(57)【要約】【課題】  上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて溶銑或いは溶鋼を酸化精錬するに当たり、上吹き酸素ジェットの動圧を容易に調整することができ、同一ランスであっても種々の状況に適確に対処することのできる転炉吹錬方法を提供する。【解決手段】  その先端に１孔以上のラバールノズル形状の主孔４が設置された上吹きランス１から、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するに際し、前記主孔の周囲に、傾角θf が主孔の傾角θs に１０°を加えた値以下である副孔８を同心円状に複数配置し、該副孔から酸素含有ガスを供給して、前記主孔から噴射される酸素含有ガスの周囲に二次燃焼による高温帯を形成する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その先端に１孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置された上吹きランスから、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するに際し、前記主孔の周囲に、傾角が主孔の傾角に１０°を加えた値以下である副孔を同心円状に複数配置し、該副孔から酸素含有ガスを供給して、前記主孔から噴射される酸素含有ガスの周囲に二次燃焼による高温帯を形成することを特徴とする転炉吹錬方法。
【請求項２】
前記副孔の傾角は、主孔の傾角に５°を加えた値以下であることを特徴とする、請求項１に記載の転炉吹錬方法。
【請求項３】
前記副孔は、６個以上配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の転炉吹錬方法。
【請求項４】
前記副孔からの酸素含有ガスの供給流量は、主孔からの酸素含有ガスの供給流量の２０％以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の転炉吹錬方法。
【請求項５】
前記主孔と前記副孔とで酸素含有ガスの供給量の調整をそれぞれ独立して行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の転炉吹錬方法。
【請求項６】
前記酸化精錬は、溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の転炉吹錬方法。
【請求項７】
前記酸化精錬は、予備処理された溶銑の脱炭吹錬であり、該脱炭吹錬における生成スラグ量が５０ｋｇ／ｔ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の転炉吹錬方法。
【請求項８】
その先端に１孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置され、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、前記主孔の周囲には、傾角が主孔の傾角に１０°を加えた値以下である複数の副孔が、同心円状に配置されていることを特徴とする転炉吹錬用上吹きランス。
【請求項９】
前記副孔の傾角が、主孔の傾角に５°を加えた値以下であることを特徴とする、請求項８に記載の転炉吹錬用上吹きランス。
【請求項１０】
前記副孔が、６個以上配置されていることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の転炉吹錬用上吹きランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉に装入された溶銑または溶鋼に酸素含有ガスを供給して溶銑または溶鋼の酸化精錬を行う転炉吹錬方法、並びに、その際に使用する転炉吹錬用上吹きランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶銑の転炉吹錬においては、上吹き酸素或いは底吹き酸素により、主として脱炭吹錬を目的とする酸化精錬が行われている。これらの酸素のうちで上吹き酸素は、その先端に主孔として、ラバールノズルと呼ばれる末広がり形状のノズルを有する上吹きランスから、超音速または亜音速のジェットとして転炉内に吹き付けられる。このラバールノズルの末広がりの部分は理想的には曲線であるが、加工が容易であることから、広がり角度を２〜８°とする円錐形状になっているものが大部分であり、また、スロート部或いは出口部に多少のストレート部を有するものもある。
【０００３】
この転炉脱炭吹錬においては、近年、溶銑の脱燐を目的とした溶銑予備処理（「予備脱燐処理」という）の発展により、転炉での脱燐の必要性が少なくなり、転炉で必要とする媒溶剤が大幅に低減した。その結果、従来には生成する溶鋼トン当たり５０ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）を越えていた脱炭吹錬時の生成スラグ量は急激に減少した。例えば、溶銑の予備脱燐処理によって溶銑の燐濃度を実質的に鋼材製品の燐濃度と同等の０．０２質量％以下まで低減した場合には、転炉での脱炭吹錬における脱燐に必要な媒溶剤は１０ｋｇ／ｔ以下となり、生成するスラグ量はおよそ２５ｋｇ／ｔ以下にまで低減可能である。
【０００４】
脱炭吹錬の吹錬初期から中期にかけての脱炭最盛期では、脱炭反応は酸素供給律速であるため、高速吹錬を指向する場合には、酸素供給速度（以下、「送酸速度」という）を高める必要がある。しかし、生成スラグ量の少ない脱炭吹錬では、上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が顕著になり、歩留まりの低下や操業の不安定化をもたらす。つまり、従来は炉内に存在する大量のスラグがカバーの役割を担っていたが、予備脱燐処理された溶銑を用いた場合などスラグ量が低減した場合には、溶銑が酸素ジェットの影響を直接的に受け、前述した歩留まりの低下などの不都合が発生する。
【０００５】
従来、こうした操業条件の悪化を抑制するために、上吹きランスの主孔数を４孔或いは５孔にするなどして１孔当たりの送酸速度、即ち浴面での動圧を下げ、且つ、それぞれの酸素ジェットが互いに干渉し合わないようにした非干渉・多孔型ランスが指向されてきた。また、酸素ジェットが干渉しないようにするために、主孔の孔径及び傾角などの上吹きランス形状のハード面を適正化すると同時に、上吹きランスの先端と浴面との距離（「ランス高さ」という）或いは送酸速度などの操業条件を調整した対策も数多く提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、上吹きランスの形状を適正化するとともに、送酸速度及びランス高さを主孔の形状に合わせて適正範囲内に制御した吹錬方法が提案されている。しかし、このような対策では、上吹きランスから噴出される酸素ジェットの軌跡及び幾何学的形状が大きく変化してしまうため、酸素ジェット中の酸素濃度の変化及び酸素ジェットの浴面への衝突位置（以下「火点」と記す）の変化などにより、不必要な二次燃焼の増加或いは脱炭反応効率の低下などをもたらす。
【０００７】
また、鉄飛散及びダスト生成の防止には火点間の干渉を避けることが重要である、との観点から、特許文献２には、火点の幾何学的重なり面積率が３０％以下になるように円周方向に主孔を配置し、干渉を避けつつ浴面上に効率的に火点を形成する方法が提案されている。しかし、この対策では、送酸速度を大幅に増大する場合には自ずと限界が生じ、送酸速度の大幅な変更には対処することができない。
【０００８】
一方、脱炭吹錬末期の低炭素域（およそＣ＜０．６質量％）においては、供給された酸素は脱炭反応だけでなく鉄の酸化にも消費されるため、鉄の酸化を抑えて脱炭酸素効率を高める目的で送酸速度を低減させている。この場合、鉄浴への酸素供給効率を維持するために、ランス高さを低減させて鉄浴への酸素衝突圧、即ち酸素ジェットの動圧を高めている。主孔としてのラバールノズルは、通常、吹錬中期の脱炭最盛期において最適なジェットが得られるように設計されるため、吹錬末期の低送酸速度の場合には、ラバールノズルの適正流量から大きく下方に外れる。そのため、ラバールノズルの効果が得られず、不必要に酸素ジェットが減衰し、主にスラグ中のＴ．Ｆｅの増加に見られるように、脱炭反応効率の低下が生じる。脱炭最盛期におけるジェットを低動圧志向とした場合には、吹錬末期の低動圧化がより一層顕著になる。また、輻射熱などによる弊害のため、ランス高さの低減にも限界があり、吹錬末期の操業安定化には限界が存在する。尚、Ｔ．Ｆｅとはスラグ中の全ての鉄酸化物（ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 ）の鉄分の合計値である。
【０００９】
このように、同一ランスを用いて吹錬の中期と末期とで送酸速度を変更して操業する場合、吹錬末期の動圧を適正値に確保する方法及びその場合に吹錬中期の高炭素域での吹錬への影響などは未だに不明確なままである。また、転炉における溶銑の予備脱燐処理のように転炉を用いた予備処理吹錬では、低動圧化による鉄酸化の促進によって不必要な脱炭反応の抑制及び脱燐反応の高効率化が図られているが、転炉における溶銑の予備脱燐処理において大量の鉄スクラップを溶解する場合には、上吹き酸素ジェットによる攪拌力の増大が求められ、この場合も上吹き酸素の動圧の制御は重要な課題である。
【００１０】
ところで、酸素ジェットの高動圧化の技術として、ラバールノズルとバーナーとを併用する技術が従来から知られており、例えば特許文献３には、気体のジェットを、ランス出口から浴面までの範囲に渡って火炎で包囲し、浴面に気体のジェットを高速で吹き込む方法が開示されている。しかしながら、特許文献３の方法では、火炎を浴面まで到達せしめる高出力のバーナーが不可欠であり、転炉内のような高温環境でバーナーを併設することは設備的に極めて複雑であって実用上困難な点が多く、また、火炎が与える精錬への影響も不明確である。
【特許文献１】特開平６−２２８６２４号公報
【特許文献２】特開平６−５７３２０号公報
【特許文献３】特開平１０−２６３３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、転炉吹錬においては、上吹き酸素ジェットの動圧制御を可能とすることで、同一ランスであっても種々の状況に適確に対処可能な吹錬方法及び上吹きランスが切望されているにも拘わらず、有効な手段は提案されていないのが現状である。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、上吹きランスから酸素含有ガスを吹き付けて溶銑或いは溶鋼を酸化精錬するに当たり、上吹きジェットの動圧を容易に調整することができ、同一ランスであっても種々の状況に適確に対処することのできる転炉吹錬方法を提供すること、並びに、その際に使用する転炉吹錬用上吹きランス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】
【００１３】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、上吹きランスにおいて、酸素ジェットを噴射するラバールノズル形状の主孔の周囲に副ノズル（「副孔」と記す）を配置し、この副孔から酸素を供給して、主孔から噴射される酸素ジェットの周囲に酸素ジェットを包囲するように、雰囲気ガスの二次燃焼による高温帯を形成することで、主孔から噴射される酸素ジェットの減衰が著しく減少し、酸素ジェットの動圧を容易に調整することができるとの知見を得た。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る転炉吹錬方法は、その先端に１孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置された上吹きランスから、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するに際し、前記主孔の周囲に、傾角が主孔の傾角に１０°を加えた値以下である副孔を同心円状に複数配置し、該副孔から酸素含有ガスを供給して、前記主孔から噴射される酸素含有ガスの周囲に二次燃焼による高温帯を形成することを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明に係る転炉吹錬方法は、第１の発明において、前記副孔の傾角は、主孔の傾角に５°を加えた値以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明に係る転炉吹錬方法は、第１または第２の発明において、前記副孔は、６個以上配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第４の発明に係る転炉吹錬方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記副孔からの酸素含有ガスの供給流量は、主孔からの酸素含有ガスの供給流量の２０％以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
第５の発明に係る転炉吹錬方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記主孔と前記副孔とで酸素含有ガスの供給量の調整をそれぞれ独立して行うことを特徴とするものである。
【００１９】
第６の発明に係る転炉吹錬方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記酸化精錬は、溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とするものである。
【００２０】
第７の発明に係る転炉吹錬方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記酸化精錬は、予備処理された溶銑の脱炭吹錬であり、該脱炭吹錬における生成スラグ量が５０ｋｇ／ｔ以下であることを特徴とするものである。
【００２１】
第８の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、その先端に１孔以上のラバールノズル形状の主孔が設置され、溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて酸化精錬するための転炉吹錬用上吹きランスであって、前記主孔の周囲には、傾角が主孔の傾角に１０°を加えた値以下である複数の副孔が、同心円状に配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
第９の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、第８の発明において、前記副孔の傾角が、主孔の傾角に５°を加えた値以下であることを特徴とするものである。
【００２３】
第１０の発明に係る転炉吹錬用上吹きランスは、第８または第９の発明において、前記副孔が、６個以上配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、上吹きランスから溶銑または溶鋼に向けて酸素含有ガスを吹き付けて溶銑または溶鋼を酸化精錬するに際し、ラバールノズル形状の主孔から吹き付けられる酸素含有ガスの周囲に、この酸素含有ガスを包囲するように二次燃焼による高温帯を形成するので、酸素ジェット周囲の雰囲気温度が高温になり、酸素ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が低下し、その結果、酸素ジェットへ巻き込まれる雰囲気ガス量が少なくなって、雰囲気ガスの巻き込みによる酸素ジェットの減衰が抑制され、酸素ジェットの動圧を増大させることができる。これにより、送酸速度を変更しても適正な動圧に調整した吹錬が可能となり、酸素吹錬における鉄歩留まりの向上、高速吹錬時の操業の安定化などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００２６】
本発明は、上吹きランスから溶銑または溶鋼に向けて、酸素、空気、酸素富化空気、Ａｒ−酸素混合ガスなどの酸素含有ガスを吹き付け、溶銑または溶鋼を酸化精錬する技術に関するものである。この酸化精錬の例として転炉で行われる溶銑の脱炭吹錬を取り上げ、同一上吹きランスを使用しても状況に応じて適確に脱炭吹錬が可能となるべく、酸素ジェットの動圧を容易に調整することのできる方法の開発を目的として、上吹き送酸ジェットの減衰挙動を詳細に調査・解析し、そして、ラバールノズルから噴射される酸素ジェットの動圧減衰に及ぼすノズル形状及び雰囲気温度の影響を明確化した。
【００２７】
酸素ジェットの流速測定の結果、高温の雰囲気下においては、ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が減少するため、ジェットへの雰囲気ガスの巻込みが大幅に抑制され、その結果、酸素ジェットの流速が上昇し、ジェットの動圧が著しく上昇することが定量的に把握された。つまり、浴面における酸素ジェットの動圧を高める方法として、前述した特許文献３に開示されたような、バーナーによって火炎を生成させることは必要不可欠ではなく、雰囲気ガスの温度を高めることによって酸素ジェットの動圧を高めることができるとの知見を得た。
【００２８】
そこで、本発明者等は、主孔からの酸素ジェット（「主孔ジェット」とも記す）の周囲を簡便な方法で高温化させる方法として、主孔の周囲に副孔を設置し、この副孔から酸素を供給し、脱炭吹錬によって生成するＣＯガスの二次燃焼による発熱を利用する方法を検討した。ここで、二次燃焼とは、溶銑の脱炭吹錬などによって生成するＣＯガスが、副孔などから供給される酸素によって燃焼する反応（２ＣＯ＋Ｏ2＝２ＣＯ2 ）である。
【００２９】
先ず、主孔の周囲に複数の副孔を配置した小型ランスにおける検証を行った。転炉内のガスを模擬するために、ランスの外周雰囲気にＣＯガスを供給した。また、ＣＯガスの発熱量の影響を確認するために、プロパンガスを供給する試験も実施した。その結果、比較的発熱量の少ないＣＯガスであっても、副孔から供給する酸素によって主孔の周囲に高温帯を形成可能であることが確認できた。また、副孔からプロパンガスを供給する試験も実施したが、この場合には、ランス出口近傍から激しい火炎が生成し、火炎で囲まれた内部は、著しく高温化することが分かった。
【００３０】
この結果に基づき、小型転炉において溶銑の脱炭吹錬試験を行った。その結果、主孔の周囲に副孔を適正に配置した上吹きランスを用いて送酸精錬を行うことで、溶銑の浴面において酸素ジェットの高い動圧を得られることが分かった。この場合、主孔からの酸素ジェットによる脱炭反応によって、転炉内の雰囲気が高濃度のＣＯガス雰囲気となり、このＣＯガスと副孔からの酸素とが反応して二次燃焼が起こる。通常、二次燃焼は、炉内温度或いは浴温度の上昇を目的とするが、副孔を適正に配置することにより、酸素ジェットの周囲の温度を部分的に高温とし、ジェットへの雰囲気ガスの巻き込みが減少して動圧が増大する、即ち、副孔から酸素含有ガスの適正な供給を行うことによって高動圧が得られることが分かった。この場合、主孔からの酸素ジェットの周囲が高温であることを必要とするため、副孔からの酸素が主孔ジェットを包囲するように副孔から噴射させることが重要である。副孔からの酸素が主孔ジェットを包囲しない場合には、高温帯が拡散してしまい、雰囲気ガスの巻き込み抑制効果は著しく低下する。
【００３１】
この副孔を有する本発明に係る上吹きランスの概略図を図１、図２及び図３に示す。尚、図１は、４つの主孔と８つの副孔とを有する上吹きランスの概略側面断面図、図２は、図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図、図３は、図１に示す主孔の形状であるラバールノズルの概略断面図である。
【００３２】
図１及び図２に示すように、本発明に係る上吹きランス１は、円筒状のランス本体２と、このランス本体２の下端に溶接などにより接続されたランスノズル３とで構成されており、そして、ランス本体２は、外管９、中管１０、内管１１、最内管１２からなる同心円状の４種の鋼管、即ち四重管で構成され、銅製のランスノズル３には、鉛直斜め下向き方向を向いた４つの主孔４が設置され、主孔４の周囲に複数個（図２では８個）の副孔８が設置されている。主孔４はラバールノズル形状であり、副孔８はストレート形状である。副孔８は、主孔４を取り囲むように、ランスノズル３の軸心を中心としてほぼ同心円状に配置されている。主孔４は、鉛直下向き方向としても構わない。
【００３３】
外管９と中管１０との間隙、及び、中管１０と内管１１との間隙は、上吹きランス１を冷却するための冷却水の流路となっており、上吹きランス１の上部に設けられた給水継手（図示せず）から供給された冷却水は、中間１０と内管１１との間隙を通ってランスノズル３の部位まで至り、ランスノズル３の部位で反転して外管９と中管１０との間隙を通って上吹きランス１の上部に設けられた排水継手（図示せず）から排出される。この場合に給排水の径路を逆としてもよい。
【００３４】
内管１１と最内管１２との間隙は、副孔８への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス１の上端部から内管１１と最内管１２との間隙に供給された酸素含有ガスは、内管１１と最内管１２との間隙を通り、副孔８から転炉内に噴出される。また、最内管１２の内部は主孔４への酸素含有ガスの供給流路となっており、上吹きランス１の上端部から最内管１２の内部に供給された酸素含有ガスは、最内管１２の内部を通り、主孔４から転炉内に噴出される。
【００３５】
酸化精錬用の酸素を供給するための主孔４はラバールノズル形状であり、図３にその形状を示す。図３に示すように、主孔４は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されたラバールノズル形状であり、このラバールノズル形状のノズルにおいては、縮小部分は絞り部５、拡大部分はスカート部７、絞り部５からスカート部７に遷移する部位であって最も狭くなった部位はスロート６と呼ばれている。上吹きランス１を通ってきた酸素含有ガスは、絞り部５、スロート６、スカート部７を順に通って、超音速または亜音速のジェットとして噴射される。図３中のＤｔはスロート径、Ｄｅは出口径であり、スカート部７の広がり角度θは通常１０°以下である。スロート径Ｄｔ及び出口径Ｄｅは、操業条件に基づいて理論式により最適な形状が定められる。
【００３６】
副孔８は、脱炭反応によって生成するＣＯガスを燃焼させて主孔４からの酸素ジェットの周囲に高温帯を形成させる酸素含有ガスを供給するためのものであり、従って、主孔４からの酸素ジェットの周囲に複数の副孔８を配置する必要がある。主孔４からの酸素ジェットを高温帯で包み込むためには、副孔８の設置数は多いほど好ましく、主孔４が１つの場合には３つ以上の副孔８が好ましく、通常、転炉脱炭吹錬で使用する上吹きランス１では、主孔４が複数個であり、この場合には、副孔８は６つ以上、望ましくは８つ以上配置することが好ましい。また、副孔８は主孔４の周囲に均等に配置することが好ましい。
【００３７】
このとき、二次燃焼を安定化させ、且つ、主孔４及び副孔８を合わせた総脱炭酸素効率向上の観点から、副孔８からの送酸量は主孔４からの送酸量に対して少ないほうがよく、具体的には、副孔８からの送酸速度は主孔４からの送酸速度の２０％以下とすることが好ましい。
【００３８】
また、副孔８は、鉛直下向きとすればよいが、角度（「傾角」という）を設けてもよい。図１に、主孔４の傾角をθS とし、副孔８の傾角をθf として示す。但し、傾角θfを広げすぎると高温帯が周囲に拡散して、主孔４から噴射される酸素ジェットの周囲から高温帯が離れてしまい、主孔ジェットの減衰抑制効果が小さくなる。この理由から、副孔８の傾角θfは、主孔４の傾角θS に１０°を加えた値よりも小さくすること、望ましくは主孔４の傾角θS に５°を加えた値よりも小さくすることが好ましい。それぞれの主孔４の傾角θS が異なる場合には、最も大きい傾角θS を基準とすればよい。傾角θf は小さいほど好ましいが、傾角θfを主孔４に向かった内側方向にすると主孔４の酸素ジェットを乱すため、前述した高温帯の効果を得られにくくなる。そのため、傾角θf は、０°（鉛直下向き）から主孔４の傾角θS 以下の範囲とすることが好ましい。それぞれの副孔８で傾角θfが異なっていても構わない。また、主孔４からの酸素ジェットを高温帯でより一層包囲するために、これらの副孔８に加えて中心孔を設けると更に効果が向上する。また、副孔８は、ラバールノズル形状でも構わないが、燃焼を安定させるためにストレート型ノズルが好ましい。ここで、主孔４の傾角θSは通常２０°以下である。また、主孔４の孔数は特に制限する必要はない。
【００３９】
尚、図３に示すラバールノズル形状の主孔４では、絞り部５及びスカート部７が円錐体であるが、ラバールノズルとしては絞り部５及びスカート部７は円錐体である必要はなく、内径が曲線的に変化する曲面で構成してもよく、また、絞り部５はスロート６と同一の内径であるストレート状の円筒形としてもよい。絞り部５及びスカート部７を、内径が曲線的に変化する曲面で構成する場合には、ラバールノズルとして理想的な流速分布が得られるが、ノズルの加工が極めて困難であり、一方、絞り部５をストレート状の円筒形とした場合には、理想的な流速分布とは若干解離するが、使用には全く問題とならず、且つ、ノズルの加工が極めて容易となる。本発明ではこれら全ての末広がりのノズルをラバールノズルと称することとする。
【００４０】
また、図１では、上吹きランス１は四重管構造であるが、外管９、中管１０、内管１１の三重管構造とし、内管１１の内部を主孔４及び副孔８への酸素含有ガスの供給流路としてもよい。但し、この場合には、内管１１を介して送られる酸素含有ガスは、主孔４及び副孔８のそれぞれのノズル吐出孔断面積に応じた比率で主孔４及び副孔８から噴射されることになり、従って、酸素含有ガスの供給量及び供給時期を主孔４と副孔８とで任意に変更することができる点で、兼用流路とするよりも図１に示す独立流路とすることが好ましい。
【００４１】
このようにして構成される本発明に係る上吹きランス１を用い、転炉に収容された溶銑または溶鋼に向けて、酸素、空気、酸素富化空気、Ａｒ−酸素混合ガスなどの酸素含有ガスを吹き付け、溶銑または溶鋼を酸化精錬する。酸化精錬としては、溶銑の脱炭吹錬、溶銑の予備脱燐処理、コークスなどの炭材の燃焼熱を利用した鉄スクラップの溶解処理、溶銑の存在下で行うＣｒ鉱石の溶融還元処理などを実施することができる。つまり、ＣＯガスが生成する酸化精錬であるならば、本発明に係る上吹きランス１を用いて効率的に精錬することができる。
【００４２】
ラバールノズル形状の主孔４から噴射される酸素含有ガスのジェットは、主孔４のスロート径Ｄｔ及び出口径Ｄｅによって定まる所定の送酸速度のときに最適に膨張し、理想的な超音速のジェットとして噴射される。溶銑または溶鋼に酸化精錬を施す場合、例えば溶銑の脱炭吹錬のように、精錬途中で送酸速度を変更する必要の生ずる場合が発生する。その場合に、送酸速度が、スロート径Ｄｔ及び出口径Ｄｅによって定まる所定の送酸速度を外れて不適正な送酸条件になると、所定の送酸速度よりも上に外れたときにはジェットの不足膨張により、一方、所定の送酸速度よりも下に外れたときにはジェットの過剰膨張により、ともにエネルギーロスが生じて理論的に求められる理想的な超音速は得られず、ジェット自体の動圧は低下する。特に、送酸速度を低下させた場合には、低送酸による動圧低下も含め、浴面での著しい動圧低下が生じる。
【００４３】
これに対して、本発明に係る上吹きランス１の副孔８から酸素含有ガスを供給することで、主孔４からのジェットによる脱炭反応で生じた雰囲気ガス中のＣＯガスが、副孔８から供給される酸素により二次燃焼し、主孔４のジェットの噴出部周囲に高温帯が生じる。そのため、主孔ジェット周囲の温度が部分的に高温になり、ジェット周囲の雰囲気ガスの密度が減少することによって、主孔ジェットへの雰囲気ガスの巻込み量が少なくなり、換言すれば雰囲気ガスによる主孔ジェットの減衰が抑制され、浴面における主孔ジェットの動圧を従来に比べて増加させることができる。つまり、本発明に係る上吹きランス１を使用することにより、主孔ジェット自体の動圧が低下するような不適正な送酸条件であっても、雰囲気ガスによる主孔ジェットの減衰を抑制することができるので、浴面における主孔ジェットの動圧を、主孔４の出口における動圧とほぼ同等の高い値に維持させることが可能となる。この場合、脱炭反応によって発生したＣＯガスを利用するために燃料ガスは不要である。尚、高温帯が主孔ジェットの周囲に密着していない場合には、上記効果は著しく低下する。
【００４４】
このように、送酸速度を低下させても主孔ジェットの動圧が従来に比べて増加するので、酸素の反応効率が上昇し、脱炭反応などの反応速度を促進させることが可能となる。尚、送酸速度が理想的な超音速のジェットを得ることのできる適正範囲にある場合など、動圧増大の必要がないようなときには、副孔８から酸素含有ガスを供給する必要はないが、副孔８の詰まり防止やランスノズル３の冷却のために、このような場合でも少量の酸素含有ガス或いは不活性ガスを副孔８から供給することが好ましい。ここで、送酸条件が理想的な超音速のジェットを得ることのできる適正範囲であっても、動圧を増大させる必要のある場合には、本発明により更なる高動圧化効果が得られることはいうまでもない。
【００４５】
以上説明したように、本発明では、副孔８からの酸素含有ガスの供給により、主孔４からのジェットの動圧を制御することが可能となる。特に、この動圧の制御方法を、予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬に適用することで、種々の利益を得ることができる。
【００４６】
即ち、予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬では、従来、脱炭吹錬の初期から中期にかけての脱炭最盛期では、炉内のスラグ量が少ないことに起因して上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が顕著になり、鉄歩留まりの低下や操業の不安定化をもたらし、一方、脱炭吹錬の末期では、脱炭酸素効率を高める目的で送酸速度を低減することにより、ラバールノズルの適正流量から大きく下方に外れ、ラバールノズルの効果が得られず、不必要に酸素ジェットが減衰し、主にスラグ中のＴ．Ｆｅの増加に見られるように、脱炭反応効率の低下が生じていた。
【００４７】
これに対して、脱炭吹錬の初期から中期の脱炭最盛期には低動圧・高送酸操業とするために、例えば、主孔４を低い圧力で最適なジェットが得られる低動圧のラバールノズル形状として本発明の上吹きランス１を設計し、この上吹きランス１を用いて、以下のようにして予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭吹錬を実施する。即ち、脱炭吹錬の初期から中期においては、主孔４からは低動圧で且つ高送酸速度で酸素ジェットを供給するとともに、副孔８からは地金飛散による閉塞を回避するだけの必要最小限の酸素或いは不活性ガスを供給し、一方、脱炭吹錬末期においては、主孔４からの送酸速度は低減させるものの、副孔８から酸素を供給して主孔ジェットの動圧の減衰を防止し、従来に比べて高い動圧を確保する。このようにして脱炭吹錬することで、脱炭吹錬の初期から中期においては、酸素ジェットの動圧が低く抑えられることから上吹き酸素ジェットによる鉄の飛散及びダストの発生が抑制されて、鉄歩留まりの向上及び操業の安定化がもたらされ、また、脱炭吹錬の末期には、低い送酸速度であっても酸素ジェットの動圧が増加することにより、溶湯の攪拌が改善されて鉄の酸化が抑制されて鉄歩留まりが向上すると同時に脱炭反応が促進される。転炉内にＭｎ鉱石を添加してこのＭｎ鉱石を還元する操業の場合には、Ｍｎ歩留まりの飛躍的な向上も得ることができる。これらの効果は、炉内のスラグ量が５０ｋｇ／ｔ以下の場合に顕著であり、スラグ量が２０ｋｇ／ｔ以下の場合に特に顕著である。
【００４８】
尚、脱炭吹錬の初期から中期の脱炭最盛期に副孔８から酸素を供給すれば、主孔４からの酸素ジェットの動圧は更に高くなり、例えば、Ｍｎ鉱石の溶融還元の促進効果などが得られる。また、酸素ジェットによる攪拌が強化されることから、底吹き攪拌の必要性がなくなり、更に、同様な酸素ジェットの軌跡を維持しつつランス高さを高めることができることから、上吹きランス１への地金付着も軽減することができる。
【００４９】
また、本発明の上吹きランス１を用いた溶銑の予備脱燐処理においては、酸素ジェットの動圧が上昇することで溶銑の攪拌が促進され、鉄スクラップの溶解が促進することから、多量の鉄スクラップを溶解することが可能となる。
【００５０】
本発明では、脱炭反応によって生成するＣＯガスを利用するため、生成するＣＯガスを容器から拡散させないために、容器としては密閉に近い転炉を用いることが最適であるが、大気の巻き込みを抑制するような集塵装置及び排ガス設備を用いた場合には、鍋型容器であっても、本発明を実施することができる。
【実施例１】
【００５１】
以下、本発明例を比較例とともに示す。容量が２６０トンで、酸素を上吹きし、攪拌用ガスを底吹きする上底吹き複合吹錬用転炉内に約２６０トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行った。用いた溶銑は、転炉脱炭吹錬の前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理及び脱燐処理が施された同一鋼種向けの溶銑であり、溶銑の珪素濃度は０．１０質量％以下、燐濃度は０．００７〜０．０１８質量％であった。転炉内には石灰系フラックスを添加し、スラグを生成させている。スラグの分析値から求められたスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）は約２．８〜３．７であり、炉内のスラグ量はＣａＯバランスによって求めた。転炉々底に設置した羽口からは、溶湯攪拌を目的としてＡｒまたは窒素を毎分１０〜２５Ｎｍ3程度吹き込んだ。
【００５２】
送酸は、４孔で傾角θS が１２°の主孔と、３〜８孔の副孔とを有する上吹きランスにより行い、主孔からの送酸速度は、吹錬初期から中期にかけては６００００Ｎｍ3／ｈｒ、吹錬末期では３００００Ｎｍ3 ／ｈｒとし、ランス高さなどの吹錬パターンは何れの操業においても極力同一とした。主孔と副孔とは、図１に示すように酸素の供給径路を独立させ、副孔からは吹錬末期に酸素を供給した。副孔からの送酸速度は、主孔の送酸速度の２０％以上とすると炉内のフレーム異常が生じ且つ耐火物の損耗も大きい傾向があったため、３０００Ｎｍ3／ｈｒとした。脱炭吹錬の終了目標は溶鋼中炭素濃度が０．０５質量％となった時点とし、終了時の溶鋼温度は１６５０℃を目標とした。吹錬中、炉内に５ｋｇ／ｔのＭｎ鉱石を投入し、吹錬終点でのＭｎ歩留まりを調査した。また、吹錬終了時のスラグを採取し、スラグ中のＴ．Ｆｅの濃度を調査した。
【００５３】
また、比較例として副孔を備えていない４つの主孔を有する上吹きランスの操業も実施した。比較例では、副孔から酸素を供給しないこと以外は、本発明例の操業条件に準じて行った。表１に、本発明例及び比較例の操業条件及び操業結果を示す。
【００５４】
【表１】
2006328432.tif 000003
【００５５】
表１に示すように、本発明例においては、比較例に比べてスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が低く、鉄歩留まりが向上することが確認できた。また、本発明例においては、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が低くなることから、Ｍｎ鉱石の還元歩留まりも向上することが確認できた。また、これらの効果は、副孔の設置数を多くし且つ副孔の傾角θf を小さくすることによって顕著になることも確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る上吹きランスの概略側面断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。
【図３】図１に示す主孔の形状であるラバールノズルの概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  上吹きランス
２  ランス本体
３  ランスノズル
４  主孔
５  絞り部
６  スロート
７  スカート部
８  副孔
９  外管
１０  中管
１１  内管
１２  最内管
【図１】
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【図２】
2006328432.tif 000005
【図３】
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