JPS60177117A - 反応性酸素を溶湯中に直接供給する方法 - 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】 本発明は、溶融金属の湯と反応する気体酸素を場面下か
ら耐火物製単管ノズルによって供給する方法に関するも
のでものである。

従来より、溶融金属の湯中に気体酸素または固体状の酸
素源を供給して酸化精錬することが実施されているが、
この酸素源の供給方法としては。

炉底の羽口から気体の酸素を供給する方法と、浸漬ラン
スなどを用いて気体酸素や粉状酸素源を供給する方法が
よ〈実施されている。しかし、気体の酸素を場面下に直
接供給する場合には２反応熱によって羽口やノズルさら
にはランスがすぐに溶損するので１酸素濃度を薄くした
り、あるいは高濃度酸素を使用する場合には二重管構造
の羽目やランスなどを使用して外管から冷却用ガスを同
時に供給している。また、粉状の固体酸素源を場面下に
インジェクションする場合には、そのキャリヤガスとし
て不活性ガスが使用されている。

すなわち、従来においては９反応性の酸素源を場面下に
供給する場合には、その急激な反応熱を緩和するなんら
かの処方が必要とされていた。

例えば、溶銑の脱珪、脱燐処理を例として、その従来の
処方みると、固体状の酸化剤あるいは気体酸素を溶銑に
供給することが行われているが。

これら酸化剤を湯面下に供給する場合には、っぎの二種
類の方法が主として実施されている。

その一つは、粉状の固体酸化剤をキャリヤガスＣｍ送ガ
ス）を用いて湯中にインジェクションする方法であり、
この搬送ガスとしては、不活性ガス例えばＮ２ガスが使
用される。この場合、インジェクションランスを湯面下
に上方から浸漬して行う所謂上吹きインジェクション法
が一般的である。

その二は、気体酸素を渦中に供給する方法であり、これ
には二重管構造の浸漬ランスや二重管構造のノズル（羽
目）を用い、その外管から冷却用ガス例えば不活性ガス
や炭化水素ガスを供給しながらその内管に酸素富化ガス
や純酸素を供給する方法である。この場合、溶銑を対象
とするさいには２反応容器の底部に設置した二重前羽目
を用いて行う所謂底吹き法が最も一般的である（例えば
酸素ガスの大量吹き込みを実施する炉として、二重前羽
目を炉底に設けたＱ−ＢＯＰ転炉が知られている。なお
、溶銑は精錬の進行に伴い／８鋼となる）。

これらの方法は、それなりに効果をあげてはいるが、な
お十分なものではない。なぜなら、いずれの場合にも１
本来の精錬に必要な酸化剤の他に直接的には酸化反応に
関与しない多量のキャリヤガスや冷却用ガスを同時に吹
き込むことが必要であるからである。また、このキャリ
ヤガスや冷却ガスの使用量が増えればそれたり精錬原価
を高め　′ることになるし、冷却ガス使用の場合には、
先にも述べたように二重管構造の如き特殊な構造の吹込
構造を取らざるを得す、このインジェクション装置自身
に多大の費用を必要とする。

従って、不活性ガスや冷却ガスを用いないで。

あるいはその量を出来るだけ少なくして気体酸素を溶銑
中に供給することが望まれるのであるが。

既述のように、この場合には、酸素ガスジェットと溶銑
が衝突する反応ザイ１−での温度上昇が激しく、この急
激な反応熱によって通常の耐火物からなるランスやノズ
ルでばすＸに溶損してしまうので、その実現ができない
。事実、このような実質的に酸素源だけを溶銑の場面下
に供給して酸化精錬を永続的に実施した事例はこれまで
に存在しない。

本発明はこれを実現することを目的としてなされたもの
である。すなわち本発明者らは、気体酸素を高濃度で含
む男゛スを用いて固体酸素源と共に底吹きする場合には
、前記の目的が好適に達成されることを見いだした。す
なわち、従来のように二重管構造のものではなくこれに
代えて単管構造のノズルを使用し、酸素含有気体をキャ
リヤガスとして粉状固体物質を同伴させながら、渦中に
底吹きした場合には、このような単管ノズルを使用して
も、その気体酸素中の酸素濃度を低くするよりもむしろ
高くした方が、ノズルの損傷なく永続的な吹き込みが好
適に実施できる事実を見いすどすことができた。

本発明は、この知見にもとすき、湯と反応する酸素源を
渦中に単管ノズルを用いて供給する方法を提供するもの
であり、その骨子は。

少なくとも先端部が耐火物製で且つ単管構造をもつ耐火
物製単資ノズルを、溶融金属を入れた容器の湯が接する
部位のボディに取付け。

この単管ノズルから、酸素含有気体と粉状の固体物質を
渦中に供給し。

この固体物質の顕然と潜熱による奪熱によりこの単管ノ
ズルの先端部に湯のメタル分を含む物質を管状に凝固さ
せ、こめ凝固物で該単管ノズルを保護しながら湯と反応
する酸素を湯中に直接供給する点にある。

本発明方法の原理は、気体と固体からなる酸素源を用い
て金属の精錬を実施する場合に一般的に適用可能である
が、その一つの応用例として、溶銑の脱珪、脱燐処理が
挙げられる。　以下にこの溶銑の処理を例、とじて本発
明法を具体的に説明しよう。

第１図は２本発明法にしたがう耐火物製単管ノズルを精
錬容器の底部ボディに装着した状態を示している。この
単管ノズルは、炉底の煉瓦層例えばＭｇＯ系煉瓦層１の
厚み内に、この煉瓦Ｎ１の内表面２とノズル先端面３が
整合するように１モルタル７５１２を介して装着されて
おり、従ってそのノズル口４が丁度炉底の内表面と一致
するレベルに設りられている。この単管ノズル全体は、
耐火物スタンプ層５内に、耐火物製の筒６を挿入して構
成され、こ゛の耐火物製の筒６が流体通路７を形成して
いる。耐火物スタンプ層５は例えばＡ１２０３−Ｃｒ２
０３系の耐火物で、また耐火物製の筒６は例えば再結晶
ＡＩ２０３またはＭｇＯ系の耐火物で構成される。すな
わち、このノズルはその先端部を含め１通常の汎用耐火
物材料から構成され、その構造としては単管構造を有し
ている。流体通路７は１ｍ裂例えばステンレス鋼製のパ
イプ８に連結しており、このパイプ８が容器外のジヨイ
ント９に接続され、このジヨイント９には、酸素含有気
体源１０と粉状の固体物質源１１から夫々所定の量に配
分された混合流体が供給される。

通常、このような耐火物製単管ノズルから純酸素または
酸素富化ガスを供給すると、たちまちこのノズルは溶損
してしまい、吹錬を続行することはできない。従って、
従来においては、Ｗ！、素吹錬でも他の不活性ガス例え
ば窒素ガスを酸素と共に供給していた。その最もよい例
が転炉における空気（窒素ガス＋酸素ガス）吹き込みで
ある。そして、純酸素または酸素富化ガスを炉底から供
給する場合には、このような単管構造のノズルでは溶損
してしまうので、これに代えて、既述のように二重管構
造のノズルを使用し、その外管から窒素ガスやアルゴン
ガス１さらには炭化水素ガスなどの冷却用ガスを吹き込
むことによってノズルを冷却しながらこれを実施してい
た。

ところが１本発明者らの実験によると、このような炉底
の耐火物製単管ノズルから酸素リンチな酸素富化ガスを
吹き込んでも、このガス中に粉状の固体物質を同伴させ
るならば、むしろガス中の酸素濃度を高めた状態の方が
有利に、半永続的な吹き込みができることがわかった。

しかもこの粉状の固体物質としては、精錬に必要な酸素
源となる固体物質で丙ってもよいのである。

第２図〜第５図は、耐火物性単管ノズルの溶損の挙動を
調べるために本発明者らが行った試験の代表例を図解的
に示したものである。

試験ｌ　（結果は第２図に対応） ノズル口径が３ｍｍφで、第１図の６で示すノズル内面
が再結晶Ａ１２０３で構成した耐火物性単管ノズルを３
００ｋｇ高周波炉の炉底に取付け、この耐火物性単管ノ
ズルから、この炉内のＣ：４．０％。

Ｍｎ　：　〜０．５５％、　Ｓｔ　：　０．４２％、Ｐ
　：０．１３５％、Ｓ二重、０３３％を含む１３５０〜
１３２０℃の溶銑に対して２．空気（酸素濃度ζ２１　
Ｖｏ１％）をキャリヤガスとし用いて、　４０％ＣａＯ
−１０％ＣａＦ２　５０％ミルスケールからなる粉状物
質を毎分６００ｇの供給速度で、湯中に底吹きした。キ
ャリヤガスの流量は８ＯＮ＆／分であった。この底吹き
インジェクシヨンを開始して約５分後に粉体供給配管内
の圧力が上昇し始め、１２分後に５　ｋｇ　／　ＩＩ■
２に達し、粉体の供給が遮断された。直ちに試験を停止
してこのノズル近傍を観察したとこの、第２図に示すよ
うに、このノズル先端部において、ノズル上面を覆うよ
うに凝固殻１３が生成しており、この凝固殻１３内の通
路はｌｌｌ１ｍ以下となっていた。

試験２（結果は第３図に対応） キャリヤガスとして、酸素８０　Ｖｏ１％＋Ａｒ２０’
　Ｖｏ１％のガスを使用した以外は試験１と同一の試験
を実施した。すなわち、試験１よりも酸素濃度を高めた
キャリヤガスを用いて同様の実験を行った。

この場合には、配管内の圧力は３．４５　ｋｇ／ｄ＋で
まったく一定となり、きわめて安定した吹き込み状態と
なって粉体を含む混合流体の供給はなんの支障もな〈実
施できた。。このことは、ノズル口の近傍で定窩状態が
達成されていると考えられた。

この底吹きインジェクションを３０分後に停止してその
ノズル近傍を観察したのが第３図である。図示のように
、この場合には、ノズル先端から炉内に高さ約２５ｍｍ
、外径約１７＋＋＋ｍの筒状の凝固殻１４が生成してい
た。そしてノズルば全く溶損ルていなかった。この凝固
殻を採取し、その断面を顕微鏡観察したところ、　Ｆｅ
メタル中にところどころ酸化物らしい物質が点在してい
る組織が観察された。

試験３（結果は第４図に対応） キャリヤガスとして、酸素６０　Ｖｏ１％＋Ａｒ４０　
Ｖｏ１％のガスを使用した以外は試験２と同一の試験を
実施した。すなわち、試験２よりも酸素濃度を若干低く
したキャリヤガスを用いて同様の実験を行った。この場
合にも、粉体を含む混合流体の供給はなんの支障もな〈
実施できた。この底吹きインジェクションを３０分後に
停止してそのノズル近傍を観察したのが第４図である。

図示のように、この場合にも、ノズル先端から炉内に向
けて筒状の凝固殻１４が生成しており、ノズルは全く溶
損していなかった。

試験４　（結果は第５図に対応） キャリヤガスとし“て、酸素１００　Ｖｏ１％の純酸素
ガスを使用した以外は試験１と同一の試験を実施した。

この場合には１時間がたつにつれて供給配管内の圧力が
低下傾向が強くなった。インジェクションを３０分で停
止し、そのノズル状態を観察したところ、第５図に見ら
れるように、ノズル口近傍は溶損していた。すなわち、
゛この条件では酸素濃度１００％の純酸素でインジェク
ションすると耐火物単管ノズルは溶損することがわかっ
た。

以上の試験Φ他に、キャリヤガス中の酸素濃度を種々変
化させたり、粉状物質のキャリヤガス中への配合割合や
、物質の種類を変え、またノズルを構成する耐火物の種
類を変えたりして、数多くの試験を繰り返した結果、キ
ャリヤガス中の酸素濃度は全気体中で５０〜９０　Ｖｏ
１％、好ましくは６０〜９Ｑ　Ｖｏ１％の範囲とし、粉
状物質は全気体ＩＮｒｒｒ／ｌｌ１ｉｎあたり４〜５０
ｋｇ／　ｍｉｎの供給速度でこのキャリヤガスに同伴さ
せた場合に良好な管状の凝固殻が形成されることがわか
った。キャリヤガス中の酸素濃度がこの適正範囲より低
い場合には前記試験１のようにノズルの閉塞現象が生じ
、また、９０νｏ１％を越えるような純酸素に近い状態
では、前記試験４の結果のように溶損する事態が生ずる
こともあった。また、粉状物質としては、鉄鉱石。

ミルスケール、焼結鉱粉などの酸化鉄粉、Ｃａｂ。

ＣａＦ２などのフラックス材料が好適に使用でき。

これらを前記範囲内で適正に供給した場合に良好な凝固
殻の生成を見た。一方、ノズルを構成する耐火物につい
ては、　Ａ１２０３系、　Ｍｇ、Ｏ系、　ＺｒＯ２系な
どについて試験したが、これらの間には特に大きな差異
は認められず２通當の再結晶Ａ１２０３やＭｇＯ系耐火
物で十分であることが判明した。

以上の試験の総合結果として、ノズル溶損防止に対して
劇的な効果を示す因子は、キャリヤガス中の酸素濃度で
あり、粉体インジェクションに対して、所定濃度以上の
酸素リンチのガスをキャリヤガスとして使用した場合に
は、予想に反して耐火物性単管ノズルであってもその溶
損が起こらないということが確認された。すなわち、粉
状の固体物質がもつ顕然とＷＪ熱の奪熱効果と、キャリ
ヤガス中の酸素ガスが溶銑と衝突するときに生ずる急激
な発熱量とがバランスして、ノズル先端部に湯のメタル
分を含む物質の凝固殻が生成し、これが過剰に成長する
ようなこともない領域が存在するのであり、この領域を
実現する条件でインジェクションを実施すればよいこと
になる。この定常状態は連続的なインジェクションを続
行するによって維持することができる。

しかし、このインジェクションを底吹きではなく、上吹
きにした場合には、このような良好な結果はｉＡられな
かった。本発明者らは、前記の底吹きに代えて９種々の
耐火物よりなる単管ランスを溶湯中に場面上より浸漬し
、キャリヤガス中の酸素濃度を変えて同じような試験を
行ったが、粉体量が底吹きの場合と同様でも、酸素ガス
濃度が８０Ｖｏ１％で、ランスは著しく溶損した。すな
わち。

インジェクションの物質とその量が同一でも、上吹きで
は前記底吹きのような良好な結果は得られないのである
。その理由は必ずしも明確ではないが、ノズルまわりの
温度分布が上吹きと底吹きでは基本的に異なることと、
また、底吹きの場合には一定の固定された場所からの上
向きへのインジェクションであるから凝固殻の生成にと
って好ましい定常的な状況が維持されやすいのに対し、
上吹きではこのような定常的な状況の維持が困難である
こと等が関係しているのであろう。

従って１本発明方法は、溶湯を収容した容器において、
湯と接する部位の容器ボディに耐火物性単管ノズルを設
置して実施することが基本的に重要である。この湯と接
する部位は容器の底であるのが好ましいが、側壁であっ
ても湯と接する部位であれば、十分に実施可能である。

そして１本発明法を実施する場合には、上吹きインジェ
クションでは達しｊηないような浴の攪拌効果が得られ
ることも有利な点である。

以上のように２本発明は、ノズル先端に凝固シェルを形
成させることを特徴的な要件として、冷却ガスを使用す
ることなく酸素富化ガスを耐火物型単管ノズルから渦中
に直接供給することを可能としたもので、酸化反応を行
わせる場合の金属精錬において、従来の酸化剤供給法に
代わる極めてすＪ果的な酸素源供給方法を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明法にしたがう耐火物製単管ノズルを１
’＋’Ｊ錬容器の底部ボディに装着した状態を示す断面
図。 第２図〜第５図は１本文の試験１〜試験４を実施した場
合に生じたノズル先端部の凝固シェルの状態と溶損状態
を示すノズル先端部の略断面図である。 １・・炉底の煉瓦層、２・・煉瓦層１の内表面３・・ノ
ズル先端面、４・・ノズル口。 ５・・耐火物スクンブ層、６・・耐火物製の筒７・・流
体通路、８・・鋼製のパイプ。 ９・・ジヨイント、１０・・酸素含有気体源。 １１・・粉状の固体物質源、１４・・凝固シェル。 第１図 第２図　第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、少なくとも先端部が耐火物製で且つ単管構造を
   もつ耐火物製単管ノズルを、溶融金属を入れた容器の湯
   が接する部位のボディに取付け。 この単管ノズルから、酸素含有気体と粉状の固体物質を
   渦中に供給し。 この固体物質の顕熱と潜熱による奪熱によりこの単管ノ
   ズルの先端部に湯のメタル分を含む物質を管状に凝固さ
   せ、この凝固物で該単管ノズルを保護しながら湯と反応
   する酸素を渦中に直接供給する方法。