JPH11140526A - 炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する転炉吹錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉の生産性を確保し、転炉耐火物溶損を抑
制しつつ炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制しつつ、付
着地金を溶解する方法を開発する。 【解決手段】 溶銑を主たる鉄源とした原料を転炉型精
錬炉１に装入し、外周に地金溶解用酸素ノズル７を設け
たランスを精錬炉の炉口１４から挿入し、上吹き酸素及
び／又は底吹き酸素で吹錬する方法で、地金溶解用酸素
の吹込み軌跡の炉口及び炉内側壁への到達点の高さが、
付着地金８及び１６の高さより低くなるよう制御する。
地金溶解用酸素ノズル７から噴射させる酸素の噴射方向
を、ランスの長手方向軸心線とのなす角度θが４０〜９
０°の下向き乃至水平方向にする。更に、溶銑のＰ濃度
を成品で要求されるＰ濃度以下に予備脱Ｐされた溶銑を
使う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は転炉型精錬炉におい
て、炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する精錬方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉吹錬において、吹錬中発生するスピ
ッティング、スロッピングにより飛散した溶鋼、スラグ
の一部は炉口や炉内側壁に地金として付着する。付着し
た地金はヒ−トを続けるにつれ成長し、その大きさがあ
る限度以上になると溶銑及びスクラップ装入の障害にな
るばかりでなく、吹錬中の落下等により操業に大きな支
障を与える。よって炉口や炉内側壁に付着した地金（以
下、両方合わせて「炉内壁地金」という）は操業に支障
をきたす大きさ以上になる前に除去する必要がある。

【０００３】炉口地金を除去する伝統的方法としてス
クラップシュ−トを炉口地金部にぶつけ物理的に除去す
る方法（先行技術１）がある。しかしながらこの方法は
転炉非吹錬時に実施するため非製鋼時間の増大を招き転
炉生産性を著しく阻害する。又、スクラップシュ−トを
炉口地金部に直接ぶつけるため、その衝撃で炉口レンガ
の脱落をおこす可能性がある。

【０００４】一方、物理的な除去方法以外にも吹錬中
に発生する排ガスを２次燃焼させ炉口地金を溶解除去す
る方法が種々提案されている。例えば特開平4-084346号
公報に開示された方法（先行技術２）がある。これは酸
素底吹き転炉において、通常吹錬１チャージに対して、
スラグレス吹錬を１チャージ程度の割合で行い、上吹ラ
ンスから酸素ガスを炉内に導入し、炉口近傍の地金を溶
解する方法であり、さらに炉内スラグ生成量が２０kg/t
-steel以下が地金除去に効果があるとしている。

【０００５】更に、例えば特開平6-248323号公報は、
吹錬中に、吹錬用主ランスの側壁に設けた吹錬用ランス
軸に対してθ＝２５〜４０°の範囲内の角度で下向きに
取付けられた２次燃焼用酸素供給ノズルから湯面に向け
て２次燃焼用酸素を吹き付け、転炉排ガスを炉内で燃焼
させて炉口に付着した地金を除去する方法（先行技術
３）を開示している。

【０００６】特開昭６１−１３９６１６号公報は、転
炉精錬中に、吹錬用ノズル及び炉口地金溶解用ノズルを
備えた吹錬用ランスを用いて、炉口地金溶解用ノズルか
ら転炉炉口に向けて空気を噴射させることにより炉口地
金を溶解・除去する方法（先行技術４）を開示してい
る。

【０００７】また、特開平９−３５１９号公報は、転
炉精錬中に、吹錬用酸素ノズル、２次燃焼用ノズル及び
ランス地金溶解用ノズルを備えた吹錬用ランスを用い
て、２次燃焼用ノズルからは水平乃至下向きに酸素を噴
射させることにより炉口地金を溶解除去し、またランス
地金溶解用ノズルから少量の酸素を噴射させることによ
り、ランス自身に付着した地金を溶解除去する方法（先
行技術５）を開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行
技術１では転炉生産性が低下し、また炉口レンガを損傷
する危険性がある。先行技術２〜４では、ＣＯガスを炉
内で二次燃焼させることにより炉口地金のみならず、炉
内耐火物の溶損が著しく炉寿命を極度に短くすると言う
問題点があった。

【０００９】更に、本発明者らは、転炉炉口地金の溶
解除去技術の開発に際して、炉口耐火物に対する損傷を
極力防止し、しかも効率的に行うために、下記点に着眼
した。

【００１０】炉内壁地金溶解用ノズルより噴射した酸素
ガスを、効率よく地金の溶解に使い、しかも地金部に付
与する酸素ガスの運動エネルギーを小さくし、これに伴
って地金付着部の耐火物及びその周辺の耐火物に付与さ
れる酸素ガスの運動エネルギーを小さくして、これら耐
火物の部分における温度を過熱させないようにすること
が重要であることを着想した。

【００１１】上記観点によれば、上記先行技術３〜５で
は、次の問題がある。先行技術３では、２次燃焼用酸素
の噴射方向が比較的鉛直下向きに近いので、炉内排ガス
に巻き込まれながらＣＯガスを２次燃焼させ、炉内から
炉口にかけての２次燃焼に大部分が消費される。従っ
て、その際発生する高熱による２０００℃以上の高温ガ
スは、転炉炉口地金の溶解のみならず転炉炉口および炉
口耐火物に著しい損傷を与え易い。

【００１２】先行技術４によれば、炉口地金溶解用の酸
素源として空気を用いるので、酸素を噴射させる場合よ
りも噴射量が増加し、炉口耐火物の金物の溶損を防止す
ることができる。ところが、空気では酸素濃度が低いの
で、炉口地金の溶解に時間を要し効率が悪い。

【００１３】先行技術５によれば、炉口地金溶解用の酸
素は２次燃焼用ノズルから水平方向乃至比較的水平方向
に近い角度で噴射されるので、噴射された酸素ガスの軌
跡が炉口地金に到達する。従って、炉口地金を酸化して
低融点の鉄酸化物を生成させるので、炉口地金は容易に
溶解除去される。しかしながら、２次燃焼用酸素の軌跡
が炉口地金部に到達するので、この部分は酸素ガスによ
り大きな運動エネルギーを付与される。そのため、炉口
耐火物に対する動圧が加わり、この部分の溶損が発生す
ることがあるので、その動圧の調整が必要である。

【００１４】この発明の目的は、転炉における溶鋼の生
産性を確保し、転炉耐火物に悪影響を与えることなく転
炉の炉口地金及び炉内側壁地金の付着を抑制し、また、
上記地金を溶解する方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々検討の
結果、上記の問題点を解決し以下の方法を開発した。請
求項１記載の炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する転
炉吹錬方法は、溶銑を主たる鉄源とした原料を転炉型精
錬炉に装入し、外周に地金溶解用酸素ノズルを設けたラ
ンスを上記精錬炉の炉口から挿入し、そして、上記原料
を上吹き酸素及び／又は底吹き酸素により吹錬する方法
において、上記地金溶解用酸素の吹込み軌跡の炉口及び
炉内側壁への到達点の高さが、上記炉口及び炉内側壁に
付着する地金の高さより低くなるよう制御することに特
徴を有するものである。

【００１６】但し、ここで地金溶解用酸素の軌跡の炉内
壁への到達点とは、必ずしも炉内壁に到達することを指
すのではなく、炉壁に沿って上昇する場合も指す。請求
項２記載の炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する転炉
吹錬方法は、請求項１記載の方法において、上記地金溶
解用酸素ノズルから噴射させる酸素の噴射方向を、上記
ランスの長手方向軸心線とのなす角度が４０〜９０°の
範囲内であって、且つ下向き乃至水平方向にすることに
特徴を有するものである。

【００１７】請求項３記載の炉口及び炉内側壁地金の付
着を抑制する転炉吹錬方法は、請求項１又は２記載の方
法において、溶銑のＰ濃度を成品で要求されるＰ濃度以
下に予め脱Ｐ精錬し、上記脱Ｐされた溶銑を主たる鉄源
原料とすることに特徴を有するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、炉口耐火物の損傷
を抑制しつつ、効率的に炉口地金の付着を抑制する方法
を開発するため鋭意研究を重ね、下記知見を得た。

【００１９】（１）この発明の重要な特徴である、炉内
壁に付着した地金溶解用噴射酸素軌跡の炉内壁への到達
点の鉛直方向高さが、炉内壁に付着した地金の高さより
低くなるよう制御することに関して、以下説明する。

【００２０】図１は、この発明を実施するために使用す
る装置例の概略縦断面図である。溶銑１２及び造滓材１
３が装入された転炉１の上方から、炉口１４を通って炉
内に吹錬用ランス５を挿入する。吹錬用ランス５には、
下端に吹錬用酸素ノズル６を備え、下端から上方の所定
の位置に炉内壁地金溶解用ノズル７を備えている。吹錬
用ランス５の構造としては、酸素供給管、冷却用給水管
及び冷却用排水管の三重管構造でも、あるいは、上記三
重管の酸素供給管から炉口地金溶解用酸素管を独立させ
た四重管構造のいずれでもよい。但し、四重管構造であ
れば炉口地金溶解用酸素の流量を制御し易いのでより望
ましい。

【００２１】先ず、炉内壁地金溶解用ノズル７から吐出
された酸素の軌跡を表わす曲線を数値計算により求め
た。噴流酸素の軌跡を求めるに当たっては、転炉の炉内
半径、吹錬用上吹き酸素の吐出流速、地金溶解用酸素の
吐出流速、及び地金溶解用ノズルの取付け角度を種々変
化させた。図２に、地金溶解用酸素の軌跡を例示する。

【００２２】得られた曲線に基づき、地金溶解用酸素の
軌跡の炉内壁への到達点の鉛直方向高さについて調べ
た。但し、ここで地金溶解用酸素の軌跡の炉内壁への到
達点とは、必ずしも炉内壁に到達することを指すのでは
なく、炉壁に沿って上昇する場合も指す。図３は、地金
溶解用酸素ノズルの高さ位置と地金溶解用酸素の軌跡の
炉内壁への到達点の鉛直方向高さ位置との差（以下、Δ
ｈ_C で表記する）と、地金溶解用酸素の吐出流速の鉛直
成分（以下、Ｕ_OVで表記する）との関係をプロットした
グラフである。但し、Ｒは転炉の炉内半径を表わす。
ここで、地金溶解用酸素ノズルからの酸素吐出口の位置
を座標の原点にし、高さ方向の位置及び速度の向きは鉛
直上向きを正とし、そして水平方向の位置及び速度の向
きは炉内径炉壁方向を正とした。

【００２３】なお、上記地金溶解用酸素の軌跡は、実操
業における操業条件を考慮し、Ｕ_OV＝８５〜３４２ｍ／
ｓの範囲内の各種水準、Ｕ_Or＝３４６〜４８０ｍ／ｓ
（但し、Ｕ_Orは地金溶解用酸素の吐出流速の炉内半径方
向成分）の範囲内の各種水準、Ｒ＝１〜３ｍの範囲内の
各種水準、そして炉内空塔速度は上向きで１．３〜９ｍ
／ｓの範囲内の各種水準に変化させて求めたものであ
る。

【００２４】地金溶解用酸素ノズルから吐出された酸素
の噴出流は、地金溶解用酸素の軌跡の炉内壁への到達点
において、自己の、即ち上記酸素噴出流の水平方向速度
成分が０（零）になる。この発明におけるの重要な特徴
である、炉内壁に付着した地金溶解用噴射酸素軌跡の炉
内壁への到達点の鉛直方向高さが、炉内壁に付着した地
金の高さより低いとは、上記到達点が炉内壁付着地金よ
りも低い位置にくることを指す。そして、以後の地金溶
解用酸素は、下方からのガス流れに伴って上昇し、地金
を溶解し、あるいは地金付着を抑制することになる。こ
のように、この発明においては、付着地金に付与される
地金溶解用噴射酸素の運動エネルギーを小さくし、地金
付着部及びその周辺の耐火物に付与される酸素ガスの運
動エネルギーも小さくして、これら耐火物の部分を過熱
させないようにして耐火物の溶損を抑制するものであ
る。なお、ここで、地金溶解用酸素の吹込み軌跡の最下
点の位置は、転炉内溶鋼の上表面よりも高いことが必要
である。

【００２５】このように、この発明の大きな特徴は、地
金溶解用噴射酸素軌跡の炉内壁への到達点の鉛直方向高
さが、炉内壁に付着した地金の高さより低くなるよう制
御することにより、付着地金の表面に効率よく接触し、
且つ耐火物の溶損を抑制することをねらった点にある。
かくして、地金溶解用酸素の一部が地金中の鉄と反応し
て低融点の鉄酸化物を生成し、炉口耐火物９の損傷を抑
制しつつ、炉口地金８を速やかに溶解・除去できること
をつきとめた。

【００２６】（２）次に、本発明者らは、種々検討の結
果、炉口に付着する地金の生成要因について以下の知見
を得、それを基に炉口地金付着を抑制する転炉吹錬方法
を開発した。

【００２７】 炉口付着地金の生成量を定量的に把握
する方法として、図４に示すように転炉１から発生する
転炉排ガスの通路２にダスト濃度計３を設置し、排ガス
中ダスト濃度と炉口地金４の除去頻度の関係を調査し
た。その結果、図５に示すように、吹錬初期における排
ガスダスト量と、炉口地金除去頻度との間には極めて良
い相関が得られたので、地金付着を定量的に把握する手
法の一つとして用いた。

【００２８】図６に示すように、従来吹錬においては、
吹錬初期にダスト発生速度が大きい。従って、炉口地金
も吹錬初期に生成されている割合が多い。更に調査をし
た結果、図７、８に示すように溶銑中Ｓｉ濃度と炉内残
留スラグ量の影響が大きいと言う知見を得た。

【００２９】Ｓｉは溶銑中炭素よりも酸化されやすく、
脱炭吹錬の初期は脱珪素反応が優先的に起こる。この時
溶銑の自由表面近傍は稠密であり、酸素ガスの衝突また
は通過により非常にダスト（スプラッシュ）が発生しや
すい状態になっていると考えられる。一方、脱炭反応が
活発な時期に移行すると溶銑または溶鋼の自由表面近傍
は脱炭反応によって生じたＣＯガスが存在し泡状となっ
てダスト（スプラッシュ）が発生しにくい状態となると
考えられる。

【００３０】炉内残留スラグは、前ヒートの脱炭吹錬過
程で一度溶融した物であり、脱炭吹錬初期においても速
やかに溶解する。従って、初期に速やかに溶銑の自由表
面を覆い、ダストの発生を抑制できると考えられる。

【００３１】以上より、この発明においては、溶銑Ｓｉ
濃度を０．１５％以下とし、前ヒートスラグを１０kg/t
-steel以上炉内に残留させて吹錬することにより、地金
付着の抑制に一層効果が上がることがわかった。

【００３２】 従来吹錬の炉口付着地金を採取して詳
細に検討したところ、地金とスラグの小粒が混合した状
態であることが判明した。この状態で炉口に付着すると
相互に絡み合って強固に付着してしまう。炉内に存在す
るスラグ量と地金除去頻度の関係を調べた結果、図９に
示すように炉内に存在するスラグ量が少ないほど炉口地
金の付着が少ないと言う知見を得た。これは、炉内スラ
グ量が少ないほど炉口に付着した時点でスラグの割合が
少なくなり、特に初期に多く発生するダストは溶銑成分
とほぼ一致するので融点が低く、従って、炉口付着物中
から滴下するためであると考えられる。

【００３３】ただし、スラグ量が過度に少ない場合は溶
鉄のカバーとなるものが存在せず溶鉄飛散につながる。
しかし、本発明においては、前ヒートの残留スラグが少
なくとも１０kg/t-steel以上炉内に存在しているので、
この問題は回避できる。

【００３４】以上より、この発明においては、溶銑Ｓｉ
濃度を０．１５％以下とし、前ヒートスラグを１０kg/t
-steel以上炉内に残留させて吹錬することにより、地金
付着の抑制に一層効果が上がることがわかった。

【００３５】以上により、本発明においては、炉内スラ
グを３０kg/t-steel以下にして吹錬することにより、地
金付着の抑制に一層効果が上がることがわかった。 以上の開発に基づき、吹錬を連続したときの状況を
調査した。その結果、図１０に示すように上記の条件を
適用した吹錬の割合が高いほど炉口地金除去頻度は低下
し、特にその適用比率が８０％以上に達したときに顕著
な効果が得られた。

【００３６】 上記の開発において、予め溶銑中の燐
濃度を成品の燐濃度以下にしておくことにより地金付着
の抑制に一層効果があることがわかった。この発明にお
いては、燐濃度を成品の燐濃度以下に予備脱リンした溶
銑を使用することが望ましい。

【００３７】 さて、この発明においては図１に示し
たように、溶銑１２及び造滓材１３が装入された転炉１
の上方から、炉口１４を通って炉内に吹錬用ランス５を
挿入する。但し、溶銑１２のＳｉ濃度及び造滓材１３の
投入量は、通常の精錬における基準で行ない、前ヒート
のスラグを残留させることはしない。吹錬用ランス５に
は、下端に吹錬用酸素ノズル６を備え、下端から上方の
所定の位置に炉口地金溶解用ノズル７を備えている。吹
錬用ランス５の構造としては、酸素供給管、冷却用給水
管及び冷却用排水管の三重管構造でも、あるいは、上記
三重管の酸素供給管から炉口地金溶解用酸素管を独立さ
せた四重管構造のいずれでもよい。但し、四重管構造で
あれば炉口地金溶解用酸素の流量を制御し易いのでより
望ましい。

【００３８】 次に、上記設備を用いて、吹錬用酸素
ノズル６から所定流量ａ（Ｎｍ³ ／ｍｉｎ）の酸素ガス
を噴射し、溶銑を精錬中、下記（１）式の関係を満たす
ように、炉口地金溶解用ノズル７から酸素ガスｂ（Ｎｍ
³ ／ｍｉｎ）を噴射する。

【００３９】 （ｂ／ａ）×１００＝１〜５０（％）--------------（１） 上記転炉は、精錬開始前の炉口１４には、炉口地金８が
炉口耐火物９の表面に付着・形成されている。上記条件
で転炉吹錬を行うことにより、炉口地金８は徐々に溶解
除去される。この条件で吹錬すべきヒートは、転炉操業
にける非定常作業条件あるは非定常な工程運用、例え
ば、ヒート間の時間間隔が長くなって炉熱が低下したよ
うな場合等、与えられた条件等に応じて適宜行なうこと
により、一層効果を発揮する。

【００４０】 一方、炉内壁地金溶解用酸素１５の噴
射方向を、ランスの長手方向軸心線１０に対する角度θ
が、４０〜９０°の角度をなして下向き乃至水平方向に
することにより、地金付着の抑制に一層効果があること
がわかった。この発明においては、上記角度θを、４０
〜９０°の範囲内にすることが望ましい。

【００４１】 炉口地金を効率よく溶解除去するため
には、上述した条件の他に、操業及び設備条件等から決
まる、炉内ガス空塔速度、炉口地金溶解用酸素の流量及
び噴射圧力、炉口地金溶解用ノズルの径、形状、孔数及
び取付位置、炉口径、炉口の絞り角度、並びに、ランス
高さ等の因子が重要である。

【００４２】上述した通り、この発明における酸素噴射
による炉口及び炉内側壁地金の溶解除去及び付着抑制
は、従来のように、主として炉内排ガスの２次燃焼で発
生する高熱を炉口地金に付与することにより行なう方
法、または、炉内排ガスの２次燃焼で発生する熱と、酸
素ガスを炉口地金部に直接衝突させて地金を溶解させる
こととを併用する方法に対して、酸素を地金部に直接衝
突させないようにして地金にソフトに接触させ、融点の
低い酸化鉄を生成させることにより除去することに主眼
をおく点に最大の特徴がある。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
転炉型精錬炉の炉口及び炉内側壁の地金付着を抑制する
と共に、付着した地金を溶解することが容易となり、従
来非精錬時間中に行っていた炉口付着地金の除去作業が
不要となり、そして転炉の生産性が大幅に向上する。こ
のような転炉吹錬方法を提供することができ、工業上有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、炉口及び炉内側壁地金溶解用
ノズルを備えたランスを用いて吹錬する場合の設備例の
概念図である。

【図２】地金溶解用酸素の吐出条件及び操業条件を変化
させた場合の地金溶解用酸素の軌跡を例示するグラフで
ある。

【図３】地金溶解用酸素ノズルの高さ方向位置と地金溶
解用酸素の軌跡の炉内壁への到達点の鉛直方向高さとの
差（Δｈ_C ）と、地金溶解用酸素の吐出流速の鉛直成分
（Ｕ_OV）との関係をプロットしたグラフである。

【図４】一般的な脱炭吹錬の形態と、排ガス中ダスト濃
度測定の態様を説明する模式図である。

【図５】初期ダスト発生量と炉口地金除去頻度の関係を
示すグラフである。

【図６】脱炭吹錬１ヒート中におけるダスト発生量の推
移を示すグラフである。

【図７】脱炭吹錬初期３分のダスト発生量におよぼす溶
銑Ｓｉ濃度の影響を示すグラフである。

【図８】初期ダスト発生速度におよぼす前ヒートからの
炉内残留スラグ量の影響を示すグラフである。

【図９】初期ダスト発生速度におよぼす吹錬中の炉内ス
ラグ量の影響を示すグラフである。

【図１０】脱炭吹錬を連続して実施する際に、本発明条
件の適用比率が炉口地金付着におよぼす効果を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 転炉 ２ 排ガス通路 ３ ダスト濃度計 ４ 炉口地金 ５ 吹錬用ランス ６ 吹錬用酸素ノズル ７ 炉内壁地金溶解用ノズル ８ 炉口地金 ８ａ 表面 ９ 炉口耐火物 １０ 軸心線 １１、１１’、１１” 噴射酸素軌跡の鉛直方向最下点 １２ 溶銑 １３ 造滓材 １４ 炉口 １５ 炉内壁地金溶解用酸素 １６ 炉内側壁地金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小平 悟史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 井上 茂 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 日出 寛治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶銑を主たる鉄源とした原料を転炉型精
   錬炉に装入し、外周に地金溶解用酸素ノズルを設けたラ
   ンスを前記精錬炉の炉口から挿入し、そして、前記原料
   を上吹き酸素及び／又は底吹き酸素により吹錬する方法
   において、前記地金溶解用酸素の吹込み軌跡の炉口及び
   炉内側壁への到達点の高さが、前記炉口及び炉内側壁に
   付着する地金の高さより低くなるよう制御することを特
   徴とする、炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する転炉
   吹錬方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記地金
   溶解用酸素ノズルから噴射させる酸素の噴射方向を、前
   記ランスの長手方向軸心線とのなす角度が４０〜９０°
   の範囲内であって、且つ下向き乃至水平方向にすること
   を特徴とする、炉口及び炉内側壁地金の付着を抑制する
   転炉吹錬方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の発明の方法におい
   て、溶銑のＰ濃度を成品で要求されるＰ濃度以下に予め
   脱Ｐ精錬し、前記脱Ｐされた溶銑を主たる鉄源原料とす
   ることを特徴とする、炉口及び炉内側壁地金の付着を抑
   制する転炉吹錬方法。