JPS6049687B2 - 羽口冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶銑精錬用噴出管羽口冷却方法に関し、特に
本発明は、２重噴出管の外管に保護流体を用いる羽口冷
却方法に関するものである。

従来溶銑精錬用２重噴出管羽口の保護流体としては通常
ＯＢＭ／Ｑ−ＢＯＰとして知られている酸素底吹き転炉
で使われる炭化水素系ガス、例えばプロパン、ブタン、
天然ガス等や、あるいは通称ＬＷＳとして知られる底吹
転炉で使われる灯油などが公知である。従来公知のこれ
らの保護流体は、前記羽目の軸心流を構成する酸化性ガ
ス、な・ 一”ιｊ−ム±”゛一゛↓ト仏、、 ′フ′
フリー５（柄ヱ、とにより、羽口寿命の延長に著効を示
す。しカルながら、従来公知の前記保護流体中には水素
原子が含まれており、当該水素の一部は鉄浴中に吸収さ
れ、製品の品質上好ましからぬ影響を及ぼす。一方、通
称ＡＯＤとして知られるステンレス鋼製錬用の底吹き転
炉においては、不活性ガス、アルゴンあるいは窒素ガス
など水素原子を含まない保護流体が使用されているが、
これらは高温でも熱分解しないので、鉄浴側に開孔した
羽口先端を十分に冷却するだけの抜熱効果を示さず、そ
の結果羽目寿命も高々３５０目と、前記ＯＢＭ／Ｑ−Ｂ
ＯＰの１０００目に比べてきわめて劣つている。前記し
た保護流体以外にも、水素を含有しない保護流体として
、二酸化炭素の気体あるいは液体を使う方法がすでに公
知である。たとえば、二酸化炭素の気体は、特許公報、
昭３９−２４１８３において明示されている。また二酸
化炭素の液体については、文献Ｒｅｖ、Ｍｅｔａｌｌｕ
ｒｇｉｅ（１９７８）、Ｐ、１３〜１９に明示されてい
る。しかし二酸化炭素の冷却効果Ｊは、炭化水素や灯油
などと異なり分解反応を伴なわないため、アルゴンや窒
素ガスと同様の小さな抜熱でしかないことが以下の検討
により明らかなのである。従来用いられて来た炭化水素
、プロパンを例にとれば、羽口軸心流の酸素ガスに対し
て；体積百分率で４％程度の供給で羽目の保護は十分に
行なわれることが経験により知られている。ところで当
該プロパンの抜熱効果は二つの因子からもたらされる。
一つはプロパンガスが常温から１６００℃といつた鉄溶
温度まで上昇する際の顕熱変化から、また一つは、プロ
パン、Ｃ３Ｈ８が高温でＣＩ：．Ｈ２に分解する際の吸
熱反応による抜熱である。公知の熱力定数を用いて算定
される前記２種の吸熱量の和は約７８ｋｃａ１／ＭＯｌ
になる。一方、二酸化炭素気体の場合、１６００℃まで
熱しても分解反応は起らず、常温の炭素ガスを１６００
℃まで熱する際の顕熱量の変化分でしか羽口を冷却する
ことができない。このため二酸化炭素ガスの抜熱量は１
８．４ｋｃａ１／ＭＯｌと算定される。同様に二酸化炭
素液体を用いた場合の吸熱量も、従来公知の熱力定数を
用いて算定すれば、２１．５ｋｃａ１／ＭＯｌとなり、
この値は前記二酸化炭素ガスの値と大差ない。したがつ
て、対酸素体積百分率４％のプロパンと同等の冷却効果
を二酸化炭素を用いて実現するには、対酸素体積百分率
で、１５％乃至１７％の二酸化炭素ガスに相当する二酸
化炭素が必要となる。しかし、このように多量の二酸化
炭素を使用せねばならないとなると、品質上従来懸念さ
れている水素ビック・アップの問題が払拭できたとして
も、従来公知のプロパンより高価につくばかりでなく、
転炉内での熱収支を大幅に悪化させ、通常の吹錬に比べ
て、鉄鉱石を２５ｋｇ／ｔ溶鋼、削減せねば同じ吹止温
度を得ることが困難てある。この事実は、鉄源として安
価な鉄鉱石が使用できないことを意味しており製出鋼歩
止りの低下をも招来することになる。以上述べたごとく
、二酸化炭素を保護流体とするアイデイアは古いもので
あるが、経済的において従来法のプロパンと合できない
ため、工業的に実用される段階に至つていないのである
。

本発明は、従来知られた保護流体を用いる羽口３冷却方
法の有する欠点を除去、改善した羽口冷却方法を提供す
ることを目的とするものであり、特許請求の範囲記載の
方法によつて前記目的が達成することができる。

次に本発明を詳細に説明する。

４本発明において溶鉄精錬容器として、
転炉、電気炉、平炉、取鍋式精錬容器の何れをも用いる
ことができ、また溶鉄としては、高炉溶銑を主体とする
鉄一炭素溶湯、電気炉等により主としてスクラップを溶
解した鉄一炭素溶湯、ＡＯＤ炉で精錬される高合金スク
ラップを主原料とする高合金鉄−炭素溶湯を用いること
ができる。本発明において用いる溶鉄精錬用噴出管羽口
として従来公知の２重噴出管羽口（以下単に２重管羽口
を称す）を用いることができ、この羽口の内管部を酸素
ガスを含む酸化性ガスを流通させ、外管部すなわち環状
部を二酸化炭素と炭素の混合物からなる保護流体を流通
させる。

前記保護流体のフ炭素と二酸化炭素の混合比率ηとは下
記（１）式により規定する比率のこととする。本発明者
等は、前記ηを種々変えて実験した結７果、０．５≦η
≦１．０の範囲内のとき保護流体として最も優れた抜熱
性のあることを新規に知見した。

本発明によれば、二酸化炭素と炭素の混合物からなる保
護流体を２重管羽口の外管部すなわち環状部から鉄浴面
下方に噴射させると、最も高温にノ曝されて破損の起に
易い羽口先端周周囲において下記（２）式で反応が生起
する。上記（２）式の反応は吸熱反応であるため、従来
公知の二酸化炭素を単独て保護流体として溶湯中に噴射
する場合に比べて抜熱性が飛躍的に増大する。

この結果、後述するように、二酸化炭素の消費量が対酸
素体積比で５％と従来公知の純二酸化炭素の場合の約１
１３の量で、従来公知のプロパンと同等の羽口寿命が達
成され、経済的にも従来のプロパン法より優れ、かつ品
質を損う水素ピックアップの問題が完全に払拭される。

次に本発明を実験データについて説明する。炉壁部を高
温焼成マグ・ドロ・レンガにて内張りし、炉底部をマグ
ネシャー・カーボン・レンガで築造した転炉に４個の２
重管羽口をトラニオン軸と平行に一例に配置した。ここ
に酸素ガスの通過する内管は内径８ｍｎ１外径１２．７
噸の銅管を用い、保護流体を通過させるための環路を形
づくる外管には、内径が１３．７Ｗ＄Ｌ、外径が１９．
０５Ｔ０ｎの銅管を用いた。したがつて内管と外管で形
成する環状部の間隙は０．５？であつた。炉床面におけ
る４本の噴出管の配置は第１図のとおりである。

第１図において４，５，６および７は前記噴出管、１は
鉄反、２は炉側壁耐火物内張りを示す。噴出管４と５に
は、本発明の二酸化炭素と炭素紛の混合物からなる保護
流体（以下本発明保護流体と称す）を流し、噴出管６と
７には従来公知のプロパンガスを保護流体として流しｊ
た。第１図に示す炉床面の裏側、すなわち炉底面の見取
図は第２図のごとくである。

第２図において８は精錬用酸化性ガスを送り込むための
管路、９は４本の前記噴出管に精錬用酸化性ガスを均等
に１．分岐するためのヘッダー、１０は本発明保護流体
を送り込むための管路であり、順に管路１２、分岐管１
３を通つて、噴出管４と５の環状部へ流入する。１１は
プロパンガスを送り込むための管路であり、順に管路１
牡分岐管１５と通つて、噴１出管６と７の環状部へ流入
する。

第３図は第１図の品″断面を示す。管路１０，１１およ
び８は前記した流体以外に、アルゴンガスおよび窒素ガ
スなどを流すこともできる。炉を装入側に傾動して５ｔ
の高炉溶銑を装入した。装入前の該溶銑の成分２と温度
は、４．５％Ｃ，．Ｏ．４％ＳｉｌＯ．４％ＭｎｓＯ．
ｌ２％Ｐ，．Ｏ．Ｏ４％Ｓ、１２６０℃、溶銑装人中は
前記４本の噴出管は窒素ガスを流して溶銑による閉塞を
防止した。窒素ガスの流量は噴出管一本当り、内管で１
．２５Ｎぱ／Ｍｊｎｌ環状部で０．２３Ｎｄ／Ｍｉｎで
あつ−た。装入終了後直ちに炉を直立とし吹錬を開始し
た。噴出管一本当りの流量は以下の通りてある。噴出管
４，５では内管を酸素ガス１．２５Ｎｄ／Ｍｊｎまた環
状部を炭酸ガス０．０６３ＮＴｒ１／Ｍｉｎと炭素紛０
．０３４Ｎｋ９／Ｍｊｎの混合物から成る本発明保護流
体とした。また噴出管６，７では内管を酸素ガス１．２
５Ｎｄ／Ｍｊｎ、また環状部を従来公知のプロパンガス
０．０５Ｎ？／Ｍｉｎとした。この際底吹き吹錬ガスと
同時に、Ｌｌ）転炉において従来公知の水冷上吹ランス
を炉口より炉内に挿入して、酸素ガスを５Ｎｄ／Ｍｉｎ
て浴面に吹きつけて、底吹き吹錬ガス量の不足を補つた
。吹錬開始と同時に１５０ｋ９の焼石灰を炉頂より浴面
に添加した。２紛間の吹錬の後、前記した窒素ガ又流量
（噴出管一本当り、内管で１．２５Ｎｄ／Ｍｉｎ、環状
部で０．２３ｒＳＪｄ／Ｍｉｎ）に切り換え、上吹水冷
ランスから送入した酸素ガスも止め、炉口より上に引き
上げた。

その後直ちに装入側に転炉を傾動して溶鋼の測温とサン
プリングを行なつたところ、温度１６４６℃、０．０３
％Ｃ１〕．２３％Ｍｎ．．Ｏ．Ｏｌ７％ＰｌＯ．Ｏｌ８
％Ｓであつた。そこ（出鋼孔側に倒して溶鋼取鍋に出鋼
した後再度装人側へ転炉を傾動して炉口より溶滓を滓鍋
に出滓した。こうして空炉にした後、第２図および第３
図に示す盲ねじ１６を外して噴出管長さを測定して前記
吹錬による噴出管溶損量を調べたところ、以下の値を得
た。なぉ溶損量は周方向に６点測定した平均愼である。
本実験における炭素ガス使用量は対酸素体積百分率で５
％と小量にも拘わらず、プロパンガスと同等かもしくは
それ以上の保護効果を示した。したがつて、前述の（２
）式による抜熱が羽口周囲に十分に作用したものと考察
され、従来公知の二酸化炭素単独の保護流体より格段の
進歩が認められる。しかもプロパンなどの水素含有物体
を含まないので、ＬＤ転炉鋼と同等の水素濃度を吹止め
て達成できることは自明であり本発明の効果は歴然とし
ている。ところで本発明者らの実験によれば、炭酸ガス
と炭素の混合比には、噴出管の効果的冷却を比較的冷却
の炭酸ガスで実現するため、適正な範囲であることが判
明した。

すなわち炭素紛のモル流量が炭酸ガスのモル流量の０．
５以下となると、炭酸ガス流量を酸素流量の１０％（体
積比）以上にせねｊば、十分な冷却効果を顕示しなかつ
た。また炭素紛モル流量を炭酸ガスモル流量より大とし
ても冷却効果は頭打ちとなる。次に噴出管４，５，６，
７のそれぞれに噴出管一本当りの環状部の流量と組成が
前記実験と同一７の本発明の保護流体を用いて前記実験
と同様の実験を行なつた。

連続して１０ヒート吹錬した後、噴出管の溶損量を測定
したところ、チャージ平均で１．１ｗｎであつた。当該
１０ヒートについて吹止めの炉内鋼浴より水素試料を採
取し分析したところ、θ１．７ｐｐｍ＋．０．４ｐｐｍ
であつた。一方前記実験と比較するため、噴出管４，５
，６，７のすべてに、噴出管一本当りの環状部の流量が
前記実験と同じプロパンガスを用い、その他の条件は前
記本発明による実験と同じ吹錬を連続して５ヒート実施
した。５ヒートの吹錬の後、噴出管の溶損量をしらべた
ところ、１．５ｗｎ／Ｃｈであつた。

また吹止め時の炉内から採取した鋼浴水素濃度は４．９
ｐｐｍ±０．７ｐｐｍであつた。これらの結果より本発
明の優位性が明らかである。なお本発明によれば、単に
羽口を鉄浴面下方のみならず、鉄浴面上方にセットして
鉄浴の吹錬を行なう際にも有効な羽口冷却方法を提供す
ることができる。

以上本発明によれば、噴出管羽口先端の溶損量が極めて
少なく、極めて優れた羽口冷却方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、酸素底吹き転炉の炉床面の横断面図、第２図
は第１図の転炉の炉底面見取図、第３図は第１図の転炉
のＡ−Ｎ線に沿つて切つた縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶鉄精錬容器内の鉄浴面より下方あるいは上方に噴
   出管羽口をセットして、酸素を含む精錬ガスを吹込んで
   溶鉄を精錬するに当り、２重噴出管羽口を用い、該２重
   噴出管の内管を経て酸素ガスを含む精錬ガスを吹込み、
   外管を経て羽口保護流体を前記精錬ガスがさや状にくる
   まれるよう吹込んで、羽口先端を冷却して溶損を防止す
   る羽口冷却方法において、羽口保護流体として二酸化炭
   素よりなるガスあるいは液体の何れか少なくとも１つを
   含み、かつ炭素微粒子を前記二酸化炭素の分子数に対比
   して１／２〜１の範囲内で含む羽口保護流体を用いるこ
   とを特徴とする羽口冷却方法。