JPS6311405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、融成物から生じる反応ガスを後燃え
させるために、金属特に鉄融成物上に酸素そしく
は酸素含有ガスを上吹する、複数のノズル開孔を
備えた水冷ランスに関する。

後燃えを行なわせる際の融成物は、例えば、製
鋼用酸素転炉で銑鉄を精錬する際の鉄浴が炭素含
有鉄浴が好ましい。今日における酸素吹転炉の操
業は、特にGmelin―Durerの“Metallugy of
lron”、第７巻、Springer―Verlag1984に叙述さ
れているように、益々複合吹錬が多くなつてい
る。複合吹錬法は、熱バランスを改善して、スク
ラツプ、固体銑鉄、直接還元材料、鉄―、マンガ
ン―、およびクロム―鉱石などの冷剤使用量を高
める、経済的に有意義な方法である。銑鉄の例を
とると、精錬の際に炭素、ケイ素、リンおよびマ
ンガンなどの鉄の随伴元素を酸化しまた鉄を部分
的にスラグ化することが遊離熱エネルギの主源と
なつているが、二三の方法では石炭もしくはコー
クスなどの含炭素燃料を融成物に供給して、炭素
の燃焼によつて入熱を高めている。鉄浴中では炭
素をCOにしか燃焼できないと、１トンのスクラ
ツプを溶融するためには、約400Kgのコークスを
供給しなければならない。融成物から出る反応ガ
スCOおよびH₂を浴上方でCO₂およびH₂Oに後燃
えさせまた後燃えの際解放される熱を融成物に伝
達させることによつて、燃料必要を著しく削減す
ることができる。反応ガスの40％を後燃えさせま
た燃焼熱を融成物にもどす伝達を積極的に行なえ
ば、上記炭素量はスクラツプトン当り約400Kgか
ら約160Kgに削減される。さらに、これに対応し
て酸素心要量および吹込み時間も削減される。で
きるだけ完全に後燃えを行なうことの経済的意味
を銑鉄―鋼精錬の際熱バランスおよびこれにより
生ずる冷材もしくはスクラツプ量増加の面から強
調して説明すると以上のようになる。

転炉および電弧炉などにおける廃ガスの後燃え
を改善するために、一連の提案がなされている。
ドイツ出願公告明細書2755165号により公知とな
る、製鋼におけるスクラツプ添加量増加法が記載
する特徴は、浴表面上下から酸素を同時に供給
し、また全酸素量の20ないし80％を浴表面に向け
られた上方から１条もしくは複数条のガス流とし
て供給し、このガス流を精錬プロセスの実質的部
分についてフリージエツトとして室内に吹込むよ
うにし、そして著しい量の転炉廃ガスをフリージ
エツト中に吸い込む。

転炉の耐火内張りに固定的に組込まれたノズル
が早期に焼損しないように酸素を炭化水素外被で
囲んで保護し、かかる側壁ノズルを用いて浴表面
に酸素を吹込むのは好ましい方法である。簡単な
形態では同心二重管よりなる側壁ノズルを用いる
と後燃え度および後燃えガスから融成物への熱伝
達の向上は平均で実質20％を越えない。さらに、
浴温が高くかつ炭素含有量が低い場合に、内張り
の摩滅を避けるためによりハードブローにし、し
かも、特に、融成物下方で極く少量のガスを供給
して浴の運動を良好にする。この場合には、ノズ
ル開口と浴表面の間隔を変えることが有利である
ことは分かつてはいるが、上記側壁ノズルではノ
ズル開口の浴表面の間隔が可変ではない。

Stahl und Eisen1957、第1296ないし1303頁に
よると、酸素上吹の際にランス間隔を大きくして
後燃えを改良する実験を、270t複合吹錬転炉で独
自に行なつたところ、４孔上吹ランス間隔を2m
から4mに増大させることによつて後燃え度が向
上した。全酸素量に対して酸素上吹率70％および
ランス間隔4mの複合吹錬を行なつた際、時折粉
末石灰を装入した酸素供給することによつて吹錬
挙動が十分に訟御可能となつたけれども、後燃え
度は８％から13％に高めることができたにすぎな
かつた。

ドイツ出願公開明細書3134244号には、後燃え
度を高めるための特別の２重円式ランスを用いる
酸素上吹と同時に底吹煉瓦からの不活性ガス染滌
を行なうことが記載されている。このランスに
は、脱炭のための酸素を供給するために主ノズル
が少なくとも１個、好ましくは４個、ランスヘツ
ドに備えられ、そして後燃え用酸素を供給するた
めの同数の副ノズルがランスヘツドに備えられて
いる。主ノズルはランス軸に対して14゜ないし17゜
の傾角を以つて伸びており、また副ノズルは近接
する主ノズルに対して30゜ないし50゜の傾角を以つ
て伸びている。このランス構造はランスヘツドと
融成物の間の距離が比較的短かいことを必要とす
る。なぜならば、そうでないと、副ノズルからの
酸素流が直接転炉の煉瓦積みに当りそして早期内
張り摩滅を招くからである。しかしながらランス
間隔が小さいと、必然的に、浴から流出する反応
ガスの後燃え度が融成物挙動により強く影響さ
れ、また多少とも強いフオーミングスラグ形成に
より特に強く影響される。フオーミングスラグが
形成されると、酸素流への反応ガスの吸込みに重
要な横断流が作られない。このために後燃えによ
る入熱のバランスが困難になるとともにプロセス
を導く欠点にもなる。さらに、ランス間隔が小さ
いと、ランスへの付着物形成が著しくなる結果ラ
ンス寿命が短くなる。

本発明が基礎とする課題は、比較的簡単なラン
ス構造で公知のランスの欠点を避け、金属浴から
出る反応ガスの燃焼を向上しかつ最適化する作用
を有し、また発生する燃焼熱を融成物に効率的に
伝達する酸素もしくは酸素含有ガスの上吹ランス
を提供することによつて、精錬の際利用可能な入
熱を高め、かつ冷材添加物の溶解可能量をより多
くし、しかも耐火内張、ランス自体および廃ガス
煙突を著しく高温の廃ガスによつて損傷しないよ
うにすることにある。

上記課題は、酸素供給部に接続した複数のノズ
ル片のそれぞれに、少なくとも２つの同心円状に
位置するように設けられた複数の流出開孔のそれ
ぞれによつてランスヘツド内に単独流を分布せし
めることにより解決される。

本発明の本質的特徴は、ランスヘツドの複数の
ノズル開孔によつて酸素性ガスを相互に分離され
た個別流として融成物上に吹付ける吹付方式にお
いて、個別流がその吹付路すなわち吹入れガス量
より数倍もの、できるだけ多くのガス量をその周
りから吸込むようにすることである。なお、ここ
で、通常の酸素吹込みランスの基本的寸法は積極
的に維持するものとする条件は、驚くべきことに
は、通常の単円吹込ランスに本発明のランスヘツ
ドを配置しても充足された。

本発明によると、２ないし５、好ましくは３つ
ノズル開孔からなる群が共通のノズル片を経て酸
素供給部に接続されている。このようなランスヘ
ツドの特別の構造によると、ノズル開孔の数を多
くするとともに、循環水により十分な冷却をする
ことが同時に可能になるために寿命が延長され
る。さらに本発明では酸素上吹転炉の現存のラン
スに簡単な手法で本発明のランスヘツドを付け変
えることができる。ランスの直径は通常のものに
維持されるために、ランスの冷却に起因する熱損
失は通常の程度に留まる。

本発明によるランスでは酸化性ガス用流出孔は
２個またはそれ以上の同心円上に群として、ノズ
ル群間の間隔はほぼ等しくして、ランスヘツドに
配置される。一つの円上での開孔の個数は通常中
心から外側に向つて見て、すなわち円の直径が大
きくなるにしたがつて増加する。好ましいランス
すなわちそのヘツドの構成は、ランス長軸に対し
て流出開孔の軸が傾いて伸びるようにし、また
個々の流れは、ランス長軸を横切る平面内でラン
ス長軸からの距離Lhに位置し、内径Diおよび外
径Daの環状平面の内側に位置し、また下記条件
を満足する。

Di：Lh＝0.15ないし0.6 Da：Lh＝0.6ないし1.2 本発明によるノズルを用いると、前記条件下で
融成物から出る反応ガスの後燃えが最適になるこ
とに相まつて、発生した燃焼熱の浴への伝達や有
効になる。270t転炉を例にとると浴表面からのラ
ンス間隔は2mないし5mで変化する。新しく内張
りした転炉の内径は6.2mであり、またガス流を
流出する円環状流出領域は、ランス距離に関連し
てDi＝0.5mないし1.2m、Da＝1.7mないし4.5mで
変化する。

本発明による吹込みランスは18個のノズル開孔
を有し、そのうち12個は約26cmの外径を有する外
側環上に位置しまた６個は約19cmの直径を有する
内側環上に位置していた。

毎分および溶鋼トン当り2.6Nm³の率で上吹を
行なうと同時に毎分および溶鋼トン当り約1Nm³
の酸素を、時折石灰を負荷しながら底吹した。こ
の操業方式で約80％の熱伝達の場合約40％の後燃
え率が達成された。

ここで、熱伝達の作用度は、COおよびH₂が
CO₂およびH₂Oへ燃焼する際の理論的燃焼熱から
転炉廃ガス比熱が高まることにより不可避的に生
じる熱損失を差引いた熱量と、融成物への入熱と
の比較と定義される。例えば、0.8％ケイ素を含
むチヤージでは、従来のランスを用いる精錬と比
較して溶鋼トン当り110Kgを越えるスクラツプ添
加量増大が達成される。溶鋼の炭素含有量が0.05
％の場合、スラグの鉄含有量は11％と比較的低か
つた。主脱炭期間内の供給酸素量に依存して炭素
は一様に燃焼した。温度適中確実性および後燃え
の再現性は極めて信頼できるものであつたため、
サブランス（温度測定および炭素決定）での検定
後試料採取を行なわないで直接接出鋼することが
できた。

本発明によるランスでは酸素もしくは例えば空
気などの酸素含有ガスはランスの流出孔もしくは
ノズルから音速で流出する。しかし本発明のラン
スの意味には、ランスヘツドから酸化性ガス音速
の２倍までの速度で流出させるべくすべてのノズ
ルもしくは各２個のうち１個のノズルをラバルノ
ズルとして構成したものも含まれる。

本発明によれば、ランスヘツドの開孔直径はラ
ンスヘツドと浴表面間の距離Lhに対して一定の
関係にある。開孔直径のランス距離Lhに対して
の関係は0.003ないし0.01であることが好ましい
ことが分かつた。

本発明によれば、ランスヘツドにある複数開孔
の軸の傾角を様々に変えることによつて、個々の
流れが浴表面に至る途中における流れの間隔の大
きさを変えることができ、またガス流相互間の間
隔を変えるばかりでなく、ガス流を接触させるか
交差させて反応室内の廃ガスの渦流作用が追加し
て起こるようにして後燃えを活発にしかつ向上さ
せることもできる。

本発明によるランスに運動を行わせると後燃え
の最適化のため有利である。ランスを例えば±
0.15mないし±1.5m昇降させる比較的簡単な振動
でさえも後燃え度および融成物に熱をもどす伝達
に好影響を与える。浴表面に対するランス間隔を
比較的大きくしつつランスを一様に回転すると昇
降よりも一層効果が大きい。両方の運動の組合わ
せも有利である。ランスを回転運動させるには媒
体供給用ランス入口に多重回転接合部があること
が当然前提となる。ランスを適度に回転すること
自体は摩擦ロールをランスの煙突入口の上方に配
設することによれば、可能になる。このランス運
動によつてチヤージ当りの平均後燃え度を５ない
し10パーセント点高めることができる。

ランスヘツドの中心領域に１個以上のノズル開
孔を配置し、独立の導管を介して場合によつては
独立の導管と中間部材を介して石灰、鉱石および
特に炭素含有燃料を上吹することも本発明の範囲
内である。これらのノズルから例えば石灰および
コークスなどの摩砕材料を浴上に吹込んで融成物
への入熱をさらに高めることが好ましい。本発明
によるランスは発生反応熱の後燃えを改善するか
ら、供給燃料の熱工学的作用度も向上される。燃
料に例えば鉱石、石灰および石灰石などの摩砕冷
材を混合随伴させると、これらは融成物上方のガ
ス室内で既に加熱されているから、燃料作用度向
上の支援となる。燃料上吹あるいは燃料―鉱石混
合物等の混合物の上吹がないときでも、特に、浴
面からの吹込みランスの距離を大きくすれば、冷
えた固体粒子は非常に高温の後燃え流に導入され
るから上記混合物の加熱は可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を参照として詳し
く説明する。

図示された本発明に係るランスは、３本の同心
管１，２，３を、例えば型鍛造高純度銅よりなる
ランスヘツド４に溶接してなる。内径250mmの内
管１から酸素はランスヘツド４に流れる。外管３
の外径は410mmであり、中間管２の外径は340mmで
ある。管１と２の間の環状空間には冷却用冷却水
がランスヘツドに向かつて流れ、また管２と３の
間環状空間からもどされる。

ランスヘツド４は６個の管状ノズル片５を有し
ており、その流出開孔６は管外殻表面から外に通
じる３個の流路状となつているので、酸素の流れ
は酸素管１からノズル片５を経て流出開孔６に至
り、そして酸素はノズルヘツド４から多数の個々
の流れ状となつて流出する。

ノズル片５はランスの長軸７に対して傾いて配
置されている。傾き角度８は転炉形状と大きさに
依存し10゜ないし25゜であるが、本実施例では20゜で
ある。

ノズル片５の流出開孔６の軸の傾角９，１０は
異なつているが、傾角１０は傾角８と一致してい
る。流出開孔６からのガス流―衝突面２０が円環
状平面２１内にあり、その外径Ｄの２３が浴表面
２４に近似する場合に、上記のように傾角を一
致・不一致させる方法は好ましい。円環状領域２
１の内径２２近傍で浴表面２４に当たるガス流を
流出させる流出開孔６の傾角９は、外側流出開孔
６の傾角１０よりも約10゜小さく、約5゜ないし20゜
である。

ノズル片５はそれぞれ３個の流出開孔を有する
が、第１図の断面図では一つの流出開孔の全体
と、第２の流出開孔の一部とが示されているが、
第３のものは示されていない。既に述べたよう
に、傾角９を有する流出開孔のガス流は円環状領
域２４の内径２２近傍で浴表面２４に衝突する。
これらガス流の衝突面６個は相互間の間隔がほぼ
等しく、衝突面は直径２５の円を画く。傾角１０
を有する流出開孔６と図示されていない別の流出
開孔からのガス流は円環状表面２１の外径近傍で
浴表面２４と接する。これらの流出開孔双方相互
の傾角はランス長軸に対して5゜と20゜の間である。
ランスヘツド４は全体としてそれぞれ３個の流出
開孔６を有する６個のノズル片５を駆使する。浴
表面２４上に吹付けられるガス流は相互に別れて
おり、またその衝突平面２０は直径２５，２６を
それぞれ有する２つの円内にあり、かつ相互の間
隔はほぼ一定である。ここで、形状がほぼ円形の
衝突平面２０の周縁は中弧状領域２１の直径２２
に接し、同様に衝突平面２０の周縁は円弧状領域
２１の直径２３にも接する。

本発明によるランスの製鋼における優位性は絶
大なものがあり、また融成物から出る反応ガスの
後燃え度に関しまた燃焼に対応する熱を浴に伝達
することに関し驚くべき良好な結果が本発明のラ
ンスによりもたらされる。４孔吹錬ランスなどの
従来のランス構造に比較して本発明によるランス
での後燃え度は約３倍、すなわち約13％から約40
％に、なるという驚くべき効果が得られる。80％
を越える有効度を有する燃焼熱の伝達も非常に高
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるランスヘツドの断面図、
第２図は、一定のランス高さで吹錬を行なう際の
ガス流の衝突領域での仮想静止浴面図である。 １，２，３…同心管、４…ランスヘツド、５…
ノズル片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 融成物から生じる反応ガスを後燃えさせそし
   て燃焼熱を浴に伝達するために、金属特に鉄融成
   物上に酸素もしくは酸素含有ガスを上吹するため
   に複数のノズル開孔を備えた水冷ランスにおい
   て、 酸素供給部１に接続した複数のノズル片５のそ
   れぞれに、少なくとも２つの円心円状に位置する
   ように設けられた複数の流出開孔６のそれぞれに
   よつてランスヘツド４内に単独流を分布せしめる
   ことを特徴とする水冷ランス。 ２ ランス長軸７に対して流出開孔６の軸が傾い
   て伸びるようにし、また個々の流れを内側に位置
   せしめる環状面２１の内径Diおよび外径Daは、
   下記条件： Di：Lh＝0.15ないし0.6 Da：Lh＝0.6ないし1.2 但し、Lhはランス距離を満足する、ように構
   成し、ランス長軸を横断する面を環状面２１とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   水冷ランス。 ３ 流出開孔直径のランス距離Lhに対しての関
   係が0.003ないし0.01である特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の水冷ランス。 ４ ノズル片５のそれぞれが３個の流出開孔６を
   有し、それぞれのノズル片からの１条の流れの中
   心点が内側円に位置し、他の２条の流れの中心点
   が外側同心円に位置する特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれか１項に記載の水冷ラン
   ス。 ５ 流出開孔６の軸のランス長軸７に対する傾角
   ８，９，１０が様々であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項
   に記載の水冷ランス。 ６ 流出開孔６の傾角８，９，１０が一つのノズ
   ル片５において様々であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項
   に記載の水冷ランス。 ７ それぞれのノズル片５の流出開孔５が２個な
   いし５個であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第６項までのいずれか１項に記載の水
   冷ランス。 ８ 少なくとも１個の流出開孔を固体粉供給源に
   接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第７項までのいずれか１項に記載の水冷ラン
   ス。 ９ 回転および／または昇降駆動源を有する特許
   請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項
   に記載の水冷ランス。