(57)【要約】【課題】  上吹きランスから酸素を供給して溶銑または溶鋼を精錬するに当たり、溶銑または溶鋼の精錬と同時に、転炉型精錬炉の内壁に付着した地金を効率良く溶解する。【解決手段】  その先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の吹錬用主孔ノズルを有し、且つ、先端より所定の間隔を隔てた上吹きランスの上方位置側面に水平または斜め下向き方向の副孔ノズル１６を有する上吹きランス２を用いて、転炉型精錬炉に収容された溶銑８または溶鋼に酸素を供給して溶銑または溶鋼を精錬する際に、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの水平方向距離（Ｘ0 ×sinθ）が、上吹きランス中心から転炉型精錬炉側壁までの距離（Ｈ）の０．１０以上０．７５以下の範囲になるように制御して酸素を供給する。【選択図】            図２
2008138271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上吹きランスから酸素を供給して転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼を精錬するに際し、上吹きランスの先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の吹錬用主孔ノズルを配置するとともに、上吹きランスの先端より所定の間隔を隔てた該上吹きランス上方位置の側面に水平または斜め下向き方向の副孔ノズルを配置し、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の流速が下記の（１）式の条件を満足するように、副孔ノズルの設置数、副孔ノズルの出口径、副孔ノズルのスロート径、副孔ノズルの傾斜角度、副孔ノズルからの送酸速度のうちの何れか１つまたは２つ以上を調整して、前記上吹きランスから酸素を供給することを特徴とする、転炉型精錬炉における精錬方法。
【数１】
2008138271.tif 000011
但し、（１）式において、Ｘ0 は、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの距離（ｍ）、θは、副孔ノズルの中心線と上吹きランスの中心線とによりなす、鉛直方向を基準とする角度（deg.：０°＜θ≦９０°）、Ｈは、上吹きランス中心から転炉型精錬炉の側壁までの距離（ｍ）であり、Ｘ0は、下記の（２）式、（３）式及び（４）式によって求めることができる。
【数２】
2008138271.tif 000012
但し、（２）式〜（４）式において、ｄｅは、副孔ノズルの出口径（ｍｍ）、Ｖ0 は、副孔ノズル出口における酸素噴流の流速（ｍ／ｓ）、Ｐ0は、副孔ノズルの絶対圧表示の酸素背圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｐe は、転炉型精錬炉内の絶対圧表示の雰囲気圧（ｋｇｆ／ｃｍ2：大気圧下では１．０３３ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｆは、副孔ノズルからの送酸速度（Ｎｍ3 ／ｈｒ）、ｎは、副孔ノズルのノズル数、ｄｔは、副孔ノズルのスロート径（ｍｍ）である。
【請求項２】
副孔ノズルからの送酸速度が、主孔ノズルからの送酸速度の５〜３０％の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の転炉型精錬炉における精錬方法。
【請求項３】
副孔ノズルへの酸素供給流路と主孔ノズルへの酸素供給流路とが、同一であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の転炉型精錬炉における精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上吹きランスから酸素を供給して転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼を精錬すると同時に、転炉型精錬炉の内壁に付着した地金を溶解することのできる、転炉型精錬炉における精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産性向上を目的に、転炉型精錬炉における溶銑の脱炭精錬（「脱炭処理」ともいう）では、上吹きランスからの酸素供給速度（「送酸速度」ともいう）を高め、吹錬時間を短縮することが図られている。しかしながら、送酸速度を上げることでスピッティング（上吹きランスからの酸素ジェットが溶銑或いは溶鋼と衝突し、溶銑或いは溶鋼が飛散する現象）が増大し、転炉型精錬炉の内壁や炉口に地金が付着し、その結果、安定操業の阻害や、溶鋼の歩留が低下するという問題があった。
【０００３】
また、転炉型精錬炉を用いて、溶銑の脱燐処理が、脱燐平衡に有利な１３００〜１４００℃程度の低温領域で広く行われている。しかしながら、比較的低温である溶銑段階で脱燐精錬を行うために、溶銑が転炉型精錬炉の内壁や炉口に付着・固化して地金が堆積し、溶銑歩留の低下を招くという問題もあった。
【０００４】
これら問題を解決するために様々な手段が提案されている。例えば特許文献１には、上吹きランス先端に、円周上に外向き傾斜角θ1 の内側ノズルと、該内側ノズルと同方位に外向き傾斜角θ2の外側ノズルとを、θ2 がθ1 よりも大きくなるようにして設け、内側ノズルの酸素ジェットと外側ノズルの酸素ジェットとによるキャビティの重なり面積が、内側ノズルの酸素ジェットによるキャビティの面積の５０％以下となるように制御した精錬方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１は、ランス先端に設けた各ノズルからの酸素ジェットの重なりを極力抑えることで、酸素ジェットの溶融金属表面への衝突力を低下させ、スピッティングを低減するという技術であるが、しかしながら、この方法では、スピッティングを減少させる効果はそれなりに有ると思われるが、溶融金属表面へ酸素ジェットを吹き付ける限り、スピッティングをゼロにすることは困難であり、やはり送酸速度の増加に伴ってスピッティングは増加し、地金が炉内などに付着すると思われる。また、一旦地金が炉内や炉口に付着した場合には、その地金を除去することは特許文献１では不可能である。
【０００６】
特許文献２には、上吹きランス先端に精錬用のラバールノズルからなる主ノズルと二次燃焼促進用のストレート型副ノズルとを交互に配置するとともに、ランス先端より所定の間隔を有した上方位置側面に、水平を基準として−４５°〜＋７０°の角度を付けて直径が１〜１５ｍｍの地金溶解用の補助ノズルを備えた上吹きランスが開示されている。特許文献２によれば、前記上吹きランスを用いることで、転炉型精錬炉内全域に付着した地金を除去することができるとしているが、ランス先端に精錬用のラバールノズルと二次燃焼促進用のストレート型副ノズルとを配置することで、二次燃焼用ストレート型副ノズルからの酸素ジェットが、精錬用ラバールノズルからの酸素ジェットに影響を及ぼす可能性があり、精錬能の低下が懸念される。
【０００７】
特許文献３には、上吹きランス先端に精錬用のラバールノズルからなる主ノズルを有するとともに、先端より所定の間隔を有した上方位置側面に、地金溶解用の補助ノズルを備えた上吹きランスが開示されている。しかしながら、前述した特許文献２の上吹きランスに比較して先端に二次燃焼促進用のストレート型福ノズルが設置されていないので、炉内全域に地金が堆積した場合には、その除去対応が困難になる旨が特許文献２に記載されている。
【０００８】
このように、従来の転炉型精錬炉内壁への地金付着防止技術及び付着地金の溶解技術は、未だ十分にその効果を発揮しておらず、転炉型精錬炉の内壁或いは炉口には地金が付着し、安定操業の阻害や溶鋼の歩留低下などを余儀なくされていた。
【特許文献１】特開平１１−３６００９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１９３２９号公報
【特許文献３】特開平８−１２７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、上吹きランスから酸素を供給して転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼を精錬するに当たり、溶銑または溶鋼の精錬と同時に、転炉型精錬炉の内壁に付着した地金を効率良く溶解することのできる、転炉型精錬炉における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】
【００１０】
上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉型精錬炉における精錬方法は、上吹きランスから酸素を供給して転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼を精錬するに際し、上吹きランスの先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の吹錬用主孔ノズルを配置するとともに、上吹きランスの先端より所定の間隔を隔てた該上吹きランス上方位置の側面に水平または斜め下向き方向の副孔ノズルを配置し、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の流速が下記の（１）式の条件を満足するように、副孔ノズルの設置数、副孔ノズルの出口径、副孔ノズルのスロート径、副孔ノズルの傾斜角度、副孔ノズルからの送酸速度のうちの何れか１つまたは２つ以上を調整して、前記上吹きランスから酸素を供給することを特徴とするものである。
【００１１】
【数１】
2008138271.tif 000003
【００１２】
但し、（１）式において、Ｘ0 は、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの距離（ｍ）、θは、副孔ノズルの中心線と上吹きランスの中心線とによりなす、鉛直方向を基準とする角度（deg.：０°＜θ≦９０°）、Ｈは、上吹きランス中心から転炉型精錬炉の側壁までの距離（ｍ）であり、Ｘ0は、下記の（２）式、（３）式及び（４）式によって求めることができる。
【００１３】
【数２】
2008138271.tif 000004
【００１４】
但し、（２）式〜（４）式において、ｄｅは、副孔ノズルの出口径（ｍｍ）、Ｖ0 は、副孔ノズル出口における酸素噴流の流速（ｍ／ｓ）、Ｐ0は、副孔ノズルの絶対圧表示の酸素背圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｐe は、転炉型精錬炉内の絶対圧表示の雰囲気圧（ｋｇｆ／ｃｍ2：大気圧下では１．０３３ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｆは、副孔ノズルからの送酸速度（Ｎｍ3 ／ｈｒ）、ｎは、副孔ノズルのノズル数、ｄｔは、副孔ノズルのスロート径（ｍｍ）である。
【００１５】
第２の発明に係る転炉型精錬炉における精錬方法は、第１の発明において、副孔ノズルからの送酸速度が、主孔ノズルからの送酸速度の５〜３０％の範囲であることを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明に係る転炉型精錬炉における精錬方法は、第１または第２の発明において、副孔ノズルへの酸素供給流路と主孔ノズルへの酸素供給流路とが、同一であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、その先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の吹錬用主孔ノズルを有し、且つ、先端より所定の間隔を隔てた上吹きランスの上方位置側面に水平または斜め下向き方向の副孔ノズルを有する上吹きランスを用いて、転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼に酸素を供給して溶銑または溶鋼を精錬する際に、副孔ノズルからの酸素噴流の流速が前述した（１）式を満足するように制御するので、つまり、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの水平方向距離が、上吹きランス中心から転炉型精錬炉側壁までの距離の０．１０以上０．７５以下の範囲内になるように制御するので、炉内における酸素噴流の速度が遅くなり、溶銑或いは溶鋼の精錬によって発生したＣＯガスと副孔ノズルから噴出する酸素との反応即ち二次燃焼反応が効率的に行われ、溶銑または溶鋼の精錬と同時に、転炉型精錬炉に付着した地金を炉内全域にわたって二次燃焼熱によって効率的に溶解させることができ、転炉の生産性向上及び溶鋼の歩留向上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】
【００１８】
以下、本発明について図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明に至った検討結果について説明する。
【００１９】
本発明者等は、上吹きランスから酸素を供給して溶銑または溶鋼を精錬するに当たり、溶銑または溶鋼の精錬と同時に、転炉型精錬炉の内壁に付着した地金を効率良く溶解すべく、転炉型精錬炉を用いて種々の条件下で調査・検討した。
【００２０】
従来、上吹きランスから超音速或いは亜音速の酸素ジェットを、転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼に吹き付けて精錬すれば、炉体への地金付着は不可避であった。そこで、本発明者等は、炉体に付着した地金を精錬処理と同時に溶解させることができれば、地金除去・炉体修復に時間を費やす必要がなく、転炉の生産性低下の懸念もなくなると考えた。また、精錬処理と同時に溶解した炉体付着地金を溶銑中或いは溶鋼中に回収することが可能なため、歩留低下を抑制することも可能である。
【００２１】
炉体に付着した地金を溶解する手段の一つとして、前述した特許文献３のように、地金溶解用の酸素を付着地金表面に噴射し、地金を溶断する方法がある。しかし、この方法では、精錬処理の間隔が長くなって炉内が冷えた場合や、溶銑予備処理のような比較的低温での処理の場合のように、付着地金表面の温度が低下した場合には、酸素を地金に吹き付けても着火せず、地金の溶断効率が低下し、最悪の場合には除去不能となることもある。また、この方法では、地金溶解用の酸素が直接地金に衝突している部分のみの地金の除去が可能であるため、炉体全域に地金が付着した場合には、その完全除去は困難である。
【００２２】
そこで本発明者等は、二次燃焼による反応熱を利用して炉体付着地金を溶解することを検討した。一般に、二次燃焼率は、ランス高さ（鉄浴表面と上吹きランス先端との距離）を大きくすることで高くなることが知られている。しかし、ランス高さを大きくすることは精錬能に影響を及ぼすため、安易にランス高さを大きくして二次燃焼率を高めることは望ましくない。また、前述した特許文献２のように、ランス先端に精錬用の主ノズルとは別に、二次燃焼酸素供給用の副ノズルを設けたランスも多く開発されているが、主ノズルからの酸素噴流と副ノズルからの酸素噴流とが互いに影響を及ぼし合うため、それぞれの特性を充分に発揮するには至っていない。尚、二次燃焼とは、酸素を供給して行う精錬（酸素吹錬ともいう）において発生するＣＯガスやＨ2 ガスを、供給する酸素によってＣＯ2 ガスやＨ2Ｏに炉内で燃焼させることである。溶銑及び溶鋼の酸素吹錬では、主としてＣＯガスが発生する。
【００２３】
これらの事象を踏まえ、本発明者等は、精錬用酸素供給ノズルと二次燃焼用酸素供給ノズルとを完全に分離することが必要であると考え、上吹きランス先端には精錬用のノズル（主孔ノズル）を設け、且つ先端から所定の間隔を隔てた上吹きランス上方位置側面に水平または斜め下向き方向の二次燃焼酸素供給用のノズル（副孔ノズル）を設けた上吹きランスを用いて、精錬処理と同時に炉体付着地金を溶解する技術について検討を行った。
【００２４】
先ず、主孔ノズル及び副孔ノズルの孔数及び径サイズを任意で設計した上吹きランスを用いて実験を行ったが、炉体に付着した地金の均一な溶解は得られず、局所的な溶解現象が見られ、また、酸素ジェットが衝突することによって炉壁耐火物が溶損している部分も見られた。そこで、主孔ノズル及び副孔ノズルの孔数や径などを変えて、いくつかの上吹きランスで実験を行い、最適な条件を検討した結果、以下の知見を得ることができた。
【００２５】
炉体付着地金の局所的な溶解及び炉壁耐火物の局所的な溶損の要因として、副孔ノズルからの酸素噴流の勢いが強すぎ、つまり流速が速すぎて、副孔ノズルからの酸素が直接炉壁まで到達しているために、これらの局所的な現象が起こっていることが分かった。副孔ノズルからの酸素噴流が炉壁に到達する以前に、酸素噴流と炉内で発生するＣＯガスとを反応させ、二次燃焼を発生させることで、二次燃焼熱を炉内に均一に分散させることができると考え、副孔ノズルからの酸素噴流を制御する方法について検討を行った。
【００２６】
流体力学における一般的知見から、流体が酸素である場合に、酸素を噴出するノズルでの絶対圧表示の酸素背圧は、下記の（４）式で表されることが知られている。但し、（４）式において、Ｐ0 は、副孔ノズルの絶対圧表示の酸素背圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｆは、副孔ノズルからの送酸速度（Ｎｍ3／ｈｒ）、ｎは、副孔ノズルのノズル数、ｄｔは、副孔ノズルのスロート径（ｍｍ）である。
【００２７】
【数３】
2008138271.tif 000005
【００２８】
また、ノズル出口における酸素噴流の噴出流速Ｖ0 は、下記の（３）式で表されることが知られている。但し、（３）式において、Ｖ0は、副孔ノズル出口における酸素噴流の流速（ｍ／ｓ）、Ｐ0 は、副孔ノズルの絶対圧表示の酸素背圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｐeは、転炉型精錬炉内の絶対圧表示の雰囲気圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）であり、転炉のような大気圧下ではＰe ＝１．０３３ｋｇｆ／ｃｍ2となる。
【００２９】
【数４】
2008138271.tif 000006
【００３０】
更に、ノズル出口以降の酸素噴流の減衰挙動に関しては、下記の（５）式に示す実験式（参考文献：NKK技報,No.39(1967),p.19）が提出されている。但し、（５）式において、ｄｅは、副孔ノズルの出口径（ｍｍ）、Ｖ0は、副孔ノズル出口における酸素噴流の流速（ｍ／ｓ）、Ｐ0 は、副孔ノズルの絶対圧表示の酸素背圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｐe は、転炉型精錬炉内の絶対圧表示の雰囲気圧（ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、Ｘは、副孔ノズル出口からの距離（ｍ）、Ｖは、距離Ｘの位置における噴流の中心流速（ｍ／ｓ）である。ここで、噴流の中心流速とは、噴流の中心位置における流速という意味である。
【００３１】
【数５】
2008138271.tif 000007
【００３２】
本発明者等は、（５）式に示す流速Ｖに関して種々の実験及び解析を実施し、その結果、流速Ｖが３０ｍ／ｓまで減衰した時点で、炉内で発生したＣＯガスと副孔ノズルから供給した酸素とが反応し、二次燃焼反応が生じることを見出した。
【００３３】
従って、（５）式において、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの距離をＸ0 （ｍ）とし、（５）式のＶに３０ｍ／ｓを代入して整理すると、距離Ｘ0について下記の（２）式が得られる。
【００３４】
【数６】
2008138271.tif 000008
【００３５】
この距離Ｘ0 が炉壁に到達しない適切な範囲で、上吹きランスの設計及び吹錬条件の制御を行い実験した結果、局所的な地金溶解及び局所的な炉壁耐火物の溶損が回避でき、二次燃焼反応熱を炉内に均一に分散できることが明らかとなった。
【００３６】
尚、（２）式、（４）式及び（５）式に示す、副孔ノズルのスロート径ｄｔ及び出口径ｄｅとは以下の通りである。図１に、副孔ノズル１６がラバールノズル形状の場合の断面概略図を示す。図１に示すように、ラバールノズル１７は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成された形状であり、ラバールノズル１７においては、縮小部分は絞り部１８、拡大部分はスカート部２０、絞り部１８からスカート部２０に遷移する部位であって最も狭くなった部位はスロート１９と呼ばれており、スロート１９の内径であるｄｔをスロート径、出口の内径であるｄｅを出口径と称している。スカート部１９の広がり角度θ0 は通常１０°以下である。酸素は、絞り部１８、スロート１９、スカート部２０を順に通って、超音速または亜音速のジェットとして噴射される。副孔ノズル１６が、ストレート型ノズルの場合には、スロート径ｄｔ及び出口径ｄｅは等しく、ストレート部の内径とすればよい。
【００３７】
続いて適切な距離Ｘ0 の範囲について、図２に示す、簡単な転炉型精錬炉の横断面図を用いて説明する。水平方向または斜め下向き方向に設置した副孔ノズル１６の中心線と上吹きランス２の中心線とによりなす、鉛直方向を基準とする角度をθ（deg.：０°＜θ≦９０°）、副孔ノズル１６から噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの距離をＸ0（ｍ）とすると、酸素噴流の水平方向の到達距離はＸ0 sinθで表される。このＸ0 sinθの適切な範囲について、実験結果より得られた知見は以下の通りである。
【００３８】
即ち、上吹きランス中心から転炉型精錬炉１の炉壁までの水平方向の距離をＨ（ｍ）とすると、様々な上吹きランス２を用いて実験した結果、Ｘ0 sinθ／Ｈが０．７５よりも大きくなると、地金の局所溶解や炉体耐火物の局所溶損を引き起こすことが明らかとなった。Ｘ0sinθ／Ｈを０．７５以下に制御することで、炉体付着耐火物は全面的に溶解し、炉体耐火物の溶損も認められなかった。従って、Ｘ0 sinθ／Ｈが０．７５以下であれば、二次燃焼熱を炉内に分散させることができ、効率良く炉体付着地金を溶かし得るものと考えられる。
【００３９】
一方、更なる実験により、Ｘ0 sinθ／Ｈに最適な下限範囲があることも明らかとなった。Ｘ0 sinθ／Ｈが０．１０よりも小さくなると、二次燃焼発生領域が上吹きランスに近づきすぎるため、上吹きランスの溶損・損傷が激しくなることが分かった。従って、安定的に上吹きランスを使用するにはＸ0sinθ／Ｈが０．１０以上である必要がある。
【００４０】
以上の結果より、副孔ノズルからの酸素噴流の水平方向距離Ｘ0 sinθは、下記の（１）式の範囲に制御する必要のあることが分かった。
【００４１】
【数７】
2008138271.tif 000009
【００４２】
Ｘ0 sinθ／Ｈが（１）式の範囲に収まるように、副ノズルの孔数、孔径、角度θ、送酸速度を制御することで、主孔ノズルの精錬能を損なうことなく、炉体付着地金を炉内全域にわたって溶解することが可能なことが明らかとなった。
【００４３】
また、副孔ノズルからの酸素の供給速度についても最適範囲を見出すために、実験・検討を重ねた。検討の結果、副孔ノズルからの送酸速度は、主孔ノズルからの送酸速度に対して５〜３０％の範囲であることが好ましいことが分かった。副孔ノズルからの送酸速度が主孔ノズルからの送酸速度の５％より小さいと、副孔ノズルからの酸素供給量が少なすぎるため、二次燃焼反応熱が足りず、炉体付着地金を溶解しきることができない。一方、副孔ノズルからの送酸速度が主孔ノズルからの送酸速度の３０％を超えるような範囲では、二次燃焼量が過剰すぎるため、炉体耐火物の溶損状況が悪化する傾向が認められた。
【００４４】
また更に、副孔ノズルからの酸素供給経路は、主孔ノズルからの酸素供給経路と別系統にした方が副孔ノズルからの酸素噴流の制御性の観点からは望ましいが、上吹きランスの構造がやや複雑になることが懸念される。そこで、副孔ノズルからの酸素供給経路と主孔ノズルからの酸素供給経路を同系統として実験したが、何ら支障はなく、設備費などから却ってその方が好ましいことが分かった。酸素供給経路を同系統とした場合には、主孔ノズル及び副孔ノズルのそれぞれの断面積比に比例して、送酸速度が決定される。
【００４５】
本発明は、これらの試験結果に基づいてなされたものであり、その先端に鉛直下向き方向または斜め下向き方向の吹錬用主孔ノズルを有し、且つ、先端より所定の間隔を隔てた上吹きランスの上方位置側面に水平または斜め下向き方向の副孔ノズルを有する上吹きランスを用いて、転炉型精錬炉に収容された溶銑または溶鋼に酸素を供給して溶銑または溶鋼を精錬する際に、副孔ノズルからの酸素噴流の流速が前述した（１）式を満足するように制御する、つまり、副孔ノズルから噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの水平方向距離が、上吹きランス中心から転炉型精錬炉側壁までの距離の０．１０以上０．７５以下の範囲になるように制御して酸素吹錬を実施することを特徴とする。
【００４６】
次に、本発明の具体的な実施方法を、前述した図２に示す転炉型精錬炉に適用した例で説明する。
【００４７】
図２に示すように、転炉型精錬炉１は、外殻を鉄皮３で構成され、鉄皮３の内側に耐火物４が施工され、更に転炉型精錬炉１の内部に挿入され、上下方向に移動可能な鋼製の上吹きランス２を備えている。転炉型精錬炉１の上部側面には、収容した溶銑８または生成した溶鋼を出湯するための出湯口５が設けられ、炉底には攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口６が設けられている。この底吹き羽口６はガス導入管７と接続されている。上吹きランス２には、酸素ガス配管（図示せず）が接続されており、酸素が、酸素ガス配管を介して任意の流量で上吹きランス２から転炉型精錬炉１の内部に供給されるようになっている。
【００４８】
上吹きランス２は、図３に示すように、円筒状のランス本体１０と、このランス本体１０の下端に溶接などにより接続された銅製のノズルチップ１１とで構成されており、ランス本体１０は、外管１２、中管１３、内管１４の同心円状の３種の鋼管、即ち三重管で構成されている。酸素が内管１４を通って供給され、内管１４と中管１３との間隙及び中管１３と外管１２との間隙は、冷却水の給排水流路となっている。尚、図３は、図２に示す上吹きランスの拡大図である。
【００４９】
上吹きランス２の先端には、精錬用酸素供給のための主孔ノズル１５が鉛直下向き方向または斜め下向き方向に設置され、内管１４と連結している。図３に示す主孔ノズル１５は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成された、ラバールノズルであるが、ストレート型ノズルであってもよい。
【００５０】
また、上吹きランス２の先端より所定の間隔を隔てた上方側面位置には、二次燃焼酸素供給用の副孔ノズル１６が水平方向または斜め下向き方向に向いて設けられており、副孔ノズル１６を介して地金溶解用酸素が供給される。図３においては、副孔ノズル１６も内管１４の酸素流路と連結しているが、副孔ノズル１６の専用の酸素流路を上吹きランス２に設けても構わない。その場合には、上吹きランスは四重管構造となり、やや複雑な設計となる。また、副孔ノズル１６は、図３ではストレート型ノズルであるが、ラバールノズル形状としても構わない。但し、副孔ノズル１６をラバールノズルとする場合には、上吹きランスの作成工程が若干複雑になることを考慮する必要がある。また、副孔ノズル１６は、図３では、ランス先端からの距離を２段階に分けて設置（２段構成）しているが、任意の段数を採ることができ、１段であろうと複数段であろうと、各々の転炉型精錬炉１の形状に沿った設計を行っていれば、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００５１】
このようにして構成される転炉型精錬炉１に溶銑８を装入し、必要に応じてスラグ９を形成するための造滓剤を装入し、底吹き羽口６から窒素やＡｒガスなどの攪拌用ガスを吹きこみながら、上吹きランス２から酸素を供給する。その際に、副孔ノズル１６から噴出する酸素噴流の中心流速が３０ｍ／ｓに減速する地点までの副孔ノズル出口からの水平方向距離、つまり前述した（２）式〜（４）式によって求められるＸ0 sinθが、上吹きランス中心から転炉型精錬炉側壁までの距離Ｈの０．１０以上０．７５以下の範囲になるように制御して酸素吹錬を行う。副ノズル１３の孔数、孔径、角度θ、送酸速度を変えることでＸ0sinθは変化するので、容易に所定の範囲に制御することができる。
【００５２】
主孔ノズル１５から溶銑８の表面に向けて噴出される酸素によって、溶銑８の脱炭処理及び脱燐処理の酸化精錬が行われ、また、副孔ノズル１６から噴出する酸素噴流によって溶銑の酸化精錬により発生するＣＯガスの二次燃焼が起こり、炉内は高温雰囲気となり、転炉型精錬炉１の側壁に付着した地金の溶解が進行する。つまり、本発明によれば、溶銑または溶鋼の精錬と同時に、転炉型精錬炉１に付着した地金を炉内全域にわたって二次燃焼熱によって効率的に溶解することが可能となる。ここで、溶銑８の脱炭処理とは溶銑中の炭素を除去して溶銑８から溶鋼を製造する処理であり、溶銑８の脱燐処理とは溶銑中に含まれる燐を例えば０．０４質量％程度まで脱燐して低燐溶銑を製造する処理である。
【００５３】
尚、本発明を適用する上で、副孔ノズル１６への酸素供給経路と主孔ノズル１５への酸素供給経路が同一の上吹きランス（非独立制御）と、経路が異なる上吹きランス（独立制御）の両方で試験したが、地金溶解挙動などに対する優位差は特に見つけられていない。また、比較的処理温度の低い溶銑の予備脱燐処理と高送酸速度である溶銑の脱炭処理の何れであっても、本発明は充分な効果を発揮することを確認している。
【実施例１】
【００５４】
前述した図２に示す３００トン／ヒートの転炉型精錬炉で溶銑の脱炭精錬を実施する際に本発明を適用した例を説明する。
【００５５】
用いた溶銑は、溶銑段階で脱燐処理及び脱硫処理が施された溶銑であるが、用いる溶銑としてはどのような組成であっても処理することができる。転炉型精錬炉への溶銑の装入後、更に所定量の造滓剤を装入し、底吹き羽口から窒素などの非酸化性ガスまたはＡｒなどの希ガスを攪拌用ガスとして吹き込みながら、上吹きランスから酸素を供給した。上吹きランス先端の主孔ノズルから供給される酸素によって溶銑の脱炭精錬が生じ、ＣＯガスが発生し、発生したＣＯガスは転炉内を上昇する過程で副孔ノズルから供給される酸素と反応し、二次燃焼反応が発生した。
【００５６】
表１に、本発明例並びに比較例として実施した実験水準とその結果の一覧を示す。尚、表１中の「Ｘ0 sinθ／Ｈ」は前述した（１）式の指標であり、「副孔ノズルからの酸素割合」は「副孔ノズルからの送酸速度／主孔ノズルからの送酸速度」を百分率で表している。また、「炉内地金溶解の様子」は、同一上吹きランスで連続して脱炭精錬した後の炉体付着地金の溶解量の測定結果に基づき評価し、「炉体耐火物の損耗度合」及び「上吹きランスの損耗度合」も、それぞれ同一ランスを連続使用後の測定結果に基づいて評価している。
【００５７】
【表１】
2008138271.tif 000010
【００５８】
本発明例１〜７においては、Ｘ0 sinθ／Ｈが０．１０以上で０．７５以下の範囲で吹錬条件・ランス設計条件を制御しており、炉内付着地金は炉内の全領域において均一に溶解でき、炉体耐火物及び上吹きランスとも損耗の問題のない操業が可能であった。一方、比較例１〜２においては、Ｘ0sinθ／Ｈが０．７５を超えており、局所的に地金が残存する部分があった。また局所的に地金が溶解されている箇所では、炉体耐火物が溶損していることも確認された。これは、副孔ノズルからの酸素噴流が炉壁近くまで到達してしまっていたためと推定される。比較例３〜４においては、Ｘ0sinθ／Ｈが０．１０より小さくなっており、炉体付着地金の溶解は良好であったものの、上吹きランスの激しい溶損が認められた。これは、二次燃焼領域が上吹きランス近傍となったためと推察される。
【００５９】
本発明例８〜１５においては、Ｘ0 sinθ／Ｈを０．１０以上で０．７５以下の範囲の領域に制御したうえで、副孔ノズルからの酸素割合を３〜３５％まで変化させた操業を行った。何れの水準においても、炉内付着地金は全域で溶解良好傾向にあったものの、副孔ノズルからの酸素割合が３％の水準（本発明例８）では、やや地金溶解量が少ない傾向にあり、これは、副孔ノズルからの酸素供給が少ないために充分に二次燃焼熱を与えることができなかったものと考えられる。また、副孔ノズルからの酸素割合が３５％の水準（本発明例１５）においては、地金溶解は良好であったものの、やや炉体耐火物の損耗が悪化する傾向にあり、これは、二次燃焼による発熱量が多すぎたものと考えられる。これらの結果から、副孔ノズルからの酸素割合は５〜３０％の範囲で制御することが好ましいことが分かった。
【００６０】
このように、本発明を用いることによって、炉体耐火物や上吹きランスの損耗を悪化させることなく、精錬処理と同時に炉体付着地金を炉内全域にわたって均一に溶解できることが確認できた。その結果、転炉生産性向上、歩留向上等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】副孔ノズルがラバールノズル形状の場合の断面概略図を示す。
【図２】本発明を適用した転炉型精錬炉の例を示す断面概略図である。
【図３】図２に示す上吹きランスの拡大図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  転炉型精錬炉
２  上吹きランス
３  鉄皮
４  耐火物
５  出湯口
６  底吹き羽口
７  ガス導入管
８  溶銑
９  スラグ
１０  ランス本体
１１  ノズルチップ
１２  外管
１３  中管
１４  内管
１５  主孔ノズル
１６  副孔ノズル
１７  ラバールノズル
１８  絞り部
１９  スロート
２０  スカート部
ｄｔ  スロート径
ｄｅ  出口径
【図１】
2008138271.tif 000013
【図２】
2008138271.tif 000014
【図３】
2008138271.tif 000015