JP2003172584A - 粉体吹込み装置および精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉体の流速を高め、この粉体を効率よく吹き
込むことができる粉体吹込み装置を提供する。 【解決手段】 粉体を供給する粉体供給管３の外周側
に、粉体の燃焼を促進する支燃性流体を供給する支燃性
流体供給管４が設けられ、粉体供給管３と支燃性流体供
給管４の先端部に、これら供給管３、４の隙間の支燃性
流体流路１２が先端方向に向けて徐々に広くなるように
形成されたテーパ部３ａ、４ａが設けられ、これら供給
管３、４のテーパ部３ａ、４ａより基端側に、前記隙間
が比較的狭いスロート部７が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属などの液
体中に、コークス、廃棄物燃料等の粉体を、酸素、酸素
富化空気等の流体とともに吹き込む装置および精錬方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中に粉体を気体や液体等の流体とと
もに吹き込む装置(以下、ランスと称する)は、様々な生
産プロセスに用いられている。特に、電気炉製鋼プロセ
スでは、溶融金属内にコークス等の粉状固体燃料（粉
体）を、酸素とともに吹込み、燃焼させ、この燃焼エネ
ルギーを溶融金属に着熱させることで、電力原単位を削
減している。また、精錬プロセスにおいても、溶融金属
内に粉状のフラックスを吹込み、冶金反応促進・反応効
率の向上が図られている。これらのプロセスを効率的に
行うためには、溶融金属内に粉体を深く浸入させる必要
があり、そのためには粉体を高速で吹き込む必要があ
る。従来、溶融金属内に粉体を吹き込む装置としては、
非水冷型、および水冷型のランスが用いられている。こ
れらの装置は、高温の溶融金属や溶融スラグ中にランス
を浸せきさせて、直接、溶融金属内に粉体を吹き込むこ
とができる。しかし、非水冷型ランスの場合には、ラン
ス自体が溶損するため、これを頻繁に交換する必要があ
り、水冷型ランスの場合は、ノズル閉塞防止のため、頻
繁にメンテナンスを行う必要がある。このため、いずれ
のランスにおいても、作業性に問題があった。

【０００３】一方、特許文献１、２には、ランスを高温
の溶融金属や溶融スラグに浸せきすることなく、溶融金
属から離れた位置から、超高速気体噴流を利用して粉体
を搬送し噴出させることによって、粉体を高速で溶融金
属等に吹き込むことができる装置が開示されている。こ
れらの装置では、ランスを溶融金属や溶融スラグに浸せ
きする必要がないために、ノズルのメンテナンスにかか
るコストや作業性を大幅に改善できる。しかし、特許文
献３に記載された装置の場合には、粉体を気体噴流に混
合させる位置が超高速噴流の噴出口から離れているた
め、混合位置において噴流自体が減速しており、また、
気体噴流に対し、流れ方向が異なる粉体流を合流させる
ため、噴流に乱れが生じて噴流が大幅に減速してしま
う。このため、粉体流の高速化が困難である。また、特
許文献４で開示された装置の場合には、気体噴流と粉体
流とがほぼ同一方向で吹き込まれるため、噴流の乱れは
少なくなるものの、この場合も、粉体と気体噴流との混
合位置がノズルから離れているため、減速し始めた噴流
に対して粉体を混合することとなり、粉体速度の高速化
が困難であった。

【０００４】また、非特許文献１や特許文献５に記載さ
れているようなランスも提案されている。これらに開示
された装置は、あらかじめ酸素に粉体を混合するか、ま
たは別系統で供給された酸素と粉体をスロート部直前で
混合し、その混合流をラバールノズルから噴出させるこ
とができるようになっている。この装置では、高速の酸
素噴流と粉体が混合された状態でラバールノズルから噴
出されるために、噴流および粉体の高速化が可能であ
る。この装置では、スロート部手前で高速の酸素噴流に
粉体を混合するため、特にスロート部の摩耗が激しい。
このため、ノズルが変形しやすく、超音速の噴流を噴出
しにくくなることがあった。また、純酸素等の高濃度酸
素富化流体を搬送流体として用いる場合には、可燃性粉
体の搬送はできなかった。この他に、特許文献６でもラ
ンスが提案されている。このランスは、粉体供給管の外
周に酸素供給管を配置し、ノズル出口まで酸素と粉体を
別系統で供給するものである。この装置によれば、粉体
供給によるノズル摩耗を防ぐことができる。

【０００５】

【特許文献１】米国特許第５，７８８，９２１号

【０００６】

【特許文献２】特開昭５６−５９１４号公報

【０００７】

【特許文献３】米国特許第５，７８８，９２１号

【０００８】

【特許文献４】特開昭５６−５９１４号公報

【０００９】

【非特許文献１】土井襄（編）、転炉製鋼法、日刊工業
新聞社、ｐ．１９２

【００１０】

【特許文献５】特開平８−８１７１２号公報

【００１１】

【特許文献６】特開平７−２１６４３０号公報

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このノズルは
高速の酸素噴流が、粉体流路を囲む円環状に形成される
ため、粉体の飛散防止に効果的であるものの、粉体と酸
素の混合位置がノズルから離れており、前述のように粉
体流の高速化が困難であった。また、粉体を高速の酸素
噴流出口近傍に供給することができる装置も提案されて
いるが、中心の粉体流を酸素噴流管の方向へ曲げるため
のノズルが必要となり、粉体がこのノズルへ衝突し、ノ
ズルが劣化する問題があった。

【００１３】また、鉄鋼精錬プロセスにおいては、高炉
などで製造した溶鉄（例えば溶銑や、溶銑を脱炭して得
られた溶鋼）に酸素を供給する酸化精錬が行われてい
る。この際、種々の副原料が添加されることがある。例
えば溶湯の昇温や鉄スクラップの溶解などには炭材など
の熱補償材が用いられる。不純物除去にはＣａＯなどの
精錬材が用いられる。最終製品の材料特性上必要とされ
る成分の添加には合金類が用いられる。還元処理を行う
際には鉄鉱石、マンガン鉱石などが用いられる。溶鉄に
副原料を添加する方法としては、上方から添加する方法
と、浴中に添加する方法があるが、上方添加の場合には
溶解性や投入効率などの問題があり、浴中添加の場合に
は設備的に添加が難しくなることがあった。近年では、
粉体化した副原料を酸素ランスを用いて上方から添加す
ることが行われている。この方法では、直径数ｍｍ以下
の細かい粒子の添加が可能となるため、副原料の溶解
性、反応性を高めることができる。また装置を浴中に浸
漬させる必要がないため設備的問題も解消される。しか
し、粉体の吹込みの際には、吹込み速度が不足し、粉体
が飛散したり、浴中での粉体の混合が不十分となる問題
があった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、粉体の流速を高め、この粉体を効率よく液体に吹き
込むことができる装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の粉体吹込み装置
は、液体中に粉体を吹き込む装置であって、粉体を供給
する粉体供給管の外周側に、支燃性流体を供給する支燃
性流体供給管が設けられた多重管構造のノズルを有し、
これら供給管の隙間が支燃性流体流路とされ、粉体供給
管と支燃性流体供給管の先端部には、支燃性流体流路が
先端方向に向けて徐々に広くなるように形成されたテー
パ部が設けられ、これらテーパ部より基端側に、前記隙
間が比較的狭いスロート部が形成されていることを特徴
とする。供給管中心軸に対するテーパ部の傾斜角度は、
４〜１１°が好ましく、更には５〜１０°が好ましい。
スロート部における支燃性流体流路の断面積Ａ1と、供
給管の先端における支燃性流体流路の断面積Ａ2との比
率（Ａ2／Ａ1）は、次式で表される範囲内であることが
好ましい。

【数２】 本発明の粉体吹込み装置では、支燃性流体供給管の外周
側に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられ、
これら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、燃料流体供
給管が、粉体供給管からの粉体流あるいは支燃性流体供
給管からの支燃性流体流の周囲に、燃料流体を噴出させ
ることができるように構成することができる。本発明の
粉体吹込み装置は、支燃性流体供給管に、燃料流体流路
から支燃性流体供給管内部に燃料流体を導く燃料流体噴
出部が形成され、供給管中心軸に対する燃料流体噴出部
の傾斜角度θ3が、５〜９０°である構成とすることが
できる。本発明の粉体吹込み装置は、燃料流体噴出部よ
り先端側の支燃性流体供給管の内面に、周方向に沿う溝
が形成されている構成とすることができる。本発明の粉
体吹込み装置では、支燃性流体供給管の燃料流体噴出部
より先端側に、ほぼ一定の内径を有する直胴部が形成さ
れている構成とすることができる。

【００１５】本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法
は、粉体吹込み装置を用いて、酸素を含む支燃性流体と
粉体とを、燃料流体とともに冷鉄源に向けて噴出させる
ことによって、冷鉄源を溶解し、精錬する炉の操業方法
であって、冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落
ちした後の精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流
体供給量を設定することを特徴とする。本発明の冷鉄源
の溶解・精錬炉の操業方法では、上記粉体吹込み装置を
用いることができる。本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の
操業方法は、脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付加、
スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのうち１
種以上を対象とすることができる。精錬にあたっては、
固体炭素源、炭化水素源、石灰源、マグネシウム源、ア
ルミニウム源、鉄鉱石、マンガン鉱石、合金のうち１種
以上を溶鉄に添加することができる。支燃性流体として
は、純酸素ガス、工業用酸素ガス、空気のうち１種また
は２種以上を用いることができる。

【００１６】本発明の精錬方法は、粉体吹込み装置を用
いて、粉体を供給するとともに、この粉体流の周囲から
粉体を巻き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体
および支燃性流体を溶鉄に向けて噴出させることによっ
て、この溶鉄を精錬することを特徴とする。支燃性流体
を噴出させる際の支燃性流体の初速は音速以上、好まし
くはマッハ数Ｍ≧１．１０とするのが好ましい。本発明
の精錬方法では、支燃性流体の周囲に燃料流体を噴出さ
せ、この燃料流体を燃焼しつつ噴出させるのが好まし
い。本発明の精錬方法では、上記粉体吹込み装置を用い
ることができる。本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱
硫、脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、
還元処理、脱ガスのうち１種以上を対象とすることがで
きる。精錬にあたっては、固体炭素源、炭化水素源、石
灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱石、マン
ガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加することが
できる。支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用酸素
ガス、空気のうち１種または２種以上を用いることがで
きる。本発明の精錬方法では、精錬の際に発生する排ガ
スから顕熱または潜熱を回収することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の粉体吹込み装置
の第１の実施形態の要部を示す概略構成図である。図１
に示す粉体吹込み装置（以下、ランスと称する）１は、
溶融金属などの液体中に、コークス、廃棄物燃料等の粉
体を吹き込むノズル２を備えている。ここに示すノズル
２は、コークスや廃棄物燃料等の粉体を空気等の搬送流
体とともに供給する粉体供給管３の外周側に、粉体の燃
焼を促進する支燃性流体を供給する支燃性流体供給管４
が設けられ、その外周側に、燃料流体を供給する燃料流
体供給管５が設けられ、さらにその外周側に、管状の水
冷ジャケット６が設けられている。このノズル２は、内
周側から外周側にかけて供給管３〜５および水冷ジャケ
ット６が設けられた４重管構造となっている。

【００１８】粉体供給管３は、コークス、廃棄物燃料等
の粉体と、粉体搬送用の搬送流体とを含む混合体を、内
部に流通させることができるようになっている。粉体供
給管３の先端部の外周には、粉体供給管テーパ部３ａが
形成されている。粉体供給管テーパ部３ａは、粉体供給
管３の外径が先端方向に向けて徐々に小さくなるように
形成されている。粉体供給管３の中心軸方向に対する粉
体供給管テーパ部３ａの傾斜角度θ１は、４°≦θ1≦
１１°（好ましくは５°≦θ1≦１０°）となるように
設定するのが好ましい。なお、図１には、直管状の粉体
供給管３を例示したが、粉体供給管は、圧力損失が少な
く粉体を安定に供給可能であれば、形状は特に限定され
ない。

【００１９】支燃性流体供給管４は、酸素等の支燃性流
体を、供給管３、４の隙間（供給管３の外面と供給管４
の内面との間。以下、支燃性流体流路１２と称する）に
流通させることができるようになっている。支燃性流体
供給管４の先端部の内周には、支燃性流体供給管テーパ
部４ａが形成されている。支燃性流体供給管テーパ部４
ａは、支燃性流体供給管４の内径が先端方向に向けて徐
々に大きくなるように形成されている。供給管３、４に
形成されたテーパ部３ａ、４ａによって、支燃性流体流
路１２は、供給管３、４の先端方向に向けて徐々に広く
なっている。支燃性流体供給管テーパ部４ａの中心軸方
向に対する傾斜角度θ２は、４°≦θ２≦１１°（好ま
しくは５°≦θ２≦１０°）となるように設定するのが
好ましい。

【００２０】供給管３、４のテーパ部３ａ、４ａの傾斜
角度θ1、θ2は、上記範囲（４〜１１°、好ましくは５
〜１０°）とすることによって、支燃性流体流路１２
で、支燃性流体を適度に膨張させ、高速の支燃性流体の
流れ（超音速流）を得ることができるようになる。この
ため、粉体供給管３内の気圧を先端付近において低くす
ることができ、粉体供給管３内の粉体の流速を高くする
ことができる。さらに、高速の支燃性流体により粉体を
搬送することができるため、粉体流速をいっそう高める
ことができる。傾斜角度θ1、θ2が上記範囲未満である
と、支燃性流体の膨張が不十分となるため、支燃性流体
の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。また傾
斜角度θ1、θ2が上記範囲を越えると、噴出する支燃性
流体が過度に膨張するため、ノズル出口で支燃性流体の
速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。テーパ部
４ａの傾斜角度θ２は、粉体供給管３のテーパ部３ａの
傾斜角度θ１にほぼ等しくなるように設定するのが好ま
しい。すなわち、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２との差
は、１°以下であることが好ましい。この差がこの範囲
を越えると、支燃性流体の流れに乱れが生じ、粉体の流
速が不十分となる。

【００２１】支燃性流体供給管テーパ部４ａの基端側に
は、このテーパ部４ａに隣接して、細径部４ｂが形成さ
れている。細径部４ｂの内径は、テーパ部４ａの最小内
径とほぼ同じか、やや小さくなるように形成するのが好
ましい。細径部４ｂの基端側には、この細径部４ｂより
も内径が大きい太径部４ｃが形成されている。このた
め、細径部４ｂにおける支燃性流体流路１２（以下、ス
ロート部７と称する）は、供給管４の他の部分における
支燃性流体流路１２に比べて狭くなっている。スロート
部７の断面積Ａ１とし、供給管３、４の先端３ｂ、４ｄ
における支燃性流体流路１２の断面積をＡ２とすると、
これら断面積Ａ１、Ａ２の比率（Ａ２／Ａ１）は、次に
示す式（１）で表される範囲にあることが好ましい。

【００２２】

【数３】

【００２３】この断面積比Ａ２／Ａ１が上記範囲未満で
あると、支燃性流体の膨張が不十分となるため、支燃性
流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。ま
た断面積比Ａ２／Ａ１が上記範囲を越えると、噴出する
支燃性流体が過度に膨張するため、ノズル出口で支燃性
流体の速度が低くなり、粉体の流速が不十分となる。な
おノズル外部の圧力とは、このノズル２がおかれた雰囲
気の圧力をいう。例えばノズル２が大気圧下におかれて
いる場合には、ノズル外部の圧力は大気圧となる。

【００２４】スロート部７の内径（細径部４ｂの内径）
は、次のようにして設定するのが好ましい。一般に、ラ
バールノズルのスロート部の断面積ＡＬ１は、式(2)よ
り求めた値で設計されている。

【００２５】

【数４】

【００２６】支燃性流体供給管４のスロート部７におけ
る内径ｄ1（細径部４ｂにおける内径）は、スロート部
７の断面積Ａ1が、上記式（２）によって求められた断
面積ＡL1に等しくなるように設定するのが好ましい。支
燃性流体供給管４の先端４ｄの内径（出口径）ｄ2は、
上記断面積比Ａ2／Ａ1が、ラバールノズルにおける断面
積比ＡL2／ＡL1（支燃性流体流路の出口断面積（ノズル
先端における断面積）ＡL2とスロート部断面積ＡL1の比
率) （式(3)に示す）に対し、式(4)に示す関係を満たす
ように決めるのが好ましい。

【００２７】

【数５】

【００２８】（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／ＡL1）の１倍未満
である場合には、支燃性流体の膨張が不十分となり、支
燃性流体の速度が低くなり、粉体の噴出速度が低下す
る。（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／ＡL1）の３．０倍を越える
場合には、噴出する支燃性流体が過度に膨張するため、
ノズル出口で支燃性流体の速度が低くなり、粉体の噴出
速度が低下する。これに対し、（Ａ2／Ａ1）が（ＡL2／
ＡL1）の１〜３．０倍である場合には、支燃性流体は若
干過膨張となり、高速で流れるようになる（超音速状態
になる）。また支燃性流体流路１２内の気圧が負圧にな
りやすくなるため、燃料流体を使用していない時に、支
燃性流体が燃料流体の流路に流入することによる逆火の
危険性を回避できるという利点もある。

【００２９】支燃性流体供給管４の先端部には、燃料流
体を供給管４の内部に導く燃料流体噴出部８が設けられ
ている。燃料流体噴出部８は、粉体供給管３から噴出さ
れる粉体流の周囲に、燃料流体を噴出させることができ
るように構成するのが好ましい。燃料流体を粉体流の周
囲に噴出させるために、燃料流体噴出部８を、供給管４
の周方向にわたって連続的なスリット状に形成し、燃料
流体が粉体流を囲むように噴出できるようにする構成を
採用できる。また燃料流体を粉体流の周囲に噴出させる
ようにするため、燃料流体噴出部８を、供給管４の周方
向にわたって断続的に形成した孔部としてもよい。

【００３０】燃料流体噴出部８は、供給管４の外側から
内側に向けて先端方向に傾斜して形成されており、供給
管４の中心軸方向に対する噴出部８の傾斜角度（供給管
４の中心軸に対する噴出部８の中心軸の傾斜角度）θ３
は、５°以上９０°以下とするのが好ましい。特に、燃
料流体が気体である場合には、傾斜角度θ３は、５°以
上６０°以下とするのが好ましい。傾斜角度θ３が上記
範囲未満であると、燃料流体と支燃性流体の混合が不十
分になり、火炎が不安定となりやすくなる。傾斜角度θ
３が上記範囲を越えると、燃料流体噴出部８から噴出す
る燃料流体が供給管４内の支燃性流体の流れを妨げ、支
燃性流体の速度を低下させるため、粉体供給管３からの
粉体の噴出速度が不十分となる。

【００３１】燃料流体供給管５は、ＬＮＧ（液化天然ガ
ス）等の燃料流体を、供給管４、５の隙間（以下、燃料
流体流路１３と称する）に流通させることができるよう
になっている。燃料流体供給管５の先端と、支燃性流体
供給管４の先端との間には、これら供給管４、５間を閉
止する閉止壁部９が設けられており、燃料流体の全量
が、燃料流体流路１３から燃料流体噴出部８を通して噴
出することができるようになっている。

【００３２】水冷ジャケット６は、その内部に冷却水を
流通させることができるようになっており、この冷却水
の流通によって、供給管３〜５の内部温度を調節するこ
とができるようになっている。

【００３３】次に、上記ノズル２を備えたランス１の使
用方法について説明する。コークスや廃棄物燃料等の粉
体と搬送流体とを含む混合体を粉体供給管３内に供給
し、先端側から噴出させる。搬送流体としては、窒素、
空気、酸素、酸素富化空気などを用いることができる。
同時に、支燃性流体を、支燃性流体流路１２（供給管
３、４の隙間）に供給し、先端側から噴出させる。支燃
性流体としては、酸素を含むもの（空気、酸素、酸素富
化空気）が用いられる。

【００３４】上述のように、粉体供給管３外周および支
燃性流体供給管４内周には、それぞれテーパ部３ａ、４
ａが形成されているため、支燃性流体流路１２は、先端
方向に向けて徐々に広くなっている。このため、支燃性
流体流路１２で、支燃性流体を適度に膨張させ、高速の
支燃性流体を得ることができる。よって、粉体供給管３
内の圧力を先端付近において十分に低くすることがで
き、粉体供給管３内の粉体の流速を高くすることができ
る。さらに、高速の支燃性流体により粉体を搬送するこ
とができるため、粉体流速をさらに高めることができ
る。

【００３５】また同時に、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の
燃料流体を、燃料流体流路１３（供給管４、５の隙間）
に供給し、燃料流体噴出部８を通して供給管４内に噴出
させ、燃焼させる。これによって、支燃性流体と燃料流
体との混合流体が燃焼しつつ粉体とともに噴出する。

【００３６】これによって、粉体流の周囲に流れる流体
を高速化し、この流体の流れによって搬送される粉体の
流速をさらに高めることができる。さらには、粉体が径
方向に拡散するのを防ぐことができる。従って、粉体を
効率よく溶融金属等に吹き込むことが可能となる。ま
た、粉体を、スロート部７を通さずに供給することがで
きるため、スロート部７における摩耗を未然に防ぐこと
ができる。さらに、粉体および支燃性流体をそれぞれ別
系統から、すなわち供給管３、４から供給することがで
きるため、これらが混合する際の流体流速の低下を最小
限に抑えることができる。

【００３７】なお、燃料流体としては、ＬＮＧのほか、
ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ／Ｈ２混合
ガスが使用できる。また、重油、灯油などの液体燃料を
用いることもできる。

【００３８】次に、本発明のランスの第２の実施形態
を、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態のラ
ンス２１のノズル２２を示すもので、このノズル２２
は、支燃性流体供給管４のテーパ部４ａの先端側に、ほ
ぼ一定の内径を有する管状の直胴部２３が設けられてい
る。直胴部２３は、テーパ部４ａの先端における供給管
４の内径とほぼ等しい内径を有する。直胴部２３の内面
には、周方向に沿って溝２４が形成されている。溝２４
は、燃料流体の燃焼炎を安定化させるためのもので、直
胴部２３の全周にわたって形成されている。

【００３９】次に、このノズル２２を備えたランス２１
を使用する方法について説明する。粉体と搬送流体とを
含む混合体を粉体供給管３内に供給し、先端側から噴出
させるとともに、支燃性流体を、支燃性流体流路１２に
供給し、先端側から噴出させる。同時に、燃料流体を燃
料流体流路１３に供給し、燃料流体噴出部８を通して供
給管４内に噴出させ、燃焼させる。

【００４０】本実施形態のランス２１では、供給管４の
先端に、ほぼ一定の内径を有する直胴部２３が設けられ
ているので、噴出する燃料流体が径方向に拡散するのを
防ぎ、燃料流体の燃焼炎を安定化することができる。ま
た、直胴部２３に、溝２４が設けられているので、燃料
流体噴出部８から噴出した燃料流体が溝２４内で循環流
を形成する。このため、支燃性流体供給管４内の支燃性
流体の流速が高い場合でも、溝２４内の燃料流体の燃焼
が支燃性流体の流れに妨げられることがない。よって、
燃料流体の燃焼炎を安定に維持することができる。従っ
て、粉体の流れをいっそう高速化することができる。

【００４１】なお、本発明における流体とは、気体状
態、液体状態、および気体中にミスト状の液体が含まれ
る状態の流体を含む。

【００４２】次に、本発明の冷鉄源の溶解・精錬炉の操
業方法について説明する。固体原料（冷鉄源）を溶解さ
せるには、電気炉を用いて、固体原料を炉内へ装入し、
アーク加熱により溶解させる。炉内には供給熱の不足に
よりコールドスポットが生じることがあるため、本発明
の操業方法では、バーナ・ランスを、コールドスポット
を加熱できるように設置することができる。電気炉溶解
では、主に固体原料を溶解させる工程（溶解工程）と、
それが溶落ちし液体状態となった液状物（溶鋼など）を
昇温、精錬する工程とがある。

【００４３】本発明の操業方法では、粉体吹込み装置を
用いて、酸素を含む支燃性流体と燃料流体との混合流体
を燃焼させつつ冷鉄源に向けて噴出させることによっ
て、冷鉄源を溶解し、精錬する。粉体吹込み装置を用い
て固体原料（冷鉄源）を溶解するに際しては、固体原料
が溶解する工程と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程
において、それぞれの工程に適した条件となるように、
独立的に燃料流体供給量を設定する。本発明の粉体吹込
み装置は、支燃性流体と燃料流体の混合流体を、火炎と
ともに高速で噴出させることができるため、優れた溶断
能力を有する。溶解工程においては、固体原料を溶断し
つつ加熱することができるため、加熱効率を高めること
ができる。このため、燃料への着熱効率を高め、より多
くの燃料を燃焼させ、電力原単位を低減することができ
る。

【００４４】一方、溶落ち以降の精錬工程では、炉内
は、底部に溶鋼やスラグなどがあり、その上方は空間部
となるため、多量の燃料を供給したとしても、その着熱
効率は低くなる。このため、流体流速が減衰するのを抑
止する効果が得られる範囲で最小限の燃料を供給するこ
とによって、炉壁から浴に向けて効率よく支燃性流体
（酸素）を吹き込み、脱炭反応やスラグフォーミングを
促進させる。

【００４５】溶解工程では、酸素比が１≦酸素比＜３を
満たすようにするのが好ましい。これによって、固体原
料の溶断、溶解を促すとともに、炉内で発生する一酸化
炭素などの可燃成分を燃焼させることができる。なお酸
素比とは、燃料流体の完全燃焼に必要な酸素量に対して
供給する酸素量の比をいう。溶落ち以降の精錬工程で
は、燃料流体供給量を大幅に低く、好ましくは酸素比が
３以上となるようにし、支燃性流体（酸素）を高速で吹
き込むことによって、脱炭反応およびスラグフォーミン
グを促進しつつ、固体原料を溶解させることができる。

【００４６】このように、固体原料が溶解する溶解工程
と、固体原料が溶落ちした後の精錬工程において、独立
的に燃料流体供給量を設定する方法によれば、燃料流量
のみを調整するという単純な方法によって、各工程の効
率化を図ることができる。さらには、溶落ち以降の精錬
工程において、コークスなどの炭素源や廃プラスチック
などの廃棄物からなる粉体を、固体原料に高速で吹き込
むことができる。また、この粉体を原料中で燃焼させ、
原料を効率的に加熱することができる。

【００４７】次に、本発明の精錬方法について説明す
る。本発明の精錬方法は、粉体吹込み装置を用いて、粉
体を供給するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻
き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体および支
燃性流体を溶鉄に向けて噴出させることによって、この
溶鉄を精錬する方法である。粉体は、搬送気体によって
搬送することによって供給することができる。

【００４８】一般に、高炉から出銑された溶銑は、溶銑
鍋などの搬送用器に受銑され、脱珪、脱燐、脱硫などの
予備処理が施された後に、転炉に装入され、必要に応じ
て予備処理された後、脱炭される。脱炭された溶鋼は、
溶鋼鍋などの搬送容器により搬送され、二次精錬工程に
供される。本発明の精錬方法は、溶鉄（溶銑や溶鋼）を
受容する容器、例えば転炉、溶融還元炉、脱炭炉、二次
精錬炉などの精錬炉において実施することができる。本
発明の精錬方法は、高炉鍋、混銑車（トピードカー）、
装入用の鍋などの輸送用容器において実施することもで
きる。上記容器は、支燃性流体の排ガスを処理する処理
装置を有するものであることが好ましい。

【００４９】以下、本発明の精錬方法を転炉内の溶鉄に
対して適用した例を説明する。一般に、転炉に装入され
た溶銑は、ランスからの酸素供給（送酸）によって脱炭
され、溶鋼として次工程に供される。この際、スラグや
溶鋼の成分調整を目的として、精錬剤（ＣａＯ、ドロマ
イトなど）、鉱石類（鉄鉱石、マンガン鉱石など）、合
金類などが添加される。また、鉄スクラップの溶解、昇
温などを行う際には、十分な熱量が必要となる。またマ
ンガン鉱石などの鉱石類を用いて還元処理を行う際に
は、十分な還元熱が必要である。このため、溶鉄中の炭
素などの量が十分でない場合には、酸素の供給が十分で
あっても熱補償が必要となり、コークス、土壌黒鉛、石
炭などの炭材が添加される。

【００５０】副原料としては、コークス、石炭などの固
体炭素源：プラスチックなどの炭化水素源：ＣａＯ、Ｃ
ａＣＯ３等を含む石灰源：ＭｇＯ、ＭｇＣＯ３等を含む
マグネシウム源：Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３等を含むアルミニウ
ム源：鉄鉱石：マンガン鉱石：合金のうち１種以上を挙
げることができる。固体炭素源、炭化水素源、アルミニ
ウム源は、燃料源として作用する。上記副原料は、通
常、上方から自然落下させることによって添加される。
副原料は、溶解性、反応性を高めるため、粒径の小さい
粉体とすることが好ましいが、酸素を供給する場合には
排ガスによって粉体が飛散しやすくなる。このため、粒
径数十ｍｍ以上のものが使用されるが、溶解性、反応性
は損なわれる。

【００５１】本発明では、粉体吹込み装置を用いて、粉
体を供給するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻
き込むように支燃性流体を供給し、これら粉体および支
燃性流体を溶鉄に向けて噴出させる。粉体吹込み装置と
しては、図１に示すものを使用できる。また、単独の装
置で粉体吹込みと支燃性流体供給とを行ってもよいし、
粉体吹込み用の装置と支燃性流体供給用の装置を使用し
てもよい。本発明では、支燃性流体の周囲に燃料流体を
噴出させ、この燃料流体を燃焼しつつ噴出させることが
できる。

【００５２】本発明では、粉体流の周囲から粉体を巻き
込むように支燃性流体を供給するので、支燃性流体によ
って粉体を高速化することができる。このため、粉体を
浴中または浴面近くに吹き込むことができる。従って、
粉体の溶解性、反応性を高めることができる。

【００５３】支燃性流体を噴出させる際の支燃性流体の
初速は音速以上、好ましくはマッハ数Ｍ≧１．１０とす
るのが好ましい。この初速がこの範囲未満であると、粉
体の速度が不十分となる。粉体および支燃性流体が高速
となると、浴中への進入深さが大きくなるが、支燃性流
体が炉底に達すると、炉が劣化することがあるため、粉
体および支燃性流体の速度は、これらが炉底に達しない
程度に調整するのが好ましい。

【００５４】本発明の精錬方法は、脱珪、脱燐、脱硫、
脱炭、昇温、熱付加、スクラップ溶解、合金溶解、還元
処理、脱ガスのうち１種以上に適用することができる。
熱付加は、鉄源や合金源添加時の熱補償のために行われ
る。還元処理は、鉄鉱石、マンガン鉱石などを用いて行
われる。精錬の際に用いる精錬剤は、精錬の目的に応じ
て選択使用すればよい。例えば、脱珪や脱燐では、酸素
との反応で生成する珪酸や燐酸をスラグとして安定化す
る必要があるため、安定化効果のある石灰源などを精錬
剤として用いるのが好ましい。石灰源は、ＣａＯとＣａ
ＣＯ３のうち少なくとも一方を主成分とするものを用い
ると、迅速に溶融、スラグ化させることができるため好
ましい。

【００５５】本発明の精錬方法では、粉体を高速で添加
することができるため、粉体の粒径が小さい場合（例え
ば粒径数百μｍ以下）である場合でも、飛散等を防ぎ、
効率よく粉体吹込みが可能である。副原料の添加量は、
精錬処理量、要求される精錬度、許容される精錬時間な
どの条件によって設定することができる。

【００５６】また、鉱石を還元処理する際には、鉄鉱
石、マンガン鉱石、その他の鉱石に対し、媒溶剤（石灰
など）、コークス、石炭などが還元剤や熱付加用の燃料
源として添加されることがある。本発明では、これらを
高速で添加することができるため、還元速度や還元効率
を高めることができる。また、鉱石の還元時やスクラッ
プ溶解時の降温の補償や、単なる浴の昇温のために、燃
料源を効率的に燃焼し、発生した熱を効果的に着熱させ
ることが可能である。

【００５７】固体炭素源、炭化水素源、アルミニウム源
などを燃料源として用いる場合には、これらを粉体とし
て高速で添加することができるため、これらを浴の深部
まで供給し、燃焼効率を高めることができる。粉体の粒
度、粉体と支燃性流体の比などを調整することによっ
て、燃焼効率を調整することができる。粉体と支燃性流
体との比については、酸素比（空気比）を増減すること
によって調整することができる。この際、溶鉄中の被酸
化物（炭素、珪素など）の量や、目的とする燃焼状態を
考慮して粉体と支燃性流体との比を定めることができ
る。

【００５８】支燃性流体としては、純酸素ガス、工業用
酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いること
ができる。支燃性流体は、気体状態に限らず、液体状
態、および気体中にミスト状の液体が含まれる状態の気
液混合体であってもよい。粉体を搬送する搬送流体とし
ては、アルゴンなどの不活性ガス、窒素ガス、一酸化炭
素ガスが使用可能である。また、配管内での燃焼などの
問題がない限り、支燃性流体を用いることもできる。ま
た、燃料に関しては、ＬＰＧ、ＬＮＧなどの炭化水素系
ガスのほか、製鉄所内で回収される高炉ガス、転炉ガス
なども使用できる。また、本発明では、精錬の際に発生
する排ガスから、熱交換器などを用いて顕熱または潜熱
を回収することができる。

【００５９】本発明の精錬方法では、支燃性流体を高速
化することができるため、従来より浴の深部まで支燃性
流体を吹き込むことができ、精錬効率を高めることがで
きる。

【００６０】

【実施例】（実施例１)図１に示す構成のノズル２を有
するランス１を作製した。装置仕様を表１に示す。表
中、ノズル広がり角とは、テーパ部３ａ、４ａの傾斜角
度θ1、θ2を意味する。また噴流とは粉体流を指す。

【００６１】（比較例１）ラバールノズルを有するラン
スを作製した。装置仕様を表１に併せて示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】ピトー管を用いて、粉体を供給しない状態
で実施例１および比較例１における噴流特性を調べた。
噴流速度の評価には、下記の式（５）を用いた。

【００６４】

【数６】

【００６５】結果を図３に示す。図３において、横軸は
ノズル先端から供給管中心軸方向の距離を示し、縦軸は
噴流速度を示す。図３より、実施例１のランスでは、粉
体供給管３を設けているが、断面積比Ａ _２／Ａ_１を適切
な値にすることによって、ラバールノズルを有する比較
例１のランスとほぼ同等の噴流速度を得ることができた
ことがわかる。

【００６６】式（５）中のＫＭ値は噴流の速度減衰係数
であり、噴流のポテンシャルコアの長さを示す。ポテン
シャルコアとは、噴流の初期流速および初期濃度（粉体
濃度）が維持されている領域を指し、ＫＭ値が大きいほ
ど噴流性能が高いことを意味する。

【００６７】ＫＭ値の解析結果を図４に示す。図４にお
いて、横軸はＬx／ｄ０を示し、縦軸は、Ｍｘ／Ｍｏを
示す。図４より、実施例１のＫＭ値は、比較例１のＫＭ
値にほぼ等しく、実施例１のランス１では、ラバールノ
ズルを備えた比較例１と同等の噴流性能が得られたこと
がわかる。

【００６８】表１に示した実施例において、断面積比
（Ａ2／Ａ1）を２．１９とし、ノズル広がり角（テーパ
部３ａ、４ａの傾斜角度θ1、θ2）０〜１２°とした装
置を用いてＫＭ値を求めた。表１に示した実施例におい
て、ノズル広がり角を８°とし、断面積比（Ａ2／Ａ1）
を０．５〜４とした装置を用いてＫＭ値を求めた。ＫＭ
値をノズル形状因子で整理した結果を図５および図６に
示す。図５は、ノズル広がり角とＫＭ値との関係を示す
グラフである。図５より、ノズル広がり角を４〜１１°
（好ましくは５〜１０°）とすることによって、高いＫ
Ｍ値が得られたことがわかる。図６は、比較例１の断面
積比（ＡL2／ＡL1）に対する、実施例１の断面積比（Ａ
2／Ａ1）の比率と、ＫＭ値との関係を示すグラフであ
る。図６より、断面積比（ＡL2／ＡL1）に対する断面積
比（Ａ2／Ａ1）の比率を、１〜３．０とすることによっ
て、高いＫＭ値が得られたことがわかる。

【００６９】（実施例２）図２に示す構成のノズル２２
を有するランス２１を作製した。装置仕様を表２に示
す。

【００７０】（比較例２）特開昭56-5914号公報で開示
された形状のノズル(マルチジェットノズル)を有するラ
ンスを作製した。このノズルを図７に示す。このノズル
は、中心に形成された粉体流路３３の外周側に、３つの
一次支燃性流体流通孔３４が形成され、その外周側に複
数の燃料流体流通孔３５が形成され、その外周側に複数
の二次支燃性流体流通孔３６が形成され、その外周側に
水冷ジャケット３７が設けられている。装置仕様を表２
に併せて示す。表中、スロート部とは、流通孔３４内の
スロート部３４ａを指す。スロート部断面積、スロート
部径、出口断面積は１つの流通孔あたりの値を示す。装
置仕様を表２に併せて示す。

【００７１】

【表２】

【００７２】上記実施例２および比較例２のランスを用
いて粉体噴出試験を行った。また、実施例２のランスを
用い、燃料流体を用いずに粉体噴出試験を行った。結果
を図８に示す。

【００７３】図８において、横軸はノズル先端から中心
軸方向の距離を示し、縦軸は粉体速度を示す。なお、粉
体速度の計測には、レーザードップラー法を用いた。

【００７４】図８に示すように、実施例２では、比較例
２に比べ、粉体速度を大幅に高速化することができたこ
とがわかる。また、燃料流体を用いた場合には、粉体速
度をさらに高めることができたことがわかる。また燃料
流体を用いた場合には、燃料流体を用いない場合に比
べ、粉体速度が減衰しにくかったことがわかる。

【００７５】（実施例３）３５０ｋｇスケールの誘導溶
解炉にて、温度１５００℃、炭素濃度［Ｃ］が２．５重
量％となるように溶鉄２００ｋｇを溶製した。図１に示
す構成の粉体吹込み装置１を、溶鉄の浴面から高さ３５
０ｍｍの位置に配置し、粉体および支燃性流体を溶鉄に
向けて５分間にわたって噴出させた。粉体としては、粒
径５００μｍ以下のコークス粉体を用いた。添加速度は
１５ｋｇ／ｈｒとした。支燃性流体としては酸素を使用
した。また、攪拌のため、炉底のポーラスノズルよりＡ
ｒガスを炉内に供給した。供給速度は３Ｎｍ^３／ｈｒと
した。装置仕様および試験結果を表３に示す。

【００７６】（実施例４）燃料としてＬＰＧを供給する
こと以外は実施例３と同様にして試験を行った。装置仕
様および試験結果を表３に示す。

【００７７】（比較例３）図７に示す装置を用いて試験
を行った。装置仕様および試験結果を表３に示す。

【００７８】（比較例４）単孔型（支燃性流体噴出孔が
１つのもの）の装置を用いて試験を行った。装置仕様お
よび試験結果を表３に示す。

【００７９】

【表３】

【００８０】（実施例５）本発明を溶銑脱燐に適用し
た。燐濃度が０．０８〜０．０８５重量％の５トンの溶
銑を小型転炉に装入し、上方から粉体および純酸素ガス
を供給し脱燐した。なお、装入前溶銑のその他の成分は
［Ｃ］が４．３〜４．４重量％、［Ｓｉ］が０．０８〜
０．１０重量％であった。温度は１２８５〜１２９０℃
であった。粉体としては０．３〜１．５ｍｍ径（平均粒
径１ｍｍ）の石灰を、溶銑トン当たり８ｋｇ用いた。粉
体吹込み装置としては、実施例１で用いたものと同様の
ものを用い、上記石灰粉を毎時５ｋｇで８分間添加し
た。搬送流体としては純窒素ガス（毎分４５Ｎｍ^３）を
用いた。純酸素ガスは、石灰添加期間を通じ、毎時４０
０Ｎｍ^３で添加した。試験結果を表４に示す。

【００８１】（比較例５）粉体吹込み装置を使用せず、
袋詰めした５ｋｇの石灰粉を３０秒ごとに８回に分けて
投入した。純酸素ガスの供給条件は実施例５と同様とし
た。試験結果を表４に示す。

【００８２】（比較例６）比較例４で使用した単孔型の
装置を用い、実施例５と同様の石灰を純酸素ガスととも
に供給した。純酸素ガスの供給条件は実施例５と同様と
した。単孔型装置としては、ラバールノズルを有し、出
口径が１４．９ｍｍのものを用いた。処理後溶銑の成分
は［Ｃ］が３．８〜３．９重量％、［Ｓｉ］が０．０１
％以下であった。温度は、１３１０〜１３２０℃であっ
た。試験結果を表４に示す。なお、表中、Ｐ分配とは、
スラグ中の燐の量に対するメタル中の燐の量の比率を示
すものである。

【００８３】

【表４】

【００８４】表４より、実施例では、脱燐効率を高く
し、溶銑中の燐濃度を低くすることができたことがわか
る。また、Ｐ分配の値より、投入した石灰の脱燐効率を
高めることができたことがわかる。

【００８５】（実施例６〜１０）本発明を溶銑のスクラ
ップ溶解に適用した。３トンの溶銑を小型転炉に装入
し、上方から粉体および純酸素ガスを供給した。なお、
装入前溶銑の成分は、［Ｃ］が４．７〜４．８重量％、
［Ｓｉ］が０．０５重量％であった。温度は１２３０〜
１２４０℃であった。粉体としては０．３〜１．５ｍｍ
径（平均粒径１ｍｍ）のプラスチック、石灰、またはコ
ークスを用い、使用量は溶銑トンあたり４０ｋｇとし
た。粉体吹込み装置としては、実施例４で用いたものを
使用した。試験開始から毎分０．５Ｎｍ^３の純窒素ガス
を搬送流体として、上記毎時４ｋｇの粉体を添加した。
純酸素ガスは、毎分４００Ｎｍ^３添加し、同時に燃料と
してＬＰＧ（毎時１０．９Ｎｍ^３）を供給した。３０分
間で溶解できたスクラップ量を測定した。試験結果を表
５に示す。

【００８６】（比較例６〜９）比較例６、７では、粉体
吹込み装置を使用せず、石灰またはコークスを炉上部の
シューターから投入し、ランスを用いて純酸素のみを供
給した。比較例８、９では、比較例４で用いた装置を用
いた。３０分間で溶解できたスクラップ量を測定した。
試験結果を表５に示す。

【００８７】

【表５】

【００８８】表５より、実施例では、スクラップの溶解
量を増加できることがわかった。これは、粉体を効率よ
く添加できたことに加え、酸素ガスを溶銑に対し効率的
に添加できたため、粉体の燃焼による発生熱を有効に浴
に着熱できたためであると考えられる。

【００８９】（実施例１１、１２）本発明を溶銑の昇温
に適用した。５トンの溶銑を小型の転炉に装入し、上方
から粉体および純酸素ガスを供給した。なお、装入前の
溶銑の［Ｃ］は４．０〜４．１重量％であり、温度は１
２６０〜１２７０℃であった。粉体としては０．３〜
１．５ｍｍ径（平均粒径１ｍｍ）のプラスチック、石
灰、またはコークスを用い、使用量は溶銑トンあたり８
ｋｇとした。粉体吹込み装置としては、実施例４で用い
たものを使用した。試験開始から毎時０．５Ｎｍ^３の純
窒素ガスを搬送流体として、上記毎分５．３ｋｇの粉体
を添加した。純酸素ガスは、毎分４００Ｎｍ^３添加し
た。８分間の処理を行った際の試験結果を表６に示す。
なお、表中には、溶銑の［Ｃ］の低下による昇温差を差
し引き、燃料源添加による昇温分を計算で求め、補正昇
温量として示した。

【００９０】（比較例１０〜１３）比較例１０、１１で
は、粉体吹込み装置を使用せず、プラスチックを炉上部
のシューターから投入し、ランスを用いて純酸素のみを
供給した。比較例１２、１３では、比較例４で用いた装
置を用いた。８分間の処理を行った際の試験結果を表６
に示す。

【００９１】

【表６】

【００９２】表６より、実施例では、本発明では、昇温
量を増加できることがわかった。これは、粉体を効率よ
く添加できたことに加え、酸素ガスを溶銑に対し効率的
に添加できたため、粉体の燃焼による発生熱を有効に浴
に着熱できたためであると考えられる。

【００９３】上記実施例の結果より、本発明の粉体吹込
み装置によれば、粉体流速を高め、粉体を浴の深部まで
到達させ、燃焼や精錬反応を浴の深部において進行させ
ることができ、精錬効率を向上させることができること
がわかる。

【００９４】

【発明の効果】本発明の粉体吹込み装置では、粉体供給
管と支燃性流体供給管の先端部に、これら供給管の隙間
の支燃性流体流路が先端方向に向けて徐々に広くなるよ
うに形成されたテーパ部が設けられているので、支燃性
流体を適度に膨張させ、高速の支燃性流体の流れを得る
ことができる。よって、粉体供給管内の圧力を、先端付
近において十分に低くすることができ、粉体供給管内の
粉体の流速を高くすることができる。さらに、高速の支
燃性流体流により粉体を搬送することができるため、粉
体流速をさらに高めることができる。従って、粉体を効
率よく溶融金属等に吹き込むことが可能となる。

【００９５】また、支燃性流体供給管の外周側に、燃料
流体を供給する燃料流体供給管が設けられ、この燃料流
体供給管は、粉体供給管からの粉体流を囲むように、燃
料流体を噴出させることができる構成を採用することに
よって、粉体流を囲む流体の流れを高速化し、この流体
の流れによって搬送される粉体の流速をさらに高めるこ
とができる。さらには、粉体が径方向に拡散するのを防
ぐことができる。従って、粉体をいっそう効率よく溶融
金属等に吹き込むことが可能となる。

【００９６】支燃性流体供給管の先端部に、ほぼ一定の
内径を有する直胴部が形成された構成を採用することに
よって、噴出する燃料流体が径方向に拡散するのを防
ぎ、燃料流体の火炎を安定化することができる。また直
胴部の内面に、周方向に沿う溝が形成されている構成に
よって、燃料流体の火炎をさらに安定化し、流体の流れ
の乱れを防ぐことができる。従って、粉体の流れをいっ
そう高速化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の粉体吹込み装置の第１の実施形態を
示す断面図である。

【図２】 本発明の粉体吹込み装置の第２の実施形態を
示す断面図である。

【図３】 試験結果を示すグラフである。

【図４】 試験結果を示すグラフである。

【図５】 試験結果を示すグラフである。

【図６】 試験結果を示すグラフである。

【図７】 比較例２の粉体吹込み装置に用いられるノズ
ルの断面図である。

【図８】 試験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１、２１・・・ランス（粉体吹込み装置）、２・・・ノズル、
３・・・粉体供給管、４・・・支燃性流体供給管、５・・・燃料
流体供給管、７・・・スロート部、８・・・燃料流体噴出部、
１２・・・支燃性流体流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 宏行 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 小林 伸明 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 鷲見 郁宏 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 菊地 良輝 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA24 DA01 4K014 AA00 AA01 AA02 AA03 AB00 AB04 AB12 AB18 AB21 AC11 AC16 AD27 4K055 AA00 MA01 MA02 MA08 4K056 AA02 AA05 BB01 CA02 DA02

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体中に粉体を吹き込む装置であって、 粉体を供給する粉体供給管の外周側に、支燃性流体を供
   給する支燃性流体供給管が設けられた多重管構造のノズ
   ルを有し、これら供給管の隙間が支燃性流体流路とさ
   れ、 粉体供給管と支燃性流体供給管の先端部には、支燃性流
   体流路が先端方向に向けて徐々に広くなるように形成さ
   れたテーパ部が設けられ、これらテーパ部より基端側
   に、前記隙間が比較的狭いスロート部が形成されている
   ことを特徴とする粉体吹込み装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の粉体吹込み装置におい
   て、供給管中心軸に対するテーパ部の傾斜角度が、４〜
   １１°であることを特徴とする粉体吹込み装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の粉体吹込み装置
   において、スロート部における支燃性流体流路の断面積
   Ａ1と、供給管の先端における支燃性流体流路の断面積
   Ａ2との比率（Ａ2／Ａ1）が、次式で表される範囲内で
   あることを特徴とする粉体吹込み装置。 【数１】
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちいずれか１項記載の
   粉体吹込み装置において、支燃性流体供給管の外周側
   に、燃料流体を供給する燃料流体供給管が設けられ、こ
   れら供給管の隙間が燃料流体流路とされ、 燃料流体供給管は、粉体供給管からの粉体流あるいは支
   燃性流体供給管からの支燃性流体流の周囲に、燃料流体
   を噴出させることができるように構成されていることを
   特徴とする粉体吹込み装置。
5. 【請求項５】 請求項４項記載の粉体吹込み装置におい
   て、支燃性流体供給管に、燃料流体流路から支燃性流体
   供給管内部に燃料流体を導く燃料流体噴出部が形成さ
   れ、供給管中心軸に対する燃料流体噴出部の傾斜角度θ
   3が、５〜９０°であることを特徴とする粉体吹込み装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の粉体吹込み装置におい
   て、燃料流体噴出部より先端側の支燃性流体供給管の内
   面に、周方向に沿う溝が形成されていることを特徴とす
   る粉体吹込み装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の粉体吹込み装置
   において、支燃性流体供給管の燃料流体噴出部より先端
   側に、ほぼ一定の内径を有する直胴部が形成されている
   ことを特徴とする粉体吹込み装置。
8. 【請求項８】 粉体吹込み装置を用いて、酸素を含む支
   燃性流体と粉体とを、燃料流体とともに冷鉄源に向けて
   噴出させることによって、冷鉄源を溶解し、精錬する炉
   の操業方法であって、 冷鉄源が溶解する溶解工程と、冷鉄源が溶落ちした後の
   精錬工程とにおいて、それぞれ独立に燃料流体供給量を
   設定することを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬炉の操業
   方法。
9. 【請求項９】 請求項４〜７のうちいずれか１項記載の
   粉体吹込み装置を用いることを特徴とする請求項８記載
   の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。
10. 【請求項１０】 脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付
    加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのう
    ち１種以上を対象とすることを特徴とする請求項８また
    は９項記載の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。
11. 【請求項１１】 精錬にあたって、固体炭素源、炭化水
    素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱
    石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加す
    ることを特徴とする請求項８〜１０のうちいずれか１項
    記載の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。
12. 【請求項１２】 支燃性流体として、純酸素ガス、工業
    用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いるこ
    とを特徴とする請求項８〜１１のうちいずれか１項記載
    の冷鉄源の溶解・精錬炉の操業方法。
13. 【請求項１３】 粉体吹込み装置を用いて、粉体を供給
    するとともに、この粉体流の周囲から粉体を巻き込むよ
    うに支燃性流体を供給し、これら粉体および支燃性流体
    を溶鉄に向けて噴出させることによって、この溶鉄を精
    錬することを特徴とする精錬方法。
14. 【請求項１４】 支燃性流体を噴出させる際の支燃性流
    体の初速が音速以上であることを特徴とする請求項１３
    記載の精錬方法。
15. 【請求項１５】 支燃性流体の周囲に燃料流体を噴出さ
    せ、この燃料流体を燃焼しつつ噴出させることを特徴と
    する請求項１３または１４記載の精錬方法。
16. 【請求項１６】 請求項１〜７のうちいずれか１項記載
    の粉体吹込み装置を用いることを特徴とする請求項１３
    〜１５のうちいずれか１項記載の精錬方法。
17. 【請求項１７】 脱珪、脱燐、脱硫、脱炭、昇温、熱付
    加、スクラップ溶解、合金溶解、還元処理、脱ガスのう
    ち１種以上を対象とすることを特徴とする請求項１３〜
    １６のうちいずれか１項記載の精錬方法。
18. 【請求項１８】 精錬にあたって、固体炭素源、炭化水
    素源、石灰源、マグネシウム源、アルミニウム源、鉄鉱
    石、マンガン鉱石、合金のうち１種以上を溶鉄に添加す
    ることを特徴とする請求項１３〜１７のうちいずれか１
    項記載の精錬方法。
19. 【請求項１９】 支燃性流体として、純酸素ガス、工業
    用酸素ガス、空気のうち１種または２種以上を用いるこ
    とを特徴とする請求項１３〜１８のうちいずれか１項記
    載の精錬方法。
20. 【請求項２０】 精錬の際に発生する排ガスから顕熱ま
    たは潜熱を回収することを特徴とする請求項１３〜１９
    のうちいずれか１項記載の精錬方法。