TWI621713B - 真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法 - Google Patents

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Abstract

在使用真空脫氣設備並將錳礦石或CaO系脫硫劑等之粉體藉由被形成於上吹噴管之前端處的火焰來加熱並投射至熔鋼中的精煉方法中，使粉體之添加良率以及加熱效率提昇。
本發明之熔鋼的精煉方法，係一面在上吹噴管(13)之前端形成由碳氫系氣體之燃燒所致之火焰，一面加熱粉體而投射至熔鋼(3)中，上吹噴管之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)係設為1.0~7.0m，並且，將藉由下述之(1)式所算出的從上吹噴管所噴射出之噴流的動壓P控制為20.0kPa以上100.0kPa以下。於此，在(1)式中，P係為在上吹噴管出口處之噴流的動壓(kPa)，ρg係為噴流之密度(kg/Nm3)，U係為在上吹噴管出口處之噴流的流速(m/sec)。
P=ρg×U2/2‧‧‧(1)

Description

真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法
本發明，係有關於使用真空脫氣設備並將錳礦石或CaO系脫硫劑等之粉體一面藉由被形成於上吹噴管之前端處的火焰來加熱一面從前述上吹噴管來投射(吹附)至減壓下之熔鋼中而熔製低碳高錳鋼、低硫鋼、極低硫鋼等的熔鋼之精煉方法。
近年來，鋼鐵材料之用途係多樣化，並多成為在較先前技術而更嚴酷的環境下作使用。伴隨於此，對於鋼鐵製品之機械性特性等的要求亦係相對於先前技術而變得更為嚴苛。在此種狀況下，以構造物之高強度化、輕量化、低成本化作為目的，係開發出兼備有高強度和高加工性的低碳高錳鋼，並在像是輸送管路用鋼板或汽車用鋼板等的各種領域中被廣泛使用。於此，所謂「低碳高錳鋼」，係指碳濃度為0.05質量%以下並且錳濃度為0.5質量%以上的鋼。
另外，作為在製鋼工程中所使用的用以進行熔鋼中之錳濃度之調整的低價之錳來源，係存在有錳礦石 和高碳錳鐵等。在熔製上述低碳高錳鋼的情況時，於藉由轉化爐來對於熔鐵進行脫碳精煉時，作為錳來源，係進行有：將錳礦石投入至轉化爐內並將錳礦石還原，或者是在轉化爐之出鋼時在熔鋼中添加高碳錳鋼，而對於在錳來源中所耗費的費用作抑制並且將熔鋼中之錳濃度提高至特定之濃度(例如，參考專利文獻1)。
但是，在使用此些之低價之錳來源的情況時，起因於錳礦石之還原，會在轉化爐中之脫碳精煉時而成為無法將熔鋼中的碳濃度充分地降低，或者是起因於在高碳錳鐵中所含有之碳而導致出鋼後之熔鋼中的碳濃度上升。其結果，當會有熔鋼中之碳濃度超過低碳高錳鋼之容許範圍之虞的情況時，係成為有必要在出鋼後而另外進行從熔鋼而將碳除去的處理(精煉)。
作為將從轉化爐而出鋼後的熔鋼中之碳以良好效率來除去的方法，係周知有像是使用RH真空脫氣裝置等之真空脫氣設備來藉由將熔鋼曝露在減壓下之氛圍中而利用在未脫氧狀態之熔鋼中所含有的溶存氧(溶解於熔鋼中之氧)與熔鋼中之碳之間的反應來進行脫碳之方法、或者是對於減壓下之熔鋼而吹附氧氣等之氧來源並藉由所供給之氧來源來將熔鋼中之碳氧化並進行脫碳之方法等。
此些之減壓下之脫碳方法，係相對於在大氣壓下所進行之轉化爐中的脫碳精煉，而被稱作「真空脫碳精煉」。為了將起因於低價之錳來源所被導入的碳藉由真空脫碳精煉來除去，例如，在專利文獻2中，係提案有： 於在真空脫氣設備中的真空脫碳精煉之初期階段中，將高碳錳鋼投入至熔鋼中的方法。又，在專利文獻3中，係提案有：於在真空脫氣設備中而熔製極低碳鋼時，於直到經過了真空脫碳精煉之處理時間之20%為止的期間中，將高碳錳鋼投入之方法。但是，在含有多量的錳之熔鋼的真空脫碳精煉中，由於氧係並不是僅會與熔鋼中之碳產生反應，而亦會與熔鋼中之錳產生反應，因此，係會發生所添加之錳的氧化損失，錳良率係降低。又，起因於此，係變得難以對於熔鋼中之錳含量而以良好精確度來作控制。
又，關於在真空脫碳精煉中所使用的氧來源以及脫碳反應促進方法，例如，在專利文獻4中，係提案有將銹皮(mill scale)等之固體氧投入至真空槽內並藉由此來抑制錳的氧化而優先性地進行脫碳反應之方法。在專利文獻5中，係提案有：對於當在轉化爐吹止時針對熔鋼中碳濃度與熔鋼溫度有所限制的熔鋼，而在真空脫氣設備中添加錳礦石並將熔鋼作真空脫碳精煉之方法。
又，在專利文獻6以及專利文獻7中，係提案有：在對於從轉化爐而出鋼的熔鋼而藉由RH真空脫氣裝置來進行真空脫碳精煉時，朝向真空槽內之熔鋼表面而將MnO粉或錳礦石粉與搬送用氣體一同上吹並進行真空脫碳精煉之方法。在專利文獻8中，係提案有：對於RH真空脫氣裝置之真空槽內的熔鋼，而經由設置在真空槽側壁處之噴嘴來將錳礦石粉與搬送用氣體一同吹入，以藉由錳礦石中之氧來進行熔鋼之脫碳並且將熔鋼中之錳濃度提 高的真空脫碳精煉方法。
另一方面，伴隨著鋼鐵材料之高附加價值化以及使用用途的擴大，對於材料特性之提昇的要求係日益增加，作為對應此要求之其中一個手段，係進行有鋼之高純度化，具體而言，係進行有熔鋼之極低硫化。
在熔製低硫鋼時，一般而言，係在脫硫反應效率為高之熔鐵階段而進行脫硫處理，但是，在將硫含有量設為0.0024質量%以下之低硫鋼或者是將硫含有量設為0.0010質量%以下之極低硫鋼的情況時，係難以僅藉由熔鐵階段時之脫硫處理來一直降低至目標之硫濃度。故而，在將硫含有量設為0.0024質量%以下之低硫鋼或者是將硫含有量設為0.0010質量%以下之極低硫鋼的情況時，係並不僅是進行熔鐵階段時之脫硫處理，而亦對於從轉化爐而出鋼後之熔鋼施加有脫硫處理。
對於從轉化爐而出鋼後的熔鋼進行脫硫處理之方法，係從先前技術起，而提案有像是對於澆斗內之熔鋼注射脫硫劑之方法、在對於澆斗內之熔鋼添加了脫硫劑之後對熔鋼和脫硫劑進行攪拌之方法等。但是，此些之方法，係成為在從轉化爐出鋼起直到進入真空脫氣設備中的處理為止的期間中而追加新的工程(脫硫工程)，並會導致熔鋼溫度之降低或製造成本之上升、生產性之降低等。
為了解決此些問題，係嘗試有藉由使真空脫氣設備具有脫硫功能，而將二次精煉工程集中化並簡單化。例如，在專利文獻9中，係作為使用有真空脫氣設備 之熔鋼之脫硫方法，而提案有：在具備有上吹噴管之RH真空脫氣裝置中，朝向真空槽內之熔鋼浴面上而從上吹噴管來將CaO系脫硫劑與搬送用氣體一同投射(吹附)並將熔鋼脫硫之方法。
但是，在真空脫氣設備處所進行之精煉中，當從上吹噴管來投射用以熔製低碳高錳鋼之錳礦石或用以進行脫硫處理之CaO系脫硫劑等之氧化物粉體的情況時，起因於所投射的氧化物粉體之顯熱和潛熱以及在熱分解中所需要之分解熱，熔鋼溫度會降低。作為對於此熔鋼溫度之降低作補償的方法，係進行有在真空脫氣設備之前置工程中而預先將熔鋼溫度提高之方法、或者是於在真空脫氣設備處之精煉中而對於熔鋼添加金屬鋁並藉由鋁的燃燒熱來將熔鋼溫度提高之方法等。但是，在真空脫氣設備之前置工程中而將熔鋼溫度提高的方法，於前置工程中之耐火物的損耗係為大，並導致成本提高。又，在真空脫氣設備中而添加金屬鋁並進行升溫之方法，係有著會起因於所產生的鋁氧化物而導致熔鋼之清淨度降低或者是會導致副原料成本上升等的問題。
因此，係提案有一種一面對於熔鋼溫度之降低作抑制一面投射氧化物粉體之方法。例如，在專利文獻10中，係提案有將錳礦石等之氧化物粉體一面藉由被設置在上吹噴管之前端處的燃燒器之火焰來加熱一面投射至熔鋼浴面上的方法。又，在專利文獻11以及專利文獻12中，係提案有：在從上吹噴管而投射CaO系脫硫劑並將 熔鋼脫硫時，從上吹噴管而噴出氧氣和燃燒用氣體並在上吹噴管前端處形成火焰，而藉由該火焰來將CaO系脫硫劑加熱熔融並使其到達熔鋼浴面處之方法。
在以使用真空脫氣設備而將錳礦石或CaO系脫硫劑等之粉體藉由在上吹噴管之前端處所形成之火焰內來加熱並使其到達熔鋼處而藉由此來促進反應速度並同時使熔鋼溫度上升一事作為目的的精煉方法中，從上吹噴管所噴射出的噴流之動壓，係並不僅會對於錳礦石之良率和CaO系脫硫劑之脫硫效率造成影響，並且也會對於透過粉體所進行的著熱效率有所影響。亦即是，在並不對於從上吹噴管所噴射的噴流之動壓適當地作控制的情況時，係無法充分的得到由火焰所致的效果。然而，亦包含專利文獻10、11、12，在先前技術中，係並未對於應該要將從上吹噴管所噴射的噴流之動壓設為何種程度一事作任何的明記。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平4-88114號公報
[專利文獻2]日本特開平2-47215號公報
[專利文獻3]日本特開平1-301815號公報
[專利文獻4]日本特開昭58-73715號公報
[專利文獻5]日本特開昭63-293109號公報
[專利文獻6]日本特開平5-239534號公報
[專利文獻7]日本特開平5-239526號公報
[專利文獻8]日本特開平1-92312號公報
[專利文獻9]日本特開平5-311231號公報
[專利文獻10]日本專利第5382275號公報
[專利文獻11]日本專利第2972493號公報
[專利文獻12]日本特開2012-172213號公報
本發明，係為有鑑於上述事態所進行者，其目的，係在於提供一種：在使用真空脫氣設備而將錳礦石或CaO系脫硫劑等之粉體藉由在上吹噴管之前端處所形成之火焰來加熱並將其從上吹噴管來投射至熔鋼處的精煉方法中，不僅是能夠將錳礦石和CaO系脫硫劑等之粉體的添加良率提高，並且也能夠將經由粉體所進行的著熱效率提高之真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法。
本發明者們，係為了解決上述課題，而注目於熔鋼溫度和熔鋼成分、排氣管路濃度之變化，而反覆進行了努力檢討。
其結果，係發現到：藉由將對於熔鋼之錳礦石的投射條件最適化，係能夠解決上述課題。具體而言， 係發現到：藉由將上吹噴管之噴管高度設定在特定之範圍內，並將根據從上吹噴管所噴射出之噴流的密度以及噴流之在上吹噴管出口處的流速所算出之噴流之在上吹噴管出口處的動壓P控制在適當之範圍，係能夠並不導致熔鋼溫度之降低地而以高良率來投射錳礦石。
又，關於CaO系脫硫劑之投射，亦係與錳礦石之投射相同的，係確認到：藉由將上吹噴管之噴管高度設定在特定之範圍內，並將藉由上述方法所算出之噴流之在上吹噴管出口處的動壓P控制在適當之範圍，係能夠並不導致熔鋼溫度之降低地而有效率地進行脫硫處理。
本發明，係為基於上述知識所進行者，其要旨係如下所述。
(1)一種真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，係從被設置在能夠於真空脫氣設備之真空槽內作上下移動的上吹噴管之中心部處之中心孔，來將粉體與搬送用氣體一同地朝向真空槽內之熔鋼湯面作投射，並從設置在前述中心孔之周圍處的燃料噴射孔來供給碳氫系氣體，並且從設置在前述中心孔之周圍處的含氧氣體噴射孔來供給含氧氣體，而一面在上吹噴管前端處形成由前述碳氫系氣體之燃燒所致之火焰，一面透過該火焰來加熱前述粉體並投射至熔鋼處，該真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，其特徵為：粉體投射時之上吹噴管之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)，係為1.0~7.0m，根據下述之(1)~(5)式所算出的從上吹噴管所噴射出的噴流之動壓 P，係為20.0kPa以上100.0kPa以下， P=ρg×U2/2‧‧‧(1)
ρg=ρA×FA/FT+ρB×FB/FT+ρC×FC/FT+VP/(FT/60)‧‧‧(2)
U=(FT/ST)×(1/3600)‧‧‧(3)
ST=SA+SB+SC‧‧‧(4)
FT=FA+FB+FC‧‧‧(5)
其中，在(1)~(5)式中，P係為在上吹噴管出口處之噴流的動壓(kPa)，ρg係為噴流之密度(kg/Nm3)，ρA係為搬送用氣體之密度(kg/Nm3)，ρB係為含氧氣體之密度(kg/Nm3)，ρC係為碳氫系氣體之密度(kg/Nm3)，Vp係為粉體之供給速度(kg/min)，U係為在上吹噴管出口處之噴流的流速(m/sec)，ST係為中心孔、燃料噴射孔以及含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積之總和(m2)，SA係為中心孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SB係為含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SC係為燃料噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，FT係為搬送用氣體之流量、含氧氣體之流量以及碳氫系氣體之流量的總和(Nm3/h)，FA係為搬送用氣體之流量(Nm3/h)，FB係為含氧氣體之流量(Nm3/h)，FC係為碳氫系氣體之流量(Nm3/h)。
(2)如上述(1)所記載之真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，其中，前述粉體，係為錳礦石、錳系合金鐵、CaO系脫硫劑之中的1種或2種以上。
(3)如上述(1)或上述(2)所記載之真空脫氣設 備之熔鋼的精煉方法，其中，前述粉體投射時之真空槽內的真空度係為2.7~13.3kPa。
若依據本發明，則由於係將上吹噴管之噴管高度以及從上吹噴管所噴射出的噴流之動壓P控制在適當之範圍，因此，係能夠將所投射的粉體以高良率來添加至熔鋼中。藉由此，由於精煉反應係被促進，並且係將粉體以高良率來添加至熔鋼中，因此，係能夠得到高的著熱效率，而能夠實現將低碳高錳鋼或極低硫鋼以高生產性且藉由低成本來進行熔製的目標。
1‧‧‧RH真空脫氣裝置
2‧‧‧澆斗
3‧‧‧熔鋼
4‧‧‧爐渣
5‧‧‧真空槽
6‧‧‧上部槽
7‧‧‧下部槽
8‧‧‧上升側浸漬管
9‧‧‧下降側浸漬管
10‧‧‧環流用氣體吹入管
11‧‧‧管路
12‧‧‧原料投入口
13‧‧‧上吹噴管
[圖1]圖1，係為在實施本發明時所使用的RH真空脫氣裝置之其中一例的概略縱剖面圖。
以下，針對本發明之熔鋼之精煉方法作具體性說明。在能夠使用於本發明之熔鋼之精煉方法中的真空脫氣設備中，係存在有RH真空脫氣裝置、DH真空脫氣裝置、VAD爐、VOD爐等，但是，此些之中，最具代表性者，係為RH真空脫氣裝置。因此，以使用RH真空脫氣裝置來實施本發明之熔鋼之精煉方法的情況為例，來對 於本發明之實施形態作說明。
於圖1中，對於在實施本發明之熔鋼之精煉方法時所使用的RH真空脫氣裝置之其中一例的概略縱剖面圖作展示。在圖1中，1係為RH真空脫氣裝置，2係為澆斗，3係為熔鋼，4係為爐渣，5係為真空槽，6係為上部槽，7係為下部槽，8係為上升側浸漬管，9係為下降側浸漬管，10係為環流用氣體吹入管，11係為管路，12係為原料投入口，13係為上吹噴管，真空槽5，係由上部槽6和下部槽7所構成，又，上吹噴管13，係成為能夠在真空槽5之內部作上下移動。
在RH真空脫氣裝置1中，係藉由升降裝置(未圖示)來使澆斗2上升，並將上升側浸漬管8以及下降側浸漬管9浸漬在澆斗內之熔鋼3中。之後，從環流用氣體吹入管10來將環流用氣體吹入至上升側浸漬管8之內部，並且將真空槽5之內部藉由被與管路11作連結的排氣裝置(未圖示)來作排氣，而將真空槽5之內部減壓。若是真空槽5之內部被減壓，則澆斗內之熔鋼3，係藉由由從環流用氣體吹入管10而吹入的環流用氣體所致之氣體舉升效果，而與環流用氣體一同地在上升側浸漬管8中上升並流入至真空槽5之內部，之後，經由下降側浸漬管9而回流至澆斗2中，而形成所謂的環流並被施加RH真空脫氣精煉。
上吹噴管13，雖並未圖示，但是，係身為多重管構造，而分別獨立地具備有將錳礦石、錳系合金鐵、 CaO系脫硫劑等之粉體與搬送用氣體一同作供給之粉體流路、和供給碳氫系氣體之燃料流路、和供給用以使碳氫系氣體燃燒之含氧氣體之含氧氣體流路、以及用以使上吹噴管13冷卻的冷卻水之供給流路以及排水流路。粉體流路，係與被設置在上吹噴管13之前端中心部處的中心孔相通連，燃料流路，係與被設置在中心孔之周圍的燃料噴射孔相通連，含氧氣體流路，係與被設置在中心孔之周圍的含氧氣體噴射孔相通連。冷卻水之供給流路以及排水流路，係藉由上吹噴管13之前端而作連接，冷卻水係構成為在上吹噴管13之前端處而反轉。
燃料噴射孔以及含氧氣體噴射孔，係構成為會在該些之噴射方向上而合流，經由燃料噴射孔所噴射的碳氫系氣體，係藉由經由含氧氣體噴射孔所噴射的含氧氣體(氧氣(工業用純氧氣體)、富氧空氣、空氣等)而燃燒，在含上吹噴管13之前端下方處係被形成有燃燒器火焰。於此情況，為了使著火成為容易，係亦可在上吹噴管13之前端處，設置用以著火之導燃器。
上吹噴管13，係被與儲存有錳礦石、錳系合金鐵、CaO系脫硫劑等之粉體的漏斗(未圖示)作連結，此些之粉體係與搬送用氣體一同地被供給至上吹噴管13處，並從上吹噴管13之前端的中心孔而被噴射。作為粉體之搬送用氣體，通常，係使用氬氣或氮氣等之惰性氣體。但是，在像是熔製低碳高錳鋼的情況時一般之進行熔鋼3之真空脫碳精煉的情況時，係亦可將含氧氣體作為搬 送用氣體來使用。當然的，係亦可構成為能夠並不噴射粉體地而僅噴射惰性氣體和含氧氣體。
又，上吹噴管13，係被與燃料供給管(未圖示)以及含氧氣體供給管(未圖示)作連結，從燃料供給管，係將丙烷氣體或天然瓦斯等之碳氫系氣體供給至上吹噴管13處，從含氧氣體供給管，係將用以使碳氫氣體燃燒之含氧氣體供給至上吹噴管13處。如同前述一般，碳氫系氣體以及含氧氣體，係構成為從被設置在上吹噴管13之前端處的燃料噴射孔以及含氧氣體噴射孔而被噴射出來。
上吹噴管13之燃料流路以及含氧氣體流路，例如，係可藉由將內管作為碳氫系氣體之流路並將外管作為碳氫系氣體燃燒用之含氧氣體之流路的雙重管(將此雙重管在中心孔之周圍作複數個的配置)來構成之。又，係亦可採用將碳氫系氣體之流路藉由設置在粉體流路之外側的1根之管來構成並將配置在其外側處的1根之管作為含氧氣體之流路的構成。
使用如此這般所構成之RH真空脫氣裝置1，來在上吹噴管13之前端下方藉由碳氫系氣體之燃燒而形成火焰，並將從上吹噴管13所噴出的粉體，一面藉由所形成的火焰來進行加熱，一面朝向在真空槽5中環流之熔鋼3的浴面進行投射(吹附)。此時，粉體投射時之上吹噴管13之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)係設為1.0~7.0m，並且，將藉由下述之(1) ~(5)式所算出的從上吹噴管13所噴射出之噴流的動壓P控制為20.0kPa以上100.0kPa以下。
P=ρg×U2/2‧‧‧(1)
ρg=ρA×FA/FT+ρB×FB/FT+ρC×FC/FT+VP/(FT/60)‧‧‧(2)
U=(FT/ST)×(1/3600)‧‧‧(3)
ST=SA+SB+SC‧‧‧(4)
FT=FA+FB+FC‧‧‧(5)
於此，在(1)~(5)式中，P係為在上吹噴管出口處之噴流的動壓(kPa)，ρg係為噴流之密度(kg/Nm3)，ρA係為搬送用氣體之密度(kg/Nm3)，ρB係為含氧氣體之密度(kg/Nm3)，ρC係為碳氫系氣體之密度(kg/Nm3)，Vp係為粉體之供給速度(kg/min)，U係為在上吹噴管出口處之噴流的流速(m/sec)，ST係為中心孔、燃料噴射孔以及含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積之總和(m2)，SA係為中心孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SB係為含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SC係為燃料噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，FT係為搬送用氣體之流量、含氧氣體之流量以及碳氫系氣體之流量的總和(Nm3/h)，FA係為搬送用氣體之流量(Nm3/h)，FB係為含氧氣體之流量(Nm3/h)，FC係為碳氫系氣體之流量(Nm3/h)。
另外，所謂「從上吹噴管13所噴射之噴流」，係指將被投射的粉體、粉體之搬送用氣體、碳氫系 氣體、用以使碳氫系氣體燃燒之含氧氣體的全體視為1個的噴射流者。又，所謂「熔鋼靜止湯面」，係指被曝露在減壓下之氛圍中的熔鋼之表面，並為並未被吹附有氧氣等時之熔鋼表面。具體而言，在RH真空脫氣裝置1之情況時，於真空槽5中環流之熔鋼3的表面係成為熔鋼靜止湯面。
若是真空槽5之內部的真空度過度地高，則與被吸引至管路11中之排氣氣體而一同地從真空槽5排出之粉體係變多。故而，為了防止此情況，較理想，係將粉體投射時之真空槽5之內部的真空度設為2.7~13.3kPa。
以下，針對在熔製低碳高錳鋼、低硫鋼以及極低硫鋼時而適用了本發明之熔鋼之精煉方法的例子作說明。首先，針對低碳高錳鋼之熔製方法作說明。
藉由熔鐵鍋或魚雷車(Torpedo Car)等之保持容器或搬送容器來承受從高爐所出鐵的熔鐵，並將所承受的熔鐵搬送至進行脫碳精煉的轉化爐中。通常，在此搬送之途中，係對於熔鐵而施加有脫硫處理或脫磷處理等之熔鐵預備處理。在本發明之實施形態中，較理想，就算是在基於低碳高錳鋼之成分規格而並不需要進行熔鐵預備處理的情況時，亦施加熔鐵預備處理、特別是施加脫磷處理。此係因為，在熔製低碳高錳鋼的情況時，於轉化爐處的脫碳精煉中，係作為低價之錳源而添加錳礦石。在並不進行脫磷處理的情況時，於轉化爐處之脫碳精煉中，係成 為需要與脫碳反應同時地而推進脫磷處理，因此，係有必要在轉化爐內添加多量的CaO系溶煤。其結果，爐渣量係增加，被分配至爐渣中的錳量係增加，而會導致錳之對於熔鋼的良率降低之故。
將被搬送而來的熔鐵裝入至轉化爐中，之後，作為錳來源而將錳礦石添加至轉化爐內，並更進而因應於需要而添加少量之生石灰等的CaO系溶媒，且將氧氣作上吹及/或底吹而進行脫碳精煉，來作成特定之成分組成的熔鋼。之後，並不在熔鋼中添加金屬鋁或矽鐵等之脫氧劑地、亦即是將熔鋼維持於未脫氧狀態地，來從澆斗2而出鋼。但是，此時，係亦可將高碳錳鐵等之低價的錳系合金鐵作特定量之添加。
另外，在轉化爐處的脫碳精煉中，如同前述一般，由於係使用錳礦石或高碳錳鐵等之低價之錳來源，因此，熔鋼中的碳濃度係必然會變高，但是，就算是於此情況，亦係以將錳濃度調整後之熔鋼中的碳濃度抑制在0.2質量%以下為理想。若是熔鋼中之碳濃度超過0.2質量%，則在下一工程之真空脫氣設備處的真空脫碳精煉時間會變長，生產性係降低。進而，係會成為需要為了對於伴隨著真空脫碳精煉時間之延長所導致的熔鋼溫度之降低作補償而將出鋼時之熔鋼溫度提高，伴隨於此，會導致鐵良率的降低以及起因於耐火物損耗量之增大所導致的耐火物成本之上升。故而，係以將錳濃度調整後之熔鋼中的碳濃度抑制在0.2質量%以下為理想。
從轉化爐所出鋼的熔鋼3，係被搬送至RH真空脫氣裝置1處。在RH真空脫氣裝置1處，係使未脫氧狀態之熔鋼3在澆斗2與真空槽5之間環流。熔鋼3由於係身為未脫氧狀態，因此，藉由使熔鋼3曝露在真空槽內減壓下的氛圍中，熔鋼中之碳與熔鋼中之溶存氧係產生反應，並進行真空脫碳精煉。又，若是熔鋼3之環流開始，則係從上吹噴管13來將氬氣作為搬送用氣體而投射錳礦石。在錳礦石之投射的前後，從上吹噴管13而噴射碳氫系氣體以及含氧氣體，而在上吹噴管13之前端下方處形成火焰。錳礦石，係藉由火焰之熱而被加熱並被投射至熔鋼浴面處。
被投射至熔鋼浴面處之錳礦石，係藉由熔鋼中之碳而被還原，並使熔鋼中之錳濃度上升，並且使熔鋼中之碳濃度降低。亦即是，錳礦石，係並不僅是作為熔鋼成分調整用之錳來源而起作用，而亦作為熔鋼3之脫碳反應的氧來源而起作用。
當在上吹噴管13之前端下方處形成火焰並且從上吹噴管13而投射錳礦石時，以將上吹噴管13之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)設為1.0~7.0m，並且使藉由(1)~(5)式所算出的於上吹噴管出口處之噴流的動壓P成為20.0kPa以上100.0kPa以下的方式，來將各別的氣體之流量以及錳礦石之供給速度，因應於上吹噴管13之3種類的噴射孔(中心孔、燃料噴射孔、含氧氣體噴射孔)的剖面積來作控制。
藉由將在上吹噴管出口處之噴流的動壓控制在20.0kPa以上100.0kPa以下的範圍內，係能夠有效率的加熱錳礦石並且有效率地添加至熔鋼3中。其結果，由於係能夠對伴隨於錳礦石之添加所導致的熔鋼3之溫度的降低作抑制，並且能夠將錳礦石以良好效率來添加至熔鋼3中，因此，身為低價之錳來源的錳礦石之還原係被促進，錳良率係提昇，而能夠削減低碳高錳鋼之製造成本。
當並無法僅靠錳礦石之添加來滿足熔鋼中之錳濃度的情況時，於錳礦石之添加前，係亦可因應於低碳高錳鋼之錳濃度的規格，而將高碳錳鐵(碳含量：約7質量%)經由上吹噴管13來一面以火焰作加熱一面進行投射。又，係亦可將高碳錳鐵與錳礦石作混合，並將此混合粉體經由上吹噴管13來一面以火焰作加熱一面進行投射。
進行特定時間之真空脫碳精煉，若是熔鋼中之碳濃度到達了成分規格值之範圍內，則從原料投入口12來對於熔鋼3添加金屬鋁等之強脫氧劑，而使熔鋼中之溶存氧濃度降低(脫氧處理)，並結束真空脫碳處理。另外，當真空脫碳精煉結束後之熔鋼溫度為較在例如連續鑄造工程等之後續工程中所要求之溫度更低的情況時，係亦可進而從原料投入口12來對於熔鋼3添加金屬鋁，並從上吹噴管13而將氧氣吹附至熔鋼浴面處，而藉由使熔鋼中之鋁燃燒來使熔鋼溫度上升。
添加強脫氧劑而作了脫氧的熔鋼3，之後，係 更進而使環流作數分鐘的持續。當熔鋼3之錳濃度為未滿規格值的情況時，係在此環流中而從原料投入口12來將金屬錳或低碳錳鐵投入至熔鋼3中，來對於熔鋼3之錳濃度作調整。進而，在此環流中，因應於需要，而將鋁、矽、鎳、鉻、銅、鈮、鈦等之成分調整劑從原料投入口12來投入至熔鋼3中並將熔鋼成分調整為特定之組成範圍，之後，使真空槽5之內部回復至大氣壓，而結束真空脫氣精煉。
接著，針對低硫鋼以及極低硫鋼之熔製方法作說明。
藉由熔鐵鍋或魚雷車(Torpedo Car)等之保持容器或搬送容器來承受從高爐所出鐵的熔鐵，並將所承受的熔鐵搬送至進行脫碳精煉的轉化爐中。在此搬送之途中，對於熔鐵而施加熔鐵預備處理之脫硫處理。熔鐵預備處理中之脫磷處理，當基於所熔製之低硫鋼以及極低硫鋼之磷濃度規格而有必要實施時，係會實施，但是，除此之外，係亦可並不實施。
將被搬送而來的熔鐵裝入至轉化爐中，之後，因應於需要，作為錳來源而將錳礦石添加至轉化爐內，並更進而因應於需要而添加少量之生石灰等的CaO系溶媒，且將氧氣作上吹及/或底吹而進行脫碳精煉，來作成特定之成分組成的熔鋼。之後，並不在熔鋼中添加金屬鋁或矽鐵等之脫氧劑地、亦即是將熔鋼維持於未脫氧狀態地，來從澆斗2而出鋼。但是，此時，係亦可將高碳錳 鐵等之低價的錳系合金鐵作特定量之添加。
從轉化爐所出鋼的熔鋼3，係被搬送至RH真空脫氣裝置1處。對於被搬送至RH真空脫氣裝置1處的維持於未脫氧狀態之熔鋼3，因應於需要，而實施從上吹噴管13來將氧氣吹附至熔鋼3處而進行的真空脫碳精煉，並對於熔鋼3之碳濃度作調整。若是熔鋼中之碳濃度到達了成分規格值之範圍內，則從原料投入口12來對於熔鋼3添加金屬鋁等之強脫氧劑而實施脫氧處理，以使熔鋼中之溶存氧濃度降低，而結束真空脫碳處理。
但是，當所熔製之低硫鋼以及極低硫鋼之碳濃度規格為並不施加真空脫碳精煉也能夠進行熔製之水準的情況時，係並不實施真空脫碳精煉。又，在並不實施真空脫碳精煉的情況時，係並不需要將熔鋼3設為未脫氧狀態，亦可在將熔鋼3從轉化爐而出鋼至澆斗2中時，對於出鋼中之熔鋼流添加金屬鋁並將熔鋼脫氧。此時，對於出鋼流，係亦可除了金屬鋁以外亦進而添加生石灰或含有CaO之溶媒。在將熔鋼3出鋼至澆斗2處之後，較理想，係對於熔鋼上之爐渣4添加金屬鋁等之爐渣改質劑，而將爐渣中之FeO等之鐵氧化物或MnO等之錳氧化物還原，之後搬送至RH真空脫氣裝置1處。
又，當真空脫碳精煉之結束後的熔鋼溫度為較在例如連續鑄造工程等之後續工程中所要求之溫度更低的情況時，係亦可進而從原料投入口12來對於熔鋼3添加金屬鋁，並從上吹噴管13而將氧氣吹附至熔鋼浴面 處，而藉由使熔鋼中之鋁燃燒來使熔鋼溫度上升。又，在對於未脫氧狀態之熔鋼3進行真空脫碳精煉的情況時，係亦可與前述之低碳高錳鋼之熔製方法相同地，將錳礦石一面以火焰作加熱一面從上吹噴管13而進行投射。
之後，藉由金屬鋁等之強脫氧劑來進行脫氧處理，接著，對於進行了脫氧處理後之熔鋼3，從上吹噴管13來噴射CaO系脫硫劑，同時，藉由形成於上吹噴管13之前端處的火焰來加熱CaO系脫硫劑並投射至熔鋼浴面處，而實施脫硫處理。
當在上吹噴管13之前端下方處形成火焰並且從上吹噴管13而投射CaO系脫硫劑時，以將上吹噴管13之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)設為1.0~7.0m，並且使藉由(1)~(5)式所算出的於上吹噴管出口處之噴流的動壓P成為20.0kPa以上100.0kPa以下的方式，來將各別的氣體之流量以及CaO系脫硫劑之供給速度，因應於上吹噴管13之3種類的噴射孔(中心孔、燃料噴射孔、含氧氣體噴射孔)的剖面積來作控制。
藉由將在上吹噴管出口處之噴流的動壓P控制在20.0kPa以上100.0kPa以下的範圍內，係能夠有效率的加熱CaO系脫硫劑並且有效率地添加至熔鋼3中。其結果，由於係能夠對伴隨於CaO系脫硫劑之添加所導致的熔鋼3之溫度的降低作抑制，並且能夠將被加熱後的CaO系脫硫劑以良好效率來添加至熔鋼3中，因此，脫硫 反應係被促進，而能夠得到高脫硫率。作為所添加的CaO系脫硫劑，係可將生石灰(CaO)作單獨使用、或使用在生石灰中以30質量%以下之範圍而添加、混合有螢石(CaF2)或氧化鋁(Al2O3)之混合物(包含預熔物)等。
若是熔鋼3之硫濃度降低至特定值以下，則係中止從上吹噴管13而來之CaO系脫硫劑之投射，並結束脫硫處理。之後，亦持續使熔鋼3作數分鐘的環流，並在此環流中，因應於需要，而將鋁、矽、鎳、鉻、銅、鈮、鈦等之成分調整劑從原料投入口12來投入至熔鋼3中並將熔鋼成分調整為特定之組成範圍，之後，使真空槽5之內部回復至大氣壓，而結束真空脫氣精煉。
如同以上所說明一般，若依據本發明，則由於係將上吹噴管13之噴管高度以及從上吹噴管13所噴射出的噴流之動壓P控制在適當之範圍，因此，係能夠將所投射的粉體以高良率來添加至熔鋼3中。藉由此，由於精煉反應係被促進，並且係將粉體以高良率來添加至熔鋼3中，因此，係能夠得到高的著熱效率。
另外，在上述說明中，雖係針對使用了RH真空脫氣裝置的例子來作了說明，但是，就算是在使用DH真空脫氣裝置或VOD爐等之其他之真空脫氣設備的情況時，亦同樣的，藉由準據於上述之方法，係能夠熔製低碳高錳鋼、低硫鋼以及極低硫鋼等。
[實施例1]
使用圖1中所示之RH真空脫氣裝置，並實施了對於約300噸的熔鋼施加真空脫碳精煉而熔製低碳高錳鋼之試驗。
從轉化爐所出鋼之未脫氧狀態的熔鋼成分，其碳濃度係為0.03~0.04質量%，錳濃度係為0.07~0.08質量%。又，到達RH真空脫氣裝置處時之熔鋼中的溶存氧濃度，係為0.04~0.07質量%。
將從真空槽之上部所插入的上吹噴管之噴管高度設定為0.5~9.0m，並在RH真空脫氣裝置處之真空脫碳精煉中，從上吹噴管而噴射LNG(碳氫系氣體)和氧氣(碳氫氣體燃燒用含氧氣體)，而在上吹噴管之前端下方處形成了燃燒器火焰。在燃燒器火焰之形成後，作為搬送用氣體而使用氬氣，並在所有的試驗中，將錳礦石(以下，亦記載為「Mn礦石」)以200kg/min之速度來作了投射。Mn礦石之添加量，係在所有的試驗中針對每噸之熔鋼而設為5.0kg/t。又，粉體投射中之真空槽的真空度係設為1.3~17.3kPa之範圍，環流用氬氣流量係在所有的試驗中而設為3000NL/min。
在試驗中，針對對於熔鋼之著熱率以及錳(Mn)良率作了評價。又，在使用(1)~(5)式而算出上吹噴管出口處之噴流之動壓P時，搬送用氣體之密度ρA係使用1.5kg/Nm3，含氧氣體之密度ρB係使用2.5kg/Nm3，碳氫系氣體之密度ρC係使用1.5kg/Nm3，粉 體之供給速度Vp係使用200kg/min，中心孔之在上吹噴管出口處的剖面積SA係使用0.0038m2，含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積SB係使用0.0006m2，燃料噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積SC係使用0.0003m2，搬送用氣體之流量FA係使用120~1000Nm3/h，含氧氣體之流量FB係使用240~2200Nm3/h，碳氫系氣體之流量FC係使用400Nm3/h。
在表1中，對於在各試驗中之真空脫碳精煉時的噴管高度、動壓P等之操作條件，以及真空脫碳精煉後之熔鋼中錳濃度、錳良率、著熱率等之操作結果作展示。在表1之備註欄中，係將本發明之範圍內的試驗標示為「本發明例」，並將其以外者標示為「比較例」。另外，表1中所示之著熱率，係使用下述之(6)式而算出。
著熱率(%)=對於熔鋼之入熱量(cal)×100/燃燒器燃燒之總熱量(cal)‧‧‧(6)
於此，在(6)式中，對於熔鋼之入熱量(cal)，係為燃燒器燃燒之總發熱量中的著熱於熔鋼處之熱量，燃燒器燃燒之總熱量(cal)，係為根據燃料之發熱量(cal/Nm3)與燃料的流量(Nm3)之間之乘積所求取出之值。
如同表1中所示一般，在噴管高度為1.0~7.0m之範圍內並且根據(1)~(5)式所算出的噴流之動壓P為滿足20.~100.0kPa之範圍內的試驗編號3~5、9~11、14~19之試驗中，錳良率係為70質量%以上，並且著熱率亦為80%以上之高水準。
另一方面，在根據(1)~(5)式所算出的噴流之動壓P並非為20.0~100.0kPa之範圍內或者是噴管高度並非為1.0~7.0m之範圍內的試驗編號1、2、6~8、12、13中，錳良率以及著熱率係均為低水準。
其中，在試驗編號1、2、12、13中，由於噴管高度係為過高，或者是噴流之動壓P係為低，因此，噴流之在熔鋼浴面處的動壓係成為低水準，與排氣氣體一同通過管路而排出的粉體係增大。可以推測到，此係為添加良率變差的原因。
又，在試驗編號6~8中，在精煉結束後的真空槽內係附著有大量的金屬固體。此係因為，由於噴管高度係為低，或者是噴流之動壓P係為高水準，因此，噴流之在熔鋼浴面處的動壓係成為過高，其結果，粉體係在真空槽內飛散並與熔鋼一同附著於真空槽內之耐火物上。可以推測到，此係為著熱率以及錳良率成為低水準的原因。
又，在粉體投射時之真空槽的真空度為2.7~13.3kPa之試驗編號14~17中，著熱率以及錳良率係均相較於試驗編號3~5、9~11、18、19之其他之本發明例而成為高水準。可以推測到，此係因為，藉由將粉體投射時 之真空槽內的真空度控制為2.7~13.3kPa，熔鋼之環流係變得安定，並且與排氣氣體一同地通過管路而排出的粉體之量係有所減少之故。
[實施例2]
使用圖1中所示之RH真空脫氣裝置，並對於約300噸的熔鋼投射CaO系脫硫劑而實施脫硫處理，來實施了熔製低硫鋼(硫濃度：0.0024質量%以下)之試驗。
在藉由RH真空脫氣裝置而進行精煉之前的熔鋼之成分，碳濃度係為0.08~0.10質量%，矽濃度係為0.1~0.2質量%，鋁濃度係為0.020~0.035質量%，硫濃度係為0.0030~0.0032質量%，熔鋼溫度係為1600~1650℃。
因應於需要，而進行熔鋼溫度之測定，並確認是否在添加CaO系脫硫劑之前而確保有必要的熔鋼溫度。於此，所謂「必要的熔鋼溫度」，係為對於起因於經過了所預定之處理時間而導致的溫度降低以及起因於CaO系脫硫劑之添加所導致的溫度降低有所考慮地來基於各處理裝置和處理條件之每一者所分別決定的熔鋼溫度。在熔鋼溫度不足的情況時，係從原料投入口來添加金屬鋁，並進行了由從上吹噴管而來之氧氣的吹附所致之升溫處理。
之後，對於熔鋼添加脫氧用以及成分調整用之金屬鋁，接著，將從真空槽之上部所插入了的上吹噴管 之噴管高度設定為0.5~9.0m，並從上吹噴管而噴射LNG(碳氫系氣體)和氧氣(碳氫氣體燃燒用含氧氣體)，來在上吹噴管之前端下方處形成了燃燒器火焰。在燃燒器火焰之形成後，作為搬送用氣體而使用氬氣，並在所有的試驗中，將CaO-Al2O3系之預熔物脫硫劑以200kg/min之速度來作了投射。CaO-Al2O3系之預熔物脫硫劑之添加量，係在所有的試驗中於每1填充而設為1500kg。又，環流用氬氣流量係在所有的試驗中而設為3000NL/min。
在試驗中，係針對是否能夠熔製出硫濃度為0.0024質量%以下之低硫鋼一事作了評價。又，在使用(1)~(5)式而算出上吹噴管出口處之噴流之動壓P時，搬送用氣體之密度ρA係使用1.5kg/Nm3，含氧氣體之密度ρB係使用2.5kg/Nm3，碳氫系氣體之密度ρC係使用1.5kg/Nm3，粉體之供給速度Vp係使用200kg/min，中心孔之在上吹噴管出口處的剖面積SA係使用0.0028m2，含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積SB係使用0.0006m2，燃料噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積SC係使用0.0003m2，搬送用氣體之流量FA係使用50~700Nm3/h，含氧氣體之流量FB係使用80~1400Nm3/h，碳氫系氣體之流量FC係使用400Nm3/h。
在表2中，對於在各試驗中之真空脫碳精煉時的噴管高度、動壓P等之操作條件，以及脫硫處理後之熔鋼中硫濃度、脫硫評價、著熱率等之操作結果作展示。在表2之備註欄中，係將本發明之範圍內的試驗標示為 「本發明例」，並將其以外者標示為「比較例」。另外，在表2之脫硫評價之欄中的「合格」以及「不合格」，係將脫硫處理後的熔鋼中硫濃度為0.0024質量%以下時標示為「合格」，並將超過0.0024質量%時標示為「不合格」。又，著熱率，係使用上述之(6)式而算出。
如同表2中所示一般，在噴管高度為1.0~7.0m之範圍內並且根據(1)~(5)式所算出的噴流之動壓P為滿足20.0~100.0kPa之範圍內的試驗編號53~55、59~61之試驗中，係能夠熔製出目標之低硫鋼，並且著熱率亦為80%左右的高水準。
另一方面，在根據(1)~(5)式所算出的噴流之動壓P並非為20.0~100.0kPa之範圍內或者是噴管高度並非為1.0~7.0m之範圍內的試驗編號51、52、56~58、62、63中，脫硫率以及著熱率係均為低水準。
其中，在試驗編號51、52、62、63中，由於噴管高度係為過高，或者是噴流之動壓P係為低，因此，噴流之在熔鋼浴面處的動壓係成為低水準，與排氣氣體一同通過管路而排出的粉體係增大。可以推測到，此係為添加良率變差的原因。
又，在試驗編號56、57、58中，在精煉結束後的真空槽內係附著有大量的金屬固體。此係因為，由於噴管高度係為低，或者是噴流之動壓P係為高水準，因此，噴流之在熔鋼浴面處的動壓係成為過高，其結果，粉體係在真空槽內飛散並與熔鋼一同附著於真空槽內之耐火物上。可以推測到，此係為脫硫率以及著熱率成為低水準的原因。

Claims (3)

  1. 一種真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，係從被設置在能夠於真空脫氣設備之真空槽內作上下移動的上吹噴管之中心部處之中心孔，來將粉體與搬送用氣體一同地朝向真空槽內之熔鋼湯面作投射，並從設置在前述中心孔之周圍處的燃料噴射孔來供給碳氫系氣體，並且從設置在前述中心孔之周圍處的含氧氣體噴射孔來供給含氧氣體，而一面在上吹噴管前端處形成由前述碳氫系氣體之燃燒所致之火焰，一面透過該火焰來加熱前述粉體並投射至熔鋼處，該真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，其特徵為：粉體投射時之上吹噴管之噴管高度(從熔鋼靜止湯面起直到噴管前端為止之距離)，係為1.0~7.0m，根據下述之(1)~(5)式所算出的從上吹噴管所噴射出的噴流之動壓P，係為20.0kPa以上100.0kPa以下，P=ρg×U2/2‧‧‧(1) ρg=ρA×FA/FT+ρB×FB/FT+ρC×FC/FT+VP/(FT/60)‧‧‧(2) U=(FT/ST)×(1/3600)‧‧‧(3) ST=SA+SB+SC‧‧‧(4) FT=FA+FB+FC‧‧‧(5)，其中，在(1)~(5)式中，P係為在上吹噴管出口處之噴流的動壓(kPa)，ρg係為噴流之密度(kg/Nm3)，ρA係為搬送用氣體之密度(kg/Nm3)， ρB係為含氧氣體之密度(kg/Nm3)，ρC係為碳氫系氣體之密度(kg/Nm3)，Vp係為粉體之供給速度(kg/min)，U係為在上吹噴管出口處之噴流的流速(m/sec)，ST係為中心孔、燃料噴射孔以及含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積之總和(m2)，SA係為中心孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SB係為含氧氣體噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，SC係為燃料噴射孔之在上吹噴管出口處的剖面積(m2)，FT係為搬送用氣體之流量、含氧氣體之流量以及碳氫系氣體之流量的總和(Nm3/h)，FA係為搬送用氣體之流量(Nm3/h)，FB係為含氧氣體之流量(Nm3/h)，FC係為碳氫系氣體之流量(Nm3/h)。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，其中，前述粉體，係為錳礦石、錳系合金鐵、CaO系脫硫劑之中的1種或2種以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之真空脫氣設備之熔鋼的精煉方法，其中，前述粉體投射時之真空槽內的真空度係為2.7~13.3kPa。
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