(57)【要約】【課題】トピードカーを用いた溶銑予備処理方法において、トピードカー本体（炉体）の端部の溶銑攪拌を効率的に行うことができる溶銑予備処理方法を提供する。【解決手段】溶銑１の予備処理を行う際に、トピードカー１０に加振装置２３を連結し、この加振装置２３によってトピードカー１０に水平方向の振動を加えて、炉体１１を溶銑１の共振周波数で長手方向に振動させる。【選択図】図３
2010024542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トピードカーの炉体に収納されている溶銑にランスを浸漬させ、該ランスから酸化剤等を吹き込んで、溶銑の脱珪、脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、前記炉体に収納されている溶銑の共振周波数で溶銑を振動させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【請求項２】
トピードカーの炉体に収納されている溶銑にランスを浸漬させ、該ランスから酸化剤等を吹き込んで、溶銑の脱珪、脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、前記炉体に収納されている溶銑の共振周波数で前記炉体を振動させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【請求項３】
下記の式（１）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向に振動させることを特徴とする請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
【数１】
2010024542.tif 000014
【請求項４】
下記の式（２）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向を軸に所定の角度振動させることを特徴とする請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
【数２】
2010024542.tif 000015
【請求項５】
下記の式（３）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向で交互に垂直方向に振動させることを特徴とする請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
【数３】
2010024542.tif 000016
【請求項６】
炉体を振動させる方向にバネ要素を挿入し、炉体と溶銑との和からなる質量要素と前記バネ要素とで構成される１自由度系の固有振動数が、溶銑の共振周波数に一致するようにしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の溶銑の予備処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混銑車（トピードカー）内の溶銑に酸化剤等を吹き込み、脱珪、脱燐を行う溶銑予備処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
精錬プロセスにおいて、転炉での負荷低減、製鋼スラグ発生量の低減、製鋼コストの削減の観点から、転炉での脱炭処理の前工程として、溶銑の脱珪、脱燐処理を行う溶銑予備処理がある。溶銑予備処理は、転炉、溶銑鍋、混銑車（トピードカー）で、溶銑に酸化剤や精錬剤を吹き込んで行われる。
【０００３】
一般に、トピードカーを用いた溶銑予備処理では、溶銑に浸漬させたランスから酸化剤（酸化鉄等）や精錬剤（石灰等）をガスで搬送して吹き込む。
【０００４】
図１に示すように、トピードカー１０は、トピードカー本体（炉体）１１と、炉体１１を牽引する走行運転部１２と、炉体１１を周方向に傾ける傾動装置１３と、レール１５上を走行するための車輪１４を備えている。
【０００５】
そして、炉体１１は、図２（ａ）に縦断面図、図２（ｂ）に横断面図を示すように、トピード状の横長の容器である。なお、ここでは、炉体１１内部の長手方向の長さをＬ、炉内溶銑１の炉底に接する円弧長さをＷ、収納されている溶銑１の深さをｈとしている。
【０００６】
この炉体１１では、剛性の確保や処理中の溶銑１の飛散防止のために、図１、図２に示すように、炉口１１ａが中央部の比較的狭い領域にある。酸化剤等を吹き込むランス１８は炉口１１ａから挿入することになるが、炉口１１ａのサイズやランス１８を取り回す建屋の空間サイズによって、溶銑１内へのランス１８先端の挿入可能位置はおのずと限定される。したがって、脱珪、脱燐が行われる領域もランス１８先端の挿入位置近傍に限定されることになる。
【０００７】
そこで、トピードカー１０での脱珪、脱燐反応促進のため、溶銑の攪拌強度を向上させる方法が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１では、ランスを２本使用することにより、攪拌強度や範囲を拡大する方法が提案されている。
【０００９】
また、特許文献２では、ランスと併用して、窒素ガスを底吹きすることにより、攪拌力を強化する方法が提案されている。
【００１０】
また、特許文献３では、トピードカーを傾動軸を中心にして左右に往復傾動させながら、炉口に挿入した邪魔板により溶銑を攪拌する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１４６３３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５６７２１号公報
【特許文献３】特開平１１−２４１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記の特許文献１〜３の方法には、下記のような問題がある。
【００１３】
特許文献１の方法では、溶銑の攪拌強度や範囲を拡大することは可能であるが、２本のランスを取り回しできるだけの建屋の空間が必要である。また、ランスコストが２倍になると言った欠点もある。
【００１４】
特許文献２の方法では、一般に底吹きノズルの詰まりが問題になり、メンテナンス性に劣る。また、トピードカーの炉体のような可動容器の底にガス供給装置を設けることは安全上の懸念がある。
【００１５】
特許文献３の方法では、邪魔板への地金付着が懸念される。また、トピードカーの炉体の形状特性から、一般に炉体端部の攪拌が不足されると考えられており、炉体端部の攪拌向上には不十分と考えられる。
【００１６】
本発明は、上記のような事情に鑑み、トピードカーを用いた溶銑予備処理方法において、トピードカー本体（炉体）の端部の溶銑攪拌を効率的に行うことができる溶銑予備処理方法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】
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１８】
［１］トピードカーの炉体に収納されている溶銑にランスを浸漬させ、該ランスから酸化剤等を吹き込んで、溶銑の脱珪、脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、前記炉体に収納されている溶銑の共振周波数で溶銑を振動させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【００１９】
［２］トピードカーの炉体に収納されている溶銑にランスを浸漬させ、該ランスから酸化剤等を吹き込んで、溶銑の脱珪、脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、前記炉体に収納されている溶銑の共振周波数で前記炉体を振動させることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【００２０】
［３］下記の式（１）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向に振動させることを特徴とする前記［２］に記載の溶銑の予備処理方法。
【００２１】
【数１】
2010024542.tif 000003
【００２２】
［４］下記の式（２）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向を軸に所定の角度振動させることを特徴とする前記［２］に記載の溶銑の予備処理方法。
【００２３】
【数２】
2010024542.tif 000004
【００２４】
［５］下記の式（３）を満足する周波数ｆｎ±０．２０ｆｎで炉体を長手方向で交互に垂直方向に振動させることを特徴とする前記［２］に記載の溶銑の予備処理方法。
【００２５】
【数３】
2010024542.tif 000005
【００２６】
［６］炉体を振動させる方向にバネ要素を挿入し、炉体と溶銑との和からなる質量要素と前記バネ要素とで構成される１自由度系の固有振動数が、溶銑の共振周波数に一致するようにしたことを特徴とする前記［２］〜［５］のいずれかに記載の溶銑の予備処理方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、トピードカーを用いて溶銑の予備処理を行うに際して、溶銑の共振周波数で溶銑を振動させるようにしたので、小さい駆動力で大きな溶銑攪拌効果が得られ、炉口近傍だけでなく、炉体端部まで溶銑を均一に攪拌することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一般的なトピードカーの構成を示す図である。
【図２】トピードカーの炉体の寸法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１における溶銑の固有振動モードの説明図である。
【図５】本発明の実施形態２を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２における溶銑の固有振動モードの説明図である。
【図７】本発明の実施形態３を示す図である。
【図８】溶銑の長さの補正を行う際の説明図である。
【図９】共振周波数と攪拌効果がある範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
容器内の液体を固有振動数で振動させると定在波が得られる。その固有振動数ｆｎは一般に下記の式（４）で表される。
【００３０】
【数４】
2010024542.tif 000006
【００３１】
この固有振動数での振動においては、液体は大きく上下し、液体の移動が促進されると推定される。
【００３２】
本発明では、上記の考え方に基づいて、溶銑の予備処理を行う際に、収納されている溶銑の共振周波数（固有振動数、スロッシング周波数）で溶銑を振動させるようにしている。
【００３３】
その実施形態を以下に述べる。
【００３４】
（実施形態１）
この実施形態１は、図３に一例を示すように、溶銑１の予備処理を行う際に、トピードカー１０の炉体１１を長手方向に振動させる場合であり、固定壁面２１にバネ２２および加振装置２３を介してトピードカー１０の走行運転部１２の先端を連結するとともに、この加振装置２３によってトピードカー１０に水平方向の振動を加えて、炉体１１を溶銑１の共振周波数（スロッシング周波数）ｆｎで長手方向に振動させるようにしたものである。
【００３５】
言い換えれば、炉体１１の長手方向にバネ要素２２を挿入し、炉体１１と溶銑１との和からなる質量要素とバネ要素２２とで構成される１自由度系の固有振動数が、溶銑１の共振周波数ｆｎに一致するようにしている。
【００３６】
その際の共振周波数ｆｎは、前記の式（４）において、ａを炉体１１内部の長手方向の長さ（炉体１１内の溶銑１の炉体長手方向長さ）Ｌとし、ｂを炉体１１内の溶銑１の深さｈとして、算出されたものである。
【００３７】
ただし、図４に示すように、ｎ＝２，４，６，・・・のような偶数次の固有振動モードは左右対称の振動モードである。この実施形態の場合には、容器（炉体１１）を水平に振動させるので、このような左右対称の振動モードは出現しにくい。したがって、ｎ＝１，３，５，・・・のような奇数次の振動モードを選択することが望ましい。
【００３８】
すなわち、下記の式（１）で示す共振周波数ｆｎで振動を加えればよい。ただし、詳細は後述するが、式（１）で計算される共振周波数ｆｎに正確に合致していなくても溶銑攪拌の効果が得られる周波数の幅があり、実際には、ｆｎ±０．２０ｆｎ程度に制御することが望ましい。
【００３９】
【数５】
2010024542.tif 000007
【００４０】
さらに、一番効率的なモードとして波長の長いｎ＝１を選択することが望ましい。
【００４１】
（実施形態２）
この実施形態２は、図５に一例を示すように、溶銑１の予備処理を行う際に、トピードカー１０の炉体１１を長手方向を軸に所定の角度振動させる場合であり、トピードカー１０の傾転装置１３を利用し、傾転装置１３の傾転軸を中心にして周方向への振動を加えて、炉体１１を溶銑１の共振周波数（スロッシング周波数）ｆｎで幅方向に振動させるようにしたものである。
【００４２】
その際の共振周波数ｆｎは、前記の式（４）において、ａを炉体１１の溶銑が炉底に接する円弧長さをＷとし、ｂを炉体１１内の溶銑１の深さｈとして、算出されたものである。
【００４３】
ただし、図６に示すように、ｎ＝２，４，６，・・・のような偶数次の固有振動モードは左右対称の振動モードである。この実施形態の場合には、このような左右対称の振動モードは出現しにくい。したがって、ｎ＝１，３，５，・・・のような奇数次の振動モードを選択することが望ましい。
【００４４】
すなわち、下記の式（２）で示す共振周波数ｆｎで振動を加えればよい。ただし、詳細は後述するが、式（２）で計算される共振周波数ｆｎに正確に合致していなくても溶銑攪拌の効果が得られる周波数の幅があり、実際には、ｆｎ±０．２０ｆｎ程度に制御することが望ましい。
【００４５】
【数６】
2010024542.tif 000008
【００４６】
なお、炉体１１を周方向に振動させる際に、炉体１１の周方向にバネ要素を挿入し、炉体１１と溶銑１との和からなる質量要素とバネ要素とで構成される１自由度系の固有振動数が、溶銑１の共振周波数ｆｎに一致するようにしてもよい。
（実施形態３）
この実施形態３は、図７に一例を示すように、溶銑１の予備処理を行う際に、トピードカー１０の炉体１１を長手方向で交互にシーソーのように鉛直方向に振動させる場合であり、トピードカー１０の長手方向の一端に加振装置２４を連結し、この加振装置２４によってトピードカー１０に長手方向で交互にシーソーのように鉛直方向の振動を加えて、炉体１１を溶銑１の共振周波数（スロッシング周波数）ｆｎで長手方向で交互にシーソーのように鉛直方向に振動させるようにしたものである。
【００４７】
その際の共振周波数ｆｎは、前記の式（４）において、ａを炉体１１内部の長手方向の長さ（炉体１１内の溶銑１の炉体長手方向長さ）Ｌとし、ｂを炉体１１内の溶銑１の深さｈとして、算出されたものである。
【００４８】
ただし、図４に示すように、ｎ＝２，４，６，・・・のような偶数次の固有振動モードは左右対称の振動モードである。この実施形態の場合には、容器（炉体１１）を長手方向で交互にシーソーのように鉛直方向に振動させるので、このような左右対称の振動モードは出現しにくい。したがって、ｎ＝１，３，５，・・・のような奇数次の振動モードを選択することが望ましい。すなわち、下記の式（３）で示す共振周波数ｆｎで振動を加えればよい。ただし、詳細は後述するが、式（３）で計算される共振周波数ｆｎに正確に合致していなくても溶銑攪拌の効果が得られる周波数の幅があり、実際には、ｆｎ±０．２０ｆｎ程度に制御することが望ましい。
【００４９】
【数７】
2010024542.tif 000009
【００５０】
さらに、一番効率的なモードとして波長の長いｎ＝１を選択することが望ましい。
【００５１】
なお、炉体１１を鉛直方向に振動させる際に、炉体１１の鉛直方向にバネ要素を挿入し、炉体１１と溶銑１との和からなる質量要素とバネ要素とで構成される１自由度系の固有振動数が、溶銑１の共振周波数ｆｎに一致するようにしてもよい。
【００５２】
ここで、前述の式（４）は、直方体の容器に対して得られる共振周波数の式であり、一方でトピードカー１０の炉体１１は、図２のような形状である。したがって、より正確には、式（１）および式（３）において、溶銑１の長さＬを補正することが望ましい。補正の方法としては、例えば、以下のようにすればよい。
【００５３】
図８に示すように、炉体１１の幅方向中央断面で考えて、両端部の溶銑１の長さをそれぞれｐ１、胴部の溶銑１の長さをｐ２とすると、溶銑１の長さＬｐは、
Ｌｐ＝２×ｐ１＋ｐ２
となる。
【００５４】
これに対して、溶銑１の面積が等価となるような高さｈの長方形を考える。このとき、両端部の溶銑１の長さがそれぞれｐ１からｑ１となるとすると、長方形の長さＬｑは、
Ｌｑ＝２×ｑ１＋ｐ２
となる。
【００５５】
そして、このＬｐとＬｑの平均値を溶銑１の補正長さＬ’にすれば、実際の共振現象とよく合うことがわかった。
【００５６】
すなわち、
Ｌ’＝ｐ１＋ｑ１＋ｐ２
とすればよい。
【００５７】
さらに、前述したように、計算される共振周波数ｆｎに正確に合致していなくても溶銑攪拌の効果が得られる周波数の幅があり、その周波数の幅は計算される共振周波数ｆｎの±２０％の範囲であることが分かった。以下にモデル実験で効果が得られる周波数の幅を調査した内容を示す。
【００５８】
１／２０水モデル実験にて、長手方向に２ｍｍ振動させた場合の加振器入力値（Ｖｏｌｔ）の周波数応答特性を正弦波掃引試験にて調査した。共振周波数では加振器入力値の応答が高くなると考えられる。スラグの有無など条件を変更し、いくつかの条件で調査した例を図９に示す。
【００５９】
計算される１次共振周波数ｆ１は０．９Ｈｚであるが、図９（ａ）に示すように、条件１では実際の共振周波数は０．９２５Ｈｚであった。また、図９（ｂ）に示すように、条件２では実際の共振周波数は０．９９Ｈｚであった。そして、攪拌効果が認められる範囲を調査すると、条件１では「共振周波数帯の山」と認識できる０．８７５〜１．０３５Ｈｚであれば攪拌効果が得られ、条件２では同じく０．９４〜１．０７Ｈｚであれば攪拌効果が得られることが分かった。ここで、「共振周波数帯の山」は図９における曲線の傾きが±２以上の範囲とした。
【００６０】
以上のことから、実操業では共振周波数が計算値ｆｎからスラグの性状などで前後することはあるが、共振周波数ｆｎからある範囲内であれば、攪拌効果が得られることが分かった。概ねどのような操業条件でも、計算される共振周波数ｆｎの±２０％の範囲内、すなわちｆｎ±０．２０ｆｎの範囲の周波数で振動するように操業することが望ましいことが分かった。
【実施例１】
【００６１】
本発明の実施例１として、前述の実施形態１に基づいて、溶銑の予備処理（脱燐）を行った。すなわち、表１に示した溶銑予備処理条件のもとで、図３に示したように、トピードカー１０の一端に加振装置２３とバネ２２を取り付け、これによって、トピードカー１０に対して長手方向に振動を加えることで、炉体１１を長手方向に振動させた。なお、トピードカー１０の炉体１１の補正長手方向長さＬ’＝１１．３ｍ、炉体１１内の溶銑１の深さｈ＝２．４２ｍであった。
【００６２】
そして、本発明例１として、前記の式（１）においてｎ＝１として算出される１次モードの周波数ｆ１＝０．２０Ｈｚで、振動ストローク４０ｍｍの振動を加えた。
【００６３】
また、本発明例２として、前記の式（１）においてｎ＝３として算出される３次モードの周波数ｆ３＝０．４５Ｈｚで、振動ストローク４０ｍｍの振動を加えた。
【００６４】
また、本発明例３として、前記の式（１）においてｎ＝２として算出される２次モードの周波数ｆ２＝０．３５Ｈｚで、振動ストローク４０ｍｍの振動を加えた。
【００６５】
一方、比較例１として、トピードカー１０に振動を加えないで、通常の操業を行った。
【００６６】
【表１】
2010024542.tif 000010
【００６７】
これら本発明例１、本発明例２、本発明例３、比較例１のそれぞれについて５０チャージずつ行い、各チャージにおいて、燐値が０．０５％になるまでの時間（予備処理時間）を計測し、その予備処理所要時間を５０チャージで平均した値（平均予備処理時間）で評価した。
【００６８】
その評価結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
2010024542.tif 000011
【００７０】
表２に示すように、比較例１に比べて、本発明例１では、平均予備処理時間が２５％程度短縮できることが示された。また、本発明例２では、本発明例１よりも効果が小さく、本発明例３では、さらに効果が小さいことが示された。
【実施例２】
【００７１】
本発明の実施例２として、前述の実施形態２に基づいて、溶銑の予備処理（脱燐）を行った。すなわち、前記の表１に示した溶銑予備処理条件のもとで、図５に示したように、トピードカー１０の傾転装置１３の傾転軸を中心にして周方向への振動を加えることで、炉体１１を幅方向に振動させるようにした。なお、トピードカー１０の炉体１１の溶銑の炉底に接する円弧長さＷ＝７．６ｍ、炉体１１内の溶銑１の深さｈは２．４２ｍであった。
【００７２】
そして、本発明例４として、前記の式（２）においてｎ＝１として算出される１次モードの周波数ｆ１＝０．２８Ｈｚで、回転角度２０度の振動を加えた。
【００７３】
また、本発明例５として、前記の式（２）においてｎ＝３として算出される３次モードの周波数ｆ３＝０．５５Ｈｚで、回転角度２０度の振動を加えた。
【００７４】
また、本発明例６として、前記の式（２）においてｎ＝２として算出される２次モードの周波数ｆ２＝０．４５Ｈｚで、回転角度２０度の振動を加えた。
【００７５】
一方、比較例２として、トピードカー１０に振動を加えないで、通常の操業を行った。
【００７６】
これら本発明例４、本発明例５、本発明例６、比較例２のそれぞれについて５０チャージずつ行い、各チャージにおいて、燐値が０．０５％になるまでの時間（予備処理時間）を計測し、その予備処理所要時間を５０チャージで平均した値（平均予備処理時間）で評価した。
【００７７】
その評価結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
2010024542.tif 000012
【００７９】
表３に示すように、比較例２に比べて、本発明例４では、平均予備処理時間が２０％程度短縮できることが示された。また、本発明例５では、本発明例４よりも効果が小さく、本発明例６では、さらに効果が小さいことが示された。
【実施例３】
【００８０】
本発明の実施例３として、前述の実施形態３に基づいて、溶銑の予備処理（脱燐）を行った。すなわち、前記の表１に示した溶銑予備処理条件のもとで、図７に示したように、トピードカーの長手方向の一端に加振装置２４を連結し、炉体１１を長手方向で交互にシーソーのように鉛直方向に振動させるようにした。なお、トピードカー１０の炉体１１の補正長手方向長さＬ’＝１１．３ｍ、炉体１１内の溶銑１の深さｈ＝２．４２ｍであった。
【００８１】
そして、本発明例７として、前記の式（３）においてｎ＝１として算出される１次モードの周波数ｆ１＝０．２０Ｈｚで、０．４度傾動する振動を加えた。
【００８２】
また、本発明例８として、前記の式（３）においてｎ＝３として算出される３次モードの周波数ｆ３＝０．４５Ｈｚで、０．４度傾動する振動を加えた。
【００８３】
また、本発明例９として、前記の式（３）においてｎ＝２として算出される２次モードの周波数ｆ２＝０．３５Ｈｚで、０．４度傾動する振動を加えた。
【００８４】
一方、比較例３として、トピードカー１０に振動を加えないで、通常の操業を行った。
【００８５】
これら本発明例７、本発明例８、本発明例９、比較例３のそれぞれについて５０チャージずつ行い、各チャージにおいて、燐値が０．０５％になるまでの時間（予備処理時間）を計測し、その予備処理所要時間を５０チャージで平均した値（平均予備処理時間）で評価した。
【００８６】
その評価結果を表４に示す。
【００８７】
【表４】
2010024542.tif 000013
【００８８】
表４に示すように、比較例３に比べて、本発明例７では、平均予備処理時間が１０％程度短縮できることが示された。また、本発明例８では、本発明例７よりも効果が小さく、本発明例９では、さらに効果が小さいことが示された。
【符号の説明】
【００８９】
１  溶銑
１０  トピードカー（混銑車）
１１  トピードカーの炉体
１１ａ  炉体の炉口
１２  走行運転部
１３  傾動装置
１４  車輪
１５  レール
１８  ランス
２１  固定壁
２２  バネ
２３  加振装置
２４  加振装置
【図１】
2010024542.tif 000017
【図２】
2010024542.tif 000018
【図３】
2010024542.tif 000019
【図４】
2010024542.tif 000020
【図５】
2010024542.tif 000021
【図６】
2010024542.tif 000022
【図７】
2010024542.tif 000023
【図８】
2010024542.tif 000024
【図９】
2010024542.tif 000025