JP2000282128A

JP2000282128A - 製・精錬容器の炉口金物及び耐火物の冷却方法

Info

Publication number: JP2000282128A
Application number: JP11090560A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kimura; 政彦木村; Nozomi Tamura; 望田村; Hiroyasu Morioka; 宏泰森岡; Tomoaki Tadama; 智明田玉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、製・精錬容器の炉口金物及び耐火物
の溶損が確実に抑制できる炉口金物及び耐火物の冷却方
法を提供することを目的としている。【解決手段】製・精錬用ガスの上吹きランスを備え、金
属酸化物を溶融、還元する製・精錬容器内に水を供給し
て該製・精錬容器の炉口金物及び耐火物を冷却するにあ
たり、炉内の溶融金属上方に形成される空間を、前記上
吹きランス先端位置で上方空間と下方空間とに２分し、
これら空間に、それぞれ水滴の粒径分布が互いに異なる
水を噴霧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製・精錬容器の炉
口金物及び耐火物の冷却方法に係わり、詳しくは、精錬
ガスを溶融させた金属酸化物の表面に上吹きし、該溶融
金属酸化物の表面上の炉内空間で精錬排ガスを二次燃焼
させる転炉型製・精錬炉において、その炉口金物及び内
張り耐火物が溶損するのを防止する技術である。

【０００２】

【従来の技術】酸化性ガスを上吹きするランスを備えた
製・精錬容器の代表的なものの一つに、製鋼用の転炉が
挙げられる。この転炉では、近年、炉内に保持した溶融
金属に、炭素系固体燃料や精錬対象金属の酸化物を含む
固体原料物質等を投入し、前記上吹ランスより酸化性ガ
ス（例えばＯ₂ガス）を吹き込み、該炭素系固体燃料を
燃焼させ、その熱で前記精錬対象金属の酸化物を溶解す
ると同時に、該溶融した酸化物を固体炭素（Ｃ）又は炉
内で発生した還元性ガスで還元する所謂溶融還元精錬が
行われるようになった。その際、炉内で発生したＣＯや
Ｈ₂等の可燃性ガスを、溶融金属の上方空間で二酸化炭
素や水蒸気まで燃焼させる”二次燃焼”を積極的に行う
のが、効率的に溶融金属の熱補償を行う上で有効であ
る。しかしながら、この二次燃焼（ＣＯ＋１／２Ｏ₂→
ＣＯ₂）が盛んになると、溶湯への着熱が増加するだけ
ではなく、燃焼排ガス温度が著しく上昇し、製・精錬容
器の上部内壁に内張した耐火物やこの耐火物を支える炉
口金物の溶損が激しくなり、それらの寿命が大幅に低下
するという問題を抱えていた。また、製・精錬容器から
出た排ガスは、通常可燃ガスであるＣＯ、Ｈ₂等を主成
分とするため、副生ガスとして製鉄所の内外で再利用さ
れるのが、二次燃焼の増加で排ガスのカロリー（つま
り、可燃ガス成分）が減少し、再利用メリットが低下す
るという問題もあった。

【０００３】そこで、特開平４−５６７３５号公報は、
転炉上方に上吹きランスとは別に設けた水噴射用ランス
を介して、噴霧状の水を炉内に供給して排ガスの温度を
低下させる技術を提案とした。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平４−５６７３５号公報記載の技術は、排ガス温
度を低下させるという観点では有利性が高いが、排ガス
の上昇流が作用して炉内へ供給される水の歩留りが低い
という欠点がある。また、炉内の円周方向を均一に冷却
するには、水噴射用ランスを円周に沿って複数本配置す
る必要があり、設備的に複雑になるばかりでなく、コス
トが嵩むという問題もあった。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑み、製・精錬容
器の炉口金物及び耐火物の溶損が確実に抑制できる炉口
金物及び耐火物の冷却方法を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意研究した。そして、炉内空間を２つ
の領域に区分して、各領域に供給する水の働きを異なら
せることを着想し、本発明を完成させた。

【０００７】すなわち、本発明は、精錬用ガスの上吹き
ランスを備え、金属酸化物を溶融、還元する製・精錬容
器内に水を供給して該製・精錬容器の炉口金物及び耐火
物を冷却するにあたり、炉内の溶融金属上方に形成され
る空間を、前記上吹きランス先端位置で上方空間と下方
空間とに２分し、これら空間に、それぞれ水滴の粒径分
布が互いに異なる水を噴霧することを特徴とする製・精
錬容器の炉口金物及び耐火物の冷却方法である。

【０００８】また、本発明は、前記下方空間に噴霧する
水滴の粒径を、上方空間に噴霧する水滴より小さくする
ことを特徴とする製・精錬容器の炉口金物及び耐火物の
冷却方法である。

【０００９】さらに、本発明は、前記水に、炭化水素系
液体を混合することを特徴とする製・精錬容器の炉口金
物及び耐火物の冷却方法でもある。

【００１０】本発明によれば、炉内雰囲気のガス温度を
確実に低下できるので、製・精錬容器の炉口金物及びそ
の近傍の耐火物の溶損が従来より抑制できるようにな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をなすに至った経緯
もまじえ、本発明の実施の形態を説明する。

【００１２】まず、本発明に係る製・精錬容器の炉口金
物及び耐火物の冷却方法が適用される製・精錬容器と、
そこで行われる操業の一例について述べる。それは、図
１に示すように、所謂「転炉型」の製・精錬容器１３で
あって、耐火物６が内張りされた炉体の上部に、原料を
投入したり、溶融金属５、スラグ４を排出する開口が設
けられている。該開口の周囲には、内張した耐火物６を
支えるために、リング状に炉口金物２（通常、鋳鉄製）
が取り付けられてある。従って、この炉口金物２が溶損
すると、耐火物６も崩れ、製・精錬容器１３として使用
不能（寿命）となり、補修されることになる。また、該
製・精錬容器１３の上方には、精錬ガス（通常、酸素あ
るいは酸素含有ガス）７を炉内装入物へ吹き付る上吹き
ランス１と称する筒体が備えられている。

【００１３】この製・精錬容器１３では、炉内に予め装
入してある溶銑上に、炭素系固体燃料と製・精錬対象金
属の酸化物を含む固体原料物質等を投入し、上記上吹き
ランス１を介して酸素ガス７を吹き込み、炭素系固体燃
料を燃焼させて炉内に投入した製・精錬対象金属の酸化
物を溶解させると同時に、該酸化物を固体炭素又は炉内
発生の還元性ガスで還元し、溶融金属（溶鋼）５が製造
される。その際、炉内で発生したＣＯガスは、スラグ４
の上方から炉口までの空間で二次的に燃焼し、溶湯の着
熱に寄与する。しかしながら、炉内でこの二次燃焼が盛
んになると、必然的に炉内雰囲気のガス温度が上昇し、
炉口部近傍の耐火物６（ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ｃ，ＭｇＯ−
Ｃｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃ系等）及び前記炉口金物２
を溶損が著しく進行するようになる。本発明は、この炉
口金物２及びその近傍の耐火物６の溶損を防止し、炉の
寿命を延長させる技術を従来より優れたものにすること
が狙いである。

【００１４】そこで、本発明者は、鋭意研究し、炉内の
冷却領域を上吹きランス１の先端を境に、それより上方
の領域（以下、上方空間と称す）と、下方の酸素ジェッ
ト燃焼領域（以下、下方空間と称す）とに２分し、それ
ぞれを別々に、しかも同時に効率良く冷却するようにし
た。上方空間のみを冷却すると下方空間からの輻射伝熱
で、一方、下方空間のみを冷却すると内壁面近傍の高温
ガスの対流伝熱で、炉口近傍の耐火物６や炉口金物２の
溶損が防止できないからである。また、その際の冷却媒
体についても検討を重ね、粒径分布が異なる水滴を噴霧
可能な２種類のノズルを有する上吹ランス１を用いて、
粗粒の水滴で上方空間の雰囲気ガスを、微粒の水滴で下
方空間を冷却するようにして、十分な冷却能力の確保を
可能とした。ここで、下方空間へ吹き込む水滴径を、上
方空間へ吹き込むものより小さくしたのは、溶湯への液
滴到達による溶湯温度の低下防止を配慮したからであ
る。

【００１５】図２（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施に使
用する精錬ガス７の上吹ランス１の構造例を示す。従来
より使用されている通常の上吹ランスは、中央部に酸化
性ガス流路１０、外周部にランス自体の冷却水流路９を
設けた３重管構造のものが一般的である。しかし、図２
の上吹きランス１は、炉内へ噴霧する水３の流路８を加
え、４重管になっている。そして、炉内へ噴霧する水３
の流路８には、上下段に分割して噴霧用ノズルが複数個
取り付けられている。ここで、上段ノズル１１が上方空
間へ、下段ノズル１２が下方空間へ水を噴霧するための
ものである。これらの水噴霧用ノズルは、噴霧される水
滴の粒子径が上段ノズル１１と下段ノズル１２とで異な
るように、噴射孔の径が上段ノズル１１のものは大き
く、下段ノズル１２のものは小さくなっている。また、
上段及び下段のノズル１１，１２は、ランズの円周に関
して互いに重ならない位置に配置されている。さらに、
これらノズル１１，１２は、製・精錬容器の高さを考慮
し、上下の２段でなく数段配置しても良い。加えて、ノ
ズルの取り付け角度は、排ガスの上昇流を配慮し、上方
空間の冷却用が水平に対して０°〜−５０°、下方空間
の冷却用が−２５°〜−７５°の範囲にあることが好ま
しい。なお、ここにマイナス符号は、下向き角度である
ことを意味する。

【００１６】かかる上吹きランス１を利用することで、
本発明では、精練ガス７を炉内へ吹き込むばかりでな
く、炉内雰囲気を冷却する水３を炉軸より炉壁全周方向
へ均一に噴霧することが可能となる。なお、本発明で
は、噴霧する水３には、排ガスの改質（カロリー）を目
的として炭化水素系液体（例えば、重油、軽油、灯油、
アルコール類）を単独で、あるいは数種混合しても良
い。炉内に吹き込まれた水は、一部がＣ系ダストと反応
してＣＯとＨ₂を生成することによって、排ガスのカロ
リー増大に寄与するが、これに炭化水素系液体を混合す
れば、その分解吸熱によって、耐火物の温度上昇が抑え
られと共に、排ガスのカロリーを一層増大するので、好
ましい。

【００１７】

【実施例】上吹ランス１を有する１５０トンの転炉１３
で、本発明に係る冷却方法を実施した。まず、予備処理
が施された溶銑（温度１３００℃を炉内に１５０トン装
入し、表１に示す操業条件で酸素吹錬を行った。使用し
た上吹ランス１は、図２に示した２種のノズル１１，１
２を上下に２段にして取り付けたもので、噴霧した水３
の流量は、合計で１００リットル／ｍｉｎであり、噴霧
時間は、６０ｍｉｎである。なお、上段ノズル１１から
噴霧した水滴の径は５００〜１０００μｍ、下段ノズル
１２からのものは８０〜３００μｍとした。また、上段
ノズル１１と下段ノズル１２への水の供給量比は、５：
３とした。

【００１８】かかる操業の結果を、冷却を実施しない従
来の操業での結果と比較して表１に示す。表１より、本
発明に係る冷却方法では、排ガスの温度が低下し、炉口
金物２及び炉口部近傍耐火物６の温度上昇が抑えられ、
それらの溶損速度が従来に比べ大幅に低下することが確
認できた。また、吹込んだ水とダスト中Ｃの吸熱反応が
盛んになると共に、発生するＣＯによって排ガスのカロ
リーが従来より低下することなく、二次燃焼が円滑に実
施できた。なお、噴霧する水３に、灯油を１０重量％混
合したところ、耐火物の溶損速度がさらに５％程度低下
した。また、上記実施例では、単に溶銑の脱炭精錬をお
こなったものであるが、本発明に係る製・精錬容器で
は、鉱石を溶融還元する製錬に使用しても良い。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、比較
的少ない水量で効率良く、製・製錬容器の炉口金物及び
耐火物の溶損が従来より確実に抑制できるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製・精錬容器の炉口金物及び耐火
物の冷却方法を実施している転炉の縦断面図である。

【図２】本発明の実施に使用した上吹ランスの一例を示
す図であり、（ａ）は縦断面、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
矢視、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視である。

【符号の説明】

１上吹ランス２炉口金物３水（炭化水素系液体の混合も可）４スラグ５溶鋼（溶融金属）６耐火物（転炉絞り部）７酸素ガス（精錬ガス）８水の流路（炉内噴霧用）９冷却水流路（ランス冷却用）１０酸化性ガス流路１１上段ノズル１２下段ノズル１３製・精錬容器

フロントページの続き (72)発明者森岡宏泰千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者田玉智明千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内Ｆターム(参考） 4K002 BB03 BF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】精錬用ガスの上吹きランスを備え、金属
酸化物を溶融、還元する製・精錬容器内に水を供給して
該製・精錬容器の炉口金物及び耐火物を冷却するにあた
り、炉内の溶融金属上方に形成される空間を、前記上吹きラ
ンス先端位置で上方空間と下方空間とに２分し、これら
空間に、それぞれ水滴の粒径分布が互いに異なる水を噴
霧することを特徴とする製・精錬容器の炉口金物及び耐
火物の冷却方法。
【請求項２】前記下方空間に噴霧する水滴の粒径を、
上方空間に噴霧する水滴より小さくすることを特徴とす
る請求項１記載の製・精錬容器の炉口金物及び耐火物の
冷却方法。
【請求項３】前記水に、炭化水素系液体を混合するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の製・精錬容器の炉
口金物及び耐火物の冷却方法。