(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み方法において、
ランスを支持する台車を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動させながら、ランスの先端から容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込み、
前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、
前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、
前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離ｂと前記混銑車の中央部の半径ａとの比ｂ／ａが３０％以上である粉体吹込み方法。
【請求項２】
前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、
前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする請求項１に記載の粉体吹込み方法。
【請求項３】
溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み装置において、
溶融金属を貯蔵する容器にキャリアガスと共に粉体を吹き込むランスと、
前記ランスを支持する台車と、
容器の上の床に配置される円弧形又は円形の軌道レールと、を備え、
前記台車は、水平面内において前記軌道レールに沿って円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動可能であり、
前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、
前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、
前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離ｂと前記混銑車の中央部の半径ａとの比ｂ／ａが３０％以上である粉体吹込み装置。
【請求項４】
前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、
前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする請求項３に記載の粉体吹込み装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑、溶鋼等の溶融金属の成分を調整するためにランスから容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込む粉体吹込み方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の精錬プロセスでは、溶銑、溶鋼等の溶融金属の成分を調整するため溶融金属を酸化鉄や石灰等の副原料と反応させている。これらの副原料はほとんどが粉体状であり、反応させるためにキャリアガスによる搬送及び吹込み（インジェクション法）を行っている。インジェクション法は高温物体への数少ない物質投入方法であり、あらゆる精錬プロセスで幅広く用いられている。
【０００３】
例えば、溶銑から燐（Ｐ）成分を除去する脱燐工程においてもインジェクション法が多く採用されている。脱燐反応を実施する場合、脱燐にかかる時間は、脱燐剤の使用量やその反応効率に律速される。インジェクション法において、脱燐にかかる時間を短くし、生産量を得ようとする場合、従来においては大きく以下のような方法が知られている。
【０００４】
（１）ランス先端の脱燐剤の吹込み速度を増加させる。
（２）ランスを含む脱燐剤の吹込み設備を増設し、二つ以上のランスから脱燐剤を吹き込む（特許文献１参照）。
（３）ランスを上下動させることによってランス先端の吹込み位置を上下に変更し、反応効率を上げる。
（４）鉛直方向を向くランスをピンを支点として垂直面内で旋回させ、ランス先端の吹込み位置を垂直面内で円弧運動させ、これにより反応効率を上げる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７０６号公報
【特許文献２】特開昭６１−２８４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術にはそれぞれ以下のような問題点がある。
【０００７】
（１）一か所での吹込み速度増加は粉体の反応効率を悪くするので、速度増加に比例した効果を得にくい。また、圧力損失上キャリアガスの量も増加するので、溶銑のこぼれを誘発し、歩留まりが悪くなる可能性がある。
（２）脱燐剤吹込み設備が倍以上必要になり、イニシャル・ランニング両面でのコスト増となる。また、設置スペースとして物理的制約を受け易いという問題がある。仮に物理的に成立しても集塵フードの開口部が大きくなり、環境面への悪影響が生ずる。
（３）反応効率の向上が得られるかもしれない。しかし、ランスを上下動させても、混銑車の上から見たとき、混銑車の中心軸の線上に吹き込むことは変わらず、反応効率の向上効果は小さなものとなる。
（４）混銑車の上から見たとき、ランス先端の吹込み位置は、混銑車の中心軸の方向（Ｘ軸方向）にのみ、又は混銑車の中心軸と直交する方向（Ｙ軸方向）にのみしか移動することができない。そのため、ランスの先端がどのように動いても、吹込み位置を混銑車のＸ軸及びＹ軸のいずれか一方のみに対してしか非対称に配置することができず、攪拌効率の向上効果が小さい。
【０００８】
そこで、本発明は、容器内の非対称な位置に吹込み位置を変化させることができ、もって攪拌効率、反応効率の向上効果を図れる粉体吹込み方法及び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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み方法において、ランスを支持する台車を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動させながら、ランスの先端から容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込み、前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離ｂと前記混銑車の中央部の半径ａとの比ｂ／ａが３０％以上である粉体吹込み方法である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体吹込み方法において、前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み装置において、溶融金属を貯蔵する容器にキャリアガスと共に粉体を吹き込むランスと、前記ランスを支持する台車と、容器の上の床に配置される円弧形又は円形の軌道レールと、を備え、前記台車は、水平面内において前記軌道レールに沿って円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動可能であり、前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離ｂと前記混銑車の中央部の半径ａとの比ｂ／ａが３０％以上である粉体吹込み装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の粉体吹込み装置において、前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ランスの吹込み位置を水平面内において円弧状又は円の軌道に沿って移動させることが可能なので、容器の上から見て容器の中心軸（Ｘ軸）及び中心軸と直交する軸（Ｙ軸）の両方に対して非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になる。このため、より高い攪拌効率を得ることができる。また、混銑車内の水平面内の非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になり、混銑車半径に対するランスの吹込み位置の偏心量の割合を大きくすることで、攪拌効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、ランスの長さ方向の途中がランスの位置が変化しない旋回中心となる。ランスの旋回中心をランス投入口としての集塵フードの開口、又は溶融金属の受口としての容器の開口に配置することで、集塵フード又は容器の大幅な改造が不要になる。このため、安価に実施でき、かつ集塵効率を低下させることなく、攪拌効率を向上させることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、ランスの吹込み位置を水平面内において円弧状又は円の軌道に沿って移動させることが可能なので、容器の上から見て容器の中心軸（Ｘ軸）及び中心軸と直交する軸（Ｙ軸）の両方に対して非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になる。このため、より高い攪拌効率を得ることができる。また、混銑車内の水平面内の非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になり、混銑車半径に対するランスの吹込み位置の偏心量の割合を大きくすることで、攪拌効率を向上させることができる。
請求項４に記載の発明によれば、ランスの長さ方向の途中がランスの位置が変化しない旋回中心となる。ランスの旋回中心をランス投入口としての集塵フードの開口、又は溶融金属の受口としての容器の開口に配置することで、集塵フード又は容器の大幅な改造が不要になる。このため、安価に実施でき、かつ集塵効率を低下させることなく、攪拌効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の粉体吹込み装置が組み込まれた脱燐設備の全体概要図
【図２】上記脱燐設備の模式図（垂直断面図）
【図３】上記脱燐設備の模式図（平面図）
【図４】従来の吹込み方法におけるランス先端の吹込み位置の軌跡と、本実施形態におけるランス先端の吹込み位置の軌跡とを比較した図（図４（ａ）は従来の吹込み方法を示し、図４（ｂ）は本実施形態の吹込み方法を示す）
【図５】吹込み位置の偏心量と攪拌効率との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における粉体吹込み装置を詳細に説明する。図１は本実施形態の粉体吹込み装置が組み込まれた脱燐設備の一例を示す。この例の脱燐設備は、製鉄所の高炉から出銑される溶銑をトピードカーと呼ばれる混銑車で受け、溶銑中の燐濃度を下げるために、混銑車の溶銑中にキャリアガスと共に粉体状の脱燐剤をインジェクションする。粉体吹込み装置は、インジェクション用配管であるランス１、及びランス１を支持する台車２を備える。
【００２１】
図１において、３は混銑車、４は床、５は溶銑である。溶銑５を貯蔵する混銑車３の本体部７は、円筒状の中央部７ａ、及び中央部７ａの両端部に設けられる一対の絞り部７ｂを備える。混銑車３の上部には、溶銑を出し入れするための受銑口３ａが開けられる。混銑車３の本体部７は中心軸６の回りを回転可能に移動機構８に支持される。混銑車３は高炉から出銑された溶銑を受けた後、脱燐処理のために脱燐設備の床４の下方に移動する。脱燐処理後、混銑車３は溶銑を払い出す取鍋まで移動し、本体部７を中心軸６の回りに回転させて溶銑５を払い出す。
【００２２】
脱燐設備の床４上には、円弧形の軌道レールが設置される。軌道レール上には円弧の軌道に沿って円周方向に移動可能に台車２が設けられる。台車２には棒状に細長く伸びるランス１が支持される。ランス１は、台車２の支持フレーム２ａに傾動可能にかつ進退可能に支持される。ランス１の下端には、キャリアガス及び粉体を吹き込むノズル１ａが設けられる。ランス１の上端にはホース９を介して脱燐剤１０を貯蔵するディスペンサータンク１３が接続される。
【００２３】
混銑車３が脱燐設備の床４の下方に移動したら、台車２の支持フレーム２ａは所定角度傾斜させたランス１を下降させ、ランス１を混銑車３の受銑口３ａを介して炉底付近まで浸漬させる。その後、ランス１の上端に接続されるホース９よりキャリアガスと共にディスペンサータンク１３中の脱燐剤１０をランス１に供給し、ランス１のノズル１ａからインジェクションする。インジェクションにより混銑車３内に溶銑の攪拌流が形成され、溶銑の攪拌が行われる。
【００２４】
脱燐中の発塵は混銑車３の受銑口３ａ上をカバーする集塵フード１１ａ，１１ｂを介して集塵するようになっている。集塵フード１１ａ，１１ｂは、床４の下部に設けられる下部集塵フード１１ａ、及び床の上部に設けられる上部集塵フード１１ｂを備える。上部集塵フード１１ｂには、集塵ダクトを介してバグフィルタ、排風機等が接続される。上部集塵フード１１ｂ（以下、単に集塵フード１１ｂという）には、ランス１を投入できるように開口（ランス投入口１４、図２参照）が開けられる。
【００２５】
図２及び図３は、円弧軌道に沿って台車が往復運動移動する脱燐設備の模式図を示す。図２は混銑車３の中心軸６を含む脱燐設備の垂直断面図（図１の模式図）を示し、図３は床４の上から見た脱燐設備の平面図を示す。
【００２６】
図２に示すように、ランス１は台車２に垂直方向に対して所定角度θだけ傾けた状態で支持される。ランス１と水平面との俯仰角度は５０°〜８０°（ランス１と垂直方向ｖとのなす角度θは１０°〜４０°）、望ましくは６０°〜７０°（ランス１と垂直方向ｖとのなす角度θは２０°〜３０°）に設定される。
【００２７】
図３に示すように、床４の上には円弧形の軌道レール１２ａ，１２ｂが配置される。軌道レール１２ａ，１２ｂは、内側軌道レール１２ａ、及び外側軌道レール１２ｂを備える。軌道レール１２ａ，１２ｂ上には台車２が円周方向に自走可能に配置される。自走式の台車２の駆動機構は、軌道レール１２ａ，１２ｂ上を転がる車輪、車輪を回転させる電動機、電動機の回転を減速して車輪に伝える減速機を備える。駆動機構に関しては一定の速度で台車を旋回できれば特に制約は無く、シリンダー等を用いた構成でも実施可能である。なお、ランス１を支持する台車２が直接軌道レール１２ａ，１２ｂ上を自走するようにしてもよいし、ランス１を支持する台車２が図示しない旋回台車の上に乗り、旋回台車が軌道レール１２ａ，１２ｂ上を自走するようにしてもよい。
【００２８】
円弧の軌道レール１２ａ，１２ｂの中心は上部集塵フード１１ｂのランス投入口１４である。このため、図３に示すように、床４の上から見て台車２はランス投入口１４を中心にして矢印Ａ方向に円周方向に移動する。ランス１はランス１の軸線方向の途中のランス投入口１４を中心にして旋回し、ランス１の先端のノズルは矢印Ｂ方向に旋回する。これにより、ランス１の先端を混銑車３の中心軸６と垂直な方向に移動させながら脱燐処理を実行することができる。ランス１の先端の脱燐剤供給位置が混銑車３の中心軸６と垂直に動くことで、混銑車３内に非対称な流れを作り、もって、攪拌能力、反応効率を向上させることが可能になる。
【００２９】
ここで、ランス１が混銑車３の受銑口３ａを中心にして旋回するようにしてもよい。ただし、混銑車３の受銑口３ａは集塵フード１１ｂのランス投入口１４よりも広いのが一般的であるから、ランス１の旋回中心を集塵フード１１ｂのランス投入口１４に配置すれば、ランス１が混銑車３の受銑口３ａに干渉するのを防止できる。
【００３０】
混銑車３の上から見て、混銑車３の中心軸６に対するランス先端の左右の回転角度θ１，θ２は、後述する偏心量が３０％以上になるように、かつθ１＝θ２になるように決定される。攪拌効果を向上させるためには、ランス先端の左右の回転角度θ１，θ２は、混銑車３との干渉を避ける範囲でできるだけ大きな角度が望ましい。
【００３１】
ランス先端の回転速度は、１０ｍ／ｍｉｎ以上かつ２０ｍ／ｍｉｎ未満に設定される。これは、１０ｍ／ｍｉｎ未満であると十分な攪拌効果が得られず、一方で２０ｍ／ｍｉｎ以上であるとランス１に負担がかかり、折損等のトラブルを誘発するおそれがあるからである。
【００３２】
図４（ａ）（ｂ）は、従来の特許文献２に記載の吹込み方法におけるランス先端の吹込み位置の軌跡と、本実施形態におけるランス先端の吹込み位置の軌跡とを比較した図である。図４（ａ）（ｂ）では、混銑車３の上から見た図が示されており、混銑車３の中央には受銑口３ａが開口している。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、従来の吹込み方法においては、ランス先端の吹込み位置は混銑車３の中心に対して十字の方向に直線的にしか移動することができない。そのため、吹込み位置がどのように動いても、混銑車３の中心軸６であるＸ軸あるいはＹ軸のみでしか非対称な形を作ることができず、攪拌効率の向上効果が小さいものとなる。
【００３４】
これに対して本実施形態によれば、ランス先端の吹込み位置が円弧状に動くことが可能であるから、平面的に吹込み位置を変更することが可能である。図４（ｂ）に示すように、吹込み位置を混銑車３のＸ軸及びＹ軸の両方に対して非対称な位置に配置することが可能であるので、より高い攪拌効率を得ることができる。
【００３５】
図５は、吹込み位置の偏心量と攪拌効率との関係を示す。図５のグラフの横軸の偏心割合は、混銑車３の中央部７ａの半径ａに対する吹込み位置の偏心量ｂの割合を表す。吹込み位置の偏心量ｂは、混銑車３の上から見たときの混銑車３の中心軸６から吹込み位置までの距離を表す。偏心量１００％とは、吹込み位置の偏心量ｂと混銑車の半径ａと等しくなることを意味する。縦軸の攪拌進行効率は、攪拌に要する時間に関する指標であり、攪拌進行効率が大きければ大きいほど攪拌効果が高いことを意味する。なお、図５のグラフでは、吹込み位置がＹ方向には偏心済みであることを前提としている。
【００３６】
図５に示すように、偏心割合が２０％を超えると、攪拌進行効率が偏心させていない場合に比べて１．１倍以上に上昇し、偏心割合が３０％を超えると、１．２倍以上に上昇する。吹込み位置を偏心させればさせるほど、攪拌進行効率が上昇するのがわかる。ランス先端を円弧の軌道に沿って往復運動させたとき、ランス先端のストロークエンドでの偏心割合が３０％を超えると、より攪拌効果を向上させることができる。
【００３７】
さらに本実施形態によれば以下の効果を奏する。台車２等の主な稼動部が集塵フード１１ｂのランス投入口１４から離れており、既存の脱燐設備と同様にランス１部分のみがランス投入口１４にあるので、故障リスクが少なく、容易に実施することが可能である。
【００３８】
円弧運動を台車２にて実現させているため、場合によっては既存の昇降装置あるいは吹込み装置を容易に流用することができる。また、ランス１と台車２との相対的位置を変化させることで、容易にランス先端の吹込み位置の円弧運動の修正が可能である。
【００３９】
設置する円弧状の軌道レール１２ａ，１２ｂにて円弧運動の中心を設定するので、集塵フード１１ｂのランス投入口１４の制約を受けず、ランス投入口１４を最小で設計できる。また、改造の場合、既存のランス投入口１４を流用できる可能性が高く、その結果、安価に実施でき、かつ集塵効率を維持することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。
【００４１】
例えば、台車は床の上を円弧運動するのには限られることはなく、軌道レールを円形にし、台車が円運動するようにしてもよい。台車を円運動させることで、混銑車の全体に均等に脱燐剤が行き渡るようになるので、攪拌効果がさらに向上する。
【００４２】
台車及びランスを二つ以上設け、二つ以上のランスから脱燐剤をインジェクションするようにしてもよい。
【００４３】
本発明は混銑車における溶銑の脱燐処理だけでなく、脱珪、脱炭処理等のさまざま溶銑予備処理に適用することができる。また、溶銑だけでなく、溶鋼又は溶融合金の成分調整プロセスにも適用することができる。さらに、容器としては、混銑車の他に取鍋、転炉等の各種の反応容器を使用することができる。
【実施例１】
【００４４】
混銑車を使用した脱燐設備に図１ないし図３に示す本実施形態の吹込み装置を組み込んだ。ランス１の俯仰角度を７０°に設定し、集塵フード１１ｂのランス投入口１４からのランス１の装入量を４７６５ｍｍとした。台車２を軌道レール１２ａ，１２ｂに沿って円周方向に円弧運動させたときの、ランス先端の回転半径はランス投入口１４を中心として１７３４ｍｍであった。このランス先端の回転半径はランス１の俯仰角度及び装入量によって変化した。回転角度は左右に１９°（合計３８°）であった。ランス先端の回転速度を１１ｍ／ｓに設定した。
【００４５】
ランス先端からキャリガスと共に脱燐剤を吹き込み、ランス先端を旋回させながら脱燐処理を行ったところ、ランス先端の吹込み位置を混銑車３に対して常に非対称な位置にして脱燐処理を行うことができた。このため、攪拌が従来よりも改善され、脱燐効率が向上した。また、ランス投入口１４の形状を変更することなく改造が可能であったため、安価に実施でき、かつ集塵効率を低下させることもなかった。さらに、脱燐処理の処理時間短縮や脱燐剤使用量低減等といった処理量増加及びコストダウンに寄与することもできた。
【符号の説明】
【００４６】
１…ランス
１ａ…ノズル
２…台車
２ａ…支持フレーム
３…混銑車（容器）
４…床
５…溶銑（溶融金属）
６…混銑車の中心軸
７ａ…中央部
７ｂ…絞り部
９…ホース
１０…脱燐剤（粉体）
１１ａ，１１ｂ…集塵フード
１２ａ，１２ｂ…軌道レール
１４…集塵フードのランス投入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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