(57)【要約】【課題】溶鋼の精錬方法又は含鉄原料の転炉溶解方法において、スピッティングやダスト発生を低減し、精錬剤の溶融性を増大し、二次燃焼率を増大することのできる上吹きランス装置、及び溶鋼の製造方法を提供するとともに、回転駆動装置を設けることなく上吹きランスを回転可能にするランス装置を提供する。【解決手段】上吹きランス１の先端の酸素ノズル２は、ランス中心軸がＺ軸、ノズルの出口位置がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系において、ＹＺ平面およびＸＺ平面への該ノズル軸の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、ねじれ角度δ＝ｔａｎ-1（ｔａｎα／ｔａｎβ）を１０〜９０°とし、上吹きランスはランス把持装置に対してランス中心軸を中心に回転可能に把持されていることを特徴とする上吹きランス装置である。ランスをランス中心軸周りに回転させながら精錬又は溶解を行う。【選択図】図１
2015227477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属精錬に用いる上吹きランス装置であって、
上吹きランスの先端にはランス中心軸以外の部分に酸素ノズルを１孔以上有し、ランス中心軸がＺ軸、ノズルの出口位置がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系において、ＹＺ平面およびＸＺ平面への該ノズル軸の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、少なくとも１孔の前記酸素ノズルについては下記（１）式で定義するねじれ角度δを１０〜９０°とし、上吹きランスはランス把持装置に対してランス中心軸を中心に回転可能に把持されていることを特徴とする上吹きランス装置。
δ＝ｔａｎ-1（ｔａｎα／ｔａｎβ）        （１）
【請求項２】
前記ランス中心軸以外の部分に設けたノズルは、ランス先端の同円周上に等角度間隔で配置される群を形成していることを特徴とする請求項１に記載の上吹きランス装置。
【請求項３】
前記ランスをランス中心軸周りに回転させる回転駆動装置を有さず、ノズルから吐出するガスの吐出反力でランスを回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の上吹きランス装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、当該転炉に装入した溶銑に脱りん、脱炭精錬を行って溶鋼を精錬することを特徴とする溶鋼の精錬方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、前記ランスのノズルから粉体精錬剤を吹き込みつつ脱りん精錬を行うことを特徴とする溶鋼の精錬方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した溶解転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、溶融鉄浴の存在する当該溶解転炉に固体含鉄原料と炭素含有燃料を供給し酸素の吹き込みを行って固体含鉄原料を溶解することを特徴とする含鉄原料の転炉溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属精錬に用いる上吹きランス装置、及び当該上吹きランス装置を用いた溶鋼の製造方法であって、具体的には溶鋼の精錬方法又は含鉄原料の転炉溶解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の精錬、例えば鋼の精錬においては、純酸素上底吹き転炉が用いられている。純酸素上底吹き転炉の精錬では、転炉内に溶銑及びスクラップを装入し、精錬中は転炉を直立し、上方から上吹きランスによって溶鉄表面に酸素を上吹きし、併せて転炉炉底の底吹きノズルからガスを吹き込む。溶鉄への酸素ガスの供給により、炭素、珪素、りんなどの不純物を燃焼させて溶鉄から除去し、精錬が進行する。
【０００３】
上吹きランスノズルから溶鉄に吹き付ける酸素ガスジェットによって、酸化反応源としての酸素を供給するとともに、溶鉄の攪拌を行わせる。ノズルにはラバールノズルが用いられ、かつ多孔ノズルが用いられている。ランス先端にノズルを円周状に配置し、ノズル吐出方向はランス中心軸から外方に向けた広がり角度を有して設けられる。上吹きランスは、昇降機能を有するランス把持装置に把持され、精錬時にランス把持装置が降下することによってランス先端が転炉内に降下して所定の位置で溶鉄に向けて酸素吹き込みを行う。ランスの上端部分がランス把持装置に把持され、当該部分で酸素ガス供給配管及び冷却水給排水系統と接続されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
転炉を用いた鋼精錬において、従前は同一の炉での１回の精錬で、脱珪、脱りん、脱炭を同時に行っていたが、最近は、まず転炉内で脱珪と脱りんを行い、精錬後の溶銑を鍋を用いて別の転炉に移し替えて追脱りんと脱炭を行う精錬や、脱珪および脱りんで生成したスラグのみを排出し、その後同じ炉で追脱りんと脱炭を行う精錬が多く用いられている。
【０００５】
粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等の固体含鉄原料を原料とする転炉製鋼法として、従来、溶融鉄浴（種湯ともいう。）の存在する溶解転炉に固体含鉄原料、炭素含有燃料（炭材ともいう。）、酸素を供給して、溶解転炉での所要種湯量と別の精錬転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法が知られている（特許文献１）。供給した炭材を酸素で燃焼して固体含鉄原料を加熱するとともに、供給した炭材によって溶鉄の炭素含有量が増大して溶鉄の溶融温度が低下し、この２つの効果があいまって固体含鉄原料を溶解することができる。以下、「含鉄原料の転炉溶解方法」と呼ぶ。
【０００６】
精錬プロセスにおいて生産性を向上させるためには、精錬反応に必要な酸素ガスの単位時間供給量を増大することが有効である。しかし、転炉で酸素ガス供給速度を増大すると、上吹き酸素ガスジェットによるスピッティング（鉄分の炉外への飛び出し）やダストが増加して、鉄歩留まりの低下や炉口への地金付着による操業阻害などを招く。前述のような多孔ノズルランスを用いることにより、酸素供給速度を増大しつつスピッティングの発生を防止することが行われている。
【０００７】
精錬炉あるいは溶解転炉において、できるだけ少ない炭素含有原料（炭素源）と酸素供給量で必要な熱量を供給するには、吹き込んだ酸素による二次燃焼率を上げ、単位炭素あたりの燃焼発熱総量を上げることで入熱量を上げることが有効である。
【０００８】
転炉での高速吹錬条件下において、スピッティングを抑制するための上吹きランスが、特許文献２、３に提案されている。即ち、３孔以上のノズルを有する金属精精錬用上吹きランスにおいて、ランス中心軸がＺ軸、ノズルの出口位置がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系において、ＹＺ平面およびＸＺ平面への該ノズル軸の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、αとβが式「０＜ｔａｎα／ｔａｎβ＜２．７５」を満足する溶融金属精錬用上吹きランスであり、ねじれランスと呼ばれている。特許文献４では、同じねじれランスを用い、ランスの中心孔からフラックス粉体を吹き付ける溶銑脱りん方法において、フラックスの滓化率と脱りん率を向上させる方法が開示されている。
【０００９】
ランス中心軸とノズル吐出方向との間の角度を、広がり角度θとおく。特許文献５には、広がり角度の大きいノズルと広がり角度の小さいノズルが混在した上吹きランスが記載されている。
【００１０】
精錬に際し、上吹きランスをランス中心軸周りに回転させながら酸素ガス吹き込みを行う方法が知られている。特許文献６においては、上記広がり角度の異なる３種類以上のノズルを備えた上吹きランスを、ランス中心軸周りに回転させながら酸素吹き込みを行うことにより、従来法のように火点を特定場所に固定するのではなく、スラグ層の全体にリング状の酸素ガスジェットを吹き付け、スラグ層の全体を速やかに溶融させている。特許文献７においては、ランス先端部を高速で回転することにより、炉内のＣＯガスとランスからのＯ2ガスとの接触の機会を増大し、炉内二次燃焼を増大する発明が開示されている。特許文献８においては、上吹きランスを高速回転することにより、鋼浴の攪拌が促進され局所的な鉄の過剰酸化を防止し、スラグ中のＴ．Ｆｅの減少を実現するとしている。特許文献６〜８のいずれも、ランスを回転させるための回転駆動装置を必須としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公平４−１１６０３号公報
【特許文献２】特許第３４９６５２２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６３６５８号公報
【特許文献４】特開２０１１−１５８５号公報
【特許文献５】特開２００９−５２０９０号公報
【特許文献６】特開２００９−９６１７号公報
【特許文献７】特開昭６２−７４０１５号公報
【特許文献８】特開昭６２−１３０２１１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】第３版鉄鋼便覧  II  製銑・製鋼、日本鉄鋼協会編、１９８２、４６８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
転炉にて脱炭精錬を行うに際し、スピッティングやダスト発生をより一層低減できれば、スピッティングやダスト発生を抑制して高い鉄歩留りを維持しつつ、上吹きランスからの送酸速度をさらに増大させて生産性を向上させることができる。転炉での脱りん精錬において、脱りん精錬剤として投入した生石灰などの溶融性を増大できれば、現状よりさらに高効率の脱りん精錬を行うことができる。精錬炉での二次燃焼率を上げることができれば、転炉精錬においては熱尤度を増大して高いスクラップ比での精錬が可能になり、前記含鉄原料の転炉溶解方法においても熱源を確保することが可能となる。
【００１４】
本発明は、溶鋼の精錬方法又は含鉄原料の転炉溶解方法において、スピッティングやダスト発生を低減し、精錬剤の溶融性を増大し、二次燃焼率を増大することのできる上吹きランス装置、及び溶鋼の製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００１５】
上吹きランスをランス中心軸周りに回転させようとすると、回転させるための回転駆動装置を設ける必要があった。本発明は、回転駆動装置を設けることなく上吹きランスを回転可能にするランス装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）溶融金属精錬に用いる上吹きランス装置であって、上吹きランスの先端にはランス中心軸以外の部分に酸素ノズルを１孔以上有し、ランス中心軸がＺ軸、ノズルの出口位置がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系において、ＹＺ平面およびＸＺ平面への該ノズル軸の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、少なくとも１孔の前記酸素ノズルについては下記（１）式で定義するねじれ角度δを１０〜９０°とし、上吹きランスはランス把持装置に対してランス中心軸を中心に回転可能に把持されていることを特徴とする上吹きランス装置。
δ＝ｔａｎ-1（ｔａｎα／ｔａｎβ）        （１）
（２）前記ランス中心軸以外の部分に設けたノズルは、ランス先端の同円周上に等角度間隔で配置される群を形成していることを特徴とする上記（１）に記載の上吹きランス装置。
（３）前記ランスをランス中心軸周りに回転させる回転駆動装置を有さず、ノズルから吐出するガスの吐出反力でランスを回転させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の上吹きランス装置。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、当該転炉に装入した溶銑に脱りん、脱炭精錬を行って溶鋼を精錬することを特徴とする溶鋼の精錬方法。
（５）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、前記ランスのノズルから粉体精錬剤を吹き込みつつ脱りん精錬を行うことを特徴とする溶鋼の精錬方法。
（６）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の上吹きランス装置を配設した溶解転炉を用い、ランスをランス中心軸周りに回転させ、溶融鉄浴の存在する当該溶解転炉に固体含鉄原料と炭素含有燃料を供給し酸素の吹き込みを行って固体含鉄原料を溶解することを特徴とする含鉄原料の転炉溶解方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、溶融金属精錬に用いる上吹きランス装置であって、前記（１）式で定義するねじれ角度δを１０〜９０°とするノズルを有し、上吹きランスをランス中心軸周りに回転させつつ精錬を行うことにより、脱りん精錬においては脱りん精錬剤の滓化が促進されて良好な脱りん精錬を行うことができ、脱炭精錬においてはスピッティングの発生を防止しつつ良好な脱りん精錬を行うことができる。また、二次燃焼率と着熱効率が向上して良好な熱尤度で精錬、溶解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のランス先端を示す概念図であり、（ａ）は下から見た図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図２】ランスのＸＹＺ軸、ノズル軸と角度α、β、δ、θの関係を示す図である。
【図３】本発明のランス装置と精錬炉を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
転炉の上吹きランスには多孔ランスが用いられる。通常の多孔ランスにおいて、各ノズルの吐出方向は外方に向かって広がり角度を有しており、吐出方向（ノズル軸）はランスの中心軸と交差するように傾斜して配置される。ランス中心軸とノズル吐出方向（ノズル軸）との間の角度を、ここでは広がり角度θとおく。
【００２０】
特許文献２〜４に記載された上吹きランスは、３孔以上のノズルを有し、ランス中心軸がＺ軸、ノズル２の出口位置４がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系（図１、２参照）において、ＹＺ平面およびＸＺ平面へのノズル軸５の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、αとβが式「０＜ｔａｎα／ｔａｎβ＜２．７５」を満足する溶融金属精錬用上吹きランスである。「ねじれランス」と呼ばれている。０＜ｔａｎα／ｔａｎβであってｔａｎαが０でない有限値、従ってαが０でない有限値であることが特徴であり、αが有限であることからねじれが生じる。
【００２１】
ねじれランスにおいて、ねじれ角度δ（図２参照）を以下のように定義することができる。
δ＝ｔａｎ-1（ｔａｎα／ｔａｎβ）              （１）
また、ねじれランスにおけるノズルの広がり角度θ（図２参照）は、
θ＝ｔａｎ-1（√（ｔａｎ2α＋ｔａｎ2β））      （３）
とあらわすことができる。α＝０°であればｔａｎα／ｔａｎβ＝０、ねじれ角度δ＝０となって通常の多孔ランスであり、β＝θとなる。
【００２２】
上吹きランスの酸素ノズルとしてラバールノズルが用いられる。ラバールノズルから吐出したガス流れは超音速コアを形成する。超音速コアはノズル出口から所定のコア長さを有し、それ以降は亜音速となり、噴流は減速するとともに、噴流領域が下流に行くほど広がっていく。
【００２３】
上吹きランスのノズルから吐出するガスジェットは、それ自身でランスに推力を与える。上記ねじれランスにおいては、推力のランス円周方向分力を有するので、ランス中心軸１３（図１のＺ軸）まわりの回転モーメントを発生させる。そこで、図３に示す上吹きランス１とランス把持装置１０との連結部において、ランス把持装置１０に対してランス中心軸１３を中心にランス１が回転可能な接続とした。ランス回転駆動装置は設けなかった。その上で、ランス先端のノズル配置として上記ねじれランスの形態を採用し、実際にガス吹き出しを行った。その結果、ランスをランス中心軸周りに回転させることができた。ランスの回転方向は、図１に示す回転方向１２であった。ノズルが１孔のみのランスを用いた場合でも、十分にランス回転を行うことが可能であった。ガス吹き出しによる回転駆動力は十分であり、むしろ回転数を一定に保つためには回転数を制御するための制動装置が必要であった。
【００２４】
上吹き転炉の水モデル実験装置において、ねじれランスを用い、ランスをランス中心軸周りに回転させながら実験装置内の水に対してガス吹きつけを行った。比較例１、２として、ランスを回転させずに同じ実験装置内の水に対してガス吹きつけを行った。比較例１はねじれを有しないランスを用い、比較例２はねじれを有するランスを用いた。ねじれランスを用い、ランスを回転させた例をここでは発明例と呼ぶ。水モデル実験におけるランスノズルとして、直径３．０ｍｍのノズルが同一円周上に等間隔で５孔配置されたノズルを用いた。ノズルの広がり角度θはいずれも２５°である。ねじれを有しない比較例１はねじれ角度δ＝０°、ねじれを有する比較例２と発明例はねじれ角度δ＝２０°とした。ランスを回転させる発明例では、ランス回転速度を１２０ｒｐｍとした。転炉型水モデル容器に４０リットルの水を装入し、ノズルから噴出する空気の流量を４５Ｎｍ3／ｈとし、ランス高さを１５０ｍｍに設定した。
【００２５】
第１に、ねじれ角を有する比較例２と発明例は、水浴に旋回流が発達することが確認できた。
【００２６】
第２に、ガス吹きつけによって水面から飛び散る水滴の発生状況について評価した。その結果、非ねじれランスを用い非回転で行った実験（比較例１）における水滴の飛び散り量を基準としたとき、ねじれランスを用い非回転で行った実験（比較例２）は若干水滴飛び散り量が減少し、ねじれランスを用いランスを回転させて行った実験では水滴飛び散り量がさらに減少した。以上の実験結果から、実際の精錬装置においてねじれランスを用い、ランスを回転させることにより、鉄分の飛び散り（スピッティング）が減少することが示唆された。
【００２７】
そこで、３００トン規模の上底吹き転炉において、ねじれランスを用い、ランスを回転させながら鋼の精錬を行った（発明例）。比較例１、２として、ランスを回転させず精錬を行った。比較例１はねじれを有しないランスを用い、比較例２はねじれを有するランスを用いた。上吹きランスの酸素ノズルとして、ランス先端の同円周上に等角度間隔で配置されている５孔のノズル２を配置したラバールノズルを用いた。ノズルの広がり角度θはすべて同一でθ＝１５°とし、ねじれ角度δを付与するランスについては、すべてのノズルで同方向に同一ねじれ角度δ＝１５°を付与した。θ＝１５°で所定のねじれ角度δとなるように、前述の定義による角度αとβを定めた。ねじれランスを回転させる場合（発明例）には、ランス回転速度を６０ｒｐｍとした。ランス回転は駆動装置によらず、ねじれノズルからの酸素ガス噴射にともなう回転駆動力によって行った。
尚、ノズル孔数、孔配置、θ、δ、α、β、ランス回転速度、ランス回転の駆動方法については、特に記載のない限り、以下の脱炭精錬、脱りん精錬、転炉溶解における発明例、比較例において共通である。
【００２８】
上吹きランス１からの送酸速度を６５０００Ｎｍ3／ｈｒ、ランス高さ（静止時の液面とランス先端との距離）を一定として脱炭精錬を行い、スピッティングの発生状況について比較した。その結果、比較例１を基準として比較例２はスピッティング発生量が減少し、ねじれランスを回転させた場合（発明例）はスピッティング発生量がさらに減少することがわかった。即ち、実際の精錬炉においても、上記水モデル実験で見られた水滴発生状況の改善が再現されることが明らかになった。
【００２９】
同じ脱炭精錬において、二次燃焼率と着熱効率を比較した。二次燃焼率については、下記式に基づいて二次燃焼率を計算した。その結果、比較例１を基準として比較例２は二次燃焼率が２％増大し、ねじれランスを回転させた場合（発明例）は二次燃焼率がさらに３％増大することがわかった。ねじれランスを用いてランスを回転させた際に二次燃焼率が最も向上した理由としては、酸素ガス噴流がランス中心軸周りに回転することで、炉内の雰囲気中に含まれるＣＯガスを酸素噴流に巻き込み、二次燃焼が促進されたためであろうと推定される。また、ねじれランスからの噴流同士は合体する傾向にあるが、ランスを回転させることにより、遠心力によって噴流同士が合体しにくくなって二次燃焼が更に促進されていると推定される。さらに、下記定義する着熱効率も１％向上した。ねじれランスを用いたために浴面の溶融スラグが炉心周りに回転し、それによって着熱効率が向上したものと推定される。
二次燃焼率（％）＝ＣＯ2／（ＣＯ2＋ＣＯ）×１００
ここで、ＣＯ2、ＣＯはいずれも排ガス中成分（ｍｏｌ％）を意味する。
着熱効率（％）＝（二次燃焼発熱量−溶鉄温度以上の排ガス顕熱増分）／二次燃焼発熱量×１００
【００３０】
同じ転炉において溶銑の脱りん精錬を行った。比較例１、２、発明例は上記と同様である。但し、脱りん精錬時は上吹きランス１からの送酸速度は２００００Ｎｍ3／ｈｒとした。いずれも、精錬開始時に脱りん精錬剤として同じ量の塊生石灰を炉内に添加し、１０分間の酸素精錬を行った。評価指標として精錬後のりん分配比（＝スラグ中Ｐ濃度（質量％）／溶銑中Ｐ濃度（質量％））を用いた。その結果、比較例１を基準として比較例２は１．１〜１．３倍のりん分配比であり、ねじれランスを回転させた場合（発明例）は１．５〜１．８倍のりん分配比という結果が得られた。発明例はランスが回転しているので、酸素ガスが溶鉄に衝突する高温の火点部が逐次移動するとともに、ねじれランスの効果でスラグも炉内で回転し、生石灰の溶解が促進されて効率的に脱りんが進行したものと推定される。ねじれランスを用いずにランスを回転させる特許文献６においては、広がり角度の異なる３種類以上のノズルを備えた上吹きランスを用いることが必要であったが、ねじれランスを回転させた発明例においては、すべてのノズルが同じ広がり角度θを有しているにもかかわらず、生石灰の溶解を促進することができた。
【００３１】
同じ転炉において溶銑の脱りん精錬を行うに際し、粉体の脱りん精錬剤をランスのノズルから浴面に吹き付ける方法を用いた。比較例１、２、発明例は上記と同様である。粉体には、粒径２００μｍ程度の生石灰粉を用い、粉体ホッパーから窒素をキャリアガスとして搬送し、ランス上部の酸素ガス導入管部分でランス内管内に合流させ、ノズルを通して酸素ガスとともに生石灰粉を浴面に吹き付けた。塊生石灰は使用せず、脱りん精錬中に吹き込んだ生石灰粉の総量は、上記の塊生石灰のみを脱りん精錬剤として使用した場合と同じである。また、送酸速度、脱りん精錬時間も塊生石灰での脱りん精錬と同じとした。評価指標としても、上記同様、精錬後のりん分配比を用いた。その結果、比較例１を基準として比較例２は約１．１倍のりん分配比であり、ねじれランスを回転させた場合（発明例）は約１．３倍のりん分配比という結果が得られた。
【００３２】
溶融鉄浴の存在する当該溶解転炉に固体含鉄原料と炭素含有燃料を供給し酸素の吹き込みを行って固体含鉄原料を溶解する含鉄原料の転炉溶解方法で同様な検討を行った。１００トン規模の溶解転炉６を用い、溶解転炉中には溶融鉄浴（種湯）５０トンが存在し、その中に固体含鉄原料と炭素含有燃料を供給し酸素の吹き込みを行って固体含鉄原料を溶解し、７５トンの溶銑を製造した。このうちの２５トンの溶銑を出銑口から払い出して次工程での精錬を行うことになる。溶銑払い出し後は炉内に５０トンの溶融鉄浴が残るので、次チャージの含鉄原料を装入して溶解を行う。溶解転炉に装入する固体含鉄原料として、酸化鉄と炭素含有物質を含有した酸化鉄含有鉄原料を加熱還元処理して製造したものを用いた。含鉄原料は金属化率８０〜８５質量％であり、装入時の含鉄原料温度は約８００℃であった。比較例１、２、発明例は上記と同様である。但し、上吹きランスの酸素ノズルとして、ランス先端の同円周上に等角度間隔で配置されている６孔のノズル２を配置したラバールノズルを用いた。ノズルの広がり角度θはすべて同一でθ＝２０°とし、ねじれ角度δを付与するランスについては、すべてのノズルで同方向に同一ねじれ角度δ＝８５°を付与した。θ＝２０°で所定のねじれ角度δとなるように、前述の定義による角度αとβを定めた。ねじれランスを回転させる場合（発明例）、ランス回転速度を１２０ｒｐｍとした。また、溶解中の上吹きランス１からの送酸速度は２００００Ｎｍ3／ｈｒとした。その他の点については上記精錬転炉を用いたときと同じとした。その結果、比較例１を基準として比較例２は二次燃焼率が５〜１０％増大し、ねじれランスを回転させた場合（発明例）は二次燃焼率が１５〜２０％増大するとともに、溶鉄への着熱効率も３％向上した。溶解転炉で二次燃焼率が増大したのも、転炉の脱炭精錬の場合と同様、酸素ガス噴流がランス中心軸周りに回転することで、炉内の雰囲気中に含まれるＣＯガスを酸素噴流に巻き込み、二次燃焼が促進されたため、また、ねじれランスからの噴流同士は合体する傾向にあるが、ランスを回転させることにより、遠心力によって噴流同士が合体しにくくなって二次燃焼が更に促進されたためと推定される。
尚、上記の発明例においては、ランスを回転するに際して、駆動装置は用いなかったが、駆動装置を用いて回転させた場合も駆動装置を用いない場合と同様の効果を得ることが出来た。
【００３３】
以上のとおり、溶融金属精錬に用いる上吹きランス装置において、上吹きランスの先端のランス中心軸以外の部分に酸素ノズルを有し、ノズル軸が前記定義するねじれ角度δを有し、ランスをランス中心軸周りに回転させることにより、脱炭精錬における転炉からのスピッティングやダスト発生を低減することができ、脱りん精錬において脱りん能力を向上させることができ、転炉精錬及び溶解転炉法において二次燃焼率や着熱効率を向上させることができる。
【００３４】
ランス中心軸以外の部分に設ける酸素ノズルは１孔以上であればよい。少なくとも１孔有し、当該１孔がねじれ角度δを有していれば、本発明の効果を発揮することができ、かつランス回転のための回転駆動装置を設けることなくランスを回転させることができる。ねじれ角度を有するノズルを４孔以上有すると好ましい。ねじれ角度を有するノズルは、ランス中心軸がＺ軸、ノズルの出口位置がＸ軸上となるように定めたＸＹＺ直交座標系において、ＹＺ平面およびＸＺ平面への該ノズル軸の投影がＺ軸となす角度をそれぞれαおよびβとしたとき、前記（１）式で定義するねじれ角度δを１０〜９０°とすると好ましい。ねじれ角度δが小さすぎる、あるいは大きすぎるとねじれ角度を有する効果を発揮することができないが、δの範囲が１０〜９０°であれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００３５】
本発明のランスに設ける酸素ノズルは、ランス中心軸以外の部分に配置する酸素ノズル２（主孔）であって主に酸素吹き込みに寄与するノズルの他に、ランス中央部への粒鉄付着を防止する目的でランス中央に配置する副孔３を有していても良い（図１参照）。本発明でねじれ角度δを付与するノズルは主孔であり、主孔のうち少なくとも４孔がねじれ角度１０〜９０°の範囲内でねじれを有していると好ましい。すべての主孔がねじれを有しているとより好ましい。また、すべての主孔が同じねじれ角度δのねじれを有しているとさらに好ましい。
【００３６】
ねじれを有する主孔ノズルは、ランス先端の同円周上に等角度間隔で配置される群を形成していると好ましい。通常は、４孔以上のノズルで１群を形成し、それらノズルは同一の広がり角度θとねじれ角度δを有する。図１に示す例は、主孔ノズル６孔で一群を形成し、同じ円周状に等角度間隔で配置され、同一の広がり角度とねじれ角度を有している例である。もちろん、例えば特許文献１０に記載されたような、広がり角度の大きいノズル群と小さいノズル群が混在して合計２群以上を形成するランスにおいても、本発明を適用することができる。２つの群のノズルがいずれも同じねじれ角度δを有していても良いし、広がり角度の大きいノズル群のみがねじれ角度δを有し、広がり角度の小さいノズル群はねじれ角度δ＝０°としてもよい。
【００３７】
本発明のノズル装置は、ランスをランス中心軸周りに回転させるため、上吹きランスはランス把持装置に対してランス中心軸を中心に回転可能に把持されている。上吹きランスは上端付近に少なくとも酸素配管と冷却水の給排水系統が接続されている。これらの配管を回転自在継ぎ手にて接続する。ランスを回転させるための回転駆動装置を有することとしてもよいが、好ましくは回転駆動装置を有さず、ねじれノズルからの酸素ガス噴射にともなう回転モーメントを駆動力としてランスを回転させることとする。ノズルから吐出するガスの吐出反力でランスを回転させる場合、ランス回転速度を一定に保持するために制動装置を設けると良い。制動装置は計測されるランス回転数に応じて押し付け圧力を自動で制御可能な油圧や空気圧による回転軸締め付け機構などとすることができる。
【００３８】
本発明において、ランス回転数の範囲を３０〜３００ｒｐｍとすると好ましい。回転数が３０ｒｐｍ未満では、ダスト低減や脱りん精錬効率向上、二次燃焼率向上などの効果が小さく、回転数が３００ｒｐｍでは遠心力により酸素ジェットが広がり過ぎて炉壁へ酸素ガスが当たるため炉壁耐火物の溶損速度が増大するためである。
【００３９】
本発明の上記上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスを回転させつつ転炉に装入した溶銑に脱りん、脱炭精錬を行って溶鋼を精錬することにより、脱りん精錬においては脱りん精錬剤の滓化が促進されて良好な脱りん精錬を行うことができ、脱炭精錬においてはスピッティングの発生を防止しつつ良好な脱りん精錬を行うことができる。また、二次燃焼率と着熱効率が向上して良好な熱尤度で精錬を行うことができる。
【００４０】
本発明の上記上吹きランス装置を配設した転炉を用い、ランスを回転させ、かつランスのノズルから粉体精錬剤を吹き込みつつ脱りん精錬を行うことにより、吹き込んだ粉体脱りん精錬剤の滓化が促進されて良好な脱りん精錬を行うことができる。
【００４１】
本発明の上記上吹きランス装置を配設した溶解転炉を用い、ランスを回転させつつ溶融鉄浴の存在する当該溶解転炉に固体含鉄原料と炭素含有燃料を供給し酸素の吹き込みを行って固体含鉄原料を溶解することにより、二次燃焼率と着熱効率が向上して良好な熱尤度で精錬を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  ランス
２  ノズル（主孔）
３  ノズル（副孔）
４  ノズル出口位置
５  ノズル軸
６  転炉
７  溶解転炉
８  浴面
９  溶鉄
１０  ランス把持装置
１１  ランス昇降装置
１２  ランス回転方向
１３  ランス中心軸
α  ＹＺ平面へのノズル軸の投影がＺ軸となす角度
β  ＸＺ平面へのノズル軸の投影がＺ軸となす角度
δ  ねじれ角度
θ  広がり角度
【図１】
2015227477.tif 000003
【図２】
2015227477.tif 000004
【図３】
2015227477.tif 000005