説明

粉体吹込み方法及び装置

【課題】容器内の非対称な位置に吹込み位置を変化させることができ、もって攪拌効率、反応効率の向上効果を図れる粉体吹込み方法を提供する。
【解決手段】溶融金属の成分を調整するために粉体を容器3内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み方法において、ランス1を支持する台車2を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動させながら、ランス1の先端から容器3に貯蔵された溶融金属5にキャリアガスと共に粉体を吹き込む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶銑、溶鋼等の溶融金属の成分を調整するためにランスから容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込む粉体吹込み方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
製鉄所の精錬プロセスでは、溶銑、溶鋼等の溶融金属の成分を調整するため溶融金属を酸化鉄や石灰等の副原料と反応させている。これらの副原料はほとんどが粉体状であり、反応させるためにキャリアガスによる搬送及び吹込み(インジェクション法)を行っている。インジェクション法は高温物体への数少ない物質投入方法であり、あらゆる精錬プロセスで幅広く用いられている。
【0003】
例えば、溶銑から燐(P)成分を除去する脱燐工程においてもインジェクション法が多く採用されている。脱燐反応を実施する場合、脱燐にかかる時間は、脱燐剤の使用量やその反応効率に律速される。インジェクション法において、脱燐にかかる時間を短くし、生産量を得ようとする場合、従来においては大きく以下のような方法が知られている。
【0004】
(1)ランス先端の脱燐剤の吹込み速度を増加させる。
(2)ランスを含む脱燐剤の吹込み設備を増設し、二つ以上のランスから脱燐剤を吹き込む(特許文献1参照)。
(3)ランスを上下動させることによってランス先端の吹込み位置を上下に変更し、反応効率を上げる。
(4)鉛直方向を向くランスをピンを支点として垂直面内で旋回させ、ランス先端の吹込み位置を垂直面内で円弧運動させ、これにより反応効率を上げる(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平10−1706号公報
【特許文献2】特開昭61−284511号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記従来技術にはそれぞれ以下のような問題点がある。
【0007】
(1)一か所での吹込み速度増加は粉体の反応効率を悪くするので、速度増加に比例した効果を得にくい。また、圧力損失上キャリアガスの量も増加するので、溶銑のこぼれを誘発し、歩留まりが悪くなる可能性がある。
(2)脱燐剤吹込み設備が倍以上必要になり、イニシャル・ランニング両面でのコスト増となる。また、設置スペースとして物理的制約を受け易いという問題がある。仮に物理的に成立しても集塵フードの開口部が大きくなり、環境面への悪影響が生ずる。
(3)反応効率の向上が得られるかもしれない。しかし、ランスを上下動させても、混銑車の上から見たとき、混銑車の中心軸の線上に吹き込むことは変わらず、反応効率の向上効果は小さなものとなる。
(4)混銑車の上から見たとき、ランス先端の吹込み位置は、混銑車の中心軸の方向(X軸方向)にのみ、又は混銑車の中心軸と直交する方向(Y軸方向)にのみしか移動することができない。そのため、ランスの先端がどのように動いても、吹込み位置を混銑車のX軸及びY軸のいずれか一方のみに対してしか非対称に配置することができず、攪拌効率の向上効果が小さい。
【0008】
そこで、本発明は、容器内の非対称な位置に吹込み位置を変化させることができ、もって攪拌効率、反応効率の向上効果を図れる粉体吹込み方法及び装置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】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み方法において、ランスを支持する台車を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動させながら、ランスの先端から容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込む粉体吹込み方法である。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の粉体吹込み方法において、前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の粉体吹込み方法において、前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動することを特徴とする。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の粉体吹込み方法において、前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離bと前記混銑車の中央部の半径aとの比b/aが30%以上であることを特徴とする。
【0013】
請求項5に記載の発明は、溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み装置において、溶融金属を貯蔵する容器にキャリアガスと共に粉体を吹き込むランスと、前記ランスを支持する台車と、容器の上の床に配置される円弧形又は円形の軌道レールと、を備え、前記台車は、水平面内において前記軌道レールに沿って円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動可能であることを特徴とする粉体吹込み装置である。
【発明の効果】
【0014】
請求項1に記載の発明によれば、ランスの吹込み位置を水平面内において円弧状又は円の軌道に沿って移動させることが可能なので、容器の上から見て容器の中心軸(X軸)及び中心軸と直交する軸(Y軸)の両方に対して非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になる。このため、より高い攪拌効率を得ることができる。
【0015】
請求項2に記載の発明によれば、ランスの長さ方向の途中がランスの位置が変化しない旋回中心となる。ランスの旋回中心をランス投入口としての集塵フードの開口、又は溶融金属の受口としての容器の開口に配置することで、集塵フード又は容器の大幅な改造が不要になる。このため、安価に実施でき、かつ集塵効率を低下させることなく、攪拌効率を向上させることができる。
【0016】
請求項3に記載の発明によれば、混銑車内の水平面内の非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になる。
【0017】
請求項4に記載の発明によれば、混銑車半径に対するランスの吹込み位置の偏心量の割合を大きくすることで、攪拌効率を向上させることができる。
【0018】
請求項5に記載の発明によれば、ランスの吹込み位置を水平面内において円弧状又は円の軌道に沿って移動させることが可能なので、容器の上から見て容器の中心軸(X軸)及び中心軸と直交する軸(Y軸)の両方に対して非対称な位置に吹込み位置を配置することが可能になる。このため、より高い攪拌効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施形態の粉体吹込み装置が組み込まれた脱燐設備の全体概要図
【図2】上記脱燐設備の模式図(垂直断面図)
【図3】上記脱燐設備の模式図(平面図)
【図4】従来の吹込み方法におけるランス先端の吹込み位置の軌跡と、本実施形態におけるランス先端の吹込み位置の軌跡とを比較した図(図4(a)は従来の吹込み方法を示し、図4(b)は本実施形態の吹込み方法を示す)
【図5】吹込み位置の偏心量と攪拌効率との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における粉体吹込み装置を詳細に説明する。図1は本実施形態の粉体吹込み装置が組み込まれた脱燐設備の一例を示す。この例の脱燐設備は、製鉄所の高炉から出銑される溶銑をトピードカーと呼ばれる混銑車で受け、溶銑中の燐濃度を下げるために、混銑車の溶銑中にキャリアガスと共に粉体状の脱燐剤をインジェクションする。粉体吹込み装置は、インジェクション用配管であるランス1、及びランス1を支持する台車2を備える。
【0021】
図1において、3は混銑車、4は床、5は溶銑である。溶銑5を貯蔵する混銑車3の本体部7は、円筒状の中央部7a、及び中央部7aの両端部に設けられる一対の絞り部7bを備える。混銑車3の上部には、溶銑を出し入れするための受銑口3aが開けられる。混銑車3の本体部7は中心軸6の回りを回転可能に移動機構8に支持される。混銑車3は高炉から出銑された溶銑を受けた後、脱燐処理のために脱燐設備の床4の下方に移動する。脱燐処理後、混銑車3は溶銑を払い出す取鍋まで移動し、本体部7を中心軸6の回りに回転させて溶銑5を払い出す。
【0022】
脱燐設備の床4上には、円弧形の軌道レールが設置される。軌道レール上には円弧の軌道に沿って円周方向に移動可能に台車2が設けられる。台車2には棒状に細長く伸びるランス1が支持される。ランス1は、台車2の支持フレーム2aに傾動可能にかつ進退可能に支持される。ランス1の下端には、キャリアガス及び粉体を吹き込むノズル1aが設けられる。ランス1の上端にはホース9を介して脱燐剤10を貯蔵するディスペンサータンク13が接続される。
【0023】
混銑車3が脱燐設備の床4の下方に移動したら、台車2の支持フレーム2aは所定角度傾斜させたランス1を下降させ、ランス1を混銑車3の受銑口3aを介して炉底付近まで浸漬させる。その後、ランス1の上端に接続されるホース9よりキャリアガスと共にディスペンサータンク13中の脱燐剤10をランス1に供給し、ランス1のノズル1aからインジェクションする。インジェクションにより混銑車3内に溶銑の攪拌流が形成され、溶銑の攪拌が行われる。
【0024】
脱燐中の発塵は混銑車3の受銑口3a上をカバーする集塵フード11a,11bを介して集塵するようになっている。集塵フード11a,11bは、床4の下部に設けられる下部集塵フード11a、及び床の上部に設けられる上部集塵フード11bを備える。上部集塵フード11bには、集塵ダクトを介してバグフィルタ、排風機等が接続される。上部集塵フード11b(以下、単に集塵フード11bという)には、ランス1を投入できるように開口(ランス投入口14、図2参照)が開けられる。
【0025】
図2及び図3は、円弧軌道に沿って台車が往復運動移動する脱燐設備の模式図を示す。図2は混銑車3の中心軸6を含む脱燐設備の垂直断面図(図1の模式図)を示し、図3は床4の上から見た脱燐設備の平面図を示す。
【0026】
図2に示すように、ランス1は台車2に垂直方向に対して所定角度θだけ傾けた状態で支持される。ランス1と水平面との俯仰角度は50°〜80°(ランス1と垂直方向vとのなす角度θは10°〜40°)、望ましくは60°〜70°(ランス1と垂直方向vとのなす角度θは20°〜30°)に設定される。
【0027】
図3に示すように、床4の上には円弧形の軌道レール12a,12bが配置される。軌道レール12a,12bは、内側軌道レール12a、及び外側軌道レール12bを備える。軌道レール12a,12b上には台車2が円周方向に自走可能に配置される。自走式の台車2の駆動機構は、軌道レール12a,12b上を転がる車輪、車輪を回転させる電動機、電動機の回転を減速して車輪に伝える減速機を備える。駆動機構に関しては一定の速度で台車を旋回できれば特に制約は無く、シリンダー等を用いた構成でも実施可能である。なお、ランス1を支持する台車2が直接軌道レール12a,12b上を自走するようにしてもよいし、ランス1を支持する台車2が図示しない旋回台車の上に乗り、旋回台車が軌道レール12a,12b上を自走するようにしてもよい。
【0028】
円弧の軌道レール12a,12bの中心は上部集塵フード11bのランス投入口14である。このため、図3に示すように、床4の上から見て台車2はランス投入口14を中心にして矢印A方向に円周方向に移動する。ランス1はランス1の軸線方向の途中のランス投入口14を中心にして旋回し、ランス1の先端のノズルは矢印B方向に旋回する。これにより、ランス1の先端を混銑車3の中心軸6と垂直な方向に移動させながら脱燐処理を実行することができる。ランス1の先端の脱燐剤供給位置が混銑車3の中心軸6と垂直に動くことで、混銑車3内に非対称な流れを作り、もって、攪拌能力、反応効率を向上させることが可能になる。
【0029】
ここで、ランス1が混銑車3の受銑口3aを中心にして旋回するようにしてもよい。ただし、混銑車3の受銑口3aは集塵フード11bのランス投入口14よりも広いのが一般的であるから、ランス1の旋回中心を集塵フード11bのランス投入口14に配置すれば、ランス1が混銑車3の受銑口3aに干渉するのを防止できる。
【0030】
混銑車3の上から見て、混銑車3の中心軸6に対するランス先端の左右の回転角度θ1,θ2は、後述する偏心量が30%以上になるように、かつθ1=θ2になるように決定される。攪拌効果を向上させるためには、ランス先端の左右の回転角度θ1,θ2は、混銑車3との干渉を避ける範囲でできるだけ大きな角度が望ましい。
【0031】
ランス先端の回転速度は、10m/min以上かつ20m/min未満に設定される。これは、10m/min未満であると十分な攪拌効果が得られず、一方で20m/min以上であるとランス1に負担がかかり、折損等のトラブルを誘発するおそれがあるからである。
【0032】
図4(a)(b)は、従来の特許文献2に記載の吹込み方法におけるランス先端の吹込み位置の軌跡と、本実施形態におけるランス先端の吹込み位置の軌跡とを比較した図である。図4(a)(b)では、混銑車3の上から見た図が示されており、混銑車3の中央には受銑口3aが開口している。
【0033】
図4(a)に示すように、従来の吹込み方法においては、ランス先端の吹込み位置は混銑車3の中心に対して十字の方向に直線的にしか移動することができない。そのため、吹込み位置がどのように動いても、混銑車3の中心軸6であるX軸あるいはY軸のみでしか非対称な形を作ることができず、攪拌効率の向上効果が小さいものとなる。
【0034】
これに対して本実施形態によれば、ランス先端の吹込み位置が円弧状に動くことが可能であるから、平面的に吹込み位置を変更することが可能である。図4(b)に示すように、吹込み位置を混銑車3のX軸及びY軸の両方に対して非対称な位置に配置することが可能であるので、より高い攪拌効率を得ることができる。
【0035】
図5は、吹込み位置の偏心量と攪拌効率との関係を示す。図5のグラフの横軸の偏心割合は、混銑車3の中央部7aの半径aに対する吹込み位置の偏心量bの割合を表す。吹込み位置の偏心量bは、混銑車3の上から見たときの混銑車3の中心軸6から吹込み位置までの距離を表す。偏心量100%とは、吹込み位置の偏心量bと混銑車の半径aと等しくなることを意味する。縦軸の攪拌進行効率は、攪拌に要する時間に関する指標であり、攪拌進行効率が大きければ大きいほど攪拌効果が高いことを意味する。なお、図5のグラフでは、吹込み位置がY方向には偏心済みであることを前提としている。
【0036】
図5に示すように、偏心割合が20%を超えると、攪拌進行効率が偏心させていない場合に比べて1.1倍以上に上昇し、偏心割合が30%を超えると、1.2倍以上に上昇する。吹込み位置を偏心させればさせるほど、攪拌進行効率が上昇するのがわかる。ランス先端を円弧の軌道に沿って往復運動させたとき、ランス先端のストロークエンドでの偏心割合が30%を超えると、より攪拌効果を向上させることができる。
【0037】
さらに本実施形態によれば以下の効果を奏する。台車2等の主な稼動部が集塵フード11bのランス投入口14から離れており、既存の脱燐設備と同様にランス1部分のみがランス投入口14にあるので、故障リスクが少なく、容易に実施することが可能である。
【0038】
円弧運動を台車2にて実現させているため、場合によっては既存の昇降装置あるいは吹込み装置を容易に流用することができる。また、ランス1と台車2との相対的位置を変化させることで、容易にランス先端の吹込み位置の円弧運動の修正が可能である。
【0039】
設置する円弧状の軌道レール12a,12bにて円弧運動の中心を設定するので、集塵フード11bのランス投入口14の制約を受けず、ランス投入口14を最小で設計できる。また、改造の場合、既存のランス投入口14を流用できる可能性が高く、その結果、安価に実施でき、かつ集塵効率を維持することができる。
【0040】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。
【0041】
例えば、台車は床の上を円弧運動するのには限られることはなく、軌道レールを円形にし、台車が円運動するようにしてもよい。台車を円運動させることで、混銑車の全体に均等に脱燐剤が行き渡るようになるので、攪拌効果がさらに向上する。
【0042】
台車及びランスを二つ以上設け、二つ以上のランスから脱燐剤をインジェクションするようにしてもよい。
【0043】
本発明は混銑車における溶銑の脱燐処理だけでなく、脱珪、脱炭処理等のさまざま溶銑予備処理に適用することができる。また、溶銑だけでなく、溶鋼又は溶融合金の成分調整プロセスにも適用することができる。さらに、容器としては、混銑車の他に取鍋、転炉等の各種の反応容器を使用することができる。
【実施例1】
【0044】
混銑車を使用した脱燐設備に図1ないし図3に示す本実施形態の吹込み装置を組み込んだ。ランス1の俯仰角度を70°に設定し、集塵フード11bのランス投入口14からのランス1の装入量を4765mmとした。台車2を軌道レール12a,12bに沿って円周方向に円弧運動させたときの、ランス先端の回転半径はランス投入口14を中心として1734mmであった。このランス先端の回転半径はランス1の俯仰角度及び装入量によって変化した。回転角度は左右に19°(合計38°)であった。ランス先端の回転速度を11m/sに設定した。
【0045】
ランス先端からキャリガスと共に脱燐剤を吹き込み、ランス先端を旋回させながら脱燐処理を行ったところ、ランス先端の吹込み位置を混銑車3に対して常に非対称な位置にして脱燐処理を行うことができた。このため、攪拌が従来よりも改善され、脱燐効率が向上した。また、ランス投入口14の形状を変更することなく改造が可能であったため、安価に実施でき、かつ集塵効率を低下させることもなかった。さらに、脱燐処理の処理時間短縮や脱燐剤使用量低減等といった処理量増加及びコストダウンに寄与することもできた。
【符号の説明】
【0046】
1…ランス
1a…ノズル
2…台車
2a…支持フレーム
3…混銑車(容器)
4…床
5…溶銑(溶融金属)
6…混銑車の中心軸
7a…中央部
7b…絞り部
9…ホース
10…脱燐剤(粉体)
11a,11b…集塵フード
12a,12b…軌道レール
14…集塵フードのランス投入口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み方法において、
ランスを支持する台車を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動させながら、ランスの先端から容器に貯蔵された溶融金属にキャリアガスと共に粉体を吹き込む粉体吹込み方法。
【請求項2】
前記ランスは、側方から見たとき、前記台車に垂直方向に対して所定角度傾けた状態で支持され、
前記ランスは、上から見たとき、前記ランスの長さ方向の途中を中心にして旋回することを特徴とする請求項1に記載の粉体吹込み方法。
【請求項3】
前記容器は、円筒状の中央部、及び中央部の軸線方向の両端部の絞り部を有する混銑車であり、
前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の粉体吹込み方法。
【請求項4】
前記ランスの先端は、前記混銑車内を水平面内において円弧の軌道に沿って往復運動し、
前記混銑車の上から見たとき、前記混銑車の中心軸から往復運動する前記ランス先端のストロークエンドまでの距離bと前記混銑車の中央部の半径aとの比b/aが30%以上であることを特徴とする請求項3に記載の粉体吹込み方法。
【請求項5】
溶融金属の成分を調整するために粉体を容器内の溶融金属に吹き込む粉体吹込み装置において、
溶融金属を貯蔵する容器にキャリアガスと共に粉体を吹き込むランスと、
前記ランスを支持する台車と、
容器の上の床に配置される円弧形又は円形の軌道レールと、を備え、
前記台車は、水平面内において前記軌道レールに沿って円弧又は円の軌道に沿って円周方向に移動可能である粉体吹込み装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−104076(P2013−104076A)
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−247409(P2011−247409)
【出願日】平成23年11月11日(2011.11.11)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】