JPS6152213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製鋼炉例えば転炉における底吹きガ
スの切替え方法に関する。

銑鉄より鋼に精錬する転炉の溶湯面下にガスを
吹込む羽口（以下底吹用羽口と称す）を設置し、
この底吹用羽口より精錬に必要な酸素の全量を吹
込む方法（所謂OBM，Ｑ−BOPあるいはLWS
法）、あるいは、精錬に必要な酸素の一部を吹込
む方法（純酸素上底吹併用転炉）、さらには、少
量のアルゴン，窒素ガス，空気，炭酸ガスあるい
はこれ等ガスの混合物を従来の上吹転炉の溶湯面
下に底吹きする方法（所謂、複合吹錬）等によ
り、銑鉄より鋼に精錬する反応効率を改善，向上
させる種々の提案がなされていることは既に公知
である。これ等の底吹き用ガスの吹込みは、吹込
むガスの特性に応じて、ポーラスプラグ，単重管
羽口、あるいは二重管羽口が用いられる。

これ等の底吹用ガスは、精錬の目的あるいは作
業工程の移行に伴つて適宜切替えられるのが普通
であるが、特に、精錬目的に応じて、吹錬中、あ
るいは溶鋼，スラグが炉内にある時に、底吹用ガ
スを切替える時には、この底吹用ガスを如何に迅
速に切替えるか、まり、配管内に残留しているガ
ス切替え前の先行ガスよりガス切替え後の後続ガ
スに配管内ガスを完全に置換するかは、精錬目的
を効率的，効果的に達成し、しかもこれ等を例え
ば、底吹用羽口（あるいはプラグ）を損傷せずに
実施する必要から、極めて重要な課題であり、本
発明は、この課題に対して、非常に効果的な解決
法を提供するものである。

一般に、転炉に底吹ガスを供給する為のガスの
制御装置、例えば、圧力調整弁、あるいは流量調
整弁，その他の制御・計装々置が設置されてい
る、所謂バルブステーシヨンは、転炉々体の近傍
では転炉の付帯設備、あるいは、他の主要製鋼設
備が設置されていて、その場所の確保が困難であ
るのが通例で、この為、バルブステーシヨンと転
炉々体とは、可成りの距離を隔てて設置され、こ
の両者を結ぶ配管の長さは、少なくとも数10米、
時には100米を越える場合がある。ところが精錬
目的あるいは、作業工程の移行に伴なう底吹用ガ
スの切替えそのものの操作は、バルブステーシヨ
ンに設置されている制御用バルブの切替えによつ
て行なわれる為に、転炉の溶湯面下に設けられた
プラグ、あるいは羽口より噴出あるいは吹込まれ
るガスが実質的にガス切替え前の先行ガスより、
切替え後の後続ガスに切替わる為には、バルブス
テーシヨンより炉底のプラグないしは羽口までの
配管内のガスが先行ガスより後続ガスに完全に置
換されることが前提である。

このバルブステーシヨンと羽口間のガス切替え
時のガスの置換を迅速、完全に行なう為には、当
然のことながら、バルブステーシヨンと羽口間の
配管容量は極力小さい方が有利であるが、一方、
ガスの供給元圧を極く低くするために配管内のガ
スの圧損をある限度以下にすること、あるいは、
例えば、工業的純酸素の場合の様に、酸素による
配管の燃焼、爆発を防止する必要などから、配管
容量をある程度確保すると云う相矛盾する条件を
満足させなければならない。然しながらこれ等両
者の相矛盾する条件を同時に満足することは不可
能であり、現実的にはガス切替え時の配管内ガス
の置換を犠牲にして、ある配管容量を確保し、こ
れによつて、配管内のガス流速を当該ガス種に許
容される流速以下に抑え、同時に当該ガスの配管
内圧損も、夫々のガスの供給元圧より許容される
圧損以下に抑えるのが、通常の配管設計の実態で
ある。

このような配管設計の結果は、底吹用ガス切替
え時のガス置換の場合に、実際の配管容量以上に
ガスの置換に時間を要することになる。何如なら
ば、操業中の切替え用ガスの圧力は、数Kg／cm²よ
り10Kg／cm²、場合によつては、10数Kg／cm²にも及
び、この圧力に比例して、ガス切替え時の配管内
に残留する置換・パージされるべき先行ガスの実
容積が大きくなる為である。この結果、実際の操
業では、ガス切替え時のガスの完全な置換に数10
秒より１分以上も時間がかかるのが通常である。
このような、ガスの置換に長時間を要することの
具体的な問題は、特に、精錬目的に応じて底吹用
ガスを切替える時に顕著にあらわれる。

例えば、内管に酸素を、外管に冷却用炭化水素
を吹込む所謂、二重管羽口を転炉の炉底に設置し
て、銑鉄より鋼に精錬する場合に、精錬中に二重
管羽口の外管より吹込まれた炭化水素によつて、
溶鋼中に吸収・溶解された水素は、通常３〜
7ppmにも達するが、この水素を低下させる、つ
まり、脱水素を行なう為に、精錬末期あるいは、
転炉よりの溶湯の出鋼前に、二重管羽口の内管を
酸素よりアルゴンに、外管を炭化水素よりアルゴ
ンに切替えて所謂、アルゴンによる溶湯のバブリ
ング処理（通常フラツシングと称す）操作を行な
う。この脱水素処理を有効に、効率的に行なう為
には、ガス切替え前の外管の先行ガスである炭化
水素を、ガス切替え後バルブステーシヨンより、
羽口に至る配管内を炭化水素より、アルゴンに置
換し、分解して水素源となる炭化水素を配管内よ
り如何に迅速に、かつ完全に配管系外に追い出す
（パージする）かが重要となる。つまり、上述の
外管の配管内のガスを炭化水素よりアルゴンに置
換するに必要な時間の間は、残留している炭化水
素により溶湯中に水素源が供給されることにな
り、実質的に、脱水素が進行しないことになる。
従つて、実際の脱水素処理時間は、外管のガス置
換の為の必要時間分だけ延長することになり、こ
れは転炉の製鋼時間が延長し能率を低下させるだ
けでなく、処理時間延長による溶湯の温度低下も
伴ない、精錬作業・効率に重大な影響を及ぼす。
またこれによつて、二重管羽口の寿命も大きな影
響を受けることが本件発明者等の操業経験で確認
されている。

本発明者等の経験によれば、底吹用羽口、特に
外管の先端で実質的にガスの通路となる面積（所
謂開孔率）は一定ではなく、時系列的に見ると不
規則に変化するのが一般であり、この為に外管の
ガスの置換時間が大きく変化し、前述の問題の程
度も脱水素処理の度毎に異なり、極めて不安定な
現象となり、従つて、標準化も困難であり、問題
点の解決の為の方策が定まらず、転炉の安定操
業、生産に基本的な問題点となつていた。

上述の脱水素処理は、底吹用ガスの完全置換の
重要性を示す一例であるが、同種の問題は、他の
精錬目的、例えば溶湯に窒素を添加する為の加窒
処理、あるいは転炉で極低炭を溶製する為の不活
性ガス、あるいは不活性ガスと酸素との混合ガス
の吹込み処理等の底吹ガスを効果的に応用する場
合に必らず、遭遇する問題である。

本発明は上述の如き、底吹ガス切替え時のバル
ブステーシヨンより、底吹用羽口に至る配管内の
ガス置換にかかわる基本的問題を解決する為の極
めて有効な手段を提供するものである。

以下に本発明の具体的内容を、本発明者が実際
に実施し、この発明の著しい効果を確認した実施
例に基いて、詳しく説明する。本実施例は、精錬
用酸素の一部を底吹きし、残りの大部分の酸素は
従来の上吹LD転炉と同様に上吹きすることによ
つて、銑鉄より鋼に精錬する為の転炉で、炉容は
150トンである。この転炉の炉底に設けられた数
本の底吹き用二重管羽口の内管及び外管に夫々必
要なガスを供給する為のガスフロー概念図は、第
１図に示した通りである。

第１図に示した如く、内管，外管のガスフロー
は、バルブステーシヨンに於ける各系統の制御装
置を経て、内管，外管とも夫々１本の共通配管と
して転炉に供給されるが、転炉々体１側と転炉に
至るまでの夫々の配管は、トラニオンシヤフト２
に設けられた回転継手３によつて連絡されてお
り、これによつて、転炉々体がトラニオンシヤフ
トを軸として、自由に回転出来るようになつてい
る。尚、第１図では、内管５，外管６ともそれぞ
れ１系統の配管として、転炉にガスを供給してい
るが、必要に応じて、羽口別の系統に分けて、所
謂独立制御出来るような独立配管として、内管，
外管の両者、あるいはそのいずれかを、複数本の
配管にして、ガスを供給する場合も、本発明の範
囲に含まれる。第１図のガスフローは本発明の方
法を除けば、転炉々底よりガスを吹込む場合に一
般に行なわれているものである。

本発明の具体的な装置化は第１図の内管５，外
管６の夫々の系統の、回転継手３の直前に設けら
れた放散弁７，８である。この放散弁の位置は本
発明の目的により極力、転炉々底に設けられた羽
口に近いことが望ましいが、本実施例では、比較
的簡単に設置出来、かつ、保守もやり易い回転継
手３の直前のバルブステーシヨンからの配管系の
末端部の固定配管とした。内管，外管に設けられ
た放散弁７及び８には、該放散弁が開となつた時
の放散するガス流量を調整して予め設定出来るよ
うに、ニードル弁９，１０を設けてある。この放
散弁の開閉は内管及び外管の夫々に設けられた圧
力計１１，１２によつて、内管，外管の圧力を連
続的に測定しておき、この圧力がある予め設定さ
れた圧力値を越えると放散弁が開となり、配管内
ガスを放散し、これによつて配管内圧力が、ある
予め設定されている圧力値以下になると放散弁が
閉となるよう計装上の装置が設けてある。

本実施例でのガス切替え時の配管内ガス置換の
具体的な方法をさらに詳しく説明する。今、内管
ガスを吹錬中の酸素より、吹錬終了後のアルゴン
ガスによる鋼浴のフラツシングを行なう場合につ
いて説明する。吹錬中内管ガスは、転炉々底に設
けられた羽口４を通じて3000Nm³／Hr吹込まれ
る。この時の酸素系の流量制御は、バルブステー
シヨンの調整弁２５により圧力制御され、ある一
定圧力に制御されている酸素を流量調整弁２０に
て所定流量3000Nm³／Hrに制御し、バルブステー
シヨンより、内管系の共通配管５を通じて、転
炉々底の羽口４に至る。この吹錬中の内管圧力
は、多少の変動はあるが、本体5.5Kg／cm²で、
ほゞ一定である。吹錬が終了し内管ガスを酸素よ
りアルゴンに切替える時には、本実施例では、酸
素の流量調整弁２０とアルゴンの流量調整弁２３
夫々設定されているある規定開度に保持した状態
を確認した後に、アルゴンの調整弁２１をその規
定開度に保持した状態で、酸素の調整弁２０を閉
として先行ガスの酸素を止める。この酸素の調整
弁２０の閉を確認した後に、後続ガスのアルゴン
の調整弁２１は、ある設定された所定流量（ここ
では3000Nm³／Hr）に流量制御することを開始
し、これでガス切替え操作を終了する。

このガス切替え過程で、酸素の調整弁２０とア
ルゴンの調整弁２１が、共に開状態となるが、こ
の時の内管ガス流量はガス切替え前の酸素3000N
m³／Hrより大となり、これにより圧力計１１に
よつて測定される内管圧力は、定常状態より高く
なる。そこで内管圧力が、7.5Kg／cm²になること
により、放散弁７が開となり、7.0Kg／cm²まで放
散により内管圧力が低下すると、放散弁７が閉と
なるように放散弁の作動圧力を設定しておくこと
によつて、ガス切替え操作時に配管内に残留して
いる、先行ガスの酸素あるいは、酸素と後続ガス
のアルゴンとの混合ガスを放散弁よりパージする
ことが出来る。

このパージは実質的には、前述のガス切替え操
作の中で、先行ガスの酸素の調整弁２０が閉とな
り後続ガスのアルゴンのみが流れている状態で行
なわれ、放散弁が開となりパージが行なわれる時
間は数秒で目的を達する。尚、このパージ時間の
調整は、バルブステーシヨンより放散弁７が設置
されている位置間の配管容量に応じて、放散弁の
設定圧力、ガス切替え時の先行ガス、後続ガスの
バルブの規定開度によつて行なわれるが、場合に
よつては、先に述べた一連のガス切替え操作の中
で先行ガスの酸素の調整弁２０が閉となつた後
に、後続ガスのアルゴンの調整弁２１をある時
間、更に大きい開度の規定値にするか、あるい
は、ある時間アルゴンの流量設定値をガス切替え
後の定常状態の流量設定値（ここでは3000Nm³／
Hr）より高い例えば、3500Nm³／Hrに保持し、
この間に放散弁７よりのパージを確実に行ない、
ある時間の後に、アルゴン流量設定値を定常状態
の3000Nm³／Hrに変更して、制御することなど
も、非常に有効な方法である。

上述の本発明の実施例で述べた、非常に効果的
なガス切替え時の配管内ガス置換の方法は、第１
図に示した外管についても全く同様に適用出来る
ことは当然であるが、さらに、ポーラスプラグ，
単重管などの吹込み方法に於て、吹込みガスの切
替えを行なう場合も、全く同様の考え方で、同様
の効果を得ることが出来る。

つぎに第１図で示した本発明の実施例の具体的
な効果について述べる。第１図の本実施例で、実
質的に、ガスを切替える酸素及びアルゴンの調整
弁２０，２１より、内管に設置した放散管７の所
までの配管長さは75米あり、本発明に基づく放散
弁７が無い従来の配管ではこの間のガス置換に可
成りの時間を要した。これを外管について見ると
吹錬中には炭化水素を流し、アルゴンによる鋼浴
のフラツシングでは、外管もアルゴンに切替える
が、このガス切替えを非吹錬中に羽口を観察しな
がら行なつて、外管が炭化水素よりアルゴンに切
替る状況を羽口先端での炭化水素の燃焼観察より
行なつた。本発明による外管の放散弁８の無い時
は、外管を炭化水素より、アルゴンに切替えてよ
り厳密には、先に述べた内管のガス切替えと同様
の操作で、先行ガスの炭化水素の調整弁２２が閉
となつてから、炉底羽口４より炭化水素の火炎が
消えるまでに、個々の羽口の外管の閉塞状況によ
つても異るが、25秒から45秒の時間を要した。つ
まり炭化水素の火炎の消失より判断される外管内
ガスの置換は25秒から45秒かかつたことになる。
この時間は発明者等の、種々の操業経験によれ
ば、羽口先端の状況、特に外管先端が極端に閉塞
した状態では、１分を越える場合もあり、かつ、
バルブステーシヨンが転炉より遠くなれば、それ
による配管容量の増大に応じて、更に時間が長く
なる。

これに対して本発明による外管の放散弁８を設
けた方法では上述の本発明によらない従来方法の
場合と同様の方法で外管のガスの置換状況を調べ
たが、本発明による配管内ガス置換を迅速に行な
う方法では、外管のガス置換の所要時間は大巾に
短縮され、約５秒から15秒となつた。これ等のガ
ス置換状況は、配管内のガス分析による調査でも
ほぼ同様のことが確認されている。

このような効果を実際に、鋼浴のアルゴンによ
るフラツシング時の脱水素状況によつても調査し
た。本実施例の如く、転炉々底より、酸素と同時
に冷却用炭化水素を吹込む場合には、炭化水素の
分解により生成する水素ガスは、一部鋼浴に吸収
され、鋼浴水素含有量を高める。今、吹錬終了後
引き続いて、脱水素を目的として行なつたアルゴ
ンによるフラツシングを、従来法と本発明によ
る、配管内のガス置換方法とで比較すると、両者
とも２分間のフラツシングで、鋼中水素含有量
は、従来法では3.4ppm（12チヤージの平均）、本
発明法では2.6ppm（９チヤージの平均）と明ら
かに差がある。これは先に述べた様に従来法で
は、外管の炭化水素がアルゴンに完全に置換され
るのに羽口によつて異るが25秒から45秒位必要と
され、この間は吹込みガスより常に水素源が供給
される為に、脱水素が進行しないことが原因であ
る。従つて、従来法では、本発明と同様の脱水素
効果を得る為には、上記のガス置換の時間分だけ
処理時間を延長する必要があり、この事はアルゴ
ンのコスト、温度降下等の問題と同時に、アルゴ
ン吹込み時間の延長による羽口の損傷が大とな
り、操業上重要な問題となる。

また本発明の予想外の効果は前に述べた、配管
内ガスの置換速度の調整により、内管と外管のガ
ス置換速度にバランスを持たせ、ガス切替え時
に、羽口先端での内管ガスと外管の熱バランスを
保持することが出来ること、あるいは、従来法の
如き、熱バランスが大きくくずれることによる羽
口異常が防止出来ることである。

以上述べた如く、本発明によるガス切替え時の
配管内の迅速、かつ、効果的なガス置換法は底吹
ガスによる、治金目的達成のため、及び、吹込み
用羽口の安定性、寿命確保などに、極めて効果が
ある。

本発明の効果は、今までに述べた実施例あるい
は適用態様に限るものでなく、転炉々底に設けた
羽口に極力近い位置に放散弁を設け、この放散弁
がガス切替え時に、配管内ガス圧力の上昇によつ
て、放散を開始して効果的なパージを行ない、か
つ配管内圧力が低下、あるいは、時間設定値によ
つて、閉となる操作は本発明の範囲とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は転炉々底に設けた二重管羽口より内管
外管ガスを吹込む為のガスフロー図である。 １：転炉、２：トラニオンシヤフト、３：回転
継手、４：羽口、５：内管配管、６：外管配管、
７，８：放散弁、９，１０：ニードル弁、１１，
１２：圧力計、１３〜１８：遮断弁、１９〜２
４：流量調整弁、２５：圧力調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銑鉄より鋼に精錬する製鋼炉の溶湯面下にガ
   ス吹込み用羽口若しくはポーラスプラグを設け、
   且つ、該溶湯中に２種以上のガスを吹込む方法に
   おいて、吹込みガスを制御する装置を備えたバル
   ブステーシヨンより製鋼炉に至る固定配管系統の
   端末若しくはその近傍に、配管内ガス圧力によつ
   て作動する放散弁を設置し、ガス切替え直後（ガ
   ス切替え前の先行ガスのバルブが閉となりかつガ
   ス切替え後の後続ガスのみが流れている状態）
   に、配管内ガス圧力が、ある時間の間、ガス切替
   え完了後の定常流れ状態の圧力よりも高くなるよ
   うにし、この配管内圧力がガス切替え完了後の定
   常流れ状態の圧力より高い、ある設定圧力を越え
   た時に放散弁が開となり、配管内に残留している
   先行ガス及び先行ガスと後続ガスの混合ガスを後
   続ガスによつて配管内より放散弁を通してパージ
   し、ある設定された時間後ないしは配管内ガス圧
   力がある設定された圧力に低下した時に、放散弁
   を閉とすることによつてガス切替え時の配管内ガ
   スの切替え、置換を迅速に行なうことを特徴とす
   る底吹用ガスの切替え方法。