(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍋型鉄輸送器、トーピードカーなどの鉄浴輸送器において、酸化性ガスと燃料を噴射するバーナ機能と粉粒状の副原料を吹込む粉粒体吹込み機能を有するバーナランスを用いて溶銑の脱りん処理を行う溶鉄の精錬方法であって、
前記バーナランスから噴出する前記酸化性ガス及び／又は前記燃料のガスジェットに旋回流れを付与して精錬することを特徴とする溶鉄の精錬方法。
【請求項２】
前記バーナランスは、下向きの１個又は複数個のガス噴出孔を有するノズルチップを長尺の筒体先端に取り付けて形成され、前記ガス噴出孔の一個又は複数個にガスジェットに旋回流れを付与する旋回流形成部材を設けてなることを特徴とする請求項１記載の溶鉄の精錬方法。
【請求項３】
前記燃料として、プロパンガスやＬＮＧ、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料またはプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶鉄の精錬方法。
【請求項４】
粉粒状の副原料が、酸化鉄、媒溶材、炭素含有物質の内いずれか１種類、または２種類以上の粉粒体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶鉄の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄浴輸送器において脱りん処理を行う溶銑の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、CO2の排出量が問題となっているため、スクラップの使用量を増やし、溶銑配合率を低下させる溶鋼の製造プロセスが取られている。
スクラップを大量に溶解させるためには、熱的余裕が必要となってくるため、脱りん処理中の溶銑に対して昇熱用の炭素源などの熱源を添加し、熱源不足を補う方法が行われてきている（例えば、特許文献１）。
また、転炉内で発生する一酸化炭素（CO）と吹き込んだ酸素とを浴面上で燃焼、いわゆる二次燃焼をさせて、その燃焼熱を溶鉄に着熱させる方法も行われている（特許文献２）。
また、冶金反応の効率向上を目的として、スラグの滓化を促進させるため、上吹きランスにバーナを付与し、バーナの中心孔から脱りん剤を加熱添加させる方法も行われている（例えば、特許文献３、４、５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平9-20913号公報
【特許文献２】特開昭60-67610号公報
【特許文献３】特開平11-80825号公報
【特許文献４】特開2005-336586 号公報
【特許文献５】特開 2007-92158 号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の炭材等を投入するという方法では、熱源を確保することが可能になるが、溶製コストが上昇すること、炭材に含まれる硫黄の混入を招き、吹き止め鋼中のS濃度が高くなること、また、二酸化炭素（CO2）発生量が増大してしまう等の問題があった。
特許文献２の転炉内で発生するCOと吹き込んだ酸素とを浴面上で燃焼させる方法では、炉体耐火物を損耗させるという問題があった。
また、鍋、トーピードカーなどの鉄浴輸送器では容器内のフリーボード（鉄浴表面上の空間）が狭いため、溶銑のスピッティングが多量に発生するため、酸素を多く供給することができないといった問題もある。
特許文献３、４、５は、転炉でのバーナによる熱付与技術に関するものであるが、上吹きランスのバーナ部位の構造上、バーナの火炎長は長く、概ねランス先端から溶銑表面になる。しかしながら、鍋、トーピードカーなどの鉄浴輸送器では転炉のようなランス高さで吹錬することができない。そのため、特許文献３、４、５のようなノズル構造を鉄浴輸送器で使用する場合、ランス高さ内で燃料を燃焼し尽くせず、溶鉄への着熱を十分い行うことができないという問題もある。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するものであり、ランス高さを十分高くとることができない鉄浴輸送器での精錬において、バーナの燃焼熱を効率的に溶鉄に着熱させ、スクラップ配合量を増大させることができる溶鉄の精錬方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る溶鉄の精錬方法は、鍋型鉄輸送器、トーピードカーなどの鉄浴輸送器において、酸化性ガスと燃料を噴射するバーナ機能と粉粒状の副原料を吹込む粉粒体吹込み機能を有するバーナランスを用いて溶銑の脱りん処理を行う溶鉄の精錬方法であって、
前記バーナランスから噴出する前記酸化性ガス及び／又は前記燃料のガスジェットに旋回流れを付与して精錬することを特徴とするものである。
【０００７】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記バーナランスは、下向きの１個又は複数個のガス噴出孔を有するノズルチップを長尺の筒体先端に取り付けて形成され、前記ガス噴出孔の一個又は複数個にガスジェットに旋回流れを付与する旋回流形成部材を設けてなることを特徴とするものである。
【０００８】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記燃料として、プロパンガスやＬＮＧ、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料またはプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を使用することを特徴とするものである。
【０００９】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、粉粒状の副原料が、酸化鉄、媒溶材、炭素含有物質の内いずれか１種類、または２種類以上の粉粒体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る溶鉄の精錬方法は、鍋型鉄輸送器、トーピードカーなどの鉄浴輸送器において、酸化性ガスと燃料を噴射するバーナ機能と粉粒状の副原料を吹込む粉粒体吹込み機能を有するバーナランスを用いて溶銑の脱りん処理を行う溶鉄の精錬方法であって、前記バーナランスから噴出するガスジェットに旋回流れを付与して精錬するようにしたので、バーナランスから延出する火炎長さを短くすることができ、鉄浴輸送器のようにランス高さを十分に高くとれない場合であっても、溶鉄への着熱を確実にすることができる。これによって、溶鉄への着熱量が増大して熱余裕度が大幅に向上し、従来よりもスクラップ配合量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶鉄の精錬方法に使用するバーナランスのノズルチップの説明図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）はノズルチップを図１（ａ）の矢視Ａ―Ａ方向から見た図である。
【図２】本発明一実施の形態に係る溶鉄の精錬方法に使用する精錬設備の説明図である。
【図３】比較例のバーナランスのノズルチップの説明図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）はノズルチップを図３（ａ）の矢視Ｂ―Ｂ方向から見た図である。
【図４】図１に示したノズルチップを用いた場合と、図３に示したノズルチップを用いた場合のバーナ火炎長さの比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２は、本実施の形態に係る溶鉄の精錬方法を実施する溶鉄の精錬設備の概要を説明する説明図である。まず、図２に基づいて溶鉄の精錬設備を説明する。
溶鉄の精錬設備１は、高炉などの溶銑製造設備で製造された溶鉄３を収容した鍋型鉄浴輸送器５と、バーナランス７と、インジェクションランス９とを備えている。
本実施の形態に係るバーナランス７は、酸化性ガスと燃料を噴射するバーナ機能と粉粒状の副原料を吹込む粉粒体吹込み機能を有している。
【００１３】
図１はバーナランス７の要部を説明する説明図であり、図１（ａ）は先端部の軸方向断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。
バーナランス７は、図１に示されるように、中心部から外周部に向かい、粉粒体を噴出する粉粒体噴射孔１１、気体燃料を噴射する燃料噴射孔１３、燃料を燃焼させるための酸化性ガスを噴射する燃焼用酸化性ガス噴射孔１５が同心円状に配置されたノズルチップ１７を長尺の筒体１９の先端に取り付けることによって形成されている。各噴射孔の配置が前記のようにされていることから、図１（ｂ）に示すように、粉粒体噴射孔１１の断面形状は円形、燃料噴射孔１３および燃焼用酸化性ガス噴射孔１５の断面形状は円環状になっている。
燃焼用酸化性ガス噴射孔１５の内壁には、噴射する燃焼用酸化性ガスに旋回流を付与する螺旋状の旋回羽根２１が設けられている。
また、燃焼用酸化性ガス噴射孔１５の外周部には、バーナの溶損等を防止するために、冷却水が循環供給される冷却水循環路２３が設けられている。冷却水循環路２３は図示しない冷却水給水管、冷却水排水管に接続されている。
【００１４】
燃焼用酸化性ガスに旋回流を付与することで、燃料と燃焼用酸化性ガスの混合が促進されて燃料の燃焼性が向上し、火炎長さが短くなる。
火炎長さが短くなる点について、さらに詳細に説明する。図３は、旋回羽根２１を有していないノズルチップ２５の説明図であり、図３のノズルチップ２５が図１のものと違う点は、旋回羽根２１を有していない点のみであり他の構成は同一である。そのため、図３において、図１のものと同一部分には同一の符号が付してある。
図４は、図１に示したノズルチップ１７を用いた場合と図３に示したノズルチップ２５を用いた場合におけるバーナ火炎長さの比較を示すグラフであり、縦軸がバーナ火炎長さ（ｍ）、横軸が燃料であるプロパンガス流量（Ｎｍ3/ｍｉｎ）をそれぞれ示している。
２種類のノズルチップは共に燃料および燃焼用酸素流量が増加するにしたがってバーナ火炎長さが長くなっている。
しかし、図３のノズルチップ２５を用いたものは燃料流量が小さい場合でも、火炎長が実際の脱りん処理時のランス高さ相当（１ｍ）よりも長くなっている。一方、図１のノズルチップ１７によって旋回流を付与したものでは火炎長さが、図３のものよりも燃料流量の影響が小さく、どの条件でも脱りん処理時のランス高さ相当範囲内となっている。
火炎長さが短くなった理由は、前述したように、燃料と燃焼用酸化性ガスの混合が促進されて燃料の燃焼性が向上したためである。
このように、火炎長さを短くすることで、鍋型鉄輸送器、トーピードカーなどの鉄浴輸送器のようにランス高さを十分に高くとれない場合であっても、溶鉄３への着熱を確実にすることができる。これによって、溶鉄への着熱量が増大し、スクラップ配合量を増大させることができる。
【００１５】
次に、上記の精錬設備１を用いた溶鉄の精錬方法を説明する。
本発明の一実施の形態に係る溶鉄の精錬方法は、鍋型鉄浴輸送器５において、酸化性ガスと燃料としてのプロパンガスを噴射するバーナ機能と粉粒状の副原料としての石灰を吹込む粉粒体吹込み機能を有するバーナランス７を用いて溶銑の脱りん処理を行う溶鉄の精錬方法であって、前記バーナランス７から噴出するガスジェットに旋回流れを付与して精錬することを特徴とするものである。
また、本実施の形態では、図２に示すように、インジェクションランス９から酸化鉄を吹込むようにしている。
【００１６】
本実施の形態の溶鉄の精錬方法によれば、火炎長さを短くすることができ、鍋型鉄浴輸送器５のようにランス高さを十分に高くとれない場合であっても、溶鉄３への着熱を確実にすることができる。これによって、溶鉄３への着熱量が増大して熱余裕度が大幅に向上し、従来よりもスクラップ配合量を増大させることができる。その結果、脱りんの溶製コストの削減が可能になり、省資源、省エネルギーが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【００１７】
なお、上記の実施の形態では、燃料噴射孔１３から噴射する燃料としてプロパンガスを例に挙げたが、これ以外にＬＮＧ、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料またはプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を使用することができる。
また、上記の実施の形態では、媒溶材である石灰を粉粒体噴射孔１１から噴射して、酸化鉄をバーナランス７とは別のインジェクションランス９から吹込むようにしていたが、粉粒体噴射孔１１から噴射する粉粒状の副原料としては、酸化鉄、媒溶材、炭素含有物質の内いずれか１種類、または２種類以上のものを使用することができる。
【００１８】
また、上記の実施の形態では、燃焼用酸化性ガス噴射孔１５の内壁に、噴射する燃焼用酸化性ガスに旋回流を付与する旋回羽根２１を設けた例を示したが、気体燃料を噴射する燃料噴射孔１３の内壁に旋回羽根を設けてもよい。また、燃焼用酸化性ガス噴射孔１５と燃料噴射孔１３の両方に旋回羽根を設けてもよい。
また、上記の実施の形態では、本発明の旋回流形成部材の一例として旋回羽根２１を挙げているが、旋回流形成部材としてはこれに限られるもではなく、バーナランスから噴射するガスに旋回流を付与できるものであれば旋回流形成部材の形状は特に限定されるものではない。
さらに、バーナランスから噴射するガスに旋回流を付与する方法として、ガス噴射孔に旋回流形成部材を設ける以外に例えば、噴射孔１５のガス吐出方向をノズルチップ１７出口内面の接線方法にするようにして旋回流を形成するようにしてもよい。
【００１９】
また、上記の実施の形態では鉄浴輸送器の例として鍋型鉄浴輸送器５を示したが、トーピードカーで脱りん処理を実施した場合でも同様の結果が得られることは言うまでもない。
【実施例】
【００２０】
本発明の効果を確認する実験を行ったので、これについて以下説明する。
容量が2.5トンの鍋型鉄輸送器に溶銑を装入して脱りん吹錬を行った。脱りん吹錬では、温度が1400℃の溶鉄を装入し、次いで、インジェクションランス９から酸化鉄を供給した。
また、バーナ機能および粉体吹込み機能を付与した上吹きランスから粉体として石灰、燃料としてプロパンガスおよび燃料燃焼用酸素を供給した。
用いたバーナランスは、発明例である図１に示すノズルチップ１７を有するものと、比較例として図３に示すノズルチップ２５を有するものを用いた。
また、他の比較例として図１のノズルチップ１７を用いて燃料、酸素の代わりに窒素（N2）ガスを供給し、バーナとして利用しない場合についても実験を行った。さらに、石灰は、炉内スラグの塩基度（質量%CaO／質量%SiO2）が2.5となるように添加量を調整した。
溶鉄の温度及び化学組成を表１に示す。なお、表１において、それぞれの成分は、脱燐処理前に調整した値である。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
また、発明例と比較例の吹錬の条件を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
発明例１〜３の違いは、上吹きランスから吹込むプロパンガスと燃焼酸素ガス量を変化させたものである。なお、比較例１〜３はそれぞれ発明例１〜３に対応しており、発明例１〜３との違いは使用しているノズルチップのみである。
比較例４は、図１に示すノズルチップ１７を用いているが、燃料、酸素の代わりに窒素（N2）ガスを供給し、バーナとして利用しない場合である。
発明例１〜３および比較例１〜４の吹錬条件の違いによる実験結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
比較例１〜４、発明例１〜３のいずれにおいても、処理後のりん（Ｐ）濃度および炭素（Ｃ）濃度については若干のばらつきはあるものの、有意差は見られない。
これに対して、処理後温度ではバーナを用いた比較例１〜３および発明例１〜３において、バーナを用いていない比較例４よりも温度が高くなっている。
また、発明例１と比較例１、発明例２と比較例２、発明例３と比較例３をそれぞれ比較すると分かるように、発明例１〜３では、同一の燃料流量条件において、比較例１〜３よりも処理後温度が高くなっている。これは、旋回流を付与できるノズルチップ１７は、図４で示したように、ランス高さ内で燃料が効率的に燃焼するのに対し、旋回流を付与できないノズルチップ２５は火炎長が長くなるため、燃料がランス高さ内で燃焼しきれず、燃料流量に対する溶銑への着熱量が小さくなるためである。
【００２７】
以上から、鍋型鉄輸送器、トーピードカーなどの鉄浴輸送器のようにランス高さの低い精錬容器での脱りん処理において、バーナ機能および粉体吹込み機能を付与した上吹きランスを用いる精錬に際して、ガス噴出孔から噴出するガスジェットに旋回流れを付与して精錬することで、従来と比較して熱余裕度が大幅に向上し、従来よりも多くのスクラップの溶解が可能となることが実証された。
【符号の説明】
【００２８】
１  溶鉄の精錬設備
３  溶鉄
５  鍋型鉄浴輸送器
７  バーナランス
９  インジェクションランス
１１  粉粒体噴射孔
１３  燃料噴射孔
１５  燃焼用酸化性ガス噴射孔
１７  ノズルチップ
１９  筒体
２１  旋回羽根
２３  冷却水循環路
２５  ノズルチップ
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
0005962162.tif 000008