TW424111B - Pressure converter steel making method - Google Patents

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424 11 1 A7 B7 五、發明說明Ο ) 【產業上之利用領領域】 (請先閲讀背面之沒$項再填寫本頁) 本技術係關於能以高生產性，高成品率，低過氧化程 度來吹鍊鋼水的轉爐煉鋼法。 【先行之技術】 於轉爐精鍊上，高生產性，高成品率，同時吹鍊出過 氧化程度低的鋼水爲其最終的目的。在轉爐精鍊上的脫碳 舉動可以分爲：在鋼水中碳濃度高的領域，脫碳速度是以 氧氣供給速度來決定速率的第1期，和在鋼水中碳濃度低 的領域，脫碳速度是以鋼水中的碳的物質移動速度來規律 其速度的第2期。 經濟部暫慧財產局員工消费合作杜印製 爲了讓生產性提高，占了大部份精錬時間的第1期， 其脫碳速度的加快是必要的，因此依其原理是必需要提高 氧氣供給速度。但是通常上底吹轉爐氧氣供給速度的上限 是4 (Nm3/t 〇 n/m i η )，超過這個數値的時，由 於會發生飛濺，塵埃發生量增大及冷熔發生|隨之，鋼水 成品率下降，爐口原料金屬付著增加，爐下渣增多等，所 以取下原料金屬，爐下淸掃之所謂的非吹鍊時間增加，相 反地，產生了生產性下降的問題。 轉爐加壓技術可以達成第1期氧氣供給速度的增加或 抑制塵埃的發生。但是無論是哪一個技術都無法提供如下 所示的充分之操業條件。 爲使鋼水成品率提升，除了在第1期的麈埃或濺射的 發生必需降低以外，也有必要抑制在第2期的低碳領域之 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐） A7 424 111 , ____B7____ 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因鋼水的過氧化所產生的熔渣之鐵酸化損失。在鋼水過氧 化時，隨熔渣（T · F e )的增多，鋼水中的氧濃度也會 增加，因此必需使用多量的脫氧材，也因此併生了大量產 生脫氧生成物，而造成鋼水淸淨性明顯下降的問題。 就第2期的過氧化之抑制而言，原理上是可以考慮將 氧氣供給速度下降以及將攪拌力增大。但是，氧氣供給速 度的降低會招致精煉時間的延長，而產生與生產性之提高 無法併存的問題。而且底吹攪拌力的增加，會導致攪拌氣 體成本增加，雖然將第1期的攪拌力加以抑制，而僅於第 2期增加，則可抑制攪拌氣體的成本.，但卻因沒有能讓在 同一風口上之底吹氣體流量大幅變化的技術，因此會產生 增加底吹風口耐火磚的熔損之問題》 對此，爲增加氧氣供給速度或抑制麈埃發生之目的， 可採用將轉爐爐內加壓的技術。但是無論是哪一個技術都 無法提供如下所示的充分之操業條件。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 在曰本特許公告昭4 3 - 9 9 8 2號公報上公告了鐵 之精煉方法，其特徵爲：於上吹轉爐中，將含鐵裝入物與 熔渣形成成分加入，氧氣由位於上述轉爐中的噴氣管導入 而朝向下方之上述的鐵裝入物流過，以使發生精煉反應， 而從鐵中除去碳產生了反應器氣體，此反應器氣體由上述 轉爐流到氣體收集裝置，爲了控制前述氣體的流速，而設 置壓力調整裝置，爲使前述氣體實質上能全部通過壓力調 整裝置，因此前述鐵的裝入物與前述的壓力調整裝置間必 需保持密切的關係，而且前記壓力調整裝置於前記的裝入 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公®) ~ 5 - A7 424 11 1 B7 五、發明說明（3 ) 物藉由流入氧氣精煉時，必須能賦予爐內至少一氣壓的壓 力。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本公報之特徵是：使二氧化碳的生成比（二次燃燒率 )提高，和因排氣的質量流速降低而產生的塵埃變少。但 是此時，對二次燃燒率或塵埃發生量有重大影響的氧氣供 給速度或上吹氧氣噴流的浴面撞擊能量與壓力之關係的定 量規定也完全沒有。而且因爲所謂的上吹轉爐精鍊，基本 條件有很大的差異，所以僅以該發明是不可能實施加壓轉 爐的。 於日本特許公開平2_2 056 1 6號公報中，公告 了高效率轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在將鋼水和作爲原料的 廢鐵精鍊至鋼水的轉爐鍊鋼法中，將轉爐爐內加壓到 0 . 5 kg i/cm2以上，而且加入轉爐內的銑水和廢鐵 的總裝入量w ( t/c h)，與轉爐鐵皮內的容積V (m3 )之關係爲：W>〇 . 8V 或是 〇 . 8V2W20 . 5V， 且送至爐內的送氧速度U(Nm3/min·丨）是1；之 3 . 7。此公報記載了藉由加壓以抑制冷熔或噴濺物的發 生而得到高成品率的方法。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 但是由於在氧氣供給條件或攪拌力與加壓條件的關係 上並無論及冷熔或噴濺物之發生的抑制條件，所以僅以該 發明是不可能實施加壓轉爐的。特別是於如上底吹轉爐之 攪拌力強的情形，即使在常壓中，於該發明的比較例的條 件幾乎不會有冷熔發生，但由於基本條件相異很大，因此 由該發明來得到上底吹轉爐的加壓實施條件是困難的。 -6- 1紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 424111 、 J A7 _B7_ 五、發明說明（4 ) 而且並沒有記載所謂的過氧化抑制，提高成品率之最 重要的第2期低碳濃度條件的實施方法。 在日本特許公開昭6 2 - 1 4 2 7 1 2號公報中，公 告了在轉爐或熔融還原爐的煉鋼、煉鐵方法，其特徵爲： 於轉爐或熔融還元爐上，使爐內壓力較大氣壓高’特別是 使壓力設定於2〜5 k g/cm2，及使二次燃燒氣體的線 速度降低。 於本公報中，熔渣內的2次燃燒氣體的上昇流速因加 壓而下降，延長氣體和熔渣的熱交換時間，介由熔渣而使 著熱效率上昇。於該發明，雖然爐內壓被加壓至2〜5 k g/cm2，但是依該發明的原理，卻無有關：對支配著 熱效率之氣體和熔渣的熱交換時間產生影響的熔渣量、2 次燃燒氣體發生量、氧氣供給速度、噴氣管高度、內腔深 度等規定。因此僅以該發明是不可能實施加壓轉爐的。特 別是該發明的實施例係上吹轉爐’由於攪拌力強而難形成 熔渣，因此對於上底吹轉爐的情形或熔渣量少之熔銑予備 處理的銑水吹鍊場合，與該發明的基本條件大不相同，因 此由該發明來得到上底吹轉爐的加壓實施條件是困難的。 於日本特許公開平2_ 2 9 8 2 0 9號公報，公告了 加壓型含鐵冷材熔解轉爐鍊鋼法’其特徵是：在存有種湯 的溶解專用轉爐上，供給含鐵冷材，碳，氧氣，而得到了 由溶解專用轉爐之所要的種湯量與在別的精鍊專用轉爐上 所要的精鍊量之合計量的高碳鋼水’以此高碳鋼水爲原料 ，於精鍊專用轉爐上藉由氧氣吹鍊而所要成分的鋼水之轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 11· 424111 A7 B7 經濟部暫慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（5 ) 爐鍊鋼法中，依以下公式來控制溶解專用轉i內的壓力， 而使溶解專用轉爐之塵埃發生量大幅減少。 P>1.15 + 0.3{[%C]-2.5} 5>[%C]>2.5 記號P :溶解專用轉爐內壓力（a tm) [%C]:溶解專用轉爐內鋼水碳的含有量（重量％) 本公報係利用加壓，以使上吹氧氣噴流在浴面衝突時 的能量下降以及發生之一氧化碳的氣體容積降低，由於愈 是高碳鋼水的場合，愈容易發生一氧化碳，所以設定壓力 愈高。但是上式僅適用於碳含量在2.5〜5%，因此對 於以脫炭爲目的的轉爐精鍊是無法適用的。且塵埃發生的 速度並不只受壓力影響，氧氣供給速度也對其有很大的影 響，又雖然氧氣供給速度是支配含鐵冷材溶解用轉爐的重 要因素’但是該當發明並無關於氧氣供給速度或上吹氧氣 噴流的浴面衝突能量與壓力之關係的定量規定，而且因與 以脫炭爲目的之轉爐精鍊的基本條件大不相同，因此僅以 該發明是不可能實施加壓轉爐的。 而且’不管在哪一個公報例子中，均沒有記載所謂的 過氧化抑制’提高成品率之最重要的第2期低碳濃度條件 的實施方法。特別是在第2期的情形，上吹氧氣供給速度 以及因底吹所產生的攪拌力等條件以及爐內壓力若沒有適 當的控制’則雖然生產性提升’但要抑制過氧化，或提高 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 424111 着 A7 B7 五、發明說明（6 ) 成品率是不可能的。 然而，先前以來，由底吹所產生的攪拌能量係以（1 )式之e來定義的（鐵和鋼、第67卷、1981年、 6 7 2頁），並介由（2 )式所得之均一混合時間r而求 得BOC値與轉爐的脫碳特性之關係（鐵和鋼、第6 8卷 、1982 年、1946 頁）。 ε =(371/Wm)*Q!|tTM]〇g(l+(9.8*pi!H/P)*(l〇'4))} (1) τ =540*(Η/0.125)2,3*ρ1Μψ ε (2) B0C = {F/(1/ r )[%C] (3) 在此Q是表示底吹氣體流量（Nm3/t ο n/m i η )，T是鋼水溫度（K ) ，p是鋼水密度（g / c m 3 ) ’ H是浴槽深度（cm) ，P是爐內壓力（kg/cm2) ’ F是上吹氧氣供給速度（F : Nm3/t ο n/m i η) ’ 〔％C〕是碳濃度，Wm是鋼水量（ton)。 依此關係，例如浴槽深度1〜2m的轉爐，若使爐內 壓力從1 k g/cm2上昇至3 k g/cm_2 ’則其對£或 B 0 C的影響並不大，因而可推論其對冶金的特性沒有大 的影響。 另一方面在計算因上吹氣體所產生的內腔深度時雖然 使用如下之（4 )式（瀨川淸’鐵冶金反應工學、昭和 5 2年、日刊工業新聞社刊），但此式並未包含爐內壓力 的影響。 ___________rl , — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-- 經濟部笮慧財產局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) -9- 424111 Λ A7 ___B7_____ 五、發明說明（7 ) L'=Lh*exp(-0.78h/Lh) (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁)

Lh = 63.0(F7nd)2/3 (4) 在此，L Μ系依（4)式所計算的內腔深度（mm) ，11是噴氣管與鋼水浴面間的距離（mm) ，F ~是上吹 氧氣供給速度（Nm3/H r ) ，n是噴嘴數，d是噴嘴的 直徑（m m )。 而對於二次燃燒而言，則提倡與由（4 )式得至L / 的關係，或與從噴氣管前端到浴表面的距離X和超音速核 的長度H c以及噴嘴直徑d的比例（X — H c ) /d的關 係。（鐵和鋼 '第73卷'1987年、1117頁）’ 特別是後者顯示了，於噴流外周部的流速緩慢之領域’氣 氛之一氣化碳，被氧氣噴流所捲入’經二次燃燒而成爲二 氣化碳。但是卻沒有記載爐內壓力的變化。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 就對內腔深度之爐內壓力的影響而言’有關於減壓狀 態的舉動報告（鐵和鋼，第6 3卷、1 9 7 7年、9 0 9 頁）。依此雖然顯示壓力減壓會使內腔急劇地變深’但卻 係在大氣壓下的結果’關於加壓狀能的舉動則完全沒提到 。然而若將減壓下的結果外插成加壓狀態的話’則內腔的 深度會變得極小的。 【發明所欲解決之課題】 本發明之目的在於提供一能提高生產性和高成品率’ -10 - 本紙張尺度適用中國囲家標準（CNS)A4規格<210 X 297公» ) 42川 1、 J A7 _B7 五、發明說明（8 ) (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁> 且能吹鍊出過氧化度低的鋼水之轉爐精鍊方法，以解決通 常的大氣壓下的轉爐精鍊時之氧氣供給速度提高的情況下 ，濺射或塵埃上的發生量增多，因冷熔的發生所產生之鋼 水成品率下降和非吹鍊時間的增加之類的問題，或解決在 曰本專利公開平2 - 2 0 5 6 1 6公報，曰本專利公開平 2_2 9 8 2 0 9號公報，及日本專利公開平2 — 205616號公報，曰本專利公告昭43-9982公 報上所公告之加壓轉爐技術上所無之，與基本的條件不同 的上吹轉爐上之加壓實施條件的有關公告，或缺乏有關過 氧化抑制和成品率的提高等之所謂的最重要之2期低碳領 域之實施方法，而不可能實施加壓轉爐實施之類的問題。 本發明者等人發現到，於將上吹轉爐之爐內加壓來進 行脫炭實施的情況時，有依爐內壓力和碳濃度的變化，來 調整控制上吹氧氣供給速度和底吹氣體流量之必要。本發 明之要旨如下。 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 (1 ) 一加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：於上底吹轉爐 ，使爐內壓力（PI : kg/cm2)設定於較大氣壓高的 氣壓，同時上吹氧氣供給速度（F 1 : Nm3/t ο η/ mi η)和底吹氣體流量（Q1 : Nm3/t on/mi η )對應著爐內壓力Ρ1的變化來調整。 (2 ) —加壓轉爐錬鋼法，其特徵爲：在上底吹轉爐 ，於鋼浴中碳濃度高於0 . 5%的領域，使爐內壓力（ Ρ 1 : k g/cm2)設定於較大氣壓高的高壓，同時控制 上吹氧氣供給速度（FI :Nm3/tom/min)與底 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^24111 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 吹氣體流量（Ql:Nm3/t〇n/min)，使 F1/ P1於1,1〜4.8的範圍，〇1/?1在〇.〇5〜 0 . 3 5的範圍。 (3) —加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在（1)，（

2 )中，因上吹氧氣而在鋼浴表面形成的內腔之深度（L )和浴徑（D)的比（L/D)控制在〇 . 〇8〜〇 , 3 〇 (4 ) 一加壓轉爐錬鋼法，其特徵爲：在上底吹轉爐 ，於吹鍊中的全程或是一部分期間，將爐內壓力（P 2 : k g/ cm2)設定於較大氣壓爲高之高壓，同時依鋼浴中 碳濃度（C :wt%)來調整上吹氧氣供給速度（F2 : Nm3/t on/mi η)、底吹氣體流量（Q2 : Nm3 /t 〇 n/m i η)以及爐內壓力P 2。 (5 ) —加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在（4 )中， 於鋼浴中碳濃度；C在1 %以下之領域，控制爐內壓力使 Ρ 2値在依（5 )式所規定的ΡΑ値和依（6 )式所規定 的Ρ Β値之間的範圍內。 PA = 0.8 + 5xC.......(5) PB = 2xC..............(6) 在此，雖然在數式上，PA，PB可能在1以下，但 是P2不會低於0.9kg/cm2。 (6)—加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在（5)中，於 -------— II---—裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -T2- 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 4 2 4 Α7 — Β7 五、發明說明（1〇 ) c較1%爲高的領域之上吹氧氣供給速度（F 1 : Nm3/ t ο n / m i η )，和在1%以下的領域之上吹氧氣供給 速度；F 2的比例所表示之（7 )式中’控制使其Ρ値在一 0 _ 25〜0 . 5的範圍內。 P=(F2/F1)-C (7) 在此，雖然數式中之F 2可能較F 1大’但實際上 F 2較F 1小。又雖然F 2可能爲負數’但實際上不能小 於 0 . 5Nm3/t on/mi η。 (7)—加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在（5)中，於 C較1%高之領域的底吹氣體流量（Q 1 : Nm3/t ο η /min)，和C在1 %以下的領域之底吹氣體流量 Q 2的比例所表示之（8 )式中*控制使其γ値在一2〜1 的範圍內。 Y = (Q2/Ql)-5x (1-C) (8) (8) —加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在¢4)中，若 C在1〜〇 . 1%之領域內時，控制爐內壓力P2，上吹 氧氣供給速度F2 ，底吹氣體流量Q2 ，以使（9)式之 <5在5〜2 5的範圍。 6 ={ (F2xP2)/Q2 } U2/C (9) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂. 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 424111 ^ A7 B7 五、發明說明（11 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (9) —加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在.（4)〜（8 )中，控制因上吹氧氣而在鋼浴表面上所形成的內腔深度 (L : Μ )和浴徑（D : Μ )的比例（L / D )在 0.15〜0.35的範圍內。 (10) —加壓轉爐錬鋼法，其特徵爲：於（2)或（ 3 )之控制，鋼浴中碳濃度之下限是在C Βχ〇 . 6〜 CBxl.8的範圍內，其中CB是依（10)式求得。 CB = 0.078xP + 0.058xF-1.3xQ-0.00069xWm + 0.49 (10) 但是 P:爐內壓力（kg/cm2) F :上吹氧氣供給速度（Nm3/t 〇 n/m i η ) Q :底吹氣體流量（Nm3/t on/mi η) W m :鋼水量 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 (1 1 ) 一加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：開始進行（ 5)〜（9)的控制時，鋼浴中碳素濃度C是在CBx 0 · 6〜CBxl . 8的範圍內，其中CB是依（10)式 求得。 (12) —加壓轉爐錬鋼法，其特徵爲：在（4)中 ，（：在進入依（10)式所求得的CB之CBx〇 . 6〜 CBxl . 8的範圍領域後，控制爐內壓力P，上吹氧氣供 給速度F，底吹氣體流量Q，以使鋼浴中碳濃度，（10 本紙張尺度適用中國0家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） Α7 Β7 五、發明說明（12 ) )式的CB能在Cx〇 . 6〜Cxi . 8的範圍內。 {靖先閱讀背面之注項再填寫本頁) 吹鍊中之碳濃度値是藉由，基於上吹與底吹的全氧原 單位之經驗所得的脫碳效率來推測，或由中間取樣或排氣 分析來作間接地推測，或者藉由線上分析或現場分析來進 行連續或半連續的直接分析値來求得。 而且內腔的深度可以下公式來計算。 LG = Hc/(0.016*L0'5) -L ⑴）

Hc = f(Po/Pop)*Mop*(4.2+l.lMop2)：itd f(X)= -2.709Χ4+17.71Χ3- 40.99Χ2 + 40.29Χ-1 2.90 (〇.7<Χ<2.1) f(X) = 0.109X3-1.4 3 2X2 + 6.63 2X-6.3 5 (2.KX<2.5) Χ = Ρο/Ρορ L:鋼水的內腔深度（mm) LG :噴氣管前端和鋼水靜止湯面間之距離（mm )

Po :噴嘴絕對二次壓（kgf/cm2) Ρ ο P :噴嘴適當膨脹時之絕對二次壓（kg 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 cm2)

Mo p :適當膨脹時的吐出馬赫數 d :噴嘴喉部直徑（mm) 在此，噴氣管噴嘴的絕對二次壓P 〇係噴氣管噴嘴喉 部前的淤積部分之絕對壓力。而且噴氣管噴嘴的適當膨脹 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 4 24111 * A7 B7___ 五、發明說明03 ) 絕對二次P 〇 p是依以下的（1 2 )式來計算的。

Se/St = 0.2 5 9(P/Pop)'5ni 1-ίρ/ρορ)2/7} I，2.....................(12)

Se :噴氣管噴嘴出口處的面積（mm2) S t :噴氣管噴嘴喉部的面積（mm2) P :噴氣管噴嘴出口處空氣的絕對壓（k g f /cm2) pop :噴氣管噴嘴適當膨脹絕對二次壓（kg f /cm2) 在此（1 1 )式中之適當膨脹時的吐出馬赫數Mo P 是依以下的（1 3 )式計算的。

Mop = [5M(P〇p/P)2/7-niW2...............................(13) M〇 P :適當膨脹時的吐出馬赫數 P :噴氣管噴嘴出口氣氛絕對壓（k g f / cm2) p ο p :噴氣管噴嘴適當膨脹絕對二次壓（k g f /cm2) 又氧氣流量係依以下的（1 4 )式計算的。 F〇2=0.581 · St · e · P〇 (14) 本紙張尺度適用_國囲家搮準（CN5)A4規格（2】〇 x 297公« ) -1b - -----------Γ裝--- (請先Μ讀f-面之注意事項再填寫本頁) -SJ· A7 B7 五、發明說明（14 ) S t :噴氣管噴嘴喉部的面積（mm2)

Po :噴嘴絕對二次壓（kgf/cm2) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) F〇2:氧氣氣體流量（Nm3/h) ε :流量係數（-)(通常在0 · 9〜1 . 〇的 範圍內） 【用以解決課題之手段與作用】 以下將詳細說明本發明的（1 )〜（3 )和（1 0 ) 〇 上底吹轉爐的加壓條件在第1期和第2期基本上是完 全相異的。 在第1期中爲了提昇生產性，故以增大氧氣的供給速 度爲目的，同時爲抑制飛濺，塵埃，或冷熔之發生的加壓 條件也很重要。飛濺的發生是因上吹氧氣噴射至浴面時的 動能而使熔鐵飛散，而塵埃的生成則因脫碳反應時伴隨著 C 0氧體的產生而使體積急劇膨脹’此時生成的微細粒子 則乘著此排氣流而飛散。 經濟部智慧財產局員工消f合作社印裳 這些問題的發生，雖然上吹的氧氣供給速度是第一要 因。但藉由加壓可使因動能降低而伴隨c ◦氣體發生的體 積膨脹量減少，以抑制塵埃或飛濺。因此’爲降低這些發 生量時，不只是壓力，而且於上吹氧氣的供給速度和壓力 之間的關係上，也必須對此兩者做適當的控制。此外’飛 濺的問題，起因於上吹氧氣的供給速度過快’造成（ Τ· Fe)不平衡，而於局部有使異常多量的熔澄生成’ -17- 本紙張尺度適用中圏國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 424111、 j _ B7 五、發明說明（15 ) 而這些熔渣又被捲入碳濃度高的熔鐵內，伴隨著急速的脫 碳反應產生C 0氣體鎖所引起的現象。 ill----丨丨— If 裝--I <請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 雖說加壓會讓C ◦氣體體積減少，對於冷熔而言加壓 是很有效的對策，不過基本上，上吹氧氣供給速度和底吹 所產生的攪伴力之平衡失掉，造成非平衡（丁. Fe)之 異常多量的熔渣生成才是最主要的原因。所以，抑制冷熔 不只是壓力，還要考慮上吹氧氣的供給速度，攪伴用的底 吹氣體流量和壓力之間的關係，有必要對此三者做最適當 的控制。 此外，提昇第1期的產能，也就是說，在實行增快脫 碳速度的高速脫碳過程中，有必要使上吹氧氣被利用於脫 碳反應中之效率（即脫碳氧效率）提高。在第1期中，除 了用來脫碳外*其餘的氧氣會與脫碳反應所產生的C 0氣 體於爐內氧化成C 0 2，也就是耗費在所謂的二次燃燒上， 這二次燃燒會使排氣溫度上升，並使耐火物造成極大的損 耗，故有必要加以抑制。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 二次燃燒起因於，由上吹氧氣噴流之外周所逸出的氧 氣，於爐內與C 0氣體反應之機構，故氧氣噴流強度非常 重要，藉著加壓會大幅的降低上吹氧氣的能量，使到達浴 面的能量減少，而且，上吹氧氣的供給速度，上吹噴氣管 噴嘴形狀·和氧氣的背壓都是控制因素。故，有必要隨著 壓力之變化來對上吹氧氣的供給速度’浴面衝撞能量，噴 氣管噴嘴的形狀，和氧氣背壓進行調節。 總之，由於第1期的生產性提升’有必要抑制塵埃， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（16 ) {請先閱讀背面之注項再填寫本頁> 飛職’冷溶等的發生，以維持高度的溶鋼成品率，爲抑制 二次燃燒下降，則如申請專利範圍第1項所述，有依必須 隨著壓力之變北來對上吹氧氣供給速度和底吹氣體流量進 行調節。 根據本發明者等人詳細的硏究指出，可以明白發現到 :起因於爐內壓力之底吹攪拌條件的變化，對第1期脫碳 吹鍊的影響，遠較以前的硏究爲大。也就是說，於底吹攪 伴時，因爐內壓力上升所造成的脫碳特性的惡化，遠比單 是由（1)〜（3)式中所表示的ε 、r 、和BOC之所 謂的指標所預測的影響還大。這是因爲，這些指標是利用 浴面與注入氣體處的爐底之高程差來計算氣泡膨脹之功， 但實際上，引起脫碳反應之溶鋼表面的攪拌狀態才是主要 支配脫碳特性的關鍵。 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 被吹入熔鐵1 1的氣泡1 3 ，會隨著上昇而逐漸膨脹 ，但由於膨脹使每個氣泡直徑增大，爲使膨脹時不會與相 鄰氣泡結合，有必要將氣泡的上昇區域1 2橫向擴大（第 圖1 )。氣泡與相鄰氣泡結合的話，氣泡直徑會加大，而 使浮出速度加速，此時若氣泡上昇區域1 2不擴大的話， 氣泡會更加增大，而突然地浮出到達表面。對此，若能將 氣泡上升區域1 2擴大的話，相鄰的氣泡將不會結合在一 起，於靜壓下維持穩定的氣泡直徑，浮出的速度會減緩， 氣泡1 3漸漸地浮上。氣泡結合或者說是橫向擴大氣泡上 昇區域都是取決於浮力的能量和表面張力能量之間的關係 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 2 4 1 1 1 - J A7 _B7 五、發明說叼（17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 基於本發明者等人的實驗結果而得到氣^直徑的變化 曲線（如第圖2所示）。本發明者等人可以得到，氣泡結 合或者說是橫向擴大氣泡上昇區域之臨界條件，受表面附 近的靜壓之影響很大，若爐內壓力調高至1 k g/c m2 ’ 則氣泡直徑並不會在表面附近突然增加。在表面附近之氣 泡直徑突然增加，會對溶鋼表面的攪拌造成很大的影響’ 也會對引起前述的冷熔之造成非平衡（T· Fe)之異常 多量的熔渣生成，產生很大的影響。此表面附近之氣泡直 徑突然增加是很難由ε ，r ，和B 0 C的計算中來預測的 。依據本發明所示，藉由F 1 / P 1和Q 1 / P 1的控芾U 才開始可能來計算預測。 且，利用上吹來進行脫碳時之氧效率的伴隨爐內壓力 增加而低下，也無法由先前的L’或（X — H c ) /d之關 係來預測。雖然於第圖3是示有’加壓下的內腔深度的測 定値，和從（1 1 )〜（1 4 )式所計算出來的L，以及 (4 )式算出來的L '之間的關係，但’ L和實際値有很好 的對應。+ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 加壓下之噴流的舉動，因具有噴流周圍的氣體密度大 ，超音速核縮短，噴流寬度擴大之特徵’因此周圍的c 0 氣體會被捲進氧氣噴流。而且’ 2CO + 〇2=2C〇2的 反應會因加壓而更容易’因此二次燃燒極容易發生。所以 ，若內腔深度沒有好好控制的話，二次燃燒率增加且脫碳 氧效率也會降低。 第4圖爲本發明的實施型態示意第圖。在第圖4中’ ^20- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 424111 Λ Α7 Β7 五、發明說明（18 ) (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 1爲轉爐鐵皮，2是內襯防火物，3爲底吹熔爐風口，4 爲熔鐵，5爲氧氣噴流，6爲上吹噴氣管，7是連結裝置 ’ 8是排氣導入用的煙道。l是熔鐵的內腔深度。 在本發明中之構成要件中的數値和其它限定之理由如 下。 在申請專利範圍第1項中，本發明規定在上底吹轉爐 中作業的理由是：上吹轉爐無法自由控制底吹攪伴力；而 底吹轉爐其一般氧氣供給速度和底吹攪拌力成一定比例， 因此無法各自控制。上底吹轉爐的底吹氣體與吹入方法有 很多種類，於本發明中，就底吹氣體而言有：氧氣和 LPG，氧氣和LPG中加入惰性氣體，二氧化碳，一氧 化碳等，之一種或二種以上倂用*而吹入方法而言有：使 用單管，開縫管，雙重管或三重管等，之一支或多支的風 口耐火磚，或是多孔質耐火磚。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 就加壓轉爐之定義而言，係指於吹煉過程中的全部或 一部分期間，將爐內壓力P設定於比大氣壓高的高壓。而 就爐內壓而言：加壓能使生產性提高，因此最好設定在 1 . 2 k g/cm2以上，又爲了降低投資成本，且因壓力 過高，會使熔渣容易浸入耐火物氣孔，耐火物壽命因而減 少，因此最好低於5 k g / c m 2以下。 申請專利範圍第2項與第3項，和申請專利範圍1同 樣制定有第1期的實施條件。就第1期之規定而百’設定 鋼浴中的碳濃度c於較0·5%高的領域。藉由底吹攪拌 或上吹氧氣的供給速度使從第1期過渡至第2期時之碳濃 本紙張尺度適用1ί1國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4241 1 1 1 A7 B7 五、發明說明（19 ) 度在0 · 2〜0 . 5 %的範圍間變化。若高於0 . 5 %以 上時’脫碳速度會由氧的供給速度來決定速度而進入第1 <靖先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 期。 另外，在申請專利範圍第1 〇項中，由第1期過渡到第2 期時之碳濃度應高於CBx〇 . 6〜CB^l 8的範圍， 其中CB由（10)式所算出， 06 = 0.078^ + 0.05 8^-1 -0.00 069* Wm + 0.49 (10) 其中P :爐內壓力（kg/cm2) F :上吹氧氣供給速度（Nm3/t 〇 n/m i η) Q :底吹氣體流量（Nm3/t on/mi η) W m :溶鋼量（t ) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 C B係指脫碳反應由氧氣供給速度來決定速度（第1 期）過渡至由碳移動的速度來決定速度（第2期）之碳臨 界濃度。本發明者等人進行詳細的實驗後，發展出：加壓 下之描述C B的新實驗式。此爲由爐內壓力P，上吹氧氣 供給度F，與底吹氣體流量Q三者，藉由線性回歸分析所 整理出來的。其中，特別是與Q相關的係數，如前面所言 ，其對於加壓條件下之底吹脫碳特性的影響是遠大於一般 大氣壓下所能推測者。 在進行申請專利範圍第2，3項的控制時，若最低碳 濃度値高於CBxl 8，由於碳濃度比需要値還高’因而 藉由使壓力或送氧速度降低或者增強底吹攪伴’以使其轉 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） ,1 •4 ά Α7 Β7 五、發明說明（20 )

移到應該進行之第2期的控制=如此一來將會造成脫碳時 間延長，使生產力減低，亦或有因過強的攪拌使風口耐燃 物熔損之類的問題發生。又若最低碳濃度値低於C B X 0 · 6時，一直到過渡至極第2期前，會因過高的高壓或 送氧速度亦或是過低的攪拌力等，使原本應該在第1期中 實行的精鍊過程一直持續下去，而讓熔鋼形成過氧化狀態 〇 在申請專利範圍第2項中，將F 1 / P 1控制在 1 . 1 〜4.8，Q1/P1 在 0.005 〜0.35 的 範圍之間，是爲了維持高度的溶鋼成品率和抑制因提高第 1期產能而形成的塵埃，冷熔，飛濺等問題。塵埃和飛濺 的發生可藉由控制壓力和上吹氧氣供給速度之F 1/P 1 値小於4 . 8來抑制，來得到大量的熔鋼成品率。但， F1/P1値小於1 . 1時雖然使塵埃和飛濺的發生減少 ，但也使脫碳速度減緩，而使生產力降低，因此並不實用 〇 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 -------------裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲抑制高速脫碳時之冷熔的發生，如第圖五所示，必 需將F1/P1控制在4 . 8以下，並且將Q1/P1控 制在0 . 0 5〜0 . 3 5之間。冷熔主要是因爲上吹氧氣 的供給速度和底吹形成的攪伴力之間的平衡失去，而產生 非平衡（T· Fe)之異常多量的熔渣生成。Q1/P1 係規定底吹所形成的攪拌力，此値若小於0 . 0 5，則攪 拌力小而容易發生冷熔，若大於0，35，雖不會有非平 衡（T · F e )之異常多量的熔渣生成，但卻會引起所謂 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明說明（21 ) 的由於攪拌力過強，鋼浴的搖動激烈，而使熔渣或熔鐵飛 出轉爐外之問題。 F 1/P 1規定了氧氣的供給速度，當其値大於 4 . 8，則不論攪拌力多大，也無法避免有非平衡（ τ · F e )之異常多量的熔渣生成，而使冷熔經常發生。 特別是，在本發明者等人的硏究中，首次確定了壓力對於 攪拌和冷熔之關係的影響，而使加壓轉爐內的高速脫碳作 業成爲可能。 在申請專利範圍第3項中，控制由吹氧氣於鋼浴表面 所形成的內腔之深度L與浴徑D的比於〇.08〜 0 . 3 0之間，此規定除了可提高第1期的生產性外，也 抑制了塵埃，飛濺，冷熔等的發生，而且能維持小的二次 燃燒率，並使溶鋼成品率高。也就是說，（L / D )比小 於0 . 0 8時，上吹氧氣噴流的強度過弱，因此如第圖六 所示，除了使二次燃燒率增高導致耐火物熔損之外，也使 上吹火點（上吹氧氣吹噴於浴面所形成的高溫區域）的溫 度降低，而無法避免非平衡（T· Fe)之異常多量的溶 渣生成，而使冷熔經常發生。 相反的，（L/D)値大於0.30時，會因上吹氧 氣噴流過強，而使飛濺非常激烈。又此時，火點處所非平 衡地生成之 （T · F e )，由於上吹噴流的向下力，而 被深深地捲入鋼浴內，因此CO氣體發生時之溶鋼靜壓變 大，而只要有一點點的（T_ Fe)也極易造成所謂之冷 熔的問題。壓力對內腔深度的影響是由本發明者等人所首 --------------裝—— (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) 訂. 本紙張疋度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐> -24- 424 11 1 * A7 —__B7_____ 五、發明說明（22 ) 次硏究完成的，此與二次燃燒率和冷熔的發生條件之關係 定量地解明的結果，才能使加壓轉爐內的高速脫碳作業成 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲可能。 以下，將詳細說明本發明之申請專利範圍第4至9項 ’第11項，和第12項。 第2期係以一面維持高生產性，一面抑制過度氧化爲 目的，依碳濃度之變化，來控制壓力，氧氣的供給速度’ 攪拌力也很重要。此期之脫碳速度（K ; %C/m i η) 可以下式表示。 K = dC / dt = (Ak/V) . (C — Co) 在此，C代表碳濃度，t爲時間，A爲反應界面積，k 是碳素的物質移動係數，V表示熔鐵的體積，C 〇則是平 衡時之碳濃度。爲使Κ値增大，則必需將A，k的數値增 加，和降低Co ，並配合K所規定的脫碳速度將氧氣上吹 ，則基本上，可全無熔鐵氧化或引起熔鋼之吸引氧氣地來 進行脫碳。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製· 作業中，爲加快碳的移動速度，而依碳濃度來供給底 吹攪袢力，確保配合其攪伴力的氧氧供給速度，以及爲使 脫碳反應能有效率的進行，上吹火點（上吹氧氣吹噴於浴 面的高溫區域）之確保也很重要。在此，底吹攪拌是透過 浴中的巨觀循環流的形成來使碳之移動速度加快，並藉著 底吹氣泡往上吹火點範圍的浮出而使熔渣與鋼水形成乳濁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印敦 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 * 297公釐） 4 2 4 111 、 名 A7 _B7____ 五、發明說明（23 ) 液，因而使反應界面積增大。上吹火點由於形成高溫狀態 因而使平衡碳濃度降低，且因上吹噴流而使熔渣與鋼水形 成乳濁液，因而使反應界面積增大。 在施以壓力的情況，由於底吹氣體的表面附近之體積 增加量的降低，以及上吹氧氣噴流能量衰減的增大’而引 起底吹攪拌力的減少，乳濁液形成狀態的降低，因此除了 定量地把握其對反應速度之影響外，也必須對底吹攪拌力 ，上吹氧氣噴流能量，氧化供給能量，爐內壓力之與碳濃 度關係上進行適當地控制。也就是說，除了維持高生產性 外，抑制溶鋼的過氧化，以得到高成品率與高淸淨鋼，則 必需如申請專利範圍第4項所記載那樣，依鋼浴中碳濃度 的變化來改變上吹氧氣的供給速度，底吹氣體的流量和爐 內壓力。 在本發明中之構成要件中的數値和其它限定之理由如 下。 在申請專利範圍第4項中，本發明規定在上底吹轉爐 中作業的理由是：上吹轉爐無法自由控制底吹攪伴力；而 底吹轉爐其一般氧氣供給速度和底吹攪拌力成一定比例， 因此無法各自控制。上底吹轉爐的底吹氣體與吹入方法有 很多種類，於本發明中，就底吹氣體而言有：氧氣和 L P G，氧氣和l P G中加入惰性氣體，二氧化碳，一氧 化碳等，之一種或二種以上倂用，而吹入方法而言有：使 用單管’開縫管，雙重管或三重管等，之一支或多支的風 口耐火磚，或是多孔質耐火磚。 ---- (锖先閲讀背面之泷意事項再填寫本頁> ，裝 -SJ- _ B7_ 五、發明說明（24 ) 就加壓轉爐之定義而言，係指於吹煉過程中的全部或 一部分期間，將爐內壓力P設定於比大氣壓高的高壓。而 就爐內壓而言：加壓能使生產性提高，因此最好設定在 1 . 2 k g/cm2以上，又爲了降低投資成本，且因壓力 過高，會使熔渣容易浸入耐火物氣孔，耐火物壽命因而減 少，因此最好低於5 k g / c m 2以下。加壓轉爐之定義也 包含了在第2期中，從加壓狀態，隨著碳濃度降低而復壓 ，以至在停吹或接近停吹時的碳濃度領域，由於大氣壓或 排氣的吸引，而在0 · 9 k g / c m 2以上之較小壓力下作 業時，使壓力以連續狀或階梯狀地降低之轉變過程。 申請專利範圍第5至8項和申請專利範圍第4項均定 有第2期的作業條件。就規定第2期的作業條件之碳濃度 範圍而言，是C小於1 %的領域。雖然如前所述，從第1 期過渡到第2期的碳濃度是在0.2〜0.5%之間的範 圍變化，但在第2期，爲抑制過氧化所進行的吹鍊，僅適 當地設定第2期以後之吹鍊條件是不夠的，必須從較高碳 濃度範圍就開始選擇適當的吹煉條件。依本發明者等人的 詳細實驗，其臨界碳濃度爲1 % = 經濟邨智慧財產局貝工消费合作社印製 -------------裝--- <請先閱讀"面之注意事項再填寫本頁> 就申請專利範圍第1 1項中所規定的第2期作業條件 之碳濃度範圍而言，C是位於較CBx〇 . 6〜CBx 1 . 8還低的範圍，其中CB係由（10)式所算出。 如前所述，CB是脫碳反應由氧氣供給決定速率（第 1期）過渡到碳移動決定速率（第2期）的臨界碳濃度。 依本發明者等人的詳細實驗，已找到記述加壓下之C B的 本紙張尺度適用中國圉家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐〉 424 1 •jt A7 B7 五、發明說明（25 ) 新實驗式。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在進行申請專利範圍第5至第9項之控制時’若上限 之碳濃度高於C B X 1 · 8爲高，由於碳濃度比需要値還 高，爲使其能移轉到應該進行之第2期的控制’因而增加 脫碳時間，使生產力減低，亦或有因過強的攪拌使風口耐 燃物熔損之類的問題發生。又若較C B X 0 . 6還低’貝 轉移至第2期後都還在持續進行應在第1期進行的精鍊控 制，而使溶鋼成過氧化狀態。 申請專利範圍第5項是關於依碳濃度C之變動來控制 爐內壓力P 2之規定，如第圖7所示’控制P 2以使其位 於由（5 )式所規定的PA與（6 )式所規定之PB的範 圍內。 PA = 0.8 + 5 X C (5) PB = 2 x C (6) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 上式中，雖然C之單位是wt%，而PA，PB之單 位爲（k g / c m 2 )，但僅取其關係，沒有單位不合的問 題。 雖然較高的壓力適合於高生產性的高速氧氣供給速度 ，但由於底吹攪拌力與上吹氧氣噴流能量的削弱，使得反 應界面積與碳素的物質移動係數變小。（5)(6)兩式 即是由此兩者關係來定量地檢討其最適壓力變更之樣式的 結果。 -28- 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（26 ) 換句話說上吹氧氣所產生之脫碳反應，即在火點所生 成的F e 0與鋼浴中的碳之相互反應，由於在火點所生成 的F e 0不受碳濃度與壓力之影響，通常都是極純的 F e 0，因此，反應速度完全取決於碳的濃度。故，在碳 濃度高的環境下，由於反應速度的加快，使C 0氣泡之核 生成速度無法趕上，因而產生大的C 0氣泡*這種氣泡的 破裂所發生飛濺也大。所以爲抑制飛濺的發生，在碳濃度 高的環境下，必需把壓力設定提高。相反的，若於碳濃度 低的狀態下提升壓力，則雖然飛濺減少，但碳之平衡濃度 C 〇卻增大，而使脫碳速度變慢》 也就是說爐內壓力大於P A値時，有復壓的時機過遲 之意味，且由於碳之平衡濃度C 〇增大，而使脫碳速度變 慢，多餘的氧氣使熔鐵氧化或是溶解在溶鋼中，而導致熔 渣的（T· Fe)或溶鋼氧濃度上昇。另若壚內壓力小於 P B時，意味著復壓的時機過早，於第1期和近於第1期 之狀態下進行復壓，會引起激烈的飛濺發生。若更於碳濃 度高的狀態下進行復壓時，由於溶鋼中的碳濃度過高，因 此與（T _ F e )的反應性大，所以即使梢許的（ T ‘ F e )也會激烈地產生C 0氣體’而有所謂的極易發 生冷熔之問題。 申請專利範圍第6項係，除了申請專利範圍第5項中 所規定之依碳濃度C的變化來進行爐內壓力p 2之控制外 ，也規定了依碳濃度C來進行上吹氧氣供給速度F 2的控 制’控制使（7)式中之B位於一 0 . 25〜〇 . 5的範 本Μ張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -29- -! — 丨—丨！ 丨丨 L、 I (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) δί· ά. A7 B7__ 五、發明說明（27 ) 圍內，式中F 1爲C高於1%時的上吹氧氣供給速度， F 2是C比1 %低時之上吹氧氣供給速度。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) β = (F2/F1) - C ……(7 ) 也就是說，雖然高速氧氣供給速度適合於提高生產性 ，但若氧氣供給速度高於由底吹攪拌力與上吹氧氣噴流育g 量所決定的反應界面積，與由碳素的物質移動係數k所決 定的脫碳速度之所要供應量的話，則會導致過氧化度變大 ，熔渣之（T· Fe)或鋼水的氧濃度上昇。依本發明者 的詳細實驗，若以申請專利範圍第5項中所表示的壓力控 制爲前提，則如第8圖所示明顯地有將/3控制在 -0 · 2 5〜0 · 5的範圍之必要。万較0 . 2 5小的情 況，因爲氧氣供給速度的下降過大，雖然抑制了過氧化， 但因吹氧時間大幅增加，使得生產率降低。Θ比0 . 5大 的情況，因爲氧氣供給速度的下降過小，因而引起過氧化 導致熔渣的（T· Fe)及鋼水氧濃度的上昇。 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 係，除了申請專利範圍第5項中所規定之依碳濃度C 的變化來進行爐內壓力P 2之控制外’也規定了依碳濃度 C來進行底吹氣體流量Q 2，控制使（8 )式中之r在 _2〜1的範圍內，式中Q1係C比1%高時之底吹氣體 流量，Q 2係C比1 %低時之底吹氣體流量。 r = (Q2/Q1) - 5x (l~c) ...... (8) -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) 4 24 1 1 1 J A7 _B7_ 五、發明說明（28 ) 也就是說，雖然底吹攪拌力高時，依碳的物質移動係 數k所規定的脫碳速度也高，因此生產性較高’但過大的 話會引起底吹氣體成本增大以及耐火物壽命降低的問題。 根據本發明者的詳細實驗，若以申請專利範圍第5項表示 的壓力控制爲前提，則如第圖9所示，明顯地有必要將r 控制在一 2〜1的範圍內。 若r比-2小，則由於因碳濃度降低所必須的底吹攪 拌力增加過少，而使氧氣供給速度過剩，引起過氧化，而 導致熔渣的（T· F e )以及鋼水氧濃度上昇。r若大於 1 ，則因在低碳濃度域時之攪拌力過強，而產生底吹氣體 成本增加以及耐火物壽命降低等的問題，同時鋼浴發生激 烈的搖動，而引起所謂的熔渣及鋼水向轉爐外飛散之問題 0 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 若據本發明者的詳細硏究，起因於爐內壓力變化之底 吹攪拌條件的變化，其對於第2期之脫碳吹鍊的影響，明 顯地比以往想像到的還要大。也就是說，在底吹攪拌的方 面，由爐內壓力的上揚所造成之脫碳特性的惡化要遠比起 單以（1 )〜（3 )式中，從所謂e 、r 、B ◦ C指標所 推測的影響，大得多。這是因爲，在第1期中，如前所述 ，這些指標是根據浴表面與氣體吹入位置之爐底的高程差 ，來計算的氣泡膨張的功，但實際上是因爲引起脫碳反應 的鋼水表面之攪拌狀態才是控制脫碳特性的主要因素。 關於第1期，已如第1圖與第2圖所示，氣泡合倂或 將氣泡上昇領域橫向擴張的臨界條件是，受到接近表面的 ^31- ------------r裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準<CNS)A4規格（210 * 297公釐） 4 2 4 A7 B7 五、發明說明（29 ) (猜先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 靜壓的影響很大，只要爐內壓力提昇至高於fk g/ C m2 ，則明顯地就不會有接近表面之氣泡徑爆發性的增加之情 發生。像這樣接近表面的氣泡徑爆發性的增加，會對鋼7j< 表面的攪拌有很大的影響，而前述之底吹氣泡的浮上於上 吹火點區域所造成之熔渣與金屬之乳濁液的形成，也會對 反應界面積的增大有很大的影響。這種接近表面的爆發性 氣泡直徑的增加，與第1期同樣，從ε 、r 、B 0 C的計 算來預測是相當困難的，如本發明所示，藉由對7的控制 才可能預測。 申請專利範圍第8項是，依碳濃度C的變化，來規定 可進行最有效果精鍊的爐內壓力P 2、上吹氧氣供給速度 F 2 ，底吹氣體流量Q 2等三因子之條件的關係，控制（ 9 )式中之<5於5〜2 5的範圍中。 (F2xP2)/Q2}1/2/C ……（9) 經濟部智慧財產局貝工消t合作社印製 如前所敘述，在加壓轉爐的第2期之作業中，適當地 控制碳濃度C、爐內壓力P 2、上吹氧氣供給速度F 2 ' 底吹氣體流量Q 2等四個要因，才能達成高生產性、高成 品率以及藉由過氧化的抑制以得到高淸淨度化。依本發明 者的詳細實驗，如第1 〇圖所示’明顯地有將5控制在5 〜2 5的範圍之必要。第2期的脫碳反應雖如前述係由碳 的物質移動速度來決定反應速度’這是因爲上吹氧氣所氧 化生成的F e 0被鋼水中的碳所還元之所謂的基本反應反 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42 川 L Λ7 Β7 五、發明說明（?〇 ) 應進行的結果，由於還元較氧化還慢，因此以決定還元速 度的碳之物質移動速度作爲反應的決定速率。 考慮此基本反應的是（9 )式，分子 (F2XP2) 1/2是考慮壓力的氧化指標，分母的（ Q 2 1/2x C )是考慮碳濃度的還元指標。在氧化指標中 加入壓力是由本發明者首先提出的，其具有以下的意義。 也就是說，壓力變大的話，即使以相同的氧氣供給速度’ 因爲反應界面的氧化的分壓變高，氧氣位能隨壓力比例變 大。這表示即使爐內因氧氣以外的氣體而加壓，到達反應 界面的氧氣的分壓本身也會變高。這是到目前爲止尙未出 現的現象，具有此指標的引用才使得加壓轉爐的作業成爲 可能。 若<5比5小，則與氧化速度比較起來還元速度過大， 因此雖然抑制了過氧化，但因爲吹氧時間大幅增加因而降 低了生產性，而若（5比2 5大，則與還元速度比較起來氧 化速度過大，因而引起過氧化，導致熔渣的（T_ Fe) 及鋼水氧濃度的上昇。 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 在申請專利範圍第9項中規定了，控制上吹氧氣於鋼 浴表面所形成的內腔深度L與浴直徑D的比（L/D )於 0 _ 15〜0 _ 3 5範圍內，以提高第2期生產性並抑制 過氧化的條件。雖然內腔深度是表示上吹氧氣的噴射能量 指標中之一，但上吹氧氣噴流具有形成高溫的火點，以及 將強力朝下的能源賦予鋼浴表面而激烈地生成乳濁液的這 兩個效果。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格<210 X 297公釐） 424 11 1 A7 B7 五、發明說明（31 ) (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 也說是說，（L/D)小於〇.15時，因爲上吹氧 氣噴流的能量過小，因此火點溫度降低’且說乳濁液領域 也減少的關係，因而引起過氧化。相反的’若（L/D) 大於0 . 3 5，由於上吹氧氣噴流的能量過強，飛濺的發 生變得激烈因而產生作業上的問題。另外’於火點所生成 的F e 〇因懸浮至鋼浴的深處，因而受到相當大的靜壓力 而變得難以進行還元反應，所以脫碳反應反而降低了。 加壓下的噴流舉動，其特徵爲：由於噴射周圍的氣體 密度較大，因此超音速核變短，同時因噴射周圍的氣體所 造成抵抗較大，而使噴流擴展得極大。因此，由上吹噴流 所形成的內腔形狀之變化，是遠比由大氣壓下噴氣管的上 下移動等的變化所能想像的還大，如本發明所示求出正確 的數値後進行控制*才使得具效率的精鍊成爲可能。 在申請專利範圍第1 2項中，使鋼浴中碳濃度C位於 CBx〇 . 6〜CBxl . 8的範圍內，其中CB係由（ 經濟部智藉財產局貝工消费合作社印製 1 0 )式所算出，之後控制爐內壓力P、上吹氧氣供給速 度F、底吹氣體流量Q，以使（10)式中的CB位於 Cx〇 . 6〜Cxi . 8的範圍內。有關開始控制的C之 範圍，其考慮方式係基於與申請專利範圍第1 1項相同的 考慮方式。 使用（10)式來進行控制之理由是因爲，（10) 式是記述脫碳反應從氧氣供給決定速率（第1期）過渡至 碳移動決定速率（第2期）的臨界碳濃度的式子。也就是 說1若能使鋼中碳濃度經常保持於CB地來進行P、F、 -34 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 424 m i ’ * Α7 _____Β7 五、發明說明（32 ) Q的一種，或者兩種以上之控制的話，則可不進入第2期 ，因而過氧化被防止，且可獲得最大的脫碳速度，而成爲 高生產性。此項控制若於較C B X 1 . 8高的領域中實施 時，則因壓力或送氧速度的降低或底吹攪拌的加強等，進 行了超過必要的過氧化防止精鍊，而有所謂的使脫碳時間 增加且防礙了生產性、或因過度的強攪拌造成熔爐風口耐 火物的溶損等的問題。此外，較C Β X 0 . 6低的領域中 實施時，則使用過高壓力或過高送氧速度1或過低的攪拌 力來精鍊之所謂的第1期之精鍊控制，於過渡至第2期後 也持續著，因此鋼水變成過氧化狀態。 【實施例】 試驗是以5噸規模的實驗轉爐來進行的。上吹噴氣管 是使用喉部口徑於5〜2 Omm變化的3〜6孔的噴嘴噴 氣管，底吹則於壚底設置二根熔爐風口，使用內管爲氧氣 '外管爲L P G之二重管。排氣是經由締結於轉爐爐口的 水冷罩，以未燃燒的狀態導入集塵系統，其間設有壓力調 整閥來調整爐內壓力。雖然吹鍊初期導入了氮氣來強制加 壓，但大部分是依吹氧中所發生的C 0和C 〇2來自行加壓 的。 溫度是由輔助風口來測定的，碳濃度則藉由輔助風口 之中間採樣以及排氣量、排氣組成等來推測的。冷熔、爆 出火花的狀況是依爐內監視攝影機的影像來判斷，塵埃發 生量則是先秤量全部由吸塵器所回收之塵埃量，再將每熔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公« > ------ ------L ' 裝.！ (請先閲讀背面之注—爹項再填寫本頁) 訂· .^• 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4241H /. A7 _B7__ 五、發明說明（33 ) 鋼量之發生量（kg/T)除以脫碳量（△〔％(：〕）， 藉由此所得値（k g/Τ/Δ〔％C〕）來評定。 使用約5 t的銑水，這是在高爐中所溶製，並施以銑 水予備處理，其C約4 . 3%，Si約0 . 12%，Μη 約 0 . 25%，Ρ 約 0 . 02%，S 大約 0 . 015%， 將其裝入轉爐前的溫度約爲1 3 0 0°C左右。在實施例1 至比較例3中，停吹時的碳濃度約爲0.6%左右，溫度 在1 5 8 0 ° C左右。另外，在實施例4至比較例8中，停 吹碳濃度在0 . 05%左右，溫度爲1650° C左右。 (實施例1 ) 實施例1是對應於爐內壓力（P1)爲1 . 5〜 2 . 5kg/cm2的範圍，使上吹氧氣供給速度（F1) 在4 . 5〜7 . 5Nm3/t on/mi η及底吹氣體流量 (Q1)在 0 . 3 〜0 . 5Nm3/t on/mi η 之中變 化，將F 1 / Ρ 1控制爲3 ' Q 1 / Ρ 1控制爲0 . 2。 此外|藉由調整噴氣管高度、噴嘴直徑、噴嘴數修正等， 以使內腔深度及浴徑的比（L/D)爲〇 . 1 2〜 0 . 24。其結果，不會發生冷熔或浴面的搖動，而能實 施安定的脫碳精錬，塵埃發生量也在2.2kg/t/ △〔％C〕的少量，脫碳氧氣效率爲9 3%，二次燃燒率 在5 %。 (實施例2 ) ---丨！ L』裝*! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： i.· 本紙張尺度適用t國0家標準（CNS>A4规格（210 X 297公釐） -36- 1 ， J A7 ____________ 五、發明說明（34 ) 實施例2是對應於爐內壓力（P1)爲1 . 1〜3 . 2 的範圍，使上吹氧氣供給速度（F1)在3 ‘ 5〜 9 5Nm3/ton/min及底吹氣體流量（Q1)在 〇 · 2 〜0 . 8Nm3/t on/mi η 之中變化，將 F1 /Ρ1控制爲3 · 5、Q1/P1控制爲〇 . 27。此外 ’藉由調整噴氣管高度、噴嘴直徑、噴嘴數修正等1以使 內腔深度及浴徑的比（L/D)爲0 · 19〜0 26 ° 其結果，不會發生冷熔或浴面的搖動，而能實施安定的脫 碳精鍊，塵埃發生量也在2.lkg/t/A〔％C〕的 少量，脫碳氧氣效率爲9 5%，二次燃燒率在4%。 (實施例3 ) 實施例3是對應於爐內壓力（P 1 )爲1 . 5〜 2 . 5的範圍，使上吹氧氣供給速度（F1)在1 . 5〜 3 · 5Nm3/t on/mi η及底吹氣體流量（Q1)在 0 . 05 〜◦ . 15Nm3/t on/mi η 之中變化，將 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> F1/P1 控制爲 0 . 8、Q1/P1 控制爲 0 · 03。 此外，藉由調整噴氣管高度、噴嘴直徑、噴嘴數修正等， 以使內腔深度及浴徑的比（L/D)爲0 . 1 2〜 0 . 2 4之中。其結果，冷熔經常發生而無法實施安定的 脫碳精鍊，塵埃發生量在5. 6kg/t'/△〔％(：〕-脫碳氧氣效率爲8 4%，二次燃燒率爲1 5%。 接下來說明有關本發明之申請專利範圍第4項至第9 項的實施例。 本紙張尺度適用中國0家標準（CNS>A4规格（210 * 297公釐） A7 B7 五、發明說明（35 ) ml — — — — — —i ♦ 11 {請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 實施例4係以，示於第7圖至第9圖中之B、C、八 關係，來控制壓力、碳濃度、氧氣供給速度、底吹氣體流 量的情形，5也在7〜20，L/D也在0 . 20〜 0 · 30的適當範圍中。其結果，停吹之（T· Fe)或 溶解氧濃度低，成品率高的轉爐吹鍊僅在很短的6 . 1分 鐘內就可完成，且沒有冷熔發生。 相對於實施例4，比較例7係以，示於第7圖、第8 圖中之A、a關係，來控制壓力、碳濃度、氧氣供給速度 的情形，雖然L/D也在〇.20〜〇.30的適當範圍 中，δ卻在1 8〜4 5之間。其結果，雖然實施高速吹氧 ，停吹的（Τ · F e )或溶解氧濃度升高，加上成品率也 低，冷熔也發生。 相對於實施例4，比較例子8係以，示於第7圖與第 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -m . 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 424 U 1 J A7 B7 五、發明說叼（36 ) (諳先閱讀背面之注f項再填寫本頁) 8圖中之C、d關係，來控制壓力、碳濃度、氧氣供給速 度的情形，雖然L/D也在0 _ 20〜〇 · 30的適當範 圍中，（5卻在2〜1 〇之間。其結果，雖然停吹的（ T · F e )或溶解氧濃度降低，成品率也高，但氧氣供給 時間由於長時間加壓，而無法獲得高生產性的效果。 【產業上的利用可能性】 根據本發明，利用加壓轉爐，可吹鍊得到高生產率及 高度成品率且過氧化度低之鋼水，而且低碳高淸淨度鋼的 溶製也成爲可能。 【圖式之簡單說明】 第1圖係浴中吹入氣泡之舉動的示意圖。 第2圖係爐內壓力對浴中所吹入氣泡之由浴表面量取 的氣泡深度與氣泡直徑之關係的影響之實驗結果（以水爲 模型）圖。 第3圖係加壓下之內腔深度的實測値和計算値之比較 的實驗結果（以水爲模型）圖。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 第4圖係本發明之實施情態的示意圖。排氣導入用煙 道（8 )介由集塵機和氣體冷卻裝置而與壓力調整器連結 0 第5圖係冷熔發生頻率與F 1/P 1 ’ Q 1/P 1之 關係的實驗結果圖。 第6圖係冷熔發生頻率與L/D之關係的實驗結果圖 -39- 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐） 424111 A7 B7____ 五、發明說明（37 ) 〇 第7圖係碳濃度C，爐內壓力P 2，和停吹時的（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) T . F e )之間的關係之實驗結果圖。 第8圖所示係由氧氣供給速度F 2和碳濃度C所規定 的參數b和停吹時的（T ‘ F e )之間的關係之實驗圖。 第9圖所示係由底吹氣體流量Q 2和碳濃度C所規定 的參數g和停吹時的（T ‘ F e )之間的關係實驗圖。 第1 0圖所示係由爐內壓力p 2 ’氧氣供給速度F 2 ，底吹氣體流量<3 2和碳濃度C所制定的參數d和停爐時 的（丁 . F e )之間的關係實驗圖° 符號說明： 1 轉爐鐵皮 2 內襯防火物 3 底吹熔爐風口 4 熔鐵 5 氧氣噴流 6 上吹噴氣管 經濟部笮慧財產局負工消费合作社印製 7 連結裝置 8 排氣導入用之煙道 11 熔鐵 12 上昇區域 13 氣泡 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS)A4规格（210 * 297公嫠） 40

Claims (1)

1. yf A8B8C8D8 經濟部暫慧財產扃貝工消费合作社印髮 六、申請專利範圍 1 一種加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：於上底吹轉爐 ，使爐內壓力（P : kg/ cm2)設定於較大氣壓高的氣 壓，同時上吹氧氣供給速度（F : Nm3/t 〇 n/m i η )和底吹氣體流量（Q : Nm3/t on/mi η)對應 著爐內壓力Ρ的變化來調整。 2 . —種加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在上底吹轉爐 ，於鋼浴中碳濃度高於0 . 5%的領域，使爐內壓力（Ρ 1 : kg/cm2)設定於較大氣壓高的高壓，同時控制上 吹氧氣供給速度（FI : Nm3/t om/mi η)與底 吹氣體流量（Ql: Nm3/ton/min)，使 FI /P1 於 1 . 1 〜4 · 8 的範圍，Q1/P1 在 0 . 05 〜0 . 3 5的範圍。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項之加壓轉爐鍊鋼 法，其中：因上吹氧氣而在鋼浴表面形成的內腔之深度（ L )和浴徑（D )的比（L / D )控制在〇 . 0 8〜0 . 3 5° 4 · 一種加壓轉爐鍊鋼法，其特徵爲：在上底吹轉爐 ，於吹鍊中的全程或是一部分期間*將爐內壓力（P : k g/cm2) 設定於較大氣壓爲高之高壓，同時依鋼浴中 碳濃度（C : wt%)來調整上吹氧氣供給速度（F : N m 3 / ΐ ο η / m i η ) 、底吹氣體流量（Q _· Nm3/ t o n/m i η)以及爐內壓力P。 5 .如申請專利範圍第4項之加壓轉壚鍊鋼法，其中 :於鋼浴中碳濃度C在1%以下之領域，控制爐內壓力使 — — — — — — — — — 1111— — 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂* 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -41 - 4 2 4 80088 ASSCD 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 六、申請專利範圍 P 2値在依（5 )式所規定的p A値和依（6 )式所規定 的P B値之間的範圍內 PA=〇 . 8 + 5xC.......(5) P B = 2 χ C..............(6)。 6 ·如申請專利範圍第5項之加壓轉爐鍊鋼法，其特 徵爲：於C較1%爲高的領域之上吹氧氣供給速度（F 1 ：Nm3/ton/min)，和在1%以下的領域之上吹 氧氣供給速度：F 2的比例所表示之（7 )式中，控制使 其β値在一0 . 25〜0 . 5的範圍內 P=(F2/F1)-C (7) 。 7 .如申請專利範圍第5項之加壓轉爐鍊鋼法，其特 徵爲：於C較1%高之領域的底吹氣體流量（Q1 : N m 3 / t ο η /m i η )，和C在1%以下的領域之底吹氣 體流量Q 2的比例所表示之（8 )式中，控制使其γ値在-2〜1的範圍內 y = (Q2/Ql)-5x (1-C) (8) 。 8 ·如申請專利範圍第4項之加壓轉爐鍊鋼法，其中 :若C在1〜0 . 1%之領域內時，控制爐內壓力一P2 ’上吹氧氣供給速度一F2，底吹氣體流量Q2 ，以使（ II____ _______ 裝___ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） -42- A8B8C8D8 424111 六、申請專利範圍 9)式之d在5〜25的範圍， a ={(F2xP2)/Q2} W2/C (9) 。 9 ·如申請專利範圍第4、5、6、7或8項之加壓 轉爐鍊鋼法，其中：控制因上吹氧氣而在鋼浴表面上所形 成的內腔深度（L : M)和浴徑（D : M)的比例（L/ D)在〇·15〜0.35的範圍內。 1 ◦.如申請專利範圍第2項或第3項之加壓轉爐鍊 鋼法，其中：鋼浴中碳濃度之下限是在CBx 0 · 6〜 CBxl .8的範圍內，而CB是依（10)式求得： CB = 0.07 8xP + 0.05 8 xF-1.3xQ-0.〇〇〇69xWm + 0.49 (10) 其中 P:爐內壓力（kg/cm1 2) F :上吹氧氣供給速度（Nm3/t ο n/m i η ) Q :底吹氣體流量（Nm3/t on/mi η) W m :鋼水量。 -裝--------訂. (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消f合作社印製 本紙張尺度適用中西國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公漦） -43- 1 1 .如申請專利範圍第5、6、7或8項之加壓轉 爐鍊鋼法，其中：開始進行控制時’鋼浴中碳素濃度c是 在CBx〇，6〜CBxl . 8的範圔內’其中CB是依（ 2 1 0 )式所求得。 3 1 2 如申請專利範圍第4項之加壓轉爐鍊鏑法，其 Δ 2 4 •鳙 A8B8C8D8 中：c在進入依（i 〇 )式所求得的c B之c Β χ ，控制爐內壓力P，上 六、申請專利範圍 ~ J· . 8的範圍領域後 -------------- 一 吹氧氣供給速度F，底吹氣體流量Q ’以使鋼浴中碳濃度 (1Q)式的CB能在CxO . 6〜Cxi . 8的範圍內 請 先 閱 讀 背 面 之 注 項 再 填·i裝 I · 訂 線 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公Μ ) • 44-