(57)【要約】【課題】  粉体吹込み用浸漬ランスからのガスの噴流を溶銑中或いは溶鋼中に深く侵入させ、吹き込んだ粉体を溶銑中或いは溶鋼中に長時間滞留させることのできる粉体吹込み用浸漬ランスを提供する。【解決手段】  上記課題を解決するための粉体吹込み用浸漬ランス１は、少なくとも２以上の流路５，６を有し、それぞれの流路から精錬用粉体９を搬送用ガスとともに溶銑中または溶鋼中に吹き込むための粉体吹込み用浸漬ランスであって、それぞれの流路における搬送用ガスの流速が異なるとともに、隣り合う流路から噴射される搬送用ガスがそれぞれの流路の噴射口７，８の近傍で互いに接触した状態で噴射されるように、それぞれの流路の噴射口は、近接し且つ同一方向を向いている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上の流路を有し、それぞれの流路から精錬用粉体を搬送用ガスとともに溶銑中または溶鋼中に吹き込むための粉体吹き込み用浸漬ランスであって、それぞれの流路における搬送用ガスの流速が異なるとともに、隣り合う流路から噴射される搬送用ガスがそれぞれの流路の噴射口の近傍で互いに接触した状態で噴射されるように、それぞれの流路の噴射口は、近接し且つ同一方向を向いていることを特徴とする粉体吹き込み用浸漬ランス。
【請求項２】
前記噴射口は、前記粉体吹き込み用浸漬ランスの軸心方向と同一方向を向いていることを特徴とする、請求項１に記載の粉体吹き込み用浸漬ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の予備処理工程や溶鋼の二次精錬工程において、搬送用ガスとともに粉体状の精錬剤を溶銑中或いは溶鋼中に吹き込むために使用される粉体吹き込み用浸漬ランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶銑の脱燐処理や脱硫処理などの溶銑予備処理工程、或いは、溶鋼の脱硫処理などの溶鋼の二次精錬工程では、酸化鉄や石灰などの精錬剤を溶銑或いは溶鋼に供給し、これらの精錬剤と溶銑や溶鋼に含まれる不純物元素とを反応させて精錬を行っている。これらの精錬剤のほとんどが粒状或いは粉体状であり、従って、これらの精錬剤を溶銑或いは溶鋼に供給する手段として、溶銑中或いは溶鋼中に浸漬させた粉体吹き込み用浸漬ランスを介して搬送用ガスとともに溶銑中或いは溶鋼中に吹き込んで添加する粉体吹き込み法（「インジェクション法」ともいう）が広く用いられている。
【０００３】
この粉体吹き込み法は、高温溶湯中への数少ない物質供給方法であり、種々の精錬で活用されているが、吹き込まれた粉体が溶銑や溶鋼と接触することなくガス気泡とともに上昇してしまう、吹き込まれたガス気泡が粉体吹き込み用浸漬ランスの周囲・近傍を上昇することから反応域が狭い範囲に限られる、或いは、溶湯は吹き込みガスによって攪拌されるが攪拌強度が十分でない、などの理由から、必ずしも反応効率が高いとはいえない。つまり、粉体吹き込み法において反応効率を高めるためには、粉体吹き込み用浸漬ランスからのガスの噴流を溶銑中或いは溶鋼中に深く侵入させ、吹き込んだ粉体が溶銑中或いは溶鋼中に長時間滞留できるようにすることが重要となる。
【０００４】
そこで、この観点から、特許文献１には、粉体吹き込み用浸漬ランスを回転しつつ、その先端部に水平方向に向けて設置した粉体吹き込み用の主ノズルの直上近傍に位置させて、主ノズルとは別系統でガスを供給する副ノズルを水平方向に向けて設け、該幅ノズルから水平方向に高速で噴射するガスの速度調整により、主ノズルから搬送用ガスとともに吹き込んだ精錬用粉体の水平方向到達距離を自在に調節して溶銑中に広範囲に分散させる方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、精錬用粉体を搬送用ガスとともに吹き込むための主ノズルの開口近傍に、この主ノズルとは別に精錬用粉体を搬送用ガスとともに吹き込むための副ノズルの開口が設けられ、この副ノズルは、主ノズルの軸心方向に対して傾斜角を持って配設されている、または、主ノズルの軸心方向に沿って配設されている、粉体吹き込み用浸漬ランスが提案されている。特許文献２によれば、主ノズルより吹き込まれた精錬用粉体に副ノズルより吹き込まれた粉体及び高速のガスを衝突させることで、主ノズルから吹き込まれた精錬用粉体の溶銑中または溶鋼中における滞留時間を長くすることが可能となるとしている。
【０００６】
尚、粉体吹き込み法における反応効率を高めるために、溶銑或いは溶鋼に攪拌羽根（「インペラー」ともいう）などの攪拌子を浸漬させ、この攪拌子を旋回させて溶銑或いは溶鋼の攪拌を強化する方法（「機械式攪拌法」という）もあるが、この場合には、あえて粉体吹き込み法を採用する必要はなく、機械式攪拌法のみで精錬することができる。機械式攪拌法によれば、浴面上に添加した精錬用粉体は攪拌されて溶湯中に巻き込まれ、反応が促進されるからである。
【特許文献１】特開平７−３３１３１３号公報
【特許文献２】特開平８−６１８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２により、粉体吹き込み法における反応効率の向上が期待できるが、特許文献１及び特許文献２には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１では、粉体吹き込み用浸漬ランスをその軸心を中心として回転させる必要があることから、電動機や回転伝達装置などの回転させるための装置が必要であり、設備費が高くなるという問題点がある。また、回転させることから設備自体が複雑且つ大型になり、その上に高温雰囲気下であるために防熱対策が必要であり、設備の保守・維持の観点からも問題がある。
【０００９】
特許文献２では、主ノズルから噴射される精錬用粉体に副ノズルから噴射されるガス或いは精錬用粉体を衝突させる必要があり、そのために、副ノズルを主ノズルの軸心方向に沿って配置する際には、副ノズルを主ノズルの鉛直方向直上位置に配置する必要があり、従って、主ノズルが鉛直方向下向きの場合には副ノズルの配置位置を設定することができない、つまり、鉛直方向下向きの主ノズルに対しては適用できないという問題点がある。
【００１０】
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、粉体吹き込み用浸漬ランスからのガスの噴流を溶銑中或いは溶鋼中に深く侵入させ、吹き込んだ粉体を溶銑中或いは溶鋼中に長時間滞留させることのできる粉体吹き込み用浸漬ランスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランスは、少なくとも２以上の流路を有し、それぞれの流路から精錬用粉体を搬送用ガスとともに溶銑中または溶鋼中に吹き込むための粉体吹き込み用浸漬ランスであって、それぞれの流路における搬送用ガスの流速が異なるとともに、隣り合う流路から噴射される搬送用ガスがそれぞれの流路の噴射口の近傍で互いに接触した状態で噴射されるように、それぞれの流路の噴射口は、近接し且つ同一方向を向いていることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランスは、第１の発明において、前記噴射口は、前記粉体吹き込み用浸漬ランスの軸心方向と同一方向を向いていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２以上に分割された流路から噴射される搬送用ガスの流速が異なるので、流速の異なる搬送用ガス流束の境界に渦流が発生し、この渦流によって、溶銑或いは溶鋼の攪拌が強化されると同時に精錬用粉体と搬送用ガスとの分離が促進される。その結果、精錬用粉体が溶銑中或いは溶鋼中に深く侵入し、滞留時間が長くなることから、反応効率が向上し、省資源及び省エネルギーなどの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】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランスを備えた粉体吹き込み設備の概略図、図２は、本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランスの横断面概略図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランス１は、その軸心部に精錬用粉体９及び搬送用ガスを通すための鋼管２が配置され、鋼管２の周囲には、鋼管２の外周に設置されるスタッド（図示せず）などの繋止部材を介して固定される、不定形耐火物からなる耐火物層４が形成されている。この鋼管２の内部には、鋼管２の内面をほぼ２等分する位置に仕切板３が鋼管の全長に亘って設置されており、鋼管２の内部に流路５と流路６の２つの流路を形成している。仕切板３と鋼管２との接触面には隙間が生じないようにするため、仕切板３は例えば溶接などによって鋼管２に接合されている。流路５及び流路６は粉体吹き込み用浸漬ランス１の下端で、粉体吹き込み用浸漬ランス１の軸心方向と同一方向を向いて開口し、流路５は噴射口７に、流路６は噴射口８に開口している。噴射口７及び噴射口８は、仕切板３を隔てているものの、近接し且つ同一方向を向いており、あたかも１つの噴射口のような形状を呈している。つまり、流路５の噴射口７及び流路６の噴射口８から噴射されたガス流束同士が、それぞれの噴射口から噴射された後に噴射口の近傍で直ちに互いに接触した状態で噴射されるように、噴射口７及び噴射口８が構成されている。
【００１６】
流路５は導管１１と接続し、導管１１には精錬用粉体９を収容する粉体吹き込みタンク１０が接続されている。粉体吹き込みタンク１０と導管１１との間には粉体切出弁１２が設置され、粉体切出弁１２によって流路５を介して吹き込まれる精錬用粉体９の量が調整されるようになっている。また、導管１１には流量調整弁１３が設置されており、流路５を流れる搬送用ガスの流量が調整できるようになっている。
【００１７】
同様に、流路６は導管１５と接続し、導管１５には精錬用粉体９を収容する粉体吹き込みタンク１４が接続されている。粉体吹き込みタンク１４と導管１５との間には粉体切出弁１６が設置され、粉体切出弁１６によって流路６を介して吹き込まれる精錬用粉体９の量が調整されるようになっている。また、導管１５には流量調整弁１７が設置されており、流路６を流れる搬送用ガスの流量が調整できるようになっている。
【００１８】
ここで、粉体吹き込みタンク１０及び粉体吹き込みタンク１４に収容される精錬用粉体９は同一のものである。使用する精錬用粉体９は、溶銑或いは溶鋼に施す精錬の種類に応じて異なり、例えば、溶銑や溶鋼の脱硫処理の際には石灰粉、カルシウムカーバイド粉、カルシウムアルミネート粉などを使用し、溶銑の脱燐処理及び脱珪処理の際には鉄鉱石粉などの酸化鉄を主体とする粉体、或いはこの酸化鉄粉体に石灰粉を混合した粉体を使用し、溶銑の加炭処理の際にはコークス粉などの炭材粉を使用し、溶鋼の介在物形態制御の際にはＣａ−Ｓｉ合金の粉体などを使用すればよい。
【００１９】
搬送用ガスは、精錬が脱硫処理のような還元反応の場合には、窒素ガスなどの非酸化性ガスやＡｒガスなどの希ガスを使用し、精錬が脱燐処理のような酸化反応の場合には、これらのガス種の他に酸素含有ガスなどの酸化性ガスを使用することができる。
【００２０】
本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランス１を用いて精錬用粉体９を溶銑或いは溶鋼に吹き込む際には、流路５における搬送用ガスの流速と、流路６における搬送用ガスの流速とで差が生じるように、流量調整弁１３及び流量調整弁１７の開度を調整する必要がある。
【００２１】
流路５における搬送用ガスの流速と、流路６における搬送用ガスの流速とに差を付けることで、図３に示すように、流路５の噴射口７から噴射されるガス流束２３と流路６の噴射口８から噴射されるガス流束２４との境界には、両者の流速が異なることに起因してすべり面２１が形成され、このすべり面２１で発生する複数の渦流２２により、ガス流束２３及びガス流束２４が攪乱されて、溶銑或いは溶鋼の攪拌が強化されると同時に、ガス流束２３及びガス流束２４からの精錬用粉体９の分離が促進される。その結果、精錬用粉体９が溶銑中或いは溶鋼中に深く侵入し、滞留時間が長くなり、反応効率が向上する。すべり面２１は、粉体吹き込み用浸漬ランス１の設置される向きによらず形成されるので、精錬用粉体９を鉛直方向下向きに噴射する場合でも、上記効果を得ることができる。尚、図３は、流路６における流速を流路５における流速よりも速くした場合に、すべり面２１に形成される渦流２２の様子を示す概念図である。
【００２２】
すべり面２１は、流路５における流速と流路６における流速との差に応じて発生するので、つまり、両者の流速の差が大きいほど発生するので、流速の差としては１ｍ／秒以上とすること、望ましくは３ｍ／秒以上とすることが好ましい。当然ながら、噴射口７及び噴射口８に溶銑や溶鋼が差し込まない以上の流速を確保した上で、両者に上記の差を付けるということである。この場合、両者の流速が瞬間的に同一になっても構わず、従って、流路５及び流路６におけるガス流量の合計値を一定として、両者の流速を周期的に増減させるようにしてもよい。
【００２３】
尚、本発明は上記説明の範囲に限られるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、流路５及び流路６を形成する手段として、鋼管２の内部に仕切板３を設置しているが、これに限るものではなく、２本の鋼管を配置してもよく、また、二重管を配置してもよい。但し、隣り合う流路から噴射される搬送用ガスがそれぞれの流路の噴射口の近傍で互いに接触した状態で噴射されるように、それぞれの流路の噴射口を近接させる必要がある。
【００２４】
また、上記説明では流路が２つであったが、３以上の流路とし、各々の流路の噴射口を近接して設け、各々の流路における流速に差を付けることで、本発明を実施することができる。具体的には、鋼管の内部に、鋼管の中心を通る位置で鋼管内部を３分割する仕切り板を設け、各々の流路における流速に差を付けることで、本発明を実施することができる。但し、精錬剤を搬送用ガスによって吹き込む場合に、精錬剤の密度が大となる部分は流路の中心部であり、その部分に渦を発生させるためには、１つの鋼管に、鋼管内部を２分割するための１つの仕切り板を設ける（図２参照）、或いは、１つの鋼管に、鋼管内部を３分割するための仕切り板を設けるなど、１つの鋼管を分割する方が、二重管を用いた場合に比べて効果的であることから、本発明を実施する上では、１つの流路を２分割以上に分割することが好ましい。
【００２５】
また更に、上記説明では、粉体吹き込み用浸漬ランス１はストレート形状であるが、先端部がＬ字型に曲った粉体吹き込み用浸漬ランスであっても、上記に沿って本発明を適用することができ、１つの流路が粉体吹き込み用浸漬ランスの先端部で分岐し複数の噴射口を形成する場合でも、粉体吹き込み用浸漬ランスの形状は複雑になるが、上記に沿って本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００２６】
本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランスを用いて、混銑車に収容された溶銑の脱燐処理を実施した例を説明する。
【００２７】
混銑車を高炉鋳床下に搬送し、高炉から出銑された溶銑のうちの約３２０トンを受銑した。受銑後、混銑車を予備処理設備に搬送して脱燐処理した。図４に、この脱燐処理の実施状況を示すように、本発明に係る粉体吹き込み用浸漬ランス１を混銑車１８の炉体１９に収容された溶銑２０に浸漬させ、窒素ガスを搬送用ガスとし、焼結工場で回収された酸化鉄ダストを脱燐用精錬剤、つまり精錬用粉体として溶銑に吹き込み、各流路における搬送用ガスの流速差を１０ｍ／秒の一定値として、脱燐処理を実施した。
【００２８】
脱珪処理前の溶銑成分は、Ｃ：４〜５質量％、Ｓｉ：０．２〜０．４質量％、Ｐ：０．１〜０．２質量％であった。この溶銑に、３５〜４０分を費やして脱燐処理を実施した。脱燐処理前後の溶銑中燐濃度の分析値から、脱燐反応効率を求めた。
【００２９】
図５に、脱燐反応効率の調査結果を示す。図５には、比較のために、従来の粉体吹き込み用浸漬ランスを用いて脱燐処理したときの脱燐反応効率を従来例として併せて示している。図５に示すように、本発明例においては、従来例と比較して、精錬剤の吹き込み量が同一であっても、高い脱硫反応効率を得られることが確認できた。
【００３０】
このように、構造上から機械式攪拌装置を設置することが困難な混銑車においても、効果を得ることができ、処理量の拡大に寄与することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の粉体吹き込み用浸漬ランスを備えた粉体吹き込み設備の概略図である。
【図２】本発明の粉体吹き込み用浸漬ランスの横断面概略図である。
【図３】ガス流束境界のすべり面に形成される渦流の様子を示す概念図である。
【図４】浸漬ランスから酸素源を供給して行う脱燐処理の概略図である。
【図５】実施例における脱燐反応効率の調査結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  粉体吹き込み用浸漬ランス
２  鋼管
３  仕切板
４  耐火物層
５  流路
６  流路
７  噴射口
８  噴射口
９  精錬用粉体
１０  粉体吹き込みタンク
１１  導管
１２  粉体切出弁
１３  流量調整弁
１４  粉体吹き込みタンク
１５  導管
１６  粉体切出弁
１７  流量調整弁
１８  混銑車
１９  炉体
２０  溶銑
２１  すべり面
２２  渦流
２３  ガス流束
２４  ガス流束
【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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