2 ・・No.2横吹羽口・・浴面が盛り上がっていると
き加速度中間寄り、ｉ= 3 ・・No.3横吹羽口・・浴面が盛り下がっていると
き加速度最小、ｉ= 4 ・・No.4横吹羽口・・浴面が盛り下がっていると
き加速度中間寄りの場合には、Ｆ₁→最小、即ち、ガス吹込スタート時（ｔ=0）におい
てはα₁=πにすれば、Ｆ₁=Ｆ₀−Ｆ_Aとなり最小流量、Ｆ₂→中間寄り、即ち、α₂= (3/2)πにすれば、Ｆ₂=Ｆ
₀−(1/2) Ｆ_Aとなり中間流量、Ｆ₃→最大、即ち、α₃=0 にすれば、Ｆ₃=Ｆ₀＋Ｆ_Aと
なり最大流量、Ｆ₄→中間寄り、即ち、α₄= (1/2)πにすれば、Ｆ₄=Ｆ
₀＋(1/2) Ｆ_Aとなり中間流量となるように初期位相α_iを決定する。

【００７３】したがって、鉄皮の動歪み（加速度）が最
小の羽口を検出して、そのときの初期位相α₁を０とし
てその横吹き羽口からのガス吹込をスタートさせ、その
他の羽口は位相を周期的にπ/2ずつずらせば、浴面のス
ロッシングを抑制することができる。

【００７４】もちろん、望ましいのは、角横吹羽口毎に
羽口前の揺動（スロッシング）に応じて独立的にガス吹
込ができるように、即ち各羽口の近傍に設置した歪みゲ
ージ、動歪み検出装置および振動数解析装置で得られた
結果に基づいて周期的にガス吹込量を制御することであ
る。

【００７５】実炉において上記の周期的制御を実施する
手順は、例えば横吹羽口数が４個の場合においては次の
(1)〜(5) のとおりである。

【００７６】(1)溶湯の羽口差し込み限界ガス流量（Ｆ
₀およびＦ_A）を予め求めておく。

【００７７】(2)図２に示す各計測機器を備え、動歪み
検出装置15を用いて加速度最小の羽口を検出する。

【００７８】(3)振動数解析装置16を用いて溶湯浴が持
つ固有の振動数ｆ_Aを求め、更に前記の(a) 式により角
振動数ω_Aを求める。

【００７９】(4)各横吹羽口毎に吹込ガス配管および流
調弁を備え、加速度最小の羽口が仮にNo.1羽口とすれ
ば、前記の(b) 式にしたがってNo.1流調弁のガス流量Ｆ
₁をＦ₁＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋０) と設定してガス吹込をスタートさせる。

【００８０】(5)その他の羽口では、No.2羽口からNo.4
羽口まで順次、Ｆ₂＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋π/2) Ｆ₃＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋π) Ｆ₄＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋3/2 ・π) とNo.2〜４流調弁のガス流量Ｆ₂〜Ｆ₄を設定して周期
的に制御する。

【００８１】図８は、上記の周期的制御を行うための装
置構成例を説明する図である。

【００８２】制御をスタートする前においては、各横吹
羽口７からＦ₀のガス流量が吹き込まれているの。溶湯
浴はスロッシングおよび回転状態にあるので、この状態
で各歪みゲージ14の歪み信号は動歪み検出装置15にイン
プットされ、加速度の最小値を有する羽口No. が検出さ
れる。仮にこの羽口がNo.1羽口ならば、位相αの付与の
起点（α＝０）および時間ｔの起点(t＝０）となる。

【００８３】加速度の最小値の検出信号はコントローラ
ー21にインプットされ、流調弁の開度信号としてNo.1流
調弁22に送られ、初期位相が決定されるとともにガス量
Ｆ₁の吹込が開始される。

【００８４】一方、動歪み検出装置15による加速度信号
は、振動数解析装置16により溶湯浴が持つ固有の振動数
ｆ_Aから求められた角振動数ω_Aの信号に変換されてコ
ントローラー21にインプットされ、前記の式Ｆ₁＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋０) にしたがってガス流量を調整すべくNo.1流調弁22に指令
を与える。No.1流調弁22はその指令にしたがってNo.1羽
口にガスを供給し、この状態は所定の吹錬が終了するま
で継続する。No.2羽口以降のガス吹込みは、上記と同様
の手順にしたがって実施する。ここで、横吹羽口数がn
個の場合には、各位相αは２π/nずつずらして設定す
る。

【００８５】

【実施例】本発明例として、図１、図２および図８に示
すような装置構成の10トン上底吹試験転炉（炉底直径：
1.4m、浴深さ0.6m、Ｈ／Ｄ＝0.43）を用いて、下記、表
２および表３に示す条件で吹錬操業試験を行った。

【００８６】上吹ランス：４孔ノズル（ノズル傾斜角度は外向き10°）底吹羽口：４個（図６参照）本発明例１・・トラニオン軸直交配列（図６(b) のA,E,B,D ）本発明例２・・トラニオン軸平行配列（図６(a) のC,G,B,H ）横吹羽口：４個（浴面から300mm 下の炉壁周方向に中心角90°の等間隔、θ＝ 45°）吹込ガス：上吹ガス・・純Ｏ₂ 底吹および横吹ガス・・内管は純Ｏ₂、外管は冷却用ＬＰＧ（ＬＰＧ流量は内管純Ｏ₂流量の１/10 ) 溶湯：脱燐溶銑10トン溶銑温度：1300℃ 溶銑組成：重量％でＣ=3.8％、Si=0.01 ％、Mn=0.20 ％、Ｐ=0.025％、Ｓ=0.003％

【００８７】

【表２】

【００８８】

【表３】

【００８９】横吹羽口からのＯ₂ガス流量パターンは、
予め歪みゲージ、動歪み検出装置および振動数解析装置
（ＦＦＴアナライザ）で得られたデータから、浴の固有
振動数ｆ_A(sec^-1) ＝1.2 ±0.2 を求めて決定した。こ
のｆ_Aは、底吹羽口の配列が上記本発明例１および２の
場合でも略々同一であったため、本発明例では同一とみ
なした。すなわち浴の固有角振動数ω_A(sec^-1) ＝２π
ｆ_A＝7.54となる。

【００９０】表２に示すように横吹羽口からの吹込ガス
の位相を全てπ/2ずらした理由は、図４のタイプ（Ａ）
に示すとおり浴のスロッシングは左右方向であるので、
吹込ガスの位相をπ/2ずつずらすことで対応可能だから
である。

【００９１】比較例として、横吹羽口からの位相を付与
したガス吹込みを行わないで一定同時の吹込条件、その
他の条件は本発明例と同じとして実施した。

【００９２】表３に上記の結果を併せて示す。表３に示
すように、浴面のスロッシングパターンに合致した位相
を付与して横吹羽口からガス吹込みを行った本発明例で
は、炉口部の地金付着量が減少してこの除去時間が短縮
されるとともに、均一混合時間および吹錬時間の短縮が
得られ、安定な高速吹錬操業および１チャージあたりの
操業時間の短縮が達成できた。

【００９３】

【発明の効果】本発明の転炉および吹錬方法によれば、
溶湯浴面のスロッシングを抑制することにより、スピッ
チングの低減および溶湯浴の均一混合攪拌の強化を同時
に達成することができる。これにより、吹錬時間および
地金落し時間の短縮および操業の高能率化が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転炉の構成例を部分的に説明する図で
ある。(a) は縦断面図、(b) は(a) の線A-A 矢視部の水
平断面図である。

【図２】本発明の転炉の構成例を部分的に説明する図で
ある。(a) は縦断面図、(b) は(a) の線A-A 矢視部の水
平断面図である。

【図３】本発明転炉と従来転炉の比較実験に用いた水モ
デル実験装置を示す図である。(a) は縦断面図、(b) は
(a) の線B-B 矢視部の水平断面図である。

【図４】水モデル実験における水浴面のスロッシング現
象を示す図である。タイプ（Ａ）は浴深さＨ（mm）が０
＜Ｈ＜300 、タイプ（Ｂ）はＨ＝400 の場合である。

【図５】水モデル実験における浴面の固有振動数ｆ_Aの
実測値と浴深さＨ、Ｈ／Ｄおよび定数ｋとの関係を示す
図である。

【図６】図３の上底吹モデル転炉を用いて、均一混合時
間およびスピッチング水量を計測する実験を行ったとき
の底吹羽口の配列を示す平面図である。(a) がトラニオ
ン軸８に対する平行線４Ａ方向の平行配列、(b) がトラ
ニオン軸８に対する直交線４Ｂ方向の直行配列である。

【図７】底吹羽口の配列が均一混合時間およびスピッチ
ング水量におよぼす影響を示す図である。

【図８】本発明の周期的制御方法を実施するための装置
構成例を説明する図である。

【符号の説明】

１：転炉及びモデル転炉、２：炉口部、３：炉肩部、
４：炉底部、４Ａ：トラニオン軸に対する平
行線、４Ｂ：トラニオン軸に対する直交線、５：上吹ラ
ンス、６：底吹羽口、７：横吹羽口、
８：トラニオン軸、９：溶湯浴、 10：ト
ラニオン軸受、11：基台、 12：ギア、1
3：鉄皮、 14：歪みゲージ、15：動歪み
検出装置、 16：振動数解析装置、17：水浴、
18：電導度計、19：スポイト、 20：
脱脂綿、21：コントローラー、 22：流調弁、Ｈ：浴
深さ、Ｄ：浴内径、θ：横吹羽口のガス吹
込方向と炉の側壁内周円の接線方向とがなす角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底吹または上底吹転炉であって、下記〜
が配設されていることを特徴とする転炉。炉内の溶湯浴が接する側壁の中間高さ位置に、ガス吹
込方向と側壁内周円の接線方向とのなす角度θが０°＜
θ＜90°である複数の横吹羽口。上記の横吹羽口の近傍の炉体、即ち鉄皮の歪みを検
出する歪みゲージ。上記の歪みゲージから得られる炉の半径方向におけ
る鉄皮の動歪み、即ち加速度の検出装置。上記で得られる加速度が持つ鉄皮の振動数から溶湯
浴が持つ固有の振動数を解析する装置。
【請求項２】請求項１記載の転炉を用いて溶湯浴面のス
ロッシングを抑制する吹錬操業方法であって、振動数解
析装置により溶湯浴が持つ固有の振動数ｆ_A(sec^-1) を
求め、次いで下記(a) 及び(b) 式にしたがって求めた各
横吹羽口毎の吹込ガス量Ｆ_iを周期的に制御することを
特徴とする吹錬操業方法。 ω_A＝２πｆ_A ・・・・・・・・・・・・(a) Ｆ_i＝Ｆ₀＋Ｆ_Acos(ω_At ＋α_i) ・・・(b) ただし、 ω_A：溶湯浴が持つ固有の角振動数(sec^-1) Ｆ_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガス量（Ｎm³/hr) Ｆ₀，Ｆ_A：全ての横吹羽口に共通な吹込ガス量（Ｎm³
/hr) α_i：ｉ番目の横吹羽口の吹込ガスの位相（rad;ラジア
ン) ｔ：時間（ｓｅｃ）