特許 5798537 精錬処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5798537

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】精錬処理方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 5/48 20060101AFI20151001BHJP

   C21C 7/072 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   C21C5/48 E

   C21C7/072 J

【請求項の数】1

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-203219(P2012-203219)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-58708(P2014-58708A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】木村 世意

【審査官】 大塚 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２４８３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１１６６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６４３１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ５／４８

Ｃ２１Ｃ ７／０７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

精錬炉の炉底に配置されたガス吐出羽口からガスを吹き込みながら精錬処理を行う精錬処理方法であって、
式（１）で示される反応効率指数Ｒが０．１３以上、Ａ_ｐ／Ａ＝０．１〜０．６、Ａ_ｗ／Ａ≦０．１０（０を含む）、ｈ／Ｈ≦０．２０（０を含まない）を満たすことを特徴とする精錬処理方法。

【数1】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精錬炉の炉底に配置されたガス吐出羽口からガスを吹き込みながら精錬を行う精錬処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、精錬炉で炉底からガスを吹き込みながら精錬を行う技術として、特許文献１〜６に示すものがある。
特許文献１では、転炉炉体の炉心軸上方に配置された上吹ランスから溶鋼に向けて酸化性ガスを噴射するとともに転炉下底部の複数の羽口から溶鋼内へガスを吹込んで吹錬する上下複合吹き転炉製鋼法を開示しており、上吹ランスから噴出されるガスが溶鋼に直接接触する火点領域の最外縁位置と炉心軸との水平距離Ｘを求め、各羽口と炉底中心との間の距離の最大値が距離Ｘの１．３倍以下となるように炉底の羽口位置及び上吹きランスの位置を設定している。

【0003】

特許文献２では、底部に複数の撹拌用ガス吹込み羽口を設けた複合吹錬用転炉において、炉底を火点外周と火点外周から炉壁までの距離の１／２の点が描く円周との間の第１の区域と、該円周と炉壁との間の第２の区域とに区分し、第１の区域と第２の区域とに夫々少なくとも２個の羽口を設け、しかも該第１の区域における羽口と該第２の区域における羽口とが炉底の中心を通る直線上に並ばないように配設している。

【0004】

その他に、羽口に関する技術として、特許文献３〜６に示すものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特公昭６３−５４４７号公報

【特許文献2】特公昭６１−３６０５０号公報

【特許文献3】特開２００１−２７９３１０号公報

【特許文献4】特開平７−９７６１０号公報

【特許文献5】特開２００２−１０５５２５号公報

【特許文献6】特開平４−１８７７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、羽口と炉底中心との関係を用いて羽口を配置することにより、底吹ガスによるスラグ―メタル間の撹拌助長効果により、スラグ中の鉄分濃度（Ｔ．Ｆｅ）を少なくし、鉄歩留りを向上させることができるとしている。しかしながら、特許文献１の技術を用いたとしても、精錬処理を行ったときの不純物がどのように低減するかが不明であり、この技術を用いて、精錬処理を行ったときに十分に不純物を除去することができないのが実情である。

【0007】

一方、特許文献２も、吹錬用転炉に設けられた羽口の配置位置などを規定したものであるが、この技術では、ある１つの羽口配置について脱りん能力が向上した結果しか述べられておらず、本技術を用いても、素早く且つ十分に不純物を除去することができないのが実情である。
同様に、特許文献３〜６に開示された羽口に関する技術を用いたとしても、精錬時において不純物を確実に除去することができないのが実情である。

【0008】

そこで、本発明では、溶湯に含まれる不純物を素早く除去することができる精錬処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の技術的手段は、精錬炉の炉底に配置されたガス吐出羽口からガスを吹き込みながら精錬処理を行う精錬処理方法であって、式（１）で示される反応効率指数Ｒが０．１３以上、Ａ_ｐ／Ａ＝０．１〜０．６、Ａ_ｗ／Ａ≦０．１０（０を含む）、ｈ／Ｈ≦０．２０（０を含まない）を満たすことを特徴とする。

【0010】

【数1】

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、精錬処理時に溶湯に含まれる不純物を素早く除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】精錬炉（容器）の炉底に設けたガス吐出羽口からガスを導入した状況を模した図である。

【図2】プルーム撹拌面が互いに重なった状況下でのプルーム撹拌面の面積の定義を説明する説明図である。

【図3】プルーム撹拌面が炉体の側壁に重なった状況下でのプルーム撹拌面の面積の定義を説明する説明図である。

【図4】プルームが溶湯表面を盛り上げる高さを説明する説明図である。

【図5】水モデル実験で用いた実験装置の全体図である。

【図6】反応容器の底部にガス吐出羽口に相当するガス導入孔を設けた場合のガス導入孔の配置を示す図である。

【図7】水モデル実験による水の濁り（濁度）の推移の一例を示した図である。

【図8】水モデル実験による底吹きガス導入孔の配置パターンを示した図である。

【図9】１０分後濃度と反応効率指数Ｒとの関係を示した図である。

【図10】初期濃度Ｃ_０から半減した濃度半減時間と反応効率指数Ｒとの関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
製鋼工場では、高炉から出銑した溶銑を混銑車、取鍋あるいは転炉等に装入して脱珪処理、脱硫処理、脱りん処理等の精錬処理を行う。その後、溶銑を転炉等の精錬炉に装入して脱炭処理を行い、脱炭処理後は溶鋼の介在物除去が成分調整などを行う。つまり、製鋼工場では、溶銑や溶銑、即ち、溶湯に対して様々な精錬処理を行うものとなっている。

【0014】

精錬処理の多くは、ガスを溶湯に吹き込んで溶湯を撹拌するというガス撹拌を行う。このガス撹拌は、溶湯を撹拌することによって、溶湯と、溶湯に浮かぶスラグ等の異相とが接触し易いようにし、溶湯とスラグとの界面による反応効率を向上させる役割がある。溶湯とスラグとの反応によって、溶湯中の不純物を除去することができるため、精錬処理時におけるガス撹拌は非常に重要である。

【0015】

本発明は、精錬処理で重要とされているガス撹拌を効率よく行うために、ガスを吹き込むためのガス吐出羽口の配置に着目したものである。本発明では、特に、脱りん、脱炭処理等を行う精錬炉の炉底に設けたガス吐出羽口の配置を適正化することにより、溶湯に含まれる不純物を素早く除去することができるようにしたものである。
図１は、精錬炉（容器）の炉底に１つのガス吐出羽口を設けて、このガス吐出羽口からガスを導入した状況を示した模式図である。まず、図１を用いてガス吐出羽口からガスを吹き込んだときの状況について説明する。

【0016】

図１に示すように、精錬炉１の炉底２にガス吐出羽口３を設け、ガス吐出羽口３から溶湯４内へ不活性ガス等のガスを吹き込んだ場合、炉底２から吹き込んだガスは上方にいくにしたがって徐々に外側に広がり、ガス吐出羽口３を頂点とした円錐形の気泡塔５（以下、プルーム５）となる。プルーム５が溶湯表面に現れたときの面積（出現面積）が大きい場合、溶湯４とスラグとの界面付近の撹拌効率は良い。

【0017】

ここで、ガスを吹き込んだときのプルーム５が溶湯表面に現れたときの出現面積Ａ_ｓｅ（溶湯４を上方から平面視したときのプルーム５の上面の面積）を求めると、式（２）となる。以降、説明の便宜上、プルーム５が溶湯表面に現れた部分（プルーム５の上面）のことを「プルーム撹拌面６」という。

【0018】

【数2】

【0019】

式（２）は、非特許文献「M.Iguchi,K.Miyamoto,S.Yamashita,D.Iguchi and M.Zeze:ISIJ international,vol.44(2004),p.636-638」に開示されている。式（２）に示すように、出現面積Ａ_ｓｅは、溶湯の静止時の高さ（溶湯の深さ）Ｈ、重力加速度ｇ、溶湯に浮かぶ第２液相（例えば、スラグ）の厚みＨｓ、溶湯の密度ρｍ、第２液相（スラグ）の密度ρｓ、プルーム５中心線における溶湯の平均上昇速度ｕｍから決まる。ここで、第２液相の厚みを零とすると、ガスを吹き込んだときの出現面積Ａ_ｓｅ（プルーム撹拌面６の面積）は、式（３）となり、溶湯の深さＨによって一義的に決まる。

【0020】

【数3】

【0021】

さて、精錬炉１の炉底に複数のガス吐出羽口３を設け、各ガス吐出羽口３からガスを吹き込んだ場合、発生するプルーム５同士が重なることがある。例えば、同一直線状に４つのガス吐出羽口３を設けた場合、図２（ａ）に示すように、それぞれのプルーム撹拌面６同士が互いに重なり合う。溶湯４とスラグとの界面付近の撹拌効率を考えるにあたっては、プルーム撹拌面６同士の重なりを考慮する必要がある。

【0022】

各プルーム撹拌面６同士が重なったときの面積は、下記のように定義する。
図２（ｂ）に示すように、プルーム５が溶湯表面に現れたときにプルーム撹拌面６で構成される全体の面積（全面積）を「Ａ_ｐ」とする。即ち、全面積Ａ_ｐは、各プルーム撹拌面６の面積を足し合わせた総面積から重複する部分の総面積を差し引いた面積である。例えば、プルーム撹拌面６が４つの場合、撹拌面を構成する各円の総面積（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４）から重複している部分の総面積（Ｏ１＋Ｏ２＋Ｏ３＋Ｏ４＋Ｏ５）を差し引いた面積が全面積Ａ_ｐとなる。言い換えれば、プルーム撹拌面６の和集合に相当する面積がＡ_ｐである。

【0023】

図２（ｃ）に示すように、各プルーム撹拌面６のうち互いに２つ重なっている部分の面積（プルーム５が２つ重なっている部分の面積）を「Ａ_ｐ１」とする。図２（ｂ）の場合、２つ重なる部分の総面積（Ｏ１＋Ｏ３＋Ｏ５）が面積Ａ_ｐ１となる。
図２（ｄ）に示すように、各撹拌面のうち、互いに３つ重なっている部分の面積（プルーム５が３つ重なっている部分の面積を「Ａ_ｐ２」とする。図２（ｂ）の場合、３つ重なる部分の総面積（Ｏ２＋Ｏ５）が面積Ａ_ｐ２となる。ガス吐出羽口３の羽口数が多い、あるいはガス吐出羽口同士がさらに近接している場合には、プルーム５が４つ以上重なる場合が生じる。このとき、４つ以上重なっている部分の面積も「Ａ_ｐ２」として算入する。

【0024】

さて、炉底３に設けたガス吐出羽口３が炉体（精錬炉）の側壁から十分に離れている場合、プルーム５が溶湯表面に現れたときの撹拌面は、精錬炉の側壁と重なることはない。しかしながら、ガス吐出羽口３が精錬炉の側壁に近接して配置した場合は、プルーム撹拌面６のうち一部が側壁と重なる（接触する）。プルーム撹拌面６が側壁に重なると、側壁に溶湯が当たって跳ね返るため撹拌力が増加して反応効率の向上が期待できる。プルーム撹拌面６と側壁とが重なったときの面積は、下記のように定義する。

【0025】

図３に示すように、例えば、精錬炉の側壁に沿って８個のガス吐出羽口３を均等に配置し、８つのプルーム撹拌面６がそれぞれ側壁に接触したとすると、８つのプルーム撹拌面６において、側壁と接触している部分（Ｓ１）の総面積（Ｓ１×８）が面積Ａ_ｗ（プルーム５が炉体の側壁と重なった面積）となる。
なお、図３では、プルーム撹拌面６同士は互いに重なっていないため、面積Ａ_ｐ１＝面積Ａ_ｐ２＝０となる。また、８つのプルーム撹拌面６において、側壁と接触していない部分（Ｓ２）の総面積（Ｓ２×８）が、全面積Ａ_ｐとなる。

【0026】

以上まとめると、本発明では、ガス吐出羽口３にガスを吹き込むことにより形成されるプルーム撹拌面６において、プルーム撹拌面６における全面積Ａ_ｐ、プルーム撹拌面６において２つ重複した部分の面積Ａ_ｐ１、プルーム撹拌面６において３つ以上重複した部分の面積Ａ_ｐ２、プルーム撹拌面６において側壁に重複した部分の面積Ａ_ｗとを考えて、ガス吐出羽口３の位置を設定することとしている。

【0027】

さて、ガス吐出羽口３からガスを吹き込んだ場合において、ガスの流量を変化させても上述したプルーム撹拌面６の面積はあまり変化しない。しかしながら、図４に示すように、ガスの流量によってプルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さ（プルーム５が溶鋼表面を突き上げる高さ）ｈは変化する。例えば、プルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さｈが高い場合、溶湯の戻りによって、撹拌力を増加させることが期待できる。そのため、本発明では、プルーム撹拌面６の面積だけでなく、プルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さｈも考慮し、ガス吐出羽口３の位置を設定することとしている。プルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さｈは、式（４）により求めることができる。

【0028】

【数4】

【0029】

以上述べた考察のもと、プルーム撹拌面６における全面積Ａ_ｐ、プルーム撹拌面６において２つ重複した部分の面積Ａ_ｐ１、プルーム撹拌面６において３つ重複した部分の面積Ａ_ｐ２、プルーム撹拌面６において側壁に重複した部分の面積Ａ_ｗ、プルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さｈのパラメータで構成される評価式を考え、この評価式を基に、溶湯に含まれる不純物を素早く除去することができる条件を明らかにした。

【0030】

具体的には、式（１）の反応効率指数Ｒが０．１３以上を満たすように、ガス吐出羽口３を炉底３に配置すると共に、操業条件を設定することで、精錬処理において、溶湯に含まれる不純物を素早く除去することが可能となる。

【0031】

【数5】

【0032】

式（１）において、「Ａ」は、精錬炉で撹拌する溶湯表面の面積（溶湯総面積）を示しており、「Ａ_ｐ／Ａ」は、溶湯総面積に対する全面積Ａ_ｐの割合、「Ａ_ｐ１／Ａ」は、２つ重複した部分の面積Ａ_ｐ１の割合、「Ａ_ｐ２／Ａ」は、３つ重複した部分の面積Ａ_ｐ２の割合、「Ａ_ｗ／Ａ」は、側壁に重複した部分の面積Ａ_ｗの割合である。また、「ｈ／Ｈ」は、溶湯の静止時の高さＨ（精錬開始前の溶湯の深さ）に対するプルーム５の溶湯表面を盛り上げる高さｈの割合である。

【0033】

式（１）は、プルーム５の撹拌面が溶湯上に現れた面積Ａ_ｐ、プルーム５の撹拌面が互いに重なっている面積（Ａ_ｐ１、Ａ_ｐ２）、プルーム５の撹拌面が側壁に重なっている面積Ａ_ｐｗ、プルーム５の溶湯表面を盛り上げる高さｈが、反応効率、即ち、不純物の除去効率に影響を及ぼすため、この影響の度合いを実験的に評価して整理したものである。式（１）で示される反応効率指数Ｒが０．１３以上であれば、反応効率が良いため不純物を素早く除去することができる。

【0034】

なお、溶湯総面積Ａに対する全面積Ａ_ｐの割合（Ａ_ｐ／Ａ）が０．１未満では、溶湯の浴面積に対するプルーム撹拌面６の割合が小さく、ガス撹拌が行えないため、Ａ_ｐ／Ａは０．１以上であることが必要である。
また、Ａ_ｐ／Ａを大きくすると、スラグ（異相）との界面積が増加することになり反応効率を向上させることができる。Ａ_ｐ／Ａが大きくするには、ガス吐出羽口３の個数を増加させる方法と、精錬炉に装入する溶湯の量を多くして溶湯の深さを増加させる方法がある。ガス吐出羽口３の個数を増加させ過ぎると、ガス吐出羽口３自体のコスト、ガス吐出羽口３の設置コスト、ガス吐出羽口３のメンテナンスに係るコストが大きくなる。また、精錬炉に装入する溶湯の量を増加させた場合、少ないガス吐出羽口３でＡ_ｐ／Ａを大きくすることができるものの、精錬処理が難しくなり、反応効率が低下する。このような事情を踏まえて、実操業による実現性を考えると、Ａ_ｐ／Ａの上限値は、０．６としている。

【0035】

上述したように、プルーム撹拌面６を側壁に重ね合わせることにより、側壁に溶湯が当たるため撹拌力が増加して反応効率の向上が期待できる。しかしながら、過度に溶湯を側壁に衝突させる（プルーム撹拌面６が側壁に重なる割合Ａ_ｗ／Ａ）を増加させ過ぎる）と、側壁側の耐火物の溶損が進み、精錬炉の寿命が低下して能率が低下するため、Ａ_ｗ／Ａの上限値を０．１０としている。なお、プルーム撹拌面６を側壁に全く重ならない場合であっても、プルーム撹拌面６同士の重なり等により反応効率を向上させることが期待できるため、Ａ_ｗ／Ａ＝０であってもよい。

【0036】

上述したように、プルーム５が溶湯表面を盛り上げる高さｈが高くする（ｈ／Ｈを増加させる）と、撹拌力を増加させることが期待できるものの、過度に盛り上げる高さｈが大きすぎると、溶湯が戻るときの衝撃が大きくなりすぎ、精錬炉の炉底３の寿命が低下する可能性がある。そのため、Ａ_ｗ／Ａの上限値を０．２０としている。Ａ_ｗ／Ａの上限値は、０．１７にすることが好ましい。

【0037】

以上まとめると、本発明では、式（１）で示される反応効率指数Ｒが０．１３以上、Ａ_ｐ／Ａ＝０．１〜０．６、Ａ_ｗ／Ａ≦０．１０（０を含む）、ｈ／Ｈ≦０．２０（０を含まない）を満たすように、ガス吐出羽口３を配置すると共にガス吹き込み流量Ｑｂなどの操業条件を設定して精錬処理を行う。
ところで、上記の条件は、精錬炉を模した反応容器に水を貯留して、反応容器に空気ガスを吹き込む水モデル実験により求めたものである。以下、水モデル実験について詳しく説明する。

【0038】

図５は、水モデル実験で用いた実験装置の全体を示したものである。まず、実験装置の構成から説明する。
図５に示すように、実験装置１０は、上方から二酸化炭素を吹き込む上吹き装置１１を反応容器１２に接続すると共に、下方から空気を吹き込む撹拌装置１３を反応容器１２に接続することにより構成したものである。

【0039】

反応容器１２は、上方開放状の容器であって、水を貯留する底部側が胴部側よりもやや内径が小さく形成されたもので、底部１２ａの内径はφ５６．８ｃｍとし、胴部１２ｂの内径はφ６４．５ｃｍとする。胴部１２ｂを上方から見たときの面積（溶湯総面積Ａに相当）は、３２６７．３ｃｍ^２（６４．５×６４．５÷４×３．１４１５）である。底部１２ａの高さは、１８．０ｃｍとし、底部１２ａに貯留する水容量は５０Ｌとしている。図６に示すように、反応容器１２の底部１２ａには、直径３ｍｍの底吹きガス導入孔（ガス吐出羽口３に相当）１５を１１２カ所設ける。

【0040】

上吹き装置１１は、反応容器１２の上部側から当該反応容器１２内に二酸化炭素を吹き込む二酸化炭素供給用のランス１６を備えている。このランス１６は、鉛直方向に下向きにして、上吹きランス１６は反応容器１２の上方を覆う上蓋１７に固定する。ランス１６の直径（内径）は１０ｍｍとし、ランス１６の下側から水面までの距離は２８ｃｍの一定とする。ランス１６は、配管等の上吹きガス供給路１８を介して二酸化炭素ボンベ１９に接続する。

【0041】

二酸化炭素ボンベ１９と上吹きランス１６との間に、上吹きガス供給路１８に流れるＣＯ_２ガスの圧力を調整する圧力調整弁２０と、ＣＯ_２ガスの圧力を検出する圧力計２１と、上吹きガス供給路１８に流れるＣＯ_２ガスの流量を調整する流量調整弁２２と、ＣＯ_２ガスの流量を測定する流量計２３を設ける。
一方、撹拌装置１３は、反応容器１２の底部から空気を吹き込むための複数の撹拌ガス供給管３０を備えている。撹拌ガス供給管３０は分岐用ヘッダー３１に接続する。また、各撹拌ガス供給管３０は、反応容器１２の底部１２ａに設けたそれぞれの底吹きガス導入孔１５に接続できるようにする。なお、ガスを導入しない箇所の底吹きガス導入孔１５は、ボルトをねじ込むことによって閉鎖する。

【0042】

分岐用ヘッダー３１は、配管等の空気供給路３２を介して空気ボンベ３３に接続する。空気ボンベ３３と分岐用ヘッダー３１との間に、空気供給路３２に流れる空気ガスの圧力を調整する圧力調整弁３４と、空気ガスの圧力を検出する圧力計３５と、空気供給路３２に流れる空気ガスの流量を調整する流量調整弁３６と、空気ガスの流量を測定する流量計３７とを設ける。

【0043】

このような実験装置１０による実験では、まず、反応容器１２内に水を入れると共に水に炭酸カルシウム粉末を入れて水を白濁させる。その後、空気ガスを水中に供給すると共に、反応容器１２内にＣＯ_２ガスを供給して、水、ＣＯ_２ガス及び炭酸カルシウムの反応によって、水の白濁が解消される速度を測定することにより、反応効率を評価した。
詳しくは、撹拌ガス供給管３０を任意に底吹きガス導入孔１５に接続後、反応容器１２内に５０Ｌの水（溶湯に相当）を入れ、この５０Ｌの水の中に市販の炭カルシウム粉末１２ｇを入れる。炭酸カルシウムは水に殆ど溶解しないため水は白濁する。水が白濁した状態で、ランス１６から反応容器１２内にＣＯ_２ガスを供給する。ＣＯ_２ガスの供給速度は、１３０Ｌ／分とする。

【0044】

ＣＯ_２ガスを供給すると、炭酸カルシウムは、水とＣＯ_２ガスとの反応[ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２＝Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２]によって、炭酸水素カルシウムに変化する。この炭酸水素カルシウムは、水に溶解するため、徐々に水の濁りが消えていく。ここで、水中に濁度を測定する濁度測定端子（濁度センサ）４０を予め設けておき、濁度測定端子４０で出力された信号を濁度計４１で測定して、濁度をデータ記録装置（記録装置）４２で記録した。濁度計４１は市販の濁度標準溶液（カオリン１００度）へ浸漬したときに、１００ｍｇ／Ｌを表示するように事前に補正した。ＣＯ_２ガスを供給する前であって、炭酸カルシウム粉末を水に入れて十分撹拌した時点での濁度は、２００〜２５０ｍｇ／Ｌであった。

【0045】

表１は、水モデル実験による実験結果をまとめたものである。

【0046】

【表1】

【0047】

表１及び２に示す底羽口配置とは、撹拌ガス供給管をガス導入孔に接続したときの配置パターンを示したものである。各配置パターンは、図８に示すように、９０°毎に配置した４Ａ〜４Ｄ、４５°毎に配置した８Ａ〜８Ｄ、一列に配置した４Ｌ、二列に配置した８Ｘ、その他、１０Ｘ、１０Ｙ、１２Ｂ〜１２Ｄ、１２Ｘの１７種類とした。
図７は、水モデル実験による水の濁り（濁度）の推移の一例を示したものである。図７に示すように、水モデル実験では、ＣＯ_２ガスを吹き込みつつあるときの濃度を「濃度Ｃ」とし、その濃度Ｃを初期濃度Ｃ_０（ＣＯ_２ガスを吹き込む前の濃度）で割った値（Ｃ／Ｃ_０）を計算し、初期濃度Ｃ_０から半減した濃度半減時間と、初期濃度Ｃ_０に対する１０分後濃度比について評価を行った。また、実験開始から３分までの濃度を、ｌｎ（Ｃ／Ｃ_０）＝Ｋ×時間で直線回帰し、傾きを示す「Ｋ」で反応速度を評価することとした。即ち、Ｋ値を、Ａ_ｐ／Ａ、Ａ_ｐ１／Ａ、Ａ_ｐ２／Ａ、Ａ_ｗ／Ａ、ｈ／Ｈで重回帰計算して、Ｋ値と最も相関性が高い変数の値を求めると、式（１）に示す値（０．０５３５×Ａ_ｐ／Ａ＋０．０４８９×Ａ_ｐ１／Ａ＋０．１３１×Ａ_ｐ２／Ａ＋０．３４２×Ａ_ｗ／Ａ＋０．５４３×ｈ／Ｈ＋０．０３０）となった。

【0048】

図９は、１０分後濃度比と反応効率指数Ｒとの関係を示したものであり、図１０は、初期濃度Ｃ_０から半減した濃度半減時間と反応効率指数Ｒとの関係を示したものである。
図９に示すように、反応効率指数Ｒが０．１３未満であるとき、１０分後濃度は高いままであるが、反応効率指数Ｒが０．１３を超えた時点で急激に１０分後濃度が低くなる。また、図１０に示すように、式（１）で計算した反応効率指数Ｒが０．１３未満であるとき、濃度半減時間は比較的長いものの、反応効率指数Ｒが０．１３を超えた時点で短くなる。つまり、反応効率指数Ｒが０．１３以上となるように、ガス吐出羽口３に相当するガス導入孔を精錬炉の炉底３に配置することによって、素早く濃度を下げることができ、反応効率を向上させることができる。

【0049】

以上述べた如く、本発明の技術的手段は、精錬炉の炉底に配置されたガス吐出羽口からガスを吹き込みながら精錬処理を行うに際し、式（１）で示される反応効率指数Ｒが０．１３以上、Ａ_ｐ／Ａ＝０．１〜０．６、Ａ_ｗ／Ａ≦０．１０（０を含む）、ｈ／Ｈ≦０．２０（０を含まない）を満たすことで、溶湯に含まれる不純物を素早く除去することが可能となる。

【0050】

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

【符号の説明】

【0051】

１ 精錬炉
２ 炉底
３ ガス吐出羽口
４ 溶湯
５ プルーム
６ プルーム撹拌面
１０ 実験装置
１１ 上吹き装置
１２ 反応容器
１２ａ 底部
１２ｂ 胴部
１３ 撹拌装置
１５ 底吹きガス導入孔
１６ ランス
１７ 上蓋
１８ 上吹きガス供給路
１９ 二酸化炭素ボンベ
２０ 圧力調整弁
２１ 圧力計
２２ 流量調整弁
２３ 流量計
３０ 撹拌ガス供給管
３１ 分岐用ヘッダー
３２ 空気供給路
３３ 空気ボンベ
３４ 圧力調整弁
３５ 圧力計
３６ 流量調整弁
３７ 流量計
４０ 濁度センサ
４１ 濁度計
４２ 記録装置

【図1】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図2】

【図5】

【図9】

【図10】