JPH01252716A - 溶融金属内への粉体吹込方法および粉体吹込用ランス - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は粉体の均一分散性および反応利用効率に優れた
溶融金属への粉体吹込方法およびその装置に関する。

〔従来の技術Ｊ 最近、溶銑や溶鋼などの溶融金属の脱燐や脱硫、溶鋼中
の介在物の形態制御や除去等に、搬送気体を用いた粉体
吹込方法が盛んに行われている。この方法は設備が比較
的単純で、かつ安価に処理を行うことができるという利
点がある。

搬送気体を用いた粉体吹込方法は、一般には空気、酸素
、窒素あるいはアルゴンのような搬送気体を用いて、酸
化物や炭酸塩、弗化物、炭素粉末あるいは合金粉等の粉
体もしくはこれらの混合粉体を搬送し、浸漬ランスによ
り溶融金属中へ吹込む。

第４図はその１例を示したもので、トビード力−１１内
の溶銑の脱硫方法を示す。

粉体ホッパ１２内に貯蔵されている脱硫剤（例えばソー
ダ灰）の粉末は、デイスペンサ１３を介してロータリー
バルブ１４により一定量が切り出される。この粉体は粉
体供給管１５内を搬送ガス（例えば窒素）によって搬送
され、粉体吹込ランスｌを用いて溶銑（溶融金属３）内
に吹き込まれる。吹込まれた粉体は、溶銑中で粉体分散
部５を形成して浮上しつつ溶銑中の硫黄と反応して湯面
スラグ７となる。

この際、用いられる搬送気体の圧力は、搬送管内のいず
れの場所においても絶対圧で１０ｋｇ／　ｃ　ｎｉ’を
越えない範囲で行われるのが通常である。

一方、粉体の気送能力は、次式で定義される固気比が最
大５０、通常５か６２０程度である。

固気比＝〔輸送固体（ｋｇ／ｍ１ｎ）］／〔搬送気体（
ｋｇ／ｍ１ｎ）］ ［発明が解決しようとする問題点１ 従来の粉体吹込方法では、扮体倶給管側の圧力（吹込圧
力）が絶対圧で１０ｋｇ／ｃｒｎ’未満１通常は３〜８
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒ１１２である。このため溶融金属
中での粉体の分散が悪く、著しい場合には第８図に示す
ように、溶融金属３中に浸漬されたランス１から吹込ま
れた粉体５は、粉体が凝集した凝集状態８で溶融金属３
中を浮上するため、粉体５の利用効率、例えば脱燐や脱
硫の反応効率が低いという欠点がある。

このため、例えばトビードカー内の脱硫においては、極
めて多量のソーダ灰が必要となり、処理コストの上昇と
処理時の温度降下が太き（、かつ処理時の発塵が著しい
という問題を生じていた。

従来の粉体吹込方法に関するこのような欠点を回避する
手段として、例えば特開昭５９−９３８１４においては
放射状の羽根を有する撹拌体により搬送気体と粉体を吹
込みつつ、機械的に撹拌する方法が開示されている。こ
の方法は、設備費が高いこと、装置が繁雑になること、
耐火物コストが高くなるという点で不利である。

一方、溶鋼の脱硫方法として、例えば第９図（ａ）に示
すように、取鍋の底からガス攪拌を行うだけでなく、上
方よりもガス吹きを行い、スラブと溶鋼の界面をｈ４極
的に撹乱して反応界面積を増大する方法（電気製鋼、第
５５巻、第２号９３頁）が開示されているが、浴面での
スラグと溶鋼の反応のみであるため、所望の脱硫率を得
るための処理時間が長いという欠点がある。

また、第９図（ｂ）に示すように、取鍋中に浸漬したイ
ンジェクションランスで粉体や合金を吹込む方法２例え
ばＴＮ法が開示されているが、粉体や合金の閉塞を考慮
して排出口を大きくしているので、この方法も粉体の分
散が悪いために反応効率が劣る。

この他に受容器内の溶銑にランスを介してＣａＯ系脱Ｐ
剤を搬送ガスと共に吹込み、これと共に前記受容器と別
に設けられた撹拌装置により溶銑を撹拌しつつ、溶銑の
精錬を行う方法（特開昭５９−１６０９）が提案されて
いるが、やはり設備費が高くつ（という欠点がある。

本発明は以上の欠点を改暦した粉体吹込方法およびその
装置を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 溶融金属中に吹込まれる気体は、ランスの径が大きく、
ランス先端での噴出速度が大きいほど、攪拌に寄与する
エネルギーも大きく粉体なよく分散し、また気体もラン
ス先端からより遠くまで到達する。

１本のランスによる粉体の搬送気体による吹込では、粉
体の分散が悪く、粉体の利用効率が低い。本発明はこの
点に着目して開発されたもので、溶融金属中に吹込まれ
た粉体を他の気体により再分散させることを特徴とし、
これを実現するための装置として、粉体搬送気体とは別
系統の気体吹込管を併設したことを特徴としている。

また、溶融金属中に吹込まれた粉体を、螺旋状に旋回前
進する別の気体により再分散させることによりさらに反
応効率を高めることができる。

またこれを実現するための装置としては、粉体を搬送気
体と共に溶融金属中に吹込む粉体吹込ランスの外周に、
気体（望ましくは高圧気体）を案内する補助ランスを螺
旋状に取付け、かつ該補助ランスの気体吐出方向を前記
吹込ランスの粉体吹込方向と一致させた粉体吹込用ラン
スが好適である。他の装置としては粉体を搬送気体と共
に溶融金属中に吹込む粉体吹込ランスに、補助ランスを
設け、該補助ランスは前記粉体吹込ランスから吹込まれ
た粉体の分散域を横切って気体を旋回噴出する吐出口を
有する粉体吹込用ランスがよい。

また１本発明者らは、水モデル実験、水銀を用いた実験
および理論的検討を加えた結果、別系統の気体吹込装置
により気泡を分散させた溶融金属領域に粉体を搬送気体
と共に吹込むと粉体は溶融金属中でランス先端からより
遠くまで到達し、かつ粉体が良く分散するという事実を
見出した。すなわち、粉体な溶融金属内に吹込んで溶融
金属の不純物を除去するに際し、前記粉体吹込経路とは
別の経路から気体を吹込んで溶融金属内に気泡を分散さ
せ、該気泡分散領域に、前記粉体およびその搬送気体を
吹込むことを技術手段とする。

［作用１ 本発明は吹込圧力が絶対圧でｌ　Ｏｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ
”未満の搬送気体を用いて粉体を溶融金属に吹込むに際
し、粉体の吹出し部もしくは分散部に別の気体吹込管を
用いて、より望ましくはその吹込圧力が絶対圧でｌｏｋ
ｇ／ｃｒｎ’を越える気体を同時に吹込むことを特徴と
する粉体の均一分散性に優れた溶融金属への粉体吹込方
法である。

本発明によれば第１図に示すように、溶融金属３内で粉
体５が団子状に凝集することなく均一に分散して湯面に
浮上し湯面スラグ７を形成するので、粉体の利用効率が
上昇する。このため、処理時間の短縮を図ることができ
、また粉体の使用原単位が少なくなるという利点がある
。

本発明の粉体吹込用ランスは第１図に示すように、粉体
吹込ランスｌの粉体出口４の近傍に、溶融金属中に吹込
まれた粉体を再分散する吹込口６を有する別系統の気体
吹込管２を併設したもので、その併設態様としては、第
２図（ａ）、（ｂ）にランスの断面を示すように粉体吹
込ランスｌに気体吹込管２を添わせ、これらを耐火物９
で被覆する。気体吹込管２はランスｌの粉体出口に応じ
て複数本を用いるのが好適である。

本発明の粉体吹込用ランスによれば第３図に例示したよ
うに粉体５は均一に溶融金属３内に分散され、所望の反
応が速やかに進行する。このことは、水銀中への粉体吹
込実験によって、予め確認した。

また、吹込ランスから吐出される搬送気体および粉体に
対して別の旋回気体流を吹付けると、前記搬送気体およ
び粉体の分散がさらに促進される。

また、本発明は、粉体を溶融金属内に吹込んで溶融金属
の不純物を除去するに際し、予め気泡を分散させた溶融
金属領域に粉体を搬送気体と共に吹込むことを特徴とし
ている。気泡を分散させる領域は、細管を束ねたノズル
やポーラスれんがの細孔を有する耐火物のノズルに高圧
気体を吹込んで直径数ｍｍ以下の微細気泡を形成した領
域とすることが望ましい、この場合、粉体の分散がよく
粉体の反応利用効率が高い。

この際、分散させる気泡は数ｍｍ以下の微細気泡であれ
ばより効果が大きい。これは、■）溶融金属の見掛けの
密度が変わること。

２）粉体を分散させるに必要な見掛けの界面エネルギー
が少なくてン斉むこと、 によると考えられる。

本発明者らは、２次元化した水銀容器中に粉体（石灰石
粉、アルミナ粉なと）を種々の条件で搬送ガス（Ａｒ、
Ｎ２など）と共に吹込、気泡の分散領域へ吹込んだ場合
と比較した。その観察によれば、通常の場合は、第１１
図に示すように粉体５はノズル３２の先端より先に深く
侵入せず、かつ塊状の凝集状態８を呈し、その水銀中へ
の分散も劣っていた。

一方、別系統の気体吹込装置により気泡分散領域（ミク
ロポアのれんがより吹込）を形成し、ここへ粉体を吹込
むと第１０図のように、粉体はランスｌのノズル先端よ
り遠くまで到達し、かつその均一分散性も優れていた。

［実施例］ 実施例−１ 第１図に示すように、気体吹込管２を併設したランスｌ
を用いて、第５図に示したトビ−ビカー１１内の溶銑２
２０ｔを炭酸ソーダを用いて脱硫した。粉体貯槽１２か
らデイスペンサ１３、ロータリーバルブ１４、粉体供給
管１５を経て粉体吹込ランス１から粉体５を溶融金属中
に吹込み、−方策体タンク１７から気体吹込管２を経て
気体を吹込んだ。

脱硫条件： ○　脱硫剤（炭酸ソーダ）使用量： ５ｋｇ／ｌ、ｐｉｇ　　１ｒｏｎ ○　脱硫剤吹込速度： １１０ｋｇ／ｍｉｎ ○　搬送気体（Ｎ２ガス）吹込速度： ５．５　Ｎｒｄ／ｍ　ｉ　ｎ ○　吹込時間（処理時間）：１０ｍ１ｎＯ処理前温度＋
　　１３４０〜１３８０℃Ｏランス口径：　　２５ｍｍ ○　ランス浸漬深さ：２．Ｏｍ Ｏ吹込圧力（粉体供給管圧力）ニ ア、０ｋｇ／ｃｒｎ’ この際、内径２．５　ｍ　ｍφの再分散用気体吹込管２
を４本用い、次の条件で粉体分散用気体吹込を併用した
場合と併用しない場合について脱硫反応効率、すなわち
脱硫に要した炭酸ソーダと吹込まれた炭酸ソーダとの比
率を比較したところ、第６図が得られた。

○　分散用気体（Ｎ２ガス）吹込速度：０．４Ｎｒｒｒ
’／ｍ　ｉ　ｎ、本 ○　吹込圧力（気体吹込管背圧）： ４０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’ Ｏ気体吹込管浸漬深さ（４本一体物）；１．８ｍ ○　吹込時間：　　　　１０ｍ１ｎ 第６図から明らかなように、本発明に基づき、分散用気
体吹込を併用した場合（実施例）には、併用しない場合
（従来例）に比べて、脱硫反応効率が５〜１０％向上す
る結果が得られた。この結果、目標とする処理硫黄含有
量（［％Ｓ］）が等しい場合、従来法に比べ、実施例は
脱硫剤使用原単位を低減することが可能となり、脱硫剤
のコストが２０〜３５％低減した。

実施例−２ 実施例−１と同条件で第２図（ａ）に示す本発明のラン
スを用いて脱硫処理した。その結果を第７図に示した。

実施例１とほぼ同等の効果を得た。すなわち本発明に基
づく粉体高分散を吹込用ランスを用いた場合には、従来
の単一ランス使用の場合に比べて脱硫反応効率が著しく
向上し、かつそのばらつきが減少するという成果が得ら
れた。

このような脱硫反応効率向上効果は、第２図（ｂ）に示
したような形状のランスを用いた場合でも同様に得られ
た。

実施例−３ 第５図に示した装置により、トビード１１内の溶銑２０
０しを、ソーダ灰を用いて次の条件で脱硫した。

脱硫剤（ソーダ灰）使用量： ５　ｋ　ｇ／　ｔ−ｐｉｇ　１ｒｏｎ 脱硫剤吹込速度：１００ｋｇ／ｍｉｎ 搬送気体（Ｎ２ガス）吹込速度： ５．５　Ｎｒｎ’／ｍ　ｉ　ｎ 吹込時間：１０ｍ１ｎ 処理前温度：１３５０〜１３８０℃ ランス口径＋２５ｍｍ ランス浸漬深さ：１．８ｍ この際、第１Ｏ図に示すように、内径２ｍｍφのステン
レスパイプ８本を埋込んだ耐火物のノズル２１（直径６
０ｍｍ）を粉体吹込ランスｌの粉体吹出し部の下方３０
０ｍｍ（浸漬深さＺ　１　ｍ　）に設置し、次の条件に
よりＮ２ガスを吹込気泡分散領域を形成させた。

気体吹込速度＋　０．３５　Ｎｒｎ’／ｍ　ｉ　ｎ−本
吹込圧力（ノズル背圧）：４０ｋｇ／ｃは吹込時間：１
０ｍ１ｎ この気泡分散領域を形成した場合と１通常の形成しない
場合について、ソーダ灰の脱硫反応効率を比較したとこ
ろ、第１２図が得られた。第１２図において黒丸は実施
例をプロットしたものである。

第１２図から明らかなように、本発明に基づく気泡を分
散させた溶銑領域にソーダ灰を吹込んだ場合には、通常
の場合に比べて脱硫反応効率が約１０％向上した。

この結果、脱硫剤の使用量が約３０％減少しただけでな
く、処理後の溶銑の硫黄含有ｒｉｌ（（％Ｓ］）も安定
して低い値のものが得られた。

実施例−４ 第１３図に本発明を実施する別の装置を示した。この装
置は、溶鋼３を収納した取鍋２６に底吹ガスを吹込むポ
ーラスプラグ２５を設け、底吹ガスによって気泡２３を
生じさせ、この気泡分散領域２２へ、ランスｌから粉体
２４を搬送気体と共に吹込むものである。Ｃ１０，０８
重量％、Ｍｎ７１．５５重量％、Ｐｌｏ、００４重量％
、Ｓ／〜０．００５重量％で１６４０℃の溶鋼２５〇七
に次の条件で溶鋼脱硫処理を行った。

底吹Ａｒガス量：　０．５　Ｎｒｎ’／ｍ　ｉ　ｎ上吹
搬送Ａｒガスｉ　：　４　Ｎｒｎ”／ｍ　ｉ　ｎ上吹ラ
ンスの浸漬深さ：取鍋底面より約１ｍ脱硫剤組成：焼石
灰９０重量％。

蛍石１０重量％ 脱硫剤粒度：１ｍｍ以下 脱硫剤使用量：５ｋｇ／を 吹込時間：ｌＯ−１０−３Ｏ この結果を従来の上吹搬送ガスを用いた粉体吹込法と比
較した所、約２倍の脱硫速度が得られた。このため、処
理時間が著しく短縮され、［％Ｓ］＜０．００２０の高
純鋼を経済的に容易に得られるようになった。

実施例−５ 本発明方法を好適に実施することができる高分散吹込ラ
ンスを第１４図〜第１８図に基いて説明する。

第１４図は本発明に係る分散吹込ランス１の全体図、第
１５図は第１４図のＡ−Ａ祖国、第１６図は第１４図中
のＢ部分の耐火物を一部切欠いた斜視図である。

第１５図において、３０は粉体を搬送気体と共に溶融金
属中に吹込む吹込ランスである。３１は吹込ランスの回
りに取り付けられた４本の補助ランスであって、その吐
出方向は吹込ランス３０の吐出方向と一致している。補
助ランスを螺旋状に巻付けるとより効果を発揮する。す
なわちこの補助ランス３１は吹込ランス３０から吐出さ
れた搬送気体および粉体に対して、空気を螺旋状に旋回
させて吹込、搬送気体および粉体に剪断力を与えること
により、その分散を促進させる働きをするものである。

なお、この場合補助ランス３１は吹込ランス３０の全長
にわたって螺旋状に巻付ける必要はなく、吐出端側で数
回螺旋状に巻付ければ十分である。

以上の実施例においては、補助ランス３１はその吐出端
を吹込ランス３０の吐出近傍に開口させているが、これ
に限定されるものではなく、例えば第１７図の如くラン
スｌの途中から螺旋状旋回流の吐出端を開口させてもよ
いものである。第１８図は第１７図のＣ−Ｃ矢視を示し
ている。

第１４〜１６図に示したランスを用いて第５図に示す装
置により、トビ−ビカー１１内の溶銑２００ｔを、ソー
ダ灰を用いて次の条件で脱硫した。

脱硫剤（ソーダ灰）使用量： ５　　ｋ　　ｇ／　　ｔ　　°　ｐｉｇ　　ｉｒｏｎ脱
硫剤吹込速度：１００ｋｇ／ｍｉｎ 搬送気体（Ｎ２ガス）吹込速度： ５．５　Ｎｒｎ’／ｍ　ｉ　ｎ 吹込時間：１０ｍ１ｎ 処理前温度：１３５０〜１３８０℃ ランスロ径：４０ｍｍ ランス浸漬深さ：１．８ｍｍ この際、内径４ｍｍφのステンレスバイブ４本をこのラ
ンスに第１６図に示すように付設しく渦巻を形成するた
めのステンレスパイプの螺旋状付設の際のリード高さは
ランス先端部Ｉｎの範囲では２００ｍｍ）、次の条件に
より高圧空気を吹込み渦巻状旋回前進気体流を形成させ
た。

気体吹込速度：　０．５０　Ｎｒｒｙ’／ｍ　ｉ　ｎ　
・本吹込圧力（ノズル背圧）：１５ｋｇ／ｃｍ’吹込時
間：１０ｍ１ｎ この結果、渦巻状の旋回気体流によりソーダ灰の分散を
強化した場合には、通常のインジェクションランスだけ
を用いた場合に比べて、脱硫反応効率が箸しく向上した
。例えば、処理前［％Ｓ］と処理後〔％Ｓ］の算術平均
値が０．０１０〜０、０３０重量％の範囲での反応効率
が従来の５〜２０％に対し１５〜３０％と著しく向上し
た。

このため、ソーダ灰の使用量が減少しただけでなく、本
発明のランスを用いた場合の処理後〔％Ｓ１の算術平均
値は著しく低くなり、処理後〔％Ｓ］≦Ｏ，ＯＯ７重量
％が従来と同じ吹込速度で処理した場合、処理時間１０
分が７分以内で得られるようになり、安定して得られる
ようになった。

［発明の効果１ 本発明によれば、簡易な方法および装置により、粉体は
気泡が分散していない溶融金属に比べてより遠く溶融金
属中で到達し、溶融金属中への吹込粉体の均一分散が促
進され、粉体吹込による溶融金属の精錬効率を著しく高
め、粉体使用原単位の低減、処理時間の短縮を図ること
ができ、精錬処理原価の低減に寄与する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を模式的に示す説明図、第２図は本
発明のランスの実施例の横断面図、第３図は本発明方法
による粉末の再分散の状態を示す説明図、第４図はトビ
ードカーの脱硫工程の説明図、第５図は実施例の系統図
、第６図、第７図は本発明の効果を示すグラフ、第８図
は従来の粉体吹込ランスの説明図、第９図は従来の吹込
装置の説明図、第１Ｏ図は本発明の詳細な説明図、第１
１図は従来の吹込状態の説明図、第１２図は本発明の効
果を示すグラフ、第１３図は別の実施例のフローシート
、第１４図は本発明に係る高分散吹込ランスの全体図、
第１５図は第１４図におけるＡ−Ａ祖国、第１６図は第
１４図におけるＢ部分の一部切欠斜視図、第１７図は本
発明に係る高分散吹込ランスの変形例の全体図、第１８
図は第１７図におけるＣ−Ｃ祖国である。 ■・・・粉体吹込ランス、２・・・気体吹込管、３・・
・溶融金属、４・・・ランス出口、５・・・粉体、６・
・・気体吹込管開口、７・・・湯面スラグ、８・・・凝
集状態、１１・・・トビードカー、１２・・・粉体貯槽
、１３・・・デイスペンサ、１４・・・ロータリーバル
ブ、１５・・−粉体供給管、１６・−圧力計、１７・−
・気体タンク、２１−・・ノズル、２２・・・気泡分散
領域、２３・・・気泡、２４・・・粉体、２５−・ポー
ラスプラグ、２６・・・取鍋、３０−・・吹込ランス、
３１・・・補助ランス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　粉体を搬送気体と共に吹込ランスを介して溶融金属
   中に吹込む方法において、溶融金属中に吹込まれた粉体
   を前記搬送気体とは別の気体により再分散させることを
   特徴とする溶融金属内への粉体吹込方法。 ２　別の気体が旋回前進流である請求項１記載の溶融金
   属内への粉体吹込方法。 ３　粉体を搬送気体と共に溶融金属中に吹込む粉体吹込
   ランスに、該粉体吹込ランスの出口近傍に開口した別系
   統の気体吹込管を併設したことを特徴とする粉体吹込用
   ランス。 ４　粉体を搬送気体と共に溶融金属中に吹込む粉体吹込
   みランスの外周に、別の気体を案内する補助ランスを螺
   旋状に取付け、かつ該補助ランスの気体吐出方向を前記
   吹込ランスの粉体吹込方向と一致させたことを特徴とす
   る粉体吹込用ランス。 ５　粉体を搬送気体と共に溶融金属中に吹込む粉体吹込
   ランスに、補助ランスを設け、該補助ランスは前記粉体
   吹込ランスから吹込まれた粉体の分散域を横切って気体
   を旋回噴出する吐出口を有することを特徴とする粉体吹
   込用ランス。 ６　粉体を溶融金属内に吹込んで溶融金属の不純物を除
   去するに際し、前記粉体吹込経路とは別の経路から気体
   を吹込んで溶融金属内に気泡を分散させ、該気泡分散領
   域に、前記粉体およびその搬送気体を吹込むことを特徴
   とする溶融金属内への粉体吹込方法。