(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底吹き転炉に保持した溶銑に、炉底羽口を介して酸化性ガスを吹き込み脱炭精錬するに際して、
前記転炉の上方からそのフリーボードの上部に、平面視で、該転炉のトラニオン軸に沿う方向にはストレートノズルの先端が、該軸に垂直な方向には急拡大ノズルの先端が向くガス吹きランスを挿入すると共に、各ノズルから酸素ガスを噴射させ、炉口部に付着する地金を溶解して脱炭精錬中の前記溶銑に流下させることを特徴とする底吹き転炉の炉口付着地金の除去方法。
【請求項２】
前記ストレートノズルに代え、ラバールノズルを使用することを特徴とする請求項１記載の底吹き転炉の炉口付着地金の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、底吹き転炉の炉口付着地金の除去方法に係わり、詳しくは、鋼の脱炭精錬に使用される酸素底吹き転炉の炉口部に付着する地金を、脱炭精錬中に溶解除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼の脱炭精錬に使用される酸素底吹き転炉（以下、単に底吹き転炉という）では、図１に模式的に示すように、脱炭精錬時に底吹き羽口１を介して炉内に吹込まれる酸素ガス２のジェットにより、あるいは該精錬時の脱炭反応によって発生するＣＯガス気泡の破裂等に起因して、溶銑又は溶鋼３が炉内で飛散し、その一部が地金４としてフリーボード（鋼浴面より上方の空間）５の内壁耐火物６に付着することが多い。その付着した地金４のうち、該転炉の比較的低い位置（例えば、直胴部７や絞り部８の下部）に付着したものは、鋼浴面からの輻射熱等によって再溶解して容易に鋼浴に戻るが、炉口９の直下から絞り部８の上部にかけての領域（この領域を、本発明では炉口部１０という）に付着したものは、鋼浴面から遠いため再溶解せずに残存し、多数ヒート（チャージともいう）の精錬を続けるうちに次第に厚く肥大する。この底吹き転炉１１の炉口９は、溶銑やスクラップ等の製鋼原料を装入するのに使用されるので、該炉口部１０の付着地金４が肥大してくると、これらの原料装入に支障をきたすことになる。また、炉口部１０に地金４が付着し、精錬中に再溶解しないと、溶鋼３になる鉄歩留りの低下という問題をも引き起こす。
【０００３】
従来、このような炉口部１０に付着した地金４は、以下のような方法で除去していた。その一つは、炉を倒立して底吹き羽口から酸素及び炭化水素を噴出させ、生成する火炎で炉口に付着した地金を溶解し、炉の下方に配置した地金回収容器に流下させる方法（この方法をスウェッティングと呼ぶ）である。しかしながら、この方法は、精錬を行っていない時にしか実施することができない上に、炉口部の地金を十分に溶解するには長時間を要するので、頻繁に行うと、転炉の生産能率を低下させることになる。また、底吹き羽口の周囲にある耐火物が長時間にわたり高温で、且つ酸化性の雰囲気にさらされるので、損耗が激しいという問題もあった。
【０００４】
他の除去方法として、やはり脱炭精錬を行っていない時に、正立させたままの炉口から特殊な治具を装着した酸素吹きランスを挿入し、該ランスの先端から炉口部の内周面に付着した地金に酸素ガスを吹き付け、該地金を酸化発熱させつつ溶解する方法がある（例えば、特開２００１−１９２７２２号公報参照）。ところが、この方法も精錬を行っていない時にしか実施できないので、この作業を頻繁に行うと、前記した方法と同様に、転炉の生産能率を低下させる。また、炉口部に向けて酸素を直接吹き付けるので、過度に行うと、地金だけでなく内張り耐火物までも溶損してしまう恐れがあった。
【０００５】
さらに、別の除去方法として、脱炭精錬を行っている底吹き転炉の上方から、水平方向に酸素を噴射するノズルを備え、回転及び昇降自在な酸素吹きランスを挿入し、該ノズルを介して地金に酸素ガスを直接吹き付け、地金を酸化発熱させつつ溶解する方法もある（例えば、特開平５−３２０７３２号公報参照）。この除去方法は、脱炭精錬中に実施できるので、転炉の生産能率を阻害することはない。しかしながら、地金に向けて酸素ガスを直接吹き付けるので、過度に行うと、地金だけでなく内張り耐火物まで溶損してしまう恐れがあり、実用し難いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、炉の生産能率を従来より低下させず、且つ内張り耐火物の溶損を抑制可能な底吹き転炉の炉口付着地金の除去方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、底吹き転炉に保持した溶銑に、炉底羽口を介して酸化性ガスを吹き込み脱炭精錬するに際して、前記転炉の上方からそのフリーボードの上部に、平面視で、該転炉のトラニオン軸に沿う方向にはストレートノズルの先端が、該軸に垂直な方向には急拡大ノズルの先端が向くガス吹きランスを挿入すると共に、各ノズルから酸素ガスを噴射させ、炉口部に付着する地金を溶解して脱炭精錬中の前記溶銑に流下させることを特徴とする底吹き転炉の炉口付着地金の除去方法である。この場合、前記ストレートノズルに代え、ラバールノズルを使用しても良い。
【０００９】
本発明によれば、酸素ガスを炉口地金に直接吹き付けないので、内張り耐火物の溶損を促進せずに、該炉口地金の溶解除去が可能になる。また、脱炭精錬中に実施されるので、炉の生産能率が従来より低下しない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
まず、本発明者は、転炉の生産能率を低下させないためには、図１に示した炉口部１０の地金４の溶解は、精錬中に行うのが良いと考えた。しかし、該炉口部１０の付着地金４に酸素ガスを直接吹き付ける従来の技術（例えば、特開平５−３２０７３２号公報記載）では、炉口部１０の地金４だけでなく、それが付着している内張り耐火物６まで溶損する恐れがある。
【００１２】
そこで、本発明者は、酸素ガスと地金とを反応させて発生した熱で、地金を直接加熱するのではなく、脱炭精錬で発生したＣＯガスを下記のように二次燃焼し、それによって生じた雰囲気によって地金を間接的に加熱することを想到した。かかる間接加熱であれば、加熱が穏やかに行われるので、地金が多少過度に加熱されたとしても、直接加熱ほどに急激に耐火物が溶損するリスクが少ないからである。
【００１３】
底吹き転炉での溶銑の脱炭精錬では、該転炉内に供給された酸素ガス等の酸化性ガスによる燃焼反応は、溶鋼中の炭素等の成分元素が酸素と反応し、（１）式に示すようなＣＯガスの生成反応（これを一次燃焼と称す）と、この一次燃焼で生成したＣＯがさらに炉内のフリーボードで酸素ガスと反応して（２）式に示すようなＣＯ2を生成する反応（これを二次燃焼と称す）の二種類がある。
【００１４】
Ｃ＋１／２・Ｏ2→ＣＯ…（１）
ＣＯ＋１／２・Ｏ2→ＣＯ2…（２）
これらの反応の燃焼熱は、二次燃焼の方が一次燃焼に比較して２．５倍大きいので、この二次燃焼を利用すれば、炉口部に付着した地金を溶解除去することができると考えたのである。酸素底吹き転炉では、炉底羽口を介して吹き込まれる脱炭精錬用の酸素は、鋼浴中に直接吹込まれるので、すべての酸素が（１）の反応にほぼ消費されてしまい、（２）式の二次燃焼を起こす余地がない。従って、二次燃焼を起こさせるには、転炉の上方からガス吹きランス（以下、上吹きランスという）を別途炉内へ挿入して酸素ガスを炉内に供給しなくてはならない。ところが、該上吹きランスからの酸素の噴射を鉛直下向きで行うと、酸素の大部分が鋼浴中Ｃとの（１）式に示した一次燃焼反応に消費されてしまう。一方、酸素ガスを横向きに噴射すると、前記特開平５−３２０７３２号公報記載の技術のように、地金を直接酸化するばかりでなく、耐火物の溶損をも招く恐れがある。そのため、二次燃焼を効果的に生じさせるには、ランスからの酸素の噴射方向を適切に定める必要があった。
【００１５】
転炉内で前記二次燃焼の比率を向上させて銑（鋼）浴への入熱を増大し、主に上吹き転炉へのスクラップや鉱石の装入量を増やす試みは、従来から知られていた。例えば、本出願人が先に実開平１−ｌ１０２４６号公報にて開示したように、通常の脱炭精錬に供される酸素（すなわち、一次燃焼に寄与する酸素）を供給するためのラバールノズル１２（ラッパのように孔径が先端に向けて大きくなる）と、二次燃焼に寄与する酸素を供給するための急拡大ノズル１３とを一本のランス１４内に備えるようにしたランス（図２（ｂ）の平断面図参照）を介して、酸素ガス２を炉内へ吹き込む技術である。ここで、上記の急拡大ノズル１３とは、図２（ａ）の横断面図で示すように、ランス１４内の酸素流路１５に連通する円筒状の絞り部１６とその出口からランス１４の外に向けて設けられ、前記絞り部１６の直径に対して急に拡大した直径を有する拡大孔１７を有するノズルである。この急拡大ノズル１３によれば、ランス内の酸素流路１５から絞り部１６によって圧縮された酸素ガス２は、拡大孔１７に入ったところで急に体積が膨張し、ガス流の内部に乱流を発生すると共に、急速に流速を低下しつつ、ランス外の空間へと噴出する。この流速の低下によって、急拡大ノズル１３からの酸素噴流は、銑（鋼）浴面にまで達することが少なくなり、また乱流により巻き込むＣＯガスの量が増えて、二次燃焼の比率を向上させる。
【００１６】
なお、前記図２（ｂ）の平断面図では、急拡大ノズル１３を内側の径が小さい二重丸で、ラバールノズル１２を内側の径が大きい二重丸で表示した。また、以後において、ストレートノズルを表示する場合には、単に丸印とする。
【００１７】
本発明の対象である底吹き転炉１１では、銑（鋼）浴の脱炭は、ほとんど炉底に設けた底吹き羽口１から吹込む酸素ガス２によって行われるので、二次燃焼用の上吹きランスには専ら二次燃焼に寄与することだけが求められる。そこで、本発明者は、二次燃焼用の上吹きランスの先端に急拡大ノズル１３だけを複数備えた図３（ａ）及び（ｂ）に示すようなランス１４を試作した。そして，各急拡大ノズル１３の先端を、平面視で転炉を傾動させるトラニオン軸１９に沿った方向２０及び該トラニオン軸１９に垂直な方向２１に向けて酸素ガス２を噴射し、炉口地金４の溶解、除去をする試験操業を行った。ところが、その結果は、図４に示すように，酸素ガス２が噴射する方向の地金は溶解できたが、隣り合うノズル間に対向する位置に付着する地金４は残存したままであった。ランス１４の先端に隙間無く急拡大ノズル１３を配設することは、ランス１４の太さが限られている以上困難であり、残存地金が発生しないようにするには、別の手段を考える必要があった。
【００１８】
本発明者は、上記のように急拡大ノズル１３のみを配置したランス１４では、炉内のガス流れのパターンが一定方向で定常化してしまうと考え、そのようなガス流れを解消することを鋭意研究した。そして、炉の内周方向でのガス流れのバランスを崩すには、上記のようにランス１４に設けるノズルをすべて急拡大ノズル１３にするのではなく、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなストレートノズル２２を一部に配設したランス１４を試作し、急拡大ノズル１３を平面視で転炉のトラニオン軸１９に沿った方向２０に向けた場合及び軸に垂直な方向２１に向けた場合の二通りについて試験操業を行った。その結果、急拡大ノズル１３をトラニオン軸１９に沿う方向２０に向けて配置した場合は、図６に示すように、該軸に垂直な方向で地金の残存が見られたばかりでなく、トラニオン軸１９に沿う方向２０では、炉口部１０の内張り耐火物６に溶損が発生した。一方、急拡大ノズル１３をトラニオン軸１９に垂直な方向２０に向けて配置した場合には、図７に示すように、トラニオン軸１９に沿う方向２０及び該垂直な方向２１の地金４は十分に溶解できており、また耐火物６の溶損も発生しなかった。また、前記ストレートノズル２２に代え、ラバールノズル１２を使用したところ、図８に示すように、全く同様の結果が得られた。
【００１９】
そこで、この図７に示した結果に基き、底吹き転炉に保持した溶銑に、炉底羽口を介して酸化性ガスを吹き込み脱炭精錬するに際して、前記転炉の上方からそのフリーボードの上部に、平面視で、該転炉のトラニオン軸に沿う方向にはストレートノズルの先端が、該軸に垂直な方向には急拡大ノズルの先端が向くガス吹きランスを挿入すると共に、各ノズルから酸素ガスを噴射させ、炉口部に付着する地金を溶解して脱炭精錬中の前記溶銑に流下させることを本発明としたのである。なお、この場合、図８に基き、前記ストレートノズルに代え、ラバールノズルを使用しても良い。
【００２０】
【実施例】
容量２８０トンの底吹き転炉に地金溶解用の上吹きランスを配設し、溶銑の脱炭精錬中に炉口部に付着した地金を溶解、除去する試験操業を行った。主原料は、予め予備脱燐処理を施した１２００〜１２６０℃の溶銑であり、下記の本発明例１、本発明例２及び比較例のいずれにおいても、それぞれ１００ヒート実施した。上吹きランスは、ノズルの形状及び配設位置を除いては、本発明例１、本発明例２及び比較例の各操業とも共通であり、酸素ガスの供給速度が２００ｍ3／ｍｉｎ（標準状態）で、１ヒート当たりの平均酸素供給量は２０００ｍ3／ヒートである。また、ランスは、その先端が炉口からの距離で１．０ｍの位置になるように挿入した。
（本発明例１）
上吹きランスとして、図５に示したようなノズルを備えたものを用いた。急拡大ノズルの寸法は、絞り部の直径が２２ｍｍ、拡大孔の直径が４４ｍｍであり、拡大孔の長さは１２５ｍｍとした。ストレートノズルは、全長にわたって直径が２２ｍｍである。このようなランスを、急拡大ノズルがトラニオン軸と平面視で垂直な方向に、ストレートノズルがトラニオン軸に沿う方向に向けて転炉内に挿入した。
（本発明例２）
上吹きランスとして、図２に示したようなノズルを備えたものを用いた。急拡大ノズルの寸法は、本発明例１と同じで絞り部の直径が２２ｍｍ、拡大孔の直径が４４ｍｍであり、拡大孔の長さは１２５ｍｍとした。ラバールノズルは、スロート部２３の直径を２５ｍｍ、出口部の直径を３３ｍｍ（開口比１．３２）とした。このようなランスを、急拡大ノズルがトラニオン軸と平面視で垂直な方向に、ラバールノズルがトラニオン軸に沿う方向に向けて転炉内に挿入した。
（比較例）
上吹きランスとして、図３に示したようなノズルを備えたものを用いた。急拡大ノズルの寸法は、本発明例１及び本発明例２と同じで、絞り部の直径が２２ｍｍ、拡大孔の直径が４４ｍｍであり、拡大部の長さは、１２５ｍｍとした。
【００２１】
以上の３種類のランスによる試験操業の結果を、表１にまとめて示す。なお、表１の地金の付着状況は、脱炭精錬後の溶鋼を出鋼した後に、炉体を傾動させ、作業者が炉口から内部を観察すると共に、レーザ距離計を用いて多くの位置で地金の厚みを測定し、模式的に図示したものである。
【００２２】
【表１】
0003750624.tif 000002
【００２３】
表１より、本発明例１及び本発明例２では、転炉の全内周にわたって炉口付着地金を溶解することができ、しかも炉口部の耐火物の溶損は生じていないことが明らかである。また、本発明例２では、急拡大ノズルではない方のノズルをラバールノズルとしたが、そのラバールノズルから噴出した酸素ガスの直進性が高まり、そのために脱炭速度が向上し、平均の吹錬時間が１６．５分／ヒートであった。一方、急拡大ノズルではない方のノズルをストレートノズルとした本発明例１では、本発明例２の場合より脱炭速度が遅く、平均の吹錬時間は１７．２分／ヒートであったが、全ノズルを急拡大ノズルとした比較例よりは、短時間で吹錬が完了できた。
【００２４】
これに対して、比較例では、排ガス分析の結果を利用して計算した二次燃焼率は、本発明例より高くなったが、実際の炉口付着地金の溶解状況は、本発明例１及び本発明２のいずれよりも劣ったものとなった。しかも、トラニオン軸に沿う方向の炉口耐火物に溶損が発生していた。さらに、ランスを介しての上吹き酸素は、ほとんど脱炭反応には寄与しなかったので、転炉の吹錬時間は平均で１８．１分／ヒートとなり、上記の本発明例１及び本発明例２のいずれよりも劣ることとなった。ここで、上記二次燃焼率は、（上吹き酸素のうち二次燃焼に使用された量／上吹き酸素全量）×１００として定義される。
【００２５】
なお、上述の本発明の説明においては、４孔ノズルのランスを例にして説明したが、ランスに設けるノズルの数は、必ずしも４個である必要はない。例えば、急拡大ノズルを４個とストレートまたはラバールノズルを２個有する６孔ノズル、あるいは急拡大ノズルを２個とストレート又はラバールノズルを４個有する６孔ノズル、また、急拡大ノズルを４個とストレートまたはラバールノズルを４個有する８孔ノズル等、ランスの径によって許容しうる寸法のノズルを本発明の趣旨に合致するように配置したものであればノズル数を問うものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明により、転炉の生産能率を低下させたり、耐火物を傷める等の問題を生じることなく、底吹き転炉の炉口付着地金を溶解、除去できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な底吹き転炉を示す横断面図である。
【図２】急拡大ノズル及びラバールノズルを同時に備えたランスを示す図であり、（ｂ）は横断面、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視である。
【図３】急拡大ノズルだけを複数備えたランスを示す図であり、（ｂ）は横断面、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ矢視である。
【図４】図３のランスを用いた試験操業の結果としての地金溶解状況を示す平面図である。
【図５】急拡大ノズル及びストレートノズルを同時に備えたランスを示す図であり、（ｂ）は横断面、（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視である。
【図６】図５に示したランスの急拡大ノズルを、平面視で、転炉のトラニオン軸に沿った方向に向けて行った試験操業の結果の地金溶解状況を示す平面図である。
【図７】図５に示したランスの急拡大ノズルを、平面視で、転炉のトラニオン軸に垂直な方向に向けて行った試験操業の結果の地金溶解状況を示す平面図である。
【図８】図５のストレートノズルに代えてラバールノズルを使用し、急拡大ノズルを、平面視で、転炉のトラニオン軸に垂直な方向に向けて行った試験操業の結果の地金溶解状況を示す平面図である。
【符号の説明】
１    底吹き羽口
２    酸素ガス
３    溶銑又は溶鋼
４    地金（付着地金）
５    フリーボード
６    内壁耐火物（内張り耐火物）
７    直胴部
８    絞り部
９    炉口
１０  炉口部
１１  底吹き転炉
１２  ラバールノズル
１３  急拡大ノズル
１４  ランス（上吹きランス）
１５  酸素流路
１６  ノズルの絞り部
１７  拡大孔
１８  銑（鋼）浴面
１９  トラニオン軸
２０  トラニオン軸に沿う方向（矢印）
２１  トラニオン軸に垂直な方向（矢印）
２２  ストレートノズル
２３  スロート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003750624.tif 000006
【図５】
0003750624.tif 000007
【図６】
0003750624.tif 000008
【図７】
0003750624.tif 000009
【図８】
0003750624.tif 000010