CN102575306A - 精炼用顶吹喷枪以及使用该顶吹喷枪的铁液的精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供精炼用顶吹喷枪，在喷枪前端部具有铅垂朝下或朝斜下方向的吹炼用主孔喷嘴(11)及副孔喷嘴(12)，并在上方与前端部隔离的位置处的喷枪的侧面部具有水平或朝斜下方向的二次燃烧用喷嘴(13)，并且在顶吹喷枪的内部具有：第一供给路径，该第一供给路径用于通过上述主孔喷嘴而与吹炼用的含氧气体一起供给不同于固体氧源的粉体，或者用于通过上述主孔喷嘴供给吹炼用的含氧气体；用于通过上述二次燃烧用喷嘴供给二次燃烧用的含氧气体的第二供给路径；以及用于通过上述副孔喷嘴而与输送用气体一起供给粉体状的固体氧源的第三供给路径，当由此氧化精炼铁液或钢液时，均能够进行有效的氧化精炼，同时能够有效地熔化转炉型精炼容器的附着生铁块。

Description

精炼用顶吹喷枪以及使用该顶吹喷枪的铁液的精炼方法

技术领域

本发明涉及一种精炼用顶吹喷枪(top lance)，进而涉及一种使用该顶吹喷枪的铁液的精炼方法，其中，优选该精炼用顶吹喷枪用于对转炉型精炼容器内的铁液(hot metal：铁水)或钢液实施脱磷处理(dephosphorization treatment：去磷处理)等的氧化精炼(oxidationrefining)。本发明的顶吹喷枪，由于含氧气体(oxygen containing gas)的供给路径与氧化铁等固体氧源(solid oxygen source)的供给路径分离，因此能够从这些路径朝转炉型精炼容器内的铁液或钢液的液体表面独立地供给含氧气体及固体氧源。并且，本发明的顶吹喷枪能够同时供给固体氧源以外的粉体与含氧气体。进而，本发明的顶吹喷枪能够从与喷枪前端部隔开的喷枪的侧面朝转炉型精炼容器的炉内空间供给二次燃烧用的含氧气体。

背景技术

在使用高炉铁液的制钢工艺中，在利用转炉(converter)进行脱碳吹炼之前，一般进行利用氧气或固体的氧化铁将铁液中所含有的磷(P)的大多半氧化除去的铁液的预备脱磷处理(dephosphorizationpretreatment)。特别是近年来，对钢铁制品的品质要求比以往更加严格，要求比以往更进一步降低磷浓度。为了满足该品质要求，必须比以往更进一步增加实施脱磷处理的铁液量、或者使脱磷处理后的磷浓度稳定地下降。

另一方面，为了应对降低对以如今的地球暖化为代表的环境的影响的要求，必须削减制钢工序中的熔渣(slag：炉渣)的排出量。为了在铁液的预备脱磷处理中削减熔渣的排出量，必须降低形成为熔融、且作为磷氧化物(P₂O₅)吸收用的精炼剂(refining agent)而发挥功能的熔渣(称作“脱磷精炼用熔渣”)的脱磷用的精炼剂(以下，记作“脱磷用精炼剂”)的投入量。铁液的预备脱磷处理中的脱磷用精炼剂的主成分是石灰(lime)。因此，为了满足上述品质要求并削减熔渣排出量，需要既能降低石灰的使用量又能维持所需脱磷量的技术，亦即需要以石灰少的使用量高效地进行脱磷处理的技术。

在铁液的预备脱磷处理中，由于未渣滓化(fluxing)(熔渣化)的石灰并不利于脱磷反应，因此为了削减石灰的使用量，重要的是促进添加后的石灰的渣滓化。以往，作为针对以石灰为主的熔渣的渣滓化能力优异的渣滓化促进用的助熔剂(渣滓化促进剂：fluxing agent)，已知有萤石(fluorite：以氟化钙为主成分的矿石)，即使在脱磷处理中也使用萤石。然而，近年来，伴随着对环境规定的强化，对含有氟的助熔剂的使用进行了限制。因此，对即使不使用萤石也能够促进基于石灰的脱磷反应的方法进行了研究，并提出了多个方案。

作为其中的一种方法，提出有如下技术：将石灰系的脱磷用精炼剂供给到与被供给了含氧气体或氧化铁等的氧源的位置相同、或靠近的位置。该技术能够促进石灰系的脱磷用精炼剂的渣滓化，并能够以少的石灰系脱磷用精炼剂高效地进行脱磷处理。

例如，在专利文献1中提出有以下述方式进行的铁液的预备脱磷处理的方法：将石灰系脱磷用精炼剂及吸热物质添加到被供给了氧气的位置。在专利文献2中公开了如下顶吹喷枪，优选将该顶吹喷枪用于朝因氧气的供给而在铁液表面形成的燃烧点(fire spot、hot spot：热点)区域添加石灰系脱磷用精炼剂。该顶吹喷枪形成为四层管构造，在轴心部位置配置有用于供给石灰系脱磷用精炼剂的粉体吹入喷嘴，在该粉体吹入喷嘴周围配置有用于供给氧气的多个喷嘴。并且，在专利文献3中提出了具有五层管构造的精炼用顶吹喷枪，对于该精炼用顶吹喷枪，同时供给含氧气体和石灰系脱磷用精炼剂的供给路径、与氧化铁的供给路径分离，并且该精炼用顶吹喷枪用于从这些路径将含氧气体、石灰系脱磷用精炼剂及氧化铁供给到铁液表面，从而对铁液实施脱磷处理等的氧化精炼。在该专利文献3中还提出了如下方案：在氧化铁供给路径的周围设置缓冲空间，由此检测氧化铁供给路径上的破孔。

然而，由于温度越低越利于熔融铁的脱磷反应，因此在铁液达到1300℃～1400℃左右的阶段进行脱磷反应。例如，专利文献1及专利文献2中公开了不足1300℃～1350℃左右的实施温度。并且，由于能够对熔化室(free board)(炉内的未被静置铁液占据的空间)进行大幅强烈的搅拌，因此一般在转炉型精炼容器内进行铁液的预备脱磷处理。然而，由于是低温，因此在脱磷处理中飞溅的铁液会在转炉型精炼容器的侧壁或炉口等处附着、凝固，进而堆积成生铁块，从而会导致铁液成品率的下降以及由生铁块除去作业造成的生产性的降低。

该生铁块附着的问题并不局限于在铁液的预备脱磷处理中存在，即使在利用转炉进行的铁液的脱碳精炼中也成为问题。也就是说，在利用转炉进行的铁液的脱碳精炼中存在下述问题等：困吹炼中的铁液飞溅(称作“喷溅(spitting)”)或熔渣喷出(称作“喷渣(slopping)”)而使得生铁块在转炉的内壁或炉口堆积，从而妨碍向炉内装填入铁液及废铁。

还提出了多个用于解决该生铁块附着问题的方案。例如，专利文献4中提出了如下精炼方法：顶吹喷枪在前端部具有主孔喷嘴，在与该顶吹喷枪的前端部隔开规定隔离的顶吹喷枪的侧面，配置有水平或朝下方向的二次燃烧用喷嘴，从所述主孔喷嘴供给氧气而对转炉内的铁液或钢液进行氧化精炼，与此同时，从所述二次燃烧用喷嘴供给氧气而将附着于转炉的生铁块熔化。

[专利文献1]日本特开2003-328021号公报

[专利文献2]日本特开2006-336033号公报

[专利文献3]日本特开2008-208407号公报

[专利文献4]日本特开2008-138271号公报

目前，在制钢工序中，主流是采用如下氧化精炼方法：以铁液的预备脱磷处理为主，作为氧源同时使用含氧气体等气体氧源、与氧化铁等固体氧源，并将这些氧源添加到同一位置或接近的位置。并且，在该情况下，还施行了如下精炼方法：将所述气体氧源用作输送用气体，将脱磷用精炼剂等熔剂(flux)与气体氧源一起输送(参照专利文献3)，由此将熔剂投入到气体氧源的添加位置。并且，在实施这样的精炼的情况下，为了确保铁成品率及生产性，如下措施也极其重要：利用从顶吹喷枪侧面的二次燃烧用喷嘴供给的气体氧源将附着于转炉型精炼容器的内壁及炉口的生铁块熔化。

作为用于实施这样的精炼的顶吹喷枪，若对上述现有的各种形状的顶吹喷枪进行验证，则会发现无法采用其中的任一种顶吹喷枪。并且，即使对上述现有的顶吹喷枪进行组合，也无法获得能够满足要求的顶吹喷枪。例如，即使以与专利文献3所提出的顶吹喷枪的含氧气体供给路径连接的方式设置专利文献4所提出的二次燃烧用喷嘴，若经由含氧气体供给路径而与含氧气体一起输送熔剂，则会产生因该熔剂而使得二次燃烧用喷嘴堵塞这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，提供一种精炼用顶吹喷枪，像铁液的预备脱磷处理那样地，每当在转炉型精炼容器内对铁液或钢液进行氧化精炼时，都能够进行有效的氧化精炼，与此同时，还能够有效地熔化附着于转炉型精炼容器的生铁块。本发明的目的还在于提供一种使用了该精炼用顶吹喷枪的铁液的精炼方法。

以下为用于解决上述课题的本发明的主旨。

(1)一种精炼用顶吹喷枪，用于对收纳于转炉型精炼容器内的铁液或钢液的氧化精炼，该精炼用顶吹喷枪的特征在于，在顶吹喷枪的前端部具有铅垂朝下或朝斜下方向的吹炼用主孔喷嘴及固体氧源吹入用副孔喷嘴，并在上方与上述前端部隔离的位置处的顶吹喷枪的侧面部具有水平或朝斜下方向的二次燃烧用喷嘴，并且，在顶吹喷枪的内部具有：第一供给路径，该第一供给路径用于通过上述主孔喷嘴而与吹炼用的含氧气体一起供给不同于固体氧源的粉体、或者用于通过上述主孔喷嘴供给吹炼用的含氧气体；第二供给路径，该第二供给路径用于通过上述二次燃烧用喷嘴供给二次燃烧用的含氧气体；以及第三供给路径，该第三供给路径用于通过上述副孔喷嘴而与输送用气体一起供给粉体状的固体氧源。

即，第一供给路径具有：精炼用熔剂导入部，该精炼用熔剂导入部用于将不同于固体氧源的粉体(以下记作“精炼用熔剂”)导入到该路径；以及含氧气体导入部，该含氧气体导入部用于将含氧气体导入到该路径。精炼用熔剂导入部可以是将精炼用熔剂与输送气体一起导入的导入部，该输送气体也优选为含氧气体。当然，可以形成为从同一导入部将精炼用熔剂与含氧气体导入(即，从该导入部将预先混合成通过上述主孔喷嘴供给上述精炼用熔剂与含氧气体时的比率的物质导入)的构造。另外，在操作中，可以使精炼用熔剂的导入停止而通过上述含氧气体导入部仅将含氧气体导入到第一供给路径。

并且，第二供给路径具有将含氧气体导入到该路径的含氧气体导入部。进而，第三供给路径具有将固体氧源与输送用气体一起导入到该路径的固体氧源导入部。另外，在操作中，可以使固体氧源的供给停止而通过上述导入部仅将输送用气体导入到第三供给路径。

此处，第一供给路径与第二供给路径可以共有含氧气体导入部。在该情况下，设置用于防止上述精炼用熔剂混入到第二供给路径的隔离构造。

(2)根据上述(1)所记载的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，上述第二供给路径的末端被关闭，从而利用第二供给路径供给的含氧气体并不在第一供给路径及第三供给路径汇合。

另外，第二供给路径的末端意味着该路径的、比最靠近喷枪前端部的二次燃烧用喷嘴更靠前(喷枪前端部侧)的部分。

(3)根据上述(2)所记载的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，朝上述第二供给路径供给还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体。

即，第二供给路径具有将上述任一种或两种以上的气体导入到该路径的导入部。当然，可以形成为将这些气体从与上述含氧气体相同的导入部导入的构造。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所记载的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，在上述第三供给路径的周围，具备存在空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体的缓冲空间，基于存在于该缓冲空间的气体的压力或流量的变化来检测第三供给路径上的破孔。

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所记载的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，上述第一供给路径、上述第二供给路径及上述第三供给路径配置于同心圆上。

(6)一种铁液的精炼方法，其特征在于，将石灰系脱磷用精炼剂添加到收纳于转炉型精炼容器的铁液，使添加的上述脱磷用精炼剂渣滓化而形成为熔渣，当由此对铁液实施氧化精炼时，利用上述(1)～(5)中任一项所记载的精炼用顶吹喷枪，从第一供给路径将吹炼用的氧气朝铁波表面供给，同时，从第三供给路径将固体氧源与输送用气体一起朝被供给了吹炼用的氧气的位置附近的铁波表面供给，进而，从第二供给路径将二次燃烧用氧气朝转炉型精炼容器的炉内空间供给从而进行氧化精炼。

另外，优选从第一供给路径将上述石灰系脱磷用精炼剂的至少一部分朝上述铁液供给。

根据本发明，顶吹喷枪在其内部具有：第一供给路径，该第一供给路径用于通过主孔喷嘴而与吹炼用的含氧气体一起供给石灰系脱磷用精炼剂等不同于固体氧源的粉体、或者用于通过主孔喷嘴供给吹炼用的含氧气体；第二供给路径，该第二供给路径用于通过二次燃烧用喷嘴供给二次燃烧用的含氧气体；以及第三供给路径，该第三供给路径用于通过副孔喷嘴而与输送用气体一起供给粉体状的固体氧源。因此，即使从第一供给路径及第三供给路径供给粉体，二次燃烧用喷嘴也会仅喷射含氧气体，二次燃烧用喷嘴不会关闭，而是会长时间稳定地喷射二次燃烧用含氧气体。由此，能够抑制生铁块附着于转炉型精炼容器，能够预先防止伴随于生铁块附着的不良影响，并能够达成铁成品率的提高及生产性的提高。并且，由于能够朝同一位置或其附近分别供给含氧气体、固体氧源以及石灰系脱磷用精炼剂等熔剂，因此能够实现有效地进行铁液及钢液的氧化精炼。

附图说明

图1是示出了本发明所涉及的精炼用顶吹喷枪的例子的概要剖视图。

图2是在本发明所涉及的精炼用顶吹喷枪中示出了朝向缓冲空间的缓冲用气体的供给路径的图。

图3是示出了本发明所涉及的精炼用顶吹喷枪的其它例子的概要剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行具体说明。另外，虽然以下举例示出的喷枪是典型的例子，但是各部位(喷嘴、路径等)的形状、尺寸、数量、位置等并不局限于此。即，为了合理地实现各部位的目的，能够以公知技术为参考并结合实际使用环境来设计构造。

图1是示出了本发明所涉及的精炼用顶吹喷枪的一例的概要剖视图。如图1所示，本发明所涉及的顶吹喷枪1构成为包括：圆筒状的喷枪主体2；喷枪喷嘴3，该喷枪喷嘴3通过焊接等与该喷枪主体2的下端连接；以及喷枪顶部4，该喷枪顶部4位于喷枪主体2的上端部，并形成为粉体、冷却水的导入部(喷枪主体2的与各供给设备的连接部)。喷枪主体2由最外管5、外管6、中管7、隔离管8、内管9、最内管10的同心圆状的6种钢管亦即六层管构成。在铜制的喷枪喷嘴3的轴心部设置有铅垂朝下方向的副孔喷嘴12，在该副孔喷嘴12的周围设置有多个以铅垂斜下方向为排出方向的主孔喷嘴11。并且，在喷枪主体2的侧面部、且在上方与喷枪喷嘴3的前端部隔离的位置，将以水平或斜下方向为排出方向的多个二次燃烧用喷嘴13，在喷枪主体2的圆周方向上以大致相等间隔设置。虽然在图1中的铅垂方向上形成为两段，但是也可以是一段或3段以上。另外，将水平或斜下方向的二次燃烧用喷嘴13设置于在上方与喷枪喷嘴3的前端部隔离的位置处的侧面部，意味着将二次燃烧用喷嘴13在喷枪侧面部上的位置及朝向(角度)选定成使其喷射方向朝向精炼容器的炉壁。并且，优选地，考虑到一般的转炉顶吹喷枪喷嘴3的冷却水路等的设计制约，将离喷枪前端部最近的二次燃烧用喷嘴13与喷枪前端部之间的距离设定成，距离喷枪前端300mm以上。

主孔喷嘴11是用于将作为吹炼用气体的含氧气体、或者以该含氧气体为输送用气体而与含氧气体一起将固体氧源以外的熔剂等的粉体(“精炼用熔剂”)亦即石灰系脱磷用精炼剂等的粉体，吹入到转炉等精炼容器(未图示)内部的喷嘴。副孔喷嘴12是用于将铁矿石、轧制氧化皮(mill scale)等的固体氧源与输送用气体一起吹入到精炼容器内部的喷嘴。并且，二次燃烧用喷嘴13是用于将二次燃烧用的含氧气体吹入到精炼容器内部空间的喷嘴。如图1所示，主孔喷嘴11采用了越靠近前端部截面越扩大的所谓的拉瓦尔喷嘴(laval nozzle)的形状。另一方面，虽然副孔喷嘴12及二次燃烧用喷嘴13是笔直形状，但是副孔喷嘴12及二次燃烧用喷嘴13也可以采用拉瓦尔喷嘴的形状。该顶吹喷枪1在精炼容器的上方被支承装置(未图示)支承为能够在精炼容器的内部升降。

虽然在图1的喷枪的情况下并不存在对主孔喷嘴11的设置孔数及孔径等的特殊制约，但是根据朝顶吹喷枪1的供给气体压力等的制约，由于设置孔数及口径必然根据所需的含氧气体供给量来决定，因此需要在满足这些制约的范围内设定设置孔数及口径等。虽然也不存在对二次燃烧用喷嘴13的设置孔数及口径等的特殊条件，但是需要根据炉的形状来设定成适合于附着生铁块的熔化的配置。此处，所谓的含氧气体是氧气(纯氧气)、富氧气体、或氧气与稀有气体等的混合气体，并且是氧气浓度高于空气的气体。作为从副孔喷嘴12吹入的固体氧源，能够使用铁矿石的烧结矿、轧制氧化皮、集尘粉尘、砂铁、铁矿石、锰矿石等。此处，集尘粉尘是指在高炉、转炉的烧结工序中从废气中回收的、含有FeO或Fe₂O₃的粉尘。

另外，虽然在本发明中是以含氧气体为输送用气体从主孔喷嘴11将作为一种石灰系脱磷用精炼剂的生石灰等的熔剂吹入，但是同样地，也可以从副孔喷嘴12将生石灰等的熔剂与固体氧源一起吹入。当然，利用各自独立的流量计(未图示)，独立地对从副孔喷嘴12喷出的流量、以及从主孔喷嘴11喷出的流量进行流量控制。

最外管5与外管6之间的间隙、以及外管6与中管7之间的间隙，形成为用于冷却顶吹喷枪1的冷却水的流路。进而，从设置于喷枪顶部4的供水管(未图示)供给的冷却水，通过外管6与中管7之间的间隙而到达喷枪喷嘴3的部位，在喷枪喷嘴3的部位反转而通过最外管5与外管6之间的间隙并从设置于喷枪顶部4的排水管(未图示)排出。也可以使供排水的路径与上述路径相反。

中管7与隔离管8之间的间隙形成为用于朝二次燃烧用喷嘴13供给含氧气体的第二供给路径。进而，从设置于喷枪顶部4的与中管7连通的含氧气体供给管14被导入到中管7的内部的含氧气体，通过第二供给路径到达二次燃烧用喷嘴13，进而被从二次燃烧用喷嘴13喷出。然而，隔离管8的上端部并未到达含氧气体供给管14的设置部位(含氧气体的导入部)。即，从含氧气体供给管14导入到中管7内部的含氧气体，还流入到隔离管8与内管9之间的间隙(如后所述，隔离管8与内管9之间的间隙为第一供给路径)，进而通过该间隙而喷出到主孔喷嘴11。并且，隔离管8的下端部并未到达喷枪喷嘴3的部位。即，虽然从中管7与隔离管8之间的间隙亦即第二供给路径通过，但是未从二次燃烧用喷嘴13喷出的含氧气体在第一供给路径汇合，进而从主孔喷嘴11喷出。

隔离管8与内管9之间的间隙形成为第一供给路径，该第一供给路径用于将吹炼用的含氧气体、或与该含氧气体一起将不同于固体氧源的粉体(“精炼用熔剂”)例如石灰系脱磷用精炼剂等粉体向主孔喷嘴11供给。也就是说，在喷枪顶部4，以含氧气体为输送用气体、且用于供给精炼用熔剂的粉体供给管15(该供给管的设置部位成为精炼用熔剂导入部)设置成与隔离管8连通，并且如前所述，含氧气体供给管14(该供给管的设置部位成为含氧气体导入部)设置成与中管7连通。

进而，在从主孔11将精炼用熔剂与吹炼用含氧气体一起吹入的情况下，从含氧气体供给管14供给的含氧气体、与从粉体供给管15供给的粉体及含氧气体汇合，进而通过第一供给路径。在该情况下，由于隔离管8的下端位置比二次燃烧用喷嘴13的设置位置更靠下方，因此通过第一供给路径的粉体不会流入到二次燃烧用喷嘴13。即，隔离管8作为用于防止所述精炼用熔剂混入到第二供给路径的隔离构造而发挥功能。

在从主孔喷嘴1仅吹入吹炼用含氧气体的情况下，只要使粉体供给管15停止供给、或从粉体供给管15仅供给含氧气体即可。

作为精炼用熔剂亦即不同于固体氧源的粉体，能够应用固体氧源以外且为了实现有效的精炼而投入的公知的(或能够预知的)所有固体物质。例如，除了所述的石灰系脱磷用精炼剂(生石灰(CaO)及石灰石(CaCO₃)、或白云石(CaCO₃·MgCO₃)、脱碳熔渣、二次精炼熔渣等)以外，还能够举出熔渣的原料(例如硅石(SiO₂)、含有氧化镁的砖渣等)、以及渣滓化促进剂(萤石、氧化钛、含有氧化锯等的物质等)等等。另外，通常作为精炼用熔剂，至少供给石灰系脱磷用精炼剂。

最内管10的内部形成为第三供给路径，该第三供给路径用于将固体氧源与输送用气体一起向副孔喷嘴12供给。即，与输送用气体一起从设置于喷枪顶部4的与最内管10连通的供给管(未图示)供给到最内管10内部的固体氧源，通过最内管10内部而到达副孔喷嘴12，进而从副孔喷嘴12喷出。此处，所述供给管的设置部(未图示)成为固体氧源导入部。作为输送固体氧源的输送用气体，优选含氧量在空气以下的气体，特别优选使用空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体。

将空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体用作固体氧源的输送用气体的理由如下。与从主孔喷嘴11吹入的含氧气体相比，空气中氧气的含有量少，并且，还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体实质上不含有氧气。因此，能够防止固体氧源所含的微量的金属铁(metallic iron)在输送中燃烧，并能够防止因输送中固体氧源与最内管10的接触而产生的火花所导致的最内管10的燃烧。此处，还原性气体是指丙烷气体等碳氢化合物系气体及CO气体，非氧化性气体是指氮气等不具有氧化能力的气体，稀有气体是指Ar气体或He气体等惰性气体。

内管9与最内管10之间的间隙在前端部的喷枪喷嘴3的部位被密封而终止，形成为从设置于喷枪顶部4的缓冲用气体供给管16供给的空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体存在的缓冲空间。在本发明中，将存在于缓冲空间的气体称作“缓冲用气体”。

图2中示出了朝该缓冲空间的缓冲用气体的供给路径。如图2所示，具备检测器(detector)20、遥控操作阀21、软管22以及多个手动截止阀23的缓冲用气体导入装置19，与设置于喷枪顶部4的缓冲用气体供给管16连接。进而，经由该缓冲用气体导入装置19向缓冲空间供给缓冲用气体。作为检测器20，设置了压力计或流量计、或者压力计及流量计双方。作为缓冲用气体朝缓冲空间的导入方法，可以将遥控操作阀21关闭而将缓冲用气体密封于缓冲空间，或者可以打开遥控操作阀21而使缓冲用气体的压力始终作用于缓冲空间。在图2的例子中，构成为能够进行上述任意操作。另外，软管22的长度形成为顶吹喷枪1上下升降时的余量。并且，虽然在图2的例子中将检测器20设置成比软管22更靠近顶吹喷枪1侧，但是也可以将其设置成比软管22更靠供给侧等，无论将检测器20设置于哪个部位都可以。当基于缓冲空间的压力变动的测量值来检测破孔时，必须将检测器20配置成比遥控操作阀21更靠顶吹喷枪1侧。因此，根据操作的柔性的观点，优选将检测器20配置成比遥控操作阀21更靠顶吹喷枪1侧。

将空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体用作缓冲用气体的理由，与将这些种类的气体用作固体氧源的输送用气体的理由相同。即，其理由在于，在固体氧源的输送中，即使在作为该固体氧源的供给路径亦即第三供给路径的最内管10产生破孔而使得缓冲用气体与固体氧源接触，只要将这些种类的气体用作缓冲用气体，就能够防止因固体氧源中的金属铁的燃烧、以及固体氧源与最内管10的接触而产生的火花所导致的最内管10的燃烧。困此，除了上述气体以外，只要是含氧量在空气以下的气体，就能够用作缓冲用气体。

能够以下述方式对最内管10在精炼中的破孔进行检测。即，由于若在精炼中在最内管10产生破孔，则缓冲空间与最内管10的内部连通，从而缓冲空间内的压力产生变化、或者朝缓冲空间供给的缓冲用气体的流量产生变化，因此基于该变化能够检测破孔。作为具体的检测方法，能够采用以下两种方法。一种方法为如下方法：设置压力计、或压力计与流量计双方作为检测器20，在将缓冲用气体导入到缓冲空间以后，关闭遥控操作阀21而将缓冲用气体封装入缓冲空间，利用检测器20来测量精炼中缓冲空间内的压力，由此检测破孔。其它方法为如下方法：设置流量计作为检测器20，打开遥控操作阀22而使缓冲用气体的压力始终作用于缓冲空间，在该状态下利用检测器20来测量流量，从而根据产生破孔后的流量变化来检测破孔。

以下，对利用以该方式构成的本发明所涉及的顶吹喷枪1在转炉内实施铁液的预备脱磷处理的例子进行说明。

将本发明所涉及的顶吹喷枪1配置于转炉内的铁液的上方规定位置，从主孔喷嘴11向铁波表面喷射作为含氧气体的氧气。并且与此同时，将空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种气体作为输送用气体而从副孔喷嘴12向铁液表面喷射固体氧源。从副孔喷嘴12喷射的固体氧源，被供给到位于与被供给了氧气的位置相同位置的铁液表面、或其附近。在脱磷处理中，需要用于吸收脱磷反应中所生成的磷氧化物(P₂O₅)的脱磷精炼用熔渣，从而还需投入作为该脱磷精炼用熔渣的石灰系脱磷用精炼剂。

作为石灰系脱磷用精炼剂，只要是含有CaO、且能够进行本发明所期望的脱磷处理的物质即可，对于CaO的含量并没有特殊限制。通常是由CaO单独构成的物质、或者是含有质量百分比为50％以上的CaO并按需要含有其它成分的物质。作为具体的例子，能够使用生石灰(CaO)及石灰石(CaCO₃)、或白云石(CaCO₃·MgCO₃)，进而还能够使用将作为渣滓化促进剂的含有氧化钛、氧化铝、氧化锰的物质混合入这些物质中的物质。并且，由于脱碳熔渣(decarburization slag)及浇包熔渣(ladle refining slag)等也以CaO为主成分、且含磷量少，因此完全能够将其用作石灰系脱磷用精炼剂。

在铁液表面上，氧气与铁液表面碰撞的位置(称作“燃烧点”)因氧气与铁液中的碳的反应而形成高温，从而被供给到燃烧点或燃烧点附近的固体氧源迅速熔融，会使熔渣中的FeO成分增加。由此，熔渣中的氧势升高，也就是说，迅速地形成了最适于脱磷反应的熔渣，从而即使熔渣量少、且处于高温下，也能够进行脱磷反应。并且，将石灰系脱磷用精炼剂投入到燃烧点或燃烧点附近，由此促进石灰系脱磷用精炼剂的渣滓化而在早期形成脱磷精炼用熔渣，从而会更进一步促进脱磷反应。因此，优选地，还经由主孔喷嘴11、或主孔喷嘴11及副孔喷嘴12将石灰系脱磷用精炼剂投入到燃烧点或燃烧点附近。

在进行该吹炼时，从二次燃烧用喷嘴13供给二次燃烧用的氧气，从而在进行脱磷精炼的同时将炉体上附着的生铁块熔化、或防止生铁块的附着。由此，能够预先防止伴随于生铁块附着的不良影响，并能够实现铁成品率的提高及生产性的提高。

在该情况下，优选地，来自二次燃烧用喷嘴13的氧气的供给量(Q)处于来自主孔喷嘴11的氧气供给量(Q_O)的5％～30％的范围。若100Q/Q_O不足5％，则二次燃烧用的氧气过少，二次燃烧发热量不足，从而无法熔化附着生铁块。另一方面，若100Q/Q_O超过30％，则二次燃烧发热量过剩，从而会促进炉体耐火物的熔损。

并且，若来自二次燃烧用喷嘴13的氧气的流速变得过快，使得来自二次燃烧用喷嘴13的氧气直接到达炉壁，则不仅附着生铁块局部地熔化，炉体耐火物也会局部地熔损。因此，重要的是在直至来自二次燃烧用喷嘴13的氧气喷射流到达炉壁为止的期间内，使氧气喷射流与在炉内产生的CO气体反应，从而使二次燃烧热量在炉内均匀地分散。

如专利文献4所公开，可知：在来自二次燃烧用喷嘴13的氧气的流速衰减到30m/秒的时刻，炉内产生的CO气体与来自二次燃烧用喷嘴13的氧气反应，从而产生二次燃烧反应。利用下述算式(1)能够求出从二次燃烧用喷嘴13供给的氧气的流速达到30m/秒时与二次燃烧用喷嘴13的喷嘴出口之间的距离X(m)。

[数学式1]

$X=\frac{\mathrm{de}/1000}{60\×C}\×V_0---\left(1\right)$

然而，在算式(1)中，V₀表示二次燃烧用喷嘴的出口处的氧气喷射流的流速(m/秒)，de表示二次燃烧用喷嘴的出口直径(mm)，C＝0.016+0.19/(P₀-P_e)，其中，P₀表示二次燃烧用喷嘴的以绝对压力示出的氧气背压(kgf/cm²)，P_e表示转炉型精炼容器内的以绝对压力表示的大气压力(kgf/cm²)。

若在该距离X未到达炉壁这样的适当的范围内进行顶吹喷枪的设计及吹炼条件的控制，则能够避免局部的生铁块熔化及炉壁耐火物的熔损，并能够使二次燃烧反应热量在炉内均匀地分散。

另外，在图1所示的顶吹喷枪1中，隔离管8的下端部并未到达喷枪喷嘴3的部位，第二供给路径朝第一供给路径开口。困此从二次燃烧用喷嘴13喷出的含氧气体的流量，取决于主孔喷嘴11的总截面积与二次燃烧用喷嘴13的总截面积的比，从而无法独立地控制从二次燃烧用喷嘴13的喷出量。也就是说，从含氧气体供给管14及粉体供给管15供给的含氧气体的总量根据两者的总截面积来分配。对此进行了改善，由此还能够独立地控制二次燃烧用的含氧气体流量，以进行更高精度的吹炼控制。然而，在该情况下，必须将顶吹喷枪的内部构造改变成图1所示的顶吹喷枪1。

图3中示出了能够独立于吹炼用含氧气体地对二次燃烧用的含氧气体的流量进行控制的顶吹喷枪的例子。

在图3所示的顶吹喷枪1A中，隔离管8的下端到达喷枪喷嘴3的部位，在喷枪喷嘴3的部位，中管7与隔离管8之间的间隙亦即第二供给路径被密封。并且，在喷枪顶部4，隔离管8的上端位于比中管7的上端位置更靠上方的位置，通过在中管7与隔离管8之间设置密闭用的密封件而将第二供给路径密封。进而，含氧气体供给管18与中管7连通(该供给管的设置部成为含氧气体导入部)。即，从含氧气体供给管18供给到中管7的内部的含氧气体，通过中管7与隔离管8之间的间隙亦即第二供给路径而从二次燃烧用喷嘴13喷出。

另一方面，在喷枪顶部4，含氧气体·粉体供给管17与隔离管8连通(该供给管的设置部成为精炼用熔剂导入部兼含氧气体导入部)。进而，从含氧气体·粉体供给管17供给到隔离管8内部的吹炼用的含氧气体、或将含氧气体作为输送用气体的精炼用熔剂，通过隔离管8与内管9之间的间隙亦即第一供给路径而从主孔喷嘴11喷出。当从主孔喷嘴11仅吹入含氧气体时，从含氧气体·粉体供给管17仅供给含氧气体，当将含氧气体作为输送用气体而从主孔喷嘴11吹入粉体时，从含氧气体·粉体供给管17与含氧气体一起供给粉体。顶吹喷枪1A的其它构造形成为与图1所示的顶吹喷枪1相同的构造，从而利用相同标号示出相同部分，并将其说明省略。并且，使用该顶吹喷枪1A的铁液的预备脱磷处理也只要以使用顶吹喷枪1的情况为基准即可。

另外，根据吹炼的状况，有时无需通过第二供给路径从二次燃烧用喷嘴13喷出氧气。在该情况下，在图3所示的顶吹喷枪1A中，为了防止二次燃烧喷嘴13的关闭而构成为能够从第二供给路径供给还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体。

这样，根据本发明，由于顶吹喷枪1、1A在其内部具有：第一供给路径，该第一供给路径用于通过主孔喷嘴11而与吹炼用的含氧气体一体供给石灰系脱磷用精炼剂等不同于固体氧源的粉体、或者用于通过主孔喷嘴11供给吹炼用的含氧气体；第二供给路径，该第二供给路径用于通过二次燃烧用喷嘴13供给二次燃烧用的含氧气体；以及第三供给路径，该第三供给路径用于通过副孔喷嘴12而与输送用气体一起供给粉体状的固体氧源，困此即使从第一供给路径及第三供给路径供给粉体，二次燃烧用喷嘴13也会仅喷射含氧气体，二次燃烧用喷嘴13不会关闭，而是会长时间稳定地喷射二次燃烧用含氧气体。由此，能够抑制生铁块附着于转炉型精炼容器，并能够预先防止伴随于生铁块附着的不良影响。

[实施例]

[实施例1]

对于从高炉排出的铁液，在按需要利用高炉铸床对其进行脱硅处理以后，将其输送到300吨容量的转炉，在该转炉内利用图1所示的顶吹喷枪实施了共计4次预备脱磷处理(本发明例1～4)。另外，主孔喷嘴以在同心圆上均匀排列的方式设置有4个。并且，二次燃烧用喷嘴以在同心圆上均匀排列的方式上下各设置有8个，二次燃烧用喷嘴与顶吹喷枪所成角度θ(°)，使得来自二次燃烧用喷嘴的氧喷射流的流速达到30m/秒时与二次燃烧用喷嘴13的喷嘴出口之间的距离X(m)满足下述算式(2)。

[数学式2]

$0.10\≤\frac{X\sin \mathrm{\θ}}{H}\≤0.75---\left(2\right)$

此处，X是由算式(1)规定的与二次燃烧用喷嘴的喷嘴出口之间的距离(m)，H是从顶吹喷枪中心到转炉炉壁的水平方向上的距离(m)。并且，角度θ是二次燃烧用喷嘴的中心线与顶吹喷枪的中心线所成的角度，并以铅垂方向为基准(＝0°)(0°＜θ≤90°)。因此，Xsinθ表示水平方向上起始自二次燃烧用喷嘴的喷射流到达距离(m)。

将脱磷处理前的铁液的磷浓度统一成质量百分比0.12％，并以脱磷处理后的铁液的磷浓度达到质量百分比0.020％以下、铁成品率达到98以上为目标。铁成品率(η)是利用脱磷处理后排出的铁液的质量(W)相对于装填入转炉内的铁液的质量(W₀)与废铁的质量(Ws)的总质量(W₀+Ws)的百分率来表示(η＝100W/(W₀+Ws))的值。

对于脱磷处理，从含氧气体供给管14供给氧气，以氧气为输送用气体而从粉体供给管15供给生石灰粉(平均粒径1mm以下)，以氮气为输送用气体从位于最内管内部的第三供给路径供给粉体状的固体氧源。在该情况下，第一供给路径成为氧气与生石灰粉的供给路径，第二供给路径成为氧气的供给路径。

与顶吹喷枪不同，还从设置于转炉上方的料斗朝炉内投入块状的生石灰(来自顶吹喷枪的生石灰投入量：来自炉上方料斗的生石灰投入量＝8∶2)。然而，以不将CaF₂等氟化合物用作脱磷用精炼剂的方式进行脱磷处理。并且，作为搅拌用气体，将氮气从转炉炉底的风口以每1吨铁液0.03Nm³/分～0.30Nm³/分的流量吹入。

将从主孔喷嘴及二次燃烧用喷嘴供给的氧气流量设定为每1吨铁液0.6Nm³/分～2.5Nm³/分。将氧气的单位时间消耗量设定成除却脱硅所必需的氧气以后为12Nm³/t。来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量(Q)相对于来自主孔喷嘴的氧气流量(Q_O)的百分比亦即100Q/Q_O为6％。将粉状的铁矿石(平均粒度50μm)、砂铁(平均粒度100μm)、轧制氧化皮(平均粒度500μm)、铁矿石的烧结矿(平均粒度100μm)中的任一种用作固体氧源，并从副孔喷嘴喷射该固体氧源。

利用根据缓冲用气体流量变化进行检测的方式对最内管及内管上有无破孔进行了监视，结果表明并未产生破孔。

并且，作为比较例，还实施了以下脱磷处理：将图1所示的顶吹喷枪的二次燃烧用喷嘴机械性地关闭，从而不朝炉内空间供给二次燃烧用的氧气(比较例1)。将比较例的其它脱磷处理条件设定成以本发明例为基准。表1中示出了本发明例及比较例中进行脱磷处理前后的铁液成分及操作条件。表1中的CaO的单位时间消耗量及固体氧源使用量是每1吨铁液的量。

[表1]

如图表1所示，在朝来自顶吹喷枪的氧气的喷射面附近供给固体氧源的所有本发明例中，脱磷处理后的铁液中磷浓度为质量百分比0.020％以下，并且铁成品率为98％以上。与此相对，在比较例1中，虽然脱磷处理后的铁液中磷浓度为质量百分比0.020％以下，但是铁成品率不足98％。即，脱磷处理中铁液的损失，与比较例的2.1％相比，本发明例中为1.2％～1.7％，可见得到了显著改善。

[实施例2]

对于从高炉排出的铁液，在按需要利用高炉铸床对其进行脱硅处理以后，将其输送到300吨容量的转炉，在该转炉内利用图3所示的顶吹喷枪实施了共计2次预备脱磷处理(本发明例5～6)。

在脱磷处理中将来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量控制成恒定，结果，来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量(Q)相对于来自主孔的氧气流量(Q_O)的百分比亦即100Q/Q_O为12％。在该情况下，也能够确认Xsin

θ处于满足所述算式(2)的范围。将其它脱磷处理条件设定成与实施例1相同的条件。表2中示出了脱磷处理前后的铁液成分及操作条件。表2中的CaO的单位时间消耗量及固体氧源使用量是每1吨铁液的量，并且，铁成品率的定义与实施例1相同。

[表2]

如表2所示，能够确认：由于来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量与实施例1相比有所增加，因此二次燃烧发热量增加，从而更能够抑制生铁块附着，脱磷处理的铁成品率处于更高位，达到大致99％(即铁液损失为大致1％)。

[实施例3]

对于从高炉排出的铁液，在按需要利用高炉铸床对其进行脱硅处理以后，将其输送到300吨容量的转炉，在该转炉内利用图1及图3所示的顶吹喷枪实施了预备脱磷处理(本发明例7～8)。

作为搅拌用气体，将氧气从转炉炉底的风口以每1吨铁液0.3Nm³/分的流量吹入。炉底的风口形成为双层管构造，从内管吹入氧气，并根据氧气的流量将丙烷气体作为冷却气体而从外管吹入。将每1吨铁液6kg的铁矿石的烧结矿(平均粒度100μm)用作固体氧源，并从预吹喷枪的副孔喷嘴喷射该固体氧源。将来自二次燃烧喷嘴的氧喷射流的条件设定成满足所述算式(2)的范围。将其它脱磷处理条件设定成与实施例1相同的条件。

并且，作为比较例，还实施了以下脱磷处理：将图1所示的顶吹喷枪的二次燃烧用喷嘴机械性地关闭，从而不朝炉内空间供给二次燃烧用的氧气(比较例2)。将比较例的其它脱磷处理条件设定成以本发明例为基准。

表3中示出了脱磷处理前后的铁液成分及操作条件。同时还示出了来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量(Q)相对于来自脱磷处理中的主孔喷嘴的氧气流量(Q_O)的百分比亦即100Q/Q_O。表3中的CaO的单位时间消耗量是每1吨铁液的量，并且，铁成品率的定义与实施例1相同。

[表3]

如表3所示，能够确认：即使在从底吹风口吹入氧气的强搅拌条件下，也会因二次燃烧发热量的增加，使得更能抑制生铁块附着，并使得脱磷处理的铁成品率处于更高位。

[实施例4]

对于从高炉排出的铁液，将其输送到300吨容量的转炉，在该转炉内利用图3所示的顶吹喷枪实施了脱碳脱磷处理并熔化制成了钢液(本发明例9)。在铁液的脱碳精炼中，通过提高生成的炉内的熔渣的盐基度还同时引起了脱磷反应。

对于脱碳脱磷处理，从含氧气体供给管18供给氧气，以氧气为输送用气体从含氧气体·粉体供给管17供给生石灰粉(平均粒径1mm以下)，以氩气为输送用气体从位于最内管内部的第三供给路径供给粉体状的固体氧源。

与顶吹喷枪不同，还从设置于转炉上方的料斗朝炉内投入块状的生石灰。然而，以不将CaF₂等氟化合物用作精炼剂的方式进行脱碳脱磷处理。并且，作为搅拌用气体，将氩气从转炉炉底的风口以每1吨铁液0.15Nm³/分的流量吹入。

将从主孔喷嘴供给的氧气流量设定为每1吨铁液3.2Nm³/分。在从开始吹炼到吹炼结束的时间的前半段从二次燃烧用喷嘴供给氧气，在上述时间的后半段从二次燃烧用喷嘴供给Ar气体。来自二次燃烧用喷嘴的氧气流量(Q)相对于来自主孔的氧气流量(Q_O)的百分比为5％。能够确认来自二次燃烧喷嘴的氧喷射流的条件处于满足所述算式(2)的范围内。将每1吨铁液6kg的铁矿石的烧结矿(平均粒度100μm)用作固体氧源，并从副孔喷嘴喷射该固体氧源。

并且，作为比较例，还实施了以下脱磷处理：将图3所示的顶吹喷枪的二次燃烧用喷嘴机械性地关闭，从而不朝炉内空间供给二次燃烧用的氧气(比较例3)。将比较例的其它脱磷处理条件设定成以本发明例为基准。

表4中示出了本发明例及比较例中进行脱磷处理前后的铁液成分及操作条件。表4中的CaO的单位时间消耗量及固体氧源使用量是每1吨铁液的量。铁成品率(η)是利用脱碳脱磷处理后排出的钢液的质量(W_I)相对于装填入转炉内的铁液的质量(W₀)与废铁的质量(W_s)的总质量(W₀+W_s)的百分率来表示(η＝100W_I/(W₀+Ws))的值。

[表4]

如表4所示，本发明例9的铁成品率略优于比较例3。即，即使在是高温处理、且在生铁块附着少的条件下，通过局部地进行二次燃烧也能够改善成品率。

[产业上的利用可能性]

根据本发明，即使顶吹喷枪从第一供给路径及第三供给路径供给粉体，也能够从二次燃烧用喷嘴仅喷射含氧气体，能够无需关闭二次燃烧用喷嘴而长时间、且稳定地喷射二次燃烧用含氧气体。由此，能够抑制生铁块附着于转炉型精炼容器，预先防止伴随于生铁块附着的不良影响，并能够达成铁成品率的提高及生产性的提高。并且，由于能够朝同一位置或其附近分别供给含氧气体、固体氧源以及石灰系脱磷用精炼剂等熔剂，因此能够实现有效地进行铁液及钢液的氧化精炼。

[标号说明]

1...顶吹喷枪；1A...顶吹喷枪；2...喷枪主体；3...喷枪喷嘴；4...喷枪顶部；5...最外管；6...外管；7...中管；8...隔离管；9...内管；10...最内管；11...主孔喷嘴；12...副孔喷嘴；13...二次燃烧用喷嘴；14...含氧气体供给管；15...粉体供给管；16...缓冲用气体供给管；17...含氧气体·粉体供给管；18...含氧气体供给管；19...缓冲用气体导入装置；20...检测器；21...遥控操作阀；22...软管；23...手动截止阀。

Claims (7)

1.一种精炼用顶吹喷枪，该精炼用顶吹喷枪用于对收纳于转炉型精炼容器的铁液或钢液的氧化精炼，

该精炼用顶吹喷枪的特征在于，

在顶吹喷枪的前端部具有铅垂朝下或朝斜下方向的吹炼用主孔喷嘴及固体氧源吹入用副孔喷嘴，

在上方与所述前端部隔离的位置处的顶吹喷枪的侧面部具有水平或朝斜下方向的二次燃烧用喷嘴，

并且，在顶吹喷枪的内部具有：

第一供给路径，该第一供给路径用于通过所述主孔喷嘴而与吹炼用的含氧气体一起供给不同于固体氧源的粉体，或者用于通过所述主孔喷嘴供给吹炼用的含氧气体；

第二供给路径，该第二供给路径用于通过所述二次燃烧用喷嘴供给二次燃烧用的含氧气体；以及

第三供给路径，该第三供给路径用于通过所述副孔喷嘴而与输送用气体一起供给粉体状的固体氧源。

2.根据权利要求1所述的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，

所述第二供给路径的末端被关闭，从而利用第二供给路径供给的含氧气体并不在第一供给路径及第三供给路径汇合。

3.根据权利要求2所述的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，

朝所述第二供给路径供给还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，

在所述第三供给路径的周围，具备存在空气、还原性气体、碳酸气体、非氧化性气体、稀有气体中的任一种或两种以上的气体的缓冲空间，基于存在于该缓冲空间的气体的压力或流量的变化来检测第三供给路径上的破孔。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，

所述第一供给路径、所述第二供给路径及所述第三供给路径配置于同心圆上。

6.根据权利要求4所述的精炼用顶吹喷枪，其特征在于，

所述第一供给路径、所述第二供给路径及所述第三供给路径配置于同心圆上。

7.一种铁液的精炼方法，其特征在于，

将石灰系脱磷用精炼剂添加到收纳于转炉型精炼容器的铁液，使添加的所述脱磷用精炼剂渣滓化而形成为熔渣，当由此对铁液实施氧化精炼时，

利用权利要求1至6中任一项所述的精炼用顶吹喷枪，从第一供给路径将吹炼用的氧气朝铁液表面供给，同时，从第三供给路径将固体氧源与输送用气体一起朝被供给了吹炼用的氧气的位置附近的铁液表面供给，进而，从第二供给路径将二次燃烧用氧气朝转炉型精炼容器的炉内空间供给从而进行氧化精炼。

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