(57)【要約】本発明は、ランスおよびこれを用いた操業方法に関するものであり、反応ガスが派生する容器の内部に原料ガスを吹き込み、原料ガスが経由する通路に形成されて、通路に反応ガスを流入させる吸入孔を備えることにより、容器内に吹き込まれるガスの温度を別途の加熱装置なしに容易に高めることができて２次燃焼効率を高めることができる。  また、高温で噴射されるガスを提供することにより、容器内に追加的に熱を供給することができる。これにより、容器の温度を高めるために用いられる原料の過剰な使用を抑えることができて操業にかかるコストを節減することができ、操業の効率性および生産性を高めることができる。【選択図】図３
2016505715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが発生する容器の内部に原料ガスを吹き込むランスであって、
前記原料ガスが経由する通路に形成されて、前記通路に前記反応ガスを流入させる吸入孔を備えたことを特徴とするランス。
【請求項２】
上下方向に延設され、外部と前記通路との間を遮断する壁体と、
前記吸入孔の上部に配置されて前記原料ガスを収容する貯留部と、
前記吸入孔の下部に配置されて前記原料ガスと前記反応ガスが混合される混合部と、
前記混合部の下部に所定の距離だけ延設され、ガスを前記容器の内部に排出するための排出部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のランス。
【請求項３】
前記貯留部の幅は、前記吸入孔に進むにつれて狭くなるように形成されたことを特徴とする請求項２に記載のランス。
【請求項４】
前記貯留部の先端には、前記混合部に前記原料ガスを排出するための排出口が形成され、
前記吸入孔は、前記壁体を貫通するように形成されて前記外部と前記通路を連通させたことを特徴とする請求項３に記載のランス。
【請求項５】
前記排出口は、前記原料ガスが移入される移入端と、前記移入端と対向する排出端と、を備え、
前記移入端から前記排出端に進むにつれて広くなるように形成されたことを特徴とする請求項４に記載のランス。
【請求項６】
前記混合部の幅は、前記排出部に進むにつれて狭くなるように形成されたことを特徴とする請求項２に記載のランス。
【請求項７】
前記排出部の先端は、下部に進むにつれて広くなるように形成されたことを特徴とする請求項２に記載のランス。
【請求項８】
前記吸入孔は、前記壁体の内部方向に傾くように形成されたことを特徴とする請求項４に記載のランス。
【請求項９】
溶銑を精錬する操業方法であって、
容器内に前記溶銑を設ける過程と、
前記容器の内部にランスを下降させて、前記ランスを前記溶銑の上部に位置させる過程と、
前記ランスに酸化性ガスを供給して前記溶銑に酸化性ガスを噴射する過程と、
前記溶銑内に噴射された酸化性ガスにより発生される反応ガスを前記ランスに流入させる過程と、を含むことを特徴とする操業方法。
【請求項１０】
前記ランス内に反応ガスを流入させ、前記流入された反応ガスと前記酸化性ガスを混合させる過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の操業方法。
【請求項１１】
前記反応ガスと前記酸化性ガスを混合させ、前記混合されたガスを容器内に吹き込む過程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の操業方法。
【請求項１２】
前記反応ガスは、ＣＯガスであることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランス（ｌａｎｃｅ）およびこれを用いた操業方法に係り、さらに詳しくは、ＣＯ（一酸化炭素）ガスが発生する容器内における２次燃焼率を増加させることのできるランスおよびこれを用いた操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転炉においては、溶銑中に酸素を供給して溶銑中に含まれている炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）などを酸化させて溶銑を製造し、これらの成分の酸化中に発生する熱により溶銑の温度は自体的に上昇する。このとき、一般に、溶銑の自体発生熱を用いて操業可能な鉄屑の比率は、約２０％である。
このため、鉄屑の操業比率を増加させたい場合には、酸素と反応して熱を発生し得る物質（例えば、ケイ素（Ｓｉ）または炭素（Ｃ））を溶銑内に添加する方法が用いられている。
この方法に加えて、転炉内において行われる脱炭精錬時に発生するＣＯガスを酸素と再び反応させて、ＣＯ２（二酸化炭素）に変化させるときに発生する２次燃焼熱を用いる方法がある。より具体的には、転炉に収容されている溶銑の上部にランスを位置させた後に、溶銑内に酸化性ガスを供給して溶銑の脱炭処理による熱が発生する。
【０００３】
脱炭処理においては、下記の一般式１に示すように、溶銑中の炭素（Ｃ）と酸化性ガス中の酸素（Ｏ２）が反応してＣＯを生成する反応が起き、このような１次燃焼により生成されたＣＯと酸化性ガス中のＯ２が再び反応してＣＯ２を生成する下記の一般式２の反応（以下、２次燃焼と称する。）が行われる。
〔化１〕
Ｃ＋１／２Ｏ２→ＣＯ…一般式１
〔化２〕
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２…一般式２
このように、２次燃焼は、ランスから吹き込まれた酸素と転炉内において発生されたＣＯガスが混合および反応して発生するが、一般に、吹き込まれた酸素の速度は音速よりも遅い速度を有する。このため、２次燃焼を促すためには、音速以下に酸素を吹き込む方法が求められる。また、酸素の反応を長時間維持するために、溶湯までの酸素ジェットの移動距離を長くすることが好ましい。
【０００４】
この理由から、従来は、２次燃焼を増大させるために、１）溶湯上のランスの高さを上昇させたり、２）ランスのノズルを多孔化させたりして酸素ジェットを分散させる方法、または、３）ランスノズルの形状を変更して酸素ジェットの流速を減少させる方法を用いた。このとき、３）の方法は、２次燃焼を増大させ易い方法であり、様々な形状にノズルを変更して酸素ジェットの流速を音速以下に落として２次燃焼を促す方法が用いられる。
例えば、ランスに配備されるスロート前までは酸素ガスの流速が音速以上になるようにし、スロートの下部にはガスの流速が音速以下になるように非円形断面の拡大部を有するランスを用いて２次燃焼を促していた。
【０００５】
他の方法として、ランスに形成されている通常の多孔酸素ノズルのガス噴出孔の側壁に別途のガス供給孔を多数設ける。このとき、ガス供給孔にガスを供給して酸素ジェットに旋回流を与えることにより、ガスジェットの流速を減少させる方法が挙げられる。
さらに他の方法によれば、ランスから噴射される酸化性ガスの流速を減少させ、ノズルの傾角を変更せずとも噴射ガスの噴射方向を変更するランスを提示している。これは、少なくとも２以上のガス噴射ノズルを備えるランスにおいて、少なくとも一つのノズルの噴射方向をガス噴射ノズルの中心点とランス横断面の中心点を結ぶ直線に交差する方向に沿って周期的に走査する方法を提案して２次燃焼を向上させ、転炉の炉壁に付着された地金を均一に溶解させることができると主張する。
【０００６】
さらに他の方法としては、超高速ノズルの拡大部の側面に制御用ガスを供給可能な孔を形成し、制御用ガスを吹き込むことが挙げられる。このため、吹き込まれる酸化性ガスの方向を偏向させ、速度を減少させる方法も用いられた。
また、転炉の内壁に付着された地金を均一に溶解させるためにランスの先端にランスの中心に対して同じ距離の点対称個所に向かい合うように拡大ノズルを配置し、同じ同心円上の他の個所にはストレートノズルを配置したランスを提示している。
しかしながら、従来の発明は、常温の酸素が転炉内に供給されて脱炭時に発生される高温のＣＯと反応して２次燃焼を発生するのに用いられている。このため、ＣＯが燃焼するためには一定以上の温度が求められ、常温の酸素がＣＯガスと混合されて温度が上昇してはじめて、２次燃焼が発生する。そこで、通常、吹き込まれた酸素ジェットの表面から徐々にＣＯガスと反応して２次燃焼が発生し、酸素ジェットの内部まで全てが２次燃焼に用いられるためには、酸素ジェットが相当の距離だけ進まなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、２次燃焼率を高めることのできるランスおよびこれを用いた操業方法を提供する。
本発明は、酸化性ガスの温度を手軽に高めることのできるランスおよびこれを用いた操業方法を提供する。
本発明は、溶湯内に吹き込まれるガスの流量を増大させることのできるランスおよびこれを用いた操業方法を提供する。
本発明は、工程の生産性および効率性を高めることのできるランスおよびこれを用いた操業方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によるランスは、反応ガスが発生する容器の内部に原料ガスを吹き込むランスであって、原料ガスが経由する通路に形成されて、通路に反応ガスを流入させる吸入孔を備える。
【０００９】
ランスは、上下方向に延設され、外部と通路との間を遮断する壁体と、吸入孔の上部に配置されて原料ガスを収容する貯留部と、吸入孔の下部に配置されて原料ガスと反応ガスが混合される混合部と、混合部の下部に所定の距離だけ延設され、ガスを容器の内部に排出するための排出部と、を備えていてもよい。
貯留部の幅は、吸入孔に進むにつれて狭くなるように形成されてもよい。
【００１０】
貯留部の先端には、混合部に原料ガスを排出するための排出口が形成され、吸入孔は、壁体を貫通するように形成されて外部と通路を連通させてもよい。
排出口は、原料ガスが移入される移入端と、移入端と対向する排出端と、を備え、移入端から排出端に進むにつれて広くなるように形成されてもよい。
混合部の幅は、排出部に進むにつれて狭くなるように形成されてもよい。
【００１１】
排出部の先端は、下部に進むにつれて広くなるように形成されてもよい。
吸入孔は、壁体の内部方向に傾くように形成されてもよい。
本発明の実施形態による操業方法は、溶銑を精錬する操業方法であって、容器内に溶銑を設ける過程と、容器の内部にランスを下降させて、ランスを溶銑の上部に位置させる過程と、ランスに酸化性ガスを供給して溶銑に酸化性ガスを噴射する過程と、を含み、溶銑内に噴射された酸化性ガスにより発生される反応ガスをランスに流入させる過程を含む。
【００１２】
操業方法は、ランス内に反応ガスを流入させ、流入された反応ガスと酸化性ガスを混合させる過程を含んでいてもよい。
操業方法は、反応ガスと酸化性ガスを混合させ、混合されたガスを容器内に吹き込む過程を含んでいてもよい。
反応ガスは、ＣＯガスであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によるランスおよびこれを用いた操業方法によれば、溶銑内に吹き込まれる酸化性ガスの温度を別途の加熱装置なしに容易に高めることができて２次燃焼効率を高めることができる。すなわち、溶銑の吹錬中に転炉内に発生する高温のＣＯガスの一部をランスの内部に吸入して酸素と反応させて排出することにより、ガスが高温に噴射可能である。
また、ランスの内部にＣＯガスを吸入して酸化性ガスと混合させた状態で反応容器内に吹き込むことにより、反応容器内に吹き込まれるガスの流量を増大させることができる。これにより、工程にかかる酸化性ガスの吹き込み量を減らすことができる。
さらに、高温で噴射されるガスを提供することにより、溶湯を収容する容器内に追加熱を効果的に供給することができる。これにより、従来より容器の温度を高めるために用いられてきた鉄屑、安価な鉄源、昇熱剤の過取込を抑えることができて工程にかかるコストを節減することができ、工程の効率性および生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による転炉操業工程を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態による操業方法を示す手順図である。
【図３】本発明の実施形態によるランスによる転炉操業の効果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態が適用された実施例１のランスを示す図である。
【図５】本発明の実施形態が適用された実施例２のランスを示す図である。
【図６】実施例１、実施例２のランスの排出部の先端からの距離による排出ガスの温度変化を示すグラフである。
【図７】図５のランスの吸入孔の大きさの変化に伴う反応ガスの吸入比の変化を示すグラフである。
【図８】図５のランスの吸入孔の大きさの変化に伴うガス排出部の先端におけるガスの平均温度の変化を示すグラフである。
【図９】図５のランスの吸入孔の大きさの変化に伴うガス排出部の先端におけるガスの速度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は、後述する実施形態に何ら限定されるものではなく、互いに異なる種々の形態で実現される。単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。なお、図中、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
本発明によるランスおよび操業方法は、反応ガスが発生する容器に原料ガスを吹き込むランスおよび操業方法であって、本発明においては、反応ガスとしてＣＯガスを用いてもよく、容器は転炉であってもよく、原料ガスは酸化性ガスであってもよい。
図１は、本発明の実施形態による転炉操業工程を概略的に示す図であり、図２は、本発明の実施形態による操業方法を示す手順図であり、図３は、本発明の実施形態によるランスによる転炉操業の効果を説明するための図であり、図４は、本発明の実施形態が適用された実施例１のランスを示す図であり、図５は、本発明の実施形態が適用された実施例２のランスを示す図である。
【００１６】
本発明の実施形態によるランス１００は、ＣＯガスが発生する転炉１の内部に酸化性ガスを吹き込むためのランス１００であって、酸化性ガスが経由する通路に形成されて、通路にＣＯガスを流入させる吸入孔１７０を備える。
転炉１は、溶銑を生産する設備であり、高炉から搬送されてきた溶銑を受け取って内部に収容するために上側が開放された中空型の容器状に形成される。転炉１は、溶銑を収容した後、溶銑に酸素などの酸化性ガスを吹き込んで溶銑に含まれている不純物を短時間内に酸化させて除去する吹錬工程が行われる設備である。
ランス１００は、上下方向に延設され、ガス供給器（図示せず）から供給される酸化性ガスが経由する内部通路が形成される管状を呈し、通常、円筒状に形成される。ランス１００は、外部と通路との間を遮断する壁体１１０と、吸入孔１７０の上部に配置されて酸化性ガスを収容する貯留部１３０と、吸入孔１７０の下部に配置されて酸化性ガスと反応ガスが混合される混合部１６０および混合部１６０の下部に所定の距離だけ延設され、ガスを転炉１の内部に排出するための排出部１９０を備える。
【００１７】
壁体１１０は、ガスが経由する通路を外部と遮断するためのものであり、内部にはガスが経由する通路およびガスが収容される貯留部１３０が形成される。これにより、貯留部１３０および通路を外部と遮断することができる。また、壁体１１０には高温の操業環境からランス１００およびノズルを保護するために内部に冷却水が流れるように設計されてもよい。
貯留部１３０は、吸入孔１７０の上部に所定の長さだけ延設され、先端には混合部１６０に酸化性ガスを排出するための排出口１５０が形成される。貯留部１３０は、ガス供給器から供給された酸化性ガスが貯留される空間を形成して酸化性ガスを収容する。貯留部１３０の幅は、吸入孔１７０に進むにつれて狭くなるように形成され、貯留部１３０に収容されている酸化性ガスが密集されて混合部１６０に移動されるようにしてもよい。このとき、図４および図５には、貯留部１３０が傾くように形成されて貯留部１３０の幅が狭くなることが示されているが、貯留部１３０の幅が狭くなる形状には何ら制限がなく、種々の形状に変更可能である。すなわち、貯留部１３０の幅が狭くなるとき、曲線状に緩やかに狭くなる場合、貯留部１３０の空間を広げることができる。
【００１８】
一方、本発明の実施形態によるランス１００においては、貯留部１３０がランス１００の形状と同じ形状、すなわち、円筒状に形成されるが、貯留部１３０の形状はこれに何ら限定されるものではなく、種々の形状に変形可能である。また、貯留部１３０の大きさ（すなわち、酸化性ガスが収容可能な空間）もまた何ら限定されるものではなく、貯留部１３０に収容されている酸化性ガスが排出口１５０を通過するときに圧力差により酸化性ガスの速度に変化を与え得る程度の大きさに形成されることが好ましい。
排出口１５０は、貯留部１３０の先端に形成されて混合部１６０に酸化性ガスを排出するためのものであり、酸化性ガスが移入される移入端と、移入端と対向する排出端と、を備える。このとき、排出口１５０の移入端から排出端に進むにつれて排出口１５０の幅は広くなるように形成される。これにより、酸化性ガスの速度を増加させて、酸化性ガスが排出口１５０を通過するときに音速に達するようにし、ランス１００の下部に排出されるときには音速以上の速度で噴出されるようにする。一方、排出口１５０は、ランス１００の一箇所にのみ配備されると示されているが、ランス１００の長さおよび形状に応じて排出口１５０の配備数は変更可能である。
【００１９】
混合部１６０は、吸入孔１７０の下部に配置されて酸化性ガスとＣＯガスを混合するために形成される。このとき、混合部１６０は、貯留部１３０から供給される酸化性ガスを収容し、吸入孔１７０を介して流入するＣＯガスが混合される時間を提供するために、所定の長さだけ延設されてもよい。すなわち、図４および図５に示すように、混合部１６０は、酸化性ガスおよびＣＯガスが混合部１６０内において十分に反応可能な長さに形成されることが好ましい。
また、混合部１６０の幅は、下部に形成される排出部１９０に進むにつれて狭くなるように形成されてもよい。これは、幅を狭く形成すれば、混合部１６０において混合されたガスが高速にて排出部１９０に向かって移動可能になるためである。この詳細については後述する。一方、混合部１６０の幅を狭く形成する方法は、上述した貯留部１３０と同様に、直線状または曲線状に形成して幅を狭めてもよい。
【００２０】
吸入孔１７０は、本発明において最も重要な構成要素であり、ランス１００内に酸化性ガスが通過する経路に、ランス１００の外部ガスを吸入するために配備される。すなわち、同図を参照すると、ランス１００の壁体１１０を貫通して外部と通路を連通させる。吸入孔１７０は、ランス１００の内部を移動する酸化性ガスが吸入孔１７０を介して外部に排出されることを防ぎ、外部ガスが混合部１６０に移動して酸化性ガスと混合されるように、壁体１１０の内部方向に傾くように形成されてもよい。すなわち、壁体１１０の外周面から内部に進むにつれてランス１００の下方に吸入孔１７０が勾配をもって形成される。
このように形成される吸入孔１７０を介して転炉１の溶銑に吹き込まれた酸化性ガスの酸素と溶銑中の炭素の反応により生成されるＣＯガスが吸入される。これは、貯留部１３０と混合部１６０との重なり合い部分に形成された通路を介して混合部１６０にＣＯガスが流入する。すなわち、酸化性ガスと炭素が反応して転炉１内にはＣＯガスが存在し、酸化性ガスを高速にて吹き込むとき、周りのガスが巻き込まれるベンチュリ効果によりＣＯガスがランス１００内に吹き込まれる。
【００２１】
一方、吸入孔１７０の最適化された大きさは、ランス１００の形状に応じて異なってくる。しかしながら、吸入孔１７０があまりにも大きく形成される場合には、外部とランス１００の内部との圧力差が小さいため、外部から吸入されるＣＯガスの流量が減る虞があるため適切な大きさに形成されることが好ましい。このため、本発明においては、後述する実施例２のランスの吸入孔の大きさによる効果の変化を通じて吸入孔１７０の効果について説明するだけであり、吸入孔１７０の大きさおよび形状は限定しない。
排出部１９０は、混合部１６０の下部に所定の距離だけ延設されて、混合部１６０から移動したガスを転炉１の内部に排出させる。このとき、排出部１９０の形状は限定しないが、ランス１００の内部を高速にて移動するガスを排出部１９０を介して溶銑内に高速にて吹き込むためにガスの移動方向と平行な方向に形成されることが好ましい。一方、排出部１９０は、図４に示す排出部１９０ａのように等幅に形成されてもよいが、図５に示す排出部１９０ｂのように先端が下部に進むにつれて広くなるように形成されてもよい。したがって、以下、それぞれの排出部１９０ａ、１９０ｂの効果について詳述する。
【００２２】
以下、上述したようにして形成されたランス１００を用いた本発明の操業方法および効果について説明する。
本発明の実施形態による操業方法は、溶銑を精錬する操業方法であって、転炉１内に溶銑を設ける過程と、転炉１の内部にランス１００を下降させて、溶銑の上部に位置させる過程と、ランス１００に酸化性ガスを供給して溶銑に酸化性ガスを噴射する過程と、を含み、溶銑内に噴射された酸化性ガスにより発生される反応ガスをランス１００に流入させる過程を含む。
【００２３】
以下、操業方法について詳細に説明する。
まず、転炉１には高炉から搬送された溶銑が設けられる（Ｓ１０）。このとき、溶銑内の不純物を除去するために転炉１の内部にランス１００を装入してランス１００が溶銑の上部に所望の高さに位置するようにする（Ｓ２０）。
このようにランス１００を位置させた後、ガス供給器から供給される酸化性ガスを溶銑に噴射して溶銑の吹錬を始める（Ｓ３０）。このとき、酸化性ガスは、ランス１００の内部を移動しながら排出口１５０を経由しつつ進行速度が高まり、排出部１９０を介して排出される酸化性ガスは高速にて溶銑に噴射される。このように酸化性ガスの吹き込みにより、酸化性ガスの酸素（Ｏ２）と溶銑内に存在する炭素（Ｃ）は互いに反応してＣＯガスが発生し（Ｓ４０）、溶銑の脱炭作業が行われる。次いで、発生されるＣＯガスは転炉内に残留するとともに、気体の特性上、転炉１の上部に浮き上がる。
【００２４】
次いで、上部に浮き上がるＣＯガスは、ランス１００の側面に形成された吸入孔１７０を介してランスの内部に流入する。このとき、ＣＯガスの吸入孔１７０への流入は、ランス１００から溶銑に吹き込まれる高速の酸化性ガスにより発生するベンチュリ効果によるものである。
このようにランス１００内に流入したＣＯガスは、既にランス１００内に存在する酸化性ガスとランス１００内において混合される。このとき、酸化性ガスとＣＯガスの反応によりガスの温度が上昇する。また、ランス１００内にＣＯガスがさらに流入することにより、酸化性ガスのみ供給されるときよりも多量の混合ガスが転炉内に吹き込まれる。このため、結果的には、溶銑に吹き込まれるガスの流量が増大され、吹き込まれるガスの温度が上がることにより２次燃焼率も高くなる。
【００２５】
以下、本発明の実施形態によるランスによる本発明の効果を説明するための実施例を提示する。しかしながら、下記の実施例は本発明を説明するための単なる例示に過ぎず、本発明の権利範囲を制限するためのものではない。
図６は、ランスの排出部の先端からの距離による排出ガスの温度の変化を示すグラフである。
本発明の実施形態によるランスを用いたとき、実際にランス１００の周りの反応ガスであるＣＯガスのランス１００の内部への巻き込みが発生するか、巻き込み量はどれ位であるか、ランス１００の内部において酸化性ガスと反応して排出部１９０に排出されるときのガスの平均温度はどれ位であるかを調べるために流体解析プログラムを用いて熱流動解析を行った。
【００２６】
解析のために、下記表１の想定下で計算を行った。
【表１】
2016505715.tif 000003
すなわち、高さ２０６５ｍｍおよび内径１２２６ｍｍを有する試験用転炉に２トンの溶銑を収容した後、吹錬時間２０分、ランスからの送産量６Ｎｍ３／分、溶銑に吹き込まれた酸素が溶銑中の炭素と反応して発生する反応ガス１００％を基準として９５％のＣＯおよび５％のＣＯ２を発生させると想定する。このとき、初期に生成された反応ガスの温度は１５００℃であると想定し、吹き込みランスは高温による影響を極力抑えるための水冷を考慮して内部の表面における熱伝達計数が１００００Ｗ／ｍ２・Ｋであると想定して冷却が行われる条件下で計算を行った。
【００２７】
一方、上述した酸素吹き込みランスとしては、図４および図５に示す実施形態によるランスを用いた。本発明の第１の実施形態および第２の実施形態によるランスは、単孔付き超高速ノズルの下部の側壁に周りのガスの吸入のための吸入孔１７０があり、下部の進行される壁体の形状を異ならせてそれぞれの実施例の影響を把握するために製作された。このとき、第１の実施形態および第２の実施形態によるランスの詳細数値を下記表２に示す。
【表２】
2016505715.tif 000004
ここで、側壁に形成される吸入孔１７０は、図４および図５の断面形状が長手方向の軸を中心として回転して形成された円筒状であると想定して計算した。
表２を参照すると、図５に示す第２の実施形態によるランス１００ｂは、第１の実施形態によるランス１００ａに比べて、長さｈに見合う分が下部に延設され、ランス１００ｂの内部に、ガスが経由する通路が、排出口１５０の部分を抜け出た後に拡大−縮小−拡大される通路をもって形成されることを確認することができる。これは、第１の実施形態によるランス１００ａ内における、ガスが排出される排出部１９０ａの先端がｅの直径を有し、第２の実施形態によるランス１００ｂは、排出部１９０ｂの先端がｅよりも大きなｉの大きさを有することを確認することができる。
【００２８】
このように、第１および第２の実施形態によるランスにおけるＣＯガスの吸入と関連する計算結果を示す値を下記表３に示す。
【表３】
2016505715.tif 000005
ここで、速度は、それぞれのランスに形成された吸入孔を介して流入する反応ガスの速度を示し、流量は、吸入孔を介して流入する反応ガスの流量を示す。また、割合は、転炉内に供給された酸素の総量に対する吸入された反応ガスの重量％を示す値である。
【００２９】
上記表３から下記の結果を確認することができる。
［実施例１対実施例２］
実施例１のランス１００ａは、吸入孔を介して流入する反応ガスの速度が７５．４７ｍ／ｓであり、流入量が０．０４ｋｇ／ｓであり、酸素に対する吸入比が２８．２ｗｔ％であることを表３から確認することができる。一方、実施例２のランス１００ｂは、反応ガスの速度が１１７．９５ｍ／ｓであり、流入量が０．０６４ｋｇ／ｓであり、酸素に対する吸入比が４５．１ｗｔ％であって、実施例１のランス１００ａに比べて反応ガスの吸入変数がいずれも高い値を有するということを確認することができる。
このとき、実施例２の変数が実施例１に比べて高い値を有する理由は、ランス１００ｂの下部に進行される壁体の内部の形状によりそれぞれの変数の効率が高まったためである。すなわち、実施例２のランス１００ｂは、ガスが経由する通路の断面形状がランス１００ｂの内部のガスの速度に影響を及ぼすように形成されるためである。より具体的に、実施例２のランスは、ベンチュリ管と略同じ形状に形成され、ランス１００ｂの中央部を基準として上下部が喇叭状に広くなる。このため、ベルヌーイの理論によりランス１００ｂの中央部を経由するときにガスの速力が高まり、且つ、内部圧力が低くなる。
【００３０】
このため、実施例２のランス１００ｂの内部の圧力は、実施例１のランス１００ａの内部の圧力よりも相対的に低い。これは、実施例１および実施例２の内部の圧力よりも相対的に高い転炉内の反応ガスが低圧力のランス１００の内部に吸入される現象であるが、実施例２のランス１００ｂの内部の圧力が実施例１よりも低いため、外部の圧力およびランスの内部の圧力の安定化のために反応ガスが移動することが実施例２のランス１００ｂに対して一層活発に行われるためランス内に移動する反応ガスの速度、流量および割合が実施例１のランス１００ａよりも増加された数値を有する。
このように、上述した内容からは、ランス１００に吸入孔１７０を形成することによりランス１００内に反応ガス（ＣＯガス）が流入し、且つ、ランスの形状に応じて流入する反応ガスの変数に対する値を確認することができた。このため、図６のグラフを参照すると、実施例１および実施例２は、ランスの排出口からの距離を考慮したとき、比較例よりも高い温度で排出されることを確認することができる。すなわち、ランス内において酸化性ガスと反応ガス（ＣＯガス）が反応して混合されたガスの温度が上がることにより、ランスから排出されるガスの温度が従来のランスと比較したときに、初期から高い温度で排出可能である。このため、ガスの噴出温度が初期から高く保たれるので、転炉に吹き込まれるガス中の酸素が周りのＣＯガスと容易に反応する環境が造成されて２次燃焼率が高まる。
【００３１】
このとき、本発明においては、ランス１００内への反応ガスの流入を増大させ得る様々な形状のランスを例示したが、ランス１００の形状は、実施例１、実施例２のランスに何ら限定されるものではなく、吸入孔１７０を有し、且つ、反応ガスの吸入速度、吸入量、吸入比を増大させる様々な形状に変更して、２次燃焼率を高めるように製作することができる。
上記表３により本発明のランス１００に対する効果が証明された後、実際にランス１００を製作するために具体的な数値の決定が求められる。このため、本発明においては、ランス１００に形成される吸入孔１７０の大きさによる実験を行った。このとき、ランス１００としては、上述した実施例１、実施例２のランスのうち高い変数の数値を示す実施例２のランス１００ｂを用いた。
図７は、図５のランスの吸入孔の大きさの変化による反応ガスの吸入比の変化を示すグラフである。図８は、図５のランスの吸入孔の大きさの変化によるガス排出部の先端におけるガスの平均温度の変化を示すグラフである。図９は、図５のランスの吸入孔の大きさの変化によるガス排出部の先端におけるガス速度の変化を示すグラフである。
【００３２】
図７、図８および図９を参照すると、ランス１００ｂの吸入孔１７０が大きくなれば大きくなるほど、吸入孔１７０を介して流入する反応ガスの割合と、排出部１９０ｂを介して排出されるガスの平均温度および排出されるガスの速度が増加することを確認することができる。しかしながら、吸入孔１７０の大きさの増加に対するそれぞれの変数の増加幅は緩やかであることを確認することができる。これは、吸入孔１７０が大きくなれば大きくなるほど、ランス１００ｂの内部および外部間の圧力差が減ってむしろ吸入孔１７０を形成することにより得られる効果が低減されるためである。また、吸入孔１７０をあまりにも大きく形成すれば、冷却水ラインが設計し難くなるため適当な大きさに吸入孔１７０を形成することが好ましい。このため、実施例２のランス１００ｂにおいては、吸入孔１７０の大きさが１０ｍｍであることが最も好ましいといえる。しかしながら、吸入孔の大きさはこれに何ら限定されるものではなく、用いるランスに応じて変更可能である。
上述したように、本発明の実施形態によるランスは、溶銑が収容される転炉において、溶銑内への酸素の吹き込みにより発生するＣＯガスをランスの内部に吸入し、ランス内において酸化性ガスとＣＯガスを混合する。したがって、ランスを介して排出されるガスの温度および流量を増大させることができる。
このように転炉内にガスが吹き込まれると、２次燃焼率が高まり、高温のガスは転炉内に熱を追加的に供給する役割を果たして、鉄屑の使用量および安価な鉄源の利用性の拡大、昇熱剤の低減、熱的余裕による過取込の抑制などを図ることができて工程にかかるコストを節減して生産性を高めることができる。
【００３３】
以上、本発明を添付図面および上述した好適な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲により限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明を種々に変形および修正することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１：転炉
１００，１００ａ，１００ｂ：ランス
１１０：壁体
１３０：貯留部
１５０：排出口
１６０：混合部
１７０：吸入孔
１９０，１９０ａ，１９０ｂ：排出部
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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