CN104937116A - 转炉炼钢法 - Google Patents

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高桥幸雄
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五十川彻
田中高太郎
川畑凉
佐佐木直敬
奥山悟郎
百崎和人
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Abstract

以少量的助熔剂来提高铁水的脱硅处理和脱磷处理的效率，并使低磷铁的熔炼成本减少，并且也抑制脱碳精炼的成本。在第一转炉内装入铁水并进行脱硅处理，接着，进行将该脱硅处理后炉渣的一部分排出而使剩余炉渣与铁水一起残留于该容器内的中间排渣的处理，接着，从带燃烧器功能的喷枪等对残留于该转炉内的脱硅后的铁水的液体表面喷射精炼用氧气、包含石灰类助熔材料的粉体以及燃料气体、助燃性气体而进行铁水的脱磷处理，将脱磷后的铁水出炉，并且使脱磷处理后炉渣的至少一部分残留于转炉内，之后，将出炉的脱磷处理后铁水转移至另一转炉并进行脱碳精炼。

Description

转炉炼钢法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢法，特别是提出了在转炉中在对铁水脱碳吹炼的同时进行脱硅处理和脱磷处理、而后进行炼钢精炼的方法。
背景技术
在近年来的炼钢法中，一般在利用转炉进行的脱碳精炼之前，实施预先除去从高炉供给的铁水中的硅和/或磷的铁水预处理。根据精炼用熔剂(flux)等的成本降低、钢水的高纯度化、通过防止转炉中的过氧化而实现的锰成品率的提高以及精炼炉渣量的减少等要求而实施该铁水预处理。
例如，在炼钢工序中产生的精炼炉渣的情况下，有时构成成分中的氟成为法规限制的对象。在该情况下，不使用成为氟源的萤石(CaF2)的铁水预处理方法是有效的。另外，近年来，对于炼铁业削减温室效应气体的排出量的要求提高，且也有对如下炼钢方法的要求：减少为了还原氧化铁而需要大量能量的高炉铁水的使用比例，另一方面，增大废铁等冷铁源的使用比例。在这样的背景下，在近年来的炼钢法中，倾向于在实现铁水预处理法的改善的同时，使冷铁源的使用比率增大。
此外，有如下方法：作为在进行铁水的脱硅和/或脱磷的铁水预处理时用于在添加生石灰等精炼剂(助熔剂)的同时供给气体氧或氧化铁等固体氧源，并将铁水中的硅或磷除去到炉渣中的炉，使用转炉型的容器即转炉。这是由于，为了使用大量废料，使用炉容积大的转炉是有利的。关于这一点，在专利文献1中提出了如下方法：在使用转炉型的反应容器进行脱硅处理，在出炉-排渣后再次在该转炉型反应容器中装入已脱硅的铁水并进行脱磷处理的预处理方法中，通过调整脱硅处理后的铁水中的硅浓度、炉渣的碱度和氧化铁浓度，效率良好地进行脱磷而不使用萤石。
另外，在专利文献2中公开了如下方法(双渣法)：在转炉型容器中连续地进行铁水的脱硅处理和脱磷处理的预处理方法中，通过使之前装料(charge)的脱磷处理后炉渣的40～60质量％残留在容器内并将其利用于脱硅、脱磷处理中，从而使炉渣产生量减少。
在专利文献3中公开了如下方法：在使用转炉进行脱硅处理和脱磷处理的利用转炉的铁水精炼方法中，在转炉内在脱硅处理后进行中间排渣，接着进行脱磷处理。在该方法中，如后所述，通过组分的控制而控制脱硅后的回磷，并且能够使之后的脱磷处理变容易。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-129221
专利文献2：日本特开2002-256325
专利文献3：日本特开2001-271113
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1公开的方法在脱硅处理后从转炉型容器出炉、排渣后，再次向该容器内装入脱硅后的铁水并进行脱磷处理，所以有利于铁水中磷浓度的减少。但是，由于该方法需要重复出铁和装入，在用一个转炉型容器实施的情况下具有生产性显著变劣这样的问题。其中，在该方法中，为了进行铁水预处理，也能够使用两个转炉型容器。但是，在该情况下，存在需要大笔设备费用，并且来自炉体的释放热导致的热损失增大这样的问题。并且，在该方法中，由于需要在脱硅处理和脱磷处理中添加大量的助熔剂，也具有引起精炼成本的增大，并且由助熔剂的吸热导致的热损失增大这样的问题。并且，另外，在该方法中，由于在脱磷处理时为了促进渣化、提高脱磷反应效率而投入铁矿石等氧化铁，具有伴随着该氧化铁分解反应的吸热、中间出铁导致的热损失较大这样的问题。除此之外，也具有如下问题：由于不使用萤石的脱磷炉渣的碱度比较高，在脱磷处理结束时间点，在炉渣中的固相比率高、流动性差，且铁水的液滴混入炉渣中而未被分离地直接排渣到炉外，引起生铁块损失增大。此外，虽然该生铁块的一部分通过在将炉渣粉碎后进行磁选而能够回收作为铁源，但由于不能连混入炉渣中的微细铁粒子都回收，大部分与炉渣一起以土木用途等被处理，生铁块的损失大。
接着，关于专利文献2，提出了如下预处理方法：通过在一个转炉型容器中连续地进行脱硅处理和脱磷处理，并且仅排出脱磷处理后炉渣的40～60质量％，将剩余炉渣使用于接着装料的脱硅、脱磷处理，从而使助熔剂使用量、炉渣产生量减少，能够期待热损失的减少。但是，在该文献2中，不仅没有记载脱硅和脱磷处理中的适当的炉渣组分、处理温度的范围，而且在使大量生成的脱硅炉渣残留于炉内的状态下直接进行脱磷处理，因此为了熔炼低磷铁，需要用于调整炉渣碱度的大量石灰类助熔剂。因此，虽然不产生脱硅炉渣，但炉内的脱磷炉渣量增大而反应效率下降，脱磷炉渣的排出量反而增大，所以也留有脱磷炉渣中的生铁块损失的问题。
关于专利文献3的方法，提出了如下技术：通过使铁水脱磷后炉渣残留于炉内，将接着装料的脱硅吹炼后的炉渣组分设为碱度0.9～1.1、炉渣中的(T.Fe)＝15～20mass％并排出，防止脱硅吹炼中的回磷，并减少炉渣中的未反应石灰。但是，该方法由于脱硅吹炼后的炉渣组分的变动，有可能引起回磷。特别是在连续地进行操作期间，当未效率良好地将脱硅吹炼后的炉渣排出至系统外时，具有以下问题：包含有磷的炉渣残留，由于炉渣的碱度、炉渣的(T.Fe)的变动，难以使脱磷反应稳定地进展。
本发明的主要目的在于提出一种转炉炼钢法，其能够以少量的助熔剂来提高铁水的脱硅处理和脱磷处理的效率，并使低磷铁的熔炼成本减少，并且也抑制脱碳精炼的成本。
另外，本发明的另一目的在于提案一种能够扩大熔炼时产生的炉渣的有效利用并且有效减少向炉渣中的生铁块损失的转炉炼钢法。
用于解决问题的手段
对于所述目的，发明人们研究了如下方法：在脱硅、脱磷、脱碳的炼钢精炼工艺中，即使抑制助熔材料的使用量也能够效率良好地使磷浓度减少，同时能够确保用于熔解废料的热源，且能够使铁成品率提高。结果，发现了如下情况并开发了本发明：若在转炉内进行铁水的脱硅处理和铁水的脱磷处理的铁水预处理时，在进行脱硅处理和脱磷处理的任一方或双方的处理时，进一步在进行脱碳精炼时，使用带燃烧器功能的顶吹喷枪，所述顶吹喷枪具有设为除了供给精炼用氧气、粉体还能够同时供给燃料气体、助燃性气体的燃烧用气体孔(燃烧器孔)，则能够更容易地实现所述目的。
即，本发明是一种转炉炼钢法，在第一转炉中与铁水的脱碳精炼一起进行脱硅处理和脱磷处理，接着在第二转炉中进行脱碳精炼而制成钢水，其特征在于，首先，在所述第一转炉内装入铁水后，通过从喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体而进行铁水的脱硅处理，接着，进行将该脱硅处理后炉渣的一部分排出而使剩余炉渣与铁水一起残留于该容器内的中间排渣的处理，接着，通过从喷枪对残留于该转炉内的脱硅后的铁水的液体表面喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体而进行铁水的脱磷处理，
接着，将脱磷后的铁水排出，并且使脱磷处理后炉渣的至少一部分残留于转炉内，之后，在将排出的脱磷处理后的铁水转移到上述第二转炉并进行脱碳精炼而得到钢水时，使用能够喷射精炼用氧气、包含石灰类助熔材料的粉体、燃料气体以及助燃性气体的带燃烧器功能的喷枪，进行上述脱硅处理和上述脱磷处理的任一方或双方的处理。
在所述本发明方法中，优选采用下述的手段。
(1)通过使在前一次脱磷处理时生成的量的30mass％以上的脱磷处理后炉渣残留于所述第一转炉内，并且至少将未处理的铁水装入该第一转炉内，并且从顶吹喷枪或带燃烧器功能的喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体或还喷射燃料气体和助燃性气体，从而进行铁水的脱硅处理，接着，进行将脱硅处理后的炉渣的40mass％以上排出到炉外的中间排渣，之后，通过在上述第一转炉中使用顶吹喷枪或带燃烧器功能的喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体或还喷射燃料气体和助燃性气体，进行铁水的脱磷处理。
(2)在脱碳精炼时使用所述带燃烧器功能的喷枪。
(3)从用于所述脱硅处理时、所述脱磷处理、所述脱碳精炼中的任一种或两种以上的处理时的所述带燃烧器功能的喷枪供给的燃烧器燃烧热量设为10MJ/t以上。
(4)使用于脱硅处理、脱磷处理以及脱碳精炼中任一种或两种以上的处理的所述带燃烧器功能的喷枪是具有精炼用氧气通路、粉体供给通路、燃料气体通路以及助燃性气体通路的多层管喷枪。
(5)关于所述粉体，除了吹入助熔材料、辅助原料外，还与由如氩气、氮气的非活性气体构成的输送气体一起吹入氧化铁材料、锰氧化物中的任一种以上。
(6)使在脱磷处理时生成的脱磷处理后炉渣的量的60mass％以上残留于转炉内。
发明的效果
(1)根据具有所述构成的本发明涉及的转炉炼钢法，能够将脱磷处理后炉渣中的石灰有效利用作为下次装料的脱硅处理中的石灰源，并且由于在该情况下也能够抑制脱硅处理中的回磷，能够削减炼钢工艺特别是铁水预处理工艺整体中的石灰类助熔材料使用量。
(2)根据本发明，在铁水预处理工序中，由于在脱硅处理后进行中间排渣，接着在同一转炉中进行脱磷处理，能够将由精炼容器的转换导致的散热相当量作为用于熔解冷铁源的热源，并且能够将在前一次装料中生成的高温的脱磷处理后炉渣有效利用作为助熔材料。因此，与添加常温的助熔材料的情况相比，能够将吸热量有效利用作为用于熔解冷铁源的热，进而不仅能够实现冷铁源(废料)使用量的增大，还能够减少生铁块损失。
(3)根据本发明，在铁水预处理工序中，由于在脱硅处理与脱磷处理之间将在脱硅处理时生成的低碱度的炉渣排出到炉外，能维持比较高的碱度((质量％CaO/质量％SiO2)＝1.2～3.0)，因此，能够使脱磷处理中的石灰类助熔材料的使用量减少。
(4)根据本发明，通过使用可吹入粉体的带燃烧用燃烧器功能的顶吹送氧喷枪(以下简称为“带燃烧器功能的喷枪”)，容易向炉外排出在脱硅处理时生成的低碱度的炉渣，并且能够减少排出炉渣中的铁损失。
(5)根据本发明，由于从所述带燃烧器功能的喷枪的燃烧器孔供给的粉体成为传热介质，且能够以高的效率向铁水、炉渣进行热供给，所以能够补充废料的熔解、使用作为脱磷剂的氧化铁源的添加导致的热损失，同时也能够使炉渣中的粒铁损失减少。
(6)根据本发明，在从所述带燃烧器功能的喷枪的燃烧器孔供给的粉体成为传热介质时，由于该粉体被加热，有助于铁水的脱磷吹炼中的熔剂导致的脱磷效率的提高、脱碳精炼时的Mn矿石的还原促进，并能够实现精炼成本的减少。
附图说明
图1是用于预处理方法的转炉型容器的示意性简图。
图2是本发明的铁水预处理方法的工序图。
图3是带燃烧器功能的喷枪的剖视图。
图4是表示来自带燃烧器功能的喷枪的热供给量与脱Si炉渣排渣率的关系的图。
图5是表示来自带燃烧器功能的喷枪的热供给量与脱P吹炼后的[P]的关系的图。
图6是表示来自带燃烧器功能的喷枪的热供给量与Mn矿石成品率的关系的图。
具体实施方式
在本发明的优选转炉炼钢法中，是使用转炉进行铁水的预处理，并且进行脱碳精炼的方法。作为该转炉，使用图1所示的可顶吹的转炉(精炼炉)1。而且，在本发明中，特征在于，对该转炉1内的铁水进行脱硅处理和脱磷处理的任一方或双方处理时，通过从后面详细说明的可升降的带燃烧器功能的喷枪2，即可吹入各种粉体的带燃烧用燃烧器功能的顶吹送氧喷枪2的前端朝向液体表面(铁水)喷射精炼用氧气(顶吹)来进行。在这里，作为氧气，优选使用工业用纯氧。另外，使用设置于该转炉1的底部的底吹风口3来进行底吹。作为底吹气体，一般是包含氧气的气体或者Ar气、氮气等非活性气体，也可以是具有通过吹入铁水中而强化铁水的搅拌并促进冷铁源的熔解的功能的气体、还具有与输送用气体一起向铁水中吹入助熔材料的功能的气体等。此外，图中的附图标记4是用于将精炼后的铁水9出炉的出炉孔。
在实施本发明方法时，例如，使用两台以上的转炉，将其中的至少一台转炉1使用于铁水预处理，将剩余的至少一台转炉使用于预处理完成铁水的脱碳精炼而制造钢水。即，在本发明中，优选的是，在铁水预处理用的第一转炉进行预处理，然后将预处理后的铁水转移到脱碳精炼用的第二转炉进行脱碳精炼。
在本发明中，特征性的所述带燃烧器功能的喷枪2如图3的剖面构造所示。如上所述，该喷枪是可吹入粉体的带燃烧用燃烧器功能的顶吹送氧喷枪。该带燃烧器功能的喷枪2具有同心6层管构造，中心通路是用于将例如Ar或N2这样的非活性气体作为输送气体，吹入生石灰粉、氧化铁粉、Mn矿石粉以及其他助熔材料的一种或两种以上粉状精炼材料(粉体)的粉体吹入通路18，在其外侧包括多个环状通路。该环状通路为如下构造：从内侧(内管)起依次配置了燃料气体通路19；燃料气体通路19外侧的燃烧用氧气或空气等的助燃性气体通路20；助燃性气体通路20外侧的精炼用氧气通路21；在精炼用氧气通路21外侧的最外轮廓部，使内外部的通路在下端处反转循环的构造的冷却水通路22a、22b。在该喷枪2的本体下端部，通过焊接等安装有铜铸件制的喷枪片23。
在本发明中，采用能够供给所述精炼用粉体的带燃烧器功能的喷枪2来代替通常的顶吹送氧喷枪的理由在于，由于能够效率良好地将燃烧器燃烧热传递给金属熔液，所以能够有效地供给废料熔解等所需要的热量。而且，由于从喷枪喷射的精炼用粉体成为燃烧器燃烧热的传热介质，并且该精炼用粉体本身也在加热状态下添加，所以炉渣温度上升，并且由于促进脱硅工序后的排渣、在排出的炉渣中悬浊的铁水的比率减少，有助于削减作为助熔剂的石灰、提高铁成品率。另外，当在铁水脱磷吹炼中使用该带燃烧器功能的喷枪2时，由于促进了石灰源的熔解，脱磷反应提高。并且，在脱碳吹炼中，当使用该喷枪2时，也有助于Mn矿石的还原促进这样的反应效率提高。
以下，作为本发明的转炉炼钢法的一环，基于图2说明使用第一转炉1进行铁水的预处理的方法。如图所示，该铁水预处理方法由按照(A)铁水装入、(B)脱硅处理、(C)中间排渣、(D)脱磷处理、(E)出炉的顺序进行的工序构成，特别是通过在同一转炉中反复实施这些各工序，能够进行高效的铁水的预处理。以下，基于在脱硅处理和脱磷处理双方中使用所述带燃烧器功能的喷枪的例子进行说明。当然，也可以仅在任一方的处理中使用该带燃烧器功能的喷枪。
(1)铁水装入工序(A)
在该工序(A)中，在转炉(精炼炉)1内，在使前一次铁水预处理时生成的脱磷处理后炉渣(以下简称为“脱磷炉渣”)17的至少一部分残留于炉内的状态下，通过装入罐14装入新的铁水9或在该铁水装入前装入废铁等冷铁源11后装入该铁水9。作为预先装入转炉型精炼炉1内的冷铁源11，除了在日本铁源协会的“废铁验收统一标准”中规定的废铁外，还使用直接还原铁、冷铁等以铁为主成分的冷铁源。
供下次精炼(下次装料)使用而残留在转炉1内的在前一次精炼(前一次装料)时生成的脱磷炉渣17具有调节下次装料的脱硅处理时的炉渣碱度的作用。即，该脱磷炉渣的碱度(质量％CaO/质量％SiO2)(以下简称为“碱度”)为1.2以上，优选1.4以上。其理由在于，如果该前一次装料的脱磷炉渣17的碱度小于1.2，则即使使脱磷炉渣残留，脱硅处理中的碱度调节也不充分，且需要添加大量的石灰类助熔材料。此外，虽然不特别限定碱度的上限，但由于通常的铁水脱磷处理中的炉渣碱度为3.0左右以下，所以无需特别将碱度提高到该值以上。
另外，为了有效地进行碱度的调节，残留于炉内的前一次装料的脱磷炉渣17的量设为在前一次装料中生成的脱磷炉渣量的30质量％以上，优选的是60质量％以上～100质量％。此外，若将残留于炉内的前一次装料的脱磷炉渣17的全部量有效利用于下次装料的脱硅处理中，则在脱硅处理中的碱度调节变得更容易。而且，如果持续进行这样的方法，由于排出的预处理炉渣仅成为中间排渣时的脱硅炉渣，不排出碱度高的脱磷炉渣，从而也不会产生由水化反应导致的炉渣的膨胀、碱的溶出这样的问题。因此，在实现炉渣的利用方面，本发明的方法也是极其有效的。
此外，由于所述脱磷炉渣17为比较高的碱度且低温(1350℃左右以下)，固相比率高且流动性低。因此，像在使脱碳炉渣预先残留于炉内时，从热收支方面和物质收支方面来看，也无需添加大量冷却材料并使之固化这样的低效操作。另外，由于该脱磷炉渣17根据上述特性而富有固相且流动性低，在组织内含有大量的微细金属铁，即使在将炉渣粉碎后进行磁选处理之后，也包含有10质量％左右以上的金属铁。以往，将其作为炉渣排出到系统外，但根据本发明，由于将其与炉渣一起带入下次装料，具有将炉渣中的大部分金属铁回收到铁水中而削减铁源的损失的效果。
此外，关于脱硅处理结束时的炉渣(脱硅处理后炉渣，以下称为“脱硅炉渣”)，由于液相率高且流动性比较高，炉渣中的金属铁容易分离，在炉渣的粉碎和磁选处理后不被回收而残留于炉渣中的金属铁少。因此，在本发明的方法中，通过整个铁水预处理，能够削减向炉渣中的铁损失。
(2)脱硅处理工序(B)
该工序(B)是如下处理：使转炉1直立，在从所述带燃烧器功能的喷枪2等主要朝向铁水9喷射精炼用氧气5而进行脱硅吹炼的同时，一起同时喷射作为助燃性气体6的燃烧用氧气、燃料气体7和精炼用粉体而进行脱硅。特别是，脱硅处理工序的特征在于：在由燃烧器形成的燃烧气氛中，从所述带燃烧器功能的喷枪2的中心通路18顶吹喷射精炼用粉体，所述精炼用粉体由收容于料斗8内的硅源15和石灰类助熔材料16形成。此外，也可以根据需要从未图示的槽供给这些粉体。此时，该带燃烧器功能的喷枪2也可以同样地通过利用助燃性气体6和燃料气体7的燃烧器功能，添加从中心通路供给的成为热源的碳材料、成为硅源或氧源的氧化铁等。作为用于脱硅处理的氧源，从使大量冷铁源11熔解的观点来看，优选不使用吸热量大的氧化铁，而从该带燃烧器功能的喷枪2的精炼用氧气通路21仅吹入氧气5。
在该脱硅处理中，包含于铁水9中的硅或在硅源15和冷铁源11中含有并通过熔解转移到铁水中的硅，通过与氧源反应(Si+O2→SiO2)而脱硅，能够提高之后的脱磷处理中的反应效率。在该脱硅处理时产生氧化热，由于该氧化热，铁水温度上升而促进铁水中的冷铁源11的熔解。
考虑预先残留于炉内的前一次装料的脱磷炉渣17的量及其组分的推定值和通过上述反应生成的二氧化硅的生成量，将该脱硅处理阶段中的炉渣的组分调节为在脱硅处理结束时的炉渣碱度为0.5以上且1.5以下。如果该碱度小于0.5，则从残留于炉内的前一次装料的脱磷炉渣17会回磷而引起铁水中磷浓度的上升，在后工序中的脱磷负荷变大而低效。因此，脱硅处理结束时的脱硅炉渣的碱度为0.5以上，更优选为0.7以上。另外，当碱度比1.5高时，由于炉渣的流动性下降，具有接着的中间排渣时的排渣量变少、难以控制排渣量的问题，在削减石灰类助熔材料方面也低效。因此，脱硅处理结束时的炉渣碱度为1.5以下，更优选为1.2以下。此外，在碱度的调节中，除了生石灰或石灰石、白云石等石灰类助熔材料外，还使用选自脱碳炉渣或脱磷炉渣、铁水包炉渣等的炼钢炉渣作为助熔材料。
脱硅处理结束时的铁水温度调节为1260℃以上且1450℃以下，更优选调节为1400℃以下。当其成为比1450℃高的温度时，由于会从残留于炉内的脱磷炉渣17回磷而引起铁水中磷浓度的上升，不仅在后工序中的脱磷负荷变大而低效，而且为了防止内衬的镁碳砖的损耗，需要使炉渣中的氧化镁浓度上升而成本变高。另一方面，如果小于1260℃，则具有炉渣的流动性下降，接着的中间排渣时的排渣量变少、排渣量的控制变困难的问题，并且废料的熔解速度下降。
另外，为了在后面的脱磷工序中效率良好地进行脱磷，在该阶段中的铁水温度的控制也是有效的。例如，当将脱硅处理结束时的铁水温度设为1350℃以下时，能够大幅削减在脱磷处理中为了调节温度而添加的铁矿石等冷却材料的投入量。在本发明中，由于在同一转炉中连续进行脱硅处理和脱磷处理，也存在从作业时间考虑在脱磷处理前装入废料较困难的情况。另外，由于能够在处理中从炉上投入的废料等冷铁源是被整粒而成的昂贵材料，受到在炼铁厂内产生的生铁块等的量的限制，所以难以稳定地大量使用。实际上，由于能够在炉上投入装置中使用的辅助原料的种类数量的限制，有时无法从炉上投入冷铁源。总之，以往，实际情况是，在脱磷处理工序中利用的冷却材料限于铁矿石等氧化铁，不能够充分有效利用廉价的废料等冷铁源。
在该脱硅处理的工序中，使廉价的废料的使用量增大是比较容易的，由此，能够将脱硅处理后的铁水温度设为1400℃以下。但是，废料的熔解速度受铁水温度的影响大，实质上需要热供给。另外，在铁水的Si浓度高的情况下，如果仅用残留于炉内的所述脱磷炉渣17中的石灰的量，脱硅吹炼中的碱度调整有时不充分。在该情况下，在本发明中，也可以使用所述带燃烧器的喷枪2或槽来添加脱碳炉炉渣等新石灰源。促进添加的石灰源的熔解对脱硅处理后的排渣性、排渣炉渣中的粒铁损失的减少是有效的，所述带燃烧器功能的送氧喷枪2的利用正好在该点的改善中发挥作用。
在铁水配比低的情况下，有时会发生废料的不能全部熔融而残留，但在该转炉内按原样与铁水一起保持，在接着的脱磷处理阶段前进行熔解即可。即，关于冷铁源，如果在脱磷处理结束时之前熔解完成，则不会产生操作上的问题。
此外，脱硅处理后的铁水温度既可以使用基于热电偶等的测量值，也可以使用根据热收支的计算值。例如，作为根据热收支的计算方法，能够基于下述(1)式计算，但不限定于此。其倾向于比根据单独的装置条件或操作条件而调节系数、追加或删除了变量而得到的计算值稍高，但在误差范围内。
T＝{0.21Ti·Xp-42.9Xs+(4137+0.327Ti)XSi-746.6XC
-(575.5+0.025Ti)Xore+(3239-0.115Ti)X02+28.2Xf-1638W-(1*3)Xt}
/(0.21Xp+0.179XS+0.535XSi+0.468XC+0.151Xore+0.115X02+0.241Xf)-(1)
T：脱硅处理后铁水温度(℃)
Ti：装入铁水温度(℃)
Xp：铁水单位消耗量(kg/t)(相对于铁水重量和冷铁源重量共计1吨而言，以下同样)
Xs：冷铁源单位消耗量(kg/t)
XSi：成为氧化物的硅单位消耗量(kg/t)
XC：添加物中碳单位消耗量(kg/t)
Xore：氧化铁单位消耗量(kg/t)
XO2：气体氧单位消耗量(Nm3/t)
Xf：助熔材料单位消耗量(kg/t)
W：转炉铁水容量(t)
Xt：从之前装料出铁起直到脱硅处理结束的时间(分钟)
上述(1)式中的成为氧化物的硅(XSi)是包含于铁水或冷铁源、添加物等中的硅的合计。其中，铁水中的硅浓度使用从每次装料装入前的铁水采集的试样的迅速分析值。但是，也可以使用如下方法，使用高炉的出铁成分等其他分析值进行运算等而代用。另外，各种冷铁源中的硅浓度例如可使用每批次的代表试样的分析值，但在冷铁中，以与铁水同程度的浓度稳定的情况较多。另外，废料中的硅浓度虽然有由产生源导致的变动，但由于平均地以生铁的1/10左右以下的浓度稳定，既可以将其作为代表值使用，也可以忽视。
在所述添加物中有非氧化物的硅。其是指作为硅化铁或金属硅、碳化硅、氮化硅或其他硅化物含有的硅，但作为代表性的添加物，除了硅铁合金外，还能够列举将包含60质量％碳化硅的粉体成型为团块的添加物(以下，称为碳化硅团块)等。
作为添加物中的非氧化物硅的分析方法，除了记载于JIS G 1312的硅铁合金的分析方法，还能够组合总硅分析、酸可溶硅分析、总碳分析、总氧分析、总氮分析、热质量分析、利用调整了温度履历的燃烧法的碳分析、其他含有元素的分析、利用X射线衍射法的化合物的分析等而进行推定。
另外，在添加物中还有碳。作为该碳源，除了焦炭或土状石墨等碳材料，还可使用前述的碳化硅等碳化物中的碳。另外，作为添加物中的助熔材料，使用了生石灰或轻烧白云石、镁熔块等辅助原料，此外，脱磷炉渣、脱碳炉渣、铁水包炉渣等炉渣也能够使用作为氧化钙源或氧化镁源。另外，作为廉价的辅助原料的例子，也可以利用钙或镁的碳氧化物或氢氧化物等，由于它们的吸热量大，在大量使用的情况下，优选与其他助熔剂区别而修正上述(1)式。
这样，在本发明的脱硅处理中，由于将该处理之后的铁水温度控制在适当的范围内，并将硅利用作为热源，即使使用相对于铁水与冷铁源的合计重量而言为100～300kg/t这样的大量冷铁源，也能够效率良好地进行冷铁源的熔解和铁水的预处理精炼，而不会引起生产性的下降、精炼成本的上升。但是，如果冷铁源单位消耗量为300kg/t以上，则存在需要进一步的热源而引起成本上升、吹炼时间延长而生产性下降的问题。另外，由于冷铁源的装入设备的限制，进一步增加使用量也是低效的。
后面将详细说明，为了提高脱硅处理后炉渣即脱硅炉渣10的排渣性，优选在铁水预处理用转炉1内使炉渣产生适度的发泡。为此，提高通过铁水中的碳与炉渣中的氧化铁的反应而产生的CO气体的产生速度是有效的。因此，为了在接着的排渣工序中得到稳定的排渣率，优选供给将铁水中和添加的硅源中的硅氧化所需要的化学计量以上的氧气。
关于在脱硅处理中供给到铁水中的氧气的单位消耗量，除了以化学计量计脱硅所需要的量之外，设为2Nm3/t以上，优选设为4Nm3/t以上。在本发明中，进行这样的送氧而将脱硅处理结束时的铁水中的硅浓度设为0.1质量％以下，优选为0.05质量％以下。由此，能够在脱硅处理后进行排渣时也维持发泡状态而良好地保持排渣性，并且能够抑制从炉渣向铁水的回磷。在发明人们的研究中确认到：在来自所述带燃烧器功能的喷枪2的送氧速度为1～3Nm3/min·t、底吹气体的吹入速度为0.1～0.6Nm3/min·t的范围内，能够得到所述效果。此外，关于脱硅处理结束的判定，为了按前述方式进行由脱碳反应进展导致的炉渣排出，优选一边监视根据脱硅吹炼中的排气浓度、排气中CO、CO2浓度、排气流量、排气分析值计算出的脱碳速度，一边进行判定。
(3)中间排渣工序(C)
在本发明中，在铁水的预处理时，在上述脱硅处理后设置进行该脱硅炉渣的排渣的工序。在该排渣工序(C)中，在脱硅处理时产生的含大量SiO2的低碱度脱硅炉渣从该转炉1排出。为了在下一工序的脱磷处理中得到适当的炉渣碱度和减少石灰类助熔材料的使用量，所谓排出脱硅炉渣10是有效的。另外，在使前一次装料的脱磷炉渣17大量残留于炉内的状态下进行下次装料而进行新的铁水的脱硅处理的铁水的预处理方法的情况下，进行脱硅处理以防止从炉渣向铁水的回磷，因此脱硅炉渣中的磷酸浓度比以往高。因此，假如使该脱硅炉渣大量残留于转炉1内的情况下，由于接着的脱磷处理工序中的炉内炉渣中的磷酸量变得过大而脱磷效果下降，在防止该情况方面，该工序(C)的作用也是重要的。此外，脱硅吹炼结束后的中间排渣既可以通过使转炉倾斜而从炉口排出，也可以从铁水的出炉孔4来进行排出。
由于在本发明的转炉炼钢法中的特别是第一转炉1的铁水预处理方法中反复并连续地实施这些工序(A)～(C)的处理，如果脱硅炉渣的排出不充分，则需要注意磷酸向炉内的积累。这是由于，当在脱磷处理阶段炉内炉渣中的磷酸量变得过多时，由于炉渣中的磷酸浓度的上升，具有脱磷反应效率下降而处理后的铁水中的磷浓度上升、脱磷反应所需要的石灰类助熔材料的使用量增大的问题。
因此，在本发明中，为了解决该问题点，使用所述带燃烧器功能的喷枪2。在表1中表示本发明的脱硅处理的优选条件的一例，在图4中表示其效果。从表1和图4可知，通过使用带燃烧器功能的喷枪2，能够进行向铁水、炉渣的有效热供给，能够实现废料熔解、石灰和氧化铁源的熔融促进、由炉渣熔融促进导致的中间排渣率高位稳定化以及减少中间排渣炉渣中的粒铁。
即，在同一脱硅吹炼条件下，当像本发明这样使用带燃烧器功能的喷枪2添加这些作为脱硅用精炼剂的粉体来代替按照以往方法装入精炼剂的方法时，由于添加的精炼用熔剂等吹入粉体在到达液体表面前被加热，炉渣的熔融更高效。即，如图4所示，在着眼于中间排渣时，用带燃烧器功能的喷枪2进行10MJ/t以上的热供给时，脱硅炉渣排渣率飞跃性地提高。另外，观察悬浊于炉渣中的粒铁比率可知，在利用通常的没有燃烧器的顶吹喷枪的情况下为10质量％，在使用由燃烧器的燃烧产生的热量为10MJ/t以上的带燃烧器功能的喷枪2的情况下减少到6质量％。
[表1]
*(块CaO)使用图1未图示的投入槽来添加。
此外，当排出在脱硅处理时生成的大部分脱硅炉渣时，在下一工序的脱磷处理中重新添加的石灰类助熔剂的渣化延迟，成为阻碍脱磷反应的主要因素。对于该问题，虽然能够添加萤石而促进渣化，但这样的话，如上所述，产生的炉渣的用途受到限制而炉渣的处理变困难。另外，虽然也有添加铁矿石等氧化铁而促进渣化的方法，但如果是该方法，由于由氧化铁的分解吸热反应导致的热损失较大，且能够利用于冷铁源的熔解的热量减少，并不是上策。
因此，关于该中间排渣工序中的排渣率，按如下方式处理。即，脱硅炉渣的排渣率(质量％)＝(排出炉渣质量)×100/(脱硅处理结束时的炉内总炉渣质量)为至少40％以上，优选设为60％以上。这是由于，如果上述排渣率小于40质量％，则如上所述，下一工序的脱磷处理中的石灰类助熔材料的使用量会增大。另外，当残留炉渣量增大时，有可能无法抑制炉渣发泡，在脱磷处理时会发生从炉口的炉渣喷出，并引起由炉渣喷出导致的操作障碍。
在本发明中，设为脱硅处理结束时的炉渣的碱度成为0.5～1.5的范围内，且脱硅处理工序结束时的铁水温度成为1260℃以上且1350℃以下，优化氧气单位消耗量而促进炉渣发泡。由此，能够确保良好的炉渣的流动性和气体阻挡(gas hold up)，仅通过在脱硅处理结束后将炉体倾斜并使炉渣从炉口流出，就能够进行良好的排渣。关于这一点，在以不使铁水流出的方式调节炉体的倾斜角度而使炉渣流出的情况下，一定程度的炉渣量不得不残留于炉内，但由于与真比重相比发泡的炉渣的体积比重下降，能够将残留于炉内的炉渣量控制为较低。
(4)脱磷处理工序(D)
所述排渣工序(C)之后，向残留于同一转炉1内的铁水中供给包含作为脱磷用精炼剂的石灰类助熔剂的粉体和氧源，对铁水进行脱磷处理。在该脱磷处理工序中使用的氧源仅使用来自所述带燃烧器功能的顶吹喷枪2的氧气5的方法在减少热损失方面优选。铁水中的磷由供给的氧源中的氧氧化而成为磷氧化物(P2O5)，该磷氧化物稳定地进入通过石灰类助熔剂的渣化而生成的炉渣中，铁水进行脱磷。为了效率良好地推进脱磷反应，优选的是，使用所述带燃烧器功能的喷枪2或槽喷射或投入所述石灰类助熔材料以使得脱磷处理后的炉渣(这一次装料的脱磷炉渣17)的碱度成为1.2以上且3.0以下，且通过送氧进行脱磷处理以使得脱磷处理结束后的铁水温度成为1280℃以上且1360℃以下。
[表2]
*(块CaO)使用图1未图示的投入槽来添加。
其理由为：如果在该脱磷处理时生成的这一次装料的脱磷炉渣17的炉渣碱度小于1.2或铁水温度超过1360℃，则有时炉渣的脱磷能力下降，不能充分地使处理后的铁水中磷浓度下降。另一方面，当其炉渣碱度超过3.0时，则石灰类助熔剂的渣化变困难，石灰类助熔剂的成本上升，如果铁水温度小于1280℃，则石灰类助熔剂的渣化也变困难，后工序的脱碳精炼时的热量不足。而且，为了充分确保之后进行的利用另一转炉的脱碳精炼时的热量，优选将脱磷处理结束后的铁水温度设为1280℃以上且1360℃以下，并且调节脱硅处理和脱磷处理中的氧气使用量和/或碳添加量以使得脱磷处理结束时的铁水中的碳浓度成为2.5质量％以上。
在该脱磷工序(D)中，应用带燃烧器功能的喷枪2的效果如图5所示。即，在该带燃烧器功能的喷枪2中，石灰或氧化铁这样的脱磷剂粉体成为燃烧器燃烧热的传热介质，同时脱磷剂本身被加热，促进脱磷剂成分的物质移动而脱磷效率升高。这种效果能够通过如下情况而理解，如图5所示，在通过该带燃烧器功能的喷枪2热供给了换算成燃烧器燃烧热量为10MJ/t的热量的情况下，相对于同一石灰单位消耗量，处理后[P]低位稳定化。
(5)出炉工序(E)
在该工序(E)中，经过所述的脱磷工序(D)而铁水中的磷浓度下降到规定的值时，使该转炉1向设置了出炉口的一侧倾斜，向铁水保持容器(未图示)排出转炉型精炼炉内的铁水。
(6)脱碳精炼
经过由所述工序(A)～(E)构成的利用第一转炉1的铁水预处理，对排出的脱磷铁水使用作为第二转炉的脱碳精炼用转炉即顶吹转炉来脱碳精炼而精制出规定的钢水。在该工序中，由于使用脱磷后的铁水进行脱碳处理，无需降低终点碳浓度并通过促进终点炉渣中的FeO生成来实现脱磷的提高，所以例如有利于Mn矿石还原。然而，为了还原Mn矿石，需要补偿还原热、提高Mn矿石还原效率。当以表3所示的条件使用所述带燃烧器功能的喷枪2时，如图6所示，该点是有效的。即，如图6所示，在脱碳精炼用转炉中进行Mn矿石还原的情况下，通过使用该带燃烧器功能的喷枪2或槽，以来自燃烧器的热供给量为10MJ/t以上的方式主要喷射或投入Mn矿石，能够进行Mn矿石还原时的热补偿，同时还原效率也提高，且有助于Mn成品率的提高。
[表3]
*(Mn矿石块)使用图1未图示的投入槽来添加。
如以上说明的，如适合于本发明的那样，在使用转炉进行铁水的预处理和脱碳精炼的转炉炼钢法中，由于成为如下连续的处理：在铁水的脱磷处理结束后出炉后，在不排出脱磷处理后炉渣的至少一部分的状态下使之残留于炉内，并在那里装入新的装入并进行脱硅处理，结果，从转炉型精炼炉(预处理炉)排出的多数炉渣为脱硅炉渣。这样，由于脱硅炉渣的碱度比较低，生铁块的混入也较少，不会产生碱溶出、水化反应导致的膨胀的问题。特别是在不完全排出脱磷炉渣的方法中，完全不会产生这样的问题，所以不仅能够使炉渣的处理简单化，也能够应用于高附加价值的用途。为了实现具有这样的特征的工艺的高效化、稳定化，在本发明中，使用带燃烧器功能的顶吹喷枪，能够提高脱硅后的排渣率并减少炉渣中的粒铁。
实施例1
首先，使用图1所示的容量为300吨的转炉1，实施了铁水的预处理。在该处理时，使用图3所示的带燃烧器功能的喷枪2向液体表面(铁水)喷射精炼用氧气，并且从设置于炉体底部的8个底吹风口向铁水中吹入搅拌用氮气。其中，在不使用燃烧器喷枪时，使用了没有图3中的燃料气体通路19和助燃性气体通路的4层管喷枪。此外，铁水的预处理用转炉中的脱硅吹炼、脱磷吹炼、脱碳用转炉中的脱碳精炼的各条件表示在表1～3中，铁水成分等表示在表4-1～表4-3中。而且，关于实施的结果，脱Si吹炼的结果表示在表4-1中，脱P吹炼的结果表示在表4-2中，脱C吹炼的结果表示在表4-3中。这些实施例为如下的例子：在作为前工序于铁水脱磷处理中生成的脱磷处理后炉渣的一部分或全部残留于炉内的状态下，首先在该转炉内装入冷铁源，接着在该炉内装入铁水，之后，从所述带燃烧器功能的喷枪2顶吹精炼用氧气而开始脱硅吹炼，接着，在中间排渣后，在相同转炉进行脱磷吹炼，之后，在另一转炉进行脱碳吹炼。此外，在所述脱硅处理中生成的炉渣的碱度补偿时，根据需要，在燃烧器燃烧时，从投入槽添加块状石灰或从带燃烧器功能的喷枪2的粉体吹入通路18添加粉状石灰。另外，根据排气温度、排气中CO浓度的变化来判定铁水预处理阶段的脱硅吹炼(处理)的结束。表中的中间排渣率通过炉渣罐的秤量来评价。
从作为比较例1和发明例1～9表示的表4-1～4-3可以得知，在脱硅吹炼时和脱磷吹炼时双方的处理均没有使用带燃烧器功能的喷枪的例子(比较例1)中，中间排渣率变差，并且脱P后的P浓度也高。另外，在脱硅吹炼时使用带燃烧器功能的喷枪，而在脱磷吹炼时不使用该带燃烧器功能的喷枪的例子(发明例1～3)中，虽然脱P后的P浓度稍高，但相对于在脱硅吹炼时没有带燃烧器功能的喷枪的比较例1，中间排渣率提高。而且，虽然在脱硅吹炼时从带燃烧器功能的喷枪施加了充分的热量但在脱磷吹炼时不使用该带燃烧器功能的喷枪的例子(发明例2、3)中，进一步改善了中间排渣率。由此可知，至少在脱硅吹炼的阶段中，优选使用带燃烧器功能的喷枪。
而且，可知，如果在脱硅吹炼时和脱磷吹炼时使用所述带燃烧器功能的喷枪，且将其投入热量调整为10MJ/t以上，则中间排渣率与磷浓度均得到期望的结果(发明例4～9)。而且，可知，在相同条件下在脱碳吹炼时使用了该带燃烧器功能的喷枪的情况下，Mn成品率提高(发明例8、9)。可知，特别是当在脱硅、脱磷、脱碳的各工序中均使用该带燃烧器功能的喷枪时，在中间排渣率、CaO单位消耗量、Mn成品率中的任一点均得到了期望的结果。
[表4-1]
[表4-2]
[表4-3]
实施例2
该实施例表示调查了脱硅吹炼时的脱磷炉渣残留率的影响得到的结果。此外，在该实施例中，设为如下操作条件，使用的转炉、燃烧器等与实施例1相同，吹炼的条件也设为基本上与实施例1相同的条件来实施，仅变更脱磷炉渣残留率。然后，将其结果表示在表5-1～表5-3中。
从表5-1所示的结果可以得知，根据发明例10～15，可知，与比较例2相比，使脱磷炉渣的一部分(50～100％)残留的、接着装料的脱硅吹炼中，实现了中间排渣率的提高、CaO添加量的减少。另外，从表5-2所示的结果可以得知，发明例10～15与比较例2没有显著误差。并且，如表5-3所示，可以得知，在脱硅吹炼、脱磷吹炼以及脱碳精炼这样的一连串处理中，整体Fe成品率、整体CaO单位消耗量提高。
[表5-1]
[表5-2]
[表5-3]
产业上的可利用性
本发明是与转炉的炼钢方法相关的技术，当然，作为所谓的铁水预处理技术也是有效的。
附图标记的说明
1 转炉
2 带燃烧器功能的顶吹喷枪
3 底吹风口
4 出炉口
5 精炼用氧气
6 助燃性气体
7 燃料气体
8 料斗
9 铁水
10 脱硅炉渣
11 冷铁源
14 装入罐
17 脱磷炉渣
18 粉体吹入通路
19 燃料气体通路
20 助燃性气体通路
21 精炼用氧气通路
22a 冷却水通路
22b 冷却水通路

Claims (7)

1.一种转炉炼钢法，在第一转炉中与铁水的脱碳精炼一起进行脱硅处理和脱磷处理，接着在第二转炉中进行脱碳精炼而制成钢水，其特征在于，
首先，在所述第一转炉内装入铁水后，通过从喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体而进行铁水的脱硅处理，
接着，进行中间排渣的处理，将该脱硅处理后炉渣的一部分排出而使剩余炉渣与铁水一起残留于该容器内，
接着，通过从喷枪对残留于该转炉内的脱硅后的铁水的液体表面喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体而进行铁水的脱磷处理，
接着，将脱磷后的铁水排出，并且使脱磷处理后炉渣的至少一部分残留于转炉内，
之后，在将排出的脱磷处理后的铁水转移到上述第二转炉并进行脱碳精炼而得到钢水时，
使用能够喷射精炼用氧气、包含石灰类助熔材料的粉体、燃料气体以及助燃性气体的带燃烧器功能的喷枪，进行上述脱硅处理和上述脱磷处理的任一方或双方的处理。
2.根据权利要求1所述的转炉炼钢法，其特征在于，
通过使在前一次脱磷处理时生成的量的30mass％以上的脱磷处理后炉渣残留于所述第一转炉内，进而至少将未处理的铁水装入该第一转炉内，并且从顶吹喷枪或带燃烧器功能的喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体或还喷射燃料气体和助燃性气体，从而进行铁水的脱硅处理，
接着，进行将脱硅处理后的炉渣的40mass％以上排出到炉外的中间排渣，
之后，通过在上述第一转炉中使用顶吹喷枪或带燃烧器功能的喷枪喷射精炼用氧气和包含石灰类助熔材料的粉体、或还喷射燃料气体和助燃性气体，进行铁水的脱磷处理。
3.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢法，其特征在于，
在脱碳精炼时使用所述带燃烧器功能的喷枪。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的转炉炼钢法，其特征在于，
所述脱硅处理时、所述脱磷处理、所述脱碳精炼中的任一种或两种以上的处理时的从所述带燃烧器功能的喷枪供给的燃烧器燃烧热量设为10MJ/t以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的转炉炼钢法，其特征在于
使用于脱硅处理、脱磷处理以及脱碳精炼中任一种或两种以上的处理的所述带燃烧器功能的喷枪是具有精炼用氧气通路、粉体供给通路、燃料气体通路以及助燃性气体通路的多层管喷枪。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的转炉炼钢法，其特征在于，
关于所述粉体，除了吹入助熔材料、辅助原料之外，还与由如氩气、氮气的非活性气体构成的输送气体一起吹入氧化铁材料、锰氧化物中的任一种以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的转炉炼钢法，其特征在于，
使在脱磷处理时生成的脱磷处理后炉渣的量的60mass％以上残留于转炉内。
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