JPS6233710A - 転炉における溶鋼昇熱方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は転炉における溶鋼の昇熱方法に関し、殊に吹錬
に伴なって発生するｃｏを２次的に燃焼させるに当たり
、その燃焼効率を向上することに本って溶鋼温度を高め
、爾後の処理工程における熱補償を図ると共に当該熱補
償の効果として、スクラップや鉄鉱石等の冷材をたくさ
ん装入した場合の不都合をＤｒ及的に抑制しスクラップ
等の大量投入を可能とする技術に関するものである。

［従来の技術］ 周知の通り転炉における吹錬の主な目的は、■溶銑中に
多量含まれる炭素を酸素との燃焼によって除去する点と
■１記燃焼に伴なって溶鋼をＡ温する点にあり、後者の
目的を効果的に達成するうえでは「１次燃焼により生成
したＣＯの２次燃焼」は大きなウェイトを占めている。

この様なところから転炉吹錬に当たっては、吹錬用酸素
の他、吹錬反応により生成したＣＯを２次的に燃焼させ
る為の２次燃焼用酸素を供給するのが有利であるとされ
ており、こうした趣旨に沿った研究も種々提案されてい
る６例えば（１）特開昭５３−１０２２０５号には、主
ランスの先端部に吹錬用醸素供給ノズルを設けるだけで
なく、２次燃焼用酸素供給用の副ノズルを開口し、同一
の酸素源から供給されてくる酸素を分けて吹込むという
方法が提案されている。また他の方法として、（２）特
開昭５８−２２１２１４号には、吹錬用酸素と２次燃焼
用酸素を夫々独立した別系統のノズルから供給する方法
が提案されており、この方法の場合、２次燃焼用酸素の
吹込み位置（ランスヘッドからの距＃）や主ランス軸心
に対する吹込み角度等についても色々検討されている様
である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが前記（１）の方法では、２次燃焼効率に大きな
影響を及ぼす２次燃焼用酸素吐出位置のコントロールが
極めて困難であり、十分な昇熱効果を得ることができな
い、即ち２次燃焼効率は、ランスと湯面間の距離が大き
い程高くなることが確認されており、２次燃焼効率を高
める為には主ランスの位置を高くすることが第１条件と
されているが、その様なランス配置で吹錬を行なうとソ
フトブロー気味になってスロッピング等の問題が発生し
、吹錬操業性が著しく阻害される。

また前記（２）の方法では、２次燃焼効率に最も大きな
影響を及ぼすと考えられる２次燃焼用酸素ノズルと局面
との間の距離、並びに２次燃焼用酸素の流量と流速等に
ついての検討が全く行なわれれおらず、２次燃焼による
’ｔｌ熱効果が十分に生かされているとは３元ない。

この様に現状の技術水準では、「ＣＯの２次燃焼効率の
如何が溶鋼温度の上昇程度に大きい影響を与える」とい
うことが概念的に確認されているに留まり、２次燃焼効
率を高める為に２次燃焼用酸素を具体的にどの様な条件
下で供給すればよいか、といった点に関する限りは、七
分な研究がなされているとは言えない０本発明はこうし
た状況を憂慮し、２次燃焼効率を効果的に高めることの
できる２次燃焼用酸素供給条件を明確にし、最少限の酸
素供給量で最良の昇熱効果を得ることのできる技術を提
供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 上記の様な目的を達成することのできた本発明の溶鋼昇
熱方法とは、吹錬用主ランスの側壁に設けられた少なく
とも１つの２次燃焼用酸素供給ノズルから湯面に向けて
２次燃焼用酸素を吹付け、転炉排ガスを燃焼させて溶鋼
温度を上ＰＬさせる方法において、１ｉｉｉ記２次燃焼
用酸素供給ノズルの開口部と湯面間の距離が該ノズル径
の１５０〜２５０倍となる様に設定し、主ランス先端か
らの吹付は酸素量に対して１５％以上の２次燃焼用酸素
をマツハ０，５〜１．５の速度で吹付けるところに要旨
を有するものである。

〔作用］ 本発明者らは、２次燃焼効率の向上に伴なう溶鋼の昇熱
促進という究極目的に向かって研究を行ない、（１）場
面と２次燃焼用酸素（以下２次酸素という）ノズル開口
部間の距離を該ノズル径の１５０〜２５０倍に設定する
こと、（２）２次酸素の供給量を吹錬用＃素（以下１次
酸素という）量の１５％以上とすること、及び（３）２
次酸素の流速をマツハ０．５〜１．５とすること、の３
点に到達したものであり、個々の詳細な設定根拠につい
ては後記実施例で明らかにするが、概要は下記の通りで
ある。

（り湯面と２次酸素供給ノズル開口部間の距離を該ノズ
ル径の１５０〜２５０倍に設定した点 ２次ｍ素の供給によってＣＯの燃焼を効率良く進める為
には、該酸素の吹込みによって形成される火炎の先端部
が湯面の直上付近となる様にするのが最善であり（詳細
は後述）、下記（２）　、　（３）に示す好適２次酸素
量及び同流速のもとで火炎の先端位置をこうした好適位
置に保持する為には。

上記の間隔を２次酸素供給ノズル径の１５０〜２５０倍
の範囲に設定する必要がある。しかしてこの間隔が１５
０倍未満では２次酸素の一部が脱酸反応に消費されて昇
温の目的が十分に発揮されず、一方２５０倍を超える場
合は湯面からかなり離れた高い位置でＣＯの燃焼が起こ
ることになる為溶鋼への熱伝達が期待できず、昇熱が不
十分となる。

（２）２次酸素供給擾を１次酸素の１５％以上とした点 １次酸素の吹込みによって生じるＣＯガスの燃焼は、吹
錬炉の内部雰囲気中における酸素濃度即ち吹込まれる２
次酸素量による影響を受け、この量が不足するとＣＯ燃
焼率を十分に高めることができず、目的達成の為には１
次酸素量に対して１５％以−ヒ、より好ましくは２０％
以上の２次酸素を供給しなければならない。

（３）２次酸素の流速をマツハ０．５〜１．５に定めた
点 この流速は２次酸素供給ノズルの出口直後の流速を意味
するものであり、流速がマツハ１．５を超えると２次酸
素の供給によって形成されるべき火炎が当該２次酸素自
身に吹き飛ばされて実質的な火炎が形成されなくなる。

その結果ＣＯの燃焼効率は非常に低いものとなり、溶鋼
昇熱効果が十分に発揮されるには至らない。一方流速が
マツハ０．５未満では、２次酸素の吹込みによって形成
される火炎が短し）のとなって湯面まで届かなくなり、
溶鋼昇熱作用が有効に発揮されなくなる。

上記（１）〜（３）の要件は湯面付近に存在するＣＯと
２次酸素との反応効率を高め溶鋼の昇熱を効果的に進め
るうえで個々に見ても欠くことのできない要件であるが
、これらによる効果は相互に影響を及ぼし合うものであ
り、これらの要件のうち１つが欠けても本発明の目的を
ｌｌ成することはできず、これら３つの要件が相剰的に
好結果をもたらし、比較的少礒の２次酸素量であっても
効二Ｖ良く溶鋼の昇熱を達成することができる。

第１．２図は本発明で使用する上吹きランス１を例示す
るもので、第１図は先端部の概略縦断面図、第２図は概
略底面図を示す９図示する如く本発明で使用するランス
ｌは先端部に１つ若しくは複数（図では５個）の吹錬用
酸素ノズル２が開口される他、その上方側部にはｃｏ燃
焼用の２次酸素ノズル３が複数個（図では８個）開口さ
れ、このノズル３はランスｌの軸心Ｐに対する傾斜角０
を２５〜４０度の範囲に設定するのが最もＩｔ−ｆまし
く、酸素の供給系統は吹錬用酸素供給系統とは別ライン
として設け、ＣＯの２次燃焼に最も適した速度に制御し
得る様に構成される。

そしてこのランスｌを第３図（ａ略縦断面図）に示す如
く転炉４内へ装入し、湯面に向けて酸素を吹付けること
によって吹錬が行なわれる。尚本例では転炉１として底
部に底吹きノズル５を併設したものを示したが、底吹き
ノズル５は必ずしも設けなくともかまわない、またラン
ス１の形状も図示したものに限定される訳ではなく、吹
錬用酸素ノズル２や２次酸素ノズル３の数や形状、或は
両ノズル２．３間の高さ方向の間隔り等を含めて必要に
より任意に変更することができる。

［実施例］ 本発明者等は、ＣＯの２次燃焼効率に（１）２次酸素の
流量及び流速並びに（２）２次酸素吐出位ごと湯面の間
の距離等の諸条件が少なからず影響を及ぼすという認識
のもとで、これらの関係を定延的に把握すべく、第４図
に示す様な小型燃焼試験炉（図中６は燃焼室、７は酸素
吹込みノズル、８は排気孔、９は１次整流板、１０は２
次整流板を示す）を使用し、ＬＤＧ　（Ｃｏ　：　７０
％、Ｃ０２＝１５％、Ｎ２　：１５％）雰囲気中におい
て種々のノズルを用いて酸素ガス吹込み試験を行なった
。

その結果燃焼室６内におけるＣＯガスの燃焼は、同室６
内の０２濃度、即ちノズル８から吹込まれる２次燃焼用
酸素量により著しい影響を受け、高レベルの２次燃焼効
率を確保する為には、１次酸素量に対する２次酸素量の
比率を少なくとも１５％、より好ましくは２０％以上と
すべきであることが明らかとなった。

ちなみに第５図は、２次酸素流量の１次酸素流量に対す
る比率及び流速を色々に変えた場合におけるＣＯ燃焼性
の良否を調べた結果を示すグラフであり、吹込み流速に
よって若干の違いはあるものの、前記比率を１５％以上
、好ましくは２０％以上に設定してやれば、ＣＯの燃焼
を効率良く進めることができることが分かる。但しこの
図からも容易に理解できる様に、２次酸素の流速がマツ
ハ１．５を超えると火炎自体が形成されなくなり、２次
酸素は炉内のＣＯガスの燃焼にはあまり寄与せず溶鋼の
脱炭に消費されることとなる。但し流速がマツハ０．５
未満では、火炎が短かすぎて２次酸素とＣＯの反応が湯
面から離れた位置で起こる為、溶鋼の昇熱にあまり寄与
しなくなる。

即ち２次酸素の吹込みによって形成される火炎は例えば
第６図に略示する様な形状（［但しく２次酸素／１次酸
素）Ｘ１００＝２０％］、流速：マッハ１．０．２次酸
素ノズル径：Ｄｍｍ）　となり。

湯面に対する火炎の位置によって溶湯に対するシＬ熱効
果は変わってくるが、本発明者等が実験により確認した
ところでは、第６図における火炎終了点が湯面のやや−
Ｌ方へくる様にノズルの位置を設定することによって最
良の昇熱効果が発揮される。ちなみに図中■の位置は、
火炎が未形成であり２次酸素が燃焼していない領域、■
の位ｔは、火炎は形成されるものの未燃焼の酸素が相当
量残っており２次燃焼効率の低い領域であり、このあた
りに湯面が存在していても溶鋼に対する昇熱効果は期待
できない、一方（３）の位置は、２次燃焼が十分に行な
われており且つ燃焼熱が溶鋼の昇熱に効率良く伝えられ
る領域であるから、このあたりに湯面を存在せしめるこ
とが有効である。しかし■の位とになると、２次燃焼が
既に完了している為、熱１逢は少なく、湯面がち該位置
に存在する場合は昇熱効率が不ヒ分となる領域である。

これらの考察をまとめると、２次燃焼効率及び溶鋼の）
Ｌ熱効率を考慮したとき最も好ましい湯面位置（より正
しく表現すれば湯面に対する火炎位置）は第６図のＸで
示した　域と考えられる。

また第７図は、２次酸素のノズル出口直後における流速
と火炎位置との関係［（２次酸素Ｆｉ、量／１次酸素流
量）Ｘ１００＝２０％］を示すグラフで、火炎の長さ及
び形成位置は該流速とそのノズル径によって決まり、ノ
ズル径を一定とすると流速が大きくなるにつれて火炎の
吹飛び距離が長くなると共に火炎終了点はノズルから遠
ざかってくる。

更に第８図（Ａ）〜（Ｃ）は、直径りが１１．９＋ｓ層
の２次酸素ノズルを使用し、流速をマツ／＼０．４゜１
．５に設定した場合における火炎の温度分布を示すグラ
フであり、これらの図を対比すれば明白な様に２次酸素
の流速を遅くすればする程火炎温度は高くなり、昇熱効
率の向上に大きく寄与し得るものと考えられる。

以−Ｌの予備実験データを基にして、２５０トン転炉を
用いて実際の吹錬実験を行なった。尚主ランスとしては
第１．２図に示した基本構造を有するものを使用した。

まず第９図は、下記実験条件のもとで［２次酸素ｉＡ−
／１次酸素量］の比を腫々変えた場合におけるＣＯの燃
焼効率を、炉内ＣＯ２の上昇率として求めた結果をグラ
フ化したものである。

（実験条件） ランス先端と場面の間の互層：　２，２００ｍ層１次（
吹錬）酸素ノズル径（Ｄ）：４４ｍ履２次酸素ノズル径
　　　　　：２０１ 同　　傾斜角度（（Ｊ）　　　：３０度２次酸素流速（
マツへ）　　　　：１．２ノズルヘツドと２次酸素ノズ
ル間の距離：１．５００＋ｓ■ 第９図からも明らかな様にＣＯの２次燃焼効率を高める
為には［２次酸素／１次酸素］の流量比を１５％以上、
より好ましくは２０％以上にする必要がある。

次に第１０図は、［２次酸素／１次酸素］流量比を２０
％に設定し、２次酸素の流速を種々変えた他は前記と同
様にして炉内のＣＯ２上昇率を調べた結果をグラフ化し
たものである。

第１０図の結果からみると２次酸素の流速が高くなるほ
どＣ０ｚｈ昇率は明らかに低下しており、ＣＯ燃焼効率
を高める為にはその流速をマツハ１．５以下、より好ま
しくは１．２５以下に抑えるべきであることが分かる。

但し該流速が低くなりすぎると燃焼が促進しても、その
燃焼熱が有効に湯面に伝わらず排ガス温度のみ上昇させ
る結果となるので、当該流速の下限はマツハ０．５と定
めた。

また前記第７図でも説明した様に、２次酸素によって形
成される火炎の位置は２次酸素ノズルの口径及び２次酸
素の流速によって変わってくるが、最も標準的な転炉吹
錬条件（下記の通り）のもとで、ランスヘッドと２次酸
素ノズル開口端の間の距、１　（Ｌ）を変えた場合のＣ
Ｏ燃焼効率（Ｃ○２上昇率）の関係を調へたところ、第
１１図に示す結果が得られた。

（実験条件） ランス先端と湯面の間の距ｆ１１　＋　２，２００ｍ腸
１次（吹？り酸素ノズル径（１））＋４４重量２次酸素
ノズル径　　　　　：２０ｍ鳳同　　傾斜角度（０）　
　　：３０度 ２次酸素流速（マツハ）　　　　：１．２（２次酸素／
１次酸素）　　　：２０％第１１図からも明らかである
様に、２次酸素ノズルと湯面の間の距離には好適範囲が
あり、この範囲を外れた場合は満足し得るＣＯ反応率を
得ることができず、該好適範囲は１５０Ｄ〜２５０Ｄ（
より好ましくは１８０Ｄ〜２４０Ｄの範囲）と考えられ
る。

以上の結果より、最良の吹錬条件として（２次酸素／１
次酸素）流量比：２０％、ランス高さ：２．２００層層
、２次酸素流速：マッハ１．２．２次酸素ノズルとラン
スヘッドの間の距＠：ｌ、５００ｍｍを夫々設定し、多
数の実験を行ない、ＣＯの２次燃焼率及び溶鋼の昇熱度
について従来法と比較したところ、第１２図に示す如く
であり、末完Ｉ９１によれば２次燃焼率を約１０％、溶
鋼昇熱度をスクラップ比にして約４％夫々向上し得るこ
とが確認された。

第１３図は２次酸素独立制御型ノズルを用いた２次吹込
みパターンの一例を示したもので、ＣＯガス発生率の最
も高い時期（吹錬開始後２〜１４分）においては２次酸
素の供給量を増大し、溶鋼昇熱効果の向」−を図ってい
る。尚本例では予備脱Ｐ及び予備脱Ｓを行なっていない
溶銑を吹錬対象とする例を示したが、脱Ｐ・脱Ｓ済みの
溶銑を使用する場合は、脱Ｐ・脱Ｓ期がなく直ちに脱Ｃ
に入るので２次酪素流量を高める時期を若干早める方が
好ましい。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているが、要は２次酸素供
給ノズルと湯面の間の距離、２次酸素の供給量及び流速
を夫々特定することによって、２次酸素によるＣＯの燃
焼効率及びその燃焼に件なう溶鋼の昇熱効率を最大限に
高めることができ、スクラ・ンプ比の増大成は吹止め温
度の上昇といった刹益を享受し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明で使用するランスを例示するもので
、第１図は先端部の概略縦断面図、第２図は底面図、第
３図は吹錬状況を示す説明図、第４図は予備実験で用い
た試験炉を示す概略縦断面図、第５図は２次酸素の流速
及び（２次酸素／１次酸素）流量比がｃｏの燃焼性に及
ぼす影響を示すグラフ第６図はＣＯの２次燃焼時に生ず
る火炎のモデル図、第７図は２次燃焼時の火炎に及ぼす
２次酸素流速及び２次酸素ノズル−湯面間距離の関係を
示すグラフ、第８図は２次酸素ノズル開口端からの距離
と火炎温度の関係を示すグラフ、第９図は（２次酸素／
１次酸素）流量比が炉内ＣＯ２上昇率（ＣＯ反応率）に
及ぼす影響を示すグラフ、第１０図は２時酸素の流速が
同じくＣＯ２１昇率に及ぼす影響を示すグラフ、第１１
図は、ランス−２次酸素ノズル間距離（及びランスヘッ
ド−２次酸素ノズル間距離）が００２上昇率に及ぼす影
響を示すグラフ、第１２図は２次燃焼効率と溶鋼昇熱度
（スクラップ比）につき従来例と本発明法を対比して示
すグラフ、第１３図は本発明を実施する際における２時
酸素の供給パターンを例示する説明図である。 ｌ・・・ランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 転炉吹錬を行なうに当たり、吹錬用主ランスの側壁に設
   けられた少なくとも１つの２次燃焼用酸素供給ノズルか
   ら湯面に向けて２次燃焼用酸素を吹付け、転炉排ガスを
   燃焼させて溶鋼温度を上昇させる方法において、前記２
   次燃焼用酸素供給ノズルの開口部と湯面間の距離が該ノ
   ズル径の１５０〜２５０倍となる様に設定し、主ランス
   先端からの吹付け酸素量に対して１５％以上の２次燃焼
   用酸素をマッハ０．５〜１．５の速度で吹付けることを
   特徴とする転炉における溶鋼昇熱方法。