JPH059555A - 減圧下における脱ガス容器内溶融金属の酸素吹錬方法 - Google Patents

減圧下における脱ガス容器内溶融金属の酸素吹錬方法

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JPH059555A
JPH059555A JP16166291A JP16166291A JPH059555A JP H059555 A JPH059555 A JP H059555A JP 16166291 A JP16166291 A JP 16166291A JP 16166291 A JP16166291 A JP 16166291A JP H059555 A JPH059555 A JP H059555A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 RH脱ガス槽内やVOD法取鍋内の減圧下に
おける溶鋼の効率のよい脱炭、または鋼浴昇熱の2つを
選択的に行うことができる吹錬法を達成する。 【構成】 RH脱ガス槽内やVOD法取鍋内の溶鋼浴面
に酸素ガスを吹きつけて吹錬するに際し、先広がりのラ
バールランスノズル1を用い、ノズルスロート部3の面
積とノズル吐出孔2とにより決まるマッハ数を得るため
のノズル一次側圧力と二次側圧力との比と、このノズル
スロート部3でマッハ数1を得るためのスロート部圧力
との積で決定される真空度以上の圧力下で吹錬すること
により脱炭を主に行い、逆に前記真空度未満の圧力下で
吹錬することにより二次燃焼による昇熱を主に行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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。
【0002】
【従来の技術】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、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
57−137415号、特開昭52-43717号、特開昭50−104714
号、特開平2-54714号公報等に開示された技術がある。
【0003】特開昭57−137415号公報等に開示された前
記従来の技術は、ラバール型ノズルの所定マッハ数が吹
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 760トールの常圧から 0.1トール程度の真空に
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、本法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一酸化炭
素ガスの二次燃焼による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
計マッハ数が変動し、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。
【0004】
【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下における効率のよい脱炭、
または一酸化炭素の二次燃焼による金属浴昇熱の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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空脱ガス装
置の脱ガス容器内に上吹ランスを具え、この上吹ランス
から酸素ガスを容器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ラン
スノズルを用い、下記の工程(A)、(B)を単独また
は複合して選択的に実施することを特徴とする減圧下に
おける脱ガス容器内溶融金属の酸素吹錬方法である。
【0006】(A)ノズルスロート部面積とノズル吐出
孔面積とにより決まるマッハ数を得るためのノズル一次
側圧力と二次側圧力の比「(二次側圧力)/(一次側圧
力)」と該ノズルスロート部でマッハ数1を得るための
「スロート部圧力」との積で決定される真空度以上の圧
力下で吹錬を行うことにより脱炭を主に行う工程。 (B)ノズルスロート部面積とノズル吐出孔面積とによ
り決まるマッハ数を得るためのノズル一次側圧力と二次
側圧力の比「(二次側圧力)/(一次側圧力)」と該ノ
ズルスロート部でマッハ数1を得るための「スロート部
圧力」との積で決定される真空度より低い圧力下で吹錬
を行うことにより、二次燃焼による昇熱を主に行う工
程。
【0007】また本発明では、真空脱ガス装置の脱ガス
容器内に上吹ランスを具え、この上吹ランスから酸素ガ
スを容器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ランスノズルを
用い、下記の(A)、(B)2つの工程を選択的に行う
減圧下における脱ガス容器内溶融金属の酸素吹錬方法で
ある。
【0008】(A)必要な容器内真空度と「スロート部
圧力」との比より算出されるマッハ数を得るためのノズ
ルスロート部面積とノズル吐出孔面積の比「(吐出孔面
積)/(スロート部面積)」以上のラバールランスノズ
ルを用いることにより脱炭を主に行う工程。 (B)必要な容器内真空度と「スロート部圧力」との比
より算出されるマッハ数を得るためのノズルスロート部
面積とノズル吐出孔面積の比「(吐出孔面積)/(スロ
ート部面積)」より小さい比のラバールランスノズルを
用いることにより、二次燃焼による昇熱を主に行う工
程。
【0009】
【作 用】脱炭を効率よく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金属浴面に到
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
しながら酸素ジェットを拡散させ、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。
【0010】ところで、ラバール型ランスの特性として
図1に示すようにラバールランスノズル中間にノズル吐
出孔2の孔径より小径のノズルスロート部3を設けたラ
ンス1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3の流速は音
速となり、流量がランス元圧とノズルスロート部3の断
面積に一次比例すること、また、理論的に達成可能なノ
ズル吐出孔のマッハ数(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。
【0011】
【数1】
【0012】この関係を図示すると図2となる。また、
ラバールランスノズルの形状はノズル吐出孔の目標マッ
ハ数M2 によって決定され次式により示される。
【0013】
【数2】
【0014】この関係を図示すると図3となる。一方、
スロート部での流速WS は次式により示される。
【0015】
【数3】
【0016】よって、スロート部での流速は同一ガス種
で考えれば入口温度のみで決まる。一方、供給すべきガ
ス流量Qとスロート部流速WSの関係を以下に示す。
【0017】
【数4】
【0018】式(4)より、
【0019】
【数5】
【0020】式(3)と式(5)より、
【0021】
【数6】
【0022】が導かれ、式(3)と式(6)より、
【0023】
【数7】
【0024】となり、式(7)より、スロート部圧力P
S は設定ガス流量Qとノズル入口ガス温度T1 、スロー
ト部断面積AS により決定されることが判る。スロート
部断面積AS とノズル吐出口断面積A2 とにより式
(2)で決定されるマッハ数M2 を式(1)に代入する
ことにより、「設計ノズル(二次圧力)/設計ノズル
(一次圧力)」、(P2 /P1 )が算出される。本ラバ
ールランスノズルは、式(7)で決定されるスロート部
圧力PS に対し、一次側圧力P1 が高い。つまりP1
S であればガス吐出流は超音速を維持し得る。よって
2 ′≧(P2 /P1 )×PS を満たすP2 ′を操業時
の脱ガス容器内圧力とすることで、超音速ガスジェット
による吹錬を維持でき、効率のよい脱炭が可能である。
【0025】仮に、ノズル一次側圧力=スロート部圧
力、つまりP1 =PS となってもノズル吐出孔の圧力P
2 と脱ガス容器内のP2 ′との関係ではP2 >P2 ′が
成立し得る。この状態ではラバールランスノズルの吐出
ガスは完全に膨張しておらず、ノズルを出た瞬間に脱ガ
ス容器内圧力P2 ′に等しくなろうと噴出直進しつつ振
動状に膨張する。よって超音速ジェットは乱れ拡がる。
そのため脱ガス容器内COガス等の可燃性ガスと酸素ガス
との接触界面積が増加し、二次燃焼が促進され効率的な
昇熱が行われる。
【0026】冶金学的要求から決まる必要な脱ガス容器
内真空度P2 が存在する時、式(3)、(6)で算出さ
れるこの圧力P2 とスロート部圧力PS との比(P2
S )を用い、式(1)によりノズル吐出口マッハ数M
2 を算出する。このマッハ数M2 より式(2)でスロー
ト部断面積/ノズル吐出口断面積(AS /A2 )が求ま
る。本ラバールランスを設計ランス元圧P1 で運用する
とすれば、(P2 /P S )=(P2 ′/P1 )、ラバー
ルランスの二次側設計圧力はP2 ′となる。(A2 ′/
S )≧(A2 /AS )のランスでは、二次側設計圧力
2 ″はP2 ″<P2 ′となり、必要な真空度P2 より
低い圧力まで超音速ジェットによる吹錬が確保でき、効
率のよい脱炭が可能である。
【0027】必要な脱ガス容器内圧力P2 に対し
(A2 ′/A2 )<(A2 /AS )となるラバールラン
スノズルでは、ランス元圧P1 =PS の場合のノズル出
口圧力P2 ′はP2 ′>P2 となる。したがって超音速
酸素ガスジェットはノズルから脱ガス容器内に吐出した
瞬間より周辺へ振動状に膨張しつつ直進する。そのた
め、ジェットは乱れ、脱ガス容器内のCOガス等の可燃性
ガスと酸素ガスとの接触界面積が増加し、効率的な二次
燃焼による昇熱が行われる。
【0028】
【実施例】転炉で一次脱炭精錬された 230トン/ヒート
の溶鋼を2分で一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 18.7Nm3/分の酸素流量で酸素
吹錬を行った。実施例1 開孔比(A2 /AS )= 8.5のラバールランスノズルを
用いた。本ランスの超音速ジェットを得る限界圧力
2 ′は23トールである。蒸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30トールに雰囲気圧力を固定し
た。
【0029】実施例2 開孔比(A2 /AS )= 4.5のラバールランスノズルを
用いた。本ランスでの超音速ジェットを得る限界圧力P
2 ′は56トールである。槽内圧力を実施例1と同様に30
トールに雰囲気圧力を固定した。実施例3 雰囲気圧力30トールで制御し、雰囲気圧力を固定した操
業を行った。30トールに見合うラバールランスノズルは
開孔比 6.8であるが、この時は開孔比 8.5のランスを用
いた。
【0030】実施例4 雰囲気圧力30トールで制御し、雰囲気圧力を固定した操
業を行った。30トールに見合うラバールランスノズルの
開孔比は 6.8であるが、この時は開孔比 4.5のラバール
ランスノズルを用いた。以上の実施例における脱炭を主
とする(1)と(3)、昇温を主とする(2)と(4)
はそれぞれ操業上全く同じ条件となる。ランス元圧は2
kg/cm2−G、酸素吹錬時間は20分とした。
【0031】比較例 比較例としてストレート型単孔ランスを用い、50〜30ト
ールの間で操業した。処理時間は20分とした。操業結果
を比較して表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】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)、(3)では、脱炭は著しく良
く、 25ppmまで低減できた。また、酸素の利用効率の上
昇によってスラグ中トータル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
(2)、(4)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じる衝撃波
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、温度降下は比較例に比べ13℃向上した。比較例
と比べるとスラグ中トータルFeの増加はあまり見られな
かった。
【0034】上記実施例は、RH脱ガス設備を用いた例
について述べたが、VOD法取鍋内や真空容器内に金属
浴を収容し、この金属浴に上吹ランスを用いて酸素吹錬
を行う他の脱ガス設備にも適用し得ることはいうまでも
ない。
【0035】
【発明の効果】本発明方法によれば、ラバールランスノ
ズルで決まる設計圧力に対し操業圧を制御する。又は、
操業圧に対しラバールランスを決定選択することで脱
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。
【0036】従って処理時間が短縮され、昇熱用Al、Si
等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】
【図1】本発明に係るラバールランスノズルの縦断面図
である。
【図2】ノズル吐出孔の出口マッハ数(M2 )と〔雰囲
気圧力(P2 )/ランス元圧(P1 )〕との関係を示す
特性図である。
【図3】ノズルの吐出孔出口のマッハ数(M2 )と〔ス
ロート部断面積(A1 )/吐出孔断面積(A2 )〕との
関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 ラバールランスノズル 2 ノズル吐出孔 3 ノズルスロート部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空脱ガス装置の脱ガス容器内に上吹ラ
    ンスを具え、この上吹ランスから酸素ガスを容器内溶融
    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ランスノズルを用い、下記の工
    程(A)、(B)を単独または複合して選択的に実施す
    ることを特徴とする減圧下における脱ガス容器内溶融金
    属の酸素吹錬方法。 (A)ノズルスロート部面積とノズル吐出孔面積とによ
    り決まるマッハ数を得るためのノズル一次側圧力と二次
    側圧力の比「(二次側圧力)/(一次側圧力)」と該ノ
    ズルスロート部でマッハ数1を得るための「スロート部
    圧力」との積で決定される真空度以上の圧力下で吹錬を
    行うことにより脱炭を主に行う工程。 (B)ノズルスロート部面積とノズル吐出孔面積とによ
    り決まるマッハ数を得るためのノズル一次側圧力と二次
    側圧力の比「(二次側圧力)/(一次側圧力)」と該ノ
    ズルスロート部でマッハ数1を得るための「スロート部
    圧力」との積で決定される真空度より低い圧力下で吹錬
    を行うことにより、二次燃焼による昇熱を主に行う工
    程。
  2. 【請求項2】 真空脱ガス装置の脱ガス容器内に上吹ラ
    ンスを具え、この上吹ランスから酸素ガスを容器内溶融
    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ランスノズルを用い、下記の
    (A)、(B)2つの工程を選択的に行う請求項1記載
    の減圧下における脱ガス容器内溶融金属の酸素吹錬方
    法。 (A)必要な容器内真空度と「スロート部圧力」との比
    より算出されるマッハ数を得るためのノズルスロート部
    面積とノズル吐出孔面積の比「(吐出孔面積)/(スロ
    ート部面積)」以上のラバールランスノズルを用いるこ
    とにより脱炭を主に行う工程。 (B)必要な容器内真空度と「スロート部圧力」との比
    より算出されるマッハ数を得るためのノズルスロート部
    面積とノズル吐出孔面積の比「(吐出孔面積)/(スロ
    ート部面積)」より小さい比のラバールランスノズルを
    用いることにより、二次燃焼による昇熱を主に行う工
    程。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006070285A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Jfe Steel Kk 減圧下における溶融金属の精錬方法及び精錬用上吹きランス
JP2017075399A (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 Jfeスチール株式会社 上吹きランス、真空脱ガス装置および真空脱ガス処理方法
JP2017075400A (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 Jfeスチール株式会社 上吹きランス、真空脱ガス装置および真空脱ガス処理方法
JP2019167561A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 日本製鉄株式会社 溶鋼の昇温方法

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