CN104126019B - 转炉炼钢方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供在转炉中同时进行铁水的脱碳精炼和脱磷精炼、制造钢水时能高效进行脱磷精炼、比以往提出的方法有利的转炉炼钢方法。本发明是一种转炉炼钢方法，在该方法中，在向转炉内供给气体氧、进行铁水的脱碳精炼的同时添加含有CaO的粉体脱磷精炼剂，使该脱磷精炼剂渣化、形成炉渣，并在对上述铁水脱碳的同时进行脱磷，由上述铁水熔炼钢水，其中，使上述脱磷精炼剂伴随来自上述顶吹喷枪的至少一个以上气体喷流一起供给到铁水液面，并将来自上述顶吹喷枪的气体喷流冲击上述铁水液面时的动压在定量评价所伴随的上述脱磷精炼剂的动能引起的动压上升的基础上控制在适当值以下。

Description

转炉炼钢方法

技术领域

本发明涉及由铁水熔炼钢水的转炉炼钢方法，尤其涉及在不使用作为含有CaO的脱磷精炼剂的渣化促进剂的CaF₂系熔剂的情况下能在转炉内高效进行与脱碳精炼同时进行的脱磷精炼的转炉炼钢方法。

背景技术

在通常的转炉炼钢方法中，在单个转炉中同时进行铁水的脱磷精炼和脱碳精炼，结束炼钢操作。但是，在近年的炼钢方法中，对钢材品质的要求提高，扩大连续铸造、真空脱气炉、钢包精炼炉等钢水的二次精炼不断普及。随之，转炉的出钢温度上升，其结果，导致转炉的脱磷能力降低。

所以，发展出对装入转炉的铁水预先进行脱磷处理、预先除去铁水中的磷后再装入转炉的铁水预处理法。作为磷，在温度水平低的铁水阶段进行脱磷效率高，因此，预先在铁水预处理工序进行脱磷的方法有利。例如，作为铁水预处理的精炼方法，有鱼雷罐车(torpedo car)方式、钢包方式或与进行脱碳精炼的转炉不同的转炉方式等。这些方法均是将生石灰、氧化铁等从上方添加或用注入方式添加，并组合使用通过搅拌用气体的吹入进行的搅拌或氧气的吹入的方法。另外，在作为氧化精炼的脱磷精炼中，与磷相比，硅与氧的亲和力强，因而铁水中的硅也会预先被氧化除去。

这样，一直以来通过在铁水阶段进行脱硅、脱磷精炼、在转炉中主要进行脱碳精炼来谋求转炉的效率化和生产效率的提高。然而，这种现有技术虽能达到较低的磷水平，但处理时间长、处理时的散热大、到供给至转炉之间需要花费时间、即使利用2台转炉也无法避免处理后的铁水卸出、再装入其他转炉导致的温度下降等，因而未能有效利用铁水的潜热。此外，为了脱磷而进行铁水预处理还存在会使炼钢工序中的富余热量减少、丧失使用原料的自由度、装入转炉的废铁再利用的使用量受到限制的问题。

因此，有人提出用单个转炉同时进行铁水的脱磷精炼和脱碳精炼的精炼方法。例如，在专利文献1中提出了如下方法：在氧顶吹转炉中，在将含氧化钙的粉体与精炼用氧气一起吹送到钢水面上、并从设置在钢水面下的喷嘴吹入气体进行搅拌时，将含有氧化铝的钢包炉渣或含有氧化铝的组合物添加到炉内，由此通过向转炉中吹入生石灰而实现稳定的熔融渣化，进行稳定的精炼，谋求炉渣产生量的降低。

专利文献：

专利文献1：日本特开2006-274349号公报

发明内容

然而，专利文献1中公开的技术存在若吹炼的调节不恰当，则吹入转炉内的生石灰飞散、不停留于炉内，反而使效率恶化的问题。

此外，近年来的炼钢技术为了应对以全球变暖为代表的环境影响，必须减少炼钢时产生的炉渣排放量。要削减铁水的脱磷处理时的炉渣排放量，就需要减少脱磷精炼剂的投入量。所谓脱磷精炼剂是起脱磷精炼剂作用的炉渣(下面称为“脱磷精炼用炉渣”)。铁水的脱磷精炼中的脱磷精炼剂的主体为石灰(CaO)。因此，要减少炉渣排放量，就需要在减少石灰使用量的同时维持必要脱磷量的技术，即需要以少的石灰使用量高效地进行脱磷精炼的技术。

本发明的目的在于提出在转炉中同时进行铁水的脱碳精炼和脱磷精炼、熔炼钢水时能高效地进行脱磷精炼的转炉炼钢方法。

用于解决上述问题的本发明方法是这样一种转炉炼钢方法：在从顶吹喷枪向转炉内供给气体氧、进行铁水的脱碳精炼的同时添加含有CaO的粉状脱磷精炼剂，由此在对上述铁水脱碳的同时进行脱磷，熔炼钢水，其特征在于，使上述脱磷精炼剂伴随来自上述顶吹喷枪的至少一个以上气体喷流一起供给到铁水液面，并将由上述顶吹喷枪的各自的喷枪喷嘴喷出的气体喷流冲击上述铁水液面时的用下述(1)～(4)式算出的动压控制在0.50kgf/cm²以下，

P＝3.13×10^-11×ρg×(Uo×de×Po/Lh)²···(1)

Uo＝740(1-(1.033/Po)^2/7)^1/2···(2)

Po＝Fj/(0.456×dt²)···(3)，

ρg＝ρj+Vp/(Fj/60)···（4）

式中，P：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流对铁水液面产生的在喷流中心的动压〔kgf/cm²〕

ρg：喷流密度〔kg/Nm³〕

U₀：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流的喷出流速〔m/sec〕

de：喷枪喷嘴出口径〔mm〕

P₀：从喷枪喷嘴喷出的气体的喷嘴入口压力〔kgf/cm²〕

Lh：喷枪高度〔m〕

Fj：从喷枪喷嘴喷出的气体的供给速度〔Nm³/hr〕

dt：喷枪喷嘴的喉径〔mm〕

ρj：从喷枪喷嘴喷出的气体的密度〔kg/Nm³〕

Vp：从喷枪喷嘴喷出的粉体脱磷精炼剂的供给速度〔kg/min〕。

本发明的转炉炼钢方法的特征在于，在上述方法中，使上述脱磷精炼剂和上述气体氧在同一喷枪内合流，使上述脱磷精炼剂伴随含有上述气体氧的气体喷流一起供给到上述铁水液面。

本发明的转炉炼钢方法的特征在于，在上述方法中，将上述气体氧和伴有载气的上述脱磷精炼剂的各自单独的供给系统配置在同一喷枪内，将上述气体氧和搬送上述脱磷精炼剂的载气从该喷枪的各自喷嘴作为气体喷流吹向上述铁水液面。

本发明的转炉炼钢方法的特征在于，在上述各方法中，将由所述顶吹喷枪的各自的喷枪喷嘴喷出的、含有上述气体氧的气体喷流和伴有上述脱磷精炼剂的气体喷流冲击上述铁水液面时的用所述(1)～(4)式算出的动压控制在0.30kgf/cm²以下，将由所述顶吹喷枪的各自的喷枪喷嘴喷出的、含有上述气体氧的气体喷流和伴有上述脱磷精炼剂的气体喷流冲击上述铁水液面时的用所述(1)～(4)式算出的动压的适当值控制在0.10kgf/cm²以上。

本发明的转炉炼钢方法的特征在于，在上述各方法中，上述脱磷精炼剂是粒度在1mm以下的生石灰、消石灰、碳酸钙、转炉渣、钢包炉渣中的任一种或二种以上。

根据本发明，在转炉炼钢方法中，在向转炉内供给气体氧、进行铁水的脱碳精炼的同时添加含有CaO的粉状脱磷精炼剂进行渣化、形成炉渣，从而在对铁水脱碳的同时进行脱磷、熔炼钢水，其中，使粉体脱磷精炼剂伴随气体喷流一起供给到铁水液面，因而脱磷精炼剂的熔融得到加速，该炉渣的脱磷能力提高。因而，在本发明方法中，即使是用比以往少的脱磷精炼剂的量，也能维持和以往相比同等以上的脱磷速度、进行脱磷精炼。此外，根据本发明，将气体喷流冲击铁水液面时的动压控制在考虑到(定量评价)所伴随的脱磷精炼剂具有的动能造成的动压上升的情况下的适当值以下，因而能防止铁水的过度飞散和脱磷精炼剂向炉外的过度飞散。其结果，本发明能达到削减转炉炼钢工序中的炉渣发生量、大幅削减对环境的负荷的效果。

此外，根据本发明，在转炉内同时进行铁水的脱碳精炼和脱磷精炼、熔炼钢水时，能高效地进行脱磷精炼，在工业上起到显著的效果。

附图说明

图1是示意性地显示本发明的转炉炼钢方法中使用的顶吹喷枪的例子的截面图。

图2是示意性地显示本发明的转炉炼钢方法中使用的顶吹喷枪的其他例子的截面图。

具体实施方式

图1、2是示意性地显示本发明的转炉炼钢方法中使用的顶吹喷枪的例子的截面图。该顶吹喷枪一般较长，因而在图1、2中，分成喷枪主体1、喷枪顶部2、喷枪前端部3进行显示。图示的4为铜制喷枪头，5为外管，6为中管，7为内管，8为主孔喷嘴，9为气体氧供给管，10为气体氧供给系统，11为第1冷却水给排系统，12为第2冷却水给排系统，13为粉体供给管，14为粉体供给系，15为粉体喷嘴。

下面对本发明的转炉炼钢方法进行具体说明。

使用转炉由未实施预脱磷处理的铁水熔炼钢水时，通过如下方法进行：向转炉内装入铁水，然后供给含有CaO的脱磷精炼剂和氧气等气体氧源以及根据需要使用的氧化铁等固体氧源，用氧源中的氧氧化除去铁水中的碳，并用氧源氧化铁水中的磷，将生成的磷酸化物吸收到由含有CaO的脱磷精炼剂等构成的脱磷精炼用炉渣中，从而除去铁水中的磷。

铁水中的碳被氧化，成为CO气体而被排放到系外。这里，含有CaO的脱磷精炼剂还起到覆盖铁水液面、防止铁飞溅等发生的效果。另外，将通过顶吹或底吹将氧气等气体氧源吹入铁水中进行的精炼称为“氧吹炼”，此外，将气体氧源和固体氧源统称为氧源。

在本发明中，由于在转炉中实施脱磷精炼，因此，铁水的预处理只要按照熔炼的钢种的化学成分规格的硫含量、根据需要实施即可，基本上不需要实施预脱磷处理和预脱硅处理。但是，为了促进转炉中的脱磷精炼，也可实施预脱硅处理。在进行转炉内的氧吹炼时，铁水中的硅被氧化成SiO₂，转移到由含有CaO的脱磷精炼剂等构成的脱磷精炼用炉渣中，但脱磷反应在脱磷精炼用炉渣的碱度(质量％CaO/质量％SiO₂)越高时越能得到促进，因而在生成的SiO₂多的情况下，需要增加含有CaO的脱磷精炼剂的供给量。这种情况下，若实施预脱硅处理，能实现高效的脱磷精炼。

另外，熔炼磷含量少的钢铁制品用的钢水时，在铁水阶段实施预脱磷处理，然后在转炉脱碳吹炼时使用本发明方法，能稳定地熔炼磷含量少的钢水。也就是说，在熔炼磷含量少的钢水时，也可以实施预脱磷处理。另外，碱度计算式中的质量％CaO、质量％SiO₂分别是指脱磷精炼用炉渣中的CaO浓度、SiO₂浓度。

在本发明中，使用图1或图2所示的喷枪使粉状脱磷精炼剂伴随气体喷流一起供给到铁水液面。在铁水液面中，气体氧与铁水液面发生冲击的地方亦即发火点会变成高温，这是由于因气体氧而在局部形成高氧势场、生成氧化铁，以及气体氧与铁水中的碳或铁水反应而产生的。当为图1的喷枪时，粉状脱磷精炼剂伴随气体氧的喷流被一起供向上述发火点。当为图2的喷枪时，脱磷精炼剂从粉体用喷嘴喷出，伴随载气被一起供向铁水液面，但因气体氧和伴有脱磷精炼剂的载气的喷流均从中心轴沿径向有一定程度的扩散，因此，脱磷精炼剂也被部分卷入气体氧的喷流中，被供给到发火点。由此，脱磷精炼剂迅速熔融，最适合脱磷反应的炉渣迅速形成，即使是在炉渣量少的情况下，此外，即使是在高温下，脱磷仍得到促进。

然而，在使粉体脱磷精炼剂伴随气体喷流一起供给至铁水液面时，粉体的动能加入，气体喷流对液面的冲击动压增大。通常，动压是气体喷流在静压以外具有的由风压或流速产生的压力，但在本发明中是指由气体喷流和伴随该喷流的粉体脱磷精炼剂的动能所产生的压力。若冲击动压高，则喷流造成的铁水飞散(飞溅)、由此产生的粉体脱磷精炼剂的飞散也大。所以，在使粉体脱磷精炼剂伴随气体喷流一起供给到铁水液面时，应适当控制喷流条件，但一直以来没有定量控制的手段，出现铁水的飞散造成的金属块在炉口堆积或脱磷精炼剂的出成率恶化、导致脱磷不良的问题。

本发明者对这点进行了深入研究，结果发现，通过考虑所伴随的脱磷精炼剂的重量、算出气体氧冲击铁水液面时的动压，能够定量评价脱磷精炼剂的动能造成的动压上升，适宜地控制动压。

从各喷枪喷嘴喷出的气体喷流冲击铁水液面时产生的在喷流中心的压力(动压)P可通过下述(1)～(4)式计算。

〔数1〕

P＝3.13×10^-11×ρg×(Uo×de×Po/Lh)²···(1)

〔数2〕

Uo＝740(1-(1.033/Po)^2/7)^1/2···(2)

〔数3〕

Po＝Fj/(0.456×dt²)···(3)，

式中，P：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流对铁水液面产生的在喷流中心的动压〔kgf/cm²〕

ρg：气体喷流密度〔kg/Nm³〕

U₀：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流的喷出流速〔m/sec〕

de：喷枪喷嘴出口径〔mm〕

P₀：从喷枪喷嘴喷出的气体的喷嘴入口压力〔kgf/cm²〕

Lh：喷枪高度〔m〕

Fj：从喷枪喷嘴喷出的气体的供给速度〔Nm³/hr〕

dt：喷枪喷嘴的喉径〔mm〕

这里，从各喷枪喷嘴喷出的气体的供给速度Fj如图1、2所示的例子那样，在喷枪内气体流路出现分支时，不能用流量测定装置直接测定，但若假设测得的合计的气体流量与各喷枪喷嘴的喉部截面积成比例地被分配并由此进行计算，则可高精度地求出。此外，这里，在为伴有粉体脱磷精炼剂的气体喷流时，按如下方法算出气体喷流对铁水液面产生的动压即可。即，在(1)式中，通过按下式计算气体喷流密度ρg，能定量评价脱磷精炼剂的动能造成的动压上升。

〔数4〕

ρg＝ρj+Vp/(Fj/60)···（4），

式中，ρj：从喷枪喷嘴喷出的气体的密度〔kg/Nm³〕

Vp：粉体脱磷精炼剂的供给速度〔kg/min〕

使用该(4)式，即使是在气体喷流伴有脱磷精炼剂的情况下，也能通过(1)～(4)式算出液面动压。另外，这里，在粉体和载气从喷嘴喷出的情况下，实际的从喷枪喷嘴喷出的气体的喷嘴入口压力值比通过(3)式计算出的气体的喷嘴入口压力P₀高，但在评价伴有粉体的气体喷嘴的动压时使用(3)式的计算值。

如图1所示，在使含有CaO的粉体脱磷精炼剂与精炼用氧在同一喷枪内合流、供给到铁水液面时，从喷枪喷嘴喷出的气体的供给速度(Fj)使用精炼用氧和载气的合计的供给速度，从喷枪喷嘴喷出的气体的密度(ρj)使用精炼用氧和载气的加权平均气体密度。

此外，如图2所示，在将精炼用氧和含有CaO的粉体脱磷精炼剂从顶吹喷枪的不同喷嘴喷出、向铁水液面供给时，对从精炼用氧用的喷嘴喷出的气体喷流和从脱磷精炼剂用的喷嘴喷出的气体喷流二者，分别用(1)～(4)式算出气体喷流对铁水液面产生的动压即可。如上所述，这种情况下，脱磷精炼剂的一部分也会被卷入精炼用气体氧的气体喷流中，但这种情况下，相互间仅交换动能，因而，粉体对气体喷流对铁水液面产生的动压的影响小，可以忽略。

由上述(1)～(3)式可见，影响动压的因素有许多，但由于设备上的制约、作业上的制约，不可能自由地改变所有这些因素，要求在各因素的制约范围内适宜地控制喷流的液面动压。通过用(1)～(4)式对伴有脱磷精炼剂的气体喷流也算出其液面动压，就能根据作业的实际情况，通过相应的适当操作调节动压。

伴有粉体脱磷精炼剂的气体氧喷流冲击铁水液面时的动压P优选在0.50kgf/cm²以下。动压P超过0.50kgf/cm²时，伴随过量的动压，会出现铁水和脱磷精炼剂的飞散，脱磷精炼剂的出成率降低，效率恶化，此外，炉渣量会减少，引发脱磷不良。上述动压P更优选的范围在0.40kgf/cm²以下，特别优选的范围在0.30kgf/cm²以下。但是，动压P过低时，难以进行脱磷精炼，因而动压优选在0.10kgf/cm²以上。

作为本发明中使用的气体氧，可以使用氧气(包括工业用纯氧)、空气、富氧空气、氧气与惰性气体的混合气体等。在通常的转炉精炼中，与使用其他气体时相比，因脱碳反应速度和脱磷反应速度快，因而优选使用氧气。使用混合气体时，为了确保脱碳反应速度和脱磷反应速度，优选使氧浓度比空气中的高。

在本发明中，将含有Cao的脱磷精炼剂和气体氧一起供给到包括气体氧供给场所的铁水液面上。这样，含有CaO的脱磷精炼剂自身也在高温气氛下被加热，由此能使渣化更迅速。也就是说，能进一步促进脱磷反应。与气体氧一起供给的含有CaO的脱磷精炼剂的粒子大小从促进渣化的角度考虑，优选在1mm以下。当然，也可将含有CaO的脱磷精炼剂的一部分通过加料斗等，与气体氧分别投入。

本发明中使用的含有CaO的脱磷精炼剂只要含有CaO、能进行脱磷精炼即可，对CaO的含量无特殊限制，但通常由CaO单独构成或含有CaO50质量％以上并根据需要含有其他成分。

这种情况下，作为其他成分，通常可以是渣化促进剂。本发明是可以减少或省略渣化促进剂的技术，但不禁止通过添加渣化促进剂来进一步改善渣化效率。作为渣化促进剂，尤其可以是含有具有降低CaO的熔点、促进渣化的作用的氧化钛、氧化铝(Al₂O₃)的物质，可以使用这些物质。其中，从炉渣粘度的角度考虑，优选添加氧化钛。

此外，萤石等CaF₂系熔剂也可用作渣化促进剂。但是，在对炉渣进行废弃处置等时，从抑制炉渣的氟溶出量、保护环境的角度考虑，优选不使用CaF₂系熔剂作为渣化促进剂。对氟作为不可避免的杂质混入的物质也可使用。当然，在使用含有氧化钛的物质、含有氧化铝的物质做为渣化促进剂时，从这一角度考虑，也优选不含氟的物质。

作为含有CaO的脱磷精炼剂，生石灰、石灰石因廉价、脱磷能力优异而优选。此外，轻烧白云石也可用作含有CaO的脱磷精炼剂。

此外，作为上述固体氧源，可以使用铁矿石的烧结矿、铁鳞、粉尘(集尘粉尘)、铁砂、铁矿石等。这里，集尘粉尘是在高炉、转炉、烧结工序中从废气中回收的含有铁成分的粉尘。

在本发明的转炉炼钢方法中，作为氧源供给的气体氧可从顶吹喷枪供给。要将含有CaO的脱磷精炼剂与气体氧一起供给到铁水液面，例如，可将脱磷精炼剂用载气载送到喷枪入口，如图1所示，使其与气体氧在同一顶吹喷枪内合流、从主孔喷嘴8供给，从而达成上述添加条件。

此外，上述喷枪中至少设置二个供给系统，可从其中的一个供给系统供给气体氧源，从另一个供给系统同时供给含有CaO的脱磷精炼剂和载气。这种情况下，如图2所示，将气体氧和含有CaO的粉体脱磷精炼剂的各自的供给系统(气体氧供给系统10、粉体供给系统14)设置在同一顶吹喷枪内，将气体氧和伴有载气的粉体脱磷精炼剂分别从喷枪的不同喷嘴中供给到铁水液面上。载气可以单独或混合使用氧气、空气、二氧化碳、非氧化性气体、稀有气体、还原性气体等。通常，脱磷精炼剂的载气流量与氧吹炼用的气体氧流量相比低一个数量级，这种情况下也能使用(1)～(4)式算出动压，进行调节。

作为具有二个供给系统的如图2所示的结构，例如可以采用以下方法等：顶吹喷枪可以为至少双层套管的结构，一方是作为气体氧流路的气体氧供给管9，另一方是作为脱磷精炼剂和载气的流路的粉体供给管13，从配置在以喷枪中心轴为中心的同心圆上的主孔喷嘴8供给气体氧，另一方面，从配置在喷枪中心轴上的粉体喷嘴15供给脱磷精炼剂和载气。

此外，也可在以喷枪中心轴为中心的同心圆上配置多个主孔喷嘴8和粉体喷嘴15，从交替(交错)的喷嘴孔供给氧气，以及脱磷精炼剂和载气。还可在顶吹喷枪中设置至少三个供给系统，从其中的一个供给系统供给气体氧，从另一供给系统同时供给含有CaO的脱磷精炼剂和载气，在同一顶吹喷枪内合流，并从喷枪喷嘴喷出，从还有一个供给系统同时供给固体氧源和载气，从别的喷枪喷嘴喷出。这种情况下，固体氧源的供给速度也可通过加在脱磷精炼剂的供给速度之上后用(1)～(4)式算出动压而进行调节。这些喷枪的样式可根据精炼操作的目的、喷枪设计的自由度进行选择。

铁水温度在使用气体氧的情况下，会因其氧化反应热而上升，但在使用固体氧源时，固体氧源自身的显热、潜热和分解热比氧化反应热大，因而铁水温度会下降。气体氧和固体氧源的使用比率根据转炉精炼前的铁水温度和所得的钢水的目标温度进行设定。此外，为了高效地进行脱磷反应，优选对铁水进行搅拌，作为这种搅拌，通常进行采用埋在炉底的风口等的气体搅拌即可。

作为脱磷精炼用炉渣，炉渣中的FeO浓度以在10质量％以上、50质量％以下的范围内为宜。这里，为使渣中FeO浓度能维持在这一范围内，优选调整氧源(气体氧和固体氧源)的供给量。更优选FeO浓度的范围在10质量％以上、30质量％以下。

按上述方法对铁水进行转炉精炼，即使在比以往少的脱磷精炼剂的使用量的情况下，也能维持与以往同等的脱磷速度，实现脱磷精炼。其结果，能达到削减转炉炼钢工序中的炉渣产生量、大幅削减对环境的负荷的目的。另外，本发明的脱磷精炼剂削减效果在原理上可广泛用于转炉精炼，例如，即使是在进行了预脱磷处理的铁水的脱碳吹炼中也当然能得到发挥。

〔实施例〕

实施例1

将从高炉出铁的铁水280吨装入预先装入了废铁50吨的转炉中，在该转炉中实施共计5次脱碳吹炼(发明例1～5)。脱碳吹炼前的铁水的碳浓度、硅浓度和磷浓度分别统一为4.3质量％、0.25质量％和0.12质量％，铁水温度调为约1300℃。脱碳吹炼后的钢水的碳浓度和磷浓度分别以0.03质量％和0.025质量％为目标，脱碳吹炼后的钢水温度以1670℃为目标。

脱碳吹炼使用如图1所示、在冷却水的给排水系统11、12以外具有二个供给管9、13的顶吹喷枪进行。即，从气体氧供给管9输送、供给气体氧，以氧气为载气，从粉体供给管13输送、供给作为粉状脱磷精炼剂的生石灰粉(平均粒径1mm以下)，这两者在喷枪顶部合流后从主孔喷嘴8进行供给。主孔喷嘴8的喉径为55mm，出口径为65mm，在以喷枪中心轴为中心的同心圆上配置4个。还包括载气流量在内的顶吹氧流量为44000Nm³/hr，是一定值，作为氧单耗，除脱硅所需的氧外，约为45Nm³/t。此外，从转炉炉底的风口以每1吨铁水0.03～0.30Nm³/min的流量吹入作为搅拌气体的Ar气体。

生石灰粉的供给速度为500kg/min。

作为形成精炼用炉渣用的上述粉体脱磷精炼剂以外的含有CaO的脱磷精炼剂，使用粒状生石灰(平均粒径约20mm)和白云石(平均粒径约20mm，CaO含量为40质量％)，将它们从炉上部的加料斗顶投至炉内。此外，在不添加萤石等含氟物质的情况下进行脱碳吹炼。

此外，作为比较例，还实施了不从喷枪投入粉状生石灰、仅从炉上部的加料斗顶投粒状生石灰的脱碳吹炼(比较例1)。比较例的其他脱碳吹炼条件按发明例1进行。以此时的喷枪前端和液面之间的距离(后面称为喷枪高度)为基准，发明例1的喷枪高度与基准高度相同，发明例2～4的喷枪高度分别比基准高度高出200mm、400mm、600mm。发明例5中，喷枪高度与发明例2相同，未从炉上部的加料斗投入石灰，而从喷枪仅投入粉状的生石灰。比较例2的喷枪高度比基准高度低200mm。

在发明例1～5中，对于在来自顶吹喷枪喷嘴的气体喷流冲击铁水液面的位置上的动压，在对喷流所伴随的脱磷精炼剂的生石灰粉的动能所引起的动压上升进行定量评价的基础上，根据设备和作业条件调节喷枪高度，按表1所示的值控制动压，使其在本设备的适宜范围的上限值0.5kgf/cm²以下。

将发明例和比较例中的作业条件和CaO出成率、脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度示于表1。表1中的CaO单耗用相对于每1t(吨)铁水的量(kg/ton)(公斤/吨)表示。CaO单耗由生石灰的添加量和白云石中的CaO成分的添加量之和算出。CaO出成率用下式定义。

CaO出成率(％)＝100×〔(SiO₂单耗)/(CaO单耗)〕÷〔(炉渣％SiO₂)/(炉渣％CaO)〕

应予说明，CaO出成率的计算式中的炉渣％SiO₂和炉渣％CaO分别是指精炼结束后的炉渣中的SiO₂浓度(质量％)、CaO浓度(质量)。

表1

如表1所示，在将从喷枪供给的气体氧的顶吹喷流对液面的冲击动压控制在0.50kgf/cm²以下的所有的发明例中，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度在0.025质量％以下，且CaO出成率也为90％以上的高值。此外，在发明例5中，能以少的石灰量得到目标磷浓度的钢水。与此相对，在比较例1中，由于将全部CaO从炉上部投入，因而炉渣形成不良，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度高于0.025质量％。此外，在从喷枪供给的气体氧的顶吹喷流对液面的冲击动压超过0.50kgf/cm²的比较例2中，发现粉状生石灰的飞散导致CaO出成率降低。

实施例2

将从高炉出铁的铁水输送到300吨容量的转炉中，在该转炉中实施预脱磷处理，然后，将该铁水装入另一300吨容量的转炉中，在该转炉中实施合计4次脱碳吹炼(发明例11～14)。将预脱磷处理后(脱碳吹炼前)的铁水的碳浓度和磷浓度分别统一为3.0质量％和0.03质量％，铁水温度调为约1360℃。脱碳吹炼后的钢水的磷浓度以0.015质量％为目标，脱碳吹炼后的钢水的碳浓度和钢水温度的目标与上述实施例1相同。

脱碳吹炼使用图2所示的喷枪进行，该喷枪在冷却水的给排水系统11、12以外具有二个分开的供给系统10、14，能从气体氧供给系统10供给气体氧，从粉体供给系统14以Ar气体作为载气供给粉状生石灰粉(平均粒径1mm以下)。即，上述顶吹喷枪的结构为冷却水的给排水系统11、12、气体氧供给系统10和粉状生石灰粉的供给系统(粉体供给系统14)被分开的四层套管结构，从配置在以喷枪中心轴为中心的同心圆上的4个主孔喷嘴8供给气体氧，另一方面，从配置在喷枪中心轴上的单一的粉体喷嘴15供给作为脱磷精炼剂的粉状生石灰粉和载气。顶吹氧流量、来自转炉炉底风口的搅拌气体流量、生石灰粉的供给速度与实施例1相同。

氧单耗约为35Nm³/吨。形成脱磷精炼用炉渣用的含有CaO的脱磷精炼剂全部为从顶吹喷枪供给的粉状生石灰。在不添加萤石等含氟物质的情况下进行脱碳吹炼。此外，作为比较例，还实施了不从喷枪投入粉状生石灰、仅从炉上部的加料斗顶投粒状生石灰的脱碳吹炼(比较例11)。比较例的其他的脱碳吹炼条件参照发明例11进行。以此时的配置在以喷枪中心轴为中心的同心圆上的4个喷嘴的喷嘴喉径为基准，发明例11中，喉径与基准径相同，发明例12～14中，喉径大于基准径。比较例12中，喉径小于基准径。此外，在发明例14中，减少了从喷枪供给的石灰量。喷枪高度(2800mm)和喷嘴的出口径(65mm)在所有的发明例和比较例中是一定的。此外，配置在喷枪中心轴上的单一的喷嘴在所有的发明例和比较例中是一定的，喉径为55mm，出口径为55mm，Ar气的供给速度也是一定的，为1800Nm³/hr。即，在发明例11～14中，对于在来自顶吹喷枪的气体喷流冲击铁水液面的位置上的动压，在对喷流所伴随的作为脱磷精炼剂的生石灰粉的动能所引起的动压上升进行定量评价的基础上，根据作业条件变更各喷嘴的喉径，按表2所示的值控制动压，使其在本设备的适当范围的上限值0.5kgf/cm²以下。

将发明例和比较例中的作业条件和CaO出成率、脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度示于表2。

表2

如表2所示，在将从喷枪供给的气体氧的顶吹喷流对液面的冲击动压控制在0.50kgf/cm²以下的所有的发明例中，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度在0.015质量％以下，且CaO出成率也为90％以上的高值。此外，在发明例14中，能以少的石灰量得到目标磷浓度的钢水。与此相对，在比较例11中，由于将全部CaO从炉上部投入，因而炉渣形成不良，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度高于0.015质量％。此外，在从喷枪供给的气体氧的顶吹喷流对液面的冲击动压超过0.50kgf/cm²的比较例12中，发现粉状生石灰的飞散导致CaO出成率降低。

实施例3

将从高炉出铁的铁水输送到300吨容量的转炉中，在该转炉中实施预脱磷处理，然后，将该铁水装入另一300吨容量的转炉中，在该转炉中实施合计4次脱碳吹炼(本发明例21～24)。将预脱磷处理后(脱碳吹炼前)的铁水的碳浓度和磷浓度分别统一为3.0质量％和0.03质量％，铁水温度调为约1360℃。脱碳吹炼后的钢水的磷浓度以0.015质量％为目标，脱碳吹炼后的钢水的碳浓度和钢水温度的目标与实施例1相同。

脱碳吹炼使用与实施例1类似结构的喷枪进行，但主孔喷嘴8的喉径为66mm，出口径为75mm，在以喷枪中心轴为中心的同心圆上配置5个。形成脱磷精炼用炉渣用的含有CaO的脱磷精炼剂全部为从顶吹喷枪供给的粉状生石灰。在不添加萤石等含氟物质的情况下进行脱碳吹炼。顶吹氧流量在包括从顶吹喷枪供给粉状生石灰期间在内的脱碳吹炼末期以外的期间是一定的，为60000Nm³/hr，在脱碳吹炼末期，使氧流量低于该值进行吹炼。来自转炉炉底风口的搅拌气体流量、生石灰粉的供给速度与实施例1相同。

此外，作为比较例，还实施了不从顶吹喷枪投入粉状生石灰、仅从炉上部的加料斗顶投粒状生石灰的脱碳吹炼(比较例21)。比较例的其他脱碳吹炼条件按发明例21进行。以此时的顶吹喷枪前端和液面之间的距离(后面称为喷枪高度)为基准，本发明例21的喷枪高度与基准高度相同，本发明例22～24的喷枪高度分别比基准高度高出200mm、400mm、600mm。在比较例22中，喷枪高度比基准高度低200mm。即，在发明例21～24中，对于在来自顶吹喷枪的气体喷流冲击铁水液面的位置上的动压，在对喷流所伴随的作为脱磷精炼剂的生石灰粉的动能所引起的动压上升进行定量评价的基础上，根据设备和作业条件调节喷枪高度，按表3所示的值控制动压，使其在本设备的适当范围的上限值0.5kgf/cm²以下。

将本发明例和比较例中的作业条件和脱碳吹炼后的磷浓度、CaO出成率示于表3。

表3

如表3所示，在将供给粉状生石灰期间的顶吹喷流对液面的冲击动压控制在0.50kgf/cm²以下的所有的本发明例中，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度在0.015质量％以下，且CaO出成率也为90％以上的高值。与此相对，在比较例21中，由于将全部CaO从炉上部投入，因而炉渣形成不良，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度高于0.015质量％。此外，在顶吹喷流对液面的冲击动压超过0.50kgf/cm²的比较例22中，发现粉状生石灰的飞散导致CaO出成率降低。

实施例4

将从高炉出铁的铁水在高炉出铁场中进行脱硅处理后，在载送容器(鱼雷罐车)中实施预脱磷处理，然后，将该铁水输送到300吨容量的转炉中，在该转炉中实施合计3次脱碳处理(本发明例31～33)。将预脱磷处理后(脱碳吹炼前)的铁水的碳浓度和磷浓度分别统一为3.5质量％和0.05质量％，铁水温度调为约1300℃。脱碳吹炼后的钢水的磷浓度以0.020质量％为目标，脱碳吹炼后的钢水的碳浓度和钢水温度的目标与上述实施例2相同。

作为转炉的底吹气体，从设置在转炉炉底的双层套管结构的风口的内管以每1吨铁水约0.4Nm³/min的流量吹入氧气作为搅拌用气体，此外，从外管吹入风口冷却用的丙烷气体，与此同时进行脱碳处理。将本发明例中的脱磷处理前后的铁水成分和作业条件示于表4。

脱碳吹炼使用与实施例2相同的喷枪进行。即，顶吹喷枪的结构为冷却水的给排水系统、氧气的供给系统和粉状生石灰粉的供给系统分离的四层套管结构，作为气体氧源的氧气从配置在以喷枪中心轴为中心的同心圆上的4个喷嘴供给，另一方面，粉状生石灰粉的载气为氧气，将它们从设置在喷枪中心轴上的单一的喷嘴供给。设置在同心圆上的供给气体氧的喷嘴的喉径为68mm，出口径为80mm。

在发明例31～33和比较例32中，形成脱磷精炼用炉渣用的含有CaO的脱磷精炼剂全部为从顶吹喷枪供给的粉状生石灰。在不添加萤石等含氟物质的情况下进行脱碳吹炼。来自配置在以喷枪中心轴为中心的同心圆上的4个喷嘴的顶吹氧流量在包括从顶吹喷枪供给粉状生石灰的期间在内的脱碳吹炼末期以外的期间是一定的，为60000Nm³/hr，在脱碳吹炼末期，使氧流量低于该值进行吹炼。生石灰粉的供给速度与实施例1相同。

此外，作为比较例，还实施了不从顶吹喷枪投入粉状生石灰、仅从炉上部的加料斗顶投粒状生石灰的脱碳吹炼(比较例31)。比较例的其他脱碳吹炼条件按本发明例31进行。以此时的顶吹喷枪前端和液面之间的距离(后面称为喷枪高度)为基准，本发明例31的喷枪高度与基准高度相同，本发明例32～33的喷枪高度分别比基准高度高出200mm、400mm。在比较例32中，喷枪高度比基准高度低200mm。配置在喷枪中心轴上的单一的喷嘴在所有本发明例和比较例中是一定的，喉径为55mm，出口径为55mm，氧气的供给速度是一定的，为1800Nm³/hr。即，在发明例31～33中，对于在来自顶吹喷枪的气体喷流冲击铁水液面的位置上的动压，在对喷流所伴随的作为脱磷精炼剂的生石灰粉的动能所引起的动压上升进行定量评价的基础上，根据设备和作业条件调节喷枪高度，按表4所示的值控制动压，使其在本设备的适当范围的上限值0.5kgf/cm²以下。

将本发明例和比较例中的作业条件和脱碳吹炼后的磷浓度、CaO效率示于表4。

〔表4〕

如表4所示，在将从顶吹喷枪喷出的气体喷流对液面的冲击动压控制在0.50kgf/cm²以下的所有的本发明例中，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度在0.020质量％以下，且CaO出成率也为90％以上的高值。与此相对，在比较例31中，由于将全部CaO从炉上部投入，因而炉渣形成不良，脱碳吹炼后的钢水中的磷浓度高于0.020质量％。此外，在顶吹喷流对液面的冲击动压超过0.50kgf/cm²的比较例32中，发现粉状生石灰的飞散导致CaO出成率降低。

符号说明：

1 喷枪主体

2 喷枪顶部

3 喷枪前端部

4 铜制喷枪头

5 外管

6 中管

7 内管

8 主孔喷嘴

9 气体氧供给管

10 气体氧供给系统

11 第1冷却水给排系统

12 第2冷却水给排系统

13 粉体供给管

14 粉体供给系统

15 粉体喷嘴

Claims (3)

1.转炉炼钢方法，在该方法中，在从顶吹喷枪向转炉内供给气体氧、进行铁水的脱碳精炼的同时添加含有CaO的粉状脱磷精炼剂，由此，在对所述铁水进行脱碳的同时进行脱磷，熔炼钢水，其中，使所述脱磷精炼剂和所述气体氧在同一喷枪内合流，并使所述脱磷精炼剂伴随来自顶吹喷枪的至少一个以上气体喷流一起供给到铁水液面，并将由所述顶吹喷枪的各自的喷枪喷嘴喷出的气体喷流冲击所述铁水液面时的包含气体喷流所伴随的所述脱磷精炼剂所具有的动能引起的动压上升量的、用下述(1)～(4)式算出的动压控制在0.10kgf/cm²以上、0.50kgf/cm²以下，

P＝3.13×10^-11×ρg×(Uo×de×Po/Lh)²…(1)

Uo-740(1-(1.033/Po)^2/7)^1/2…(2)

Po＝Fj/(0.456×dt²)…(3)

ρg＝ρj+Vp/(Fj/60)…(4)

式中，P：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流对铁水液面产生的在喷流中心的动压〔kgf/cm²〕

ρg：喷流密度〔kg/Nm³〕

U₀：从喷枪喷嘴喷出的气体喷流的喷出流速〔m/sec〕

de：喷枪喷嘴出口径〔mm〕

P₀：从喷枪喷嘴喷出的气体的喷嘴入口压力〔kgf/cm²〕

Lh：喷枪高度〔m〕

Fj：从喷枪喷嘴喷出的气体的供给速度〔Nm³/hr〕

dt：喷枪喷嘴的喉径〔mm〕

ρj：从喷枪喷嘴喷出的气体的密度〔kg/Nm³〕

Vp：从喷枪喷嘴喷出的粉体脱磷精炼剂的供给速度〔kg/min〕。

2.根据权利要求1所述的转炉炼钢方法，其特征在于，将由所述顶吹喷枪的各自的喷枪喷嘴喷出的、含有所述气体氧的气体喷流和伴随有所述脱磷精炼剂的气体喷流冲击所述铁水液面时的用所述(1)～(4)式算出的动压控制在0.30kgf/cm²以下。

3.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述脱磷精炼剂是粒度在1mm以下的生石灰、消石灰、碳酸钙、转炉渣、钢包炉渣中的任一种或二种以上。