TWI585208B - Operation method of the top and bottom blowing - Google Patents

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TWI585208B
TWI585208B TW105110092A TW105110092A TWI585208B TW I585208 B TWI585208 B TW I585208B TW 105110092 A TW105110092 A TW 105110092A TW 105110092 A TW105110092 A TW 105110092A TW I585208 B TWI585208 B TW I585208B
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Toshinori Tawa
Yuichi Uchida
Yuji Miki
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Description

頂底同吹轉爐的操作方法
本發明係關於一種欲抑制爐壁耐火物的損耗和粉塵(dust)的發生時有效之頂底同吹轉爐的操作方法。
正當進行頂底同吹轉爐的操作、尤其是脫碳精煉時，為了謀求生產性的提高，而進行使平均單位時間的氧氣供給量增加之操作。但是，使氧氣的供給量增加，係指鐵容易以粉塵方式飛散之意，且有附著於周邊的機器或是爐側壁或爐口附近的現象。該粉塵，已為人所知的可大致區分為：藉由在爐內產生的氣泡伴同粒鐵從熔鐵浴面脫離所發生的粉塵(所謂「氣泡破裂(bubble burst)」)、以及藉由鐵原子蒸發所發生的粉塵(所謂燻煙(fume))，且其發生比例將隨著脫碳精煉進行而產生變化。
另外，在前述脫碳精煉中，熔融生鐵，因其中的碳會隨著脫碳反應進行而逐漸地減少，故而最終會變成熔融鋼，但是由於無法明確地區別熔融生鐵的階段和熔融鋼的階段，所以以下將熔融生鐵和熔融鋼統稱為「熔 鐵」。
飛散後的粉塵(鐵)，係無論是因任何原因所發生的都能回收，且能再次作為鐵源而再利用。但是，來自粉塵的鐵之回收，會有作業費用增多、或招來頂底同吹轉爐的運轉率降低的問題。為此，以往，在頂底同吹轉爐的脫碳精煉時之操作中，已有檢討抑制粉塵的發生。
例如，在專利文獻1中，已有揭示著眼於超過2000℃的高溫反應區域(所謂「火點」)之技術，該高溫反應區域係藉由從頂吹噴槍(lance)之各噴槍噴嘴所噴射的氧氣射流(oxygen jet)撞擊到熔鐵浴面所形成。亦即，以將互為相鄰之火點彼此相疊合的狀態稱為重疊率(overlap rate)的指標值所定義，且以該值成為20%以下的方式調整來自頂吹噴槍的氧氣射流之噴射角度，藉此抑制粉塵發生的方法。
又，在專利文獻2中，已有揭示以下的技術：使用包含中心孔並具有7孔的頂吹多孔噴槍，並將重疊率設為30%以下，並且將火點之總面積在由火點之最外圍所包圍之面積中所佔的比例以成為75%以下的方式調整來自頂吹噴槍的氧氣射流之噴射角度，藉此抑制粉塵。
此等的技術，係藉由抑制從頂吹噴槍所噴射的氧氣射流之相互干涉，來抑制因氣泡破裂所引起的粉塵之發生。然而，不可謂是一種有效抑制因燻煙所引起的粉塵之技術。
另一方面，在脫碳精煉中，已知有被收容於 頂底同吹轉爐內的熔鐵，會因從頂吹噴槍所噴射的氧氣射流或從底吹風口所供給的攪拌用氣體(例如惰性氣體、氧化性氣體等)而搖動。該熔鐵的搖動，將助長粉塵(尤其是因氣泡破裂所引起的粉塵)的飛散。從而，抑制熔鐵的搖動或爐體的振動，以便抑制粉塵的發生，可謂是至為重要。又，爐體的振動之抑制，也有防止設備故障的功效。
在專利文獻3中，已有揭示以下的技術：以藉由從頂吹噴槍所噴射的氧氣射流所形成的火點、和從底吹風口所供給的攪拌用氣體浮起的區域不重複的方式，將氧氣射流的噴射角度調整在20°至30°的範圍，藉此抑制爐體的振動。但是，當使氧氣射流的噴射角度過剩地增加時，頂底同吹轉爐的耐火物就容易損耗。
另外，熔鐵或熔融熔渣(molten slag)的飛散(所謂浮溢(slopping))，係與因氣泡破裂或燻煙所引起的粉塵同樣，會附著於爐壁或爐口附近，當其堆積時，由於會給頂底同吹轉爐的操作帶來妨礙，所以必須防止。
在專利文獻4中，已有揭示以下的技術：在由複數個火點所形成的圓之內側配置底吹風口，藉此抑制噴渣(spitting)。但是由於高溫的火點是配置於爐壁附近，所以頂底同吹轉爐的爐壁耐火物變得容易損耗。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開昭60-165313號公報
專利文獻2：日本特開2002-285224號公報
專利文獻3：日本特開昭58-16013號公報
專利文獻4：日本特開2013-142189號公報
本發明之目的係在於消除先前技術所存在的前述問題點，而提出一種頂底同吹轉爐的操作方法，其在頂底同吹轉爐中進行脫碳精煉期之操作時，可以抑制爐體的振動及粉塵的發生，而且可以抑制爐壁耐火物的損耗。
發明人等係為了更進一步改善專利文獻1至4所揭示的技術，而著眼於來自具有複數個噴槍噴嘴(氧氣射流噴射用噴嘴)的頂吹噴槍(以下，以「頂吹多孔噴槍」之例加以敘述)之氧氣射流彼此的相互干涉、以及藉由來自頂吹多孔噴槍之氧氣射流所形成的火點、與從底吹風口所供給的攪拌用氣體浮起區域之相互干涉，並進行了重複檢討。結果，發現為了要抑制頂底同吹轉爐的爐壁耐火物之損耗，且抑制粉塵的發生，以進行以下的作業是有效的：
(a)使對被收容於頂底同吹轉爐內的熔鐵表面，噴射來自頂吹多孔噴槍之尤其是氧氣射流的噴槍噴嘴(例如，拉瓦噴嘴(Laval nozzle)、直管噴嘴(straight nozzle)等)、或噴射角度等的個數適當化；以及(b)藉由來自頂吹多孔噴槍之氧氣射流所形成的火點、與從底吹風口所供給的攪拌用氣體浮起區域較佳是以互不干涉的方式所配置等。
亦即，本發明係一種頂底同吹轉爐的操作方法，其特徵為：使用具有複數個氧氣噴射用噴槍噴嘴的頂吹多孔噴槍，將來自該噴槍噴嘴的氧氣射流以傾斜於該頂吹多孔噴槍之中心軸的噴嘴傾角θ(°)進行噴射，並且在爐底配設n個底吹風口，並在進行從該底吹風口吹入攪拌用氣體的頂底同吹轉爐之操作時，針對從上述頂吹多孔噴槍所噴射的頂吹氧氣射流撞擊到熔鐵浴面所形成的火點、與從底吹風口吹入熔鐵中並浮起而形成於熔鐵浴面的攪拌用氣體浮起區域之位置關係，在與前述頂底同吹轉爐內之熔鐵浴面中的前述頂吹多孔噴槍之中心軸呈垂直的平面內，將該頂吹多孔噴槍之中心軸與該平面交叉的點設為噴槍中心點LC，將從前述噴槍噴嘴所噴射的氧氣噴流之噴射方向與前述平面交叉的點設為噴流噴射點GJ，然後，將該底吹風口之中心軸與前述平面交叉的點設為風口中心點MC時，以下述數式(1)所示的干涉度(IR)，為0.7以下，
其中， IR：干涉度、n：2以上的整數、：連結前述噴槍中心點LC與噴流噴射點GJ的線、和連結前述噴槍中心點LC與前述風口中心點MC的線所成的角度(°)、rt：前述噴槍中心點LC與噴流噴射點GJ的距離(m)、rb：前述底吹風口之各自的前述風口中心點MC與前述噴槍中心點LC的距離(m)，另外，、rbi係分別為在第i個(i：1~n)前述底吹風口時所求出的角度(°)、距離(m)。
又，在本發明的前述操作方法中，更佳之實施形態如下：
(1)前述干涉度(IR)，係在顯示前述噴槍噴嘴與前述底吹風口之位置關係的前述角度為最小時，滿足(IR)≦0.70；
(2)前述干涉度(IR)為0.46以下；
(3)前述噴槍噴嘴，為拉瓦噴嘴或直管噴嘴。
(4)前述頂吹多孔噴槍，係具有二至五個噴槍噴嘴。
(5)前述頂底同吹轉爐，係將前述頂吹多孔噴槍和前述底吹風口的組合，以滿足前述干涉度(IR)的方式進行配置並操作。
依據本發明，正當使用頂底同吹轉爐進行脫碳精煉時，除了可以抑制粉塵的發生並謀求鐵產量(yield)的提高以外，還可以抑制爐體的振動並有效地防止爐壁耐火物的損耗。
1‧‧‧頂吹多孔噴槍
2‧‧‧噴槍噴嘴
3‧‧‧氧氣射流
4‧‧‧火點
5‧‧‧底吹風口
6‧‧‧攪拌用氣體浮起區域
GJ‧‧‧射流噴射點
h‧‧‧噴槍高度
LC‧‧‧噴槍中心點
MCi‧‧‧第i個風口中心點
rbi‧‧‧第i個底吹風口5的距離
rt‧‧‧噴槍中心點LC與射流噴射點GJ的距離
θ‧‧‧噴嘴傾角
‧‧‧第i個底吹風口5的角度
第1圖係顯示應用本發明的頂吹多孔噴槍與頂底同吹轉爐之關係的示意立體圖。
第2圖係顯示干涉度與平均粉塵發生速度之關係的圖形。
第3圖係顯示干涉度與耐火物損耗指數之關係的圖形。
第1圖係顯示應用本發明的頂吹多孔噴槍與頂底同吹轉爐之關係的示意立體圖。頂吹多孔噴槍1，係具有複數個氧氣噴射用噴槍噴嘴2，而從各個噴槍噴嘴2可以噴射氧氣射流3。第1圖中的z軸，為頂吹多孔噴槍1之中心軸，熔鐵浴面係與該軸正交(z=0)。從而，頂吹多孔噴槍1下端與熔鐵浴面的距離h成為噴槍高度。然後，與頂吹多孔噴槍1之中心軸垂直的平面(以下，稱為「xy平面」)，為由x軸和y軸所規定的熔鐵浴面。頂 吹多孔噴槍1之中心軸與xy平面交叉的點，雖然是相當於座標軸的原點，但是以下，是將該點稱為噴槍中心點LC。
另外，雖然在第1圖中係顯示設置有二個噴槍噴嘴2之例，但是有關該噴槍噴嘴2的個數，並非是限定的，較佳是設為二個至五個左右。
從頂吹多孔噴槍1所噴射的氧氣射流3，係朝向傾斜於頂吹多孔噴槍1之中心軸的角度(以下，稱為「噴嘴傾角θ(°)」)之方向噴射。該氧氣射流3與xy平面交叉的點係相當於火點(即藉由氧氣射流撞擊到熔鐵浴面所形成之如超過2000℃的高溫反應區域)4的中心點。以下，將該點稱為射流噴射點GJ。設置於頂吹多孔噴槍1的複數個噴槍噴嘴2無論是哪一個，全部都具有相同方向的噴嘴傾角θ。從而，頂吹氧氣射流3也以相同的角度噴射。
另一方面，頂底同吹轉爐(未圖示)，係配設有複數個(即i=1至n個)底吹風口5。但是，第1圖係僅例示一個，以下將此作為第i個底吹風口5來加以說明。又，從底吹風口5供給的攪拌用氣體，係變成氣泡並在熔鐵中浮起，且出現該氣泡所密集的區域6(以下，稱為「攪拌用氣體浮起區域」)。
例如，在將底吹風口5的中心軸與xy平面交叉的點作為風口中心點MC時，在第1圖中係將第i個風口中心點MC顯示為MCi。
然後，在假設連結噴槍中心點LC與射流噴射點GJ的線、和連結噴槍中心點LC與風口中心點MC的線所成的角度(°)時，在第1圖中，與第i個底吹風口5的角度，就成為(°)。
更且，將噴槍中心點LC與射流噴射點GJ的距離(m)設為rt。另外，該距離rt，由於複數個噴槍噴嘴2的噴嘴傾角θ全部相同，所以每一噴槍噴嘴2所規定的距離rt也是相同的。
另一方面，噴槍中心點LC與風口中心點MC的距離(m)係設為rb。但是，因第1圖中係顯示有關第i個底吹風口5的距離rb，故而表記為rbi。
以下，參照第1圖，就本發明之頂底同吹轉爐的操作方法之一例加以說明。
發明人等係使用可以從頂吹多孔噴槍1噴射氧氣射流3，同時可以從底吹風口5供給攪拌用氣體之實驗用的頂底同吹轉爐(容量：5ton)，來進行熔鐵的脫碳精煉之實驗，且調查了頂吹多孔噴槍1和底吹風口5的配置、尤其是兩者的干涉度(IR)對粉塵的發生量或耐火物的損耗量所帶來的影響。
頂吹多孔噴槍1，係使用三層管結構的水冷方式噴槍，在其前端係於同一圓周上以等間隔配設複數個可以朝向以噴嘴傾角θ傾斜於頂吹多孔噴槍1之中心軸的方向噴射氧氣射流3的噴槍噴嘴2。另外，噴槍噴嘴2的形狀、尺寸係如同表1所示般。然後，在此實驗中，係使用 氧氣(流量：m3/分(Normal)作為氧氣射流3，且使用氬氣作為攪拌用氣體。又，噴槍高度h係設為400mm，氧氣射流3的噴射，係在熔鐵中之碳濃度為4.0mass%的時間點開始，且在減少至0.05mass%的時間點停止。
顯示該實驗中的頂吹多孔噴槍1與底吹風口5之關係的組合，係如同表2、表3、表4、表5所示般。表2、表3中所示的干涉度(IR)，係指以下述數式(1)所算出的值，即指從頂吹多孔噴槍1所噴射的頂吹氧氣射流3撞擊到熔鐵浴面而形成的火點4、與從底吹風口5吹入熔鐵中並浮起而形成熔鐵浴面的攪拌用氣體浮起區域6之位置關係。
其中，IR：干涉度、n：2以上的整數、：連結前述噴槍中心點LC與噴流噴射點GJ的線、和連結前述噴槍中心點LC與前述風口中心點MC的線所成的角度(°)、rt：前述噴槍中心點LC與前述噴流噴射點GJ的距離(m)、rb：前述底吹風口之各自的前述風口中心點MC與前述噴槍中心點LC的距離(m)，另外，、rbi係分別為在第i個(i：1~n)前述底吹風口時所求出的角度(°)、距離(m)。
如此地一邊進行脫碳精煉的實驗，且一邊測量排氣中的粉塵濃度，且使用下述數式(2)算出粉塵發生速度(kg/[分‧熔鐵ton])。另外，數式(2)中的粉塵發生速度、排氣中的粉塵濃度、排氣流量，係使用實驗之每一水準的平均值。將該平均粉塵發生速度與前述干涉度(IR)的關係顯示於第2圖中。
平均粉塵發生速度(kg/[分‧熔鐵ton])=[排氣中的粉塵濃度(kg/m3(Normal))×[排氣流量(m3(Normal)/[分‧熔鐵ton])]...(2)
如根據第2圖所明白般，隨著干涉度(IR) 之降低、即火點4與攪拌用氣體浮起區域6之干涉(關係程度)變少，粉塵的發生速度就會減少，當該干涉度(IR)低於0.70時，就會低於此實驗中的該干涉度(IR)之最大值0.95的平均粉塵發生速度。又，在該干涉度(IR)為0.46以下的區域中，平均粉塵發生速度，是大幅地減少至實驗之干涉度範圍的平均粉塵發生速度之最大值的1/2以下。
另外，在上述干涉度(IR)為1.0時，係指火點4與攪拌用氣體浮起區域6已完全重疊的狀態之意。
在實驗結束之後，針對實驗之每一水準測量熔渣中的MgO濃度(mass%)，且使用下述數式(3)算出耐火物損耗指數。另外，如根據數式(3)所明白般，水準18的耐火物損耗指數係成為1.0。將該耐火物損耗指數與干涉度(IR)之關係顯示於第3圖。
耐火物損耗指數=實驗結束後之熔渣中的MgO濃度(mass%)/水準18的實驗結束後之熔渣中的MgO濃度(mass%)...(3)
如根據第3圖所明白般，干涉度(IR)帶給耐火物損耗指數的影響較小，與其說是噴嘴傾角θ所帶來的影響較大。亦即，在使用噴嘴傾角θ為23°之頂吹多孔噴槍1的脫碳精煉中，其耐火物損耗指數係比使用噴嘴傾角θ為14°之頂吹多孔噴槍1的脫碳精煉更增加，亦即，耐火物之損耗更容易進行。
根據此等的實驗結果，在本發明中，係將干 涉度(IR)限定在0.70以下，較佳是限定在0.46以下。
亦即，也能明白為了將前面所述的數式(1)所算出的干涉度(IR)設在較小的值，而進行以下作業是有效的：配置於使底吹風口5遠離頂吹多孔噴槍1的位置(即分別將距離rbi設為較大)、或是配置於使火點4和攪拌用氣體浮起區域6遠離的位置(即分別將角度設為較大)。
又，由於當前述噴嘴傾角θ過大時，火點4的區域就會靠近頂底同吹轉爐的內壁，且發生助長耐火物之損耗的問題，所以噴嘴傾角θ較佳是設為未滿23°。
設置於頂吹多孔噴槍1的噴槍噴嘴2之個數較佳為五個(所謂5孔)以下。其理由係在於可以藉由減少噴槍噴嘴2之個數，來減小火點4的大小。結果，底吹風口5的配置，係可以提高自由度，甚至可以輕易地擴大前述角度。在實驗中所用的頂吹多孔噴槍1與底吹風口排列之組合中，可以將干涉度(IR)形成為最小的頂吹多孔噴槍1，係僅為噴嘴個數：4和5(參照表2、3、4、5)，而在噴嘴個數：6孔的頂吹多孔噴槍1中並無法獲得如滿足干涉度(IR)≦0.46的配置，根據此也可明白較佳是使用噴嘴個數：5以下的頂吹多孔噴槍1。
〔實施例〕
使用實際的頂底同吹轉爐(容量350ton)，進行了：進行熔鐵之脫碳精煉的頂底同吹轉爐之操作實 驗。所使用之頂吹多孔噴嘴的噴槍噴嘴之配置、頂底同吹轉爐的底吹風口之配置係如同表6所示般。噴槍噴嘴，都是使用拉瓦噴槍，在水準A、B中所使用的噴槍噴嘴之噴口(throat)直徑為82.8mm，出口直徑為87.1mm。在水準C、D中所使用的噴槍噴嘴之噴口直徑為74.0mm，出口直徑為77.8mm。在水準E、F中所使用的噴槍噴嘴之噴口直徑為67.6mm，出口直徑為71.1mm。此等的噴槍噴嘴，都將適當膨脹壓力設計為0.33MPa。
正當進行該操作實驗時，首先，將鐵廢料(scrap)裝入頂體同吹轉爐內，接著，將事先施予脫磷處 理後的熔鐵(溫度1260℃至1280℃)裝入頂底同吹轉爐，之後，一邊從頂吹多孔噴槍將氧氣射流噴射於熔鐵浴面，且一邊從底吹風口供給攪拌用氣體，進而投入爐內熔渣之鹼度成為2.5之量的生石灰作為造渣材料，且進行了脫碳精煉直至熔鐵中的碳濃度降低至0.05mass%為止。熔鐵的成分係如同表7所示般。另外，鹼度，係指以下述數式(4)所算出的值。
鹼度=[mass%CaO]/[mass%SiO2]...(4)
[mass%CaO]：爐內熔渣中的CaO濃度
[mass%SiO2]：爐內熔渣中的SiO2濃度
氧氣射流係使用氧氣，攪拌用氣體係使用氬氣。氧氣射流與攪拌用氣體之流量、以及噴槍高度係如同表8所示般。
如此地進行脫碳精煉，且調查了精煉所需的時間(分)、停止吹送時之熔渣中的T.Fe(mass%)、粉塵發生速度、耐火物損耗指數。將結果顯示於表9。根據所使用的頂吹多孔噴槍與底吹風口之配置所算出的干涉度(IR)係如同表9所示般。此等的值，係指針對每一水準各進行了三次裝料(charge)之脫碳精煉的平均值。又，粉塵發生速度係顯示作為將水準F之粉塵發生速度設為1的相對值，耐火物損耗指數係顯示作為將水準F之耐火物損耗指數設為1的相對值。
如根據表9所示的結果所明白般，發明例(水準A、B)，比起比較例(水準C、D、E、F)，雖然精煉時間或停止吹送時之熔渣中的T.Fe為同等，但是可以大幅地降低粉塵發生速度。尤其是，水準A，也可以抑制耐火物的損耗。
1‧‧‧頂吹多孔噴槍
2‧‧‧噴槍噴嘴
3‧‧‧氧氣射流
4‧‧‧火點
5‧‧‧底吹風口
6‧‧‧攪拌用氣體浮起區域
GJ‧‧‧射流噴射點
h‧‧‧噴槍高度
LC‧‧‧噴槍中心點
MCi‧‧‧第i個風口中心點
rbi‧‧‧第i個底吹風口5的距離
rt‧‧‧噴槍中心點LC與射流噴射點GJ的距離
θ‧‧‧噴嘴傾角
‧‧‧第i個底吹風口5的角度

Claims (5)

  1. 一種頂底同吹轉爐的操作方法，其特徵為：使用具有複數個氧氣噴射用噴槍噴嘴的頂吹多孔噴槍，將來自該噴槍噴嘴的氧氣射流以傾斜於該頂吹多孔噴槍之中心軸的噴嘴傾角θ(°)進行噴射，並且在爐底配設n個底吹風口，並在進行從該底吹風口吹入攪拌用氣體的頂底同吹轉爐之操作時，針對從上述頂吹多孔噴槍所噴射的頂吹氧氣射流撞擊到熔鐵浴面所形成的火點、與從底吹風口吹入熔鐵中並浮起而形成於熔鐵浴面的攪拌用氣體浮起區域之位置關係，在與前述頂底同吹轉爐內之熔鐵浴面中的前述頂吹多孔噴槍之中心軸呈垂直的平面內，將該頂吹多孔噴槍之中心軸與該平面交叉的點設為噴槍中心點LC，將從前述噴槍噴嘴所噴射的氧氣噴流之噴射方向與前述平面交叉的點設為噴流噴射點GJ，然後，將該底吹風口之中心軸與前述平面交叉的點設為風口中心點MC時，以下述數式(1)所示的干涉度(IR)，為0.7以下， 其中，IR：干涉度、n：2以上的整數、：連結前述噴槍中心點LC與噴流噴射點GJ的線、 和連結前述噴槍中心點LC與前述風口中心點MC的線所成的角度(°)、rt：前述噴槍中心點LC與噴流噴射點GJ的距離(m)、rb：前述底吹風口之各自的前述風口中心點MC與前述噴槍中心點LC的距離(m)，另外，、rbi係分別為在第i個(i：1~n)前述底吹風口時所求出的角度(°)、距離(m)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的頂底同吹轉爐的操作方法，其中，前述干涉度(IR)為0.46以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的頂底同吹轉爐的操作方法，其中，前述噴槍噴嘴，為拉瓦噴嘴或直管噴嘴。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的頂底同吹轉爐的操作方法，其中，前述頂吹多孔噴槍，係具有二至五個噴槍噴嘴。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的頂底同吹轉爐的操作方法，其中，前述頂底同吹轉爐，係將前述頂吹多孔噴槍和前述底吹風口的組合，以滿足前述干涉度(IR)的方式進行配置並操作。
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