(57)【要約】【課題】上吹きランスを用いたトピードカー内での脱燐処理において、上吹きランスから吐出される酸素ガスの流量を低下させることなく、トピードカーの耐火物の溶損を低減することが可能な溶銑の予備処理方法を提供すること。【解決手段】溶銑３の上方に配置した上吹きランス４のノズルから溶銑３に酸素ガスを吹き付ける二次燃焼工程を備え、二次燃焼工程において、溶銑３上面から上吹きランス４の先端までの高さを５００ｍｍ以上１０００ｍｍ未満とし、ノズル４１は、円形断面の縮径部４１ａと、縮径部４１ａよりも大きな直径の円形断面からなる拡径部４１ｂとを含む。【選択図】  図３
2015221929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トピードカーに収容された溶銑を脱燐処理する際に、
前記溶銑の上方に配置した上吹きランスのノズルから前記溶銑に酸素ガスを吹き付ける二次燃焼工程を備え、
前記二次燃焼工程において、前記溶銑の上面から前記ノズルの先端までの高さを５００ｍｍ以上１０００ｍｍ未満とし、
前記ノズルは、円形断面の縮径部と、前記縮径部よりも先端側に連続して設けられ前記縮径部よりも大きな直径の円形断面からなる拡径部とを含むことを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【請求項２】
前記縮径部の直径は、前記拡径部の直径の５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。
【請求項３】
前記上吹きランスは、冷却水が流れる冷却水供給路を、前記ノズルよりも前記上吹きランスの径方向外方に少なくとも有し、
前記ノズルの先端から前記冷却水供給路までの最短直線距離は、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の予備処理方法。
【請求項４】
前記上吹きランスの長手方向軸線と前記ノズルの長手方向軸線とのなす角度である吐出角は、１０°以上１５°以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
【請求項５】
前記上吹きランスは２つの前記ノズルを有し、
２つの前記ノズルは、前記トピードカーの長手方向に平行且つそれぞれ逆向きの方向に、前記上吹きランスの長手方向軸線と前記ノズルの長手方向軸線とのなす角度である吐出角を形成するように設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トピードカー内で溶銑を脱燐処理する際の上吹きランスおよび溶銑の予備処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑の脱燐（溶銑中の燐濃度を低減すること）を目的とした溶銑の予備処理方法の一つとして、溶銑の搬送容器であるトピードカー内での酸化精錬による脱燐処理がある。トピードカー内での脱燐処理では、トピードカーに収容された溶銑に、インジェクションランスを浸漬させ、インジェクションランスから酸素源を含む脱燐フラックスや酸素ガスを吹き込むことで酸化精錬が行われる。このような脱燐処理は、脱燐フラックスや酸素ガスを直接溶銑中に吹き込むため反応効率等の点において種々の利点がある一方で、多量の脱燐フラックスを使用するため、処理中の溶銑温度の低下が大きいという問題点がある。
【０００３】
一方、トピードカー内での脱燐処理では、インジェクションランスから溶銑中に吹き込まれた酸素ガス及び脱燐フラックス中の酸素と溶銑中の炭素とが反応することで、ＣＯガスが多量に発生する。このようにＣＯガスが多量に発生した状況で、溶銑の上方に配した上吹きランスから酸素ガスが吹き付けられることで、フリーボード（溶銑湯面より上方のトピードカー内の空間）に存在するＣＯガスと、吹き付けた酸素ガスとが反応し、二次燃焼が起きる。
つまり、トピードカー内での脱燐処理で生じる脱炭反応としては、下記（１）式で示す１次燃焼と、下記（２）式で示す２次燃焼とがある。
Ｃ＋（１／２）・Ｏ２→ＣＯ     ・・・（１）
ＣＯ＋（１／２）・Ｏ２→ＣＯ２ ・・・（２）
ここで、（２）式による二次燃焼の反応熱は、（１）式の一次燃焼の反応熱に比べて２．５倍の熱量を持つ。このため、（２）式の反応を促進させ、生じる反応熱を有効に利用することにより、脱燐処理に伴う溶銑温度の低下を抑止することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、混銑車（トピードカー）等に収容された溶銑に上吹きランスを用いて酸素ガスを吹き込むことが開示されている。特許文献１では、上吹きランスの高さ、ランス直径およびランス出口部における酸素吹出し速度の各要素のうち少なくとも１つの要素を変えることにより二次燃焼効率を制御する。なお、上記の各要素は、二次燃焼と相関がある酸素流速度を算出する際に用いられる。
また、特許文献２には、上底吹き転炉において、二次燃焼効率を制御して転炉の炉口部付近に付着した地金を溶解させる方法として、急拡大ノズルを備えた上吹きランスを用いて酸素ガスを吹き込む方法が開示されている。急拡大ノズルは、ランス内の酸素通路に連通する絞り部と、絞り部の直径に対して急拡大した直径を有する拡大孔とを有するノズルである。急拡大ノズルでは、酸素ガスが絞り部で圧縮された後、急拡大孔で体積が膨張し、ガス流の内部に乱流が発生することで流速が急低下する。この結果、急拡大ノズルから噴射された酸素ガスは、溶湯浴面まで到達し難くなり、フリーボード内で巻き込むＣＯガス量が増えることで、二次燃焼の比率が向上する。特許文献２では、二次燃焼の比率を向上させることにより、生じた燃焼熱で炉内に付着した地金を溶解させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２４２１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０２２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、本発明者らの知見によると、トピードカー内での脱燐処理において、上吹きランスから噴射される酸素ガスの二次燃焼により生じる燃焼熱は、フリーボードの特に炉口付近の耐火物の損耗を早めてしまうという欠点がある。トピードカーの耐火物の損耗が早まった場合、耐火物の補修のために稼働できない状態（修理落ち）となるトピードカーの台数が多くなり、トピードカーの稼働台数が減少する。
通常、トピードカーで溶銑を脱燐処理し、その後、脱硫設備や転炉にて脱硫および脱炭処理する精錬工程は、非脱燐溶銑を脱硫設備や転炉にて脱硫および脱炭処理する工程に比べ、処理全体に掛かる時間が長くなる。このため、トピードカーの稼働台数が少ない状態で、高炉から出銑された溶銑を出銑量に合わせて精錬処理しようとすると、トピードカーで運搬する溶銑のうち、非脱燐溶銑の割合が増え、精錬工程全体でみた場合に精錬コストの増加を招く。したがって、二次燃焼の燃焼熱によるトピードカーの耐火物の損耗は、精錬コスト増加の原因となる。
【０００７】
しかし、特許文献１では、二次燃焼による溶銑への着熱効率を所望の値に制御することのみを課題としており、上記の二次燃焼の燃焼熱による耐火物の損耗についての問題については言及されていない。
また、特許文献２に記載の上吹きランスは、上底吹き転炉での酸化精錬（主に脱炭反応）に用いられるものであり、トピードカーに用いられる上吹きランスに比べ、ランス自体やノズルの大きさ、酸素流量やランス高さ等の用いられる条件が全く異なる。さらに、特許文献２に記載の上吹きランスは、転炉の炉口部の近くに付着した地金を溶解することを目的としているため、二次燃焼帯を炉口部の近くに移動させる必要がある。このため、特許文献に記載の上吹きランスを、トピードカーを用いた脱燐処理に適用しても、溶銑温度を向上させるための効果や、トピードカーの炉口付近の耐火物の損耗を抑制する効果を得ることはできない。
そこで、本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、上吹きランスを用いたトピードカー内での脱燐処理において、上吹きランスから吐出される酸素ガスの流量を低下させることなく、トピードカーの耐火物の溶損を低減することが可能な溶銑の予備処理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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る溶銑の予備処理方法は、トピードカーに収容された溶銑を脱燐処理する際に、上記溶銑の上方に配置した上吹きランスのノズルから上記溶銑に酸素ガスを吹き付ける二次燃焼工程を備え、上記二次燃焼工程において、上記溶銑の上面から上記ノズルの先端までの高さを５００ｍｍ以上１０００ｍｍ未満とし、上記ノズルは、円形断面の縮径部と、上記縮径部よりも先端側に連続して設けられ上記縮径部よりも大きな直径の円形断面からなる拡径部とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る上吹きランスおよび溶銑の予備処理方法によれば、噴射される酸素ガスの流量が高い場合でも酸素ガスをソフトブロー（酸素ガスの湯面に対する動圧が低い状態）化させることができ、溶銑から上吹きランスの先端までの距離であるランス高さを低くすることができる。このため、上吹きランスから吐出される酸素ガスの流量を低下させることなく、トピードカーの耐火物の溶損を低減することが可能な溶銑の予備処理方法を提供することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶銑の予備処理方法を示す模式図である。
【図２】同実施形態の上吹きランスを示す平面図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】従来の上吹きランスを示す平面図である。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】実施例および比較例の脱珪外酸素と脱燐酸素効率との関係を示すグラフである。
【図７】実施例および比較例の上吹き酸素流量とΔＴ／ΔＰとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例および比較例の上吹き酸素原単位と耐火物損耗速度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例および比較例の上吹きランス寿命を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜溶銑の予備処理方法＞
本発明の一実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、図１に示すように、トピードカー１に収容された溶銑３を脱燐処理する際に、溶銑３の上方に設けられた上吹きランス４から、溶銑３に酸素ガスを吹き付ける二次燃焼工程を備える。
【００１２】
［上吹きランスの構成］
本実施形態に係る溶銑の予備処理方法の説明に先立ち、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る溶銑の予備処理方法で用いられる上吹きランス４について説明する。上吹きランス４は、図２および図３に示すように、金属製の円筒状のランスであり、２つの急拡大ノズル４１と、酸素ガス供給路４２と、冷却水供給路４３とを備える。
急拡大ノズル４１は、上吹きランス４の下端側の先端部に設けられる。急拡大ノズル４１は、酸素ガス供給路４２に連通する円筒状の縮径部４１ａと、縮径部４１ａの直径ｒ１に対して急拡大した直径ｒ２を有する円筒状の拡径部４１ｂとを有する。縮径部４１ａの直径ｒ１は、拡径部４１ｂの直径ｒ２の５０％以上７０％以下であることが好ましい。このような、急拡大ノズル４１によれば、縮径部４１ａで圧縮された酸素ガスの吐出流速が、拡径部４１ｂで低減することにより、噴射される酸素ガスのソフトブロー化が実現できる。直径ｒ１が直径ｒ２の５０％未満である場合、縮径部４１ａ入側における酸素ガスの流速によっては、縮径部４１ａで圧縮された酸素ガスの流速が拡径部４１ｂで十分に低減されないため、噴射される酸素ガスがソフトブローとならないことがある。一方、直径ｒ１が直径ｒ２の７０％より大きい場合、縮径部４１ａ入側における酸素ガスの流速によっては、噴射される酸素ガスの流速が小さくなりすぎるため、二次燃焼帯を目標とする高さまで低くすることができなくなることがある。
【００１３】
また、急拡大ノズル４１は、上吹きランス４の長手方向軸線と、急拡大ノズル４１の長手方向軸線のなす角度である吐出角θが１２°となるように設けられる。また、２つの急拡大ノズル４１は、トピードカー１の長手方向に平行且つそれぞれ逆向きの方向に吐出角θをなすように設けられる。なお、本実施形態では、吐出角θを１２°としたが、吐出角θはかかる値に限定されず、１０°以上１５°以下であることが好ましい。吐出角θが１０°未満である場合、縮径部４１ａ入側における酸素ガスの流速によっては、噴射された酸素ガスがフリーボードの長手方向端側まで十分行き渡らない場合があるため、十分な二次燃焼効果を得ることができないことがある。一方、吐出角θが１５°より大きい場合、縮径部４１ａ入側における酸素ガスの流速によっては、酸素ガスのランス高さＨ方向の流速が小さくなりすぎる場合があるため、二次燃焼帯を目標とする高さまで低くすることができなくなることがある。
【００１４】
ここで、上吹きランスのノズル形状としては、一般的に、急拡大ノズル４１の他に、ストレート型やラバール型の形状がある。ストレート型のノズルは、噴射する酸素ガスの通路の断面が円形で直径が一定の形状のノズルであり、ラバール型のノズルは、噴射する酸素ガスの通路の上流側から下流側にかけて直径が長さ方向に増加する形状のノズルである。
ストレート型のノズルは、ランス背圧（噴射する酸素ガスの供給側の圧力）が他の形状に比べて低いため、ランス高さＨを低くした場合に、スプラッシュ等により地金が上吹きランス内に混入する可能性がある。
また、ラバール型のノズルは、数百Ｎｍ３／ｍｉｎ程度の比較的高流量のガスを噴射する際に用いられる形状であり、流量が１０〜３０Ｎｍ３／ｍｉｎ程度と低いトピードカー１での脱燐処理には適していない。したがって、酸素ガスを低流量で噴射させながらも、地金の混入を防止できる程度の背圧を確保し、さらにソフトブローで酸素ガスを噴射できるノズル形状としては、本実施形態の急拡大ノズル４１が好ましい。
【００１５】
酸素ガス供給路４２は、上吹きランス４の長手方向軸線に沿って略円筒状に形成され、下端側の先端には急拡大ノズル４１が連通して設けられる。また、上吹きランス４の上端側からは、酸素ガスが供給される。
冷却水供給路４３は、酸素ガス供給路４２の外周側に沿って、上吹きランス４の横断面において同心円状に２層設けられる。また、冷却水供給路４３は、上吹きランス４の下端側の先端部において、急拡大ノズル４１よりも上吹きランス４の径方向外方に少なくとも設けられる。冷却水は、上吹きランス４の上端側から供給され径方向内方の層を通じて上吹きランス４の下端側まで移動し、下端側で折り返した後、径方向外方の層を通じて上吹きランス４の上端側まで移動し、排出される。
【００１６】
さらに、上吹きランス４は、鋳造で製造される銅製のランスであり、図３に示すように、急拡大ノズル４１の長手方向軸心を含む断面において、厚みｄが鍛造製の上吹きランスよりも薄くなる。図３に示す厚みｄは、冷却水供給路４３と急拡大ノズル４１との間の連続する銅の壁面部分を通る、冷却水供給路４３の折り返し部から急拡大ノズル４１の先端側表面に達する最短直線距離である。このように、上吹きランス４は、厚みｄが薄いことにより高い冷却能を有する。なお、上吹きランス４の厚みｄは、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることが好ましい。厚みｄが１０ｍｍ未満である場合、冷却能が高くなり損耗速度が小さくなるものの、厚みｄが薄すぎるために上吹きランス４の使用できなくなるまでの寿命が低下する。一方、厚みｄが２５ｍｍよりも大きい場合、十分な冷却能が得られず、損耗速度が大きくなりすぎるため、上吹きランス４の寿命が低下する。
また、図３に示すように、上吹きランス４は、急拡大ノズル４１よりも上吹きランス４の径方向外方に設けられた冷却水供給路４３から拡径部４１ｂまでの最短距離が、厚みｄよりも短くなるように形成される。
【００１７】
［溶銑の予備処理方法］
次に、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法について詳細に説明する。本実施形態に係る溶銑の予備処理方法では、酸化精錬することにより、高炉から出銑された溶銑中の燐や珪素等の不純物元素を除去する。本実施形態に係る溶銑の予備処理方法では、図１に示すように、溶銑３にインジェクションランス２を浸漬させ、インジェクションランス２の先端から、脱燐フラックスや酸素ガスを吹き込むことで溶銑中の燐濃度を低下させる。脱燐フラックスとしては、Ｆｅ２Ｏ３やＣａＯ等を含むフラックスが用いられる。
【００１８】
また、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法では、インジェクションランス２からの吹き込みと同時に、所定のランス高さＨとなるように溶銑３の上方に設けられた上吹きランス４から酸素ガスを噴射させる。このとき、インジェクションランス２から吹き込まれた脱燐フラックスや酸素ガス中の酸素と、溶銑中の炭素とが反応（一次燃焼）することにより、ＣＯガスが生成される。生成されたＣＯガスは、溶銑中を上昇し、フリーボードにて上吹きランス４から噴射される酸素ガスと反応（二次燃焼）することで、ＣＯ２ガスとなる。この際、二次燃焼により生じた燃焼熱が、溶銑３に着熱することにより脱燐処理に伴う溶銑３の温度低下を抑制することができる。
所定のランス高さＨとは、溶銑３から上吹きランス４の下端までのランス高さＨが５００ｍｍ以上１０００ｍｍ未満のことをいう。ランス高さＨが５００ｍｍ未満の場合、ランス高さＨが低すぎることにより、二次燃焼帯の領域を十分に確保できなくなる。一方、ランス高さＨが１０００ｍｍ以上の場合、二次燃焼帯が高くなることによりトピードカー１の炉口付近の耐火物の溶損が助長される。
【００１９】
ここで、本実施形態の上吹きランス４に対し、従来は図４および図５に示す上吹きランス５が用いられてきた。図４および図５に示すように、従来の上吹きランス５は、先端に設けられる一対のストレートノズル５１と、上吹きランス５の中心に長手方向に延在して設けられる酸素ガス供給路５２と、酸素ガス供給路５２の周囲にわたって設けられる冷却水供給路５３とを備える。ストレートノズル５１は、上述のストレート型のノズルであり、上吹きランス５の一端側からの平面視で、上吹きランス５の中心から同一距離の点対称の位置に設けられる。また、従来の上吹きランス５は、鍛造で製造される銅製のランスであったため厚みｄを薄くすることが難しく、図４に示すように、他の箇所よりも厚みｄが極端に厚い肉厚部を有していた。
【００２０】
上述したように、トピードカー１に収容された溶銑３を脱燐処理する際に、溶銑３の上方に設けられた上吹きランス５から酸素ガスを吹き付け、二次燃焼反応を起こす従来の予備処理方法は、脱燐処理中の温度降下の抑制には効果的である。しかし、上吹きランス５から噴射される酸素ガスの二次燃焼により生じる燃焼熱は、フリーボードの特に炉口付近の耐火物の損耗を早めてしまうという欠点がある。
これに対して、二次燃焼により生じる二次燃焼帯を溶銑３側へと低下させることで、二次燃焼帯からトピードカー１の炉口付近から遠ざけ、炉口付近の耐火物の損耗を抑制させることが考えられる。二次燃焼帯を低下させるための方法としては、上吹きランス５の先端から湯面までの距離であるランス高さＨを低下させる方法が有効である。しかし、ランス高さＨを低下させることにより、ハードブロー（噴射された酸素ガスの湯面に対する動圧が高い状態）となり、さらに上吹きランス５への輻射熱が大きくなることから、発生するスプラッシュや発塵が増加する。
【００２１】
輻射熱やスプラッシュの増加は、上吹きランス５の損耗を助長させるため、上吹きランス５内部の冷却水の水漏れ等のトラブルの原因となる。さらに、従来の上吹きランス５は、厚みｄが厚く冷却能が低いことから、先端部が損耗しやすく、使用できなくなるまでの寿命が短かった。また、発生するスプラッシュや発塵の増加は、環境や安全上の理由から処理が継続できなくなる原因となる。このようなハードブロー化に伴う問題に対して、酸素ガスの流量を低下させることで、ハードブロー化を抑えることができる。しかし、流量が低下することで燃焼熱の熱量が低下し、溶銑温度を向上させるための効果が十分に得られなくなることがある。
【００２２】
これに対して、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法では、上吹きランス４に急拡大ノズル４１を適用することにより、酸素ガスの流量が高い状態でランス高さＨを低くしても、酸素ガスがソフトブローとなる。このため、発生するスプラッシュや発塵を抑制させながらも、耐火物の溶損を低減することができる。また、上吹きランス４は、ランス背圧を従来の上吹きランス５よりも高くすることができるため、ランス高さＨを低くしても地金が混入する恐れがない。
【００２３】
また、本実施形態の上吹きランス４は、製造方法が従来の鍛造から鋳造に変更されたことにより、厚みｄが大幅に薄くなる。これにより、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法では、熱輻射の影響を受け易い上吹きランス４の先端部の冷却能が従来の上吹きランス５よりも大幅に向上し、溶銑３からの輻射熱の影響を小さくすることができる。このため、ランス高さＨを低くした場合でも損耗を抑制することができ、上吹きランス４の水漏れ等のトラブルを抑制できる。さらには、上吹きランス４の冷却能が大幅に向上することから、従来の上吹きランス５を用いた予備処理方法に比べ、ランス高さＨを低くした場合においても、ランスの寿命を向上させることができる。
【００２４】
さらに、上吹きランス５を用いた従来の予備処理方法は、耐火物の溶損が大きい場合やトピードカー１の稼働状況から耐火物の溶損を抑えたい場合には、上吹きランス５からの酸素ガスの流量を低減して脱燐処理する必要があった。これに対して、上吹きランス４を用いた本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、二次燃焼帯が低くなり、耐火物の溶損が抑制されることから、従来の予備処理方法に比べ、酸素ガスの流量を低減する状況が少なくなり、酸素ガスの平均流量を増加させることができる。このため、本実施形態に係る溶銑３の予備処理方法は、二次燃焼を促進させることができ、脱燐処理に伴う溶銑３の温度降下をさらに抑制することができる。
【００２５】
＜変形例＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、上吹きランス４には、一対の急拡大ノズル４１が設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、トピードカー１の形状、上吹きランス４の吹き込み位置、上吹きランス４の角度等に応じて、一または複数の急拡大ノズル４１が設けられてもよい。また、このような場合、上吹きランス４の先端部における急拡大ノズル４１が設けられる位置や、急拡大ノズル４１の吐出角等の条件は、トピードカー１の形状、上吹きランス４の吹き込み位置、上吹きランス４の角度等に応じて適宜設定される。
【００２６】
＜本発明の実施形態の効果＞
本実施形態の効果を以下に説明する。
（１）本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、溶銑３に酸素ガスを吹き付ける二次燃焼工程を備え、二次燃焼工程において、溶銑３上面から上吹きランス４の先端までの高さＨを５００ｍｍ以上１０００ｍｍ未満とし、ノズル４１は、円形断面の縮径部４１ａと、縮径部４１ａよりも先端側に連続して設けられ縮径部４１ａよりも大きな直径ｒ２の円形断面からなる拡径部４１ｂとを含む。
上記構成により、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、酸素ガスの流量が高い場合でもノズル４１から噴射される酸素ガスをソフトブロー化させることができ、ランス高さＨを低くすることができる。このため、フリーボード内での二次燃焼帯を低くすることができることから、上吹きランスか４ら吐出される酸素ガスの流量を低下させることなく、トピードカー１の耐火物の溶損を低減することができる。
また、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、耐火物の溶損を抑制しながらも二次燃焼を促進させることができるため、脱燐処理に伴う温度降下を抑制することができる。
上記構成により、溶銑の温度低下による種々のトラブルや精錬コストの増加が抑えられ、上記トピードカーを用いた溶銑予備処理比率の増加および生産性の向上を図ることができる。
【００２７】
（２）縮径部４１ａの直径ｒ１は、拡径部４１ｂの直径ｒ２の５０％以上７０％以下である。
上記構成により、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、噴射される酸素ガスの流速を目標とする流速まで確実に小さくすることができる。
（３）上吹きランス４は、冷却水が流れる冷却水供給路４３を有し、ノズル４１の先端から冷却水供給路４３までの最短直線距離（厚みｄ）は、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。
上記構成により、本発明に係る溶銑の予備処理方法は、上吹きランス４の冷却能を高めることができる。このため、上吹きランス４のランス高さＨを低くした場合でも、上吹きランス４の寿命を向上させることができる。
【００２８】
（４）上吹きランス４の長手方向軸線とノズル４１の長手方向軸線とのなす角度である吐出角θは、１０°以上１５°以下とする。
上記構成により、本実施形態に係る溶銑の予備処理方法は、二次燃焼帯を低くすることができ、さらにフリーボードの広い範囲で二次燃焼を生じさせることができる。このため、二次燃焼による昇熱効果を十分に得ることができる。
（５）上吹きランス４は２つのノズル４１を有し、２つのノズル４１は、トピードカー１の長手方向に平行且つそれぞれ逆向きの方向に、上吹きランス４の長手方向軸線とノズル４１の長手方向軸線とのなす角度である吐出角θを形成するように設けられる。
上記構成により、フリーボードの広い範囲で二次燃焼を生じさせることができるため、二次燃焼による昇熱ｗ効果を十分に得ることができる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明者らが行った実施例を説明する。
実施例では、２８０ｔの溶銑３を収容したトピードカー１で、インジェクションランス２および上吹きランス４を用いて脱燐処理を含む酸化精錬による予備処理を行った。表１に、実施例および比較として行った従来の予備処理方法による比較例の条件をそれぞれ示す。
【００３０】
【表１】
2015221929.tif 000003
【００３１】
実施例では、図２および図３に示す一対の急拡大ノズル４１を備えた、外径が１３９.８ｍｍφで、長さ７８５ｍｍである鋳造製の上吹きランス４を用いて脱燐処理を行った。急拡大ノズル４１の縮径部の内径は１８．８ｍｍφ、拡径部の内径は２９ｍｍφとした。また、急拡大ノズル４１の先端から冷却水供給路４３までの最短直線距離である厚みｄは、１２ｍｍとした。さらに、実施例では、ランス高さＨを８００ｍｍとし、上吹きランス４の送酸速度（噴射される酸素ガスの流量）を２０Ｎｍ３／ｍｉｎとした。
【００３２】
比較例では、図４および図５に示す一対のストレートノズル５１を設けた、鍛造製の上吹きランス５を用いて脱燐処理を行った。ストレートノズル５１の内径は１６ｍｍφとし、厚みｄは６０ｍｍとした。さらに、比較例では、ランス高さＨを１０００ｍｍとし、上吹きランス５の送酸速度を１５Ｎｍ３／ｍｉｎとした。
また、実施例および比較例ともに、インジェクションランス２から脱燐フラックスと酸素ガスを吹き込み、溶銑３の予備処理として脱珪処理および脱燐処理を行った。インジェクションランス２からの酸素ガスの送酸速度は、ともに１５Ｎｍ３／ｍｉｎとした。さらに、処理に用いた溶銑３は、予め高炉で鋳床脱珪（脱珪剤添加による脱珪処理）を施した、１３５０〜１４００℃の溶銑とした。
さらに、実施例および比較例では、予備処理の開始前及び終了後に、溶銑３のサンプリング及び測温を行った。
【００３３】
図６および図７に、実施例および比較例での予備処理の結果を示す。図６の横軸の脱珪外酸素量（Ｎｍ３／ｔ）は、インジェクションランス２から吹き込んだ酸素源（気体体積換算）から、脱珪反応に使用された酸素量（気体体積換算）を減じた溶銑１ｔあたりの酸素量である。脱珪外酸素量が同じ値であれば、脱燐反応に使用された酸素量が同じであることを示す。図６の縦軸の脱燐酸素効率（％）は、脱珪外酸素量のうち脱燐反応に使用された酸素量（気体体積換算）の割合を示している。
【００３４】
また、図７の横軸の上吹き酸素量（Ｎｍ３／ｔ）は、溶銑１ｔあたりに、上吹きランス４，５から吹き込まれた酸素の総量を示す。図７の縦軸のΔＴ／ΔＰ（℃／０．００１ｍａｓｓ％）は、予備処理前後での溶銑３の温度変化量を、溶銑３の燐濃度変化量で除した値である。ΔＴ／ΔＰは、低位であるほど熱補償がされていること（脱燐処理に伴う温度降下が抑制されていること）を示す。
なお、図６および図７は、以下の条件で予備処理を行ったときの結果である。
予備処理前の溶銑中珪素濃度        ：０．２０〜０．３０ｍａｓｓ％
溶銑中燐濃度                      ：０．１２０〜０．１４０ｍａｓｓ％
溶銑温度                          ：１４００℃以下
予備処理後の溶銑中燐濃度          ：０．０４０〜０．０８０ｍａｓｓ％
トピードカーへのスクラップ入れ置き：なし
図６および図７から明らかなように、脱燐性能および熱付与性能のいずれの結果についても、実施例は比較例と同等の性能を有することが確認できた。
【００３５】
さらに、本発明の効果を評価すべく、図８に耐火物への影響を評価した結果を示す。図８の横軸の上吹き起算原単位（Ｎｍ３／ｔ）は、個々のトピードカー１について稼動開始から修理落ちするまでの間に、上吹きランス４，５から吹き込まれた酸素ガスの１チャージ（１回の予備処理）あたりの平均総量を示す。図８の縦軸の耐火物損耗速度（ｍｍ／回）は、個々のトピードカー１の稼働開始から修理落ちまでの間の、耐火物の厚みの変化量を、高炉での受銑回数で除した値である。耐火物損耗速度は、大きいほど耐火物の損耗速度が大きいことを示す。なお、実施例１〜３は、ランス高さＨが８００ｍｍ，７００ｍｍ，５００ｍｍにおける結果をそれぞれ示す。実施例１〜３のランス高さ以外の操業条件については、上述の実施例と同じである。
図８より、実施例では、比較例に対して上吹きランスからの送酸量が同一であっても、耐火物損耗速度が低位であることが確認できた。さらに、ランス高さＨが低くなるに伴い、耐火物損耗速度が低下することが確認できた。
【００３６】
さらに、図９に上吹きランス４，５の寿命を比較した結果を示す。これより、実施例では、比較例に対して、ランス高さＨを１０００ｍｍから８００ｍｍに低下させているにも関わらず、ランス寿命が向上することがわかった。これは、上吹きランス４を、鍛造製から鋳造製に変え、先端部の厚みｄが比較例の６０ｍｍから１２ｍｍへと薄くなったことによる、冷却能向上効果の寄与であると推察される。
【００３７】
以上の結果から、実施例の上吹きランス４を用いた予備処理方法では、低いランス高さＨで、且つ酸素ガスの流量を低下させることなく、噴射する酸素ガスをソフトブロー化させることにより、トピードカー１の耐火物の溶損を抑制しながらも、脱燐処理における熱余裕を増大することができることが確認できた。また、実施例の上吹きランス４を用いた予備処理方法において、上吹きランス４の寿命が向上することが確認できた。
【符号の説明】
【００３８】
１      ：トピードカー
２      ：インジェクションランス
３      ：溶銑
４      ：上吹きランス
４１    ：急拡大ノズル
４１ａ  ：縮径部
４１ｂ  ：拡径部
４２    ：冷却水供給路
４３    ：酸素ガス供給路
５１    ：ストレートノズル
５２    ：冷却水供給路
５３    ：酸素ガス供給路
【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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