JP6398582B2 - 粉体吹き込みランス装置及び粉体吹き込み方法並びに転炉精錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置、及びそれを用いた粉体吹き込み方法、並びに当該粉体吹き込みランス装置を有する転炉を用いた転炉精錬方法に関するものである。

転炉を用いた鉄鋼精錬において、従前には、転炉に装入した溶銑について１回の精錬で脱りん精錬と脱炭精錬をともに行う方法が用いられていた。近年は、まず溶銑予備処理として溶銑の脱りん精錬を行い、その後に転炉にて脱炭精錬を行う方法が多く用いられている。溶銑予備処理を行う精錬炉として、最近は反応効率の面より転炉を用いることが多くなっている。

転炉内で脱りん精錬を行う場合、脱りん精錬後に生成した脱りんスラグと溶鉄とを分離し、その後に転炉内で脱炭精錬を行う。脱りんスラグを分離する方法としては、脱りん精錬を行った転炉の出鋼口から溶鉄を出湯した後にスラグを排出し、溶鉄を異なる転炉に装入して脱炭精錬を行う方法（以下「別転炉法」ともいう。）と、脱りん精錬後に溶鉄を転炉内に残したまま転炉を傾動して炉口からスラグのみを排出し、その後に同じ転炉で脱炭精錬を行う方法（以下「同一転炉法」ともいう。）のいずれかが用いられている。同一転炉法は別転炉法と比較して、出湯や再装入の必要がないので転炉の生産性を低下させることがなく、溶鉄の移し替えによる放熱ロスも少ないので好ましい。

転炉精錬において、上吹きランスから転炉内の溶湯に対して酸素ガスを吹き付けるとともに、近年は転炉の底部からもガスを吹き込む上底吹き転炉が主に用いられている。

特許文献１には、上底吹き転炉における精錬方法として、上吹きランスから溶鉄表面に吹き付ける酸素ジェットに造滓用粉状フラックスを帯同随伴させて溶鉄に吹き付けて精錬を行う方法が開示されている。実施例によると、転炉に溶銑を装入し、脱けい素、脱りん、脱炭精錬を一度に行い、吹錬初期から吹錬末期１５〜２０分に至る間に上吹きランスから酸素とともに生石灰粉を継続して吹き付けている。

特許文献２においては、転炉型の溶銑予備処理炉を用いて溶銑の脱珪脱りん処理を行うに際し、微粉ＣａＯ源を用い、上吹き酸素とともに吹きつけを行う方法と、底吹き羽口よりＣａＯ源を吹き込む方法とを併用することが開示されている。

特許文献３には、上吹きランスとして、主精錬用酸素、粉体造滓剤、２次精錬用酸素をそれぞれ別々に吹き込むことができるノズルを具備した上吹きランスを用いて精錬する方法が開示されている。中心部のノズル（粉体造滓剤用ノズル）より微粉状の生石灰等造滓剤を吹き込んで精錬を行い、底吹きノズルより攪拌用ガスを吹き込む。主精錬用酸素ノズル、２次精錬用酸素ノズルは中心部の粉体造滓剤用ノズルの周辺に配置されている。

転炉で精錬を行う際には、転炉炉口を上に向け、上吹きランスを炉口から下降させてランス先端を溶湯表面近くに配置し、酸素上吹きを行う。溶銑装入や出鋼の際には転炉を傾動するので、ランスを上昇させる。ランス昇降のため、ランス昇降装置が用いられる。ランス昇降装置は昇降案内装置と昇降架台を備え、昇降架台は昇降案内装置に沿って昇降可能であり、ランスは昇降架台に取り付けられる。ランスへの酸素ガスの供給については、ランスの昇降に対応するため、酸素用フレキシブルホースが用いられる。酸素用フレキシブルホースのランスへの接続口を上に向け、ランスのホースへの接続口を下に向けて両者の間を接続する。ランスのホースへの接続口を下に向けるため、ランス上端には酸素流通用のＵ字状の配管が配置されている（非特許文献１参照）。

ランスノズルの補修や操業上の理由からランスを交換することがある。ランスを迅速に交換するため、１つの転炉にランス昇降装置を２組配置することがある。２組のランス昇降装置を横行させて操業位置と待機位置との間を行き来させる（非特許文献２参照）。待機位置において、酸素ガス流路の切り離し部を切り離した上で、ランスをホイストクレーンなどで吊り上げて昇降架台から取り外し、ランスを交換する。新しいランスを昇降架台に配置し、酸素ガス流路の切り離し部を接続する。ランスの上端には、ホイストクレーンで吊り上げるための架け具が配置されている（非特許文献２第４６１頁図８・４２参照）。この架け具にホイストクレーンのフックを架けることにより、ランスを単独で昇降させて昇降架台から取り外し取り付けることが可能となる。

特開昭５８−１９４２３号公報 特開２０１０−１５０５７４号公報（特５３８６９７２） 特開昭６０−５６００９号公報

社団法人日本鉄鋼協会「わが国における酸素製鋼法の歴史」 第１８５頁 日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧II製銑・製鋼」第４６１頁

転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるためには、ランスの上端付近において、酸素ガス流路に粉体を合流させる必要がある。ランスの上端付近まで粉体を輸送するため、酸素ガスを酸素用フレキシブルホースでランス上端付近に供給していると同様、粉体を搬送ガスとともに粉体用フレキシブルホースでランス上端付近に供給する。粉体搬送経路は、粉体用フレキシブルホースの先端からさらに延びて、合流位置にて酸素ガス流路に合流する。粉体用フレキシブルホースで供給された搬送ガスと粉体は、前記合流位置で酸素ガスと合流し、以降は酸素ガスに搬送され、ランス下端のノズルから酸素ガス、粉体、搬送ガスが溶湯に向けて噴出する。

転炉精錬においては、チャージごとに種々の品種が溶製される。上吹きランスから酸素ガスとともに粉体を吹き付ける機能を有する転炉においても、品種によって粉体吹きつけを行う品種と行わない品種が混在することがある。粉体吹きつけを行わない品種を精錬する際には、粉体搬送経路には搬送ガスと粉体を供給しない一方、酸素ガス流路には常圧よりも高い圧力（以降、「高圧」と記載する場合がある。）の酸素ガスが供給される。そのため、粉体搬送経路と酸素ガス流路の合流位置で酸素ガスが粉体搬送経路に入り込み、粉体用フレキシブルホースに高圧の酸素ガスが入り込むこととなる。即ち、粉体吹き込みを行わない場合においても粉体用フレキシブルホースは高圧の酸素ガスの内圧を受けるため、粉体用フレキシブルホースの寿命か短くなるという問題を有している。

本発明は、転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置において、粉体吹き込みを行わない精錬に際して粉体用フレキシブルホースを保護することのできる粉体吹き込みランス装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置であって、ランスを昇降させるランス昇降装置は昇降案内装置と昇降架台を備え、昇降架台は昇降案内装置に沿って昇降可能であり、ランスは昇降架台に取り付けられており、
酸素ガスは酸素用フレキシブルホースによって昇降架台に送られ、昇降架台上で酸素ガス流路は、ランス交換のための酸素流路切り離し部を経て、Ｕ字状に曲げられてランス上端からランス内に供給され、
粉体は搬送ガスとともに粉体用フレキシブルホースによって昇降架台に送られ、昇降架台上でランス交換のための粉体流路切り離し部を経て、粉体搬送経路はＵ字状の酸素ガス流路の曲管部に合流し、粉体は酸素ガスとともにランス下端のすべてのノズルを経由して転炉内の溶湯に吹き付けられ、
昇降架台上の粉体搬送経路の途中であって前記切り離し部の上流側に遮断弁（以下「末端弁」という。）を備えることを特徴とする粉体吹き込みランス装置。
（２）前記粉体搬送経路がＵ字状の酸素ガス流路の曲管部内に入り込む位置において、粉体搬送経路は垂直に対して傾斜角度をもって酸素ガス流路に入り込み、Ｕ字状の酸素ガス流路の曲管部の少なくとも一部において、酸素ガス流路と粉体搬送経路とが二重管の形態を有し、二重管の内管の末端部から粉体が直接垂直のランス内に導入されるように、内管が配置されてなることを特徴とする上記（１）に記載の粉体吹き込みランス装置。
（３）前記粉体搬送経路の途中であって粉体用フレキシブルホースの上流側に上流遮断弁を有し、上流遮断弁と前記末端弁との間に圧抜き弁を有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の粉体吹き込みランス装置。
（４）上記（１）又は（２）に記載の粉体吹き込みランス装置を用いた粉体吹き込み方法であって、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では前記末端弁を閉じ、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では前記末端弁を開くことを特徴とする粉体吹き込み方法。
（５）上記（３）に記載の粉体吹き込みランス装置を用いた粉体吹き込み方法であって、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では前記末端弁と上流遮断弁を閉じるとともに圧抜き弁を解放し、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では前記末端弁と上流遮断弁を開くとともに圧抜き弁を閉じることを特徴とする粉体吹き込み方法。
（６）上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の粉体吹き込みランス装置を有する転炉を用いた転炉精錬方法であって、転炉に装入した溶銑についてまず脱りん精錬を行い、脱りん精錬後の転炉内に溶湯を残したままで溶融スラグを転炉炉口から排出し、次いで脱炭精錬を行うに際し、前記脱りん精錬時に前記ランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込み、前記脱炭精錬の初期において前記ランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込み、脱炭精錬の末期にはランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込むことを特徴とする転炉精錬方法。

本発明は、転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置において、ランスは昇降架台に取り付けられて昇降し、粉体搬送経路はＵ字状の酸素ガス流路に合流し、昇降架台上の粉体搬送経路の途中であって粉体流路切り離し部の上流側に遮断弁（末端弁）を備える。これにより、吹錬中において上吹きランスから酸素ガスを溶湯に吹き付けるものの粉体は吹き付けない場合、末端弁を遮断することにより、高圧の酸素ガスの圧力が粉体用フレキシブルホースにかからないので、粉体用フレキシブルホースの寿命を延長することが可能となる。

本発明の粉体吹き込みランス装置の昇降架台上の部分を示す図である。 本発明の粉体吹き込みランス装置の全体を示す概念図であり、（ａ）はランスが上昇上限に位置している図、（ｂ）はランスが吹き込み位置に下降している状況を示す図である。 本発明の粉体吹き込みランス装置の一部を示す部分断面図である。

図１〜３に基づいて本発明を説明する。

図２に示すように、上吹きランス２の先端に位置するノズル３から酸素ガスとともに吹き付けられる粉体は、粉体供給装置１９から供給される。粉体供給装置１９において、粉体は吹き込みタンク２０に貯蔵され、吹き込みタンク下部のフィーダー２１を経由して搬送ガスに搬送され、粉体搬送経路３２の配管内を移動する。粉体搬送経路３２は、粉体用フレキシブルホース１５を経て、ランス上端付近の合流部１７で酸素ガス流路３１に合流する。酸素吹錬中において、ランス上端付近の酸素ガス流路内圧力は、例えば１ＭＰａ未満の高圧となるので、粉体搬送経路内の搬送ガス圧力もそれに見合った高圧となる。

酸素吹錬中に粉体吹き込みを行わない場合には、粉体供給装置１９からの搬送ガス供給も行わないので、粉体搬送経路内の搬送ガス圧力が低下する。このとき、酸素ガス流路３１と粉体搬送経路３２の合流位置から高圧の酸素ガスが粉体搬送経路３２に逆流し、粉体供給装置１９に酸素ガスが逆流することがないように、粉体搬送経路３２の粉体用フレキシブルホース上流側に遮断弁（上流遮断弁１８）が設けられる。粉体輸送を行わないタイミングではこの上流遮断弁１８を閉とし、酸素ガスの逆流を防止する。上流遮断弁１８は逆流防止弁とも呼ばれる。

酸素吹錬中に粉体吹き込みを行わない場合には、上記上流遮断弁１８を閉としているので、上流遮断弁１８のさらに上流側には高圧の酸素ガスが滞留することはない。しかし、上流遮断弁１８よりも下流側の粉体用フレキシブルホース１５には高圧の酸素ガスが滞留してフレキシブルホースに内圧がかかり続けることとなる。

本発明において、ランスを昇降させるランス昇降装置４は昇降案内装置５と昇降架台６を備え、昇降架台６は昇降案内装置５に沿って昇降可能であり、ランス２は昇降架台６に取り付けられている。酸素ガスは酸素用フレキシブルホース１１によって昇降架台６に送られ、昇降架台６上で酸素ガス流路３１は、ランス交換のための酸素流路切り離し部１２を経て、Ｕ字状に曲げられたＵ字状部１３を経てランス上端１４からランス２内に供給される。ランス交換時には、酸素流路切り離し部１２を切り離した上で、ランス２をホイストクレーンなどで吊り上げて昇降架台６から取り外し、ランスを交換する。

上吹きランスからの粉体吹きつけのため、粉体は搬送ガスとともに粉体用フレキシブルホース１５を経由して昇降架台６に送られる。粉体搬送経路３２についても、昇降架台上にランス交換のための粉体流路切り離し部１６を有している。ランス交換時には粉体流路切り離し部１６をも切り離した上でランス交換する。粉体搬送経路３２は粉体流路切り離し部１６を経てＵ字状の酸素ガス流路３１に合流し、粉体は酸素ガスとともにランス下端のノズル３を経由して転炉１内の溶湯に吹き付けられる。

本発明の粉体吹き込みランス装置においては、図１に示すように、昇降架台６上の粉体搬送経路３２の途中であって粉体流路切り離し部１６の上流側に遮断弁（末端弁７）を備えることを特徴とする。末端弁７は昇降架台上の粉体搬送経路３２の途中に設けるので、粉体用フレキシブルホース１５の下流側である。従って、吹錬中において上吹きランス２から酸素ガスを溶湯に吹き付けるものの粉体は吹き付けない場合、末端弁７を遮断することにより、高圧の酸素ガスの圧力が粉体用フレキシブルホース１５にかからないこととなる。

本発明の粉体搬送経路３２においてはさらに、図２に示すように、上流側遮断弁１８と末端弁７との間に圧抜き弁９を設けると好ましい。粉体の吹きつけを行わない場合、上流側遮断弁１８と末端弁７とをともに遮断した上で圧抜き弁９を解放することにより、粉体用フレキシブルホース１５の内圧を常圧とすることができ、粉体用フレキシブルホース１５の寿命をより一層延長することが可能となる。

上記本発明の末端弁７を操作するための制御ケーブルを設置する必要がある。末端弁７を粉体搬送経路３２のうちの粉体流路切り離し部１６の下流側に設けると、ランス交換時に末端弁７がランス２とともに切り離される側に配置されることとなるので、末端弁７の制御ケーブルも切り離す必要が生じ、作業が繁雑になるので好ましくない。また、使用するすべてのランスに末端弁を設ける必要が生じるので不経済である。本発明においては、末端弁７を昇降架台上の粉体搬送経路３２の途中であって粉体流路切り離し部１６の上流側に設けることによってこの問題を解決した。ランス交換時においても、末端弁７は昇降架台６上に固定されたままであるため、末端弁７の制御ケーブルを切り離す必要がない。また、末端弁をランスの昇降架台１台毎に設ければ足りるので経済的である。

ランス装置の酸素ガス流路３１は、前述のように酸素用フレキシブルホース１１を経由して昇降架台６に送られ、昇降架台上で酸素ガス流路３１は、ランス交換のための酸素流路切り離し部１２を経て、Ｕ字状に曲げられたＵ字状部１３を経てランス上端１４から垂直にランス２内に供給される。この酸素ガス流路３１に粉体吹き込み経路を合流させるに当たり、酸素ガスが垂直にランス内に導かれる部分において、粉体と搬送ガスも垂直にランス内に合流できれば好都合である。ところが、ランス２の垂直直上には前述のように、ランスをホイストクレーンで吊り上げるための架け具２２が配置されている（図１）。粉体をランスに対して垂直に合流させようとすると、粉体供給経路はこの架け具と干渉してしまう。架け具の位置をさらに上方に変更すると、ホイストクレーンの位置も上方に変更する必要が生じ、転炉工場の建屋高さを高くする必要が生じるので現実的ではない。

本発明は、粉体搬送経路がＵ字状の酸素ガス流路に内に入り込む合流部１７について、図１に示すように、粉体搬送経路３２は垂直に対して傾斜角度θをもって酸素ガス流路３１に入り込むように配置することによって上記問題を解決した。粉体搬送経路３２が傾斜しているので、ランス直上に配置された架け具２２の位置を回避して粉体搬送経路３２を設置することが可能となる。垂直に対する傾斜角度θは約４０度以上であればより確実に問題を回避することができるため好ましい。図１、３においては、垂直に対する傾斜角度θを４５度としている。

酸素流路のＵ字状に曲げられたＵ字状部１３は、材質として銅管が用いられている。材質として銅管を用いたのは、内部を純酸素ガスが流通するため、発火と延焼を防ぐ目的として好適であるためである。酸素ガス中に粉体を合流させた後、Ｕ字状部１３の銅管の内壁に粉体が衝突すると、銅管が摩耗する原因となり好ましくない。上記のように粉体搬送経路３２は垂直に対して傾斜角度θをもって酸素ガス流路の合流部１７に入り込むように配置すると、このままでは合流した粉体がＵ字状部１３の銅管に衝突する懸念がある。そこで本発明では、Ｕ字状の酸素ガス流路の少なくとも一部において、酸素ガス流路３１と粉体搬送経路３２とが二重管の形態を有してなることとしてこの問題を解決した。酸素ガス流路３１を外管とすると、粉体輸送経路３２は内管８となる。粉体搬送経路３２が酸素ガス流路３１に合流した後も二重管の形態とすれば、二重管となっている領域において粉体は内管８の内壁のみに衝突し、銅管で形成される外管の内壁には衝突しないので、銅管の摩耗を防止することができる。そして、二重管の内管８の末端部を開放とし、内管から搬送ガスとともに放出される粉体がＵ字状の銅管の内壁に衝突せずに垂直のランス２内に導入されるように内管８を配置することが好ましい。さらに、図３に示すように内管８の末端部が垂直下方に向いていると、ランス内においても粉体がランス内壁に衝突しないのでより好ましい。二重管の内管８の内面については、例えばセラミックスとすることにより、粉体吹き込みに起因する摩耗を防止することができる。

酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置においては、前述のとおり、粉体搬送経路３２の粉体用フレキシブルホース１５上流側に遮断弁（上流遮断弁１８）が設けられる（図２参照）。粉体輸送を行わないタイミングではこの上流遮断弁１８を閉とし、酸素ガスの逆流を防止する。本発明は、上述のとおり、昇降架台上の粉体搬送経路の途中に遮断弁（末端弁７）を備える。末端弁７は粉体用フレキシブルホース１５の下流側に位置する。本発明はさらに、図２に示すように、上流遮断弁１８と末端弁７との間に圧抜き弁９を有することとすると好ましい。転炉内に酸素ガスは吹き込むが粉体は吹き込まないタイミングにおいて、上流遮断弁１８と末端弁７をともに閉とした上で、圧抜き弁９を開とすることにより、粉体用フレキシブルホース１５の内圧を常圧とし、粉体用フレキシブルホースの内外圧力差をなくしてホースへの負荷を軽減することができる。

上記本発明の粉体吹き込みランス装置を用いた粉体吹き込み方法について説明する。本発明の粉体吹き込みランス装置を用いる場合、ランス先端のノズル３から純酸素ガスと粉体をともに吹き付ける形態と、ランス先端からは純酸素ガスのみを吹き付け、粉体吹きつけを伴わない形態を自由に切り替えることができる。具体的には、昇降架台上の粉体搬送経路３２の途中であって粉体流路切り離し部１６の上流側に遮断弁（末端弁７）を備えており、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では末端弁７を閉じ、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では末端弁７を開くことで、前記の２つの形態の切り替えを行うことができる。吹錬中において上吹きランス２から酸素ガスを溶湯に吹き付けるものの粉体は吹き付けない場合、末端弁７を遮断することにより、高圧の酸素ガスの圧力が粉体用フレキシブルホース１５にかからないこととなる。これにより、粉体用フレキシブルホース１５の寿命を十分に保持することが可能となる。

さらに、上流遮断弁と前記末端弁との間に圧抜き弁を有する粉体吹き込みランス装置を用いる場合には、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では末端弁７と上流遮断弁１８を閉じるとともに圧抜き弁９を解放し、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では末端弁７と上流遮断弁１８を開くとともに圧抜き弁９を閉じることにより、粉体の吹きつけを行わないときは粉体用フレキシブルホース１５の内圧を常圧とすることができ、粉体用フレキシブルホースの寿命をより一層延長することが可能となる。

脱りん精錬と脱炭精錬とを分離し、脱りん精錬を転炉内で行う場合、前述のように、脱りん精錬を行った転炉の出鋼口から溶鉄を出湯した後にスラグを排出し、溶鉄を異なる転炉に装入して脱炭精錬を行う方法（別転炉法）と、脱りん精錬後に溶鉄を転炉内に残したまま転炉を傾動して炉口からスラグのみを排出し、その後に同じ転炉で脱炭精錬を行う方法（同一転炉法）のいずれかが用いられている。

特許文献２には、転炉型の溶銑予備処理炉を用いて溶銑の脱珪脱りん処理を行うに際し、微粉ＣａＯ源を用い、上吹き酸素とともに吹きつけを行う方法と、底吹き羽口よりＣａＯ源を吹き込む方法とを併用することが開示されている。特許文献２には、対象とする方法が別転炉法か同一転炉法かは明示されておらず、脱りん精錬についてのみ言及され、脱炭精錬については言及されていない。

別転炉法、同一転炉法のいずれも、便宜上精錬前期を「脱りん精錬」、精錬後期を「脱炭精錬」と名付けているが、精錬後期においても脱炭とともに仕上げ脱りん精錬が進行していることが多い。そのため、脱炭精錬においても、ランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込むことにより、仕上げ脱りん精錬能力をより向上させることができる。一方、粉体吹き込み経路において粉体を管内輸送するために搬送ガスが用いられる。搬送ガスとしては窒素ガスが一般的である。粉体搬送経路と酸素ガス流路が合流した後、酸素ガス流路中には酸素ガス、粉体、搬送ガスが混合して流れ、ランス先端からは酸素ガス、粉体、搬送ガスが溶湯表面に吹き付けられる。搬送ガスとして窒素ガスを用いる場合、この窒素ガスはいったん溶湯中に溶解し、溶湯の窒素濃度を上昇させる原因となる。溶製する溶鋼の目標成分が低窒素鋼である場合、搬送ガスに起因して吹き止め溶鋼中の窒素濃度が上昇することは好ましくない。それに対して本発明の粉体吹き込みランス装置を有する転炉を用いた同一転炉法による転炉精錬方法においては、脱炭精錬の初期においてランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込み、脱炭精錬の末期にはランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込むこととすると好ましい。脱炭精錬初期にランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込むことによって仕上げ脱燐反応を促進し、一方で脱炭精錬の末期にはランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込むことにより、一旦は搬送ガスの吹き込みによって溶湯中窒素濃度が上昇するものの、その後は酸素ガスのみを吹き込むことによって溶湯の低窒素化が進み、吹き止め溶鋼中窒素濃度を低減することが可能となる。脱炭精錬の初期とは、特に限定されないが、脱炭精錬時間全体の初期２５％程度までの時間帯が例示でき、一方、脱炭精錬の末期とは、残りの時間帯を意味している。本発明の粉体吹き込みランス装置は末端弁を備えているので、粉体吹き込みを行わない脱炭精錬末期において末端弁を閉じて粉体用フレキシブルホース内に高圧の酸素ガスが充満することを防止できる。

さらに、上流遮断弁と末端弁との間に圧抜き弁を有する本発明においては、上流遮断弁や末端弁にリークが発生したとしても、酸素ガスのみをランスから溶湯に吹き付ける脱炭精錬末期において、リークしたガスは圧抜き弁を経由して系外に放出される。従って、酸素ガスが粉体用フレキシブルホース側にリークしたとしてもリークした酸素ガスが粉体吹き込み装置に混入することはない。逆に、粉体吹き込み装置側の窒素ガスがリークしたとしても、酸素ガスの方が圧力が高いため、末端弁を経由して酸素ガス中に混入することがないので、吹き止め溶鋼の窒素濃度上昇を防止することができる。

ひとつの転炉工場においては、通常、種々の品種が製造されている。そして、転炉で脱りん精錬と脱炭精錬を分離して行う場合、同一転炉法でも別転炉法でも、脱りん精錬において粉体吹き込みを実施する品種と実施しない品種が混在することがある。このような場合も、本発明の粉体吹き込みランス装置を備えた転炉であれば、粉体吹き込みを必要としない品種については、脱りん精錬時に粉体吹き込みを行わずに酸素ガス吹き込みのみを行うことができる。本発明の粉体吹き込みランス装置は末端弁を備えているので、粉体吹き込みを行わない品種の脱りん精錬において末端弁を閉じて粉体用フレキシブルホース内に高圧の酸素ガスが充満することを防止できる。

上吹きランスにおいて酸素ガスとともに粉体を吹き込む場合、特許文献３に記載のように、ランス先端のノズルの摩滅損耗が生じることがある。これに対し上記本発明のように、転炉での精錬全体時間のうち、例えば同一転炉法における脱炭精錬の末期にはランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込み、あるいは種々の品種のうちの一部品種のみで粉体吹き込みを行い、それ以外の品種ではランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込むこととすれば、ランスから溶湯表面に酸素ガスを吹き込む全時間のうちで粉体吹き込みを併用する時間比率が低くなる。そしてこのような操業形態においては、酸素ガス吹き込みのみを行った場合のランス寿命の時間内において、粉体吹き込み起因によるランスの摩滅損耗原因でランス寿命がさらに短縮することを防止できる。従って、あえて特許文献３に記載のように４重管ランスを用いることなく、酸素ガスに粉体を合流させた上で溶湯に吹き込むことができる。

溶鋼量３００トンの上底吹き転炉において図１〜３に示す本発明を適用した。転炉に溶銑を装入し、まず脱りん精錬を行い、脱りん精錬後に溶鉄を転炉内に残したまま転炉を傾動して炉口からスラグのみを排出し、その後に同じ転炉で脱炭精錬を行う方法（同一転炉法）を適用している。

上吹きランス先端から酸素ガスとともに吹き付けられる粉体は、粉体供給装置１９から供給される。粉体供給装置１９において、粉体は吹き込みタンク２０に貯蔵され、吹き込みタンク下部のフィーダー２１を経由して搬送ガスによって搬送され、粉体搬送経路３２の配管内を移動する。搬送ガスとして窒素ガスを用いる。粉体搬送経路３２は、粉体用フレキシブルホース１５を経て、昇降架台６に送られ、昇降架台上でランス交換のための粉体流路切り離し部１６を経て、粉体搬送経路３２は合流部１７においてＵ字状の酸素ガス流路（Ｕ字状部１３）に合流する。昇降架台上の粉体流路切り離し部１６の上流側に末端弁７を備える。粉体搬送経路３２は垂直に対して４５度の傾斜角度θをもって酸素ガス流路３１に入り込み、Ｕ字状の酸素ガス流路において酸素ガス流路と粉体搬送経路とが二重管の形態を有している。粉体搬送経路３２の途中であって粉体用フレキシブルホース１５の上流側に上流遮断弁１８を有し、上流遮断弁８と末端弁７との間に圧抜き弁９を有する。

この転炉にて精錬する品種全体のうちの３０％の品種にて上吹きランスからの粉体吹き込みを行い、残りの品種においては粉体吹き込みを行わなかった。また、粉体吹き込みを行う品種において、脱りん精錬では精錬時間全体で粉体吹き込みを行い、脱炭精錬では脱炭精錬時間全体の初期２５％で粉体吹き込みを行い、残りの７５％の時間では粉体吹き込みを行わなかった。粉体としてはＣａＯ粉を吹き込み、粉体吹き込み速度が８００ｋｇ／ｍｉｎ程度、１チャージあたりの粉体吹き込み量は１〜３トン／チャージ程度とした。粉体吹き込み時の搬送ガス（窒素ガス）流量は約２０００Ｎｍ³／ｈ程度であった。

脱りん精錬では、上吹き酸素ジェットによる溶鋼攪拌を抑制して脱りん反応を促進するため、上吹きランスノズルからの送酸速度は２００００〜３００００Ｎｍ³／ｈとし、酸素のみ吹き込み時はノズル背圧が０．２５〜０．３５ＭＰａ程度となった。脱炭精錬では、上吹き酸素ジェットによる溶鋼攪拌による脱炭精錬を促進するため、上吹きランスノズルからの送酸速度は６００００〜７００００Ｎｍ³／ｈとし、酸素のみ吹き込み時はノズル背圧が０．６５〜０．７５ＭＰａ程度となった。上吹きランスから粉体吹き込みを行い、粉体吹き込み速度が８００ｋｇ／ｍｉｎ程度の場合、上吹きランスのノズル背圧は粉体を吹き込まない場合と比較して約０．２ＭＰａ程度上昇した。

ノズル背圧が最も高くなるのは、脱炭精錬時に粉体吹き込みを併用するときであるが、このときでもノズル背圧は１ＭＰａ未満とすることができた。

転炉精錬を行うに当たり、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では末端弁７と上流遮断弁１８を閉じるとともに圧抜き弁９を解放し、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では末端弁７と上流遮断弁１８を開くとともに圧抜き弁９を閉じた。

以上の条件で転炉精錬を行った。その結果、ランスの寿命は、約３００チャージ程度であって、粉体吹き込みを行わない場合と何ら変化がなかった。寿命に達したランスのノズルを観察した結果、粉体吹き込みに起因するノズルの摩耗は特に観察されなかった。また、粉体用フレキシブルホースの損傷も特に観察されなかった。従って、粉体用フレキシブルホースとしては、酸素の背圧の影響を考慮する必要がない仕様（一般仕様）の使用が可能であることが確認できた。

１ 転炉
２ 上吹きランス
３ ノズル
４ 昇降装置
５ 昇降案内装置
６ 昇降架台
７ 末端弁
８ 内管
９ 圧抜き弁
１１ 酸素用フレキシブルホース
１２ 酸素流路切り離し部
１３ Ｕ字状部
１４ ランス上端
１５ 粉体用フレキシブルホース
１６ 粉体流路切り離し部
１７ 合流部
１８ 上流遮断弁
１９ 粉体供給装置
２０ 吹き込みタンク
２１ フィーダー
２２ 架け具
３１ 酸素ガス流路
３２ 粉体搬送経路
θ 傾斜角度

Claims (6)

1. 転炉内の溶湯に対して酸素ガスとともに粉体を吹き付けるための粉体吹き込みランス装置であって、ランスを昇降させるランス昇降装置は昇降案内装置と昇降架台を備え、昇降架台は昇降案内装置に沿って昇降可能であり、ランスは昇降架台に取り付けられており、酸素ガスは酸素用フレキシブルホースによって昇降架台に送られ、昇降架台上で酸素ガス流路は、ランス交換のための酸素流路切り離し部を経て、Ｕ字状に曲げられてランス上端からランス内に供給され、
   粉体は搬送ガスとともに粉体用フレキシブルホースによって昇降架台に送られ、昇降架台上でランス交換のための粉体流路切り離し部を経て、粉体搬送経路はＵ字状の酸素ガス流路の曲管部に合流し、粉体は酸素ガスとともにランス下端のすべてのノズルを経由して転炉内の溶湯に吹き付けられ、
   昇降架台上の粉体搬送経路の途中であって前記切り離し部の上流側に遮断弁（以下「末端弁」という。）を備えることを特徴とする粉体吹き込みランス装置。
2. 前記粉体搬送経路がＵ字状の酸素ガス流路の曲管部内に入り込む位置において、粉体搬送経路は垂直に対して傾斜角度をもって酸素ガス流路に入り込み、Ｕ字状の酸素ガス流路の曲管部の少なくとも一部において、酸素ガス流路と粉体搬送経路とが二重管の形態を有し、二重管の内管の末端部から粉体が直接垂直のランス内に導入されるように、内管が配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の粉体吹き込みランス装置。
3. 前記粉体搬送経路の途中であって粉体用フレキシブルホースの上流側に上流遮断弁を有し、上流遮断弁と前記末端弁との間に圧抜き弁を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉体吹き込みランス装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の粉体吹き込みランス装置を用いた粉体吹き込み方法であって、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では前記末端弁を閉じ、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では前記末端弁を開くことを特徴とする粉体吹き込み方法。
5. 請求項３に記載の粉体吹き込みランス装置を用いた粉体吹き込み方法であって、ランス先端から粉体を吹き込まず酸素ガスのみを吹き込む時点では前記末端弁と上流遮断弁を閉じるとともに圧抜き弁を解放し、ランス先端から粉体とともに酸素ガスを吹き込む時点では前記末端弁と上流遮断弁を開くとともに圧抜き弁を閉じることを特徴とする粉体吹き込み方法。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の粉体吹き込みランス装置を有する転炉を用いた転炉精錬方法であって、転炉に装入した溶銑についてまず脱りん精錬を行い、脱りん精錬後の転炉内に溶湯を残したままで溶融スラグを転炉炉口から排出し、次いで脱炭精錬を行うに際し、前記脱りん精錬時に前記ランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込み、前記脱炭精錬の初期において前記ランスから酸素ガスとともに粉体を吹き込み、脱炭精錬の末期にはランスから粉体を吹き込まずに酸素ガスのみを吹き込むことを特徴とする転炉精錬方法。

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