JP2851554B2

JP2851554B2 - 酸素吹き込み用ランス

Info

Publication number: JP2851554B2
Application number: JP7014170A
Authority: JP
Inventors: 浩志岡本; 信元高柴
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH08209225A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の溶解、溶融
金属の昇温・精錬等に用いられる電気炉、特に溶銑を使
用する電気炉に酸素を吹き込むためのランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気炉としては、直流電気炉と交流電気
炉とが知られている。前者は、炉内に装入された金属材
料の上方に設けられた上部電極と、炉底あるいは側壁等
に設けられた下部電極との間に電流を流して発生したア
ークを熱源として金属の溶解、溶融金属の精錬等を行う
ものである。一方、後者は、前記金属材料の上方に設け
られた３本の電極間に電流を流して発生したアークを熱
源として金属材料の溶解、溶融金属の精錬等を行うもの
である。

【０００３】この種の電気炉においては、金属材料の溶
解促進、溶融金属の精錬等を行うためにランスを用いて
炉内の溶融金属に酸素や粉体を吹き込む作業が一般に行
われている。従来のランスとしては、例えば、実開平２
−３８４５７号公報に記載のものが知られている。この
ランスａは、図６に示すように、直線状に形成されてお
り、自走台車ｂに搭載されて電気炉ｃの側壁から炉ｃ内
に挿入されている。該ランスａの先端部には一個の酸素
吹き込み用ノズルｄが形成されている。

【０００４】ところで、このランスａは、通常、４０Ａ
程度の小径のパイプが用いられている。従って、酸素吹
き込み用ノズルｄのノズル内背圧（ノズル出口側のガス
圧力）を臨界圧（ノズル内圧力／雰囲気圧力＞１．８
９）に維持するにはパイプ内の酸素流量が極めて多くな
って現実的でないので、ノズル内背圧を臨界圧以下、す
なわち、ノズルｄからの酸素噴射速度を音速以下にして
いる。そして、酸素噴射速度が音速以下であることと上
述したようにノズルｄの数が一個であることから、酸素
の利用効率をあげるためにランスａの先端部を溶融金属
ｅに浸漬して該溶融金属ｅ内で酸素ジェットを噴射して
いる。

【０００５】しかしながら、このようにランスａの先端
部を溶融金属ｅに浸漬すると、溶融金属ｅの熱によって
ランスａが次第に消耗してしまうので自走台車ｂに新た
なランスａを供給しなければならず、ランスａの供給作
業が面倒になると共に供給する新たなランスａのコスト
も多大なものとなる不都合がある。また、ランスａの先
端が熱で曲がって上方に酸素ジェットが噴射されるよう
な状況になると炉壁が熱負荷に耐えられなくなって炉壁
の損傷を招き炉の操業ができなくなるという不都合があ
る。

【０００６】そこで、このような不都合を解消するため
に、特開平６−１９２７１８号公報に記載の水冷式ラン
スが提案されている。この水冷式ランスｆは、図７に示
すように、直線状に形成されており、電気炉ｃの側壁に
設けられた作業口ｇから炉内に挿入されている。そして
挿入状態では溶融金属ｅ表面の上方に配置されている。
また、ランスｆの先端部には溶融金属ｅの表面に向けて
酸素ジェットを超音速で噴射する末広がり形状のラバー
ル形ノズルｈが形成されている。ここで、ラバール形ノ
ズルｈとは、図８に示すように、断面形状を末広がり形
状とすることにより、通常のストレート形ノズルや断面
急拡大ノズルでは達成できなかった超音速での酸素ジェ
ットの噴射を可能にしたものである。このように、水冷
式ランスｆは、ラバール形ノズルｈを用いて酸素ジェッ
トを超音速で噴射することにより、溶融金属ｅへの酸素
供給量を増大して、換言すれば、酸素の利用効率を高め
て溶融金属ｅの上方位置からの酸素噴射を可能にし、こ
れにより、ランスｆの先端部を溶融金属ｅに浸漬しなく
て済むようにして上述した不都合を解消している。

【０００７】また、溶融金属の精錬を行う転炉において
も、上述した水冷式ランスが用いられている。この水冷
ランスは、図示は省略するが転炉の上部炉口部から挿入
されており、ノズルはラバール形ノズルが用いられて超
音速（５００ｍ／ｓ以上）で溶融金属に向けて酸素ジェ
ットを噴射するようになっている。尚、溶融金属の表面
からノズルまでの高さ（以下、「ランスハイト」とい
う。）は、噴射された酸素ジェットの溶融金属表面到達
速度が５０ｍ／ｓ以下となるように２〜４ｍの範囲で設
定される。このように溶融金属表面到達速度を５０ｍ／
ｓ以下にすることにより、酸素ジェットが溶融金属表面
に衝突した際の溶融金属及びスラグの飛散量を抑制して
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノズルから
噴射された酸素ジェットの流速はランスハイトに逆比例
して減衰するため、ランスハイトを高くとることが酸素
ジェットの溶融金属表面到達速度を低下させる有効な手
段であることは知られている。しかしながら、かかる水
冷式ランスｆを電気炉ｃに用いた場合には、直線状のラ
ンスｆを電気炉ｃの側壁の作業口ｇから挿入しているた
め、作業口ｇの大きさによってその挿入高さが規制さ
れ、従って、転炉に比べてランスハイトが著しく制限さ
れる。この場合、転炉のようにランスｆを炉の上部から
挿入するか、或いは図７で二点鎖線で示すようにランス
ｆ全体を上方に傾けて挿入してランスハイトを高くとる
ことが考えられるが、電気炉ｃの高さは転炉の約１／２
程度であるため、いずれにしても転炉のようなランスハ
イトをとることができず、しかも、前者においては電気
炉ｃの上部には電極が設けられているためにランスｆを
電気炉ｃの上部から挿入することは困難であり、後者で
は溶融金属ｅに対する酸素ジェットの衝突角度が小さく
なってしまうため溶融金属ｅやスラグの上方への飛散量
が低減しても炉側壁への飛散量が増大してしまう。

【０００９】従って、直線状のランスｆを電気炉ｃに用
いた場合はランスハイトが著しく制限されてノズルｈか
らの酸素噴射速度は転炉の場合とほぼ同等で５００ｍ／
ｓ以上を有しているにもかかわらず溶融金属表面到達速
度は１００ｍ／ｓ以上となり、酸素ジェットが溶融金属
ｅ表面に与える衝撃エネルギーは転炉の場合と比べて局
所的に極めて大きくなる。この結果、該衝撃エネルギー
が溶融金属やスラグ等に攪拌力やせん断力として作用し
て粒状化された該溶融金属やスラグが多量に飛散すると
いう不都合が生じる。

【００１０】そして、飛散した溶融金属やスラグが電気
炉内の炉壁或いはガス排気用のエルボ等に付着すると、
電極と炉蓋とがショートして大電流が流れてしまい、こ
の結果、炉蓋が焼損したり、炉の側壁を覆う水冷ボック
スの水冷配管の水漏れが生じたり、電極挿入部（小天
井）の寿命が低下したり、炉蓋付着地金が溶融金属に落
下して溶融金属の温度が低下したり、或いはカーボン外
れ等の種々の弊害を招く。また、飛散した溶融金属等が
炉蓋に付着すると炉蓋の重量が増加して炉蓋の昇降が不
能となり、さらに、水冷式ランスに付着すると該ランス
が溶損し、さらに、溶融金属の多量の飛散より鉄の歩留
りが低下するという種々の弊害を招く。

【００１１】本発明はかかる不都合を解消するためにな
されたものであり、炉内の溶融金属へ酸素を吹き込む作
業に際して、新たなランスの供給を不要にすることがで
きるのは勿論のこと、溶融金属やスラグの飛散を良好に
抑制することができる酸素吹き込み用ランスを提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１に係る酸素吹き込み用ランスは、電気炉
の側壁に形成された作業口から該電気炉内に挿入されて
該電気炉内の溶融金属の上方に配置され、該溶融金属の
表面に向けて酸素ジェットを噴射するノズルを先端部に
備えたランスにおいて、前記電気炉内に挿入された部分
を上方に傾けて延出させて先端部を前記作業口への挿入
方向の延長線より上方に配置し、前記ノズルを一端部か
ら他端部までの断面形状が均一なストレート形ノズルと
すると共に、該ノズルを複数形成したことを特徴とす
る。

【００１３】請求項２に係る酸素吹き込み用ランスは、
前記傾けた部分の先端部を前記溶融金属の表面に向けて
屈曲させ、該屈曲部分の先端面に前記ノズルを形成した
ことを特徴とする。請求項３に係る酸素吹き込み用ラン
スは、前電気炉の側壁と上部電極との間の溶融金属の表
面に酸素ジェットが噴射される位置に前記ノズルを配置
したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１又は２の発明では、ノズルを、ノズル
内背圧が臨界圧力以上であっても噴射速度が高々音速に
しか達しないストレート形ノズルとすることによって、
酸素ジェットの噴射速度を音速以下にすると共に、ラン
スの電気炉内に挿入された部分を上方に傾けて延出させ
て先端部を作業口への挿入方向の延長線より上方に配置
することにより溶融金属に対する酸素ジェットの衝突角
度を従来のように小さくすることなくランスハイトが高
くとれるようにして高い位置からの酸素ジェットの噴射
を可能にし、これにより該酸素ジェットの溶融金属表面
到達速度を遅くして溶融金属表面に与える衝撃エネルギ
ーを小さくする。

【００１５】また、ストレート形ノズルを複数形成する
ことで、噴射速度を音速以下にすることによって生じる
溶融金属への酸素供給量不足を補って酸素と溶融金属と
を効率的に反応させると共に、ストレート形ノズルを複
数形成することとランスハイトを高くすることで溶融金
属表面に広範囲に酸素ジェットを噴射して溶融金属表面
における酸素ジェットの衝突面積を増大させ、これによ
り単位面積当たりの衝撃エネルギーを小さくする。

【００１６】請求項３の発明では、電気炉の側壁と上部
電極との間の溶融金属の表面に酸素ジェットが噴射され
るように前記ノズルを配置することによって、上部電極
に酸素ジェットが直接当たらないようにして該上部電極
の損耗量を低減する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５を参照
して説明する。図１は本発明の一実施例である酸素吹き
込み用ランスを電気炉に配置した状態を示す概略断面
図、図２は図１の部分的詳細図、図３は図２の平面図、
図４は酸素吹き込み用ランスの断面図、図５は図４の矢
印方向から見た図である。尚、本実施例では、電気炉
として溶銑を使用する直流電気炉を例に採る。

【００１８】まず、図１を参照して直流電気炉（以下、
電気炉と略称する。）１から説明すると、符号２は耐火
物からなる炉体、３は炉体２の側壁４を覆う水冷ボック
ス、５は炉体２の上部に設けられた炉蓋、６は炉蓋５の
中心部から小天井７を介して電気炉１内に昇降自在に挿
入された上部電極であり、上部電極６と炉体２の炉底８
等に取り付けた下部電極（図示せず）との間に直流電流
を流して上部電極６にアークを発生させることにより、
該アークを熱源として電気炉１内に装入されたスクラッ
プの溶解、溶融金属９の精錬及び溶銑の昇温等を行う。

【００１９】そして、溶融金属９の加熱補助、精錬及び
溶銑の加熱補助を行うべく、図２及び図３に示すよう
に、炉体２の側壁４に形成された作業口１０から粉体吹
き込み用ランス１１と２本の水冷式酸素吹き込み用ラン
ス１２ａ，１２ｂとがそれぞれ電気炉１内に挿入されて
いる。各ランス１１，１２ａ，１２ｂは、駆動装置（図
示せず）よって電気炉１内での位置調整及び電気炉１へ
の進退移動ができるようになっている。

【００２０】次に、本発明の一実施例である酸素吹き込
み用ランス１２ａ，１２ｂを図２〜図５を参照して説明
する。尚、水冷式酸素吹き込み用ランス１２ａ，１２ｂ
は、図３に示すように、互いに水平方向に対称配置され
た点を除いてその構成が同一であるので、ここでは水冷
式酸素吹き込み用ランス１２ａのみを説明する。酸素吹
き込み用ランス１２ａは、図２及び図３に示すように、
作業口１０から電気炉１内に挿入されたランス本体１３
と、該ランス本体１３の先端部に設けられたランスチッ
プ１４とを備える。

【００２１】ランス本体１３は、作業口１０から略水平
方向に電気炉１内に挿入された直線状の水平部１５と、
該水平部１５の先端から上方に傾斜して直線状に延出す
る傾斜部１６とを備える。ランス本体１３の内部中央に
は、図４に示すように、酸素流通路１７が形成され、該
酸素流通路１７の外側には冷却水流通路１８が形成され
ている。ランス本体１４の傾斜部１６の先端にはランス
チップ１４が接続されている。

【００２２】ランスチップ１４は、図２及び図４に示す
ように、傾斜部１６の先端から下方に屈曲して延出され
ており、その先端面が側壁４と上部電極６との間の溶融
金属９の表面を向くようにされている（図３参照）。ラ
ンスチップ１４の内部には、ランス本体１３に対応して
酸素流通路１９及び冷却水流通路２０が形成されてい
る。また、図２に示すように、ランスチップ１４の最先
端部は水平部１５の軸線延長線Ｘ₁（作業口への挿入方
向の延長線）より上方に配置されており、これにより、
溶融金属９に対する酸素ジェットの衝突角度を従来のよ
うに小さくすることなくランスハイトを高くとれるよう
にすると共に、電気炉１内でのランス１２ａの位置の調
整範囲を広くしてランスハイト調整の際の自由度の向上
を図っている。ランスチップ１４の先端面には、ストレ
ート形ノズル２１が五個形成されている。

【００２３】ストレート形ノズル２１は、図４に示すよ
うに、一端部から他端部までの断面形状が均一にされた
ものであり、ノズル内背圧が臨界圧力以上であっても噴
射速度が高々音速にしか達しないようにされている。そ
して、本実施例では、図５に示すように、５個のストレ
ート形ノズル２１を、ランスチップ１４の先端面におい
て周方向に７２°ピッチで形成している。また、各スト
レート形ノズル２１の指向方向の延長線が側壁４と上部
電極６との間の溶融金属９の表面に到達するようにし、
これによりストレート形ノズル２１から噴射された酸素
ジェットが上部電極６に直接当たらないようにしてい
る。

【００２４】ここで、本実施例では、酸素吹き込み用ラ
ンス１２ａ，１２ｂの各送酸量を６０Ｎｍ³／ｍｉｎ、
ランスハイトを３００〜１２５０ｍｍとした場合に、ス
トレート形ノズル２１の噴射速度を３００ｍ／ｓにして
酸素ジェットの溶融金属表面到達速度を５０ｍ／ｓ以下
に抑制している。次に、電気炉１の操業手順に従って酸
素吹き込み用ランス１２ａ，１２ｂによる酸素吹き込み
方法を説明する。

【００２５】まず、製鋼原料のスクラップを直流電気炉
１に装入した後、上部電極６からアークを飛ばしてスク
ラップを溶解する。次いで、溶銑を直流電気炉１に装入
した後、作業口１０近傍におけるスクラップに向けて酸
素吹き込み用ランス１２ａ，１２ｂの各ストレート形ノ
ズル２１から酸素ジェットを噴射してスクラップの溶解
の促進、いわゆるカッティング作業を行う。

【００２６】作業口１０近傍のスクラップの溶解が進行
すると、酸素吹き込み用ランス１２ａ，１２ｂを電気炉
１内の奥方向に前進させつつストレート形ノズル２１か
ら酸素ジェットを噴射して作業口１０近傍から奥にかけ
てのスクラップを順次溶解する。スクラップの溶解がほ
ぼ終了した時点で酸素吹き込み用ランス１２ａ，１２ｂ
を上昇（図２において二点鎖線で示す。）させてランス
ハイトを高くとり、この状態でストレート形ノズル２１
から酸素ジェットを溶融金属９の表面に向けて噴射して
該溶融金属９の昇温・精錬を行う。

【００２７】この時、上述したように酸素吹き込み用ラ
ンス１２ａ，１２ｂの各ストレート形ノズル２１から噴
射される酸素ジェットの噴射速度を共に音速以下にする
と共に、溶融金属９に対する衝突角度を従来のように小
さくすることなくランスハイトを高くとれるようにして
高い位置からの酸素ジェットの噴射を可能にし、これに
より酸素ジェットの溶融金属表面到達速度を従来の１／
２の５０ｍ／ｓ以下にして溶融金属９表面に与える衝撃
エネルギーを大幅に小さくすることができ、しかも、ラ
ンスチップ１４にはストレート形ノズル２１を五個形成
しているので、噴射速度を音速以下にすることによって
生じる溶融金属９への酸素供給量不足が良好に補われて
酸素と溶融金属９との効率的な反応が可能になると共
に、ストレート形ノズル２１を複数形成することとラン
スハイトを高くとることで溶融金属９表面に酸素ジェッ
トを広範囲に噴射して溶融金属の表面における酸素ジェ
ットの衝突面積を増大させることができるので、単位面
積当たりの衝撃エネルギーを小さくすることができる。
この結果、溶融金属やスラグ等に作用する攪拌力やせん
断力を従来にくらべて大幅に低減することができ、溶融
金属やスラグの飛散を大幅に少なくすることができる。

【００２８】また、各ストレート形ノズル２１の指向方
向の延長線が共に側壁４と上部電極６との間の溶融金属
９の表面に到達するようにして、各ノズル２１から噴射
された酸素ジェットが上部電極６に直接当たらないよう
にしているので該上部電極６の損耗量の低減を図ること
ができる。さらに、酸素吹き込み用ランス１２ａ，１２
ｂを溶融金属９の表面の上方に配置して酸素ジェットを
噴射しているので、従来のように溶融金属９の熱でラン
スが消耗するようなことがなく、従って、酸素吹き込み
作業に際して新たなランスの供給を不要にすることがで
きる。

【００２９】尚、上記実施例では、ランスチップ１４を
下方に屈曲させてその先端面に溶融金属９表面を指向す
るストレート形ノズル２１を形成しているが、これに代
えて、ランスチップ１４を傾斜部１６に沿って直線状に
延出させてその先端部に溶融金属９の表面に指向するス
トレート形ノズル２１を形成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１又は２の発明によれば、酸素ジェットの噴射速度を音
速以下にすると共に、ランスハイトを高くすることによ
り、酸素ジェットの溶融金属表面到達速度を遅くして溶
融金属表面に与える衝撃エネルギーを小さくし、また、
ストレート形ノズルを複数形成することで、噴射速度を
音速以下にすることによって生じる溶融金属への酸素供
給量不足を補って酸素と溶融金属とを効率良く反応させ
ると共に、ストレート形ノズルを複数形成することとラ
ンスハイトを高くすることで溶融金属表面における酸素
ジェットの衝突面積を増大させて単位面積当たりの衝撃
エネルギーを小さくしているので、溶融金属やスラグ等
に作用する攪拌力やせん断力を従来に比べて大幅に低減
することができ、この結果、溶融金属やスラグの飛散を
大幅に少なくすることができるという効果が得られる。

【００３１】また、酸素吹き込み用ランスを溶融金属の
表面の上方に配置して酸素ジェットを噴射しているの
で、従来のように溶融金属の熱でランスが消耗するよう
なことがなく、従って、酸素吹き込み作業に際して新た
なランスの供給を不要にすることができるという効果が
得られる。請求項３の発明によれば、電気炉の側壁と上
部電極との間の溶融金属の表面に酸素ジェットが噴射さ
れるように前記ノズルを配置することによって、上部電
極に酸素ジェットが直接当たらないようにしているの
で、該上部電極の損耗量を低減することができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である酸素吹き込み用ランス
を電気炉に配置した状態を示す概略断面図である。

【図２】図１の部分的詳細図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】酸素吹き込み用ランスの断面図である。

【図５】図４の矢印方向から見た図である。

【図６】従来の酸素吹き込み用ランスを説明するための
説明的概略図である。

【図７】従来の他の酸素吹き込み用ランスを説明するた
めの説明的概略図である。

【図８】図７の酸素吹き込み用ランスの先端部の断面図
である。

【符号の説明】

１…電気炉４…側壁６…上部電極９…溶融金属１０…作業口Ｘ₁…延長線１２ａ，１２ｂ…酸素吹き込み用ランス２１…ストレート形ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ２１Ｃ 5/46 １０１Ｃ２１Ｃ 5/46 １０１ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 5/52 C21C 7/072 F27B 3/22 F27D 3/16 F27D 7/02 C21C 5/46 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気炉の側壁に形成された作業口から該
電気炉内に挿入されて該電気炉内の溶融金属の上方に配
置され、該溶融金属の表面に向けて酸素ジェットを噴射
するノズルを先端部に備えたランスにおいて、前記電気
炉内に挿入された部分を上方に傾けて延出させて先端部
を前記作業口への挿入方向の延長線より上方に配置し、
前記ノズルを一端部から他端部までの断面形状が均一な
ストレート形ノズルとすると共に、該ノズルを複数形成
したことを特徴とする酸素吹き込み用ランス。
【請求項２】前記傾けた部分の先端部を前記溶融金属
の表面に向けて屈曲させ、該屈曲部分の先端面に前記ノ
ズルを形成したことを特徴とする請求項１記載の酸素吹
き込み用ランス。
【請求項３】前電気炉の側壁と上部電極との間の溶融
金属の表面に酸素ジェットが噴射される位置に前記ノズ
ルを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の酸
素吹き込み用ランス。