JP3772750B2

JP3772750B2 - 精錬用ランス

Info

Publication number: JP3772750B2
Application number: JP2002017986A
Authority: JP
Inventors: 政樹宮田; 亨松尾
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: JP2003213318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精錬炉内の溶融金属の表面にキャリアガスとともに粉体を吹き付け、溶融金属を精錬する際に用いられる精錬用ランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属を精錬する際に、精錬の効率化や製造コスト低減などの観点から、溶融金属の表面に上吹きランスを通してキャリアガスとともに精錬用フラックス粉を吹き付ける方法が提案されている。
【０００３】
たとえば、酸素上吹き転炉製鋼法における脱炭精錬において、溶鉄の表面に生石灰等の粉体を酸素ジェットとともに吹き付ける方法が用いられている。しかし、この方法では、粉体をできる限り高速で溶鉄に吹き付けて浴中深くまで進入させ、溶鉄との反応効率を高める観点から、生石灰等の粉体を超高速の酸素ジェットとともに吹き付けることが必要なため、ランス先端に設けたノズル孔の内面の摩耗が著しい。ノズル孔の内面の摩耗が著しくなると、酸素ジェットの流れを長期間にわたって安定させることが難しく、概して酸素流速の低下する、いわゆるソフトブローとなり、吹錬による溶鉄中の成分や温度制御の的中率が低下したり、スロッピングが多発し、吹錬の制御が困難となりやすい。
【０００４】
例えば、特開平８−３１１５２３号公報には、転炉型反応容器を用いた溶銑脱りん方法として、上吹きランスから溶銑表面に酸化カルシウムの粉体を酸素ジェットとともに吹き付けるとともに、炉底または側壁から攪拌用ガスを吹き込む方法が開示されている。ここで開示される方法では、前述の酸素上吹き転炉製鋼法における脱炭精錬の場合ほどの高速の酸素ジェットを用いるわけではないが、ランス先端に設けたノズル内面の摩耗が著しく、したがって、酸素ジェットの流れが安定せず、溶銑の脱りん効果も不安定になるという問題がある。
【０００５】
これに対して、キャリアガスとともに粉体を吹き付けるランスの先端に設けるノズルに耐摩耗対策を施した試みもなされている。例えば、特開昭６２−１２４２１１号公報には、炭素質粉状物質を気流輸送により供給するノズルの内面が耐熱性、耐摩耗性のセラミック耐火材料によりライニングされている精錬および燃焼用ランスが開示されている。
【０００６】
しかし、前述の酸素上吹き転炉製鋼法における脱炭精錬、溶銑脱りんなどでは、精錬がバッチ処理であること、ランス先端に設けたノズルの内部を水冷却していることなどから、ノズルは急激な加熱や冷却に晒され、いわゆる熱的衝撃を繰り返し受ける。したがって、特開昭６２−１２４２１１号公報に開示されたように、耐熱性、耐摩耗性のセラミック耐火材料がノズル内面にライニングされたランスであっても、これらのライニングは熱的衝撃により剥離しやすく、さらなる改善が必要とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ノズル孔内をキャリアガスとともに通過する粉体による摩耗を抑制することにより、粉体を精錬炉内の溶融金属浴面に長期間安定して吹き付けることのできる、長寿命で効果的な精錬の可能な精錬用ランスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の課題を達成するため、前記した従来技術の問題点について検討を加え、以下の知見を得た。
ａ）ランスの先端に設けるノズル全体を、耐摩耗性材料である高Ｍｎ高Ｃｒ鋼などの金属とすれば、耐摩耗性を向上させることはできるが、非常に硬度が高く、精密加工しにくいという問題があると同時に、その製作費が高価となる。
ｂ）粉体輸送時の耐摩耗性配管材料として、玄武岩を主原料とするバサルト材が知られているが、この材料はランスノズルのように精密加工性が要求されたり、熱サイクルを受けるような条件下では、使用しにくい。
これに対し、ノズル材料として銅およびステンレス鋼などの材料を用いたとしても、そのノズル孔の内面を適切な種類および厚さの耐摩耗材により被覆することにより前記の問題点を解決できる技術を種々検討した結果、さらに以下の事実を見出した。
ｃ）ノズル孔の内面に、電気めっきによる硬質クロムめっきを適切な厚さ施すことにより、耐摩耗性および熱的衝撃に優れ、キャリアガスによる安定したジェット流れの確保できるランスを得ることができる。
ｄ）前記ｃ）に記載の適切なめっき厚さは、通常の電気めっきの場合よりも厚く、０．２〜１．０ｍｍの範囲である。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、ランスの先端部に設けたノズルから精錬炉内の溶融金属の浴面にキャリアガスとともに粉体を吹き付けるための精錬用ランスであって、前記ノズル孔の内面に電気めっきにより厚さ０．２〜０．５ｍｍの範囲のめっきを施し、そのめっき表面を機械的に研磨することを繰り返して、厚さ０．２〜１．０ｍｍの硬質クロムめっきを施したことを特徴とする精錬用ランスにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の精錬用ランスについて詳細に説明する。
【００１１】
（Ａ）溶融金属
精錬用ランスを用いてその浴面にキャリアガスとともに粉体が吹き付けられる溶融金属とは、鉄鋼精錬の場合における溶鉄、および銅などの溶融非鉄金属をいう。
【００１２】
（Ｂ）キャリアガス
キャリアガスとは、以下に述べる粉体を輸送するために用いられる気体であって、それ自身が精錬機能を有する気体であってもよく、精錬の目的に応じて選ばれる。例えば、脱炭精錬や脱燐精錬などの場合には酸素ガスを、脱硫などの場合には窒素ガスやアルゴンガスなどを用いればよい。
【００１３】
（Ｃ）粉体
キャリアガスにより溶融金属の浴面に吹き付けられる粉体とは、溶融金属の精錬に用いられる粉状物質または粒状物質をいう。例えば、石炭およびコークス等の還元または発熱剤ならびに、生石灰、石灰石、マグネシア、ドロマイトおよび蛍石等の造滓剤などを用いることができる。
【００１４】
（Ｄ）精錬用ランス
精錬用ランスには、溶融金属の浴面に対して直上からキャリアガスにより粉体を吹き付ける場合に用いられる、いわゆる上吹きランス、および浴面に対して斜めの角度で粉体を吹き付ける場合に用いられる、いわゆる傾斜ランス等が該当する。すなわち、高温条件下においてキャリアガスによる高速のジェット流れとともに粉体を溶融金属の浴面に吹き付けるために用いられる精錬用ランスをいう。
【００１５】
また、精錬用ランスの先端部に設けるノズルの材質には、通常の銅、銅合金および、ステンレス鋼などが含まれる。
【００１６】
キャリアガスにより粉体を吹き付けるノズルの形状は、いわゆるラバールノズルまたはストレート形状のノズルのいずれでもよく、さらに、ノズル孔の数は、単孔または多孔のいずれであってもよい。
【００１７】
（Ｅ）電気めっきによる硬質クロムめっき
ノズル孔の内面に施す電気めっきによる硬質クロムめっきの適正な厚さは、０．２〜１．０ｍｍである。
【００１８】
その理由は以下のとおりである。すなわち、硬質クロムめっきの厚さが０．２ｍｍ未満では、粉体とめっき部分との摩擦によりめっき部分が早期に摩耗し、消滅する。したがって、その後は、粉体とノズル構成材料との摩擦によりノズル構成材料が摩耗してノズル孔の内径が拡大し、適正な内径の使用条件から外れるからである。
【００１９】
一方、硬質クロムめっきの厚さが１ｍｍを超えると、電気めっきのコストが著しく高くなるからである。また、厚さが１ｍｍを超える硬質クロムめっきを行ったとしても、めっき厚さの損耗量が１ｍｍを超える程度までノズルを使用すると、ノズル孔内面の直径の拡大量が２ｍｍを超えるまでに達し、適正な内径の使用条件から外れるからである。
【００２０】
なお、硬質クロムめっき層の硬さは、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で１０００以上であることが好ましい。
【００２１】
次に、本発明に用いられる硬質クロムめっきの施工方法について述べる。
【００２２】
一般的な用途として用いられるクロムめっきは、通常、厚さが０．１ｍｍ程度以下である。その理由は、通常の用途では０．１ｍｍ程度以下の厚さであっても十分に硬度や耐摩耗性の面で効果があること、さらに、めっき厚さが厚くなるにつれて、めっき後の平滑な表面が得られにくくなるからである。
本発明に用いられる電気めっきによる厚さ０．２〜１．０ｍｍの硬質クロムめっきは、つぎのように行うのが好ましい。
【００２３】
まず、ノズルの内面に、電気めっきにより、厚さ０．２〜０．５ｍｍの範囲の硬質クロムめっきを施し、そのめっき表面を機械的に研磨して平滑な面を得る。さらに、その表面上に電気めっきを施してめっきの厚さを増加させる。このような操作を繰り返し、所要の厚さの硬質クロムめっきを得るのが好ましい。
【００２４】
一回のめっきにより、厚さが０．５ｍｍ以上のめっきを施すと、めっき表面の平滑度が悪くなり、このようなめっき表面を機械的に研磨するのには多くの時間と工数が必要となって実用的でない。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
内径が１０ｍｍのノズル孔を有する銅製のストレートノズルを先端部に設けた精錬用ランス（以下「ランスＡ」ともいう）および、内径が１１ｍｍの孔を有する銅製のストレートノズルのノズル孔の内面に厚さ０．５ｍｍの電気めっきによる硬質クロムめっきを施し、めっき後の内径が１０ｍｍのノズルを先端部に設けた本発明の精錬用ランス（以下「ランスＢ」ともいう）を用意した。これらのＡランスおよびＢランスを用いて、キャリアガスによる粉体の通過試験を行い、ノズル部分の摩耗状況を調査した。
【００２６】
図１は、本発明の精錬用ランス（ランスＢ）の先端部に設けられたストレートノズル部分の一実施例を示したもので、（ａ）は中央縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。ノズル部分は、ノズル孔１ａの内面に硬質クロムめっき部分２を有する銅製のストレートノズル部１で構成されており、銅製のストレートノズル部の内部には、冷却水を供給するための冷却水路３が設けられている。
図２は、通常の精錬用ランス（ランスＡ）の先端部に設けられたクロムめっきの施されていないストレートノズル部分を示したもので、（ａ）は中央縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。
【００２７】
キャリアガスとして酸素ガスを、粉体として生石灰粉を用いた。酸素ガス流量２．８Ｎｍ^３／ｍｉｎの条件下で、粒径５〜１５０μｍの生石灰粉を５ｋｇ／ｍｉｎの速度で２０時間連続供給し、ノズル孔１ａを通過させる試験を実施した。
【００２８】
試験後にノズル孔１ａの内径（直径）をノギスにて測定したところ、ランスＡでは、ノズル孔１ａの内径が約１．５ｍｍ拡大していた。これに対して、ランスＢでは、ノズル孔１ａの内径の拡大量は約０．２ｍｍに止まっていた。
（実施例２）
質量％で、Ｃ：４．２％、Ｓｉ：０．３２％、Ｍｎ：０．２５％、Ｐ：０．１０％およびＳ：０．００５％、を含有し、温度が１２４０℃の溶銑２ｔを試験転炉に装入し、鉄鉱石２０ｋｇを添加した後、上吹き精錬用ランスを通してガス流量２．８Ｎｍ^３／ｍｉｎの条件で酸素ガスを７分間、溶銑に吹き付け、溶銑の脱炭、脱りん精錬を行った。精錬後の溶銑の成分含有率は、質量％で、Ｃ：３．８％、Ｍｎ：０．１０％、Ｐ：０．０２５％およびＳ：０．００５％で、溶銑温度は１３３０℃となった。
【００２９】
この７分間の精錬時間のうち、最初の約５分間に、上吹き精錬用ランスからガス流量２．８Ｎｍ^３／ｍｉｎの条件下で、酸素ガスをキャリアガスとして、生石灰粉を５ｋｇ／ｍｉｎの速度で溶銑表面に吹き付けた。試験に当たっては、前述のランスＡおよびランスＢを用い、上記の条件での精錬試験を２０回行った後に、ノズル孔１ａの内面を観察するとともに、その内径をノギスで測定し、ノズル孔の内面の摩耗状況を調査した。
【００３０】
その結果、ランスＡではノズル孔の内径が約０．１２ｍｍ拡大していたが、硬質クロムめっきを施したランスＢでは、ノズル孔内面の摩耗はほとんど認められなかった。また、硬質クロムめっきの剥離も全く認められなかった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の精錬用ランスを用いれば、ノズル孔の摩耗が抑制でき、粉体をキャリアガスとともに精錬炉内の溶融金属の浴面に安定して吹き付けることができるので、精錬用ランスの耐摩耗寿命を長くでき、その結果、長期間安定した効果的な精錬が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の精錬用ランスの先端に設けられたストレートノズル部分の一実施例を示したもので、（ａ）は中央縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。
【図２】通常の精錬用ランスの先端に設けられたクロムめっきの施されていないストレートノズル部分を示したもので、（ａ）は中央縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。
【符号の説明】
１：ノズル部、
１ａ：ノズル孔、
２：硬質クロムめっき部分、
３：冷却水路。

Claims

ランスの先端部に設けたノズルから精錬炉内の溶融金属の浴面にキャリアガスとともに粉体を吹き付けるための精錬用ランスであって、前記ノズル孔の内面に電気めっきにより厚さ０．２〜０．５ｍｍの範囲のめっきを施し、そのめっき表面を機械的に研磨することを繰り返して、厚さ０．２〜１．０ｍｍの硬質クロムめっきを施したことを特徴とする精錬用ランス。