特許 6495155 溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法

(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】6495155

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 1/02 20060101AFI20190325BHJP

   C21C 5/30 20060101ALI20190325BHJP

   F27D 3/18 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   C21C1/02 110

   C21C5/30 Z

   F27D3/18

【請求項の数】1

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-235739(P2015-235739)

(22)【出願日】2015年12月2日

(65)【公開番号】特開2017-101294(P2017-101294A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年4月27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】新井 宏忠

(72)【発明者】

【氏名】中須賀 貴光

(72)【発明者】

【氏名】大内 慶太

【審査官】 河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１１３４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４７３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ １／００−３／００

Ｃ２１Ｃ ５／００−５／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶銑が装入された転炉型の溶銑処理容器内に、精錬用の上吹きランスとして第１ランスと第２ランスとを水平方向に距離を離して挿入し、
前記第１ランスからは気体酸素を供給し、前記第２ランスからは搬送用ガスとともに固体酸素源を供給するものとし、
前記第１ランスと第２ランスとの水平方向距離をｓ（ｍ）、前記溶銑処理容器の炉口の径をＤ（ｍ）、前記第２ランスの静止湯面からの吹込み高さをｈ_２（ｍ）、前記第２ランスの開口径をｄ（ｍ）、前記第２ランスからの前記搬送用ガスの吹き込み流量をＱ_２（Ｎｍ^３／ｓ）としたとき、前記第１ランス及び第２ランスが式（１）及び式（２）を満たす
ことを特徴とする固体酸素源の供給方法。

【数1】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転炉での脱炭工程に先立って実施する溶銑脱りん方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、高炉から出銑された溶銑中にはＰ、Ｓなどの不純物が含まれている。高炉から出銑した溶銑は転炉で脱炭されて溶鋼とされるが、近年ではコストダウンおよび品質要求の厳格化に対応するため、転炉での脱炭処理の前に脱りん・脱硫等の溶銑予備処理工程を設けるケースが一般的となっている。
このような溶銑予備処理工程での脱りん処理では、造滓材に石灰(CaO)を使用するのが一般的であり、その場合の脱りん反応は便宜上、以下の式で表される。ゆえに、反応を促進するためには(式を右側に進める)、（１）難溶解性であるCaOの滓化を早める、（２）FeO濃度を高位に保つことが要求される。また、CaOはスラグ中のFeOの存在により、滓化が促進されるため、酸素ポテンシャルを高め、FeO濃度を高位に保つことは脱りん反応の効率を高めるために必要不可欠である。

【0003】

【数1】

【0004】

このため、脱りん処理では生石灰等の石灰源と共に、気体酸素ならびに焼結鉱、ミルスケール、鉄鉱石等の酸化鉄源(固体酸素)を含む副原料の投入が一般的に行われている。
なお、脱りん処理は従来は混銑車・鍋などの搬送容器内で実施されることが多かったが、これらの搬送容器はフリーボードが小さく、酸素の供給速度を小さくしなければ成らず、処理に時間を要していた。そこで、現在はフリーボードが大きく、酸素の供給速度を大きくできる転炉型脱りんが広く普及している。

【0005】

このような転炉型脱りんの方式で溶銑の脱りん処理を行う際には、転炉型の溶銑処理容器内に上吹きランスを差し込み、容器内に装入された溶銑に対して上吹きランスの先端から気体酸素（酸素ガス）を溶銑浴面に噴射・供給している。また、炉口からは、焼石灰、酸化鉄源（ＦｅＯ_Ｘ）を含む焼結鉱、ミルスケール、鉄鉱石等の副原料を供給している。このように、転炉型容器中の溶銑に酸素および石灰源を投入することで、溶銑中のPを酸化してスラグ中に移行させることで、脱りんが進行する。

【0006】

ところで、上述した脱りん処理を効率的に行うためにはスラグ中のＦｅＯ_Ｘの濃度を高位に保つことが必要となる。ただ、スラグ中のＦｅＯ_Ｘの濃度は脱りん処理中にＰのみならず、溶銑中のＳｉ、Ｃと反応しても低下していくため、脱りん反応を効率的に進めるためには処理途中に固体酸素源を投入してスラグ中のＦｅＯ_Ｘの濃度を高位に保つのが一般的である。

【0007】

例えば、特許文献１には、副原料粉体を上吹酸素ランス又は／及び粉体供給専用ランスから溶銑に供給する技術が開示されている。この特許文献１の副原料の粉体は塩基性造滓材、酸化鉄源及びマンガン源などであり、これらの粉体は粒径150μm以下のものを60%以上、粒径500μm以上のものを1〜20%含み、かつ粒径が150〜500μmのものの重量比が45%以下に粒度調整されている。また、塩基性造滓材は酸素ガスに同伴させて酸素ガス噴出用ノズルから供給され、酸化鉄源やマンガン源は酸素ガス噴出用ノズルとは別のノズルから搬送用ガス（非酸化性ガス）と一緒に溶銑に向かって供給される。なお、特許文献１の技術では、搬送用ガスは湯面到達時に最大流速が40〜200m/sとなるように噴射されるものとなっている。

【0008】

また、特許文献２には、酸素含有ガス並びに粉体状の精錬剤を上吹酸素ランスから溶銑に吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉吹錬方法が開示されている。この特許文献２の転炉吹錬方法では、ラバールノズル形状の６個以上の主孔と、該主孔でその周囲を囲まれた中央（軸心部位置）に配置された粉体吹き込み用ノズルとを備えた上吹きランス（上吹酸素ランス）が用いられている。

【0009】

この特許文献２の上吹きランスは、主孔の平均傾角が１３°以上とされており、また隣り合った主孔の平均干渉率は３０〜６０％の範囲内とされていて、理想的な超音速ジェットが得られるものでありながら、精錬剤の吹き込みを行ってもノズルの損耗が少なくなるような設計がなされている。特許文献２では、このような上吹きランスを用いることにより、精錬剤の散逸を抑制して反応領域である火点へ粉体状の精錬剤を効率的に添加することができるとされている。

【0010】

さらに、特許文献３には、転炉型の溶銑処理容器内の溶銑に対して、ＣａＯ源を主体とする精錬剤を添加し、上吹酸素ランスから溶銑の浴面に気体酸素の吹き付けを行う脱りん処理方法が開示されている。この特許文献３の上吹酸素ランスは、粉粒状の精錬剤と粉粒状の固体酸素源との２つを溶銑浴面に吹き付けられるようになっていて、気体酸素の吹き付けにより溶銑浴面に生じる火点に、精錬剤の一部を気体酸素をキャリアガスとして吹き付け可能となっている。

【0011】

また、特許文献３の技術では、気体酸素の供給系統とは異なる供給系統を通じて供給されるキャリアガスにより、火点近傍の浴面位置に、粉粒状の固体酸素源が吹き付けられる。このように特許文献３の脱りん処理方法では固体酸素源を火点近傍に供給することで、上吹酸素ランスからの気体酸素の供給速度を1.5〜5.0Nm³/min/溶銑tonとして、脱りん処理後のスラグ塩基度[%CaO/%SiO₂]を1.0以上2.5未満とすることができるとされている。

【0012】

さらに、特許文献４、５にも、固体酸素源を、供給専用ランスからではなく、上吹酸素ランスから気体酸素と同じように吹き込むことで脱りん効率を高める方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開平１１−２５６２１７号公報

【特許文献2】特許第４９０１１３２号公報

【特許文献3】特許第５１８１５２０号公報

【特許文献4】特開２００１−１３１６２９号公報

【特許文献5】特許第４５１３３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

上述した特許文献１〜特許文献５の精錬方法はいずれも、酸素ガスなどの気体酸素と同様に、粉粒状の固体酸素源を溶銑へ直接供給するものとなっている。しかしながら、これらの特許文献はいずれも溶銑脱りん処理を最も効率良く促進するために、固体酸素源に関する最適な装入条件や処理条件を提示するものとはなっていない。
つまり、上述した特許文献１〜５では、固体酸素源をスラグではなく溶銑に直接吹き込む構成となっていて、固体酸素源をスラグ表面あるいはスラグ中に供給してスラグの酸素ポテンシャルを高位に維持することは全く考慮されておらず、固体酸素源の反応促進を高める最適な処理条件とはなっていない。

【0015】

当然、気体酸素とは異なる固体酸素源をスラグに供給する際の条件には、最適の条件が存在している。例えば粉粒状の固体酸素源をどの程度の粒度でどの位置から供給するかといった供給条件は、溶銑に直接供給される気体酸素とは別に設定される必要がある。
また、特許文献１〜５で用いられる固体酸素源は、粒径が比較的大きなもの（例えば、特許文献１では、粒径500μm以上のものなど）を含んでおり、排ガスによる散逸をそれほど心配しなくても良いものである。しかし、溶銑の脱りん処理で使用する固体酸素源は微細である方が、スラグへの溶解が速いため、スラグ中FeOを迅速に高めることができ、かつにそれにより石灰源の滓化も早まる為、効率が良く、結果として精錬時間を大幅に短縮することができる。ところが、微細な固体酸素源、例えば集塵ダストといったものは、微細であるがために、集塵ガス流れとともに炉外に排出され、発塵の問題や投入歩留が悪い。そのため、上述した特許文献１〜特許文献５ではこれらの微細な固体酸素源を積極的には利用することはできなかった。

【0016】

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、溶銑の脱りん処理の際に、従来は転炉容器での脱りんでの使用が困難であったダストなどの微粒な固体酸素源をスラグの表面あるいはスラグ中に直接供給することで、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、溶銑とスラグのりん分配を増加させて脱りん能を向上させることができる溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給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】

【0017】

上記課題を解決するため、本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法は、溶銑が装入された転炉型の溶銑処理容器内に、精錬用の上吹きランスとして第１ランスと第２ランスとを水平方向に距離を離して挿入し、前記第１ランスからは気体酸素を供給し、前記第２ランスからは搬送用ガスとともに固体酸素源を供給するものとし、前記第１ランスと第２ランスとの水平方向距離をｓ（ｍ）、前記溶銑処理容器の炉口の径をＤ（ｍ）、前記第２ランスの静止湯面からの吹込み高さをｈ_２（ｍ）、前記第２ランスの開口径をｄ（ｍ）、前記第２ランスからの前記搬送用ガスの吹き込み流量をＱ_２（Ｎｍ^３／ｓ）としたとき、前記第１ランス及び第２ランスが式（１）及び式（２）を満たすことを特徴とする。

【0018】

【数2】

【発明の効果】

【0019】

本発明の溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法によれば、溶銑の脱りん処理の際に、従来は転炉容器での脱りん処理で使用が困難であったダストなどの微粒な固体酸素源をスラグの表面あるいはスラグ中に直接供給することで、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、溶銑とスラグのりん分配を増加させて脱りん能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の固体酸素源の供給方法が行われる転炉型の溶銑処理容器を示す模式図である。

【図2】パラメータ（Ｘ）と粉体供給歩留（Ｒ）との関係を示した図である。

【図3】シミュレーションに用いた解析条件及び物性条件を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の「溶銑の脱りん処理における固体酸素源の供給方法」の実施形態を、図を参照して説明する。
一般的に、高炉から出銑した溶銑Ｍには、りん、硫黄などの不純物が含まれている。このような溶銑Mに対しては、転炉での脱炭の前にりんや硫黄などの不純物を除去する溶銑予備処理が行われる。次に、溶銑予備処理された溶銑Ｍに対して、転炉で脱炭を行った後、さらに、最終成分調整のために二次精錬が行われる。このようにして、溶銑予備処理〜二次精錬を通して成分調整することで所望とされる成分の鋼が製造されている。

【0022】

図１に示すように、上述した溶銑Ｍの処理工程のうち、溶銑予備処理で行われる脱りん処理は、溶銑処理容器１に脱りん剤として、生石灰、酸化鉄（焼結鉱、ミルスケール、鉄鉱石等）を炉頂から供給すると共に精錬用の上吹きランスを用いて酸素源を溶銑Ｍに吹き込み、吹き込まれた酸素源でりんやシリコンなどの不純物を酸化させてスラグに移行させ、そのスラグと一緒にりんを排出することで脱りんを行う構成となっている。また、反応効率を高めるために、図のように上吹きランスとは異なるランスを装入し、そこから搬送用ガスと共に微細な固体酸素源や石灰を投入することがある。

【0023】

なお、以降では、上述した転炉型の溶銑処理容器１に装入される上吹きランスを第１ランス３と呼び、また上吹きランスとは異なるランスを第２ランス４という。第１ランス３からは気体酸素（酸素ガス）が供給され、第２ランス４からは固体酸素源（酸化鉄など）が搬送用ガスと一緒に供給されている。
次に、本発明の溶銑の脱りん処理で用いられる溶銑処理容器１、第１ランス３についてまず説明する。

【0024】

上述した転炉型の溶銑処理容器１は、上方に向かって開口した有底の容器であり、溶銑の高温に耐えられるように耐火物などを用いて形成されている。本実施形態の転炉型の溶銑処理容器１（脱りん反応容器）は、一見すると洋ナシのような外観形状を有しており、胴体部５の径よりも炉口６の径が小さくなるような形状とされている。この転炉型の溶銑処理容器１の内部には、りんを不純物として含む溶銑が６０〜３３０ｔｏｎ装入可能とされている。また、上方へ開口した溶銑処理容器１の炉口６には、上述した第１ランス３及び第２ランス４が上方から下方に向かって挿し込み状態で取り付けられている。なお、図示は省略するが、溶銑処理容器１の底部には、容器内の溶銑Ｍに対して不活性ガスなどを供給する羽口が形成されており、本実施形態の溶銑処理容器１は上底吹き式となっている。

【0025】

第１ランス３は、溶銑処理容器１の炉口６を上方から下方に向かって貫通するように取り付けられた管状の部材であり、溶銑処理容器１内に垂下状に配備されている。第１ランス３の内部には気体酸素（酸素ガス）を流通可能な流路が形成されており、気体酸素を溶銑処理容器１の外部から内部に運ぶことができるようになっている。第１ランス３の下端にはノズル７が設けられており、内部の流路を通って運ばれてきた気体酸素を溶銑Ｍに向かって吹き付けることができるようになっている。

【0026】

このような第１ランス３を用いて吹き込み操業を行う際には「スピッティング」と呼ばれる微小な溶鉄Ｍの飛散の発生が問題となる場合がある。「スピッティング」が発生すると、飛び散った溶銑Ｍが上吹きランスや炉内耐火物に付着して、鉄分歩留の低下や操業トラブルを引き起こす可能性がある。そのため、第１ランス３から吹き付けられる気体酸素の勢いを弱めて「スピッティング」の発生を防止できるように、溶銑湯面に対するガスジェットの衝突面積を大きくすると共に、溶銑湯面の単位面積当たりのガスの運動エネルギーが小さくなるように、上述した第１ランス３には鉛直方向に対して傾角を備えた多孔ノズルが用いられている（「鉄鋼便覧 第５版 製銑・製鋼」 第２７４頁〜第２７５頁、樋口ら 「転炉用低スピッティングランスの開発」まてりあ ２００３年 ４２巻 ３号 ２２７頁〜２２９頁、あるいは特願平３−９０９１５号公報等を参照）。また、第１ランス３のノズル７には、超音速のガスジェットを得るために、絞りを設けたラバールノズルを用いても良い。なお、本実施形態の第１ランス３には、鉛直方向に対して１０°〜２０°の傾角となるように形成されると共にノズル孔が３個〜７個のノズル７が用いられている。

【0027】

上述した多孔ランスを備えた第１ランス３から溶銑Ｍ内に気体酸素を吹き付けると、吹き付けられた気体酸素により溶銑Ｍの湯面のスラグが湯面の外縁側に偏り、湯面の中央側にスラグがなく裸湯が露出する「火点Ｓ」が形成される。そして、火点Ｓの周囲のスラグでは、次のような反応が起こって溶銑Ｍの脱りんが行われる。
すなわち、第1ランス３から溶銑M内に吹き付けられた気体酸素の酸素ガスと溶銑中のFeが反応するか、上方より投入した固体酸素源が溶解してスラグ中にFeOが形成される。そして、形成されたＦｅＯが溶銑中のＰと次の式（３）で示す反応式に従って反応して、溶銑中のりん（Ｐ）がりん酸化物に変化する。このようにして形成されたりん酸化物をスラグと一緒に排滓することで、溶銑Ｍ中のりんが取り除かれる。

【0028】

【数3】

【0029】

なお、上述した式（３）の反応は低温ほど反応が進みやすく、温度が高い火点Ｓでは反応が進みにくい。また、裸湯が露出する火点にはスラグがないため、脱りん反応も起こらず、むしろ脱炭が進みやすい傾向がある。このため、脱りん効率を高めるためには、後述するように火点Ｓよりもスラグに固体酸素源を投入する方が有利となる。
さらに、脱りん処理の初期段階では溶銑中の珪素（Ｓｉ）の酸化による脱珪反応が優先して起こるため、本発明の固体酸素源の供給方法は脱珪反応を含めた広い意味での脱りん反応を対象とする。つまり、本発明の固体酸素源の供給方法は、脱珪反応が主となるような脱りん処理の初期段階に固体酸素源を供給する場合も含むものとなっている。

【0030】

ところで、生産性を考えて脱りんの効率をさらに高める、言い換えれば上述した式（３）で示される脱りん反応をさらに促進するには、式（３）の左側に示される「Ｏ」の濃度（ＦｅＯ_Ｘの濃度）を高位に保つことが必要となる。この「Ｏ」の濃度を高位に保つとは、固体酸素源をスラグに供給してスラグ中の酸素ポテンシャルを高めることに他ならない。そこで、まず上述した第１ランス３を用いて、言い換えれば１本の上吹きランスを用いて気体酸素と固体酸素源との双方を溶銑Ｍに供給する手段が考えられる。

【0031】

しかしながら、１本の上吹きランスから気体酸素と固体酸素源との双方を溶銑Ｍに供給しようとすると、固体酸素源は酸素ガスとは異なりすでに酸化鉄の状態となっているため、第１ランス３の気体酸素とは異なり、火点Ｓではなくスラグに供給しなくてはならない。そのため、固体酸素源を流通させる配管を曲げたり、搬送用ガスの流速を大きくせざるを得ず、固体酸素源による配管摩耗といった設備上のトラブルを招く可能性が高くなる。

【0032】

そこで、本発明の脱りん方法では、鉄鉱石やミルスケール、焼結鉱などの固体酸素源を溶銑処理容器の炉口６上部から第２ランス４を用いて投入している。
また、固体酸素源には、集塵ダストのような微細なものも含まれるので、集塵ガス流れとともに炉外に排出されることを抑制できるように、上述した第２ランス４は第１ランス３とは異なる位置に設けられるのが好ましい。

【0033】

そこで、本発明の溶銑の脱りん方法では、以降に示すような位置に、第１ランス３とは独立に第２ランス４を配備し、この第２ランス４から微細な固体酸素源を供給して、溶銑の脱りん処理を効率的に行っている。
次に、本発明の脱りん装置の特徴である第２ランス４と、この第２ランス４から供給される固体酸素源について説明する。

【0034】

第２ランス４は、第１ランス３と同様に、溶銑処理容器１の炉口６を上方から下方に向かって貫通するように取り付けられた管状の部材であり、溶銑処理容器１内に垂下状に配備されている。第２ランス４の内部にも固体酸素源と搬送用ガスを流通可能な流路が形成されており、これらを溶銑処理容器１の外部から内部に運ぶことができるようになっている。第２ランス４の下端にはノズル７が設けられており、内部の流路を通って運ばれてきた固体酸素源を搬送用ガスの勢いを利用して溶銑に向かって吹き付けることができるようになっている。

【0035】

第２ランス４により供給される固体酸素源は、酸化鉄の微細な粒子であり、平均粒子径が１μｍ〜１５０μｍとなるようなものである。また、固体酸素源と共に第２ランス４により供給される搬送ガスには、固体酸素源と反応して酸素爆裂を起こさないように窒素やアルゴンなど、酸素や空気以外のガスが用いられる。なお、本実施形態の搬送用ガスには、窒素ガスが用いられている。

【0036】

ところで、上述した第２ランス４は、微細な固体酸素源でもスラグに確実に吹き込むことができるように、第２ランス４の取り付け位置に以降の式（１）に示すような特徴を備えている。また、第２ランス４から吹き付けられる搬送用ガスの流量Ｑ_２と第２ランス４のノズル径ｄとの間には、微細な固体酸素源であっても、確実にスラグに吹き込むことができるように、以降の式（２）に示すような特徴がある。

【0037】

すなわち、第２ランス４が取り付けられる位置は第１ランス３の側方であり、第２ランス４は第１ランス３から水平方向に距離ｓ（ｍ）をあけて配備されている。そして、溶銑処理容器１の炉口６の径をＤとしたとき、次の式（１）を満たすように第２ランス４を配備するのが好ましい。

【0038】

【数4】

【0039】

また、第２ランス４の設置高さ、言い換えれば溶銑処理容器１の静止湯面から第２ランス４の下端（のノズル吐出部）までの距離をｈ_２（ｍ）、第２ランス４のノズル径をｒ（ｍ）、第２ランス４からの搬送用ガスの流量をＱ_２（Ｎｍ^３／ｓ）とした場合に、次の式（２）を満たすように第２ランス４を配備するのが好ましい。

【0040】

【数5】

【0041】

なお、この式（２）に用いられるｈ_２（ｍ）は、脱りん処理前にマイクロ波を溶銑Ｍの湯面に照射させて高さを測定し、マイクロ波による測定値から設定することができる。
上述した式（１）や式（２）の関係は、次のような考え方から導かれる。
すなわち、第１ランス３からは、傾角がついた多孔のノズル７から酸素ガスがジェットとなって噴出しており、ガスジェットが広がりながら溶銑面に吹付けられている。そのため、第２ランス４の設置位置が第１ランス３に近すぎる場合、言い換えれば間隔ｓが小さすぎる場合、第２ランス４から噴出された固体酸素源が、第１ランス３から噴出された気体酸素に巻き込まれ、固体酸素源が気体酸素と同じ火点Ｓに供給されるようになってしまう。このようになると、固体酸素源がスラグがない火点Ｓに供給されるため、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に維持することが困難になる。そこで、固体酸素源が気体酸素の噴流に巻き込まれないように、第２ランス４は第１ランス３から少なくとも１．０ｍは離している（間隔ｓの下限を１．０ｍとしている）。

【0042】

なお、この場合の間隔ｓは、第１ランス３の軸心と第２ランス４の軸心との間の距離であり、それぞれのランスの軸間距離である。
また、上述した式（１）の関係はノズル７の孔数や角度に影響を殆ど受けない。つまり、通常使用されている範囲内でノズル７の孔数や角度が変化しても、第１ランス３からの間隔ｓが１．０ｍより大きくなるような位置に第２ランス４を設ける限りは、固体酸素源が火点Ｓに噴射される問題は起きないことを出願人は確認している。

【0043】

一方、間隔ｓが大きくなるほど第２ランス４が第１ランス３から遠い位置に設けられるため、間隔ｓが大きくなるほど火点Ｓに固体酸素源が供給される心配もなくなる。ただ、一般的に第１ランス３は炉口６の中央に設けられることが多いので、炉口６の半径Ｄ／２よりも間隔ｓが大きくなることはない。それゆえ、間隔ｓの上限はＤ／２となり、間隔ｓはＤ／２未満の値となる。

【0044】

なお、上述した式（１）を満足する位置に第２ランス４を設置すれば、固体酸素源を火点Ｓ外に投射することはできる。しかし、第２ランス４の取り付け位置が高い場合や吹き付け流量が小さい場合には、溶銑Ｍの湯面に到達するまでの間に固体酸素源の速度も減速されてしまい、炉内のガス流れに乗って炉外に排出される可能も高くなる。そこで、本発明の脱りん方法では、上述した式（１）に加えて、式（２）の条件を設けている。

【0045】

すなわち、この式（２）の条件は、第２ランス４から吹き付けられる搬送用ガスの流量が、溶銑Ｍの浴面に到達した際でもゼロとならないような許容できる最低の流量となるような吹き付け流量に設定するものとなっている。言い換えれば、この「許容できる最低の流量」とは０．２５Ｎｍ^３／ｓであり、式（２）の条件はこの流量が溶銑Ｍの浴面近傍で確保できる設定とされている。つまり、噴流の理論によれば、噴流の流速は進行距離に反比例して減速し、ノズル７の孔径に比例する。また、第２ランス４の出口での流速は、上述した流量Ｑ_２（Ｎｍ^３／ｓ）をノズル７の孔面積（=πd²/4)で除したものとなる。

【0046】

それゆえ、ノズル７の設置高さｈ_２を進行距離として、ノズル７の設置高さｈ_２及びノズル孔径dに反比例し、ガス流量に比例すると考えると、上述した式（２）の左辺に示すようなパラメータＸが得られる。
実際に、このパラメータＸと、スラグに供給される粉体の粒子との関係を求めると、パラメータＸが０．０８以上となる場合に、固体酸素源の粉体がスラグに供給される歩留ま、つまり後述する粉体供給歩留が良好になることを出願人は確認している。このことから、微細な固体酸素源（固体酸素源の粉体）をスラグに供給するためには、固体酸素源が溶銑Ｍの湯面近傍でも一定以上の慣性力を発揮するように、パラメータＸを０．０８以上とするのが良いと判断される。

【0047】

なお、さらに詳しくは、上記した式（２）の導出は、以下に述べる考え方に従うものである。
まず、粉体供給の歩留は、ノズル７の径が大きい程、ダストの吹付け面積が大きくなり、歩留が向上すると考えられる。また、スラグ面に到達したときのダスト粒子の速度（ガス流速とほぼ同等である）が大きいほどスラグ面に多く供給されると考えられる。

【0048】

そこで、ノズル７の断面積とスラグ面近傍の最大ガス流速の積に比例すると考え、以下のパラメータＸを定義した。

【0049】

【数6】

【0050】

ここで、dはノズル径、u(+0.1m)はスラグ面から0.1m上の最大ガス流速を示す。0.1m上としたのは、スラグ面上ではガス流速はゼロであり、近すぎるとスラグ面に衝突したガス流れの影響を受けるため、ノズル７からのガス流速を代表しないことになる。そこでスラグ面からある程度離れた距離のガス流速で代表させた。
本パラメータとの粉体供給歩留には相関があり、パラメータＸが大きくなるほど粉体供給歩留が大きくなった。ただし、u(+0.1m)は把握し難いパラメータであるので、本願出願人は、ガス流量Ｑ_２・ランス孔径dの関数で表すことを試みた。その結果、数々のシミュレーションなどを通じ、次式を導き出した。

【0051】

【数7】

【0052】

なお、u0は、第２ランス４の出口におけるガス流速で、Ｑ_２と第２ランス４の孔径dから、

【0053】

【数8】

【0054】

で求められる。
これらを代入して整理すると、パラメータＸは次式で表される。

【0055】

【数9】

【0056】

上述した固体酸素源の供給方法によれば、溶銑Ｍの脱りん処理の際に、従来は転炉容器での脱りん処理で使用することが困難であったダストなどの微粒な固体酸素源をスラグの表面あるいはスラグ中に直接供給することが可能となり、スラグ中の酸素ポテンシャルを高位に保つことができ、また溶銑Ｍとスラグのりん分配を増加させて脱りん能を向上させることも可能となる。

【実施例】

【0057】

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、２５０ｔの容積を有する転炉型の溶銑処理容器１において、以降に示すような位置に第１ランス３及び第２ランス４を配備して脱りん処理を行った場合に、「火点内投射率：Ｘ」や「粉体供給歩留：Ｒ」がどのように変化するかをシミュレーションにより解析したものである。

【0058】

なお、この転炉型の溶銑処理容器１は、静止湯面が位置している部分の容器径が５．１ｍ、炉口６の直径が２．５ｍとされている。この溶銑処理容器１に対して、第１ランス３を静止湯面から高さ（ｈ_１）が３．４ｍの位置に配備し、第２ランス４を静止湯面からの高さ（ｈ_２）が０．５ｍ〜２．０ｍとなるように配備した。また、第１ランス３と第２ランス４との間隔（ｓ）は０．５ｍ〜１．２５ｍの範囲で変化させた。

【0059】

また、上述した第１ランス３からは、初期の温度が２９８．１５Ｋの酸素ガスを、流量２００Ｎｍ^３／ｍｉｎ〜３００Ｎｍ^３／ｍｉｎで供給している。また、第２ランス４からは、初期の温度が２９８．１５Ｋの窒素ガスを、搬送用ガスとして流量０．１２Ｎｍ^３／ｍｉｎで供給している。なお、第２ランス４の下端には、孔径５０ｍｍのノズル孔を一つ備えたストレートノズル（ノズル７）が取り付けられていて、このストレートノズルから溶銑Ｍに固体酸素源を吹き付けることができるようになっている。

【0060】

上述したような溶銑処理容器１、第１ランス３、及び第２ランス４を用い、図３に示すような解析条件及び物性条件に従った脱りん処理のシミュレーションを行って、パラメータＸ及び「粉体供給歩留：Ｒ」を求めている。
なお、この「粉体供給歩留：Ｒ（供給歩留Ｒということもある）」は、計算によって溶銑面の位置に達することがわかった粒子を、すべて溶銑Ｍもしくはスラグに捕捉されたものと考えて、式（４）に示すようにその粒子数を全投射粒子数で除した値である。

【0061】

【数10】

【0062】

パラメータＸ及び「粉体供給歩留：Ｒ」の計測結果を、表１及び図２に示す。

【0063】

【表1】

【0064】

図２に示すように、パラメータＸに対する供給歩留Ｒをまとめると、パラメータＸの値が大きくなるにつれて供給歩留Ｒも大きくなるような正の相関が得られることがわかる。また、第２ランス４の設置高さを０．５ｍ〜２．０ｍと変化させた場合、どの設置高さのデータも同じ変化傾向を示し、それぞれのデータを結んだ変化曲線が図２のグラフ上のほぼ同じ場所を通る。このことから上述したパラメータＸに対する供給歩留Ｒの変化傾向は、第２ランス４の設置高さに拘わらず同じものであると判断される。

【0065】

そして、図２に示す供給歩留Ｒ、つまり第２ランス４から供給されたすべての固体酸素源の粉体のうち、少なくとも半分以上（５０％以上）がスラグに達する条件を考えると、図２のグレーで示された領域、つまりパラメータＸを０．０８以上とすればよいことがわかる。このことから固体酸素源をスラグに確実に投射するためには、式（２）に示すようにパラメータＸ≧０．０８とするのが良いと判断される。

【0066】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、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値を採用している。

【符号の説明】

【0067】

１ 溶銑処理容器
３ 第１ランス
４ 第２ランス
５ 胴体部
６ 炉口
７ ノズル
Ｍ 溶銑
Ｓ 火点

【図1】

【図2】

【図3】