(57)【要約】【課  題】高額な建設費を必要とすることなく、羽口に供給するガスの切り替えによってもマッシュルームの脱落を防止して効果的に底吹き羽口を保護する方法を提供する。【解決手段】溶融金属精錬炉の炉底に設けた二重管方式のガス吹込み羽口から該溶融金属精錬炉内に保持した溶融金属中にガスを供給して該溶融金属を精錬するにあたり、前記羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替える際の羽口内のガス圧力変動を、ガス切り替え前の圧力の±３０％以内とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属精錬炉の炉底に設けた二重管方式のガス吹込み羽口から該溶融金属精錬炉内に保持した溶融金属中にガスを供給して該溶融金属を精錬するにあたり、前記羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替える際の羽口内のガス圧力変動を、ガス切り替え前の圧力の±３０％以内とすることを特徴とする溶融金属精錬炉の底吹き二重管羽口の保護方法。
【請求項２】
前記羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替えるにあたり、後行ガスの供給圧を変更せず後行ガスの流量調節弁の開度調整のみで切り替えを行なうことを特徴とする請求項１記載の溶融金属精錬炉の底吹き二重管羽口の保護方法。
【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に代表される溶融金属の精錬炉の炉底部に設けられた二重管方式の羽口を効果的に保護して損耗を少なくする方法に関するものであり、とりわけ羽口に供給するガスを切り替える際に羽口先端での圧力変動を抑制することで、羽口損耗速度を大幅に低減することを可能にする底吹き二重管羽口の保護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）を介してガスを吹き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、一定の間隔を隔てて同心二重管に形成した金属管からなる羽口に、通常その内管から酸素、  あるいは酸素と不活性ガスの混合ガス（以下、  これを「精錬ガス」と呼ぶ）を溶融金属中に吹き込み、内管と外管の間隙からはプロパンガス，不活性ガス等の冷却ガス（以下、  これを「外管冷却ガス」と呼ぶ）を吹き込み、この外管冷却ガスが溶鋼温度に到達するための顕熱吸収とプロパンガスにあってはさらに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。
【０００４】
このような二重管羽口先端の周囲には、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精錬ガス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（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
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の損耗低減に効果がある。
ところで底吹き転炉や上底吹き転炉における溶鋼の精錬では、通常、原料の装入，精錬中の時期，出鋼・排滓等の作業に応じて内管および／または外管に供給するガスを切り替えることが行なわれる。その際に、内管および／または外管内のガスの圧力が一時的に高まり、  その圧力変動に耐えられずマッシュルームが羽口先端から脱落することが発生していた。
【０００６】
このような羽口ガス圧力の変動によるマッシュルームの脱落を防止するための従来技術としては、特許文献２に記載された複数個のガス供給ホルダーからガスを供給し、共通の配管を通して羽口へガスを供給するレシーバータンクをガス供給経路の途中に設けることが知られている。この従来技術は、先行ガスから後行ガスへの切り替えの際に羽口ガス圧の急激な変動を抑制し、羽口の損耗量の低下を図るものである。
【０００７】
しかし特許文献２に記載された技術では、ガス供給系統の途中にレシーバータンクを設置する必要があり、設備の建設コストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−１８９７８３  号公報
【特許文献２】
特開昭５７−４７８１３号公報
【非特許文献１】
耐火物技術協会昭和６３年年次講演会「電気パルス反射法（ＴＤＲ）による転炉ノズル損耗量の連続測定」
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術のような高額な建設費を必要とすることなく、羽口に供給するガスの切り替えによってもマッシュルームの脱落を防止して効果的に底吹き羽口を保護する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、溶融金属精錬炉の炉底に設けた二重管方式のガス吹込み羽口から該溶融金属精錬炉内に保持した溶融金属中にガスを供給して該溶融金属を精錬するにあたり、前記羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替える際の羽口内のガス圧力変動を、ガス切り替え前の圧力の±３０％以内とすることを特徴とする溶融金属精錬炉の底吹き二重管羽口の保護方法を提案するものである。
【００１１】
ここに、前記羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替えるにあたり、後行ガスの供給圧を変更せず後行ガスの流量調節弁の開度調整のみで切り替えを行なうことが好ましい。
【００１２】
【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き込み羽口を１個以上有し、その羽口の内管と外管の間隙用のガス供給経路と内管用のガス供給経路を有する溶融金属精錬炉である。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。
【００１３】
これらの溶融金属精錬炉では、炉底に設けられた羽口から溶鋼中に精錬ガスとして酸素あるいは酸素と不活性ガスの混合ガス（すなわち精錬ガス）を溶融金属中に吹き込む。その際に羽口先端には酸素と溶鋼中の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。
【００１４】
そこで精錬ガス吹き込み羽口においては、酸素あるいは酸素と不活性ガスの混合ガス（すなわち精錬ガス）を吹き込むための内管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を設け、外管と内管の間隙からは不活性ガスや炭化水素ガスを外管冷却ガス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吸収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。
【００１５】
そして、このような冷却ガスの作用により、羽口先端の周囲にマッシュルームと呼ばれる金属塊が生成し、それによって羽口の保護が達成されていることは前述した通りである。
本発明者は上記のような底吹き羽口を配置した溶融金属精錬炉において、前述したようなマッシュルームが吹き飛んで羽口の損耗が急激に進行する現象が、どのような条件の下で発生するかを詳細に調査した。対象ヒートはクロムを９〜３０質量％含有する高クロム溶鉄を脱炭精錬してステンレス溶鋼を製造するヒートを選択した。
【００１６】
なお羽口損耗量の連続測定には、非特許文献１に記載されたＴＤＲ法を用いた。ＴＤＲ法とはすなわち、特殊同軸ケーブルを羽口に沿って埋め込み、ケーブルの一端に電気パルス波を入力し、他方のケーブル端からの反射波と入射波の時間差から羽口とともに損耗するケーブルの長さを算出する方法である。
ステンレス溶鋼の精錬の際には、脱炭が進行して溶鋼中の炭素濃度が低下するにしたがってクロムの酸化が発生しやすくなる。これを極力防止するために、脱炭精錬の途中で羽口内管から吹き込むガスを酸素ガス単味から酸素ガスと希釈ガス（すなわちアルゴンまたは窒素）の混合ガスに切り替える。
【００１７】
さらにこの混合ガスによる脱炭に引き続き、スラグ中にフェロシリコンを投入して、  脱炭時に酸化生成した酸化クロムを還元して溶鋼中に回収する時期を設ける。ここでは、簡便化のために酸素ガス単味での脱炭精錬の時期を「脱炭吹錬期」、酸素ガスと希釈ガスの混合ガスによる脱炭精錬の時期を「希釈脱炭期」、酸化クロムを還元回収する時期を「還元期」と呼ぶことにする。
【００１８】
上記のＴＤＲ法による羽口長さの連続測定結果と経過時間の関係を図１に示す。図１から、羽口の損耗は脱炭期から希釈脱炭期への移行時および希釈脱炭期から還元期への移行時に集中して生じていることが明らかとなった。そしてこれらの移行期での羽口ガス圧力の変動と、羽口損耗量の関係を調査したところ、  図２，３に示したようにガス切り替え直前の値に比べて圧力変動が±３０％以上となった場合に急激に羽口の損耗量が増大していることが明らかになった。
【００１９】
この結果に基づき本発明者は、溶融金属精錬炉の炉底に設けた二重管方式のガス吹き込み羽口から溶融金属精錬炉内に保持した溶融金属中にガスを供給して、溶融金属を精錬するにあたり、羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替える際の羽口内のガス圧力変動を、ガス切り替え前の圧力の±３０％以内とすることに想到したのである。
【００２０】
さらに本発明者は、ガス切り替えの際に発生する羽口内ガスの圧力変動を±３０％以内に抑えるための具体的方法について鋭意検討した。その結果、羽口の内管および／または外管に供給するガスを切り替えるにあたり、後行ガスの供給圧を変更せず後行ガスの流量調節弁の開度調整のみで切り替えを行なうことが好ましいことに想到した。
【００２１】
この方法を上述した高クロム溶鉄を脱炭精錬してステンレス溶鋼を製造するヒートを例に説明する。
まず、前述の脱炭期から希釈脱炭期への移行時のガス切り替えにあたっては、通常は図４に示すように、羽口内管の酸素ガス流量の低下と同時に希釈ガスを流し始める。脱炭期には希釈ガスは必要でないので、希釈ガス供給ラインに設けた流量調節弁（ＦＣＶ）も圧力調節弁（ＰＣＶ）も全閉状態である。
【００２２】
ここで切り替え指令に基づいてわずかの移行時間内に酸素ラインの流量調節弁（ＦＣＶ）を所定開度に絞るとともに、希釈ガス供給ラインのＦＣＶ，ＰＣＶとも所定開度に開く。そうすると羽口内管には一時的に急激な圧力の上昇，下降が発生することになる。この圧力ピークの絶対値は弁の動作のわずかなずれ等によって変化し一定せず、ある時は移行前の圧力の±３０％を超える場合もあれば、それ以内に収まる場合もあって、予測は困難である。
【００２３】
一方、本発明を適用した場合は以下の通りである。すなわち図５に示すように、希釈脱炭期に移行する前に予め切り替え指令１によって希釈ガスのＰＣＶを所定開度に開いておく。そして実際に希釈脱炭を開始する切り替え指令２によって酸素ガス供給ラインと希釈ガス供給ラインのＦＣＶのみを開度変更して、希釈脱炭を開始するのである。ＰＣＶは、ＦＣＶよりも上手（すなわちガス供給元に近い方）に設けられるので、希釈ガスのＦＣＶが所定開度まで開かれたとしても、急激な圧力変動は発生しない。
【００２４】
なお、脱炭期から希釈脱炭期への移行時の羽口外管ガス流量は、特に変更しないので問題とならない。
次に、希釈脱炭期から還元期への移行時のガス切り替えについて説明する。
還元期には溶鋼中に酸素を吹き込まないので、羽口の受ける熱負荷が小さくなる。このため羽口外管に流すプロパン等の冷却ガス量は、原料装入時や出鋼・排滓時用に設定されている低流量値に変更される。この低流量プロパン（これをローフロープロパンと呼ぶ）は、脱炭期あるいは希釈脱炭期に供給される高流量プロパン（これはハイフロープロパンと呼ぶ）の供給ラインとは別に設けた専用のローフロープロパン供給ラインから供給されるようになっている。
【００２５】
この際、ハイフローからローフローへの切り替えは、図６に示すように、特にローフロープロパンラインについてはＰＣＶとＦＣＶを同時に開いて、ローフロープロパンと重複する時期を経過してからハイフロープロパンを徐々に絞るように設定されていた。しかしこの際もローフロープロパン供給ラインではＰＣＶとＦＣＶの同時開放によって急激な圧力変動が生じていた。
【００２６】
しかし本発明では、図７に示すように、ローフロープロパンラインを使用せず、もっぱらハイフロープロパン供給ラインのＦＣＶの開度を絞ることのみで流量を低減するようにした。この際、ハイフロープロパン供給ラインのＰＣＶについては特に開度設定は変更しない。これによってプロパンの流量変更によっても急激な圧力変動を避けることができる。
【００２７】
なお、この希釈脱炭期から還元期への移行の際には、内管ガスは単に流量を低下していくだけなので、羽口圧力の急激な変動には影響しない。
【００２８】
【実施例】
本発明を適用した発明例として、炉底に二重管方式の底吹き羽口を８本有する炉容量１８０ｔｏｎの上底吹き転炉によって、クロムを９〜３０質量％含有する含クロム溶鉄を炭素濃度を平均  ５．５質量％から  ０．２質量％まで脱炭精錬する操業を繰り返し行なった。
【００２９】
まず比較例として、図４，６に示すガス切り替え方法による従来の精錬での羽口の損耗量を調査したところ、図８に示すように脱炭期から希釈脱炭期を通じて平均２ｍｍ／チャージの羽口損耗速度であり、還元期では平均４ｍｍ／チャージの羽口損耗速度であった。
一方、本発明例として、図５，７に示すガス切り替え方法によって精錬を行ない、羽口の損耗量を調査したところ、図８に示すように脱炭期から希釈脱炭期を通じて平均１ｍｍ／チャージの羽口損耗速度であり、還元期では平均２ｍｍ／チャージの羽口損耗速度に低減できた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、炉底に二重管方式の底吹き羽口を有する溶融金属の精錬炉、とりわけ鉄鋼の脱炭精錬用の転炉において、羽口先端のマッシュルームの吹き飛びを回避し、それによって羽口の損耗速度を低減し、もって炉底の長寿命化を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】羽口長さと経過時間との関係を示すグラフである。
【図２】羽口ガス圧力変動と羽口損耗量との関係を示すグラフである。
【図３】羽口損耗の発生タイミングの分布を示すグラフである。
【図４】従来の酸素ガス流量と希釈ガス流量の推移を示すグラフである。
【図５】本発明の酸素ガス流量と希釈ガス流量の推移を示すグラフである。
【図６】従来のハイフロープロパン流量とローフロープロパン流量の推移を示すグラフである。
【図７】本発明のハイフロープロパン流量とローフロープロパン流量の推移を示すグラフである。
【図８】羽口損耗速度の変化を示すグラフである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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