(57)【要約】【課　題】炉底に二重管羽口を有する溶融金属精錬炉のマッシュルームを適正に維持し、マッシュルームの吹き飛びによる羽口の損耗を効果的に防止する。【解決手段】羽口の外管へのガス供給経路の固定絞りの下流であって各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサを設けるとともに、圧力センサによって得られる操業中の配管内圧力に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定する手段、および該推定値が所定の圧力範囲となるように外管用のガス供給ヘッダへのガス供給圧力を調整する手段を有する溶融金属精錬炉を用いる。【選択図】　　　　図１
2004115832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底に二重管方式のガス吹込み羽口を複数個有し、　該羽口の外管用のガス供給経路と内管用のガス供給経路を有するとともに該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダと、該ガス供給ヘッダから各羽口にガスを分配するための固定絞りを有してなる溶融金属精錬炉において、前記外管へのガス供給経路の前記固定絞りの下流であって各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサを設けるとともに、該圧力センサによって得られる操業中の該配管内圧力に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定する手段、および該推定値が所定の圧力範囲となるように外管用のガス供給ヘッダへのガス供給圧力を調整する手段を有することを特徴とする溶融金属精錬炉。
【請求項２】
炉底に二重管方式のガス吹込み羽口を複数個有し、　該羽口の外管用のガス供給経路と内管用のガス供給経路を有するとともに該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダと、該ガス供給ヘッダから各羽口にガスを分配するための固定絞りを有してなる溶融金属精錬炉の操業方法において、前記外管へのガス供給経路の前記固定絞りの下流であって各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサを設けて操業中の該配管内圧力を測定し、該測定値に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定し、該測定値が所定の圧力範囲となるように外管用のガス供給ヘッダへのガス供給圧力を調整することを特徴とする溶融金属精錬炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼用の底吹き転炉あるいは上底吹き転炉等の炉底部に二重管方式の羽口を有してなる溶融金属精錬炉およびその操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精錬炉内の溶融金属浴面下に同心二重管方式の羽口（以下、　単に「二重管羽口」と呼ぶ）を介してガスを吹込む形式の炉として、製鋼用の底吹き転炉あるいは上底吹き転炉が知られている。　底吹き転炉は精錬用酸素ガスの全量を上記二重管羽口の内管から吹き込む方式の溶融金属精錬炉であり、上底吹き転炉は精錬用酸素ガスの一部を二重管羽口の内管から、他の一部を上吹きランスから吹き込む方式の溶融金属精錬炉である。
【０００３】
二重管羽口は、通常、　その内管から溶鋼中に酸素を吹き込み、外管からはプロパンガス等の冷却ガスを吹き込み、この冷却ガスが溶鋼温度に到達するための顕熱と熱分解の分解吸熱を利用して羽口を冷却し保護するものである。
外管先端の周囲には、マッシュルームと呼ばれる溶鋼が凝固した金属塊が生成する。このマッシュルームは内管から溶鋼中に吹き込まれる酸素によって形成される火点と呼ばれる高温領域からの受熱と外管冷却ガスの顕熱，分解熱による抜熱のバランスによって生じることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
マッシュルームは火点および周囲の高温の溶鋼が直接羽口外管あるいはその周囲の耐火物に接触することを防止し、これによって二重管羽口の溶損や、羽口周囲の耐火物の損耗を防止する働きがある。このため、安定したマッシュルームを形成することが羽口損耗低減に効果がある。そこで、従来、　底吹き転炉や上底吹き転炉に代表される二重管羽口を有する溶融金属精錬炉においては、マッシュルームを大型にかつ安定して形成するような操業がなされて来た。具体的には、内管から供給する酸素に対して一定比率以上の冷却ガスを外管に供給するものであった。
【０００５】
しかし本発明者が解明したところによれば、図２に示すようにマッシュルーム１内に形成される冷却ガス流路１２は網の目のように分岐しており、マッシュルーム１が大きく肥大するとマッシュルーム１内の冷却ガスの圧損が極端に増大する。内管６から酸素を供給する二重管羽口のマッシュルーム１は、図２に模式的に示すように、内管６側は酸素４と溶鋼９の反応による高温の火点の影響で太いガス流路１１が形成されている。したがってマッシュルーム１と羽口との固着は主に内，外管先端面でしかなされない（炉底耐火物とマッシュルーム１とは見掛け上接触しているが、凝着はしていない）ため、マッシュルーム内の冷却ガスの圧損が大きくなると操業中にマッシュルームが吹き飛ばされて羽口が極端に損耗する現象が発生することが明らかとなった。
【０００６】
一方において、　酸素ガスの吹き込みを伴わない羽口、　たとえば小径の金属管を多数集合させた構造の底吹き羽口を有する転炉の場合、特許文献２に開示されているように、羽口毎にガス流量計を設けてマッシュルームの圧力損失を計算し、一方、　羽口毎にその内部に一定間隔で複数の熱電対を設けて温度を測定し、これらマッシュルームの圧力損失と羽口内部の温度が特定の安定領域になるように操業を行なうことが知られている。
【０００７】
しかし特許文献２に開示された小径金属管羽口は、上述の二重管羽口のように酸素を吹き込むものではないので、マッシュルームは上記特許文献２の図３に示すように羽口耐火物先端の全面にわたって固着しており、マッシュルーム内のガスの圧損が高まってもマッシュルームが吹き飛ぶ懸念はない。このような観点から特許文献２ではマッシュルームの圧損の上限としては専ら、それによる溶鋼中へのガス流量の低下を考慮したものでしかなく、操業中におけるマッシュルームの吹き飛びを防止する点については何らの知見を提供するものではなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−１８９７８３　号公報
【特許文献２】
特開平４−３２５０７　号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、二重管羽口により、特にその内管から酸素ガスを溶鋼中に吹き込む形式の溶融金属精錬炉においては、羽口外管からマッシュルーム内に流入する冷却ガスの圧損が高まった場合にマッシュルームの吹き飛びという、従来予測しなかった事態が発生し、これにより羽口寿命が低下する問題が知見されたものであるが、これに対して従来の技術は何ら解決策を与えるものではなかった。
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑み、　炉底に二重管羽口を有する溶融金属精錬炉のマッシュルームを適正に維持し、マッシュルームの吹き飛びによる羽口の損耗を効果的に防止することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炉底に二重管方式のガス吹込み羽口を複数個有し、　該羽口の外管用のガス供給経路と内管用のガス供給経路を有するとともに該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダと、該ガス供給ヘッダから各羽口にガスを分配するための固定絞りを有してなる溶融金属精錬炉において、前記外管へのガス供給経路の前記固定絞りの下流であって各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサを設けるとともに、該圧力センサによって得られる操業中の該配管内圧力に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定する手段、および該推定値が所定の圧力範囲となるように外管用のガス供給ヘッダへのガス供給圧力を調整する手段を有することを特徴とする溶融金属精錬炉（第一発明）を提案するものである。
【００１２】
また本発明は、炉底に二重管方式のガス吹込み羽口を複数個有し、　該羽口の外管用のガス供給経路と内管用のガス供給経路を有するとともに該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダと、該ガス供給ヘッダから各羽口にガスを分配するための固定絞りを有してなる溶融金属精錬炉の操業方法において、前記外管へのガス供給経路の前記固定絞りの下流であって各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサを設けて操業中の該配管内圧力を測定し、該測定値に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定し、該測定値が所定の圧力範囲となるように外管用のガス供給ヘッダへのガス供給圧力を調整することを特徴とする溶融金属精錬炉の操業方法（第二発明）をも提案するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態について、図１に基づいて説明する。
本発明が適用対象とする溶融金属精錬炉は、炉底に二重管方式のガス吹込み羽口を複数個有し、該羽口の外管７用のガス供給経路と内管６用のガス供給経路を有するとともに該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダ３と、該ガス供給ヘッダ３から各羽口にガスを分配するための固定絞り２を有してなる溶融金属精錬炉である。
【００１４】
具体的には、溶鋼の精錬に使用される酸素底吹き転炉や酸素上底吹き転炉が挙げられる。これらの溶融金属精錬炉では、炉底に設けた羽口から溶鋼９中に酸素あるいは酸素含有ガスを吹き込む。その際に羽口先端には酸素４と溶鋼９中のＣやＳｉ等の易酸化性の成分が反応して発熱し、いわゆる高温の火点が生成する。　羽口やその周囲の耐火物１０は、この火点からの熱を受けるため、なんらかの冷却なしには羽口やその周囲の耐火物の溶損を防止することができない。
【００１５】
そこで、酸素吹き込み羽口においては、酸素４を吹き込むための内管６とその周囲に一定間隔の隙間を形成するように設けられた外管７を設け、　外管７からは不活性ガスや炭化水素ガスを冷却ガス５として供給するようにしている。特に、プロパン等の炭化水素ガスは顕熱による冷却だけでなく分解吸熱によっても羽口先端を冷却できるので有利である。
【００１６】
溶融金属の攪拌を良くし、精錬反応を迅速に行なわせるために、通常、　炉底には複数の羽口を設ける。これらの複数の羽口には、それぞれに適量の内管ガスと外管ガスを供給する。理想的には、各羽口について、独立してガス流量を制御するのが良い。すなわち個々の羽口についてガス供給経路に流量センサとその値に基づいて流量調整を行なう流量調節弁を設けることである。
【００１７】
しかしながら、現実には炉底には６本から２０本もの底吹き羽口が設けられることが多く、それぞれの内管ガス，外管ガスに独立した流量調整装置を設けると、１２〜４０台もの流量調整装置が必要となり、設備費が膨大になること、またある羽口の外管ガス流量を変化させた場合に、外管ガスの元圧が変動し、それによって他の外管ガスの流量が変化するといった現象が避けられない。そのような場合に常に全体の流量をバランス良く保つことは事実上困難である。
【００１８】
このような理由から、一般的には、羽口の外管７用のガス供給経路と内管６用のガス供給経路を有するとともに、該それぞれのガス供給経路はガス供給ヘッダ３と、該ガス供給ヘッダ３から各羽口にガスを分配するための固定絞り２（ここで「固定」とは、開口部の面積が決まっており、絞り弁のように可変構造でないことを意味する。これを制限オリフィスと呼ぶこともある）を配置するという簡便な構造で、羽口管のガス流量バランスを保っいてる。
【００１９】
本発明ではこのような形式のガス供給系統について、前記外管７へのガス供給経路の前記固定絞り２の下流であって、各羽口毎にガスを供給する配管に圧力センサ８を設ける。　この圧力センサ８は特殊なものである必要はなく、公知のガス圧力センサが使用できる。そして、この圧力センサ８によって得られる操業中の該配管内圧力に基づいて羽口先端におけるガスの圧力を推定する。
【００２０】
図１に示すように圧力センサ８によって測定した固定絞り２通過後の外管羽口ガス圧力をＰｇ　（絶対圧）とすると、羽口先端のマッシュルーム１における圧損ΔＰｍ　は下記の　（１）式のようになる。
Ｐｇ　＝Ｐａｔ＋Ｐｓｔ＋ΔＰｍ　＋ΔＰｌ　　　　　　　　　・・・　（１）
ここに、Ｐａｔ：大気圧，Ｐｓｔ：溶融金属の静圧，ΔＰｍ　：マッシュルームにおける圧損，ΔＰｌ　：固定絞り〜羽口先端までの配管圧損である。
【００２１】
溶融金属の静圧Ｐｓｔは、炉内に装入した溶融金属の重量から炉内の溶融金属深さに換算することによって求めることができる。固定絞り２〜羽口先端までの圧損ΔＰｌ　は、この部分の圧力−流量特性を事前に試験，把握しておき、下記のようにして求められる操業中の現実の個々の羽口へのガス流入量ｑを用いて推定することができる。
【００２２】
通常の底吹き転炉や上底吹き転炉は、　底吹き羽口に供給されるガスはトラニオン部から転炉炉底に設けたガス供給ヘッダ３まで導かれる。そしてトラニオン部でのガス圧力（これをＰ（絶対圧）とする）が圧力センサ１３によって常時監視されている。ガス供給ヘッダ３の直後に各羽口毎に固定絞り２が設けられている。ガス供給ヘッダ３から固定絞り２までは至近距離であるので、この間の圧損はほぼ無視できる。
【００２３】
したがって固定絞り２入口でのガス圧力は、トラニオン部でのガス圧力Ｐからガス供給ヘッダ３に到る配管圧損ΔＰｄ　を減じたものである。トラニオン部からガス供給ヘッダ３に到る配管の圧損係数は計算によるか、あるいは事前のフローテストによる圧力−流量特性によって把握することができる。また外管羽口全体へのガス供給量は、図示を省略した流量計によって知ることができるので、操業時のガス流量と上記の圧損係数から、操業時のΔＰｄ　を推定することができる。したがって固定絞り２での圧損ΔＰｏｌは、下記の　（２）式で与えられる。
【００２４】
ΔＰｏｌ＝（Ｐ−ΔＰｄ　）−Ｐｇ　　　　　　　　　　　・・・　（２）
固定絞り２の圧力−流量特性を事前にコールド状態で試験し、把握しておけば、上記のΔＰｏｌおよびＰｇ　から操業中の個々の羽口へのガス流入量ｑを知ることができる。
結局、上記の　（１）式の右辺のうちΔＰｍ　以外の値は既知となるから、下記の　（３）式によってΔＰｍ　を推定することができる。
【００２５】
ΔＰｍ　＝Ｐｇ　−（Ｐａｔ＋Ｐｓｔ＋ΔＰｌ　）　　　　　　・・・　（３）
実際には、このような演算をマイクロプロセッサ等の演算装置１５を用いてオンラインで推定計算する。そしてマッシュルーム１での外管羽口ガスの圧損の推定値が所定の範囲になるように演算装置１５より出力される圧力調整信号に基づき、圧力調節弁１４によって外管ガスの供給圧力を調整する。
【００２６】
具体的には外管羽口の流量が羽口１本あたり　０．８〜１．２　Ｎｍ３　／ｍｉｎ　である場合に、マッシュルーム１での圧損ΔＰｍ　が０．５８ＭＰａ　以上の圧損が生じると、羽口が著しく損耗する。そこで、上記したΔＰｍ　の所定の範囲とは、０．５ＭＰａ以下とすることが好ましい。一層好ましくは、０．４ＭＰａ以下である。
一方、　マッシュルーム１の圧損が著しく小さい場合は、流量が少ない場合である。この場合、羽口の冷却が不足となり、　羽口の溶損を来たすおそれがある。そこで前述のΔＰｏｌから固定絞り２の圧力−流量特性によって推定される外管羽口への流量が、内管羽口の酸素流量に対して十分な冷却特性を発揮する最低比率の流量以上となるようにする。具体的には、体積比で酸素流量の２％以上とすることが好ましい。
【００２７】
【実施例】
本発明を適用した発明例として、直径７ｍｍの固定絞り２を有する８本羽口を持つ上底吹き転炉において、固定絞り２後の圧力Ｐｇ　を実測し、これに基づいて羽口先端のマッシュルーム１における圧損ΔＰｍ　が０．４ＭＰａ以下になるように、流量および元圧を設定した。
【００２８】
比較例として、同様の転炉を使用し、マッシュルーム１における圧損の調整を行なわない従来の方法で操業を行なった。このときもＰｇ　を実測し、ΔＰｍ　の推定のみ行なった。これらの操業例を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2004115832.tif 000003
【００３０】
上記のようにΔＰｍ　を適正範囲に制御した発明例と、そうでない比較例について、溶鋼の脱炭精錬を繰り返し行ない、１チャージあたりの平均の羽口損耗速度（ｍｍ／チャージ）を、各羽口毎に測定した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
2004115832.tif 000004
【００３２】
本発明を適用した結果、炉回数毎の平均損耗速度が約４０％低減した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、マッシュルームの形成による底吹き羽口耐火物およびその周囲の耐火物の損耗の防止を目的とし、複数本の同心二重管羽口で固定絞りにより分配する構造の羽口において、羽口先端で消費される圧損を所定値、好ましくは５ＭＰａ　以下になるように設定することで、羽口の損耗を低減することが可能となった。また羽口管の損耗速度のバラツキおよび異常損耗を低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力損失の分布を模式的に示す説明図である。
【図２】二重管羽口の先端のマッシュルームを示す模式図である。
【符号の説明】
１　マッシュルーム
２　固定絞り
３　ガス供給ヘッダ
４　酸素
５　冷却ガス
６　内管
７　外管
８　圧力センサ
９　溶融金属
１０　炉底耐火物
１１　マッシュルーム内の内管ガス流路
１２　マッシュルーム内の冷却ガス流路
１３　トラニオン部ガス圧力センサ
１４　圧力調節弁
１５　演算装置
【図１】
2004115832.tif 000005
【図２】
2004115832.tif 000006