WO2013057927A1 - 粉体吹込みランスおよびその粉体吹込みランスを用いた溶融鉄の精錬方法 - Google Patents

Abstract

円形軌道に沿い間隔をおいて配列され、反応容器に収容された鉄浴中へ酸素ガスを吹込む複数の噴出開口を有する精錬用酸素ガス吹込みノズルと、前記円形軌道の中心軸と同軸になる軸芯を有し、該精錬用酸素ガス吹込みノズルの内側にて火炎を形成するとともに、該火炎によって着熱された粉体を前記鉄浴中へ吹き込む噴出開口を有するバーナーノズルとを備えた粉体吹込みランスにおいて、前記精練用酸素ガス吹込みノズルの噴出開口と前記バーナーノズルの噴出開口との位置関係を示す指標Ａが、Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０となるようにする。ここで、Ｒ：上記円形軌道の半径（ｍｍ）、ｒ：バーナーノズルの噴出開口の半径（ｍｍ）、ｄ：精練用酸素ノズルの噴出開口の直径（ｍｍ）、θ：精練用酸素ガス吹込みノズルの軸芯の傾角（°）、Ｌ：ランス高さ（ｍｍ）である。これにより溶鉄への着熱効率を向上させる。

Description

粉体吹込みランスおよびその粉体吹込みランスを用いた溶融鉄の精錬方法

　本発明は、バーナー機能を付与した粉体吹込みランスと、その粉体吹込みランスを用いた溶融鉄の精錬方法および溶融還元方法に関する。

　環境保護の観点から、鉄鋼製造工程におけるＣＯ_２排出量の抑制が急務となってきている。ＣＯ_２排出量を削減するために、製鋼工程においては、鉄源として鉄スクラップなどの冷鉄源の使用量を増加させて溶銑の配合率を低下させるなどの対応が検討されかつ実施されている。冷鉄源の使用量を増加させる理由としては、鉄鋼製品の製造に際して、高炉での溶銑（溶融鉄）の製造では、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要すると同時に多量のＣＯ_２を排出するのに対し、冷鉄源は溶解熱のみを必要とするに過ぎず、この冷鉄源を製鋼工程で多く利用すればするほど、エネルギー使用量及びＣＯ_２発生量をより抑えることができる点にある。溶融鉄とは、鉄源を溶解したものを意味し、例えば、高炉で製造された溶銑、電気炉で鉄スクラップを溶かした溶鋼、溶銑から脱炭精錬処理がなされた溶鋼をも幅広く意味する。

　高炉と転炉との組み合わせからなる鉄鋼製造工程では、冷鉄源の溶解用熱源は、溶銑の有する顕熱、溶銑中の炭素及び珪素の燃焼熱が主体である。このため、この鉄鋼製造工程では、本来、多量の冷鉄源を溶解することはできない。しかも、溶銑に対して予備脱燐処理が実施されるようになり、この処理工程の追加に伴って溶銑の温度が低下する。更には、溶銑中の炭素及び珪素が予備脱燐処理で酸化して、それらの濃度が減少することは、冷鉄源を溶解させることに対して不利な要因となる。なお、溶銑の予備脱燐処理とは、転炉で脱炭精錬処理を行う前に、溶銑段階で予め脱燐処理を実施し、溶銑中の燐を或る程度除去する工程である。また、製鉄所における鉄鋼製造工程では、溶銑に限らず、例えば、溶銑に対して脱炭処理された後の溶鋼に対しても、脱燐処理などの酸化精錬処理が行われる。

　そこで、予備脱燐処理や転炉での脱炭精錬処理、および反応容器における酸化精錬処理において、溶銑及び溶鋼等の溶融鉄の熱余裕を高める多数の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、予備脱燐処理中の生成スラグ中に炭素源を添加するとともに、スラグ中に酸素源を吹き込んで、この炭素源を燃焼させ、この燃焼による燃焼熱を溶銑に着熱させる方法が提案されている。

　また、特許文献２には、転炉内で発生する一酸化炭素（ＣＯ）とランスにより吹き込んだ酸素とを溶湯の浴面上で燃焼（いわゆる二次燃焼）させて、その燃焼熱を溶鉄に着熱させる方法が開示されている。

　一方、溶銑の脱りん処理においては、その際に発生するスラグからのフッ素の溶出が問題になっており、蛍石等のフッ素化源を使用することなしに効率的に脱りん処理を施すことが望まれている。

　そのための手段として、特許文献３には、上底吹き転炉において、上吹きランスからＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３の混合粉を溶銑に吹き付けると共に、炉底から攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながら脱りん処理を行う方法が開示されている。

　特許文献４には、脱燐などの冶金反応特性を改善するために、フラックスの滓化性を高める方法が開示されている。この方法は、酸素ガスの他に天然ガスなどの燃料ガスと生石灰などのフラックスを上吹きランスから供給し、フラックスを燃料ガスの燃焼火炎中を経由させることによって、溶融状態で溶銑に供給することを可能としている。

　さらに、特許文献５および６には、冶金反応の効率向上を目的として、スラグの滓化を促進させるために、上吹きランスにバーナー機能を付与し、該バーナーの中心孔から脱りん剤を噴出させて加熱、添加する方法がそれぞれ開示さている。

特開平９―２０９１３号公報 特開昭６０―６７６１０号公報 特開２０００―３４５２２６号公報 特開平１１―０８０８２５号公報 特開２００５―３３６５８６号公報 特開２００７―９２１５８号公報

　しかしながら、上記従来技術には次の問題点がある。特許文献１では、生成スラグ中に炭素源を添加することで、溶銑温度は上昇するが、炭素源に含有される硫黄の混入を招き、鋼中の硫黄濃度が高くなる。また、炭素源の燃焼時間を確保するために精錬時間が長くなり、製造コストが上昇するという問題がある。また更に、炭素源を燃焼させることから、ＣＯ_２の発生量が自ずと増加するという問題もある。

ところで、溶銑などの溶融鉄は、転炉への搬送などのために、トピードカーや取鍋などの、転炉と比べてフリーボードが小さい反応容器に収容され得る。一般に、転炉では、脱炭処理が行われることを前提として、脱炭処理により発生するスプラッシュなどの影響を考慮してフリーボードが比較的大きく、２．０～５．０ｍである。一方、前述の反応容器は、フリーボードが０．８～２．２ｍである。実際の製鉄所における操業では、溶融鉄に対して、フリーボードが比較的に小さい反応容器でも脱燐処理などの酸化精錬処理が行われる。特許文献１にはこのような場合の反応容器と上吹きランスとの位置的な関係については特に考慮されていない。

　上記特許文献２に開示の方法では、転炉内で発生するＣＯとランスにより吹き込んだ酸素が溶銑の浴面上で燃焼するため、炉体耐火物の損耗が激しい。

　特許文献３に開示の方法では、添加するＡｌ_２Ｏ_３によりＣａＯの融点が低下し、ＣａＯの滓化を促進させることができるものの、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が高まるため、炉体耐火物の損耗を招き、却って、コスト高になることが懸念されるとともに、脱りん速度が低下してしまう。

　特許文献４では、上吹きランスを用いて、転炉で酸化精錬処理を行う際には、吹錬途中に上吹きランス高さが変動する場合がある。上吹きランス高さが変動する場合には、火炎長さとランス高さが大きく異なってしまう。このことにより、粉状精錬剤に効果的に着熱しないことが考えられる。

　さらに、特許文献４では、上吹きランスを用いた、転炉での吹錬に関しており、フリーボードが比較的に小さい反応容器での吹錬に関していない。溶融鉄の酸化精錬処理、例えば、脱燐処理において、反応容器は、転炉と比べてフリーボードが小さいことにより、特許文献４では、粉状精錬剤にバーナー火炎による熱が効果的に着熱しないことが考えられる。また、ランス高さ内で燃焼が完了せず、未燃の燃料ガスが溶融鉄の浴面に到達し、燃焼ガスの分解反応が起こることが予測される。この分解反応は吸熱反応であり、粉状精錬剤への着熱の観点から考えると、通常、脱燐処理などの酸化精錬処理には非常に不利な要因となる。

　さらに、特許文献４、５、６に開示の方法では、４重管あるいは５重管構造からなる上吹きランスが使用され、脱りん剤等を酸素ガスで搬送しているため、純鉄等を含む反応性の粉体を吹き込むことができない。また、吹込み量、プロパンの流量が低く、溶銑配合率を低減するのに十分な効果が期待できない。

　そこで、本発明の目的は、上述したような不具合なしにバーナーの燃焼熱を溶鉄に効率的に付与（着熱）し、溶銑配合率を有利に低減し得る粉体吹込みランス、その吹込みランスを用いた溶融鉄の精錬方法および金属溶湯の溶融還元方法を提案するところにある。

　本発明の他の目的は、バーナー機能を有する粉体吹込みランス（上吹きランス）を用い、この粉体吹込みランス（上吹きランス）の下端にバーナー火炎を形成させて、粉体吹込みランス（上吹きランス）を介して粉状精錬剤をこの火炎で加熱しつつ転炉内の冷鉄源の添加された溶融鉄に吹き付けて、予備脱燐処理や脱炭精錬などの酸化精錬処理を溶銑に施すにあたり、粉状精錬剤を効率良く加熱し、溶銑中の冷鉄源の配合比率を安定して高めることができる溶融鉄の精錬方法を提供することである。

　また本発明の他の目的は、バーナー機能を有する粉体吹込みランス（上吹きランス）を用い、この粉体吹込みランス（上吹きランス）の下端にバーナー火炎を形成させて、粉体吹込みランス（上吹きランス）を介して粉状精錬剤をこの火炎で加熱しつつ、フリーボードが比較的に小さい反応容器内の溶融鉄に吹き付けて、脱燐処理などの酸化精錬処理を溶融鉄に施すにあたり、粉状精錬剤を効率良く加熱し、反応容器内の溶融鉄の熱余裕を高めることができる溶融鉄の精錬方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
　（１）円形軌道に沿い間隔をおいて配列され、反応容器に収容された鉄浴中へ酸素ガスを吹込む複数の噴出開口を有する精錬用酸素ガス吹込みノズルと、前記円形軌道の中心軸と同軸になる軸芯を有し、該精錬用酸素ガス吹込みノズルの内側にて火炎を形成するとともに、該火炎によって着熱された粉体を前記鉄浴中へ吹き込む噴出開口を有するバーナーノズルとを備えた粉体吹込みランスにおいて、前記精練用酸素ガス吹込みノズルと前記バーナーノズルとの位置関係を示す指標Ａが、下記の条件を満足することを特徴とするバーナー機能を付与した粉体吹込みランス。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　記
　　　　Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０
　　　　　
　　Ｒ：精練用酸素ガス吹込みノズルのピッチサークルの半径（ｍｍ）
　　ｒ：バーナーノズルの開口半径（ｍｍ）
　　ｄ：精練用酸素ノズルの直径（ｍｍ）
　　θ：精練用酸素がス吹込みノズルの軸芯と、円形軌跡の中心軸とのなす角度（傾角）（°）
　　Ｌ：ランス高さ（ｍｍ）
（２）（１）に記載した粉体吹込みランスが、脱りん吹錬または脱炭吹錬に使用する精錬用上吹ランスであることを特徴とするバーナー機能を付与した粉体吹込みランス。
　（３）（１）または（２）に記載した粉体吹込みランスを用いて反応容器に収容された溶鉄の精錬を行う方法において、
　前記バーナーノズルの燃料として、プロパンガス、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料およびプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を用いることを特徴とする溶鉄の精錬方法。
　（４）前記鉄浴型精錬炉内に金属酸化物、酸化物系鉱石の粉体または粒体を装入、溶融還元して金属溶湯を得る溶融還元方法において、（１）～（３）のいずれか１に記載した粉体吹込みランスのバーナーノズルを通して、金属酸化物および酸化物系鉱石のうちのいずれか１種または２種以上の粉粒状の副原料を吹き込むことを特徴とする金属溶湯の溶融還元方法。
　（５）粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを別々に有する上吹きランスを用いて、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給し、かつ、前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給して、転炉に収容される溶融鉄の浴面に向けて前記上吹きランスのノズル前面に火炎を形成し、
　前記粉状精錬剤供給流路から粉状精錬剤を供給して、該粉状精錬剤を、前記火炎で加熱しながら、溶融鉄の浴面に向けて吹き付けつつ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から溶融鉄の浴面に向けて精錬用酸化性ガスを供給する溶融鉄の精錬方法であって、
前記転炉のフリーボードが2.0～5.0ｍの場合に、前記上吹きランスとして上記（１）に記載のバーナー機能を付与した粉体吹込みランスを用いて
燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比を下記の（１）式を満足させつつ前記火炎を形成することを特徴とする溶融鉄の精錬方法。
　０．４≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦１．０　　　　　　・・・（１）
　但し、（１）式において、Ｇ：燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
　Ｆ：燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
　（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数の比、である。
　（６）前記燃焼用酸化性ガスの吐出流速Ｖ_Ｇが、下記の（２）式を満足するように前記燃焼用酸化性ガス供給速度Ｇを調整することを特徴とする上記（５）に記載の溶融鉄の精錬方法。
０．２≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦１．０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
但し、（２）式において、Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）、
Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）、である。
　（７）前記粉状精錬剤は、酸化鉄と石灰系媒溶剤と可燃性物質とのうちの少なくとも１種類を含んでおり、該粉状精錬剤を不活性ガスとともに溶融鉄の浴面に向けて供給して、冷鉄源が添加された溶融鉄に対して酸化精錬処理を行うことを特徴とする、上記（５）または上記（６）に記載の溶融鉄の精錬方法。
　（８）前記溶融鉄が溶銑であり、前記酸化精錬処理が溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とする、上記（７）に記載の溶融鉄の精錬方法。
　（９）粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを別々に有する上吹きランスを用いて、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給し、かつ、前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給して、反応容器に収容される溶融鉄の浴面に向けて前記上吹きランスのノズル前面に火炎を形成し、
　酸化鉄と石灰系媒溶剤と可燃性物質とのうちの少なくとも１種類を含む粉状精錬剤を、不活性ガスとともに前記粉状精錬剤供給流路から溶融鉄の浴面に向けて供給して、該粉状精錬剤を、前記火炎で加熱しながら、溶融鉄の浴面に向けて吹き付けつつ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から溶融鉄の浴面に向けて精錬用酸化性ガスを供給する溶融鉄の精錬方法であって、
　前記反応容器のフリーボードが0.5～2.0ｍの場合に、前記上吹きランスとして上記（１）に記載のバーナー機能を付与した粉体吹込みランスを用いて
燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比を下記の（３）式を満足するように、調整しつつ前記火炎を形成することを特徴とする溶融鉄の精錬方法。
　１．０≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦５．０　　　　　　・・・（３）
　但し、（３）式において、Ｇ：燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
　Ｆ：燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
　（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数との比、である。
　（１０）燃焼用酸化性ガス吐出流速が下記の（４）式を満足するように、前記燃焼用酸化性ガス供給速度Ｇを調整することを特徴とする上記（９）に記載の溶融鉄の精錬方法。
１．０≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦３．０　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
但し、（４）式において、Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）、
Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）、である。
　（１１）前記溶融鉄が溶銑であり、前記精錬用酸化性ガスを供給して行う溶融鉄の精錬は、溶銑の脱燐処理であることを特徴とする上記（９）または上記（１０）に記載の溶融鉄の精錬方法。

　本発明にかかるバーナー機能を付与した粉体吹込みランスによれば、精練用酸素ガス吹込みノズルとバーナーノズルとの位置関係を示す指標Ａを、Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０としたため、吹込みにかかる精錬用酸素ガスとバーナーによって形成される火炎の干渉が小さくなり、バーナー火炎の温度が高位に保たれるため、粉体が効率的に加熱され、その結果として溶鉄における着熱効率の向上を図ることができる。

　また、上記の構成からなるバーナー機能を付与した粉体吹込みランスによれば、溶鉄への着熱効率が改善されるため、脱りん吹錬または脱炭吹錬に使用する精錬用上吹ランスとして用いることにより、スクラップを大量に使用でき、溶銑配合率の大幅な低減が可能となる。また、着熱効率の改善により炭材の使用量を削減することが可能であり、ＣＯ_２の排出量の削減を図ることができる。

　また、本発明にかかる粉体吹込みランスによれば、バーナーノズルの燃料として、プロパンガス、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料およびプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を用いることにより鉄浴型精練炉に収容された溶鉄の精錬を行うことができる。

　さらに、上記の構成からなる本発明の粉体吹込みランスによれば、該粉体吹込みランスのバーナーノズルを通して、金属酸化物および酸化物系鉱石のうちのいずれか１種または２種以上の粉粒状の副原料を吹き込むことにより、金属溶湯の溶融還元を行うこともできる。

　さらに、本発明によれば、その先端下方にバーナー火炎を形成するための上吹きランスの燃料ガス供給流路から供給される燃料ガスと、燃焼用酸化性ガス供給流路から供給される燃焼用酸化性ガスとの流量比を、燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数の比に対して、所定の範囲となるように制御するので、上吹きランス高さL（ｍ）と火炎長さｌ（ｍ）との比（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように設定することが可能となる。その結果、この火炎の熱を、上吹きランスから供給される粉状精錬剤に効果的に伝達させることができるため、加熱された粉状精錬剤によって、溶融鉄の熱余裕が向上する。その結果、たとえば転炉における溶融鉄の酸化精錬処理において、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を大幅に増大させることが可能となる。また、反応容器内の溶融鉄への着熱効率が安定して高く維持するための加炭用の炭材を削減でき、ＣＯ_２の排出量の低減という効果もある。
 

図１は本発明の第１の実施の形態に従う粉体吹込みランスを転炉型精錬設備に設置した状態を示した図である。 図２(ａ)（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に従う粉体吹込みランスの具体的構造を模式的に示した図である。 図３は本発明の第１の実施の形態に従う粉体温度とＡ値の関係を示した図である。 図４は本発明の第２の実施の形態を実施する際に用いる転炉設備を示す概略断面図である。 図５は本発明の第２の実施の形態を実施する際に用いる上吹きランスの概略拡大縦断面図である。 図６は本発明の第２の実施の形態を実施する際のプロパンガスと燃焼用酸素ガスとの流量比と、火炎長さ指数との関係を示すグラフである。 図７は本発明の第２の実施の形態を実施する際のランス高さLに対する火炎長さｌの値（ｌ／L）と、火炎長さｌとランス高さLとが等しい場合（ｌ／L＝１）を基準とした着熱量に対する、各値（ｌ／L）における着熱量の値（着熱指数）との関係を示すグラフである。 図８は本発明の第３の実施の形態を実施する際に用いる精錬設備を示す概略断面図である。 図９は本発明の第３の実施の形態を実施する際に用いる上吹きランスの概略拡大縦断面図である。 図１０は本発明の第３の実施の形態を実施する際のプロパンガスと燃焼用酸素ガスとの流量比と、火炎長さ指数との関係を示すグラフである。 図１１は本発明の第３の実施の形態を実施する際のランス高さLに対する火炎長さｌの値（ｌ／L）と、火炎長さｌとランス高さLとが等しい場合（ｌ／L＝１）を基準とした着熱量に対する、各値（ｌ／L）における着熱量の値（着熱指数）との関係を示すグラフである。

（実施の形態１）　
以下、本発明を図面を用いてより具体的に説明する。
　図１は、本発明に従う粉体吹込みランスを転炉型精錬設備に設置した状態を示した図であり、図２（ａ）（ｂ）は、本発明に従う粉体吹込みランスの先端部分の断面を拡大して示した図である。なお本発明の実施の形態１において反応容器とはたとえば鉄浴型精錬炉が含まれる。

　図における符号１は、炉体である。炉体１は、該炉体１の骨格をなす鉄皮１ａと、この鉄皮１ａの内側に施工された耐火物層１ｂから構成されている。

　また、符号２は、炉体１の底部に設けられ、精錬に際してＡｒガスの如き不活性ガスを吹き込んで鉄浴を攪拌するための底吹き羽口、３は、炉体１内に収容された溶鉄、４は、溶鉄上に浮遊するスラグ、５は、先端を下に向けて起立姿勢でもって配置された粉体吹込みランス（上吹きランス）である。

　粉体吹込みランス５の上端には、精錬用酸素ガスを供給する送給管６、燃焼用酸素ガスを供給する送給管７、燃料ガスを供給する送給管８、粉体を供給する送給管９がそれぞれ連結されている。

　さらに、符号１０は、上吹きランス５より吹き込まれる粉体、１１は、燃料の燃焼によって形成された火炎、１２は、粉体１０とともに吹き込まれる精錬用酸素ガスである。

　粉体吹込みランス５は、その具体的構造を図２(ａ)（ｂ）に示したように、ランス本体５ａと、このランス本体５ａの先端部に一体連結するノズル部５ｂとから構成されている。

　ランス本体５ａは、冷却水循環路ｍを有する外管５ａ_１と、該外管５ａ_１の内側に精錬用酸素ガスの吹き込み経路を形成するように同心配置された内管５ａ_２からなる。

　また、ノズル部５ｂには、炉体１に収容された鉄浴中へ酸素ガスを吹き込む精錬用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１と、バーナーノズル５ｂ_２が設けられており、粉体１０は、内管５ａ_２の最内側に形成される通路を通して不活性ガス等の搬送ガスとともに吹き込まれる。

　ランス本体５ａの内管５ａ_２の内側には、燃焼用酸化性ガスを供給する経路と燃料を供給する経路を形成するための管体５ａ_３、５ａ_４を適宜同心に配置しておくことができる。この場合、最内側に位置する管体５ａ_４が粉体の送給経路を形成する。

　上記の精錬用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１は、円形軌道Ｋ（図２（ｂ）参照）に沿い間隔をおいて配列され、精錬用酸素ガスの吹込み経路につながる複数の噴出開口ｅを備えている。

　また、バーナーノズル５ｂ_２は、円形軌道Ｋの中心軸Ｋ_１と同軸になる軸芯Ｊを有し、精錬用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１の噴出開口ｅの径方向の内側で火炎１１を形成するとともに、該火炎１１によって着熱された粉体１０を鉄浴中へ吹き込む噴出開口ｆを備えている。

　上記円形軌道Ｋは、仮想線で表示されるものであって、噴出開口ｅの軸芯が円形軌道Ｋ上にある場合に、該円形軌道Ｋを、噴出開口ｅのピッチサークルと呼ぶこととする。

　ここに、精練用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１の噴出開口ｅにおけるピッチサークルの半径をＲ（ｍｍ）、バーナーノズル５ｂ_２の噴出開口ｆの半径をｒ(ｍｍ）、精練用酸素ノ
ズル５ｂ_１の噴出開口ｅの直径をｄ（ｍｍ）、精練用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１の噴出開口ｅの軸芯ｄ_１と、円形軌跡の中心軸Ｋ_１とのなす角度（傾角）をθ（°）、ランス高さ（鉄浴浴面からランスのノズル先端に至るまでの高さ）をＬとした場合に、精錬用酸素ガス吹込みノズル５ａとバーナーノズル５ｂとは、その位置関係を示し指標をＡとすると、Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０の条件を満たすようになっている。

　以下、上記の構成からなる粉体吹込みランスにつき、精錬用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１と、バーナーノズル５ｂ_２の位置関係を、Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０とするに至った経緯について説明する。

　まず、発明者らは、ランスを通して金属酸化物や酸化物系の粉体を吹込みに当たり、溶鉄と接触する前に予め吹込みにかかる粉体を加熱することが溶銑配合率を低下させるのに効果的ではないかと考え、粉体の加熱、添加方法についての検討を進めた。

　そして、粉体の加熱状況を調査するため、内径１ｍ、高さ３ｍの縦型管状炉を用いて、
この縦型管状炉の上部に、中心部から粉体を供給することができるバーナー機能の付与された表１に示す如き条件からなる種々異なる上吹きランスを用いて粉体（サイズ：≦７５ｍｍになる石灰を使用）の吹込み実験を行い、吹込みにかかる粉体の温度を、放射温度計を用いて測定した。

　その結果を図３に示す。図３に示す結果から、粉体吹込みランスにつき、精錬用酸素ガス吹込みノズル５ｂ_１と、バーナーノズル５ｂ_２の位置関係を、Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０とすることにより、粉体の温度が著しく上昇することの知見を得るに至ったものである。

　上記の条件は、バーナーガスの噴流と精錬用酸素ガスの噴流の広がりの軌跡から算出したものであり、過剰に精錬用酸素ガスがバーナー火炎と接触（干渉）するとバーナー火炎の温度が低下するという考え方に基づくものであり、これにより、精錬用酸素ガスとバーナー火炎との干渉が小さくなり、バーナー火炎の温度が高位に保たれる結果、粉体が効率的に加熱される。

　本発明によれば、上吹きの精錬用酸素ガスを吹込みながら、脱りん精錬（吹錬）あるいは脱炭精錬を実施するに当たり、副原料である粉体をバーナーの火炎により効率的に加熱しつつ溶鉄に供給することが可能となり、従来と比較して大量のスクラップを溶解することが可能となる。

　そして、その結果として、脱りん、脱炭精錬にかかる溶製コストの削減が可能となり、省資源、省エネルギーが達成される。また、転炉操業の安定化を図ることができるので、工業上有益な効果がもたらされる。

なお、Ａ値は、精錬用酸素ガスの二次燃焼による耐火物の溶損防止の観点から上限値としては、０．２０とするのがよい。

　また、ランス高さＬは、転炉操業においては、２０００～５０００ｍｍ程度に設定される。フリーボードが０．５～２ｍの反応容器においては、５００～２０００ｍｍに設定される。

　本発明に従う粉体吹込みランスを用いて処理する溶鉄としては、高炉等の溶銑製造設備で製造された溶鉄（脱りん工程で用いられる溶鉄）、脱りん工程を経た脱りん溶鉄が好ましい。

　溶鉄の精錬においては、バーナーノズルの燃料として、プロパンガス、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料およびプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を用いることができる。

　また、鉄浴型精錬炉内に金属酸化物、酸化物系鉱石の粉体または粒体を装入し、溶融還元して金属溶湯を得るに当たっては、酸化物を還元するための炭材および還元熱を補償するための炭材を別途添加する必要がある。ここで、金属酸化物、酸化物系鉱石は鉄鉱石，焼結粉，クロム鉱石，マ ンガン鉱石，製鉄ダストなどをいう。

　上吹きランスとして、上掲図２に示したような構造になるランスを用い、容量が２．５ｔになる上掲図１に示した如き上底吹き転炉にて表２に示す成分組成になる溶銑を、鉄スクラップとともに装入し、表３の条件のもとで脱りん吹錬を行った。

　そして、その後、出銑、排滓し、さらに同様の上底吹き転炉に脱りん処理した溶銑を鉄スクラップとともに装入して表３の条件のもとに脱炭吹錬を行い、上吹きランスのＡ値の溶銑配合率に与える影響についての調査を行った。その結果を表４に示す。

　なお、脱りん吹錬では、炉内に鉄スクラップを装入したのち、温度が１３５０℃になる溶鉄を装入し、上吹きランスから吹錬酸素ガスを供給し、同時に生石灰粉、燃焼酸素ガス、プロパンガスを溶鉄面に向けて吹きつけながら底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌ガスとして溶鉄中に吹き込んだ。

　また、この吹錬では、鉄スクラップの装入量は、脱りん処理終了温度が１４００℃となるように調整し、生石灰は、炉内スラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）が２．５となるように添加量を調整した。

　脱炭吹錬では、炉内に鉄スクラップを装入したのち、温度が１３５０℃になる溶鉄（脱りんした溶鉄）を装入し、上吹きランスから吹錬酸素ガスを供給し、同時に生石灰粉、燃焼酸素ガス、プロパンガスを溶鉄面に向けて吹きつけながら底吹き羽口からアルゴンガスを攪拌ガスとして溶鉄中に吹き込んだ。

　鉄スクラップの装入量は、脱炭処理終了温度が１６８０℃、炭素濃度が０．０５ｍａｓｓ％となるように調整した。生石灰は、炉内スラグの塩基度（ｍａｓｓ％ＣａＯ／ｍａｓｓ％ＳｉＯ_２）が３．５となるように添加量を調整した。

　表４より明らかなように、本発明に従うバーナー機能を備えた吹込みランスを用いて、脱りん、脱炭吹錬を行った場合においては、鉄スクラップ配合比を高めることが可能であり、溶銑配合率を大幅に低減できることが確かめられた。

　また、本発明に従う吹込みランスを用いて金属溶湯の溶融還元を行うべく、２．５ｔの溶銑を転炉に装入し、精錬用酸素ガス量：７．５Ｎｍ^３／ｍｉｎ、底吹き窒素ガス量：０．２５Ｎｍ^３／ｍｉｎの条件でコークスを適宜供給しながら吹錬を開始した。

　そして、溶銑温度が１６００℃になるまで昇熱し、溶銑温度が１６００℃に達した時点で、上吹きランスからクロム鉱石粉の供給を開始し、溶融還元吹錬を実施した。なお、この溶融還元吹錬においては、溶融還元吹錬の開始とともに上吹きランスからバーナーのプロパンガスと酸素ガスの供給も開始した。

　プロパンガスと酸素ガスの流量は、それぞれ０．２Ｎｍ^３／ｍｉｎ、１．０Ｎｍ^３／ｍｉｎとし、　溶融還元吹錬中は、適宜溶銑温度を測定し、溶融還元に適した溶銑温度１６００℃になるようにクロム鉱石粉の供給速度を変化させて吹錬を実施した。

　所定の時間（約３０分間）を過ぎてから、クロム鉱石粉、プロパンガス、酸素ガスの供給を停止し、さらに、上吹きの酸素ガスの供給のみを行う吹錬を３分行った。

　上記の溶融還元吹錬において、クロム鉱石の使用量指数とＡ値との関係について調査した結果を、比較例（比較例３、４、吹錬条件は適合例４、適合例５と同じ）の結果とともに表５に示す。なお、表中のクロム鉱石の使用量指数は、適合例５の指数を１．００として比較して表示したものである。

　表５より明らかなように、Ａ値が０以下になる比較例３、比較例４では、溶融還元吹錬でのクロム鉱石の使用量指数が小さくなることが確認された。
 

（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２は、転炉に収容された溶銑に対して上吹きランスから精錬用酸化性ガスを供給して行う酸化精錬処理を対象としている。この酸化精錬処理としては、現在、溶銑の予備脱燐処理及び溶銑の脱炭精錬処理が行われており、本発明は、どちらの酸化精錬処理にも適用することができる。本発明を溶銑の脱炭精錬に適用する場合に、予備脱燐処理が施された溶銑に対して本発明を実施しても、予備脱燐処理が施されていない溶銑に対して本発明を実施してもどちらでも構わない。本発明を予備脱燐処理に適用し、この予備脱燐処理によって精錬された溶銑を転炉で脱炭精錬する際にも本発明を適用することができる。

　本発明において使用する溶銑（溶融鉄）は、高炉で製造された溶銑（溶融鉄）であり、この溶銑（溶融鉄）を、溶銑鍋、トピードカーなどの溶銑搬送容器で受銑して、予備脱燐処理及び脱炭精錬を実施する転炉に搬送する。以下、転炉における溶銑の予備脱燐処理を例として、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。

　図４は、本発明を実施する際に用いる転炉設備を示す概略断面図である。図４に示すように、転炉設備１０１は、炉本体１０２と、この炉本体１０２の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス１０３と有している。この炉本体１０２は、その外殻が鉄皮１０４で構成されている。この鉄皮１０４の内側に耐火物１０５が設けられている。炉本体１０２の上部には、脱燐処理終了後の溶銑１２６を出湯するための出湯口１０６が設けられ、また、炉本体１０２の炉底部には、攪拌用ガス１２８を吹き込むための複数の底吹き羽口１０７が設けられている。この底吹き羽口１０７はガス導入管１０８と接続されている。転炉は、溶銑鍋またはトピードカーなどの溶銑搬送容器に比べて、フリーボードが大きく、溶銑を強攪拌することが可能であり、これにより、冷鉄源の溶解能力が高いのみならず、少ない石灰系媒溶剤の使用量で迅速に脱燐処理を行うことができる。

　上吹きランス１０３には、粉状精錬剤供給管１０９と、燃料ガス供給管１１０と、燃焼用酸化性ガス供給管１１１と、精錬用酸化性ガス供給管１１２と、上吹きランス１０３を冷却するための冷却水を供給及び排出するための冷却水給水管及び排水管（図示せず）とが接続されている。粉状精錬剤供給管１０９には、窒素ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスとともに、酸化鉄、石灰系媒溶剤、可燃性物質のうちの少なくとも１種を含む粉状精錬剤１２９が供給される。燃料ガス供給管１１０には、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガスなどのガス燃料が供給される。燃焼用酸化性ガス供給管１１１には、供給される燃料ガスを燃焼するための、酸素ガスや空気などの燃焼用酸化性ガスが供給される。燃焼用酸化性ガスとしては、一般的に酸素ガスが用いられる。精錬用酸化性ガス供給管１１２には、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスが供給される。精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガス（工業用純酸素）、酸素富化空気、酸素ガスと希ガスとの混合ガスが用いられるが、一般的には、酸素ガスが使用される。図４では、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとして酸素ガスを供給している。

　燃料ガスに代えて、重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料を使用することも可能であるが、上吹きランス１０３の流路出口のノズルなどで目詰まりを起こす恐れがあるので、本実施形態では燃料ガス（気体燃料）を使用することが好ましい。気体燃料を使用すれば、ノズルなどの目詰まりを防止できるだけでなく、供給速度の調整が容易である、着火しやすいので失火を防止できるなどの利点がある。

　上吹きランス１０３に接続されていない側の、粉状精錬剤供給管１０９の他端は、粉状精錬剤１２９を収容したディスペンサー１１３に接続されている。また、ディスペンサー１１３は、粉状精錬剤搬送用ガス供給管１０９Ａに接続されている。粉状精錬剤搬送用ガス供給管１０９Ａを通ってディスペンサー１１３に供給された不活性ガスが、ディスペンサー１１３に収容された粉状精錬剤１２９の搬送用ガスとして機能し、ディスペンサー１１３に収容された粉状精錬剤１２９は粉状精錬剤供給管１０９を通って上吹きランス１０３に供給され、上吹きランス１０３の先端から溶銑１２６に向けて吹き付けることができるようになっている。図４では、粉状精錬剤１２９の搬送用ガスとして窒素ガスが上吹きランス１０３に供給されている。

　図５は、本発明に係る上吹きランスの概略断面図である。図５に示すように、上吹きランス１０３は、円筒状のランス本体１１４と、このランス本体１１４の下端に溶接などにより接続された銅鋳物製のランスチップ１１５とを有している。このランス本体１１４は、最内管１２０、仕切り管１２１、内管１２２、中管１２３、外管１２４、最外管１２５の同心円形状の６種の鋼管、即ち６重管で構成されている。

　粉状精錬剤供給管１０９は最内管１２０に連通し、粉状精錬剤１２９が搬送用ガスとともに最内管１２０の内部を通過する。燃料ガス供給管１１０は仕切り管１２１に連通し、プロパンガスなどの燃料ガスが最内管１２０と仕切り管１２１との間隙を通過する。燃焼用酸化性ガス供給管１１１は内管１２２に連通し、燃料燃焼用酸化性ガスが仕切り管１２１と内管１２２との間隙を通過する。精錬用酸化性ガス供給管１１２は中管１２３に連通し、精錬用酸化性ガスが内管１２２と中管１２３との間隙を通過する。冷却水給水管及び排水管はそれぞれ外管１２４または最外管１２５の何れか一方に連通しており、冷却水が中管１２３と外管１２４との間隙及び外管１２４と最外管１２５との間隙を通過する。冷却水が中管１２３と外管１２４との間隙及び外管１２４と最外管１２５との間隙を通過するとしたが、どちらを給水流路としても構わない。冷却水は、ランスチップ１１５の位置で反転するように構成されている。

　最内管１２０の内部は、ランスチップ１１５のほぼ軸心位置に配置された中心孔１１６と連通し、最内管１２０と仕切り管１２１との間隙は、中心孔１１６の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃料ガス噴射孔１１７と連通し、仕切り管１２１と内管１２２との間隙は、燃料ガス噴射孔１１７の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８と連通し、そして、内管１２２と中管１２３との間隙は、燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８の周辺に複数個設置された周囲孔１１９と連通している。中心孔１１６は、粉状精錬剤１２９を搬送用ガスとともに吹き付けるためのノズル、燃料ガス噴射孔１１７は、燃料ガスを噴射するためのノズル、燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８は、燃料ガスを燃焼する酸化性ガスを噴射するためのノズル、周囲孔１１９は、精錬用酸化性ガスを吹き付けるためのノズルである。すなわち、最内管１２０の内部が粉状精錬剤供給流路１３１となり、最内管１２０と仕切り管１２１との間隙が燃料ガス供給流路１３２となり、仕切り管１２１と内管１２２との間隙が燃焼用酸化性ガス供給流路１３３となり、内管１２２と中管１２３との間隙が精錬用酸化性ガス供給流路１３４となっている。中管１２３と外管１２４との間隙及び外管１２４と最外管１２５との間隙は、冷却水の給水流路または排水流路となっている。すなわち、上吹きランス１０３は、粉状精錬剤供給流路１３１と、燃料ガス供給流路１３２と、燃焼用酸化性ガス供給流路１３３と、精錬用酸化性ガス供給流路１３４とを別々に有しており、更に、冷却水の給水流路及び排水流路を有している。

　中心孔１１６はストレート形状のノズルで、周囲孔１１９は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されるラバールノズルの形状を採っているが、中心孔１１６も、ラバールノズル形状としても構わない。燃料ガス噴射孔１１７及び燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８は円環のスリット状に開口するストレート型のノズル、または断面が円形のストレート形状のノズルである。ラバールノズルにおいて、縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体の境界である最も断面が狭い位置をスロートと呼んでいる。

　この構成の転炉設備１０１を用い、冷鉄源の配合比率を高めるために、本発明に係る脱燐処理を、以下に示すようにして溶銑１２６に対して実施する。

　まず、炉本体１０２の内部へ冷鉄源を装入する。使用する冷鉄源としては、製鉄所で発生する鋳片及び鋼板のクロップ屑や市中屑などの鉄スクラップ、磁力選別によってスラグから回収した地金、更には、冷銑、還元鉄などを使用することができる。冷鉄源の配合比率は、装入する全鉄源に対して５質量％以上とすることが好ましい（冷鉄源の配合比率(質量％)＝冷鉄源配合量×１００／(溶銑配合量＋冷鉄源配合量)）。冷鉄源の配合比率が５質量％未満では、生産性向上の効果が少ないのみならず、ＣＯ_２発生量の削減効果が少ないからである。冷鉄源の配合比率の上限は特に決める必要はなく、予備脱燐処理後の溶銑温度が目標範囲を維持できる上限まで添加することができる。冷鉄源の装入完了に前後して、攪拌用ガス１２８の底吹き羽口１０７からの吹き込みを開始する。

　冷鉄源を炉本体１０２への装入後、溶銑１２６を炉本体１０２へ装入する。用いる溶銑１２６としてはどのような組成であっても処理することができ、予備脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていてもよい。因みに、予備脱燐処理前の溶銑１２６の主な化学成分は、炭素：３．８～５．０質量％、珪素：０．３質量％以下、燐：０．０８～０．２質量％、硫黄：０．０５質量％以下程度である。但し、予備脱燐処理時に炉本体内で生成されるスラグ１２７の量が多くなると脱燐効率が低下するので、炉内でのスラグ発生量を少なくして脱燐効率を高めるために、予備脱燐処理前に溶銑中の珪素を予め除去（「溶銑の脱珪処理」という）して、溶銑中の珪素濃度を０．２０質量％以下、望ましくは０．１０質量％以下まで予め低減しておくことが好ましい。また、溶銑温度は１２００～１４００℃の範囲であれば問題なく脱燐処理することができる。脱珪処理を実施した場合には、脱珪処理時に生成したスラグを脱燐処理の前までに排滓する。

　次いで、ディスペンサー１１３に不活性ガスを供給し、粉状精錬剤１２９を、上吹きランス１０３の中心孔１１６から不活性ガスとともに溶銑１２６の浴面に向けて吹き付ける。この粉状精錬剤１２９の吹き付けに前後して、上吹きランス１０３の燃料ガス噴射孔１１７から燃料ガスを噴射させるとともに燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８から酸素ガスなどの酸化性ガスを噴射させ、溶銑１２６の浴面に向けて、上吹きランス１０３のノズル前面の下方に火炎を形成する。

　上吹きランス１０３の先端に火炎を発生させるにあたり、上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように、下記の（１）式を満足する範囲で、上吹きランス１０３に供給する燃料ガス供給量と燃焼用酸化性ガス供給量とを調整して、すなわち、燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比を調整して火炎を発生させて、燃料ガスを転炉のフリーボード内で完全燃焼させる。

　０．４≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦１．０　　　　　　　　・・・（１）
　Ｇ：上吹きランスの燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）
　Ｆ：上吹きランスの燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）
（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数との比。

　ここで、上吹きランス高さLとは、静止時の溶銑１２６の浴面から、鉛直方向に沿った上吹きランスのノズル前面の先端までの距離である。本発明における上吹きランス高さLの想定値は、２．０～５．０ｍの範囲である。溶銑１２６が装入される転炉におけるフリーボードの値が概ね２．０～５．０ｍの範囲となるからである。尚、フリーボードとは、静止時の溶銑１２６の浴面から転炉等の精練容器の装入口までの高さ（距離）である。

　（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値が０．４を下回るまたは１．０を超えると、炉本体１０２内の溶銑１２６の浴面に到達する前に燃料ガスが燃え尽きてしまうか、未燃の燃料が残存してしまい、粉状精錬剤１２９への着熱効率が悪くなる。（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値が０．４以上１．０以下であれば、粉状精錬剤１２９が上吹きランス３の先端から溶銑１２６の浴面に到着するまでの距離である上吹きランス高さLに対する、その間で形成される火炎長さｌの値（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように設定することが可能となる。上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が１に近く、火炎長さｌが上吹きランス高さLに対して０．８以上１．２以下の範囲であれば、上吹きランスからの炎によって、火炎に消費される燃料が、粉状精錬剤１２９を着熱させる目的に照らして効率良く消費されたといえ、かつ、後述する実験２によっても確認されるが、上吹きランスからの炎によって粉状精錬剤１２９が効果的に着熱され、着熱効率が良好であるといえる。

　上記の（１）式に加えて、燃焼用酸化性ガスの吐出流速Ｖ_Ｇ（Ｎｍ／秒）を下記の（２）式を満足する範囲に維持することが好ましい。

　０．２≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦１．０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）
　Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）
　Ｖ_Ｇ／Ｃの値が０．２を下回ると、燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの混合状態が悪くなり、溶銑１２６の浴面と上吹きランス１０３の先端との間の空間内で燃料ガスが完全燃焼しにくい。また、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が１．０を超えると、燃料ガスが溶銑１２６の浴面に到達する前に、燃え尽きやすく、粉状精錬剤１２９への着熱効率が悪くなる。その結果、溶銑（溶融鉄）への着熱効率も悪くなり、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を高めにくくなる。

　上記の（１）式を満足する条件で、燃料ガス及び燃焼用酸化性ガスを供給することで、燃料ガス噴射孔１１７から供給される燃料と、燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８から供給される燃焼用酸化性ガスとは、上吹きランス１０３の半径方向の全方位で近接しているので、各々干渉し合い、雰囲気温度が高いこともあって、点火装置がなくても燃焼限界範囲内にガス濃度が達した時点で燃焼し、上吹きランス１０３の下方に火炎が形成される。

　上記の（１）式を満たすように、燃料ガス及び燃焼用酸化性ガスを供給し、かつ、燃焼用酸化性ガスの供給量を調整することによって、ランス高さに合わせた火炎長さを形成することが可能であるかを実験した。

＜実験１＞
　図４に示す転炉設備１０１を用いて、燃焼用酸化性ガス供給量を変化させた場合の火炎長さを調査した。転炉設備１０１の炉本体１０２は、３５０トンの溶融鉄を収容することができる。炉本体２に３００トンの溶融鉄を収容した。上吹きランス高さLが２．０～５．０ｍの範囲となる位置に上吹きランス１０３を配置した。同じ寸法を有するランス本体１１４を複数用意し、それぞれ設計変更がなされた複数のランスチップ１１５を用意した。燃料ガスや燃料ガス燃焼用酸化性ガスの気体を供給して上吹きランス１０３の下端部に火炎を形成した。

　複数のランスチップ１１５は、中心孔が内径５５ｍｍであり、燃料ガス噴射孔が円環状スリットの隙間が６．５ｍｍであり、周囲孔はスロート径が５０ｍｍの５孔ラバールノズルでランス中心軸に対して１５°の角度で配置されている。一方で、燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８について、複数のランスチップ１１５の各々は、設計変更がなされている。この燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８は円環状スリットの隙間であり、複数のランスチップ１１５は、この隙間の幅が１６．４ｍｍ～２５．４ｍｍの範囲のうちで、それぞれ異なる任意の寸法を有する。

　この複数のランスチップ１１５と、複数のランス本体１１４とをそれぞれ溶接して、燃焼用酸化性ガス噴射孔１１８の隙間が相異なる複数の上吹きランス１０３を準備した。このようにして、火炎の形成に際して、燃焼用酸化性ガスの同一流量（ｍ^３／秒）においても、燃焼用酸化性ガスの噴出速度（吐出速度（Ｎｍ／秒））を変更させることが可能となった。

　燃料ガスとしてはプロパンガス（発熱量：１００．５ＭＪ／Ｎｍ^３）を用い、プロパンガスの供給流量（供給速度）Ｆは、１２Ｎｍ^３／分とした。燃料ガス燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガスを用いた。燃料ガス燃焼用酸化性ガスの供給流量（供給速度）Ｇは０Ｎｍ^３／分～７５Ｎｍ^３／分、精錬用酸化性ガスの供給流量は４８５Ｎｍ^３／分～５６０Ｎｍ^３／分とし、炉本体２に吹き込んだ全酸素の供給流量は５６０Ｎｍ^３／分と一定にした。プロパンガスと、このプロパンガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性とガスの化学量論係数との比の値（Ｇ／Ｆ）_ｓｔは、５．０となった。

　また、複数の上吹きランス１０３のうち、適宜１つの上吹きランス１０３を選択し、選択した上吹きランス１０３から燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとを吹き込み、安定的な火炎を形成させた後、各条件における火炎長さを目視にて測定した。上吹きランス高さLが２．５ｍである測定結果を図６に示す。図６中の縦軸の「火炎長さ指数」は、目視で測定した場合における、上吹きランス１０３の先端部から形成された火炎の先端までの火炎の長さｌと、化学量論比での火炎長さｌ_ｓｔとの比の値である「ｌ／ｌ_ｓｔ」を意味する。図６中の横軸の「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ」は、（Ｇ／Ｆ）_ｓｔに対する、プロパンガスと、燃焼用酸化性ガスとの流量比である。

　図６に示すように、燃焼用酸化性ガスの供給量を変化させることによって、火炎長さが変化することが分かった。即ち、燃焼用酸化性ガスの供給量を調整することによって、上吹きランス高さLに合わせた適正な火炎長さｌを形成することが可能であることがわかった。

　次に、上記の実験１における理論燃焼比「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ＝１」の条件において、上吹きランス高さLを変更し、溶銑への着熱挙動を調査した（実験２）。

＜実験２＞
　理論燃焼比が１である場合には、理論燃焼比「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ＝１」とした以外は実験１と同様の条件で、燃料ガスや燃料ガス燃焼用酸化性ガスの気体を供給して上吹きランス１０３の下端部に火炎を形成した。粉状精錬剤に着熱させた。上吹きランス高さLが変更されている各条件における、溶融鉄への着熱量は、溶融鉄の温度上昇から算出した。

　ランス高さLに対する火炎長さｌの値（ｌ／L）と、火炎長さｌとランス高さLとが等しい場合（ｌ／L＝１）を基準とした着熱量に対する、各値（ｌ／L）における着熱量の値（着熱指数）との関係を図７に示す。火炎による着熱された粉状精錬剤による溶銑への着熱が、着熱指数０．８を超えると一応、効率のよい着熱が達成されたと想定するが、図７によれば、そのような（ｌ／L）の値は、０．８～１．２の範囲となったことが確認される。
中心孔１１６から不活性ガスとともに噴射される粉状精錬剤１２９は、形成される火炎の熱を受けて加熱または加熱・溶融し、加熱されまたは溶融した状態で溶銑１２６の浴面に吹き付けられる。これにより、溶銑１２６に粉状精錬剤１２９の熱が着熱し、溶銑１２６の温度が上昇して、添加した冷鉄源の溶解が促進される。粉状精錬剤１２９は、酸化鉄と石灰系媒溶剤と可燃性物質とのうちの少なくとも１種以上を含むことが好ましい。

　また、その際に、上吹きランス１０３の周囲孔１１９から、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを溶銑１２６の浴面に向けて吹き付ける。溶銑１２６の脱燐反応は、溶銑中の燐が酸化性ガスまたは酸化鉄と反応して燐酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）を形成し、この燐酸化物が石灰系媒溶剤の滓化によって形成されるスラグ１２７に吸収されることで進行する。しかも、石灰系媒溶剤の滓化が促進されるほど脱燐速度が速くなる。従って、粉状精錬剤１２９としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ_３）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）などの石灰系媒溶剤を使用することが好ましい。生石灰に蛍石（ＣａＦ_２）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等を滓化促進剤として混合したものを石灰系媒溶剤として使用することもできる。また、溶銑１２６の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグ（ＣａＯ－ＳｉＯ_２系スラグ）を石灰系媒溶剤の全部または一部として使用することもできる。

　粉状精錬剤１２９として溶銑１２６の浴面に吹き付けられた石灰系媒溶剤は直ちに滓化してスラグ１２７を形成し、また、供給された精錬用酸化性ガスと溶銑中の燐とが反応して燐酸化物が形成される。攪拌用ガス１２８によって溶銑１２６とスラグ１２７とが強攪拌されることも相まって、形成した燐酸化物が滓化したスラグ１２７に迅速に吸収されて、溶銑１２６の脱燐反応が速やかに進行する。石灰系媒溶剤を粉状精錬剤１２９として使用しない場合には、石灰系媒溶剤を炉上ホッパーから別途上置き投入する。

　粉状精錬剤１２９として、鉄鉱石やミルスケールなどの酸化鉄を使用した場合には、酸化鉄は酸素源として機能し、溶鋼中の燐と反応して脱燐反応が進行する。また、酸化鉄が石灰系媒溶剤と反応して石灰系媒溶剤の表面にＦｅＯ－ＣａＯの化合物が形成され、石灰系媒溶剤の滓化が促進され、脱燐反応が促進される。酸化鉄として高炉ダストや転炉ダストなどの可燃性物質を含有するものを使用した場合には、可燃性物質が火炎により燃焼し、上記に加えて可燃性物質の燃焼熱が溶銑１２６の加熱に寄与する。

　また、粉状精錬剤１２９として、アルミ灰（Ａｌの地金やスクラップを溶解炉で溶かした時に、Ａｌと空気中の酸素とが反応して生成した、金属Ａｌを３０～５０質量％含有するＡｌ酸化物）やコークスなどの可燃性物質を使用した場合には、可燃性物質が火炎により燃焼し、燃料の燃焼熱に加えて可燃性物質の燃焼熱が溶銑１２６の加熱に寄与する。粉状精錬剤１２９として、石灰系媒溶剤、酸化鉄及び可燃性物質を混合したものを使用する場合には、それぞれの効果を並行して得ることができる。

　上吹ランス１０３からの火炎によって加熱されているまたは加熱されることによって溶融している粉状精錬剤１２９の熱が溶銑１２６に伝達する。更には、溶銑１２６の上方に存在する、上吹きランス先端の火炎の燃焼熱が溶銑１２６に伝達する。これらの溶銑１２６に伝達する熱に加えて溶銑１２６が激しく攪拌されることも相まって、溶銑中の冷鉄源の溶解が促進される。装入した冷鉄源の溶解が脱燐処理を行っている間に終了する。

　その後、溶銑１２６の燐濃度が目的とする値かそれ以下になったなら、上吹きランス１０３から溶銑１２６への全ての供給を停止して脱燐処理を終了する。脱燐処理後、炉本体１０２を傾動させて予備脱燐処理の施された溶銑１２６を、出湯口１０６を介して、取鍋、転炉装入鍋などの溶銑保持容器に出湯し、出湯した溶銑１２６を次工程の設備に搬送する。

　以上説明したように、本発明によれば、上吹きランス先端下方にバーナー火炎を形成するための燃料ガスと酸素ガスの供給量を適正に調節することで、様々なランス高さに対応した火炎長さに制御することが可能となる。その結果、上吹きランス１０３を介して炉本体１０２内に供給される粉状精錬剤１２９を溶銑１２６の浴面に到達するまでの間、連続的に安定して加熱することが実現され、粉状精錬剤１２９の熱は溶銑１２６に確実に着熱するので、溶銑１２６の熱余裕が向上し、転炉設備１０１における溶銑１２６の酸化精錬処理において、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を大幅に増大することが実現される。

　前述の実験１，２と同様の寸法を有する転炉設備１０１及び上吹きランス１０３を用いて、転炉設備１０１に溶銑と鉄スクラップを装入し、ランス高さを２．５ｍとして上吹きランス１０３を炉本体１０２に挿入し、脱燐吹錬（溶銑の予備脱燐処理）を行った。上吹きランス１０３には、前述の実験と同様に、燃料としてはプロパンガスを供給し、かつ、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとして酸素ガスを供給した。上吹きランス１０３は、中心孔は内径５５ｍｍであり、燃料ガス噴射孔は円環状スリットの隙間が６．５ｍｍであり、燃焼用酸化性ガス噴射孔は円環状スリットの隙間が１６．４～２５．４ｍｍであり、周囲孔はスロート径が５０ｍｍの５孔ラバールノズルでランス中心軸に対して１５°の角度で配置されているものである。円環状スリットの隙間を変化させることで、同一供給速度においても吐出流速を変化させることができる。脱燐吹錬の際、上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように、燃料ガス供給流路から供給されるプロパンガスとの供給速度（Ｎｍ^３／分）と、燃焼用酸化性ガス供給流路から供給される燃焼用酸化性ガスとの供給速度（Ｎｍ^３／分）との流量比（Ｇ／Ｆ）を、燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数の比（Ｇ／Ｆ）_ｓｔに対して、０．４～１．０の範囲内となるように、燃焼用酸化性ガスを供給した（本発明例２１～２５）。比較のために、（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値を、０．４～１．０の範囲外となるように、燃焼用酸化性ガスの供給量を完全燃焼に要する量の４０％を下回る、または、１００％を上回る条件での操業も行った（比較例２１，２２）。また、本発明例２２～２３では、燃焼用酸化性ガスの吐出流速Ｖ_Ｇ（Ｎｍ／秒）を調整して、Ｖ_Ｇ／Ｃを、０．２～１．０の範囲内となるように、燃料ガス燃焼用酸化性ガスが供給されている。一方で、本発明例２４～２５では、Ｖ_Ｇ／Ｃを、０．２～１．０の範囲外となった。ここで、Ｃは、音速（Ｎｍ／秒）であり、１３５０℃の溶銑の周りでは、概ね１１５０ｍ／秒となる。

　鉄スクラップを脱燐処理後に溶け残りが無いよう炉本体２０２に装入した後、温度が１３５０℃である３００トンの溶銑を装入する。次いで、上吹きランス２０３から生石灰と鉄鉱石と製鋼ダストとの混合粉、燃料ガス、燃焼用酸化性ガス、精錬用酸化性ガスを溶銑面に向けて吹き付けながら、底吹き羽口７からアルゴンガスを攪拌用ガスとして溶銑中に吹き込んだ。

　鉄スクラップの装入量は、予備脱燐処理終了温度が１４００℃となるように調整した。生石灰は、炉内スラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ_２）が２．５となるように添加量を調整した。

　予備脱燐処理で使用した溶銑の組成を表６に示す。

　使用した製鋼ダストの組成を表７に示す。

　予備脱燐処理における粉状精錬剤吹き込み量、上吹きランスへの各種ガス流量および底吹きガス流量、火炎長さは、表８に示すように設定した。燃料ガス燃焼用酸化性ガスの供給量を調整して、（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値及びは、Ｖ_Ｇ／Ｃの値は、表８に示す値となった。

　以上に示した操業条件と操業方法による予備脱燐処理結果を表９に示す。鉄スクラップ配合率を様々に変化させ、装入した鉄スクラップが脱燐処理後に溶け残らない上限の鉄スクラップ配合比率を示している。

　表９から明らかなように、本発明例２１～２５と比較例２１，２２とで吹錬時間と鉄スクラップの配合比を比較すると、本発明の方法に従えば溶銑の予備脱燐処理に要する吹錬時間が８分と同じ場合でも、鉄スクラップの配合比を高めた操業が可能となっていることがわかる。このことから、本発明によれば、高能率で溶銑の予備脱燐処理を行うことが可能である。

　また、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が、０．２以上１．０以下を満たす本発明例２１～２３では、満たさない本発明例４，５に比べて、鉄スクラップの配合比を高めた操業が可能となっていることがわかる。このことから、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が、０．２以上１．０以下である方が、高能率で溶銑の予備脱燐処理を行うことが可能である。

(実施の形態３)
　本発明は、トピードカーや溶銑鍋、電気炉などのフリーボードが小さい反応容器に収容された溶融鉄に対して上吹きランスから精錬用酸化性ガスを供給して行う酸化精錬処理を対象としている。この酸化精錬処理としては、現在、溶銑及び溶鋼の脱燐処理及び溶銑の脱炭精錬処理などが行われており、本発明は、いずれの酸化精錬処理にも適用することができる。本発明を溶銑の脱炭精錬に適用する場合に、脱燐処理が施された溶銑に対して本発明を実施しても、脱燐処理が施されていない溶銑に対して本発明を実施してもどちらでも構わない。本発明を溶銑の脱燐処理に適用し、この脱燐処理によって精錬された溶銑を反応容器で脱炭精錬する際にも本発明を適用することができる。

　本発明は、反応容器で、酸化精錬処理を溶融鉄に施す溶融鉄の精錬方法に関しているが、以下の実施形態では、溶融鉄の例として、高炉で製造された溶銑を代表とし、この溶銑の反応容器内での脱燐処理を例として、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

　図８は、本発明を実施する際に用いる精錬設備を示す概略断面図である。図８に示すように、精錬設備２０１は、反応容器２０２と、この反応容器２０２の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス２０３と有している。この反応容器２０２の内側には、耐火物が設けられている。上吹きランス２０３には、粉状精錬剤供給管２０４と、燃料ガス供給管２０５と、燃焼用酸化性ガス供給管２０６と、精錬用酸化性ガス供給管２０７と、上吹きランス２０８を冷却するための冷却水を供給及び排出するための冷却水給水管及び排水管（図示せず）とが接続されている。粉状精錬剤供給管２０４には、窒素ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスとともに、酸化鉄、石灰系媒溶剤、可燃性物質のうちの少なくとも１種を含む粉状精錬剤２２８が供給される。燃料ガス供給管２０５には、プロパンガス、液化天然ガス、コークス炉ガスなどのガス燃料が供給される。燃焼用酸化性ガス供給管６には、供給される燃料ガスを燃焼するための、酸素ガスや空気などの燃焼用酸化性ガスが供給される。燃焼用酸化性ガスとしては、一般的に酸素ガスが用いられる。精錬用酸化性ガス供給管７には、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスが供給される。精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガス（工業用純酸素）、酸素富化空気、酸素ガスと希ガスとの混合ガスが用いられるが、一般的には、酸素ガスが使用される。図８では、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとして酸素ガスを供給している。

　燃料ガスに代えて、重油、灯油などの炭化水素系の液体燃料を使用することも可能であるが、上吹きランス２０３の流路出口のノズルなどで目詰まりを起こす恐れがあるので、本実施形態では燃料ガス（気体燃料）を使用することが好ましい。気体燃料を使用すれば、ノズルなどの目詰まりを防止できるだけでなく、供給速度の調整が容易である、着火しやすいので失火を防止できるなどの利点がある。

　上吹きランス２０３に接続されていない側の、粉状精錬剤供給管２０４の他端は、粉状精錬剤２２８を収容したディスペンサー２１３に接続されている。また、ディスペンサー２１３は、粉状精錬剤搬送用ガス供給管２０４Ａに接続されている。粉状精錬剤搬送用ガス供給管２０４Ａを通ってディスペンサー２１３に供給された不活性ガスが、ディスペンサー２１３に収容された粉状精錬剤２２８の搬送用ガスとして機能し、ディスペンサー２１３に収容された粉状精錬剤２２８は粉状精錬剤供給管２０４を通って上吹きランス２０３に供給され、上吹きランス２０３の先端から溶銑２２６に向けて吹き付けることができるようになっている。図８では、粉状精錬剤２２８の搬送用ガスとして窒素ガスが上吹きランス２０３に供給されている。

　図９は、本発明に係る上吹きランスの概略断面図である。図９に示すように、上吹きランス２０３は、円筒状のランス本体２１４と、このランス本体２１４の下端に溶接などにより接続された銅鋳物製のランスチップ２１５とを有している。このランス本体２１４は、最内管２２０、仕切り管２２１、内管２２２、中管２２３、外管２２４、最外管２２５の同心円形状の６種の鋼管、即ち６重管で構成されている。

　粉状精錬剤供給管２０４は最内管２２０に連通し、粉状精錬剤２２８が搬送用ガスとともに最内管２２０の内部を通過する。燃料ガス供給管２０５は仕切り管２２１に連通し、プロパンガスなどの燃料ガスが最内管２２０と仕切り管２２１との間隙を通過する。燃焼用酸化性ガス供給管２０６は内管２２２に連通し、燃料燃焼用酸化性ガスが仕切り管２２１と内管２２２との間隙を通過する。精錬用酸化性ガス供給管２０７は中管２２３に連通し、精錬用酸化性ガスが内管２２２と中管２２３との間隙を通過する。冷却水給水管及び排水管はそれぞれ外管２２４または最外管２２５の何れか一方に連通しており、冷却水が中管２２３と外管２２４との間隙及び外管２２４と最外管２２５との間隙を通過する。冷却水が中管２２３と外管２２４との間隙及び外管２２４と最外管２２５との間隙を通過するとしたが、どちらを給水流路としても構わない。冷却水は、ランスチップ２１５の位置で反転するように構成されている。

　最内管２２０の内部は、ランスチップ２１５のほぼ軸心位置に配置された中心孔２１６と連通し、最内管２２０と仕切り管２２１との間隙は、中心孔２１６の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃料ガス噴射孔２１７と連通し、仕切り管２２１と内管２２２との間隙は、燃料ガス噴射孔２１７の周囲に円環状のノズルまたは同心円上の複数個のノズル孔として開口する燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８と連通し、そして、内管２２２と中管２２３との間隙は、燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８の周辺に複数個設置された周囲孔２１９と連通している。中心孔２１６は、粉状精錬剤２２８を搬送用ガスとともに吹き付けるためのノズル、燃料ガス噴射孔２１７は、燃料ガスを噴射するためのノズル、燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８は、燃料ガスを燃焼する酸化性ガスを噴射するためのノズル、周囲孔２１９は、精錬用酸化性ガスを吹き付けるためのノズルである。すなわち、最内管２２０の内部が粉状精錬剤供給流路２３１となり、最内管２２０と仕切り管２２１との間隙が燃料ガス供給流路２３２となり、仕切り管２２１と内管２２２との間隙が燃焼用酸化性ガス供給流路２３３となり、内管２２２と中管２２３との間隙が精錬用酸化性ガス供給流路２３４となっている。中管２２３と外管２２４との間隙及び外管２４と最外管２５との間隙は、冷却水の給水流路または排水流路となっている。言い換えると、上吹きランス２０３は、粉状精錬剤供給流路２３１と、燃料ガス供給流路２３２と、燃焼用酸化性ガス供給流路２３３と、精錬用酸化性ガス供給流路２３４とを別々に有しており、更に、冷却水の給水流路及び排水流路を有している。

　中心孔２１６はストレート形状のノズルで、周囲孔２１９は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成されるラバールノズルの形状を採っているが、中心孔２１６も、ラバールノズル形状としても構わない。燃料ガス噴射孔２１７及び燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８は円環のスリット状に開口するストレート型のノズル、または断面が円形のストレート形状のノズルである。ラバールノズルにおいて、縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体の境界である最も断面が狭い位置をスロートと呼んでいる。

　この構成の精錬設備２０１を用い、溶銑の配合比率を下げ、冷鉄源の配合比率を高めるため、すなわち、溶銑（溶融鉄）の熱余裕を上げるために、本発明に係る脱燐処理を、以下に示すようにして溶銑２２６に対して実施する。

　まず、反応容器２０２の内部へ冷鉄源を装入する。使用する冷鉄源としては、製鉄所で発生する鋳片及び鋼板のクロップ屑や市中屑などの鉄スクラップ、磁力選別によってスラグから回収した地金、更には、冷銑、還元鉄などを使用することができる。冷鉄源の配合比率は、装入する全鉄源に対して５質量％以上とすることが好ましい（冷鉄源の配合比率(質量％)＝冷鉄源配合量×１００／(溶銑配合量＋冷鉄源配合量)）。冷鉄源の配合比率が５
質量％未満では、生産性向上の効果が少ないのみならず、ＣＯ_２発生量の削減効果が少ないからである。冷鉄源の配合比率の上限は特に決める必要はなく、脱燐処理後の溶銑温度が目標範囲を維持できる上限まで添加することができる。

　冷鉄源を反応容器２０２への装入後、溶銑２２６を反応容器２０２へ装入する。用いる溶銑２２６としてはどのような組成であっても処理することができる。予備脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていてもよい。因みに、予備脱燐処理前の溶銑２２６の主な化学成分は、炭素：３．８～５．０質量％、珪素：０．３質量％以下、燐：０．０８～０．２質量％、硫黄：０．０５質量％以下程度である。但し、予備脱燐処理時に反応容器２０２内で生成されるスラグ２２７の量が多くなると脱燐効率が低下するので、炉内でのスラグ発生量を少なくして脱燐効率を高めるために、転炉で脱炭精錬する前の予備脱燐処理前に溶銑中の珪素を予め除去（「溶銑の脱珪処理」という）して、溶銑中の珪素濃度を０．２０質量％以下、望ましくは０．１０質量％以下まで予め低減しておくことが好ましい。また、溶銑温度は１２００～１４００℃の範囲であれば問題なく脱燐処理することができる。脱珪処理を実施した場合には、脱珪処理時に生成したスラグを脱燐処理の前までに排滓する。

　次いで、ディスペンサー２１３に不活性ガスを供給し、粉状精錬剤２２８を、上吹きランス２０３の中心孔２１６から不活性ガスとともに溶銑２２６の浴面に向けて吹き付ける。この粉状精錬剤２２８の吹き付けに前後して、上吹きランス２０３の燃料ガス噴射孔２１７から燃料ガスを噴射させるとともに燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８から酸素ガスなどの酸化性ガスを噴射させ、溶銑２２６の浴面に向けて、上吹きランス２０３のノズル前面の下方に火炎を形成する。

　上吹きランス２０３の先端に火炎を発生させるにあたり、上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように、下記の（３）式を満足する範囲で、上吹きランス２０３に供給する燃料ガス供給量と燃焼用酸化性ガス供給量とを調整して、すなわち、燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比と、音速に対する燃焼用酸化性ガス吐出流速とを所定の範囲となるように調整して火炎を発生させて、燃料ガスを反応容器のフリーボード内で完全燃焼させる。

　１．０≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦５．０　　　　　　　　・・・（３）
　Ｇ：上吹きランスの燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）
　Ｆ：上吹きランスの燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）
　（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数との比。

　ここで、上吹きランス高さLとは、静止時の溶銑２２６の浴面から、鉛直方向に沿った上吹きランスのノズル前面の先端までの距離である。本発明における上吹きランス高さLの想定値は、０．５～２．０ｍの範囲である。溶銑２２６が装入される精練容器におけるフリーボードの値が概ね０．５～２．０ｍの範囲となるからである。尚、フリーボードとは、静止時の溶銑２２６の浴面から反応容器の装入口までの高さ（距離）である。

　（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値が１．０を下回るまたは５．０を超えると、反応容器２０２内の溶銑２２６の浴面に到達する前に燃料ガスが燃え尽きてしまう、または未燃の燃料が残存してしまい、粉状精錬剤２２８への着熱効率が悪くなる。（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値が１．０以上５．０以下であれば、粉状精錬剤２２８が上吹きランス２０３の先端から溶銑２２６の浴面に到着するまでの距離である上吹きランス高さLに対する、その間で形成される火炎長さｌの値（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように設定することが可能となる。上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が１に近く、火炎長さｌが上吹きランス高さLに対して０．８以上１．２以下の範囲であれば、上吹きランスからの炎によって、火炎に消費される燃料が、粉状精錬剤２２８を着熱させる目的に照らして効率良く消費されたといえ、かつ、後述する実験２によっても確認されるが、上吹きランスからの炎によって粉状精錬剤２２８が効果的に着熱され、着熱効率が良好であるといえる。

　上記の（３）式に加えて、燃焼用酸化性ガス吐出流速が下記の（４）式を満足する範囲で、燃焼用酸化性ガス供給速度Ｇを調整して火炎を発生させることが好ましい。

　１．０≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦３．０　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
　Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）
　Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）
　Ｖ_Ｇ／Ｃの値が１．０を下回ると、燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの混合状態が悪くなり、フリーボードの小さい反応容器であっても、溶銑（溶融鉄）２２６の浴面と上吹きランス２０３の先端との間の空間内で燃料ガスが完全燃焼しにくい。また、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が３．０を超えると、燃料ガスが溶銑２２６の浴面に到達する前に、燃え尽きやすく、粉状精錬剤２２８への着熱効率が悪くなる。その結果、溶銑（溶融鉄）への着熱効率も悪くなり、熱余裕を向上させることが難しい。ひいては、溶銑２２６（溶融鉄）に鉄スクラップなどの冷鉄源を加える場合には、その冷鉄源の配合比率を高めにくくなる。

　上記の（３）式及び（４）式を満足する条件で、燃料ガス及び燃焼用酸化性ガスを供給することで、燃料ガス噴射孔２１７から供給される燃料と、燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８から供給される燃焼用酸化性ガスとは、上吹きランス２０３の半径方向の全方位で近接しているので、各々干渉し合い、雰囲気温度が高いこともあって、点火装置がなくても燃焼限界範囲内にガス濃度が達した時点で燃焼し、上吹きランス２０３の下方に火炎が形成され、更には、溶鉄（溶融鉄）への更なる着熱効率の向上も期待できる。

　次に、上記の（３）式及び（４）式を満たすように、燃料ガス及び燃焼用酸化性ガスを供給し、かつ、燃焼用酸化性ガスの供給量を調整することで、ランス高さLに合わせた火炎長さｌを形成することが可能であることを次の実験によって確認した。

＜実験３＞
　図８に示す精錬設備１と同様の反応容器設備を用いて、燃焼用酸化性ガス供給量（Ｎｍ^３／分）及び燃焼用酸化性ガスの噴出速度（吐出速度（Ｎｍ／秒））を変化させた場合の火炎長さを調査した。精錬設備２０１の反応容器２０２は、２００トンの溶融鉄を収容することができる。上吹きランス高さLが０．５～２．０ｍの範囲となる位置に上吹きランス２０３を配置した。同じ寸法を有するランス本体２１４を複数用意し、それぞれ設計変更がなされた複数のランスチップ２１５を用意した。

　複数のランスチップ２１５は、中心孔が内径１１．５ｍｍであり、燃料ガス噴射孔が円環状スリットの隙間が１ｍｍであり、周囲孔はスロート径が４．３ｍｍの３孔ラバールノズルでランス中心軸に対して１５°の角度、つまりランス中心軸と同等の角度で配置されているという点でそれぞれ共通している。一方で、燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８について、複数のランスチップ２１５の各々は、設計変更がなされている。この燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８は円環状スリットの隙間であり、複数のランスチップ２１５は、この隙間の幅が０．５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲のうちで、それぞれ異なる任意の寸法を有する。

　この複数のランスチップ２１５と、複数のランス本体２１４とをそれぞれ溶接して、燃焼用酸化性ガス噴射孔２１８の隙間が相異なる複数の上吹きランス２０３を準備した。このようにして、火炎の形成に際して、燃焼用酸化性ガスの同一流量（Ｎｍ^３／秒）においても、燃焼用酸化性ガスの噴出速度（吐出速度（Ｎｍ／秒））を変更させることが可能となった。

　複数の上吹きランス２０３のうち、適宜１つの上吹きランス２０３を選択し、選択した上吹きランス２０３から、燃料ガスや燃料ガス燃焼用酸化性ガスの気体を供給して上吹きランス２０３の下端部に火炎を形成した。粉状精錬剤は、上吹きランス２０３の中心の円形ストレート型の中心孔から、燃料ガスは円環状（リング状）の燃料ガス噴射孔から、燃料ガスの燃焼用酸化性ガスは円環状（リング状）の燃焼用酸化性ガス噴射孔から、精錬用酸化性ガスは同心円上に配置した複数個のラバールノズル型の周囲孔から反応容器２内に供給した。このようにして、複数回、火炎を形成した。

　燃料ガスとしてはプロパンガス（発熱量：１００．５ＭＪ／Ｎｍ^３）を用い、プロパンガスの供給流量（供給速度）Ｆは、１．０Ｎｍ^３／分とした。燃料ガス燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとしては、酸素ガスを用いた。燃料ガス燃焼用酸化性ガスの供給流量（供給速度）Ｇは５Ｎｍ^３／分～８．８Ｎｍ^３／分、精錬用酸化性ガスの供給流量は４６．２ｍ^３／分～５０Ｎｍ^３／分とし、反応容器２に吹き込んだ全酸素の供給流量は５５Ｎｍ^３／分と一定にした。プロパンガスと、このプロパンガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論値との比の値（Ｇ／Ｆ）_ｓｔは、５．０となった。また、燃焼用酸化性ガスの吐出流速を音速以上とした。

　上吹きランス２０３から燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとを吹き込み、安定的な火炎を形成させた後、各条件における火炎長さを目視にて測定した。測定結果を図１０に示す。図１０中の横軸の「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ」は、（Ｇ／Ｆ）_ｓｔに対する、プロパンガスと、燃焼用酸化性ガスとの流量比である。図１０中の縦軸の「火炎長さ指数」は、ｌと、化学量論比での火炎長さｌ_ｓｔとの比「ｌ／ｌ_ｓｔ」を意味する。（Ｇ／Ｆ）_ｓｔにおける、プロパンガスの供給流量（供給速度）Ｆは、１．０Ｎｍ^３／分であり、燃料ガス燃焼用酸化性ガスの供給流量（供給速度）Ｇは、５．０Ｎｍ^３／分であった。この場合の火炎長さは１．２ｍであった。

　図１０に示すように、燃焼用酸化性ガスの供給量を変化させ、かつ燃焼用酸化性ガスの吐出流速を音速以上とすることによって、燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとが完全燃焼する理論燃焼時の火炎の長さに対する、火炎長さの値が変化することが分かった。結果的に、（Ｇ／Ｆ）_ｓｔのときの火炎長さｌが０．９ｍであり、上吹きランス高さLが０．８ｍであるため、燃焼用酸化性ガスの供給量を調整することによって、ランス高さに合わせた適正な火炎長さを形成することが可能であると言える。

　次に、上記の実験３における理論燃焼比「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ＝１」の条件において、上吹きランス高さLを変更し、溶銑への着熱挙動を調査した（実験４）。

＜実験４＞
　理論燃焼比が１である場合には、理論燃焼比「（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ＝１」とした以外は実験３と同様の条件で、燃料ガスや燃料ガス燃焼用酸化性ガスの気体を供給して上吹きランス２０３の下端部に火炎を形成した。（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ＝１の場合には、ｌ＝０．９ｍとなる。粉状精錬剤に着熱させた。上吹きランス高さLが変更されている各条件における、溶銑への着熱量は、溶鉄の温度上昇から算出した。ランス高さLに対する火炎長さｌの値（ｌ／L）と、火炎長さｌとランス高さLとが等しい場合（ｌ／L＝１）を基準とした着熱量に対する、各値（ｌ／L）における着熱量の値（着熱指数）との関係を図４に示す。火炎による着熱された粉状精錬剤による溶銑への着熱が、着熱指数０．８を超えると一応、効率のよい着熱が達成されたと想定するが、図４によれば、そのような（ｌ／L）の値は、０．８～１．２の範囲となったことが確認される。

　中心孔２１６から不活性ガスとともに噴射される粉状精錬剤２２８は、形成される火炎の熱を受けて加熱または加熱・溶融し、加熱されまたは溶融した状態で溶銑２２６の浴面に吹き付けられる。これにより、溶銑２２６に粉状精錬剤２２８の熱が着熱し、溶銑２２６の温度が上昇して、添加した冷鉄源の溶解が促進される。

　また、その際に、上吹きランス２０３の周囲孔２１９から、酸素ガスなどの精錬用酸化性ガスを溶銑２２６の浴面に向けて吹き付ける。溶銑２２６の脱燐反応は、溶銑中の燐が酸化性ガスまたは酸化鉄と反応して燐酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）を形成し、この燐酸化物が石灰系媒溶剤の滓化によって形成されるスラグ２２７に吸収されることで進行する。しかも、石灰系媒溶剤の滓化が促進されるほど脱燐速度が速くなる。従って、粉状精錬剤２２８としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ_３）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）などの石灰系媒溶剤を使用することが好ましい。生石灰に蛍石（ＣａＦ_２）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を滓化促進剤として混合したものを石灰系媒溶剤として使用することもできる。また、溶銑２２６の脱炭吹錬工程で生成する転炉スラグ（ＣａＯ－ＳｉＯ_２系スラグ）を石灰系媒溶剤の全部または一部として使用することもできる。

　粉状精錬剤２２８として溶銑２２６の浴面に吹き付けられた石灰系媒溶剤は直ちに滓化してスラグ２２７を形成し、また、供給された精錬用酸化性ガスと溶銑中の燐とが反応して燐酸化物が形成される。形成した燐酸化物が滓化したスラグ２２７に迅速に吸収されて、溶銑２２６の脱燐反応が速やかに進行する。石灰系媒溶剤を粉状精錬剤２２８として使用しない場合には、石灰系媒溶剤をホッパーなどから別途上置き投入する。

　粉状精錬剤２２８として、鉄鉱石やミルスケールなどの酸化鉄を使用した場合には、酸化鉄は酸素源として機能し、溶鋼中の燐と反応して脱燐反応が進行する。また、酸化鉄が石灰系媒溶剤と反応して石灰系媒溶剤の表面にＦｅＯ－ＣａＯの化合物が形成され、石灰系媒溶剤の滓化が促進され、脱燐反応が促進される。酸化鉄として高炉ダストや転炉ダストなどの可燃性物質を含有するものを使用した場合には、可燃性物質が火炎により燃焼し、上記に加えて可燃性物質の燃焼熱が溶銑２２６の加熱に寄与する。

また、粉状精錬剤２２８として、アルミ灰（Ａｌの地金やスクラップを溶解炉で溶かした時に、Ａｌと空気中の酸素とが反応して生成した、金属Ａｌを３０～５０質量％含有するＡｌ酸化物）やコークスなどの可燃性物質を使用した場合には、可燃性物質が火炎により燃焼し、燃料の燃焼熱に加えて可燃性物質の燃焼熱が溶銑２２６の加熱に寄与する。粉状精錬剤２２８として、石灰系媒溶剤、酸化鉄及び可燃性物質を混合したものを使用する場合には、それぞれの効果を並行して得ることができる。

　上吹ランス２０３からの火炎によって加熱されているまたは加熱されることによって溶融している粉状精錬剤２２８の熱が溶銑２２６に伝達する。更には、溶銑２２６の上方に存在する、上吹きランス先端の火炎の燃焼熱が溶銑２２６に伝達する。これらの溶銑２２６に伝達する熱に加えて溶銑２２６が激しく攪拌されることも相まって、溶銑中の冷鉄源の溶解が促進される。装入した冷鉄源の溶解が脱燐処理を行っている間に終了する。

　その後、溶銑２２６の燐濃度が目的とする値かそれ以下になったなら、上吹きランス２０３から溶銑２２６への全ての供給を停止して脱燐処理を終了する。

　以上説明したように、本発明によれば、上吹きランス先端下方にバーナー火炎を形成するための燃料ガスの、燃料ガス噴射孔２１２における単位断面積あたりの投入熱量を制御し、かつ、酸素ガスの供給量を適正に制御することで、様々なランス高さに応じて、ランス高さ以下の火炎長さに制御することが可能となる。その結果、上吹きランス２０３を介して反応容器２０２内に供給される粉状精錬剤２２８を溶銑２２６の浴面に到達するまでの間、連続的に安定して加熱することが実現され、粉状精錬剤２２８の熱は溶銑２２６に確実に着熱するので、溶銑２２６の熱余裕が向上する。精錬設備２０１における溶融鉄として溶銑２２６を用い、この溶銑２２６に対する酸化精錬処理において、鉄スクラップなどの冷鉄源の配合比率を大幅に増大することが実現される。

　本発明は、反応容器における溶融鉄の酸化精錬に関するものであり、例えば、溶銑２２６を転炉で脱炭処理して溶鋼を得て、その溶鋼を別の反応容器に移し、その別の反応容器で溶鋼を酸化精錬することにも適用することが可能である。本発明によって、溶銑及び溶鋼などの溶融鉄の熱余裕が向上する。

　前述の実験３，４と同様の寸法を有する精錬設備２０１及び、前述の実験と同様に複数の上吹きランス２０３を用いて、精錬設備２０１に溶銑２２６と鉄スクラップを装入し、ランス高さを調整して、上吹きランス２０３を反応容器２０２に挿入し、複数回の脱燐吹錬（溶銑の予備脱燐処理）を行った。

　上吹きランス２０３には、前述の実験と同様の条件で、燃料としてはプロパンガスを供給し、かつ、燃焼用酸化性ガス及び精錬用酸化性ガスとして酸素ガスを供給した。脱燐吹錬の際、上吹きランス高さLと火炎長さｌとの比（ｌ／L）が０．８以上１．２以下となるように、燃焼用酸化性ガスの供給量を調整した。（１）燃料ガス供給流路から供給されるプロパンガスとの供給速度（Ｎｍ^３／分）と、燃焼用酸化性ガス供給流路から供給される燃焼用酸化性ガスとの供給速度（Ｎｍ^３／分）との流量比（Ｇ／Ｆ）を、燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数の比（Ｇ／Ｆ）_ｓｔに対して、１．０～５．０の範囲内となるように燃焼用酸化性ガスを供給し、かつ（２）音速に対する、燃焼用酸化性ガスの吐出流速（ｍ／秒）（Ｖ_Ｇ／Ｃ）の値を１．０～３．０の範囲内となるように、燃料ガス噴射孔のスリットの隙間が相異なる複数の上吹きランス２０３のうち、燃焼用酸化性ガス噴射孔１８の隙間について所望寸法を有する上吹きランス２０３を適宜用いて、燃焼用酸化性ガスの吐出速度（Ｎｍ／秒）を調整した。（本発明例３１～３５）。また、（Ｖ_Ｇ／Ｃ）の値を１．０～３．０の範囲外となるような上吹きランス３を適宜用いて、燃焼用酸化性ガスの吐出速度（Ｎｍ／秒）を調整することを除いて、本発明例１の条件と同様に操業を行った（本発明例３６，３７）。

　本発明例３１～３７との比較のために、（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値を、１．０～５．０の範囲外となるように、燃焼用酸化性ガスの供給量を完全燃焼に要する量とした条件での操業も行った（比較例３１，３２）。ここで、Ｃは、音速（Ｎｍ／秒）であり、１３５０℃の溶銑の周りでは、概ね１１５０ｍ／秒となる。

　鉄スクラップを脱燐処理後に溶け残りが無いよう反応容器２０２に装入した後、温度が１３５０℃である２００トンの溶銑を装入する。次いで、上吹きランス２０３から生石灰と鉄鉱石と製鋼ダストとの混合粉、燃料ガス、燃焼用酸化性ガス、精錬用酸化性ガスを溶銑面に向けて吹き付けた。

　鉄スクラップの装入量は、予備脱燐処理終了温度が１４００℃となるように調整した。生石灰は、炉内スラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ_２）が２．５となるように添加量を調整した。

　脱燐処理で使用した溶銑の組成を表１０に示す。

　使用した製鋼ダストの組成を表１１に示す。

　脱燐処理における粉状精錬剤吹き込み量、上吹きランスへの各種ガス流量、上吹きランス高さ、火炎長さｌは、表１２に示すように設定した。燃料ガス燃焼用酸化性ガスの供給量を調整して、（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔの値及びは、Ｖ_Ｇ／Ｃの値は、表１２に示す値となった。

　以上に示した操業条件と操業方法による脱燐処理結果を表１３に示す。鉄スクラップ配合率を様々に変化させ、装入した鉄スクラップが脱燐処理後に溶け残らない上限の鉄スクラップ配合比率を示している。

表１３から明らかなように、本発明例３１～３７と比較例３１、３２とで吹錬時間と鉄スクラップの配合比を比較すると、本発明の方法に従えば溶銑の予備脱燐処理に要する吹錬時間が８分と同じ場合でも、溶銑中の鉄スクラップ配合比を高めた操業が可能となっていることがわかる。また、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が、１．０以上３．０以下を満たす本発明例３１～３５では、満たさない本発明例６，７に比べて、鉄スクラップの配合比を高めた操業が可能となっていることがわかる。このことから、Ｖ_Ｇ／Ｃの値が、１．０以上３．０以下である方が、高能率で溶銑の予備脱燐処理を行うことが可能である。
 

　本発明によれば、バーナーの燃焼熱を、粉体を通して溶融鉄に効率よく伝達することができるため、溶融鉄における着熱効率の改善が可能であり、転炉等の反応容器で脱りん精錬、脱炭精錬を行うに当たってスクラップの大量使用により溶銑配合率を大幅に低減することができる。

　また、本発明によれば、着熱効率の改善により、炭材の使用量を削減することが可能であり、ＣＯ_２の排出量を低減することができる。

１　　　炉体
１ａ　　鉄皮
１ｂ　　耐火物層
２　　　底吹き羽口
３　　　溶鉄
４　　　スラグ
５　　　粉体吹込みランス
５ａ　　ランス本体
５ａ_１外管
５ａ_２　内管
５ａ_３管体
５ａ_４　管体
５ｂ　　ノズル部
５ｂ_１　精錬用酸素吹込みノズル
５ｂ_２　バーナーノズル　
６　　　精錬用酸素ガスを供給する送給管
７　　　燃焼用酸素ガスを供給する送給管
８　　　燃料ガスを供給する送給管
９　　　粉体を供給する送給管
１０　　粉体
１１　　火炎
１２　　精錬用酸素ガス
ｅ　　　噴出開口
ｆ　　　噴出開口
１０１　転炉設備
１０２　炉本体
１０３　上吹きランス
１０４　鉄皮
１０５　耐火物
１０６　出湯口
１０７　底吹き羽口
１０８　ガス導入管
１０９　粉状精錬剤供給管
１０９Ａ　精錬剤搬送用ガス供給管
１１０　燃料ガス供給管
１１１　燃焼用酸化性ガス供給管
１１２　精錬用酸化性ガス供給管
１１３　ディスペンサー
１１４　ランス本体
１１５　ランスチップ
１１６　中心孔
１１７　燃料ガス噴射孔
１１８　燃焼用酸化性ガス噴射孔
１９　周囲孔
１２０　最内管
１２１　仕切り管
１２２　内管
１２３　中管
１２４　外管
１２５　最外管
１２６　溶銑
１２７　スラグ
１２８　攪拌用ガス
１２９　粉状精錬剤
１３１　粉状精錬剤供給流路
１３２　燃料ガス供給流路
１３３　燃焼用酸化性ガス供給流路
１３４　精錬用酸化性ガス供給流路
２０１　精錬設備
２０２　反応容器
２０３　上吹きランス
２０４　粉状精錬剤供給管
２０４Ａ　精錬剤搬送用ガス供給管
２０５　燃料ガス供給管
２０６　燃焼用酸化性ガス供給管
２０７　精錬用酸化性ガス供給管
２１３　ディスペンサー
２１４　ランス本体
２１５　ランスチップ
２１６　中心孔
２１７　燃料ガス噴射孔
２１８　燃焼用酸化性ガス噴射孔
２１９　周囲孔
２２０　最内管
２２１　仕切り管
２２２　内管
２２３　中管
２２４　外管
２２５　最外管
２２６　溶銑
２２７　スラグ
２２８　粉状精錬剤
２３１　粉状精錬剤供給流路
２３２　燃料ガス供給流路
２３３　燃焼用酸化性ガス供給流路
２３４　精錬用酸化性ガス供給流路

Claims (11)

1. 円形軌道に沿い間隔をおいて配列され、反応容器に収容された鉄浴中へ酸素ガスを吹込む複数の噴出開口を有する精錬用酸素ガス吹込みノズルと、前記円形軌道の中心軸と同軸になる軸芯を有し、該精錬用酸素ガス吹込みノズルの内側にて火炎を形成するとともに、該火炎によって着熱された粉体を前記鉄浴中へ吹き込む噴出開口を有するバーナーノズルとを備えた粉体吹込みランスにおいて、
   　前記精練用酸素ガス吹込みノズルの噴出開口と前記バーナーノズルの噴出開口との位置関係を示す指標Ａが、下記の条件を満足することを特徴とするバーナー機能を付与した粉体吹込みランス。
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　記
   　　　　Ａ＝１．７（Ｒ－ｒ－ｄ/２）/Ｌ＋ｔａｎ（θ－１２°）－０．０５２４＞０
   　　　　　
   　　　Ｒ：精練用酸素ガス吹込みノズルの噴出開口のピッチサークルの半径（ｍｍ）
   　　　ｒ：バーナーノズルの噴出開口の半径（ｍｍ）
   　　　ｄ：精練用酸素ノズルの噴出開口の直径（ｍｍ）
   　　　θ：精練用酸素ガス吹込みノズルの軸芯と、円形軌跡の中心軸とのなす角度（傾角）（°）
   　　　Ｌ：ランス高さ（ｍｍ）
2. 　請求項１に記載した粉体吹込みランスが、脱りん精錬または脱炭精錬に使用する精錬用上吹きランスであることを特徴とするバーナー機能を付与した粉体吹込みランス。
3. 　請求項１または２に記載した粉体吹込みランスを用いて反応容器に収容された溶鉄の精錬を行う方法において、
   　前記バーナーノズルの燃料として、プロパンガス、Ｃガス等の気体燃料、重油等の液体燃料およびプラスチック等の固体燃料のうちの１種または２種以上を用いることを特徴とする溶鉄の精錬方法。
4. 　前記反応容器内に金属酸化物、酸化物系鉱石の粉体または粒体を装入、溶融還元して金属溶湯を得る溶融還元方法において、
   　請求項１～３のいずれか１に記載した粉体吹込みランスのバーナーノズルを通して、金属酸化物および酸化物系鉱石のうちのいずれか１種または２種以上の粉粒状の副原料を吹き込むことを特徴とする金属溶湯の溶融還元方法。
5. 　粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを別々に有する上吹きランスを用いて、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給し、かつ、前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給して、転炉に収容される溶融鉄の浴面に向けて前記上吹きランスのノズル前面に火炎を形成し、
   　前記粉状精錬剤供給流路から粉状精錬剤を供給して、該粉状精錬剤を、前記火炎で加熱しながら、溶融鉄の浴面に向けて吹き付けつつ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から溶融鉄の浴面に向けて精錬用酸化性ガスを供給する溶融鉄の精錬方法であって、
   前記転炉のフリーボードが2.0～5.0ｍの場合に、前記上吹きランスとして請求項１に記載のバーナー機能を付与した粉体吹込みランスを用いて
   燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比を下記の（１）式を満足させつつ前記火炎を形成することを特徴とする溶融鉄の精錬方法。
   　０．４≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦１．０　　　　　　・・・（１）
   　但し、（１）式において、Ｇ：燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
   　Ｆ：燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
   　（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数の比、である。
6. 　前記燃焼用酸化性ガスの吐出流速Ｖ_Ｇが、下記の（２）式を満足するように前記燃焼用酸化性ガス供給速度Ｇを調整することを特徴とする請求項５に記載の溶融鉄の精錬方法。
   　０．２≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦１．０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
   　但し、（２）式において、Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）、
   　Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）、である。
7. 　前記粉状精錬剤は、酸化鉄と石灰系媒溶剤と可燃性物質とのうちの少なくとも１種類を含んでおり、該粉状精錬剤を不活性ガスとともに溶融鉄の浴面に向けて供給して、冷鉄源が添加された溶融鉄に対して酸化精錬処理を行うことを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の溶融鉄の精錬方法。
8. 　前記溶融鉄が溶銑であり、前記酸化精錬処理が溶銑の予備脱燐処理であることを特徴とする請求項７に記載の溶融鉄の精錬方法。
9. 　粉状精錬剤供給流路と、燃料ガス供給流路と、燃料ガスの燃焼用酸化性ガス供給流路と、精錬用酸化性ガス供給流路とを別々に有する上吹きランスを用いて、前記燃料ガス供給流路から燃料ガスを供給し、かつ、前記燃焼用酸化性ガス供給流路から燃焼用酸化性ガスを供給して、反応容器に収容される溶融鉄の浴面に向けて前記上吹きランスのノズル前面に火炎を形成し、
   　酸化鉄と石灰系媒溶剤と可燃性物質とのうちの少なくとも１種類を含む粉状精錬剤を、不活性ガスとともに前記粉状精錬剤供給流路から溶融鉄の浴面に向けて供給して、該粉状精錬剤を、前記火炎で加熱しながら、溶融鉄の浴面に向けて吹き付けつつ、前記精錬用酸化性ガス供給流路から溶融鉄の浴面に向けて精錬用酸化性ガスを供給する溶融鉄の精錬方法であって、
   　前記反応容器のフリーボードが0.5～2.0ｍの場合に、前記上吹きランスとして請求項1に記載のバーナー機能を付与した粉体吹込みランスを用いて
   燃料ガスと燃焼用酸化性ガスとの流量比を下記の（３）式を満足するように、調整しつつ前記火炎を形成することを特徴とする溶融鉄の精錬方法。
   　１．０≦（Ｇ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ≦５．０　　　　　　・・・（３）
   　但し、（３）式において、Ｇ：燃焼用酸化性ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
   　Ｆ：燃料ガス供給速度（Ｎｍ^３／分）、
   　（Ｇ／Ｆ）_ｓｔ：燃料ガスと、該燃料ガスを完全燃焼するために必要となる燃焼用酸化性ガスとの化学量論係数との比、である。
10. 　燃焼用酸化性ガス吐出流速が下記の（４）式を満足するように、前記燃焼用酸化性ガス供給速度Ｇを調整することを特徴とする請求項９に記載の溶融鉄の精錬方法。
    　１．０≦Ｖ_Ｇ／Ｃ≦３．０　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
    　但し、（４）式において、Ｖ_Ｇ：燃焼用酸化性ガスの吐出流速（Ｎｍ／秒）、
    　Ｃ：音速（Ｎｍ／秒）、である。
11. 　前記溶融鉄が溶銑であり、前記精錬用酸化性ガスを供給して行う溶融鉄の精錬は、溶銑の脱燐処理であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の溶融鉄の精錬方法

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