JPH08157928A

JPH08157928A - ダスト発生量が少ない転炉用上吹きランス

Info

Publication number: JPH08157928A
Application number: JP6734695A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kitamura; 信也北村; Makoto Kikuchi; 真菊地; Kenichiro Naito; 憲一郎内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1996-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は上底吹き転炉精錬に関するものであ
り、ダスト発生量が少ない転炉用上吹きランスを提供す
るものである。【構成】上底吹き転炉型精錬炉における上吹きランス
であって、同心の多角形の断面、または同心円形の断面
を有するスリット状の酸素供給管の先端開口面の一部
に、２〜１０個の遮蔽板を配し、ランス本体とランス中
心点を含むランス先端部は当該遮蔽板を介して固着され
ており、遮蔽板で分離された個々の開口部の長辺長さＢ
（ｍｍ）と短辺長さｈ（ｍｍ）の比Ｂ／ｈを１０〜２２
５、ランス直径Ｒ（ｍｍ）とした場合の（Ｂ×ｈ）／Ｒ
を０．４〜４とし、隣接する２個の開口部の最近接点
と、ランス中心点とのなす角度ωを１０〜６０度とした
ことを特徴とするダスト発生量が少ない転炉用上吹きラ
ンス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上底吹き転炉における
ダスト発生量が少ない転炉用上吹きランスに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転炉ダストは上吹き酸素と鋼浴
とが衝突する面（火点）より発生し、高温の火点からの
鉄の蒸発によるものと、火点での脱炭反応によりＣＯガ
スが生成した時の体積膨張により発生するものとの２つ
の起源があるとされている。従来より、転炉吹錬中に発
生するダスト量を低下させ、鉄歩留りを上げようとする
方法は種々提案されている。

【０００３】例えば、特開昭６０−１６５３１３号公報
では、スピッティングやダストに対しては、各ノズルか
らの噴流の鋼浴面での重なりを小さくすることが重要で
あり、キャビティー直径と重なり部分の短径の比を０．
２以下にする方法が開示されている。しかし、重なりを
小さくするためには、ランス−湯面間距離を小さくする
か、あるいはノズル孔数を少なくする必要があるため、
酸素噴流の湯面衝突速度が大きくなり（いわゆるハード
ブロー）、必ずしもスプラッシュが減る効果は得られ
ず、またダストについての顕著な低減効果は明確ではな
い。

【０００４】また、特開平２−１１１８０９号公報で
は、上吹き酸素の動圧により浴面に生成するへこみ（キ
ャビティー）の深さとキャビティー直径の比を２以上に
することでダスト発生量を低下させる方法が開示されて
いる。この方法は、極端なハードブローによりキャビテ
ィー形状を狭く、かつ深くするものであるが、スプラッ
シュについての効果は見られるものの、ダストについて
の顕著な低減効果は明確ではない。

【０００５】さらに、特開平２−１５６０１２号公報で
は、ダスト発生量を低下させるために、ランス高さを上
昇させ、かつ上吹きガスに不活性ガスを混合させる方法
が開示されている。この方法では、ランスの上昇に伴い
２次燃焼率が上がり、着熱効率が低下するため転炉耐火
物の溶損が激しくなる上、不活性ガス使用量が多いため
にコスト的に不利となる。

【０００６】また、「材料とプロセス」第７巻（１９９
４）、ｐ．２２９には、ダスト発生速度が、酸素供給速
度を火点面積で割った値により支配されることが示され
ている。しかし、火点面積当りの酸素供給速度を低減さ
せるために酸素供給速度を低下させれば生産性が低下
し、火点面積を増すためにノズルを多孔化した場合には
火点が重なってスプラッシュが増加し、またランス高さ
を大きくすると２次燃焼率が上がって着熱効率が低下す
るため転炉耐火物の溶損が激しくなるという問題が生じ
る。

【０００７】一方、特開昭６２−２２８４２４号公報に
は、星型の如き変形度の大きい上吹きランスノズルを用
いることにより２次燃焼率を上げる技術が開示されてい
る。この技術によるダストやスプラッシュの低減につい
ての効果はなんら記載されていないが、単にこのランス
を適用しただけではダストやスプラッシュは低減されな
い。

【０００８】これに対して、特公昭４７−４７７０号公
報には、上吹きランスの円形酸素ノズルの先端出口部と
スロート部の間に、管路内で上下動し得る作動機構を有
するスピンドルを設けたランスが開示されている。この
場合、酸素は円形ノズルとスピンドルの間隙に生じるス
リット部を通して流れるが、ダストやスプラッシュの低
減についての効果はなんら記載されていおらず、単にこ
のランスを適用しただけではダストやスプラッシュは低
減されない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開昭６０
−１６５３１３号公報、特開平２−１１１８０９号公報
に開示された方法ではスプラッシュは低下してもダスト
は低減されないという問題や、特開平２−１５６０１２
号公報、「材料とプロセス」第７巻（１９９４）、ｐ．
２２９に示された方法では、ダストは低下させるものの
着熱効率が低下して２次燃焼が上がるため転炉耐火物の
溶損が激しくなるという問題、および特開昭６２−２２
８４２４号公報や特公昭４７−４７７０号公報に記載さ
れた方法のみではダストやスプラッシュは低減されない
という問題を解決することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、長辺と短辺の
比が大きい、いわゆる細長い噴出孔から出たガスは円形
孔から出たガスに比べて噴出直後にガス流速の大きな減
衰が起こること、噴出孔形状を適正にすることで、噴出
孔から特定距離を進んだ後にさらに大きく減衰を始める
ということ、および適正条件により２個以上の噴出孔が
出たガスを合体させないことで、上記効果がさらに増大
することの３つの新しい知見に基づいてなされたもので
ある。

【００１１】即ち、本発明の要旨とするところは下記の
とおりである。（１）ガスにより鋼浴を攪拌せしめる上底吹き転炉型精
錬炉における上吹きランスにおいて、同心の３〜１６角
形の多角形または同心円の断面を有する１条のスリット
状の酸素供給管の先端開口面の一部に２〜１０個の遮蔽
板を配し、ランス本体とランス中心点を含むランス先端
部は当該遮蔽板を介して固着されており、前記遮蔽板で
分離された個々の前記先端開口面の長辺長さＢ（ｍｍ）
と短辺長さｈ（ｍｍ）の比Ｂ／ｈが１０〜２２５、ラン
ス直径Ｒ（ｍｍ）とした場合の（Ｂ×ｈ）／Ｒが０．４
〜４で、隣接する２個の前記先端開口面の、互いに最も
接近した周上の点と、ランス中心点とのなす角度ωが１
０〜６０度であることを特徴とするダスト発生量が少な
い転炉用上吹きランス。

【００１２】（２）遮蔽板の厚さが、酸素供給管のスリ
ット部長さＬに対して、１ｍｍ〜０．３Ｌであることを
特徴とする前記（１）記載のダスト発生量が少ない転炉
用上吹きランス。（３）酸素供給管周方向の遮蔽板の幅Ｗが、前記酸素供
給管のスリット部長さＬに対してランス先端から０．０
１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分を、それ以外の部分での幅に
対して、１．５〜４倍とすることを特徴とする前記
（１）記載のダスト発生量が少ない転炉用上吹きラン
ス。

【００１３】（４）酸素供給管周方向の遮蔽板の幅Ｗ
（ｍｍ）が、前記酸素供給管のスリット部長さＬに対し
てランス先端から０．０１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分につ
いて、ランス先端の平面に対してランス先端からランス
内部に向かって１０〜８０度の角度で減少する構造をと
ることを特徴とする前記（１）記載のダスト発生量が少
ない転炉用上吹きランス。

【００１４】ここで、酸素供給管のスリット部長さと
は、ランス先端部に設けられた、同心の３〜１６角形の
多角形または同心円の断面を有する１条のスリット状の
酸素供給管の長さと定義する。なお、スリット部以外の
酸素供給管は、圧損の少ない通常の円形断面を有する管
であることが望ましい。

【００１５】

【作用】図１は、本発明の実施態様を示したものであ
る。多孔ノズルにおいて、個々の噴出孔から出たガスの
流速を減衰させる方法についての本発明者らによる詳細
な実験検討によれば、下記の点が重要である。１）遮蔽板で分離された個々のスリット状酸素供給管の
先端開口面の長辺（Ｂ）と短辺（ｈ）の比が大きい、い
わゆる細長い噴出孔とすること。これは、円形孔から出
たガスに比べて噴流断面の周長が長くなり、噴流外の気
体との相互作用を大きく受けるためであり、噴流がノズ
ルを出た直後に大きな減衰効果が得られる。この効果
は、Ｂ／ｈにして１０以上あれば得られる。また、Ｂ／
ｈが２２５よりも大きいものはランス冷却水の配管が困
難となり現実的ではない。

【００１６】２）細長い形状のノズルから出たガスは、
噴出された直後は大きく減衰するが、それ以後はノズル
先端からの距離の１／２乗でしか減衰しない特徴を有す
る。これに対して、円形ノズルから出たガスは噴出直後
の減衰は小さいが、それ以後はノズル先端からの距離の
１乗で減衰する。従って、噴出直後に大きく減衰すると
いう前記１）の特性を活かしつつ、その後の減衰を大き
くするためには、ノズルから出た後、噴流を細長い形状
から円形断面形状へと変換させる必要がある。この条件
は、ランス直径Ｒ（ｍｍ）とした場合の（Ｂ×ｈ）／Ｒ
を４以下とすることである。また、（Ｂ×ｈ）／Ｒが
０．４よりも小さい場合には、ノズルの加工精度を保つ
ことが困難となり現実的ではない。図２に、噴流特性の
調査結果を示すが、１）、２）の２つの条件を満たした
時に、噴流速度は最大の減衰を示している。

【００１７】３）前記１）と２）の条件を満たすノズル
を複数個設けた多孔ノズルの場合、隣接するノズルから
出た噴流を合体させないことが重要であり、その条件の
１つは、隣接する２個のノズルの、互いに最も接近した
点と、ランス中心点とのなす角度ωを１０〜６０度とす
ることである。この角度が１０度よりも小さい場合に
は、長辺方向に広がった噴流同士が合体し、合体した以
降は減衰が起こりにくくなり、また６０度よりも大きい
と開口面積が小さくなってガス流量が充分に確保できな
くなる。また、４）で述べるように、個々のノズルとノ
ズルの間は、厚みの限定された遮蔽板で分離されるた
め、６０度よりも大きいと遮蔽板面積が大きくなり、遮
蔽板の受熱量が大きくなって溶損する傾向が大きくな
る。

【００１８】４）さらに、より完全に合体を防ぐために
は、噴出孔を前記１）、２）で規定した形状とする領域
は、ノズル出口部先端のみに限定する点である。つま
り、例えば先端部の外観は図１（ａ）と同一であって
も、図１（ａ）のＡ−Ａ′断面に相当する面や、Ｂ−
Ｂ′断面に相当する面が、各々、図３（ａ）、図４
（ａ）に示されるように、ガス供給管全体を前記１）、
２）で規定した断面形状とした場合には、ガス供給管内
でガスの流れが整流化され、出口直後で長辺方向へ大き
く広がる流れｇが生じ、この流れにより噴流が合体す
る。これに対して、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すよう
に、ガス供給管自体は単純な同心多角形、もしくは同心
円形の断面を有するスリット形状とし、その先端部に薄
い遮蔽板を設置し、ノズル先端のみを前記１）、２）で
規定した断面形状とした場合には、出口直前でガスの流
れが乱され、長辺方向からノズルの内側へ向かう流れｆ
が形成されるため、噴出直後に長辺方向にあまり広がら
ないという効果を有する。遮蔽板の厚みについては、酸
素供給スリット部長さＬに対して、０．３Ｌ以下である
必要があり、これよりも厚い場合には、出口直前での乱
流化効果が見られない。また、下限は、遮蔽板強度で決
まり、実質的には１ｍｍ以上であることが望ましい。

【００１９】５）同様に合体を防ぐためには、図４
（ｃ）に示すように、酸素供給管周方向の遮蔽板の幅Ｗ
が、前記酸素供給管のスリット部長さＬに対してランス
先端から０．０１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分の幅（Ｗ₁）
を、それ以外の部分での幅（Ｗ₂）に対して１．５〜４
倍とすることも効果的である。これも、出口直前でガス
の流れが乱され、長辺方向からノズルの内側へ向かう流
れｆが形成されるため、噴出直後に長辺方向にあまり広
がらない効果を有するためである。また、こうすること
でＷ₂の部分を利用してランスの冷却水の配管が容易に
なるという長所が出る。ここで、Ｗ₂からＷ₁に広がる
部分が０．３Ｌよりも大きい場合には、出口直前での乱
流化効果が見られなくなり、０．０１Ｌよりも小さい場
合には、Ｗ₁の幅を持つ部分の強度が低くランス寿命上
の問題が生じる。また、Ｗ₁とＷ₂の比（Ｗ₁／Ｗ₂）
を１．５よりも小さくすると出口直前での乱流化効果が
見られなくなり、４倍より大きくするとＷ₂が小さくな
り、Ｗ₂の部分を利用したランスの冷却水の配管が容易
になるという長所が失われる。

【００２０】６）合体を防ぐためには、さらに図４
（ｄ）に示すように、酸素供給管周方向の遮蔽板の幅
が、前記酸素供給管のスリット部長さＬに対してランス
先端から０．０１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分について、ラ
ンス先端の平面に対してランス先端からランス内部に向
かって１０〜８０度の角度（θ）で減少する構造をとる
ことも効果的である。これは、スリットの中で、長辺方
向からノズルの内側へ向かう流れｆが形成されるため、
噴出直後に長辺方向にあまり広がらない効果を有するた
めである。ここで、この角度（θ）を８０度よりも大き
くするとノズルの内側へ向かう流れｆが形成されなくな
り、また１０度よりも小さいと先端の遮蔽板部分の強度
が低く、ランス寿命上の問題が生じる。また、減少部長
さが０．０１Ｌよりも小さい場合には、長辺方向からノ
ズルの内側へ向かう流れｆが十分に形成されず、０．３
Ｌよりも大きい場合には、出口直前での乱流化効果が見
られなくなる。

【００２１】なお、ガス供給管の断面は同心多角形、ま
たは同心円で囲まれたスリットであり、同心多角形は３
〜１６角形の範囲である。これは、多角形としては２角
形は存在せず、また１６角形よりも角数を増した場合に
は加工が困難となるためである。遮蔽板の個数が２個よ
りも少ない場合には長辺長さＢが非常に大きくなり、ま
た１０個よりも多い場合にはＢが非常に小さくなるた
め、いずれにおいても、Ｂ／ｈとＢ×ｈが適正範囲に入
らず、効果は得られない。

【００２２】また、本発明ではランス本体１とランス中
心点ａを含むランス先端部は遮蔽板３を介して固着され
ており、中心点ａはランス本体１に対して相対的に上下
方向に移動することはない。このため、従来技術にある
中心点ａを含むランス先端部を中子としてランス本体と
分割し、中子のみを上下に移動させる技術に伴った、複
雑な駆動機構を設ける必要がなく、簡単な構造でランス
が製作できるという大きな利点を有している。

【００２３】このような、適正形状を有した状態で転炉
吹錬を実施すると、ダストやスプラッシュの大幅な低減
という冶金効果が得られる。これは、ダストの発生の原
因の１つであるノズルから出たガスが湯面に衝突する際
に、その運動エネルギーで溶鋼が飛散することに起因し
たもの（スプラッシュ系ダスト）の発生が、本発明によ
り極めてソフトブローが可能となったことで回避できた
ためである。また、このことで、いわゆるスプラッシュ
も低減できる。さらに、本発明を用いれば、通常の円形
多孔ノズルよりも、ランス高さを大幅に下げた状態でソ
フトブロー吹錬が可能となるため、２次燃焼率も耐火物
を損耗させるほどには増大せず、またランスが低い状態
で２次燃焼が起こるため着熱も良い。

【００２４】

【実施例】実施例は８トン上底吹き転炉を用いた。底吹
きガスは酸素と羽口冷却用ガスの混合ガスを用い、上吹
きランスより酸素ガスを供給した。上吹きランスは、図
１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した形状を基
本とし、ノズル（開口部）の数、形状、間隔、遮蔽板厚
みを変化させた。酸素供給速度は２００〜３００（Ｎｍ
³／（Ｈｒ・ｔｏｎ））、ランス先端と浴面との距離は
１〜２．５ｍとし、炭素濃度が４．５％から０．１％ま
での吹錬中のダスト濃度を集塵水中のダスト量から測定
し、吹錬時間当たりの平均発生速度で評価した。なお、
いずれの場合もランス本体が遮蔽板を介してランス中心
点を含むランス先端部と固着されているランスを用い
た。

【００２５】試験番号１〜１０は本発明の実施例であ
り、いずれもダスト発生量が少ないことがわかる。これ
に対して、試験番号１１〜１５は比較例であるが、遮蔽
板の数、厚さ、角度、および開口部のＢ／ｈ、（Ｂ×
ｈ）／Ｒのいずれかが本発明の範囲を外れるとダスト発
生量が増加することがわかる。また、試験番号１と同一
開口面積を持つ、４個の直径１２ｍｍの円形ノズルを持
った多孔ランスを用いた場合のダスト発生量は２．５２
ｋｇ／（分・ｔｏｎ）であった。

【００２６】

【表１】

【００２７】一方、実施例２は実施例１の試験番号１の
条件（Ｂ＝１００ｍｍ、ｈ＝２ｍｍ、ω＝２５度、遮蔽
板個数＝４）で、図４（ｂ）の構造で遮蔽板厚さを変化
させたものであるが、試験番号１６、１７のように厚み
を適正にした方が試験番号１８よりもダスト低減効果が
大きいことがわかる。実施例３は実施例１の試験番号１
の条件で図４（ｃ）の構造で、ランス先端部の遮蔽板幅
Ｗ₁と、それ以外の部分での遮蔽板幅Ｗ₂の比と、Ｗ₂
からのＷ₁へ拡大する位置を変化させたものであるが、
試験番号１９〜２２のように適正にした方が試験番号２
３、２４よりもダスト低減効果が大きいことがわかる。
実施例４は実施例１の試験番号１の条件で図４（ｄ）の
構造で、ランス先端部で遮蔽板幅を変化させる角度θと
変化させる部分の距離（Ｌｖ）を変えたものであるが、
試験番号２５〜２９のように適正にした方が試験番号３
０〜３３よりもダスト低減効果が大きいことがわかる。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】

【発明の効果】本発明を用いることにより、上底吹き転
炉精錬時に発生するダストを大幅に低減させることが可
能となり、鉄歩留りの向上が成し遂げられた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくランスノズルの例を示す図であ
り、（ａ）はスリット状酸素供給管の断面形状が同心６
角形の場合、（ｂ）は同心３角形の場合、（ｃ）は同心
１６角形の場合、（ｄ）は同心円の場合である。

【図２】噴流速度に対するＢ／ｈ、（Ｂ×ｈ）／Ｒの関
係を示した実験結果を示す図であり、ｕ_oはノズル出口
での平均流速、ｕ_maxは浴面到達位置を相似した条件で
の噴流の最大流速を表す。

【図３】図１（ａ）と同一外観を持つノズルのＡ−Ａ′
断面を示す図である。

【図４】図１（ａ）と同一外観を持つノズルのＢ−Ｂ′
断面を示す図である。

【符号の説明】

１：ランス本体２：ガス噴出用開口部３：遮蔽板Ｂ：遮蔽板で分離された個々の開口部の長辺長さｈ：遮蔽板で分離された個々の開口部の短辺長さａ：ランス中心点 ω：隣接する２個の開口部の互いに最も接近した開口
部周上の点とランス中心点とのなす角度１１：ランス１２：酸素供給スリット管１３：遮蔽板Ｌ：酸素供給スリット管長さＷ₁：ランス先端部の遮蔽板幅Ｗ₂：その他の部分での遮蔽板幅 θ：遮蔽板幅を変化させる角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスにより鋼浴を攪拌せしめる上底吹き
転炉型精錬炉における上吹きランスにおいて、同心の３
〜１６角形の多角形または同心円の断面を有する１条の
スリット状の酸素供給管の先端開口面の一部に２〜１０
個の遮蔽板を配し、ランス本体とランス中心点を含むラ
ンス先端部は当該遮蔽板を介して固着されており、前記
遮蔽板で分離された個々の前記先端開口面の長辺長さＢ
（ｍｍ）と短辺長さｈ（ｍｍ）の比Ｂ／ｈが１０〜２２
５、ランス直径Ｒ（ｍｍ）とした場合の（Ｂ×ｈ）／Ｒ
が０．４〜４で、隣接する２個の前記先端開口面の、互
いに最も接近した周上の点と、ランス中心点とのなす角
度ωが１０〜６０度であることを特徴とするダスト発生
量が少ない転炉用上吹きランス。
【請求項２】遮蔽板の厚さが、酸素供給管のスリット
部長さＬに対して、１ｍｍ〜０．３Ｌであることを特徴
とする請求項１記載のダスト発生量が少ない転炉用上吹
きランス。
【請求項３】酸素供給管周方向の遮蔽板の幅Ｗが、前
記酸素供給管のスリット部長さＬに対してランス先端か
ら０．０１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分を、それ以外の部分
での幅に対して、１．５〜４倍とすることを特徴とする
請求項１記載のダスト発生量が少ない転炉用上吹きラン
ス。
【請求項４】酸素供給管周方向の遮蔽板の幅Ｗ（ｍ
ｍ）が、前記酸素供給管のスリット部長さＬに対してラ
ンス先端から０．０１Ｌ〜０．３Ｌまでの部分につい
て、ランス先端の平面に対してランス先端からランス内
部に向かって１０〜８０度の角度で減少する構造をとる
ことを特徴とする請求項１記載のダスト発生量が少ない
転炉用上吹きランス。