JPH0543925A - ２次燃焼吹錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱炭反応により生成するＣＯガスの２次燃焼
反応の促進を図ると共に、２次燃焼反応によって生じた
熱を鉄浴に効率良く伝えることのできる２次燃焼吹錬方
法を提供する。 【構成】 溶融鉄処理炉内の溶鉄を吹錬すると共に排ガ
ス２次燃焼を行って溶鉄の温度を高める２次燃焼吹錬方
法において、吹錬用酸素ガスを供給する主孔以外に２次
燃焼用酸素ガスを供給する副孔を備えた酸素ノズルを用
い、前記主孔からの酸素供給と副孔からの酸素供給を各
々独立して供給すると共に、２次燃焼用酸素供給を、吹
錬時期に応じて適切に調整しつつ行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉や溶銑予備処理炉
等の溶融鉄処理炉の操業において、特に脱Ｃ反応により
生成するＣＯガスの２次燃焼によって生じる熱を溶鉄に
効率よく伝えて熱補償を増進する方法の改良に関するも
のである。尚以下の説明では、転炉操業を主体にして説
明を進める。

【０００２】

【従来の技術】転炉操業においては、溶銑表面に酸素ガ
スを噴射することによって脱Ｃおよび浴温の上昇を遂行
すると共に、炉内にＣａＯ等の精錬剤を投入して脱Ｐ・
脱Ｓ処理を行っている。尚最近の転炉では脱Ｐや脱Ｓを
主目的の１つから外し、溶銑予備処理炉において脱Ｐや
脱Ｓを行なうものであるが、本発明はこれらの実施変更
は問わないものとする。いずれにしても転炉操業では鉄
浴中のＣの９０〜９５％程度は、下記(1) 式に基づく反
応によって脱Ｃされる。 Ｃ＋１／２Ｏ₂ ＝ＣＯ＋３３．０kcal/mol・・・(1) 近年上記反応によって発生したＣＯガスを、炉内で２次
燃焼反応［下記(2)式］を進行させ、炉内に形成される
高温フレームの熱を鉄浴に伝達して熱補償を行なう技術
が開発されている。 ＣＯ＋１／２Ｏ₂ ＝ＣＯ₂ ＋６６．５kcal/mol・・・(2)

【０００３】尚転炉内における上記(2) 式の進行の度合
は、一般に炉内２次燃焼率（以下単に２次燃焼率とい
う）と呼ばれ、下記(3) 式で定義される。 ２次燃焼率（％）＝炉内（ＣＯ₂ ％／［炉内ＣＯ（％）＋炉内ＣＯ₂(χ）］ ×１００・・・(3) 上記２次燃焼反応を進行させる為の方法としては、吹錬
用酸素ガスを供給する主孔以外に副孔を設置け、この副
孔（図３参照）から２次燃焼反応を進行させる為の酸素
ガスを供給する方法が知られている。

【０００４】図２は転炉操業の概要を示す断面説明図で
あり、図中１は転炉，２は鉄浴層，３は吹錬用酸素ラン
ス（上吹きランス），４は脱Ｃ用酸素ジェット領域，５
は２次燃焼用酸素領域，６は２次燃焼フレーム，７はス
ラグ層を夫々示しており、これらは夫々の一部を模式的
に示したものである。また図３は２重管形式の酸素ラン
ス３の先端部を示す部分拡大図であり、図中８は主孔，
９は副孔を夫々示している。尚図３中θ，φは、夫々主
孔および副孔がランス本体先端方向となす角度（ノズル
角度）を示している。

【０００５】上述した方法は、図３に示した副孔９から
２次燃焼用酸素を供給することによって、図２に示した
２次燃焼用酸素領域５および２次燃焼フレーム６を形成
するものである。尚副孔を設ける場合は、副孔からの酸
素ガスの供給を、主孔からの酸素ガスの供給とは独立し
て流量制御しつつ行なう場合と、全く制御しない場合と
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで転炉内で上記
２次燃焼を進行させて熱補償を行う場合は、(a) 前記
(3) 式で示される２次燃焼率の向上、および(b) ２次燃
焼反応によって発生した熱の鉄浴への着熱効率の向上、
の２つの要件を同時に満足する必要がある。

【０００７】一般の場合（副孔を備えていない酸素ラン
スを用いた場合）、転炉内における平均的な２次燃焼反
応は、全脱Ｃ反応のうちの５〜１０％程度に過ぎず、残
りは前記(1) 式に示したＣＯガス生成反応が優先して進
行する。従ってこの様な状況のもとで、副孔を備えた酸
素ランスを用い、副孔からただ単に大量の２次燃焼用酸
素を供給しても、必ずしも炉内での２次燃焼率の上昇を
招くとは限らず、却って炉口周辺でのＣＯガスの燃焼反
応が進行することによって炉口付近の温度が上昇し、炉
口部耐火物が溶損するという問題が生じる。また炉口周
辺でＣＯガスの燃焼反応が進行しても、その反応熱は鉄
浴には有効に伝達されず、着熱効率も悪いという問題が
ある。尚着熱率向上を図るという観点からすれば、２次
燃焼フレームを鉄浴に接近することも考えられるが、そ
うすると２次燃焼反応によって発生したＣＯ₂ ガスが、
主孔からの酸素ジェット流に巻き込まれ易くなる。即ち
主孔からの酸素ジェット流は非常に高速で吹き込まれて
いるので該ジェット流周辺のガスを非常に巻き込み易
く、２次燃焼フレーム６を鉄浴層２上に接近させればさ
せるほどＣＯ₂ ガスが巻き込まれ易くなる。その結果、
鉄浴層２の表面において、下記(4) 式で示される還元反
応が進行し、却って(1) ２次燃焼率の低下や、(2) 冷却
反応の進行による鉄浴温度の低下、等の好ましくない事
態を招く。 Ｃ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯ−３３．５kcal/mol・・・(4)

【０００８】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、脱Ｃ反応により生成する
ＣＯガスの２次燃焼反応の促進を図ると共に、２次燃焼
反応によって生じた熱を鉄浴に効率良く伝えることので
きる２次燃焼吹錬方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る２次燃焼吹錬方法の構成は、溶融
鉄処理炉内の溶鉄を吹錬すると共に排ガス２次燃焼を行
なって溶融鉄の温度を高める２次燃焼吹錬方法におい
て、吹錬用の酸素ガスを供給する主孔以外に２次燃焼用
酸素ガスを供給する副孔を備えた酸素ノズルを用い、前
記主孔からの酸素供給と副孔からの酸素供給を各々独立
して行なうと共に、２次燃焼用酸素ガスの供給を、下記
数式５〜８に夫々基づく下記条件(A) 〜(C) を同時に満
足しつつ行なう点に要旨を有するものである。 (A) 下記数５に基づいて、吹錬全般をＮ期（Ｎは２以上
の整数）に分割すること

【００１０】

【数５】

【００１１】但し ＴＬ：吹錬中の鉄浴最低温度 ΔＴ：ＴＨ−ＴＬ（ＴＨ：吹錬中の鉄浴最高温度） Ｔ(i) ：ｉ期における鉄浴温度 ｉ：１からＮまで変化する整数 (B) 下記数６が、全てのｉの６０％以上で成立すること

【００１２】

【数６】

【００１３】但し、 Ｆ(i) ：ｉ期における副孔からの
２次燃焼用酸素の送酸速度 (C) 下記数７または８が成立すること

【００１４】

【数７】

【００１５】

【数８】

【００１６】

【作用】本発明者らは、上記の様な問題を生じることな
く、(a) ２次燃焼反応の促進、および(b) 着熱効率の向
上、という２つの要件を満足させることができ、安定し
て効率の良い熱補償を実施することのできる条件につい
て様々な角度から検討した。

【００１７】まず本発明者らは排ガス組成の解析によっ
て、転炉吹錬中における炉内での２次燃焼率は、吹錬の
経過と共に図１の様に変化するという知見を得た。これ
は吹錬の進行と共に鉄浴温度が上昇し、(a) 発熱反応で
ある２次燃焼反応が熱平衡的に進行し難くなる、(b) 同
一送酸速度において酸素ガスジェットがよりハードブロ
ー化する、等が原因で生じているものと考えられる。即
ち、鉄浴温度と２次燃焼率の関係の一例を示すと図４の
様になり、鉄浴温度が低いほど２次燃焼反応の進行には
有利に作用する。また２次燃焼によって生成した反応熱
の鉄浴への着熱効率は、同一送酸条件の場合、図５に示
す様に鉄浴温度が低いときほど高いこともわかった。

【００１８】本発明者らは、これらの知見に基づき、
(A) 鉄浴温度の低い期間においては積極的に副孔からの
２次燃焼用酸素の送酸速度を増大させ、２次燃焼反応の
促進とその反応生成熱の着熱効率の向上を図ると共に、
(B) 鉄浴温度の高い期間においては、逆に２次燃焼用酸
素の送酸速度を低減し、炉口周辺でＣＯガスが燃焼する
ことによる炉口耐火物の溶損や、着熱効率の低下の問題
が発生するのを防止すればよいと考えた。そしてその具
体的な構成について更に検討したところ、上記の様な構
成を採用すれば、本発明の目的が見事に達成されること
を見出し、本発明を完成した。尚鉄浴温度の高い期間に
は、理論的には副孔からの２次燃焼用酸素の供給を停止
しても良いのであるが、副孔が飛散スラグや鉄浴粒の侵
入によって損傷するのを防止するという実操業上の観点
から、副孔からの２次燃焼用酸素は必要最低量確保して
おくのがよい。

【００１９】次に、本発明で規定する各数１〜４（５〜
８）の意味について説明する。本発明においては、鉄浴
温度に応じて２次燃焼用酸素の送酸速度を調整するもの
であるが、まず前記数１（５）は、その吹錬中の最高温
度と最低温度との間をＮ等分し、転炉吹錬を鉄浴温度に
よってＮ期に分けるものである。鉄浴温度は、サブラン
スや光ファイバースコープ等のセンサーを用いて実測す
ることも可能であるが、脱Ｃ反応の進行状況を排ガス組
成の連続分析によって間接的に知ることも可能である。
また溶銑予備脱Ｐ，脱Ｓ処理銑を用いた転炉吹錬におい
ては、脱Ｃとそれに伴う昇温を主体とした単純な吹錬パ
ターンが実施されるので、鉄浴温度はほぼ直線的に増加
していく。そのため鉄浴温度を主孔からの酸素積算量で
推定することは可能である。この様に鉄浴温度は吹錬の
進行とともにほぼ直線的に上昇するのが一般的である
が、吹錬中に鉄鉱石等の冷却剤を添加した場合には必ず
しも直線的には上昇しない場合がある（図６参照）。し
かしながらこの様な場合にも、冷却剤の投入量から冷却
熱量を算出し、投入後も引き続いて鉄浴温度を推定して
いくことは可能である。

【００２０】また本発明では、前記数２（６）に基づ
き、鉄浴温度が高くなる期間ほど、副孔からの２次燃焼
用酸素の送酸速度Ｆ(i) を連続的に減少させる様にす
る。但し、吹錬中に冷却剤の投入等により鉄浴温度が急
激に低下する場合を考慮すると、必ずしも全てのｉにつ
いて数２（６）を成立させる必要はないが、本発明の目
的を達成する為には、少なくとも６０％（好ましくは８
０％以上）のｉについて成立させる必要がある。

【００２１】本発明の効果を十分に生じさせるために
は、副孔からの２次燃焼用酸素の送酸速度を単に数２
（６）に基づいて連続的に減少させるのみならず、その
絶対量についても、低温期（吹錬前半）と高温期（吹錬
後半）において、数３（７）または数４（８）に基づい
て、吹錬前半における２次燃焼用酸素積算量を吹錬後半
よりも増大させる必要がある。また、理想的にいえば、
高温期において、送酸速度を０（零）とする状態も考え
られるが、実用上は、ノズル内への飛散スラグ粒子，鋼
浴粒子の侵入によるノズル溶損を防止するために、ある
一定量（ノズル仕様によって決まる）以上の送酸速度を
確保しておく必要もある。１．２以上（好ましくは１．
４以上）という値は、この様な操業上の制約条件も考慮
して、本発明の効果を十分に生じさせるための必要条件
として設定されている。

【００２２】尚吹錬全般を通じての、副孔からの２次燃
焼用酸素における送酸速度の全平均値Ｆ（ＡＶＥ）は、
各吹錬条件，設備条件，目的とする熱補償等の操業条件
に応じて決められるが、本発明では吹錬全般を通じて全
平均値Ｆ（ＡＶＥ）と同じ一定の送酸速度に保つのでは
なく、数１〜４（５〜８）で決められるように吹錬中に
変化させて供給していくものである。また本発明では、
２次燃焼率と着熱効率をともに最適に無理なく向上でき
るので、２次燃焼率の低下や鉄浴温度の低下等の問題が
発生することもない。

【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２４】

【実施例】副孔からの２次燃焼用酸素の流量制御を行う
場合（本発明）と、副孔からの２次燃焼用酸素の流量は
吹錬中一定に維持する場合（従来法）の夫々について、
転炉で２次燃焼操業を実施し、２次燃焼率，着熱効率及
び着熱量の比較を行った。尚操業条件は下記の通りであ
る。

【００２５】（共通条件） (A) 酸素ランス 下記の様な酸素ランスを用いた。 主孔ノズル・・・・・ノズル数：６孔 ノズル角度（図３に示したθ）：１２度 副孔ノズル・・・・・ノズル数：１０孔 ノズル角度（図３に示したφ）：３０度 尚副孔ノズルの送酸条件は、主孔ノズルの送酸条件と独
立に制御できる様にした。また酸素ランスの高さは、
１．８mmとした。 (B) 吹錬条件 (a) 下記表１に示す溶銑条件及び吹止条件にて連続して
吹錬を実施した。尚吹錬中は底吹きガス（Ａｒ）を６０
０Nm³/時（一定）で流した。

【００２６】

【表１】

【００２７】(b) 主原料装入量 処理溶銑量：９５トン スクラップ量：５トン (c) 溶滓条件 ＣａＯ：７．５kg／トン 軽焼ドロマイト：５．４kg／トン ケイ石：２．２kg／トン を前装入にて添加した。

【００２８】（非共通条件） (A) 送酸条件 主孔ノズルからの送酸速度・・・従来法：本発明ともに
１８０００Nm³/時の一定とした。 主孔ノズルからの送酸速度・・・従来法：３０００Nm³/
時の一定とした。 本発明：１５００〜４５００Nm³ / 時（後述の要領）で
調整した。但し、吹錬全般を通じての平均送酸速度は３
０００Nm³/時である。 (B) 副孔からの２次燃焼用酸素の送酸方法 本発明では、副孔からの２次燃焼用酸素は以下の要領で
供給した。 ＴＬ：転炉吹錬中の最低温度＝溶銑温度 ＝１３００〜１３３０℃ ＴＨ：転炉吹錬中の最高温度＝吹止温度 ＝１６５０〜１６７０℃ ΔＴ：ＴＨ−ＴＬ＝吹止温度−溶銑温度 Ｎ＝１６（１６期に吹錬を分割した。）

【００２９】鉄浴温度の推定は、主孔からの酸素積算
量、および炉内での脱Ｃ反応の進行状況（排ガス組成の
連続測定を実施）により行った。尚排ガス分析値は、転
炉炉口部での空気巻き込みによる影響を、補正計算によ
りなくした。前記数式２については、ｉ：１→Ｎのすべ
てのｉについて、１００％成立させた。具体的には、下
記の通りとした。 Ｆ(i) ＝４５００−２００×（ｉ−１）Ｎm³/ 時 尚このとき、前数式３の値は１．７３となった。

【００３０】（実験結果）その結果を表２に示す。尚表
２中２次燃焼率は、排ガス煙道にて（転炉はＯＧ方
式）、排ガス組成（ＣＯ，ＣＯ₂ ，Ｎ₂ ，Ｏ₂ ，Ａｒ
等）の吹錬中の連続サンプリング，分析を実施すること
により求めた（転炉炉口部分からの空気の巻き込みによ
る影響は換算，補正した）。また着熱効率は、炉内反応
の熱収支計算を、実績値を用いて実施することによって
算出した。更に着熱量は、副孔からの２次燃焼用酸素に
よる鉄浴の昇温量を評価した。尚実験は本発明，比較例
ともに連続して６０チャージずつ実施し、実験前後での
炉口部耐火物の平均溶損速度（レーザー光線を利用する
方法による）についても測定した。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、次に列
挙する様な効果が得られる。 (1) ２次燃焼反応に有利な領域（鉄浴温度の低い領域）
で、副孔からの酸素流量を積極的に増大させて２次燃焼
を促進させる様にしたので、副孔からの酸素積算量が同
一であっても、従来より安定して高い２次燃焼率を得る
ことができる。 (2) 着熱効率および２次燃焼率の高い領域（鉄浴温度の
低い領域）で、副孔から大量の２次燃焼用酸素の供給を
行う様にしたので、副孔からの全酸素積算量が同一であ
っても、吹錬全体として従来法よりも高い着熱効率が得
られる。 (3) 吹錬全体として、２次燃焼率と着熱効率が向上する
結果、鉄浴への着熱量（熱補償量）も従来法よりも増大
する。 (4) ２次燃焼用副孔ノズルから吹き込まれた２次燃焼用
酸素ガスが、炉口周辺で燃焼するのを防止できるので、
炉口部耐火物の溶損の問題も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２次燃焼率と吹錬時間との関係の一例を示すグ
ラフである。

【図２】転炉操業の概要を示す断面図である。

【図３】酸素ランス３の先端部の部分拡大図である。

【図４】鉄浴温度との２次燃焼率の関係の一例を示すグ
ラフである。

【図５】鉄浴温度と着熱効率の関係の一例を示すグラフ
である。

【図６】鉄浴温度の経時的変化例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 転炉 ２ 鉄浴層 ３ 酸素ランス ４ 脱Ｃ用酸素ジェット領域 ５ ２次燃焼用酸素領域 ６ ２次燃焼フレーム ８ 主孔 ９ 副孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融鉄処理炉内の溶鉄を吹錬すると共に
   生成ガスの２次燃焼を行なって溶鉄の温度を高める２次
   燃焼吹錬方法において、吹錬用の酸素ガスを供給する主
   孔以外に２次燃焼用酸素ガスを供給する副孔を備えた酸
   素ノズルを用い、前記主孔からの酸素供給と副孔からの
   酸素供給を各々独立して行なうと共に、２次燃焼用酸素
   ガスの供給を、下記数１〜４に基づく下記条件(A) 〜
   (C) を同時に満足しつつ行なうことを特徴とする２次燃
   焼吹錬方法。 (A) 下記数１に基づいて、吹錬全般をＮ期（Ｎは２以上
   の整数）に分割すること 【数１】 但し ＴＬ：吹錬中の鉄浴最低温度 ΔＴ：ＴＨ−ＴＬ（ＴＨ：吹錬中の鉄浴最高温度） Ｔ(i) ：ｉ期における鉄浴温度 ｉ：１からＮまで変化する整数 (B) 下記数２が、全てのｉの６０％以上で成立すること 【数２】 但し、 Ｆ(i) ：ｉ期における副孔からの２次燃焼用酸
   素の送酸速度 (C) 下記数３または４が成立すること 【数３】 【数４】