(57)【要約】【課題】  溶融鉄に浸漬ランスを介して酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込んで精錬するに際し、溶融鉄の噴出を抑えて高能率の酸素ガスの吹き込みを可能とする。【解決手段】  本発明の吹き込み用浸漬ランス１は、溶融鉄中に浸漬し、側面に設けられた複数個の吐出ノズル４から酸素含有ガス及び粉状精錬剤を溶融鉄中に吹き込むための吹き込み用浸漬ランスであって、吐出ノズルは、金属内管２と金属外管３とを有する多重管構造であり、吹き込み用浸漬ランスの軸心に沿って、酸素含有ガス及び粉状精錬剤を供給するための精錬剤供給管５、及び、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管６を備え、精錬剤供給管、冷却媒体供給管及び吐出ノズルを保護するための耐火物被覆層７を備え、吹き込み用浸漬ランスの軸心を鉛直としたとき、吐出ノズルの中心軸が、水平方向から下向きに８°以上、３０°未満の範囲で傾斜している。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融鉄中に浸漬し、側面に設けられた複数個の吐出ノズルから酸素含有ガス及び粉状精錬剤を溶融鉄中に吹き込むための吹き込み用浸漬ランスであって、
前記吐出ノズルは、前記酸素含有ガス及び前記粉状精錬剤を吹き込むための金属内管と、該金属内管の先端部を冷却する冷却媒体を吹き込むための金属外管とを有する多重管構造であり、
前記吹き込み用浸漬ランスの軸心に沿って、前記金属内管に接続して前記酸素含有ガス及び前記粉状精錬剤を供給するための精錬剤供給管、及び、前記金属外管に接続して前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管を備え、
前記精錬剤供給管、前記冷却媒体供給管及び前記吐出ノズルを保護するための耐火物被覆層を備え、
前記吹き込み用浸漬ランスの軸心を鉛直としたとき、前記吐出ノズルの中心軸が、水平方向から下向きに８°以上、３０°未満の範囲で傾斜していることを特徴とする吹き込み用浸漬ランス。
【請求項２】
請求項１に記載の吹き込み用浸漬ランスを精錬容器に収容された溶融鉄に略鉛直に浸漬させ、前記金属内管から酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込み、前記金属内管と前記金属外管との間隙から前記冷却媒体として炭化水素系ガスを吹き込むことを特徴とする、溶融鉄の精錬方法。
【請求項３】
前記精錬容器が混銑車で、前記溶融鉄が溶銑であり、前記粉状精錬剤が粉状の転炉脱炭スラグを含むことを特徴とする、請求項２に記載の溶融鉄の精錬方法。
【請求項４】
前記粉状精錬剤の前記溶融鉄１トンあたりの吹き込み速度を０．２０〜１．００ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲とすることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の溶融鉄の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混銑車などの精錬容器に収容された溶融鉄（溶融鉄とは溶銑、溶鋼及び溶融鉄合金を指す）に、酸素含有ガス（酸素ガスを含む気体）及び粉状精錬剤を吹き込むための吹き込み用浸漬ランスに関し、及び、この吹き込み用浸漬ランスを用いた溶融鉄の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼材の高級化に伴う燐含有量低下対策、或いは、製鋼プロセスの合理化を目的として、溶銑の脱燐処理が、転炉または溶銑鍋若しくは混銑車（「トピードカー」ともいう）などにおいて広く行われている。また、この脱燐処理では、溶銑中の珪素が脱燐反応を阻害するので、脱燐処理を効率的に行うために、脱燐処理の前に予め溶銑中の珪素を除去する脱珪処理も行われている。
【０００３】
このような溶融鉄の精錬においては、酸素源は必要不可欠な存在であり、酸素源としては、酸化鉄（固体酸素）または酸素ガス（気体酸素）の２種類が使用されている。このうち、酸化鉄（固体酸素）を使用する場合は、ＦｅＯ＝Ｆｅ＋Ｏなる酸化鉄の分解反応が吸熱反応であり、溶融鉄の熱余裕を減じてしまう。一方、酸素ガス（気体酸素）を使用する場合は、Ｓｉ＋Ｏ２＝ＳｉＯ２を始めとした酸素ガスとの反応は、発熱反応であることから、溶融鉄の熱余裕を増加させることが可能であるので、熱源コスト削減の観点から精錬用の酸素源として酸素ガスを用いることがある。
【０００４】
近年では、鉄鋼業においても、鉄鋼製品単位質量あたりの炭酸ガス排出量の抑制が強く求められており、還元に多大なエネルギーを要する鉄鉱石に代えて、鉄スクラップの使用量を増大させる取り組みが行われている。鉄スクラップは、主に、溶銑の予備処理も含む製鋼プロセスにおいて使用され、鉄スクラップの溶解のために用いることができる熱量を増大させることが求められる。このため、溶銑の脱珪処理や脱燐処理の予備処理で精錬用の酸素源として従来多量に使用されていた酸化鉄の可能な限りの大部分を、酸素ガス（工業用純酸素ガス）に置き換えることによって、鉄スクラップ溶解のための熱源を創出する試みがなされている。
【０００５】
溶融鉄に酸素ガスなどの酸素含有ガスを供給する方法は、大きく分けて２種類に分類される。１つの方法は、溶融鉄とは非接触の上吹きランスなどから酸素含有ガスを溶融鉄の浴面に向けて吹き付ける方法（「上吹き送酸法」と呼ぶ）である。他の方法は、溶融鉄中に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスや精錬容器の底部などに設けた羽口から、溶融鉄中に酸素含有ガスを直接吹き込む方法（「吹き込み送酸法」と呼ぶ）である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、溶銑に鉛直に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスの側面の下端近傍に開口させた２つの２重管ノズルの内管から酸素ガスを吹き込んで行う、吹き込み送酸法による脱珪処理方法において、ノズル断面積あたりの酸素ガスの流量を特定の範囲とすることによって吹き込み用浸漬ランスの溶損を抑制する溶銑の脱珪処理方法が開示されている。また、特許文献２には、ランスの高さ方向設置位置を調整することにより、溶銑中への酸素ガスの吹き込みと、溶銑の表面への酸素ガスの吹き付けとを、一つのランスを用いて行う溶銑の予備処理方法が開示されている。特許文献２は、２つの酸素ガスの吐出孔の角度を鉛直下向きに対して３０°以上とすることにより、ランスを浸漬して酸素ガスを吹き込む際に、複数の気体ジェットとそれに随伴される溶銑の流動とが相互に干渉して不安化する現象を抑制でき、ランスの振動が抑制できるとしている。
【０００７】
また、溶銑の脱珪処理や脱燐処理を行う予備処理において、酸素源とともに溶銑に供給される媒溶剤としては、主に生石灰が使用されることが一般的であるが、特許文献３には、生石灰に代えて転炉脱炭スラグを使用し、脱燐効率を向上させるとともに、転炉脱炭スラグのリサイクル使用量を増大させて系外へのスラグ排出量を抑制した溶銑の脱燐処理方法が開示されている。実施例には、吹き込み用浸漬ランスから転炉脱炭スラグを含む粉状精錬剤を酸素ガスとともに溶銑中に吹き込む実施形態が示されている。
【０００８】
溶融鉄に酸素含有ガスを供給する際に、上吹き送酸法とするか、吹き込み送酸法とするかは、それぞれの送酸方法の以下に記す特徴を考慮して決められる。つまり、吹き込み送酸法の場合には、酸素含有ガスの添加効率が高い、溶融鉄の攪拌力が向上するなどの利点がある一方、吹き込み用浸漬ランスの浸漬部の熱負荷は大きく、耐用回数が限られるなどの問題がある。これに対して、上吹き送酸法の場合には、上吹きランスへの熱負荷が小さく、長期間に亘って上吹きランスを使用できるという利点はあるが、酸素含有ガスの添加効率が低い、攪拌力が得られないなどの問題がある。
【０００９】
また、混銑車において酸素ガスを大量に用いる脱珪処理では、何れの送酸方法においても、大量のＣＯガスが発生して炉口近傍で燃焼し、炉口付近の耐火物に損傷を与え易いことや、溶銑浴の振動や溶銑液滴の飛散などにより、酸素ガスの供給速度などの操業条件が制約を受けるという問題もある。
【００１０】
特に、上吹き送酸法では、脱珪酸素効率が低いことから、所望の脱珪反応速度を得るべく酸素ガス供給速度を増大させると、以下のような問題が起こる場合があった。つまり、酸素ガス供給速度を増大させると、ＣＯガスの発生速度が増大して炉口付近で燃焼することにより、炉口近傍の耐火物損傷が顕著になったり、上吹き酸素ジェットの運動エネルギーが大きくなることから、この運動エネルギーに起因して炉口からの噴出物や炉口や上吹きランスへの付着物が増大し、この付着物が操業を阻害したりする。更に、上吹き酸素ジェットによるＣＯガスの二次燃焼で混銑車の天井耐火物の損傷を招いたりするという問題があった。
【００１１】
このため、混銑車、溶銑鍋などのフリーボードの小さい精錬容器に収容された溶銑に対しては、吹き込み送酸法を採用することによって、上記のような問題を回避して、酸素ガスによる脱珪処理を効率良く行うことが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２６６６７４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６０９８１号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
酸素含有ガスを混銑車などのフリーボードの小さい精錬容器に収容された溶銑中に吹き込む際の他の技術課題として、精錬容器の開口部（炉口）からの溶銑の噴出が挙げられる。特に、吹き込み用浸漬ランスを開口部から略鉛直に溶銑に浸漬させた場合には、吹き込み用浸漬ランスから吹き込んで反応した気体の浮上位置と精錬容器の開口部とが近い位置関係になるために、溶銑が噴出しやすくなるという問題がある。この問題は、フリーボードの小さい精錬容器において、酸素含有ガスの供給速度を増大させて効率的に脱珪処理を実施するうえで障害となっている。
【００１４】
また、ガスを吹き込む吐出ノズルの浸漬深さを増大させると、溶銑浴振動の振幅が増大し、この振動が炉口からの溶銑の噴出を助長する傾向がある。この溶銑の噴出は設備トラブルを招くおそれがあり、溶銑が噴出しないようにするためには、吹き込み用浸漬ランスの浸漬深さを十分に深くすることはできず、浅くせざるを得ない。浸漬深さが浅いと、撹拌動力密度が低下して脱珪反応と脱炭反応とが競合し、その結果、脱珪反応効率が低下するという問題が生じる。
【００１５】
特許文献１、２に開示されているように、酸素源として、主に溶銑に吹き込む酸素ガスを用いた溶銑の脱珪処理において、吹き込み用浸漬ランスのランス寿命を向上するための吹き込み方法の検討は種々なされてきたが、上記のような問題は解決されておらず、効率的な酸素ガス吹き込み方法を実現するためには、課題が残されていた。
【００１６】
一方、特許文献３に開示されているように、酸化鉄やＣａＯ源などの種々の粉状の精錬剤を、酸素ガスとともに溶銑中に吹き込む精錬方法も知られている。しかし、酸化鉄を始めとして、これらの精錬剤による吸熱量は非常に大きく、酸素ガスの利用による熱量の創出効果が十分に生かされた精錬条件には、必ずしもなっていなかった。また、酸素ガスとともに溶銑中に吹き込む精錬剤が、上記のような溶銑の噴出や吹き込み用浸漬ランスのランス寿命に及ぼす影響も不明であり、実用的に適正な精錬剤の吹き込み条件は明らかではなかった。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、混銑車などのフリーボードの小さい精錬容器に収容された溶融鉄に吹き込み用浸漬ランスを浸漬し、この吹き込み用浸漬ランスを介して酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込んで溶融鉄を精錬するに際し、溶融鉄の噴出を抑えて高能率の酸素ガスの吹き込みを可能とするとともに、粉状精錬剤による吸熱を抑制して昇熱能にも優れた酸素ガスの吹き込み処理を可能とする吹き込み用浸漬ランスを提供することであり、また、この吹き込み用浸漬ランスを用いた溶融鉄の精錬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］溶融鉄中に浸漬し、側面に設けられた複数個の吐出ノズルから酸素含有ガス及び粉状精錬剤を溶融鉄中に吹き込むための吹き込み用浸漬ランスであって、
前記吐出ノズルは、前記酸素含有ガス及び前記粉状精錬剤を吹き込むための金属内管と、該金属内管の先端部を冷却する冷却媒体を吹き込むための金属外管とを有する多重管構造であり、
前記吹き込み用浸漬ランスの軸心に沿って、前記金属内管に接続して前記酸素含有ガス及び前記粉状精錬剤を供給するための精錬剤供給管、及び、前記金属外管に接続して前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管を備え、
前記精錬剤供給管、前記冷却媒体供給管及び前記吐出ノズルを保護するための耐火物被覆層を備え、
前記吹き込み用浸漬ランスの軸心を鉛直としたとき、前記吐出ノズルの中心軸が、水平方向から下向きに８°以上、３０°未満の範囲で傾斜していることを特徴とする吹き込み用浸漬ランス。
［２］上記［１］に記載の吹き込み用浸漬ランスを精錬容器に収容された溶融鉄に略鉛直に浸漬させ、前記金属内管から酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込み、前記金属内管と前記金属外管との間隙から前記冷却媒体として炭化水素系ガスを吹き込むことを特徴とする、溶融鉄の精錬方法。
［３］前記精錬容器が混銑車で、前記溶融鉄が溶銑であり、前記粉状精錬剤が粉状の転炉脱炭スラグを含むことを特徴とする、上記［２］に記載の溶融鉄の精錬方法。
［４］前記粉状精錬剤の前記溶融鉄１トンあたりの吹き込み速度を０．２０〜１．００ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲とすることを特徴とする、上記［２］または上記［３］に記載の溶融鉄の精錬方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、酸素含有ガス及び粉状精錬剤を溶融鉄中に吹き込む吐出ノズルを水平方向から下向きに８°以上、３０°未満傾斜させるので、水平方向に吹き込んだ場合と比較して、吐出ノズルからの酸素含有ガス及び粉状精錬剤が溶融鉄浴内で吹き込み方向のより広い範囲に分散され、それに伴って精錬容器の開口部からの溶融鉄の噴出を比較的少ない粉状精錬剤の吹き込み速度で抑制できる。これにより、粉状精錬剤による吸熱を抑制して昇熱能の減少を抑制しつつ、酸素ガス供給速度の増大や吐出ノズルの浸漬深さの増大が可能になり、溶融鉄に対して行う酸素ガス吹き込み処理の能率を向上させることが実現される。
【００２０】
また、気泡や粉状精錬剤が溶融鉄中で吹き込み方向へ、より広い範囲に分散されること、及び、気泡や粉状精錬剤が到達する溶融鉄深さが増大して浴の攪拌力が増加することにより、目的とする精錬反応に消費される酸素ガスの効率を向上させることができる。
【００２１】
また更に、上記吐出ノズルの水平方向からの下向き角度θを３０°未満とするので、粉状精錬剤を、略鉛直の精錬剤供給管から分岐させた斜め下向きの吐出ノズルから、高速の酸素含有ガスとともに吹き込む場合においても、吐出ノズルを構成する金属内管の粉状精錬剤による過剰な摩耗が防止され、耐用性にも優れた実用的な吹込み用浸漬ランスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】溶銑に略鉛直に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスから酸素ガスを吹き込んで混銑車に収容された溶銑を脱珪処理する概略図である。
【図２】本発明で使用する吹き込み用浸漬ランスの下端部の概略断面図である。
【図３】吹き込み用浸漬ランスの吐出ノズルからの吐出方向を示す概略図で、図３（Ａ）は、２孔式の吹き込み用浸漬ランスを用いた場合を示し、図３（Ｂ）は、４孔式の吹き込み用浸漬ランスを用いた場合を示す。
【図４】吐出ノズルの下向き角度θと、溶銑の開口部からの噴出が発生したチャージの比率との関係を示す図である。
【図５】吐出ノズルの下向き角度θ及び粉状精錬剤の吹き込み速度を変更して、溶銑の噴出の有無を調査した結果を示す図である。
【図６】脱珪酸素効率に及ぼす吐出ノズルの下向き角度θの影響を調査した結果を示す図である。
【図７】吹き込み用浸漬ランスのランス寿命に及ぼす吐出ノズルの下向き角度θの影響を調査した結果を示す図である。
【図８】吹き込み用浸漬ランス内の粉状精錬剤粒子の軌跡を示す模式図である。
【図９】従来使用されていた吹き込み用浸漬ランスの下端部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、溶融鉄中に略鉛直に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスの側面の吐出ノズルから酸素含有ガスを吹き込んで行う溶融鉄の精錬において、溶融鉄を収容する精錬容器のフリーボードが小さい場合でも溶融鉄の噴出を抑え、また、酸素ガス供給速度を増大させる、または、吐出ノズルの浸漬深さを増大させても溶融鉄の噴出を抑えて、精錬の能率を向上させることについて種々検討を行った。
【００２４】
その結果、酸素含有ガスに同伴させて粉状精錬剤を吹き込むことが溶融鉄の噴出抑制に有効であることを見出した。
【００２５】
その場合に、粉状精錬剤の吹き込み速度が大きくなると、粉状精錬剤による吸熱量が増加して鉄スクラップ溶解などに利用できる熱量が減少してしまう。したがって、できるだけ少ない粉状精錬剤の吹き込み量で、溶融鉄の噴出を抑制することが望ましい。このため、本発明者らは、粉状精錬剤の吹き込み速度を抑制しつつ、溶融鉄の噴出を抑制することを可能とする粉状精錬剤の吹き込み方法について、種々検討を行った。
【００２６】
その結果、吹き込み用浸漬ランスの吐出ノズルを水平よりも所定の範囲内の角度だけ下向きに傾斜させることで、効率的な酸素ガス供給と脱珪処理とが可能となることを見出して本発明を完成させるに至った。
【００２７】
以下、図１に示す混銑車において、吹き込み用浸漬ランスを混銑車の開口部から混銑車に収容された溶銑に略鉛直に浸漬させ、吹き込み用浸漬ランスの側面に設けられた複数の吐出ノズルから溶銑に酸素ガス（工業用純酸素ガス）を吹き込んで行う脱珪処理の実施形態を例として、本発明を具体的に説明する。図１は、溶銑に略鉛直に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスから、酸素含有ガスとして酸素ガスを吹き込んで混銑車に収容された溶銑を脱珪処理する概略図であり、図２は、本発明で使用する吹き込み用浸漬ランスの下端部の概略断面図である。
【００２８】
図１及び図２において、符号１は吹き込み用浸漬ランス、２は金属内管、３は金属外管、４は吐出ノズル、４ａは吐出ノズルの中心軸、５は精錬剤供給管、６は冷却媒体供給管、７は耐火物被覆層、８は混銑車、９は溶銑、１０は合流部、１１は粉状精錬剤供給配管、１２は酸素含有ガス供給配管、１３は冷却媒体供給配管、１４は混銑車の開口部（炉口）である。
【００２９】
本発明で使用する吹き込み用浸漬ランス１は、図２に示すように、側面に設けられた複数個の吐出ノズル４が、酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込むための金属内管２と、金属内管２の先端部を冷却する冷却媒体を吹き込むための金属外管３とを有する多重管構造になっている。そして、吹き込み用浸漬ランス１の軸心に沿って、金属内管２に接続して酸素含有ガス及び粉状精錬剤を金属内管２に供給するための精錬剤供給管５、及び、金属外管３に接続して冷却媒体を金属外管３に供給するための冷却媒体供給管６を備えている。また、吹き込み用浸漬ランス１の外周には、精錬剤供給管５、冷却媒体供給管６及び吐出ノズル４を保護するための耐火物被覆層７が施工されている。また、吹き込み用浸漬ランス１の軸心を鉛直としたとき、吐出ノズル４の中心軸４ａは、水平方向に対して下向きに８°以上、３０°未満の範囲内の下向き角度θで傾斜している。下向き角度θの範囲の詳細については後述する。金属内管２、金属外管３、精錬剤供給管５及び冷却媒体供給管６は、ステンレス鋼鋼管や炭素鋼鋼管で構成されている。
【００３０】
尚、従来の酸素ガス吹き込みによる脱珪処理では、吹き込み用浸漬ランス１として、特許文献１に開示されるような、具体的には、図９に示すような、吐出ノズル４の吐出方向が略水平方向である逆Ｔ字型の吹き込み用浸漬ランス１Ａを用いることが一般的であった。吹き込み用浸漬ランス１Ａは、吐出ノズル４の吐出方向が吹き込み用浸漬ランス１と異なるだけで、その他の構造は吹き込み用浸漬ランス１と同一であり、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
【００３１】
本発明者らは、まず、混銑車８に収容された溶銑９の脱珪処理を種々の条件下で実施し、混銑車８の開口部１４からの溶銑９の噴出が少なく、且つ、酸素ガスの供給速度や吐出ノズル４の浸漬深さの増大を可能とすることを目的とし、調査・検討を行った。
【００３２】
溶銑９の脱珪処理は、吹き込み用浸漬ランス１を混銑車８の開口部１４から略鉛直に溶銑９に浸漬させ、金属内管２の先端部を冷却する冷却媒体として炭化水素系ガス（エタンガス、プロパンガス、天然ガスなど）などを金属内管２と金属外管３との間隙から溶銑中に吹き込んで吐出ノズル４の先端部を保護しつつ、酸素含有ガスを金属内管２から溶銑中に吹き込んで行う。溶銑９に含有される珪素が、酸素含有ガスに含有される酸素で酸化されて除去され、脱珪反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ２）が進行する。
【００３３】
約３００トンの溶銑９を収容する混銑車８において、従来は、金属内管２から粉状精錬剤を吹き込むことなく、酸素ガスを金属内管２から吹き込み、プロパンガスなどの冷却媒体を金属内管２と金属外管３との間隙から吹き込み、目視による操業中の溶銑９の噴出が問題にならない吹き込み条件に調整して脱珪処理を行っていた。この場合、吐出ノズル４の浸漬深さは０．５ｍ以下であり、酸素ガス供給速度は１５〜２５Ｎｍ３／ｍｉｎ（０．０５〜０．０８Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ））、冷却媒体としてのプロパンガスの供給流量は１．５〜２．０Ｎｍ３／ｍｉｎである。ここで、吐出ノズル４の浸漬深さとは、金属内管２の上端から溶銑浴面までの距離である。
【００３４】
尚、金属内管２から吹き込む酸素ガスに替えて、酸素ガス富化空気、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスなどを使用することもできる。また、プロパンガスは金属内管２の先端を、分解吸熱を利用して冷却し、保護するための冷却用ガスであり、他の炭化水素系ガスなどでも代用できる。
【００３５】
本発明者らは、酸素ガスの供給速度を増大したり、吐出ノズル４の浸漬深さを増大したりする際に問題となる、混銑車８の開口部１４からの溶銑９の噴出の原因について、種々検討を行った。その結果、次のような事象が溶銑９の噴出を助長する主な原因と考えられた。
（１）溶銑中に吹き込む酸素ガスなどによる反応生成ガスの浮上領域が混銑車の開口部の直下に位置すること。
（２）反応生成ガスの浮上領域が狭く、単位面積、単位時間あたりの通過ガス量が大きいこと。
（３）反応生成ガスの浮上過程で浮上領域が一体化して混銑車の長手方向に直交する方向の浴振動モードが顕著となること。
【００３６】
酸素含有ガスは吐出ノズル４から斜め下向きに吹き込まれるが、溶銑９と気体との界面は大きな界面張力を受けるので、吹き込まれた気体は直ちに粗大な気泡を形成して吹き込み用浸漬ランス１の近傍に浮上し易いと考えられる。また、酸素含有ガスは吹き込み用浸漬ランス１から複数の方向に吹き込まれるが、上記のように水平方向への到達距離（侵入深さ）が小さいので、吐出ノズル４の浸漬深さが或る程度大きくなると、反応生成ガスの気泡を含む気泡流（気泡を含む溶銑が形成する流れ）は一体化して一つの気泡流としてふるまう。そして、撹拌動力密度が大きくなると、溶銑浴の振動と同期して浮上位置が自励振動的に移動し、これにより、浴振動を助長して振幅が大きくなり易いと考えられる。
【００３７】
その際、浴振動は、内径の小さい混銑車８の長手方向に直交する方向が主要な振動モードになる。一般に、混銑車８では容器部分のフリーボードが小さく、特に上記の振動方向の断面では、炉壁が溶銑浴の上方を覆うように大きく張り出した形状とはなっておらず、開口部１４が大きく設けられている。したがって、上記の浴振動が過大になると、開口部１４から溶銑９が溢れ出たり、浴振動によって実質的なフリーボードが小さくなることで、溶銑９の飛散量が増大したりして、溶銑９の噴出を招いていたと考えられる。
【００３８】
これらの推定から、溶銑９の噴出を抑制するためには、溶銑中に吹き込む酸素含有ガスに粉状精錬剤を同伴させて吹き込んで、溶銑中に吹き込む酸素ガスなどによる反応生成ガスの浮上領域を、吐出ノズル４からの噴出方向に拡大させることが有効であると考えた。吹き込み気流に粉状精錬剤を同伴させると、単に吹き込み方向の運動量が増すというだけでなく、気液界面から溶銑中に粉状精錬剤の粒子が侵入する際に気液界面が乱されて微小な気泡が生成し易くなる。
【００３９】
このようにして微小な気泡が溶銑中に分散して形成された気泡流では、水平方向への運動量が効率良く溶銑９に伝達される。その結果、吐出ノズル４の近傍での溶銑９の流れの水平方向成分が増大するとともに、気泡がその溶銑９の流れから分離し難くなるので、浴面での気泡の浮上領域は、吐出ノズル４からの吹き込み方向に移動して広く拡大した形になる。
【００４０】
これにより、開口部１４の直下に浮上する気泡の単位面積、単位時間あたりの通過ガス量が低減するとともに、浮上領域を分散させることで過剰な浴振動も抑制することができ、その結果、溶銑９の噴出の抑制が可能になる。
【００４１】
また、吐出ノズル４の吐出方向を水平方向に対して下向き角度θで傾斜させることで、酸素ガス及び粉状精錬剤を水平方向に吹き込んだ場合と比較して、吐出ノズル４からの酸素含有ガス及び粉状精錬剤が溶銑浴内で吹き込み方向のより広い範囲に分散される。これにより、後述するように、少ない粉状精錬剤の供給速度で、溶銑９の噴出が抑制される。
【００４２】
その際に、溶銑９の１トンあたりの粉状精錬剤の吹き込み速度は０．２０〜１．００ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲が必要で、より望ましくは、０．３０〜０．８０ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲である。粉状精錬剤の吹き込み速度が０．２０ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）未満では、脱珪処理における溶銑９の噴出の抑制効果が小さいので、酸素ガスの供給速度を増大したり、吐出ノズル４の浸漬深さを増大したりすることが困難な場合があり、効率的でないからである。また、粉状精錬剤の吹き込み速度が１．００ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）を超えると、粉状精錬剤の吹き込み速度が大き過ぎて、吸熱量が増すからである。
【００４３】
また、酸素含有ガスに含まれる酸素ガスの溶銑９の１トンあたりの供給速度は、０．０５〜０．２５Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲が好ましく、より望ましくは、０．０８〜０．１５Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ）の範囲である。酸素含有ガスに含まれる酸素ガスの供給速度が０．０５Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ）未満では、脱珪速度が小さく、処理時間の延長を招くため効率的でない。酸素含有ガスに含まれる酸素ガスの供給速度が０．２５Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ）を超えると、酸素ガス供給速度が過大で溶銑９の噴出のリスクが増大する。
【００４４】
吐出ノズル４の金属内管２での酸素含有ガスの線速度（断面積あたりの標準状態での通過ガス流量）は、２００Ｎｍ／ｓ以上、１２００Ｎｍ／ｓ以下の範囲とすることが好ましい。酸素含有ガスの線速度が２００Ｎｍ／ｓ未満では、粉状精錬剤粒子の速度や運動エネルギーが低いために、気泡の分散領域を拡大させて開口部１４からの溶銑９の噴出を抑制する効果を十分に得られない場合がある。また、酸素含有ガスの線速度が１２００Ｎｍ／ｓ超えでは、粉状精錬剤の吹き込み時に圧力が上昇するために、エネルギー消費量の増大を招くとともに、粉状精錬剤粒子による金属内管２の摩耗が進むことによる操業リスクが増大するおそれがある。
【００４５】
金属内管２から吹き込む粉状精錬剤の供給速度（ｋｇ／ｍｉｎ）と吹き込む酸素含有ガスに含まれる酸素ガスの供給速度（Ｎｍ３／ｍｉｎ）との比（ｋｇ／Ｎｍ３）を「粉体／酸素ガス比」と定義したとき、吹き込みガスの浴中への分散を促進するためには粉体／酸素ガス比を大きくした方がよいが、大きくし過ぎると温度降下の原因となる。したがって、粉体／酸素ガス比は２以上、９未満の範囲とすることが好ましく、より望ましくは、３以上、７未満の範囲である。
【００４６】
酸素含有ガスとともに粉状精錬剤を溶銑９に吹き込むにあたり、吹き込み用浸漬ランス１の下端近傍の側面に２つの吐出ノズル４を有する２孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用いる場合は、特許文献１の開示技術と同様に、図３（Ａ）に示すように、吐出ノズル４の方向が混銑車８の長手方向とほぼ同一となるように吹き込み用浸漬ランス１を浸漬させる。また、吹き込み用浸漬ランス１の下端近傍の側面に４つの吐出ノズル４を有する４孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用いることも好適である。４孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用いる場合は、図３（Ｂ）に示すように、吐出ノズル４の向きは極力長手方向に近づけつつ、吹き込み用浸漬ランス１のランス寿命を短くしないように、吐出ノズル４同士の端間距離を確保するという思想のもと、Ｘ＝６０°、Ｙ＝１２０°の配置として吹き込み用浸漬ランス１を浸漬させる。
【００４７】
吹き込み用浸漬ランス１の径と吐出ノズル４の径との比、ランス寿命確保のための吐出ノズル４の端同士の許容距離などによってＸ、Ｙは変え得るが、これは各事業所のニーズに応じて容易に変更し得ることである。尚、図３（Ａ）は、２孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用いた場合の吐出ノズル４からの吐出方向を上方から見た概略図、図３（Ｂ）は、４孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用いた場合の吐出ノズル４からの吐出方向を上方から見た概略図である。
【００４８】
金属内管２から酸素含有ガスとともに吹き込む粉状精錬剤としては、転炉脱炭スラグが最も好適である。転炉脱炭スラグは、生石灰などと異なり、プリメルト状態であるので、反応性は生石灰より優れ、且つ安価であるからである。転炉脱炭スラグの粒径の制約は特にないが、１ｍｍ以下程度の粒度で十分な効果が得られる。また、転炉脱炭スラグは、ＣａＯ成分が、通常、３０質量％以上であるので、脱珪スラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ２）の確保を図るうえで好適である。ただし、転炉脱炭スラグの酸化鉄成分が多すぎると酸化鉄の分解反応による吸熱により、熱余裕が減少し易くなる傾向にある。
【００４９】
そのため、転炉脱炭スラグはＣａＯ成分が３０質量％以上、且つ、酸化鉄（ＦｅＯ＋Ｆｅ２Ｏ３）成分の合計量が３０質量％以下となるような成分のものが望ましい。転炉脱炭スラグの典型的な組成範囲は、ＣａＯ；３０〜５０質量％、ＦｅＯ＋Ｆｅ２Ｏ３；２０〜４０質量％、ＣａＯ／ＳｉＯ２；３〜５、Ｐ２Ｏ５；１〜２質量％である。
【００５０】
金属内管２から酸素含有ガスとともに吹き込む粉状精錬剤は、必ずしも転炉脱炭スラグのみには限らず他の粉状のリサイクル精錬剤や生石灰などのＣａＯ系媒溶剤を併用してもよいが、ＣａＯ系媒溶剤のコストと転炉脱炭スラグの製鉄所外への排出量とを効果的に抑制するためには、粉状精錬剤に占める転炉脱炭スラグの比率は５０質量％以上であることが望ましい。
【００５１】
粉状精錬剤を吹き込む際は、図１に示すように、冷却媒体供給配管１３を介して供給される炭化水素系ガスなどの冷却媒体を金属内管２と金属外管３との間隙から吹き込みながら、粉状精錬剤供給配管１１を介して不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス）を搬送用ガスとして搬送し、酸素含有ガス供給配管１２から供給される酸素含有ガスと吹き込み用浸漬ランス１の直上の合流部１０で合流させる。
【００５２】
これは、粉状精錬剤が、転炉脱炭スラグなどのリサイクルスラグである場合にスラグ中に少量の金属鉄を含むことがあり、また、鋼製の配管が粉状精錬剤によって磨耗して金属鉄粉を生じることもあり、これらの金属鉄分が、酸素ガス中で鋼製配管の発火源となるおそれがあるからである。上述のように吹き込み用浸漬ランス１の直上部で酸素ガスと粉状精錬剤とが合流するようにすれば、酸素ガスと粉状精錬剤とが混合している領域は吹き込み用浸漬ランス１だけとなり、万一発火したとしても、損傷を受けるのは吹き込み用浸漬ランス１のみであり、吹き込み用浸漬ランス１の交換は容易で、設備損傷や機会ロスの観点から被害は最小になるからである。
【００５３】
吹き込み用浸漬ランス１の耐火物被覆層７を構成する耐火物材料は、溶損やスポーリングに対して或る程度の耐用性を有する耐火物材料であれば、どのような組成であっても構わない。代表的な耐火物材料としては、ＳｉＯ２を１０〜４０質量％含有するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系不定形耐火物、ＭｇＯを５〜３０質量％含有するＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系不定形耐火物などを用いることができる。耐火物被覆層７の厚みは、ランス寿命を考慮すれば、２５ｍｍ以上程度が好ましい。
【００５４】
本発明者らは、更に、粉状精錬剤による吸熱量の抑制を図るため、より小さい粉状精錬剤の吹き込み速度においても溶銑９の噴出を抑制する効果が得られ、酸素ガス供給速度を増大したり、吐出ノズル４の浸漬深さを増大したりすることを可能とする吹き込み方法について検討した。
【００５５】
その結果、図２に示す吐出ノズル４の中心軸４ａが、水平方向から下向きに８°以上、３０°未満の範囲となるように、吐出ノズル４を傾斜させることで、効率的な酸素ガス供給と脱珪処理とが可能となることを見出した。以下、詳細に説明する。
【００５６】
約３００トンの溶銑９を収容した混銑車８を用い、酸素ガス流量を３０Ｎｍ３／ｍｉｎ（０．１０Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ））とした条件で、２つの吐出ノズル４を有する吹き込み用浸漬ランス１を用い、吐出ノズル４の中心軸４ａの水平面からの下向き角度θを変化させて脱珪処理の試験を行い、下向き角度θの溶銑９の開口部１４からの噴出に及ぼす影響を調査した。この試験では、吐出ノズル４の浸漬深さを０．３ｍの一定とし、内径２１．４ｍｍの鋼製の金属内管２から溶銑９に酸素ガスを吹き込むとともに、粉状精錬剤として粒径１ｍｍ以下に粉砕した転炉脱炭スラグを用い、転炉脱炭スラグの供給速度を５０ｋｇ／ｍｉｎ（０．１７ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））と少なく抑えた条件で酸素ガスとともに溶銑中に吹き込んだ。
【００５７】
この試験における粉体／酸素ガス比は１．７ｋｇ／Ｎｍ３になる。また、この試験では、処理前の溶銑９の珪素濃度を０．３０〜０．４５質量％の範囲とし、酸素ガス及び転炉脱炭スラグ粉の吹き込み条件が同一である脱珪処理での脱珪酸素効率の実績に基づいて、脱珪処理前の珪素濃度に応じて酸素ガスの供給量を調整し、脱珪処理後の溶銑９の珪素濃度が０．１０〜０．２０質量％の範囲となるように制御した。ここで、脱珪酸素効率とは、溶銑９に吹き込んだ酸素含有ガスに含まれる酸素ガスと、溶銑９に吹き込んだ粉状精錬剤に含まれる酸化鉄中の酸素との合計量に対する、溶銑９の脱珪量の実績から化学量論的に必要とされる酸素量の比率である。
【００５８】
図４に、吹き込み用浸漬ランス１の吐出ノズル４の下向き角度θを変更して行った脱珪処理において、溶銑９の開口部１４からの噴出が発生したチャージの比率を示す。溶銑９の開口部１４からの噴出の有無の判定は目視で行った。
【００５９】
図４からも明らかなように、吐出ノズル４の下向き角度θを８°以上とすることにより、粉状精錬剤の供給速度を０．１７ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ）に低減させて、粉体／酸素ガス比を１．７ｋｇ／Ｎｍ３に低減させた条件においても、開口部１４からの溶銑９の噴出を効果的に抑制できることがわかる。これは、吐出ノズル４からの吹き込み噴流が斜め下向きの運動量成分を有するとともに、粉状精錬剤粒子の吹き込みに伴って気泡の分散が図られ、これにより、運動量が効率良く溶銑９に伝達される。その結果、気泡及び精錬剤が分散された溶銑流の流れが変化し、溶銑浴面での気泡の浮上領域が吐出ノズル４の下向き角度θの増大に伴って吹き込み方向に水平に移動して広く拡大したことによると考えられる。
【００６０】
更に、酸素ガスの供給速度を４０Ｎｍ３／ｍｉｎ（０．１３Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ））に増大させ、且つ、吐出ノズル４の浸漬深さを０．６ｍに増大させた条件において、吐出ノズル４の下向き角度θ及び粉状精錬剤の吹き込み速度を種々変更し、溶銑９の噴出、ランス寿命及び脱珪酸素効率に及ぼす吐出ノズル４の下向き角度θの影響を調査する試験を行った。
【００６１】
この試験では、内径１６．１ｍｍの鋼製の金属内管２を有する４つの吐出ノズル４を備えた４孔式の吹き込み用浸漬ランス１を用い、各吐出ノズル４の水平面からの下向き角度θは同一とした。そして、各吐出ノズル４の中心軸４ａの水平面への投影が、図３（Ｂ）において、Ｘ＝６０°、Ｙ＝１２０°となるように配置して脱珪処理を行い、開口部１４からの溶銑９の噴出の有無を目視で判定した。
【００６２】
粉状精錬剤としては、粒径１ｍｍ以下に粉砕した転炉脱炭スラグを用い、吹き込み用浸漬ランス１からの粉状精錬剤の吹き込み速度は、吹き込み期間中は一定とした。下向き角度θ及び粉状精錬剤の吹き込み速度の条件毎に、溶銑９の噴出の有無及び脱珪酸素効率を評価するとともに、溶銑９の噴出が起こらなかった条件では継続して同じ条件で脱珪処理を行い、吹き込み用浸漬ランス１のランス寿命も評価した。脱珪酸素効率は、同じ条件で行った複数回の脱珪処理の平均値を評価した。
【００６３】
図５に、吐出ノズル４の下向き角度θ及び粉状精錬剤の吹き込み速度の条件毎に、溶銑９の噴出の有無をプロットの種類（○：噴出なし、●：噴出あり）で区別して示した。下向き角度θを０°として水平方向に噴射させた条件では、溶銑９の噴出を防止するためには、粉状精錬剤の吹き込み速度を２００ｋｇ／ｍｉｎ（０．６７ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））以上とする必要があるが、下向き角度θの増大に伴って、より小さい粉状精錬剤の吹き込み速度において溶銑９の噴出を防止することが可能となった。例えば、下向き角度θが８°の場合には、粉状精錬剤の吹き込み速度が１００ｋｇ／ｍｉｎ（０．３３ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））の条件で溶銑９の噴出を防止することが可能である。
【００６４】
図４及び図５に示す結果から、吐出ノズル４の下向き角度θを８°以上とすることが必要であることがわかった。脱珪処理で生成するスラグは、流動性を確保するために、例えば、塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ２）を０．６以上といった、或る程度の塩基度には調整する必要があるので、この酸素ガス吹き込み条件において更に粉状精錬剤の吹き込み速度を低減する必要性は低いが、更に低い粉状精錬剤の吹き込み速度において、より確実に溶銑９の噴出を防止するためには、下向き角度θを１０°以上とすることが好ましい。
【００６５】
また、この試験で粉状精錬剤の吹き込み速度を１００ｋｇ／ｍｉｎとした条件について、脱珪酸素効率に及ぼす吐出ノズル４の下向き角度θの影響を調査した。図６に調査結果を示す。下向き角度θを増大するに伴って、脱珪酸素効率が向上することがわかる。
【００６６】
これは、上述のように、下向き角度θの増大に伴って、気泡や粉状精錬剤が分散された溶銑流の流れが下方向に移動するように変化することで、溶銑中での滞留時間が増大し、溶銑９との撹拌・混合が促進され、これにより、吹き込んだ酸素ガスと溶銑中の珪素との反応が促進されたことによると考えられる。また、下向き角度θの増大に伴って脱珪酸素効率が向上することから、同じ酸素ガス供給速度では下向き角度θの増大に伴ってＣＯガスの生成速度が減少するので、これも溶銑９の噴出の抑制に有利に作用する。
【００６７】
更に、脱珪酸素効率が向上すると、同じ酸素ガス供給速度において、より大きな脱珪速度が得られるので、高能率の脱珪処理が可能となるだけでなく、上記のようにＣＯガスの生成速度が減少する傾向となり、ＣＯガスの炉口近傍での燃焼によって炉口付近の耐火物が損傷を受けるという問題が軽減される。この問題で酸素ガス供給速度が制約を受けていた場合には、酸素ガス供給速度を増大させて脱珪処理の能率を向上する余地が生じるという利点もある。
【００６８】
図７に、この試験における吹き込み用浸漬ランス１のランス寿命に及ぼす吐出ノズル４の下向き角度θの影響を調査した結果を示す。図７に示すように、ランス寿命（耐用チャージ数）は通常２０チャージ程度であるが、下向き角度θが２０°を超えるとランス寿命が低下する傾向があり、下向き角度θが３０°以上では、ランス寿命が１／２以下に大幅に低下する場合がある。したがって、下向き角度θは３０°未満とし、好ましくは２５°以下とする。
【００６９】
下向き角度θが大きくなってランス寿命が低下する場合、粉状精錬剤の吹き込み速度が大きいほど、ランス寿命が著しく低下する傾向である。また、吹き込み用浸漬ランス１の使用限界は、脱珪処理中に突如として溶銑９の噴出が発生することで判定され、その際、吹き込み用浸漬ランス１の先端部は、少なくとも１つの吐出ノズル４は精錬剤供給管５に達する位置まで溶損された状態となっていた。これらのことから、下向き角度θの増大に伴うランス寿命の低下は、粉状精錬剤による金属内管２の摩耗に起因すると考えられる。つまり、金属内管２が破れて吐出ノズル４の内部で酸素ガスと冷却媒体のプロパンガスとが混合して燃焼し、これによって急激に溶損が進行したと考えられる。
【００７０】
そこで、吹き込み用浸漬ランス１における粉状精錬剤の粒子の軌跡を、流動計算を用いて検討した。検討結果を図８の模式図に示す。図８に示すように、下向き角度θが３０°以上と大きい条件では、金属内管２の入り口の下側に粉状精錬剤の粒子が高速で衝突し、金属内管２は摩耗を受け易い傾向であることが明らかである。吐出ノズル４の下向き角度θを３０°未満に減少することで、摩耗を緩和できることが示唆された。
【００７１】
上記の本発明に係る吹き込み用浸漬ランス１及び溶融鉄の精錬方法の説明では、溶銑９への酸素ガス吹き込みによる脱珪処理を適用例として説明したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、酸素ガス及び粉状精錬剤を高速で吹き込む、他の溶融鉄の精錬処理、例えば、溶銑の脱燐処理にも適用が可能である。溶銑の脱燐処理に適用した場合も、同様に、ランス寿命を大幅に低減させることなく、粉状精錬剤の使用量を抑制しつつ溶銑の噴出を抑制することを可能としたり、精錬反応への酸素効率を向上させたりする効果が得られることは明らかである。
【００７２】
以上説明したように、本発明によれば、酸素含有ガス及び粉状精錬剤を溶融鉄中に吹き込む吐出ノズル４を水平方向から下向きに８°以上、３０°未満傾斜させるので、水平方向に吹き込んだ場合と比較して、吐出ノズル４からの酸素含有ガス及び粉状精錬剤が溶融鉄浴内で吹き込み方向により広い範囲に分散され、それに伴って精錬容器の開口部からの溶融鉄の噴出を比較的少ない粉状精錬剤の吹き込み速度で抑制できる。これにより、粉状精錬剤による吸熱を抑制して昇熱能の減少を抑制しつつ、酸素ガス供給速度の増大や吐出ノズル４の浸漬深さの増大が可能になり、酸素ガス吹き込み処理の能率を向上させることが実現される。
【実施例】
【００７３】
高炉から出銑され、混銑車に収容された３００トンの溶銑に、上述した図１に示すように、吹き込み用浸漬ランスを軸心が略鉛直となるように浸漬させ、溶銑に酸素ガス及び粉状精錬剤を吹き込んで、溶銑の脱珪処理試験を実施した。この脱珪処理試験で使用した混銑車は、溶銑の脱燐処理を行った後の混銑車である。つまり、混銑車に収容された溶銑に脱燐処理を施し、脱燐処理後、溶銑及び脱燐処理で生成したスラグを混銑車から排出し、その後、所定量の鉄スクラップを装入した混銑車を高炉に移動させて溶銑を受銑し、更に図１に示した脱珪ステーションに移動して溶銑の脱珪処理を行った。
【００７４】
試験では４孔式の吹き込み用浸漬ランスを用い、４つの吐出ノズルの金属内管から、合計で４０Ｎｍ３／ｍｉｎ（０．１３Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ））の酸素ガスを吹き込み、金属内管と金属外管との間隙からは、酸素ガスの５体積％のプロパンガスを吹き込んだ。その際、金属内管から酸素ガスとともに転炉脱炭スラグの粉体を１００〜２００ｋｇ／ｍｉｎ（０．３３〜０．６７ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））の吹き込み速度で吹き込んだ。
【００７５】
金属内管としては内径１６．１ｍｍの鋼管を使用し、図３（Ｂ）において、吐出ノズルの中心軸の水平面への投影がＸ＝６０°、Ｙ＝１２０°となるように配置して、吐出ノズルの水平面からの下向き角度θを０°から３０°の範囲で変更した。吐出ノズルの浸漬深さは、０．６ｍとした。
【００７６】
各試験において、脱珪処理前の溶銑の珪素濃度は０．３０〜０．４５質量％、温度は１３３０〜１４００℃の範囲であり、酸素ガス及び転炉脱炭スラグ粉の吹き込み条件が同一である脱珪処理での脱珪酸素効率の実績に基づいて、脱珪処理前の珪素濃度に応じて酸素ガスの供給量を調整し、脱珪処理後の溶銑の珪素濃度が０．１０〜０．２０質量％の範囲となるように制御した。
【００７７】
粉状精錬剤として吹き込んだ転炉脱炭スラグの粉体は、ＣａＯ；５４質量％、ＳｉＯ２；１７質量％、Ｔ．Ｆｅ；１８質量％、Ｐ２Ｏ５；２質量％、酸化鉄中酸素；６質量％の転炉脱炭スラグを１ｍｍ以下に粉砕して用いた。Ｔ．Ｆｅとは、スラグ中の全ての鉄酸化物の鉄分の合計値である。
【００７８】
粉状精錬剤の吹き込み速度は、吹き込み用浸漬ランスからの吹き込み期間を通じて一定として、下向き角度θ及び粉状精錬剤の吹き込み速度の条件毎に、溶銑の噴出の有無及び脱珪酸素効率を評価するとともに、溶銑の噴出が起きなかった条件では継続して同じ条件で脱珪処理を行い、吹き込み用浸漬ランスのランス寿命も評価した。
【００７９】
溶銑の噴出有無の評価は、噴出したチャージの比率（−）が０．１を超える場合を、「噴出あり」と判定した。
【００８０】
脱珪酸素効率は、脱珪処理前及び脱珪処理後の溶銑中珪素濃度を分析し、この分析値と、脱珪処理中に溶銑に供給した酸素ガス及び粉状精錬剤含まれる酸化鉄中の酸素の合計値とから、各試験チャージでの脱珪酸素効率を求め、同じ条件で行った複数回の脱珪処理の平均値で評価した。試験条件及び試験結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】
2019090078.tif 000003
【００８２】
下向き角度θを０°として水平方向に噴射させた試験番号１〜３の試験及び下向き角度θを５°とした試験番号４〜６の試験結果を参酌すると、これらの場合には、粉状精錬剤の吹き込み速度を低下させると溶銑の噴出を招く場合があった。下向き角度θを８°以上に増大させた他の試験では、粉状精錬剤の吹き込み速度によらず、溶銑の噴出を防止することができており、下向き角度θを８°以上とすることにより、酸素ガスの吹き込み速度が比較的大きい条件においても、粉状精錬剤の吹き込み量を抑制しつつ溶銑の噴出を防止できることがわかった。
【００８３】
また、各試験における脱珪酸素効率を比較すると、粉状精錬剤の吹き込み速度が大きいほど、また、吐出ノズルの下向き角度θが大きいほど、脱珪酸素効率は増大する傾向であった。
【００８４】
更に、試験番号１９〜２１の試験結果を参酌すると、下向き角度θが３０°の場合にはランス寿命が著しく低下しており、操業に支障がない程度のランス寿命を確保するためには、下向き角度θを３０°未満にする必要があることがわかった。
【００８５】
このように、吐出ノズルを所定の角度範囲で斜め下向きとする本発明を適用することにより、混銑車内の溶銑に略鉛直に浸漬させた吹き込み用浸漬ランスから酸素含有ガス及び粉状精錬剤を吹き込む脱珪処理において、ランス寿命を大幅に低減させることなく、比較的小さい粉状精錬剤の吹き込み速度で混銑車の開口部からの溶銑の噴出を抑制できることがわかった。また、これに伴って吐出ノズルの浸漬深さを深くすることが可能となり、脱珪反応効率を高めることが可能となる。またその結果、脱珪反応による発熱を有効利用でき、製造コストの低減などの効果を得ることが実現される。
【符号の説明】
【００８６】
１  吹き込み用浸漬ランス
２  金属内管
３  金属外管
４  吐出ノズル
４ａ  吐出ノズルの中心軸
５  精錬剤供給管
６  冷却媒体供給管
７  耐火物被覆層
８  混銑車
９  溶銑
１０  合流部
１１  粉状精錬剤供給配管
１２  酸素含有ガス供給配管
１３  冷却媒体供給配管
１４  開口部
θ  下向き角度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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