JPH0459913A - 減圧下における溶融金属の酸素吹錬方法 - 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、減圧下における溶融金属の酸素吹錬に関し、
特に酸素上吹ランスによる脱炭反応および金属浴の昇熱
の制御方法に関するものである。

〈従来の技ｊネテ〉 減圧下に酸素上吹ランスによって鋼浴の脱炭を行うにあ
たり、低度領域での脱炭効率を上げる方法としては特開
昭５４−１３７４２１号に開示された技術がある。さら
に上吹酸素ランスのノズルチップをラバール形状として
脱炭効率を上げる方法として特開昭５７−２３７４１５
号（特公昭６１−５７８８６号）に開示された技術があ
る。

前記特開昭５４−１３７４２１号に開示された技４４ｉ
は、高Ｃｒｉｇｔａｉｌに対し真空中で脱炭を行う場合
、１８ｆｉｉＡ中のＣ′ａ度に応じてランスノズルの存
効開孔断面積を変化させ、極低Ｃｆ４度までの脱炭を行
うものである。しかし、この方法では実操業を考慮した
場合、操業中にランスチップ径を変更することは１本単
管ランスでは不可能であり、２本ランス或いは多重管ラ
ンスにすると設備が複雑となる。また、ランスチップ先
端に弁体とその駆動系を具え断面積を変更するタイプと
することは高熱のため過大な冷却構造を必要とするとい
う問題がある。

特開昭５７−１３７４１５号に開示された技術は、ラバ
ール型ノズルの所定マツハ数が吹錬中の槽内圧力の上限
で得られるように設計することによって脱炭を効率良く
行う方法である。しかしながら槽内圧力は７６０Ｔｏｒ
ｒの常圧から０．１丁ｏｒｒ程度の真空にまで変化する
ため、設計圧力をどの圧力にとるかを決定することは困
難である。また、本性によれば脱炭と昇熱の作用のうち
、脱炭のみが効率よく行われるが昇熱を効率良く行うこ
とはできない。

さらに真空度を制御しないため、ラバールノズルの効率
を設計通り発揮できず、酸素圧力を変化した時設計マツ
ハ数が変動し、ラバールノズルの設計操作域をはずれ易
いという問題がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、以上の従来技術の問題点を解決し減圧ｒにお
ける効率のよい脱炭、または鋼浴昇熱の２つを選択的に
達成し得る酸素吹錬技術を提供するためになされたもの
である。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、■真空脱ガス装置の脱ガス槽内に水冷上吹ラ
ンスを具え、この水冷上吹ランスから酸素ガスを槽内溶
融金属浴面に吹きつけ溶融金属を酸素吹錬する方法にお
いて、先広がりのラバール型ランスノズルを用い、槽内
の真空度、ランスへの酸素供給圧力と酸素流量とを計測
しつフ、酸素供給圧力と真空度との比が一定になるよう
に、真空度、酸素供給圧力または酸素流量の少なくとも
１つを制御することを特徴とする減圧下における溶融金
属の酸素吹錬方法で、また■真空脱ガス装置の脱ガス槽
内に水冷上吹ランスを具え、この水冷−ＬＸ吹ランスか
ら酸素ガスを槽内？８融合属浴面ムこ吹きつけ溶融金属
を酸素吹腔する方法において、酸素供給圧力を一定とし
、該圧力と真空度との比がノズルスロート部面積とノズ
ル吐出口面積の比から算出されるマツハ数より大きい値
を発生しうる比となる圧力になるように真空度を制御し
て効率の良い脱炭反応を行わせる操作と、マツハ数より
小さい値を発生する比となる圧力になるように真空度を
制御することによって、溶融金属の昇熱を効率よく行わ
せる操作を選択的に行うことを特徴とする減圧下におけ
る溶融金属の酸素吹錬方法で、さらに■真空脱ガス装置
の脱ガス槽内に水冷上吹ランスを具え、この水冷上吹ラ
ンスから酸素ガスを槽内溶融金属浴面に吹きつけ溶融金
属を酸素吹錬する方法において、酸素供給圧力と真空度
との比が、ノズルスロート部面積とノズル吐出口面積の
比によって算出されるマツハ数より大きい値を発生しう
る比となる圧力になるよう酸素流量、または酸素供給圧
力を制御して脱炭反応を効率よく行う操作とマツハ数よ
り小さい値を発生する比となるように酸素流量、または
酸素供給圧力を制御することによって溶融金属の昇熱を
効率よく行わせる操作を選択的に行うことを特徴とする
減圧下における溶融金属の酸素吹錬方法である。

〈作　用〉 脱炭を効率よ（行わせるには酸素ジェットの直進性を保
持し、できる限り高速で酸素を鋼浴面に到達させること
が有効である。

一方、溶融金属浴の昇熱を効率よく行わせるためには、
ある程度の脱炭効率を保持しながら酸素ジェ・ントを拡
散させ、溶融金属浴から脱炭によって発生するＣＯガス
と酸素ガスを効率良く接触させＣＯガスを２次燃焼させ
ることが有効である。

ところで、ラバール型ランスの特性としてランスノズル
中間にランス吐出口径より小径のノズル（スロートと称
する）を付したランスでは、ランス元圧がジェットの噴
出される雰囲気圧力の約２倍以上あるとノズルスロート
部流速は音速となり、流量がランス元圧とノズルスロー
ト断面積に一次比例すること、また、理論的に達成可能
なノズル吐出口のマツハ数（ノズルスロート部流速が音
速となった場合の該流速と吐出速度の比）がランス元圧
と雰囲気圧力のみによって決まり次式が成立する。

Ｍ。

Ｗ！ 単位Ｓｌ ここで、 Ｍ２　：ノズル吐出ロマノハ数、 Ｗ２　：ノズル吐出流速、 Ｗ、・ノズルスロート部流速（＝音速）、Ｐｌ　：ラン
ス元圧、 Ｐ２　：雰囲気圧力、 Ｋ　；比熱比。

この関係を図示すると第１図となる。

また、ラバールノズルの形状はノズル吐出口の目標マツ
ハ数Ｍ２によって決定され次式により示される。

単位Ｓｌ ここで、 Ｄ、ニスロート部径、 Ｄす　：ノズル吐出口径、 Ａ、ニスロート部断面積、 Ａ、：ノズル吐出口断面積。

この関係を図示すると第２図となる。

このように設計されるランスチンブを用いた場合、第１
図、第２図からつぎのことがいえる。

■　雰囲気圧力Ｐ２と酸素供給圧力（＝ランス元圧）Ｐ
＋　との比が一定になるようにすることによって、ある
マツハ数に設けられたノズルによフて第１図の曲線面の
ようにマツハ数Ｍ２の超音速の広がりのほとんどない酸
素ジェット流れが達成し得る０本ジェットによって吹錬
を実施する場合、酸素ジェットのエノルギー損失を掻力
抑えた状態で鋼浴ムこ達せられるため、酸素ジェットの
浸透深さが深くとれ、攪拌力も向上し脱炭反応は効率良
く行なえる。

■　Ｐ、とＰ、の比によって算出されるマツハ数Ｍ　ｚ
　’が実際のラバールノズルのＡ、とＡ、によって計算
されるマツハ数Ｍ、に対しＭ　ｔ　’　≧Ｍ！になるよ
うにすれば（第１図の領域（Ｂ））、ジェットは直進性
を維持したまま吐出口出口で圧力振動を生しる。これは
（１）式でＭｚ、Ｐ＋から逆算される圧力Ｐｚ’に対し
Ｐ２′　≦Ｐ２となる場合であり、またＭ２、Ｐ２より
逆算されるＦゝ１′に対し、Ｐ、′≧Ｐ１となる場合で
ある。

いずれの場合も酸素ジェットのエネルギーは圧力振動ム
こよって若干奪われるが、直進性はラバールにより保持
しているためＣＯガスの２次燃焼はほとんど生しず、鋼
浴中に効率良く酸素が到達し、脱炭は効率良く行なえる
。

■　■の場合とは逆にＭ　２　’　＜　Ｍ　２となるよ
うにすれば（第１図の領域（Ｃ））、ジェットはラバー
ルスロート部で音速であり、かつラバール出口でも音速
となるようにラバール内で衝撃波を生じ減速する。よっ
てエネルギーは失われ、かつ吐出状況はストレートノズ
ルからの吐出と同しように広角広がり流れとなり、ソフ
トブローが達成されＣＯガスの２次燃焼が効率よく行な
える。

以上の知見をもとに、効率のよい脱炭、真空化、溶融金
属の昇熱のためにつぎの方法が有効であることを導き出
せた。すなわち、減圧下でラバールノズルを用いて溶融
金属の酸素吹錬を行うに際し、脱炭を効率よく行わせる
ためには、 ■　排気能カ一定のもとでは、マ・７ハ数を設計値どお
り維持するように操業中変化する雰囲気圧力に対しラン
ス元圧を変化させ追従させる。流絹弁によって流量制御
している場合には流量自体を変化さセランス元圧を変化
させ追従させる。

流量一定の下ではあるいは排気能力を制御してもよい。

■　Ｍ２′　≧Ｍ２となるように排気能力を制御ルする
ことによって真空度を制御する。

■　また、ランス元圧あるいは酸素流量自体を制御卸す
る。

溶融金属の昇熱を効率よく行わせるためには、Ｍ　ｔ　
’　＜　Ｍ　ｚとなるように真空度、ランス元圧、酸素
流量のうち、少なくとも１つを制御する。

〈実施例〉 転炉で一次脱炭精錬された２３０Ｔ／ｃｈの溶鋼を２分
で循環できる循環流量のＲＨ脱ガス設備を用い、上吹き
によって１５　Ｎ％　／分の酸素流量で酸素吹錬を行っ
た。

（１）開口比Ａ　ｚ　／　Ａ　ｓ　＝２．４５、計算Ｍ
、＝　］、、８のラバール型単孔ランスを用い、茶気ブ
ースターの使用段数および／またはリーク空気流量の制
御によって排気能力を制御することによって１００Ｔｏ
ｒｒに雰囲気圧力を固定した。その時のランス元圧は１
　ｋｇ　／　ｃｉ　−Ｇであった。処理時間は２０分と
した。

（２）開口比Ａ、　／Ａｓ　＝２．４５、計算Ｍ！　＝
　Ｌ、Ｓのラバール型単孔ランスを用い、排気能力を制
御し１００〜５０Ｔｏｒｒの間で操業した。ランス元圧
は１ｋｇ／ｃｄ−Ｇ、処理時間は２０分とした。

（３）開口比Ａ、　／Ａｓ　＝４．９４、計算Ｍ！　＝
　２．０のラバール型単孔ランスを用い、排気能力を制
御し１００〜５０Ｔｏｒｒの間で操業した。ランス元圧
はＩｋｇ／ｃｒｌ−Ｇ、処理時間は２０分とした。

（４）比較例として工程法ストレート型単孔ランスを用
い、１００〜５０ＴｏｒｒＯ間で操業した。処理時間は
２０分とした。

操業結果を比較して第１表に示す。

第１表 以上のように脱炭効率の向上を指向した本発明法の実施
例の（１）、（２）では、１００Ｔｏｒｒや１００〜５
０Ｔｏｒｒの真空度の比較的よくない状況においても２
０分で２０〜２５騨の処理後炭素濃度を達成し、従来法
の比較例に比べ脱炭効率は向上している。

また、酸素の利用効率の上昇によってＴ、Ｆｅの増加も
抑制されるという効果も生じた。

溶鋼の昇温を指向した実施例の（３）においては、ラバ
ール内の衝撃波によりストレートノズルの場合の吐出後
の空間で生しる衝撃波によって、大きな減速が得られ、
よりソフトブロー化したため、温度降下は工程法に比べ
１３°Ｃ向上した。比較例と比べるとＴ、Ｆｅの増加は
あまり見られなかった。

本実施例では槽内真空度を制御したが、ランス元圧を制
御しても、また酸素流量を制御しても同程度の結果が得
られることは理論からも明白である。

〈発明の効果〉 本発明方法によると、ランス元圧と真空度との比をラバ
ール型ランスのスロート部と吐出口断面積の比で決まる
マツハ数に対し制御することによって、■脱炭の効率向
上、■溶融金属昇熱度向上が選択的にでき、しかも、処
理後Ｔ、Ｆｅは工程法に比べ減少するか、もしくはほと
んど増加しない。

従って処理時間が短縮され、昇熱用Ａ／、Ｓｉの原単位
が低減され、精錬用酸素原単位も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ノズル吐出ロマンハ数（Ｍ２）と〔雰囲気圧
力（Ｐり／ランス元圧（ＰＩ））との関係を示す特性図
、第２図は、ノズル吐出口のマツハ数（Ｍ２）と〔スロ
ート部断面積（ＡＩ）／吐出口断面積（Ａ工）〕との関
係を示す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空脱ガス装置の脱ガス槽内に水冷上吹ランスを具
   え、この水冷上吹ランスから酸素ガスを槽内溶融金属浴
   面に吹きつけ溶融金属を酸素吹錬する方法において、 先広がりのラバール型ランスノズルを用い、槽内の真空
   度、ランスへの酸素供給圧力と酸素流量とを計測しつつ
   、酸素供給圧力と真空度との比が一定になるように、真
   空度、酸素供給圧力または酸素流量の少なくとも１つを
   制御することを特徴とする減圧下における溶融金属の酸
   素吹錬方法。 ２、真空脱ガス装置の脱ガス槽内に水冷上吹ランスを具
   え、この水冷上吹ランスから酸素ガスを槽内溶融金属浴
   面に吹きつけ溶融金属を酸素吹錬する方法において、 酸素供給圧力を一定とし、該圧力と真空度との比がノズ
   ルスロート部面積とノズル吐出口面積の比から算出され
   るマッハ数より大きい値を発生しうる比となる圧力にな
   るように真空度を制御して効率の良い脱炭反応を行わせ
   る操作と、マッハ数より小さい値を発生する比となる圧
   力になるように真空度を制御することによって、溶融金
   属の昇熱を効率よく行わせる操作を選択的に行うことを
   特徴とする減圧下における溶融金属の酸素吹錬方法。 ３、真空脱ガス装置の脱ガス槽内に水冷上吹ランスを具
   え、この水冷上吹ランスから酸素ガスを槽内溶融金属浴
   面に吹きつけ溶融金属を酸素吹錬する方法において、 酸素供給圧力と真空度との比が、ノズルスロート部面積
   とノズル吐出口面積の比によって算出されるマッハ数よ
   り大きい値を発生しうる比となる圧力になるよう酸素流
   量、または酸素供給圧力を制御して脱炭反応を効率よく
   行う操作とマッハ数より小さい値を発生する比となるよ
   うに酸素流量、または酸素供給圧力を制御することによ
   って溶融金属の昇熱を効率よく行わせる操作を選択的に
   行うことを特徴とする減圧下における溶融金属の酸素吹
   錬方法。