(57)【要約】【課題】転炉内における二次燃焼を促進して、溶銑への熱付与や地金溶解を促進可能とする副孔の配置がなされた転炉ランスを提供する。【解決手段】本発明の転炉ランス１は、転炉容器内に上方から挿入され、且つ先端には溶銑の吹錬処理のための気体酸素を噴射する主孔５が形成され、周壁部には転炉２内の二次燃焼を促進させるための気体酸素を噴射する副孔７が形成されている転炉ランス１に関して、副孔７は、偶数個で且つ当該転炉ランス１の先端部から所定の高さで周方向に沿って均等に下方を向くように傾斜して配設され、偶数個の副孔７の半数に関しては垂下線からの角度θ１で傾斜していて、偶数個の副孔７の他の半数に関しては垂下線からの角度θ２で傾斜しており、θ１＞θ２とされている。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉容器内に上方から挿入され、且つ先端には溶銑の吹錬処理のための気体酸素を噴射する主孔が形成され、周側壁には転炉内の二次燃焼を促進させるための気体酸素を噴射する複数個の副孔が形成されている転炉ランスに関して、
前記副孔は、前記転炉ランスの先端部から所定の高さで周方向に沿って均等に下方を向くように傾斜して配設され、
前記複数個の副孔の半数に関しては垂下線からの角度θ１で傾斜していて、前記複数個の副孔の他の半数に関しては垂下線からの角度θ２で傾斜しており、θ１＞θ２とされている
ことを特徴とする転炉ランス。
【請求項２】
前記副孔は偶数個設けられており、前記偶数個の副孔の半数に関しては垂下線からの角度θ１で傾斜していて、前記偶数個の副孔の他の半数に関しては垂下線からの角度θ２で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の転炉ランス。
【請求項３】
角度θ１で傾斜する前記副孔と、角度θ２で傾斜する前記副孔とは、周方向に沿って交互に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の転炉ランス。
【請求項４】
前記副孔における角度差Δθ＝θ１−θ２に関し、Δθ≧１０°とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転炉ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉での脱炭吹錬に使用する転炉ランスであって、特に、転炉内における二次燃焼を促進させることが可能な転炉ランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所においては、高炉から出銑された溶銑を転炉容器に装入し、上方からの酸素ジェットを吹き付けることで脱炭処理を進めて、溶銑を溶鋼に精錬することが一般的に行われている。
なお、従来の転炉では、脱炭と同時に脱珪/脱燐処理を実施していたが、近年では、コストダウン/品質要求厳格化への対応のため、転炉での脱炭処理の前に、脱りん処理を実施し、転炉では脱炭に特化している場合が多い。
【０００３】
転炉を用いた吹錬時に、当該転炉内では主に２つの燃焼反応が生じている。一つの反応は、ランスから吹き込まれた酸素が溶銑表面において溶銑内の炭素と反応する一次燃焼（[C]+1/2O2=CO)である。もう一つは、一次燃焼により生じたCOが、転炉の上部であって転炉ランスの近傍でO2と反応する二次燃焼（CO+1/2O2=CO2)である。
転炉吹錬時における二次燃焼は、溶銑に対する着熱、炭材原単位の減少、転炉内の地金溶解などの利点があり、二次燃焼を適切に行うと吹錬効率を上げることが可能となる。
【０００４】
転炉における二次燃焼を促進させる技術は、特許文献１、２などに開示されている。
特許文献１は、溶銑の予備処理時に予備処理と同時に処理炉内に付着堆積した地金を除去するランスであって、ランスの先端に、精錬用のラバール主ノズルと二次燃焼促進用のストレート副ノズルを交互に配置すると共に、先端より所定の間隔を存した上方位置側面に、水平を基準として−４５°〜＋７０°の角度を付けて直径が１〜１５ｍｍの補助ノズルを設けたランスに関する技術を開示する。
【０００５】
特許文献２は、上吹きランスの先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の精錬用主孔ノズルが配置され、且つ、上吹きランスの先端から間隔を隔てた上方位置の上吹きランス側面に水平方向または斜め下向き方向の副孔ノズルが配置された上吹きランスを使用し、前記精錬用主孔ノズル及び前記副孔ノズルから転炉型精錬炉内に酸素ガスを供給するとともに、転炉型精錬炉の炉底部に設置された底吹き羽口から攪拌用ガスを溶銑に吹き込んで転炉型精錬炉に収容された溶銑を酸化精錬する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３２９７７９７号公報
【特許文献２】特許５９１５５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１、２においては、転炉ランスの先端に設けられた主孔から吹錬用の酸素を供給すると共に、転炉ランスの中途部側壁に設けられた副孔から二次燃焼用の酸素を供給することにより、転炉内における二次燃焼を促進して、溶銑への熱付与、地金溶解をする技術を開示するものとなっている。
しかしながら、転炉ランスにおける副孔の位置や配置が適切でない場合、二次燃焼と着熱が促進されないという問題がある。この問題に対して、特許文献１、２とも、解決策の開示はなく、二次燃焼用の酸素を供給する副孔の位置を最適なものとするための技術の開示はなされていない。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、転炉内における二次燃焼を促進して、溶銑への熱付与や地金溶解を促進可能とする副孔の配置がなされた、言い換えれば、二次燃焼用の酸素の効果的な供給を可能とする転炉ランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の転炉ランスは以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の転炉ランスは、転炉容器内に上方から挿入され、且つ先端には溶銑の吹錬処理のための気体酸素を噴射する主孔が形成され、周側壁には転炉内の二次燃焼を促進させるための気体酸素を噴射する複数個の副孔が形成されている転炉ランスに関して、前記副孔は、前記転炉ランスの先端部から所定の高さで周方向に沿って均等に下方を向くように傾斜して配設され、前記複数個の副孔の半数に関しては垂下線からの角度θ１で傾斜していて、前記複数個の副孔の他の半数に関しては垂下線からの角度θ２で傾斜しており、θ１＞θ２とされていることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記副孔は偶数個設けられており、前記偶数個の副孔の半数に関しては垂下線からの角度θ１で傾斜していて、前記偶数個の副孔の他の半数に関しては垂下線からの角度θ２で傾斜しているとよい。
好ましくは、角度θ１で傾斜する前記副孔と、角度θ２で傾斜する前記副孔とは、周方向に沿って交互に配設されているとよい。
【００１１】
好ましくは、前記副孔における角度差Δθ＝θ１−θ２に関し、Δθ≧１０°とされているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の転炉ランスによれば、二次燃焼を効率良く行えるように酸素の供給がなされるため、転炉内における二次燃焼を促進し溶銑への熱付与や地金溶解を促進させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の転炉ランスが設けられた転炉を示した図である。
【図２】本実施形態の転炉ランスの拡大して示した図である。
【図３Ａ】従来の転炉ランスから供給される酸素の状態を模式的に示した図である。
【図３Ｂ】本実施形態の転炉ランスから供給される酸素の状態を模式的に示した図である（正面図及び側面図）。
【図４】本実施形態の転炉ランスにおける、副孔の角度差Δθと二次燃焼効率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の転炉ランス１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本実施形態の転炉ランス１が設けられた転炉２を模式的に示したものである。
図１に示すように、転炉２は、予めスクラップ、冷銑等の冷鉄源が装入された上底吹きの転炉容器に、脱りん工程で脱りんが行われた溶銑を流し込み、次に溶銑に対してＣａＯなどの副原料を投入し、転炉２の炉口から転炉ランス１を挿入してその先端に形成された酸素吹き込み用の孔（主孔５）から気体酸素を溶銑に吹き付け、それと同時に炉底に設けられた羽口３から窒素やアルゴンなどのガスを吹き込み溶銑を攪拌しつつ吹錬（脱炭精錬）を行うものとなっている。
【００１５】
図２に示すように、転炉ランス１は、上下方向に延びる長尺管状の部材であり、内部を長手方向に上端から下端に向けて貫通する第一酸素流路４（主孔酸素流路）が形成されており、他に図示しないものの冷却水を流通させる冷却流路を備えている。転炉ランス１の先端、言い換えれば、第一酸素流路４の終端には、吹錬のための気体酸素を転炉２内に装入された溶銑の湯面に対して吹き出す吹き出し孔（主孔５）が、複数個形成されている。図２に例示した転炉ランス１では、転炉ランス１の先端を下方側から見た場合で、転炉ランス１の長手方向を向く中心軸心回りに等間隔をあけて主孔５が全部で６個配備されるものとなっている。主孔５の形状は図例では円形とされているが、他の形状（例えば楕円形状）であってもよい。
【００１６】
さらに、転炉ランス１においては、第一酸素流路４の内部であって、第一酸素流路４の周側壁に第二酸素流路６が形成されている。すなわち、酸素ランス１の中心部に二重筒構造で流路が形成されており、中心部が第一酸素流路４とされ、周側壁が第二酸素流路６とされている。
第二酸素流路６は、長手方向に上端から酸素ランス１の中途部に向けて貫通しており、第二酸素流路６の先端部からは、酸素ランス１の側壁（周側壁）を貫通する副孔７が形成されている。図２の例であれば、副孔７は、転炉ランス１の長手方向を向く中心軸心回りに全部で６個の主孔５が等間隔で配備されるものとなっている。副孔７は、水平方向に対して平行乃至は下方を向くように形成されており、下方を向く角度θ（転炉ランス１の長手方向（垂下方向）を向く中心軸と、副孔７の中心軸との成す角度θ）が３０°〜９０°とされている。
【００１７】
副孔７の形状は図例では円形とされているが、他の形状（例えば楕円形状）であってもよい。副孔７の形成位置（上下方向位置）は、主孔５からおおよそ０．８ｍ以上とすることが好ましい。
この副孔７からは、転炉２内における二次燃焼を促進させるための気体酸素が吐出するものとなっている。
【００１８】
さて、図３Ａに示すように、従来の転炉ランス１であれば、二次燃焼を促進させるための気体酸素が噴出する角度θはすべて副孔７で同じものとされていた。
しかしながら、本発明の副孔７では、複数（偶数個）設けられた副孔７のうち、その半数の副孔７Ａの傾斜角度が角度θ１とされ、残り半数の副孔７Ｂの傾斜角度が角度θ２とされており、さらには、θ１＞θ２となっている。なお、θ１、θ２  は、転炉ランス１の長手方向（垂下方向）を向く中心軸と、副孔７の中心軸とのなす角度である。
【００１９】
そのため、角度θ１とされた副孔７Ａからは二次燃焼に供される気体酸素が噴出角θ１で噴出し、角度θ２とされた副孔７Ｂからは二次燃焼に供される気体酸素が噴出角θ２で噴出することになる。
ところで、副孔７が奇数個の場合（例えば５個）、設けられた５個の副孔７のうち、３個の副孔７Ａの傾斜角度が角度θ１とされ、残り２個の副孔７Ｂの傾斜角度が角度θ２とされてもよく、２個の副孔７Ａの傾斜角度が角度θ１とされ、残り３個の副孔７Ｂの傾斜角度が角度θ２とされてもよい。
【００２０】
図２及び図３Ｂに示す本実施形態の転炉ランス１の場合、６個の副孔７が転炉ランス１の側壁に沿って周方向に均等に配設されていて、転炉ランス１を上方から見た場合（図２の上側の図）で、時計の針の位置１時、５時、９時に位置する副孔７Ａが角度θ１とされ、時計の針の位置３時、７時、１１時に位置する副孔７Ｂが角度θ２とされている。つまり、角度θ１の副孔７Ａと角度θ２の副孔７Ｂとは、ランス１の周方向に交互に配置されている。
【００２１】
このように副孔７を配置することで、図３Ｂに示すように、副孔７の回りの広い領域に亘って、二次燃焼用の気体酸素が噴射されることとなり、二次燃焼を促進することができる。言い換えれば、複数の副孔７の吹込角度に差をつけて吐出することにより、各副孔７の前に形成される二次燃焼の領域（二次燃焼帯）の重なりを防ぎ、従来よりも二次燃焼を促進することが可能となる。
【実施例】
【００２２】
上述した本発明の転炉ランス１の効果を、実験例（実施例及び比較例）を用いて詳しく説明する。
以下に示す実験は、コンピュータシミュレーションにより行っている。シミュレーションに用いたソフトは、ANSYS社製のFluent（登録商標）であって、シミュレーション時の条件は、以下の通りである。
【００２３】
・転炉２の形状、大きさ：２５０ｔ転炉型精錬容器
・転炉ランス１の先端の溶鋼面からの高さ：３．５ｍ
・転炉ランス１の直径：０．３６ｍ
・主孔５の数、直径：６個、φ４２ｍｍ、円形を周方向に均等配置
・副孔７の数、直径：６個、φ１６ｍｍ、円形を周方向に均等配置
・副孔７の角度：θ１＝３０°〜９０°、θ２＝３０°
・二次燃焼効率の求め方：以下に示す文献１、２に準拠
（文献１）古賀ら，日本機械学会論文集（Ｂ編），７２，２７９８（２００６）
（文献2）加藤嘉英ら：鉄と鋼，７５（３），４７８（１９８９）
表１は、上記の実験条件下で、副孔７の角度を変化させて、二次燃焼の状況がどのように変化したかを示した表である。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１の実施例１〜４からわかるように、副孔７の数の半分の角度がθ１＝３０°〜９０°であって、副孔７の数の他の半分の角度がθ２＝５０°のように、副孔７の半分の角度θ２を他の半分の角度θ１よりも小さくする（より下向きに吐出する）ことにより、副孔７の回りの広い領域に亘って、二次燃焼用の気体酸素を噴射することができるようになり、転炉２内における二次燃焼を確実に促進することが可能となる。
【００２６】
加えて、図４のグラフから明らかなように、副孔７の角度に関し、その差（角度差Δθ＝θ１ーθ２）と二次燃焼効率との関係を調べた場合、Δθ＝０°の際は、二次燃焼効率が約７％であるのに対して、Δθ≧１０°の際（１０°以上の差をつける）は、二次燃焼効率が約２５％以上となるため、Δθ≧１０°とすることで、確実に転炉２内における二次燃焼を促進することができる。
【００２７】
以上、本発明の転炉ランス１に関して、副孔７が複数個且つ偶数個で、当該転炉ランス１の先端部から所定の高さで周方向に沿って均等で、下方を向くように傾斜して配設され、複数の副孔７の中の半分に関しては角度θ１で傾斜していて、複数の副孔７の中の他の半分に関しては角度θ２で傾斜しており、θ１＞θ２とされていることで、転炉２内の二次燃焼を効率良く行えるように酸素の供給がなされるため、転炉２内における二次燃焼を促進し溶銑への熱付与や地金溶解を促進させることが可能となる。
【００２８】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００２９】
１  転炉ランス
２  転炉
３  羽口
４  第一酸素流路
５  主孔
６  第二酸素流路
７  副孔
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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