CN1059470C - 脱碳特性优良的转炉顶吹精炼方法和转炉用顶吹喷氧枪 - Google Patents

脱碳特性优良的转炉顶吹精炼方法和转炉用顶吹喷氧枪 Download PDF

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Abstract

一种在脱碳吹炼时的精炼方法：在使至少一系统的喷氧枪的喷嘴绝对二次压P0维持在该喷氧枪的喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p的0.7倍以上2.5倍以下的范围的同时；通过使该系统在吹炼中的喷嘴绝对二次压产生其最大值为最小值的1.1倍以上地变更，使送氧速度变化。该喷氧枪具有配有2～10个遮蔽部的同心多角形或同心圆形的断面的，当开口部的长边长B和短边长h的比值B/h为10～225喷氧枪直径为R(mm)时，(B·h)/R值为0.4～4mm的狭缝状喷嘴；圆形喷嘴。

Description

脱碳特性优良的转炉顶吹精炼方法和转炉用顶吹喷氧枪
本发明涉及一种在顶底复合吹转炉上的脱碳特性优良的精炼方法和其所使用的转炉用顶吹喷氧枪。
在顶吹或顶底复合吹转炉内的精炼反应，是通过从顶吹喷氧枪供给氧气，使碳、硅、磷等杂质产生氧化而进行的。并且，在这时所用的顶吹喷氧枪上，为促进由氧气喷流的对钢液的搅拌，一般是采用以将喷氧枪的二次压高效率地变换成喷流的动能为目的的单孔或多孔的缩放喷嘴(参照“钢铁便览”第3版，分册II，日本钢铁协会编，1982年，p.468页)。
在以往的方法上，是用以对钢液赋予搅拌力为目的的上述那样的顶吹喷氧枪，从精炼初期到精炼末期，用缩放喷嘴的适当膨胀范围的二次压进行精炼的，但它不能自由地对对应于精炼各阶段的最适宜的氧气流量和喷流流速进行选择。因此，存在下列等问题：在精炼初期的以氧气的供应为速度控制步骤时，若为了提高脱碳速度而增加氧气流量的话，喷流流速就会加快，使粉尘和喷溅物的发生量增加；而在精炼末期的以碳元素的供应为速度控制步骤时，若为了防止钢液的过氧化和熔渣中氧化铁的增多而减少氧气流量的话，喷流流速就会减慢，而这会导致作为喷流和钢液的碰撞部的点火处的温度的降低或搅拌力的不足，使脱碳的进行变得迟缓。
一般地，转炉脱碳时有下列3项必要的要求：(1)在高碳浓度区域，要求粉尘的发生量少，熔渣的形成能快速地进行；(2)在中碳浓度区域，要求氧的脱碳效率高；(3)在低碳浓度区域，要求脱碳进行时能抑制氧化铁的生成。
其中，对于上述(1)中所述的转炉粉尘，其起源有2个：从顶吹氧气与钢液相碰撞的面(点火处)上发生的、由于来自高温的点火处的铁的蒸发而产生的粉尘；和由于因在点火处的脱碳反应生成CO气体时的体积膨胀而产生的粉尘。
在以往曾提出多种减少转炉吹炼中发生的粉尘量，以提高铁的成品率的方法。
例如，在日本专利“特开平2-156012号”公报上，显示了一种为减少粉尘的发生量，而使喷氧枪的高度上升，而且在顶吹气体中混合进非活性气体的方法。用该方法时，由于2次燃烧率随喷氧枪的上升而增加，使传热效率降低，从而使转炉耐火材料的熔损变得激烈，并由于需要使用多量的非活性气体而对成本不利。
并且，在“材料与工艺”第7卷(1994年)的p.229页上，显示了一种其粉尘发生速度由将送氧速度用点火处面积相除后的值所支配的方法。但该方法存在下列问题：若为了减少单位点火处面积的送氧速度而降低送氧速度时，会降低生产率；在为增加点火处面积而使喷嘴多孔化的场合，点火处会重叠，使飞溅增加；并且，若提升喷氧枪的高度，由于会增加2次燃烧率，使传热效率降低，所以会使转炉耐火材料的熔损变激烈。
另一方面，在日本专利“特开昭62-228424号”公报上，显示了一种通过如星型形状的具有大的变形度的顶吹喷氧枪的喷嘴，而提高2次燃烧率的技术。对于由于采用该技术而带来的使粉尘和飞溅物降低的效果，在该专利中没有任何的记载，但单靠使用该喷氧枪是不能降低粉尘量的。
总之上述这样的粉尘降低技术，是一种使氧气喷流的往钢水液面的到达速度，即喷流流速(U)降低的技术，也即所谓的软吹的技术。但在处于软吹的状态时，存在下列问题：由于由顶吹气体产生的搅拌力变小，且氧气喷流的往液面的碰撞区域(点火处)的温度降低，所以从高碳浓度的区域起氧的脱碳效率就会开始下降，从而不能满足上述(2)的要求。
另一方面，还提出有在上述(3)所述的低碳浓度的区域，也能维持高的氧的脱碳效率的技术。例如，在日本专利“特开昭60-131908号”公报和“特开昭60-63307号”公报上，显示了一种在极低碳浓度区域上，往顶吹氧气中混合进以Ar气为代表的非活性气体的技术。但这些方法中存在着由于需要多量的Ar气而使气体成本大幅度增加的问题。
因此，为满足上述(1)～(3)的目的(要求)，最好的方法是：在高碳浓度区域，以软吹的方式供给大流量的气气；在中碳浓度区域，以硬吹方式供给大流量的氧气，进一步在低碳浓度区域，以硬吹方式供给小流量的氧气。
对此，在日本专利“特公昭47-4770号”公报上，显示了一种在顶吹喷氧枪的圆形的氧气喷嘴的前端开口部和颈部(喷氧枪喷嘴的最狭窄的部分)之间，设置有具有可以在管路内做上下移动的作动机构的仿锤体状件的喷氧枪。在这种情况时，氧气虽是通过由圆形喷嘴和仿锤体状件之间的间隙所构成的狭缝部而流动的，但由于因通过该间隙后的喷流会在开口部的随后处马上产生合流而总是成硬吹方式，所以即使增大该间隙，也不能实现软吹方式的吹炼。
又，在日本专利“特开平1-123016号”公报上，显示了一种除了供给氧气的喷嘴外，还具有Ar或者CO2等非活性气体用喷嘴的喷氧枪。在该场合，虽然在即使降低氧气流量时也可以由非活性气体的作用而使喷流速不降低，但由于氧气只是从一种类型的喷嘴中被供给的，所以在使氧气流量大幅度地降低了的场合会发生由于生铁往喷嘴的附着而产生的喷嘴的闭塞问题。因此，这时并不能大幅度地改变氧气流量和喷流流速。
而且，在日本专利“特开平1-21916号”公报上，显示了一种具有主孔和与主孔独立的与氧气供给管相连结的副孔的喷氧枪。但由于因生铁经喷嘴的附着而产生的喷嘴的闭塞问题，使得不能大幅度地降低氧气的流量；并且，由于从主孔和副孔中都供给有氧气，所以不能大幅度地改变氧气流量和喷流流速。
本发明的目的是：提供一种可以解决上述缺点，使喷流流速不受氧气流量的增减所影响地维持在一定范围内的方法；由本发明的精炼方法，可以不必用复杂的机构而实现高速吹炼，以及粉尘和喷溅物的发生量的降低、钢液的过氧化防止、熔渣中氧化铁的降低等效果。
进一步，本发明的目的是，提供一种根据下列2个新的观点而得到的新型的顶吹转炉用喷嘴：从具有有大的长边与短边的比值的适当的喷出孔形状的所谓的细长形喷出孔中出来的气体，与从圆形孔中出来的气体相比，由于在喷出紧接之后会产生气体流速的大的衰减，而变得可以实现软吹方式；通过将从细长形喷出孔中出来的气体与从另外的圆形喷嘴中出来的气体以适当的条件相合流，而有可能实现硬吹方式。
本发明为达到上述目的，提供了下述的脱碳吹炼方法和吹炼用喷嘴。
一种具有优良的脱碳特性的转炉顶吹精炼方法，该方法使用顶吹喷氧枪进行除去钢水中的碳元素的脱碳吹炼作业，并可以使从精炼初期到末期的脱碳吹炼高效地进行，该精炼方法的特征在于：包括下列步骤：
求出上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p；
通过使上述喷氧枪的喷嘴绝对二次压P0在上述喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p的0.7～2.5倍的不适当膨胀范围内至少变更1次，而使来自上述喷氧枪的氧气的送氧速度相应于吹炼阶段而产生变化以进行吹炼作业；
由这样的吹炼，调节由上述氧气的喷流所产生的钢水表面的冲击深度。
进一步，本发明在上述方法中具有下列特征；随着上述喷嘴绝对二次压P0的变更，为使钢水的冲击深度L维持在规定值的+20％以内的范围，对由下述(1)式所计算出的喷氧枪的前端与钢水静止液面间的距离LG进行调节。
LG＝Hc/(0.016·L0.5)-L          ……(1)
      -2.709X4+17.71X3-40.99X2+40.29X-12.90
f(x)＝                           …(0.7＜X≤2.1的场合)
      0.109X3-1.432X2+6.632X-6.35…(2.1＜X＜2.5的场合)
LG：喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离(mm)
L：规定的钢水的冲击深度(mm)
P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
M0p：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
d：喷嘴颈部的直径(mm)
另外，上述的所谓喷嘴绝对二次压P0，是指位于喷嘴颈部的上位的滞流部的绝对压。而且喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p，由下述(2)式所计算。
Se/St＝0.259(Pe/P0p)-5/7{1-(Pe/P0p)2/7}-1/2    ……(2)
式中：Se：喷嘴开口部的面积(mm2)
St：喷嘴颈部的面积(mm2)
Pe：喷嘴开口部气氛的绝对压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
而且，(1)式中的适当膨胀时的喷出马赫数Mop，由下述(3)式所计算。
M0p＝〔5·{(P0p/Pe)2/7-1}〕1/2        ……(3)
式中：Mop：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
Pe：喷嘴开口部气氛的绝对压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
如上所述，在本发明中，通过在上述喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p为0.85～1.75的不适当膨胀范围，使由上述(1)式所求出的喷嘴前端和钢水静止液面间的距离LG大致为一定值，并至少变更一次喷嘴绝对二次压P0，就可以在不改变氧气的喷流流速，维持规定的钢水的冲击深度的同时，相应于钢水内的残存固溶碳的量而使送氧速度减少。因此，通过用本发明的方法，就可以特别是在脱碳末期在对钢水保持充分的搅拌的同时抑制氧化铁的生成。
并且，当喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p在0.7～2.5以内、并在0.85～1.75以外的范围时，随着上述喷嘴绝对二次压P0的变更，为使预先求出的钢水的冲击深度L维持在规定值的±20％以内的范围，先由(1)式求出喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，然后用该喷氧枪的高度进行吹炼。
因此，在喷嘴绝对二次压P0大的场合，即送氧速度大的场合，若对用P0等于适当膨胀绝对二次压P0p的喷嘴得到具有规定的钢水冲击深度L时的距离LG和用基于本发明的喷嘴得到具有与上述钢水冲击深度L相同深度时的距离LG进行比较的话，则基于本发明时的距离LG可以比P0＝P0p的喷嘴时的距离LG大幅度地减小。即，在吹炼初期，在不使喷氧枪高度上升到会损耗转炉耐火材料的高度时，也有可能进行充分的吹炼。
进一步，在喷嘴绝对二次压P0小的场合，即送氧速度小的场合，当用基于本发明的喷嘴来得到与用P0等于适当膨胀绝对二次压P0p的喷嘴所得到的钢水冲击深度L相同的深度L时，则基于本发明的喷嘴时的LG比P0＝P0p喷嘴时的LG要大得多。即，在吹炼末期，不使喷氧枪高度降低到会使喷氧枪前端产生热变形和熔损的低位置时，也有可能进行充分的吹炼。
而且，在本发明的吹炼方法中，将钢水单位重量的送氧速度，在碳浓度为0.5％以上时设定为150～300Nm3/h/ton，在碳浓度为0.2％以下时设定为20～100Nm3/h/ton。
这里，送氧速度由下述(4)式所算出。
F02＝0.581·St·ε·P0/处理钢水的重量(ton)    ……(4)
式中：F02：送氧速度(Nm3/h/ton)
      St：喷嘴颈部的面积(mm2)
      P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
      ε：流量系数(-)(通常在0.9～1.0的范围内)
进一步，在本发明中具有下列特征：使用顶吹喷氧枪，并且该顶吹喷氧枪具有特地独立设置的2～4系统的气体配管，并且在该各系统中，喷嘴颈部的总截面积为最大的系统与喷嘴颈部的总截面积为最小的系统的喷嘴颈部的总截面积之比值为2-10。
在上述这样的喷氧枪中，作为具有独立的2系统的气体配管的喷氧枪，本发明提供了一种具有下列构成的转炉用顶吹喷氧枪；在其具有同心的3～16角形的多角形或同心圆的断面的细长形喷嘴的前端开口部的一部分上设置有2～10个的遮蔽部的氧气供给管；和与该氧气供给管相独立的、且被设置在上述同心多角形或同心圆的细长形喷嘴的内侧的1～6个的圆形喷嘴。
本发明还提供一种精炼方法，其中上述喷氧枪的气体配管为独立的2系统配管，使这些配管中的1系统的送氧速度在2系统的合计送氧速度的10％～90％的范围内变化，并使另外的1系统的送氧速度在2系统的合计送氧速度的90％～10％范围内变化，同时调整各系统的送氧速度以使合计送氧速度为100％；并且使喷嘴端面的开口部的面积较小的系统的送氧速度逐渐增加以进行吹炼。
为了减弱从喷嘴出来的氧气喷流的流速，使软吹成为可能很重要的一点是使喷嘴不为圆形，而是做成具有适当形状的细长形。而且，即使是从细长形喷嘴中出的气体，当与从其他喷嘴中出来的气体相合流时，由于在相合流时流速不容易减弱，所以会成为硬吹。本发明者利用该特性发明出了上述喷氧枪。本发明的喷氧枪，在其构成上具有下列2个要素：使软吹成为可能的细长形喷嘴形状的适当化；和为了适当地进行合流的在细长形喷嘴和内侧圆形喷嘴之间的关系。
在本发明中，通过使用上述这样的喷氧枪，就可以在吹炼初期和中期进一步将喷氧枪前端高度LG维持在低的位置上。
图1是显示了吹炼喷氧枪的喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p和喷嘴绝对二次压P0的比值P0/P0p与在垂直于喷流前进方向的垂直断面上的适当膨胀时的最大喷流流速Umaxp和最大喷流流速Umaxr的比值Umax/Umaxp之间的关系的示图。
图2(A)是1系统喷氧枪的平面图。图2(B)是图2(A)的X-X线断面图。
图2(C)是2系统喷氧枪的平面图。图2(D)是图2(C)的Y-Y线断面图。
图2(E)是本发明的2系统喷氧枪的平面图。
图2(F)是本发明的其他的2系统喷氧枪的平面图。
图3(A)和(B)是显示了在脱碳吹炼作业的各水平的操作模式时，碳元素浓度与送氧速度之间的关系的示图。
图4(A)和(B)是显示了在脱碳吹炼作业的各水平的操作模式时，送氧速度与喷氧枪二次7压的比值之间的关系的示图。
图5(A)和(B)是显示了在脱碳吹炼作业的各水平的操作模式时，送氧速度和喷氧枪前端部与钢水静止液面间的距离的关系的示图。
图6(A)和(B)是显示了在脱碳吹炼作业的各水平的操作模式时，送氧速度与钢水的冲击深度之间的关系的示图。
图7(A)是本发明的吹炼喷氧枪的平面图。图7(B)是图7(A)的Z-Z线的断面图。
图8(A)至(D)是显示了细长形喷嘴和遮蔽板的构造的沿图7(A)的Z’-Z’线的断面图。
图9(A)是显示了适当膨胀时的最大喷流流速和最大喷流流速的比值Umax/Umaxp与细长形喷嘴的前端开口部的长边长度B和短边长度h的比值B/h之间的关系的示图。
图9(B)是显示了上述比值Umax/Umaxp与细长形喷嘴的前端开口部的长边长度B、短边长度h和喷氧枪直径R间的比值(B.h)/R之间的关系的示图。
图10(A)至(C)是具有本发明的同心多角形的细长形喷嘴的吹炼喷氧枪的平面图。
下面，对实施本发明的最佳的形态进行说明。
首先，由图2对本发明中所使用的顶吹喷氧枪进行说明。
图2中显示了喷氧枪的前端部，其中：图(A)为1系统喷氧枪的平面图，图(B)为该图(A)的X-X线的断面图；图(C)为2系统喷氧枪的平面图，图(D)为该图(C)的Y-Y线的断面图。
在该图中，1系统喷氧枪N1的构成为：在其圆形状的气体供给管1的前端设有圆形状喷嘴1-1；在喷氧枪的端面上设有开口3。而且，2系统喷氧枪N2的构成为：在其外周为圆形状的气体供给管1的中央部上配设有中心为圆形状的气体供给管2，并分别设有喷嘴1-1和2-1；在喷氧枪的端面上设有开口3和4。dt为喷嘴颈部S的直径，de为开口部3或4的直径。又，喷嘴绝对二次压P。表示的是位于喷嘴颈部的上方位置上的滞流部的气体的绝对二次压，它的数值是在用通常的压力计所表示的值上增加上1.033kgf/cm2(大气压)后的值。喷嘴适宜膨胀绝对二次压P0p由上述(2)式所求出，它是由喷氧枪的形状所决定的一定值。Pe为喷嘴外侧的压力，它通常为大气压。
在本发明中是用上述这样的喷嘴向钢水供给氧气的。但在以往，如图1的线A所示，在P0/P0p和Umax/Umaxp(Umax表示在垂直于气体喷流行进方向的断面上的最大喷流流速，Umaxp表示在适当膨胀时(当气体从喷嘴开口部被开放时的由喷嘴形状所决定的膨胀，此时P0＝P0p)的最大喷流流速；喷流流速U为实测值)的关系上，被认为具有正相关的关系。
即，如上所述，在以往，从精炼初期到末期，是用喷嘴的适当膨胀范围的二次压(例如，当图1的P0/P0p＝1时，Umax/Umaxp＝1)进行精炼的，它不能自由地选择对应于精炼的各阶段的最适宜的送氧速度(F02)和喷流流速(U)。
可是，本发明者们在对上述关系进行了仔细的研讨后，认为存在如图1的曲线B所示的关系。
即确认有下述关系：从P0/P0p值为2.5开始，Umax急剧地减少；当P0/P0p值在1.75和0.85之间时，存在Umax大致为一定的区域；进一步，从该区域到0.7，Umax再一次减小。
由于具有这样的关系，与以往的操作相比，就意味着即使不大幅度地改变喷氧枪的高度LG，也可以在维持最大喷流流速的状态下，对应于精炼各阶段大幅度地调整合格的送氧速度。
即，在使喷嘴绝对二次压维持在喷嘴适当膨胀绝对二次压的0.7～2.5倍的同时，若变更吹炼中的喷嘴绝对二次压，则可以不必大幅度地改变喷氧枪前端和钢水静止液面间的距离，在使最大喷流流速大致保持在一定范围的状态下对送氧速度大幅度地进行变更。因此，在精炼初期，由于可以不必大幅度地增大喷流流速而使送氧速度增大，所以即使进行高速吹炼时，也可以做到降低每单位送氧速度的粉尘和喷溅物的发生量。另一方面，在精炼未期，由于可以不必大幅度地降低喷流流速而使送氧速度降低，所以使高温的点火处容易形成，而且由于可以维持搅拌力，有利于脱碳的进行。这里，为能大幅度地对送氧速度进行变更，使吹炼中的喷嘴绝对二次压的最大值设在其最小值的1.1倍以上。而且，最好通过使喷嘴绝对二次压维持在喷嘴适当膨胀二次压的0.85～1.75倍，以进一步使喷流流速的变动范围缩小。
上述的操作方法，正是一种利用在以往没有得到考虑的不适当膨胀喷流而进行脱碳操作的方法。
这里，基于上述现象，为在P0/P0p为0.7～2.5的范围进行适当的操作，本发明者对各技术要素进行了再一次详细的研究后，得到下述(1)式。
LG＝Hc/(0.016·L0.5)-L             ……(1)
但L的容许变化范围为±20％
Hc＝f(P0/P0p)·M0p·(4.2+1.1M0p 2)·dt
         -2.709X4+17.71X3-40.99X2+40.29X-12.90
f(x)＝                              …(0.7＜X≤2.1的场合)
         0.109X3-1.432X2+6.632X-6.35…(2.1＜X＜2.5的场合)
式中：
LG：喷嘴前端和钢水静止液面间的距离(mm)
L：规定的钢水的冲击深度(mm)
P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
M0p：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
dt：喷嘴颈部的直径(mm)
即，为确保钢水的搅拌力(以提高脱碳效率)和防止喷溅物的发生，使钢水的冲击深度L预先根据吹炼的目的确定一个L/L。(L0为钢液的深度)在0.3～0.7范围内的定值(目标值)，然后由该定值和P0/P0p的值对喷氧枪前端和钢水静止液面间的距离LG进行调整。
而且，在P0/P0p的值为0.85～1.75的范围时，用该值的上限值例如1.75由(1)式求出LG，然后用该喷嘴高度根据脱碳状态对喷嘴绝对二次压P0即送氧速度进行调整。另外，从开孔的断面积为一定的喷嘴中喷出的气体的送氧速度F02，是与喷嘴绝对二次压P0成比例的。
另外，L的偏离目标值的容许范围定为±20％以内。
并且，在上述方法中，在吹炼中的氧的脱碳效率为最大的碳的浓度为0.5％以上的范围时，当使送氧速度比150Nm3/h/ton小时，会大幅度地延长精炼时间；而当使送氧速度比300Nm3/h/ton大时，会大幅度地增加粉尘和喷溅物的发生量。另一方面，在氧的脱碳效率低下的碳浓度为0.2％以下的范围时，当使送氧速度比20Nm3/h/ton小时，会使搅拌力不足，使脱碳速度降低；而当使送氧速度比100Nm3/h/ton大时，会降低防止钢水的过氧化、减低熔渣中氧化铁等效果。
另外，在实施上述方法的场合，虽然也可以使用具有图2(A)、(B)所示的1系统的配管的喷氧枪，但最好是使用具有独立的2～4系统的配管的喷氧枪。其理由是，在1系统的配管时氧气流量的变化幅度只是其最小流量的3.57倍，而通过使用2系统以上的配管则可以得到3.57倍以上的氧气流量的变化幅度。另一方面，在为5系统以上的配管时，由于喷氧枪的构造变复杂。加工变困难等问题，所以并不希望这样的构造。
这里，对使用了具有2系统的独立的气体配管的氧气喷氧枪的情况，用图2(C)、(D)进行说明。
喷氧枪N2的周围和前端部，由通常的水冷构造(图中未示出)所冷却，在喷氧枪的内部设置有分别与具有流量控制阀和流量计的配管相连接的、可以独立地进行流量控制的2系统的中心圆形状气体供给管2和外周形状气体供给管1。在由该图2(C)、(D)所示的例中，中心圆形状气体供给管2经圆形状喷嘴2-1与1个中心开口部4相连结，而外周圆形状气体供给管1经圆形状喷嘴1-1与4个外周开口部3相连结，且由4个部位的外周开口部3全体包围着1个中心开口部4。
当来自中心开口部4的每一个的平均送氧速度为外周开口部3的每一个的平均送氧速度的50％以下时(条件1)，来自外周开口部3的氧气喷流会与通常的多孔喷嘴同样地相互分离着到达熔融金属表面，从而产生软吹的效果；当来自中心开口部4的每一个的氧气的平均送氧速度为外周开口部的平均送氧速度的70％以上时(条件2)，中心喷流会与外周开口部3的喷流相干涉，以合流成一个喷流的状态到达液面，从而产生相当于单孔喷氧枪的硬吹效果。因此，依据具有本发明的特征的转炉操作方法，通过将中心开口部4和外周开口部3的送氧速度的比值在吹炼中调整到至少包括满足条件1的操作和满足条件2的操作，就可以根据需要而得到在多孔喷氧枪上的软吹效果和相当于单孔喷氧枪的硬吹效果。
这里，限定上述条件1、2的理由是，本发明者经过研究明确了下列事实：在为本发明所用的构造的喷氧枪上，伴随着干涉作用而发生的外周开口部喷流和中心开口部喷流之间的合流和分离的临界条件是，中心开口部的每一个的平均送氧速度位于外周开口部的每一个的平均送氧速度的50％～70％的范围；当中心开口部的每一个的平均送氧速度比临界条件要小时，成为软吹状态，而相反地，当比临界条件要大时，则成为硬吹状态。
外周开口部的形状不一定必须是圆形，也可以是具有如图2(E)所示的长方形等的形状。此时，通过调整使流量产生变化的喷出开口部的位置、喷出角和数量，也可以使到达熔融金属表面的喷流的数量变成规定的数量。
中心开口部的数量不一定必须是1个，也可以如图2(F)所示，在由外周开口部3所包围着的内侧分隔配置(在2～6个位置上)上多个。此时，特别是当在外周喷嘴1-1的相对于垂直方向的开角θ为12°以上的，广角条件下喷流的合流难于发生时，会有利于促进合流。这时的合流和分离的条件是，以中心开口部的每一个的平均送氧速度和外周开口部的每一个的平均送氧速度和外周开口部的平均送氧速度的比值为指标，用该指标与中心开口部为1个时的情况同样地进行评价。
外周开口部是在2～10个，最好是在3～6个位置上形成的，并且有必要使外周开口部相对于垂直方向的开角θ为6～20°。规定外周开口部的数量的理由是，多孔喷氧枪的软吹效果当开口部为3个以上时就开始显著了；而当有7个以上的外周开口部时，则不管来自中心开口部的气体流量是多少，两相邻的外周开口部的喷流通常会相互干涉而产生合流。而且，规定上述开角的理由是，当开角不到6°时，外周开口部的喷流经常会不管中心开口部的气体流量的大小而与之产生合流；而当开角超过20°时，则利用中心开口部的合流就特别难于实现。将中心开口部的数量的上限定为6个的理由是，当以促进合流为目的的中心开口部的数量增多时，会使水冷构造的设计变得困难；并且，当中心开口部在7个以上时，再增加其数量可以认为也不会有进一步显著的对喷流合流的促进作用。并且，中心开口部的开角，当其不超过外周孔的最大开角时效果要大。
因此，具有上述长方形外周开口部(狭缝状喷嘴开口部)的喷嘴，其构成包括：在顶吹喷氧枪的前端，设置2～10个具有同心的3～16角形的多角形或同心圆的狭缝状喷嘴的前端开口部5(与该开口部相邻设有遮蔽部5-1)的氧气供给管；和与该氧气供给管相独立的，并且在上述狭缝状喷嘴的内侧设置1～6个的圆形喷嘴开口部4的氧气供给管。具有上述这样构造的喷氧枪的前端，是通过例如经形成狭缝状喷嘴的木制砂箱中熔入金属而成一体地形成的。
在进行本发明的实施时，是好是希望在熔融金属的碳浓度为0.5wt％以上的中碳区域时维持使喷流相分离的状态；而在碳浓度为0.2wt％以下的低碳区域时，进行使喷流合流的作业。即，最好是当碳浓度在0.5wt％以上时，调节2系统的送氧速度的比值使其满足条件1；而当碳浓度为0.2wt％以下时，调节2系统的送氧速度的比值使其满足条件2。这是因为，从伴随有激烈的脱碳反应的高碳区域到中碳区域，氧的脱碳效率可以不受送氧条件的影响地被保持在高值，这样由软吹化而带来的对粉尘和喷溅物的抑制效果就有利于成品率的提高；而另一方面，在氧的脱碳效率低下、甲烷的燃烧成为问题的低碳区域，则通过硬吹化将点火处温度维持在高温对脱碳有利，并且在该区域时，由于脱碳速度本身比碳浓度在1wt％以上的条件时要低下，所以即使是在比较硬吹的条件下也不容易产生粉尘和喷溅物。
在本发明中，在上述硬吹条件下，利用本发明的不适当膨胀喷流进行的可以相应于碳浓度的低下而使送氧速度降低的脱碳作业，在工业上是特别有利的。
下面，对具有图2(E)中所示的长方形的外周开口部的喷氧枪，基于图7(A)、(B)对其一例进行更详细的说明。
图7(A)、(B)中显示了将具有由遮蔽板7所分离的同心圆形的开口部6的细长形狭缝状喷嘴8设置在外周气体供给管10的端部上的例子，即，该实施例中的喷氧枪包括：在具有同心的3～16角形的多角形或同心圆的断面的狭缝状喷嘴的前端开口部的一部分上配置2～10个遮蔽板的气体供给管；与该供给管相独立地被连接着、并且在上述狭缝状喷嘴的内侧设有1～6个圆形喷嘴的气体供给管。而且，喷氧枪本体和含有喷氧枪中心点的喷氧枪前端部经上述遮蔽板被固定在一起。
如该实施例这样，为使由开口部6出来的喷流流速减弱，下列几点是很重要的。
(1)由遮蔽板7所分离的每个开口部6的长边(B)和短边(h)的比值要大，即要是所谓的细长形喷出孔。这是因为，与从设在中心氧气供给管11的端部的圆形喷嘴9的开口部4出来的气体相比，喷流断面的周长变长时则所受到的与喷流外的气体之间的相互作用也大，这样就可以得到在喷流从喷嘴中紧接出来之后就得到大幅度地减弱的效果。该减弱的效果，当B/h在10以上时就可以得到。而且，当B/h比225还要大时，由于喷氧枪冷却水的配管的设计变得困难，所以这样的喷氧枪是不现实的。
(2)从细长形状的开口部6中出来的气体，在紧接喷出之后虽然就大幅度地得到了减弱，但在这以后，其减弱应具有一种只以从喷嘴前端起的距离的1/2次方而衰减的特征。相比之下，从圆形开口部4中出来的气体在紧接喷出之后的减弱不大，但在这以后，其减弱是以从喷嘴前端起的距离的1次方而衰减的。因此，为了在利用紧接喷出之后的大幅度的减弱这一上述(1)的特性的同时，使这以后的衰减增大，就有必要在从喷嘴中出来后将喷流从细长形状改变成圆形断面形状。为此的条件是，要求(B·h)/R在4以下，其中R为喷氧枪的直径(mm)。而且，当(B·h)/R比0.4还要小时，由于难于保持喷嘴的加工精度，所以不现实。
在图9(A)、(B)上，显示了喷流特性的调查结果。图中示出，当上述2个条件得到满足时，喷流速度的减弱效果最大。
(3)在设置有多个的满足上述条件(1)和(2)的喷嘴的多孔喷氧枪的场合，很重要的一点是，使从相邻接的喷嘴中出来的喷流不产生合流，为此的条件之一是，使相邻接的2个喷嘴开口部的相互最接近的点与喷氧枪中心点a之间所形成的角度ω在10～60°的范围。当该角度ω比10°还要小时，沿长边方向广开的喷流之间要产生合流，使合流以后的减弱变得困难；而当该角度ω比60°还要大时，会使开口面积减小，变得不能充分地确保气体流量。而且，如后所述，在每个的喷嘴开口部之间，由于用厚度限定了遮蔽板所分离着，所以当该角度ω比60°还要大时，由于遮蔽板面积增大，使遮蔽板的受热量增大，所以其熔损倾向也增大。
(4)进一步为防止合流，使喷出孔成为由上述条件(1)、(2)所规定的形状的区域。被限定为只是在喷嘴开口部上。即，例如即使喷嘴开口部的外观与图7(A)相同，但当将相当于图7(A)的Z’-Z’线断面的面上的喷嘴8的全体都设定为由上棕条件(1)、(2)所规定了的断面形状时[参照图8(A)]，由于在气体供给管内气体的流动得到整流，在出口的紧接随后如图8(A)所示喷流会从喷嘴开口部的中心部离开而产生扩展流g，于是由该扩展流会使喷流产生出合流。而与此相对，如图7(B)和图8(B)所示，当喷嘴本身为具有单纯的同心多角形或同心圆形的断面的细长形状，通过在其前端部配置薄的遮蔽板，使仅仅是喷嘴前端成为由上述条件(1)、(2)所规定了的断面形状时，由于在紧接开口部的前部处气体的流动被紊乱了，形成了向着喷嘴开口部的中心方向的流动f，所以就具有一种在紧接喷出之后气流不太会向着喷嘴开口部的中心部离开的方向扩展的效果。关于遮蔽板的厚度，其与喷嘴长度l[mm，参照图7(B)]之间的关系，必须是0.3lmm以下。当遮蔽板的厚度大于此值时，得不到气流在紧接出口前处的紊乱化效果。而且，遮蔽板厚度的下限，由遮蔽板的强度所决定，实际上希望在1mm以上。
(5)同样地为防止合流，如图8(C)所示，对于喷嘴沿圆周方向的遮蔽板7或12的宽度通过在其与上述喷嘴长度l的关系上使从喷氧枪前端到0.01l-0.3lmm部分的宽度(T1)设定前述遮蔽板的从前述喷氧枪前端起为0.3l～lmm范围内的部分的宽度(T2)的1.5～4倍的范围，对防止合流也是有效的。这也是因为，由于在紧接开口部之前处发生了气体流的紊乱，形成了向着喷嘴开口部的中心方向的流动f，所以就具有一种气流在紧接喷出之后不大会向着从喷嘴开口部的中心部离开的方向扩展的效果。而且，依据这样的做法，具有可以利用T2部分来使喷氧枪的冷却水的配管设计变得容易的优点。这里，当从T2到扩展成T1的部分在0.3lmm以上时，就得不到气流在紧接开口部前处的紊流化的效果；而当从T2到扩展成T1的部分比0.01lmm还要小时，则会由于具有T1宽度的部分的强度低下，使喷氧枪的寿命降低的问题。并且，当使T1和T2的比值(T1/T2)比1.5还要小时，就得不到在紧接出口之前处的紊流化效果；而当T1/T2的比值比4还要大时，使T2值减小，这样就会失去因利用了T2部分而使喷氧枪的冷却水的配管的设计变得容易这样的优点。
(6)而且为防止合流，进一步如图8(D)所示，对喷嘴沿圆周方向的遮蔽板的宽度，通过在其与上述喷嘴长度l之间的关系上使从喷氧枪前端到0.01l～0.3lmm的部分，具有一种相对于喷氧枪前端的平面从喷嘴前端向着喷嘴内部以10～80°的倾斜角度(θ0)而减小的构造，也对防止合流有效。这是因为，由于在狭缝中形成了向着喷嘴开口部的中心方向的流动f，所以就具有一种在紧接喷出之后气流不大会从喷嘴开口部的中心部扩开的效果。这里，当使该角度(θ0)比80°还要大时，会形成不了上述流动f；而当该角度(θ0)比10°还要小时，则会由于降低了前端的遮蔽板部分的强度，而出现喷氧枪的寿命缩短的问题。而且，当遮蔽板的上述减小部的长度比0.01lmm还要小时，就不能充分地形成上述流动f；而当该减小部的长度比0.3lmm大时，则得不到在紧接出口前处的紊流化效果。
另外，喷嘴的断面是以同心多角形或同心圆的形状所围着的狭缝，该同心多角形为3～16角形的范围。这是因为，作为多角形，不存在二角形；而当角数比16角形还要多时，会使其加工变得困难。由于当遮蔽板的个数比2个还要少时，长边(B)就会变得大，而当遮蔽板的个数比10个还要多时，长边(B)则会变得很小，所以在该两种情况下，B/h和B·h值都不会进入适当范围，从而得不到所希望的效果。
而且，在本发明中，喷氧枪本体N2和含有喷氧枪中心点a的喷氧枪前端部，是经遮蔽板7而被固定在一起的，使中心点a相对于喷氧枪本体N2不能做上下方向的移动。因此，伴随着在现有技术中的将含有中心点a的喷氧枪的前端部作为芯子，使之与喷氧枪本体相分离，并只使该芯子沿上下产生移动的技术所需要的复杂的驱动机构，在本发明中就不需要了，即本发明具有一种可以用简单的构造制造出喷氧枪的很大的优点。
这样，当在具有适当形状的状态下实施转炉吹炼时，由于可以得到在以往的圆形多孔喷氧枪上所得不到的软吹方式，所以就可以具有大幅度地降低粉尘和喷溅物的冶金效果。这是因为，当从喷嘴中出来的气体与液面相碰撞时，作为粉尘发生的原因之一的起因于因气体的动能而使钢水飞散的粉尘(飞溅性粉尘)的发生，在本发明中可以通过用软吹方式而大大地回避掉。
但当使该软吹状态持续到0.5％以下的碳浓度区域时，由于铁的氧化增多，所以在这样的中碳区域时必须使喷流强度成为硬吹状态。为此，需要从喷氧枪中心部的圆形喷嘴中供应出气体，并使该喷流与来自狭缝状喷嘴的喷流相合流。在这种场合，如上所述将从中心开口部4出为的每一个该中心开口部的平均送氧速度设定在从外周开口部6出来的每一个的该外周开口部的平均送氧速度的70％以上，使从中心开口部4出来的喷流与从外周开口部6出来的喷流产生干涉而合流成一体，从而成为相当于单孔喷氧枪的硬吹方式。
这样，在使从细长狭缝状喷嘴中出来的喷流与从圆形喷嘴中出来的喷流相合流了的场合，该喷流由于其自身所具有的很强的吸引力而有成为单一的喷流的趋势。但尽管喷流中心部是具有圆形喷嘴的特性的硬吹方式，由于喷流外周部因具有一从细长狭缝状喷嘴出来的喷流的特性而会产生很大的扩开，所以就具有点火处面积增大的特性。由此，就可以具有一种在保持硬吹方式的同时使粉尘减少的效果。
这里，为了满足B/h和(B·h)/R的条件，以使在保持由细长狭缝状喷嘴的软吹效果为最大的同时，确保一种可以供给多量的氧气的开口断面积，就有必要增大同心圆的平均直径或同心多角形外接圆的平均直径，并使h减小。为此，最好在喷氧枪的外侧设置细长狭缝状喷嘴，而在内侧设置圆形喷嘴。并且，圆形喷嘴的前端开口部上的直径D(mm)，由下式所计算出。式中n为圆形喷嘴的个数，A(mm2)为狭缝状喷嘴的前端开口部面积(在图7(A)中为4个狭缝喷嘴)的合计值，α最好在0.05～0.5之间。
D＝{4α×A/(圆周率·n)}1/2         …(5)
并且，在设置有多个的圆形喷嘴的场合，在喷氧枪下端面上，最好是使以直线连接了各圆形喷嘴中心点之间后形成的多角形为正方角形[在图7(A)中为正三角形]；并且以使该正多角形的几何学的重心与喷氧枪中心a相一致的方式配设各圆形喷嘴；进一步相对于以直线连接了各圆形喷嘴中心点后形成的正多角形的外接圆的圆周长W，使作为该圆周的一部分的通过了圆形喷嘴的前端开口部的那部分圆周V1的总长V以V/W等于0.3～0.7的位置关系而被配置着。
而且，也要以使狭缝状喷嘴8的开口部6的形状为如图10(A)～(C)所示的多角形。
当在这样的具有适当形状的状态下实施转炉吹炼时，如上所述，就可以得到大幅度降低粉尘和飞溅物的冶金效果。进一步，使用本发明时，由于与通常的圆形多孔喷嘴相比，可以在大幅度降低了喷氧枪高度的状态下实现软吹吹炼，所以2次燃烧率也不会增大到会损耗耐火材料的程度，而且由于在喷氧枪为低位的状态时产生2次燃烧，所以传热效果也很优良。
当利用以上的喷氧枪，特别是在喷氧枪中心部的圆形喷嘴上利用本发明的不适当膨胀喷流以进行使其送氧速度相当于碳浓度的减低而减小的精炼方法时，在从吹炼初期到中期，可以由软吹而使粉尘降低；同时在吹炼末期，由于可以通过用硬吹和调整送氧速度来抑制整过氧化，所以有进一步的意义。
而且，当使用具有细长形狭缝状喷嘴的喷氧枪进行吹炼时，若取代上述(1)式而用下述(6)式来求出喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，则在吹炼时可以更可靠地对钢水的冲击深度L进行调整。
LG＝Hd/(0.016·L0.5)-L            ……(6)
式中：
Hd＝〔f(P0/P0p)·M0p·{(4.2+1.1M0p 2)·β}1/2·h〕
        0.521X4-2.422X3+3.372X2-0.644X+0.28
f(X)＝                            …(0.2＜X≤2.1的场合)
       -0.224X3+2.14X2-6.014X+6.71…(2.1＜X＜4.2的场合)
β＝9.655·(B/h)0.87
L：规定的钢水的冲击深度(mm)
LG：喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离(mm)
P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
M0p：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
h：细长形喷嘴开口部的短边长度(mm)
B：细长形喷嘴开口部的长边长度(mm)
而且，在脱碳吹炼期间，也可以根据需要，从中心部喷嘴或外周部喷嘴吹出与氧气并用着的Ar、CO和CO2等非活性气体。由此，可以防止发生因喷嘴的氧气吹入停止而引起的喷嘴开口部的闭塞等事故。
这里，具体显示了一种用可以独立控制的2系统喷氧枪，在脱碳反应的各个区域进行吹炼的方法。在该例中，在吹炼的末期，使非活性气体从外周气体供给管中供给。
在上述的2系统喷氧枪上，在碳浓度为0.5％以上的范围的脱碳反应区域时，以使L/L0在0.5～0.3之间的方式，从与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴中供给氧气，同时从与中心部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供给氧气；并且将从与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供应的开口部的每一个的送氧速度，设定在从与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴中供应的开口部的每一个的送氧速度的50％以下的范围；同时使来自两供给管的氧气的送氧速度的合计值在150～300Nm3/h/ton的范围。其次，在碳浓度为0.2～0.5％的区域时，当使L/L0在0.5～0.7之间，从与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状的喷嘴中供应氧气，并同时从与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供应氧气；并且将来自与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴的喷嘴开口部的每一个的送氧速度，设定在来自与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴的喷嘴的每一个的送氧速度的70％以上的范围；同时使来自两供给管的氧气的送氧速度的合计值在100～200Nm3/h/ton的范围。进一步，在碳浓度为0.01～0.2％的范围的吹炼末期，使在与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴中以15～30Nm3/h/ton的流量范围供给N2、CO2、Ar和CO中的一种或2种以上，同时使在与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中以20～100Nm3/h/ton的流量范围供给氧气；为在各气体供给速度下使L/L0保持在0.5～0.7内，当碳浓度在0.1～0.2％范围时，将喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p设定为1.75～2.5，当碳浓度为0.05～0.19范围时将P0/P0p凤定为1～1.75，当碳浓度为0.05～0.01％实施例
实施例1
用内径约为2.1m的顶底复合吹转炉，装入6吨的铁水，进行A、B、C、D、E、F、G、H、I的共9个不同水平的脱碳试验。这时，钢液的深度L0约为240mm，用本转炉根据先前进行的试验将钢水的冲击深度L的规定值确定为约120mm。在各水平时，作为底吹气体都使用100Nm3/h的N2。而且，在紧接精炼开始之后，为使熔渣的碱度(SiO2与CaO的重量之比)大约在3.5，投入130kg的石灰。在各水平时喷嘴的设计值如表1所示；而且，各喷氧枪前端部的概略图如图2(A)～(D)所示。
在水平A时：使送氧速度为167Nm3/h/ton，喷嘴绝对二次压和适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p为1，喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离为1000mm，钢水的冲击深度为规定值120mm，并以不变更操作模式的方式实施精炼。
在水平B时：实施了使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/ton到67Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压和适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从2.86到1.14产生了变更的试验。本水平的P0/P0p的最大值，比在本发明中的P0/P0p的范围的上限要大。而且，由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离设定为800mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更在240mm到55mm之间产生变化。本水平的钢水的冲击深度(L/规定值＝55/120～240/120＝0.46～2.00)落在本发明的范围之外。
在水平C时：实施了使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/ton到67Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压和适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从1.25到0.55产生了变更的试验。本水平的P0/P0p的最小值比在本发明中的P0/P0p的范围的下限要小。而且，由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离设定为800mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更在140mm到10mm之间变化。本水平的钢水的冲击深度(L/规定值＝10/120～140/120＝0.08～1.17)落在本发明的范围之外。
在水平D时：实施了使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/ton到83Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从1.25到0.625产生了变更的试验。本水平的P0/P0p的最小值比在本发明中的P0/P0p的范围的下限要小。而且，相应于送氧速度的变更，使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离也从900mm到200mm产生变更，以调整到使钢水的冲击深度在规定值的120mm±20％以内。
在水平E时：实施了使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/t到167Nm3/h/t产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从2.00到0.80产生了变更的试验。本水平的P0/P0p在本发明的P0/P0p的范围之内。又，由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离设定为800mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更从160mm到50mm产生变化。本水平的钢水面冲击深度(L/规定值＝50/120～160/120＝0.42～1.33)落在本发明的权利要求项2的范围之外。
在水平F时，实施了使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/ton到67Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从2.00到0.80产生了变更的试验。本水平的P0/P0p在本发明的P0/P0p的范围之内。而且，相应于送氧速度的变更，使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离也从997mm到454mm产生变更，以调整到使钢水的冲击深度在规定值的120mm±20％以内。
在水平G时：实施了使送氧速度相应于碳浓度从145Nm3/h/ton到72Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压值的比值P0/P0p从1.74到0.85产生了变更的试验。本水平的P0/P0p在本发明的P0/P0p的最希望的范围之内，而且，由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离设定为631mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更从140mm到100mm产生变化。本水平的钢水的冲击深度(L/规定值＝100/120～140/120＝0.83～1.17)落在本发明的范围之内。而且，在本水平时，由于不需要连续地对喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离进行控制，所以其操作简便。
在水平H时：使送氧速度相应于碳浓度从233Nm3/h/ton到33Nm3/h/ton产生变更。在该水平时，使用了具有2系统的氧气配管的喷氧枪。首先，使第1系统的气体配管的送氧速度从233Nm3/h/ton到83Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从2.15到0.77产生变更；而且，相应于送氧速度的变更，使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离也从1053mmgc468mm产生变更，以调整到使钢水的冲击深度在规定值120mm±20％以内。然后，切换到第2系统的气体配管上，使送氧速度从83Nm3/h/ton到33Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从1.92到0.77产生变更；并且，相应与送氧速度的变更，使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离也从1363mm到624mm产生变更，以调整到使钢水的冲击深度落在规定值的120mm±20％以内。该水平的P0/P0p落在本发明的P0/P0p的范围之内。
在水平I时：使送氧速度相应于碳浓度从167Nm3/h/ton到42Nm3/h/ton产生变更。在本水平时，使用具有2系统的气体配管。，首先使第1系统的配管的送氧速度从167Nm3/h/ton到83Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从1.74到0.87产生变更；该P0/P0p落在本发明的P0/P0p的最希望的范围之内；而且，由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离大致设定为685mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更从140mm到100mm产生变化；该钢水的冲击深度(L/规定值＝100/120～140/120＝0.83～1.17)在本发明的范围之内。然后，切换到第2系统的配管上，使送氧速度从83Nm3/h/ton到42Nm3/h/ton产生变更，并相应地使喷嘴绝对二次压与适当膨胀绝对二次压的比值P0/P0p从1.74到0.87产生变更；该P0/P0p落在本发明的P0/P0p的最希望的范围之内；而且由于使喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离大致设定为700mm的一定值，所以钢水的冲击深度会相应于送氧速度的变更从140mm到100mm产生变化；该钢水的冲击深度(L/规定值＝100/120～140/120＝0.83～1.17)在本发明的范围之内。并且，在本水平时，由于不需要连续地对喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离进行控制，所以其操作简便。
对在上述各水平时的操作模式的详细情况，被显示在表2以及图3(A)、(B)、图4(A)、(B)、图5(A)、(B)和图6(A)、(B)中。在各图中的符号A～I-2，与上述各水平的符号是一致的。另外，操作模式是通过由动态预测模型对精炼中的碳浓度进行预测而实现的。并且，各水平的试验结果显示在表3中。
                                        第1表
区分    水平      P0p(kgf/cm2)     F02p *1(Nm3/h/ton)   n*1(-)   dt *1(mm)   ∑St *1(mm2)
比较例     A      9.0     167    4   7.79   190.6
比较例     B      4.5      58    4   6.50   132.9
比较例     C      9.0     133    4   6.97   152.4
比较例     D                  与水平C相同的喷氧枪喷嘴
本发明例     E      6.0      83    4   6.74   142.6
本发明例     F                  与水平D相同的喷氧枪喷嘴
本发明例     G                  与水平D相同的喷氧枪喷嘴
*2本发明例     H-1      6.0     108    4   7.68   185.4
    H-2      6.0      43    1   9.72   74.2
*2本发明例     I-1      6.0      96    4   7.24   164.7
    I-2      6.0      48    2   7.24   82.3
注：*1.P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
F02P：适当膨胀时的送氧速度(Nm3/h/ton)
n：喷嘴的孔数(-)
dt：喷嘴颈部的直径(mm)
∑St：喷嘴颈部的总面积(mm2)
*2在水平H和I时，使用了具有2系统的气体配管的喷氧枪。所以记入了各系统的喷氧枪的喷嘴的设计值。
  第2表
区分   水平    F02 *1(Nm3/h/ton)    P0/P0p *1(-)     LG*1(-)     L*1(mm)
比较例    A   167    1.00     1000     120
比较例    B   167→67    2.86→1.14     800     240→55
比较例    C   167→67    1.25→0.50     800     140→10
比较例    D   167→83    1.25→0.625     900→202     120
本发明例    E   167→67    2.00→0.80     800     160→50
本发明例    F   167→67    2.00→0.80     997→454     120
本发明例    G   145→72    1.75→0.85     631     140→100
*2本发明例    H-1   233→83    2.15→0.77     1350→468     120
   H-2   83→33    1.92→0.77     1363→624     120
*2本发明例    I-1   167→83    1.74→0.87     685     140→100
   I-2   83→42    1.74→0.87     700     140→100
注：*1.F02：送氧速度(Nm3/h/ton)
P0/P0p：喷嘴绝对二次压与喷嘴适当膨胀绝对二次压的比值(-)
LG：喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离(mm)
L：钢水的冲击深度(mm)
*2.在水平H和I时，使用了具有2系统的气体配管的喷氧枪。所以记入了各系统的喷氧枪的喷嘴的设计值。
第3表
区分   水平  精炼时间(min)   粉尘量(kg/t)     精炼终了时浓度(％)*1
  〔C〕   〔O〕 〔T.Fe〕
比较例   A*2   25.0    32.3    0.018    0.14   36.2
比较例   B*2   27.1    34.5    0.045    0.08   22.3
比较例   C*2   22.0    29.0    0.09    0.08   21.7
比较例   D*2   25.5    30.5    0.015    0.07   20.2
本发明例   E   27.2    25.1    0.014    0.09   24.4
本发明例   F   25.3    25.3    0.012    0.07   18.5
本发明例   G*3   28.5    25.1    0.012    0.07   18.1
本发明例   H   22.5    24.9    0.010    0.06   17.9
本发明例   I   25.8    23.2    0.010    0.06   18.0
注*1.表3中的符号为
〔C〕：钢液中的碳浓度(％)
〔O〕：钢液中的游离氧浓度(％)
〔T.Fe〕：熔渣中的铁浓度(％)
*2.在水平A时，由于没有将其精炼末期的送氧速度减小，所以发生了过氧化，使(T.Fe)值上升。
在水平B时，由于在其精炼初期～中期的L值过大，所以粉尘和飞溅物增多。
在水平C时，由于在其精炼末期时L值过小，氧气到达不了钢液中，所以碳浓度没有减小。进一步，由于在精炼中发生了倾斜，所以在中途停止了该精炼作业。
在水平D时，由于其精炼末期的喷氧枪高度较低，所以使喷嘴的熔损加剧。
*3.在水平G时，其吹炼时间之所以增加，是因为在吹炼初期的氧气浓度较小。
实施例2
使用与实施例1相同的转炉，用下述所示的喷氧枪按照本发明的方法进行精炼作业。
顶吹喷氧枪，以图7(A)、(B)中所示的形状为基本，对喷嘴开口部的数量、形状、间隙和遮蔽板的厚度等进行改变。喷氧枪前端与液面间的距离设定为0.5～1.5m。吹炼中的粉尘浓度，从集尘水中的粉尘量中测出，并用单位吹炼时间的平均发生速度来进行评价。在各场合，都使用喷氧枪本体经遮蔽板与含有喷氧枪中心点的喷氧枪前端部相固定在一起的喷氧枪。
在试验序号1中，使用具有在图7(A)、(B)中所示的形状的开口部6的喷嘴〔其B＝100mm，h＝2mm，B/h＝50，(B·h)/R＝1.2mm，遮蔽板为4个，W＝25°，遮蔽板厚度为0.25lmm，(5)式中的α＝0.2〕和在其中心部具有在表1中的H-2相同的1个圆形喷嘴的喷氧枪，在碳浓度比0.5％高的区域(I期)时，由狭缝状喷嘴以150～250(Nm3/h/ton)的速度供给氧气，同时从圆形喷嘴以10～30(Nm3/h/ton)的流速供给氧气；在碳浓度为0.5～0.2％之间的区域(II期)时，由狭缝状喷嘴以100～200(Nm3/h/ton)的流速供给氧气，同时从圆形喷嘴以30～50(Nm3/h/ton)的流速供给氧气；在碳浓度为0.2％以下的区域(III期)时，分别从圆形喷嘴中以40～80(Nm3/h/ton)的流速供给氧气和从狭缝状喷嘴中以157(Nm3/h/ton)的流速供给氮气；当碳浓度为0.02～0.04％时停止吹气。
其结果，如表4所示，粉尘发生量为低值的0.81kg/(min·ton)，II期以后的平均氧的脱碳效率为高值的85～90％，停吹时的(T.Fe)为低值的8～12％。同样的结果，在使用3个的圆形喷嘴〔试验序号2：其(1)式中的α＝0.2，V/W＝0.4〕和6个的圆形喷嘴〔试验序号3：其(1)式中的α＝0.2，V/W＝0.4〕时，也可以得到。进一步，以同样的吹炼模式，使用图10中所示的同心多角形的狭缝状喷嘴时〔试验序号为4～7：其B、h、遮蔽板数、W、遮蔽板厚度、(5)式中的α等参数与试验序号1中的相同〕，也可以得到与上述大致相同的冶金特性。
另外，在各脱碳反应期的喷氧枪的高度，I期为700～900mm，II期为700～900mm，III期为700mm。
而与此相对，在表3的比较例中，粉尘发生量为高值的1.2～1.3kg/(min·ton)，并且在停吹时的(T.Fe)也为20％以上的极高的值。另外，在本发明例的水平E～I时的粉尘发生量为0.9kg/(min·ton)，这显示了使外周为狭缝状喷嘴后的效果。
                               第4表
 试验序号   I期粉尘发生速度kg/(min·ton)  II期和III期在停吹时的(T.Fe)％ II期和III期的飞溅物发生情况   评价
本发明   1     0.81      8～12     少    ○
  2     0.82      10～13     少    ○
  3     0.80      11～16     少    ○
  4     0.88      7～12     少    ○
  5     0.84      9～14     少    ○
  6     0.80      7～13     少    ○
  7     0.82      8～15     少    ○
依据本发明，由于可以不受氧流量的增减的影响地，并且不必使吹炼喷氧枪的喷嘴前端部与钢水静止液面间的距离过于接近地使喷流流速维持在大致一定的范围，所以不会增大对吹炼喷氧枪的热负荷，可以实现高速吹炼以及粉尘和喷溅物的发生量的低减、钢液的过氧化防止、和熔渣中氧化铁的低减等效果；并且也不需要复杂的机构。

Claims (21)

1.一种具有优良的脱碳特性的转炉顶吹精炼方法，该方法使用顶吹喷氧枪进行除去钢水中的碳元素的脱碳吹炼作业，并可以使从精炼初期到末期的脱碳吹炼高效地进行，该精炼方法的特征在于：包括下列步骤：
求出上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p；
通过使上述喷氧枪的喷嘴绝对二次压P0在上述喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p的0.7～2.5倍的不适当膨胀范围内至少变更1次，而使来自上述喷氧枪的氧气的送氧速度相应于吹炼阶段而产生变化以进行吹炼作业；
由这样的吹炼，调节由上述氧气的喷流所产生的钢水表面的冲击深度。
2.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：在上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀绝对二次压P0p的0.7～2.5倍的不适当膨胀范围内，由上述喷氧枪的喷嘴绝对二次压P0和预先求出的钢水的冲击深度L根据下述(1)式求出喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，并以保持上述距离LG的方式移动上述喷氧枪进行吹炼作业：
LG＝Hc/(0.016·L0.5)-L    ……(1)
但L的容许变化范围为±20％
Hc＝f(P0/P0p)·M0p·(4.2+1.1M0p 2)·dt
          -2.709X4+17.71X3-40.99X2+40.29X-12.90
f(x)＝                               …(0.7＜X≤2.1的场合)
          0.109X3-1.432X2+6.632X-6.35…(2.1＜X＜2.5的场合)
LG：喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离(mm)
L：规定的钢水的冲击深度(mm)
P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
M0p：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
dt：喷嘴颈部的直径(mm)。
3.一种如同权利要求2所述的精炼方法，其特征在于：在上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀二次压P0p的0.85～1.75倍的不适当膨胀范围内，用该范围的上限附近的P0/P0p根据上述(1)式求出上述喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，并在使该距离LG基本保持在一定的状态下减小送氧速度而进行吹炼。
4.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：其钢水的凹部L相对于钢水的液深L0，在L/L0为0.3～0.7的范围。
5.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：由上述喷氧枪所供给的氧气的送氧速度，在钢水的碳浓度为0.5％以上时，被设定为150～300(Nm3/h/ton)；在碳浓度为超过0.2％不满0.5％时，被设定为100～200(Nm3/h/ton)；在碳浓度为0.01～0.2％时，被设定为20～100(Nm3/h/ton)。
6.一种如权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：在上述顶吹喷氧枪上设置独立的多个系统的气体配管，并且在该各系统中，喷嘴颈部的总截面积为最大的系统与喷嘴颈部的总截面积为最小的系统的喷嘴颈部的总截面积之比值为2～10。
7.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：其上述喷氧枪的气体配管为独立的2系统配管，从与该各配管分别相连接并设在上述喷氧枪端面外周部上的狭缝状开口部和设在该喷氧枪端面中央部上的圆形状开口部中供给氧气以进行吹炼。
8.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：其上述喷氧枪的气体配管为独立的2系统配管，使这些配管中的1系统的送氧速度在2系统的合计送氧速度的10％～90％的范围内变化，并使另外的1系统的送氧速度在2系统的合计送氧速度的90％～10％范围内变化，同时调整各系统的送氧速度以使合计送氧速度为100％；并且使喷嘴端面的开口部的面积较小的系统的送氧速度逐渐增加以进行吹炼。
9.一种如同权利要求8所述的精炼方法，其设置在上述喷氧枪的气体配管的独立的2系统中的1系统的喷氧枪端面外周部上的开口部，被设定为其长边和短边的比为10～225长方形或类似长方形的狭缝状的形状；设置在另一系统的喷氧枪端面中央部上的开口部，被设定为圆形；并且使具有该圆形开口部的系统的送氧速度在吹炼中增大。
10.一种如同权利要求8所述的精炼方法，其特征在于：其在使上述喷氧枪的2系统的独立的气体配管的送氧速度的比率产生变化时，在脱碳处理中的碳浓度为0.5％重量以上时，将喷氧枪端面的中央部开口部的每一个的平均送氧速度设定为外周部的开口部的每一个的平均送氧速度的50％以下；在碳浓度为0.2％重量以下时，将中央部开口部的每一个的送氧速度设定为外周部开口部的每一个的平均送氧速度的70％以上。
11.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：其在碳浓度为0.5％以上的范围的脱碳反应区域时，喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p为1.75～2.5的范围，L/L0定为0.3～0.4，由圆形状喷嘴以150～300(Nm3/h/ton)的速度范围供应氧气；接着，在碳浓度为0.2～0.5％的范围时，喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p为1～1.75的范围，L/L0定为0.4～0.5，由圆形状喷嘴以100～200(Nm3/h/ton)的速度范围供应氧气；进一步，在碳浓度为0.01～0.2％的范围时，喷嘴绝对二次压的比值P0/P0p为0.7～1的范围，L/L0定为0.5～0.7，由圆形状喷嘴以20～100(Nm3/h/ton)的速度范围供应氧气。
12.一种如同权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：其在可以独立控制的2系统喷氧枪上，在碳浓度为0.5％以上的范围的脱碳反应区域时，为使L/L0为0.5～0.3，分别从与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴和与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供应氧气，并且使由与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供应的每一个的氧气的送氧速度为由与外周部氧气供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴供应的每一个的氧气的送氧速度的50％以下的范围，同时从两供给管中以其送氧速度的合计值在150～300(Nm3/h/ton)的范围的形式供应氧气；接着，在碳浓度为0.2～0.5％的范围时，为使L/L0为0.5～0.7，分别从一外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴和与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴供应氧气，并且使由此中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴中供应的每一个的氧气的送氧速度为由与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴供应的每一个的氧气的送氧速度的70％以上的范围，同时从两供给管中以其送氧速度的合计值在100～200(Nm3/h/ton)的范围的形式供应氧气；进一步，在碳浓度为0.01～0.2％的范围时，在由与外周部气体供给管相连接的狭缝状或圆形状喷嘴中以15～30(Nm3/h/ton)的范围的速度供应N2、CO2、Ar和CO中的1种或2种以上，同时由与中央部气体供给管相连接的圆形状喷嘴以20～100(Nm3/h/ton)的范围的速度供应氧气；为在各气体流量时使L/L0为0.5～0.7，在碳浓度为0.1～0.2％时使喷氧枪绝对二次压的比值P0/P0p为1.75～2.5，在碳浓度为0.05～0.1％时使P0/P0p为1.0～1.75，在碳浓度为0.01～0.05％时使P0/P0p为0.7～1.0。
13.一种如权利要求1所述的精炼方法，其特征在于：在上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀二次压P0p的0.7～2.5倍的不适当膨胀范围，由上述喷氧枪的喷嘴绝对二次压P0和预先求出的钢水的冲击深度L根据下述(6)式求出喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，然后以保持该距离LG的方式进行吹炼：
LG＝Hd/(0.016·L0.5)-L    ……(6)
但L的容许变化范围为+20％
Hd＝〔f(P0/P0p)·M0p·{(4.2+1.1M0p 2)·β}1/2·h〕
        0.521X4-2.422X3+3.372X2-0.644X+0.28
f(X)＝                          …(0.2＜X≤2.1的场合)
        -0.224X3+2.14X2-6.014X+6.71…(2.1＜X＜4.2的场合)
LG：喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离(mm)
β＝9.655·(B/h)0.87
L：规定的钢水的冲击深度(mm)
P0：喷嘴绝对二次压(kgf/cm2)
P0p：喷嘴适当膨胀绝对二次压(kgf/cm2)
M0p：适当膨胀时的喷出马赫数(-)
h：细长形喷嘴开口部的短边长度(mm)
B：细长形喷嘴开口部的长边长度(mm)。
14.一种如同权利要求13所述的精炼方法，其特征在于：其在上述喷氧枪的喷嘴适当膨胀二次压P0p的0.85～1.75倍的不适当膨胀范围时，用该范围的上限附近的P0/P0p值根据上述(6)式求出上述喷氧枪前端与钢水静止液面间的距离LG，然后在使该距离LG大致保持在一定的状态下使送氧速度减小以进行吹炼。
15.一种转炉用顶吹喷氧枪，该喷氧枪用于由气体使钢水产生搅拌的顶底复合吹炼转炉型精炼炉上，具有优良的脱碳特性；其特征为：包括：在与喷氧枪的中心轴垂直的断面具有同心的3～16角形的多角形或同心圆形状的狭缝状喷嘴的前端开口部的一部分上设有2～10个遮蔽部的气体供给管；和与该气体供给管相独立的、在上述狭缝状喷嘴的内侧的设置1～6个圆形喷嘴的气体供给管。
16.一种如权利要求15所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征在于：当设定由上述遮蔽部所分离的每个上述前端开口部的长边长度B(mm)和短边长度h(mm)的比值B/h为100～225，并设喷氧枪的直径为R(mm)时，则值(B·h)/R为0.4～4(mm)；并且，由相邻接的2个上述前端开口部的相互最接近的外周上的两点和喷氧枪中心点所构成的角度ω为10～60°。
17.一种如同权利要求15或16所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征在于：其上述遮蔽部的厚度，相对于气体供给管的喷嘴长度l(mm)为1～0.5l(mm)。
18.一种如同权利要求17所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征为：上述遮蔽部的厚度，相对于气体供给管的喷嘴长度l(mm)为1～0.3l(mm)。
19.一种如同权利要求15所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征在于：其上述遮蔽部为遮蔽板；且喷氧枪本体和含有喷氧枪中心点的喷氧枪前端部经上述遮蔽板被固定在一起。
20.一种如权利要求15所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征在于：上述遮蔽板的从前述喷氧枪前端起为0.01l～0.3l(mm)范围内的部分的沿圆沿圆周方向的宽度，设定为前述遮蔽板的从前述喷氧枪前端起为0.3l～l(mm)范围内的部分沿圆沿圆周方向的宽度的1.5～4倍，其中l(mm)为上述狭缝状喷嘴的喷嘴长度。
21.一种如权利要求15所述的转炉用顶吹喷氧枪，其特征在于：在上述遮蔽板的从喷氧枪前端起为0.01l～0.3l(mm)范围内的部分上，沿圆沿圆周方向的宽度向着所述喷氧枪的内部而减小，并且，因上述遮蔽板的减小而相对于前述喷氧枪前端平面构成的倾斜角度θ0为10～80度的范围，其中l(mm)为上述狭缝状喷嘴的喷嘴长波。
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