JPH0860219A - ダスト発生が少なく２次燃焼率が高い転炉精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、スプラッシやダストの発生量を低
減し、かつ着熱効率を低下させることなく２次燃焼率を
向上させることができる効率的精錬方法を提供するもの
である。 【構成】 転炉を用いた精錬方法において、上吹きノズ
ルを２個以上有し、その形状を、長方形、楕円形、円弧
形、もしくは、それらを組み会せた形状とし、各ノズル
の短辺長さをＹ（ｍ）、開口部面積をＷ（ｍ² ）、Ｗ／
ＹをＸとした場合に、Ｘ／Ｙが３０以上３００以下であ
る上吹きランスを用いて、ノズル先端と鋼浴面との距離
Ｇを１０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以上３０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以
下とすることを特徴とするダスト発生が少なく２次燃焼
率が高い転炉精錬方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上底吹き転炉を用い
た、高着熱効率、高２次燃焼率で、かつダストが少なく
鉄歩留が高い脱炭精錬方法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、
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凹み（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
ることにより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、また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、さらにラン
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
いることで２次燃焼率を上げる技術が開示されている
が、ダストやスプラッシュの低減についての効果は何ら
記載されていない。

【０００８】

【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
に開示された方法における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２−１５６０
１２号公報、材料とプロセス、第７巻（１９９４）、
ｐ．２２９に示された方法におけるダストは低減される
ものの着熱効率が低下して２次燃焼率が上がるため転炉
耐火物の溶損が激しくなるという問題を解決することを
目的とする。

【０００９】

【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と、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事実の発見と、その
条件を転炉型反応容器の酸素上吹きランスに適正に適用
することで、着熱が極めて高い状態で２次燃焼率を上げ
られる上に、ダストやスプラッシュの発生を抑制するこ
とができるという知見に基づいてなされたものである。

【００１０】本発明の要旨とするところは、上吹きラン
スから酸素ガスを供給する上吹き、もしくは上底吹き転
炉を用いた精錬方法において、上吹きガスを噴出せしめ
るノズルを２個以上２０個以下有し、ノズル形状が、長
方形、楕円形、円弧形、もしくはそれらを組み合せた形
状であり、各ノズルの短辺の長さをＹ（ｍ）、開口部面
積をＷ（ｍ² ）、Ｗ／ＹをＸとした場合に、Ｘ／Ｙが３
０以上３００以下である上吹きランスを用いて、ノズル
先端と鋼浴面との距離Ｇを１０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^{0. 1} 以上３
０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以下とすることを特徴とするダスト
発生が少なく２次燃焼率が高い転炉精錬方法にある。

【００１１】ここで、２次燃焼率は炉内排ガス中のＣＯ
₂ 濃度のＣＯとＣＯ₂ 濃度の合計に対する比率で表した
ものである。

【００１２】

【作用】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。本発明者らによ
る転炉型精錬炉の上吹きランスを用いた実験に基づけ
ば、この効果を得るには、図２に示すように、ノズルの
短辺の長さをＹ（ｍ）、開口部面積をＷ（ｍ² ）、Ｗ／
ＹをＸとした場合に、Ｘ／Ｙが３０以上である必要があ
る。

【００１３】ここで、ノズル形状は、図１に示すよう
に、長方形（図１（ａ））、楕円形（図１（ｂ））、円
弧形（図１（ｃ））、もしくはそれらを組み合せた形状
（図１（ｄ）、（ｅ））であり、短辺長さは、それぞれ
図中に示したように、短辺を代表する長さを用いる。ま
た、上吹きランスは、これらのノズルを２個から２０個
有するものとする。ここで、ノズルが２個よりも少ない
場合には酸素流量を大きくできないという問題が生じ、
一方２０個よりも多いと個々のノズルの冷却構造が複雑
になり実用的でない。

【００１４】なお、噴出直後の減衰に対してはＸ／Ｙを
３００より大きくしても問題はないが、後述する着熱効
率の点でＸ／Ｙが３００よりも大きいとランスと湯面の
距離が大きくなるため悪影響が出る。本発明者らは、図
１に示した形状の開孔部を有する転炉型精錬炉の上吹き
ランスを用いた詳細な実験を行った結果、このような細
長い噴出孔から出たガスは、噴出直後にはガス流速の大
きな減衰が起こるものの、それ以後の減衰は小さく、ノ
ズル先端からの距離が大きくなると、円形断面から噴出
したガスの方が流速が小さくなる場合すらあることを見
出した。

【００１５】しかし、ノズル先端と鋼浴面との距離Ｇを
ノズルの形状に応じた特定の値以上とすると、細長い噴
出孔から出たガスは、再び大きな減衰が起こることが明
らかとなった。これは、噴流の断面形状が細長い形状か
ら円形へと変化したためである（噴流の変化）。従っ
て、細長い噴出孔を有する上吹きランスにおいて、円形
ノズルよりも湯面到達時の噴流流速を小さくする（いわ
ゆるソフトブローにする）には、単にノズル形状を規定
するのみでは不十分で、ノズル形状とノズル先端と鋼浴
面との距離とを適正値に制御する必要がある。

【００１６】この適正値は、本発明者らによる詳細な実
験の結果、１０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以上３０×Ｘ^0.9 ×Ｙ
^0.1 以下であることが見出された。ここで、１０×Ｘ
^0.9 ×Ｙ^0.1 よりも小さい場合には、噴流の変化が起こ
る前か、起こった直後に湯面に到達するため、ソフトブ
ロー効果がなく、３０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 よりも大きい場
合には、噴流の減衰が大き過ぎるため２次燃焼率が極端
に大きくなり、脱炭酸素効率が大きく低下する。

【００１７】このような、適正形状と適正なノズル先端
と鋼浴面との距離を有した状態で転炉吹錬を実施する
と、以下のような冶金効果が得られる。 （１）ノズルから噴出された酸素ガスは、周囲の雰囲気
のＣＯの巻き込み、酸素とＣＯ₂ の混合ガスとなって鋼
浴に到達する。ソフトブローの場合は、ＣＯ₂が鋼浴の
炭素と反応してＣＯに戻る反応が遅いため、ＣＯ₂ のま
ま存在することにより２次燃焼率が高くなる。従ってこ
の２次燃焼反応による発熱は、ノズルから出た酸素ガス
が雰囲気のＣＯを巻き込む領域で発生する。この２次燃
焼帯が湯面より離れた位置に形成される場合には、発生
熱の大部分が排ガスの加熱および周囲の炉体耐火物の加
熱に消費されて溶鋼への着熱が低いのに対して、本発明
はノズル先端と鋼浴面との距離Ｇが短い状態でソフトブ
ローを可能とせしめるため、図３に示すように、極めて
高い効率で２次燃焼反応による発熱を溶鋼へ着熱させる
ことができる。また、本発明の場合、噴流の変化が生じ
る位置よりも湯面側でＣＯを巻き込み易く、従って、主
な２次燃焼帯が噴流の変化位置よりも湯面側に来るた
め、さらに着熱が良くなる。ここで、δはＸ^0.9 ×Ｙ
^0.1 を示し、Ｇ／δが３０より大きいと噴流の変化位置
が湯面から遠くなるため着熱効率が低下している。逆
に、Ｇ／δが１０よりも小さいと噴流が変化する前に湯
面に到達するためハードブローとなり、２次燃焼率が上
がらない。

【００１８】（２）ダストの発生の原因の１つは、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ある（スプラッシュ系ダス
ト）。これは、本発明のようにソフトブローとすること
で回避することができる。また、このことで、いわゆる
スプラッシュも低減できる。一方、他のダスト発生原因
として、脱炭反応によりＣＯガスが鋼浴表面よりも、や
や内部で発生することにより溶鋼が飛散し（１次バース
ト）、その飛散した溶鋼粒子が酸化性雰囲気に曝された
場合に、粒子内部で再び脱炭反応によりＣＯガスが発生
し、微細粒子に破裂してダストとなる（２次バースト）
ことがある。この２次バーストの原因となる酸化性雰囲
気を形成しているのは前述の２次燃焼帯であり、ノズル
先端と鋼浴面との間の範囲とほぼ同一の領域である。本
発明では、ノズル先端と鋼浴面との距離が短い状態でソ
フトブローを可能とせしめる上に、主な２次燃焼帯が噴
流の変化位置よりも湯面側に形成されるため、２次バー
ストが起こる２次燃焼帯が湯面に近くかつ狭いため、１
次バーストで生成した粒子は高速で短時間しかこの領域
に滞在せず、２次バーストが起こりにくく、図４に示す
ようにダストの発生が少ない。ここで、Ｇ／δが１０よ
りも小さいと噴流が変化する前に湯面に到達するためハ
ードブローとなってスピッティング系のダストが増加
し、逆に、Ｇ／δが３０よりも大きいと噴流が変化する
位置が湯面から遠くなって２次燃焼帯が広くなるため２
次バースト系のダストが増加している。

【００１９】

【実施例】実施例は１７５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）に示した長方形、（ｂ）に示した楕円
形、（ｃ）に示した円弧形のノズルを１個もしくは２個
以上有するランスを用いた。酸素供給速度は２００００
〜３００００Ｎｍ³ ／Ｈｒ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。また、排ガス組成から炉内の２次燃焼率を求め、
吹錬中の平均値で評価した。また、着熱効率は脱炭量と
２次燃焼率から計算される（１）式と（２）式の反応に
よる発熱量の合計ＨＩと、吹錬前後での鋼浴の潜熱と顕
熱の増加量ＨＳとから、（３）式で計算して求めた。

【００２０】 ２Ｃ ＋Ｏ₂ ＝２ＣＯ ……（１） ２ＣＯ＋Ｏ₂ ＝２ＣＯ₂ ……（２） 着熱効率＝（ＨＳ／ＨＩ）×１００ ……（３） 結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】実験番号の１〜１２は本発明例であるが、
２次燃焼率が３０％程度と高いにもかかわらず着熱効率
が５０％程度と高く、またダストも少ないことがわか
る。一方、実験番号の１３、１４はＸ／Ｙが３０よりも
小さい場合であるが、円形ノズルに近づくためソフトブ
ローにならず、２次燃焼率が低くダスト発生量も多い。
実験番号１５はＸ／Ｙが３００よりも大きい場合である
が、ノズル先端と鋼浴面との距離Ｇを、噴流の変化が起
こる適正値にするためには非常に高くする必要があり、
着熱効率が低下する。実験番号１６、１８はＧが１０×
Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 よりも小さい場合であるが、噴流の変化
が起こる前に酸素ガスが湯面に到達するためハードブロ
ーとなり、２次燃焼率が低くダスト発生量も多い。実験
番号１７、１９はＧが３０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 よりも大き
い場合であるが、過剰にソフトブローとなるため着熱効
率が低下し、また２次燃焼帯が広くなるためダスト発生
量も多い。

【００２３】

【発明の効果】本発明を用いることにより、スプラッシ
ュ、ダストの低減と２次燃焼率の向上とが、着熱効率を
低下させることなしに可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いたノズル形状の模式図である。

【図２】ノズル先端からの距離Ｇをノズル開口断面積Ｗ
の１／２で割った値（Ｇ／√Ｗ）が１０の位置での、噴
流最大流速Ｕ_MAX （Ｕ_O はノズル出口での噴流平均流
速）とＸ／Ｙの関係を示した図である。

【図３】着熱効率、２次燃焼率とＧ／δ（δ＝Ｘ^0.9 ×
Ｙ^0.1 ）の関係を示した図である。

【図４】ダスト発生量とＧ／δ（δ＝Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 ）
の関係を示した図である。

【符号の説明】

１ ランス ２ ノズル開口部 Ｙ 短辺

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 真 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上吹きランスから酸素ガスを供給する上
   吹き、もしくは上底吹き転炉を用いた精錬方法におい
   て、上吹きガスを噴出せしめるノズルを２個以上２０個
   以下有し、ノズル形状が、長方形、楕円形、円弧形、も
   しくはそれらを組み合せた形状であり、各ノズルの短辺
   の長さをＹ（ｍ）、開口部面積をＷ（ｍ ² ）、Ｗ／Ｙを
   Ｘとした場合に、Ｘ／Ｙが３０以上３００以下である上
   吹きランスを用いて、ノズル先端と鋼浴面との距離Ｇを
   １０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以上３０×Ｘ^0.9 ×Ｙ^0.1 以下と
   することを特徴とするダスト発生が少なく２次燃焼率が
   高い転炉精錬方法。