JPS6217463Y2 - - Google Patents

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JPS6217463Y2
JPS6217463Y2 JP1984125355U JP12535584U JPS6217463Y2 JP S6217463 Y2 JPS6217463 Y2 JP S6217463Y2 JP 1984125355 U JP1984125355 U JP 1984125355U JP 12535584 U JP12535584 U JP 12535584U JP S6217463 Y2 JPS6217463 Y2 JP S6217463Y2
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JP
Japan
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gas
pine
room
nozzle
diameter
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JP1984125355U
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

(産業上の利用分野) 本考案は上底吹き転炉における底吹きノズルに
関する。 (従来の技術) 近年、製鋼用転炉における精錬効率を高めるた
めに上吹きランスより酸素を、浴面下の底吹きノ
ズルよりCO2,Ar,N2等の撹拌ガスを吹込む上
底吹き転炉操業が広く実施されるようになつてい
る。 前記上底吹き転炉操業を安定、かつ効率的に実
施するためには底吹きノズル(以下、単にノズル
と言う)が重要なウエイトを占めている。即ち、
底吹きガス量は操業条件により大きく変動するこ
とから、前記ノズルは少量のガス吹込みから大量
のガス吹込みまでも的確に、かつ精度良く行い得
る機能を有する必要があり、加えて高温の溶湯に
対する耐用性も要求されている。 而して従来より種々の構造のノズルが提案され
ている。例えば特開昭55−149750に示されるよう
に耐火物で形成されたプラグに細径の貫通孔を複
数個設けてノズルを構成したもの、特開昭57−
200533に示されるように前記貫通孔を耐火物本体
とは異なる材質からなる管状体で構成されたもの
等が提案され、使用されている。 (考案が解決しようとする問題点) ところが前記従来のノズルでは、単体としての
プラグに構成される貫通孔は、比較的少数の複数
個設けるか、あるいは所定断面内にできるだけ多
く設ける程度の技術思想しかなかつた。このため
前述した底吹きガスの吹込み制御範囲はごく限ら
れたものとなつたり、あるいはノズルとしての強
度低下を招き、その耐用寿命は極めて短く、長期
間、安定した操業を実施することは困難であつ
た。 ところでノズルより前記撹拌ガスを底吹きする
と、該ガスの冷却機能によりノズルの直上にマツ
シユルームが形成されることは周知である。この
マツシユルームは前記撹拌ガスの冷却機能により
ノズル上の溶湯が冷却され、凝固した茸状の構成
体であつて、ノズルや炉底部耐火物と、炉内で激
しく流動する溶湯との直接接触を防止して、前記
耐火物の溶損速度を低下させると共にノズルの寿
命延長に効果を発揮する。ところが該マツシユル
ームの構成は極めて脆弱であり、状況によつては
忽ち消失したり、その反面凝固体になりやすいな
ど安定的に維持することは困難で、かつ扱いにく
い構成体である。 本出願人は安定したマツシユルームを形成させ
るための研究を重ねた結果、ノズルに埋設される
金属パイプの径を30mm2以下とし、かつノズル内に
おける金属パイプの集合率を所定の範囲内とした
ノズルを発明し、特開昭59−153818号で出願し
た。 本考案は前記ノズルの更に改良を図り、マツシ
ユルームの前記効果をより有効に活用しうるノズ
ルを提供するものである。 (問題点を解決するための手段) 本考案は、断面積30mm2以下の小径金属パイプ
を、耐火物中に複数個埋設してなる底吹きノズル
において、前記パイプの耐火物中における埋設集
合径D0を、底吹きガスの分子量、比熱、ガス分
解率、および転炉炉容、装着ノズル数をパラメー
ターとして下記(1)式に基づく範囲内に設定すると
共に、前記埋設パイプの総断面積を、前記集合径
断面積の0.8〜2.8%とし、かつ前記パイプを前記
集合径D0内に均等に分散埋設してなる底吹きノ
ズルに関する。 D0 ;パイプの埋設集合径(mm) M ;底吹きガスの分子量(Kg/Kmol) W ;転炉炉容(Ton/Heat) η ;浴内での底吹きガスの分解率 N ;底吹きノズル数 Cp ;底吹きガスの比熱(Kcal/Nm3・℃) (作用) さて、本考案者等は前記小径金属パイプを、耐
火物中に複数個埋設してなるノズルにおいて、マ
ツシユルームを生成せしめると共にその安定維持
をはかり、かつ所定量の撹拌ガス(以下、単にガ
スと言う)を底吹きするために種々実験、研究を
繰り返した。この結果、ノズル上に生成されたマ
ツシユルームは多数の細孔を有しており、該細孔
がガス通路を構成していること、該細孔の密度は
正常なマツシユルームではその大きさに関係無く
殆ど一定であることを知見した。 また、底吹きガスの流量を減じていくとマツシ
ユルームは、溶湯からの受熱より徐々に溶解して
いく。つまりマツシユルームを安定して維持する
ためには、底吹きガスによる冷却と溶湯からの受
熱の熱バランスを適正に保持することが必要であ
ることも知見した。 一方、転炉においては種々の成分濃度の溶鋼、
例えば炭素濃度が約1%の高炭素鋼から0.04%以
下の低炭素鋼まで同一の転炉で製造されている。
前記高炭素鋼を製造する場合は脱燐を容易にする
ため、スラグ中の酸素活量を高く保つ必要があ
る。このため高炭素域(炭素C≧0.4%)におい
ても、鉄を燃焼し、スラグ中FeO濃度を高くする
必要から鋼浴撹拌力を低下させることが重要であ
る。つまり通常は高炭素域では炭素が優先的に酸
化されるが、撹拌力を低下させることにより上吹
き酸素ジエツトによつて形成される火点への炭素
供給速度を低くして、鉄を燃焼させることが可能
となる。このような操業は底吹きガスの流量を減
少方向に制御し、撹拌力を調整することによつて
実施できる。第3図はC≧0.4%の高炭素鋼製造
時における底吹きガス量と吹止め燐濃度〔P〕と
の関係を示すもので、底吹きガス量を0.04Nm3
Ton・min以下(実質的には溶湯の逆流を防止す
るために0.01Nm3/Ton・min以上が必要)とす
ることにより、高炭素域での脱燐能を高く保てる
ことが判る。 逆に低炭素鋼を経済的に製造するためには、低
炭素域で優先脱炭を図る必要がある。このために
鋼浴撹拌力を増加させ、前記火点への炭素供給速
度を高くすることが重要である。第4図は炭素C
が0.03〜0.05%の低炭素域での底吹きガス量とス
ラグ中のT・Fe濃度との関係を示すもので、底
吹きガス量を0.1Nm3/Ton・min以上とすること
によりT・Feを低減することが可能となる。つ
まり0.1Nm3/Ton・min以上(実質的には0.1〜
0.3Nm3/Ton・min程度)の底吹きを行うことに
より低炭素域で優先脱炭が行われていることが判
る。 これらの知見より同一転炉で高炭素鋼から低炭
素鋼までを造り別けるには、ノズルより吹込まれ
るガス量を少なくとも0.04〜0.1、多くなると0.01
〜0.3Nm3/Ton・minの範囲で適宜制御する必要
があり、このような広範囲のガス量を正確に底吹
きできるノズルの開発が要望されていた。 本考案は前記知見に基づいて更に実験、研究を
重ねた結果創案されたものである。 第1図は本考案に基づくノズルの平面図であ
り、第2図は前記ノズルの装着状況を示す部分断
面図である。図において、1はノズルであり、30
mm2以下の小径の金属パイプ(以下パイプと言う)
2,2aをMgO−C系、或はMgO系等の耐火物
3中に複数個埋設して構成されている。パイプ2
は後述する範囲に設定された集合径D0内に均等
に分散して埋設されている。(本考案において埋
設集合径とは、このパイプ2を均等に埋設する範
囲の直径を言い、以下単に集合径と言う)前記ノ
ズル1は例えば羽口煉瓦5を介して炉底煉瓦壁6
に装着されている。7はガス供給管であり、ガス
は該ガス供給管7よりノズル1に設けられたヘツ
ダー部8を介してパイプ2に供給され、パイプ2
より炉内へ吹込まれる。9はノズル押さえ煉瓦を
示す。 ところで本考案者等の実験では、耐火物3にパ
イプ2を埋設したノズル1を用いると、パイプ2
に溶湯が凝着しこれを起点としてマツシユルーム
が形成され易く、また、一旦形成されたマツシユ
ルームは剥離しにくいことが確認された。 ところが前記個々のパイプ2はその断面形状の
如何に係わらず、断面積が30mm2を超えると、第5
図に示すようにマツシユルーム4のパイプ2直上
に比較的大きな孔41が形成され、言わばマツシ
ユルーム上部が開放された状態となる。この結
果、底吹きガスの流量の変動等により溶湯がパイ
プ2内に浸入すると地金差し現象が多発するよう
になる。この地金差しが生じるとマツシユルーム
におけるガス通路が閉塞する結果となり、マツシ
ユルームに加わるガス圧が増大し、マツシユルー
ムが剥離してノズルの寿命低下を招いたり、炉底
部耐火物を溶損させる事態が生じる。本考案にお
いてパイプ2の大きさを断面積で30mm2以下とした
のは係る理由からであり、断面積が30mm2以下であ
ればその断面形状は第1図aの円形2でも、第1
図bの偏平孔形2aのいずれでも良い。 さて、マツシユルーム4は前述のようにパイプ
2を起点として溶湯が凝着し形成されるが、その
形状はパイプ2が耐火物3のどれだけの範囲に、
どれだけの量で埋設されるかによつて大きく左右
される。即ち、マツシユルームの形状、及び性状
を決定するのはノズルの径Dではなく、前述した
集合径D0であり、かつパイプ2の1本当りの断
面積及びその集合径内における密度によつて決定
されることが本考案者等の経験で判明した。 而して次に前記集合径D0の範囲を設定する手
段について説明する。まず、底吹きガス量を減少
させていくと底吹きガスによるマツシユルーム4
の冷却が不充分となつて、マツシユルームは溶解
する。マツシユルームが溶解を開始する限界の底
吹きガス量はマツシユルーム内でのガスとの伝熱
を考慮して、下記(2)式に示すマツシユルームの受
出熱バランス式を適用することができる。 Hm・S・Ts=ΔTG・Cp・F ……(2) S ;マツシユルームの表面積(m2) Hm ;マツシユルームと溶鋼間の総括伝熱係
数 (Kcal/Hr・m2・℃) Ts ;溶鋼温度−溶鋼凝固温度(℃) ΔTG;マツシユルーム内のガス上昇温度
(℃) Cp ;ガス比熱(Kcal/Nm3・℃) F ;ガス流量(Nm3/Hr) 前記(2)式をSで整理すると下記(3)式となる。 S=ΔTG・G・F/Hm・Ts ……(3) ここで正常なマツシユルームは、ほぼ半球状と
(Field of Industrial Application) The present invention relates to a bottom blowing nozzle in a top and bottom blowing converter. (Prior technology) In recent years, in order to increase the refining efficiency in steelmaking converters, top-bottom blowing has been introduced, in which oxygen is blown from a top-blowing lance and stirring gases such as CO 2 , Ar, and N 2 are blown from a bottom-blowing nozzle below the bath surface. Converter operations are becoming widespread. In order to stably and efficiently operate the top-bottom blowing converter, the bottom-blowing nozzle (hereinafter simply referred to as nozzle) plays an important role. That is,
Since the amount of bottom-blown gas varies greatly depending on operating conditions, the nozzle must have the ability to accurately and accurately blow in a small amount of gas to a large amount of gas. It is also required to have durability against Therefore, nozzles with various structures have been proposed in the past. For example, as shown in JP-A-55-149750, a plug made of refractory material is provided with a plurality of small-diameter through holes to constitute a nozzle, and JP-A-57-1497-
As shown in No. 200533, a structure in which the through hole is made of a tubular body made of a material different from that of the refractory body has been proposed and used. (Problem to be solved by the invention) However, in the conventional nozzle, the number of through holes configured in the plug as a single unit is either a relatively small number of multiple holes, or the technical idea is to provide as many as possible within a predetermined cross section. It was all I could do. For this reason, the blowing control range of the bottom-blown gas mentioned above becomes very limited, or the strength of the nozzle decreases, and its useful life is extremely short, making it difficult to carry out stable operation for a long period of time. It was hot. By the way, it is well known that when the stirring gas is bottom-blown from a nozzle, a pine room is formed directly above the nozzle due to the cooling function of the gas. This pine room is a mushroom-shaped structure in which the molten metal on the nozzle is cooled and solidified by the cooling function of the stirring gas, and prevents direct contact between the nozzle and the furnace bottom refractory and the molten metal that flows violently in the furnace. This is effective in reducing the rate of erosion of the refractory and extending the life of the nozzle. However, the structure of the pine room is extremely fragile, and depending on the situation, it may suddenly disappear, or on the other hand, it may easily become a solidified body, making it difficult to maintain stably and difficult to handle. As a result of repeated research into forming a stable pine room, the applicant has developed a nozzle in which the diameter of the metal pipe buried in the nozzle is 30 mm 2 or less, and the collection rate of the metal pipes within the nozzle is within a predetermined range. was invented and filed in Japanese Patent Application Laid-open No. 153818/1983. The present invention further improves the nozzle and provides a nozzle that can more effectively utilize the effects of the pine loom. (Means for Solving the Problems) The present invention provides a bottom-blowing nozzle in which a plurality of small-diameter metal pipes with a cross-sectional area of 30 mm 2 or less are buried in a refractory. D 0 is set within the range based on the following equation (1) using the molecular weight, specific heat, gas decomposition rate, converter furnace volume, and number of installed nozzles as parameters of the bottom-blown gas, and the total cross-sectional area of the buried pipe is , relates to a bottom blowing nozzle in which the cross-sectional area of the collective diameter is 0.8 to 2.8%, and the pipes are evenly distributed and buried within the collective diameter D 0 . D 0 : Diameter of buried pipes (mm) M : Molecular weight of bottom-blown gas (Kg/Kmol) W : Volume of converter furnace (Ton/Heat) η : Decomposition rate of bottom-blown gas in the bath N : Bottom-blown gas Number of nozzles Cp; Specific heat of bottom-blown gas (Kcal/Nm 3・℃) (Function) Now, the inventors of the present invention generate a pine room in a nozzle formed by embedding a plurality of the above-mentioned small diameter metal pipes in a refractory material. At the same time, various experiments and research were repeated in order to maintain stability and to blow a predetermined amount of stirring gas (hereinafter simply referred to as gas) from the bottom. As a result, the pine room generated on the nozzle has a large number of pores, and the pores constitute gas passages, and the density of the pores is independent of the size in a normal pine room. It was found that it is almost constant. Further, as the flow rate of the bottom blowing gas is reduced, the pine room gradually melts due to heat received from the molten metal. In other words, it was also found that in order to maintain a stable pine room, it is necessary to maintain an appropriate thermal balance between cooling by the bottom-blown gas and heat received from the molten metal. On the other hand, in a converter, molten steel with various component concentrations,
For example, high carbon steel with a carbon concentration of about 1% to low carbon steel with a carbon concentration of 0.04% or less are manufactured in the same converter.
When producing the above-mentioned high carbon steel, it is necessary to keep the oxygen activity in the slag high in order to facilitate dephosphorization. Therefore, even in the high carbon range (carbon C≧0.4%), it is important to reduce the steel bath stirring power because it is necessary to burn iron and increase the FeO concentration in the slag. In other words, carbon is normally oxidized preferentially in a high carbon region, but by lowering the stirring power, the rate of carbon supply to the flame spot formed by the top-blown oxygen jet is lowered, and the iron is combusted. becomes possible. Such an operation can be carried out by controlling the flow rate of the bottom blowing gas in a decreasing direction and adjusting the stirring force. Figure 3 shows the relationship between the amount of bottom blowing gas and the blow-off phosphorus concentration [P] during the production of high carbon steel with C≧ 0.4 %.
It can be seen that the dephosphorization ability in the high carbon region can be maintained at a high level by setting the pressure to less than Ton・min (substantially more than 0.01Nm 3 /Ton・min is required to prevent backflow of molten metal). Conversely, in order to economically produce low carbon steel, it is necessary to achieve preferential decarburization in the low carbon range. For this purpose, it is important to increase the stirring power of the steel bath and increase the carbon supply rate to the fire point. Figure 4 shows carbon C
This shows the relationship between the amount of bottom-blown gas and the T・Fe concentration in the slag in the low carbon range of 0.03 to 0.05%. It becomes possible to reduce Fe. In other words, 0.1Nm 3 /Ton・min or more (substantially 0.1~
It can be seen that preferential decarburization is carried out in the low carbon region by bottom blowing (approximately 0.3Nm 3 /Ton・min). From these findings, in order to differentiate high carbon steel from low carbon steel in the same converter, the amount of gas injected from the nozzle should be at least 0.04 to 0.1, and if it increases, it should be 0.01.
It is necessary to appropriately control the amount of gas within a range of ~0.3 Nm 3 /Ton·min, and there has been a demand for the development of a nozzle that can accurately bottom-blowing such a wide range of gas amounts. The present invention was created as a result of further experiments and research based on the above knowledge. FIG. 1 is a plan view of a nozzle according to the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view showing how the nozzle is installed. In the figure, 1 is a nozzle and 30
Small diameter metal pipes of mm 2 or less (hereinafter referred to as pipes)
2, 2a are embedded in a refractory material 3 made of MgO--C or MgO-based material. pipe 2
are evenly distributed and buried within the collective diameter D 0 set within the range described below. (In the present invention, the buried collective diameter refers to the diameter of the range in which the pipes 2 are buried evenly, and hereinafter simply referred to as the collective diameter.)
is installed on. 7 is a gas supply pipe; gas is supplied from the gas supply pipe 7 to the pipe 2 via a header part 8 provided in the nozzle 1;
It is blown into the furnace. 9 indicates a nozzle holding brick. By the way, in experiments conducted by the present inventors, when a nozzle 1 with a pipe 2 buried in a refractory 3 is used, the pipe 2
It was confirmed that the molten metal adheres to the surface and pine looms are easily formed using this as a starting point, and that pine looms once formed are difficult to peel off. However, regardless of the cross-sectional shape of the individual pipes 2, if the cross-sectional area exceeds 30 mm2 , the fifth
As shown in the figure, a relatively large hole 41 is formed in the mash room 4 directly above the pipe 2, so that the upper part of the mash room is left open. As a result, when molten metal infiltrates into the pipe 2 due to fluctuations in the flow rate of the bottom-blown gas, etc., metal plugging phenomenon occurs frequently. When this metal gap occurs, the gas passage in the pine room becomes blocked, and the gas pressure applied to the pine room increases, causing the pine room to peel off, shortening the life of the nozzle, and causing the refractory at the bottom of the furnace to melt. . It is for this reason that the size of the pipe 2 in the present invention is set to be 30 mm 2 or less in terms of cross-sectional area.
Any of the flat hole shapes 2a shown in FIG. b may be used. Now, as mentioned above, the pine room 4 is formed by molten metal adhering starting from the pipe 2, but its shape depends on how much of the refractory 3 the pipe 2 covers.
Much depends on how much is buried. That is, what determines the shape and properties of the pine room is not the diameter D of the nozzle, but the collective diameter D 0 mentioned above, and is determined by the cross-sectional area of each pipe 2 and the density within the collective diameter. It has been found from the experience of the inventors that this is the case. Next, the means for setting the range of the collective diameter D 0 will be explained. First, as the amount of bottom-blown gas is reduced, the pine room 4 due to bottom-blown gas
Due to insufficient cooling, the pine room melts. The critical amount of bottom-blown gas at which the pine room starts melting can be determined by applying the pine room heat reception/output balance formula shown in equation (2) below, taking into consideration the heat transfer with the gas within the pine room. Hm・S・Ts=ΔTG・Cp・F……(2) S: Surface area of pine room (m 2 ) Hm: Overall heat transfer coefficient between pine room and molten steel (Kcal/Hr・m 2・℃) Ts: Molten steel temperature − Molten steel solidification temperature (°C) ΔTG: Gas rise temperature in the pine room (°C) Cp: Gas specific heat (Kcal/Nm 3・°C) F: Gas flow rate (Nm 3 /Hr) If we rearrange the above equation (2) using S, The following formula (3) is obtained. S=ΔTG・G・F/Hm・Ts ……(3) Here, a normal pine room is approximately hemispherical.

【表】 さて、第6図は前記マツシユルームが溶解しな
い、つまりマツシユルームが存在するために必要
な底吹きガス量(本例での底吹きガスはCO2)と
集合径D0との関係を実験により求めた結果の一
例を示すものである。実線aより上方の斜線部が
マツシユルームの存在する範囲であり、本実験結
果よりマツシユルームが存在するために必要な底
吹きガス量と集合径D0との関係は、下記(7)式で
表すことのできることが判つた。 Fmin=9.3×10-6(Ts/Cp)・D0 2 ……(7) Fmin;最低ガス流量(Nm3/Hr) 従つて前述したように転炉で要求される底吹き
ガス量の最低流量は0.04Nm3/Ton・min以下で
あることから転炉1基当りのFminは下記(8)式で
あらわせる。 Fmin≦0.04×60×(W/η・N)=2.4(W/η・N
)……(8) 前記(7),(8)式とTsが通常、転炉では最大200℃
程度であることから集合径D0を下記(9)式に示す
範囲とすることにより0.04Nm3/Ton・min以下
の少量の底吹きガス量に対しても正常なマツシユ
ルームを維持することが可能である。 尚、浴内での底吹きガスの分解率ηは浴内で撹
拌に有効なガス量と実際に吹込んだガス量の比で
表した。例えば、CO2等のガスは浴内に吹込まれ
ると2COになりそのガス分子数を増加する。 従つて CO2→2CO の反応により、浴内で撹拌に有効に作用したガス
量は実際に吹込まれたCO2のガス量の2倍とな
る。転炉精錬において重要なガス量はこの浴内で
撹拌に有効に作用するガス量である。而して本考
案では底吹きガスの種別によつて定まる前記比
(浴内有効ガス量)/(底吹きガス量)をηと定
義して用いた。 さて一方、マツシユルームは前述したように多
数の細孔を有しており、この細孔が底吹きガスの
通路となつているためマツシユルーム内における
圧力損失は大きい。第7図はマツシユルーム内に
おける圧力損失を把握するために、供給圧と流量
との関係を調査した結果の一例を示すもので、供
給圧が15Kg/cm2までは供給圧と流量とが直線関係
にあるが、15Kg/cm2を越えると供給圧を高めても
流量の増加率は低くなり、マツシユルーム内にお
ける圧力損失が高くなつたことがわかる。 また前述したようにマツシユルーム内の細孔は
マツシユルームの大きさには関係無く、ほぼ一定
の密度を有していることから前記圧力損失は集合
径D0によつても変動する。第8図は底吹きガス
としてCO2を用い、500Nm3/Hrで底吹きした時
の集合径D0に対する圧力損失の調査結果を示す
もので、集合径D0が大きくなるに従つて圧力損
失も少なくなる。 従つて前記圧力損失と集合径D0の関係は、ガ
ス供給圧が15Kg/cm2以下では下記(10)式となる。 ΔP=B・F/D ……(10) 但し、Bは底吹きガスの種類及びガス流路の長
さ、大きさ、曲がり度合、壁面粗さ等によつて定
まる常数である。第2表は170トン転炉において
集合径D0が228mmのノズルに実際に生成したマツ
シユルームを用いてBを求めた一実施結果を示す
もので、Bは底吹きガスの分子量に略比例するこ
とが判つた。
[Table] Now, Figure 6 shows the relationship between the amount of bottom blowing gas (bottom blowing gas in this example is CO 2 ) required for the pine room not to dissolve, that is, for the pine room to exist, and the aggregate diameter D 0 . This shows an example of the results obtained. The shaded area above the solid line a is the range where the pine room exists, and from the results of this experiment, the relationship between the amount of bottom-blown gas required for the presence of the pine room and the aggregate diameter D 0 can be expressed by the following equation (7). It turns out that it can be done. Fmin=9.3×10 -6 (Ts/Cp)・D 0 2 ...(7) Fmin: Minimum gas flow rate (Nm 3 /Hr) Therefore, as mentioned above, the minimum amount of bottom-blown gas required in the converter Since the flow rate is less than 0.04Nm 3 /Ton·min, Fmin per converter can be expressed by the following equation (8). Fmin≦0.04×60×(W/η・N)=2.4(W/η・N
)...(8) Equations (7) and (8) above and Ts are usually up to 200℃ in a converter.
Therefore, by setting the collective diameter D 0 within the range shown in equation (9) below, it is possible to maintain a normal pine room even for a small amount of bottom-blown gas of 0.04Nm 3 /Ton・min or less. It is. The decomposition rate η of the bottom-blown gas in the bath was expressed as the ratio of the amount of gas effective for stirring in the bath to the amount of gas actually blown into the bath. For example, when a gas such as CO 2 is blown into the bath, it becomes 2CO and increases the number of gas molecules. Therefore, due to the reaction CO 2 + C → 2CO, the amount of gas that effectively acts on stirring in the bath is twice the amount of CO 2 gas actually blown into the bath. An important amount of gas in converter refining is the amount of gas that effectively acts on stirring within this bath. Therefore, in the present invention, the ratio (effective gas amount in the bath)/(bottom blown gas amount), which is determined depending on the type of bottom blown gas, is defined as η. On the other hand, as mentioned above, the pine room has a large number of pores, and since these pores serve as passageways for the bottom-blown gas, the pressure loss inside the pine room is large. Figure 7 shows an example of the results of investigating the relationship between supply pressure and flow rate in order to understand the pressure loss in the pine room.Up to a supply pressure of 15 kg/ cm2 , the supply pressure and flow rate have a linear relationship. However, when the pressure exceeds 15 Kg/cm 2 , even if the supply pressure is increased, the rate of increase in flow rate becomes low, indicating that the pressure loss in the pine room becomes high. Further, as described above, the pores in the pine room have a substantially constant density regardless of the size of the pine room, so the pressure loss also varies depending on the aggregate diameter D 0 . Figure 8 shows the results of an investigation of the pressure loss with respect to the aggregate diameter D 0 when bottom blowing was performed at 500Nm 3 /Hr using CO 2 as the bottom blowing gas.As the aggregate diameter D 0 increases, the pressure loss increases. will also decrease. Therefore, the relationship between the pressure loss and the collective diameter D 0 is expressed by the following equation (10) when the gas supply pressure is 15 kg/cm 2 or less. ΔP=B・F/D 0 (10) However, B is a constant determined by the type of bottom-blown gas, the length, size, degree of bending, wall surface roughness, etc. of the gas flow path. Table 2 shows the results of determining B using the pine room actually generated in a nozzle with a collective diameter D 0 of 228 mm in a 170-ton converter, and that B is approximately proportional to the molecular weight of the bottom-blown gas. I found out.

【表】 またガス流量と圧力損失は一般的に下記(11)式で
表される。 ΔP=4f・(ρu/2g)・(l/D) ……(11) f=0.0785/{0.7−1.68logRe+
(logRe)} (乱流) ΔP ;圧力損失(Kg/m2) f ;摩擦係数 ρ ;ガス比重(Kg/m3) u2 ;ガス平均流量(m/sec) g ;重力の加速度(m/sec2) l ;ノズル内におけるパイプ長さ(m) D ;パイプの径(m) Re ;レイノズル数 ここにおいて、通常の底吹きガス量では前記細
孔内の流れは乱流をなしているため前記fは近似
的に一定とすることができ、ΔPはρに近似的に
比例する。つまり底吹きガスの種類が異なるとΔ
Pはそのガスの分子量Mに比例することが判る。
また一方、ガス通路からガスが出る際の圧力損失
もガス比重ρとガス平均流量u2に比例することが
知られており、前記式(11)と併せて考えると供給圧
力とガス流量の関係では、同一ガス流量の場合供
給圧Pはそのガスの分子量に比例することが判
る。これらの知見よりPは、P≦15Kg/cm2におい
て近似的に下記(12)式で表すことができる。 P=0.080・M・F/D ……(12) 前述したようにΔPは供給圧が15Kg/cm2以上と
なると極端に大きくなるため、経済的な吹込み条
件としては P≦15Kg/cm2とすべきである。 更に低炭素鋼を経済的に製造するために必要な
底吹きガス量0.1Nm3/Ton・min以上とする条件
を考慮すると Fmax≧0.1×60×W ……(13) となることから集合径D0は以下の(14)式で求
められる。 D0≧3.2×10-2・M・(W/η・N) ……(14) 而して集合径D0は前記(9)式と(14)とから の範囲に設定すれば良い。 ところで集合径が前記(1)式の範囲内であつて
も、該集合径内に埋設されるパイプの数量が適正
でなければ、前述した適正なマツシユルームを維
持することはできない。特に本考案のパイプは前
述のように、その断面積が30mm2以下の小径である
ことから個々のパイプにおける圧力損失は大き
い。このため少数のパイプで所定量の吹込みを行
うとすると供給圧を高くしなければならず、前記
問題が生じるようになる。逆にパイプの数量が多
くなり過ぎるとマツシユルームの細孔の形状が複
雑となり、吹込み時の伝熱が不良となる問題が生
じるようになる。 而して本考案者等は種々の実験を繰り返した結
果、埋設されたパイプの総断面積を集合径D0
断面積に対して0.8〜2.8%の範囲になるようにパ
イプの埋設本数を決定することによつて前記問題
点の効果的な解決が可能であることを知見した。 即ち、マツシユルームは前述したようにパイプ
に凝着し強固に結合するが、パイプの総断面積が
集合径D0の断面積の0.8%以下になるとパイプと
マツシユルームの結合面積が減少し、底吹きガス
量を増加した時マツシユルームが剥離してしま
う。逆に2.8%以上になると第9図に示すように
マツシユルーム内において隣どうしのパイプより
続いた細孔が結合し細孔の数が減少すると共に、
その直径も1mm以上となつて、細孔内部でのマツ
シユルームとガス間の接触面積が減少し、伝熱が
不充分となる。この結果、マツシユルームの溶解
限界最低ガス量が大きくなり、前記(2)式で求めら
れる最低ガス量よりもマツシユルームを保持する
最低ガス量が大きくなつて流量制御範囲が小さく
なる。 本考案において集合径を(1)式の範囲とし、かつ
埋設パイプの総断面積を集合径断面積の0.8〜2.8
%に限定したのは係る理由からである。 (実施例) 170トン転炉に各種のノズルを取りつけ底吹き
ガス量、マツシユルームの剥離状況、ノズル寿命
等を調査した。 第3表及び第4表はその調査結果の一例を示す
ものである。
[Table] Gas flow rate and pressure loss are generally expressed by equation (11) below. ΔP=4f・(ρu 2 /2g)・(l/D) ...(11) f=0.0785/{0.7-1.68logRe+
(logRe) 2 } (turbulence) ΔP ; pressure loss (Kg/m 2 ) f ; friction coefficient ρ ; gas specific gravity (Kg/m 3 ) u 2 ; average gas flow rate (m/sec) g ; gravitational acceleration ( m/sec 2 ) l: Length of the pipe in the nozzle (m) D: Diameter of the pipe (m) Re: Ray nozzle number Here, with a normal bottom-blown gas amount, the flow inside the pore is turbulent. Therefore, f can be approximately constant, and ΔP is approximately proportional to ρ. In other words, if the type of bottom-blown gas is different, Δ
It turns out that P is proportional to the molecular weight M of the gas.
On the other hand, it is known that the pressure loss when gas exits from the gas passage is also proportional to the gas specific gravity ρ and the gas average flow rate u 2 , and considering this in conjunction with equation (11) above, the relationship between the supply pressure and the gas flow rate is Now, it can be seen that for the same gas flow rate, the supply pressure P is proportional to the molecular weight of the gas. From these findings, P can be approximately expressed by the following formula (12) when P≦15Kg/cm 2 . P=0.080・M・F/D 0 ...(12) As mentioned above, ΔP becomes extremely large when the supply pressure is 15Kg/cm2 or more , so the economical blowing condition is P≦15Kg/cm It should be 2 . Furthermore, considering the condition that the amount of bottom-blown gas is 0.1Nm 3 /Ton・min or more, which is necessary to economically produce low carbon steel, Fmax≧0.1×60×W ……(13) Therefore, the aggregate diameter D 0 is determined by the following equation (14). D 0 ≧3.2×10 -2・M・(W/η・N) ……(14) Therefore, the collective diameter D 0 is obtained from the above equation (9) and (14). It should be set within the range. By the way, even if the collective diameter is within the range of formula (1) above, unless the number of pipes buried within the collective diameter is appropriate, it is not possible to maintain the above-mentioned appropriate mush room. In particular, as mentioned above, the pipe of the present invention has a small cross-sectional area of 30 mm 2 or less, so the pressure loss in each pipe is large. For this reason, if a predetermined amount of gas is blown into a small number of pipes, the supply pressure must be increased, which causes the above-mentioned problem. On the other hand, if the number of pipes is too large, the shape of the pores in the pine room becomes complicated, leading to a problem of poor heat transfer during blowing. As a result of repeated various experiments, the present inventors decided to increase the number of buried pipes so that the total cross-sectional area of the buried pipes was in the range of 0.8 to 2.8% of the cross-sectional area of the collective diameter D 0 . It has been found that the above-mentioned problems can be effectively solved by determining In other words, as mentioned above, the pine loom adheres to the pipe and is strongly bonded, but when the total cross-sectional area of the pipe becomes less than 0.8% of the cross-sectional area of the collective diameter D 0 , the bonding area between the pipe and the pine loom decreases, causing bottom blowing. When the amount of gas is increased, the pine room peels off. On the other hand, if it exceeds 2.8%, as shown in Figure 9, the pores in the pine room that continue from adjacent pipes will combine and the number of pores will decrease.
When the diameter thereof is 1 mm or more, the contact area between the pine room and the gas inside the pore decreases, resulting in insufficient heat transfer. As a result, the minimum gas amount at the solubility limit of the pine room increases, and the minimum gas amount that maintains the pine room becomes larger than the minimum gas amount determined by equation (2) above, resulting in a narrower flow rate control range. In this invention, the collective diameter is within the range of equation (1), and the total cross-sectional area of the buried pipe is 0.8 to 2.8 of the collective diameter cross-sectional area.
It is for this reason that it is limited to %. (Example) Various nozzles were attached to a 170-ton converter, and the amount of bottom blowing gas, peeling status of pine room, nozzle life, etc. were investigated. Tables 3 and 4 show examples of the survey results.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 本考案に基づき設定された集合径D0の範囲内
にあり、且つパイプの断面積及びパイプの総断面
積と集合径断面積との比が0.8〜2.8%内にある本
考案のノズルは、総て底吹き可能なガス量の範囲
が大きく、マツシユルームの剥離も全く発生しな
かつた。またノズルの寿命も平均800〜1000チヤ
ージの長寿命を確保できた。 尚、第3表ではノズルの寿命を、本考案に基づ
くNo.1の寿命を1として指数であらわした。 これに対しパイプの総断面積と集合径断面積と
の比が前記範囲外であるNo.6ではマツシユルーム
の剥離が多く、またNo.7では最小の底吹きガス量
が多く、つまり少量の吹込みができず、このため
高炭素鋼の吹錬ではマツシユルームが溶解し、い
ずれもその寿命は0.26〜0.44と非常に短いもので
あつた。No.8は集合径D0が所定の範囲より小さ
いため低炭素鋼の吹錬に必要な底吹きガス量を確
保できなかつた。逆にNo.9は集合径D0が所定範
囲より大きいため、高炭素鋼の吹錬時にマツシユ
ルームが溶解しノズル寿命が低下した。No.10はパ
イプの断面積が30mm2以上となつているため前述し
たようにマツシユルームが短期間に剥離しノズル
寿命は極端に短くなつた。 (考案の効果) 以上詳述したように本考案のノズルでは、底吹
きガスの吹込みを広い流量範囲で正確に実施でき
るようになつた。またノズル上には正常な形状の
マツシユルームが生成され、かつ長期間それを維
持できることからノズルの寿命も飛躍的に向上し
た。
[Table] The present invention is within the collective diameter D 0 set based on the present invention, and the cross-sectional area of the pipe and the ratio of the total cross-sectional area of the pipe to the collective diameter cross-sectional area are within 0.8 to 2.8%. All of the nozzles had a wide range of bottom-blowing gas volumes, and no peeling of the pine room occurred at all. In addition, we were able to ensure a long nozzle life with an average of 800 to 1000 charges. In Table 3, the life of the nozzle is expressed as an index, with the life of No. 1 based on the present invention being taken as 1. On the other hand, in No. 6, where the ratio of the total cross-sectional area of the pipe to the collective diameter cross-sectional area is outside the above range, there is a lot of peeling of the pine room, and in No. 7, the minimum amount of bottom blown gas is large, that is, a small amount of blown gas As a result, the pine lume melted during blowing of high carbon steel, and the service life was extremely short, ranging from 0.26 to 0.44 mm. In No. 8, the aggregate diameter D 0 was smaller than the predetermined range, so it was not possible to secure the amount of bottom blowing gas necessary for blowing low carbon steel. On the other hand, in No. 9, the aggregate diameter D 0 was larger than the predetermined range, so the pine room melted during blowing of high carbon steel and the nozzle life was shortened. In No. 10, the cross-sectional area of the pipe was 30 mm 2 or more, so as mentioned above, the pine room peeled off in a short period of time, resulting in an extremely short nozzle life. (Effects of the invention) As detailed above, with the nozzle of the invention, it has become possible to accurately blow bottom-blown gas over a wide flow rate range. In addition, a normally shaped pine room is generated on the nozzle and can be maintained for a long period of time, resulting in a dramatic improvement in the life of the nozzle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a,bは本考案に基づくノズルの平面図
であり、第2図は第1図のノズルの装着状況を示
す部分断面図である。第3図は高炭素鋼製造時に
おける底吹きガス量と吹止め燐濃度〔P〕との関
係を示す図表、第4図は低炭素域での底吹きガス
量とスラグ中のT・Fe濃度との関係を示す図
表、第5図はノズル上に生成されたマツシユルー
ムを示す断面図、第6図はマツシユルームが存在
するために必要な底吹きガス量と集合径D0との
関係を実験により求めた結果の一例を示す図表、
第7図はマツシユルーム内における圧力損失を把
握するために、供給圧と流量との関係を調査した
結果の一例を示す図表、第8図は底吹きガスとし
てCO2を用い、500Nm3/Hrで底吹きした時の集
合径D0に対する圧力損失の調査結果を示すもの
図表、第9図はノズル上に生成された他のマツシ
ユルームを示す断面図である。 1……ノズル、2,2a……パイプ、3……耐
火物、4……マツシユルーム、5……羽口煉瓦、
6……炉底煉瓦壁、7……ガス供給管、8……ヘ
ツダー部、9……ノズル押さえ煉瓦。
1a and 1b are plan views of a nozzle based on the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view showing how the nozzle of FIG. 1 is installed. Figure 3 is a chart showing the relationship between the amount of bottom blown gas and the concentration of blow-off phosphorus [P] during the production of high carbon steel, and Figure 4 is the amount of bottom blown gas in the low carbon region and the T/Fe concentration in slag. Figure 5 is a cross-sectional view showing the pine room generated on the nozzle, and Figure 6 is an experimental diagram showing the relationship between the amount of bottom-blown gas required for the existence of the pine room and the aggregate diameter D 0 . A chart showing an example of the obtained results,
Figure 7 is a chart showing an example of the results of investigating the relationship between supply pressure and flow rate in order to understand the pressure loss in the pine room, and Figure 8 is a graph showing an example of the results of investigating the relationship between supply pressure and flow rate in order to understand the pressure loss in the pine room. A chart showing the results of an investigation of the pressure loss with respect to the collective diameter D 0 during bottom blowing, and FIG. 9 is a sectional view showing another pine room generated on the nozzle. 1... Nozzle, 2, 2a... Pipe, 3... Refractory, 4... Pine room, 5... Tuyere brick,
6... Furnace bottom brick wall, 7... Gas supply pipe, 8... Header section, 9... Nozzle holding brick.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 断面積30mm2以下の小径金属パイプを、耐火物中
に複数個埋設してなる底吹きノズルにおいて、前
記パイプの耐火物中における埋設集合径D0を、
底吹きガスの分子量、比熱、ガス分解率、および
転炉炉容、装着ノズル数をパラメーターとして下
記(1)式に基づく範囲内に設定すると共に、前記埋
設パイプの総断面積を前記集合径断面積の0.8〜
2.8%とし、かつ前記パイプを前記集合径D0内に
均等に分散埋設してなる底吹きノズル。 D0 ;パイプの埋設集合径(mm) M ;底吹きガスの分子量(Kg/Kmol) W ;転炉炉容(Ton/Heat) η ;浴内での底吹きガスの分解率 N ;底吹きノズル数 Cp ;底吹きガスの比熱(Kcal/Nm3・℃)
[Scope of Claim for Utility Model Registration] In a bottom blowing nozzle formed by embedding a plurality of small diameter metal pipes with a cross-sectional area of 30 mm 2 or less in a refractory, the collective diameter D 0 of the buried pipes in the refractory is:
The molecular weight, specific heat, gas decomposition rate, converter furnace volume, and number of installed nozzles of the bottom-blown gas are set as parameters within the range based on the following equation (1), and the total cross-sectional area of the buried pipe is set to the collective diameter cross-section. 0.8~ of area
2.8%, and the pipes are evenly distributed and buried within the collective diameter D 0 . D 0 : Diameter of buried pipes (mm) M : Molecular weight of bottom-blown gas (Kg/Kmol) W : Volume of converter furnace (Ton/Heat) η : Decomposition rate of bottom-blown gas in the bath N : Bottom-blown gas Number of nozzles Cp; Specific heat of bottom-blown gas (Kcal/Nm 3・℃)
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JPS5837110A (en) * 1981-08-27 1983-03-04 Nippon Kokan Kk <Nkk> Refining method of converter
JPS6217463A (en) * 1985-07-16 1987-01-26 Honda Motor Co Ltd Damper device for gear train

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