JP2000212621A

JP2000212621A - 攪拌用インペラ―

Info

Publication number: JP2000212621A
Application number: JP11008711A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Koseki; 常雄小関; Hironori Goto; 裕規後藤; Kunihiko Watanabe; 国彦渡邊; Keiji Hata; 啓二秦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸先端に取り付けた羽根を容器内の溶湯
に浸漬して回転することにより溶湯４と溶湯より低比重
の添加物５とを攪拌する攪拌用インペラーに関し、溶銑
を始めとする溶湯と低比重の添加物との混合を促進する
ことのできる攪拌用インペラーを提供する。【解決手段】回転軸３先端に取り付けたインペラー１
を容器６内の溶湯４に浸漬して回転することにより溶湯
を攪拌する攪拌用インペラーにおいて、回転中心に垂直
な断面内でインペラー表面の最も回転中心に近い部位の
回転中心からの距離（根元半径）が、インペラーの回転
軸側（上部根元半径１３）から先端側（下部根元半径１
４）に向かって増大してなることを特徴とする攪拌用イ
ンペラー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸先端に取り
付けた羽根を容器内の溶湯に浸漬して回転することによ
り溶湯と溶湯より低比重の添加物とを攪拌する攪拌用イ
ンペラーに関し、特に容器内の溶銑を攪拌して溶銑精錬
を行うための攪拌用インペラーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉から出銑された溶銑中には、Ｃ、Ｓ
ｉ、Ｐ、Ｓ等の不純物が含まれており、これら不純物を
精錬除去することによって所定の成分を有する溶鋼が製
造される。不純物のうち、Ｃは転炉精錬によって除去さ
れ、Ｓｉ、Ｐは転炉精錬あるいは転炉精錬前の溶銑精錬
によって、Ｓは主に溶銑精錬によって除去される。

【０００３】溶銑脱硫を例にとると、脱硫精錬剤として
カルシウムカーバイド、ソーダ灰等が用いられ、脱硫精
錬剤を容器内の溶銑に添加した後に気体吹き込み攪拌あ
るいは機械攪拌して精錬を促進させたり、あるいは溶銑
中に吹き込む気体とともに脱硫精錬剤を添加して精錬を
行う方法が知られている。

【０００４】容器内の溶銑を機械的に攪拌して脱硫精錬
を行う方法においては、容器内の溶銑に脱硫精錬剤を添
加するとともに、回転軸先端に回転羽根を取り付けたイ
ンペラーを溶銑中に浸漬し、このインペラーを高速回転
することによって溶銑を攪拌する。脱硫精錬剤は溶銑と
比較して比重が小さいため溶銑の表面に存在する。溶銑
はインペラーの回転に伴って容器中で回転流を形成する
ため、溶銑表面の中心部には陥没部が生れ、脱硫精錬剤
はこの陥没部に集中して溶銑と接触することにより脱硫
精錬反応が進行する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の攪拌用イン
ペラーを用いた溶銑精錬においては、精錬反応は溶銑の
上に浮上した精錬剤と溶銑との界面でのみ進行するた
め、精錬反応速度の向上には限界があった。

【０００６】本発明は、溶銑を始めとする溶湯と低比重
の添加物との混合を促進することのできる攪拌用インペ
ラーを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、（１）回転軸３先端に取り付けたインペラー１を容器６
内の溶湯４に浸漬して回転することにより溶湯４と溶湯
より低比重の添加物５とを攪拌する攪拌用インペラーに
おいて、回転中心に垂直な断面内でインペラー表面の最
も回転中心に近い部位の回転中心からの距離（根元半
径）が、インペラーの回転軸側から先端側に向かって増
大してなることを特徴とする攪拌用インペラー。（２）回転軸３先端に取り付けたインペラー１を容器６
内の溶湯４に浸漬して回転することにより溶湯４と溶湯
より低比重の添加物５とを攪拌する攪拌用インペラーに
おいて、インペラー先端には突出した膨出部を有するこ
とを特徴とする攪拌用インペラー。（３）インペラー羽根２の回転方向前面側の面が回転中
心に対して傾斜し、インペラーの回転軸側から先端側に
向かって回転方向に対して後退してなることを特徴とす
る上記（１）又は（２）に記載の攪拌用インペラー。（４）インペラー羽根２の回転方向前面側の面が湾曲
し、回転軸半径方向外方に向かって回転方向に対して後
退してなることを特徴とする上記（１）乃至（３）のい
ずれかに記載の攪拌用インペラー。（５）回転中心に垂直な断面内でインペラー１表面の最
も回転中心に近い部位の回転中心からの距離（根元半
径）が、インペラーの回転軸３側の端１１において回転
軸３の半径と等しいことを特徴とする上記（１）乃至
（４）のいずれかに記載の攪拌用インペラー。（６）インペラー羽根の稜線の回転軸側に面する外形１
６が湾曲し、回転軸表面と滑らかに接していることを特
徴とする上記（５）記載の攪拌用インペラー。（７）容器内の溶銑を精錬するための攪拌に用いること
を特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の
攪拌用インペラー。にある。

【０００８】本発明において、インペラーの羽根２の形
状について、図１に示すように、回転中心に垂直な断面
内でインペラー表面の最も回転中心に近い部位の回転中
心からの距離を「根元半径」とよぶ。そして、インペラ
ー羽根の回転軸側の端における根元半径を「上部根元半
径１３」と、先端側の端における根元半径を「下部根元
半径１４」とよぶ。

【０００９】インペラー１で攪拌中の容器６内の溶湯４
は、図２（ａ）に示すように溶湯表面の中央部に陥没部
７が形成される。溶湯４にその溶湯より比重の軽い添加
物５が液体あるいは粉粒体の形で添加された場合、その
添加物５は溶湯表面に浮上し、かつ前記陥没部７に集中
する（図２（ａ））。添加物５は比重が溶湯より軽いの
で、このままではインペラー１による攪拌力を増大して
も添加物５が溶湯４中に巻き込まれることはない。溶湯
内部には強力な攪拌流が存在するので、精錬剤を添加物
５とした場合は溶湯４と添加物５との接触界面で精錬反
応が進行する。従来の機械攪拌を用いた溶銑脱硫精錬が
これに該当する。

【００１０】インペラー１を溶湯４内で上昇する、ある
いはインペラー１の回転数を上げて陥没部７の深さを深
くすると、インペラー羽根２の上端１１が、回転中心に
近い部分で陥没部７底部の添加物５と接触する（図２
（ｂ））。更にインペラーを上昇させあるいはインペラ
ーの回転数を上げて、インペラー羽根上端１１と添加物
５とが接触する部分の溶湯−添加物界面半径が前記上部
根元半径１３よりも大きくなると、羽根の根元部におい
て添加物が羽根に巻き込まれ、羽根の下方に運搬される
（図２（ｃ））。

【００１１】羽根の根元半径が小さい場合、羽根の下方
に運搬された添加物８は図２（ｃ）に示すように羽根の
下方空間に停滞してしまい、溶湯内に拡散していかな
い。羽根下方の溶湯の流れにおいて、回転中心に近い部
分においては外方に向かう溶湯流れが非常に弱いためで
あると考えられる。一方、羽根の根元半径が大きい場
合、羽根の上部において根元半径以上の半径で溶湯表面
（溶湯と添加物との界面）から羽根上部端面が露出する
ため、露出部の羽根の周速度が過大となり、容器内にお
いて溶湯の飛沫が激しく飛散することになる。

【００１２】本発明においては、攪拌用インペラーの回
転中心に垂直な断面内でインペラー表面の最も回転中心
に近い部位の回転中心からの距離（根元半径）が、イン
ペラーの回転軸側から先端側に向かって増大し、そのた
め、上部根元半径１３が小さく、下部根元半径１４が大
きくなっていることを最大の特徴とする。図２（ｄ）に
示すように、上部根元半径１３が小さいため、インペラ
ー羽根上部端面１１を溶湯４表面から大きく露出させる
ことなく添加物５を羽根の下部に運搬することが可能に
なる。一方、下部根元半径１４を大きくした結果、羽根
の下部まで運搬された添加物８は外方に向かう溶湯の流
れに運ばれて容器内の溶湯に広く拡散することとなっ
た。下部根元半径１４が大きく、該半径においては溶湯
内に外方に向かう流れが存在しているためであると推定
される。

【００１３】これにより、添加物は溶湯内に広く拡散し
て混合され、例えば溶銑に添加物として脱硫精錬剤を用
いる場合においては、脱硫精錬剤が溶銑中に混合するた
め、脱硫精錬能力を大幅に向上することが可能になっ
た。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態におい
ては、図１に示すように、回転中心に垂直な断面内でイ
ンペラー表面の最も回転中心に近い部位の回転中心から
の距離（根元半径）が、インペラーの回転軸側から先端
側に向かって増大し、そのため、上部根元半径１３が小
さく、下部根元半径１４が大きくなっている。

【００１５】本発明の第２の実施の形態においては、図
３に示すようにインペラー先端には突出した膨出部１５
を有することによって、添加物５を溶湯内に拡散する結
果を得ることができる。インペラー羽根の下端まで運搬
された添加物はインペラー下端より下方の溶湯内におい
て溶湯の回転中心側に移動し、このままでは外方に拡散
することなくその場所にとどまってしまう。インペラー
先端に突出した膨出部を設けることにより、添加物はイ
ンペラー羽根下端の回転中心の溶湯内にとどまることが
できなくなり、インペラーとともに巻き込まれた添加物
を無駄なく溶湯内に拡散することが可能になる。

【００１６】本発明の第３の実施の形態においては、第
１又は第２の実施の形態に加え、図４に示すように、イ
ンペラー羽根の回転方向前面側の面が回転中心に対して
角度θで傾斜し、インペラーの回転軸側から先端側に向
かって回転方向１６に対して後退させることができる。
角度θの後退角があるため、インペラーの回転によって
溶湯には下向きの推進力が働き、インペラーに沿った溶
湯の強制的下降流が生じる。このため、インペラー根元
部に巻き込まれた添加物が溶湯内下方に運搬されやすく
なり、添加物を溶湯内に拡散する能力を向上することが
できる。

【００１７】本発明の第４の実施の形態においては更
に、図５に示すようにインペラー羽根の回転方向１６前
面側の面を湾曲させ、回転軸半径方向外方に向かって回
転方向１６に対して後退させることにより、羽根の回転
によって溶湯に回転流を生じさせるとともに、回転中心
から外方に向かう強制流を生じさせることができる。添
加物がこの外方に向かう強制流に運搬され、添加物はひ
ろく溶湯容器内に拡散することができる。図５におい
て、インペラー羽根の後退角度は羽根の最外周部におい
て角度φである。

【００１８】本発明の第５の実施の形態においては更
に、図６（ｂ）に示すように、回転中心に垂直な断面内
でインペラー表面の最も回転軸に近い部位の回転中心か
らの距離（根元半径）が、インペラーの回転軸側の端に
おいて回転軸の半径と等しい（上部根元半径１３が回転
軸３の半径と等しい）形状とすることができる。図６
（ａ）のように上部根元半径１３が回転軸３の半径より
も大きい場合、回転軸３と接する羽根の上部表面１１が
添加物層の最も深い部分に接したのみでは添加物の下方
への運搬は始まらず、羽根の上部表面１１に接する添加
物層の半径が上部根元半径１３よりも大きくなって初め
て添加物の下方への運搬が開始される。それに対し、上
部根元半径１３が回転軸３の半径と等しい場合には、回
転軸３と接する羽根の上部表面１１が添加物５層の最も
深い部分に接するとともに添加物の下方への運搬が開始
される。また、上部根元半径１３が回転軸３の半径と等
しい場合が上部根元半径１３が最小になる場合であり、
羽根の上部表面１１が溶湯４表面から露出することによ
る飛沫飛散の発生を最小限におさえることができる。

【００１９】本発明の第６の実施の形態は、図７に示す
ように、上記第５の実施の形態に加え、インペラー羽根
の稜線の回転軸側に面する外形１７が湾曲し、回転軸表
面と滑らかに接していることを特徴とする。これによ
り、溶湯と添加物の界面において溶湯が回転軸中心に向
かうに従い下向きに流れるために添加物を下方へと巻き
込みやすくなる。

【００２０】本発明は、容器内の溶銑を精練するための
攪拌、特に溶銑脱硫精練のための攪拌に用いたときに顕
著な効果を発揮する。

【００２１】高炉から出銑した溶銑は、トーピードカー
等に収容して運搬し、次いで溶銑鍋に移し替えられる。
高炉での出銑から溶銑鍋に移し替えるまでの間に、出銑
樋やトーピードカー内において溶銑脱珪や溶銑脱リンを
行う場合もある。最近の大型転炉精練炉に付随する溶銑
鍋に収容する溶銑量は１００〜４００トンである。この
溶銑鍋内の溶銑を脱硫精練するに際し、本発明の攪拌用
インペラーを用いる。

【００２２】インペラー１は耐火物製であり、インペラ
ーの羽根２は回転軸３先端に取り付けられ、通常は３〜
５枚の羽根を有する。溶銑鍋６中に脱硫精練剤５を投入
するとともにインペラー１の羽根２を溶銑中に浸漬さ
せ、インペラー１を回転することによって溶銑４の攪拌
を開始する。脱硫精練剤５としては、カルシウムカーバ
イド、ソーダ灰、生石灰等を用いることができる。イン
ペラーの回転とともに溶銑表面の中央には深い陥没部７
が生じ、溶銑４より比重の軽い脱硫精練剤５は溶銑上に
浮上してこの陥没部に集中する。インペラーの回転数が
高いほど陥没部の深さは深くなる。

【００２３】陥没部の深さが深くなり、陥没部内に集中
した脱硫精練剤５がインペラー１の上端１１に到達する
と、インペラー上端に接する脱硫精練剤がインペラーに
巻き込まれる。本発明のインペラーは上部根元半径１３
よりも下部根元半径１４が大きいため、巻き込まれた脱
硫精練剤はインペラーの下方に停滞せずに、外方に向か
う溶銑流に乗って溶銑鍋内にの溶銑中に広く拡散する。
インペラーの上部根元半径は極力回転軸半径に等しく、
下部根元半径は固体的回転半径より大きく、インペラー
半径以下とする。下部根元半径が固体的回転半径より小
さいと脱硫剤がインペラー下面に滞留し、インペラー半
径より大きいと脱硫剤が鍋全体に混ざらないという問題
が生じる。ここで、固体的回転半径とは、溶液があたか
も剛体のように角速度一定で回転する領域の半径をい
い、固体的回転半径はインペラーの寸法やレイノルズ数
の関数として表せることが知られている。

【００２４】溶銑脱硫精錬用のインペラーは、図４に示
すように、インペラー羽根の回転方向前面側の面が回転
中心に対して角度θで傾斜し、インペラーの回転軸側か
ら先端側に向かって回転方向に対して後退させることに
より、溶銑に強制的下降流を付与することができる。こ
れにより、溶銑鍋内に下降流が形成されて溶銑の攪拌が
進行するという効果とともに、インペラーの上端から巻
き込まれた脱硫精錬剤がいち早くインペラー下端側に運
搬されて、根元半径の大きい下端側で脱硫精錬剤が外方
に向かう溶銑流に乗って溶銑中に広く拡散するという効
果をも有する。角度θは、６〜３０度の範囲とすること
が好ましい。角度θが６度より小さいと下降流が生じ難
くなり、脱硫剤と溶銑との混合が悪くなる。また、角度
θが３０度より大きいと、回転系の機械への負荷が高く
なるとともに、鍋縁での溶銑盛り上がりが激しくなり安
定操業が困難になる。

【００２５】溶銑の脱硫精錬において本発明の攪拌用イ
ンペラーを用いる場合についても、本発明の第２〜第６
の実施の形態を適用することによって更に好ましい結果
を得ることができる。

【００２６】

【実施例】（実施例１）溶湯として水を用い、添加物と
して比重０．４１、直径６．８ｍｍのスチビーズを用い
て、本発明の攪拌用インペラーによって添加物が水の中
に拡散する状況を調査した。水の容量は１２０リットル
とし、直径５９０ｍｍ、水深５２０ｍｍの容器内に収容
した。攪拌用インペラーは、羽根の直径２２０ｍｍ、長
さ１４５ｍｍの４枚羽根構成とした。回転軸の直径は９
０ｍｍである。

【００２７】本発明例としてＮｏ．１、２、比較例とし
てＮｏ．３のインペラーを用いた。各インペラーの上部
根元半径、下部根元半径、角度θ、膨出部有無は、それ
ぞれ、Ｎｏ．１は４５ｍｍ、１０５ｍｍ、２４度、膨出
部なし、Ｎｏ．２は４５ｍｍ、４５ｍｍ、２４度、膨出
部あり、Ｎｏ．３は４５ｍｍ、４５ｍｍ、２４度、膨出
部なしである。Ｎｏ．２の膨出部としては、半径４５ｍ
ｍの半球を用いた。添加物の容器内への拡散状況は、ビ
デオ撮影結果を画像処理することによって確認した。

【００２８】インペラーの回転数１８０ｒｐｍにおい
て、容器内に拡散したスチビーズの個数を計測したとこ
ろ、比較例のＮｏ．３は１４個であったのに対し、本発
明例のＮｏ．１は２４２個、Ｎｏ．２は８３個であり、
本発明の攪拌用インペラーの使用によって添加物が溶湯
内に拡散することを確認できた。

【００２９】（実施例２）溶銑鍋に収容した２５０トン
の溶銑に対し、脱硫精錬剤として生石灰を用いて脱硫精
錬を行うに際し、本発明の攪拌用インペラーを用いた。
耐火物コーティングした攪拌用インペラーを用い、羽根
の直径１４１５ｍｍ、長さ８５５ｍｍの４枚羽根構成と
した。回転軸の直径は６００ｍｍである。本発明の攪拌
用インペラーにおいては、上部根元半径を３００ｍｍ、
下部根元半径を６００ｍｍ、角度θを１４度とし、膨出
部は用いなかった。比較例として、上部根元半径、下部
根元半径ともに回転軸の半径に等しく、角度θを１４度
としたインペラーを用いた。

【００３０】処理前の溶銑中Ｓ含有量は３２×１０
^-3％、脱硫剤原単位は４ｋｇ／トン、攪拌時間は８分、
インペラーの回転速度は１２０ｒｐｍとした。その結
果、処理後の溶銑中Ｓ含有量及び脱硫率は、比較例が１
０×１０^-3％、６７％であったのに対し、本発明例は３
×１０^-3％、９１％に達し、脱硫能力の大幅な向上を達
成することができた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の攪拌用インペラーを用いること
により、比重の軽い添加物を溶湯中に拡散させる能力を
向上することができ、特に溶銑の脱硫精錬に本発明の攪
拌用インペラーを用いることによって脱硫反応効率の高
い脱硫処理を行うことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の攪拌用インペラーの第１の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。

【図２】本発明の作用を示す概略図である。

【図３】本発明の攪拌用インペラーの第２の実施の形態
を示す図である。

【図４】本発明の攪拌用インペラーの第３の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図であ
る。

【図５】本発明の攪拌用インペラーの第４の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図であ
る。

【図６】本発明の攪拌用インペラーの第５の実施の形態
を示す斜視図である。

【図７】本発明の攪拌用インペラーの第６の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ方向から
見た側面図である。

【符号の説明】

１インペラー２羽根３回転軸４溶湯（溶銑）５添加物（脱硫精錬剤）６容器（溶銑鍋）７陥没部８添加物１１羽根の上部表面１２羽根の下部表面１３上部根元半径１４下部根元半径１５膨出部１６回転方向１７羽根稜線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邊国彦君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者秦啓二君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 4K014 AA02 AB28 AC08 AD00 AD23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸先端に取り付けたインペラーを容
器内の溶湯に浸漬して回転することにより溶湯と溶湯よ
り低比重の添加物とを攪拌する攪拌用インペラーにおい
て、回転中心に垂直な断面内でインペラー表面の最も回
転中心に近い部位の回転中心からの距離が、インペラー
の回転軸側から先端側に向かって増大してなることを特
徴とする攪拌用インペラー。
【請求項２】回転軸先端に取り付けたインペラーを容
器内の溶湯に浸漬して回転することにより溶湯と溶湯よ
り低比重の添加物とを攪拌する攪拌用インペラーにおい
て、インペラー先端には突出した膨出部を有することを
特徴とする攪拌用インペラー。
【請求項３】インペラー羽根の回転方向前面側の面が
回転中心に対して傾斜し、インペラーの回転軸側から先
端側に向かって回転方向に対して後退してなることを特
徴とする請求項１又は２に記載の攪拌用インペラー。
【請求項４】インペラー羽根の回転方向前面側の面が
湾曲し、回転軸半径方向外方に向かって回転方向に対し
て後退してなることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の攪拌用インペラー。
【請求項５】回転中心に垂直な断面内でインペラー表
面の最も回転中心に近い部位の回転中心からの距離が、
インペラーの回転軸側の端において回転軸の半径と等し
いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
攪拌用インペラー。
【請求項６】インペラー羽根の稜線の回転軸側に面す
る外形が湾曲し、回転軸表面と滑らかに接していること
を特徴とする請求項５に記載の攪拌用インペラー。
【請求項７】容器内の溶銑を精錬するための攪拌に用
いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
の攪拌用インペラー。