CN107429303A - 顶底同吹转炉的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种顶底同吹转炉的操作方法，其在使用顶底同吹转炉进行脱炭精炼时，可以抑制炉体的振动及粉尘的产生，而且可以抑制炉壁耐火物的损耗。在顶底同吹转炉的操作方法中，在使用具有多个氧气喷射用喷枪喷嘴的顶吹多孔喷枪，将来自该喷枪喷嘴的氧气射流以相对于该顶吹多孔喷枪的中心轴倾斜的喷嘴倾角进行喷射，并且在炉底配设n个底吹风口，从该底吹风口吹入搅拌用气体，来进行顶底同吹转炉的操作时，将干涉度(IR)设为0.7以下，其中该干涉度(IR)表示从上述顶吹多孔喷枪喷射出的顶吹氧气射流撞击到铁水浴面所形成的火点、与从底吹风口吹入铁水中并浮起而形成于铁水浴面的搅拌用气体浮起区域的关系程度。

Description

顶底同吹转炉的操作方法

技术领域

本发明涉及欲抑制炉壁耐火物的损耗和粉尘的产生时有效的顶底同吹转炉的操作方法。

背景技术

在进行顶底同吹转炉的操作、特别是脱炭精炼时，为了实现生产性的提高，而进行使每单位时间的氧气供给量增加的操作。但是，增加氧气的供给量就意味着铁成分容易以粉尘方式飞散，而存在其附着于周边的设备或炉侧壁、炉口附近的现象。公知该粉尘大致可区分为：因在炉内产生的气泡伴随粒铁从铁水浴面脱离而产生的粉尘(所谓“气泡破裂(bubble burst)”)、以及因铁原子蒸发而产生的粉尘(所谓“烟雾(fume)”)，且其产生比例伴随着脱炭精炼进行而变化。

另外，在上述脱炭精炼中，铁液因其中的炭会随着脱炭反应进行而逐渐地减少，因而最终会变成钢水，但由于无法明确地区分铁液的阶段和钢水的阶段，所以以下将铁液和钢水统称为“铁水”。

飞散后的粉尘(铁成分)无论是因任何原因产生的都能回收，再次作为铁源而被再利用。但是，来自粉尘的铁成分的回收会有作业费用增多、招致顶底同吹转炉的运转率降低的问题。因此，以往，在顶底同吹转炉的脱炭精炼时的操作中，研究了抑制粉尘的产生。

例如，在专利文献1中，公开了着眼于超过2000℃的高温反应区域(所谓“火点”)的技术，该高温反应区域利用从顶吹喷枪的各喷枪喷嘴喷射出的氧气射流撞击到铁水浴面而形成。即，为如下方法：将相互邻接的火点彼此重叠的状态以称为重叠率的指标值进行定义，并以该值为20％以下的方式调整来自顶吹喷枪的氧气射流的喷射角度，从而抑制粉尘产生。

另外，在专利文献2中，公开有以下的技术：使用包含中心孔在内具有七孔的顶吹多孔喷枪，以将重叠率设为30％以下并且使火点的总面积在由火点的最外周所包围的面积中所占的比例成为75％以下的方式，调整来自顶吹喷枪的氧气射流的喷射角度，从而抑制粉尘。

这些技术是通过抑制从顶吹喷枪喷射出的氧气射流的相互干涉，来抑制因泡沫破裂所引起的粉尘的产生。然而，不能够说是有效抑制因烟雾所引起的粉尘的技术。

另一方面、在脱炭精炼中，已知被收纳于顶底同吹转炉内的铁水会因从顶吹喷枪喷射出的氧气射流、从底吹风口供给的搅拌用气体(例如惰性气体、氧化性气体等)而摇动。该铁水的摇动将助长粉尘(尤其是因泡沫破裂所引起的粉尘)的飞散。因此，通过抑制铁水的摇动、炉体的振动来抑制粉尘的产生可以说是至关重要的。另外，炉体的振动的抑制也有防止设备故障的功效。

在专利文献3中，公开有以下的技术：以利用从顶吹喷枪喷射出的氧气射流所形成的火点、和从底吹风口供给的搅拌用气体浮起的区域不重复的方式，将氧气射流的喷射角度调整在20～30°的范围，来抑制炉体的振动。但是，若使氧气射流的喷射角度过量地增加，则顶底同吹转炉的耐火物就容易损耗。

另外，铁水、熔融炉渣的飞散(所谓喷渣(slopping))与泡沫破裂、烟雾所引起的粉尘相同地，会附着于炉壁、炉口附近，当其堆积时，由于会对顶底同吹转炉的操作带来妨碍，所以必须防止。

在专利文献4中，公开有以下的技术：在由多个火点形成的圆的内侧配置底吹风口，来抑制喷溅(spitting)。但是由于高温的火点配置在炉壁的附近，所以顶底同吹转炉的炉壁耐火物变得容易损耗。

专利文献1：日本特开昭60-165313号公报

专利文献2：日本特开2002-285224号公报

专利文献3：日本特开昭58-16013号公报

专利文献4：日本特开2013-142189号公报

发明内容

本发明的目的是在于消除现有技术所存在的上述问题，而提出一种顶底同吹转炉的操作方法，在顶底同吹转炉中进行脱炭精炼期的操作中，可以抑制炉体的振动及粉尘的产生，而且可以抑制炉壁耐火物的损耗。

发明人为了进一步改善专利文献1～4所公开的技术，而着眼于来自具有多个喷枪喷嘴(氧气射流喷射用喷嘴)的顶吹喷枪(以下，以“顶吹多孔喷枪”的例子加以叙述)的氧气射流彼此的相互干涉、以及利用来自顶吹多孔喷枪的氧气射流所形成的火点与从底吹风口供给的搅拌用气体浮起区域的相互干涉，而进行了反复研究。其结果，发现为了要抑制顶底同吹转炉的炉壁耐火物的损耗且抑制粉尘的产生，而进行以下的操作是有效的：

(a)使对收纳于顶底同吹转炉内的铁水表面喷射来自顶吹多孔喷枪的特别是氧气射流的喷枪喷嘴(例如，拉瓦尔喷嘴(Laval nozzle)、直管喷嘴(straight nozzle)等)、喷射角度等的个数适当化；以及

(b)希望利用来自顶吹多孔喷枪的氧气射流所形成的火点、与从底吹风口供给的搅拌用气体浮起区域以互不干涉的方式配置等。

即，本发明是一种顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于：在使用具有多个氧气喷射用喷枪喷嘴的顶吹多孔喷枪，将来自该喷枪喷嘴的氧气射流以相对于该顶吹多孔喷枪的中心轴倾斜的喷嘴倾角θ(°)进行喷射，并且在炉底配设n个底吹风口，从该底吹风口吹入搅拌用气体，来进行顶底同吹转炉的操作时，关于从上述顶吹多孔喷枪喷射的顶吹氧气射流撞击到铁水浴面而形成的火点、与从底吹风口吹入铁水中并浮起而形成于铁水浴面的搅拌用气体浮起区域的位置关系，当在上述顶底同吹转炉内的铁水浴面中的相对于上述顶吹多孔喷枪的中心轴垂直的平面内，将该顶吹多孔喷枪的中心轴与该平面交叉的点设为喷枪中心点L_C，将从上述喷枪喷嘴喷射的氧气射流的喷射方向与上述平面交叉的点设为射流喷射点G_J，而且，将该底吹风口的中心轴与上述平面交叉的点设为风口中心点M_C时，下述(1)式所示的干涉度(IR)为0.7以下。

IR＝Σ〔(r_t/r_bi)×(90-φ_i)/90〕/n…(1)

其中，

IR:干涉度、

n：2以上的整数、

φ：连结上述喷枪中心点L_C与射流喷射点G_J的线、和连结上述喷枪中心点L_C与上述风口中心点M_c的线所成的角度(°)、

r_t：上述喷枪中心点L_C与上述射流喷射点G_J的距离(m)、

r_b：上述底吹风口的各自的上述风口中心点M_c与上述喷枪中心点L_C的距离(m)。

另外，φ_i、r_bi分别为在第i个上述底吹风口时所求出的角度(°)、距离(m)，其中，i：1～n。

另外，在本发明的上述操作方法中，更优选的实施方式如下：

(1)上述干涉度(IR)在表示上述喷枪喷嘴与上述底吹风口的位置关系的上述角度φ为最小时，满足(IR)≤0.70；

(2)上述干涉度(IR)为0.46以下；

(3)上述喷枪喷嘴为拉瓦尔喷嘴或直管喷嘴；

(4)上述顶吹多孔喷枪具有2～5个喷枪喷嘴；

(5)以满足上述干涉度(IR)的方式配置上述顶吹喷枪和上述底吹风口的组合，来操作上述顶底同吹转炉。

根据本发明，在使用顶底同吹转炉进行脱炭精炼时，除了可以抑制粉尘的产生来实现铁产量的提高以外，还可以抑制炉体的振动来有效地防止炉壁耐火物的损耗。

附图说明

图1是示意示出应用本发明的顶吹多孔喷枪与顶底同吹转炉的关系的立体图。

图2是示出干涉度与平均粉尘产生速度的关系的图表。

图3是示出干涉度与耐火物损耗指数的关系的图表。

具体实施方式

图1是示意示出应用本发明的顶吹多孔喷枪与底吹风口的关系的图。顶吹多孔喷枪1具有多个氧气喷射用喷枪喷嘴2，能够从各个喷枪喷嘴2喷射氧气射流3。图1中的z轴是顶吹多孔喷枪1的中心轴，铁水浴面与该轴正交(z＝0)。因此，顶吹多孔喷枪1下端与铁水浴面的距离h成为喷枪高度。而且，与顶吹多孔喷枪1的中心轴垂直的平面(以下，称为“xy平面”)是由x轴和y轴所规定的铁水浴面。顶吹多孔喷枪1的中心轴与xy平面交叉的点虽然相当于坐标轴的原点，但以下将该点称为喷枪中心点L_C。

另外，虽然在图1中示出设置有两个喷枪喷嘴2的例子，但对于该喷枪喷嘴2的个数并不是限定的，优选设为两个～五个左右。

从顶吹多孔喷枪1喷射出的氧气射流3朝向相对于顶吹多孔喷枪1的中心轴倾斜的角度(以下，称为“喷嘴倾角θ(°)”)的方向喷射。该氧气射流3与xy平面交叉的点相当于火点(即、通过氧气射流撞击到铁水浴面而形成的如超过2000℃的高温反应区域)4的中心点。以下，将该点称为射流喷射点G_J。设置于顶吹多孔喷枪1的多个喷枪喷嘴2无论是哪一个全部具有相同方向的喷嘴倾角θ。因此，顶吹氧气射流3也以相同的角度喷射。

另一方面，顶底同吹转炉(未图示)配设有多个(即i＝1～n个)底吹风口5。但是，图1仅例示一个，以下将其作为第i个底吹风口5来进行说明。另外，从底吹风口5供给的搅拌用气体变成气泡而在铁水中浮起，且出现该气泡密集的区域6(以下，称为“搅拌用气体浮起区域”)。

例如，在将底吹风口5的中心轴与xy平面交叉的点作为风口中心点M_c时，在图1中将第i个风口中心点M_c表示为M_ci。

而且，在假设连结喷枪中心点L_C与射流喷射点G_J的线、和连结喷枪中心点L_C与风口中心点M_c的线所成的角度为φ(°)时，在图1中，与第i个底吹风口5的角度为φ_i(°)。

进一步，将喷枪中心点L_C与射流喷射点G_J的距离(m)设为r_t。另外，对于该距离r_t而言，由于多个喷枪喷嘴2的喷嘴倾角θ全部相同，所以各个喷枪喷嘴2所规定的距离r_t也是相同的。

另一方面，将喷枪中心点L_C与风口中心点M_c的距离(m)设为r_b。但是，因在图1中示出第i个底吹风口5的距离r_b，因此记为r_bi。

以下，参照图1对本发明所涉及的顶底同吹转炉的操作方法的一个例子进行说明。

发明人们使用可以在从顶吹多孔喷枪1喷射氧气射流3的同时从底吹风口5供给搅拌用气体的实验用的顶底同吹转炉(容量：5ton)，来进行铁水的脱炭精炼的实验，调查了顶吹多孔喷枪1和底吹风口5的配置、特别是两者的干涉度(IR)对粉尘的产生量、耐火物的损耗量所带来的影响。

顶吹多孔喷枪1使用三重管结构的水冷方式的喷枪，在其前端部在同一圆周上以等间隔配设有多个喷枪喷嘴2，上述喷枪喷嘴2可以朝向以喷嘴倾角θ相对于顶吹多孔喷枪1的中心轴倾斜的方向喷射氧气射流3。另外，喷枪喷嘴2的形状、尺寸如表1所示的那样。然后，在此实验中，使用氧气(流量：m³/分(Normal)作为氧气射流3，且使用氩气作为搅拌用气体。另外，喷枪高度h设为400mm，氧气射流3的喷射在铁水中的炭浓度为4.0质量％的时间点开始，且在减少至0.05质量％的时间点停止。

[表1]

表示该实验中的顶吹多孔喷枪1与底吹风口5的关系的组合如表2、表3、表4、表5所示那样。表2、表3中所示的干涉度(IR)是以下式(1)计算出的值，且表示从顶吹多孔喷枪1喷射出的顶吹氧气射流3撞击到铁水浴面而形成的火点4、与从底吹风口5吹入铁水中并浮起而形成于铁水浴面的搅拌用气体浮起区域6的位置关系。

IR＝Σ〔(r_t/r_bi)×(90-φ_i)/90〕/n…(1)

其中，

IR：干涉度、

n：2以上的整数、

φ：连结上述喷枪中心点L_C与射流喷射点G_J的线、和连结上述喷枪中心点L_C与上述风口中心点M_c的线所成的角度(°)、

r_t：上述喷枪中心点L_C与上述射流喷射点G_J的距离(m)、

r_b：上述底吹风口的各自的上述风口中心点M_c与上述喷枪中心点L_C的距离(m)、

另外，φ_i、r_bi分别为在第i个上述底吹风口时所求出的角度(°)、距离(m)，其中，i：1～n。

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

像这样一边进行脱炭精炼的实验、一边测定排气中的粉尘浓度，来使用下式(2)计算出粉尘产生速度(kg/〔分·铁水ton〕)。另外，式(2)中的粉尘产生速度、排气中的粉尘浓度、排气流量使用实验的每一规格的平均值。将该平均粉尘产生速度与上述干涉度(IR)的关系示于图2。

平均粉尘产生速度(kg/〔分·铁水ton〕)＝[排气中的粉尘浓度(kg/m³(Normal))×[排气流量(m³(Normal)/〔分·铁水ton〕)]…(2)

如图2所表明的那样，随着干涉度(IR)的降低、即火点4与搅拌用气体浮起区域6的干涉(关系程度)变少，粉尘的产生速度会减少，若该干涉度(IR)低于0.70，则低于此实验中的该干涉度(IR)的最大值0.95处的平均粉尘产生速度。另外，在该干涉度(IR)为0.46以下的区域中，平均粉尘产生速度大幅地减少为实验的干涉度范围内的平均粉尘产生速度的最大值的1/2以下。

另外，在上述干涉度(IR)为1.0时，意味着是火点4与搅拌用气体浮起区域6完全重叠的状态。

在实验结束之后，针对实验的每一规格测定炉渣中的MgO浓度(质量％)，使用下式(3)计算出耐火物损耗指数。另外，如式(3)所表明那样，规格18的耐火物损耗指数成为1.0。将该耐火物损耗指数与干涉度(IR)的关系示于图3。

耐火物损耗指数＝实验结束后的炉渣中的MgO浓度(质量％)/规格18的实验结束后的炉渣中的MgO浓度(质量％)…(3)

如图3所表明的那样，干涉度(IR)带给耐火物损耗指数的影响较小，反倒是喷嘴倾角θ所带来的影响较大。即，在使用喷嘴倾角θ为23°的顶吹多孔喷枪1的脱炭精炼中，耐火物损耗指数相比使用喷嘴倾角θ为14°的顶吹多孔喷枪1的脱炭精炼而增加，即耐火物的损耗更容易进行。

根据这些实验结果，在本发明中，将干涉度(IR)限定在0.70以下，优选限定在0.46以下。

即，也能明白为了将通过上述式(1)计算出的干涉度(IR)设为较小的值，而进行以下作业是有效的：将底吹风口5配置于远离顶吹多孔喷枪1的位置(即分别将距离r_bi设为较大)、或者将火点4和搅拌用气体浮起区域6配置于相互远离的位置(即分别将角度φ_i设为较大)。

另外，当上述喷嘴倾角θ过大时，火点4的区域就会靠近顶底同吹转炉的内壁，产生助长耐火物的损耗的问题，所以喷嘴倾角θ优选为不足23°。

设置于顶吹多孔喷枪1的喷枪喷嘴2的个数优选为5个(所谓5孔)以下。其理由在于可以通过减少喷枪喷嘴2的个数，来减小火点4的大小。其结果，底吹风口5的配置可以提高自由度，甚至可以易于扩大上述角度φ。在实验中使用的顶吹多孔喷枪1与底吹风口配列的组合中，可以将干涉度(IR)形成为最小的顶吹多孔喷枪1构成为，喷嘴个数仅为4和5(参照表2、3、4、5)，而在喷嘴个数为6孔的顶吹多孔喷枪1中无法获得如满足干涉度(IR)≤0.46的配置，据此也可明白优选使用喷嘴个数为5以下的顶吹多孔喷枪1。

实施例

使用实际的顶底同吹转炉(容量350ton)来进行了执行铁水的脱炭精炼的顶底同吹转炉的操作实验。所使用的顶吹多孔喷嘴的喷枪喷嘴的配置、顶底同吹转炉的底吹风口的配置如表6所示的那样。喷枪喷嘴均使用拉瓦尔喷嘴，在规格A、B中所使用的喷枪喷嘴的喉部直径为82.8mm、出口直径为87.1mm。在规格C、D中所使用的喷枪喷嘴的喉部直径为74.0mm，出口直径为77.8mm。在规格E、F中所使用的喷枪喷嘴的喉部直径为67.6mm，出口直径为71.1mm。这些喷枪喷嘴都将适当膨胀压力设计为0.33MPa。

[表6]

在进行该操作实验时，首先，将废铁装入顶底同吹转炉内，接着，将预先施行脱磷处理后的铁水(温度1260～1280℃)装入顶底同吹转炉，之后，一边从顶吹多孔喷枪将氧气射流喷射于铁水浴面，一边从底吹风口供给搅拌用气体，进而投入炉内炉渣的碱度为2.5的量的生石灰作为造渣材料，而进行脱炭精炼直至铁水中的炭浓度降低至0.05质量％为止。铁水的成分如表7所示的那样。另外，碱度是指以下式(4)计算出的值。

碱度＝[质量％CaO]/[质量％SiO₂]…(4)

[质量％CaO]：炉内炉渣中的CaO浓度

[质量％SiO₂]：炉内炉渣中的SiO₂浓度

[表7]

氧气射流使用氧气，搅拌用气体使用氩气。氧气射流与搅拌用气体的流量、以及喷枪高度如表8所示那样。

[表8]

*氩气

像这样进行脱炭精炼，调查了精炼所需要的时间(分)、停止吹送时的炉渣中的T.Fe(质量％)、粉尘产生速度、耐火物损耗指数。将结果示出于表9。根据所使用的顶吹多孔喷枪与底吹风口的配置计算出的干涉度(IR)如表9所示的那样。这些值是针对每一规格各以三次装料进行脱炭精炼而得的平均值。另外，粉尘产生速度表示为将规格F的粉尘产生速度设为1的相对值，耐火物损耗指数表示为将规格F的耐火物损耗指数设为1的相对值。

[表9]

如从表9所示的结果表明的那样，发明例(规格A、B)与比较例(规格C、D、E、F)相比，虽然精炼时间、停止吹送时的炉渣中的T.Fe相同，但可以大幅地降低粉尘产生速度。特别是规格A也可以抑制耐火物的损耗。

附图标记说明

1…顶吹多孔喷枪；2…喷枪喷嘴；3…氧气射流；4…火点；5…底吹风口；6…搅拌用气体浮起区域。

Claims (5)

1.一种顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于，

在使用具有多个氧气喷射用喷枪喷嘴的顶吹多孔喷枪，将来自该喷枪喷嘴的氧气射流以相对于该顶吹多孔喷枪的中心轴倾斜的喷嘴倾角θ(°)进行喷射，并且在炉底配设n个底吹风口，从该底吹风口吹入搅拌用气体，来进行顶底同吹转炉的操作时，

关于从所述顶吹多孔喷枪喷射的顶吹氧气射流撞击到铁水浴面而形成的火点、与从底吹风口吹入铁水中并浮起而形成于铁水浴面的搅拌用气体浮起区域的位置关系，

当在所述顶底同吹转炉内的铁水浴面中的相对于所述顶吹多孔喷枪的中心轴垂直的平面内，将该顶吹多孔喷枪的中心轴与该平面交叉的点设为喷枪中心点L_C，将从所述喷枪喷嘴喷射的氧气射流的喷射方向与所述平面交叉的点设为射流喷射点G_J，而且，将该底吹风口的中心轴与所述平面交叉的点设为风口中心点M_C时，

下式(1)所示的干涉度(IR)为0.7以下，

IR＝Σ〔(r_t/r_bi)×(90-φ_i)/90〕/n…(1)

其中，

IR：干涉度，

n：2以上的整数，

φ：连结所述喷枪中心点L_C与射流喷射点G_J的线、和连结所述喷枪中心点L_C与所述风口中心点M_C的线所成的角度(°)，

r_t：所述喷枪中心点L_C与所述射流喷射点G_J的距离(m)，

r_b：所述底吹风口的各自的所述风口中心点M_c与所述喷枪中心点L_C的距离(m)，

另外，φ_i、r_bi分别为在第i个所述底吹风口时所求出的角度(°)、距离(m)，其中，i：1～n。

2.根据权利要求1所述的顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于，

所述干涉度(IR)为0.46以下。

3.根据权利要求1或2所述的顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于，

所述喷枪喷嘴为拉瓦尔喷嘴或直管喷嘴。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于，

所述顶吹多孔喷枪具有2～5个喷枪喷嘴。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的顶底同吹转炉的操作方法，其特征在于，

以满足所述干涉度(IR)的方式配置所述顶吹喷枪和所述底吹风口的组合，来操作所述顶底同吹转炉。