JP2000219906A - 溶鉄へのガス吹き込み方法 - Google Patents

溶鉄へのガス吹き込み方法

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JP2000219906A
JP2000219906A JP11023609A JP2360999A JP2000219906A JP 2000219906 A JP2000219906 A JP 2000219906A JP 11023609 A JP11023609 A JP 11023609A JP 2360999 A JP2360999 A JP 2360999A JP 2000219906 A JP2000219906 A JP 2000219906A
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Japan
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gas
molten iron
temperature
blowing
flow rate
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Tsutomu Yamazaki
強 山崎
Shinya Kitamura
信也 北村
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吹錬の経過に応じて適正な冷却条件に制御す
ることにより羽口寿命の向上を達成することを可能とす
る方法を提供する。 【解決手段】 1本又は2本以上の単管ノズルを用いた
羽口からガスを吹き込んで溶鉄の攪拌を実施するに際し
て、(1)式におけるαが0.10〜0.60になるよ
うに、ガス流量、及びガス組成のいずれか一方又は両方
を変化させることを特徴とする溶鉄へのガス吹き込み方
法。 【数1】 ここで、Cはガス比熱(kcal/m2/K)、Qは単管1本当た
りのガス流量(Nm3/s)、qは有効反応熱(kcal/Nm3)、T
は溶鉄温度(℃)、nは換算係数、TMRはマッシュルーム
生成温度である溶湯の固相線温度 (℃)で下添え字のi
はガス種類を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は上底吹き転炉や電気
炉での溶銑の精錬において、底吹き羽口の冷却能を精錬
中に一定に保つ事により、安定したマッシュルーム(地
金)を生成させることにより羽口寿命を向上させること
を可能とする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】1本又は2本以上の単管ノズルを用いた
羽口から溶鉄へガスを底吹きする技術は、転炉や電気炉
で広く用いられている。この場合、羽口寿命を増加させ
ることは安定したガスの吹き込みを可能とするため、操
業上も精錬コスト上も最も重要な課題である。転炉精錬
においては、1回の精錬中にも、炭素濃度が4%以上か
ら0.1%以下までと大きく変化し、溶鉄温度も125
0℃から1700℃に至る範囲で大きく変化するため、
1回の精錬中においても適正な冷却条件は大きく変化す
る。電気炉においても、炭素濃度と溶鉄温度は大きく変
化するため転炉と同様な制御が必要である。
【0003】例えば、特開昭62−96612号公報に
は、羽口煉瓦に多数の金属製の細管を埋め込んで、低流
量時に溶鋼の差し込みを起こりにくくして流量可変幅を
広くする方法が開示されている。また、特開平2−38
509号公報には、不活性ガス底吹き機構を備えた溶融
金属容器で、底吹きガス流量を高めたい時にはCO等の
低質量ガスを底吹きし、底吹きガス流量の抑制時にはA
r等の高質量ガスを底吹きする方法が開示されている。
さらに、特開昭61−159520号公報には、上底吹
き転炉で、初期の脱珪区間、中期の脱炭区間、末期のF
e酸化区間に区分し、各区間におけるスラグ中蓄積酸素
量(Os)を指標として、底吹きガス量を変化させる方法
が開示されている。
【0004】しかし、以上のような従来技術は冶金特性
を向上させるために底吹き流量を変化させることは記載
されているものの、吹錬の経過に応じて羽口を適正な冷
却条件に制御するという思想が全く無いため、羽口寿命
が極めて短いという問題があった。
【0005】また、本発明者らは特開平9−22792
1号公報において、健全なマッシュルームを維持するよ
うに不活性ガスの流量に応じて、酸素や炭化水素ガスを
混合して吹き込む技術を開示している。
【0006】しかし、この技術でも、溶鉄温度とマッシ
ュルーム生成温度の差を考慮した指標αを制御するとい
う思想はまったく無く、従って、羽口寿命は充分には向
上できないという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
有する羽口寿命が極めて短いという問題を解決し、底吹
き羽口の冷却能を精錬中に一定に保つ事により、安定し
たマッシュルームを生成させ、羽口寿命を向上させるこ
とを可能とする方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の各
方法にある。 (1)1本又は2本以上の単管ノズルを用いた羽口から
ガスを吹き込んで溶鉄の攪拌を実施するに際して、
(1)式におけるαが0.10〜0.60になるよう
に、精錬中に1回以上、ガス流量、及びガス組成のいず
れか一方又は両方を変化させることを特徴とする溶鉄へ
のガス吹き込み方法。
【0009】
【数2】
【0010】ここで、Cはガス比熱(kcal/m2/K)、Qは
単管1本当たりのガス流量(Nm3/s)、qは有効反応熱(kc
al/Nm3)、Tは溶鉄温度(℃)、nは換算係数、TMRはマ
ッシュルーム生成温度である溶湯の固相線温度 (℃)で
下添え字のiはガス種類を示す。また、TMRは(2)式で
示される。 TMR=1536−181.8×(%C)(%C<2.14) TMR=1147 (%C≧2.14) ・・(2) (2)(1)において、吹き込まれるガスをCO2、C
O、窒素、Ar、酸素、及び炭化水素ガスの1種又は2
種以上とすることを特徴とする溶鉄へのガス吹き込み方
法。ここで、CO2、CO、窒素、及びArの1種を主
体とし、必要に応じて酸素、LPG、又はLNGに代表
される炭化水素ガスを混合させることが望ましい。 (3)(2)において、精錬中の溶鉄温度と炭素濃度に
基づきガス流量、及びガス組成のいずれか一方又は両方
を変化させることを特徴とする溶鉄へのガス吹き込み方
法。ここで、溶鉄温度はサブランスによるバッチ測温、
炉体に設けた専用観察孔を通した光ファイバーを用いた
連続測温や、過去の実績に基づく回帰での推定値等のい
ずれかを用いて決定し、炭素濃度は、サブランスによる
バッチ測定、排ガス分析による連続測定、炉体に設けた
専用観察孔を通したレーザー発光を用いた連続測定や、
過去の実績に基づく回帰での推定値等のいずれかを用い
て決定する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、吹錬中の冷却能を
一定に保つには炭素濃度と溶鉄温度に基づく制御が重要
であるという知見を得た。(1)式は、その制御方法を
示した式である。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】第1表は3mmφの単管からCO2を単独で
1Nm3/h供給した場合の、吹錬中の代表的な温度と炭素
濃度毎のαの値を示したものであるが、炭素と温度が大
きく変化することでαも大きく変化することがわかる。
一方、第2表はαが0.2で一定となる条件を、3mmφ
の単管でガス流量は1Nm3/hとした上で、吹錬中の代表
的な温度と炭素濃度毎に示したものであるが、LPGの混
合で一定のαに維持できることがわかる。第1表のよう
な場合の羽口の溶損速度が1.5mm/chであったのに対し
て、第2表のような制御を実施することにより0.5mm/
chとなり、αに基づく冷却制御の重要性が見出された。
【0017】また、第3表は3mmφの単管からCO2
単独で10Nm3/h供給した場合の、吹錬中の代表的な温
度と炭素濃度毎のαの値を示したものであるが、炭素と
温度が大きく変化することでαも大きく変化することが
わかる。一方、第4表はαが0.4で一定となる条件
を、3mmφの単管でガス流量は10Nm3/hとした上で、
吹錬中の代表的な温度と炭素濃度毎に示したものである
が、O2の混合で一定のαに維持できることがわかる。
第1表のような場合の羽口の溶損速度が1.3mm/chであ
ったのに対して、第4表のような制御を実施することに
より0.5mm/chとなり、LPGの混合の場合と同様にα
に基づく冷却制御の重要性が見出された。
【0018】(1)式において、分子はガスの顕熱と潜
熱による冷却量を示し、分母は溶鉄からマッシュルーム
が受ける受熱量を示している。さらに、分子の第1項は
ガスの顕熱による冷却であり、第2項は反応熱(潜熱)
による冷却又は発熱量である。
【0019】
【数3】
【0020】ここで、Cはガス比熱(kcal/m2/K)、Qは
単管1本当たりのガス流量(Nm3/s)、qは有効反応熱(kc
al/Nm3)、Tは溶鉄温度(℃)、nは換算係数、TMRはマ
ッシュルーム生成温度である溶湯の固相線温度 (℃)で
下添え字のiはガス種類を示す。(1)式において、従
来知見では得られなかった重要なる要因が3つ含まれて
いる。
【0021】1)羽口冷却のために必要なマッシュルー
ムが安定して生成する温度は、液相線温度には対応せ
ず、本発明者らにより見出された(2)式で示される固相
線温度(TMR)で表される。 TMR=1536−181.8×(%C)(%C<2.14) TMR=1147 (%C≧2.14) ・・(2)
【0022】2)羽口先端の冷却バランスに有効に作用
する有効反応熱(q)は、熱力学的に計算される潜熱では
なく反応速度に依存した値となる。つまり、反応速度が
早い場合はほとんどが羽口先端の冷却に寄与するが、反
応速度が小さい場合には羽口先端での冷却に寄与する分
は少なくなり、溶鉄内部までガスが侵入した後に反応す
ることになる。ここで、本発明者らの詳細なる実験によ
り、各ガスの有効反応熱(q:kcal/Nm3)は以下のように
決定された。ここで、マイナスは発熱、プラスは吸熱を
示す。尚、溶鉄との反応が無い、Ar、N2、COにつ
いてはqはゼロである。
【0023】CO2 :+65kcal/Nm3 LPG:+810kcal/Nm32 :−4190kcal/Nm3 3)マッシュルームの受けうる受熱量はガス流量の0.
3乗に比例する。これは、羽口から供給されたガスによ
る溶鉄の攪拌に伴い、マッシュルーム周囲の流動状態が
変化して熱伝達係数に影響を及ぼすことを示している。
また、各ガスは溶湯内で反応し攪拌力が大きくなるた
め、各ガスについて換算係数nを乗じる必要があり、そ
れぞれ、1(Ar、N2の場合)、2(CO、CO2、O2の場
合)、4(LPGの場合)である。
【0024】尚、Cについては、以下の数値である。 Ar :0.222kcal/Nm2/K N2 :0.309kcal/Nm2/K CO :0.310kcal/Nm2/K CO2 :0.497kcal/Nm2/K LPG:1.346kcal/Nm2/K O2 :0.342kcal/Nm2/K
【0025】以下では各発明における数値限定理由を示
す。前記(1)に係る発明において、αを0.10〜
0.60とした理由は、第1図に示すように、αが0.
10よりも小さい場合にはマッシュルームが小さいため
羽口寿命が低下し、0.60よりも大きい場合にはマッ
シュルームが過大成長するため通気性が悪化し必要ガス
流量が供給できなくなるためである。冷却制御は(1)
式からわかるように、ガス流量、及びガス組成のいずれ
か一方又は両方を変化させることで可能となる。
【0026】前記(2)に係る発明はガス種類を定義し
たものである。吹き込まれるガスに必要な特性は、主体
となるガスは安価で不活性又は弱反応性ガスであること
で、冷却調整用ガスは安価であり、かつ、少量でも発熱
や冷却能力が大きいことである。したがって、CO2
CO、窒素、Ar、酸素、及び炭化水素ガスの1種又は
2種以上とすることが必要である。特に、主体となるガ
スとしてはCO2、CO、窒素、Arであり、冷却調整
用には、酸素又はLPG、LNGに代表される炭化水素
ガスが主体となるガスに混合することが望ましい。主体
となるガスは少なくとも50vol%以上含有すること
が好ましい。
【0027】前記(3)に係る発明が冷却制御方法につ
いて示したものである。(1),(2)式からもわかるよう
に、冷却制御には溶鉄の炭素濃度と温度が重要な要因と
なる。従って、連続的に測定された精錬中の溶鉄温度と
炭素濃度に基づきガス流量、ガス組成のいずれか一方又
は両方を変化させることをが最も羽口寿命を安定化させ
る方法となる。
【0028】
【実施例】実施例は300トン規模の上底吹き転炉を用
いて実施した。上吹きランスは45mmφの7孔ランスを
用い、酸素供給速度は50000Nm3/Hrとした。底吹き
は3mmφの金属管を煉瓦に71本埋め込んだ羽口を炉底
に2本配置した。主体となるガスはCO2を用い、冷却
制御用にLPGと酸素を混合させた。羽口1本当たりの
底吹きガス流量は50〜1000Nm3/Hrとした。溶鉄の
炭素濃度は排ガス分析値と排ガス流量、及び、サブラン
スによる中間測定値とにより推定し、溶鉄温度は熱収支
計算で推定した。第5表に吹錬中の温度、炭素濃度の変
化と、それぞれの時期におけるガス組成、流量、及び、
αを示すが、吹錬中に5回に渡って底吹きガス組成、流
量を変化させαを制御することにより、羽口の溶損速度
は0.45mm/chであった。
【0029】[比較例]比較例ではガスの混合を行わ
ず、CO2のみで操業した。第6表に吹錬中の温度、炭
素濃度の変化と、ガス流量から計算されるαを示すが、
αの制御を実施しなかったため羽口の溶損速度は1.6
5mm/chであった。
【0030】
【表5】
【0031】
【表6】
【0032】
【発明の効果】本発明により、吹錬の経過に応じた炭素
濃度と溶鉄温度の変化に追従させて、適正な冷却条件に
制御するすることが可能となったため、安定したマッシ
ュルームを生成させることによる羽口寿命の向上が成し
遂げられた。
【図面の簡単な説明】
【図1】αと羽口耐火物溶損速度との関係を示した実験
結果。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1本又は2本以上の単管ノズルを用いた
    羽口からガスを吹き込んで溶鉄の攪拌を実施するに際し
    て、(1)式におけるαが0.10〜0.60になるよ
    うに、精錬中に1回以上、ガス流量、及びガス組成のい
    ずれか一方又は両方を変化させることを特徴とする溶鉄
    へのガス吹き込み方法。 【数1】 ここで、Cはガス比熱(kcal/m2/K)、Qは単管1本当た
    りのガス流量(Nm3/s)、qは有効反応熱(kcal/Nm3)、T
    は溶鉄温度(℃)、nは換算係数、TMRはマッシュルーム
    生成温度である溶湯の固相線温度 (℃)で下添え字のi
    はガス種類を示す。また、TMRは(2)式で示される。 TMR=1536−181.8×(%C)(%C<2.14) TMR=1147 (%C≧2.14) ・・(2)
  2. 【請求項2】 請求項1において、吹き込まれるガスを
    CO2、CO、窒素、Ar、酸素、及び炭化水素ガスの
    1種又は2種以上とすることを特徴とする溶鉄へのガス
    吹き込み方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、精錬中の溶鉄温度と
    炭素濃度に基づきガス流量、及びガス組成のいずれか一
    方又は両方を変化させることを特徴とする溶鉄へのガス
    吹き込み方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017071852A (ja) * 2015-10-05 2017-04-13 Jfeスチール株式会社 底吹き羽口によるガス吹き込み方法および鋼の精錬方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017071852A (ja) * 2015-10-05 2017-04-13 Jfeスチール株式会社 底吹き羽口によるガス吹き込み方法および鋼の精錬方法

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Effective date: 20060404