(57)【要約】【課題】付着地金となるスピッティング粒鉄が炉口へ付着し難い転炉の炉体を提供する。【解決手段】上底吹き機能を有する転炉の炉体に主原料を装入した際に、炉体の炉内高さHi，炉口内径R，炉体を出鋼側に９０°傾けた際の炉体が溶鋼を保持できる炉内保持容積Viが、2.2624ln(R)+4.4642≦H≦2.2624ln(R)+6.2856，W/2.25R2≦Hi≦W/1.50R2 ，Vi/(W×0.94/6.9)≧0.35を満たすように炉体の内壁輪郭形状を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き機能を有する転炉の炉体に主原料を装入した際に、式（１）〜式（３）を満たすべく、当該炉体の内壁輪郭形状を調整することを特徴とする炉体のプロフィール調整方法。
【数１】
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【請求項２】
前記炉体の内壁輪郭形状の調整は、炉体内に設けられた耐火物の厚みを変更することで行うことを特徴とする請求項１に記載の炉体のプロフィール調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、転炉における炉体の内壁輪郭形状を耐火物によって調整するようにした炉体のプロフィール調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に示すように転炉の操業においては、炉体内に溶銑を装入し、炉体の炉口へ上吹き用のランスを挿入した後に、このランスから溶銑に向けて酸素ガスを吹き付けることによって吹錬を行っている。このとき、転炉の操業では、炉体の底部からガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながら酸素ガスを吹き込むようにしている。
ランスから酸素ガスを吹き込む際、酸素ガスが溶銑の表面に衝突するため、溶銑の一部がスピッティング粒鉄となって炉口へと飛んでいき、このスピッティング粒鉄が炉口へ付着して地金（以降、炉口に付着した地金のことを付着地金という）となる。
【０００３】
炉口周りに付着地金が付着して堆積すると炉口が小さくなってしまうことから、例えば、炉体内にスクラップを装入する際、スクラップを炉体内へ入れるスクラップシュートが炉口に詰まってしまってスクラップを炉体内へ入れられない問題が発生する。
また、溶銑（溶鋼）の温度［℃］の測定を行うサブランスを炉体内へ挿入する際、前記サブランスが付着地金に衝突してしまう危険性がある。また、チャージ数が多くなるにつれて炉体の底部（炉底部）の耐火物が溶損して減少する結果、次第に相対的に炉口近傍が重くなり、転炉が起きあがりにくくなる傾動トリップが発生する恐れがある。
【０００４】
このように、炉口周りに付着地金が堆積すると様々な問題を引き起こすことから転炉の操業を行った際に、炉体には出来る限り、スピッティング粒鉄が炉口へ付着しないようにするのがよい。
【特許文献１】特開２００５−８９８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、ランスチップの改善などを行うことで、スピッティング粒鉄が炉口へ付着しないようにする技術が考えられているが、十分な効果が得られていないのが実情である。
さて、スピッティング粒鉄が炉口へ付着しない他の方法として、転炉の操業の際に溶銑の湯面から炉口までの距離（炉内高さ）を確保し、酸素ガスを吹き込んだ際に、スピッティング粒鉄が炉口へ届かないようにすることが考えられる。
この方法では、前記炉内高さを高くし過ぎる、即ち、炉内に入れる溶銑の量を抑えると生産性が低くなる。また、炉内高さを低くし過ぎる、即ち、炉内に入れる溶銑の量を多くすると生産性は向上するがスピッティング粒鉄が炉口へ付着するという問題があり、炉内高さをどの程度にすればよいのか未解決である。
【０００６】
また、前記炉内高さは、チャージ数が増加するにつれて炉体内に積み上げた耐火物の溶損や剥離が進行して炉体の内径や深さが大きくなるために、チャージ数の増加に伴って変化（増加）する傾向があるので、当該炉体内高さを決めるには、炉体内高さの変化を考慮する必要がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、付着地金となるスピッティング粒鉄が炉口へ付着し難くすることができるプロフィール調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、上底吹き機能を有する転炉の炉体に主原料を装入した際に、式（１）〜式（３）を満たすべく、当該炉体の内壁輪郭形状を調整する点にある。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
このようにすることで、付着地金となるスピッティング粒鉄が炉口へ付着し難くなり、炉口付近における付着地金の堆積速度（成長速度）を低下させることができ、付着地金の除去作業を少なくすることができる。
前記炉体の内壁輪郭形状の調整は、炉体内に設けられた耐火物の厚みを変更することで行うことが好ましい。
式（１）〜式（３）の導出する考え方について図１〜３を用いて説明する。
【００１０】
まず、使用する変数について説明する。図１に示すように、転炉の炉体における炉内高さＨｉを炉口から湯面までの距離とする。詳しくは、炉内高さＨｉは、炉体内に溶銑，冷銑，故銑，鉄屑などの主原料を装入した際の湯面から炉口までの距離である。炉体の直胴部内径Ｄを炉体の直胴部内に耐火物を設けたときの耐火物間の距離（内径）とする。また、炉体高さＨを炉体の底部に設けた耐火物の上面から炉口までの距離とし、炉口内径Ｒを炉体の絞り部の端部内径、即ち、絞り部の最端部（炉口縁）に設けた耐火物間の（距離）内径とする。
【００１１】
図２に示すように、炉内保持容積Ｖｉを、炉体を出鋼側へ９０°傾けた際に炉体が保持可能な溶鋼容積（言い換えれば、溶銑容積）、即ち、炉体を出鋼側へ９０°傾けた際に炉口からスラグ、さらには、溶鋼が出ないようにできる容積とする。炉内容積Ｖoを炉体内の全容積とする。
以下、具体的な導出方法について説明する。
発明者は、過去の操業において炉口へ付着した付着地金を採取し、その断面積や組成分析などを行った結果、スピッティング粒鉄の粒径が１ｍｍ程度のものが付着地金となることが分かった。
【００１２】
そこで、発明者は前記粒径が１ｍｍ程度のスピッティング粒鉄が炉口に付着しない炉内高さＨｉと炉体の炉口内径Ｒとについて検討した。具体的には、図３に示すように、炉口内径Ｒを横軸にとり、炉内高さＨｉを縦軸にとり、粒径が１ｍｍのスピッティング粒鉄が炉口に付着しない各炉内高さＨｉと炉口内径Ｒとを複数の実験や物理的な計算により算出し、図３にプロットした。
前記物理的な計算は、図７に示すように、酸素を炉体内に吹き込んだ状態でのスピッティング粒鉄の速度ｖと、酸素を吹き込んだ際に発生する上昇気流（ＣＯガス）の速度Ｖ（空塔速度）と、抗力と、重力とに着目し、これらを用いて、スピッティング粒鉄が炉口に付着しない運動方程式をたてて、これを解くこととしている。なお、スピッティング粒鉄を球状とした。
【００１３】
図３に示すように、例えば、ランスの送酸速度が７００Ｎｍ3／分であるとき、粒径が１ｍｍのスピッティング粒鉄が炉口に付着しない炉内高さＨｉと炉口内径Ｒとは、ラインＫ１（以降、未付着ラインＫ１とする）になった。この場合は、炉内高さＨｉと炉口内径Ｒとを未付着ラインＫ１上になるように決定することで、スピッティング粒鉄が付着し難い炉体を構成できることが分かった。
ここで、前記炉口内径Ｒは炉体直胴部内径Ｄで示すことも可能であって、炉内高さＨｉを炉体高さＨで示すことも可能であるため、図３で炉口内径Ｒを炉体直胴部内径Ｄに置き換えると共に、炉内高さＨｉを炉体高さＨに置き換えたとして、炉体高さＨと炉体直胴部内径Ｄとの関係について考える。
【００１４】
ラインＫ１によって、炉体高さＨと炉体直胴部内径Ｄとを決定すると様々な内容積の炉体を構成することができる。そこで、発明者は図３に炉内容積が一定の炉内容積一定ラインＶ１を描き、当該炉内容積一定ラインＶ１と前記未付着ラインｋ１との接点Ｐ１を求めた。
炉口内径Ｒ（炉体直胴部内径Ｄ）と炉内高さＨｉ（炉体高さＨ）との関係が点Ｐ１になるとき、炉内容積が一定の炉体では最もスピッティング粒鉄が付着し難い炉体となることが分かる。
【００１５】
ここで、前記点Ｐ１付近を見てみるとその付近で前記未付着ラインＫ１と炉内容積一定ラインＶ１とは近接又は重なっており、未付着ラインＫ１と炉内容積一定ラインＶとの近接点Ｐ２，Ｐ３においても前記点Ｐ１と同等の効果を得ることができる。
したがって、未付着ラインＫ１において点Ｐ２〜Ｐ３の範囲で、炉口内径Ｒと炉内高さＨｉとを決定することが好ましい。
上記と同じように、操業条件などを考慮して複数の未付着ラインと、複数の炉内容積一定ラインとの近接点を複数求め、これらの近接点に対する近似曲線を求めると、図３に示すように、曲線Ｌ１，Ｌ２になった。
【００１６】
この曲線の近似式を求めると、曲線Ｌ１は２．２６２４ｌｎ（Ｒ）＋６．２８５６となり、曲線Ｌ２は２．２６２４ｌｎ（Ｒ）＋４．４６４２となった。
したがって、炉内高さＨｉと炉口内径Ｒとの関係が曲線Ｌ１及び曲線Ｌ２で囲まれる領域（最適な領域）にあるとき、即ち、前記式（１）を満たすようにすれば付着地金の堆積速度（成長速度）を低下させることができる。
さて、炉体の炉内容積は、実際に操業を行う溶銑の量、即ち、炉体に入れる主原料の合計量Ｗに応じて決定するのが好ましい。例えば、炉体に入れる主原料の合計量Ｗに対して炉体が小さすぎると付着地金が炉口に付着し易くなり、前記合計量に対して炉体が大きすぎると放熱ロスが大きくなる。そこで、炉体内に入れる溶銑の主原料の合計量Ｗに対して、付着地金の成長速度が遅く且つ、放熱ロスや小さな炉口内径Ｒと炉内高さＨｉとの関係について、様々な実験やシュミレーションや物理的な計算により調べた。これによれば、主原料の合計量Ｗに対して炉口内径Ｒ，炉内高さＨｉとがＷ／２．２５Ｒ2≦Ｈｉ≦Ｗ／１．５０Ｒ2を満たすようにすると、付着地金の成長速度が遅いと共に放熱ロスを小さくできることが分かった。
【００１７】
さて、通常、炉体内の溶鋼（溶銑）を炉体から出鋼（出湯）するとき、炉体を出鋼側に傾けて炉体の出鋼口（出湯口）から出鋼する。溶鋼を出鋼する際、スラグが炉口から出ると、溶鋼を受ける溶鋼鍋内のスラグ量が多くなり溶鋼の品質低下を招く、さらに炉口から流出したスラグが溶鋼鍋に入らず溶鋼鍋を搬送する受鋼台車を焼損する恐れがあるため、スラグが炉口から出ないようにする必要がある。
溶鋼を出鋼する際、即ち、炉体を出鋼側に傾けたとき、スラグが炉口から出ないようにする炉内保持容積Ｖｉと炉体内に入れる溶鋼の主原料の合計量Ｗとについて様々な実験やシュミレーションや物理的な計算によりを実験により調べた。これらの関係がＶｉ／（Ｗ×０．９４／６．９）≧０．３５にすると、出鋼の際に炉口からスラグが出ることはなく、スムーズに出鋼作業を行うことができた。なお、上記式での「０．９４」は脱炭処理の際の歩留係数（％）を示したもので、上記式での「０．６９」は溶銑（主原料）の比重を示したものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、付着地金となるスピッティング粒鉄が炉口へ付着しにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
本発明の炉体のプロフィール調整方法における転炉の炉体について説明する。図１に示すように本発明の転炉は、転炉の上側から酸素をつけ且つ、転炉の底部からガスを吹き込むことができる上底吹き転炉であり、転炉の炉体１内に溶銑（溶鋼）やスクラップ等が収容可能となっている。
前記炉体１は有底で筒状に形成された鉄皮２と、この鉄皮２の内部に設けられた複数の耐火物３（例えば、耐火レンガ）から構成されている。炉体１の底部４にはガスを吹き込むための底吹き羽口５が設けられ、この底吹き羽口５（炉体の底部４）に対向する側に炉口６が形成されている。炉口６に酸素などを吹くための上吹きランス７が挿入可能になっている。
【００２０】
鉄皮２は、底部１０と、この底部１０から炉口６側にいくにしたがって徐々に内径及び外径が大きくなる拡大部１１と、この拡大部１１から連続していて内径及び外径が略一定の直胴部１２と、この直胴部１２から炉口６側にいくにしたがって徐々に内径及び外径が小さくなる絞り部１３とを備えたものとなっている。
前記耐火物３は、鉄皮２の底部１０，拡大部１１，直胴部１２及び絞り部１３に沿うように順番に鉄皮２内に貼り付けられ、貼り付けられた耐火物３の内面が鉄皮２の内面に略沿ったものとなっている。鉄皮２の直胴部１２に溶銑８（溶鋼）を出湯（出鋼）するための出湯口９（出鋼口）が形成されている。
【００２１】
以上のことから、炉体１には、鉄皮２及び耐火物３によって、外径又は内径が徐々に大きくなる炉拡大部１５が形成され、この炉拡大部１５に連続して形成され外径又は内径が略一定となる炉直胴部１６と、この炉直胴部１６から炉口６にいくにしたがって外径又は内径が小さくなる炉絞り部１７とがそれぞれ形成されている。
次に炉体のプロフィール調整方法について説明する。
本発明のプロフィール調整方法は、上底吹き機能を有する転炉の炉体１に主原料を装入した際に、式（１）〜式（３）を満たすべく、当該炉体１の内壁輪郭形状を調整するものである。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
式（１）〜式（３）において、炉内高さＨｉは主原料を炉体１内に装入した際の炉口６から湯面までの距離である。炉口内径Ｒは炉絞り部１７（鉄皮２の絞り部１３）の最端部に設けた耐火物３の内径、詳しくは、左側の最端部耐火物３ａの内面から右側の最端部耐火物３ｂの内面までの距離である。前記炉内保持容積Ｖｉは、炉体１を出鋼側に９０°傾けた際に炉体１が溶鋼を保持できる容積である。炉内容積Ｖoは炉体内の全容積（耐火物３で取り囲まれた容積）である。主原料の合計量Ｗは、プロフィール調整を完了した後に行う、１チャージ当たりの予定量であり、プロフィール調整する際に次の精錬予定に基づいて定めたものである。
【００２４】
次に、プロフィール調整方法の具体例について説明する。
炉体１の内壁輪郭形状の調整は、炉体１内に設けられた耐火物３の厚みを変更することで行うことが好ましい。例えば、既存の炉体１に対してプロフィール調整を行う場合、炉体１の補修や炉修を行う際にプロフィール調整を行うと良い。炉体１の補修や炉修の際に、炉体１に主原料を装入したと仮定したとして、式（１）〜式（３）を満たすように、耐火物３の厚みＴ１を変更する。耐火物３の厚みＴ１を変更することで、炉体１の厚みＴが変わる。なお、図１に示すように、耐火物３の厚みＴ１は鉄皮２の内面に対向する対向部から径内側までの距離とする。
【００２５】
前記炉体１の補修は、簡易的に炉体１の寿命を向上させるためにする修理であって、製鋼工場では約１０チャージ毎に炉体１に貼り付けた耐火物３に、補修用の耐火物を吹き付けることによって行うものである。このような炉体１の補修の際、補修する炉体１に主原料を装入したと仮定したとして、式（１）〜式（３）を満たすように、炉直胴部１６や炉絞り部１７及び炉拡大部１５に貼り付けた耐火物３に補修用の耐火物を吹き付けることによってそれぞれの耐火物３の厚みＴ１を変更することで内壁輪郭形状を調整する。
前記炉体１の炉修は、耐火物３の溶損がさらに進行し、耐火物自体の劣化することによって炉体１の機能が失われて寿命を迎えた炉体１を新しく再生するために行われるものである。製鋼工場では例えば、約５０００チャージ毎又は１５０日前後毎に、炉体１の温度を常温まで低下させて転炉の操業を停止した状態で、炉体１内の耐火物３を張り替えることによって行う。このような炉体１の炉修の際、式（１）〜式（３）を満たすように、炉直胴部１６や炉絞り部１７及び炉拡大部１５に新しい耐火物３を貼り付けることによって炉体１の各部分の厚みＴを変更して内壁輪郭形状の調整を行う。
【００２６】
上記では、炉体１の補修や炉修に合わせて、プロフィール調整を行っているがこれに限定されない。例えば、精錬する量（炉体１内に入れる主原料の合計量Ｗ）が大幅に変化する予定がある場合、主原料の合計量Ｗが大幅に変化する前に、主原料の合計量Ｗを考慮して炉体１のプロフィール調整を行っても良い。
また、製鋼工場において炉体１を新しく製造する（炉体を新設する）場合にも適用可能である。この場合、新設する炉体１に主原料を装入したとして、式（１）〜（３）を満たすように、鉄皮２に貼り付ける耐火物３の厚みＴ１や枚数や貼り付ける向きなどを考慮して、内壁輪郭形状の調整を行う。
【００２７】
前記式（２）は、様々な実験やシュミレーションや物理的な計算によりを実験により調べた。図４は実験結果をまとめたもので、図３に主原料の合計量Ｗに応じた装入量一定の曲線Ｌ３，Ｌ４を引いたものである。図４から分かるように、曲線Ｌ１〜Ｌ４で囲まれた境域が最も好ましい領域であり、主原料の合計量Ｗに応じて炉内高さＨｉと炉口内径Ｒとの関係をＷ／２．２５Ｒ2≦Ｈｉ≦Ｗ／１．５０Ｒ2にすることによって付着地金の成長速度が遅いと共に放熱ロスを小さくできることが分かった。
前記式（３）は、様々な実験などにより求めたもので、実験炉等で炉内保持容積Ｖｉと主原料の合計量Ｗとを変化させながら複数の脱炭処理を行った結果から求めた。
【００２８】
図５は実験結果をまとめたもので、式（３）での「Ｗ×０．９４／６．９」は出鋼する溶鋼の体積（以降、出鋼体積）を示している。図５から分かるように、炉内保持容積Ｖｉを出鋼体積で割った出鋼比率が０．３５未満であると、出鋼の際にスラグＳが炉口６から流出してその影響で出鋼時間が６分以上かかってしまい、出鋼比率が０．３５以上であるとスラグＳが炉口６から流出することもなく、出鋼時間は殆どのチャージで６分以内にすることができる。
なお、上記では、出鋼比率を０．３５以上にする、即ち、Ｖｉ／（Ｗ×０．９４／６．９）≧０．３５にすると良いことを出鋼の観点（脱炭処理を行った後に溶鋼を出鋼するという観点）から説明したが、脱りん処理の際にも脱炭処理と同じように湯面上にスラグＳが形成される。
【００２９】
したがって、脱りん処理を行った後の出湯の際にもスラグＳが炉口６からでないようにする必要があるので、Ｖｉ／（Ｗ×０．９４／６．９）≧０．３５の関係は脱炭処理の際に限定されず、脱りん処理を行って溶銑を出湯する際に出鋼比率（出湯比率）を０．３５以上にするとよい。言い換えれば、Ｖｉ／（Ｗ×０．９４／６．９）≧０．３５にするということは、脱りん処理又は脱炭処理のどちらにでも適用することができる。
図６は、炉体の形状を変えて（プロフィール調整して）操業を行った結果をまとめたものである。図６の実施例１〜４は主原料の合計量Ｗを変化させながら式（１）〜式（３）のすべてを満たすように炉体１のプロフィールを調整して脱りん処理を伴いつつ脱炭処理を行ったもので、比較例１〜１５は、少なくとも式（１）〜式（３）の一つを満たさないように炉体１のプロフィール調整して脱りん処理を伴いつつ脱炭処理を行った。
【００３０】
なお、実施例及び比較例において、転炉へ装入した溶銑の［Ｐ］濃度は、０．０３０〜０．０４０％  と、Ｐ規格の上限である０．０２０％より高いものを使用し、脱りん処理が必要な条件で行った。また、酸素を吹き込むランスは、その孔数が６個、その孔径が４２mm、送酸の吐出角度１５°、酸素を送り出す送酸素速度は３．０Ｎｍ3/分・t、ランスの高さ２．８ｍ（湯面からランスの先端までの高さ），底吹きガスの流量（速度）を０．０６Ｎｍ3/分・tとして、各実験例及び比較例の操業条件を同じにした。
各実施例及び比較例では、溶鋼１ton当たりのダスト発生量（kg/t），地金取り間隔（ch/回），即ち、付着地金の除去を終了してから再度除去作業を開始するまでに操業できる総チャージ数、放熱ロス（Ｍcal/t），溶鋼１ton当たりの溶製によって耐火物３が溶損する量を示す耐火物原単位（kg/t）、出鋼時間（分/ch）等を調べた。
【００３１】
図６に示すように、主原料の合計量Ｗが同じ場合での本発明の実施例と比較例とを比べると、式（１）〜（３）を満たす実施例では、操業上良い結果が得られた。
例えば、主原料の合計量Ｗが２００t/chである実施例２と比較例３〜６を比べると、実施例２では地金取り間隔が２０ch/回で比較例３，５，６に比べ大きく、実施例２ではダスト発生量でも１４kg/tで比較例３，５，６に比べ少なくなっている。また、実施例２での放熱ロスが１０Mcal/tで比較例４に比べ少なく、出鋼時間が６分以内となった。
したがって、主原料の合計量Ｗに応じて式（１）〜（３）を満たすように、炉体１の厚みを調整することによって主原料の合計量Ｗに適した操業を行うことができるようになった。
【００３２】
本発明の炉体のプロフィール調整方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。即ち、上記の実施の形態では、主に耐火物３の厚みＴ１を変更することで、内壁輪郭形状を調整するとしているが、鉄皮２に貼り付ける耐火物３の枚数や貼り付ける向きを変えたり、鉄皮２等に貼り付ける耐火物３（耐火レンガ）の形状を変更することで内壁輪郭形状を調整してもよい。また、上記の実施の形態では、耐火物３に補修用の耐火物を吹き付けることで耐火物３の厚みＴ１を変更しているが、当然の如く、耐火物３を削ることで当該耐火物３の厚みＴ１を変更しても良い。
【００３３】
また、本発明のプロフィール調整方法が適用される炉体は限定されない。即ち、脱りん処理を行う脱りん炉や脱炭処理を行う脱炭炉に適用できるし，操業を行う転炉の炉体であればすべてのものに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】転炉の炉体の全体側面図である。
【図２】炉体を９０°傾けたときの全体側面図である。
【図３】炉口内径と炉内高さとの関係を示す図である。
【図４】炉口内径と炉内高さとの関係図に主原料の合計量が２００ｔ/ｃｈの場合の最適領域を示した図である。
【図５】出鋼比率と出鋼時間との関係をプロットした図である。
【図６】実施例及び比較例をまとめたものである。
【図７】酸素を吹きつけた際のスピッティング粒鉄の飛翔状態でのモデル図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    炉体
２    鉄皮
３    耐火物（耐火レンガ）
【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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