(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、精錬剤との反応に関してデッドゾーンが発生せず、且つ簡便に使用可能な溶融金属の精錬用ランス及び精錬方法を提供することを目的としている。【解決手段】精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬され、該溶融金属へ吹き込む搬送ガス及び精錬剤が通過する通路を内部に備えた溶融金属の精錬用ランス１の構造を改良した。その内容は、前記通路の先端を３方向に分岐して精錬剤の噴出口２１，２２，２３にすると共に、これら３つの噴出口のうちの一対が、ランス長手方向に対して垂直な断面視で中心角１４０〜２２０°の範囲で離隔して設けるようにした。また、このランスを使用し、新規な取鍋精錬の技術を開発した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬され、該溶融金属へ吹き込むガス、又はガスと精錬剤が通過する通路を内部に備えた溶融金属の精錬用ランスであって、
前記通路の先端を３方向に分岐して精錬剤の噴出口にすると共に、これら３つの噴出口のうちの一対が、ランス長手方向に対して垂直な断面視で中心角１４０〜２２０°の範囲で離隔してなることを特徴とする溶融金属の精錬用ランス。
【請求項２】
精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬した精錬用ランスを介してガス、又はガスと精錬剤を溶融金属へ吹き込み、撹拌する溶融金属の精錬方法において、
前記精錬用ランスに請求項１記載のものを使用し、水平断面視で精錬容器の中心から半径方向に該半径の２０〜７０％の範囲で偏芯させて浸漬すると共に、精錬容器の中心向き方向を０゜として、該ランスの３つの前記噴出口を、それぞれ７０〜１１０゜、−７０〜−９０゜、−３０〜３０゜の方向に向けることを特徴とする溶融金属の精錬方法。
【請求項３】
前記溶融金属が溶銑又は溶鋼であることを特徴とする請求項２記載の溶融金属の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の精錬用ランス及び精錬方法に係わり、特に、溶銑や溶鋼中に浸漬し、該溶銑等の脱酸、脱硫、脱燐等の精錬反応を促進するのに有効なガス吹き込みランスと、それを用いての溶融金属の精錬技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、高炉から出銑した溶銑中には、Ｐ，Ｓ等の鉄鋼材料にとって不純物となる元素が多量に含まれている。このような不純物元素は、次の製鋼工程での精錬負荷となるので、最近は該溶銑を転炉へ装入する前に、予め精錬して除去すること（溶銑予備処理という）が普及している。また、転炉で酸素吹錬して脱炭し、鋼とされた溶鋼も、さらに不純物元素を除去したり、脱ガス、成分調整を図るため、二次精錬と称する処理が行われている。
【０００３】
ところで、このような溶銑予備処理あるいは溶鋼の二次精錬の一つに、溶銑又は溶鋼等の溶融金属へ中空のランスを浸漬し、該ランスを介してガスを単独、又は搬送ガスで精錬剤を吹き込み、脱珪、脱燐、脱硫等を行う技術がある（インジェクション法と称されている）。この精錬技術は、吹き込まれた搬送ガスで溶融金属を撹拌しながら、スラグや粉状の精錬剤と溶融金属とを接触させて反応させ、不純物元素を酸化物等の形態としてスラグに吸収、除去するものである。その際に利用するランス１は、図４に示すような先端に平断面で互いに１８０°離隔した２つの孔（噴出口ともいう）２を有するものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このようなランス１では、ガスや精錬剤の噴出し方向が常に一定で、しかも限られた範囲内に供給されることになる。つまり、精錬反応に関してのデッドゾーンが生じる。そのため、溶融金属の撹拌が十分に行えないばかりでなく、精錬剤が未反応でスラグ中に残留してしまうことも多く、その反応効率を改善する余地がある。
【０００４】
そのため、ランスの改造が種々検討され、図５に示すように、ランス１の先端にその軸線と直交する枝管３を取り付け、複数のガス及び精錬剤の噴出口２を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、そのようなランス１は、製作費が嵩むばかりでなく、構造が複雑であり、特に、枝管３の取り付け部分の強度が弱く、使用上の管理が難しいという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２６４１２１号公報
【特許文献２】
特開平７−１２６７３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、精錬剤との反応に関してデッドゾーンが発生せず、且つ簡便に使用可能な溶融金属の精錬用ランス及び精錬方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、溶融金属へ浸漬するランスの構造を改善することに注目して鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬され、該溶融金属へ吹き込むガス、又はガスと精錬剤が通過する通路を内部に備えた溶融金属の精錬用ランスであって、前記通路の先端を３方向に分岐して精錬剤の噴出口にすると共に、これら３つの噴出口のうちの一対が、ランス長手方向に対して垂直な断面視で中心角１４０〜２２０°の範囲で離隔してなることを特徴とする溶融金属の精錬用ランスである。
【０００９】
また、本発明は、精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬した精錬用ランスを介してガス、又はガスと精錬剤を溶融金属へ吹き込み、撹拌する溶融金属の精錬方法において、前記精錬用ランスに上記のものを使用し、水平断面視で精錬容器の中心から半径方向に該半径の２０〜７０％の範囲で偏芯させて浸漬すると共に、精錬容器の中心向き方向を０゜として、該ランスの３つの前記噴出口を、それぞれ７０〜１１０゜、−７０〜−９０゜、−３０〜３０゜の方向に向けることを特徴とする溶融金属の精錬方法である。ここに、前記溶融金属が溶銑又は溶鋼であるのが好ましい。
【００１０】
本発明では、精錬容器に保持した溶融金属へ浸漬され、該溶融金属へ吹き込む搬送ガス及び精錬剤が通過する通路を内部に備えた溶融金属の精錬用ランスに、工夫を凝らし、溶融金属と精錬剤との接触や溶融金属の撹拌が浴全体で起きるようにしたので、溶融金属と精錬剤との反応に関してデッドゾーンが生じないようになる。また、ノズル自体の構造はシンプルなので、使用上の管理が難しいという問題も解消できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
発明者は、溶融金属と精錬剤との反応に関するデッドゾーンの発生を抑制するには、溶融金属浴の撹拌を従来より強力にし、精錬剤を浴全体に分散させる必要があると考えた。そして、撹拌の駆動力はガス吹き込みであることから、浴内での溶融金属の流れを活発にすることを検討した。その結果、以前と同様のガス吹き込み量でも、図３に示すように、ガス等の吹き込み位置を精錬容器５の中心６ではなく、壁際に寄せる（偏芯する）ようにすれば、従来よりかなり活発な流動（流動方向を矢印４で示す）ができることに気がついた。しかしながら、通常使用されている図４に示した２孔の精錬用ランスの利用では、この考えを具体化するのに支障があった。そのようなランス１では、噴射されるガスや精錬剤が精錬容器５の壁に強く当たり過ぎて、内張り耐火物にとって好ましくないか、あるいは精錬容器５の中心方向への流動が従来より劣ることが懸念されるからである。
【００１３】
そこで、発明者は、この問題を解消すべく精錬用ランス（以下、単にランスと記す）の構造改造に取り組み、図１（ａ）に示すようなランス１を考えたのである。なお、図１はランスの先端の平断面だけを示したものである。このランスは、搬送ガス及び精錬剤が通る通路７を内部に備えた中空のランスであることは、図４に示した２孔のものと同じである。しかし、精錬剤及びガスの噴出口２は、前記通路の先端を３方向に分岐して３つにした。そして、本発明では、図１（ｂ）に示すように、該３つの噴出口のうち一対（噴射口２１と２２）をランス長手方向に垂直な断面視で中心角１４０〜２２０°の範囲で離隔して設けるようにした。なお、前記３つの噴出口のうち、他の一つの噴出口２３は、前記一対の噴出口２１及び２２の中間位置に設けるのが最も好ましいが、該中間位置から噴出口２１側又は噴出口２２側へ、中心角にして３０°以内偏位していても良い。これにより、噴出口を精錬容器５の側壁へ向けなければ、噴射されるガスや精錬剤が容器の壁に強く当たり過ぎたり、容器の中心方向への流動が従来より劣るという問題が解消できるはずである。なお、中心角１４０〜２２０°とした理由については後述する。
【００１４】
このランス構造の有効性を確認するため、発明者は、樹脂でかかるランス１と同様な構造のものを試作し、水を溶融金属、発泡スチロールの細粒を精錬剤、ガスを空気としたモデル実験を行った。溶鋼の流動状況は、発泡スチロールの流れで観察して判断したが、図２に示すようなランス１の浸漬及び配置条件の下で非常に好ましい流動が達成できた。そこで、このようなランス１とそれを利用しての精錬方法を本発明としたのである。
【００１５】
精錬方法に係る本発明において、ランス１を平断面視で精錬容器５の中心６から半径方向に該半径の２０〜７０％の範囲で偏芯させて浸漬するようにしたのは、その範囲を外れて配置しても流動が従来より大きくならないからである。また、精錬容器の中心向き方向を０゜としたときに、該ランスの３つの前記噴出口を、それぞれ７０〜１１０゜、−７０〜−９０゜、−３０〜３０゜の方向に配置したが、これにより前記ガス及び精錬剤が精錬容器５の側壁へ衝突しないようになり、溶融金属１０の流動が適切な状態になるからである。また、このような噴出口の配置にするには、前記ランスの３つの噴出口のうち一対（２１と２２）を平断面視で中心角１４０〜２２０°の範囲で離隔して設けなければならないのである。また、残る一つの噴出口２３から噴出されるガスが、精錬容器の中心向き方向に対して−３０〜３０°の方向となるには、ランスにおける該噴出口２３の設置位置が、噴出口２１及び２２の中間位置からランス中心角にして−３０〜３０°の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
【実施例】
極低硫黄鋼を溶製するため、高炉から出銑した溶銑を、予備処理で脱珪、脱燐し、転炉で脱炭して溶鋼とした後、さらに二次精錬を施し脱硫した（図５参照）。その際、二次精錬としては処理能力２８０トンの蓋を備えた取鍋５に保持した溶鋼１０に、ランス１を介して脱硫剤をガス吹き込む所謂「取鍋精錬」を選択し、３孔ランスを使用する本発明に係る精錬方法及び２孔ランスを使用する従来方法による２通りで操業を行った。なお、転炉からの出鋼に際しては、該取鍋１０に受けた溶鋼へ石灰３トン、蛍石０．５トン、アルミ缶屑０．３トンを投入した。使用した本発明に係るランス１としては、前記３つの噴出口２１と２２とが中心角１８０°の範囲にあり、噴射口２１と２３との中心角が９０°、噴射口２２と２３の中心角が９０°離隔するように設けたものである。また、各ランスの先端浸漬深さは、溶鋼１０の浴面から２．５ｍで、精錬容器５の中心６から半径方向に該半径の３０％の位置に偏芯して浸漬した。これらの操業条件及び操業結果を表１に一括して示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
吹き込みガスにはアルゴン・ガスを採用し、流量は３．０ｍ３（標準状態）／ｍｉｎである。表１より、本発明によれば、Ｓ分配比（精錬後のスラグ中Ｓ濃度（Ｓ）（単位ｍａｓｓ％）と溶鋼中のＳ濃度［Ｓ］（単位ｍａｓｓ％）の比（Ｓ）／［Ｓ］が安定して１２０以上であった。一方、ランスとして図４のタイプのものを使用した以外は本発明例と同一条件で処理した従来例では、上記Ｓ分配比はバラツキが大きく、平均でも７０程度しかなく、本発明が高いＳ分配比となった。理由は、本発明の適用で溶鋼の撹拌が強まり、スラグと溶鋼の反応が促進されたためと考えられる。このことは、操業中における取鍋の天端と蓋との隙間やランス挿入孔の周囲からのフレームの噴出しが、従来方法の実施時より多くなったことからも予想できた。また、本発明では、生成スラグ中の（Ｔ／Ｆｅ＋ＭｎＯ）含有量の値が従来よりも低いことから、撹拌能力が向上した結果、スラグ改質も十分に遂行することも確認された。なお、以上の説明は、中間の噴出口２３が１個の例であるが、本発明の趣旨を損なわない均等の範囲で、該中間の噴出口を複数に増しても構わない。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、溶融金属と精錬剤との反応に関してデッドゾーンが生じないようになり、高効率（時間短縮、均一性向上、到達レベル上昇）の炉外精錬が実現できる。また、ランス自体の構造はシンプルなので、使用上の管理が難しいという問題も解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る精錬用ランスの先端の平断面を示す図であり、（ａ）は３つの孔のうちの２つが互いに１８０°離隔したもの、（ｂ）は２つの孔のうち２つが２２０°離隔したものである。
【図２】本発明に係る溶融金属の精錬方法における精錬用ランスの浸漬位置を説明する平断面図である。
【図３】精錬容器に保持した溶融金属へ精錬用ランスを偏芯させて浸漬した場合の溶融金属に生じる流動を説明する横断面図である。
【図４】従来の２孔の精錬用ランスを示す図であり、（ａ）は横断面を、（ｂ）はＡ−Ａでの平断面である。
【図５】先端に枝管を設けた精錬用ランスで溶融金属の精錬を行っている状況を示す横断面図である。
【符号の説明】
１    精錬用ランス
２１，２２、２２  孔（噴出口）
３    枝管
４    流動方向を示す矢印
５    精錬容器（取鍋）
６    中心
７    通路
８    精錬剤のホッパ
９      吹き込みガス
１０  溶融金属（溶鋼、溶銑等）
１１  スラグ
【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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