(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉側壁及び／又は炉床に配設されている少なくとも１つのノズル（５）を有し、ガスが、ノズル（５）への供給システムのライン（６）及びこのノズルを介して冶金炉の内部へと送られ、そこで泡の形で流出するように構成されている横吹き及び／又は底吹きの冶金炉のためのガス供給システム（３）において、
ガス供給システム（３）が、ノズル（５）の前又はこれに配設される流入絞り装置（７）を備えること、炉内部へのガス供給を５Ｈｚ以上の周波数で周期的に低減又は中断するように流入絞り装置（７）の位置の切換えを制御するための制御装置（１０）が設けられていることを特徴とするガス供給システム。
【請求項２】
流入絞り装置（７）が、冶金炉の外側のノズル出口に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。
【請求項３】
流入絞り装置（７）が、電磁弁又はサーボ弁を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス供給システム。
【請求項４】
システム（３）が、統合される流入絞り装置（７）を有するそれぞれのガスライン（６）に付設されるバイパスライン（８）を、バイパスライン（８）のための遮断装置（９）と共に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス供給システム。
【請求項５】
このガス供給システムが、流入絞り装置（７）のための制御装置（１０）を、少なくとも２つのノズル（５）の運転を同一周期又は変動周期に同調するために備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のガス供給システム。
【請求項６】
炉側壁及び／又は炉床に配設されている少なくとも１つのノズル（５）を有し、ガスが、供給システム（３）のライン（６）を介し、ノズル（５）を介して冶金炉の内部へと送られ、そこで泡の形で流出するように構成されている横吹き及び／又は底吹きの冶金炉のためのガス供給システムを運転するための方法において、
炉内部へのガス流が、５Ｈｚ以上の周波数で周期的に低減又は中断されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉側壁及び／又は炉床に配設されている少なくとも１つのノズルを有し、ガスが、ノズルへの供給システムのライン及びこのノズルを介して冶金炉の内部へと送られ、そこで泡の形で流出するように構成されている横吹き及び／又は底吹きの冶金炉、特に炭素鋼又は不銹鋼を製造するための転炉、のためのガス供給システム並びにこのようなシステムのための運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不銹鋼を製造するために、例えば側面に配設されるノズルを有するＡＯＤ（Argon-Oxygen-Decarburization）タイプの転炉を使用することが公知であるのに対し、他の鋼品質のためには、底面ノズルを有する転炉も使用される。両方の転炉タイプの場合、ノズルは、酸素とアルゴンの異なった混合物の影響を受ける。ノズルは、金属浴面レベルの下の転炉の吹き込み位置に位置する。このような転炉を運転する場合、参考文献において「バックアタック」として公知になっており、かつ高速度写真によって証明された現象が生じる。
【０００３】
この「バックアタック」現象は、非特許文献１に記載されている。図５及び６によって、この「バックアタック」効果が詳細に説明されている。
【０００４】
この場合、図５は、概略的に５つのステージを基にして、金属溶湯内へのガス噴射の流入における時間経過と「バックアタック」効果とを示す。
【０００５】
第１の段階では、水平に位置するノズル１０２からのガス噴射１０１が、ほぼ水平に金属溶湯１０３内へと流入する（図５、フレーム１）。気泡柱１０４が生じる。第２の段階では、金属溶湯１０３の内部への気泡の更なる膨張が行なわれる（フレーム２）。その後、気泡の「茎」における狭窄部１０５並びに「崩壊」が生じ（フレーム３）、最後に、気泡１０６が大判で分離する（フレーム４）。この瞬間、ガス噴射１０１は、液体金属から構成される洞穴の壁に衝突し、耐火材料から成る転炉壁１０７の方向に転向され、これが本来の「バックアタック」である。次に、フレーム５では、フレーム１におけるのと同じ状態が得られ、この経過が繰り返される。
【０００６】
この「バックアタック」と呼ばれる工程は、何重もの観点でマイナスに作用する。２〜１２Ｈｚの典型的な周波数で転炉の回転軸に対して垂直な位置で転炉壁に衝撃応力が生じることになる。これは、転炉容器及びその駆動系を振動させる。これにより引き起こされる、転炉軸受（普通は円錐コロ軸受）内及び歯車機構における大歯車と緊張された小歯車間の微動は、潤滑膜の不十分な形成のために摩擦応力及び急速な摩耗を発生させる。振動は、基礎支持部材が鋼材構造として構成されている場合、転炉歯車機構の回転モーメント支持部材及び基礎支持部材を振動破壊に導いてしまう。対策は、当時の技術レベルの場合、軸受を補強して構成すること及び拡大すること並びに転炉歯車機構にロック装置を設けることによってしか可能でない。しかしながら、両方の措置は、高い投資コストと結びついている。
【０００７】
加えて、衝撃応力以外に、ガスノズルの周辺における転炉の耐火壁の強い浸食が確認されている。この効果は、モデルにより追体験することもできる（前記非特許文献１参照）。このため、耐火材料のためのモルタルと溶湯としての塩酸とから成る転炉モデルが使用される。空気は、底面ノズルを介して吹き込まれる。吹込み圧が４ｋｇ／ｃｍ２の場合でも、吹込み圧が５０ｋｇ／ｃｍ２の場合でも、ノズルの周りに、典型的に凹に形成される浸食窪みが生じるが、但しこの浸食窪みは、より低い吹込み圧の場合に大きくなる。
【０００８】
このゾーンに存在する摩耗は、転炉の稼働の期間を典型的に８０〜１００の溶解に制限する。その後、転炉の摩耗した囲壁全体は、ノズル領域以外は未だ使用留保分を有するにも関わらず交換しなければならない。この状況は、著しく転炉のプロセスの経済性に影響を与える。
【０００９】
加えて、分離する気泡の大きな容積は、不利な、即ち小さい表面積−容積比を導く。従って、ガスと金属溶湯間の反応は相対的に緩慢に経過し、特に酸素の利用が相対的に不十分となり、金属溶湯とその上で浮遊するスラグ間の混合効果が不十分となる。これにより、必要なプロセスガス量は更に多くなり、運転コストが更に不利になる。
【００１０】
文献から、「バックアタック」効果を緩和するか、できるだけ排除し、従って前段で述べた「バックアタック」のマイナスの効果を除去するために、種々の方法が公知になっている。このような方法（前記非特許文献１参照）は、丸い横断面を有するノズルを離れ、その代りにスリット状の横断面を有するノズルを使用することである。しかしながら、これらのノズルは、丸いノズルよりも製造が困難であり、従って、これらのノズルは、高価であり、使用も困難である。加えて、信頼性のあるリング状間隙を有するスリットノズルを製造することは、実際上可能でない。内管とリング状間隙間の圧力差に応じて、内管は、様々に膨張し、リング状間隙の横断面は、意図に反して、不均一に変化する。この方法は、この理由から貫徹されなかった。
【００１１】
前記のモデル調査の場合、吹込み圧は、通常の１５ｂａｒ（この場合、衝撃応力は、偶然最大である）を超えて、８０ｋｇ／ｃｍ２の値にまで上昇させられる（同様に、前記非特許文献１参照）。得られる関係は、図６で図示されている。１．７ｍｍの内径を有する円形のノズルにおける「バックアタック」効果に対する上昇する吹込み圧の効果が示され、その際、モデル的に窒素が水に吹き込まれる。気泡が大きな間隔にわたって広がっているので、増大する吹込み圧と共に「バックアタック」の周波数は明らかに低下する。累積される噴射パルスは、先ず増大する吹込み圧と共に上昇し、次に、同様に、約１５ｋｇ／ｃｍ２の吹込み圧の近傍で低下する。
【００１２】
「バックアタック」効果に影響を及ぼす別の方法は、螺旋状の捩れインサートのある又はないリング状ノズルの使用にある（非特許文献２）。ここでは、螺旋インサートによってガス流の回転運動が引き起こされ、この回転運動は、より良好な浴の混合、より少ない吹込み、そしてこれによってより僅かな「バックアタック」、より僅かな耐火壁摩耗及びより良好なガス利用を導く。欠点は、螺旋インサートを有するノズルの高い圧力損失に見られる。これは、全ての場合で可能でないガスのフィード圧力の引上げを要する。
【非特許文献１】「Injection Phenomena in Extraction and Refining」ed. by A.E. Wraith, April 1982 のＡ１〜３６ページに開示されている T. Aoki, S. Masuda, A. Hatono, M. Taga の論文「Characteristics of Submerged Gas Jets And A New Bottom Blowing Tuyere」
【非特許文献２】「Back-attack Action of Gas Jets with Submerged Horizontally Blowing and Its Effect on Erosion and Wear of Refractory Lining」J.-H. Wei, J.-C. Ma, Y.-Y. Fan, N.-W. Yu, S.-L. Yang, S.-H. Xiang, 2000 Ironmaking Conference Proceeding の５５９〜５６９ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これから出発して、本発明の根底にある課題は、冶金炉内での「バックアタック」効果を緩和又は排除し、その際、前記の欠点が生じないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題の解決策は、請求項１の特徴を有するガス供給システム及び請求項６の特徴による方法にある。
【００１５】
冶金炉のガス供給システムが、ノズルの前又はこれに配設される流入絞り装置を備えること、炉内部へのガス供給を５Ｈｚ以上の周波数で周期的に低減又は中断するように流入絞り装置の位置の切換えを制御するための制御装置が設けられていることが提案される。これにより、通常の中断のないガス流におけるよりもはるかに短い時間間隔で、気泡がノズル尖端から分離することができるということが得られる。従って、始めから小さな泡が生じ、容器壁への「バックアタック」の反作用は、はるかに少なくなる。同時に、気泡の高い表面積−容積比がある。
【００１６】
方法によれば、炉内部へのガス流が、５Ｈｚ以上の周波数で周期的に低減又は中断され、従って、ガス流が小さい容積単位に分割されることが提案される。約５Ｈｚの流入絞り装置の切換え周波数の周波数から、ほぼ同じ周波数において明らかな最大圧力振幅の低減が得られる。この有利な圧力振幅の低減は、増大する切換え周波数と共に、例えば２０Ｈｚ以上の切換え周波数における非常に有利な結果によって補強することができる。
【００１７】
流入絞り装置は、冶金炉の外側のノズル出口に配設されている。
【００１８】
基本的に、ガス流のための流入絞り装置もしくはユニットの各様式が問題になり得る。特に、機械式の装置、好ましくは電磁弁又はサーボ弁の使用が提案される。
【００１９】
流入絞り装置の配設は、好ましくは、この流入絞り装置をバイパスすることができるように行なわれるべきである。このため、システムは、遮断可能なバイパスラインを備え、これらのバイパスラインは、統合される流入絞り装置を有するそれぞれのラインに付設されている。その際、一定の吹込み段階で、例えば「バックアタック」効果がそれほど顕著でない低い吹込みレートを有する段階の場合、ガス流をバイパスラインによってのみ導き、流入絞り装置による調整を省略することが可能である。同時に、このような配設によって、流入絞り装置の１つ又は複数の運転を更に導くことができる。
【００２０】
更に、複数の流入絞り装置の運転方法を相互に同調もしくは時間制御することが提案される。相応のノズルと組み合せた複数の流入絞り装置は、同一周期又は変動周期のいずれかで運転すべきである。このため、流入絞り装置のための相応の制御装置が設けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を、以下で図面を基にして詳細に説明する。
【００２２】
図１は、概略的に、耐火内張り２を有する転炉１の例で、「バックアタック」効果の低減もしくは防止をするための本発明によるガス供給システム３を示す。側面ノズルを有する転炉の場合、転炉壁には、複数の（浸漬）ノズルが組み込まれており、これらのノズルは、転炉１の垂直位置に向かって浴表面４の下に位置する。図１には、模範的にノズル５の１つだけが示されている。ノズル５は、水平に炉の耐火内張り２を経て延在する。ノズル５は、ガス供給システム３の部分であり、このガス供給システムは、加えて複数のガスライン６を備え、このガスラインに、それぞれ１つの流入絞り装置７、ここでは電磁弁又はサーボ弁、が統合されている。この流入絞り装置７は、できるだけノズル出口の近傍に配設されている。流入絞り装置７によって、炉もしくは金属溶湯の内部へのガス供給は、周期的もしくは規則的に、低減又は全く短時間の間中断される。ガスライン６に対して平行に、ガス供給システム３はバイパスライン８を備える。遮断装置９によって、それぞれのバイパスライン８は、遮断もしくは開放することができる。開いた状態で、次に、流入絞り装置７もしくは遮断装置９は閉鎖される。弁並びに遮断装置９の制御は、制御装置１０によって担われ、この制御装置は、制御ライン１１を介して弁並びに遮断装置９と接続している。制御装置１０によって、隣接する供給ラインの個々の弁の適合も、複数のバイパスラインのノズル並びに遮断装置のために制御される。
【００２３】
図２〜４は、丸いウォータタンク内でのモデル試験の結果を示し、これらの結果においては、容器壁に対する圧力衝撃（変動圧力（ｂａｒ））が、特殊なセンサによって、時間（ｍｓ）にわたって測定された。全ての試験において、６ｍｍの直径を有する円形ノズルが、０°のノズル傾斜角度で使用された。それぞれの小さなフレーム内に、ノズルが、その容器壁に対する半径方向の影響領域と共に図示されている。測定センサは、位置Ｖ１に存在する。弁のないノズルは、先ず典型的な「バックアタック」の現象像を示す（図２参照）。既に５Ｈｚの電磁弁の切換え周波数から、ほぼ同じ周波数、ここでは７Ｈｚのパルセーション周波数、において最大圧力振幅の明らかな低減が得られた（図３）。最良の結果は、２０Ｈｚの切換え周波数で得られ、これらの結果は、同時に、使用される電磁弁に対して最大の切換え周波数を示す。全体として、増大するパルセーション周波数と共に、「バックアタック」の応力振幅が小さくなる。
【００２４】
従って、ガス流のパルセーションに基づいて、「バックアタック」効果は明らかに低減することができる。これにより、全体的に、炭素鋼又は不銹鋼を製造するための底吹き又は横吹きの転炉におけるこれまでの機械的な振動は、緩和又は抑制することができる。ノズルゾーンにおける耐火材料もしくは囲壁の摩耗は、抑制される。加えて、転炉内での気相と液相間の物質交換が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】概略図において、本発明によるガス供給システムを有する冶金炉を示す。
【図２】従来技術による弁のないノズルを有するガス供給システムのための時間に依存した変動圧力の図を示す。
【図３】電磁弁によるパルセーションをした本発明によるガス供給システムのための時間に依存した変動圧力の相応の図を示す。
【図４】サーボ弁によるパルセーションをした本発明によるガス供給システムのための時間に依存した変動圧力の図を示す。
【図５】概略的に「バックアタック」現象のメカニズムの図を示す。
【図６】特許文献１からのガス−吹込み圧に対する「バックアタック」周波数の依存性の図を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１        転炉
２        耐火内張り
３        ガス供給システム
４        浴表面
５        ノズル
６        ガスライン
７        流入絞り装置（弁）
８        バイパスライン
９        遮断装置
１０      制御装置
１１      制御ライン
１０１    ガス噴射
１０２    ノズル
１０３    金属溶湯
１０４    気泡柱
１０５    狭窄部
１０６    気泡
１０７    転炉壁
【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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