(57)【要約】【課題】ＡＯＤ炉の羽口寿命をガスコストを低位に保ったまま効率的に延長させる。【解決手段】炉代の初期には、両サイド羽口４ａの外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上とすると共に両サイド羽口に挟まれた内側羽口４ｂの外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下にすることにより、溶鋼の周方向の流れが両サイド羽口４ａに与えるダメージを抑制し、炉代の末期には両サイド羽口４ａの外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下にし、内側羽口４ｂの外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上にして渦流による溶損を防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉において、前記横吹き羽口毎に前記外管のガス配管に流量調整弁を設けたことを特徴とするＡＯＤ炉。
【請求項２】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の初期において前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも大きくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【請求項３】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の末期において前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも小さくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【請求項４】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の初期においては前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも大きくし、炉代の末期においては前記両サイド羽口の外管ガス流速を前期内側羽口の外管ガス流速よりも小さくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【請求項５】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径が２０００ｍｍ以下のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つことを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【請求項６】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径Ｒが２３００ｍｍ以上のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つことを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【請求項７】
外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径が２０００ｍｍ以下のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つこと、および、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径Ｒが２３００ｍｍ以上のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つことを特徴とするＡＯＤ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、外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３本以上設けたＡＯＤ炉を用いてステンレス鋼などの溶融金属を精錬するプロセスに際し、羽口煉瓦の寿命を長期間維持するためのＡＯＤ炉及びその操業方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＯＤ炉には外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口が３〜５本程度設けられており、内管から酸素又は酸素とアルゴン等の不活性ガスを吹き込み、外管からは羽口冷却のためにアルゴン等の不活性ガスを吹き込んで精錬を行う。精錬の対象鋼種としては、各種フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の他に、一般の低合金鋼やインバーメタルのような高合金鋼などが適用される。
【０００３】
ＡＯＤプロセスは転炉プロセスと比べて内管を通過するガス種が精錬各期において大きく異なるため冷却バランスが崩れ、羽口寿命が転炉などに比べ短いという問題がある。特許文献１には、羽口寿命を延長するために、内管のガス流量やガス組成に応じて外管のガス流量やガス組成を変化させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５５０１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
羽口寿命を延長するためには、特許文献１のように外管のガス流量をｕｐして羽口を強冷却することが有効であるが、冷却ガスには高価なアルゴンを用いるためガスコストがｕｐするという問題がある。
【０００６】
本発明者らは日頃の操業経験より、羽口残寸が長い炉代の初期と、羽口残寸が短くなっている炉代の末期ではＡＯＤ炉内の耐火物形状が大きく異なり、それによって吹錬中のメタル流動が異なり、ダメージを受ける羽口が炉代の初期と末期では異なることを見出した。
【０００７】
本発明者らの調査によると、これまで、炉代の初期と末期とでダメージを受ける羽口位置が異なるという報告は無く、当然、羽口寿命をトータルで延長できる技術は開示されていなかった。
【０００８】
本発明では、炉代の初期と末期の煉瓦溶損特性に合った吹錬パターンを用いることによって従来よりも冷却ガスコストをｕｐさせること無く、羽口寿命の延長を可能にすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本課題を解決するためのＡＯＤ炉及びその操業方法は下記の通りである。
（１）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉において、前記横吹き羽口毎に前記外管のガス配管に流量調整弁を設けたことを特徴とするＡＯＤ炉。
（２）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の初期において前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも大きくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
（３）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の末期において前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも小さくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
（４）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、炉代の初期においては前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を該両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速よりも大きくし、炉代の末期においては前記両サイド羽口の外管ガス流速を前期内側羽口の外管ガス流速よりも小さくすることを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
（５）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径が２０００ｍｍ以下のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つことを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
（６）横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径Ｒが２３００ｍｍ以上のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つことを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
（７）外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口を３孔以上有するＡＯＤ炉の操業において、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径が２０００ｍｍ以下のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つこと、および、前記横吹き羽口の高さ位置における炉体内径Ｒが２３００ｍｍ以上のとき、前記横吹き羽口のうちの両サイド羽口の外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下に保つと共に、前記両サイド羽口に挟まれた内側羽口の外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に保つことを特徴とするＡＯＤ炉の操業方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に示すＡＯＤ炉に基づいて説明する。図１及び図２は溶損前の新炉１を示し、図３及び図４は溶損後の旧炉２を示す。図１及び図３は縦断面を、図２は図１のＡ−Ａ線視断面を、図４は図３のＢ−Ｂ線視断面を、夫々模式的に示す図である。各図において、３は溶鋼、４ａ，４ｂは外管に内管が挿入された二重管からなる横吹き羽口であり、その中で４ａは５本の羽口のうち両端に位置する両サイド羽口、４ｂは両サイド羽口４ａに挟まれた内側羽口である。両サイド羽口とは全羽口数の変化に関らず両端の各１本を言い、残りの羽口が内側羽口である。５は羽口４ａ，４ｂからのガスジェットにより溶鋼３に発生した渦流、６は外管に連なるガス配管、７ａ，７ｂはガス配管６に設けられた外管ガスの流量調整弁を示す。
【００１１】
本発明者らの水モデル実験によると、図１及び図２に示す新炉１と相似則を合わせたモデルでは、横吹き羽口４ａ，４ｂの高さ位置における炉体内径Ｒが小さいため、横吹き羽口４ａ，４ｂから噴出したガスジェットは炉体中心部で容易に合体した後、炉体周囲を巡って両サイド羽口４ａに到達することが分かった。従って、新炉１では、両サイド羽口４ａにダメージが集中するものと想定された。
【００１２】
本発明者らの知見では横吹き羽口４ａ，４ｂの高さ位置における炉体内径Ｒが２０００ｍｍ以下である炉代の初期においては、両サイド羽口４ａは外管ガス流速が２８０Ｎｍ／ｓ未満であると両サイド羽口４ａに向かうガスジェット流れが強くなって溶損が進行し易くなるため、流量調整弁７ａにより外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上に調整することが必要である。６００Ｎｍ／ｓを超えると、それ以上流量を増加しても溶損防止効果が殆ど向上しない一方でガスコスト増を招くため６００Ｎｍ／ｓ以下が望ましい。
【００１３】
一方、両サイド羽口４ａに挟まれた内側羽口４ｂは外管ガス流速が１５０Ｎｍ／ｓ以下で溶損防止は十分であり、１５０Ｎｍ／ｓを超えると、それ以上流量を増加しても溶損防止効果が殆ど向上しない一方でガスコスト増を招くため、流量調整弁７ｂにより外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下にすることが必要である。１００Ｎｍ／ｓ未満では湯差しが生じるため１００Ｎｍ／ｓ以上が望ましい。つまり、炉代の初期においては両サイド羽口４ａの外管ガス流速を内側羽口４ｂの外管ガス流速よりも大きくすることが必要である。
【００１４】
図３及び図４に示す、旧炉２と相似則を合わせたモデルでは、横吹き羽口４ａ，４ｂの高さ位置における炉体内径Ｒが大きくなるため、横吹き羽口４ａ，４ｂから噴出したガスジェットの合体は殆ど発生せず、一方、隣り合う横吹き羽口の間で激しい渦流５が形成される現象が観察された。この渦流５が両サイド羽口４ａの内部にダメージを与えるため、旧炉２では両サイド羽口４ａの内部溶損が激しいものと想定された。
【００１５】
本発明者らの知見では横吹き羽口４ａ，４ｂの高さ位置における炉体内径Ｒが２３００ｍｍ以上である炉代の末期においては、両サイド羽口４ａは外管ガス流速が１５０Ｎｍ／ｓ以下で溶損防止は十分であり、１５０Ｎｍ／ｓを超えると、羽口溶損防止効果は殆ど向上しない一方でガスコスト増を招くため、流量調整弁７ａにより外管ガス流速を１５０Ｎｍ／ｓ以下にすることが必要である。１００Ｎｍ／ｓ未満では湯差しが生じるため１００Ｎｍ／ｓ以上が望ましい。
【００１６】
一方、両サイド羽口４ａに挟まれた内側羽口４ｂは外管ガス流速が２８０Ｎｍ／ｓ未満であると渦流５の発生によるダメージが大きくなるため、流量調整弁７ｂにより外管ガス流速を２８０Ｎｍ／ｓ以上にすることが必要である。６００Ｎｍ／ｓを超えるとそれ以上流量を増加しても溶損防止効果が殆ど向上しない一方でガスコスト増を招くため６００Ｎｍ／ｓ以下が望ましい。つまり、炉代の末期においては両サイド羽口４ａの外管ガス流速を内側羽口４ｂの外管ガス流速よりも小さくすることが必要である。なお、外管の冷却ガスとしては、アルゴンが一般的であるが、その他メタルの成分的許容範囲から窒素、炭酸ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ等やそれらの混合ガスが適宜使用できる。
【００１７】
【実施例】
（本発明例）
本発明の効果を検証するために６０トンＡＯＤ炉による実機試験を行なった。羽口高さ位置における炉体内径はチャージ間においてレーザー式プロフィールメーターを用いて測定したが、これに代えてビデオカメラや写真映像などから画像解析により測定するか、耐火物製の定規による直接測定など、適宜測定することができる。
【００１８】
外管羽口の吐出孔面積は３８ｍｍ2で、羽口本数は５本であり、外管冷却ガスにはアルゴンを用いた。炉の煉瓦を張り終えた新炉における羽口高さ位置における炉体内径は１８００ｍｍであり、チャージを重ねて炉体が溶損し内径が２６００ｍｍ程度になるとパーマ煉瓦が露出することから炉止めを行なう。
【００１９】
炉代１チャージ目から両サイド羽口の外管ガス流量は羽口１本あたり４０Ｎｍ3／ｈ（２９２Ｎｍ／ｓ）とし、両サイド羽口に挟まれた３本の内側羽口の外管ガス流量を羽口１本あたり２０Ｎｍ3／ｈ（１４６Ｎｍ／ｓ）として吹錬を行なった。
【００２０】
プロフィールメーターで測定される羽口高さ位置における炉体内径が２３００ｍｍを超えたときに、両サイド羽口の外管ガス流量を羽口一本あたり２０Ｎｍ3／ｈ（１４６Ｎｍ／ｓ）とし、両サイド羽口に挟まれた３本の内側羽口の外管ガス流量を羽口１本あたり４０Ｎｍ3／ｈ（２９２Ｎｍ／ｓ）とし、炉止めまでの操業を実施した。このときの炉寿命は３炉代の平均で４２３チャージであった。また、外管冷却に使用したアルゴン量は１チャージ平均で２３Ｎｍ3であった。
【００２１】
（比較例１）
炉代１チャージ目から炉止めまでの間、全羽口の外管ガス流量を３０Ｎｍ3／ｈ（２１９Ｎｍ／ｓ）で操業した。このときの炉寿命は３炉代平均で２９７チャージと本発明より著しく低下した。外管冷却に使用したアルゴン量は１チャージあたり２２Ｎｍ3／ｈであり本発明例とほぼ同等であった。
【００２２】
（比較例２）
炉代１チャージ目から炉止めまでの間、全羽口の外管ガス流量を４０Ｎｍ3／ｈ（２９２Ｎｍ／ｓ）で操業した。このときの炉寿命は３炉代平均で４１９チャージと本発明とほぼ同等であったが、外管冷却に使用したアルゴン量は１チャージあたり３２Ｎｍ3／ｈであり本発明例よりも著しく多かった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、ＡＯＤ炉の羽口溶損を冷却ガス流量を低位に保ちながら防止できるので、炉寿命を低コストで延長できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶損前のＡＯＤ炉の側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線視平断面図である。
【図３】溶損後のＡＯＤ炉の側断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線視平断面図である。
【符号の説明】
１…新炉
２…旧炉
３…溶融金属
４ａ…両サイド羽口（横吹き羽口）
４ｂ…内側羽口（横吹き羽口）
５…渦流
６…外管のガス配管
７ａ，７ｂ…外管ガスの流量調整弁
【図１】
2004190100.tif 000003
【図２】
2004190100.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004190100.tif 000006