(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑浴の表面に酸素ガスを吹き付けるために用いる上吹きランスであって、ランスの先端部にランスの中心軸との間の傾斜角度（θ）およびノズル径（ｄ）の異なる二種類のストレートノズルが円周方向に交互にそれぞれ３個または４個配置され、傾斜角度の小さい方が小径ノズル、傾斜角度の大きい方が大径ノズルであり、小径ノズルの径ｄ1に対する大径ノズルの径ｄ2の比（ｄ2／ｄ1）が１．１を超え２．０未満であり、かつ大径ノズルの傾斜角度θ2に対する小径ノズルの傾斜角度θ1の比（θ1／θ2）が０．２を超え０．８未満で、大径ノズルの傾斜角度θ2が１０゜を超え３０゜未満であることにより酸素ガスジェットの速度分布が平滑化されたことを特徴とする溶銑脱りん用上吹きランス。
【請求項２】
上底吹き転炉に脱硫溶銑を装入し、請求項１に記載の上吹きランスを用いて送酸しつつ吹錬することを特徴とする溶銑脱りん方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑脱りん処理において、溶銑浴の表面に酸素ガスを吹き付けるために使用する溶銑脱りん用上吹きランス、およびそのランスを用いて行う溶銑脱りん方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑脱りん処理において、溶銑浴の表面に酸素ガスを吹き付けるための上吹きランスは以下の役割を果たすことが要求される。すなわち、送酸速度を低減して吹錬時間を延長することなく、
（イ）スピッティングの発生を抑制すること、
（ロ）溶銑中の鉄分を溶銑中の炭素より極力優先して酸化し、スラグ中の酸化鉄濃度を高値に維持して脱りん効率を向上させること、
である。
【０００３】
これらの要求に応える一つの手段として、酸素ガスジェットの浴面への衝突エネルギーを分散させることがあげられる。そのために開発されたのが多孔ランスであり、現在はこの多孔ランスの使用が主流となっている。
【０００４】
通常の多孔ランスは、ランスの先端面のランス軸線（ランスの中心軸）を中心とする同一円周上に、ランス軸線に対して一定の傾斜角度を有する複数のノズル（ランスの先端面に開口する気流の噴出孔）が配設されたものである。孔数が多いほど酸素ガスジェットの衝突エネルギーを分散させる効果が大きく、４孔から８孔のランスを用いるのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、この通常の多孔ランスを使用すると、各ノズルから噴出する酸素ガスジェットが互いに干渉し合うことがあり、その干渉挙動によっては、多孔化によって生じる上記の衝突エネルギーの分散効果が有効に発揮されない場合がある。
【０００６】
例えば、前記通常の多孔ランスを用いた場合、各ノズルから噴出する酸素ガスジェットの浴面への衝突により形成されるキャビティ（浴面の凹み）が重なり、その重なり面積率がある一定値を超えると、酸素ガスジェットの吹き付けにより地金が浴から飛び出すスピッティング現象が激しくなって、スピッティング量が著しく増加する。
【０００７】
このような問題を解決する手段として、特開昭６０−１６５３１３号公報には、ラバールノズルにより形成されたキャビティの直径Ｄとそのキャビティに隣接するキャビティとの重なりｄ（二つのキャビティの中心を結んだ直線上における重なり部分の距離ｄ）の比で表されるオーバーラップ率γ（＝ｄ／Ｄ）を指標として、ノズル傾斜角度を大きくし、キャビティの重複を小さくする方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、上述のごとく改良した多孔ランスであっても、ノズル傾斜角度を大きくし過ぎると酸素ガスジェットが炉壁に衝突し、炉壁耐火物の溶損増加を招く。また、ラバールノズルを溶銑脱りん処理に使用する場合、他の条件（酸素流量、ランスの先端と浴面間の距離等）が同じであれば、ストレートノズルに比べて酸素ガスジェットの浴面への衝突エネルギーが大きく、スピッティング量や脱炭量が多くなるという問題がある。
【０００９】
さらに、転炉吹錬時のスピッティングやダストの発生を抑制すべく、酸素ガスジェットを円周方向および半径方向に平滑化することを目的としたランスが特開平９−２５６０２２号公報で提案されている。ここでは、ランス軸線を中心にして複数の同心円周上にそれぞれ環状のガス噴出ノズルを配設し、半径方向に互いに隣り合う環状ノズルの軸心面がなす角度θを１０°以上３０°以下とすることにより、噴出する酸素ガスジェットの幾何学的な重なりが抑制されて、酸素ガスジェットの速度分布を平滑化できるとしている。
【００１０】
しかし、このランスは構造が複雑なため、ランスの先端に冷却水を十分供給できず、ランス寿命が短いという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、溶銑脱りん工程において、酸素ガスジェットの溶銑浴表面への衝突エネルギーを極力小さくすること等により、以下の（イ）および（ロ）を実現できる上吹きランス、およびそのランスを用いて行う溶銑脱りん方法を提供することを課題としてなされたものである。
【００１２】
（イ）スピッティングの発生を抑制する。
【００１３】
（ロ）溶銑中の鉄分を溶銑中の炭素より極力優先して酸化し、スラグ中の酸化鉄濃度を高値に維持することにより脱りん効率を向上させる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）に示す上吹きランス、および（２）に示すそのランスを用いて行う溶銑脱りん方法にある。
【００１５】
（１）溶銑浴の表面に酸素ガスを吹き付けるために用いる上吹きランスであって、ランスの先端部にランスの中心軸との間の傾斜角度（θ）およびノズル径（ｄ）の異なる二種類のストレートノズルが円周方向に交互にそれぞれ３個または４個配置され、傾斜角度の小さい方が小径ノズル、傾斜角度の大きい方が大径ノズルであり、小径ノズルの径ｄ1に対する大径ノズルの径ｄ2の比（ｄ2／ｄ1）が１．１を超え２．０未満であり、かつ大径ノズルの傾斜角度θ2に対する小径ノズルの傾斜角度θ1の比（θ1／θ2）が０．２を超え０．８未満で、大径ノズルの傾斜角度θ2 が１０゜を超え３０゜未満であることにより酸素ガスジェットの速度分布が平滑化された溶銑脱りん用上吹きランス。
【００１６】
（２）上底吹き転炉に脱硫溶銑を装入し、上記（１）に記載の上吹きランスを用いて送酸しつつ吹錬する溶銑脱りん方法。
【００１７】
本発明者らは、上述した課題を解決するため、様々な形状のランスを使用して検討した結果、以下の知見を得た。
【００１８】
（１）酸素ガスジェットの溶銑浴表面近傍での速度がランスの直下付近で最大値をとり、その点から半径方向への距離の増加に伴う酸素ガスジェット速度の低下率がある値より大きい場合（すなわち、浴面の凹みの形状が、半径方向に狭く、鉛直方向に深い場合）には、上述の（イ）および（ロ）のいずれも満足できない。
【００１９】
（２）逆に、ランスの直下から半径方向への距離の増加に伴う酸素ガスジェットの速度の低下率がある値より小さい場合（酸素ガスジェットの速度分布がある程度以上に平滑化された場合）には、上述の（イ）および（ロ）を満たすことができる。
【００２０】
（３）円周方向に交互にそれぞれ複数個配置された傾斜角度の異なる二種類のノズルを先端部に有する多孔ランス（千鳥ランス）において、傾斜角度の大きい方のノズル径を傾斜角度の小さい方のノズル径に対し１．１倍を超え２倍未満にすることにより、傾斜角度の大きい大径ノズルから噴出する酸素ガスジェットを傾斜角度の小さい方の小径ノズルから噴出する酸素ガスジェットより強くすることができる。この多孔ランス（異径千鳥ランス）を用いることにより同一径のノズルを有する通常の多孔ランスや上記の千鳥ランスを用いる場合に比べて酸素ガスジェットの速度分布を平滑化できる。
【００２１】
（４）前記の（３）において、小径ノズルの傾斜角度を大径ノズルの傾斜角度の０．２を超え０．８倍未満にすることにより、酸素ガスジェットの速度分布を一層平滑化できる。
【００２２】
（５）同一条件下（酸素流量や、ランスと浴面間の距離等が同一）では、酸素ガス流速を高めるための絞り部を有するラバールノズルよりストレートノズルの方が、酸素ガスジェットの浴面への衝突エネルギーを小さくできる。
【００２３】
上記本発明はこれらの知見に基づきなされたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶銑脱りん用上吹きランス、およびそのランスを用いて行う溶銑脱りん方法について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の上吹きランスの先端部の構造の一例を示す概略説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は下方から視た平面図である。
【００２６】
図示するように、本発明の上吹きランス４においては、その先端部に、ランスの中心軸との間の傾斜角度（θ）の異なる二種類のストレートノズル、すなわち小径ノズル１と大径ノズル２が円周方向に交互に配置されている。小径ノズル１の径ｄ1 に対する大径ノズル２の径ｄ2 の比（ｄ2 ／ｄ1 ）は１．１を超え２．０未満であり、大径ノズル２の傾斜角度θ2 に対する小径ノズル１の傾斜角度θ1 の比（θ1 ／θ2 ）が０．２を超え０．８未満であり、しかも大径ノズル２の傾斜角度θ2 が１０°を超え３０°未満である。
【００２７】
ノズルの数は、図示した例では小径ノズル３孔、大径ノズル３孔の合計６孔であるが、これに限らず、それぞれ複数孔、例えば、８孔またはそれ以上であってもよい。
【００２８】
本発明の上吹きランスにおいて、ラバールノズルではなくストレートノズルを用いるのは、ラバールノズルの場合、超音速コア部が存在することに起因して、スピッティング量が増大するからである。
【００２９】
ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を１．１を超え２．０未満とするのは、後述する実施例に示すように、ｄ2 ／ｄ1 がこの範囲内であれば、スピッティング量が減少し、スラグ中の酸化鉄濃度が高く、脱りん効率が向上するからである。
【００３０】
ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）を０．２を超え０．８未満とするのは、θ1 ／θ2 が０．２以下になると、小径ノズル１から噴出された酸素ガスジェットの速度ピーク（速度分布が最大値を示す部分）の衝突により浴面に形成されるキャビティと大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットの速度ピークの衝突により同様に形成されるキャビティとが互いに離れて別々に生じるため、酸素ガスジェットの速度分布を平滑化することができず、一方、θ1 ／θ2 が０．８以上になると、小径ノズル１から噴出された酸素ガスジェットと大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットとが合体して、大きな速度ピークを持ってしまい、やはり酸素ガスジェットの速度分布を平滑化できず、いずれの場合も、スピッティング量が増大し、脱りん効率が低下するからである。
【００３１】
また、大径ノズル２の傾斜角度θ2 を１０°を超え３０°未満とするのは、傾斜角度θ2 が１０°以下では、酸素ガスジェットの鉛直方向へのエネルギーが大き過ぎてジェットが溶銑中へ深く侵入し、一方、θ2 が３０°以上の場合は、大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットの二次燃焼率が増加しすぎ、脱りんに寄与する酸素量が減少し、いずれの場合も、スピッティング量が増大するとともに、脱りん効率が低下するからである。
【００３２】
なお、本発明の上吹きランス４において、上記の小径ノズル１および大径ノズル２から噴出される酸素ガスジェットとほとんど干渉することのない弱い噴流を生じさせる小径のノズル３（図１参照）をランス４の先端部の中央に設けてもよい。この中央部ノズル３の取り付けにより、ランス４の下端中央部への粒鉄の付着を防止することができる。
【００３３】
上記の上吹きランスを用いて溶銑脱りんを行うには、上底吹き転炉に脱硫溶銑を装入し、この上吹きランスを用いて送酸しつつ吹錬すればよい。従来のランス、すなわち、ランス軸線に対して一定の傾斜角度を有する複数のノズルが配設された通常の多孔ランス、または傾斜角度の異なる二種類のノズルを先端部に有する千鳥ランスを用いる場合と同じである。
【００３４】
上記本発明の溶銑脱りん用上吹きランスを用い、本発明の溶銑脱りん方法を実施すれば、溶銑脱りん時のスピッティングを抑制しつつ、スラグ中の酸化鉄濃度を高値に維持して脱りん効率を向上させることができる。
【００３５】
【実施例】
２５０ｔ上底吹き転炉を用い、これに温度約１２８０℃、炭素濃度：約４．５重量％（以下、％は重量％を意味する）、りん濃度：約０．１０％、珪素濃度：０．３０％の脱硫溶銑を装入し、転炉滓約３ｔ、鉄鉱石約３．５ｔ、造塊滓約１ｔを加え、さらに生石灰を１．７ｔ添加し、その後、ノズルの傾斜角度およびノズル径を種々変えた上吹きランスを用いて約１．３Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶銑ｔで送酸しつつ約７分間吹錬して溶銑脱りん処理を行い、吹錬終了後、スピッティング量、スラグ中の酸化鉄濃度および脱りん率を調べた。なお、底吹きＣＯ2 ガス流量は０．１３Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・溶銑ｔとした。
【００３６】
スピッティング量の測定は、吹錬時に炉口から吹き出たスピッティング（粒鉄）の数を計測することにより行った。また、スラグ中の酸化鉄濃度は、スラグ中のＦｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯ等の酸化物の濃度であるが、スラグ中の全鉄濃度と対応するとみなし得るので、酸化鉄濃度の測定に代えて全鉄濃度（ただし、スラグ中の粒鉄分は除く）を測定した。
【００３７】
用いた上吹きランスのノズルの傾斜角度およびノズル径を表１にまとめて示す。また、表２に、用いた転炉滓、鉄鉱石および造塊滓等の組成を示す。
【００３８】
調査結果を表１および図２〜図１０に示す。
【００３９】
【表１】
0003733790.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003733790.tif 000003
【００４１】
表１において、スピッティング量比、スラグ中の全鉄濃度（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比のいずれも、ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）が１．０の千鳥ランスを用いた場合（比較例Ｎｏ．１）を基準に採り、これに対する比で表示したものである。なお、評価欄の○印は、スピッティング量比が１．０より小さく、かつ脱りん率比が１．０を超える場合であり、それ以外は全て×印とした。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２１はストレートノズルを有する上吹きランスを、Ｎｏ．２２はラバールノズルを有する上吹きランスをそれぞれ使用した場合である。
【００４２】
表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．７は、ノズルの傾斜角度θ2 を２０°、θ1 を１０°（θ1 ／θ2 ＝０．５）で一定とし、ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を１．０から２．２の範囲で変化させた場合である。Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５が実施例に相当する。また、図２、図３および図４は表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．７に示した調査結果を図示したもので、溶銑脱りん処理後における、ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）と、スピッティング量比、スラグ中酸化鉄濃度比〔（Ｔ．Ｆｅ）比で図示、図５〜図１０においても同様〕および脱りん率比の関係をそれぞれ示す。
【００４３】
表１および図２〜図４から明らかなように、ｄ2 ／ｄ1 が１．１では、ｄ2 ／ｄ1 の影響はほとんど認められなかった。これは、ノズルの傾斜角度の違いから、傾斜角度の小さい小径ノズル１から噴出される酸素ガスジェットの方が傾斜角度の大きい大径ノズル２からの酸素ガスジェットに比べて溶銑に衝突する際のエネルギーがかなり高かったためである。
【００４４】
一方、ｄ2 ／ｄ1 が２以上の場合、スピッティング量比は基準であるＮｏ．１と同等かそれ以上に、脱りん率比は同等かそれ以下になった。この場合、小径ノズル１から噴射される酸素ガスジェットに比べて大径ノズル２から噴射される酸素ガスジェットが強すぎるため、小径ノズル１からの酸素ガスジェットと大径ノズル２からの酸素ガスジェットとがほとんど干渉せず、酸素ガスジェットの速度分布がランスの直下から半径方向に離れた場所に大きなピークを持ち、ランスの直下付近では酸素ガスジェットの速度が非常に小さくなり、酸素ガスジェットの速度分布を平滑化することができなかったためである。
【００４５】
表１のＮｏ．８〜Ｎｏ．１４は、ノズル径ｄ1 を２９．０ｍｍ、ｄ2 を４３．５ｍｍ（ｄ2 ／ｄ1 ＝１．５）で一定とし、かつノズル傾斜角度比（θ1 ／θ2 ）を０．５で一定として、大径ノズル２の傾斜角度θ2 を８°から３２°の範囲で変化させた場合である。また、図５、図６および図７は表１のＮｏ．８〜Ｎｏ．１４に示した調査結果を図示したもので、溶銑脱りん処理後における、大径ノズル２の傾斜角度θ2 と、スピッティング量比、スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比の関係をそれぞれ示す。
【００４６】
大径ノズル２の傾斜角度θ2 が１０°以下では、スピッティング量比は１以上に、（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比は１以下になった。これは、酸素ガスジェットのランス直下方向へのエネルギーが大き過ぎたため、酸素ガスジェットが溶銑中へ深く侵入したことが原因と考えられる。
【００４７】
一方、大径ノズル２の傾斜角度θ2 が３０°以上の場合、脱りん率比が１またはそれ以下になった。これは、大径ノズル２から噴出した酸素ガスジェットの二次燃焼率が高くなりすぎ、溶銑に到達して脱りんに寄与する酸素量が減少したためである。また、この場合、耐火物の溶損量が増加したが、大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットが直接炉壁へ衝突したことによるものである。
【００４８】
表１のＮｏ．１５〜Ｎｏ．２１は、ノズル径ｄ1 およびｄ2 を前記のＮｏ．８〜Ｎｏ．１４の場合と同じく、それぞれ２９．０ｍｍおよび４３．５ｍｍ（ｄ2 ／ｄ1 ＝１．５）で一定とし、かつ大径ノズル２の傾斜角度θ2 を２０°として、傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）を０．１から０．９の範囲で変化させた場合である。また、図８、図９および図１０は表１のＮｏ．１５〜Ｎｏ．２１に示した調査結果を図示したもので、溶銑脱りん処理後における、ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）と、スピッティング量比、スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比の関係をそれぞれ示す。
【００４９】
θ1 ／θ2 が０．２以下になると、スピッティング量比は１以上に、（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比は１またはそれ以下になった。これは、小径ノズル１から噴出された酸素ガスジェットが大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットとあまり干渉しなくなり、酸素ガスジェットがランスの直下付近とそこから半径方向に離れた位置の二カ所に大きな速度ピークを持ち、酸素ガスジェットの速度分布を平滑化できなかったためである。
【００５０】
一方、θ1 ／θ2 が０．８以上の場合、スピッティング量比は１以上に、（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比は１またはそれ以下になった。これは、小径ノズル１から噴出された酸素ガスジェットが大径ノズル２から噴出された酸素ガスジェットと合体したために、酸素ガスジェットがランスの直下から半径方向に離れた位置に大きなピークを持ってしまい、酸素ガスジェットの速度分布を平滑化できなかったことが原因である。
【００５１】
表１のＮｏ．２２は、ラバールノズルを使用した場合である。ストレートノズルを使用したＮｏ．３と比較すると、ノズル径ｄ1 およびｄ2 が若干異なるが、スピッティング量比、スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比および脱りん率比のいずれもストレートノズルを用いた方が優れている。これは、ノズルをラバールにした場合は超音速コア部が存在するため、酸素ガスジェットが浴面に衝突する際のエネルギーが大きく、ストレートノズルのランスを見かけ上コア長さの分だけ下げた場合に近い値となったためである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の上吹きランスを用い、本発明の方法により溶銑脱りんを行えば、溶銑脱りん時のスピッティングを抑制しつつ、スラグ中の酸化鉄濃度を高値に維持して脱りん率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上吹きランス先端部の概略を６孔ランスを例にとって示した図であり、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は下方から視た平面図である。
【図２】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合のスピッティング量比とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）の関係を示す図である。
【図３】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合の溶銑脱りん処理後のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）の関係を示す図である。
【図４】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合の脱りん率比とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）の関係を示す図である。
【図５】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にした場合のスピッティング量比とノズルの傾斜角度θ2 の関係を示す図である。
【図６】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にした場合の溶銑脱りん処理後のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比とノズルの傾斜角度θ2 の関係を示す図である。
【図７】ノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）とノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にした場合の脱りん率比とノズルの傾斜角度θ2 の関係を示す図である。
【図８】ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合のスピッティング量比とノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）の関係を示す図である。
【図９】ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合の溶銑脱りん処理後のスラグ中（Ｔ．Ｆｅ）比とノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）の関係を示す図である。
【図１０】ノズル径の比（ｄ2 ／ｄ1 ）を一定にし、かつθ2 を２０°とした場合の脱りん率比とノズルの傾斜角度の比（θ1 ／θ2 ）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１：小径ノズル
２：大径ノズル
３：中央部ノズル
４：上吹きランス
【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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【図１０】
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