JPH11222619A

JPH11222619A - 製錬容器の炉口金物及び耐火物の溶損防止方法

Info

Publication number: JPH11222619A
Application number: JP2458598A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kimura; 政彦木村; Nozomi Tamura; 望田村; Hiroyasu Morioka; 宏泰森岡; Yuki Nabeshima; 祐樹鍋島
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、炭化水素系液体を製錬容器へ吹き込
み，従来より炉口金物及び耐火物の寿命を向上させる製
錬容器の溶損防止方法を提供することを目的としてい
る。【解決手段】製錬用の酸化性ガスを供給可能な上吹きラ
ンスを備えた精錬容器内にて、溶融金属及び／又は金属
酸化物を前記酸化性ガスで製錬すると共に、排ガスの二
次燃焼を行う金属の製錬方法において、前記上吹きラン
スに炭化水素系液体の供給用流路を設け、前記製錬容器
炉口部の金物及び耐火物の近傍に、炭化水素系液体を、
前記上吹きランスの噴霧位置に応じ、液滴の粒径分布を
変更して噴霧するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製錬容器の炉口金
物及び耐火物の溶損防止方法に係わり、特に、酸化性ガ
スを溶融金属に上吹きし、該溶融金属上の炉内空間で製
錬排ガスを二次燃焼させる転炉において、その炉口金物
及び内張り耐火物が溶損するのを防止する技術である。

【０００２】

【従来の技術】酸化性ガスを上吹きするランスを備えた
製錬容器の代表的なものとして、製鋼に使用する転炉が
挙げられる。この転炉では、最近、炉内に保持した溶融
金属（以下、溶湯ということあり）に、炭素系固体燃料
や製錬対象金属の酸化物を含む固体原料等を投入した上
で、前記上吹きランスより酸化性ガス（例えば、酸素）
を吹き込み、炭素系固体燃料を燃焼させ、その熱で前記
製錬対象金属の酸化物を溶解させると同時に、該酸化物
を還元する所謂溶融還元製錬法（以下、溶融還元とい
う）が行われるようになった。その際、固体燃料の燃焼
や製錬反応で発生したＣＯやＨ₂ 等の可燃性ガスを、炉
内の溶湯上の空間でさらにＣＯ₂ やＨ₂ Ｏまで燃焼させ
る”二次燃焼”を積極的に行うのが、効率的に熱補償を
行う上で有効である。しかし、この二次燃焼（ＣＯ＋１
／２Ｏ₂ →ＣＯ₂ ）が盛んになると、溶湯への着熱が増
加するだけでなく燃焼排ガスの温度が著しく上昇し、製
錬容器の内壁に積んだ上部レンガ及びそのレンガを支え
る炉口金物の溶損が激しくなり、それらの寿命が大幅に
低下するという問題を抱えていた。また、製錬容器から
出た排ガスは、通常可燃性のＣＯ、Ｈ₂ 等を主成分とす
るため、製鉄所の内外で再利用されるが、該二次燃焼の
増加で排ガスのカロリー（可燃ガス成分）が減少し、再
利用のメリットが低下するという問題もあった。

【０００３】そこで、特開昭６４−７９３１３号公報
は、上吹きランスを介し転炉内に石炭粉、コークス粉等
の炭材粉を吹込み、その炭素分と排ガス中のＣＯ₂ との
吸熱反応を利用して、転炉絞り部（炉肩ともいい、転炉
上部の直径が狭くなった部分である）の排ガス温度を低
下させ、内張り耐火物の溶損を効率よく防止する技術を
提案した。また、特開平１−３０１８１２号公報は、該
転炉絞り部に、炭化水素系ガス又は炭化水素系ガスを一
部含有するガスを炉内へ吹き込む専用羽口を設け、操業
中に該羽口から前記ガスを吹き込み、その熱分解による
吸熱を利用して、前記耐火物の温度を低下させ、溶損を
防止する技術を開示している。さらに、特開平４−１４
３２０７号公報は、製錬容器の側壁に設けた複数のノズ
ルを介し内壁近傍に液状炭化水素類を供給し、その吸熱
反応を利用して耐火物の温度を低下させ、溶損を効率よ
く防止する技術を提案している。なお、本願でいう耐火
物とは、炉の内壁に積んだレンガ及びその補修に吹き付
けた不定形耐火物の両方をいう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６４−７９３１３号公報記載の技術は、吹き込む炭
材粉が粗粒の場合には、排ガス中のＣＯ₂ との反応効率
が低く、微粒の場合には、炉内の上昇気流によって未反
応のまま炉外に放出される割合が高いという問題を有し
ていた。また、効率良く反応した場合でも、反応領域が
吹き込み位置の極近傍に限られ、耐火物の冷却効果が小
さいという問題もあった。さらに、特開平１−３０１８
１２号公報記載の技術は、転炉絞り部に設けた専用羽口
の近傍のみが局部冷却し、耐火物の炉内側と外側との間
に温度勾配が生じ、該耐火物がスポーリングによって損
耗するという問題があった。加えて、特開平４−１４３
２０７号公報記載の技術は、反応容器の炉壁を直接冷却
できたが、前記特開平１−３０１８１２号公報記載技術
と同様に、局部冷却が避けられず、転炉内壁に積んだ上
部レンガを固定する目的で炉口に設置する炉口金物や耐
火物の溶損までは防止できない。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑み、炭化水素系
液体を製錬容器へ吹き込み，従来より炉口金物及び耐火
物の寿命を向上させる製錬容器の溶損防止方法を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、冷却剤としての炭化水素系流体を製錬
容器内へ適正に吹込む方法について鋭意検討した。そし
て、該流体を液体にすると共に、その噴霧液滴の粒径を
変化させることに着眼し、本発明を完成させた。

【０００７】すなわち、本発明は、製錬用の酸化性ガス
を供給可能な上吹きランスを備えた製錬容器内にて、溶
融金属及び／又は金属酸化物を前記酸化性ガスで製錬す
ると共に、排ガスの二次燃焼を行う金属の製錬方法にお
いて、前記上吹きランスに炭化水素系液体の供給用流路
を設け、前記製錬容器炉口部の金物及び耐火物の近傍
に、該炭化水素系液体を、前記上吹きランスの噴霧位置
に応じ、液滴の粒径分布を変更して噴霧することを特徴
とする製錬容器の炉口金物及び耐火物の溶損防止方法で
ある。

【０００８】また、本発明は、前記液滴の粒径分布の異
なる炭化水素系液体のうち、微粒側のもので炉内雰囲気
ガスを冷却し、粗粒側で前記金物及び耐火物を冷却する
ことを特徴とする製錬容器の炉口金物及び耐火物の溶損
防止方法である。さらに、本発明は、前記炭化水素系液
体を、同一種類のものとすることを特徴とする製錬容器
の炉口金物及び耐火物の溶損防止方法でもある。

【０００９】本発明によれば、炉内雰囲気の温度ばかり
でなく、炉口金物及び耐火物の温度を操業中に適切に低
下できるようになるので、炉口金物及び耐火物の寿命、
ひいては製錬容器（特に、転炉）の寿命が従来より延長
できるようになる。また、排ガスのカロリーを低下させ
ることなく、二次燃焼率を向上させることも可能にな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯も
まじえ、本発明の実施の形態を説明する。まず、図４
に、従来から所謂溶融還元に使用している転炉１３を示
す。そこでは、最近、炉内の溶銑６に炭素系固体燃料と
製錬対象金属の酸化物を含む固体原料（主としてクロム
鉱石、マンガン鉱石）等を投入した上、上吹きランス２
より酸素８を吹き込み、該炭素系固体燃料を燃焼させて
炉内に投入した製錬対象金属の酸化物を溶解させると同
時に、該酸化物をＣ又は炉内の還元性ガスで還元する溶
融還元が行われることがある。そして、発生したＣＯガ
スは、溶銑６上に存在する所謂トップ・スラグ５の表面
から炉口までの空間で二次燃焼させ、溶銑６の加熱に利
用される。しかしながら、炉内で該二次燃焼率を上昇さ
せると、必然的に炉内雰囲気ガスの温度が上昇し、炉口
近傍の耐火物７（ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ｃｒ ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂
Ｏ₃ −Ｃ系などの不定形耐火物）および炉口金物３（通
常、鋳鋼製）の溶損が著しく進行し、転炉６の寿命を短
縮する。そのため、前記したような従来技術が提案され
てきたが、まだ十分満足のいく状況にない。

【００１１】そこで、発明者は、従来の炉肩に設けた羽
口に代え、転炉６の中心軸から壁方向に液状炭化水素系
液体４を噴霧する上吹きランス２を用いる技術に着眼
し、研究を行った。ところが、単に該上吹きランス２よ
り微粒の液体を炉内に噴霧して雰囲気ガスの冷却を行っ
ても、炭化水素系液体４の熱分解及び吸熱反応が起きる
領域が、排ガス流（通常、上昇流１０〜１５ｍ／ｓ）に
大きく左右され、安定して冷却することが難しく、結果
として炉口金物３や耐火物７の十分な冷却効果が得られ
なかった。発明者は、その原因を追求し、「ある一定以
上の粒径をもった噴霧液は、容器壁面まで到達するが、
大量に噴霧した場合、同時に上吹きランス２より吹き込
んでいる製錬用の酸化性気体８と干渉して、燃焼してし
まう。この燃焼を回避するには、炭化水素系液体４の噴
霧流量を少量に制限する必要があり、十分な冷却効果が
得られない」との結論を得た。

【００１２】引き続き、発明者は、この燃焼を回避する
対策について検討を重ねた。そして、上吹きランス２か
ら噴霧する炭化水素系液体４の液滴サイズに着眼し、良
好な結果を得た。つまり、少なくとも２種以上の異なる
液滴粒径分布を有するように噴霧し、微粒側のもので雰
囲気ガスを冷却し、粗粒側のもので炉口金物３及び耐火
物７を直接冷却することで、十分な冷却能力の確保が可
能となった。具体的には、図１に示すように、上吹きラ
ンス２の軸方向に沿った異なった位置に複数のノズルを
設け、位置によって噴霧液滴の粒径分布を異ならせるの
である。図１では、最上段ノズルから粗粒側の炭化水素
系液体を、下方のノズルより微粒側の液体を噴霧してい
る。以下、微粒側を噴射するノズルを微ノズル１と、粗
粒側を噴射するものを粗ノズル１２という。そして、こ
の場合、液滴粒径の粒度分布を異ならせるには、これら
ノズル１、１２の噴射孔径、噴射孔形状、噴射流量及び
圧力を種々変更することで良い。なお、使用するノズル
は、所謂一流体ノズルが良い。一流体ノズルは、ミスト
・スプレーのような作動気体を必要としないので、ラン
ス内に作動気体用の流路を別途設ける必要がなく、その
分ランスの構造が簡単で済むからである。

【００１３】その上吹きランス２の一例を図２及び図３
に示すが、中央に酸化性気体８の流路１１、外周に冷却
水の流路１０、それら流路１０、１１の間に炭化水素系
液体４の流路を設けた４重管構造である。なお、本発明
では、炭化水素系液体４として、例えば重油を１種類だ
け供給する方が、操作上から好ましい。しかし、流路に
工夫を凝らし、２種類以上の炭化水素系液体を使用して
も良い。また、ノズル１、１２の噴射孔の角度（向き）
は、排ガスの上昇流を考慮し、水平を基準に０〜−５０
°の範囲とすることが好ましい。さらに、炭化水素系液
体４としては、重油、軽油、灯油、アルコール類、液化
プロパン等を単独あるいは混合して使用するのが良い。

【００１４】

【実施例】上吹きランス２を備えた転炉１３（出鋼能力
１５０トン）を用いて、クロム鉱石の溶融還元を実施し
た。その操業条件は、表１に示す通りであるが、溶銑６
は、予備処理を施した温度１３００℃のもの１５０トン
を使用した。なお、操業は、本発明に係る溶損防止方法
に従った場合と、従来通りの炭化水素系液体４を吹き込
まない場合の２通り行った。また、本発明に係る溶損防
止方法の実施で使用した上吹きランス２は、軸方向の異
なった位置に、噴射孔径の異なる２種のノズル１、１２
を設けたものである。さらに、使用した炭化水素系液体
４は、重油であり、吹込み速度は、全体で３０リットル
／ｍｉｎ（粗ノズル１２と微ノズル１からの供給量比は
２：１）である。その結果、粗ノズル１２からの噴霧液
滴の粒径は、５００〜１０００μｍ、微ノズル１からの
噴霧液滴の粒径は８０〜３００μｍとなった。

【００１５】

【表１】

【００１６】操業結果を、表２に一括して示す。表２よ
り、本発明に係る溶損防止方法を採用した場合、従来に
比べて排ガス温度は低下し、炉口金物３及び耐火物７の
溶損速度も大幅に低下することが明らかである。また、
炭化水素系液体４の熱分解でＣＯが発生するので、排ガ
スのカロリーは低下することなく、従来の水準を確保し
ていた。

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、製
錬容器で二次燃焼させても、該製錬容器の炉口金物及び
耐火物の溶損を抑制することが可能になった。また、上
吹きランスの酸化性ガスの噴射位置を従来より高くし
て、溶鋼への所謂ソフトブローができるようになったの
で、発生ダスト量の抑制という副次的効果もあった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製錬容器の溶損防止方法を実施し
ている状況を示す図である。

【図２】本発明に係る溶損防止方法の実施に使用する上
吹きランスの一例を示す縦断面図である。

【図３】図２に示したランスの平面を示す図であり、
（ａ）はＡ−Ａ矢視、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視である。

【図４】従来通りの溶融還元を行う状況を示す図であ
る。

【符号の説明】

１微ノズル２上吹きランス３炉口金物４炭化水素系液体（重油）５トップ・スラグ６溶銑（又は溶鋼）７耐火物（絞り部）８酸化性気体（酸素）９中心ノズル１０冷却水の流路１１酸化性気体の流路１２粗ノズル１３転炉１４空間１５炭材粉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡宏泰千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者鍋島祐樹千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製錬用の酸化性ガスを供給可能な上吹き
ランスを備えた製錬容器内にて、溶融金属及び／又は金
属酸化物を前記酸化性ガスで製錬すると共に、排ガスの
二次燃焼を行う金属の製錬方法において、前記上吹きランスに炭化水素系液体の供給用流路を設
け、前記製錬容器炉口部の金物及び耐火物の近傍に、該
炭化水素系液体を、前記上吹きランスの噴霧位置に応
じ、液滴の粒径分布を変更して噴霧することを特徴とす
る製錬容器の炉口金物及び耐火物の溶損防止方法。
【請求項２】前記液滴の粒径分布の異なる炭化水素系
液体のうち、微粒側のもので炉内雰囲気ガスを冷却し、
粗粒側で前記金物及び耐火物を冷却することを特徴とす
る請求項１記載の製錬容器の炉口金物及び耐火物の溶損
防止方法。
【請求項３】前記炭化水素系液体を、同一種類のもの
とすることを特徴とする請求項１又は２記載の製錬容器
の炉口金物及び耐火物の溶損防止方法。