(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統の独立したガス配管を有する酸素ランスを用いる転炉上吹き送酸方法において、一方の配管につながる外周噴出孔が３〜６箇所でかつ垂直方向に対する開き角が６〜２０°であり、全ての当該外周噴出孔によって囲まれる内側にもう１系統の配管につながる１〜６孔の中心噴出孔を配置させ、処理中に２系統のガス流量比率を変化させ、少なくとも吹練中に下記条件１を満足する処理と下記条件２を満足する処理が含まれることを特徴とする歩留りの良い転炉上吹き送酸方法。
条件１：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≦外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．５
条件２：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≧外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．７
【請求項２】
２系統の独立したガス配管を有する酸素ランスを用いる転炉上吹き送酸方法において、一方の配管につながる外周噴出孔が３〜６箇所でかつ垂直方向に対する開き角が６〜２０°であり、全ての当該外周噴出孔によって囲まれる内側にもう１系統の配管につながる１〜６孔の中心噴出孔を配置させ、処理中に２系統のガス流量比率を変化させることによって、少なくとも処理中の炭素濃度が１ｗｔ％以上においては下記条件１を満足し、炭素濃度が０．１ｗｔ％以下においては下記条件２を満足するように調整することを特徴とする歩留りの良い転炉上吹き送酸方法。
条件１：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≦外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．５
条件２：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≧外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．７
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、上吹き転炉、上底吹き転炉、ＡＯＤ炉等の転炉型製錬装置を用いた鉄系溶融金属の精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉による溶融金属の処理は、炭素、燐などの不純物元素を上吹き酸素によって燃焼させ、所定純度の溶融金属を溶製するとともに、二次精錬から鋳造までに必要な温度を確保することを主な目的としている。このときに用いる酸素ランスの多くには、「第３版鉄鋼便覧II  製銑・製鋼（丸善）」４６８頁、図８・５０に記載されているような、多孔のラバールノズルが用いられている。単孔ではなく多孔ノズルが用いられる理由は、溶融金属表面に形成される火点を分散させて極端なハードブローを回避し、ダストやスピッティングに起因するメタルロスを低減するためであり、森田らが「鉄と鋼」５０（１９６４）、１７７３に報告するように、従来の単孔に比べて多孔ランスの使用によって大幅な歩留り向上効果が確認されている。しかし、吹錬中には、多孔ランスで得られるソフトブロー状態よりも単孔ノズルによるハードブロー状態を維持した方が有利な段階があるが、１系統のガス配管を持つ多孔ランスを使用する場合には、吹錬中に火点状態を大きく変化させることは困難であり、この点においては、前記図８・５０の（ｃ）に示されるような中心噴出孔を持った構造のランスにおいても、酸素配管が１系統である限り、他の（ａ）、（ｂ）のようなものと何ら変わりはない。
【０００３】
通常溶銑から低炭素鋼を溶製する転炉精錬では、炭素濃度が約４ｗｔ％から０．０５ｗｔ％程度に、またメタル温度は約１２００℃から１７００℃程度にと大幅に変化するため、処理中におけるトータルの鉄歩留りを大きくさせるためには、メタルの成分などに対応した噴流状態を形成させることが有効である。例えば、激しい脱炭反応を伴う高炭素域から中炭素域においてはソフトブロー化によるダストやスピッティング抑制が重要であるし、脱炭酸素効率が低下してメタル燃焼が問題になる低炭素域ではハードブロー化して火点温度を高温に維持することが効果的である。
【０００４】
上吹き酸素の噴流状態を吹錬中に変化させる手段としては、特開昭５７−１５４７５５号公報に示されるようにノズル内部に移動中子を配置したり、特開平４−２２４６１３号公報に示されるような形状記憶合金をノズル材質に適用して酸素噴出孔の形状を変化させる技術がこれまでに開発されてきたが、機械的に複雑な構造が必要であり、また設備費が高価なものになるし、溶融金属面での火点の数を変化させるほどの大きな噴流状態の変化を実現することはできない。
【０００５】
また、特開昭６２−３３７１０号公報に示されるような２系統の酸素配管を持ったランスでは、それぞれの系統の送酸量や比率を変化させることによって噴流状態を変化させることは可能であるが、当該先行技術では二次燃焼制御を目的とした噴流変化を行うことしかできず、噴流の合体分離を利用したハードブローとソフトブローの使い分けは不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複雑な機械構造を伴わない手段で処理中に溶融金属表面に形成される火点数を変化させ、ダストやスピッティング、スラグ中Ｔ．Ｆｅ等の抑制が可能な転炉操業方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１）２系統の独立したガス配管を有する酸素ランスを用いる転炉上吹き送酸方法において、一方の配管につながる外周噴出孔が３〜６箇所でかつ垂直方向に対する開き角が６〜２０°であり、全ての当該外周噴出孔によって囲まれる内側にもう１系統の配管につながる１〜６孔の中心噴出孔を配置させ、処理中に２系統のガス流量比率を変化させ、少なくとも吹練中に下記条件１を満足する処理と下記条件２を満足する処理が含まれることを特徴とする歩留りの良い転炉上吹き送酸方法。
【０００８】
条件１：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≦外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．５
条件２：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≧外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．７
（２）２系統の独立したガス配管を有する酸素ランスを用いる転炉上吹き送酸方法において、一方の配管につながる外周噴出孔が３〜６箇所でかつ垂直方向に対する開き角が６〜２０°であり、全ての当該外周噴出孔によって囲まれる内側にもう１系統の配管につながる１〜６孔の中心噴出孔を配置させ、処理中に２系統のガス流量比率を変化させることによって、少なくとも処理中の炭素濃度が１ｗｔ％以上においては下記条件１を満足し、炭素濃度が０．１ｗｔ％以下においては下記条件２を満足するように調整することを特徴とする歩留りの良い転炉上吹き送酸方法。
【０００９】
条件１：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≦外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．５
条件２：中心噴出孔１孔あたり平均ガス流量≧外周噴出孔１孔あたり平均ガス流量×０．７
【００１０】
【作用】
本発明の作用を図１に従って説明する。
図１は本発明で用いるランスの一例を示しており、ランス先端部の断面図（上図）と下端面（下図）を示している。ランスの周囲および先端部は通常の水冷構造（図示しない）で冷却されており、内部にはそれぞれ流量制御バルブと流量計を持った配管に連結され独立して流量制御が可能な２系統の中心噴出孔用ガス配管１と外周噴出孔用ガス配管２が設置されている。この図１に示した例では、中心噴出孔用ガス配管は単孔の噴出孔（中心噴出孔３）に、外周噴出孔用ガス配管２は５孔の外周噴出孔４に連結しており、５箇所の外周噴出孔４全てによって単孔の中心噴出孔３が囲まれた構造になっている。
【００１１】
中心噴出孔３からのガス流量が外周噴出孔４の１孔あたりの平均流量の５０％以下のときは、外周噴出孔４からの酸素ジェットは通常の多孔ノズルと同様に溶融金属表面に分離して到達し、ソフトブロー効果を奏し、中心噴出孔３からのガスが外周噴出孔１孔あたりの平均流量の７０％以上の場合には中心噴流が外周噴出孔４の噴流と干渉して噴流が一つに合体した状態で湯面に到達し、単孔ランスに相当するハードブロー効果を奏する。従って、本発明の特徴とする転炉操業法では、中心噴出孔３と外周噴出孔４のガス流量比を少なくとも吹錬中に条件１を満足する処理と条件２を満足する処理が含まれるように調整することによって、多孔ランスにおけるソフトブロー効果と単孔ランスに相当するハードブロー効果を必要に応じて得ることができる。
【００１２】
ここで、条件１、２を限定した理由は、本発明で用いる構造のランスでは、干渉作用に伴う外周噴出孔噴流と中心噴出孔噴流の合体、分離の臨界条件は、中心噴出孔１孔あたりの平均ガス流量が外周噴出孔１孔あたりの平均ガス流量の５０％を超え７０％未満の範囲に含まれ、中心噴出孔１孔あたりの平均ガス流量が臨界条件より少ないとソフトブローとなり、逆に臨界条件より多いとハードブローとなることが本発明者らの研究によって明らかになったためである。
【００１３】
噴流の干渉状態を変化させるための中心噴出孔のガスは必ずしも酸素である必要はなく、炭酸ガス、窒素、アルゴンなどでもよい。また、中心噴出孔および外周噴出孔のノズル形状は必ずしも円孔である必要はなく、図２（ａ）に示すように短冊形などの噴出孔を含むものでもよい。流量を変化させる噴出孔の位置や噴出角、数を調整することによって、溶融金属表面に到達する噴流の数を所定の数に変化させることもできる。
【００１４】
中心噴出孔の数は必ずしも１箇所である必要はなく、図２（ｂ）に示すように外周噴出孔に囲まれる内側に分割配置することもでき、特に外周噴出孔の開き角が１２°以上の広角条件で噴流の合体が起こりにくいときには合体促進に有利で、このときの合体、分離条件は中心噴出孔１孔あたりの平均ガス流量と外周噴出孔１孔あたりの平均ガス流量の比を指標として中心噴出孔が単孔の時と同様に評価する。
【００１５】
外周噴出孔ノズルは３〜６箇所で、かつ垂直方向に対する開き角θが６〜２０°であることが必要である。外周噴出孔数を規定した理由は、多孔ランスのソフトブロー効果は３孔以上で顕著であること、また７孔以上では中心噴出孔のガス流量にかかわらず隣合った噴流が干渉して合体する場合が多いためである。また、開き角を規定した理由は、開き角が６°未満の場合にも中心噴出孔のガス流量とは無関係に周囲孔噴流が合体する場合が多くなるためで、２０°を超えるときには中心噴出孔を利用した合体が特に起こりにくくなるためである。中心噴出孔数の上限を６孔とした理由は、合体促進を目的とした中心噴出孔数が多くなると水冷構造が困難になる一方、７孔以上に中心噴出孔を増加させても噴流の合体促進作用が顕著ではないと考えられるためである。また、中心噴出孔の開き角は外周孔の最大開き角を超えない場合に効果が大きい。
【００１６】
本発明の実施に際しては、溶融金属の炭素濃度１ｗｔ％以上の中炭素域においては噴流を分離させた状態を維持し、０．１ｗｔ％以下の低炭素域においては噴流を合体させる操業を行うことが特に望ましい。すなわち、炭素濃度が１ｗｔ％以上の場合には２系統のガス流量比率が条件１を満足するように調節し、炭素濃度が０．１ｗｔ％以下の場合には２系統のガス流量比を条件２を満足するように調整することが望ましい。これは、激しい脱炭反応を伴う高炭素域から中炭素域においては脱炭酸素効率は送酸条件によらず高位を保つことができ、ソフトブロー化によるダストやスピッティング抑制が歩留り向上には有効であること、一方、脱炭酸素効率が低下してメタル燃焼が問題になる低炭素域ではハードブロー化して火点温度を高温に維持することが効果的であり、またこの領域では脱炭速度自体は１ｗｔ％以上の条件よりも低下してくるため、比較的ハードブロー条件下でもダストやスピッティングが発生しにくいためである。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の効果を検討するために６ｔ転炉による脱炭実験を行った。ランス構造は外周噴出孔のスロート部断面積の合計が３８０ｍｍ2 一定で、中心噴出孔のスロート径が９ｍｍφのものを用いて処理前温度１３００±５０℃の溶銑を０．０５ｗｔ％〔Ｃ〕目標に脱炭処理した。吹錬中の全送酸量は１２００Ｎｍ3 ／ｈ一定とし、吹錬開始時の炭素濃度は４．２ｗｔ％であり、流量比切り替えまでの中心噴出孔１孔あたりの比較送酸速度は外周噴出孔の平均送酸量の４０％とし、サブランス測定によって〔Ｃ〕０．３ｗｔ％と判断された時点以降は中心噴出孔の送酸が外周噴出孔の平均送酸量の８０％になるように、２系統の送酸速度をそれぞれ流量計の表示を目安に流量制御バルブを調整して変更した。処理中に発生したダスト量を集塵水の連続採取により測定するとともに、吹止め時のスラグ中Ｔ．Ｆｅを分析した。ランスハイトは１．５ｍで、比較のため中心噴出孔のない１系統の５孔ノズルと単孔ノズルを用いた比較実験も行った。
【００１８】
図３には、外周噴出孔５孔一定で外周噴出孔の開き角を変化させて行った試験結果を示す。図３において、白印は全処理中における溶鋼１ｔあたりに発生したダスト発生量、黒印は吹止め時スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度を示す。丸印は中心噴出孔を単孔のノズルで実験を行った例であるが、本発明の範囲であるダスト発生量は比較実験である５孔ノズルと同じレベル以下の１７ｋｇ／ｔ以下に、またＴ．Ｆｅは２０ｗｔ％以下に抑制できていることがわかる。また、四角印は中心噴出孔を５°の開き角で３箇所設置したときの試験結果であるが、このときは外周噴出孔開き角が１５°、２０°のときのＴ．Ｆｅを単孔ランスの比較試験と同定度まで抑制できていることが分かる。これは、外周噴出孔の開き角が１２°を超える付近からは、中心噴出孔が単孔の場合の中心噴出孔ガス流量比率を高めるだけでは噴流の合体効果が衰える影響を、中心噴出孔を複数にして噴流同士の形成する開き角を小さくして合体を促進できている作用である。
【００１９】
図４には、外周噴出孔の開き角が１０°で中心噴出孔が単孔の条件で外周噴出孔の個数を変化させたときの結果を示す。吹止め時Ｔ．Ｆｅは全条件で低位に抑制させているが、外周噴出孔数が２以下および７以上ではダスト発生量が上昇傾向にある。これは、外周噴出孔が２孔では多孔ノズルのソフトブロー効果が不十分であること、また７孔以上では中心噴出孔のガス流量比率が小さいときにおいても周囲孔同士の噴出角が小さくなって合体しているためと推測される。
【００２０】
〔実施例２〕
表１には、外周噴出孔５孔、開き角１０°で、中心噴出孔単孔のランスを用い、流量比切り替えまでの条件は実施例１と同様にして切り替え時の炭素濃度と切り替え後の流量比を変化させて、次の４水準の試験を行った結果を示す。
水準ａ：切り替え〔Ｃ〕１．５％、中心噴出孔の流量／外周噴出孔の平均流量＝０．８
水準ｂ：切り替え〔Ｃ〕１．５％、中心噴出孔の流量／外周噴出孔の平均流量＝０．６
水準ｃ：切り替え〔Ｃ〕０．０８％、中心噴出孔の流量／外周噴出孔の平均流量＝０．８
水準ｄ：切り替え〔Ｃ〕０．０８％、中心噴出孔の流量／外周噴出孔の平均流量＝０．６
【００２１】
【表１】
0003655659.tif 000002
【００２２】
流量比切り替え後の中心噴出孔流量／外周噴出孔平均流量が０．８である水準ａ、ｃではダスト発生量１９ｋｇ／ｔ以下、スラグ中Ｔ．Ｆｅ１７％以下の効果が得られているが、流量比切り替え後の中心噴出孔流量／外周噴出孔平均流量が０．６である水準ｂ、ｄでは吹止め時のスラグ中Ｔ．Ｆｅが２０％を超えている。これは、中心噴出孔からの流量が不十分であったために噴流の合体効果が得られていないためである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によって、転炉操業におけるダスト発生の抑制やスラグ中Ｔ．Ｆｅの抑制などの歩留りの良い操業が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示した図である。
【図２】本発明の実施例を示した図である。
【図３】本発明の実施例の内、ダスト発生量と吹止め時のスラグ中Ｔ．Ｆｅに対する外周噴出孔開き角の影響を示した図である。
【図４】本発明の実施例の内、ダスト発生量と吹止め時のスラグ中Ｔ．Ｆｅに対する外周噴出孔数の影響を示した図である。
【符号の説明】
１    中心噴出孔用ガス配管
２    外周噴出孔用ガス配管
３    中心噴出孔
４    周囲噴出孔
【図１】
0003655659.tif 000003
【図２】
0003655659.tif 000004
【図３】
0003655659.tif 000005
【図４】
0003655659.tif 000006