TWI550092B - 轉爐煉鋼法 - Google Patents

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Description

轉爐煉鋼法
本發明是有關於一種轉爐煉鋼法,特別是提出在藉由轉爐對熔鐵脫碳吹煉的同時進行脫矽處理與脫磷處理,然後進行煉鋼精煉的方法。
在近年來的煉鋼法中,在藉由轉爐的脫碳精煉之前,通常實施將自高爐供給的熔鐵中的矽或磷預先除去的熔鐵預處理。該熔鐵預處理根據降低精煉用助焊劑等的成本或使熔鋼高純度化、藉由防止過氧化而提高轉爐中的錳產率、降低精煉渣量等要求而實施。
例如在為煉鋼步驟中所產生的精煉渣時,有構成成分中的氟成為法規限制的對象的情況。此時,不使用成為氟源的螢石(CaF2)的熔鐵預處理的方法有效。另外,近年來,對削減煉鐵業中的溫室效應氣體的排出量的要求提高,並降低將氧化鐵還原時需要大量的能量的高爐熔鐵的使用比例,另一方面,亦要求增大鐵屑等冷鐵源(cold iron source)的使用比例的煉鋼方法。在此種背景下,近年來的煉鋼法中,有謀求熔鐵預處理法的改善、且增大冷鐵源的使用比率的傾向。
然而,在進行熔鐵的脫矽及/或脫磷的熔鐵預處理時,存在以下方法:使用轉爐型容器、即轉爐作為用以在添加生石灰等精煉劑(助熔劑)的同時供給氣體氧氣或氧化鐵等固體氧源,而在渣中除去熔鐵中的矽或磷的爐。該轉爐由於使用大量的屑,因此使用爐容積大的轉爐有利。對於該方面,在專利文獻1中提出以下方法:在使用轉爐型反應容器進行脫矽處理,進行出鐵-排渣後,再次在該轉爐型反應容器中裝入經脫矽的熔鐵而進行脫磷處理的預處理方法中,藉由調整脫矽處理後的熔鐵中矽濃度或渣的鹼度及氧化鐵濃度,而不使用螢石便效率佳地進行脫磷。
另外,在專利文獻2中揭示如下方法(雙渣法):在藉由轉爐型容器連續進行熔鐵的脫矽處理與脫磷處理的預處理方法中,使前次加料(charge)的脫磷處理後渣的40質量%~60質量%殘留於容器內,將其用於脫矽、脫磷處理,藉此減少渣產生量。
在專利文獻3中揭示如下的方法:在使用轉爐進行脫矽處理與脫磷處理的藉由轉爐的熔鐵的精煉方法中,在轉爐內在脫矽處理後進行中間排渣後,繼而進行脫磷處理。在該方法中,能以後述方式通過控制組成,而控制脫矽後的回磷,並且使其後的脫磷處理變得容易。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-129221
[專利文獻2]日本專利特開2002-256325
[專利文獻3]日本專利特開2001-271113
專利文獻1所揭示的方法由於在脫矽處理後自轉爐型容器進行出鐵、排渣,然後再次在該容器內裝入經脫矽的熔鐵而進行脫磷處理,因此對於熔鐵中的磷濃度的降低有利。但是,該方法由於需要反覆進行出鐵與裝入,因此在藉由1個轉爐型容器實施時存在生產性明顯差的問題。但是,在該方法中,為了熔鐵預處理,亦可使用2個轉爐型容器。但此時存在需要大量的設備費用,並且因來自爐體的放散熱引起的熱損失增大的問題。而且,在該方法中,亦存在由於在脫矽處理及脫磷處理中需要添加大量的助熔劑而導致精煉成本增大,並且因助熔劑的吸熱引起的熱損失增大的問題。而且,在該方法中,在脫磷處理時為了促進渣化或提高脫磷反應效率,而投入鐵礦石等氧化鐵,因此存在因該氧化鐵分解反應所伴隨的吸熱或中間出鐵引起的熱損失大的問題。此外亦存在以下問題:不使用螢石的脫磷渣由於鹼度相對較高,因此在脫磷處理結束時刻,渣中的固相比率亦高且流動性差,以熔鐵的液滴混入渣中而不分離的狀態排渣至爐外,而導致原料金屬損失增大。另外,該原料金屬的一部分在將渣粉碎後,藉由進行磁選而可回收作為鐵源,但就混入至渣中的微細鐵粒子而言,無法回收,因此大部分與渣一起在土木用途等中進行處理,而原料金屬的損失大。
繼而,專利文獻2中提出,藉由1個轉爐型容器連續進行脫矽處理與脫磷處理,並僅排出脫磷處理後渣的40質量%~60 質量%,而將其餘的渣用於下次加料的脫矽、脫磷處理,藉此使助熔劑使用量、渣產生量降低的預處理方法,並可期待熱損失的降低。但是,在該文獻2中,不但未記載脫矽及脫磷處理中的恰當的渣組成或處理溫度的範圍,而且在使大量生成的脫矽渣殘留於爐內的狀態下進行脫磷處理,因此在熔製低磷生鐵時需要用以調整渣鹼度的大量的石灰系助熔劑。因此,雖然未產生脫矽渣,但爐內的脫磷渣量增大而反應效率降低,脫磷渣的排出量反而增大,因此一直殘留有在脫磷渣中的原料金屬損失的問題。
關於專利文獻3的方法,提出使熔鐵脫磷後渣殘留於爐內,將下次加料的脫矽吹煉後的渣組成設為鹼度為0.9~1.1、渣中的(T.Fe)=15質量%~20質量%而排出,藉此防止脫矽吹煉中的回磷,而降低渣中的未反應石灰的技術。但是,該方法有由於脫矽吹煉後的渣組成的變動而產生回磷的可能性。特別是在連續進行操作中,存在以下問題:若未將脫矽吹煉後的渣效率佳地排出體系外,則含磷的渣會殘留,並且由於渣的鹼度或渣的(T.Fe)變動,而難以穩定進行脫磷反應。
本發明的主要目的在於提出一種轉爐煉鋼法,其能以少量的助熔劑提高熔鐵的脫矽處理及脫磷處理的效率,而使低磷生鐵的熔製成本降低,並且亦抑制脫碳精煉的成本。
另外,本發明的其他目的在於提出為了可擴大在熔製時所產生的渣的有效利用、及降低渣中的原料金屬損失而有效的轉爐煉 鋼法。
對於上述目的,發明者等人對以下方法進行了研究:在脫矽、脫磷、脫碳的煉鋼精煉製程中,即便抑制助熔材料的使用量亦可效率佳地降低磷濃度,同時可確保用以屑(scrap)熔解的熱源,且可提高鐵產率。其結果發現,於在轉爐內進行熔鐵的脫矽處理及熔鐵的脫磷處理的熔鐵預處理時,在脫矽處理及脫磷處理的任一種或兩種處理時,進一步進行脫碳精煉時,若使用除了供給精煉用氧氣或粉體外,可進一步同時供給燃料氣體或助燃性氣體的具有燃燒用氣孔(燃燒器孔)的帶有燃燒器功能的上吹噴管,則可更容易地實現上述目的,從而開發了本發明。
即,本發明是一種轉爐煉鋼法,其藉由第1轉爐在熔鐵的脫碳精煉同時進行脫矽處理及脫磷處理,繼而藉由第2轉爐進行脫碳精煉而製成熔鋼,上述轉爐煉鋼法的特徵在於:首先,藉由在上述第1轉爐內裝入熔鐵後,自噴管吹送精煉用氧氣及包含石灰系助熔材料的粉體,而進行熔鐵的脫矽處理;繼而,進行將該脫矽處理後渣的一部分排渣,使其餘渣與熔鐵一起殘留於該容器內的中間排渣的處理;繼而,對殘留於該轉爐內的脫矽後的熔鐵的浴面,自噴管吹送精煉用氧氣及包含石灰系助熔材料的粉體,從而進行熔鐵的脫磷處理;繼而,將脫磷後的熔鐵進行出鐵,並使脫磷處理後渣的至少一部分殘留於轉爐內,然後,將所出鐵的脫磷處理後的熔鐵轉移至上述第2轉爐進行脫碳精煉而獲得熔鋼時,使用可吹送精煉用 氧氣、包含石灰系助熔材料的粉體、燃料氣體及助燃性氣體的帶有燃燒器功能的噴管,進行上述脫矽處理及上述脫磷處理的任一種或兩種處理。
在上述本發明方法中,較佳為採用下述方法。
(1)在上述第1轉爐內,使在前次脫磷處理時所生成的量的30質量%以上的脫磷處理後渣殘留,繼而在該第1轉爐內,至少裝入未處理的熔鐵,並且自上吹噴管或帶有燃燒器功能的噴管吹送精煉用氧氣及包含石灰系助熔材料的粉體、或者進而吹送燃料氣體及助燃性氣體,從而進行熔鐵的脫矽處理,繼而進行將脫矽處理後的渣的40質量%以上排出爐外的中間排渣,然後,藉由上述第1轉爐使用上吹噴管或帶有燃燒器功能的噴管吹送精煉用氧氣及包含石灰系助熔材料的粉體、或者進而吹送燃料氣體及助燃性氣體,從而進行熔鐵的脫磷處理;(2)在脫碳精煉時使用上述帶有燃燒器功能的噴管;(3)自在上述脫矽處理時、上述脫磷處理、上述脫碳精煉的任一種或2種以上處理時所用的上述帶有燃燒器功能的噴管供給的燃燒器燃燒熱量,設為10MJ/t以上;(4)脫矽處理、脫磷處理、脫碳精煉的任一種或2種以上處理中所用的上述帶有燃燒器功能的噴管,是具有精煉用氧氣通路及粉體供給通路、燃料氣體通路、助燃性氣體通路的多管噴管;(5)上述粉體除了助熔材料或副原料外,與包含如氬氣或氮氣般的惰性氣體的搬送氣體一起吹入氧化鐵材料或錳氧化物的任 一種以上;(6)脫磷處理後渣是使脫磷處理時所生成的量的60質量%以上殘留於轉爐內。
(1)根據具有如上所述的構成的本發明的轉爐煉鋼法,可將脫磷處理後渣中的石灰成分有效用作下次加料的脫矽處理中的石灰源,並且此時亦可抑制脫矽處理中的回磷(rephosphorization),因此可削減在整個煉鋼製程、特別是熔鐵預處理製程中的石灰系助熔材料使用量。
(2)根據本發明,在熔鐵預處理步驟中,在脫矽處理後進行中間排渣,繼而藉由相同的轉爐進行脫磷處理,因此可將因精煉容器的轉換引起的相當大的散熱熱量作為用以冷鐵源熔解的熱源,並且可將前次加料中所生成的高溫的脫磷處理後渣有效用作助熔材料。因此,若與添加常溫的助熔材料的情形進行比較,則可將吸熱熱量有效用作用以冷鐵源熔解的熱,繼而可謀求冷鐵源(屑)使用量的增大,此外,可降低原料金屬損失。
(3)根據本發明,在熔鐵預處理步驟中,在脫矽處理與脫磷處理之間,將脫矽處理時所生成的低鹼度的渣排出爐外,因此可維持相對較高的鹼度((質量%CaO/質量%SiO2)=1.2~3.0),因此可降低脫磷處理中的石灰系助熔材料的使用量。
(4)根據本發明,藉由使用可吹入粉體的帶有燃燒用燃燒器功能的上吹送氧噴管(以下,簡稱為「帶有燃燒器功能的噴管」), 而容易將脫矽處理時所生成的低鹼度的渣排出爐外,並可降低排出渣中的鐵損失。
(5)根據本發明,自上述帶有燃燒器功能的噴管的燃燒器孔供給的粉體成為傳熱介質,並能以高的效率對熔鐵、渣供給熱,因此可彌補因屑的熔解、用作脫磷劑的氧化鐵源添加而引起的熱損失,同時亦可降低渣中的鐵粒損失。
(6)根據本發明,自上述帶有燃燒器功能的噴管的燃燒器孔供給的粉體成為傳熱介質時,會將該粉體加熱,因此可有助於提高在熔鐵的脫磷吹煉中因助焊劑引起的脫磷效率、促進在脫碳精煉時的Mn礦石的還原,並謀求精煉成本的降低。
1‧‧‧轉爐
2‧‧‧噴管
3‧‧‧底吹送風口
4‧‧‧出鐵口
5‧‧‧精煉用氧氣
6‧‧‧助燃性氣體
7‧‧‧燃料氣體
8‧‧‧料斗
9‧‧‧熔鐵
10‧‧‧脫矽渣
11‧‧‧冷鐵源
14‧‧‧裝入鍋
15‧‧‧矽源
16‧‧‧石灰系助熔材料
17‧‧‧脫磷渣
18‧‧‧粉體吹入通路
19‧‧‧燃料氣體通路
20‧‧‧助燃性氣體通路
21‧‧‧精煉用氧氣通路
22a‧‧‧冷卻水通路
22b‧‧‧冷卻水通路
23‧‧‧噴管晶片
圖1是預處理方法中所用的轉爐型容器的概略線圖。
圖2是本發明的熔鐵預處理方法的步驟圖。
圖3是帶有燃燒器功能的噴管的剖面圖。
圖4是表示來自帶有燃燒器功能的噴管的熱供給量與脫Si渣排渣率的關係的圖。
圖5是表示來自帶有燃燒器功能的噴管的熱供給量與脫P吹煉後的[P]的關係的圖。
圖6是表示來自帶有燃燒器功能的噴管的熱供給量與Mn礦石產率的關係的圖。
本發明的較佳的轉爐煉鋼法是使用轉爐進行熔鐵的預處理、並進行脫碳精煉的方法。作為該轉爐,使用如圖1所示的可進行頂底吹(top-blow)的轉爐(精煉爐)1。並且,本發明具有以下特徵:對該轉爐1內的熔鐵,進行脫矽處理及脫磷處理的任一種或兩種處理時,藉由自下文詳述的可升降的帶有燃燒器功能的噴管2、即可吹入各種粉體的帶有燃燒用燃燒器功能的上吹送氧噴管2的前端,向浴面(熔鐵)吹送精煉用氧氣(上吹)而進行。此處,作為氧氣,較佳為使用工業用純氧氣。另外,底吹是使用設置於該轉爐1的底部的底吹送風口3進行。作為底吹氣體,通常為包含氧氣的氣體、或氬(Ar)氣或氮氣等惰性氣體,亦可為具有藉由吹入至熔鐵中而加強熔鐵的攪拌而促進冷鐵源的熔解的功能的氣體、進而如具有與搬送用氣體一起將助熔材料吹入至熔鐵中的功能的氣體等。另外,圖中的符號4是用以將精煉後的熔鐵9進行出鐵的出鐵孔。
在實施本發明的方法時,例如使用2個以上轉爐,將其中至少1個轉爐1用於熔鐵預處理,將其餘的至少1個用於經過預處理的熔鐵的脫碳精煉而製造熔鋼。即較佳為,在本發明中,藉由熔鐵預處理用第1轉爐進行預處理,繼而將預處理後的熔鐵轉移至脫碳精煉用第2轉爐進行脫碳精煉。
本發明中特徵性的上述帶有燃燒器功能的噴管2,是如圖3的剖面結構所示者。其如上所述般,是可吹入粉體的帶有燃燒用燃燒器功能的上吹送氧噴管。該帶有燃燒器功能的噴管2具 有同心6管結構,中心通路是用以將如Ar或N2般的惰性氣體作為搬送氣體,而吹入生石灰粉或氧化鐵粉、Mn礦石粉、其他助熔材料的一種或二種以上的粉狀精煉材料(粉體)的粉體吹入通路18,其外側具備多個環狀通路。該環狀通路自內側(內管)起依序包括:燃料氣體通路19、繼而配置於燃料氣體通路19外側的燃燒用氧氣或空氣等助燃性氣體通路20、繼而配置於助燃性氣體通路20外側的精煉用氧氣通路21、以及配置於精煉用氧氣通路21外側的最外廓部且被構成為在下端將內外部的通路反轉循環的冷卻水通路22a、冷卻水通路22b的結構。在該噴管2的本體下端部藉由熔接等安裝有銅鑄物製噴管晶片23。
在本發明中,代替通常的上吹送氧噴管而採用如上所述的可供給精煉用粉體的帶有燃燒器功能的噴管2的理由是:由於可效率佳地將燃燒器燃燒熱傳熱至熔鐵,因此可有效地供給屑熔解等所需要的熱量。且由於自噴管噴射的精煉用粉體成為燃燒器燃燒熱的傳熱介質,並且該精煉用粉體自身亦於加熱狀態下添加,因此渣溫度上升,促進脫矽步驟後的排渣、降低排出的渣中所懸浮的熔鐵的比率,從而有助於削減作為助熔劑的石灰、提高鐵產率。另外,在熔鐵脫磷吹煉中若使用該帶有燃燒器功能的噴管2,則會促進石灰源的熔解,因此脫磷反應提高。而且,在脫碳吹煉中,若使用該噴管2,則亦有助於促進Mn礦石的還原等反應效率提高。
以下,根據圖2對作為本發明轉爐煉鋼法的一環的使用 第1轉爐1進行熔鐵的預處理的方法進行說明。如圖示般,該熔鐵預處理方法包括:依序進行(A)熔鐵裝入、(B)脫矽處理、(C)中間排渣、(D)脫磷處理、(E)出鐵的步驟,特別是在同一轉爐中,藉由反覆實施該些各步驟,而可實現有效率的熔鐵的預處理。以下,對在脫矽處理及脫磷處理這兩處理中使用上述帶有燃燒器功能的噴管的例子進行說明。當然,亦可僅對任一種處理使用該帶有燃燒器功能的噴管。
(1)熔鐵裝入步驟(A)
在該步驟(A)中,在轉爐(精煉爐)1內,在使前次的熔鐵的預處理時所生成的脫磷處理後渣(以下,簡稱為「脫磷渣」)17的至少一部分殘留於爐內的狀態下,自裝入鍋14裝入新的熔鐵9,或者在該熔鐵裝入前裝入鐵屑等冷鐵源11,然後裝入該熔鐵9。作為預先裝入至轉爐型精煉爐1內的冷鐵源11,除了日本鐵源協會的「鐵屑檢收統一標準」所規定的鐵屑外,使用以直接還原鐵、冷生鐵等鐵為主成分者。
在轉爐1內,下次精煉(下次加料)所具備、並殘留的前次精煉(前次加料)時所生成的脫磷渣17,有調節下次加料的脫矽處理時的渣鹼度的作用。即,該脫磷渣的鹼度(質量%CaO/質量%SiO2)(以下,簡稱為「鹼度」)設為1.2以上、較佳為1.4以上。其理由是:在該前次加料的脫磷渣17的鹼度小於1.2時,即便殘留脫磷渣,脫矽處理中的鹼度調節亦不充分,而需要添加大量的石灰系助熔材料。另外,鹼度的上限並無特別限定,由於 通常的熔鐵脫磷處理中的渣鹼度為3.0左右以下,因此無必要將鹼度提高至其以上。
另外,為了有效地進行鹼度的調節,殘留於爐內的前次加料的脫磷渣17的量設為前次加料所生成的脫磷渣量的30質量%以上、較佳為60質量%以上~100質量%。另外,若將殘留於爐內的前次加料的脫磷渣17的總量有效用於下次加料的脫矽處理,則脫矽處理中的鹼度調節變得更容易。而且,若繼續進行此種方法,則所排出的預處理渣僅成為中間排渣時的脫矽渣,而不排出鹼度高的脫磷渣,因此亦不會產生因水合反應引起的渣的膨脹或鹼的溶出等問題。因此,在謀求渣的利用的方面,本發明方法亦極為有效。
另外,上述脫磷渣17由於為相對較高的鹼度、且低溫(1350℃左右以下),因此固相比率高且流動性低。因此,就熱收支上及物質收支上而言,如預先使脫碳渣殘留於爐內時般,不需要如添加大量的冷卻材料進行固化般的無效率的操作。另外,該脫磷渣17由於上述特性而富有固相而流動性低,因此組織內含有大量的微細的金屬鐵,將渣進行粉碎後進行磁選處理後,亦包含10質量%左右以上的金屬鐵。先前,將其作為渣而排出體系外,但根據本發明,將其與渣一起帶至下次加料,因此有將渣中的金屬鐵的大部分回收至熔鐵中,而削減鐵源的損失的效果。
另外,關於脫矽處理結束時的渣(脫矽處理後渣,以下稱為「脫矽渣」),由於液相率高、且流動性相對較高,因此渣中的 金屬鐵成分容易分離,在渣的粉碎及磁選處理後未回收而殘留於渣中的金屬鐵成分少。因此,在本發明方法中,通過整個熔鐵預處理而可削減渣中的鐵損失。
(2)脫矽處理步驟(B)
該步驟(B)是使轉爐1直立,自上述帶有燃燒器功能的噴管2等向熔鐵9主要噴射精煉用氧氣5進行脫矽吹煉,且一併同時吹送作為助燃性氣體6的燃燒用氧氣與燃料氣體7以及精煉用粉體進行脫矽的處理。特別是該脫矽處理步驟的特徵在於:將在料斗8內所收納的矽源15及包含石灰系助熔材料16的精煉用粉體,自上述帶有燃燒器功能的噴管2的中心通路18,在藉由燃燒器的燃燒氣體環境中進行上吹噴射。另外,根據需要,可自未圖示的滑槽(chute)供給該些粉體。此時,該帶有燃燒器功能的噴管2可藉由利用助燃性氣體6與燃料氣體7的燃燒器功能,同時添加自中心通路供給的成為熱源的碳材料或矽源或成為氧源的氧化鐵等。作為用以脫矽處理的氧源,就熔解大量的冷鐵源11的觀點而言,較佳為不使用吸熱量大的氧化鐵而自該帶有燃燒器功能的噴管2的精煉用氧氣通路21僅吹入氧氣5。
在該脫矽處理中,熔鐵9中所含的矽或矽源15及冷鐵源11中所含有並藉由熔解而轉移至熔鐵中的矽,與氧源反應(Si+O2→SiO2)進行脫矽,藉此可提高其後的脫磷處理的反應效率。在該脫矽處理時,會產生氧化熱,熔鐵溫度因該氧化熱而上升而促進熔鐵中的冷鐵源11的熔解。
關於該脫矽處理階段的渣的組成,考慮到預先殘留於爐內的前次加料的脫磷渣17的量及其組成的推斷值、以及藉由上述反應而生成的二氧化矽的產量,而以脫矽處理結束時的渣鹼度為0.5以上、1.5以下的方式進行調節。在該鹼度小於0.5時,自殘留於爐內的前次加料的脫磷渣17回磷而導致熔鐵中磷濃度上升,在後續步驟中的脫磷負載變大而無效率。因此,脫矽處理結束時的脫矽渣的鹼度設為0.5以上、更佳為0.7以上。另外,若鹼度高於1.5,則渣的流動性降低,因此存在後續的中間排渣時的排渣量變少或難以控制排渣量的問題,在削減石灰系助熔材料的方面亦無效率。因此,脫矽處理結束時的渣鹼度設為1.5以下、更佳為1.2以下。另外,鹼度的調節除了生石灰或石灰石、白雲石(dolomite)等石灰系助熔材料外,還使用選自脫碳渣或脫磷渣、澆桶渣等的煉鋼渣作為助熔材料。
脫矽處理結束時的熔鐵溫度調節為1260℃以上、1450℃以下、更佳為1400℃以下。其原因是,若熔鐵溫度變為高於1450℃的高溫,則自殘留於爐內的脫磷渣17回磷而導致熔鐵中磷濃度的上升,因此不但後續步驟中的脫磷負載變大而無效率,而且為了防止爐襯的鎂碳磚(magnesia carbon bricks)的損耗,亦需要使渣中的氧化鎂(magnesia)濃度上升,而導致成本高。另一方面原因是,在熔鐵溫度小於1260℃時,有渣的流動性降低,下一步驟的中間排渣時的排渣量變少或難以控制排渣量的問題,而且屑的熔解速度降低。
另外,為了效率佳地進行脫磷,該階段的熔鐵溫度的控制在後續的脫磷步驟中亦有效。例如,若將脫矽處理結束時的熔鐵溫度設為1350℃以下,則可大幅地削減在脫磷處理中為了調節溫度而添加的鐵礦石等冷卻材料投入量。在本發明中,由於在同一轉爐中持續進行脫矽處理與脫磷處理,因此亦存在如下情況:在作業時間方面,難以在脫磷處理前裝入屑。另外,在處理中可自爐上投入的屑等冷鐵源,是粒子尺寸經調整的高價者、或煉鐵廠內所產生的原料金屬等在量上有限者,因此難以穩定地大量地使用。實際上,由於在爐上投入裝置中可使用的副原料的種類數的制約,而亦有無法自爐上投入冷鐵源的情況。總之,實際情況是,先前在脫磷處理步驟中利用的冷卻材料,限定於鐵礦石等氧化鐵,無法充分地有效利用廉價的屑等冷鐵源。
在該脫矽處理的步驟中,增大廉價的屑的使用量相對較容易,因此可將脫矽處理後的熔鐵溫度設為1400℃以下。但屑的熔解速度受熔鐵溫度的影響大,實質上需要熱供給。另外,在熔鐵的Si濃度高時,僅藉由殘留於爐內的上述脫磷渣17中的石灰成分調整脫矽吹煉中的鹼度,存在不充分的情況。該情況下,在本發明中,可使用上述帶有燃燒器的噴管2或滑槽添加脫碳爐渣等新穎石灰源。這會促進所添加的石灰源的熔解,但對於脫矽處理後的排渣性、排渣屑中的鐵粒損失的降低有效,結果是,上述帶有燃燒器功能的送氧噴管2的利用對該方面的改善真正地發揮效力。
在熔鐵調配率低時,有產生屑的熔解殘留的情況,只要在該轉爐內直接與熔鐵一起保持,在下一脫磷處理階段前進行熔解即可。即,關於冷鐵源,若至脫磷處理結束時熔解結束,則操作上不會產生問題。
另外,脫矽處理後的熔鐵溫度可使用藉由熱電偶等的測定值,亦可使用根據熱收支的計算值。例如,作為根據熱收支的計算方法,可根據下述(1)式進行計算,但未必限定於此。其有根據個別的裝置條件或操作條件而調節係數、或比追加或削除變數而得的計算值稍高的傾向,但為誤差程度。
T={0.21Ti.Xp-42.9Xs+(4137+0.327Ti)XSi-746.6Xc-(575.5+0.025Ti)Xore+(3239-0.115Ti)XO2+28.2Xf-1638W-(1/3)Xt}/(0.21Xp+0.179Xs+0.535XSi+0.468XC+0.151Xore+0.115XO2+0.241Xf)-(1)
T:脫矽處理後熔鐵溫度(℃)
Ti:裝入熔鐵溫度(℃)
Xp:熔鐵基本單位(kg/t)(熔鐵重量與冷鐵源重量的合計每1t,以下相同)
Xs:冷鐵源基本單位(kg/t)
XSi:成為氧化物的矽基本單位(kg/t)
XC:添加物中碳基本單位(kg/t)
Xore:氧化鐵基本單位(kg/t)
XO2:氣體氧氣基本單位(Nm3/t)
Xf:助熔材料基本單位(kg/t)
W:轉爐熔鐵容量(t)
Xt:自前次加料出鐵至脫矽處理結束為止的時間(分鐘)
上述(1)式中的成為氧化物的矽(XSi),是熔鐵或冷鐵源、添加物等中所含者的合計。其中,熔鐵中的矽濃度使用自每次加料裝入前的熔鐵採集的試樣的快速分析值。但亦可利用使用高爐的出鐵成分等其他分析值進行運算等而代用的方法。另外,各種冷鐵源中的矽濃度例如可使用每批次的代表試樣的分析值,但冷生鐵多數情況下在與熔鐵為同等程度的濃度時穩定。另外,屑中的矽濃度雖然存在因產生源引起的變動,但平均而言在生鐵的1/10左右以下的濃度時穩定,因此可使用其作為代表值,亦可忽視其。
在上述添加物中存在非氧化物的矽。這是指以矽化鐵或金屬矽、碳化矽、氮化矽或其他矽化物的形態含有者,作為代表性的添加物,除了矽鐵(ferro-silicon)外,可列舉:將包含約60質量%的碳化矽的粉體成型為壓塊(briquette)者(以下,稱為碳化矽壓塊)等。
作為添加物中的非氧化物的矽的分析方法,除了JIS G 1312中所記載的矽鐵的分析方法外,可將全矽分析、酸可溶矽分析、全碳分析、全氧分析、全氮分析、熱質量分析、藉由調整了溫度歷程的燃燒法的碳分析、其他的含有元素的分析、藉由X射線繞射法的化合物的分析等進行組合而推斷。
而且,此外在添加物中存在碳。作為該碳源,除了焦炭或土狀石墨等碳材料外,可使用上述碳化矽等碳化物中的碳。另外,作為添加物中的助熔材料,可使用:生石灰或輕燒白雲石、氧化鎂燒結物(magnesia clinker)等副原料,此外,亦可使用脫磷渣、脫碳渣、澆桶渣等渣作為氧化鈣源或氧化鎂源。另外,作為廉價的副原料的例子,可利用鈣或鎂的碳氧化物或氫氧化物等,但該些由於吸熱量大,因此在大量使用時,理想為與其他助熔材料相區別而修正上述(1)式。
如此,在本發明的脫矽處理中,將該處理後的熔鐵溫度控制在恰當的範圍,並利用矽作為熱源,因此即便使用熔鐵與冷鐵源的合計單位重量為100kg/t~300kg/t的大量的冷鐵源,亦不會導致生產性的降低或精煉成本的上升,且可效率佳地進行冷鐵源的熔解與熔鐵的預處理精煉。但在冷鐵源基本單位為300kg/t以上時,存在進一步需要熱源而導致成本上升、或吹煉時間變長而生產性降低的問題。另外,由於冷鐵源的裝入設備的制約,進一步增加使用量為無效率。
雖然於下文進行詳述,但為了提高脫矽處理後渣、即脫矽渣10的排渣性,較佳為在熔鐵預處理用轉爐1內使渣適度地起泡。因此,有效的是提高藉由熔鐵中的碳與渣中的氧化鐵的反應而產生的CO氣體的產生速度。因此,為了在下一排渣步驟中獲得穩定的排渣率,較佳為供給將熔鐵中及所添加的矽源中的矽氧化所需要的化學計量以上的氧。
在脫矽處理中供給至熔鐵中的氧氣的基本單位,除了化學計量上脫矽所需要的量外,較佳為設為2Nm3/t以上、理想為4Nm3/t以上。在本發明中,進行此種送氧而將脫矽處理結束時的熔鐵中矽濃度設為0.1質量%以下、理想為0.05質量%以下。藉此,在脫矽處理後排渣時亦可維持起泡狀態而良好地保持排渣性,並且可抑制自渣向熔鐵中的回磷。根據發明者等人的研究,確認了在自上述帶有燃燒器功能的噴管2的送氧速度為1Nm3/min.t~3Nm3/min.t、底吹氣體的吹入速度為0.1Nm3/min.t~0.6Nm3/min.t的範圍中,可獲得上述效果。另外,關於脫矽處理結束的判定,為了如上所述般進行因脫碳反應進行引起的渣排出,較佳為一邊監測一邊判定根據脫矽吹煉中的排氣濃度、排氣中CO、CO2濃度、排氣流量、排氣分析值而計算的脫碳速度。
(3)中間排渣步驟(C)
在本發明中,在熔鐵的預處理時,在上述的脫矽處理後設置該脫矽渣的排渣步驟。在該排渣步驟(C)中,包含脫矽處理時所產生的大量的SiO2的低鹼度的脫矽渣自該轉爐1排出。所謂的排出脫矽渣10,在下一步驟的脫磷處理中,為了獲得恰當的渣鹼度、及為了降低石灰系助熔材料的使用量而有效。另外,於在爐內殘留大量的前次加料的脫磷渣17的狀態下藉由下次加料進行新的熔鐵的脫矽處理的熔鐵的預處理方法時,由於以防止自渣向熔鐵中回磷的方式進行脫矽處理,因此,脫矽渣中的磷酸濃度比先前高。因此,若在轉爐1內殘留大量該脫矽渣時,由於下一脫磷處理步 驟中的爐內渣中的磷酸量變得過大而脫磷效果降低,因此就防止該情況而言,該步驟(C)的作用亦重要。另外,脫矽吹煉結束後的中間排渣可使轉爐傾斜,自爐口排出,亦可自熔鐵的出鐵孔4進行。
本發明的轉爐煉鋼法中,特別是藉由第1轉爐1的熔鐵預處理方法中,由於反覆連續實施該些步驟(A)~步驟(C)的處理,若脫矽渣的排出不充分,則會發生磷酸在爐內的蓄積,因此需要注意。其原因是,若在脫磷處理階段爐內渣中的磷酸量變得過多,則存在脫磷反應效率因渣中的磷酸濃度的上升而降低,而處理後的熔鐵中磷濃度上升、或為了脫磷反應而需要的石灰系助熔材料的使用量增大的問題。
因此,在本發明中,為了解決該問題點,而使用上述帶有燃燒器功能的噴管2。將本發明的脫矽處理的較佳的條件的一例表示於表1,並且將其效果表示於圖4。根據表1及圖4可知,藉由使用帶有燃燒器功能的噴管2,而可實現對熔鐵、渣的有效的熱供給,並可實現因促進屑熔解、石灰、氧化鐵源的熔融、促進渣熔融引起的中間排渣率高位穩定化、中間排渣中的鐵粒降低。
即,在相同的脫矽吹煉條件下,代替根據先前方法而裝入精煉劑的方法,如本發明般,若使用帶有燃燒器功能的噴管2添加作為該些脫矽用精煉劑的粉體,則可在所添加的精煉用助焊劑等吹入粉體到達浴面之前進行加熱,因此渣的熔融更有效率。即,如圖4所示般,著眼於中間排渣時,藉由帶有燃燒器功能的 噴管2進行10MJ/t以上的熱供給時,脫矽渣排渣率會飛躍性地提高。另外,對渣中所懸浮的鐵粒比率進行觀察,結果,在藉由通常的燃燒器或上吹噴管的情況下為10質量%,但在使用藉由燃燒器的燃燒的熱量為10MJ/t以上的帶有燃燒器功能的噴管2時,降低至6質量%為止。
另外,若將脫矽處理時所生成的脫矽渣的幾乎全部進行排渣,則在下一步驟的脫磷處理中新添加的石灰系助熔劑的渣化慢,而成為脫磷反應的阻礙因素。對於該問題,可添加螢石促進渣化,但若如此,則如上所述般,產生的渣的用途受到制約而難 以進行渣的處理。另外,亦有添加鐵礦石等氧化鐵而促進渣化的方法,但若為該方法,則因氧化鐵的分解吸熱反應引起的熱損失大,且可用於冷鐵源的熔解的熱量減少,因此並非上策。
因此,關於該中間排渣步驟中的排渣率,以如下方式應對。即,脫矽渣的排渣率(質量%)=(排出渣質量)×100/(脫矽處理結束時的爐內全部渣質量)較佳為設為至少40%以上、理想為60%以上。其原因是,在上述排渣率小於40質量%時,如上所述般,下一步驟的脫磷處理中的石灰系助熔材料的使用量會增大。另外,若殘留渣量增大,則有無法抑制渣起泡,在脫磷處理時產生自爐口的渣噴出,而導致因渣噴出引起的操作障礙的擔憂。
在本發明中,脫矽處理結束時的渣的鹼度設為0.5~1.5的範圍內,且脫矽處理步驟結束時的熔鐵溫度設為1260℃以上、1350℃以下,使氧氣基本單位適性化而促進渣起泡(slag foaming)。藉此,可確保良好的渣的流動性與持氣量(gas holdup),並可僅藉由在脫矽處理結束後將爐體傾斜而自爐口流出渣而進行良好的排渣。關於該方面,在以不使熔鐵流出的方式調節爐體的傾斜角度而使渣流出時,某種程度的渣量不得不殘留於爐內,但所起泡的渣與真比重相比,體積比重降低,因此可將殘留於爐內的渣量控制在低的水準。
(4)脫磷處理步驟(D)
在上述排渣步驟(C)後,對殘留於同一轉爐1內的熔鐵供給包含作為脫磷用精煉劑的石灰系助熔劑的粉體及氧源,而對熔鐵 進行脫磷處理。就降低熱損失的方面而言,在該脫磷處理步驟中所使用的氧源較佳為僅使用來自上述帶有燃燒器功能的上吹噴管2的氧氣5。熔鐵中的磷藉由所供給的氧源中的氧氣而被氧化成為磷氧化物(P2O5),該磷氧化物會穩定地摻入藉由石灰系助熔劑的渣化而生成的渣中,而進行熔鐵的脫磷。為了效率佳地進行脫磷反應,較佳為以脫磷處理後的渣(本次加料的脫磷渣17)的鹼度為1.2以上、3.0以下的方式,使用上述帶有燃燒器功能的噴管2或滑槽(shoot)吹送或投入上述石灰系助熔材料,且以藉由送氧而脫磷處理結束後的熔鐵溫度為1280℃以上、1360℃以下的方式,進行脫磷處理。
其理由存在以下情況:在該脫磷處理時所生成的本次加料的脫磷渣17的渣鹼度小於1.2或熔鐵溫度超過1360℃時,渣的脫磷能力降低,而無法充分降低處理後的熔鐵中磷濃度。另一方面,若該渣鹼度超過3.0,則難以實現石灰系助熔劑的渣化,石灰系助熔劑的成本上升,在熔鐵溫度小於1280℃時,依然難以實現石灰系助熔劑的渣化,並且後續步驟的脫碳精煉時的熱量不足。並且,為了充分地確保其後所進行的藉由另外的轉爐的脫碳精煉時的熱量,理想為以將脫磷處理結束後的熔鐵溫度設為1280℃以上、1360℃以下,並且脫磷處理結束時的熔鐵中碳濃度為2.5質量%以上的方式,調節脫矽處理及脫磷處理中的氧氣使用量及/或碳添加量。
在該脫磷步驟(D)中,應用帶有燃燒器功能的噴管2的效果如圖5所示。即,在該帶有燃燒器功能的噴管2中,在石灰或氧化鐵等脫磷劑粉體成為燃燒器燃燒熱的傳熱介質的同時,將脫磷劑自身加熱,而促進脫磷劑成分的物質移動,從而脫磷效率變高。這如圖5所示般可藉由以下方式而理解,在通過該帶有燃燒器功能的噴管2進行熱供給燃燒器燃燒熱量為10MJ/t的熱量時,相對於同一石灰基本單位,處理後[P]為低位穩定化。
(5)出鐵步驟(E)
在該步驟(E)中,在經過上述脫磷步驟(D)而熔鐵中的磷濃度降低至特定值時,使該轉爐1朝設置有出鐵口之側傾轉,而將轉爐型精煉爐內的熔鐵出鐵至熔鐵保持容器(未圖示)。
(6)脫碳精煉
經過包括上述步驟(A)~步驟(E)的藉由第1轉爐1的熔鐵預處理,而出鐵的脫磷熔鐵,繼而使用作為第2轉爐的脫碳精煉用轉爐、即頂底吹轉爐進行脫碳精煉而將特定熔鋼純化。在該步驟中,由於使用經脫磷的熔鐵進行脫碳處理,並且無須降低終點碳濃度,藉由終點渣中的FeO生成促進而謀求脫磷的提高,因此例如對於Mn礦石還原有利。然而,需要補償用於Mn礦石還原的還原熱、提高Mn礦石還原效率。該方面若在表3所示的條件下使用上述帶有燃燒器功能的噴管2,則如圖6所示般有效。即,如圖6所示,在脫碳精煉用轉爐中,進行Mn礦石還原時,主要使用該帶有燃燒器功能的噴管2或滑槽以來自燃燒器的熱供給量為10MJ/t以上的方式對Mn礦石吹送或投入熱,藉此可實現Mn礦石還原時的熱補償,同時還原效率亦提高,並且有助於Mn產率的提高。
如以上所說明般,如適合於本發明般,在使用轉爐進行熔鐵的預處理及脫碳精煉的轉爐煉鋼法中,由於成為如下的連續性的處理,即在熔鐵的脫磷處理結束後出鐵,然後在不排出脫磷處理後渣的至少一部分的狀態下殘留於爐內,並於其中裝入新的熔鐵進行脫矽處理,因此結果自轉爐型精煉爐(預處理爐)排出的渣多數成為脫矽渣。如此,脫矽渣的鹼度相對較低,且原料金屬的混入亦少,因此不會產生因鹼溶出或水合反應引起的膨脹的問題。特別是在未完全排出脫磷渣的方法中,為了完全不產生此種問題,而可將渣的處理進行簡單化,而且亦可應用於高附加價值的用途。為了謀求具有此種特徵的製程的效率化、穩定化,而 在本發明中,使用帶有燃燒器功能的上吹噴管,而可實現脫矽後的排渣率的提高、渣中的鐵粒的降低。
[實施例1]
使用如圖1所示的容量為300噸的轉爐1,首先,實施熔鐵的預處理。在該處理時,使用圖3所示的帶有燃燒器功能的噴管2,向浴面(熔鐵)吹送精煉用氧氣,並自設置於爐體底部的8個底吹送風口在熔鐵中吹入攪拌用氮氣。但,在不使用燃燒器噴管時,使用圖3中無燃料氣體通路19及助燃性氣體通路的4管噴管。另外,熔鐵的預處理用轉爐的脫矽吹煉、脫磷吹煉、脫碳用轉爐的脫碳精煉的各條件表示於表1~表3,熔鐵成分等表示於表4-1~表4-3。並且,關於實施的結果,將脫Si吹煉的結果表示於表4-1,將脫P吹煉的結果表示於表4-2,將脫C吹煉的結果表示於表4~表3。該些實施例是如下的例子:在使藉由作為前步驟的熔鐵脫磷處理而生成的脫磷處理後渣的一部分或全部殘留於爐內的狀態下,在該轉爐內首先裝入冷鐵源,繼而在該爐內裝入熔鐵,然後,自上述帶有燃燒器功能的噴管2上吹精煉用氧氣開始脫矽吹煉,繼而進行中間排渣後,藉由相同的轉爐進行脫磷吹煉,然後,藉由另外的轉爐進行脫碳吹煉。另外,關於在上述脫矽處理中所生成的渣的鹼度補償,根據需要自投入滑槽添加塊狀石灰,或自帶有燃燒器功能的噴管2的粉體吹入通路18在燃燒器燃燒下添加粉狀石灰。另外,熔鐵預處理階段的脫矽吹煉(處理)的結束是藉由排氣溫度、排氣中CO濃度的變化而判定。表中的中間排 渣率是藉由渣鍋的秤重進行評價。
根據作為比較例1及發明例1~發明例9而表示的表4-1~表4-3可明白:在脫矽吹煉時及脫磷吹煉時這兩種處理中均不使用帶有燃燒器功能的噴管的例子(比較例1)中,中間排渣率差,並且脫P後的P濃度亦高。另外,在脫矽吹煉時使用帶有燃燒器功能的噴管,另一方面,在脫磷吹煉時不使用該帶有燃燒器功能的噴管的例子(發明例1~發明例3)中,脫P後的P濃度稍高,但相對於在脫矽吹煉時無帶有燃燒器功能的噴管的比較例1,中間排渣率提高。並且,雖然在脫矽吹煉時自帶有燃燒器功能的噴管添加充分的熱量,但在脫磷吹煉時不使用該帶有燃燒器功能的噴管的例子(發明例2、發明例3)中,中間排渣率得到進一步改善。因此可知,至少在脫矽吹煉的階段,較佳為使用帶有燃燒器功能的噴管。
且,若在脫矽吹煉時及脫磷吹煉時使用上述帶有燃燒器功能的噴管、且將其投入熱量調整為10MJ/t以上,則中間排渣率、磷濃度均可獲得理想的結果(發明例4~發明例9)。並且亦可知,在相同條件下在脫碳吹煉時使用該帶有燃燒器功能的噴管時,Mn產率提高(發明例8、發明例9)。特別是可知,若在脫矽、脫磷、脫碳的各步驟中全部使用該帶有燃燒器功能的噴管,則可獲得在中間排渣率、CaO基本單位、Mn產率的任一方面均理想的結果。
[實施例2]
該實施例是表示調查脫矽吹煉時的脫磷渣殘留率的影響的結果的實施例。另外,在該實施例中,所使用的轉爐或燃燒器等設為與實施例1相同者,吹煉的條件亦設為基本上在與實施例1相同的條件下實施,但僅脫磷渣殘留率發生變更的操作條件。並且,將其結果表示於表5-1~表5-3。
根據表5-1所示的結果明確可知,根據發明例10~發明例15,若與比較例2相比,則在藉由殘留脫磷渣的一部分(50%~100%)的下次加料的脫矽吹煉中,實現中間排渣率的提高或CaO添加量的減少。另外,根據表5-2所示的結果亦明確可知,發明例10~發明例15與比較例2並無顯著性差異。而且,如表5-3所示般可明白,在脫矽吹煉、脫磷吹煉及脫碳精煉的一系列處理中,總計Fe產率、總計CaO基本單位提高。
[產業上之可利用性]
本發明雖然是有關於轉爐的煉鋼方法的技術,但作為所謂的熔鐵的預處理技術,當然亦有效。
1‧‧‧轉爐
2‧‧‧噴管
3‧‧‧底吹送風口
4‧‧‧出鐵口
5‧‧‧精煉用氧氣
6‧‧‧助燃性氣體
7‧‧‧燃料氣體
8‧‧‧料斗
9‧‧‧熔鐵
10‧‧‧脫矽渣
15‧‧‧矽源
16‧‧‧石灰系助熔材料

Claims (6)

  1. 一種轉爐煉鋼法,其藉由第1轉爐在熔鐵的脫碳精煉的同時進行脫矽處理及脫磷處理,繼而藉由第2轉爐進行脫碳精煉而製成熔鋼,上述轉爐煉鋼法的特徵在於:首先,在上述第1轉爐內裝入熔鐵後,自噴管吹送精煉用氧氣及包含石灰系助熔材料的粉體,從而進行熔鐵的脫矽處理;繼而,進行將上述脫矽處理後渣的一部分排渣,並使其餘渣與熔鐵一起殘留於上述容器內的中間排渣的處理;繼而,藉由對殘留於上述轉爐內的脫矽後的熔鐵的浴面,自上述噴管吹送上述精煉用氧氣及上述包含石灰系助熔材料的粉體,而進行熔鐵的脫磷處理;繼而,將脫磷後的熔鐵進行出鐵,並使脫磷處理後渣的至少一部分殘留於轉爐內;然後,在將所出鐵的脫磷處理後的熔鐵轉移至上述第2轉爐進行脫碳精煉而獲得熔鋼時,使用可吹送上述精煉用氧氣、上述包含石灰系助熔材料的粉體、燃料氣體及助燃性氣體的帶有燃燒器功能的噴管,進行上述脫矽處理及上述脫磷處理的任一種或兩種處理,同時藉由將在上述脫矽處理時與上述脫磷處理時的自上述帶有燃燒器功能的噴管的熱供給量設為10MJ/t以上,而將上述脫矽處理步驟結束時的熔鐵溫度設為1260℃以上、1350℃以下,且將上述脫磷處理結束後的熔鐵溫度設為1280℃以上、1360℃以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉爐煉鋼法,其中在上述第1轉爐內殘留在前次脫磷處理時所生成的量的30質量%以上的脫磷處理後渣,繼而在上述第1轉爐內至少裝入未處理的熔鐵,並自上吹噴管或帶有燃燒器功能的噴管吹送上述精煉用氧氣及上述包含石灰系助熔材料的粉體、或者進而吹送上述燃料氣體及上述助燃性氣體,從而進行熔鐵的脫矽處理;繼而,進行將上述脫矽處理後的渣的40質量%以上排出爐外的中間排渣;然後,藉由上述第1轉爐使用上述上吹噴管或帶有燃燒器功能的噴管吹送上述精煉用氧氣及上述包含石灰系助熔材料的粉體、或者進而吹送上述燃料氣體及上述助燃性氣體,從而進行熔鐵的脫磷處理。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之轉爐煉鋼法,其中在上述脫碳精煉時使用上述帶有燃燒器功能的噴管。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之轉爐煉鋼法,其中在上述脫矽處理、上述脫磷處理、上述脫碳精煉的任一種或2種以上的處理中所用的上述帶有燃燒器功能的噴管,是具有精煉用氧氣通路及粉體供給通路、燃料氣體通路、助燃性氣體通路的多管噴管。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之轉爐煉鋼法,其中上述粉體除了上述助熔材料或副原料外,與包含如氬氣或氮氣般的惰性氣體的搬送氣體一起吹入氧化鐵材料或錳氧化物的任一種 以上。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之轉爐煉鋼法,其中上述脫磷處理後渣是在轉爐內殘留的上述脫磷處理時所生成的量的60質量%以上。
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