CN104245965A - 转炉中铁水的精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁水的精炼方法，该方法在顶吹喷枪的前端部利用燃烧器形成火焰，使火焰的热赋热于铁水，同时在转炉中对铁水进行脱磷处理或脱碳精炼，这种情况下，不担心顶吹喷枪的流路内的发热、燃烧，赋热效率和生产率优良，能够提高铁废料等冷铁源的配合比率。该方法使用各自分开地具有精炼用粉体供给流路、燃烧用氧化性气体供给流路和精炼用氧化性气体供给流路的顶吹喷枪3，以燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体从精炼用粉体供给流路向铁水浴面供给石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上的精炼用粉体29，同时从燃烧用氧化性气体供给流路供给燃烧用氧化性气体，使顶吹喷枪的前端下方形成火焰，并且从所述精炼用氧化性气体供给流路向铁水浴面供给精炼用氧化性气体。

Description

转炉中铁水的精炼方法
技术领域
本发明涉及从顶吹喷枪向转炉内的铁水喷吹精炼用氧化性气体而对铁水进行脱磷处理或脱碳精炼的方法。详细而言，涉及如下所述的精炼方法：在顶吹喷枪的前端部形成火焰，通过被该火焰加热后的粉体的显热或利用火焰燃烧后的可燃性物质的燃烧热使铁水的温度上升，由此能够提高铁废料等冷铁源的配合比率。
背景技术
近年来，从保护环境的观点出发，在炼铁工艺中削减CO2气体排放量成为重要课题，在炼钢工序中，作为所使用的铁源尝试提高冷铁源(常温状态的铁源)的配合比率。即，尝试降低铁水的配合比率。这是由于，制造钢铁产品时，在利用高炉制造铁水过程中，由于要还原铁矿石并且将其熔融，因此需要大量能量并且同时会排出大量CO2气体，但是冷铁源只需要熔化热，通过在炼钢工序中利用冷铁源，能够减少铁矿石的还原热部分的能量使用量并且同时能够削减CO2气体产生量。作为冷铁源，一直使用铁废料、冷生铁、直接还原铁等。
但是，在利用高炉-转炉的组合的钢水制造工艺中，冷铁源的熔化用热源为铁水所具有的显热以及铁水中的碳和硅的氧化所带来的燃烧热，冷铁源的熔化量自然而然地存在极限。而且近年来，对铁水开始实施脱磷处理作为预精炼，这对冷铁源的熔化是不利的。这是由于，通过进行脱磷处理，不仅铁水温度会随着处理工序的追加而降低，而且铁水中的碳和硅在脱磷处理中被氧化而导致它们的含量降低。需要说明的是，铁水的脱磷处理是指，在利用转炉对铁水进行脱碳精炼之前，在铁水阶段以尽可能地抑制脱碳反应的状态预先除去铁水中的磷的精炼。
因此，为了在铁水的脱磷处理和脱碳精炼中提高铁水的余热而扩大冷铁源的配合比率，提出了多种方法。例如，在专利文献1中提出了如下方法：作为铁水的预处理而进行脱磷处理时，向生成的熔渣中添加碳源，同时向上述熔渣中吹入氧源以使上述碳源燃烧，将该燃烧热赋热于铁水。
在专利文献2中提出了如下方法：从顶吹喷枪向精炼容器内的铁水供给氧气的同时，还供给铁废料粉、合金铁粉、生石灰粉等传热介质，从而实施铁水的脱碳精炼及铁或铬的熔融还原等，此时，将精炼容器内的二次燃烧率控制在10～55％的范围，使二次燃烧热赋热于上述传热介质，通过赋热了二次燃烧热后的传热介质对铁水进行加热。
另外，在专利文献3中提出了如下脱碳精炼方法：利用转炉对铁水进行脱碳精炼时，使用具有氧气喷出用主孔和与从该主孔喷出的氧气的供给流路独立的并且能够同时喷出燃料气体、氧气和精炼用助熔剂的助熔剂供给用副孔的五套管结构的顶吹喷枪，在使从上述主孔喷出的氧气的喷流保持相互分离的状态的同时，与该氧气喷流独立地在副孔前端形成火焰，使精炼用助熔剂在该火焰中通过从而促进该精炼用助熔剂的渣化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-20913号公报
专利文献2：日本特开2001-323312号公报
专利文献3：日本特开平11-80825号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述现有技术存在下述问题。
即，在专利文献1中，通过向生成的熔渣中添加碳源，铁水温度上升，但存在招致碳源所含有的硫混入至铁水中使得铁水中的硫浓度升高的问题。并且，由于需要确保碳源的燃烧时间，因此还存在精炼时间变长、生产率降低而制造成本上升的问题。并且进一步，由于使碳源燃烧，因此还存在CO2气体的产生量自然而然地增加的问题。
在专利文献2中，需要根据传热介质的供给速度来控制二次燃烧率，作为实现上述操作的方法，示出了一边基于废气组成的分析结果求出二次燃烧率一边调整顶吹喷枪的喷枪高度的方法。通常，若增大喷枪高度，则与来自顶吹喷枪的氧气喷射相伴的炉内气氛气体(主要是CO气体)的量增加，二次燃烧率升高，相反，若减小喷枪高度，则二次燃烧率降低。即，若像专利文献2那样提高二次燃烧率，则存在如下问题：氧气喷射减弱而脱碳速度降低，脱碳精炼时间变长，生产率降低而制造成本上升。需要说明的是，喷枪高度是指顶吹喷枪的前端与静止状态的炉内铁水浴面的距离。
在专利文献3中，使用由副孔氧气和精炼剂的流路、燃料气体的流路、主孔氧气的流路、冷却水的供水流路、冷却水的排水流路构成的五套管结构的顶吹喷枪，使上述副孔氧气和精炼剂的流路与上述燃料气体的流路在喷枪前端部合流，形成燃烧火焰。另外，副孔氧气与精炼剂在喷枪的上部合流，但在合流前使用Ar气等非活性气体作为精炼剂的输送用气体。
即，在专利文献3中，通过副孔氧气和精炼剂的流路的物质为氧气、非活性气体和精炼剂。此处的问题是，一个流路通过有含有金属及碳成分的精炼剂(氧化铁、铁矿石、炼铁厂所产生的尘泥等)和氧气。即，对于专利文献3而言，在提高铁水温度方面是有效的方法，但在通过喷枪内的流路时，有可能由于精炼剂与流路壁(通常为钢制)的摩擦而产生火花、或者氧气与精炼剂的一部分发生反应，导致在流路内产生发热、燃烧，在设备的安全管理方面存在问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种铁水的精炼方法，该方法在顶吹喷枪的前端部利用燃烧器形成火焰，使该火焰的热赋热于转炉内的铁水，同时从顶吹喷枪向铁水喷吹精炼用氧化性气体，在转炉中对铁水进行脱磷处理或脱碳精炼，这种情况下，不担心顶吹喷枪的流路内的发热、燃烧，赋热效率和生产率优良，能够提高铁废料等冷铁源的配合比率。
用于解决问题的方法
用于解决上述问题的本发明的要点如下所述。
(1)一种转炉中铁水的精炼方法，使用各自分开地具有精炼用粉体供给流路、燃烧用氧化性气体供给流路和精炼用氧化性气体供给流路的顶吹喷枪，以燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体从所述精炼用粉体供给流路向转炉内的铁水浴面供给石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上，同时从所述燃烧用氧化性气体供给流路供给燃烧用氧化性气体，利用该燃烧用氧化性气体和所述燃料气体在顶吹喷枪的前端下方形成火焰，并且从所述精炼用氧化性气体供给流路向转炉内的铁水浴面供给精炼用氧化性气体。
(2)如上述(1)所述的转炉中铁水的精炼方法，其中，所述输送用气体中，燃料气体的比率以体积分数计为10％以上。
(3)如上述(1)或上述(2)所述的转炉中铁水的精炼方法，其中，根据从所述精炼用粉体供给流路供给的可燃性物质的供给速度调整来自所述燃烧用氧化性气体供给流路的燃烧用氧化性气体的供给流量，以使所述可燃性物质完全燃烧。
发明效果
根据本发明，将石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上的精炼用粉体与输送用气体一起从顶吹喷枪向转炉内的铁水浴面供给时，使用燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体，因此，即使所添加的精炼用粉体含有金属或碳成分，也能够防止顶吹喷枪的流路内的精炼用粉体的发热、燃烧于未然。
另外，由于在输送用气体中含有燃料气体，因而利用该燃料气体的燃烧而在顶吹喷枪的前端下方形成火焰，精炼用粉体在上述形成的火焰中通过，火焰的热高效地赋热于精炼用粉体，因此，精炼用粉体中的非燃性的石灰系熔剂和氧化铁被加热至高温度，火焰的热经由这些精炼用粉体而赋热于铁水。另一方面，精炼用粉体中的可燃性物质高效地燃烧而使火焰温度上升，温度上升后的火焰的热赋热于铁水。
其结果是，铁水的余热提高，从而能够实现在转炉中的铁水的脱磷处理和脱碳精炼中提高铁废料等冷铁源的配合比率。
附图说明
图1是表示在实施本发明时所使用的转炉设备的一例的示意性截面图。
图2是图1中示出的顶吹喷枪的示意性放大纵截面图。
图3是表示改变输送用气体中的燃料气体的体积分数时的火焰温度的测定结果的图。
图4是表示输送用气体中的燃料气体的体积分数与铁废料的配合比率的关系的图。
具体实施方式
下面，具体地说明本发明。
本发明以从顶吹喷枪对收容于转炉中的铁水供给精炼用氧化性气体而进行的氧化精炼为对象，作为该氧化精炼，现在进行铁水的脱磷处理和铁水的脱碳精炼。本发明能够应用于铁水的脱磷处理和铁水的脱碳精炼中的任一种。这种情况下，在铁水的脱碳精炼中，使用预先实施了作为预处理而进行的脱磷处理的铁水、或使用未实施脱磷处理的铁水中任一种均可。将本发明应用于铁水的脱磷处理，利用转炉对通过该脱磷处理而精炼后的铁水进行脱碳精炼时，也能够应用本发明。作为精炼用氧化性气体，可以使用氧气(工业用纯氧)、富氧空气、氧气与稀有气体的混合气体，但通常使用氧气。
本发明中所使用的铁水是利用高炉制造的铁水，利用铁水罐、鱼雷罐车等铁水运送容器来盛装该铁水，并将该铁水运送至实施脱磷处理或脱碳精炼的转炉。应用本发明进行脱磷处理时，由于能够以少量的石灰系熔剂的用量高效地进行脱磷处理，因而优选在脱磷处理前预先除去铁水中的硅(称为“铁水的脱硅处理”)，使铁水的硅含量降低至0.20质量％以下、优选降低至0.10质量％以下。实施了脱硅处理的情况下，将脱硅处理时所生成的熔渣在脱磷处理之前排出。当然，即使是未实施脱硅处理的铁水也能够应用本发明进行脱磷处理。
下面，以铁水的脱磷处理为例来说明本发明。
对于铁水的脱磷处理而言，也可以对铁水罐或鱼雷罐车等铁水运送容器内的铁水进行，但与这些铁水运送容器相比，转炉的自由空间(从精炼容器内的铁水浴面到精炼容器上端的距离)较大，能够强力地搅拌铁水。通过强力地搅拌铁水，不仅冷铁源的熔化能力提高，而且能够以少量的石灰系熔剂的用量迅速地进行脱磷处理，因此，本发明中，使用转炉作为精炼容器来实施铁水的脱磷处理。
图1是表示在实施本发明时所使用的转炉设备的一例的示意性截面图，图2是图1中示出的顶吹喷枪3的示意性放大纵截面图，在此，作为顶吹喷枪的一例，示出了六套管结构的顶吹喷枪3。
如图1所示，本发明的在脱磷处理中使用的转炉设备1具备炉主体2和顶吹喷枪3，所述炉主体2是由铁皮4构成其外壳并在铁皮4的内侧施加有耐火物5而成，所述顶吹喷枪3***至该炉主体2的内部且能够沿上下方向移动。在炉主体2的上部设置有用于将脱磷处理结束后的铁水26排出的排液口6，另外，在炉主体2的炉底部设置有用于吹入搅拌用气体28的多个底吹风口7。该底吹风口7与气体导入管8连接。
顶吹喷枪3上连接有：将精炼用粉体29与输送用气体一起供给的精炼用粉体供给管9、供给燃料气体的燃料气体供给管10、供给用于燃烧燃料气体的燃烧用氧化性气体的燃烧用氧化性气体供给管11和供给精炼用氧化性气体的精炼用氧化性气体供给管12。另外，顶吹喷枪3上还连接有供给和排出用于对顶吹喷枪3进行冷却的冷却水的冷却水供水管(未图示)和冷却水排水管(未图示)。
在此，精炼用粉体29为石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上，作为用于输送该精炼用粉体29的输送用气体，单独使用丙烷气体、液化天然气、焦炉气等燃料气体，或者使用这些燃料气体与氮气、Ar气等非活性气体的混合气体。作为从燃料气体供给管10供给的燃料气体，使用丙烷气体、液化天然气、焦炉气等。另外，作为从燃烧用氧化性气体供给管11供给的用于燃烧燃料气体的燃烧用氧化性气体，使用氧气、富氧空气、空气等。
需要说明的是，图1中，燃料气体供给管10与顶吹喷枪3相连接，但从实施本发明的方面考虑，设置燃料气体供给管10并非是必要条件，在能够以输送用气体的形式从精炼用粉体供给管9供给用于形成目标火焰而所需的燃料气体总量的情况下，不需要设置燃料气体供给管10。另外，图1中，示出了使燃烧用氧化性气体和精炼用氧化性气体为氧气的示例。
另外，虽然也能够使用重油、煤油等烃类的液体燃料代替燃料气体，但有可能在流路出口的喷嘴等处引起堵塞，因此本发明中使用燃料气体(气体燃料)作为燃料。如果使用气体燃料，则具有如下优点：不仅能够防止喷嘴等的堵塞，而且容易调整供给速度，进而由于容易点火而能够防止不点火等。
精炼用粉体供给管9的另一端部与收容有精炼用粉体29的分配器(dispenser)13相连接，并且，分配器13与精炼用粉体输送用气体供给管9A相连接。精炼用粉体输送用气体供给管9A以单独供给燃料气体或者供给燃料气体与非活性气体的混合气体的方式构成。即，通过精炼用粉体输送用气体供给管9A而被供给至分配器13的燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为收容于分配器13中的精炼用粉体29的输送用气体而发挥功能，收容于分配器13中的精炼用粉体29能够通过精炼用粉体供给管9而被供给至顶吹喷枪3，并从顶吹喷枪3的前端向铁水26进行喷吹。
以被供给至精炼用粉体输送用气体供给管9A中的燃料气体和非活性气体能够通过各自的流量调节阀(未图示)来调整供给流量的方式构成。本发明中，作为精炼用粉体29的输送用气体，使用单独的燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体，而不是仅使用非活性气体作为输送用气体。另外，精炼用粉体输送用气体供给管9A以如下方式构成：与精炼用粉体供给管9直接连接，通过阻断阀34的开闭，在不输送精炼用粉体29的情况下也能够将燃料气体或非活性气体直接供给至顶吹喷枪3。输送精炼用粉体29的情况下，阻断阀34关闭。
作为本发明中所使用的顶吹喷枪的一例而在图2中示出的六套管结构的顶吹喷枪3由圆筒状的喷枪主体14和通过焊接等与该喷枪主体14的下端连接的铜铸件制的喷枪芯15构成，喷枪主体14由最内管20、分隔管21、内管22、中管23、外管24、最外管25的同心圆形状的六种钢管构成、即由六套管构成。精炼用粉体供给管9与最内管20连通，燃料气体供给管10与分隔管21连通，燃烧用氧化性气体供给管11与内管22连通，精炼用氧化性气体供给管12与中管23连通，冷却水的供水管和排水管各自与外管24或最外管25中一者分别连通。即，精炼用粉体29与输送用气体一起通过最内管20的内部，丙烷气体等燃料气体通过最内管20与分隔管21的间隙，燃烧用氧化性气体通过分隔管21与内管22的间隙，精炼用氧化性气体通过内管22与中管23的间隙。中管23与外管24的间隙和外管24与最外管25的间隙构成冷却水的供水流路或排水流路。中管23与外管24的间隙和外管24与最外管25的间隙中的一个为供水流路，另一个为排水流路，使哪一个作为供水流路均可。以冷却水在喷枪芯15的位置处反向流动的方式构成。
最内管20的内部与在喷枪芯15的大致轴心位置处配置的中心孔16连通，最内管20与分隔管21的间隙与在中心孔16的周围以圆环状的喷嘴或同心圆上的多个喷嘴孔的方式开口的燃料气体喷射孔17连通。另外，分隔管21与内管22的间隙与在燃料气体喷射孔17的周围以圆环状的喷嘴或同心圆上的多个喷嘴孔的方式开口的燃烧用氧化性气体喷射孔18连通，内管22与中管23的间隙与在燃烧用氧化性气体喷射孔18的周边设置的多个周围孔19连通。中心孔16是用于喷吹精炼用粉体29和输送用气体的喷嘴，燃料气体喷射孔17是用于喷射燃料气体的喷嘴，燃烧用氧化性气体喷射孔18是用于喷射使燃料气体燃烧的燃烧用氧化性气体的喷嘴，周围孔19是用于喷吹精炼用氧化性气体的喷嘴。
即，最内管20的内部构成精炼用粉体供给流路30，最内管20与分隔管21的间隙构成燃料气体供给流路31，分隔管21与内管22的间隙构成燃烧用氧化性气体供给流路32，内管22与中管23的间隙构成精炼用氧化性气体供给流路33。需要说明的是，图2中，中心孔16为笔直形状的喷嘴，另一方面，周围孔19采用由其截面缩小的部分和扩大的部分这两个圆锥体构成的拉瓦尔喷嘴的形状，但也可以使中心孔16为拉瓦尔喷嘴形状。燃料气体喷射孔17和燃烧用氧化性气体喷射孔18是以圆环的狭缝状开口的笔直型的喷嘴、或截面为圆形的笔直形状的喷嘴。拉瓦尔喷嘴中，将作为缩小的部分与扩大的部分这两个圆锥体的交界的截面面积最小的部位称为窄喉。
使用上述构成的转炉设备1，按照如下所示对铁水26实施以提高冷铁源的配合比率为目的的本发明的脱磷处理。
首先，向炉主体2的内部填装冷铁源。作为所使用的冷铁源，可以使用炼铁厂中产生的铸片以及钢板的裁剪碎屑、城市碎屑等铁废料、通过磁力分选从熔渣中回收的金属块、以及冷生铁、直接还原铁等。冷铁源的配合比率优选相对于所填装的总铁源而设定为5质量％以上。冷铁源的配合比率按照下述的(1)式定义。
冷铁源配合比率(质量％)＝冷铁源配合量×100/(铁水配合量+冷铁源配合量)…(1)
这是由于，通过使冷铁源的配合比率为5质量％以上，在表现出生产率提高的效果的同时，能够得到削减CO2气体产生量的效果。冷铁源的配合比率的上限无需特别限定，可以添加至脱磷处理后的铁水温度能够维持目标范围的上限。在冷铁源的填装完成前后，开始从底吹风口7吹入搅拌用气体28。
将冷铁源填装至炉主体2中后，向炉主体2中填装铁水26。作为所使用的铁水26，无论何种组成都能够进行脱磷处理，可以在脱磷处理前实施脱硫处理、脱硅处理。在此，脱磷处理前的铁水26的主要的化学成分为：碳：3.8～5.0质量％、硅：0.5质量％以下、磷：0.08～0.2质量％、硫：0.05质量％以下左右。但是，在脱磷处理时若在炉主体内生成的熔渣27的量增多，则脱磷效率降低，因此如前所述，为了减少炉内的熔渣产生量而提高脱磷效率，优选预先通过脱硅处理将铁水中的硅浓度降低至0.20质量％以下、优选降低至0.10质量％以下。另外，铁水温度只要为1200～1450℃的范围，则能够没有问题地进行脱磷处理。
接着，向分配器13供给单独的燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体，将包含石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上的精炼用粉体29与输送用气体一起从顶吹喷枪3的中心孔16向铁水26的浴面喷吹。在喷吹该精炼用粉体29的同时或前后，使燃料气体从燃料气体喷射孔17喷射出，同时使燃烧用氧化性气体从燃烧用氧化性气体喷射孔18喷射出，在顶吹喷枪3的下方产生火焰。作为输送用气体，使用燃料气体与非活性气体的混合气体时，为了使燃料气体的燃烧热高效地赋热于精炼用粉体29，混合气体中的燃料气体的比率优选以体积分数计为10％以上。
在顶吹喷枪3的前端产生火焰时，调整向顶吹喷枪3供给的燃料气体的供给流量和燃烧用氧化性气体的供给流量，通过燃烧用氧化性气体使燃料气体完全燃烧。此时，控制燃料气体和燃烧用氧化性气体的供给流量，以使在炉主体2的内部完全燃烧。
从中心孔16和燃料气体喷射孔17供给的燃料气体与从燃烧用氧化性气体喷射孔18供给的燃烧用氧化性气体在顶吹喷枪半径方向的全方位接近，因此彼此相互干扰，有时气氛温度较高，即使没有点火装置，在燃烧极限范围内达到气体浓度时也发生燃烧，在顶吹喷枪3的下方形成火焰。
在来自中心孔16的与输送用气体一起被喷射出的精炼用粉体29中，非燃性的石灰系熔剂和氧化铁受到所形成的火焰的热而被加热或加热、熔融，在加热或熔融的状态下被喷吹至铁水26的浴面。由此，加热后的精炼用粉体29的热赋热于铁水26，使得铁水26的温度上升，从而促进所添加的冷铁源的熔化。另外，来自中心孔16的与输送用气体一起被喷射出的精炼用粉体29中的可燃性物质因火焰而燃烧，除了燃料气体的燃烧热以外，可燃性物质的燃烧热也有助于铁水26的加热，使得铁水26的温度上升，从而促进所添加的冷铁源的熔化。
另外，此时，从顶吹喷枪3的周围孔19向铁水26的浴面喷吹精炼用氧化性气体。
铁水26的脱磷反应如下进行：铁水中的磷与氧化性气体或氧化铁反应而形成磷氧化物(P2O5)，该磷氧化物以3CaO·P2O5的形态被吸收在因石灰系熔剂的渣化而形成的熔渣27中。并且，石灰系熔剂的渣化越得到促进则脱磷速度越快。因此，作为精炼用粉体29，优选使用生石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)、消石灰(Ca(OH)2)等石灰系熔剂。也可以使用在生石灰中混合有作为渣化促进剂的萤石(CaF2)或氧化铝(Al2O3)的物质作为石灰系熔剂。另外，还可以将铁水26的脱碳精炼工序中产生的转炉熔渣(CaO-SiO2系熔渣)用作石灰系熔剂的全部或一部分。
作为精炼用粉体29而被喷吹至铁水浴面的石灰系熔剂立即渣化而形成熔渣27。另外，被供给的精炼用氧化性气体与铁水中的磷反应而形成磷氧化物。再加上铁水26和熔渣27由于搅拌用气体28而被强力搅拌，由此，所形成的磷氧化物被迅速地吸收在渣化后的熔渣27中，铁水26的脱磷反应快速进行。在不将石灰系熔剂用作精炼用粉体29的情况下，以其他途径将石灰系熔剂置于上方且将其从炉上料斗投入。
使用铁矿石、铁矿石的烧结矿粉、轧制氧化皮、炼铁厂产生的尘泥等氧化铁作为精炼用粉体29的情况下，氧化铁作为氧源而发挥功能，该氧化铁与铁水中的磷反应而进行脱磷反应。另外，氧化铁与石灰系熔剂反应而在石灰系熔剂的表面形成FeO-CaO的化合物，从而促进石灰系熔剂的渣化，进而促进脱磷反应。使用含有炼钢尘泥(也称为“转炉尘泥”)、高炉尘泥等可燃性物质的物料作为氧化铁的情况下，可燃性物质因火焰而燃烧，除上述效果以外，可燃性物质的燃烧热还有助于对铁水26的加热。
另外，使用铝灰(利用熔炉将Al的金属块或废料熔化时，Al与空气中的氧反应而生成的含有30～50质量％金属Al的Al氧化物)、或焦炭、煤炭等可燃性物质作为精炼用粉体29的情况下，可燃性物质因火焰而燃烧，除了燃料气体的燃烧热以外，可燃性物质的燃烧热也有助于对铁水26的加热。可燃性物质的燃烧后的灰分是高温的，通过将该灰分供给至铁水26，也可加热铁水26。
使用混合石灰系熔剂、氧化铁和可燃性物质而成的混合物作为精炼用粉体29的情况下，能够同时获得各自的效果。
精炼用粉体29被加热或加热、熔融，其热量传递至铁水26，进而以及在铁水26的上方存在的、顶吹喷枪前端的火焰的燃烧热传递至铁水26，再加上铁水26被强烈搅拌，由此促进了铁水中的冷铁源的熔化。即，填装后的冷铁源的熔化在脱磷处理的期间中结束。
然后，若铁水26的磷浓度达到目标值或处于该目标值以下，则停止从顶吹喷枪3向铁水26的全部供给而结束脱磷处理。脱磷处理后，倾转炉主体2而将被实施了脱磷处理的铁水26经由排液口6排出至浇包、转炉填装锅等铁水保持容器中，进而将排出后的铁水26运送至后续工序。
如以上说明，根据本发明，将石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上的精炼用粉体29与输送用气体一起从顶吹喷枪3向转炉内的铁水浴面供给时，使用单独的燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体，因此，即使所添加的精炼用粉体29含有金属、碳成分，也能够防止顶吹喷枪3的流路内的精炼用粉体29的发热、燃烧于未然。
另外，输送用气体中含有燃料气体，因此利用该燃料气体在顶吹喷枪3的前端下方形成火焰，精炼用粉体29在上述形成的火焰中通过，火焰的热高效地赋热于精炼用粉体29，因此，精炼用粉体29中的非燃性的石灰系熔剂和氧化铁被加热至高温度，火焰的热经由这些精炼用粉体赋热于铁水26，另一方面，精炼用粉体29中的可燃性物质高效地燃烧而火焰温度上升，温度上升后的火焰的热赋热于铁水26，铁水26的余热提高，从而能够实现在转炉中的铁水的脱磷处理和脱碳精炼中大幅提高铁废料等冷铁源的配合比率。
需要说明的是，上述说明是以转炉中的铁水的脱磷处理为例进行的，在转炉中的铁水的脱碳精炼中，也能够按照如上所述通过氧化精炼而应用本发明。另外，作为本发明中使用的顶吹喷枪的示例，以图2所示的六套管结构的顶吹喷枪3的示例进行了说明，但在本发明中，在能够从中心孔16供给燃料气体的总量时，无需从燃料气体喷射孔17供给燃料气体，这种情况下，即使是不具备燃料气体喷射孔17和分隔管21的五套管结构的顶吹喷枪也能够应用本发明。这种情况下，能够简化顶吹喷***构，能够减轻顶吹喷枪所耗费的设备成本。
实施例1
使用与图1所示的转炉设备相同结构的炉容量为2.5吨的小型转炉设备，改变用于输送精炼用粉体的输送用气体中的燃料气体(丙烷气体)与非活性气体(氮气)的混合比率、即体积分数，考察此时的火焰温度。在该小型转炉设备中使用的顶吹喷枪与图2所示的顶吹喷枪同样地为六套管结构的顶吹喷枪，其横截面中，从中心侧起，由精炼用粉体供给流路、燃料气体供给流路、燃烧用氧化性气体供给流路、精炼用氧化性气体供给流路、冷却水的供水流路、冷却水的排水流路构成。
精炼用粉体从喷枪中心的圆形笔直型的中心孔供给至炉内，燃料气体从圆环状(环状)的燃料气体喷射孔供给至炉内，使燃料气体燃烧的燃烧用的氧气从圆环状(环状)的燃烧用氧化性气体喷射孔供给至炉内，精炼用的氧气从在同心圆上配置的三个拉瓦尔喷嘴型的周围孔供给至炉内。中心孔的内径为11.5mm，燃料气体喷射孔的圆环状狭缝的间隙为1.0mm，燃烧用氧化性气体喷射孔的圆环状狭缝的间隙为1.85mm，周围孔是窄喉直径为7mm的拉瓦尔喷嘴且相对于喷枪中心轴具有15°的喷出角度。
对于丙烷气体的供给流量而言，使向精炼用粉体供给流路和燃料气体供给流路供给的合计的流量为0.40Nm3/分钟，以其一部分或全部作为输送用气体供给至精炼用粉体供给流路。作为向精炼用粉体供给流路供给的输送用气体的氮气的供给流量根据丙烷气体的供给流量在0～0.40Nm3/分钟范围内变化，并使输送用气体的合计流量为0.40Nm3/分钟。向燃烧用氧化性气体供给流路供给的燃烧用的氧气的供给流量设定为2.0Nm3/分钟，该值是用于使供给的丙烷气体完全燃烧而所需的化学当量的量，向精炼用氧化性气体供给流路供给的精炼用的氧气的供给流量设定为5.0Nm3/分钟。在不使用精炼用粉体且不将铁水填装于小型转炉内的情况下进行了试验。
从顶吹喷枪喷射生石灰、燃料气体、燃烧用的氧气和精炼用的氧气，形成稳定的火焰后，利用热电偶测定从喷枪前端起在垂直下方距离600mm位置处的火焰的温度。图3中表示改变输送用气体中的燃料气体的体积分数时的火焰温度的测定结果。
如图3所示，可知通过改变输送用气体中的燃料气体的体积分数，火焰的温度发生变化。具体而言，可知使输送用气体中的燃料气体的体积分数为10％以上，由此与仅以氮气(非活性气体)作为输送用气体时相比，火焰温度提高约90℃以上。根据该结果可知，优选使输送用气体中的燃料气体的体积分数为10％以上。并且进一步还能够确认到，火焰温度达到最高是在输送用气体中的燃料气体的体积分数约为50％的情况下，因此，为了提高火焰温度，优选使输送用气体中的燃料气体的体积分数维持于30～80％的范围，更优选维持于40～60％的范围。
基于上述结果，使用上述小型转炉设备进行了铁水的脱磷处理(本发明例1～6)。所使用的顶吹喷枪是在上述测定火焰温度时所使用的顶吹喷枪。
本发明例1～6中，将铁废料填装于转炉后，填装1350℃的铁水，接着，一边从底吹风口向铁水中吹入作为搅拌用气体的Ar气，一边从顶吹喷枪向铁水喷吹生石灰(精炼用粉体)、燃料气体(丙烷气体)、燃烧用的氧气和精炼用的氧气进行脱磷处理。此时，使向精炼用粉体供给流路和燃料气体供给流路供给的合计的丙烷气体流量为0.40Nm3/分钟，以其一部分或全部作为输送用气体供给至精炼用粉体供给流路。输送用气体的流量以丙烷气体与氮气的合计计设定为0.40Nm3/分钟。输送用气体中的丙烷气体的体积分数变为5％(本发明例1)、10％(本发明例2)、25％(本发明例3)、50％(本发明例4)、75％(本发明例5)、100％(本发明例6)。铁废料的填装量调整为使脱磷处理后的铁水温度为1400℃。即，铁水的余热高时，增加铁废料的填装量。另外，生石灰的添加量调整为使脱磷处理后的炉内熔渣的碱度(质量％CaO/质量％SiO2)为2.5。
另外，为了比较，还进行了仅使用氮气作为输送用气体、仅从燃料气体供给流路供给丙烷气体而进行脱磷处理的试验(比较例1)。
表1中表示本发明例1～6和比较例1中使用的铁水的组成，另外，表2中表示本发明例1～6和比较例1中的操作条件。
[表1]
[表2]
另外，表3中表示本发明例1～6和比较例1中的精炼时间和铁废料的配合比率。另外，图4中表示本发明例1～6和比较例1中得到的、输送用气体中的燃料气体(丙烷气体)的混合比率与铁废料的配合比率的关系。
[表3]
如表3和图4所示，根据本发明例1～6和比较例1中的铁废料的配合比率的比较可以确认到，通过应用本发明，即使在铁水的脱磷处理时间为相同条件下，也能够提高铁废料的配合比率。并且可知，输送用气体中的燃料气体(丙烷气体)的体积分数为10％以上的情况下，能够确保5质量％以上的铁废料的配合比率。另外能够确认到，图4所示的铁废料的配合比率与输送用气体中的燃料气体的体积分数的关系和图3所示的火焰温度与输送用气体中的燃料气体的体积分数的关系为同样的倾向。
实施例2
使用与实施例1同样的小型转炉设备，进行了如下所述的脱磷处理：供给生石灰(石灰系熔剂)与含有可燃性物质的炼钢尘泥(氧化铁)的混合粉作为精炼用粉体(本发明例7、8)。
本发明例7中，使向精炼用粉体供给流路和燃料气体供给流路供给的合计的丙烷气体流量为0.40Nm3/分钟，以其中的0.20Nm3/分钟作为输送用气体供给至精炼用粉体供给流路。输送用气体的流量以0.20Nm3/分钟的丙烷气体和0.20Nm3/分钟的氮气的合计计为0.40Nm3/分钟。向燃烧用氧化性气体供给流路供给的燃烧用的氧气的供给流量设定为能够使丙烷气体和炼钢尘泥中的可燃性物质完全燃烧的流量(＝2.2Nm3/分钟)。铁废料的填装量调整为使脱磷处理后的铁水温度为1400℃。另外，生石灰的添加量调整为使脱磷处理后的炉内熔渣的碱度(质量％CaO/质量％SiO2)为2.5。
本发明例8中，使向燃烧用氧化性气体供给流路供给的燃烧用的氧气的供给流量为不考虑炼钢尘泥中的可燃性物质的燃烧情况下使丙烷气体完全燃烧的流量(＝2.0Nm3/分钟)，其以外的条件设定为与本发明例7相同条件。
将本发明例7和本发明例8中作为精炼用粉体而使用的炼钢尘泥的组成示于表4中，另外，表5中表示本发明例7和本发明例8中的操作条件。需要说明的是，表4中的T.Fe为炼钢尘泥中的金属铁和以铁氧化物(FeO、Fe2O3等)形式而含有的铁成分的合计值，炼钢尘泥中的可燃性物质对应于金属铁和碳。
[表4]
[表5]
另外，表6中表示本发明例7和本发明例8中的精炼时间和铁废料的配合比率。
[表6]
由表6明显可知，本发明例7、8通过将含有可燃性物质的炼钢尘泥用作精炼用粉体、并且将生石灰和炼钢尘泥用作精炼用粉体，由此被加热的精炼用粉体增多，从而与本发明例1～6相比能够提高铁废料的配合比率。特别是对于考虑炼钢尘泥中的可燃性物质的燃烧而设定燃烧用的氧气的供给流量的本发明例7而言，能够达到6.6质量％这样高的铁废料配合比率。
标号说明
1 转炉设备
2 炉主体
3 顶吹喷枪
4 铁皮
5 耐火物
6 排液口
7 底吹风口
8 气体导入管
9 精炼用粉体供给管
10 燃料气体供给管
11 燃烧用氧化性气体供给管
12 精炼用氧化性气体供给管
13 分配器
14 喷枪主体
15 喷枪芯
16 中心孔
17 燃料气体喷射孔
18 燃烧用氧化性气体喷射孔
19 周围孔
20 最内管
21 分隔管
22 内管
23 中管
24 外管
25 最外管
26 铁水
27 熔渣
28 搅拌用气体
29 精炼用粉体
30 精炼用粉体供给流路
31 燃料气体供给流路
32 燃烧用氧化性气体供给流路
33 精炼用氧化性气体供给流路
34 阻断阀

Claims (3)

1.一种转炉中铁水的精炼方法，使用各自分开地具有精炼用粉体供给流路、燃烧用氧化性气体供给流路和精炼用氧化性气体供给流路的顶吹喷枪，以燃料气体或者燃料气体与非活性气体的混合气体作为输送用气体从所述精炼用粉体供给流路向转炉内的铁水浴面供给石灰系熔剂、氧化铁、可燃性物质中的一种或两种以上，同时从所述燃烧用氧化性气体供给流路供给燃烧用氧化性气体，利用该燃烧用氧化性气体和所述燃料气体在顶吹喷枪的前端下方形成火焰，并且从所述精炼用氧化性气体供给流路向转炉内的铁水浴面供给精炼用氧化性气体。
2.如权利要求1所述的转炉中铁水的精炼方法，其中，所述输送用气体中，燃料气体的比率以体积分数计为10％以上。
3.如权利要求1或权利要求2所述的转炉中铁水的精炼方法，其中，根据从所述精炼用粉体供给流路供给的可燃性物质的供给速度调整来自所述燃烧用氧化性气体供给流路的燃烧用氧化性气体的供给流量，以使所述可燃性物质完全燃烧。
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