(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上吹きランスから吹きこまれる酸素ガスによって溶銑を精錬処理する転炉の炉体であって、
前記溶銑の浴面における前記酸素ガスの噴流領域に対応した、前記炉体の底部の中央領域内に、前記底部の中心を対称の中心として点対称且つ前記底部の中心を通る対称線に対して線対称に設けられる複数の第１の羽口と、
前記底部の前記中央領域よりも外側に、前記底部の中心に対して点対称に設けられる複数の第２の羽口とを有し、
前記複数の第１の羽口は、点対称な第２の羽口同士を結んだ直線が１つである場合、前記対称線が少なくとも１つとなるように設けられ、点対称な第２の羽口同士を結んだ直線が複数である場合、前記対称線が複数となるように設けられ、
前記直線が１つで、前記対称線が１つである場合、１つの前記直線が、前記対称線に対して５度以上３０度以下の角度で傾いて配され、
前記直線が１つで、前記対称線が複数である場合、１つの前記直線が、複数の前記対称線のうち前記第２の羽口に最も近い対称線に対して５度以上３０度以下の角度で傾いて配され、
前記直線が複数である場合、複数の前記直線が、複数の前記対称線のうち複数の前記直線のそれぞれの前記第２の羽口に最も近い対称線に対して、同じ回転方向に５度以上３０度以下の角度で傾いて配され、
前記複数の第１の羽口の数は、前記複数の第２の羽口の数の１．０倍以上であることを特徴とする転炉の炉体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、転炉の炉体に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑を酸化精錬処理する処理装置として、上吹きランスと底吹き羽口とを有する上底吹き転炉が知られている。上底吹き転炉では、炉体に収容された溶銑に上吹きランスから酸素ガスを吹き込むことで、溶銑を攪拌および酸化精錬する。このとき、溶銑は、酸化精錬されることにより、含有する珪素や燐、炭素等の成分が酸化除去される。また、上底吹き転炉では、炉体の底部に設けられた底吹き羽口から不活性ガス等が吹き込まれることにより、溶銑の攪拌力が強まり、精錬反応が促進される。
【０００３】
このような上底吹き転炉では、スラグ−メタル間での精錬反応を促進させるため、上記の溶銑の攪拌に加え、溶銑の浴面に生じるスラグを効率よく攪拌する必要がある。溶銑およびスラグの攪拌効率を共に高め、混合特性を向上させる方法としては、炉体の底部の円環状領域に羽口を配置する方法や、炉体の底部の円環状領域およびその径方向外方にそれぞれ羽口を配置する方法が知られている（例えば、特許文献１，２，５）。
【０００４】
さらに、上吹き転炉では、混合特性の向上に加え、スピッティング等による地金やダストの飛散を抑制する必要がある。混合特性の向上および地金の飛散を抑制する方法としては、底吹き羽口に加え、炉体の側壁に横吹き羽口を設ける方法が知られている（例えば、特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−５１２１２号公報
【特許文献２】特開昭５７−３９１１４号公報
【特許文献３】特開平９−３１５１７号公報
【特許文献４】特開平９−１７６７１９号公報
【特許文献５】特開２０１４−５８７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１，２に記載の方法では、スピッティングによる地金やダストの飛散が問題となる。地金やダストの飛散は、上吹きランスから吹きこまれる酸素ガスと、羽口から吹き込まれるガスとの干渉によって生じ、精錬処理における歩留りの低下を招き、飛散した地金やダストがランスへ付着するため操業停止の要因となる。特に、転炉での生産能力向上を目的として、上吹きランスからの送酸速度を増加させる場合、地金やダストの飛散量が増加するため、これらの問題が顕著となる。
【０００７】
また、特許文献３，４に記載の方法では、一般的な上底吹き転炉に適用する場合、横吹き羽口とその付帯設備を新たに設ける必要があるため、設備の改造に伴う設備コストの増大が問題となる。
さらに、特許文献５に記載の方法では、特許文献３，４に記載の回転運動が打ち消されるため、後述する旋回流が発生しなくなる。このため、攪拌力が低下し、スラグが滞留することで、混合特性が低下することが問題となる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、混合特性を向上させ、地金やダストの飛散を低減し、設備コストを低減することができる転炉の炉体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、上吹きランスから吹きこまれる酸素ガスによって溶銑を精錬処理する転炉の炉体であって、溶銑の浴面位置における酸素ガスの噴流領域に対応した、炉体の底部の中央領域内に、底部の中心に対して点対称且つ線対称に設けられた複数の第１の羽口と、底部の噴流領域よりも外側に、底部の中心に対して点対称に設けられた複数の第２の羽口とを有し、複数の第１の羽口の数は、複数の第２の羽口の数の１．０倍超であり、複数の第１の羽口は、線対称の対称線が、点対称な第２の羽口同士を結んだ直線に対して、５度以上３０度以下の角度で傾いて配されることを特徴とする転炉の炉体が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、混合特性を向上させ、地金やダストの飛散を低減し、設備コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の転炉を示す模式図である。
【図２】平面視における羽口の配列を示す模式図である。
【図３】浴面の溶銑の流れを示す模式図である。
【図４】平面視における羽口の配列の変形例を示す模式図である。
【図５】平面視における羽口の配列の変形例を示す模式図である。
【図６】平面視における羽口の配列の変形例を示す模式図である。
【図７】比較例１の平面視における羽口の配列を示す模式図である。
【図８】比較例２の平面視における羽口の配列を示す模式図である。
【図９】実施例における水滴飛散量の測定結果を示すグラフである。
【図１０】実施例における混合度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜転炉の設備構成＞
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る転炉１の炉体１１について説明する。図１に示すように、転炉１は、炉体１１と、上吹きランス１２とを有する。転炉１は、炉体１１に収容された溶銑２に上吹きランス１２から酸素ガスｇを吹き込むことで、溶銑２を酸化精錬する。酸化精錬により、溶銑２に含有される珪素や燐、炭素が除去される。
【００１３】
炉体１１は、上端が開口した洋梨状の容器であり、底部１１１と壁部１１２とからなり、内部の全面に耐火物が設けられる。また、炉体１１は、底部１１１に複数の羽口１３を有する。上吹きランス１２は、炉体１１の上下方向に延在するランスであり、下端に設けられたノズル孔から酸素ガスｇを噴射する。複数の羽口１３は、図２に示すように、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄと、２個の第２の羽口１３２ａ〜１３２ｂとからなり、炉体１１の底部１１１に設けられる。複数の羽口１３は、ガス供給管１４に接続され、ガス供給管１４から供給されるＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを炉体１１の内部に吹き込む。
【００１４】
４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄは、図２に示すように、底部１１１の略円形状の中央領域ｄ１の内側に、中央領域ｄ１の外周に沿って設けられる。中央領域ｄ１は、炉体１１に収容された溶銑２の浴面２０における、上吹きランス１２から吹き込まれた酸素ガスｇが直接当たる噴流領域ｄ２に対応する領域であり、炉体１１の上下方向に対して噴流領域ｄ２に重畳する底部１１１の領域である。また、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄは、底部１１１の中心を対称の中心として点対称且つ底部１１１の中心を通る対称線Ｌ１に対して線対称に設けられる。つまり、第１の羽口１３１ａ，１３１ｃ、および第１の羽口１３１ｂ，１３１ｄがそれぞれ点対称となるように設けられ、第１の羽口１３１ａ，１３１ｄと第１の羽口１３１ｂ，１３１ｃとが対称線Ｌ１に対してそれぞれ線対称となるように設けられる。
【００１５】
２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂは、底部１１１の中央領域ｄ１よりも外側に、底部１１１の中心に対して点対称に設けられる。また、２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂは、２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂ同士を結んだ直線Ｌ２が、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄの対称線Ｌ１に対して、時計回りに角度α（度）傾いて配される。角度αは、５度以上３０度以下である。なお、角度αが５度未満あるいは３０度超となる場合、後述する旋回流が十分に形成されなくなるため、攪拌力が低下してしまう。
【００１６】
上記構成の転炉１では、図３に示すように、浴面２０において、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄから吹き込まれる不活性ガスによって、底部１１１の中心から径方向外方へ対称線Ｌ１に沿った溶銑２の流れが生じる。そして、２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂによって、中心からの流れが壁部１１２に沿うように曲がることで、反時計回りの方向に旋回する旋回流が形成される。この旋回流によって、溶銑２およびスラグ３が強い攪拌力で攪拌されるため、混合特性を向上させることができる。さらに、旋回流によって、スラグ３を滞留させることなく攪拌させることができる。
【００１７】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
例えば、上記実施形態では、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄを中央領域ｄ１の外周上に設けるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄは、中央領域ｄ１内に、底部１１１の中心を対称の中心として点対称、且つ底部１１１の中心を通る対称線Ｌ１に対して線対称に設けられれば、図２に示す以外の位置に設けられてもよい。例えば、図４に示す一例のように、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄは、図２に示した例よりも中央領域ｄ１の径方向内方側に設けられてもよい。
【００１８】
また、上記実施形態では、羽口１３として、第１の羽口が４個、第２の羽口を２個設ける構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。第１の羽口は、中央領域ｄ１内に、底部１１１の中心を対称の中心として点対称、且つ底部１１１の中心を通る対称線Ｌ１に対して線対称となるように複数個設けられればよく、設けられる数が上記の数に限定されない。また、第２の羽口は、中央領域ｄ１よりも外側に、底部１１１の中心を対称の中心として点対称に設けられ、点対称な第２の羽口同士を結んだ直線Ｌ２が、第１の羽口の対称線Ｌ１に対して５度以上３０度以下の角度で傾いていればよく、設けられる数が上記の数に限定されない。第１および第２の羽口を上記の構成とすることにより、溶銑２は、底部１１１の中心から第１の羽口の対称線に沿って径方向外方へ流れ、その後、第２の羽口によって壁部１１２に沿って旋回して流れる。このため、溶銑２に旋回流を生じさせることができる。なお、第１の羽口の数は、第２の羽口の数の１．０倍以上とする。これにより、酸素ガスｇの噴流領域ｄ２に内に半数以上の羽口１３が設けられるため、地金やダストの飛散を低減させることができる。
【００１９】
例えば、図２に示した構成の変形例として、図５に一例を示す。図５では、炉体１１には、羽口１３として、４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄと、４個の第２の羽口１３２ａ〜１３２ｄとを有する。４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄは、底部１１１の中心を通る２つの対称線Ｌ１，Ｌ３に対してそれぞれ線対称、且つ底部１１１の中心を対称の中心として点対称に設けられる。４個の第２の羽口１３２ａ〜１３２ｄは、底部１１１の中心を対称の中心として点対称に設けられる。また、４個の第２の羽口１３２ａ〜１３２ｄは、点対称な第２の羽口１３２ｂ，１３２ｄを結んだ直線Ｌ２および点対称な第２の羽口１３２ａ，１３２ｃを結んだ直線Ｌ４が、対称線Ｌ１，Ｌ３に対して時計回りにそれぞれ角度α（度）傾いて設けられる。このような構成の転炉１では、溶銑２が、底部１１１の中心から４個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄの対称線Ｌ１，Ｌ３に沿って径方向外方へ流れ、その後、４個の第２の羽口１３２ａ〜１３２ｄによって壁部１１２に沿って旋回して流れる。このため、溶銑２に旋回流を生じさせることができる。
【００２０】
また、例えば、図２に示した構成の変形例として、図６に一例を示す。図６では、炉体１１には、羽口１３として、６個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｆと、２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂとを有する。６個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｆは、対称線Ｌ１に平行に並んで設けられる。２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂは、上記実施形態と同様であり、第２の羽口１３２ａ，１３２ｂを結んだ直線Ｌ２が対称線Ｌ１に対して時計回りに角度α（度）傾いて設けられる。このような構成の転炉１では、溶銑２が、底部１１１の中心から６個の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｆの対称線Ｌ１に沿って径方向外方へ流れ、その後、２個の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂによって壁部１１２に沿って旋回して流れる。このため、溶銑２に旋回流を生じさせることができる。
【００２１】
また、上記実施形態では、直線Ｌ２が対称線Ｌ１に対して反時計回りに傾くように羽口１３が設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、羽口１３は、直線Ｌ２が対称線Ｌ１に対して反時計回りに傾いて設けられてもよい。この場合、時計回りに旋回する旋回流を生じさせることができる。
【００２２】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る転炉１の炉体１１は、上吹きランス１２から吹きこまれる酸素ガスｇによって溶銑２を精錬処理する転炉１の炉体１１であって、溶銑２の浴面２０における酸素ガスｇの噴流領域ｄ２に対応した、炉体１１の底部１１１の中央領域ｄ１内に、底部１１１の中心を対称の中心として点対称且つ底部１１１の中心を通る対称線Ｌ１に対して線対称に設けられる複数の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄと、底部１１１の中央領域ｄ１よりも外側に、底部１１１の中心に対して点対称に設けられる複数の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂとを有し、複数の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂは、点対称な第２の羽口１３２ａ，１３２ｂ同士を結んだ直線Ｌ２が、複数の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｂの対称線に対して５度以上３０度以下の角度で傾いて配され、複数の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｂの数は、複数の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂの数の１．０倍以上である。
【００２３】
ここで、羽口１３の直上では、浴面２０は、羽口１３から吹き込まれる不活性ガスによって押し上げられる。このとき、押し上げられた浴面２０が、酸素ガスｇが吹き込まれる噴流領域ｄ２よりも外側にある場合、浴面２０における剪断力が強くなるため、地金やダストの飛散量が増加する。一方、押し上げられた浴面２０が、酸素ガスｇが吹き込まれる噴流領域ｄ２の内側にある場合、酸素ガスｇによって浴面２０の押し上げが抑えこまれ、剪断力も低減することから、地金やダストの飛散量が低減する。このため、上記構成によれば、噴流領域ｄ３と重畳する中央領域ｄ１内に、半数以上の羽口１３から不活性ガスを吹き込むことにより、地金やダストの飛散を低減させることができる。また、地金やダストの飛散を低減が可能となることから、上吹きランス１２から吹き込まれる酸素ガスｇの流量を安定的に増大させることができ、生産効率を向上させることができる。
【００２４】
また、上記構成によれば、複数の第１の羽口１３１ａ〜１３１ｄおよび複数の第２の羽口１３２ａ，１３２ｂによって、旋回流を生じさせることができるため、混合特性を向上させることができる。
さらに、上記構成の炉体１１は、通常の上底吹き転炉の炉体の羽口位置を変更することで実現できるため、例えば特許文献３，４のように、炉体の底部以外の位置に羽口を設ける必要がない。このため、設備コストを低減させることができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、羽口１３を設ける位置の違いによる、混合特性および地金の飛散状況を確認するため、転炉１を模した水モデル実験を行った。実施例では、図２と同様に羽口１３を配した転炉型容器に、溶銑２を模した水を入れ、上吹きランス１２および羽口１３からそれぞれ不活性ガスを吹き込むことで水を攪拌し、混合特性を調査するために混合度を測定し、地金やダストの飛散量を調査するため水滴飛散量の測定を行った。
【００２６】
混合度の測定では、水よりも比重の小さい２色の球状疑似スラグを、転炉型容器に収容された水の浴面の半円領域にそれぞれ浮かべ、所定時間混合した後、１色の球状疑似スラグの浴面での分散を測定することで混合度を測定した。具体的には、下記（１）式を用いて混合度Ｍを求めた。（1）式において、σは測定時における着目した１色の球状疑似スラグの分散、σ０は完全分離状態での着目した１色の球状疑似スラグの分散、およびσｒは完全混合状態での着目した１色の球状疑似スラグの分散をそれぞれ示す。
【数１】
0006332322.tif 000002
【００２７】
また、水滴飛散量の測定では、転炉型容器の上端開口部に、８個の吸水シートを直径方向に等間隔に並べて設け、所定時間攪拌した後における、各吸水シートの給水量を測定することで、炉体１１の直径方向における水滴飛散量の分布を測定した。
さらに、比較例１，２として、図７および図８に示す羽口１３の配置の炉体１１を模した転炉型容器について実施例と同様に水モデル実験を行い、混合度および水滴飛散量の調査を行った。図７に示す比較例１では、中央領域ｄ１よりも外側に、８個の羽口１３ａ〜１３ｈを設けた。また、羽口１３ａ〜１３ｄと羽口１３ｅ〜１３ｈとが、底部１１１の中心を通る対称線Ｌ１に対して線対称となり、羽口１３ａ，１３ｅ、羽口１３ｂ，１３ｆ、羽口１３ｃ，１３ｇ、および羽口１３ｄ，１３ｈがそれぞれ底部１１１の中心に対して点対称となるように配した。図８に示す比較例２では、中央領域ｄ１内に２個の羽口１３ａ，１３ｂを設け、中央領域ｄ１の外側に６個の羽口１３ｃ〜１３ｆを設けた。また、羽口１３ａ〜１３ｆを、線対称および点対称とならないように無秩序に、且つ半数超の羽口が図８に示す底部１１１の下半分の領域に集まるように配した。
【００２８】
図９に水滴飛散量の測定結果を示す。図９において、横軸は吸水シートの設定位置を示し、設置位置Ａ〜Ｈの順に直径方向の一端側から他端側へ並んで設けられた８枚の吸水シートをそれぞれ示す。また、図９において、縦軸は、吸水シートの吸水量を指数化した水滴飛散量を示す。図９に示すように、実施例では、全ての設置位置において比較例１，２よりも水滴飛散量が低位となることを確認した。このため、上記実施形態の炉体１１によれば、地金やダストの飛散量が低減されることが確認された。
【００２９】
図１０に混合度の測定結果を示す。図１０において、縦軸は（１）式から算出される混合度Ｍを示す。図１０に示すように、比較例１、実施例１および比較例２の順に混合度が低位となることを確認した。また、混合度の測定において、比較例１，２では、浴面２０に球状疑似スラグが滞留し、流動しにくい領域が生じることを確認した。特に、混合度が最も高位であった比較例１では、対称線Ｌ１の壁部１１２に近い領域、比較例２では設けられた羽口の割合が少ない図８の上半分の領域において滞留が生じ易いことを確認した。これに対して、実施例では、球状疑似スラグが滞留することなく、浴面２０上を旋回して流動することを確認した。このことから、上記実施形態に係る炉体１１を用いることで、溶銑２の混合度の向上およびスラグ３の攪拌効率の向上が両立でき、混合特性が向上することを確認できた。
【符号の説明】
【００３０】
１  転炉
１１  炉体
１１１  底部
１１２  壁部
１２  上吹きランス
１３  羽口
１３１ａ〜１３１ｆ  第１の羽口
１３２ａ〜１３２ｄ  第２の羽口
１４  ガス供給管
２  溶銑
２０  浴面
２１  噴流領域
３  スラグ
ｄ１  中央領域
ｄ２  噴流領域
ｇ  酸素ガス
【図１】
0006332322.tif 000003
【図２】
0006332322.tif 000004
【図３】
0006332322.tif 000005
【図４】
0006332322.tif 000006
【図５】
0006332322.tif 000007
【図６】
0006332322.tif 000008
【図７】
0006332322.tif 000009
【図８】
0006332322.tif 000010
【図９】
0006332322.tif 000011
【図１０】
0006332322.tif 000012