(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の鋳床において溶銑を溶銑樋から傾注樋へ流す過程で脱珪剤を添加することにより溶銑の鋳床脱珪を行う装置において、前記傾注樋の形状を、溶銑樋との関係において、溶銑樋から傾注樋への溶銑の落下距離をＬ,傾注樋内湯面深さをＨとしたときに、この両者の関係を示す相対湯面深さ（Ｈ／Ｌ）が次式；
0.25＜Ｈ／Ｌ＜0.4
の関係を満たすように構成すると共に、該傾注樋の中央部底面には断面形状がＶ字形の溝を設けてなることを特徴とする溶銑の鋳床脱珪装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、効率のよい溶銑の脱珪を行うための鋳床脱珪装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑の脱珪処理としては、高炉鋳床脱珪法が多く採用されている。この技術において、脱珪剤の添加方法としては、溶銑樋内を流れる溶銑中に、シュート等を介して自然落下させる方法、ランスまたは底吹きノズルからキャリアガスとともに吹き込む方法（インジェクション法）、あるいは受銑前にトーピード等の溶銑鍋内に脱珪剤を予め投入しておく方法などが知られている。
【０００３】
これらの脱珪剤投入方法において重要なことは、脱珪剤が十分に滓化すること、および滓化した脱珪剤と溶銑とが十分に接触するようにすることにある。即ち、溶銑の脱珪剤との攪拌効果が優れていることである。
【０００４】
従来、溶銑と脱珪剤との攪拌効果を高める方法として、幾つかの提案がある。たとえば、特開昭64−83608号公報では、落下流に磁界をかけ回転させながら落下させる方法を提案している。しかし、この方法は、設備コストが嵩む上、装置の防熱対策が必要で、実用的ではない。また、特開平3−153810号公報では、傾注樋の出口部に耐火物製の受銑ガイドを設置し、溶銑に渦流を発生させる方法を提案している。しかし、この方法については、地金の付着やダスト付着等により、次第に渦流が発生しなくなる。しかも、受銑ガイドの穴径が狭くなるにつれ、その先端部の交換作業が繁発して安定操業を阻害するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した問題点を解決すること、即ち、設備コストの上昇を招くことなく、長期に安定した操業を実現して効率のよい鋳床脱珪を行うことができるようにした鋳床脱珪装置を開発し、提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上掲の目的の実現に向けた研究の中で、発明者らは、傾注樋への溶銑の落下流による攪拌力を効果的に利用し、脱珪剤と溶銑とが長い間十分に接触するようにして、効率のよい脱珪が進むように工夫することが肝要であるとの確信を得て、下記要旨構成に係る発明に想到した。
即ち、本発明は、高炉の鋳床において溶銑を溶銑樋から傾注樋へ流す過程で脱珪剤を添加することにより溶銑の鋳床脱珪を行う装置において、前記傾注樋の形状を、溶銑樋との関係において、溶銑樋から傾注樋への溶銑の落下距離をＬ,傾注樋内湯面深さをＨとしたときに、この両者の関係を示す相対湯面深さ（Ｈ／Ｌ）が次式；
0.25＜Ｈ／Ｌ＜0.4
の関係を満たすように構成すると共に、該傾注樋の中央部底面には断面形状がＶ字形の溝を設けてなることを特徴とする溶銑の鋳床脱珪装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にまず、本発明の上記要旨構成に係る鋳床脱珪装置に想到するに到った実験について説明する。
この（モデル）実験は、実機傾注樋の約1/5の大きさの透明プラスチック製の模型樋を用いて行った。この模型樋に、実際の溶銑の流れと同じように、傾注樋中央部に相当する模型樋中央部に樋を使って水を流し、この模型樋の一方の端部から水を流し出すことができるようにした。この模型樋の水面深さＨは、模型樋を傾けることで調節可能にしたものである。
【０００８】
そして、水の供給樋の先端レベルから該模型樋内に、該模型樋内の水面のレベルまでをＬとして、相対湯面深さＨ／Ｌを変化させる実験を行なった。
【０００９】
この実験において、脱珪剤に見立てた比重0.38のポリプロピレン中空粒子（直径：10mm）一つを、水供給樋から水に同伴させて模型樋内へ落下させ、このポリプロピレン中空粒子の模型樋内の水中での軌跡を樋側面からビデオカメラで撮影した。この記録からポリプロピレン中空粒子が模型樋内へ落下してから、水中で浮上沈降を繰り返し、最後に水面に浮上するまでの時間を計測した。同一のＨ／Ｌの条件で30回ずつ実験を行ない、その平均値を、該Ｈ／Ｌ値での浮上時間として用いた。
【００１０】
また、模型樋の中央部底面の形状を断面Ｖ字形とした溝を有する模型樋を作成し、そのＶ字（溝形状）の角度を変更させて、傾注樋（模型樋）の深さの変化が、前記浮上時間にどのように影響するのかという実験も行なった。
【００１１】
この実験の中で、発明者らは、攪拌力が大きいという現象を、模擬脱珪剤（ポリプロピレン中空粒子）の水中滞留時間が長くなる現象として捉え評価することにした。それは、粒子が一旦浮上し終わっても再び巻き込まれる方が、攪拌が強いと考えたからである。なお、この点については、実機の場合も、溶銑の出銑速度が大きいと、落下時の運動エネルギーが大きくなるために攪拌力が増大し、滓化した脱珪剤と溶銑が十分に接触するようになるためである。なおこうした現象は、このモデル実験において水流量を多くしたときに、前記ポリプロピレン中空粒子の水中滞留時間がながくなること、すなわち、再巻き込みが多発する現象として得られているので、水中滞留時間を測定、評価する方法はほぼ妥当であると考えられる。
【００１２】
図２は、上記実験結果について示すものであり、水の落下距離に対する水面深さと水中滞留時間の関係を示したグラフである。この図に示す結果から明らかなように、水面深さＨを深くすると、水中滞留時間が長くなることがわかる。それは、水の落下距離をＬ、水面深さをＨとしたときに、相対湯面深さＨ／Ｌ＝0.25を超えると急に改善され、水面深さＨ／Ｌが小さい場合には、水中滞留時間は短いことがわかった。
【００１３】
一方、この水面深さＨ／Ｌ＝0.4以上では、水中滞留時間が飽和して一定になることもわかった。
【００１４】
以上のことから、溶銑と脱珪剤との撹拝を向上させるための傾注樋の形状（Ｈ／Ｌ）には好適範囲が存在すること、そして、その傾注樋の形状とは、溶銑落下流の高さ（溶銑樋端部と傾注樋湯面までの距離）Ｌと湯面深さ（傾注樋の湯面から樋底面までの距離）Ｈとの比である相対湯面深さ（Ｈ／Ｌ）で表わすとき、その値が、0.25〜0.4までの範囲である。
【００１５】
また、傾注樋の底面形状をＶ字のような溝を形成した場合には、通常の底面形状のものに比べて、水中滞留時間が増大する傾向もわかった。とくに、Ｖ字溝の場合、Ｖ字の角度は、図４に示すように、水平面に対する斜面の傾斜角度で表わしたとき、15°以上55°程度で、好ましくは30°から50°が好適である。
このような溝は、耐火レンガの組み合わせによって形成することができる。またはＶ字状の型枠によって不定形耐火物をＶ字状に形成してもよい。なお、Ｖ字溝の底部は必ずしも鋭角である必要はなく、施工し易さに応じて適当なＲ部があってもよい。
【００１６】
なお、この溝は、傾注樋の長手方向に対して、少なくとも溶銑の落下流が当たる部分に形成されることが好ましい。
【００１７】
上述した知見について、本発明者らは以下のように考えた。水中滞留時間は、溶銑の落下流の形状と密接な因果関係があり、落下流が傾注樋の底へ到達する場合、落下流は傾注樋の底に衝突して全方位に向かって変流し、浮上するような流れを形成する。そして、傾注樋の壁にあたった流れは反転し、溶銑落下流（落下位置）に向かう流れとなる。この流れは、浮上流を落下流近傍に導く流れとなり、このことが、この流れの中にある脱珪剤の粒子を再度巻き込んで流動を続けさせる動きとなる。
【００１８】
一方で、落下流の到達深さが小さいと、こうした動きが抑制され、浮上位置が溶銑の落下流から離れた位置で起こり、前記再巻き込み現象は起こりにくくなる。
【００１９】
従って、前記落下流の到達深さが深いと、溶銑侵入深さが深くなるばかりか、浮上後の再巻き込みが起こり易くなるので、水中滞留時間が長くなる、いわゆる溶銑と脱珪剤との接触時間を長くして脱珪効果を向上させることにつながる。
【００２０】
なお、相対湯面深さＨ／Ｌが0.25未満のときに、水中滞留時間が変化しないのは傾注樋底面と落下流との衝突のみで攪拌力が決定され上述した湯面内流動が起こりにくいためであると考えられる。
また、この湯面深さＨ／Ｌが0.4を超すと、水中滞留時間に変化がなくなるのは、落下流の到達深さが変わらなくなるためであると考えられる。また、Ｈ／Ｌ：0.25〜0.4の間では、大きい方がよい。それは例えば流量や出銑速度を大きくしたり、落下距離を大きくすると、落下流の到達長さが長くなるので滞留時間は増加するのと同じ原理である。傾注樋は溶銑樋から流入する溶銑を受けてトピード等の溶銑容器へ流すための中間容器であるので、傾注樋内湯面深さＨをあまり大きくすると、溶銑樋とトピード等との落差距離を大きくする必要があるため、設備上の制約としてＨ／Ｌの上限を0.4としてよい。
【００２１】
そして、溶銑内滞留時間が長くなれば、溶銑と脱珪剤の接触時間が長くなり、その分だけ脱珪効率が向上するのである。
【００２２】
また、傾注樋の底面を、断面Ｖ字形の溝を設けた場合、この傾注樋における溶銑中での脱珪剤の粒子滞留時間が増大するのは、該傾注樋底面に落下流が衝突してから浮上するまでの距離が短くなり落下流に遭遇する確率が増大するためと考えられる。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明の効果を検証するために、実機にもとづく脱珪実験を行った。この実験では、図１に示す傾注樋（傾注樋幅:1500mm、傾注樋長手方向長さ：5000mm、溶銑落下距離（Ｌ）：1870mm）の下で、傾注樋内湯面深さＨを変化させて受銑処理を起こった。なお、この傾注樋の耐火物は、流し込み成形とし、溶銑の落下流が直撃すると思われる位置は耐摩耗性に優れたキャスタブルを流し込んだ。
【００２４】
図５は、この実験での、相対湯面深さ（Ｈ／Ｌ）と脱珪酸素効率（（（溶銑の脱珪前Si質量％−脱珪後Si質量%）×32／28）／（脱珪剤中のFeＯx中酸素の質量％）×100）との関係を示すものである。
【００２５】
この図からわかるように、脱珪効率は、従来のＨ／Ｌが0.2程度の条件との比較で平均で5〜10％効率が向上した。
なお、この実験における操業条件は、以下のとおりであった。
溶銑温度：1480℃
脱珪前Si：0.2〜0.3％
脱珪剤吹き込み速度：350kg／分
脱珪剤キャリアガス種：エアー
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鋳床脱珪装置によれば、溶銑の落下距離をＬ、湯面深さをＨとしたとき、相対湯面深さ（Ｈ／Ｌ）が、0.25＜Ｈ／ｌ＜0.4の範囲内に調整され、しかも底面にＶ溝を有する傾注樋を用いているので、溶銑の落下流による攪拌力を有効に利用することができ、滓化した脱珪剤と溶銑が十分に接触する機会が増し、効率のよい鋳床脱珪を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  鋳床脱珪装置の説明図である。
【図２】  水面深さと水中滞留時間の関係を示すグラフである。
【図３】  傾注樋底面形状をＶ字形としたときの水中滞留時間の関係を示すグラフである。
【図４】  本発明の一実施形態を示す傾注樋形状の概念図である。
【図５】  実施例における脱珪効率とＨ／Ｌの関係を示すグラフである。
【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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