JPS5848617A - 精錬容器羽口の冷却方法 - 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】 この発明は精錬容器羽口の冷却方法に関し、とくに底吹
さ転炉炉底に設置した同心２ｊｌＩ管羽口をその外側環
状流路から保護流体を流＃させることにより冷却する方
法についての提案である。

一般に、ＩＩｌ素底吹き転炉などにあっては、炉底に＠
Ｉ数個の２血管羽目を設置しているが、この羽口からは
精練用の酸素ガスを吹込むので羽口先が高温になりやす
く強力な冷却が必要である。従来、かかる要請に応える
ものとして、上記λ重管羽口の外側環状流路から熱分−
によって吸熱反応を°起すものを使用するようにしてい
る・ そうしたガスとして使われているものに、炭化水素系ガ
ス、例えばプロパン、ブタン、天然ガス等、あるいは通
称ＬＷＳとして知られている灯油などがある。これらの
保護流体を用いると、２重管羽口の場合その中心流を構
成する酸化性ガス１なかでも純酸化ガスをさや状にくる
んだ状態で噴出させることになり、羽口寿命の延長に１
効を示す。

しかしながら、〜これらの保護流体中には水素原子が含
まれており、当該水素の一部が鉄浴中に吸収されて１品
の品質上好ましからぬ影響を及ばず。

一方、通称ＡＯＤとして知られるステンレス−製錬用の
底吹１！転炉においては、不活性ガス、アルゴンあるい
は窒素ガスなど水素原子を含まない検層流体が使用され
ているが、これらは高温でも熱分解しないので、鉄浴側
に開孔した羽口先端を十分に冷却するだけの抜熱効果を
示ぎず、その結果羽目寿命も高々３１０回と、前記ＯＢ
Ｍ／Ｑ−ＢＯＰの／　０００回に比べてきわめて劣って
いる。

前記した保護流体以外にも、水素を含有しない保護渡体
として、二嘴化炭素の気体あるいは液体を使う方法があ
る。たとえば、二酸化炭素の気体は、すでに特公昭Ｒ−
コダＩＩＪ号として開示されている。しかし二酸化炭素
の冷却効果は、炭化水素や灯油などと異なり分解反応を
伴なわないため、アルゴンや窒素ガスと同様の小ざな抜
熱でしかないことが以下の検討により明らかなのである
。従来用いられて来た炭化水素、プロパンを例にとれば
、羽口軸心流のａＩＸガスに対して体積百分率でψ％程
度の供給で羽目の保護は十分に行なわれることが経験に
より知られている。ところで当該プロパンの抜熱効果は
二つの因子からもたらされる。

一つはプロパンガスが常温から１ｔｏｏ℃といった鉄浴
温度まで上昇する際の顕熱変化から、また−ツバ、プロ
パン０３）１８．が高温でＣとＨ２に分解する際の吸熱
反応による抜熱である。公知の熱力定ｌを用いて算定さ
れる前記−椙の吸熱量の和は約ｙｚ　ｋｏａｔ７ｍｏｔ
になる。

一方、ニー化炭素気体の場合、／６００’ｃまで熱して
も分解反応は起らず、常温の炭酸ガスをｔｔ’ｏ。

Ｃまで熱する際の顕装置の変化分でしか羽口な冷却する
ことができない。このため二酸化炭素ガスの抜熱量は／
Ｉ　、　４’　ｋｃａｔ／　ｍｏｊと算定される。同様
に二酸化炭素液体を用いた場合の吸熱量も、従来公知の
熱力定数を用いて算定すれば、コへ１　ｋａａ７７ｍｏ
ｔとなり、この値は前記二酸化炭素ガスの値と大差ない
。したがって、対酸素体積百分率４Ｌ％のプロパンと同
等の冷却効果を二酸化１Ｍ票を用いて実現するには、対
ｃｓ素体檀百分率で、／Ｊ　％乃至１７％の二酸化炭素
ガスに相当する二酸化炭素が必要となる。しかし、この
ように多量の二酸化炭素を使用しなければならないとな
ると、品質上従来懸念されている水素ピック・アップの
問題が払拭でさたとしても、プロパンより高価につくば
かりでなく、転炉内での熱収支を大輪に恋化させ、通常
の吹錬に比べて、鉄鉱石を２３７１９／ｌ、溶−１削減
しないと同じ吹止温度を得ることが困蛙である０この事
実は、鉄源として安価な鉄鉱石力５使用できないことを
意味しており製出鋼歩止りσ）低下をも招来することに
なる。

以上述べたごとく、ニー化炭素を保護流体とするアイデ
ィアは古いものであるが、経済性におし１て従来法のプ
ロパンと鋭合で′さないため、工業的に実用される段階
に至っていなし）のである。

本発明は、従来知られた保護流体を用し）る羽口冷却方
法の有する欠点を除去、改善した羽口冷却方法を提供す
ることを目的とするものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明における溶鉄精錬容器としてＧま、転炉。

電気炉、平炉、取鍋式ｆ＃練容器の何れをも用しするこ
とかでさ、また溶鉄としてＧよ、高炉溶銑を主体とする
鉄−戻素＃湯、電気炉得により主としてスクラップを溶
解した鉄−炭素溶湯、ＡＯＤ炉で精錬ざｎる高合金スク
ラップを主原料とする烏合金鉄−屍素浴湯を用いること
ができる。

本発明において用いる溶鉄精錬用噴出管羽目としては、
従来公知の同心λ重管羽目を用しするが、この羽目はそ
の内管内σ）中１ｂ流路に酸素ガスを含む酸化性ガスを
流通させ、外管部に当る環状流路にニー化炭素と炭素材
料の混合物からなる保−流体を流通させるものである。

上紀保鏝流体の炭素材料と二酸化炭素の混合比率ηと＆
ま下記（１）式により規定する比率のこととする。

本発明者等は、前記ηを槙々変えて実験した結果、混合
比率ηが０．５≦η≦１．０の範囲内のとき保慢流体と
して最も優れた抜熱性のあることを新規に知見した。

本発明によれば、二酸化炭素と炭素の混合物からなる保
護流体を同心２重！羽口の環状流路から鉄浴面下の器内
に噴射させると、最も高温に曝されて破損の起り易い羽
目先端１Ｍ囲におし１て下記（２）式で示す反応が生起
する。

Ｃｏ２＋　Ｏ−２００（２） 上記（２）式の反応は吸熱反応であるため、従来公知の
二酸化炭素を単独で保−流体として溶湯中に噴射する場
合に比べて抜熱性が飛−的に増大する。

この結果、後述するように、二酸化脚嵩の消費皺が対酸
素体積比で５％と従来公知の純二酸化炭素の場合の約邪
の鷲で、従来公知のプロパンと同等の羽目寿命が達成さ
れ、経済的にも従来のプロパ＞法より優れ、かつ品質を
損う水素ピックアップの問題が完全に払拭される。

次に、こノ００２にＯを混合することについて、実験デ
ータにもとづき説明する。

炉壁部を高温焼成マグ・ドロ・レンガにて内張すし、炉
底部をマグネシャ・カーボン・レンガで桑造した転炉の
炉底にダ個の同心２重管羽口をトラニオン軸と平行に一
列に配置した。ここに酸素ガスの通過する内管は内径ｌ
閤、外径１２．７ｍの鋼管を用い、保護流体を通過ぎせ
るための環状流路を形づくる外管には、内径が／Ｊ、７
ｍｍ、外径が７９、ＱＪ　ｍの鋼管を用いた。したがっ
て内管と外管で形成する環状流路の間隙はＯＪｍであっ
た。

炉床面における４本の噴出管の配置は第１ｂ！Ｊのとお
りである。第１図において４（、ｊ、Ｇおよび７は前記
噴出管、／は鉄皮、λは炉１１１ｍ耐火物内張りを出す
。噴出管ダとｊには、本発明のニー化炭素と炭素粉の混
合物からなる保ｓｋｄ体（以下本発明保浦流体と称す）
を流し、噴出管６と７には従来公知のプロパンガスを保
護流体として流した。

第７図に示す炉床面の裏側、すなわち炉底面の見取図は
第２図のごとくである。第一図においてｌは精錬用−素
ガスを送り込むための管路、デは参本の前記噴出管辷精
錬用酸素ガスを均等に分岐するためのヘッダー、１０は
本発明保護流体を送り込むための管路であり、順に管路
／Ｊ　、分岐−／３を通って、噴出管亭と３の環状部へ
流入する。／ｌはプロパンガスを送り込むための管路で
あり、順に管路ｌ参、分岐管／１と通って、噴出管ぶと
７の環状部へ流入する。＃！３図は第１図のＡ−Ａ′断
面を示す。

管路１０　、　／／およびｌは前記した流体以外に、ア
ルゴンガスおよび窒素ガスなどを流すこともできる。

炉を装入側に傾動して１１の高炉溶銑を装入した。

装入前の該溶銑の成分と温度は、４Ｃ，ｊ％ａ、Ｏ，ｌ
Ｉ％　Ｓｉ、ｏ、ｅ％Ｍｎ、０．７−％Ｐ、０．０１１
％Ｓ。

／２６０″Ｃ１溶銑装入中は前記４本の噴出管は菫素ガ
スを流して溶銑による開基を防止した◇窒素ガスのｔＩ
Ｌ量は噴出管一本当り、内管でへコ！Ｎ層／ｍｉｎ。

環状部でｏ、２３　Ｎｍ　／ｍｉｎであった。装入終了
僧直ちに炉を直立とし吹錬を開始した。噴出管一本当り
の流敏は以下の通りである。

噴出Ｖ：＋＋Ｓは内管を酸素ガス１．コｊ　ＮＩＩ　／
［［１１ｎ＋また環状部を炭酸ガス０−０６３　Ｎ　Ｉ
Ｉ　／　ｍｉｎと炭素粉０、□Ｊ４’Ｊ９７ｍｉｎの混
合物から成る本発明保護流体とした。また噴出管６，７
では内管を酸素ガスハ２！　Ｎｍ　／ｍｉｎ　、また環
状部を従来公知のプロパンガス０．０　！　Ｎ　ｍ　”
／ｍｉｎとした。この際底吹き吹錬ガスと同時に、ＬＤ
転炉において従来公知の水冷を吹ランスを炉口より炉内
に挿入して、酸素ガスをｊ　Ｎ１１３／ｍｉｎで浴面に
吹きつけて、底吹さ吹錬ガス城の不足を補った。吹錬開
始と同時にｉｓｏ　１９の焼石灰を炉頂より浴面に添加
した。３分間の吹錬の恢、ｍｕ記した窒素ガスｆｆ、瀘
（噴出管一本当り、内管テ／　、Ｊｊ　Ｎ　ＩＩ３／　
ｍｉｎ　、環状４％　テ０　、ＪＪ　Ｎ　Ｉｌ＋３／　
ｍｉｎ　）に切り換え、上吹水冷ランスから送入した酸
素ガスも止め、炉口より上に引き上げた。その後直ちに
装入側に転炉を傾動して溶鋼のｍ温とサンプリングを行
ったところ、温度１６ダ６°ｃ、ｏ、ｏｓ％Ｏ゛。

０、コＪ　％　Ｉｎ　、　０．ｏ／７％ｐ、ｏ、ｏｉｔ
ｒ％Ｓであった。

そこで出鋼孔側に倒して溶鋼取鍋に出鋼した後再度装入
側へ転炉を傾動して炉口より溶滓を滓鍋に出滓した。こ
うして空炉にした後、第２図および第３図に示す盲ねじ
／６を外して噴出管長さを測定して前記吹錬による噴出
管溶損量を調べたところ、以下の値を得た。

噴出管屋　　　　溶損量（ｗｘ／　ａｈ　）４　　　　
　　　　／、７　　１１１１／　Ｏｈ５　　　　　　　
／、’Ｊ　　　ｓｗ＋１０ｈ６　　　　　２．３　　■
１０ｆｉ フ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．３　　
　　　鴎１０ｈなお溶損量は周方向に６点測定した平均
値である。本実験における炭酸ガス使用量は対酸素体檀
百分率でｊ％と不敏にも拘わらず、プロパンガスと同等
かもしくはそれ以上の保霞効果を示した。

したかつて、前述の（２）式による抜熱が羽口周囲に十
分に作用したものと考′ｌｉ！すれ、従来公知の二１化
炭素単独の保護流体より格段の進歩が認められる。しか
もプロパンなどの水素含有物体を含まないので、ＬＤ転
炉鋼と同等の水素！１１［を吹止めて達成でさることは
自明であり本発明の効果は歴然としている。

ところで本発明者らの実験によれば、炭酸ガスと炭素の
混合比には、噴田管の効果的冷却を比較的小流量の炭酸
ガスで実現するための適正な範Ｈのあることが判明した
。炭素粉のモル流量が炭酸ガスのモル流量のＯ０ｊ以下
となると、炭酸ガス流Ｉ！ｔ′ｆｉ：酸素装置の１０％
（体積比）以上にしなければ、十分な冷却効果を示さな
かった。また炭素粉モル流−を炭酸ガスモル流量より大
としても冷却効果は頭打ちとなる。

また、本発明に関しての別の実験；即ち、羽口先端部に
生成したマツシュルームを採取しその気孔分布および断
面積を調査したところ第１図のような結果な得た。図中
のかかる気孔径の数の分布でみると、平均値で６０Ｐで
あった。気孔径と数の関係から任意の気孔径以下のしめ
る断面積比率を計算することができるがそれによるとｔ
ｏ　／Ａ以下の気孔がしめる面積割合は１０％１．２０
０　ｐ−以下の気孔がしめる面積割合はｍ％であった。

これらの結果から、粒径≦ｏｐ以下の炭素な吹き込んだ
場合、閉塞する気孔の断面積は多くても１０％以下で実
際の操業にはなんら問題とはならないこと、粒径コｏｏ
ｐ以下の炭素な吹き込んだ場合閉塞する気孔の断面積は
多い時でｍ％となり、羽口冷却剤の量の下限値となり、
操業がかろうじてできる程度となることが明らかとなっ
た。

このように炭素粒径を一〇〇Ｐ以下とすることが、ＣＯ
２と混合して羽口冷却用深層流体として使用する場合に
必要となる。特に操業に支障のないようにするにはｔＯ
Ｐ以下の炭素径とするのが望ましい。コＯＯＰ以上の炭
素粒子があると羽目に生りするマツシュルームの気孔の
Ｊ０％以上が閉塞することになり冷却剤不足となり炉底
耐大物の溶損はさけられなくなる。

次に、主として上記炭素材料粒径について検討しか実施
例を説明する。

実施例１； この実施例はｊｔの酸素底吹き転炉を使った例で、同心
コ重管羽目を６本使い、送酸速度／ＩＪＮｌ１３／ＣＯ
量０，４ＪＮｓ１３／ｍｉｎ　、炭素量ＯＪＪｋｇ／ｌ
１１１ｎ　　ゝ　　　　２ ｍ１ｎ　、炭素粒径最大ｕ／Ａ（平均粒径ｔｓＰ）、吹
止ｍ屓／Ａ！Ｏ”Ｃ１吹止鋼中炭素ｏ、ｏダ％の条件下
では、吹錬中の外管圧力の変動はなく羽口外管の閉塞の
兆候は全くみられなかった。耐火物溶損＆よ／、Ｊ　Ｉ
ＬＩＩと少く、羽目冷却効果が十分なされてし）ると判
断された。

実施例２； 実施例／と炭素粒径以外の条件を同じにした。

炭素粒径最大７０１’（平均ｕｐ＞とじた。吹錬中の外
管圧力の変動はなく羽口外管の閉塞の兆候＆ま全くみら
れなかつｔ０耐火物溶損は／、７−であつｔｏこれはバ
ラツキの範囲にあり十分羽口冷却力＄なされていたと判
断された。

比較例１； 炭素粒径最大コ５ｏｌＬ、（平均／λｏＰ）以外は実施
例１と同じ条件で吹錬したところ、吹錬開始１３分で羽
口外管圧が急上昇した。１３分３０秒で炉な倒し吹錬途
中で出鋼し羽口を調査したところ、外管部で閉塞してお
り、耐火物の溶損はｌコ、３１ＩＩ１１であった。この
まま吹錬を継続していたら漏鋼事故につながると予想さ
れた。

なお本発明によれば、単に羽目を鉄浴面下方のみならず
、鉄浴面上方にセラ）して鉄浴の吹錬を行なう際にも有
効な羽口冷却方法を提供することかできる。

以上本発明によれば、噴出管羽口先端の濱損量か極めて
少なく、極めて優れた羽目冷却力°法を提供することが
できる０

【図面の簡単な説明】

第１図は、酸素底吹き転炉の炉床面の横断面図、第、、
２図は第１図の転炉の炉底面見取図、第３図は第１図の
転炉−のムームｌ線に沿って切った縦断面図、第参図は
マツシュルームの断面極比率と気孔径の関係を示す線図
である。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第３図 第４１゛４ ７７ムｌムー４の尭孔糧ひ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＬＭ錬答器内の溶鉄浴面下に設置した中心流路から精錬
   用ｒ１１累ガスを流動させる同心λ重管羽口の冷却に当
   り、中心流路外側の環状流路に保護流体をＴｌｆ、動さ
   せることにより当該羽口の冷却を行う方法において、 上記保護流体として、二酸化炭素と該二酸化炭素の分子
   数に対比してＯ，Ｓ〜／の範囲内の２００μよりも小ざ
   い炭素微粒子との混合流体を用いることを特徴とする精
   錬容器羽目の冷却方法。