JP3509128B2 - Operating method of converter type smelting reduction furnace and oxygen blowing lance - Google Patents
Operating method of converter type smelting reduction furnace and oxygen blowing lanceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、上底吹き機能を有する
転炉型溶融還元炉（以下転炉と略す）によるクロム鉱石
あるいは鉄鉱石等の含クロム、含鉄原料の溶融還元にお
ける操業方法及び上吹きランスの改善に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operating method for smelting and reducing a chromium-containing or iron-containing raw material such as chromium ore or iron ore in a converter-type smelting reduction furnace (abbreviated as converter hereinafter) having a top-bottom blowing function. It concerns the improvement of the top blowing lance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】転炉内にクロム鉱石あるいは鉄鉱石等の
鉱石原料とコークス等の炭材を添加し、該鉱石の還元に
よって鉱石中の有価金属を回収する工程においては、通
常大量の加熱・還元エネルギーを必要とする。さらに、
転炉の操業では、生産性向上の要求から鉱石を大量に、
かつ高速で転炉内に供給し、加熱・還元する必要があ
る。このため、転炉でのエネルギーの供給はさらに高密
度、大量のエネルギー供給である必要がある。2. Description of the Related Art In a process of adding an ore raw material such as chromium ore or iron ore and a carbonaceous material such as coke into a converter and recovering valuable metal in the ore by reducing the ore, a large amount of heating or Requires reduction energy. further,
In the operation of the converter, a large amount of ore is required to improve productivity.
Moreover, it is necessary to supply it into the converter at high speed to heat and reduce it. For this reason, the energy supply in the converter needs to be a higher density and a large amount of energy supply.
【０００３】このエネルギー源としては、コークスや石
炭等の炭材の使用が一般的であり、これらの炭材の酸化
反応熱によって必要とするエネルギーを得る方法がＣＡ
ＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．７（１９８８）−１３６，１
３７に示されている。しかしながら、石炭やコークスの
一次燃焼、すなわち
Ｃ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ
なる反応だけでは、非常に大量の炭材の使用が必要とな
るので経済的に不利となる。As the energy source, carbonaceous materials such as coke and coal are generally used, and the method of obtaining the required energy by the heat of oxidation reaction of these carbonaceous materials is CA.
MP-ISIJ vol. 7 (1988) -136,1.
It is shown at 37. However, the primary combustion of coal or coke, that is, the reaction of C + (1/2) O 2 → CO 2 alone is economically disadvantageous because it requires the use of a very large amount of carbonaceous material.
【０００４】このため、炭材の一次燃焼により生成する
ＣＯガスをさらにＣＯ2 にまで燃焼させる方法、すなわ
ち二次燃焼技術が注目されている。この方法によれば、
一次燃焼反応と比較して、炭材の使用量を増加させるこ
となしに数倍のエネルギーを得ることがでるため、転炉
の生産性を飛躍的に向上させることが可能となる。Therefore, attention has been paid to a method of further burning CO gas generated by the primary combustion of carbonaceous material to CO 2 , that is, a secondary combustion technique. According to this method
Compared to the primary combustion reaction, several times as much energy can be obtained without increasing the amount of carbonaceous material used, which makes it possible to dramatically improve the productivity of the converter.
【０００５】さらに、二次燃焼効率の上昇は、副次的な
効果として、ダスト発生速度の減少ももたらすことが知
られている。このような効果をもつ二次燃焼効率を向上
させる技術として、従来、以下のようなものが知られて
いる。
上吹きランス高さ（以下ランス高さと略す）の上昇
上吹きランスあるいは炉壁羽口からの二次燃焼用酸素
の供給
上記およびについては、特開平１−２１９１１６号
公報に開示されているように、ランス高さを３ｍ以上に
するとともに、円形の副孔ノズル傾角および主孔との流
量分配比の適性化により高二次燃焼率が得られている。Further, it is known that the increase in secondary combustion efficiency also causes a decrease in dust generation rate as a secondary effect. The following techniques are conventionally known as techniques for improving the secondary combustion efficiency having such effects. Raising the height of the upper blowing lance (hereinafter abbreviated as the lance height) Supplying oxygen for secondary combustion from the upper blowing lance or the tuyere of the furnace wall The above and the above are disclosed in JP-A-1-219116. The lance height is set to 3 m or more, and a high secondary combustion rate is obtained by optimizing the nozzle inclination angle of the circular auxiliary hole and the flow distribution ratio with the main hole.
【０００６】また、の炉壁羽口から二次燃焼用酸素を
供給する方法は、特開昭６４−３９３１１号公報に開示
されており、主ランスによる酸素吹込みをソフト化（酸
素ジェットの鉛直方向速度を遅くする）するとともに、
炉壁羽口から二次燃焼用酸素を供給することで、二次燃
焼比率の向上が計れている。また、上記方法で得られる
高密度の二次燃焼エネルギーをより有効に利用する方法
としては、上吹きランスを溶融スラグ層内に浸漬する方
法が特開平１−２５５６１３号公報に開示されている。A method of supplying secondary combustion oxygen from the tuyere of the furnace wall is disclosed in JP-A-64-39311, in which oxygen injection by the main lance is softened (vertical oxygen jet vertical). Slow down the direction speed)
By supplying secondary combustion oxygen from the tuyere of the furnace wall, the secondary combustion ratio has been improved. Further, as a method for more effectively utilizing the high-density secondary combustion energy obtained by the above method, a method of immersing an upper blowing lance in a molten slag layer is disclosed in JP-A-1-255613.
【０００７】この方法は、溶融還元操業時には多量の溶
融スラグが生成し、それを溶鋼への熱媒体として利用す
ることを計ったものである。This method is intended to produce a large amount of molten slag during the smelting reduction operation and utilize it as a heat medium for molten steel.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１−２１９１１６号公報に開示されているように、
ランス高さを増大して操業した場合、溶融メタル浴と二
次燃焼帯との距離の増加に比例して着熱効率の低下を招
き、その結果として排ガス温度の上昇により、耐火物溶
損量が増大し、安定操業を阻害する結果となった。However, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 1-219116,
When operating with the lance height increased, the heat deposition efficiency decreases in proportion to the increase in the distance between the molten metal bath and the secondary combustion zone, and as a result, the exhaust gas temperature rises, causing the amount of refractory melt loss. The result was an increase in the number, which hindered stable operation.
【０００９】また、上記特開昭６４−３９３１１号公報
に開示されているように、炉壁横吹き羽口の使用は、前
記のような問題は生じないものの、炉壁に羽口を設置す
ることに伴い、設備費の負担が増加すること、羽口近傍
の炉内耐火物の溶損量が増大するといった問題点があっ
た。さらに、上記特開平１−２５５６１３号公報に開示
されているように、上吹きランスをスラグ層内に浸漬さ
せる方法は、操業初期において特に、溶融メタル浴表面
とランス先端との距離が短くなり、高二次燃焼率が得ら
れないばかりでなく、ダスト発生速度の上昇を招く。Further, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-39311, the use of the side wall tuyeres in the furnace wall does not cause the above problems, but the tuyeres are installed in the furnace wall. Along with this, there have been problems that the burden of equipment costs is increased and the amount of refractory material in the furnace near the tuyere is increased. Further, as disclosed in JP-A-1-255613, the method of immersing the upper blowing lance in the slag layer reduces the distance between the surface of the molten metal bath and the tip of the lance, especially at the beginning of operation. Not only a high secondary combustion rate cannot be obtained, but also the dust generation rate increases.
【００１０】また、ランスを溶融スラグ層内に浸漬させ
るために、ランス先端部の溶損の危険性が増大する。そ
こで、本発明者の一人は、先に、このような問題点を解
決する手段として、ランスノズル形状の改善と操業条件
の適性化の組合せによって、高二次燃焼率と高着熱効率
とを両立させる方法を提案している。Further, since the lance is immersed in the molten slag layer, the risk of melting damage at the tip of the lance increases. Therefore, one of the inventors of the present invention has previously achieved a high secondary combustion rate and a high heat deposition efficiency by a combination of improving the shape of the lance nozzle and optimizing the operating conditions, as a means for solving such a problem. Proposing a method.
【００１１】すなわち、特願平４−２４５６４号で開示
申請したように、上吹きランスの中心孔の排除と溶融メ
タル浴表面での上吹き酸素ジェットの鉛直方向の流速Ｖ
Z の適性化の組合せによって、二次燃焼率および着熱効
率の向上と、ダスト発生速度の抑制を達成した。しか
し、転炉操業におけるさらなる生産性向上の要求は強
く、上記特願平４−２４５６４号で開示申請した技術で
も、被還元鉱石であるクロム鉱石の溶融還元生産性は低
かった。That is, as disclosed in Japanese Patent Application No. 4-24564, the central hole of the upper blowing lance is eliminated and the vertical flow velocity V of the upper blowing oxygen jet on the surface of the molten metal bath.
By combining Z with the appropriateness, the secondary combustion rate and heat transfer efficiency were improved, and the dust generation rate was suppressed. However, there is a strong demand for further improvement in productivity in the converter operation, and even with the technology disclosed and applied in Japanese Patent Application No. 4-24564, the smelting reduction productivity of chromium ore, which is the ore to be reduced, was low.
【００１２】この改善法の一法として、着熱効率を高め
ることを狙い、ランス高さを下げ、溶融メタルと二次燃
焼帯を近づける操業を試みたが、二次燃焼率が低下する
とともにダスト発生速度が大幅に上昇した。このこと
は、ＶZ が適性値からはずれる結果ともなった。本発明
は、上述の問題点を解決するために、従来より低いラン
ス高さで着熱効率を向上させ、併せて二次燃焼率の向上
および、ダスト発生速度を低減するランスノズルの形状
と操業条件適性化の組合せを見出すことである。As one of the improvement methods, an attempt was made to lower the lance height and bring the molten metal and the secondary combustion zone closer to each other with the aim of increasing the heat deposition efficiency, but the secondary combustion rate decreased and dust was generated. The speed has increased significantly. This also resulted in V Z deviating from the appropriate value. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention improves the heat generation efficiency with a lower lance height than the conventional one, and at the same time improves the secondary combustion rate and reduces the dust generation rate, the shape and operating conditions of the lance nozzle. To find a combination of optimizations.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために、種々の実験・研究をおこなった。その
結果、上底吹き機能を有する転炉型溶融還元炉におい
て、炉内に装入された含鉄原料に、炉上から含クロム原
料と炭材を供給する一方で上吹きランスから酸素を供給
して溶融還元するにあたり、前記上吹きランスとして長
短辺比ｋが１．３以上の矩形状の酸素噴出用開口孔をラ
ンス先端周辺部に有し、かつ中心孔のない上吹きランス
を使用し、数２で示される溶融メタル浴表面での上吹き
酸素ジェットの鉛直方向流速ＶZ を３０ｍ／ｓ以上、７
０ｍ／ｓ以下となるように上吹き酸素流量、上吹きラン
ス高さを調整しつつ操業することが上記目的を達成する
ことを見出した。[Means for Solving the Problems] The present inventors have conducted various experiments and studies in order to achieve the above object. As a result, in a converter-type smelting reduction furnace having a top-bottom blowing function, the chromium-containing raw material and the carbonaceous material are supplied from the top of the furnace to the iron-containing raw material charged in the furnace while oxygen is supplied from the top-blowing lance. In the smelting reduction, the upper blowing lance has a rectangular oxygen ejection opening hole having a long-short side ratio k of 1.3 or more in the periphery of the tip of the lance and has a central hole. Using a non-blown top-blown lance, the vertical velocity V Z of the top-blown oxygen jet on the surface of the molten metal bath shown by the equation 2 is 30 m / s or more, 7
It has been found that the above-mentioned object can be achieved by operating while adjusting the top-blowing oxygen flow rate and the top-blowing lance height so as to be 0 m / s or less.
【００１４】[0014]
【数２】 [Equation 2]
【００１５】ただし、
ｎ：上吹きランスのノズル数（−）
ｄ：ノズル（矩形状開口孔）断面積と等しい円の直径
（ｍ）
ｋ：ノズル（矩形状開口孔）断面の長短辺比（−）
Ｈ：上吹きランス高さ（ｍ）、すなわち静止溶融メタル
浴表面から上吹きランス先端までの距離
Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ3 ／ｓ）
Θ：上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）
また、本発明は望ましい酸素上吹きランスとして、請求
項２を提案するものである。Here, n is the number of nozzles of the upper blowing lance (-), d is the diameter of a circle equal to the nozzle (rectangular opening) cross-sectional area (m), k is the ratio of the long side to the short side of the nozzle (rectangular opening) ( -) H: Height of top-blowing lance (m), that is, the distance from the surface of the stationary molten metal bath to the tip of the top-blowing lance Q: Top-blowing oxygen flow rate (Nm 3 / s) Θ: Nozzle tilt angle with respect to the center line of the top-blowing lance (Ra
d) The present invention also proposes claim 2 as a desirable oxygen top blowing lance.
【００１６】[0016]
【作用】鉱石原料等を溶融還元する有価金属を溶融メタ
ル中に回収する工程において、上底吹き機能を有する転
炉の使用は、上底吹きの両方から大量の酸素ガスを供給
して高生産性で溶融還元を可能とするのみならず、底吹
きガスによる強力な攪拌によってスラグ中の有価金属酸
化物の還元反応速度を高め、効率的に溶融メタル浴中に
回収するという意味で有効である。[Function] In the process of recovering valuable metals for the smelting reduction of ore raw materials into molten metal, the use of a converter with a top-bottom blowing function allows a large amount of oxygen gas to be supplied from both top-bottom blowing to achieve high production. It is effective in that it not only enables smelting reduction due to its properties, but also enhances the reduction reaction rate of valuable metal oxides in slag by vigorous stirring by bottom-blown gas and efficiently recovers them in the molten metal bath. .
【００１７】本発明の骨子となる技術は、中心孔のない
矩形ノズルの上吹きランスを使用し、溶融還元操業中に
刻々と変化する溶融メタル浴面の高さに応じて、溶融メ
タル浴面上での上吹き酸素ジェットの鉛直方向のガス流
速を適性範囲内にコントロールするために、ランス高
さ、上吹き酸素流量を調節して高着熱効率と二次燃焼の
向上を併せて達成するとともに、ダスト発生速度の抑制
をも実現する溶融還元炉の操業法を提供するものであ
る。The technique, which is the essence of the present invention, uses an upper blowing lance of a rectangular nozzle having no central hole, and the molten metal bath surface is changed according to the height of the molten metal bath surface which is constantly changing during the smelting reduction operation. In order to control the vertical gas flow velocity of the top-blown oxygen jet in the appropriate range, the lance height and the top-blown oxygen flow rate are adjusted to achieve both high heat transfer efficiency and improvement of secondary combustion. The present invention provides a method for operating a smelting reduction furnace that also realizes suppression of dust generation rate.
【００１８】本発明の骨子要件の一つは、中心孔のない
矩形ノズルの上吹きランスの使用の発案であり、中心孔
のない円形ノズルのランス、および中心孔有りのランス
と比較して、同一ランス高さで溶融メタル浴面上での上
吹き酸素ジェットの鉛直方向のガス流速を低下できる。
すなわち、上吹き酸素ジェットをソフトブロー化できる
という事実の発見に基づくものである。One of the essential requirements of the present invention is the idea of using a top blowing lance of a rectangular nozzle without a central hole, compared to a circular nozzle without a central hole and a lance with a central hole. With the same lance height, the vertical gas flow velocity of the top-blown oxygen jet on the molten metal bath surface can be reduced.
That is, it is based on the discovery of the fact that the top-blown oxygen jet can be soft-blown.
【００１９】さらに詳しくは、二次燃焼をおこさせる酸
素ジェットの流速と火炎の拡大範囲の広範な調査から、
十分発達した乱流火炎の場合には、酸素ジェットの流速
を必要以上に大きくしても火炎の長さが延びないこと。
また同一断面積をもつノズルからの同一ガス流速での火
炎拡大範囲は、縦長矩形ノズルの方が大きくできるとい
う事実を発見したことによるものである。More specifically, from an extensive investigation of the flow velocity of the oxygen jet that causes secondary combustion and the flame expansion range,
In the case of a fully developed turbulent flame, the length of the flame should not be extended even if the flow velocity of the oxygen jet is increased more than necessary.
This is also due to the discovery of the fact that the flame expansion range at the same gas flow rate from a nozzle having the same cross-sectional area can be made larger in the vertically elongated rectangular nozzle.
【００２０】すなわち、同じ二次酸素供給量に対して火
炎の拡大範囲をできるだけ広くとるためには、酸素ジェ
ット流速を乱流火炎が十分に発達する限界値以上に高く
する必要はなく、それよりもむしろ、縦長矩形ノズルを
用いて、転炉内鋼浴上のできるだけ広範囲に向けて酸素
ジェットを均等に噴射することが、二次燃焼効率を高め
るという事実を発見したこと、さらには、上記ソフトブ
ロー化による二次燃焼帯の拡大によって、二次燃焼帯か
ら鋼浴への熱伝達効率が上昇し、等しい二次燃焼率の下
では着熱効率が向上することもわかったことによるもの
である。That is, in order to make the flame expansion range as wide as possible for the same secondary oxygen supply amount, it is not necessary to make the oxygen jet flow velocity higher than the limit value at which the turbulent flame sufficiently develops. Rather, we discovered the fact that using a vertically long rectangular nozzle to evenly inject an oxygen jet over the widest possible area on the steel bath in a converter improves secondary combustion efficiency. This is because it was also found that the expansion of the secondary combustion zone due to blowing increases the heat transfer efficiency from the secondary combustion zone to the steel bath, and improves the heat deposition efficiency under the same secondary combustion rate.
【００２１】その実行のためには、図６に示すような、
ランス先端部に、その曲率に沿って、二次酸素ジェット
噴射の分布角度が広くとれるような縦長矩形ノズルを保
有する、中心孔がない上吹きランスの使用が最適である
ことを見出したことによる。このことによる酸素ジェッ
トのソフトブロー化の効果は、同一ランス高さで、二次
燃焼率の向上に加えて、着熱効率の向上、ダスト発生速
度の抑制に有効に作用した。In order to execute this, as shown in FIG.
Based on the finding that it is optimal to use a top blowing lance without a central hole, which has a vertically elongated rectangular nozzle that allows a wide distribution angle of secondary oxygen jet injection along the curvature of the lance tip. . The effect of making the oxygen jet soft-blowed by this was that, at the same lance height, in addition to the improvement of the secondary combustion rate, it effectively acted on the improvement of the heat generation efficiency and the suppression of the dust generation rate.
【００２２】さらに、本発明の第２の骨子要件、すなわ
ち上吹き条件の適性化については以下の理由による。溶
融還元炉の操業中は、鉱石原料やコークス、石炭等の炭
材を炉内に連続して投入するため、鉱石原料は溶融メタ
ル浴中に回収されるため、溶融メタル量が増加する。こ
のため、溶融還元中のランス高さを固定して操業した場
合、操業の進行に伴い、実質的なランス高さは低下す
る。この結果、ランス高さの低下のよって、上吹き条件
はハードブローとなるため、高二次燃焼率の維持やダス
ト発生速度の抑制が困難となる。The second essential requirement of the present invention, that is, the optimization of the upper blowing condition, is based on the following reason. During the operation of the smelting reduction furnace, carbonaceous materials such as ore raw material, coke, and coal are continuously charged into the furnace, and the ore raw material is recovered in the molten metal bath, so that the molten metal amount increases. Therefore, when the lance height during the smelting reduction is fixed and the operation is performed, the substantial lance height decreases as the operation progresses. As a result, since the top blowing condition is hard blow due to the decrease in the lance height, it becomes difficult to maintain a high secondary combustion rate and suppress the dust generation rate.
【００２３】したがって、溶融還元の進行に応じてラン
ス高さや上吹き酸素流量を調節してハードブロー化を防
止することが重要となるのである。高二次燃焼率と高着
熱効率の両立に関して、上吹き酸素流量、ランス高さ等
の上吹き条件の適性化について、図１に示す５ｔ容量の
転炉を用いて検討した。まず、上吹きランス形状につい
ては、図６に示す周辺部のみにノズルを備え、中心孔の
ない矩形ノズルの上吹きランスと、図７に示す中心孔の
ない円形ノズルの上吹きランスと、図８に示す周辺部に
ノズルを備え、中心孔のある上吹きランスとを用いてク
ロム鉱石の溶融還元操業を実施した。ただしこの場合、
各々の上吹きランスのノズル数、ノズル径は同一とし
た。矩形ノズルの場合は円形ノズルの場合と断面積を同
じにした。Therefore, it is important to prevent the hard blow by adjusting the height of the lance and the flow rate of the top-blown oxygen according to the progress of the smelting reduction. Regarding compatibility between high secondary combustion rate and high heat deposition efficiency, optimization of top-blowing conditions such as top-blowing oxygen flow rate and lance height was examined using a 5 t capacity converter shown in FIG. First, regarding the shape of the upper blowing lance, nozzles are provided only in the peripheral portion shown in FIG. 6, and the upper blowing lance of a rectangular nozzle having no central hole and the upper blowing lance of a circular nozzle having no central hole shown in FIG. A smelting reduction operation of chromium ore was carried out by using a nozzle in the peripheral portion shown in 8 and an upper blowing lance having a central hole. However, in this case,
The number of nozzles and the nozzle diameter of each top blowing lance were the same. The rectangular nozzle has the same cross-sectional area as the circular nozzle.
【００２４】この結果、図２に示すように、同一ランス
高さにおいて、中心孔のない矩形ノズルの上吹きランス
を使用することによって、最も二次燃焼効率が向上する
ことが確認された。このことは、前述したように、同じ
二次酸素供給量に対して火炎の拡大範囲をできるだけ広
くとるためには、酸素ジェット流速を乱流火炎が十分に
発達する限界値以上に高くすること、すなわち転炉内鋼
浴上のできるだけ広範囲に向けて酸素ジェットを均等に
噴射することが、二次燃焼効率を高めるという事実の発
見そのものをあらわしている。As a result, as shown in FIG. 2, it was confirmed that the secondary combustion efficiency was most improved by using the upper blowing lance of the rectangular nozzle having no central hole at the same lance height. This means that, as described above, in order to make the expansion range of the flame as wide as possible for the same secondary oxygen supply amount, the oxygen jet flow velocity should be set higher than the limit value at which the turbulent flame sufficiently develops, In other words, the fact that the uniform injection of oxygen jet over the widest possible area on the steel bath in the converter improves the secondary combustion efficiency represents the discovery itself.
【００２５】しかも、図３に示すように、同一二次燃焼
率における二次燃焼熱の溶融メタル浴への着熱効率も最
も向上することが判明した。このことは、同一二次燃焼
率をもつ操業においても、転炉内鋼浴上のできるだけ広
範囲で二次燃焼がおこることが溶鋼への着熱効率を上昇
させると推定された。また、図４に示すように、ダスト
発生速度も中心孔の排除によるソフトブロー化の効果に
よって同一ランス高さで低下することがわかった。Moreover, as shown in FIG. 3, it was found that the heat transfer efficiency of the secondary combustion heat to the molten metal bath at the same secondary combustion rate was also most improved. It was presumed that even in the operation with the same secondary combustion rate, the secondary combustion occurring in the steel bath in the converter as wide as possible would increase the heat deposition efficiency to the molten steel. Further, as shown in FIG. 4, it was found that the dust generation rate also decreases at the same lance height due to the effect of soft blowing by eliminating the central hole.
【００２６】なお、図２〜図４で、◎は中心孔なしの矩
形ノズル、●は中心孔なしの円形ノズル、○は中心孔あ
りのノズルの場合を示す。次に、上吹きランス形状と上
吹き酸素流量、流速、ランス高さ等の上吹き操業条件の
適性化について、図６に示す中心孔のない矩形ノズルの
上吹きランスを用いて検討した。In FIGS. 2 to 4, ⊚ indicates a rectangular nozzle without a central hole, ● indicates a circular nozzle without a central hole, and ∘ indicates a nozzle with a central hole. Next, the optimization of the top-blowing lance shape, the top-blowing oxygen flow rate, the flow velocity, the lance height, and other top-blowing operating conditions were examined using the top-blowing lance of the rectangular nozzle having no central hole shown in FIG.
【００２７】この結果、図５に示すように、数３で計算
される溶融メタル浴面での上吹き酸素ジェットの鉛直方
向の流速ＶZ 値を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下とな
るように上吹き操業条件を調節することによって、高二
次燃焼率と高着熱効率とを併せて達成できることが判明
した。As a result, as shown in FIG. 5, the vertical flow velocity V Z value of the upward-blown oxygen jet on the molten metal bath surface calculated by the equation 3 becomes 30 m / s or more and 70 m / s or less. It was found that by adjusting the top blowing operation conditions, it is possible to achieve both a high secondary combustion rate and a high heat deposition efficiency.
【００２８】[0028]
【数３】 [Equation 3]
【００２９】ただし、
ｎ：上吹きランスのノズル数（−）
ｄ：ノズル（矩形状開口孔）断面積と等しい円の直径
（ｍ）
ｋ：ノズル（矩形状開口孔）断面の長短辺比（−）
Ｈ：上吹きランス高さ（ｍ）、すなわち静止溶融メタル
浴表面から上吹きランス先端までの距離
Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ3 ／ｓ）
Θ：上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）
なお、ノズルの長短辺比ｋについて、さらに詳しく説明
すると、図９に示す様にノズルの断面形状が矩形であ
り、その長辺の長さをａ，短辺の長さをｂとしたとき、
ｋ＝ａ／ｂの値を示す。However, n: number of nozzles of the upper blowing lance (-) d: diameter of a circle equal to the cross-sectional area of the nozzle (rectangular opening hole) (m) k: ratio of the long side to the short side of the nozzle (rectangular opening hole) ( -) H: Height of top-blowing lance (m), that is, the distance from the surface of the stationary molten metal bath to the tip of the top-blowing lance Q: Top-blowing oxygen flow rate (Nm 3 / s) Θ: Nozzle tilt angle with respect to the center line of the top-blowing lance (Ra
d) The long / short side ratio k of the nozzle will be described in more detail. As shown in FIG. 9, the nozzle has a rectangular cross-sectional shape, and the long side length is a and the short side length is b. When
The value of k = a / b is shown.
【００３０】また、上吹きランスの中心線に対する望ま
しいノズル傾角はπ／１８〜２π／９ｒａｄ（ただしπ
は円周率）である。ノズル傾角がπ／１８ｒａｄ未満で
は二次燃焼効率の点から、一方２π／９ｒａｄ超では着
熱効率の点から好ましくない。また本式中、数４A desirable nozzle tilt angle with respect to the center line of the upper blowing lance is π / 18 to 2π / 9 rad (where π
Is the pi). If the nozzle tilt angle is less than π / 18 rad, it is not preferable from the viewpoint of secondary combustion efficiency, while if it is more than 2π / 9 rad, it is not preferable from the viewpoint of heat deposition efficiency. Also, in this formula, the number 4
【００３１】[0031]
【数４】 [Equation 4]
【００３２】は、円形ノズル使用の場合の酸素ジェット
の鉛直方向速度を表し、係数〔（ｋ＋１）／（1.77
ｋ）〕は、ノズル形状を円形から矩形に変えた場合のソ
フトブロー化の効果を表したものである。すなわち、上
式は、同じ断面積をもつノズルの場合、ノズル形状の矩
形の長辺長さと短辺長さの比を大きくすればするほどＶ
Z が小さくなる、すなわちソフトブロー化することを示
している。Represents the vertical velocity of the oxygen jet when a circular nozzle is used, and the coefficient [(k + 1) / (1.77
k)] represents the effect of soft blowing when the nozzle shape is changed from a circular shape to a rectangular shape. That is, in the above equation, in the case of nozzles having the same cross-sectional area, V increases as the ratio of the long side length to the short side length of the nozzle-shaped rectangle increases.
It shows that Z becomes small, that is, soft blow.
【００３３】また、同じ断面積をもつ矩形ノズルと円形
ノズルを比較した場合、ＶZ を小さくする、すなわちソ
フトブロー化するためには、矩形の長辺長さと短辺長さ
の比ｋが１．３以上でなければ、ソフトブロー化の効果
がでないことも種々の実験・研究をおこなった判った結
果である。すなわち、以上を含め、図５から溶融還元中
のＶZ 値を３０ｍ／ｓ以上、７０ｍ／ｓ以下となるよう
に上吹き操業条件を調節することによって、高二次燃焼
率と高着熱効率とを併せて達成できることが可能とな
り、熱エネルギー的に有利な操業を実現できることがわ
かる。When a rectangular nozzle and a circular nozzle having the same cross-sectional area are compared with each other, in order to reduce V Z , that is, to realize soft blowing, the ratio k between the long side length and the short side length of the rectangle is 1. It is also a result of conducting various experiments and research that the effect of soft-blowing is not effective unless it is 0.3 or more. That is, including the above, from FIG. 5, by adjusting the upper blowing operation conditions such that the V Z value during smelting reduction is 30 m / s or more and 70 m / s or less, a high secondary combustion rate and high heat deposition efficiency can be obtained. It can be seen that it can be achieved together, and the operation that is advantageous in terms of thermal energy can be realized.
【００３４】以上の知見は、上吹きランスの中心孔の排
除、ノズルチップの矩形化と操業中の溶融メタル量の増
加に伴う溶融メタル浴面の上昇に応じて、ＶZ 値の計算
値にもとづいてランス高さ等を調節することで、上吹き
条件を吹錬全般を通じてソフトブロー化できることを示
すものであり、本発明において必要不可欠の要件であ
る。The above findings show that the V Z value is calculated in accordance with the elimination of the central hole of the upper blowing lance, the rectangular nozzle tip and the rise of the molten metal bath surface accompanying the increase of the molten metal amount during the operation. It is shown that by adjusting the lance height and the like based on the above, it is possible to realize soft blowing under the upper blowing conditions in general, which is an essential requirement in the present invention.
【００３５】[0035]
〔実施例〕図１に示す炉容量５ｔの上底吹き機能を備え
た転炉を用いて行った本発明の実施例を以下に記す。図
１で、１は転炉本体、２は底吹き羽口、３は溶融メタル
浴、４は溶融スラグ層、５は塊コークス、６は上吹きラ
ンス、７はクロム鉱石、コークス等の主、副原料を投入
するための炉上シューターである。なお、６の上吹きラ
ンスは図６に示す中心孔のない矩形のノズルで、ｋ＝
２、θ＝π／１２ｒａｄのものを使用した。[Example] An example of the present invention carried out by using a converter having a top and bottom blowing function of a furnace capacity of 5 ton shown in FIG. 1 will be described below. In FIG. 1, 1 is a converter main body, 2 is a bottom blowing tuyere, 3 is a molten metal bath, 4 is a molten slag layer, 5 is lump coke, 6 is a top blowing lance, 7 is a chrome ore, coke, etc. It is a shooter on the furnace for charging auxiliary materials. The top blowing lance 6 is a rectangular nozzle without a central hole shown in FIG.
2, the one with θ = π / 12 rad was used.
【００３６】操業は、あらかじめ脱燐処理した表１に示
す化学組成の溶銑を転炉本体１に装入した後、底吹き羽
口２および上吹きランス６によって純酸素を上吹きしつ
つコークスを炉内に投入し、溶融メタル浴温度が１５５
０℃になるまで約８分間吹錬を行った。In the operation, hot metal having a chemical composition shown in Table 1 which had been dephosphorized in advance was charged into the converter body 1, and then pure oxygen was upwardly blown by the bottom blowing tuyere 2 and the upper blowing lance 6 to produce coke. The temperature of molten metal bath is 155 when put into the furnace.
Blowing was performed for about 8 minutes until the temperature reached 0 ° C.
【００３７】[0037]
【表１】 [Table 1]
【００３８】引き続いて、炉上シューター７によって塊
コークスを２４ｋｇ／ｍｉｎ、塊成化したクロム鉱石を
溶融メタル浴温度が１５５０±２０℃となるように２５
〜６０ｋｇ／ｍｉｎの投入速度範囲内で添加調整した。
また、炉上シューター７によって塊状の生石灰をスラグ
塩基度が１．５となるように添加した。Subsequently, the agglomerated coke was 24 kg / min by the furnace shooter 7, and the agglomerated chrome ore was adjusted to 25 at a molten metal bath temperature of 1550 ± 20 ° C.
The addition was adjusted within the charging speed range of -60 kg / min.
Further, lump lime was added by the shooter 7 on the furnace so that the slag basicity became 1.5.
【００３９】使用した塊コークス、クロム鉱石の組成を
表２および表３に示す。The compositions of the lump coke and chrome ore used are shown in Tables 2 and 3.
【００４０】[0040]
【表２】 [Table 2]
【００４１】[0041]
【表３】 [Table 3]
【００４２】さらに、操業中のランス高さは溶融メタル
浴面から１．０ｍを維持するために、クロム鉱石の還元
により増加する溶融メタル量を考慮して徐々にランスを
上昇させた。ランス高さ１．０ｍを維持した場合、前述
のＶZ の値は３０．１（ｍ／ｓ）となり、３０ｍ／ｓ以
上７０ｍ／ｓ以下の範囲となる。Further, in order to maintain the lance height during operation at 1.0 m from the molten metal bath surface, the lance was gradually raised in consideration of the amount of molten metal increased by the reduction of the chromium ore. When the lance height is maintained at 1.0 m, the value of V Z is 30.1 (m / s), which is in the range of 30 m / s or more and 70 m / s or less.
【００４３】操業中、溶融メタル浴温度の測定はサブラ
ンスを用いて行い、この測定値に基づいて前述のように
クロム鉱石の投入速度を調整し、溶融メタル浴温度が１
５５０±２０℃となるように操業を行った。クロム鉱石
の添加は約６０分間行い、この後にクロム鉱石を添加せ
ずにスラグ中に残留したクロムを還元回収する仕上げ還
元を、溶融メタル浴温度を１５５０±２０℃として約１
０分間実施した。During the operation, the temperature of the molten metal bath was measured by using a sublance, and the charging rate of the chromium ore was adjusted on the basis of the measured value as described above so that the temperature of the molten metal bath was 1.
The operation was performed so as to be 550 ± 20 ° C. Chromium ore is added for about 60 minutes, and after that, finish reduction for reducing and recovering the chromium remaining in the slag without adding the chromium ore is performed at a molten metal bath temperature of 1550 ± 20 ° C. for about 1 minute.
It was carried out for 0 minutes.
【００４４】この操業結果を表４に示す。The results of this operation are shown in Table 4.
【００４５】[0045]
【表４】 [Table 4]
【００４６】表４から明らかなように、投入したクロム
鉱石中のクロムは９７．０％の高歩留でメタル浴中に回
収され、残りの３．０％はスラグ、ダスト、スティッピ
ングメタル等による炉外への逸散によるものであった。
さらに、操業の前後で転炉耐火物の溶損量を測定したと
ころ、炉底、炉腹の平均値で１．６ｍｍ、炉上部で２．
３ｍｍであった。
〔比較例〕実施例と同様の設備で、同様の操業方法であ
るが、使用した上吹きランスは図８に示すようにランス
チップの中心にノズルを配置した型のもの（比較例２）
と図７に示すように中心孔を排除した円形ノズルの型の
もの（比較例１）を使用した。As is clear from Table 4, chromium in the charged chromium ore was recovered in the metal bath with a high yield of 97.0%, and the remaining 3.0% was slag, dust, stippling metal, etc. It was due to the escape to the outside of the furnace.
Further, when the melting loss amount of the converter refractory was measured before and after the operation, the average value of the furnace bottom and the furnace side was 1.6 mm, and 2.
It was 3 mm. [Comparative Example] The same equipment and operating method as in Example were used, but the top blowing lance used had a nozzle arranged at the center of the lance tip as shown in FIG. 8 (Comparative Example 2).
As shown in FIG. 7, a circular nozzle type (Comparative Example 1) in which the central hole was eliminated was used.
【００４７】この場合の操業結果も実施例と同様に表４
にまとめて示した。表４から明らかなように、上吹きラ
ンスの中心孔の有無、およびノズル形状の違いにより、
クロム鉱石の添加可能量、クロム歩留が異なる。すなわ
ち、実施例のように上吹きランスの中心孔を排除して、
かつノズルを矩形化することによって、上吹き酸素ジェ
ットがソフトブロー化され、結果として、溶融メタル浴
温度を一定とした操業を行った場合、炉内二次燃焼率の
向上により、単位時間あたりのクロム鉱石の投入量が増
加するばかりでなく、ダストやスティッピングによる炉
外への逸散量が減少し、クロム歩留、製出鋼歩留りが向
上するものと理解される。The operation results in this case are also shown in Table 4 as in the example.
Are summarized in. As is clear from Table 4, depending on the presence or absence of the center hole of the upper blowing lance and the difference in the nozzle shape,
The addition amount of chromium ore and chromium yield are different. That is, the central hole of the upper blowing lance is eliminated as in the embodiment,
Moreover, by making the nozzle rectangular, the top-blown oxygen jet is soft-blown, and as a result, when the molten metal bath temperature is kept constant, the secondary combustion rate in the furnace improves and It is understood that not only the amount of chromium ore input increases, but also the amount of dust and stippling that escape to the outside of the furnace decrease, improving the chromium yield and steel production yield.
【００４８】また、比較例での転炉耐火物の溶損量は、
炉底、炉腹の平均値で１．６ｍｍ、炉上部で２．３ｍｍ
で実施例と同じであった。以上のように、実施例の場
合、上吹きランスで中心孔を排除し、ノズルを矩形化し
た結果、炉内二次燃焼率が向上しても耐火物の溶損量が
比較例と差がない理由としては、上吹き酸素ジェットが
比較的均一に分散されるため、二次燃焼による発熱が効
果的に溶融メタル浴やスラグ層に伝熱されるためであ
る。Further, the melting loss of the converter refractory in the comparative example is
The average value of the furnace bottom and the furnace side is 1.6 mm, and the furnace top is 2.3 mm.
Was the same as the example. As described above, in the case of the example, as a result of eliminating the center hole with the upper blowing lance and making the nozzle rectangular, the melting loss amount of the refractory material is different from the comparative example even if the secondary combustion rate in the furnace is improved. The reason for this is that the top-blown oxygen jet is dispersed relatively uniformly, and the heat generated by the secondary combustion is effectively transferred to the molten metal bath and the slag layer.
【００４９】なお、実施例および比較例における底吹き
羽口からの酸素の吹込み流量は約０．０８３Ｎｍ3 ／ｓ
と一定の条件とした。以上のことから、上吹き酸素ガス
ジェットのソフトブロー化の観点から、中心孔の排除と
ノズルの矩形化が重要であり、中心孔の排除とノズルの
矩形化によって、炉内二次燃焼率が向上し、クロム鉱石
の投入量が増大できるばかりでなく、二次燃焼熱の着熱
効率が向上するために耐火物溶損量の抑制ができるばか
りでなく、二次燃焼熱の着熱効率が向上するために耐火
物溶損量の抑制が可能となる。In the examples and comparative examples, the flow rate of oxygen blown from the bottom tuyere is about 0.083 Nm 3 / s.
And certain conditions. From the above, from the viewpoint of soft-blowing the top-blown oxygen gas jet, elimination of the central hole and rectangularization of the nozzle are important. Not only can the amount of chrome ore be increased, the heat absorption efficiency of the secondary combustion heat can be improved, so that the amount of refractory melting can be suppressed, and the heat absorption efficiency of the secondary combustion heat can be improved. Therefore, the amount of refractory melt loss can be suppressed.
【００５０】加えて、ダストやスティッピングによる炉
外への逸散量を低下できるため、高いクロム歩留りで吹
錬を実施することが可能となるIn addition, it is possible to reduce the amount of dust and stippling that escape to the outside of the furnace, so that it is possible to carry out blowing with a high chromium yield.
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明によると、中心孔のない矩形ノズ
ルの上吹きランスの使用と、操業中刻々と変化する溶融
メタル浴表面レベルに応じて、ランス高さを調整するこ
とによって、転炉耐火物の溶損を抑制しつつ、高生産
性、高クロム歩留りでクロム鉱石の溶融還元操業を実施
することが可能となる。According to the present invention, by using the upper blowing lance of a rectangular nozzle having no central hole, and adjusting the lance height in accordance with the molten metal bath surface level which is constantly changing during the operation, the converter furnace is adjusted. It becomes possible to carry out the smelting reduction operation of chromium ore with high productivity and high chromium yield while suppressing the melting damage of the refractory.
【００５２】なお、主としてクロム鉱石に関して説明し
てきたが、本発明の技術は鉄鉱石、マンガン鉱石、ニッ
ケル鉱石、およびその他の炭素還元可能な鉱石、および
その塊成化鉱石、予備還元鉱石等についても効果的に適
用することができる。Although the description has been made mainly on the chromium ore, the technique of the present invention also applies to iron ore, manganese ore, nickel ore and other carbon-reducible ores, and their agglomerated ores and preliminary reduced ores. Can be applied effectively.
【図１】本発明の実施にあたって用いた５トン規模の転
炉設備の摸式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a 5-ton scale converter equipment used in the practice of the present invention.
【図２】クロム鉱石の溶融還元において、上吹きランス
の中心孔の有無が炉内二次燃焼率に与える影響を示す特
性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the influence of the presence or absence of a center hole of an upper blowing lance on the secondary combustion rate in the furnace in the smelting reduction of chromium ore.
【図３】クロム鉱石の溶融還元時の平均二次燃焼率と着
熱効率の関係についての比較図。FIG. 3 is a comparative diagram showing the relationship between the average secondary combustion rate and heat deposition efficiency during smelting reduction of chromium ore.
【図４】クロム鉱石の溶融還元におけるダスト発生速度
の比較図。FIG. 4 is a comparison diagram of dust generation rates in smelting reduction of chromium ore.
【図５】クロム鉱石の溶融還元時の二次燃焼率、着熱効
率に及ぼす溶鉄表面における上吹き酸素ジェットの鉛直
方向流速ＶZ の影響を示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the influence of the vertical flow velocity V Z of the upward-blown oxygen jet on the surface of molten iron on the secondary burning rate and heat deposition efficiency during smelting reduction of chromium ore.
【図６】本発明の実施にあたり、用いた上吹きランスの
摸式図。FIG. 6 is a schematic diagram of an upper blowing lance used for carrying out the present invention.
【図７】本発明の比較例で用いた上吹きランスの摸式
図。FIG. 7 is a schematic diagram of an upper blowing lance used in a comparative example of the present invention.
【図８】本発明の比較例で用いた上吹きランスの摸式
図。FIG. 8 is a schematic diagram of an upper blowing lance used in a comparative example of the present invention.
【図９】ノズルの断面矩形で、長短辺比を説明する図。FIG. 9 is a view for explaining a long-side ratio and a rectangular cross section of a nozzle.
１ 転炉本体
２ 底吹き羽口
３ 溶融メタル浴
４ 溶融スラグ層
５ 塊コークス
６ 上吹きランス
７ 炉上シューター
θ 上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）1 Converter Main Body 2 Bottom Blowing Tuyere 3 Molten Metal Bath 4 Molten Slag Layer 5 Bulk Coke 6 Top Blowing Lance 7 Top Furnace Shooter θ Nozzle Inclination (ra
d)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21C 5/28 C21C 5/30 C21C 5/46 101 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C21C 5/28 C21C 5/30 C21C 5/46 101
Claims (2)
において、炉内に装入された含鉄原料に、炉上から含ク
ロム原料と炭材を供給する一方で上吹きランスから酸素
を供給して溶融還元するにあたり、前記上吹きランスと
して長短辺比ｋが１．３以上の矩形状の酸素噴出用開口
孔をランス先端周辺部に有し、かつ中心孔のない上吹き
ランスを使用し、数１で示される溶融メタル浴表面での
上吹き酸素ジェットの鉛直方向流速ＶZ を３０ｍ／ｓ以
上、７０ｍ／ｓ以下となるように上吹き酸素流量、上吹
きランス高さを調整しつつ操業することを特徴とする転
炉型溶融還元炉の操業方法。 【数１】 ただし、 ｎ：上吹きランスのノズル数（−） ｄ：ノズル（矩形状開口孔）断面積と等しい円の直径
（ｍ） ｋ：ノズル（矩形状開口孔）断面の長短辺比（−） Ｈ：上吹きランス高さ（ｍ）、すなわち静止溶融メタル
浴表面から上吹きランス先端までの距離 Ｑ：上吹き酸素流量（Ｎｍ3 ／ｓ） Θ：上吹きランスの中心線に対するノズル傾角（ｒａ
ｄ）1. In a converter-type smelting reduction furnace having a top-bottom blowing function, a chromium-containing raw material and a carbonaceous material are fed from above the furnace to an iron-containing raw material charged in the furnace while oxygen is fed from a top-blowing lance.
When supplying and smelting reduction ,
The surface of the molten metal bath shown in Formula 1 has a rectangular oxygen ejection opening hole with a long- to- short side ratio k of 1.3 or more in the periphery of the tip of the lance, and uses an upper blowing lance without a center hole. Converter type that is operated while adjusting the top-blowing oxygen flow rate and the top-blowing lance height so that the vertical flow velocity V Z of the top-blowing oxygen jet at 30 m / s or more and 70 m / s or less Operation method of smelting reduction furnace. [Equation 1] However, n: number of nozzles of upper blowing lance (-) d: diameter of circle equal to nozzle (rectangular opening hole) cross-sectional area (m) k: long-side ratio (-) H of nozzle (rectangular opening hole) cross-section : Top-blowing lance height (m), that is, the distance from the surface of the stationary molten metal bath to the top-blowing lance tip Q: Top-blowing oxygen flow rate (Nm 3 / s) Θ: Nozzle tilt angle (ra with respect to the center line of the top-blowing lance
d)
をランス先端周辺部に有し、かつランスの中心線に対す
るノズル傾角θがπ／１８〜２π／９ｒａｄ（ただしπ
は円周率）で、かつ中心孔のないことを特徴とする酸素
上吹きランス。2. A rectangular opening hole having a long-to-short side ratio k of 1.3 or more is provided in the peripheral portion of the tip of the lance, and a nozzle inclination angle θ with respect to the center line of the lance is π / 18 to 2π / 9 rad (where π).
Oxygen <br/> on lance, characterized in that no in pi), and center hole.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15015793A JP3509128B2 (en) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | Operating method of converter type smelting reduction furnace and oxygen blowing lance |
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Publications (2)
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- 1993-06-22 JP JP15015793A patent/JP3509128B2/en not_active Expired - Fee Related
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