(57)【要約】【課題】転炉の炉口からのガスの回収を行いつつ副原料を投入して精錬処理を行うに際し、副原料を簡単に溶湯に到達させることができるようにする。【解決手段】転炉１の炉口２側からガスの回収を行っている状態で、転炉１内の溶湯に炉口２を介して副原料Ｍを投入する溶湯の精錬処理であって、転炉１の炉口２におけるガス通過速度Ｖgが副原料Ｍの終末速度よりも小さくなるようにする。副原料Ｍは石灰を含有するものであっても、ダストであってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉の炉口からガスの回収を行っている状態で、前記転炉内の溶湯に炉口を介して副原料を投入する溶湯の精錬処理であって、
前記転炉の炉口におけるガス通過速度が式（１）であることを特徴とする精錬処理方法。
【数６】
2010163645.tif 000009
【請求項２】
前記副原料は石灰を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の精錬処理方法。
【請求項３】
前記副原料はダストであることを特徴とする請求項１に記載の精錬処理方法。
【請求項４】
転炉の上方に設けられた集塵フードと、この集塵フードに連結して転炉の炉口から吸引されたガスを流通させるガス流通路と、このガス流通路又は集塵フードに連結していて副原料が投入される副原料投入部と、前記ガス流通路内に設けられてガス速度を制御するガス速度制御部とを備え、
前記ガス速度制御部は、前記転炉の炉口におけるガス通過速度（Ｖg）が副原料の終末速度（Ｖf）以下になるように、少なくとも式（１）に示されるパラメータ（ＤP、ρP、ρf、ＣR及びｇ）を用いて制御することを特徴とする転炉におけるガス回収装置。
【数７】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉の炉口からのガスの回収を行っている状態で転炉内の溶湯に副原料を投入して溶湯の精錬処理を行う精錬処理方法及びガスの回収を行うガス回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転炉の操業においては、転炉内に溶湯（例えば、溶銑や溶鋼）を装入すると共に、石灰、スクラップ、回収したダストなどの様々な副原料を転炉内の溶湯に投入して精錬を行っている。このような副原料を投入するときには、転炉の炉口からのガスの回収を行っているのが一般的であり、このような状況下で、副原料を投入する方法として、様々な技術が開発されてきている（例えば、特許文献１〜特許文献５）。
特許文献１では、予め回収したダストを乾燥させておき、精錬時には、予め乾燥させたダストを他の冷却材と共にスクラップシュートを介して転炉に投入している。
【０００３】
特許文献２では、ダスト捕集手段とダスト投入手段との間にダストを磁性小片スクラップ又は磁化した小片スクラップに担持させるダスト−小片スクラップ混合槽を設けることによって、精錬時にダストを小片スクラップと合わせて転炉内に投入している。
特許文献３では、生石灰と酸化鉄を各々最大１０ｍｍアンダーとなるように破砕し混合したものを袋詰めにして溶銑予備処理剤として精錬炉内に投入している。
特許文献４では、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を５ｍｍ以下の粒径のものに破砕して、破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を溶湯を転炉に装入する前に投入している。
【０００４】
特許文献５では、予め含有水分が０．１〜０．５％となるように乾燥された平均粒径が２００μｍ以上を有するダストを、該ダスト装入量がその含有水分に応じて調整された条件で転炉に装入して吹錬を開始する一方で前期ダスト装入時における排ガスの風量を空塔速度で０．３ｍ／ｓｅｃにする。
特許文献６では、転炉に生石灰を投入するにあたり、添加フラックスへの配合生石灰として１０ｍｍアンダーサイズのものを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７８１１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１４６３６０号公報
【特許文献３】特開２００３−２６８４３２号公報
【特許文献４】特開２００６−２４１４７８号公報
【特許文献５】特開２００４−１２４１４７号公報
【特許文献６】特開２００３−６４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、ダストを転炉に装入するにあたってスクラップシュートを用いているため、排ガスの影響は受けにくく、ダストを出来るだけ飛散させずに転炉内に投入することが可能であるが、ダストをスクラップシュートに入れるための設備等が必要であり、実際の操業においては実用性が乏しいというのが実情である。また、精錬中にダストを入れることまでは全く考慮されていない。
特許文献２の技術では、ダストを小片スクラップと合わせて転炉内に投入しているため排ガスの影響を受けずに、ダストを出来るだけ飛散させずに転炉内に投入することが可能であるが、磁性体でなければ小片スクラップと合わせて投入することができない上に、磁性スクラップを用意しなければならず、実際の操業においては実用性が乏しいというのが実情である。
【０００７】
特許文献３の技術では、生石灰と酸化鉄を破砕し混合したものを袋詰めにしてから投入しているため、袋詰めの手間が大変であると共に、塊として投入するため生石灰等の溶け残りがし易いというのが実情である。
特許文献４の技術では、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦をスクラップシュートに入れるための設備等が必要であり、実際の操業においては実用性が乏しいというのが実情である。また、精錬中にダストを入れることまでは全く考慮されていない。
特許文献５の技術では、排ガスの空塔速度を規定しているが副原料の中で比重が軽いものや粒径が小さなものは排ガスの影響を受けて飛散してしまう恐れがあった。
【０００８】
特許文献６の技術では、転炉に投入する生石灰のサイズが規定されているものの排ガス等の条件が全く示されておらず、操業条件によっては生石灰が飛散する恐れがあった。
以上、従来の技術では、石灰やダスト等の副原料を転炉に投入する際には、数々の問題があり、未だ開発の余地が残されている。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、転炉の炉口からのガスの回収を行いつつ副原料を投入して精錬処理を行うに際し、副原料を簡単に溶湯に到達させることができる精錬処理方法及びガス回収装置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】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転炉の炉口からガスの回収を行っている状態で、前記転炉内の溶湯に炉口を介して副原料を投入する溶湯の精錬処理であって、前記転炉の炉口におけるガス通過速度が式（１）とする点にある。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
前記副原料は石灰を含有するものであることが好ましい。また、前記副原料はダスト（例えば、精錬時に生成するダスト）であることが好ましい。
本発明の他の技術的手段は、転炉の上方に設けられた集塵フードと、この集塵フードに連結して転炉の炉口から吸引されたガスを流通させるガス流通路と、このガス流通路又は集塵フードに連結していて副原料が投入される副原料投入部と、前記ガス流通路内に設けられてガス速度を調整するガス速度制御部とを備え、前記ガス速度制御部は、前記転炉の炉口におけるガス通過速度（Ｖg）が副原料の終末速度（Ｖf）以下になるように、少なくとも式（１）に示されるパラメータ（ＤP、ρP、ρf、ＣR及びｇ）を用いて制御する点にある。
【００１２】
【数２】
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【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、転炉の炉口からのガスの回収を行いつつ副原料を投入して精錬処理を行うに際し、副原料を簡単に溶湯に到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の転炉の周辺の全体図を示している。
【図２】１粒の副原料Ｍが落下している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の転炉の周辺の全体図を示している。以下の説明において、溶銑や溶鋼のことを総称して溶湯という。
図１に示す転炉１は、上底吹き機能を有するものであって、脱りん処理や脱炭処理等の精錬処理を行うことができるものである。この転炉１は、上方に向かって開口する炉口２を備えている。転炉１には、当該転炉１に装入された溶湯３に対して酸素を吹き込む上吹ランス４が炉口２から挿入自在に設けられている。転炉１の炉壁には炉体の傾動により溶湯３を出鋼できるように出湯口が形成され、転炉１の炉底には溶湯３内へ撹拌用ガスを供給できるように底吹き用の羽口７が形成されている。
【００１６】
また、転炉１の周囲には、ガス回収装置８が設けられている。このガス回収装置８は、転炉１に装入された溶湯３の精錬処理を行う際に、精錬処理時に発生するダストを含むガス（排ガスということがある）を回収するものである。
詳しくは、ガス回収装置８は、集塵フード９と、ガス流通路１０と、副原料投入部１１と、ガス速度制御部１２とを備えている。
集塵フード９は、転炉１の炉口２からの排ガスを回収するものであって当該転炉１の直立時（非傾動時）に炉口２に対向する位置に配置されるものとなっている。ガス流通路１０は、集塵フード９で回収した排ガスを図示省略の回収装置へ送るもので、その一端側が集塵フード９に接続され、他端側が図示しない回収装置に接続されている。
【００１７】
副原料投入部１１は、ガス流通路１０又は集塵フード９を介して副原料Ｍを転炉１内に投入するためのもので、ガス流通路１０又は集塵フード９に連通する副原料供給路１３と、この副原料供給路１３の上端側に設けられたホッパー１４とを備えている。
ガス速度制御部１２は、ガス流通路１０内に設けられて当該ガス流通路１０内のガス速度（炉口２におけるガス通過速度Ｖg）、言い換えれば、排ガスの回収速度を調整するものであって排ガスダンパ、例えば、ＲＳＥ（リングスリットエレメント）を備えている。ガス速度制御部１２（ＲＳＥ）の開度を変化させることによって、ガス流通路１０内のガスの回収速度を調整することができる。なお、ガスの回収速度の調整は、ＲＳＥの開度の変化によっても行うことができるが、回収装置側に設けたガスを誘引する誘引送風機１５の誘引調整によっても行ってもよい。
【００１８】
したがって、ガス回収装置８を作動させると、図１の矢印に示すように、転炉１の炉口２からの排ガスを回収することができ、ガス速度制御部１２によってガス流通路１０内のガスの回収速度を調整することができる。
以下、本発明の精錬処理方法をガス回収装置の構成及び動作と共に説明する。
このような構成にて溶銑の脱りん等の精錬処理を行うには、まず、高炉から出銑した溶銑３を転炉１に装入すると共に、生石灰（石灰を含有するもの）等の副原料Ｍをホッパー１４に投入する。
【００１９】
そして、転炉１の炉底の羽口７から一酸化炭素、窒素、アルゴンなどのガスを吹き込むと共に、上吹ランス４から酸素を吹き込み、これらによって溶銑３を攪拌しながら吹錬、即ち、脱りん処理を行う。
吹錬中（脱りん処理中）においては、ガス回収装置８によって転炉１の炉口２からの排ガスを回収すると共に、ホッパー１４に石灰を含む副原料Ｍを投入することによって当該副原料Ｍを集塵フード９及び炉口２を介して転炉１内へ投入する。
このように、脱りん処理中において、排ガスを回収する一方で副原料Ｍを投入することから炉口２及び集塵フード９付近では、石灰（副原料Ｍ）が排ガスによってガス流通路１０側へ引き込まれやすい状況下にある。
【００２０】
ここで、脱りん処理を行うに際して、粒径の小さな石灰を用いると、スラグの滓化を促進して脱りん効率を向上させることができるというメリットが考えられるが、一方で、あまりにも小さな石灰を使用すると投入した石灰が排ガスの引き込みによって溶銑上に届かないというデメリットもある。
そこで、粒径な小さな石灰を用いた場合であっても、その石灰がガス流通路１０側へ引き込まれ難くするために、本発明によれば、脱りんなどの精錬処理を行うに際し、転炉１の炉口２におけるガス通過速度Ｖgが副原料Ｍの終末速度（落下速度）に対して式（１）を満たすものとしている。
【００２１】
【数３】
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【００２２】
具体的には、ホッパー１４に投入する副原料Ｍの粒子直径ＤP、粒子密度ρp、流体密度ρf、抵抗係数ＣRから副原料Ｍの終末速度を求め、転炉１の炉口２におけるガス通過速度Ｖgが、求めた副原料Ｍの終末速度よりも小さくなるように、ガス回収装置８によるガスの回収速度（ガス流通路１０内を通過するガスの回収速度）を調整する。さらに詳しくは、ガス速度制御部１２によって、転炉１の炉口２におけるガス通過速度Ｖgが副原料Ｍの終末速度以下となるように、少なくとも式（１）に示されるパラメータ（ＤP、qρP、ρf、ＣR及びｇ）を用いて制御している。
【００２３】
ここで、抵抗係数ＣRは空気（気体）に対しての抵抗係数である。 流体密度ρfは空気の密度としており、1.293×273／（273+Ｔ）で求められ、この実施形態では、Ｔ＝100℃としている。ゆえに、流体密度ρfは0.946である。粒子密度ρpは、副原料Ｍの密度であって、石灰であるときは、1500(kg/m3)、ダストであるときは、6800(kg/m3)である。
ガスの回収速度は、式（２）の関係式により求めることができる。ガスの回収速度の調整は、ガス速度制御部１２の開度を調整することによって行う。
【００２４】
【数４】
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【００２５】
なお、式（２）において、炉口２の断面積でなく集塵フード９断面積を用いているのは、集塵フード９の断面積と炉口２の断面積とは略同じであると考え、この実施形態では、集塵フード９断面積を用いている。当然の如く、炉口２断面積を用いても良い。
以上をまとめると、本発明によれば、転炉１の炉口２側からガスの回収を行っている状態で、転炉１内の溶湯に炉口２を介して副原料Ｍを投入して溶湯の精錬処理を行うに際し、転炉１の炉口２におけるガス通過速度Ｖgが式（１）であるようにしている。
式（１）における右辺は、下記に示すように物理的な法則により導出したものである。  
【００２６】
図２に示すように、１粒の副原料Ｍが落下している状態を下向きを正として考えると、粒子に働く運動方程式は、式（３）に示すものとなり、粒子の浮力ｆはアルキメデスの原理により式（４）に示すものとなり、粒子の抵抗Ｒは式（５）に示すものとなる。
【００２７】
【数５】
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【００２８】
ここで、式（３）で示した粒子の運動方程式を、式（４）及び式（５）を用いて整理して、粒子の終末速度を求めると、式（６）のようになり、これは式（１）の右辺と同じである。
なお、上記の説明では、石灰を投入したときにガスの回収速度を調整するものとしたが、副原料Ｍは石灰（石灰を含有するもの）に限定されず、冷鉄源や回収後のダスト等であってもよい。
表１は、本発明の精錬処理方法及びガス回収装置８を用いて精錬を行った実施例と、その他の方法及び装置にて精錬を行った比較例とを示したものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
具体的には、２５０ｔｏｎクラスの転炉１に溶銑及びスクラップを装入後、転炉１の直立状態（非傾動状態）で石灰を投入すると共にダストを投入して溶銑の脱りん処理を行った。脱りん処理時間（吹錬時間）は１１分とし、溶銑に吹き込んだ酸素両は脱Ｓｉに使用される分を除いて１０．５Ｎｍ3／ｔｏｎとした。投入した石灰は表１の石灰粒径に示すとおり、粒径が３〜１０ｍｍ、１〜５ｍｍ、０．５〜３ｍｍである３種類とした。また、投入したダストは０．１５〜０．０５ｍｍとした。
実施例及び比較例において、脱りん処理後の［Ｐ］が０．０３０ｗｔ％以下であるものを良好「○」とし、これを満たさないものを不良「×」とした（表１、判定の欄）。また、脱りん処理後の歩留が９９．０％以上であるものを良好「○」、これを満たさないものを不良「×」とした（表１、判定の欄）。
【００３１】
実施例１〜実施例３に示すように、石灰とダストとの両方の終末速度よりもガス通過速度Ｖgを小さくすると、脱りん処理後の［Ｐ］を０．０３０ｗｔ％以下とすることができると共に、脱りん処理後の歩留も９９．０％以上にすることができ、非常に良好であった。即ち、実施例１〜実施例３では、投入した石灰を確実に溶銑に到達させることができると共に、ダストも確実に溶銑に到達させることができる。
また、実施例４〜実施例９に示すように、石灰の終末速度よりもガス通過速度Ｖgを小さくすると、脱りん処理後の［Ｐ］を０．０３０ｗｔ％以下にすることができた（表１、脱Ｐ判定「○」）。
【００３２】
なお、実施例１〜実施例９においては、副原料Ｍの装入時の塩基度（Ｃ／Ｓ）と処理後の塩基度（Ｃ／Ｓ）との差が比較例１〜比較例９に比べて小さく、これによって、投入した石灰が確実に溶銑に到達したことが分かる。
以上のように、実施例１〜実施例９においては、転炉１の炉口２側から発生するガスの回収を行っている状態で、転炉１内の溶湯３に炉口２を介して副原料Ｍを投入して溶湯３の精錬処理を行うに際し、転炉１の炉口２における単位面積当たりのガス通過速度Ｖgが式（１）を満たすように、ガスの回収速度を調整しながら精錬処理を行っているため、ガスの回収速度の調整だけで、複雑な設備（インジェクション設備やブラスティング装置）や方法などを用いることなく、簡単に投入した副原料を溶銑３に到達させることができる。また、従来技術で説明したようなスクラップシュートにわざわざ副原料を投入するための装置なども必要がなく、簡単な構成で実現できる。さらには、本発明の精錬処理方法やガス回収装置８では、精錬中（吹錬中）に副原料Ｍを投入する際でも有効に効果を発揮することができる。
【００３３】
これに加えて、実施例１〜実施例９においては、副原料Ｍが石灰である場合には歩留を向上させることができると共に、副原料Ｍがダストの場合は脱りん効率を向上させることができる。
一方で、比較例１〜比較例９に示すように、石灰とダストとの両方の終末速度よりもガス通過速度Ｖgを小さくしなかった場合は、脱りん処理後の［Ｐ］が０．０３０ｗｔ％よりも大きくなり、脱りん処理後の歩留も９９．０％よりも低く悪い状態になった（表１、脱Ｐ判定「×」、歩留判定「×」）。
【００３４】
なお、今回開示された実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
表１の実施例や比較例では、石灰とダストとの両方を投入した例であるが、これに限らず、ダストを投入せずに石灰のみを投入した場合であってもよい。さらに、上記の説明では脱りん処理での説明であったが、脱炭処理であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１    転炉
２    炉口
３    溶湯
４    上吹ランス
６    出湯口
７    羽口
８    ガス回収装置
９    集塵フード
１０  ガス流通路
１１  副原料投入部
１２  ガス速度制御部
１３  副原料供給路
１４  ホッパー
Ｍ  副原料
【図１】
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【図２】
2010163645.tif 000012