(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉型精錬容器を用いて、溶銑１トンあたり４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下の酸素含有ガスとともにＣａＯ含有粉体を上吹きランスから溶銑に吹付ける溶銑の精錬方法であって、
前記上吹きランスは先端に複数個のノズルを有し、それらのノズルから粉体とガスを共に溶銑に向けて吹き付けるランスであり、
前記ノズルは該ノズル中心軸のランス中心軸に対する角度であるノズルの開き角が２５°以下で、かつ、
前記粉体とガスが通る前記ランス内の流路において、最も断面積が狭くなるノズルスロートよりも上流側の全ての内壁面について、内壁面の接平面と前記ランス中心軸とのなす角度が４５°以上であるランス内壁面の、前記ランス中心軸に垂直な面への投影面積Ａが下記式を満たすランスであることを特徴とする、溶銑の精錬方法。
Ａ／Ａ０≦０．７０
Ａ０：ランス内管にて最も断面積が大きい位置における断面積
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランスから粉体を高速度に溶銑に吹付けなくとも粉体の集塵ロスを低減して粉体の歩留まりを向上できるランス、およびそのランスを用いた溶銑の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼材に対する品質要求が一段と高まっており、極低りん鋼に対する需要が増大している。しかも、脱りんに非常に効果があり、脱りん剤として使用されるハロゲン系化合物は、環境問題の観点から使用しないことが求められている。
【０００３】
上記背景から、ハロゲン系化合物を使用せずに低りん鋼を製造できる方法として、上底吹き転炉型精錬容器においてランスから酸素含有ガスとともにＣａＯ含有粉体を上吹きする方法が開発されている。この方法によれば、酸素含有ガスが溶銑表面に衝突する火点にＣａＯ含有粉体が添加されることで、酸素含有ガスと溶銑の反応によって生じたＦｅＯ融体とＣａＯ含有粉体が一体となり、それが脱りん反応を促進する。
【０００４】
ただし、本方法の問題点として、溶銑表面上に酸素含有ガスとともにＣａＯ含有粉体を吹き付けた場合、ＣａＯ含有粉体の一部は溶銑表面にスラグとなって留まらずに、炉内のガスに流されて、集塵機に排ガス、ダストとともに回収されてしまう問題点がある。
【０００５】
ランスから吹付けるＣａＯ含有粉体の歩留まりを向上するためには、ＣａＯ含有粉体の飛行速度を増加させて、ＣａＯ含有粉体を溶銑浴中へより深く侵入させる方法がある。
特許文献１には、精錬用粉体を高速度で吹込むことができるランス形状について記載されている。この方法を用いれば、ＣａＯ粉体を高速度で溶銑に吹付けることができるため、ＣａＯ粉体の歩留まりを向上させることができるが、その一方、溶銑への粉体の衝突速度が増加するためにスピッティングが増加し、地金が炉壁や炉口、あるいは、ランス等に付着し、操業性を悪化させる問題点があった。
【０００６】
そのため、粉体の衝突速度は増加させずに、粉体の歩留まりを向上させるための技術的開発が不可欠であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ランスから粉体を高速度に溶銑に吹付けなくとも粉体の集塵ロスを低減して粉体の歩留まりを向上できるランスを用いた溶銑の精錬方法を提供することを目的とする。
【０００９】
ここで、ＣａＯ含有粉体とは、ＣａＯを８０質量％以上含有し、粒径１ｍｍ以下の物質とする。また、酸素含有ガスとは、酸素を８０質量％以上含有し、残りはＡｒ、Ｎ２、ＣＯ２等の常温では酸素と不活性なガス成分からなるガスとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく提供される本発明は次のとおりである。
転炉型精錬容器を用いて、溶銑１トンあたり４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下の酸素含有ガスとともにＣａＯ含有粉体を上吹きランスから溶銑に吹付ける溶銑の精錬方法であって、前記上吹きランスは先端に複数個のノズルを有し、それらのノズルから粉体とガスを共に溶銑に向けて吹き付けるランスであり、前記ノズルは該ノズル中心軸のランス中心軸に対する角度であるノズルの開き角が２５°以下で、かつ、前記粉体とガスが通る前記ランス内の流路において、最も断面積が狭くなるノズルスロートよりも上流側の全ての内壁面について、内壁面の接平面と前記ランス中心軸とのなす角度が４５°以上であるランス内壁面の、前記ランス中心軸に垂直な面への投影面積Ａが下記式を満たすランスであることを特徴とする、溶銑の精錬方法。
【００１１】
Ａ／Ａ０≦０．７０
Ａ０：ランス内管にて最も断面積が大きい位置における断面積
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粉体の衝突速度を増加させることなく粉体の歩留まりを向上させる手段が提供される。したがって、本発明に係る精錬方法を採用することにより、溶銑の精錬処理を生産性高く行うことが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ａ／Ａ０とＣａＯ含有粉体の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図２】Ａ／Ａ０の調整方法の一例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るランスおよびそのランスを用いた精錬方法について説明する。
粉体の歩留まりが低下する原因として、粉体が溶銑表面に着地する領域はジェット着地領域に比べて非常に狭く、溶銑表面に粉体が堆積しやすいことが挙げられる。
【００１５】
溶銑表面に直接着地した粉体はガスの流れによって溶銑表面上から離脱しガスに乗って集塵機へ回収されにくいが、溶銑表面に堆積した粉体は脱炭反応等で発生するガスの流れに乗り、集塵機へ回収されやすくなる。
【００１６】
特に、上吹きする酸素含有ガス流量を増加させた場合には、脱炭速度が増加するため、浴面からのＣＯガス発生速度が増加し、堆積した粉体が排ガスとともに集塵機に回収されやすくなる。
【００１７】
そのため、粉体の歩留まりを向上させるためには、粉体を浴面になるべく堆積させないことが必要となる。
堆積させないために、粉体を高速度で溶銑浴面に吹付けて溶銑浴中へ進入させる割合を増加させる方法もあるが、先述したように、この方法では粉体が溶銑浴に進入する際に発生するスピッティングが増加し、スピッティング粒鉄の炉体内壁や炉口、あるいは、ランスへの付着が増大することによって操業性が悪化する。
【００１８】
したがって、粉体を高速度で吹付けずに、溶銑浴面に粉体を堆積させにくくするためには、粉体を溶銑浴面により広範囲に吹付けることが必要となる。しかし、ノズルから吹付けられる粉体は直進性が高いために拡がりにくい。
【００１９】
したがって、ノズル出口における粉体の存在分布を、せめて均一にしておくことが必要である、という着想にたって精錬用ランスの検討を行ってきた。
しかしながら、一般的な構造の精錬用多孔ランスでは、粉体をガスとともに吹いた場合、ノズル出口における粉体の存在分布は均一でないことが判明した。
【００２０】
多孔ランスは、単孔ランスに比べて、個々のジェットの運動量が低減されるため、ジェット中心の動圧が低下してスピッティングを低減できることから、転炉型精錬容器におけるガス吹込み用ランスとして一般的に使用されている。
【００２１】
この多孔ランスは、一般的にノズルを含むランス先端部分のみを交換することでメンテナンスされている。
この先端は、主に銅を主体とした合金で製作されている。
【００２２】
ガスや粉体が流れるランスの内管部は、ノズル部に至るまで、ほぼ均一の内径を有する管状となっており、ノズル部と接続する部分については、管状部の断面積を徐々に縮小したところでノズル部を接続し、ジェット進行方向に対し、通過断面積が急激に変化しないような形状に、一般的に製作されている。
【００２３】
しかし、こうした多孔ランスから粉体をガスとともに吹くと、上述したような新たな視点に立ってその粉体挙動を検討してみると、粉体は各ノズルの中心近くに多くが集まり流れ出ることがわかった。
【００２４】
すなわち数値流動解析で粉体の流れを解析したところ、内管を進行してきた粉体がノズル部に差し掛かったところにおいて、そのまま直進してノズル部には進入できない経路で進行してきた粉体の場合、内管で行着いた内壁に衝突し、その後、最も近距離のノズルの方向に進路を変え、直進してきた粉体と衝突を繰り返しながら、衝突した粉体ともども、ノズル入口中心部に向かって進行することがわかった。
【００２５】
そして、ノズル入口中心部に一端集まった粉体群は、ノズル出口に至るまでその分布を変えることなく進行し、ガスとともにノズルから吹き出される。
これまで、ランスノズル出口から出た粉体は直進性が高く、浴面に広く分布させることは不可能であると考えられてきたが、粉体の直進性が高いことだけではなく、一般的な多孔ランスでは、ノズル出口において粉体がジェットの中心部に多くが存在するような分布となっているために、粉体の浴面での分布範囲も非常に狭いものになっていたことが判明した。
【００２６】
したがって、多孔ランスのノズル入口中心部に多くの粉体が集まらないように、ランスの内管とランスノズルとの接続部の構造を改良することを試みた。
まず、以上の検討より、粉体がノズル入口中心部に集まる最初の要因は、粉体の一部が内管を進行してきた後、ノズルに直接進入できずに一端、内管の行着いた先端部に衝突した後、その粉体の進行方向が最も近いノズルの方向となり、また、その進行方向がランス中心軸に対して大きい角度であることから、内壁に衝突しないでノズルに向かう他の粒子との衝突が多くなるものと考えられた。
【００２７】
よって、内壁に衝突した粉体がノズルの入口に進むまでの区間において、内壁に衝突しないでノズルに向かう他の粒子との衝突頻度を下げることのできる構造が必要であるとの考えに至った。
【００２８】
上記着想より、ランス内管とノズルとの接続部付近の内管側の表面のランス中心軸に対する角度の上限を下げた構造のランスについて、流動解析を行った。
すると、ランスノズル入口の中心部に集まる粉体の割合が低下することがわかった。
【００２９】
そこで、粉体とガスが通るランス内の流路において、最も断面積が狭くなるノズルスロートよりも上流側の全ての内壁面について、内壁面の接平面とランス中心軸とのなす角度が４５°以上のランス内壁面のランス中心軸に垂直な面への投影面積Ａが、ノズルスロートよりも上流側のランス内管における断面積Ａ０に対する割合をパラメータとして、いくつかの多孔ランスを製作し、粉体の歩留まりについて転炉を用いた溶銑脱りん実験によって調査した。
【００３０】
転炉実験は下記のように行った。
成分組成が、［Ｃ］濃度＝約４．５質量％、［Ｓｉ］濃度＝約０．３質量％、［Ｐ］濃度＝約０．１０質量％であり、温度が約１３２０℃である溶銑２トンを上底吹き転炉に装入し、上吹きランスから酸素含有ガスをＣａＯ含有粉体と共に溶銑に吹き付けた。
また、処理中、炉底羽口からＡｒガスを溶銑１トン当たり１．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ吹き込んで、溶銑およびスラグを攪拌した。
【００３１】
上吹きランスについては、全て５孔ランスとし、ノズルは、内径７．０ｍｍのストレートノズルとし、各ランスノズルは、ノズル中心軸がランス中心軸を中心に７２°間隔に均等になるように配置し、かつ、ノズル中心軸がランス中心軸と同一の面上に配置されるようにし、かつ、ノズル中心軸が出口側にかけてランス中心軸に対して１５°の開き角をもって、配置されるようにした。
【００３２】
ランスの内管は３３．７ｍｍであり、その内管とランスノズルの接続部において、形状を変化させることで、Ａ／Ａ０の値が異なる複数のランスを用意し、実験毎にランスを変えて試験を行った。
【００３３】
酸素含有ガス流量は６．５Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＣａＯ含有粉体は５．０ｋｇ／ｍｉｎ一定とし、吹錬時間は６．５ｍｉｎとした。
酸素含有ガスには純酸素ガスを使用した。
【００３４】
ＣａＯ含有粉体にはＣａＯ含有濃度が約９７質量％のものを使用した。
吹錬後には、溶銑成分を分析し、全ての実験において［Ｓｉ］濃度＝０．０１質量％未満であることを確認した。
【００３５】
そのため、実験前に溶銑に含まれていたＳｉは、実験後、全てがスラグとして存在していたと仮定し、実験後に採取したスラグ中のＳｉＯ２濃度およびＣａＯ濃度から、ランスから上吹きしたＣａＯ含有粉体の歩留まりを求めた。 
【００３６】
Ａ／Ａ０とＣａＯ含有粉体の歩留まりの関係を図１に示す。
この結果より、Ａ／Ａ０が０．７０以下となるランスを用いることで、ＣａＯ歩留まりが８５％以上を得られることが判明した。Ａ／Ａ０が０．７０を超えると、ＣａＯ歩留まりが８０％未満へと大きく低下した。
【００３７】
この試験では、吹き込まれる粉体の速度が変化する要素はなくとも、Ａ／Ａ０を小さくすることによって粉体の歩留まりが向上したことから、直接観察できてはいないが、溶銑浴面における粉体の堆積がＡ／Ａ０を小さくすることによって抑制されたものと考えられる。
【００３８】
したがって、Ａ／Ａ０≦０．７０となるランスを用いることにより、ランスから粉体を上吹きする際の粉体集塵ロスを低減できることがわかった。
なお、ランス先端のノズルの開き角（ノズル中心軸のランス中心軸に対する角度）は、一般に２５°以下である。
【００３９】
ランス形状Ａ／Ａ０の調整方法の一例として、図２に示すように、ランス内管の直径をノズルとの接続部にかけて小さくしていく方法がある。ただし、この際、ランス中心軸を通る垂直断面で図を描いた際に、ランス内管壁とランス中心軸のなす角が４５°以内になるようにする。
【００４０】
上記の方法によって、図２に示すように、内壁面の接平面とランス中心軸とのなす角度が４５°以上のランス内壁面の、ランス中心軸に垂直な面への投影面積の合計Ａを調整できる。
【００４１】
この方法は、一例であって、他の方法によってもＡ／Ａ０を調整し、その値が０．７０以下であれば、ランスから上吹きする粉体の歩留まりを向上させることができる。
但し、溶銑に対してＡ／Ａ０が０．７０以下のランスを使う際には、上吹き酸素流量に対して注意を要する。
【００４２】
１トンあたりの酸素流量が４．０Ｎｍ３／ｍｉｎを超えると、脱炭速度が増加して、ＣＯ発生速度が大きくなるため、Ａ／Ａ０が０．７０以下のランスを用いても粉体の歩留まりを９０％以上得ることは難しい。そのため、１トンあたりの酸素流量は４．０Ｎｍ３／ｍｉｎ以下とすることが必要である。
【００４３】
なお、１トンあたりの酸素流量の下限は粉体の歩留まりを向上させる観点からは設定されない。しかしながら、１トンあたりの酸素流量が少ないと精錬処理時間が長くなってしまうので、１．５Ｎｍ３／ｍｉｎ以上であることが好ましい。
【実施例】
【００４４】
成分組成が、［Ｃ］濃度＝約４．５質量％、［Ｓｉ］濃度＝約０．３質量％、［Ｐ］濃度＝約０．１０質量％であり、温度が約１３２０℃である溶銑２トンを上底吹き転炉に装入し、上吹きランスから酸素含有ガスをＣａＯ含有粉体と共に溶銑に吹き付けた。
【００４５】
上吹きランスについては、内管が３３．７ｍｍで、内管とノズル部の接続部形状を様々変えたもの、および、ノズル径やノズル形状等を変えた様々なランスを使用した。
酸素含有ガス流量は２．０〜９．０Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＣａＯ含有粉体は２．０〜９．１ｋｇ／ｍｉｎとし、吹錬中、それらの速度は一定に保持した。吹錬時間は３．８〜１７．０ｍｉｎとした。
【００４６】
但し、いずれの実験においても、上吹きする酸素含有ガス量は約３４．０Ｎｍ３、ＣａＯ含有粉体は約３４．７ｋｇとし、それぞれの原単位を揃えるようにした。
また、処理中、炉底羽口からＡｒガスを溶銑１トン当たり１．０Ｎｍ３／ｍｉｎ／ｔ吹き込んで、溶銑およびスラグを攪拌した。
【００４７】
酸素含有ガスには純酸素ガスを使用した。
ＣａＯ含有粉体にはＣａＯ含有濃度が約９７質量％のものを使用した。
吹錬後には、溶銑成分を分析し、全ての実験において［Ｓｉ］濃度=０．０１質量％未満であることを確認し、実験後に採取したスラグ中のＳｉＯ２濃度とＣａＯ濃度から、ランスから上吹きしたＣａＯ含有粉体の歩留まりを求めた。 
【００４８】
結果を表１に示す。
本発明例では、上吹き酸素流量が溶銑１トンあたり１．５〜４．０Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で、Ａ／Ａ０が０．７０以下のランスを用いて吹錬を行った結果、ＣａＯ含有粉体の歩留まりが９０％を超えた。
【００４９】
ＣａＯ含有粉体の歩留まりが良かったために、脱りん反応に寄与できるＣａＯの量が増加した。その結果、処理後の溶銑中のＰ濃度も０．０１０質量％以下まで低減することができた。
【００５０】
一方、比較例１では、上吹き酸素流量が溶銑１トンあたり１．０Ｎｍ３／ｍｉｎで、Ａ／Ａ０が０．７０を超えるランスを用いて吹錬を行った。
この例では、上吹き酸素流量が非常に低く、脱炭反応によるＣＯガスの発生速度が小さかったために、Ａ／Ａ０が０．７０を超えるランスを用いても、ＣａＯ含有粉体の集塵ロスが少なかった。しかし、吹錬時間が１５ｍｉｎを超え、効率的な操業が実施できないため、本例のような条件は好ましくない。
【００５１】
比較例２〜４では、上吹き酸素流量が溶銑１トンあたり２．０〜３．５Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲で、Ａ／Ａ０が０．７０を超えるランスを用いて吹錬を行った。１５ｍｉｎ以内の短時間の処理であったが、ＣａＯ含有粉体の歩留まりが低く、脱りん反応に寄与できるＣａＯ含有粉体の量が減ったため、処理後の溶銑中のＰ濃度は０．０１０質量％以下まで低減できなかった。
【００５２】
比較例５では、上吹き酸素流量が溶銑１トンあたり４．５Ｎｍ３／ｍｉｎで、Ａ／Ａ０が０．７０以下のランスを用いて吹錬を行った。４ｍｉｎ以内の短時間で処理できた。しかし、Ａ／Ａ０が０．７０以下のランスを用いたにもかかわらず、浴面からのＣＯ発生速度が非常に大きかったため、ＣａＯ含有粉体の歩留まりが低下し、処理後の溶銑中のＰ濃度は０．０１０質量％以下まで低減できなかった。
【００５３】
【表１】
0005516375.tif 000002
【図１】
0005516375.tif 000003
【図２】
0005516375.tif 000004