JPH059543A - 精製ランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス流の速度及び流量を互いに独立的に調整
することができ、液状浴の表面に対するインパクトポイ
ントを精製作業中に連続的に移動させることができる酸
素吹き込みランスを得る。 【構成】 ランス(1) の本体(2) 内で調整自在のノズル
(12)の下流域における流出精製ガス流の中心の周りに、
前記精製ガス流を少なくとも２個の個別のほぼ等しいジ
ェットに分割し、これらジェットをランスの軸線に対し
てほぼ等しい角度をなし、軸線に対して直径方向に互い
に対向する方向にランスのヘッド(3) から流出させる分
離装置(18)を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精製ランスに関するも
のである。特に、冶金ベッセルに収容したモルテン金属
浴に酸化精製ガスを噴射してモルテン金属を精製するの
に使用するための精製ランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】ホットメタルまたは鉄合金を、酸化ガ
ス、一般的には技術的な酸素(technicaloxygen)を上方
から冶金ベッセル内の液状金属浴に噴射または吹き込む
ことにより精製する精製プロセス中には、当該精製プロ
セスの進行状況に応じて、酸化ガスの流れの特性並びに
浴の表面の射出ポイントを変更できるか否かが最も重要
になる。このことは、最近の精製テクノロジーが主に酸
化ガスの超音速ジェットを使用するときはより重要であ
る。

【０００３】上述の精製プロセスに使用するよう設計す
るガス吹き込みランスの製造は、複雑になる。実際、酸
化ガスは、一方では金属浴に反応して鉄の脱炭のような
反応を生ずることが必要となり、他方では浴の表面の上
方で脱炭反応の結果生ずる一酸化炭素のポスト燃焼が確
実に生ずるようにすることが必要となる。更に、ガス流
の速度とは無関係に独立的にベッセルに吹き込む酸化ガ
スの量を調整することができなければならない。更に、
ガス流が浴に当たるスポットを精製作業を行っている浴
の表面にわたって移動させ、冶金反応を生ずる領域を拡
大し、ガス流による攪拌効果を促進することが望まし
い。更に、ポスト燃焼のための酸素は、浴の表面の最大
限の反応領域にわたり拡散できなければならないととも
に、同時に一酸化炭素のポスト燃焼は、浴の表面にでき
るかぎり近接するが、発散エネルギがランス及び／また
はベッセル開口に損傷を与える危険性があるベッセル上
部の付近であってはならない。

【０００４】ルクセンブルグ国特許第86322 号（米国特
許第4,730,784 号−ヨーロッパ国特許第235,621 号）に
おいては、酸素流の流出速度（マッハ数）及び流量を互
いに独立的に変化させることができる酸素頂部吹き込み
精製ランスについて記載している。この精製ランスは、
ルクセンブルグ国特許第87353 号（米国特許出願第395,
104 号）に記載されているように更に改良され、オペレ
ータが精製サイクルの進行フェーズの関数として浴に供
給する第一次酸素の量を変化させるとともに、酸素ジェ
ットに対して必要とされる最適形状及び速度も与えるよ
うにしている。このルクセンブルグ国特許第87353 号に
よれば、この精製ランスには、第一次酸素ジェットを束
ねて案内するノズルを設ける。このノズルは、断面が可
変の導管により形成し、この断面は先ず集束セグメン
ト、次にネック部分、最終的に拡開セグメントを画定す
る。このノズルは、ネック部のレベルでノズルの軸線に
沿って移動可能な中心本体を有する。この中心本体は、
ほぼ円筒形の主要部分に凹面状にテーパーがついたノー
ズ部分が連続する形状を有する。この中心本体を移動す
ることにより、ネック部の自由断面及びノズル通路の拡
開部分の形状が変更され、この結果としてノズルの動作
パラメータを連続的に調整することができるようにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明による酸素吹き
込みランスは、ルクセンブルグ国特許第87353 号に記載
の装置を使用し、好適な組み込み方法により新規な金属
精製ランスの設計に改良することを目的としている。

【０００６】ルクセンブルグ国特許第86321 号（米国特
許第4,730,813 号）には、酸素頂部吹き込み精製ランス
に関連して、ランスヘッドから流出する酸素流を所定限
界範囲内で、ランスの主軸線に対して偏向させ、精製す
べき浴の表面の種々のポイントに入射させるよう指向さ
せる装置について記載している。このルクセンブルグ国
特許第86321 号による装置には、ランスヘッドの流出口
の近傍にほぼ截頭西洋なしのような形状の室を設けてい
る。ノズルの出口レベルの近傍でノズルから流出する第
一次酸素の主要流に側方から突き当たるガスジェットに
よりこの主要流をほぼ截頭西洋なしのような形状の室の
一方の側面に転向させる。この転向した流れは、側方偏
向ジェットが流出する側面とは反対側の室の壁に沿って
移動する。この方法により超音速酸素流は、ランス本体
の軸線に対して所定の角度をなしてランスヘッドの開口
から流出する。酸素流のこの偏向角度は、室の壁の形状
に大きく依存する。側方ガスジェットのために数個のポ
ートを設けること、及びジェットを順次主要流に対して
指向させることによりこの主要流の金属浴の表面へのイ
ンパクトポイントは円周に沿ってシフトし、または偏向
させるための側方ジェットの位置に基づき、浴の表面の
一定のスポットに指向することができる。

【０００７】このようにして、超音速主要酸素流を偏向
させることができるが、従来のランスは、ランス本体の
懸垂及び係止部分に対して大きな側方反作用力を与える
ことになり、保持装置に関連する問題に対する信頼性の
ある解決法を見出すのは困難となる。更に、このルクセ
ンブルグ国特許によるランスの設計に対しては、第一次
酸素の主要流の偏向は、側方偏向ジェットのポートに対
応する特定の位置に規定された所定の部分でしか生じな
いという問題点がある。

【０００８】従って、本発明の目的は、ガス流の速度及
び流量を互いに独立的に調整することができ、液状浴の
表面に対するインパクトポイントを精製作業中に連続的
に移動させることができる酸素吹き込みランスを得るに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明酸素吹き込み精製ランスは、ランスの本体内
で調整自在のノズルの下流域における流出精製ガス流の
中心の周りに、前記精製ガス流を少なくとも２個の個別
のほぼ等しいジェットに分割し、これらジェットをラン
スの軸線に対してほぼ等しい角度をなし、軸線に対して
直径方向に互いに対向する方向にランスのヘッドから流
出させる分離装置を配置したことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】次に、図面につき本発明の好適な実施例を説
明する。

【００１１】図１の及び図２に示すように、本発明によ
る酸素吹き込みランス１は、主に、ランス本体２に溶接
したランスヘッド３により構成する。このランス本体２
は、同心状のスチールパイプにより形成した４個の壁
４、５、６及び７のダブルマントルにより構成し、これ
ら壁は溶接スペーサにより互いに離れた状態に維持し、
ランスヘッド３を支持する。ランス本体２のこれらの素
子は、３個の壁４、５、６により区切られてランスヘッ
ド３に向けて下方に延びる水冷却回路９を構成する。

【００１２】ランス本体並びに流体例えば、〔作用〕移
送、窒素及び冷却水の供給パイプの懸垂方法は、本発明
の目的には関係ないので、図１及び図２に示さない。

【００１３】ランス本体２の内側壁７は、ラバル(Lava
l) ノズル形状の下端部12を支持する同心状の支持シャ
フト11とともに長手方向軸線ａ−ａ′の方向の断面で見
て環状空間10を形成する。支持シャフト11は、以下に説
明する種々の制御機構に電流を供給するための電気的接
続部（図示せず）に一体にすることができるパイプによ
り構成すると好適である。他の実施例によれば、シャフ
ト11及び内壁７自体を、上述の制御機構に電流を供給す
る導体として作用させることもできる。

【００１４】ラバルノズルの形態の支持シャフト11の下
端部12は、リニアサーボモータ14のような駆動機構を介
して支持シャフト11に連結した並進移動ピース13の一部
をなすとともに、円筒形のスリーブ15を有し、このスリ
ーブ内で上述の並進移動ピース13を精製ランス１の軸線
ａ−ａ′の方向に移動可能にする。図２に示すように、
並進ピース13の下端部12は、連続した空力学的な流線型
カーブを描くニードル形状を有し、精製ガス流の乱流発
生を減少するようにする。

【００１５】ランス本体２を形成するダブルマントルの
壁７の内部には、精製ガス即ち、第一次酸素のための同
心状の導管即ちダクト16を配置する。並進ピース13のレ
ベルにおいて、同心導管16には、収縮部とネック部17と
を設け、並進ピース13のニードル状のヘッド部分12とと
もにラバルノズルを形成し、このラバルノズルの特性ま
たはパラメータは並進ピース13を移動することによって
変更することができる。このラバルノズルにより、精錬
ガスの流速を、ラバルノズルから流出するとき、及び導
管16のネック部17に同心状に流入するときにガス流が有
する超音速とは無関係に制御することができる。

【００１６】断面の変化するラバルノズルが作用する様
子は、ルクセンブルグ特許第87353号に詳細に記載され
ており、この特許の主な特徴を本明細書に記載する。

【００１７】本発明によれば、精製ガスの導管16のネッ
ク部17の下流域において、酸素吹き込みランス１には、
超音速ガス流の流出チャンネルの中心の周りに配置した
分離装置18（図１参照）を設け、この分離装置18により
このガス流を空力学的に正確に少なくとも２個の別個の
ほぼ等しい超音速ジェットに分離する。分離装置18から
流出した後、精製ガスのこれら超音速ジェットは、ラン
スのヘッド部分３に流入し、以下に説明するように所定
の角度の偏向を受ける。

【００１８】上述の分離装置18は、ロータの形状を有
し、ピース40内に同心状に配置する。このピース40は下
端で導管16の下方部分に気密に取り付ける。図示の実施
例においては、分離ロータ装置18をロール軸受としての
上方支持体21及び下方支持体22に懸垂する。ロータ18の
上方部分は、タービンブレードの形式の駆動翼42を設け
た作動機構または回転駆動機構41により構成する。ラバ
ルノズルからくる中心精製ガス流は、駆動翼42に衝突
し、ロータ18を回転させる。ロータ装置18の回転速度
は、ロータ装置18内で駆動翼42の直ぐ下方に設けたスリ
ット43（図３及び図４参照）により制御調整される。制
動ガスをこれらスリット43から吹き込む。制動ガスは、
精製ガスと同一の成分とすると好適である。このガスい
わゆる風切りガスは、先ず壁７と導管16とにより形成さ
れる環状空間、次に、ピース40の開孔44を経てスリット
43に達する。

【００１９】ロータ18の中空内部は、図示の実施例で
は、中心ランプ45により２個の別個の室に分割し、ラバ
ルノズルからくる酸化精製ガスの中心超音速流を、空力
学的に正確に２個の別個のしかし同一の（ほぼ同一の）
超音速ジェットに分割する。

【００２０】図１は、左側に２個の超音速精製ガスジェ
ットのうちの一方のためのチャンネル46を示すように選
択したロータの２個の部分断面を示し、右側に分割中心
ランプ45を示す。図１に示すように、ガスダクト47は、
分割ランプ45の下流域の一部を占める。このガス導管47
は、有孔ロータ前壁49を経てランス１のヘッド３の流出
ノズル48に連通する。以下に詳細に説明するようにガス
導管47に流入する酸化ガスの超音速流は、有孔ロータ前
壁49から流出ノズル48に流入し、この流出ノズル48は、
２個の精製ガス超音速ジェット間に生ずる空間を占有す
る。流出ノズル48の側壁50は、いわゆる「コアンダ効果
(Coanda-effect) 」の下で、ロータ18のチャンネル46か
らくる超音速精製ガスジェットを、ランス１の中心軸線
ａ−ａ′に対して所定の角度だけ側方に偏向させる曲率
にする。この分割した精製ガスジェットの側方偏向は、
ガスダクト47から超音速で流出する加圧ガス流により促
進される。ガスダクト47から超音速で流出する加圧ガス
流は、超音速ジェットを包囲案内し、ランス１の中心軸
線ａ−ａ′から逸れる一つの方向に維持する。一方の精
製ガス超音速ジェットの形成及び偏向について上述した
が、他方の精製ガス超音速ジェットも、ロータ18から流
出し、ランス１の中心軸線ａ−ａ′に対して所定の同一
角度だけ但し、第１ジェットの方向とは直径方向に対向
する方向に向かう角度で側方に偏向することは当業者に
とって明らかであろう。このジェットの独自性により、
ランスは半径方向の動的力を受けない（但し、ロータに
作用する残留モーメントは存在する）。本発明による装
置においては、超音速ジェットの力は、力が互いに相殺
するため、中和される。従って、本発明により精製ラン
ス１を支持案内するためのアタッチメントも、ランス軸
線に対して精製ガスの超音速ジェットが偏向することか
ら生ずる応力を受けることがない（ルクセンブルグ国特
許第86321 号には、従来の装置ではこのような応力を受
けることが記載されている）。

【００２１】本発明の他の特徴によれば、ロータ18のヘ
ッドは、ジェットに回転運動を与える。この結果、精製
ガスのジェットが精製プロセスにおける液状金属浴の表
面に吹きかかるポイントが円形経路に沿って連続的に移
動する。この経路の半径は、ジェットの偏向角度と、ラ
ンス３のヘッドと浴との間の距離の関数である。精製ガ
スの超音速ジェットの偏向角度は流出ノズル48の側壁50
の曲率の関数である。

【００２２】第１図に示す本発明装置の好適な実施例に
おいては、ランス３のヘッドの着想は、ランス本体にヘ
ッドを容易かつ迅速に取り付けることができるととも
に、ランス本体から取り外すことができるように選択し
てある。図面には、混雑をなくすためすべての詳細を示
さないが、ランス３のヘッドを形成するすべてのピース
をロータ18に完全に装着すること、またロータ18を完全
に装着することは当業者にとっては周知のことである。

【００２３】これらの理由により、このようなランス
は、ランスの作動中に受ける高温の影響又は浴からの液
状金属粒子の飛散いわゆる飛びはねによる磨耗を受ける
全てのピースを迅速に交換できる。更に、ロータ18及び
ランス１のヘッド３の側壁50の迅速な交換も可能にな
る。

【００２４】図１から明らかなように、ロータ18はラン
スのヘッド３の流出オリフィス33に対して僅かに後方に
配置し、精製作業中に飛び散る液体金属の粒子からラン
スのヘッド３を保護する。

【００２５】ポスト−燃焼(post-combustion) ノズル34
を中心オリフィス33の周りでランスのヘッド３に設け
る。図示の実施例においては、８個のノズルを設ける。
これらノズルは、ランスヘッドの周囲に沿って等間隔に
配置する。好適には、ポスト−燃焼ノズル34は、ルクセ
ンブルグ国特許第87354 号に記載の「ダブルプランドル
(double Prandle-Meyer)効果」形とする。このようなノ
ズルは、精製ガスの２個の超音速ジェットの周りに傘の
ようなほぼ連続したガススクリーンを構成する。ポスト
−燃焼ノズル34には、第二次ガス流により酸素を供給
し、このためにランス１のダブルマントルの壁６、７間
の環状空間を設けておく。超音速のこの第二次ガス流
も、同心状ピース40の壁に配置した開孔51及び環状室52
によりガスダクト47を通過する超音速ガス流をロータ18
の有孔前壁49の方向に垂直向きに維持する。開孔51の寸
法は、ガスダクト47を経て有孔ロータ前壁49に転向する
ガス量にほぼ等しい第二次ガスをポスト−燃焼ノズル34
に供給することができるよう選択しておく。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、製鉄所の処理施設において、
モルテン金属浴を酸化ガスにより精製するための冶金ベ
ッセルのための特別な噴射ランスを提供する。実際、本
発明の着想により、この特別なランスは、精製作業工程
中でも、可変ラバルノズルによりランスが精製ガス流の
特性を変更することができ、更に、ガス流を分割しかつ
発生した個別のジェットの回転及び向きを変更する機構
により浴の表面に吹きつける各個別のジェットの衝突ポ
イントを移動することができる。

【００２７】各超音速精製ガスジェットのモルテン金属
浴の内部への貫入は、精製作業の全工程中に確実に行わ
れ、この浴をまた浴に浮遊するスラグを攪拌することが
できる。

【００２８】ランスは、作業中に作動効率及び信頼性を
損なう機械的応力を受けないよう設計する。第二次ガス
流は、モルテン金属粒子の飛散による破壊作用からラン
スの回転部分を保護し、第二次ガスのこれらのジェット
は、精製処理中に浴から流出する反応ガスのポスト燃焼
に必要な酸化ガスを供給する。

【００２９】上述したところは、本発明の好適な実施例
を説明したに過ぎず、請求の範囲において種々の変更を
加えることができること勿論である。例えば、精製ガス
のメイン超音速ガス流を２個の互いに等しい個別のジェ
ットに分割するだけでなく、他の数の互いに等しい個別
のジェットに分割する回転分割手段を使用することも本
発明の範囲である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるランスの実施例のランス本体のロ
ータヘッドを有する下流域部分の縦断面であり、右半分
と左半分とは互いに90°角度がずれた断面図である。

【図２】図１に示すランス本体の上流域部分の縦断面で
ある。

【図３】図１に示すランスのロータ本体の縦断面図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ線上の横断面である。

【符号の説明】

1 酸素吹き込みランス 2 ランス本体 3 ランスヘッド 4, 5, 6, 7 壁 9 水冷却回路 10 環状空間 11 支持シャフト 12 下端部（ラバルノズル） 13 並進移動ピース 14 リニアサーボモータ 15 スリーブ 16 ダクト 17 ネック部 18 分離ロータ装置 21, 22 ロール軸受 33 流出オリフィス 34 ポスト−燃焼ノズル 40 ピース 41 回転駆動機構 42 駆動翼 43 スリット 44 開孔 45 分割中心ランプ 46 チャンネル 47 ガスダクト 48 流出ノズル 49 有孔ロータ前壁 50 側壁 51 開孔 52 環状室

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】ポスト−燃焼(post-combustion) ノズル34
を中心オリフィス33の周りでランスのヘッド３に設け
る。図示の実施例においては、８個のノズルを設ける。
これらノズルは、ランスヘッドの周囲に沿って等間隔に
配置する。好適には、ポスト−燃焼ノズル34は、ルクセ
ンブルグ国特許第87354 号に記載の「ダブルプランドル
(double Prandle-Meyer)効果」形とする。このようなノ
ズルは、精製ガスの２個の超音速ジェットの周りに傘の
ようなほぼ連続したガススクリーンを構成する。ポスト
−燃焼ノズル34には、第二次ガス流により酸素を供給
し、このためにランス１のダブルマントルの壁６、７間
の環状空間を設けておく。サブソニックのこの第二次ガ
ス流も、同心状ピース40の壁に配置した開孔51及び環状
室52によりガスダクト47を通過するサブソニックガス流
をロータ18の有孔前壁49の方向に垂直向きに維持する。
開孔51の寸法は、ガスダクト47を経て有孔ロータ前壁49
に転向するガス量にほぼ等しい第二次ガスをポスト−燃
焼ノズル34に供給することができるよう選択しておく。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリツク デルングス ルクセンブルグ国 エル−8356 ガーニツ シユ リユ デ シヤン 17 (72)発明者 カルロ ハインツ ルクセンブルグ国 エル−2154 スクワー ル アロイーズ メイヤー ２ (72)発明者 カルロ ルクス ルクセンブルグ国 エル−8054 ベルトラ ンジユリユ デ ダーリアス ５ (72)発明者 ロベール モーゼル ルクセンブルグ国 エル−3422 デユード ランジユ リユ コムト ベルテイエ 20 (72)発明者 フランソワ ウツトリー ルクセンブルグ国 エル−3563 デユード ランジユ リユ エム シユミツト ９

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冶金ベッセルに収容したモルテン金属浴に
   酸化精製ガスを噴射してモルテン金属を精製するのに使
   用するため、精製ガス流の速度及び流量をそれぞれ独立
   的に調整するため断面が調整自在の同軸状のノズル組立
   体(12 〜16) を有する精製ランスにおいて、ランス(1)
   の本体内で調整自在のノズル(12)の下流域における流出
   精製ガス流の中心の周りに、前記精製ガス流を少なくと
   も２個の個別のほぼ等しいジェットに分割し、これらジ
   ェットをランス(1) の軸線（ａ−ａ′）に対してほぼ等
   しい角度をなし、軸線（ａ−ａ′）に対して直径方向に
   互いに対向する方向にランスのヘッド（３）から流出さ
   せる分離装置(18)を配置したことを特徴とする精製ラン
   ス。
2. 【請求項２】前記分離装置(18)に対してランス（１）の
   軸線（ａ−ａ′）の周りに回転させる駆動手段(41)を設
   けた請求項１に記載の精製ランス。
3. 【請求項３】調整自在のノズル(12)は、精製ガス流に超
   音速の速度を与えるラバルノズルの形状にし、このラバ
   ルノズルには、ノズル通路の特性を変化させ、速度とは
   無関係に独立的に精製ガスの流量を制御する位置に配置
   する調整手段(14)を設けた請求項１又は２に記載の精製
   ランス。
4. 【請求項４】分離ロータ装置(18)を円筒形形状にし、こ
   の円筒形の内部の中空部分を分割中心ランプ(45)により
   少なくとも２個の等しい室に分離した請求項１乃至３の
   うちのいずれか一項に記載の精製ランス。
5. 【請求項５】ガスダクト(47)を中心分割ランプ(45)の下
   方の下流域部分に一体にし、このガスダクト(47)をラン
   ス（１）のヘッド（３）に開口させ、またガスの超音速
   流により送り込み、精製ガス超音速ジェット間のギャッ
   プを埋める請求項４に記載の精製ランス。
6. 【請求項６】ランスのヘッド（３）の内側側壁(50)によ
   り流出ノズル(48)を画定し、これら壁(50)は、中心分割
   ランプ(45)から流出する精製ガスジェットが、いわゆる
   「コアンダ効果」により、ランス(1) の軸線（ａ−
   ａ′）に対してほぼ等しい角度をなし、軸線（ａ−
   ａ′）に対して直径方向に互いに対向する方向に転向す
   る曲率に形成した請求項１乃至５のうちのいずれか一項
   に記載の精製ランス。
7. 【請求項７】前記分離ロータ装置(18)を、ランス（１）
   の本体に容易に着脱自在かつ交換可能に取り付けた請求
   項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の精製ランス。
8. 【請求項８】分離装置(18)に回転運動を与える駆動機構
   (41)は、タービンブレードの形状の駆動翼(42)を有する
   ものとして構成した請求項２乃至７のうちのいずれか一
   項に記載の精製ランス。
9. 【請求項９】分離装置(18)の回転速度をスリット(43)に
   より制御及び調整し、これらスリット(43)は駆動翼(42)
   の真下で前記分離装置(18)に設け、またこれらスリット
   (43)に制動ガスを噴射する構成とした請求項８に記載の
   精製ランス。
10. 【請求項１０】ランスのヘッド（３）にはポスト燃焼ノ
    ズル(34)を設け、このポスト燃焼ノズル(34)に酸化ガス
    の第二次超音速流を供給する請求項１乃至９のうちのい
    ずれか一項に記載の精製ランス。
11. 【請求項１１】水供給冷却回路（９）をランス（１）の
    ダブルマントル部分及び前記ヘッド部分（３）に一体に
    設けた請求項１乃至10のうちのいずれか一項に記載の精
    製ランス。