CN111278996A - 顶吹底吹转炉型精炼容器 - Google Patents

顶吹底吹转炉型精炼容器 Download PDF

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CN111278996A CN201980005433.7A CN201980005433A CN111278996A CN 111278996 A CN111278996 A CN 111278996A CN 201980005433 A CN201980005433 A CN 201980005433A CN 111278996 A CN111278996 A CN 111278996A
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田村铁平
坪井真广
浅原纪史
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Abstract

本发明涉及一种顶吹底吹转炉型精炼容器。在沿着炉身中心轴方向观察到的炉口形状中，上述炉口的轮廓由圆弧和线段构成，上述线段与耳轴平行，且隔着上述耳轴而存在于与出钢孔相反侧，在设连结将上述耳轴向上述炉口投影而得到的直线与上述圆弧重叠的两个交点而成的直线的长度为D0、上述线段的长度为D1的情况下，D1/D0的比为0.2以上0.8以下，在与上述耳轴呈直角且包括上述炉身中心轴的截面形状中，在将隔着上述炉身中心轴而与上述出钢孔相反侧的炉内表面的任意点处的切线与上述炉身中心轴所成的角度设为θ的情况下，上述角度θ的最大角为70°以下。

Description

顶吹底吹转炉型精炼容器
技术领域
本发明特别涉及一种在对炉渣进行中间排渣时表现良好的顶吹底吹转炉型精炼容器。
背景技术
通过在收纳于精炼炉内的铁液的上层形成熔渣，并使铁液中含有的杂质向熔渣移动，由此进行钢铁精炼。精炼炉在炉顶部具有炉口，从炉口装入铁液和炉渣原料来进行精炼。在精炼结束后使精炼炉倾转而仅使钢液从出钢孔出钢，之后，使精炼炉向相反侧倾转而从炉口将熔渣进行排渣。
近年来，在使用了转炉的钢铁精炼中，广泛使用在同一转炉内分割进行脱磷精炼和脱碳精炼的方法。在该方法中，首先，向转炉内装入铁液，再装入脱磷用的炉渣原料，并以在热力学上有利于脱磷的低温进行脱磷精炼。然后，在脱磷精炼结束后，使转炉向与出钢孔相反侧倾转而从炉口将脱磷炉渣向炉外进行排渣。之后，在保留了铁液的状态下，在同一转炉中进行脱碳精炼，并制造成为高温的钢液。在脱碳精炼结束后，使转炉倾转而仅使钢液从出钢孔出钢，之后，向相反侧倾转而从炉口将脱碳炉渣进行排渣。另外，将在脱磷精炼结束后使转炉向与出钢孔相反侧倾转而从炉口将脱磷炉渣向炉外进行排渣的工序称为中间排渣。此外，将通过中间排渣而被排渣的炉渣重量相对于脱磷精炼结束后在转炉内生成的脱磷炉渣的重量的比例称为中间排渣率。
在使转炉倾转而从炉口对脱磷炉渣进行中间排渣时，当中间排渣率处于低位、在中间排渣后在转炉内仍残存较多脱磷炉渣时，移动到脱磷炉渣中的磷在脱碳精炼中会回磷到铁液中，之前在低温下进行脱磷精炼所带来的脱磷效果会降低。因此，使中间排渣率处于高位非常重要。
为了提高中间排渣率，例如，当增大倾动角时，虽然脱磷炉渣被更多地排出，但是铁液也会与脱磷炉渣一起被从炉口排出。从炉口排渣后的脱磷炉渣，由在转炉下方待机的排渣盘接收。此时，当铁液与脱磷炉渣一起被排出时，在排渣盘中脱磷炉渣与铁液被搅拌，相互反应而产生气体，脱磷炉渣发泡。如果铁液流出量较少，则通过向排渣盘中投入发泡镇静材料，就能够继续进行炉渣排出作业。但是，当铁液流出量变得过大时，发泡了的脱磷炉渣会从排渣盘中溢出，导致设备损伤、与其对应相伴随的生产率的恶化。此外，即使通过增大排渣盘能够抑制由发泡引起的炉渣溢出，但是由于铁液流出会导致铁的成品率降低，因此也不优选增大倾动角来提高中间排渣率。
如以上那样，仅通过转炉的倾动操作不容易使脱磷炉渣的大半部分排渣，而要求开发能够提高中间排渣率的方法。因此，在专利文献1中公开了在炉口设置堰来提高中间排渣率的技术。
但是，在专利文献1所记载的方法中，具有在炉口对堰进行施工在技术上不简单这样的课题。并且，在通过耐火材料对堰进行了施工的情况下，需要使其寿命维持为与对转炉的炉内进行形成的耐火材料相同程度，但由于在中间排渣时对堰施加较多负载，因此在耐用性上产生课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-264210号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述问题点而进行的，其目的在于提供一种顶吹底吹转炉型精炼容器，能够不设置堰，具有耐用性，在中间排渣时中间排渣率较高且铁液流出量减少。
用于解决课题的手段
本发明如以下所述。
(1)一种顶吹底吹转炉型精炼容器，其特征在于，在沿着炉身中心轴方向观察到的炉口形状中，上述炉口的轮廓由圆弧和线段构成，上述线段与耳轴平行，且隔着上述耳轴而存在于与出钢孔相反侧，在设连结将上述耳轴向上述炉口投影而得到的直线与上述圆弧重叠的两个交点而成的直线的长度为D0、上述线段的长度为D1的情况下，D1/D0的比为0.2以上0.8以下，
在与上述耳轴呈直角且包括上述炉身中心轴的截面形状中，在将隔着上述炉身中心轴而与上述出钢孔相反侧的炉内表面的任意点处的切线与上述炉身中心轴所成的角度设为θ的情况下，上述角度θ的最大角为70°以下。
(2)如上述(1)所述的顶吹底吹转炉型精炼容器，其特征在于，上述顶吹底吹转炉型精炼容器的缩径部的炉壳为圆锥台，该缩径部的炉壳内侧包括在该顶吹底吹转炉型精炼容器中上述角度θ成为最大角的点，且由耐火材料施工。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种顶吹底吹转炉型精炼容器，能够不设置堰，具有耐用性，在中间排渣时中间排渣率较高且铁液流出量减少。
附图说明
图1A是表示炉口为一般的圆形形状的精炼容器的例子的图。
图1B是表示在炉口设置有堰的形状的精炼容器的例子的图。
图1C是表示使炉口的一部分成为平坦的形状的精炼容器的例子的图。
图2A是用于说明在炉口为一般的圆形形状的情况下模拟熔渣从炉口流出的情况的图。
图2B是用于说明在炉口设置有堰的形状的情况下模拟熔渣从炉口流出的情况的图。
图2C是用于说明在使炉口的一部分成为平坦的形状的情况下模拟熔渣从炉口流出的情况下的图。
图3A是表示D1/D2的比与中间排渣率之间的关系的图。
图3B是表示D1/D2的比与炉口截面积率之间的关系的图。
图4A是用于说明从炉身中心轴方向观察到的炉口形状的图。
图4B是用于说明从耳轴方向观察到的顶吹底吹转炉型精炼容器的截面的图。
具体实施方式
本发明人等为了研究在中间排渣时中间排渣率较高且铁液流出量变少那样的炉口形状，而使用300吨转炉的大约1/10规模的丙烯制的转炉型水模型试验容器来进行了水模型试验。关于转炉型水模型实验容器，准备了炉口形状不同的3种容器，各自的炉口形状为图1A所示的一般的圆形形状、图1B所示的在排渣方向上设置有堰的形状、以及图1C所示的排渣方向的炉口为平坦的形状。另外，在图1B以及图1C所示的例子中，在沿着炉身中心轴方向观察时，使炉口高度方向的形状相同，炉口的平坦部分的长度为D1，炉口的圆弧部分的直径为D0，其比D1/D0均为0.5。此外，作为模拟铁液的模型金属而使用水，作为模拟熔渣的模拟炉渣而使用硅油。
首先，在使空的转炉型水模型容器以倾斜角0°正立的状态下，注入44升模拟铁液的水和10升模拟脱磷炉渣的硅油。然后，在水与硅油完全上下分离之后，使其向排渣方向以倾动速度0.5°/sec倾动到水面达到炉口为止而停止，并进行保持直到硅油的排出停止为止。之后，测定所排出的硅油量，并计算出模型中间排渣率。另外，通过所排出的硅油质量相对于注入到转炉型水模型容器的硅油质量，来计算出模型中间排渣率。其结果，图1A所示的形状的模型中间排渣率为60％，图1B以及图1C所示的形状的模型中间排渣率为70％且相等。
在图1B以及图1C所示的形状中，排渣方向的炉口均为平坦，不同之处在于，在图1B的例子中设置有堰，而在图1C的例子中未设置堰。然而，图1B以及图1C所示的形状的模型中间排渣率均比图1A所示的形状的模型中间排渣率高，而在图1B以及图1C所示的形状中没有差异。由此可知，是否存在堰对于模型中间排渣率的提高几乎没有贡献。虽然在图1C所示的形状中没有堰，但是由于排渣方向的炉口与图1B所示的形状同样为平坦，因此可以认为图1C的模型中间排渣率与图1B相同。
根据该水模型试验的观察结果可以推定，在排渣方向的炉口为平坦的情况下，模型中间排渣率提高的原因在于，水面达到炉口而使倾动停止的状态下的模拟炉渣在炉口附近的状态。
图2A～图2C是用于说明水模型试验中的中间排渣时的炉口附近的状态的图。
在炉口为图1A的一般的圆形形状的情况下，当成为排渣末期时，如图2A所示，残存在炉内的模拟炉渣的厚度变薄，通过从圆形炉口最下端的狭窄流动来排出模拟炉渣。此时，当对残存在炉内的模拟炉渣的浴面进行观察时，能够观察到如下情况：在炉口附近附着在炉壁旁边的模拟炉渣的流动缓慢，该炉壁附近的缓慢流动抑制了应当从炉口排出的模拟炉渣的动作，越靠近炉口则越靠近炉壁，因此该倾向得到助长。
另一方面，在从炉口的平坦部分排出模拟炉渣的情况下，如图2B以及图2C所示，即使在残存在炉内的模拟炉渣的厚度变薄的时刻，也能够从炉口的平坦部分以较宽的流动排出模拟炉渣。此时，当对残存在炉内的模拟炉渣的浴面进行观察时，虽然在炉口附近附着在炉壁旁边的模拟炉渣的流动缓慢，但炉口的平坦部分的流动具有宽度，炉壁附近的模拟炉渣的缓慢流动的影响比图2A的情况小，模拟炉渣的排出较顺畅。
以上的水模型试验的结果，与作为堰的效果相比，更能够观察到炉口为平坦所带来的效果。能够得知：即使在排渣末期，通过使炉口为平坦而维持宽度较大的炉渣流动，并减小炉壁对炉渣流动进行抑制的影响的效果，能够提高模型中间排渣率。因此，能够得知：可以不像图1B以及图2B那样设置堰，只要如图1C以及图2C所示的形状那样，使排渣方向的炉口为平坦即可。
接着，使用试验转炉，对是否能够发现相同效果进行了确认。首先，准备了在实验中使用的铁液。铁液的成分含有[C]＝4.5质量％、[Si]＝0.4质量％、[Mn]＝0.3质量％、[P]＝0.1质量％、[S]＝0.01质量％。然后，关于试验转炉的炉口形状，不设置堰，而通过砂浆等如图1C所示的形状那样使排渣方向的炉口为平坦形状，并改变D1/D0的比而进行了实验。
实验的顺序为，在将2.0t具有上述成分的铁液装入试验转炉之后，添加17.0kg块状生石灰，一边从底吹风口以0.4Nm3/min吹入Ar气体，一边从顶吹4孔喷枪以4.0Nm3/min吹入8分钟氧气，进行了脱硅、脱磷吹炼。之后，停止吹炼，使试验转炉向与出钢孔相反侧倾动而进行中间排渣，使试验转炉以1°/sec倾动到将预先通过计算而预测出的铁液排出的倾动角，之后停止倾动，并在炉渣的排出停止了时使炉身返回到正立的状态。
被中间排渣的炉渣由排渣盘接收，根据被排出到其中的炉渣量和CaO浓度来计算排渣CaO质量，并通过排渣CaO质量/初始投入CaO质量(初始投入生石灰质量)×100来求出中间排渣率。图3A表示其结果。
根据图3A所示的结果可知，越使D1/D0的比增加，则中间排渣率越增加。尤其能够确认到，在D1/D0的比为0.2以上的条件下，与D1/D0的比为0的通常的圆形的炉口形状相比，中间排渣率增大10％以上。
但是，如图3B所示，在D1/D0的比为0.87以上时，与D1/D0的比为0的通常的圆形的炉口形状相比，炉口截面积会变小20％以上。当炉口截面积变小时，脱磷吹炼时炉口中的废气的空塔速度变大，较大地产生喷溅、溢出，因此可知优选将D1/D0的比控制至0.8左右。
根据以上的实验结果，能够发现：为了提高中间排渣率，排渣方向的炉口优选为平坦，此外，不需要存在堰，在耐火材料施工以及确保炉口耐火材料的耐用性方面，也优选不设置堰而使炉口为平坦的形状。
接着，参照图4A以及图4B对本发明的顶吹底吹转炉型精炼容器的具体形状进行说明。首先，对从外侧观察到的炉口形状进行说明。图4A是用于说明沿着炉身中心轴方向观察到的炉口形状的图。
在图4A中，直线S表示将成为使炉身倾动时的轴的耳轴投影到炉口而得到的直线。线段AB是相当于图1C所示的长度D1的线段，隔着耳轴而形成在与出钢孔相反侧。此外，线段AB与对耳轴进行投影而得到的直线S平行。即，与耳轴平行。圆弧C相当于形成炉口的直径D0的圆的一部分。即，将圆弧C与直线S的两个交点进行连结而成的直线的长度相当于直径D0。
根据上述实验结果，使线段AB的长度D1相对于长度D0之比D1/D0为0.2以上0.8以下。当D1/D0的比小于0.2时，中间排渣率未被充分改善，而效果不充分。此外，当D1/D0的比超过0.8时，在吹炼时会较大地发生喷溅、溢出。
接着，对顶吹底吹转炉型精炼容器的内部形状进行说明。图4B是用于说明沿着耳轴方向观察到的顶吹底吹转炉型精炼容器的截面的图。另外，图4B所示的截面表示与耳轴呈直角且包括炉身中心轴45的平面。
在图4B中，在炉口40及其附近且从容器下部朝向炉口40的容器的横截面积逐渐变小的缩径部41，由砖等耐火材料42施工而成，其外侧由炉壳44覆盖。在图4B所示的截面中，在将隔着炉身中心轴45而与出钢孔43相反侧(中间排渣的一侧)的炉内表面的任意点P处的切线与炉身中心轴45所成的角度设为θ的情况下，为了确保耐火材料的耐用性，在任意点P处使角度θ始终为70°以下。即，使角度θ的最大角为70°以下。此处，任意点P主要是炉内表面的缩径部41的点，至少是除了底面以外的点。其原因在于，在缩径部41中成为越靠上侧的耐火材料则越向炉身中心轴45侧逐渐伸出的构造，因此，当最大角超过70°时，与设置了堰的情况同样，耐久性会降低。另外，虽然炉内表面成为平滑的曲面，但炉内表面原本是由多个耐火材料层叠而形成的，在精炼炉被首次使用之前，有时在多个耐火材料之间形成有微小的凹凸，但这种凹凸能够忽略。另外，角度θ的最大角的下限值没有特别限定，但作为在通常的转炉中能够形成耐火材料的内壁的范围，实质上角度θ的最大角优选为20°以上。
为了成为上述那样的转炉容器形状，并不一定需要大幅度地变更炉壳44的形状。缩径部41的炉壳44能够还使用通常所使用的圆锥台形状的炉壳，通过使用与通常不同形状的耐火材料42来实现。当对精炼炉的炉壳形状进行变更时，需要大量的成本、工期，但本发明主要变更耐火材料的形状，因此能够廉价地实现。另外，在本发明中，炉口的耐火材料的按压工具也需要变更为与炉口的形状相匹配的形状。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明，实施例中的条件是为了确认本发明的可实施性以及效果而采用的一个条件例，本发明并不限定于这一个条件例。只要不脱离本发明的主旨且能够实现本发明的目的，则本发明能够采用各种条件。
首先，准备含有[C]＝4.3～4.4质量％、[Si]＝0.4～0.5质量％、[Mn]＝0.3～0.4质量％、[P]＝0.10～0.11质量％、[S]＝0.010～0.015mass％的铁液。然后，在300t/heat的顶吹底吹转炉中，装入290～300t的废铁以及具有上述成分的铁液，在添加了2.8～2.9t生石灰之后，一边从底吹风口以40Nm3/min吹入氧气，一边从顶吹喷枪以800Nm3/min在4.0～5.0min期间顶吹氧气，而进行了脱硅、脱磷吹炼。之后，以0.15～0.30°/sec使转炉倾动至铁液排出的倾动角85°～88°，在进行了中间排渣之后，返回到原来的正立状态，再次添加3.6～4.0t脱碳吹炼用的生石灰，之后从顶吹喷枪以1200Nm3/min在11.0～12.0min期间顶吹氧气，而进行了脱碳吹炼。
在实施了脱碳吹炼之后，采集脱碳炉渣而将脱碳炉渣用于化学分析，并根据分析结果求出脱碳吹炼后的炉渣的碱度B(CaO质量)/(SiO2质量)。此处，熔渣的碱度B还能够通过以下的式(1)求出。
B＝(WCaO,blow1×R/100+WCaO,blow2)/(WM×[Si]/100/MSi×MSiO2×R/100)…(1)
此处，WCaO,blow1：在脱硅、脱磷吹炼中添加的生石灰中的CaO量(t)，WCaO,blow2：在脱碳吹炼中添加的生石灰中的CaO量(t)，R：中间排渣率(％)，WM：铁液量(t)，[Si]：铁液中Si浓度(质量％)，MSi：Si的原子量(g/mol)，MSiO2：SiO2的分子量(g/mol)。
在本实施例中，由于难以如在上述试验转炉中的实验那样直接测定被中间排渣的炉渣的重量，因此对上述式(1)进行变形，通过以下的式(2)来求出中间排渣率R。
R＝10000×WCaO,blow2/(B×WM×[Si]/MSi×MSiO2-100×WCaO,blow1)…(2)
重复以上那样的操作，计算出最初10Ch的平均中间排渣率R。表1表示其结果。另外，表1还表示在10Ch以后还反复操作，直到由于炉口附近的磨损而中间排渣率降低到60％以下为止的装料数。另外，在本实施例中，将最初10Ch的平均中间排渣率为60％以上且到中间排渣率变得小于60％为止的装料数为40以上的情况作为合格线。
[表1]
Figure BDA0002470420610000081
本发明例1～3是如下的例子：在炉口未设置堰，使排渣方向的炉口形状为平坦，在将该平坦部分的长度(与图4A的线段AB相当的部分的长度)设为D1，将炉口的圆弧部分的直径设为D0的情况下，将其比D1/D0分别设为0.3、0.6、0.8，将角度θ的最大角设为35°、40°、70°。在本发明例1～3中，与通常的圆形的炉口形状的比较例1相比，能够使中间排渣率R提高10％以上。另外，在比较例2中，是设置了D1/D0的比为0.2的堰的例子，中间排渣率提高了10％，但用耐火材料施工的堰的寿命较短，在10次装料左右中间排渣率降低到60％以下，通过反复操作而无法耐受实用。在比较例3中，想要设置D1/D0的比为0.3的堰，但耐火材料的施工较困难，放弃了堰的设置。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种顶吹底吹转炉型精炼容器，能够不设置堰，具有耐用性，在中间排渣时中间排渣率较高且铁液流出量减少，工业价值较大。

Claims (2)

1.一种顶吹底吹转炉型精炼容器，其特征在于，
在沿着炉身中心轴方向观察到的炉口形状中，上述炉口的轮廓由圆弧和线段构成，上述线段与耳轴平行，且隔着上述耳轴而存在于与出钢孔相反侧，在设连结将上述耳轴向上述炉口投影而得到的直线与上述圆弧重叠的两个交点而成的直线的长度为D0、上述线段的长度为D1的情况下，D1/D0的比为0.2以上0.8以下，
在与上述耳轴呈直角且包括上述炉身中心轴的截面形状中，在将隔着上述炉身中心轴而与上述出钢孔相反侧的炉内表面的任意点处的切线与上述炉身中心轴所成的角度设为θ的情况下，上述角度θ的最大角为70°以下。
2.如权利要求1所述的顶吹底吹转炉型精炼容器，其特征在于，
上述顶吹底吹转炉型精炼容器的缩径部的炉壳为圆锥台，该缩径部的炉壳内侧包括在该顶吹底吹转炉型精炼容器中上述角度θ成为最大角的点，且由耐火材料施工。
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