(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き転炉型精錬容器を用いて溶銑の精錬を行う操業方法において、非吹錬中にランスを回転させて、ランスに付着した地金を落下させることを特徴とする、転炉操業方法。
【請求項２】
予め地金付着除去を行う際の単位面積あたりの付着地金量ｗCを定め、下記（１）式で定めるランス回転数ｎC（ｒｐｍ）以上の回転数でランスを回転させることを特徴とする請求項１に記載の転炉操業方法。
ｎC＝（√（３００／（ｒ・ｗC）））×３０／π      （１）
ｗC：単位面積あたりの付着地金量（ｋｇ／ｍ2）
ｒ：ランス半径（ｍ）
【請求項３】
前記ｗCを１０ｋｇ／ｍ2≦ｗC≦５００ｋｇ／ｍ2の範囲で定めることを特徴とする請求項２に記載の転炉操業方法。
【請求項４】
非吹錬時にランスを回転させる際、下記（２）式で計算されるランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力ＦAを３００Ｎ／ｍ2より大きくするようにランス回転数ｎを定めることを特徴とする、請求項１に記載の転炉操業方法。
ＦA＝π・Ｗ・ｎ2／１８００Ｌ            （２）
ＦA：ランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力（Ｎ／ｍ2）
Ｗ：ランス付着地金量（ｋｇ）
Ｌ：ランス付着地金の下端から上端までの長さ（ｍ）
ｎ：ランス回転数（ｒｐｍ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上吹きランスを備えた上底吹き転炉型精錬容器を用いて溶銑の精錬を行う転炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉で生産された溶銑中の炭素を除去するために、上底吹き転炉型精錬容器が広く使用されている。溶銑は、転炉型精錬容器に装入され、底吹き羽口から攪拌用のガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながら、上吹きランスから酸素を上吹きし、溶銑中のりんや炭素を酸化除去する。上吹きランスについては、非特許文献１に記載のように、ランスの外径が例えば２５０トン転炉では３４０ｍｍ、３００トン転炉４００ｍｍ程度の上吹きランスが用いられている。以下、上吹きランスを単にランスともいう。
【０００３】
このプロセスの製造コストを下げるためには、上吹き酸素流量を増加させて高速吹錬を行い、この転炉型精錬容器の生産性を増加させることが挙げられる。高速吹錬を行う場合、上吹きランスから溶銑に吹付ける酸素流量が増加し、スラグ粒やメタル粒の飛散が増大する。特にメタル粒がランス側面に付着すると、それらがランス表面に地金として固着、堆積する。それらが剥がれずにランスを大きく覆うようになると、付着した地金がランス昇降時に転炉排ガスフードのランス昇降口と干渉し、昇降が困難になってしまう。また、ランス昇降が困難になる前に、ランスに付着した地金を溶断などの方法で除去することは可能であるが、その作業には多大な労力を要する。
【０００４】
そのため、高速吹錬を行っても、ランスに地金を付着しにくくしたり、付着しても剥がれ落ちやすくする方法の開発が求められている。これまでにも、ランスに地金が付着し難くなる方法や、付着物が剥がれ落ちやすくなる方法が開発されている。
【０００５】
特許文献１には、ランス表面にセラミックコーティングを施し、地金の付着を抑制する方法が記載されている。この方法は有用であるが、コーティングが劣化した箇所には地金が付着するようになるため、コーティングが劣化したランスは新品に取り替える必要があり、ランスのメンテナンスコスト低減には繋がり難い。
【０００６】
特許文献２には、先端部が０．５゜以上１．５゜未満のテーパ形状を有するランスを用いることで、ランスに付着した地金が自重で落下しやすくなる方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、溶鉄の精錬を行うにあたり、吹錬中に上吹きランスを回転させる方法が開示されている。これにより、溶鉄の攪拌が促進されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−２３８２７号公報
【特許文献２】特開２０００−８０４１０号公報
【特許文献３】特開昭６２−１３０２１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日本鉄鋼協会編  第３版鉄鋼便覧II製銑・製鋼  第４６８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１、２に記載のような方法を採用することにより、ランスへの地金付着は抑制できるようになり、ランスの耐久性も向上してきたが、現在でもなお、ランスに地金が付着し、ランス交換を余儀なくされ、その交換作業で生産性が低下する頻度は少なくない。更なる高速吹錬を目指すためには、ランスに付着する地金を落とすための更なる工夫が求められている。
【００１１】
本発明は、上吹きランスを備えた上底吹き転炉型精錬容器を用いて溶銑の精錬を行う操業において、ランスに付着する地金を落とすための転炉操業方法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】
【００１２】
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）上底吹き転炉型精錬容器を用いて溶銑の精錬を行う操業方法において、非吹錬中にランスを回転させて、ランスに付着した地金を落下させることを特徴とする転炉操業方法。
（２）予め地金付着除去を行う際の単位面積あたりの付着地金量ｗCを定め、下記（１）式で定めるランス回転数ｎC（ｒｐｍ）以上の回転数でランスを回転させることを特徴とする上記（１）に記載の転炉操業方法。
ｎC＝（√（３００／ｒ・ｗC））×３０／π      （１）
ｗC：単位面積あたりの付着地金量（ｋｇ／ｍ2）
ｒ：ランス半径（ｍ）
（３）前記ｗCを１０ｋｇ／ｍ2≦ｗC≦５００ｋｇ／ｍ2の範囲で定めることを特徴とする上記（２）に記載の転炉操業方法。
（４）非吹錬時にランスを回転させる際、下記（２）式で計算されるランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力ＦAを３００Ｎ／ｍ2より大きくするようにランス回転数ｎを定めることを特徴とする、上記（１）に記載の転炉操業方法。
ＦA＝π・Ｗ・ｎ2／１８００Ｌ            （２）
ＦA：ランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力（Ｎ／ｍ2）
Ｗ：ランス付着地金量（ｋｇ）
Ｌ：ランス付着地金の下端から上端までの長さ（ｍ）
ｎ：ランス回転数（ｒｐｍ）
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上吹きランスを備えた上底吹き転炉型精錬容器を用いて溶銑の精錬を行う転炉操業方法において、非吹錬中にランスを回転させることにより、ランス回転に伴う遠心力の作用によって、ランスに付着した地金を落下させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、地金が付着した上吹きランスについて、非吹錬中にランスを回転させて地金に遠心力を与え、地金を落下させることを着想した。
【００１５】
そこで、上吹きランスを備えた試験転炉で脱炭吹錬を行い、地金が付着したランスを回転させ、地金が剥離して落下する臨界の遠心力を調査した。ランス支持装置は、ランスを中心軸回りに回転させるランス回転装置を有するとともに、ランス重量を計測するためのロードセルを備えている。上吹きランスの外径は半径５０ｍｍである。
【００１６】
脱りん溶銑２．０ｔを試験転炉に装入し、溶銑浴面から４００ｍｍ上に設置した上吹きランスから４８０Ｎｍ3／ｈにて酸素を溶銑に１０分間吹き付けて脱炭吹錬を行った。脱炭吹錬終了後、ランスを上昇させて、ランスに地金が付着していることを確認した。地金は、ランス先端である下端から上方に向かってランスに一体となって巻くように付着しており、周方向には比較的均一な厚みで、ランス軸方向には不均一な厚みであった。
【００１７】
ランス表面に付着した地金付着量Ｗ（質量）をロードセルの測定によって実験前と実験後のランス重量差から計算し、また、付着している地金の下端から上端までの長さＬを測った。
【００１８】
地金が付着したランスを出鋼後の炉内まで下降させた後、ランス回転装置によってランスを回転させ、１０ｒｐｍ毎にランスの回転数を上げながら、ロードセルによる重量変化をみた。ランスの回転数を上げていくと、ロードセルで計測しているランス重量が低下していく様子が観測され、ランスに付着した地金の一部が剥がれ落ちていると推測された。さらに、回転数を上げていくと、付着した地金の重量分以上には低下せず、ロードセルで計測しているランス重量が一定となった。その時点でランスの回転を停止し、ランスを上昇させたところ、ランスの地金が完全に剥がれ落ちていることが確認できた。
【００１９】
【表１】
0006610404.tif 000002
【００２０】
この実験を繰り返した結果、表１を得た。地金が剥がれ落ちた時に作用していた遠心力の大きさは各実験によって異なったが、その時の遠心力を地金とランスの界面積で割った単位面積あたりの平均の遠心力ＦAは下記（２）式で示される。そして、地金がすべてはがれ落ちたときの回転数から（２）式で計算したＦAは、表１から明らかなように、１０００Ｎ／ｍ2より大きい値で各実験の結果がほぼ同等であった。
ＦA＝Ｗ・ｒ・（π・ｎ／３０)2／（２π・ｒ・Ｌ）
＝π・Ｗ・ｎ2／１８００Ｌ                          （２）
ＦA：ランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力（Ｎ／ｍ2）
Ｗ：ランス付着地金量（ｋｇ）
Ｌ：ランス付着地金の下端から上端までの長さ（ｍ）
ｒ：ランス半径（ｍ）＝０．０５ｍ
ｎ：ランス回転数（ｒｐｍ）
【００２１】
したがって、ランスの地金を回転によって完全に剥がし落とすためには、地金とランスの界面に１０００Ｎ／ｍ2より大きな遠心力を作用すれば良いことがわかった。この実験では、回転時間が地金を完全に剥がし落とすことに対する影響はみられなかったことから、地金とランスの界面に１０００Ｎ／ｍ2より大きな遠心力を作用させれば、それほど長い回転時間を要すことなく、ランスを剥がし落とすことができると考えられる。地金とランスの界面に１１００Ｎ／ｍ2より大きな遠心力を作用させれば、表１に示す実験において６例中５例で地金を除去できているので、より好ましい。
【００２２】
（２）式から明らかなように、同一ランス回転数ｎでは、単位長さあたり付着地金質量（Ｗ／Ｌ）が増加するほど、遠心力が大きくなるため、地金を剥がし落としやすくなる。したがって、ランスの回転による遠心力の作用で地金を落とすためには、ある程度、ランスに地金が大きく付着したタイミングで、ランスを高速で回転させて地金を落とすことが好適である。
【００２３】
但し、吹錬中にランスに付着した地金が溶銑に落下すると、サブランスで溶銑の温度等を測定する際に、その地金塊にサブランスが接触して損傷したり、落下した地金が溶解し、溶製目標組成の制御に悪影響を及ぼすことが考えられるため、ランスを回転させて地金を落とすタイミングは非吹錬中が適している。
【００２４】
また、付着している地金重量が小さい場合は、既に述べたような地金が転炉内に落下することによる悪影響は小さいことから、非吹錬中と同様に吹錬中にランスを回転させて地金を落下させることは有効である。
【００２５】
次に、上吹きランスを備えた３００ｔ／ｈｅａｔの上底吹き転炉において、本発明を適用した。ランス支持装置は、ランスを中心軸回りに回転させるランス回転装置を有するとともに、ランス重量を計測するためのロードセルを備えている。上吹きランスの外径は半径２００ｍｍである。
【００２６】
脱りん溶銑の脱炭吹錬を行い、ランスに地金が付着した際にランス回転処理を行った。ランスに付着した地金付着量Ｗ（質量）はロードセルで測定し、地金の下端から上端までの長さＬは炉上に設置したカメラで撮影した画像を解析して求めた。非吹錬中にランスを転炉内へ降下した後、ランスを表２に示す所定のランス回転数ｎ一定で回転させた。その後、地金の除去状況を確認した。付着地金が全部脱落したときは◎、一部脱落したときは○、脱落しなかったときは×とした。単に地金が付着したランスを非吹錬中に転炉内へ降下する場合と、ランスに付着した地金の剥がれ落ちた結果について比較した。
【００２７】
【表２】
0006610404.tif 000003
【００２８】
得られた結果を表２に示す。ランスを回転させなかった比較例１、２では、付着した地金の脱落はみられなかった。ランスを回転させ、かつ、ＦAが３００〜１１００Ｎ／ｍ2未満となる回転数とした実施例１〜３では、一部の地金は脱落させることができたが、全ての地金を脱落させることはできなかった。ランスを回転させ、かつ、ＦAが１１００Ｎ／ｍ2以上となる回転数とした実施例４〜６では、全ての地金を脱落させることはできた。
【００２９】
ランス表面の地金付着量の多寡については、ランス表面の単位面積あたりの地金付着量ｗ（ｋｇ／ｍ2）で表現することができる。また、前述のとおり、ランス回転によって生じる単位表面あたりの遠心力ＦAも、単位表面あたりの地金付着量ｗに比例する数値となる。そこで、前記（２）式について、単位表面あたりの地金付着量ｗを代入して式を変形する。
ｗ＝Ｗ／（２πｒＬ）                  （３）
であるから、
ＦA＝π・Ｗ・ｎ2／１８００Ｌ
＝２π2ｒ・ｗ・ｎ2／１８００
＝π2ｒ・ｗ・ｎ2／９００          （４）
となる。従って、単位面積あたりの地金付着量ｗがｗCを超えた時点で地金除去を行おうと計画する場合、地金を除去するに必要なランス回転数ｎCは、
ｎC＝（√（ＦA／（ｒ・ｗC）））×３０／π      （１）
から求めることができる。前述のとおり、地金を完全に除去しようとする際にはＦA＝１１００Ｎ／ｍ2を用い、地金を一部のみ除去すれば足りる場合にはＦA＝３００Ｎ／ｍ2を用いて、（１）式の計算を行えばよい。
【００３０】
地金除去を行う指標となる、単位面積あたりの付着地金量ｗCについては、ｗCが小さすぎると地金除去のための所要ランス回転数ｎCが大きくなりすぎ、ｗCが大きすぎると地金除去直前の地金付着量が増大しすぎるので好ましくない。１０ｋｇ／ｍ2≦ｗC≦５００ｋｇ／ｍ2の範囲とすると好ましい。ｗC≦２００ｋｇ／ｍ2程度とすると最も好ましい。
【００３１】
単位面積あたりの付着地金量がｗCは、ランス表面への見かけの地金付着厚みｔ（ｍｍ）にほぼ比例することがわかっている。ｗCとｔの比例関係については、対象とする転炉において実測することにより求めることができる。３００トン転炉で実測したところでは、
ｗC（ｋｇ／ｍ2）＝５．０×ｔ（ｍｍ）
の関係が成り立つことがわかった。この場合、１０ｋｇ／ｍ2≦ｗC≦５００ｋｇ／ｍ2は、目視での見かけの地金付着厚みｔが２．０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に相当する。従って、予め地金付着除去を行う際の単位面積あたりの付着地金量ｗCを定め、ｗCに対応する見かけの地金付着厚みｔに到達した時点で本発明の地金付着除去を行い、その際のランス回転数ｎCを上記（１）式に基づいて定めることとすればよい。
【００３２】
本発明ではまた、ランス地金除去を行おうとするときに地金付着量Ｗと地金付着長さＬを計測した上で、地金除去に必要なランス回転数ｎを計算して地金除去を行うこともできる。すなわち、非吹錬時にランスを回転させる際、前記（２）式で計算されるランス付着地金に作用する単位面積あたりの平均の遠心力ＦAを３００Ｎ／ｍ2より大きくするようにランス回転数ｎを定めることとしてもよい。ＦAを１１００Ｎ／ｍ2より大きくするようにランス回転数ｎを定めるとより好ましい。
【００３３】
このとき、（２）式をｎについての式に変形すると以下の式となる。
ｎ＝√（（１８００・ＦA・Ｌ）／（π・Ｗ））      （５）
上記（５）式を用い、ＦAを定めた上で、計測したＷ、Ｌを代入することによって、必要なランス回転数ｎを求めることができる。前述のとおり、地金を完全に除去しようとする際にはＦA＝１１００Ｎ／ｍ2を用い、地金を一部のみ除去すれば足りる場合にはＦA＝３００Ｎ／ｍ2を用いて、（５）式の計算を行えばよい。
【００３４】
なお、特許文献３には、溶鉄の精錬を行うにあたり、吹錬中に上吹きランスを回転させることにより、吹錬中の溶鉄の攪拌を促進させる方法が開示されている。これに対して本発明は、非吹錬中に上吹きランスを回転させて付着地金を落下させる発明であって、特許文献３に記載の発明とは何ら関連のない発明である。