JP3577066B2

JP3577066B2 - Burner lance and refining method

Info

Publication number: JP3577066B2
Application number: JP2002288115A
Authority: JP
Inventors: 弘五十嵐; 宏行中林; 伸明小林; 良輝菊地; 郁宏鷲見
Original assignee: JFE Steel Corp; Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2003194307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素を含む支燃性流体を噴出させつつ、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱するバーナ・ランスおよび精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素を含む支燃性流体（酸素、空気、酸素富化空気等）を噴出させつつ、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱するバーナは、様々な生産プロセスで用いられている。
例えば、電気炉製鋼プロセスにおいては、鉄屑等の原料を電気炉内で加熱し、溶融させる際に、原料にコールドスポットといわれる低温部分が生じ、この部分において原料が溶融しにくくなることがある。
このため、この低温部分の原料を加熱し、その溶融を促進することを目的として、補助的にバーナが使用される。
バーナの使用によって、原料の加熱効率を高め、原料溶融のための電力使用量を低減し、溶融コストを削減することができる。
また、支燃性流体によって原料の一部を酸化・溶融させ、切断を促し、原料に対する加熱効率を高めることができる。
さらには、支燃性流体の供給によって、未燃焼流体（一酸化炭素等）の燃焼を促進することができる。
バーナは、支燃性流体の流速を高めるほど、被加熱物の切断速度を高め、加熱効率を高めることができるため、支燃性流体の流れの高速化が要望されている。
【０００３】
しかしながら、支燃性流体の流れを高速化する（例えば音速を超える速度とする）と、この流体の流れによって燃料の燃焼炎が不安定になり、かえって加熱効率が低下することがあった。
燃焼炎の安定化を図ることができるバーナとしては、特許文献１、２に記載されたものがある。これら公報に記載されたバーナは、酸素ガス供給管の外周側に、燃料ガス供給管が設けられ、さらにその外周側に、二次酸素を供給する二次酸素供給管が設けられた三重管構造を有する。
また、特許文献３には、酸素を供給する中央導管の外周側に、燃料供給用の管と、二次酸素供給用の管が設けられ、燃料および二次酸素をバーナ先端の噴出孔から噴出させることができる三重管構造のバーナ・ランスが提案されている。
これらのバーナでは、酸素ガス供給管から高速の酸素ガス流を噴出させるとともに、二次酸素を用いて燃料ガスを燃焼させることができるようになっており、二次酸素によって燃焼炎を安定化させることができる。
このため、燃焼炎の不安定化による加熱効率の低下を引き起こすことなく、酸素ガス流を高速化することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−７５３６４号公報
【特許文献２】
特開平１０−９５２４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２５９４１３号公報
【０００５】
また、一般に、液体燃料を燃焼させる場合には、液体燃料を微粒化し霧状にするのが好ましい。この微粒化には、油圧法または高圧気流法が用いられている。
油圧法は、液体燃料を高圧化して噴霧する手法であり、高圧気流法は、空気や水蒸気などの高圧の霧化媒体を用いて液体燃料を微粒化する方法である。
【０００６】
しかしながら、これらのバーナでは、三重管構造とされていることから、構造が複雑である上、全体のサイズが大きくなってしまう。このため、メンテナンスが難しく、しかも取り扱いがしにくい問題があった。
また、被加熱物が溶融金属等である場合には、被加熱物の一部がガス流によって飛散し、飛散物が燃料ガスや二次酸素の噴出孔を閉塞させることがあり、メンテナンスに手間がかかる問題もあった。
【０００７】
また、液体燃料を用いる場合には、油圧法と高圧気流法のいずれを採用してもノズル構造が複雑化し、取り扱い性およびメンテナンス性の点で不利となる問題があった。
【０００８】
また、鉄鋼精錬プロセスにおいては、高炉などで製造した溶鉄（例えば溶銑や、溶銑を脱炭して得られた溶鋼）を効率的に精錬するため、酸素などの支燃性流体の供給は重要である。
支燃性流体は、溶鉄中の珪素、燐、炭素などの除去や、別途添加される炭素、珪素、アルミニウムなどが酸化する際の発生熱を溶鉄に着熱させる（熱付加）ために用いられる。
支燃性流体を溶鉄に作用させる際には、上記除去反応や熱付加の効率を高めるために、溶鉄を攪拌し混合することが好ましい。
このため、支燃性流体を供給するには、支燃性流体供給管に、内径が先端方向に向けて徐々に大きくなるテーパ部が形成されたラバールノズルを有するランスが用いられている。
このタイプのランスを用いると、支燃性流体の初速が超音速となり、効率よく溶鉄を攪拌することができる。
支燃性流体に与えられたエネルギーを効率よく攪拌力に変換するためには、浴面（溶鉄表面）に対し、ランスをできるだけ低く配置することが有効であるが、ランスを低く配置すると、輻射熱などによりランスが劣化しやすくなる問題がある。
そのため、ランスを高く配置せざるを得ず、高い精錬効率を得るのは難しい。また、支燃性流体の流量などに応じて、ノズル形状や供給圧力の適正化などが行われているが（例えば特許文献４を参照）、支燃性流体を十分に高速化するのは難しく、高速化を実現できる精錬方法が要望されている。
【０００９】
【特許文献４】
特開平１０−３０１１０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は次に示すとおりである。
（１）燃焼炎の不安定化による加熱効率の低下を防ぎ、かつ支燃性流体を高速化することができ、しかも取り扱い性およびメンテナンス性に優れたバーナ・ランスを提供する。
（２）精錬効率を向上させることができる精錬方法を提供する。
（３）液体燃料を用いる場合でも、取り扱い性およびメンテナンス性に優れたバーナ・ランスを提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のバーナ・ランスは、酸素を含む支燃性流体を供給する支燃性流体供給管の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられた二重管構造を有し、これら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、前記支燃性流体供給管に、前記燃料流体をこの供給管の内部に導く燃料流体噴出部が形成され、前記支燃性流体供給管が、先端に向けて内径が大きくなるテーパ部と、このテーパ部より先端側に設けられ、ほぼ一定の内径を有する直胴部とを有し、該直胴部が、燃料流体噴出部より先端側に形成され、その内面に、周方向にわたって溝が形成されていることを特徴とする。
本発明のバーナ・ランスは、前記溝の深さＬ_１が、次式で表される範囲内であることが好ましい。
【数２】

本発明のバーナ・ランスは、燃料流体噴出部の直径の総和Ｌ_４と、支燃性流体供給管の出口の内周縁長さπＤ_２との比Ｌ_４／πＤ_２が、次式で表される範囲内であることが好ましい。
Ｌ_４／πＤ_２≧０．１
本発明のバーナ・ランスは、前記溝が断面矩形状に形成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の操業方法は、上記バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによって、冷鉄源を溶解し、精錬する炉の操業方法であって、冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落ちした後の精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流体供給量を設定することを特徴とする。
溶解工程においては、混合流体を、１≦酸素比＜３とし、溶落ちした後の精錬工程においては、混合流体を、酸素比≧３とすることができる。
本発明の操業方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
【００１３】
本発明の精錬方法は、上記バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬することを特徴とする。
混合流体は、酸素比＞５であることが好ましい。
本発明の精錬方法では、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることができる。
本発明では、精錬にあたって、固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
本発明では、炭素濃度が０．６ｍａｓｓ％以下である低炭素域において、溶鉄の精錬を行うことができる。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることができる。
本発明の精錬方法では、精錬の際に発生する排ガスから顕熱または潜熱を回収することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のバーナ・ランスの一実施形態を示すもので、ここに示すバーナ・ランス１は、酸素を含む支燃性流体を供給する支燃性流体供給管２の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管３が設けられ、さらにその外周側に、管状の水冷ジャケット４が設けられたノズル５を備えている。
すなわち、このノズル５は、支燃性流体供給管２と燃料流体供給管３とからなる二重管構造物の外周に、水冷ジャケット４が設けられた構成となっている。
【００１５】
支燃性流体供給管２は、酸素を含む支燃性流体を、その内部に流通させることができるようになっている。以下、支燃性流体供給管２の内部を支燃性流体流路６という。
支燃性流体供給管２には、他の部分に比べ内径が小さい細径部２ａが形成されている。以下、この細径部２ａにおける支燃性流体流路６をスロート部７という。
【００１６】
スロート部７の内径（細径部２ａの内径）Ｄ _１は、次のようにして設定するのが好ましい。
一般に、ラバールノズルのスロート部の断面積Ａ _Ｌ１、および出口断面積Ａ _Ｌ２は、以下に示す式（１）、（２）より求めた値で設計される。
【００１７】
【数３】

【００１８】
【数４】

【００１９】
図１に示すバーナ・ランス１におけるスロート部７の断面積をＡ _１とし、供給管２の先端における支燃性流体流路６の断面積（出口断面積）（直胴部９の流体流路断面積）をＡ _２とすると、これら断面積Ａ _１、Ａ _２の比率（Ａ _２／Ａ _１）は、式（２）に示すラバールノズルの断面積比（Ａ _Ｌ２／Ａ _Ｌ１）以上となるように設定されるのが望ましい。
この断面積比Ａ _２／Ａ _１を、ラバールノズルの断面積比Ａ _Ｌ２／Ａ _Ｌ１以上に設定することによって、支燃性流体の流れを、若干、過膨張状態とし、供給管２内の圧力を低くし（例えば大気圧以下）、支燃性流体が燃料流体の流路に流入することによる逆火を未然に防ぐことができる。
【００２０】
細径部２ａの先端側には、テーパ部２ｂが形成されている。
テーパ部２ｂは、供給管２の内径が先端方向に向けて徐々に大きくなるように形成されている。
供給管２の中心軸方向に対するテーパ部２ｂの傾斜角度θ _１は、３〜１０°とするのが好ましい。この傾斜角度θ _１をこの範囲とすることによって、支燃性流体の流れを高速化することができる。この傾斜角度θ _１が上記範囲未満である場合、および上記範囲を越える場合には、支燃性流体の流速が低下する。
【００２１】
テーパ部２ｂの先端付近の供給管２には、燃料流体を供給管２の外部から内部に導く燃料流体噴出孔８が形成されている。燃料流体噴出孔８は、供給管２内に向けて開口するように形成されている。
燃料流体噴出孔８（燃料流体噴出部）は、供給管２の周方向にわたって複数形成され、供給管２からの支燃性流体の流れをほぼ囲むように、燃料流体を噴出させることができるように構成するのが好ましい。図示例において、燃料流体噴出孔８は、周方向に等間隔に８つ形成されている。
燃料流体噴出孔８は、供給管２の外側から内側に向けて先端方向に傾斜して形成されており、燃料流体として液体燃料を使用する場合、供給管２の中心軸方向に対する噴出孔８の傾斜角度θ _２（噴出孔８の中心軸の傾斜角度）は、５〜９０°とするのが好ましい。
傾斜角度θ _２が上記範囲未満であると、供給管２内において燃料流体と支燃性流体の混合が不十分になりやすくなる。傾斜角度θ _２が上記範囲を越えると、燃料流体の流量が低下しやすくなる。
燃料流体として気体燃料を使用する場合、噴出孔８の傾斜角度θ _２は、６０°以下とするのが好ましい。傾斜角度θ _２が上記範囲を越えると、燃料流体の噴出により支燃性流体の流れが乱され、混合流体の流速が低下する。
【００２２】
テーパ部２ｂの先端側には、ほぼ一定の内径を有する直胴部９が形成されている。
この直胴部９の内面（燃料流体噴出孔８より先端側の支燃性流体供給管２の内面９ａ）には、周方向に沿って溝１０が形成されている。
溝１０は、燃料流体の燃焼炎を安定化するためのもので、直胴部９の全周にわたって形成されている。
溝１０の深さＬ _１は、次に示す式（３）を満たすように設定するのが好ましい。
【００２３】
【数５】

【００２４】
溝１０の深さＬ _１が上記範囲を下回ると、燃料流体の燃焼炎が不安定になりやすくなる。
溝１０の幅Ｌ _２は、Ｌ _１と同等以上にすることが好ましい。
この幅Ｌ _２が上記範囲未満である場合には、燃料流体の燃焼炎が不安定になりやすい。
【００２５】
燃料流体供給管３は、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料流体を、供給管２、３の隙間（以下、燃料流体流路１１という）に流通させることができるようになっている。
燃料流体供給管３の先端と、支燃性流体供給管２の先端との間には、これら供給管２、３間を閉止する閉止壁部１２が設けられており、これによって、燃料流体の全量を噴出孔８に導くことができるようになっている。
【００２６】
水冷ジャケット４は、その内部に冷却水を流通させることができるようになっており、この冷却水の流通によって、供給管２、３の内部温度を調節することができるようになっている。
【００２７】
次に、バーナ・ランス１の使用方法について説明する。
支燃性流体を支燃性流体供給管２に供給し、先端側から噴出させる。
支燃性流体としては、酸素含有流体（空気、酸素、酸素富化空気など）を用いることができる。
支燃性流体供給管２には、テーパ部２ｂが形成されているため、このテーパ部２ｂにおいて、支燃性流体流路６の断面積が先端方向に向けて徐々に大きくなっている。このため、テーパ部２ｂにおいて支燃性流体を適度に膨張させ、支燃性流体の流れを高速化することができる。
【００２８】
この際、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の燃料流体を、燃料流体流路１１（供給管２、３の隙間）に供給し、燃料流体噴出孔８を通して供給管２内に噴出させる。
なお、燃料流体としては、ＬＮＧのほか、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＣＯ、Ｈ _２、ＣＯ／Ｈ _２混合ガスが使用できる。また、重油、灯油などの液体燃料を用いることもできる。
【００２９】
燃料流体は、支燃性流体とともに直胴部９内を先端方向に流れ、燃焼しつつノズル５の先端から噴出する。
直胴部９内面には、溝１０が形成されているため、燃焼しつつ流れる燃料流体の一部は、一旦溝１０内に流入し、溝１０から流出した後、直胴部９内面に沿って先端方向に流れる。
【００３０】
本実施形態のバーナ・ランス１は、以下の効果を得ることができる。
（１）燃料流体噴出孔８より先端側の支燃性流体供給管２の内面９ａに、溝１０が形成されているので、燃料流体がこの溝１０内に流入する。このため、支燃性流体の流速にかかわらず、溝１０内で燃料流体を安定的に燃焼させることができる。
よって、支燃性流体を高速化した場合でも、燃焼炎を安定化することができる。
従って、燃焼炎の不安定化による加熱効率の低下を防ぎ、かつ支燃性流体の流れを高速化することができる。
（２）支燃性流体供給管２の外周側に燃料流体供給管３を設けた二重管構造を有するので、構造を簡略化し、全体を小型化することができる。
従って、メンテナンス性を向上させるとともに、取扱いを容易にすることができる。
（３）燃料流体噴出孔８が、供給管２内に向けて開口するように形成されているので、被加熱物が溶融金属などのように飛散しやすいものである場合でも、飛散物が噴出孔８内に侵入しにくい。
これは、供給管２からの支燃性流体の流れによって、供給管２内への飛散物侵入が妨げられるためである。
従って、上記飛散物による噴出孔８の閉塞を未然に防ぎ、メンテナンスを容易にすることができる。
（４）燃焼炎を安定化させることができるため、この燃焼炎によって、支燃性流体の流れ方向の乱れを抑え、支燃性流体の流速が噴射の過程で減衰するのを防ぐことができる。
従って、支燃性流体の流速を高く維持し、加熱効率をさらに高めることができる。
（５）燃料流体噴出孔８の先端側に、ほぼ一定内径の直胴部９が設けられているため、燃料流体を、直胴部９の内面に沿って、先端方向に向けて流すことができる。
このため、燃料流体の流れが径方向に拡がるのを防ぎ、燃焼炎を先端方向に向け、加熱効率をさらに高めることができる。
【００３１】
図２は、本発明のバーナ・ランスの他の実施形態を示すものである。
ここに示すバーナ・ランス２１において、燃料流体噴出孔８（液体燃料噴出孔）は、供給管２の周方向にわたって複数形成され、供給管２からの支燃性流体の流れをほぼ囲むように、燃料流体を噴出させることができるように構成するのが好ましい。図示例において、燃料流体噴出孔８は、周方向に等間隔に８つ形成されている。
【００３２】
バーナ・ランス２１では、燃料流体噴出孔８の直径Ｄ _３の総和Ｌ _４と、支燃性流体供給管２の出口の内周縁長さπＤ _２との比Ｌ _４／πＤ _２が、次式で表される範囲内であることが好ましい。
Ｌ _４／πＤ _２≧０．１
この比Ｌ _４／πＤ _２がこの範囲未満であると、燃料流体として液状物（液体燃料）を用いた場合に、支燃性流体をほぼ囲むように液体燃料を噴出させるのが難しくなり、支燃性流体の速度減衰が大きくなる。また微粒化された液体燃料の粒径が大きくなり、液体燃料の燃焼効率が低下する。
供給管２の出口径Ｄ _２はテーパ部２ｂの最大内径に相当する。また出口径Ｄ _２は直胴部９の内径に相当する。
【００３３】
バーナ・ランス２１は、液体燃料を用いた場合に、その噴出流速を１．０ｍ／ｓ以上とすることが好ましい。
噴出速度がこの範囲未満であると、微粒化された液体燃料の粒径が大きくなり、液体燃料の燃焼効率が低下する。
【００３４】
噴出孔８の傾斜角度θ _２は、５〜９０°とすることができる。傾斜角度θ _２が上記範囲を越えると、燃料流体の噴出により支燃性流体の流れが乱され、混合流体の流速が低下する。
【００３５】
バーナ・ランス２１では、支燃性流体をほぼ囲むように液体燃料を供給し、支燃性流体によって液体燃料を微粒化することができるため、液体燃料の加圧や霧化媒体が不要であり、ノズル構造を簡略化することができる。
従って、取り扱い性およびメンテナンス性の点で優れている。
【００３６】
上記実施形態では、支燃性流体供給管２内に支燃性流体のみを供給する方法を例示したが、本発明では、支燃性流体に、コークス、廃棄物燃料等の粉体を混入させることもできる。
この場合には、溶融金属などの被加熱物を加熱する際に、粉体を燃焼させつつ被加熱物に吹き込み、加熱効率を高めることができる。
また、本発明における流体とは、気体状態、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の流体を含む。
【００３７】
次に、本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法について説明する。
固体原料（冷鉄源）を溶解させるには、電気炉を用いて、固体原料を炉内へ装入し、アーク加熱により溶解させる。
炉内には供給熱の不足によりコールドスポットが生じることがあるため、本発明の操業方法では、バーナ・ランスを、コールドスポットを加熱できるように設置することができる。
電気炉溶解では、主に固体原料を溶解させる工程（溶解工程）と、それが溶落ちし液体状態となった液状物（溶鋼など）を昇温、精錬する工程とがある。
【００３８】
本発明の操業方法では、バーナ・ランスを用いて固体原料を溶解し、精錬するに際して、固体原料が溶解する工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、それぞれの工程に適した条件となるように、独立的に燃料流体供給量を設定する。
本発明のバーナ・ランスは、支燃性流体と燃料流体の混合流体を、火炎とともに高速で噴出させることができるため、優れた溶断能力を有する。
溶解工程においては、固体原料を溶断しつつ加熱することができるため、加熱効率を高めることができる。このため、燃料への着熱効率を高め、より多くの燃料を燃焼させ、電力原単位を低減することができる。
【００３９】
一方、溶落ち以降の精錬工程では、炉内は、底部に溶鋼やスラグなどがあり、その上方は空間部となるため、多量の燃料を供給したとしても、その着熱効率は低くなる。
このため、流体流速が減衰するのを抑止する効果が得られる範囲で最小限の燃料を供給することによって、炉壁から浴に向けて効率よく支燃性流体（酸素）を吹き込み、脱炭反応やスラグフォーミングを促進させる。
【００４０】
溶解工程では、１≦酸素比＜３を満たすようにするのが好ましい。これによって、固体原料の溶断、溶解を促すとともに、炉内で発生する一酸化炭素などの可燃成分を燃焼させることができる。
なお酸素比とは、燃料流体の完全燃焼に必要な酸素量に対して供給する酸素量の比をいう。
溶落ち以降の精錬工程では、燃料流体供給量を大幅に低く、好ましくは酸素比が３以上となるようにし、支燃性流体（酸素）を高速で吹き込むことによって、脱炭反応およびスラグフォーミングを促進しつつ、固体原料を溶解させることができる。
【００４１】
このように、固体原料が溶解する溶解工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、独立的に燃料流体供給量を設定する方法によれば、燃料流量のみを調整するという単純な方法によって、各工程の効率化を図ることができる。
【００４２】
次に、本発明の精錬方法について説明する。
本発明の精錬方法は、バーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を、燃料流体を燃焼させつつ、溶鉄（溶銑や溶鋼）に向けて噴出させることによって溶鉄を精錬する方法である。
一般に、高炉から出銑された溶銑は、溶銑鍋などの搬送用器に受銑され、脱珪、脱燐、脱硫などの予備処理が施された後に、転炉に装入され、必要に応じて予備処理された後、脱炭される。脱炭された溶鋼は、溶鋼鍋などの搬送容器により搬送され、二次精錬工程に供される。
本発明の精錬方法は、溶鉄（溶銑や溶鋼）を受容する容器、例えば転炉、溶融還元炉、脱炭炉、二次精錬炉などの精錬炉において実施することができる。本発明の精錬方法は、高炉鍋、混銑車（トピードカー）、装入用の鍋などの輸送用容器において実施することもできる。
上記容器は、支燃性流体の排ガスを処理する処理装置を有するものであることが好ましい。
【００４３】
以下、本発明の精錬方法を転炉内の溶鉄に対して適用した例を説明する。
一般に、転炉に装入された溶銑は、ランスからの酸素供給（送酸）によって脱炭され、溶鋼として次工程に供される。この際、スラグや溶鋼の成分調整を目的として、精錬剤（ＣａＯ、ドロマイトなど）、鉱石類（鉄鉱石、マンガン鉱石など）、合金類などが添加される。
また、鉄スクラップの溶解、昇温などを行う際には、十分な熱量が必要となる。またマンガン鉱石などの鉱石類を還元処理する際には、十分な還元熱が必要である。このため、溶鉄中の炭素などの量が十分でない場合には、酸素の供給が十分であっても熱補償が必要となり、コークス、土壌黒鉛、石炭などの炭材が添加される。
酸素供給には、通常、深冷法などで製造された純度９９％以上の酸素ガスが用いられる。酸素供給流量の上限は、脱炭で生成する、一酸化炭素を主成分とする排ガスを排気する設備の能力に応じて定めることができる。酸素供給流量は、通常、処理される溶鉄１トンあたり１００〜３００Ｎｍ^３／ｈとされる。
【００４４】
転炉内の溶鉄に対し酸素供給を行う際には、例えば、昇降台車に設置された水冷式の酸素供給用ランスが用いられる。
このランスとしては、例えば図１に示すバーナ・ランス１を用いることができる。
バーナ・ランス１を、排ガスフードのランス孔から炉内に導入し、バーナ・ランス１を用いて、支燃性流体と燃料流体との混合流体を、燃料流体を燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させる吹錬を行う。
この際、溶鉄に対し上方から混合流体を噴出させる上吹きを採用してもよいし、側方から噴出させる横吹きを採用してもよい。
【００４５】
脱炭反応などの際にはスラグの生成や浴温度の上昇が起こるため、スラグや温度の調整を目的として、ランス高さや酸素供給量が適宜調整される。転炉における吹錬の際には、酸素だけでなく種々の副原料が添加されることがある。副原料は、通常、上方から自然落下させることによって添加される。
【００４６】
吹錬の際には、次の反応が起きる。
（１）１／２Ｏ _２＋Ｆｅ＝ＦｅＯ
（２）Ｃ＋ＦｅＯ＝ＣＯ（ガス）＋Ｆｅ
（３）Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ
（４）１／２Ｏ２＋ＣＯ＝ＣＯ _２
このほか、石灰を添加する場合には、石灰の溶解反応も起きる。
【００４７】
この際、バーナ・ランス１による酸素供給速度が高速であるほど、副原料、溶鉄、酸素の攪拌が効率よく行われ、上記反応（２）が遅滞なく起こる優先脱炭の条件となり、低炭素濃度になっても効率よく脱炭でき、鉄の歩留まりを高くすることができる。
特に、酸素吹錬中の転炉内環境は、酸素の反応挙動の違いから、高炭素域（［Ｃ］＞０．６ｍａｓｓ％）と低炭素域（［Ｃ］≦０．６ｍａｓｓ％）とに大別することができる。
高炭素域では、供給される酸素はほぼ全量が脱炭に費やされ、高い酸素供給速度で吹錬が行われる。この際、反応は酸素の供給律速となる。
一方、低炭素域では、反応は炭素の移動律速となり、酸素の一部が鉄の酸化にも費やされるため、鉄の酸化を抑制して脱炭酸素効率を高めるため、通常、酸素供給速度は低く抑えられる。
【００４８】
吹錬末期においては、浴中への酸素溶解が増大しスラグの酸化度は高くなり、酸素供給量の抑制による動圧の低下などで、スラグの酸化度は増大する傾向がある。
転炉の吹錬末期に、上記バーナ・ランス１を適用することで、酸素流量を低下させても酸素を浴に高速で添加することができるため、反応効率が改善され、スラグの酸化度が低減し、鉄の歩留まり向上、溶鋼の酸化度の低位安定化、さらにはマンガンの酸化が抑制され、マンガンの歩留まりの向上がもたらされる。
支燃性流体が高速となると、浴中への進入深さが大きくなるが、支燃性流体が炉底に達すると、炉が劣化することがあるため、支燃性流体の速度は、これらが炉底に達しない程度に調整するのが好ましい。
【００４９】
本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上に適用することができる。
熱付加は、鉄源や合金源添加時の熱補償のために行われる。還元処理は、鉄鉱石、マンガン鉱石などを用いる場合に行われる。
精錬の際に用いる精錬剤は、精錬の目的に応じて選択使用すればよい。例えば、脱珪や脱燐では、酸素との反応で生成する珪酸や燐酸をスラグとして安定化する必要があるため、安定化効果のある石灰源などを精錬剤として用いるのが好ましい。
石灰源は、ＣａＯとＣａＣＯ _３のうち少なくとも一方を主成分とするものを用いると、迅速に溶融、スラグ化させることができるため好ましい。
本発明の精錬方法では、石灰源などの精錬剤を支燃性流体とともに供給することもできるし、支燃性流体とは別に溶鉄に直接添加してもよい。
精錬剤を粉体として使用する場合には、供給の際に飛散などにより失われる精錬剤量と、精錬剤の粉体化処理（粉砕処理）に要するコストとを経済性の点で考慮する必要がある。
精錬剤の添加量は、精錬処理量、要求される精錬度、許容される精錬時間などの条件によって設定することができる。
【００５０】
脱珪においては、供給された酸素や、生成した酸化鉄との反応によって、溶銑中の珪素が珪酸になる脱珪反応が重要である。
この反応が遅滞すると、酸化鉄の蓄積が起こったり、溶銑中の炭素との反応によって酸素が消費されるようになり、脱珪効率が低下し、珪素濃度を低くすることが難しくなる。
バーナ・ランス１を使用することによって、支燃性流体を高速で供給することができるため、優先脱珪反応を、珪素濃度が低くなるまで継続させることができる。
【００５１】
脱燐においては、反応原理上、燐酸を固定する溶融石灰と、酸素ポテンシャルを高位に保つ酸化鉄が共存するスラグを、溶鉄と強攪拌することが必要である。バーナ・ランス１を使用することによって、支燃性流体を高速で供給することができるため、生成する高温の酸化鉄を石灰と混合でき、石灰の溶解を促進でき、さらに生成するスラグの攪拌も可能となる。また浴面への噴流の衝突圧を高めることができ、生成したスラグの浴中への叩き込みによる分散や溶鉄流動増加でスラグの巻き込みも増大でき、スラグの反応界面積の飛躍的な増大が可能となる。
【００５２】
また、鉱石を還元処理する際には、鉄鉱石、マンガン鉱石、その他の鉱石に対し、媒溶剤（石灰など）、コークス、石炭などが還元剤や熱付加用の燃料源として添加されることがある。
バーナ・ランス１を使用することによって、鉱石の還元時やスクラップ溶解時の降温の補償や、単なる浴の昇温のために、燃料源を効率的に燃焼し、発生した熱を効果的に着熱させることが可能である。
【００５３】
本発明の精錬方法においては、コークス、石炭などの固体炭素源：プラスチックなどの炭化水素源：ＣａＯ、ＣａＣＯ _３等を含む石灰源：ＭｇＯ、ＭｇＣＯ _３等を含むマグネシウム源：Ａｌ、Ａｌ _２Ｏ _３等を含むアルミニウム源：鉄鉱石：マンガン鉱石：合金のうち１種以上を溶鉄に添加することができる。
固体炭素源、炭化水素源、アルミニウム源は、燃料源として作用する。
本発明の精錬方法では、これらの燃料源や、燃料として作用する溶銑中の炭素や珪素を効率よく燃焼させることができ、スラグを含む浴を効率的に攪拌し、浴への発生熱の着熱を促進することができる。
【００５４】
本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速化するため、バーナ・ランスの燃料（燃料流体）の燃焼を適切に調整したり、燃料と支燃性流体との比率を適正化することが重要である。
燃料と支燃性流体との比率に関しては、燃料が一部しか燃焼しないように設定することもできるし、燃料がすべて燃焼するようにすることもできる。
この比率については、支燃性流体を溶鉄に効率よく作用させ、かつ高速化を達成するため、酸素比＞５とするのが好ましい。
支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気、これらの混合ガスなどの気体酸素含有ガスを用いることが可能である。
このほか、気体状態に限らず、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の気液混合体であってもよい。
また、燃料に関しては、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの炭化水素系ガスのほか、製鉄所内で回収される高炉ガス、転炉ガスなども使用できる。
また、本発明では、精錬の際に発生する排ガスから、熱交換器などを用いて顕熱または潜熱を回収することができる。
【００５５】
本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速化することができるため、従来より浴の深部まで支燃性流体を吹き込むことができ、精錬効率を高めることができる。
【００５６】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構成のノズル５を有するバーナ・ランス１を作製した。装置仕様を表１に示す。
スロート部７の断面積Ａ_１と、支燃性流体流路６の出口断面積Ａ _２との比率（Ａ _２／Ａ _１）は、式（２）に示すラバールノズルの断面積比（Ａ _Ｌ２／Ａ _Ｌ１）の１．０５倍に設定した。
【００５７】
（比較例１）
ラバールノズルを有するバーナ・ランスを作製した。
装置仕様を表１に併せて示す。このバーナ・ランスは、直胴部、溝が形成されていない点で実施例１のものと異なる。
【００５８】
【表１】

【００５９】
実施例１および比較例１のバーナ・ランスを用いて、燃焼試験を行った。
支燃性流体としては酸素を使用し、燃料としてはＬＰＧを使用した。試験結果を図３に示す。図３において、横軸はノズル先端から供給管中心軸方向の距離を示し、縦軸は支燃性流体の流速を示す。
図３より、実施例１のバーナ・ランスでは、噴出する支燃性流体の流速が高くなり、流体流速の減衰が起こりにくかったことがわかる。
【００６０】
（実施例２）
図１に示す構成のノズルを有するバーナ・ランスを作製した。装置仕様を表２に示す。燃焼試験結果を表３に示す。
【００６１】
（実施例３）
Ｌ _４／πＤ _２と、燃料流体噴出孔８の数が異なること以外は実施例２と同様にしてバーナ・ランスを作製した。装置仕様を表２に示す。燃焼試験結果を表３および図４に示す。
【００６２】
（比較例２）
直胴部、溝が形成されていないバーナ・ランスを作製した。装置仕様を表２に示す。燃焼試験結果を図４に示す。
【００６３】
【表２】

【００６４】
【表３】

【００６５】
表３より、実施例２は未燃分が多かったが、実施例３では、未燃の液滴が飛散することなく、高燃焼効率が達成でき、また火炎長も長くなったことがわかる。
したがって、Ｌ _４／πＤ _２は、０．１以上にすることが望ましい。
実施例３と比較例２で噴流速度の減衰を調べた。
図４より、実施例３では、比較例２に比べ、噴流速度の減衰を大幅に抑制することができたことがわかる。
【００６６】
（実施例４）
３５０ｋｇスケールの誘導溶解炉にて、温度１５００℃、炭素濃度［Ｃ］が２．５重量％となるように溶鉄２００ｋｇを溶製した。
図１に示す構成のバーナ・ランス１を、溶鉄の浴面から高さ３５０ｍｍの位置に配置し、支燃性流体および燃料を溶鉄に向けて５分間噴出させた。支燃性流体としては酸素を使用し、燃料としてはＬＰＧを使用した。
同時に、粒径１０ｍｍ以下の粒状コークスを炉内に連続的に添加した。添加速度は１５ｋｇ／ｈｒとした。また、攪拌のため、炉底のポーラスノズルよりＡｒガスを炉内に供給した。供給速度は３Ｎｍ^３／ｈｒとした。装置仕様および試験結果を表４に示す。
【００６７】
（比較例３）
直胴部、溝が形成されていないこと以外は実施例４のものと同様のバーナ・ランスを用いて、実施例４と同様の精錬試験を行った。装置仕様および試験結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】

【００６９】
表４より、実施例４の精錬方法では、加炭効率を高めることができたことがわかる。
【００７０】
（実施例５）
珪素濃度が０．２０〜０．２１重量％の溶銑２６．５トンを鍋に装入した。
実施例１で用いたものと同様のバーナ・ランス１を用いて、上部から純酸素ガスを６分間供給し脱珪処理した。純酸素ガスの供給速度は４５０Ｎｍ^３／ｈｒとした。
装入前の溶銑の［Ｃ］は４．５〜４．６重量％、温度は１３８５℃であった。攪拌のため、鍋底のポーラスプラグより窒素ガスを炉内に供給した。供給速度は１０Ｎｍ^３／ｈｒとした。燃料としてはＬＰＧを使用し、その供給速度は１２．８Ｎｍ^３／ｈｒとした。試験結果を表５に示す。
【００７１】
（比較例４）
比較例１で用いたものと同様のバーナ・ランスを用いて、実施例５と同様の試験を行った。試験結果を表５に示す。
【００７２】
【表５】

【００７３】
表５より、実施例５の精錬方法によれば、脱珪効率を高めることができたことがわかる。これは、純酸素ガスが高速で溶鉄に対し吹き付けられるため、溶銑中の珪素と効率よく反応した結果であると考えられる。
また、実施例５の精錬方法によれば、脱炭よりも優先的に脱珪を行うことができ、珪素濃度を低くすることができる。このため、溶銑中の炭素の燃焼による溶銑温度の過度の上昇が起こりにくい。
【００７４】
（実施例６〜９）
［Ｃ］が４．７〜４．８重量％、［Ｓｉ］が０．０１重量％以下であり、［Ｍｎ］が０．２重量％である溶銑４トンを転炉に装入した。
実施例１で用いたものと同様のバーナ・ランス１を用いて、上部から純酸素ガスを供給し吹錬を行った。
純酸素ガスの供給速度は、試験開始時に６５０Ｎｍ^３／ｈｒとし、［Ｃ］が０．５重量％以下となった時点で４５０Ｎｍ^３／ｈｒとした。燃料としてはＬＰＧを使用し、その供給速度は１２．８Ｎｍ^３／ｈｒとした。
また、攪拌のため、炉底のポーラスプラグよりＡｒガスを炉内に供給した。供給速度は３６Ｎｍ^３／ｈｒとした。
吹錬中に、マンガン鉱石を表６に示す条件で添加した。マンガン鉱石の添加は、試験開始から６分間のあいだに行った。マンガン鉱石は上方から炉内に連続投入した。
マンガン鉱石としては、マンガン５０重量％、珪酸５重量％を含有する粒状物（粒径２０〜６０ｍｍ）を用いた。
マンガン鉱石中の珪酸量などを考慮して、スラグ塩基度が約３となる量の生石灰を試験開始時に添加した。吹錬中に冷材として鉄鉱石を添加し、処理後の温度が１６５０℃となるようにした。
終点（試験終了時）の精錬生成物の成分と、マンガン還元効率を表６に示す。マンガン還元効率とは、溶銑とマンガン鉱石による全装入マンガン量に対し、脱炭後の溶鉄中のマンガン量の割合である。試験結果を表６に示す。
【００７５】
（比較例５〜８）
比較例１で用いたものと同様のバーナ・ランスを用いて、実施例６〜９と同様の試験を行った。試験結果を表６に示す。
【００７６】
【表６】

【００７７】
表６より、実施例６〜９の精錬方法では、マンガン還元効率を高め、マンガン濃度を高めることができたことがわかる。
さらに、吹錬末期に酸素供給量を低くした低炭素域においても、酸素ガスが高速で溶鉄に吹き込まれ、反応効率が高く維持される。
よって、脱炭反応が優先的に行われることから、スラグ中の酸化鉄（Ｔ．Ｆｅ）との反応が抑えられ、マンガン酸化反応が抑制され、マンガン還元効率を高めることができることがわかる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバーナ・ランスは、以下の効果を得ることができる。
（１）燃料流体噴出部より先端側の支燃性流体供給管の内面に、溝が形成されているので、支燃性流体の流速にかかわらず、燃料流体を溝内で安定的に燃焼させることができる。
従って、燃焼炎の不安定化による加熱効率の低下を防ぎ、かつ支燃性流体の流れを高速化することができる。
（２）支燃性流体供給管の外周側に燃料流体供給管を設けた二重管構造を有するので、構造を簡略化し、全体を小型化することができる。
従って、メンテナンス性を向上させるとともに、取扱いを容易にすることができる。
（３）燃料流体噴出部が、支燃性流体供給管内に向けて開口するように形成されているので、被加熱物が溶融金属などのように飛散しやすいものである場合でも、飛散物による噴出部の閉塞を未然に防ぎ、メンテナンスを容易にすることができる。
（４）燃焼炎を安定化させることができるため、この燃焼炎によって、支燃性流体の流れ方向の乱れを抑え、支燃性流体の流速が噴射の過程で減衰するのを防ぐことができる。
従って、支燃性流体の流速を高く維持し、加熱効率をさらに高めることができる。
（５）燃料流体噴出部の先端側に、ほぼ一定内径の直胴部が設けられているため、燃料流体の流れが径方向に拡がるのを防ぎ、燃焼炎を先端方向に向け、加熱効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバーナ・ランスの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のバーナ・ランスの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】試験結果を示すグラフである。
【図４】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２１・・・バーナ・ランス、２・・・支燃性流体供給管、３・・・燃料流体供給管、６・・・支燃性流体流路、７・・・スロート部、８・・・燃料流体噴出孔（燃料流体噴出部）、９・・・直胴部、９ａ・・・燃料流体噴出孔より先端側の支燃性流体供給管、１０・・・溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a burner / lance and a refining method for burning a fuel and heating an object to be heated while ejecting a supporting fluid containing oxygen.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Burners that burn a fuel and heat an object to be heated while ejecting a supporting fluid containing oxygen (oxygen, air, oxygen-enriched air, etc.) are used in various production processes.
For example, in an electric furnace steelmaking process, when a raw material such as iron scrap is heated in an electric furnace and melted, a low-temperature portion called a cold spot occurs in the raw material, and the raw material may be difficult to melt in this portion. .
For this reason, a burner is used supplementarily for the purpose of heating the raw material in the low-temperature portion and promoting the melting thereof.
By using the burner, the heating efficiency of the raw material can be increased, the amount of electric power used for melting the raw material can be reduced, and the melting cost can be reduced.
Further, a part of the raw material is oxidized and melted by the combustion-supporting fluid to promote cutting, thereby increasing the heating efficiency of the raw material.
Furthermore, the combustion of the unburned fluid (such as carbon monoxide) can be promoted by supplying the supporting fluid.
Since the burner can increase the cutting speed of the object to be heated and increase the heating efficiency as the flow velocity of the flammable fluid increases, there is a demand for a faster flow of the flammable fluid.
[0003]
However, when the flow of the combustion-supporting fluid is increased (for example, at a speed exceeding the speed of sound), the combustion flame of the fuel becomes unstable due to the flow of the fluid, and the heating efficiency sometimes decreases.
Patent Documents 1 and 2 disclose burners that can stabilize the combustion flame. The burners described in these publications have a triple pipe structure in which a fuel gas supply pipe is provided on the outer peripheral side of an oxygen gas supply pipe, and a secondary oxygen supply pipe for supplying secondary oxygen is further provided on the outer peripheral side. Having.
In Patent Document 3, a fuel supply pipe and a secondary oxygen supply pipe are provided on the outer peripheral side of a central conduit for supplying oxygen, and fuel and secondary oxygen are ejected from an ejection hole at a tip of a burner. A burner lance having a triple tube structure that can be made to work has been proposed.
In these burners, a high-speed oxygen gas flow is ejected from the oxygen gas supply pipe, and the fuel gas can be burned using the secondary oxygen, and the combustion flame is stabilized by the secondary oxygen. be able to.
Therefore, the oxygen gas flow can be sped up without causing a decrease in the heating efficiency due to the instability of the combustion flame.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-75364
[Patent Document 2]
JP-A-10-9524
[Patent Document 3]
JP-A-10-259413
[0005]
In general, when burning liquid fuel, it is preferable to atomize the liquid fuel to form a mist. For this atomization, a hydraulic method or a high-pressure air flow method is used.
The hydraulic method is a method of spraying a liquid fuel at a high pressure, and the high-pressure air flow method is a method of atomizing the liquid fuel using a high-pressure atomizing medium such as air or steam.
[0006]
However, since these burners have a triple tube structure, the structure is complicated and the overall size is increased. Therefore, there is a problem that maintenance is difficult and handling is difficult.
In addition, when the object to be heated is a molten metal or the like, a part of the object to be heated is scattered by the gas flow, and the scattered object may block the fuel gas or secondary oxygen ejection holes, which may require time for maintenance. There was also a problem.
[0007]
In addition, when a liquid fuel is used, there is a problem that the nozzle structure is complicated regardless of which of the hydraulic method and the high-pressure air flow method is employed, and disadvantageous in handling and maintenance.
[0008]
In addition, in the steel refining process, the supply of a combustion-supporting fluid such as oxygen is important in order to efficiently refining molten iron (for example, hot metal or molten steel obtained by decarburizing hot metal) manufactured in a blast furnace or the like. is there.
The flammable fluid is used to remove silicon, phosphorus, carbon, and the like in the molten iron, and to cause the heat generated when oxidizing separately added carbon, silicon, aluminum, and the like to heat the molten iron (heat addition). .
When the flammable fluid acts on the molten iron, it is preferable to stir and mix the molten iron in order to increase the efficiency of the above-described removal reaction and heat addition.
Therefore, in order to supply the combustion supporting fluid, a lance having a Laval nozzle having a tapered portion whose inner diameter gradually increases toward the distal end is used in the combustion supporting fluid supply pipe.
If this type of lance is used, the initial velocity of the supporting fluid becomes supersonic, and the molten iron can be efficiently stirred.
In order to efficiently convert the energy given to the supportive fluid into a stirring force, it is effective to arrange the lance as low as possible with respect to the bath surface (the surface of the molten iron). There is a problem that the lance is liable to be deteriorated due to factors such as the above.
For this reason, the lance must be arranged high, and it is difficult to obtain high refining efficiency. Further, the nozzle shape and the supply pressure are adjusted in accordance with the flow rate of the flammable fluid (see, for example, Patent Document 4), but it is difficult to sufficiently increase the speed of the flammable fluid. There is a demand for a refining method capable of realizing high speed.
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-10-30110
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has the following problems.
(1) To provide a burner lance which can prevent a decrease in heating efficiency due to instability of a combustion flame, can increase the speed of a combustion supporting fluid, and is excellent in handleability and maintainability.
(2) To provide a refining method capable of improving the refining efficiency.
(3) Even when a liquid fuel is used, a burner / lance excellent in handleability and maintainability is provided.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The burner lance of the present invention has a double pipe structure in which a fuel fluid supply pipe for supplying a fuel fluid is provided on the outer peripheral side of a combustion supporting fluid supply pipe for supplying a combustion supporting fluid containing oxygen, A gap between these supply pipes is a fuel fluid flow path, and a fuel fluid ejection section for guiding the fuel fluid to the inside of the supply pipe is formed in the combustion supporting fluid supply pipe,The fuel-supplying fluid supply pipe has a tapered portion having an inner diameter that increases toward the tip, and a straight body that is provided on the tip side of the tapered portion and has a substantially constant inner diameter. , Formed on the tip side from the fuel fluid ejection part,A groove is formed in the circumferential direction.
The burner lance of the present invention has a depth L of the groove.₁Is preferably within the range represented by the following formula.
(Equation 2)

The burner lance of the present invention has a total sum L of diameters of fuel fluid jetting portions.₄And the inner peripheral edge length πD of the outlet of the combustion supporting fluid supply pipe.₂And the ratio L₄/ ΠD₂Is preferably within the range represented by the following formula.
L₄/ ΠD₂≧ 0.1
In the burner lance of the present invention, it is preferable that the groove is formed in a rectangular cross section.
[0012]
The operation method of the present inventionUsing the above burner lanceA method of operating a furnace for melting and refining a cold iron source by burning and ejecting a mixture of a fuel-supporting fluid containing oxygen and a fuel fluid toward the cold iron source while burning the mixed fluid. The fuel fluid supply amount is set independently in each of a melting step in which is melted and a refining step after the cold iron source is melted down.
In the dissolving step, the mixed fluid can be set to 1 ≦ oxygen ratio <3, and in the refining step after melting down, the mixed fluid can be set to the oxygen ratio ≧ 3.
The operation method of the present invention can be applied to at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, heating, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment.
One or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used as the combustion supporting fluid.
[0013]
The refining method of the present invention comprises:Using the above burner lanceThe method is characterized in that the molten iron is refined by injecting it toward the molten iron while burning a mixed fluid of a combustion supporting fluid containing oxygen and a fuel fluid.
The mixed fluid preferably has an oxygen ratio> 5.
In the refining method of the present invention, at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, heating, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment can be targeted.
In the present invention, at least one of a solid carbon source, a hydrocarbon source, a lime source, a magnesium source, an aluminum source, an iron ore, a manganese ore, and an alloy can be added to molten iron during refining.
In the present invention, the refining of molten iron can be performed in a low carbon region where the carbon concentration is 0.6 mass% or less.
One or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air can be used as the combustion supporting fluid.
In the refining method of the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from exhaust gas generated during refining.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a burner lance according to the present invention. The burner lance 1 shown here is provided on the outer peripheral side of a supporting fluid supply pipe 2 for supplying a supporting fluid containing oxygen. A fuel fluid supply pipe 3 for supplying a fuel fluid is provided, and a nozzle 5 provided with a tubular water cooling jacket 4 is provided on the outer peripheral side.
That is, the nozzle 5 has a configuration in which a water-cooling jacket 4 is provided on the outer periphery of a double-pipe structure including the fuel-supplying fluid supply pipe 2 and the fuel fluid supply pipe 3.
[0015]
The combustion supporting fluid supply pipe 2 allows a combustion supporting fluid containing oxygen to flow therein. Hereinafter, the inside of the combustion supporting fluid supply pipe 2 is referred to as a combustion supporting fluid passage 6.
The small diameter portion 2a having a smaller inside diameter than other portions is formed in the combustion supporting fluid supply pipe 2. Hereinafter, the combustion supporting fluid passage 6 in the small diameter portion 2a is referred to as a throat portion 7.
[0016]
Inner diameter of throat part 7 (inner diameter of small diameter part 2a)D ₁Is preferably set as follows.
Generally, the cross-sectional area of the throat of a Laval nozzleA _L1, And exit cross sectionA _L2Is designed with the values obtained from the following equations (1) and (2).
[0017]
(Equation 3)

[0018]
(Equation 4)

[0019]
The cross-sectional area of the throat part 7 in the burner lance 1 shown in FIG.A ₁The sectional area (outlet sectional area) of the flammable fluid passage 6 at the end of the supply pipe 2 (the sectional area of the fluid passage of the straight body portion 9)A ₂Then, these cross-sectional areasA ₁ , A ₂Ratio (A ₂ / A ₁) Is the cross-sectional area ratio of the Laval nozzle shown in equation (2) (A _L2 / A _L1) Is desirably set as described above.
This cross-sectional area ratioA ₂ / A ₁Is the cross-sectional area ratio of the Laval nozzleA _L2 / A _L1With the above setting, the flow of the combustion supporting fluid is slightly over-expanded, the pressure in the supply pipe 2 is lowered (for example, below the atmospheric pressure), and the combustion supporting fluid flows into the flow path of the fuel fluid. By doing so, flashback can be prevented.
[0020]
A tapered portion 2b is formed on the distal end side of the small diameter portion 2a.
The tapered portion 2b is formed such that the inner diameter of the supply pipe 2 gradually increases toward the distal end.
Inclination angle of the tapered portion 2b with respect to the central axis direction of the supply pipe 2θ ₁Is preferably 3 to 10 °. This tilt angleθ ₁Is within this range, the flow of the combustion supporting fluid can be accelerated. This inclination angleθ ₁Is less than the above range, and when it exceeds the above range, the flow velocity of the combustion supporting fluid decreases.
[0021]
In the supply pipe 2 near the tip of the tapered portion 2b, a fuel fluid ejection hole 8 for guiding the fuel fluid from the outside to the inside of the supply pipe 2 is formed. The fuel fluid ejection hole 8 is formed so as to open toward the inside of the supply pipe 2.
A plurality of fuel fluid ejection holes 8 (fuel fluid ejection portions) are formed in the circumferential direction of the supply pipe 2 so that the fuel fluid can be ejected so as to substantially surround the flow of the combustion supporting fluid from the supply pipe 2. It is preferable to configure. In the illustrated example, eight fuel fluid ejection holes 8 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
The fuel fluid ejection hole 8 is formed so as to be inclined in the front end direction from the outside to the inside of the supply pipe 2. When a liquid fuel is used as the fuel fluid, the ejection hole 8 with respect to the central axis direction of the supply pipe 2 is used. Tilt angleθ ₂(The inclination angle of the central axis of the ejection hole 8) is preferably 5 to 90 °.
Tilt angleθ ₂Is less than the above range, the mixing of the fuel fluid and the supporting fluid in the supply pipe 2 tends to be insufficient. Tilt angleθ ₂Exceeds the above range, the flow rate of the fuel fluid tends to decrease.
When gaseous fuel is used as the fuel fluid, the inclination angle of the ejection hole 8θ ₂Is preferably 60 ° or less. Tilt angleθ ₂Exceeds the above range, the flow of the supporting fluid is disturbed by the ejection of the fuel fluid, and the flow velocity of the mixed fluid decreases.
[0022]
A straight body portion 9 having a substantially constant inner diameter is formed on the distal end side of the tapered portion 2b.
A groove 10 is formed in the inner surface of the straight body portion 9 (the inner surface 9a of the fuel-supplying fluid supply pipe 2 on the tip side from the fuel fluid ejection hole 8) along the circumferential direction.
The groove 10 is for stabilizing the combustion flame of the fuel fluid, and is formed over the entire circumference of the straight body portion 9.
Groove 10 depthL ₁Is preferably set to satisfy the following expression (3).
[0023]
(Equation 5)

[0024]
Groove 10 depthL ₁Is less than the above range, the combustion flame of the fuel fluid tends to be unstable.
Groove 10 widthL ₂IsL ₁It is preferable to make it equal to or more than.
This widthL ₂Is less than the above range, the combustion flame of the fuel fluid tends to be unstable.
[0025]
The fuel fluid supply pipe 3 allows a fuel fluid such as LNG (liquefied natural gas) to flow through a gap between the supply pipes 2 and 3 (hereinafter, referred to as a fuel fluid flow path 11).
Between the tip of the fuel fluid supply pipe 3 and the tip of the combustion-supporting fluid supply pipe 2, a closing wall portion 12 that closes between the

supply pipes

2 and 3 is provided. The whole amount can be guided to the ejection hole 8.
[0026]
The water cooling jacket 4 is configured to allow cooling water to flow therein, and the temperature of the

supply pipes

2 and 3 can be adjusted by the flow of the cooling water.
[0027]
Next, a method of using the burner lance 1 will be described.
The flammable fluid is supplied to the flammable fluid supply pipe 2 and ejected from the front end side.
An oxygen-containing fluid (air, oxygen, oxygen-enriched air, or the like) can be used as the supportive fluid.
Since the tapered portion 2b is formed in the supporting fluid supply pipe 2, the cross-sectional area of the supporting fluid channel 6 in the tapered portion 2b gradually increases toward the distal end. Therefore, the combustion supporting fluid can be appropriately expanded in the tapered portion 2b, and the flow of the combustion supporting fluid can be increased.
[0028]
At this time, a fuel fluid such as LNG (liquefied natural gas) is supplied to the fuel fluid flow path 11 (gap between the supply pipes 2 and 3) and ejected into the supply pipe 2 through the fuel fluid ejection holes 8.
In addition, as a fuel fluid, in addition to LNG, LPG (liquefied petroleum gas), CO,H ₂, CO /H ₂Mixed gas can be used. Further, a liquid fuel such as heavy oil or kerosene can be used.
[0029]
The fuel fluid isWith the supporting fluidIt flows inside the straight body portion 9 in the direction of the tip, and is ejected from the tip of the nozzle 5 while burning.
Since the groove 10 is formed on the inner surface of the straight body portion 9, it flows while burning.Fuel fluidPart of the fluid flows into the groove 10 once, flows out of the groove 10, and then flows in the distal direction along the inner surface of the straight body portion 9.
[0030]
The burner / lance 1 of the present embodiment can obtain the following effects.
(1) Since the groove 10 is formed on the inner surface 9 a of the fuel-supplying fluid supply pipe 2 at the tip side from the fuel fluid ejection hole 8, the fuel fluid flows into the groove 10. Therefore, the fuel fluid can be stably burned in the groove 10 irrespective of the flow velocity of the supporting fluid.
Therefore, even when the speed of the supporting fluid is increased, the combustion flame can be stabilized.
Therefore, it is possible to prevent a decrease in the heating efficiency due to the instability of the combustion flame and to increase the flow rate of the combustion supporting fluid.
(2) Since it has a double pipe structure in which the fuel fluid supply pipe 3 is provided on the outer peripheral side of the supporting fluid supply pipe 2, the structure can be simplified and the whole can be miniaturized.
Therefore, the maintainability can be improved and the handling can be facilitated.
(3) Since the fuel fluid ejection hole 8 is formed so as to open toward the inside of the supply pipe 2, even if the object to be heated is easily scattered like molten metal, the scattered object is ejected. It is difficult to penetrate into the hole 8.
This is because the flow of the flammable fluid from the supply pipe 2 prevents the intrusion of scattered substances into the supply pipe 2.
Accordingly, it is possible to prevent the ejection holes 8 from being blocked by the scattered matter, and to facilitate maintenance.
(4) Since the combustion flame can be stabilized, turbulence in the flow direction of the oxidizing fluid can be suppressed by the combustion flame, and the flow velocity of the oxidizing fluid can be prevented from attenuating in the process of injection. .
Therefore, the flow velocity of the supporting fluid can be maintained high, and the heating efficiency can be further increased.
(5) Since the straight body portion 9 having a substantially constant inner diameter is provided at the front end side of the fuel fluid ejection hole 8, the fuel fluid can flow toward the front direction along the inner surface of the straight body portion 9. it can.
For this reason, it is possible to prevent the flow of the fuel fluid from expanding in the radial direction, direct the combustion flame toward the tip, and further increase the heating efficiency.
[0031]
FIG. 2 shows another embodiment of the burner lance of the present invention.
In the burner / lance 21 shown here, a plurality of fuel fluid ejection holes 8 (liquid fuel ejection holes) are formed in the circumferential direction of the supply pipe 2 so as to substantially surround the flow of the combustion supporting fluid from the supply pipe 2. It is preferable that the fuel fluid is ejected. In the illustrated example, eight fuel fluid ejection holes 8 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
[0032]
In the burner lance 21, the diameter of the fuel fluid ejection hole 8D ₃Sum ofL ₄And the inner peripheral edge length π of the outlet of the combustion supporting fluid supply pipe 2D ₂And the ratioL ₄ / ΠD ₂Is preferably within the range represented by the following formula.
L ₄ / ΠD ₂≧ 0.1
This ratioL ₄ / ΠD ₂Is less than this range, when a liquid material (liquid fuel) is used as the fuel fluid, it is difficult to eject the liquid fuel so as to substantially surround the supporting fluid, and the velocity attenuation of the supporting fluid is reduced. growing. In addition, the particle size of the atomized liquid fuel increases, and the combustion efficiency of the liquid fuel decreases.
Outlet diameter of supply pipe 2D ₂Corresponds to the maximum inner diameter of the tapered portion 2b. Also exit diameterD ₂Corresponds to the inner diameter of the straight body 9.
[0033]
When using a liquid fuel, the burner lance 21 preferably has an ejection velocity of 1.0 m / s or more.
If the ejection speed is less than this range, the particle size of the atomized liquid fuel increases, and the combustion efficiency of the liquid fuel decreases.
[0034]
Inclination angle of orifice 8θ ₂Can be 5 to 90 °. Tilt angleθ ₂Exceeds the above range, the flow of the supporting fluid is disturbed by the ejection of the fuel fluid, and the flow velocity of the mixed fluid decreases.
[0035]
In the burner / lance 21, the liquid fuel is supplied so as to substantially surround the supporting fluid, and the liquid fuel can be atomized by the supporting fluid. Therefore, the pressurization of the liquid fuel and the atomizing medium are unnecessary. In addition, the nozzle structure can be simplified.
Therefore, it is excellent in handling and maintenance.
[0036]
In the above-described embodiment, the method of supplying only the oxidizing fluid into the oxidizing fluid supply pipe 2 has been described. In the present invention, however, powder such as coke and waste fuel is mixed into the oxidizing fluid. You can also.
In this case, when heating an object to be heated such as a molten metal, the powder is burned and blown into the object to be heated, thereby increasing the heating efficiency.
The fluid in the present invention includes a fluid in a gas state, a liquid state, and a state in which a gas contains a mist-like liquid.
[0037]
Next, a method for operating the melting / smelting furnace for a cold iron source according to the present invention will be described.
To melt the solid raw material (cold iron source), the solid raw material is charged into the furnace using an electric furnace, and melted by arc heating.
Since a cold spot may be generated in the furnace due to a shortage of supplied heat, in the operation method of the present invention, the burner lance can be installed so as to heat the cold spot.
In the electric furnace melting, there are mainly a step of melting a solid raw material (melting step) and a step of heating and refining a liquid material (molten steel or the like) which has melted down and turned into a liquid state.
[0038]
In the operation method of the present invention, the solid raw material is melted by using a burner lance, and in refining, in the step of dissolving the solid raw material and in the refining step after the solid raw material is melted down, conditions suitable for each step The fuel fluid supply amount is set independently so that
The burner lance of the present invention has excellent fusing ability because a mixed fluid of a combustion supporting fluid and a fuel fluid can be ejected at a high speed together with a flame.
In the melting step, since the solid raw material can be heated while being blown, the heating efficiency can be increased. For this reason, it is possible to enhance the heat transfer efficiency to the fuel, burn more fuel, and reduce the unit power consumption.
[0039]
On the other hand, in the refining process after burn-down, the furnace has molten steel, slag, etc. at the bottom and a space above the furnace, so that even if a large amount of fuel is supplied, the heat-charging efficiency is low.
Therefore, by supplying a minimum amount of fuel within a range in which the effect of suppressing the fluid flow rate from being attenuated can be efficiently blown from the furnace wall toward the bath, and the decarburization reaction can be performed. And promote slag forming.
[0040]
In the dissolving step, it is preferable to satisfy 1 ≦ oxygen ratio <3.This promotes fusing and melting of the solid raw material, and burns combustible components such as carbon monoxide generated in the furnace.
Note that the oxygen ratio refers to the ratio of the amount of oxygen supplied to the amount of oxygen required for complete combustion of the fuel fluid.
In the refining process after burn-down, the decarburization reaction and slag forming are carried out by blowing the supporting fluid (oxygen) at a high speed by reducing the fuel fluid supply rate, preferably the oxygen ratio to 3 or more, at a high speed. While promoting, the solid raw material can be dissolved.
[0041]
Thus, according to the method of independently setting the fuel fluid supply amount in the melting step in which the solid raw material is dissolved and the refining step after the solid raw material is melted down, a simple method of adjusting only the fuel flow rate Thereby, the efficiency of each process can be improved.
[0042]
Next, the refining method of the present invention will be described.
In the refining method of the present invention, by using a burner lance, a mixed fluid of a combustion supporting fluid containing oxygen and a fuel fluid is ejected toward molten iron (hot metal or molten steel) while burning the fuel fluid. It is a method of refining molten iron.
In general, hot metal from a blast furnace is received by a transfer device such as a hot metal ladle and subjected to preliminary treatment such as desiliconization, dephosphorization, and desulfurization, and then charged into a converter. And then decarburized. The decarburized molten steel is transported by a transport container such as a molten steel pot and provided to a secondary refining process.
The refining method of the present invention can be carried out in a vessel for receiving molten iron (hot metal or molten steel), for example, a refining furnace such as a converter, a smelting reduction furnace, a decarburizing furnace, or a secondary refining furnace. The refining method of the present invention can also be carried out in a transportation container such as a blast furnace pot, a mixed iron wheel (toped car), and a charging pot.
It is preferable that the container has a treatment device for treating exhaust gas of the flammable fluid.
[0043]
Hereinafter, an example in which the refining method of the present invention is applied to molten iron in a converter will be described.
Generally, hot metal charged into a converter is decarburized by oxygen supply (acid supply) from a lance, and is supplied to the next step as molten steel. At this time, refining agents (CaO, dolomite, etc.), ores (iron ore, manganese ore, etc.), alloys, etc. are added for the purpose of adjusting the components of slag and molten steel.
In addition, a sufficient amount of heat is required when dissolving and raising the temperature of the iron scrap. Further, when reducing ores such as manganese ore, sufficient heat of reduction is required. For this reason, when the amount of carbon or the like in the molten iron is not sufficient, thermal compensation is required even if the supply of oxygen is sufficient, and carbon materials such as coke, soil graphite, and coal are added.
For the supply of oxygen, oxygen gas having a purity of 99% or more produced by a deep cooling method or the like is usually used. The upper limit of the oxygen supply flow rate can be determined according to the capacity of a facility for exhausting exhaust gas containing carbon monoxide as a main component, which is generated by decarburization. The oxygen supply flow rate is usually 100 to 300 Nm per ton of molten iron to be treated.³/ H.
[0044]
When supplying oxygen to the molten iron in the converter, for example, a water-cooled oxygen supply lance installed on a lift truck is used.
As this lance, for example, a burner lance 1 shown in FIG. 1 can be used.
The burner lance 1 is introduced into the furnace through the lance hole of the exhaust gas hood, and the burner lance 1 is used to eject a mixed fluid of the supporting fluid and the fuel fluid toward the molten iron while burning the fuel fluid. Perform blowing.
At this time, an upper blow for ejecting the mixed fluid from above to the molten iron may be employed, or a side blow for ejecting the molten fluid from the side may be employed.
[0045]
During the decarburization reaction and the like, slag is generated and the bath temperature rises. Therefore, the lance height and the oxygen supply amount are appropriately adjusted for the purpose of adjusting the slag and the temperature. During blowing in a converter, not only oxygen but also various auxiliary materials may be added. The auxiliary material is usually added by allowing it to naturally fall from above.
[0046]
The following reactions occur during blowing:
(1)1 / 2O ₂+ Fe = FeO
(2) C + FeO = CO (gas) + Fe
(3) C + O = CO
(4) 1 / 2O2 + CO =CO ₂
In addition, when lime is added, a lime dissolution reaction also occurs.
[0047]
At this time, the higher the oxygen supply rate by the burner / lance 1, the more efficiently the stirring of the auxiliary material, the molten iron and the oxygen is performed, and the condition of the preferential decarburization in which the above-mentioned reaction (2) occurs without delay, and the low carbon concentration Decarburization can be carried out efficiently even when the temperature becomes low, and the yield of iron can be increased.
In particular, the environment inside the converter during the oxygen blowing has a high carbon region ([C]> 0.6 mass%) and a low carbon region ([C] ≦ 0.6 mass%) due to the difference in the reaction behavior of oxygen. They can be roughly classified.
In the high carbon region, almost all of the supplied oxygen is used for decarburization, and blowing is performed at a high oxygen supply rate. At this time, the reaction is controlled by the supply of oxygen.
On the other hand, in the low carbon region, the reaction is rate-limiting for carbon transfer, and a part of oxygen is also consumed in the oxidation of iron. Can be kept low.
[0048]
At the end of blowing, the degree of oxidation of the slag tends to increase due to an increase in the solubility of oxygen in the bath and an increase in the degree of oxidation of the slag, and a decrease in the dynamic pressure due to the suppression of the oxygen supply.
By applying the burner lance 1 at the end of blowing of the converter, oxygen can be added to the bath at a high speed even if the oxygen flow rate is reduced, so that the reaction efficiency is improved and the degree of oxidation of the slag is improved. Thus, the yield of iron is improved, the degree of oxidation of molten steel is stabilized at a lower level, and the oxidation of manganese is suppressed, thereby improving the yield of manganese.
The higher the speed of the supportive fluid, the greater the depth of penetration into the bath.However, when the supportive fluid reaches the bottom of the furnace, the furnace may be deteriorated. Is adjusted to such an extent that does not reach the furnace bottom.
[0049]
The refining method of the present invention can be applied to one or more of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, heating, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment.
Heat addition is performed for heat compensation at the time of adding an iron source or an alloy source. The reduction treatment is performed when iron ore, manganese ore, or the like is used.
The refining agent used in the refining may be selected and used according to the purpose of the refining. For example, in desiliconization or dephosphorization, it is necessary to stabilize silicic acid or phosphoric acid generated by a reaction with oxygen as slag, and it is therefore preferable to use a lime source having a stabilizing effect as a refining agent.
Lime sources are CaO andCaCO ₃It is preferable to use one containing at least one of them as a main component because it can be quickly melted and turned into slag.
In the refining method of the present invention, a refining agent such as a lime source may be supplied together with the supporting fluid, or may be directly added to the molten iron separately from the supporting fluid.
When using a refining agent as a powder, it is necessary to consider the amount of the refining agent lost due to scattering during supply and the cost required for pulverizing the refining agent (pulverizing process) from the viewpoint of economic efficiency. There is.
The addition amount of the refining agent can be set depending on conditions such as the refining processing amount, the required refining degree, and the permissible refining time.
[0050]
In desiliconization, a desiliconization reaction in which silicon in hot metal is converted to silicic acid by a reaction with supplied oxygen or generated iron oxide is important.
If this reaction is delayed, accumulation of iron oxide occurs or oxygen is consumed by reaction with carbon in the hot metal, so that the desiliconization efficiency is reduced and it is difficult to lower the silicon concentration.
The use of the burner lance 1 allows the combustion supporting fluid to be supplied at a high speed, so that the preferential desiliconization reaction can be continued until the silicon concentration becomes low.
[0051]
In dephosphorization, it is necessary to vigorously stir molten lime with molten iron to fix phosphoric acid and slag in which iron oxide coexisting to keep the oxygen potential at a high level in view of the reaction principle. By using the burner lance 1, the supporting fluid can be supplied at a high speed, so that the generated high-temperature iron oxide can be mixed with lime, the dissolution of lime can be promoted, and the generated slag can be stirred. It becomes possible. In addition, the collision pressure of the jet against the bath surface can be increased, and the generated slag can be dispersed by tapping into the bath and the slag entrainment can be increased by increasing the molten iron flow, which can dramatically increase the reaction area of the slag. It becomes.
[0052]
When reducing ore, iron ore, manganese ore, and other ores may be added with a solvent (such as lime), coke, or coal as a reducing agent or a fuel source for heat addition. is there.
By using the burner lance 1, the fuel source can be efficiently burned and the generated heat can be effectively radiated to compensate for the temperature drop during the reduction of ore and melting of the scrap and to simply raise the temperature of the bath. It is possible to heat.
[0053]
In the refining method of the present invention, a solid carbon source such as coke and coal: a hydrocarbon source such as plastic: CaO;CaCO ₃Sources including lime: MgO,MgCO ₃Magnesium source including: Al,Al ₂ O ₃One or more of aluminum sources including: iron ore: manganese ore: alloy can be added to the molten iron.
Solid carbon sources, hydrocarbon sources, and aluminum sources serve as fuel sources.
In the refining method of the present invention, it is possible to efficiently burn carbon and silicon in these fuel sources and hot metal acting as fuel, efficiently stir a bath containing slag, and generate heat generated in the bath. Can promote heat.
[0054]
In the refining method of the present invention, in order to speed up the supporting fluid, it is necessary to appropriately adjust the combustion of the fuel (fuel fluid) in the burner / lance or to optimize the ratio of the fuel to the supporting fluid. is important.
The ratio between the fuel and the supporting fluid can be set so that only part of the fuel burns, or all of the fuel can burn.
This ratio is preferably set to an oxygen ratio> 5 in order to make the supporting fluid efficiently act on the molten iron and achieve a high speed.
Gaseous oxygen-containing gas such as pure oxygen gas, industrial oxygen gas, air, or a mixed gas thereof can be used as the supportive fluid.
In addition, not only in gaseous state, but also in liquid state and gasMistMay be a gas-liquid mixture containing the above liquid.
As for the fuel, blast furnace gas, converter gas, and the like, which are collected in a steel mill, can be used in addition to hydrocarbon-based gases such as LPG and LNG.
In the present invention, sensible heat or latent heat can be recovered from exhaust gas generated during refining using a heat exchanger or the like.
[0055]
In the refining method of the present invention, since the speed of the supporting fluid can be increased, the supporting fluid can be blown deeper into the bath than before, and the refining efficiency can be increased.
[0056]
【Example】
(Example 1)
A burner / lance 1 having the nozzle 5 having the configuration shown in FIG. 1 was produced. Table 1 shows the device specifications.
Cross-sectional area A of throat part 7₁And the outlet cross-sectional area of the flammable fluid flow path 6A ₂And the ratio (A ₂ / A ₁) Is the cross-sectional area ratio of the Laval nozzle shown in equation (2) (A _L2 / A _L1) Was set to 1.05 times.
[0057]
(Comparative Example 1)
A burner lance with a Laval nozzle was made.
The device specifications are also shown in Table 1. This burner lance differs from that of the first embodiment in that a straight body portion and a groove are not formed.
[0058]
[Table 1]

[0059]
A combustion test was performed using the burner lances of Example 1 and Comparative Example 1.
Oxygen was used as the supporting fluid and LPG was used as the fuel. The test results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the distance from the nozzle tip in the direction of the central axis of the supply pipe, and the vertical axis indicates the flow rate of the flammable fluid.
From FIG. 3, it can be seen that in the burner lance of Example 1, the flow velocity of the ejected combustion supporting fluid was high, and the fluid flow velocity was hardly attenuated.
[0060]
(Example 2)
A burner / lance having a nozzle having the configuration shown in FIG. 1 was produced. Table 2 shows the device specifications. Table 3 shows the results of the combustion test.
[0061]
(Example 3)
L ₄ / ΠD ₂And a burner lance was prepared in the same manner as in Example 2 except that the number of fuel fluid ejection holes 8 was different. Table 2 shows the device specifications. The results of the combustion test are shown in Table 3 and FIG.
[0062]
(Comparative Example 2)
A burner / lance having no straight body and no groove was produced. Table 2 shows the device specifications. FIG. 4 shows the results of the combustion test.
[0063]
[Table 2]

[0064]
[Table 3]

[0065]
From Table 3, it can be seen that although Example 2 had a large amount of unburned matter, Example 3 achieved high combustion efficiency without scattering of unburned droplets and also had a long flame length.
Therefore,L ₄ / ΠD ₂Is desirably 0.1 or more.
In Example 3 and Comparative Example 2, the decay of the jet velocity was examined.
From FIG. 4, it can be seen that in Example 3, the attenuation of the jet velocity was significantly suppressed as compared with Comparative Example 2.
[0066]
(Example 4)
In a 350 kg scale induction melting furnace, 200 kg of molten iron was melted at a temperature of 1500 ° C. and a carbon concentration [C] of 2.5% by weight.
The burner lance 1 having the configuration shown in FIG. 1 was placed at a position 350 mm above the bath surface of the molten iron, and the supporting fluid and the fuel were jetted toward the molten iron for 5 minutes. Oxygen was used as the supporting fluid, and LPG was used as the fuel.
At the same time, granular coke having a particle size of 10 mm or less was continuously added into the furnace. The addition rate was 15 kg / hr. For stirring, Ar gas was supplied into the furnace from a porous nozzle at the bottom of the furnace. Supply speed is 3Nm³/ Hr. Table 4 shows the device specifications and test results.
[0067]
(Comparative Example 3)
A refining test similar to that of Example 4 was performed using the same burner lance as that of Example 4 except that the straight body portion and the groove were not formed. Table 4 shows the device specifications and test results.
[0068]
[Table 4]

[0069]
Table 4 shows that the refining method of Example 4 could improve the carburizing efficiency.
[0070]
(Example 5)
26.5 tons of hot metal having a silicon concentration of 0.20 to 0.21% by weight was charged into the pan.
Using a burner lance 1 similar to that used in Example 1, pure oxygen gas was supplied from above for 6 minutes to perform a desiliconization treatment. The supply rate of pure oxygen gas is 450 Nm³/ Hr.
[C] of the hot metal before charging was 4.5 to 4.6% by weight, and the temperature was 1385 ° C. For stirring, nitrogen gas was supplied into the furnace from the porous plug at the bottom of the pot. Supply speed is 10Nm³/ Hr. LPG is used as fuel, and its supply speed is 12.8 Nm³/ Hr. Table 5 shows the test results.
[0071]
(Comparative Example 4)
The same test as in Example 5 was performed using the same burner lance as that used in Comparative Example 1. Table 5 shows the test results.
[0072]
[Table 5]

[0073]
From Table 5, it can be seen that according to the refining method of Example 5, the desiliconization efficiency could be increased. This is considered to be a result of the reaction of silicon with the hot metal efficiently because pure oxygen gas is sprayed on the molten iron at high speed.
Further, according to the refining method of Example 5, desiliconization can be performed prior to decarburization, and the silicon concentration can be reduced. For this reason, the excessive rise of the hot metal temperature due to the combustion of the carbon in the hot metal hardly occurs.
[0074]
(Examples 6 to 9)
4 tons of hot metal having [C] of 4.7 to 4.8% by weight, [Si] of 0.01% by weight or less, and [Mn] of 0.2% by weight were charged into the converter.
Using the same burner lance 1 as used in Example 1, pure oxygen gas was supplied from above to perform blowing.
The supply rate of pure oxygen gas is 650 Nm at the start of the test.³/ Hr, and 450 Nm when [C] becomes 0.5% by weight or less.³/ Hr. LPG is used as fuel, and its supply speed is 12.8 Nm³/ Hr.
For stirring, Ar gas was supplied into the furnace from a porous plug at the bottom of the furnace. Supply speed is 36Nm³/ Hr.
During blowing, manganese ore was added under the conditions shown in Table 6. Manganese ore was added during the 6 minutes from the start of the test. Manganese ore was continuously charged into the furnace from above.
As the manganese ore, a granular material (particle size: 20 to 60 mm) containing 50% by weight of manganese and 5% by weight of silicic acid was used.
In consideration of the amount of silicic acid in the manganese ore, quick lime was added at the start of the test in such an amount that the slag basicity was about 3. Iron ore was added as a cold material during blowing, so that the temperature after the treatment was 1650 ° C.
Table 6 shows the components of the refining product at the end point (at the end of the test) and the manganese reduction efficiency. The manganese reduction efficiency is the ratio of the amount of manganese in the molten iron after decarburization to the total amount of manganese charged by the hot metal and manganese ore. Table 6 shows the test results.
[0075]
(Comparative Examples 5 to 8)
The same tests as in Examples 6 to 9 were performed using the same burner lance as that used in Comparative Example 1. Table 6 shows the test results.
[0076]
[Table 6]

[0077]
Table 6 shows that the refining methods of Examples 6 to 9 were able to increase the manganese reduction efficiency and increase the manganese concentration.
Furthermore, even in a low carbon region where the oxygen supply amount is reduced at the end of blowing, oxygen gas is blown into the molten iron at a high speed, and the reaction efficiency is maintained high.
Therefore, since the decarburization reaction is preferentially performed, it is understood that the reaction with iron oxide (T.Fe) in the slag is suppressed, the manganese oxidation reaction is suppressed, and the manganese reduction efficiency can be increased.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, the burner / lance of the present invention can provide the following effects.
(1) Since the groove is formed on the inner surface of the supporting fluid supply pipe at the tip end side from the fuel fluid ejection part, the fuel fluid is stably burned in the groove regardless of the flow velocity of the supporting fluid. be able to.
Therefore, it is possible to prevent a decrease in the heating efficiency due to the instability of the combustion flame and to increase the flow rate of the combustion supporting fluid.
(2) Since it has a double pipe structure in which the fuel fluid supply pipe is provided on the outer peripheral side of the combustion supporting fluid supply pipe, the structure can be simplified and the whole can be miniaturized.
Therefore, the maintainability can be improved and the handling can be facilitated.
(3) Since the fuel fluid ejection portion is formed so as to open toward the inside of the combustion supporting fluid supply pipe, even if the object to be heated is easily scattered like molten metal, etc. Blockage of the ejection part can be prevented beforehand, and maintenance can be facilitated.
(4) Since the combustion flame can be stabilized, turbulence in the flow direction of the oxidizing fluid can be suppressed by the combustion flame, and the flow velocity of the oxidizing fluid can be prevented from attenuating in the process of injection. .
Therefore, the flow velocity of the supporting fluid can be maintained high, and the heating efficiency can be further increased.
(5) Since a straight body portion having a substantially constant inner diameter is provided at the front end side of the fuel fluid ejection portion, the flow of the fuel fluid is prevented from expanding in the radial direction, the combustion flame is directed toward the front end, and the heating efficiency is improved. Can be even higher.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a burner lance of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the burner lance of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing test results.
FIG. 4 is a graph showing test results.
[Explanation of symbols]
1, 21 ... burner lance, 2 ... combustible fluid supply pipe, 3 ... fuel fluid supply pipe, 6 ... combustible fluid flow path, 7 ... throat section, 8. ..Fuel fluid ejection holes (fuel fluid ejection portions), 9 ... straight body portion, 9a ... combustible fluid supply pipe on the tip side from fuel fluid ejection holes, 10 ... grooves

Claims

酸素を含む支燃性流体を供給する支燃性流体供給管の外周側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられた二重管構造を有し、これら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、
前記支燃性流体供給管に、前記燃料流体をこの供給管の内部に導く燃料流体噴出部が形成され、
前記支燃性流体供給管が、先端に向けて内径が大きくなるテーパ部と、このテーパ部より先端側に設けられ、ほぼ一定の内径を有する直胴部とを有し、
該直胴部は、燃料流体噴出部より先端側に形成され、その内面には、周方向にわたって溝が形成されていることを特徴とするバーナ・ランス。It has a double pipe structure in which a fuel fluid supply pipe for supplying a fuel fluid is provided on the outer peripheral side of a combustion supporting fluid supply pipe for supplying a combustion supporting fluid containing oxygen, and the gap between these supply pipes is Flow path,
A fuel fluid ejection portion for guiding the fuel fluid into the supply tube is formed in the combustion supporting fluid supply tube;
The combustion supporting fluid supply pipe has a tapered portion having an inner diameter that increases toward the tip, and a straight body portion that is provided on the tip side from the tapered portion and has a substantially constant inner diameter,
The burner lance , wherein the straight body portion is formed on the tip side from the fuel fluid ejection portion , and a groove is formed on an inner surface thereof in a circumferential direction.

請求項１記載のバーナ・ランスにおいて、前記溝の深さＬ_１が、次式で表される範囲内であることを特徴とするバーナ・ランス。

In the burner lance of claim 1 wherein, the burner lance, wherein the depth L ₁ of the groove is in the range expressed by the following equation.

請求項１または２に記載のバーナ・ランスにおいて、燃料流体噴出部の直径の総和Ｌ_４と、支燃性流体供給管の出口の内周縁長さπＤ_２との比Ｌ_４／πＤ_２が、次式で表される範囲内であることを特徴とするバーナ・ランス。
Ｌ_４／πＤ_２≧０．１3. The burner lance according to claim 1, wherein the ratio L ₄ / πD ₂ of the sum total L ₄ of the diameters of the fuel fluid ejection portions to the inner peripheral edge length πD ₂ of the outlet of the supporting fluid supply pipe is: A burner lance characterized by being within the range represented by the following equation.
L ₄ / πD ₂ ≧ 0.1

請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のバーナ・ランスにおいて、前記溝が断面矩形状に形成されていることを特徴とするバーナ・ランス。The burner / lance according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove is formed in a rectangular cross section.

請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のバーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによって、冷鉄源を溶解し、精錬する炉の操業方法であって、
冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落ちした後の精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流体供給量を設定することを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。By using a burner lance according to any one of claims 1 to 4 to burn a mixed fluid of a combustion supporting fluid and a fuel fluid containing oxygen toward a cold iron source while burning the mixed fluid, A method of operating a furnace for melting and refining a cold iron source,
A method for operating a melting / smelting furnace for a cold iron source, wherein a fuel fluid supply amount is independently set in a melting step in which the cold iron source melts and a refining step after the cold iron source melts down. .

溶解工程においては、混合流体を、１≦酸素比＜３とし、溶落ちした後の精錬工程においては、混合流体を、酸素比≧３とすることを特徴とする請求項５記載の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。6. The cold iron source according to claim 5, wherein in the melting step, the mixed fluid has an oxygen ratio of 3 or more, and in the refining step after the meltdown, the mixed fluid has an oxygen ratio of 3 or more. Operating method for melting and refining furnaces.

脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることを特徴とする請求項５または６に記載の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。7. The cold iron source according to claim 5, wherein at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, heating, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment is targeted. Operating method for melting and refining furnaces.

支燃性流体として、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項５〜７のうちいずれか１項記載の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。8. The method according to claim 5, wherein one or more of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air are used as the combustion supporting fluid. Operating method of smelting furnace.

請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のバーナ・ランスを用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体を燃焼させつつ溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精錬することを特徴とする精錬方法。 The molten iron is burned by using the burner lance according to any one of claims 1 to 4, and is ejected toward the molten iron while burning a mixed fluid of a combustion supporting fluid and a fuel fluid. Refining method characterized by refining.

混合流体は、酸素比＞５であることを特徴とする請求項９記載の精錬方法。The refining method according to claim 9, wherein the mixed fluid has an oxygen ratio> 5.

脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理のうち１種以上を対象とすることを特徴とする請求項９または１０に記載の精錬方法。The refining method according to claim 9, wherein at least one of desiliconization, dephosphorization, desulfurization, decarburization, temperature increase, heat addition, scrap melting, alloy melting, and reduction treatment is targeted.

精錬にあたって、固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することを特徴とする請求項９〜１１のうちいずれか１項記載の精錬方法。The refining comprises adding at least one of a solid carbon source, a hydrocarbon source, a lime source, a magnesium source, an aluminum source, an iron ore, a manganese ore, and an alloy to molten iron. 2. The refining method according to claim 1.

炭素濃度が０．６ｍａｓｓ％以下である低炭素域において、溶鉄の精錬を行うことを特徴とする請求項９〜１２のうちいずれか１項記載の精錬方法。The refining method according to any one of claims 9 to 12, wherein the refining of molten iron is performed in a low carbon region having a carbon concentration of 0.6 mass% or less.

支燃性流体として、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項９〜１３のうちいずれか１項記載の精錬方法。The refining method according to any one of claims 9 to 13, wherein at least one of pure oxygen gas, industrial oxygen gas, and air is used as the combustion-supporting fluid.

精錬の際に発生する排ガスから顕熱または潜熱を回収することを特徴とする請求項９〜１４のうちいずれか１項記載の精錬方法。The refining method according to any one of claims 9 to 14, wherein sensible heat or latent heat is recovered from exhaust gas generated during refining.