JPS5839717A - 羽口保護用冷却剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、羽口保護用冷却剤に関し、とくに底吹転炉
を代表例とするような溶鉄の酸素吹錬のためその溶鉄の
浴中への精錬ガス吹込みを司る羽口につき、溶鉄中にお
けるはげしい反応から有利に保護するための冷却剤組成
の改良を提案しようとするものである。

上記した種類の精錬容器ではその炉底の羽口から鋼浴中
に酸化性ガスたとえば純酸素を精錬ガスとして吹込み、
溶鉄中に含有される炭素その他、珪素、燐などを酸化除
去する。

ここに精錬ガスには、酸化性ガスをキャリヤガスに兼用
して石灰その他の精錬削粉などを含有する場合も含まれ
、しかるに、上記の脱炭を主とする酸化反応は発熱反応
であり、これによって浴中に生成する強烈な火点により
、精錬ガスの吹込みを司る羽口はその周辺の耐火物を含
めて著しい高温にさらされる。

そこで、通常は、同心多重管よりなる複合羽口管が用い
られ、中心管より精錬ガスを１内外管内の環状すａｔか
ら冷却剤をそれぞれ浴中に吹込む。

ここに羽口保護用冷却剤として従来プロパン、天然ガス
、石油などの炭化水素系の気体、液体をときには水蒸気
をあわせて用い、また気体や液体の二酸化炭素も用いら
れる。

このうち炭化水素と水蒸気を用いる場合には、洛中吹込
みによる分解で発生する水素により、溶鉄中の水素濃度
を高め、製品品質を損う不利がある。一方、二酸化炭素
にについては、溶鉄中の水素濃度を高めるうれいこそな
いが、炭化水素とは異なって、分解吸熱反応が期待でき
ないため、同程度の冷却能とするためには、たとえばプ
ロパンの約５倍の流量を必要とし、ここに多くの場合、
その供給は石油化学工場での排ガスの利用によるとは云
え、必ずしも価格が安くないため、上記のような多量の
使用によって、製造コストを引上げることになる。

こめ発明は、上記した問題点を解決すること、すなわち
、炭化水素系冷却剤による水素ガスの発生を、二酸化炭
素の併用によって軽減することにあわせ、とくに炭化水
素と二酸化炭素との化学反応に基づく吸熱反応を冷却能
の向上に効果的に利用しようとするものである。

すなわち、この発明は、精錬ガスの溶鉄の洛中吹込みに
供する羽口の周辺にて熱分解により炭素を発生する炭化
水素と二酸化炭素との混合ガスからなり、炭化水素を前
記混合ガスに対してｌθ〜功容社％含有する組成からな
ることを特徴とする羽目保護用冷却剤である。

ところで炭化水素系羽口冷却剤は、羽口先端部近くの高
温部で分解し、吸熱するがプロパンガスを一例として、
１００Ｋにおける化学反応は次の（１）式のようにあら
れされる。

０、Ｈ８−＋　７０　＋　ｎｉ、−ＪＯ，ｓ　ｋｏａｌ
／ｒｎｏｔ　　　　（１）実際上１羽口先端部の温度は
ｔｒｏｏ　Ｋと推′６！すれ、ここに、プロパンおよび
その分解によって生成する水素、炭素の昇熱に必要な熱
量を考えると、まずｔｏｏ　Ｋ　ｔでの昇熱に必要な熱
量は、／４Ｃ，Ｊｋｏａｌ／ｍｏｔ、つぎに１００　Ｋ
からｔｒｏｏ　Ｋまでの昇熱に必要な熱量は、４’４−
Ｊ　ｋＯＬｌ／ｍｏｌ　−０ｓＨＢとなる。

−これらを統合して／１００　Ｋ　ｔでにおけるプロパ
ンガス１モル当との冷却能は、はぼ９０．Ｉｒｋａａｌ
程度に見積ることができ、ここに炭化水素系羽口冷却剤
は分解して固体炭素を析出し、これが次に述べるように
二酸化炭素との併用の際、吸熱反応熱の増大に大きな役
割を果すのである。

すなわち、二酸化炭素は、主にその顕熱で羽口冷却を行
い、そのガスのもつ顕熱は、常温から／ｒ００Ｋまで昇
温する場合／１．７　ｋａｅＬｌ／ｍｏｌであるが、二
酸化炭素とともに上述固体炭素の存在する場合にあって
は、次の吸熱反応が加わり、羽口冷却能が有利に高めら
れる。

Ｃ０２＋Ｃ→コＣｏ　−ＩＡｌ、／　ｋａａｚ／ｍｏｌ
（２）かような反応を期待して、別途に炭素粉の如きを
二酸化炭素とともに供給することが考えられる。

しかし、（２）式の当社分に当る０、　ｊ４’　ｋｇ／
Ｎｍ”　００２程度の希薄な炭素粉を簡便な搬送手段で
搬送するのに問題がある。

この発明においては、熱分解反応を起して炭素を析出す
る気体、液体の炭化水素を二酸化炭素と併用するので、
別塗に炭素源を供給するときのような搬送上の難点を伴
うことなく、容易に複合羽口、たとえば同心二重管の内
−１外管間のすきまに導入することができ、羽口冷却剤
として有効に（１）式（２）式の吸熱反応熱を利用する
ことができる。その結果、炭化水素および二酸化炭素の
合計送給流−をそれらの個別使用に比しはるかに減少し
、従って溶鉄中における水素濃度上昇を防止するのみな
らず、冷却剤原単位を有利に抑制することができるＯ この発明に従う混合ガスは、止揚（１）式および（２）
式に従い、次の（８）式に示される吸熱反応を呈する。

Ｊ　Ｇ　Ｏｇ　＋　０３　ＨＢ　→≦ＯＯ＋１Ｍ、−＃
Ｊ、≦ｋｃａｊ／ｍｏ！−０３［６（３）いま（８）式
の反応がｔｏｏ　Ｋで起るとして、ｌ１００Ｋに至る種
々な混合比にわたる混合ガスの羽目冷却能をまとめて第
１表に示す。

第１表 （３）式および第１表から明らかなように００８に対す
る０３Ｈ８の混合モル比がＳ！ｌすなわちＣ０２とＣ３
Ｈ８の混合ガス中０．Ｈ８の含有量がＢ容ｌ１％の場合
に吸熱反応が一番効率よく行なわれ、この発明の最辿混
合率である。０３Ｈ８はｌＯ〜４Ｉ０混合容量％の範囲
にて羽口冷却ガスの削減効果が大であり、ｔθ容社％未
満および蜀容社％をこえても、冷却ガスの削減効果は認
められるが、後述する理由によりこの発明の範囲から除
外する。

ざらに第１表にて示したように、この発明の範凹内にお
いては３７．３〜４ｊ、、２　ｋｃａｌ／ｍｏｊの羽口
保護冷却能を有し、Ｃ３Ｈ８と同一の冷却能を奏するた
めの必要置比（必要モル数比）は、Ｏ，Ｈ８の混合割合
すみ、羽口保護冷却の低コスト化の利益が図られる（第
２表参照）。

第１図に等羽口冷却能を得るのに必要なＣ０２−Ｃ３Ｈ
８混合ガス置に対応する混合ガス中Ｃ５Ｈ８の容Ｉｔ％
の関係を示し、図中の破線は炭化水素の分解Ｃとｃｏ、
との反応を考慮しない場合を仮定した上記関係を示した
。

なおグラフの縦軸はＣＯ２により一定の羽目冷却能を呈
する必要ガス量を１００とした指数表示である。同図か
ら０．１（８２を容置％までの間に等羽口冷却能を得る
のに必要なガス量は急激に減少し、それ以後は漸減傾向
を呈することがゎかる・次に第２図は、羽目冷却隔置に
およほすＣＯ２−Ｃ３Ｈ８混合ガス１モル当りの冷却能
を０３Ｈ８含有置に対応して実線で表わし、点線は炭化
水素の分解ＣがＣＯ２と反応することを考慮゛しない場
合を仮定した上記関係であり、従って、実線と点線との
差はそれぞれの０３Ｈ８含有置に応じてそのｃｏｌｌと
の併用による羽口冷却用反応熱量の増大量を表わす。

第１図、第２図かられかるように、００２にＣ３Ｈ８を
混合することにより、混合ガス１モル当りの羽目冷却能
が急激に増大し、換言すると羽口冷却に必要な冷却ガス
量を有利に減少させて効果があることを示している。

ざらに第３図は、０３ＨＢの分解Ｃが（８）式に示すと
おり、００．と反応することにより、等羽口冷却能をも
たらすべ龜ガス置の削減に及ぼす０３Ｈ８含有置の関係
を示す。この削減ガス量は、第１図の点線と実線との艶
に相当する。

この羽口冷却用ガスの削減量は、Ｃ０２と０３Ｈ８の混
合ガス量に対して０３Ｈ８がＢ容Ｉ１％まで急勾配で増
大しているのに対し、その後は０３Ｈ８の含有１０口に
応じてガス削減量が漸減するがＣ０２単独使用の場合と
比べて有効なガス削減による低コスト化にみるべき効果
がある。以上は計算により求めた結果であるが次にｊｔ
転炉による実験結果について述べ発明の範囲を限定する
。

これまで述べたように計算ではＣ３Ｈ８の含装置がＢ容
置％のときを最高に、はげ全領域にわたって羽口冷却ガ
ス社の削減効果が期待できる。しかし、この計算は平衡
計算であり、実際にはそれぞれの組成のときにガスの反
応速度が異なり、計算で求めた結果と違う場合があるこ
とも予想される。

そこで実験を行ったのである。

実験はＳ）ン底吹試験炉にて、二重管側口の内管に酸素
流量／Ｊ　Ｎｍ’／ｍｉｎを吹込すと同時にその内外管
間の環りのすきまには計算で求められた一定の冷却効果
を得るように混合ガスを流した。すなわち第２表に示す
０３Ｈ８およびＯＯ２各流置装混合し、０３Ｈ８を０　
、　ｊ　、　１０１　Ｊｊ　＃　１７０　、　ｊＯ、４
７１７！　。

ｉｏｏ各容置％の９水準で、一定の冷却効果を得るよう
にして実験を行ったのである０ 羽口冷却効果の判定は、羽口先端部凝固鉄（マツシュル
ーム）形状の形成状態の観察により行ない、正常な形状
のマツシュルームが形成した場合を良とし、そのうちで
特にマツシュルームが大きく強固に形成した場合を優良
とし、マツシュルームが形成していなかったり羽口部分
の溶損が激しい場合を不良とした。その結果を第２表に
示した〇第２表 同表で示すように、すべての混合割合において羽口保護
効果は良以上の判走を得たが、特にＯ，Ｈ８の容置％が
１０〜功％において他の条件に比べて大きく、強固な！
ツシュルーム形成が認められた。

この事実は前述の（平衡）計算上はできていなかったも
のであるが、実験により初めて明らかとなつた。この理
由については必らずしも明確ではないが、反応の化学量
論量に近い範囲の混合比の方がより平衡値に近くまで反
応する。すなわち反応効率が高いものと考えられる。

以上に述べたように、本実験結果からＯ，Ｈ８の容置％
がｌＯ〜に％の範囲で羽口保護効果が特にすぐれている
ことが判明した。

これら計算結果および実験結果からこの発明の範囲を０
３Ｈ８の容量％が１０〜に％の領域に限宇する。

この発明に従いＯ，Ｈ８を１０−＄１１７容量囁含有す
る混合ガスを用いて、全量ＣＯ□もしくは０．Ｈ８の場
合と比べてコス）がＯ０≦参〜０．７Ｉ倍程度に低下し
た。

第参図は混合ガス中の０．Ｈ８含有量に対する鋼中水素
濃度の関係を示すように冷却ガスのＣ３Ｈ８の混合容１
％を選択することにより鋼中水素値を制御することも可
能である・ 製造鋼種によって鋼中水素値の制限は変わるが、規格よ
り高値であることの故に、真空脱ガス装置などを用いて
脱水素処理を行わなければならないような場合にあって
も、この発明による精錬を行ない、鋼中の水素値を規格
内に制御し、あるいは真空脱ガスの、負荷を軽減して多
大なコストダウンが実現される。

以上底吹き転炉における軟線に関し、ＣＯ８に対してＣ
３Ｈ８を混合する場合を代表例として説明したがＣＯ２
に混合する炭化水素はプロパンガスのほか天然ガス、ざ
らには石油などを含めて、熱分解により炭素を発生する
炭化水素一般を、気体はもとよりのこと、液体で用いて
もよい。

またこの羽口保護用冷却剤は、底吹転炉のほか、これど
類似の機能を有する限り、上、底吹き併用転炉その他炉
外処理用取鍋の如き精錬容器にょる溶鉄精錬にも適用で
き、何れの場合も精錬後における浴銑中水素濃度上昇の
有利な軽減を冷却能の有効な向上にあわせ実現し、羽口
保護用冷却剤の使用鮒を大いに低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は等羽目冷却能を得るのに必要なＣＯ３−（３，
Ｈ８混合ガス臆に対応する混合ガス中Ｃ３Ｈ８の容置％
の関係を示すグラフ、第２図は羽口冷却熱量に及ぼす混
合ガス中０．１１８の容１％の影響を示す冷却能グラフ
、第３図は・Ｃ，Ｈ８の分解０がＣＯ２と反応すること
により削減できるガス量と混合ガス中０．Ｈ８容置第と
の関係を示すグラフ、第４Ｉ図は混合ガス中のＯ，Ｈ８
容置襲に対する鋼中水素濃度の関係を示すグラフである
。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 ｏ　　ｔｏ　　２０３０４０５０　６０７０１３０　ｑ
Ｏｆ００′５１−１ｇ　　Ｘｆθ０（容量％） ｃｏ２＋０３Ｈｅ 第４図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　精錬ガスの溶鉄の洛中吹込みに供する羽口の周辺に
   て、熱分解により炭素を発生する炭化水素と二酸化炭素
   との混合ガスからなり、炭化水素を前記混合ガスに対し
   て１０〜侵容社％含有する組成からなることを特徴とす
   る羽口保護用冷却剤。