TWI679283B - 熔鐵的送氧精煉方法和頂吹噴槍 - Google Patents

Abstract

本發明是一種熔鐵的送氧精煉方法，其於送氧精煉的至少一部分期間，於貫穿頂吹噴槍的外殼的含氧氣體的噴射噴嘴中，一面自噴出口3向噴射噴嘴內噴出控制用氣體，一面自噴射噴嘴的入口側供給含氧氣體作為主供給氣體並自噴射噴嘴噴射，所述噴出口3是於噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位1或其附近部位的噴嘴側面，以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置。

Description

熔鐵的送氧精煉方法和頂吹噴槍

本發明是有關於一種自頂吹噴槍對裝入至反應容器中的熔鐵噴附含氧氣體而對熔鐵實施送氧精煉的熔鐵的送氧精煉方法、及用於該送氧精煉的頂吹噴槍。

於熔鐵的氧化精煉中，就提高反應效率的觀點而言，需求可同時控制自頂吹噴槍噴射的含氧氣體於熔鐵浴面上的噴流流速、與氣體流量的實用性的送氧方法。

例如，於轉爐中的熔融鐵的脫碳精煉中，就提高轉爐生產性的觀點而言，有時進行提高每單位時間的頂吹氧流量的作業。然而，該情形時若熔融鐵液面上的噴流的流速變高，則以灰塵（dust）等的形式飛散至爐外的鐵成分及附著、堆積於爐壁或爐口附近的鐵成分增加。若其量變多，則會導致由鐵良率降低所致的成本增加或轉爐運轉率的降低，故需求可實現高流量且低流速的送氧方法。

另一方面，於吹煉末期的熔鐵中碳濃度低的情形時，為了防止鐵的過剩的氧化損耗，通常減少頂吹氧流量而進行吹煉。於該情形時，若熔鐵液面上的噴流的流速過低，則有火點下的熔鐵的攪拌弱而鐵過剩氧化等問題。因此，需求於高氧流量時可進行低流速的作業，且於低氧流量時亦可進行高流速的作業的送氧方法。

通常，作為與氧流量的調整無關而獨立地調整浴面上的流速的方法，使用調整噴槍高度的方法。然而，若過於降低噴槍高度，則有受到由飛散的熔鐵所致的熔損而噴槍壽命明顯降低的問題，另外，若過於提高噴槍高度，則有因二次燃燒率增大或二次燃燒熱效率降低而爐內氣體溫度上升，導致耐火物壽命降低的問題，故而利用噴槍高度的流速的調整範圍存在極限。因此，期待實現不依賴於氧流量而可調整噴射速度的送氧噴嘴。

然而，噴嘴出口處的氣體流速一般而言有下述性質：若決定噴嘴形狀則相對於氣體流量而明確地決定氣體流速，於高流量時流速增加，於低流量時流速減少等。特別是若為了於高氣體流量時成為低動壓而增大噴嘴直徑，則有於使氣體流量降低的情形時流速過於降低的問題。因此，正在研究下述技術，即：藉由在吹煉中控制噴嘴形狀，而可同時達成於高氧流量時動壓不變得過高的吹煉條件、及於低氧流量時動壓不變得過低的吹煉條件。作為於吹煉中控制噴嘴形狀的技術，例如於專利文獻1中揭示有機械地改變噴嘴形狀的真空脫氣槽內的頂吹噴槍的技術。

另外，於專利文獻2中揭示有使用拉瓦噴嘴（laval nozzle）的作業方法，其於拉瓦噴嘴的末端擴展部的內表面設置氣體的吹出孔，根據主流的氧氣流量而自該吹出孔吹入氣體。轉爐精煉中，廣泛地使用有可將氣體的壓力高效率地轉換成動能的拉瓦噴嘴，以即便提高噴槍高度亦於熔鐵浴面獲得充分的氣體流速。對於拉瓦噴嘴而言，根據噴嘴出口與喉（throat）部的橫截面積（噴嘴內的垂直於中心軸的截面的面積）之比（開口比），而決定於噴嘴的末端擴展部成為適當膨脹從而能量損失減少的噴嘴的入口與出口之壓力比。噴嘴出口的爐內壓力大致為大氣壓，故而針對噴嘴的形狀而唯一地決定成為適當膨脹的噴嘴入口處的氣體壓力（適當膨脹壓力）、及與此相應的氣體流量（適當膨脹流量）。然而，若使氣體流量較適當膨脹流量進一步降低，則噴嘴入口的氣體壓力變得低於適當膨脹壓，成為噴嘴內產生衝擊波的過膨脹狀態，反之，若使氣體流量較適當膨脹流量進一步增大，則成為於噴嘴出口以後產生衝擊波的膨脹不足狀態，從而產生能量損失，相較於各氣體壓力下成為適當膨脹的噴嘴形狀的情形而氣體流速降低。

專利文獻2的方法中，在低於適當膨脹流量的氣體流量下，自設於拉瓦噴嘴的末端擴展部的內表面的氣體的吹出孔吹入少量的氣體，藉此將沿著末端擴展部的噴嘴側面形成的邊界層的氣體流向內側擠壓而使其剝離。而且，藉此抑制主流氣體的膨脹，緩和過膨脹狀態，抑制使氣體流量降低的情形時的氣體流速的降低。

另外，作為於噴嘴內有別於主流而另吹入氣體來控制氣體噴流的方法，於專利文獻3中揭示有於真空循環（Ruhrstahl Heraeus，RH）脫氣設備的頂吹噴槍中，使動作氣體於拉瓦噴嘴的喉部噴出而控制主流的氣體噴射的噴出方向的方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平8-260029號公報 專利文獻2：日本專利特開2000-234116號公報 專利文獻3：日本專利特開2004-156083號公報

[發明所欲解決之課題] 對於作為機械地改變噴嘴形狀的方法的專利文獻1的方法而言，於高溫且產生灰塵的環境下具有機械可動部等方面而言不實用，而且有難以應用於具有多個噴出孔的噴槍等問題。另外，於藉由噴嘴內表面的可動部而縮小截面積的情形時，雖然於其階差部分產生階差，但該階差的形狀對氣體流速造成的影響亦未必明確。

另外，專利文獻2的方法中，意圖於拉瓦噴嘴的末端擴展部使氣體流的邊界層自噴嘴壁面剝離，從而緩和低氣體流量時的過膨脹狀態，但有在氣體供給壓力較由噴嘴的開口比所決定的適當膨脹壓更高的膨脹不足條件下，無法使流速有效地增加等問題。

特別是為了提高轉爐等的送氧精煉中的生產性，要求增大氧氣流量，有時為了抑制高氣體流量條件下的氣體流速而擴大喉部的噴嘴截面積。但是，為了將噴槍前端冷卻而需要確保適當的冷卻水的流路截面積，故而噴嘴的出口截面積受到限制，因此噴嘴的開口比未必可自由地設定。於該情形時，噴嘴的開口比及藉此決定的適當膨脹壓有降低傾向，故而有時於低氣體流量條件下亦成為膨脹不足條件。但是，專利文獻2的方法無法於此種情形時使氣體流速有效地增加。

進而，專利文獻3的方法即便可控制氣體噴射的噴出方向，但有無法有效地控制氣體流速等問題。

本發明的目的在於提供一種頂吹送氧方法及其所用的頂吹噴槍，所述頂吹送氧方法不在噴槍噴嘴中使用機械可動部，即便在膨脹不足條件下亦可使低氣體流量時的氣體流速有效地增加，氣體流量的可變範圍大。 [解決課題之手段]

發明者等人為了解決所述課題，對不在頂吹氣體的噴射噴嘴中設置機械可動部，而藉由變更向噴嘴內的氣體導入方法，不依賴於氣體流量而控制氣體流速的方法進行了潛心研究，以至完成了本發明的送氧精煉方法及用於該送氧精煉的頂吹噴槍。

即，本發明為一種熔鐵的送氧精煉方法，自頂吹噴槍對裝入至反應容器中的熔鐵噴附含氧氣體而對所述熔鐵實施送氧精煉，其特徵在於：於所述送氧精煉的至少一部分期間，於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中，一面自噴出口向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體，一面自所述噴射噴嘴的入口側供給含氧氣體作為主供給氣體並自所述噴射噴嘴噴射，其中所述噴出口是於噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面，以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置。另外，作為較佳例，有時所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。

再者，本發明中，於說明書通篇中，所謂噴嘴的「橫截面積」是指噴嘴內部的垂直於中心軸的面積。因此，本發明中所謂「為最小橫截面積的1.1倍以下的部位」，是指該部位的橫截面積超過最小橫截面積的1.0倍且成為1.1倍以下的部位。

再者，如所述般構成的本發明的熔融鐵的送氧精煉方法中，可認為下述情況成為更佳解決手段： （1）使用接續於噴嘴出口而具有橫截面積於噴嘴軸向上最小且成為一定的直線部的直線噴嘴、或接續於橫截面積於噴嘴軸向上成為最小的喉部而具有末端擴展部的拉瓦噴嘴，作為噴射噴嘴； （2）使所述噴射噴嘴的入口側的所述主供給氣體的壓力大於滿足下述（1）式的適當膨脹壓Po： Ae/At＝（5^5/2 /6³ ）×（Pe/Po）^-5/7 ×[1－（Pe/Po）^2/7 ]^-1/2 …（1） 此處，At：噴射噴嘴的最小橫截面積（mm² ），Ae：噴射噴嘴的出口截面積（mm² ），Pe：噴嘴出口部環境壓力（kPa），Po：噴嘴適當膨脹壓（kPa）； （3）所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的圓周方向上設於多個方向，向所述噴出口導入所述控制用氣體的導入孔的直徑與每一個所述噴射噴嘴的所述噴出口的個數n之積為所述噴射噴嘴的橫截面積成為最小的部位的噴嘴內徑的0.4倍以上； （4）所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的全周方向上設置為狹縫狀，所述噴出口的所述噴射噴嘴的軸向長度為所述噴射噴嘴的橫截面積成為最小的部位的噴嘴內徑的0.25倍以下； （5）於所述送氧精煉的至少一部分期間，向所述噴射噴嘴內噴出的所述控制用氣體的流量為所述控制用氣體的流量與供給於所述噴射噴嘴的所述主供給氣體的流量之合計流量的5%以上； （6）根據自所述頂吹噴槍噴附於所述熔鐵的所述含氧氣體的供給速度而調整所述控制用氣體的供給速度； （7）伴隨著所述熔鐵的送氧精煉的進行而變更所述控制用氣體的供給速度； （8）根據所述送氧精煉開始前的熔鐵的矽濃度而變更所述控制用氣體的供給速度； （9）於供給了所述送氧精煉中供給的所述含氧氣體所含的總氧氣量的85%以後的送氧精煉末期，於所述噴射噴嘴中，一面使所述控制用氣體噴出，一面供給含氧氣體作為所述主供給氣體； （10）針對所述送氧精煉開始前的矽濃度為0.40質量%以上的熔鐵，於供給所述送氧精煉中供給的所述含氧氣體所含的總氧氣量的20%以前的送氧精煉初期，於所述噴射噴嘴中，一面使所述控制用氣體噴出，一面供給含氧氣體作為所述主供給氣體。

另外，本發明為一種頂吹噴槍，對反應容器中收容的熔鐵噴附含氧氣體，於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中，於噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面，具備噴出口，該噴出口是以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置，且用於向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體，向於所述噴嘴側面的圓周方向上設於多個方向的所述控制用氣體的多個噴出口導入所述控制用氣體的導入通路於所述頂吹噴槍內彼此連通。 另外，作為較佳例，有時所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。

再者，如所述般構成的本發明的頂吹噴槍中，可認為下述情況成為更佳解決手段： （1）所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的圓周方向上設於多個方向，與所述噴出口連通的所述控制用氣體的噴出噴嘴的內徑與每一個所述噴射噴嘴的所述噴出口的個數n之積為與所述噴射噴嘴的最小橫截面積對應的噴嘴內徑的0.4倍以上； （2）使用接續於噴嘴出口而具有截面積於噴嘴軸向上最小且成為一定的直線部的直線噴嘴、或接續於截面積於噴嘴軸向上成為最小的喉部而具有末端擴展部的拉瓦噴嘴，作為噴射噴嘴。

進而，本發明為一種頂吹噴槍，用於對反應容器中收容的熔鐵噴附含氧氣體，於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中，具備噴出口，該噴出口是於橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面的圓周方向於全周方向上設置為狹縫狀，且用於向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體。另外，作為較佳例，有時所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。

再者，如所述般構成的本發明的頂吹噴槍中，可認為下述情況成為更佳解決手段： （1）所述噴出口的所述噴射噴嘴的軸向長度為與所述噴射噴嘴的最小橫截面積對應的噴嘴內徑的0.25倍以下； （2）使用接續於噴嘴出口而具有截面積於噴嘴軸向上最小且成為一定的直線部的直線噴嘴、或接續於截面積於噴嘴軸向上成為最小的喉部而具有末端擴展部的拉瓦噴嘴，作為噴射噴嘴。 [發明的效果]

根據本發明，於頂吹噴槍的含氧氣體的噴射噴嘴中，不使用機械可動部，而對噴嘴內的截面積於長度方向上成為最小橫截面的部位附近的噴嘴側面中，於圓周方向上自多個方向或全周方向朝噴射噴嘴內噴出的控制用氣體進行控制，藉此可不依賴於總氣體流量而控制氣體流速。因此，即便於熔鐵等的飛散劇烈的送氧精煉的作業條件下，亦可不導致機械可動部的故障而用於作業。另外，於膨脹不足條件下亦可使低氣體流量時的氣體流速有效地增加，故而可實現氣體流量的可變範圍大的頂吹送氧方法及其中所使用的頂吹噴槍。即，即便為高氣體流量條件下適於減少飛濺（spitting）的最小內徑大的噴嘴，亦可抑制低氣體流量條件下的氣體流速的降低而實施送氧精煉。

以下，使用圖式對本發明的實施形態進行說明。 圖1為表示本發明中使用的頂吹噴槍用的氣體噴射噴嘴的一例的噴嘴的縱截面的示意圖。送氧精煉用的含氧氣體自頂吹噴槍的儲氣槽4通過貫穿頂吹噴槍的外殼的噴射噴嘴，向浴面噴射。於圖1及圖2（a）～圖2（d）所示的例中，為了簡化進行說明，示出僅具有一個噴射噴嘴的頂吹噴槍的前端部，且將水冷的頂吹噴槍的外殼的冷卻水流路等省略圖示。此處，含氧氣體通常使用工業用的純氧氣，但有時亦視目的而使用純氧氣與氮氣或氬氣的混合氣體等。

圖1所示的拉瓦噴嘴具備噴嘴內的截面積於噴射噴嘴的軸向上成為最小的喉部1、及接續於其下游側的末端擴展部2。另外，亦有時於喉部1的上游側接續而具備未圖示的尖削部，設為將主供給氣體導入至喉部1的尖削末端擴展噴嘴的形狀。本發明中所用的頂吹噴槍具備氣體噴射噴嘴，該氣體噴射噴嘴於噴嘴的橫截面積於噴射噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位的附近的噴嘴側面，具有控制用氣體的噴出口3，該控制用氣體的噴出口3是以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置。可一面自該控制用氣體的噴出口3，與自噴射噴嘴的入口供給的主供給氣體無關而獨立地向噴射噴嘴內噴出可控制流量的控制用氣體，一面自噴射噴嘴的入口側供給含氧氣體作為主供給氣體。

此處，所謂包含噴出口3的部位的噴射噴嘴的截面積，是指於噴射噴嘴的側面中，對實際上不存在噴射噴嘴的側面的噴出口3的部分以與噴出口3周圍的噴嘴側面連續的平滑曲面進行插補，將所得的曲面設為假想噴嘴側面，於與噴射噴嘴的中心軸垂直的平面中，由該假想噴嘴側面所包圍的面積。

此時，於除了多個噴出口3的部分以外的噴射噴嘴的側面形成為以噴射噴嘴的中心軸為中心的旋轉體的側面的情形時，假想噴嘴曲面與該旋轉體的側面相等。於拉瓦噴嘴的情形時，對噴出口3的部分進行插補的曲面大多包含圓柱或圓錐的側面的一部分、或該些形狀的組合，但若亦包括末端擴展部2的形狀為並非圓錐台的吊鐘狀的情形、或噴射噴嘴的截面形狀並非圓形的情形，則未必限於圓柱或圓錐的側面的一部分、或該些形狀的組合。

另外，於如後述般將噴出口3於噴射噴嘴的圓周方向的全周形成為狹縫狀的情形時，假想噴嘴曲面是藉由在包含噴射噴嘴的中心軸的截面中，對噴出口3的部位以與附近的噴嘴側面連續的平滑曲線（亦包含直線的情形）進行插補而求出。

對於具有並無噴出口3且通常的頂吹氧氣的拉瓦噴嘴的頂吹噴槍而言，已知氧氣的流量與喉部入口處的壓力之關係是據經驗而如下述（2）式般近似地表示： Pt＝Fo₂ /（0.456×n×dt² ）…（2） 此處，Pt為喉部1的入口的氣體壓力（絕對壓力）（kgf/cm² ），Fo₂ 為自頂吹噴槍噴射的氧氣流量（Nm³ /hr），n為頂吹噴槍的噴射噴嘴個數，dt為噴射噴嘴的喉部的內徑。

根據（2）式，喉部1的入口的氣體壓力Pt與氣體流量成正比例，且與喉部1的截面積成反比例（或者，Pt與氣體的線速度（Nm/s）成正比例）。自噴射噴嘴噴射的氣體噴流從根源上以該氣體壓力Pt為動力源，定性而言，氣體噴流的速度或動能有氣體壓力Pt越高則越變高的傾向。

相對於此，若於將自噴射噴嘴噴射的總氣體流量設為一定的條件下自噴出口3噴出控制用氣體，則於喉部1的噴出口3的附近，產生軸向的質量流速小的區域，於喉部1的橫截面（垂直於噴射噴嘴的中心軸的截面）的其他區域中，與不使控制用氣體噴出的情形相比而質量流速（每單位面積的質量流量）增大。因此，可見主供給氣體的氣體壓力於喉部1的入口處上升，自噴射噴嘴噴射的氣體噴流的速度增大的現象。該現象亦可謂表觀上使喉部1的橫截面積減少的效果，但即便控制用氣體相對於主供給氣體之比率相對較小亦顯著，不僅是於喉部1具備控制用氣體的噴出口3的拉瓦噴嘴的情形，而且於橫截面積在噴嘴軸向上一定的直線噴嘴中，於某軸向位置設有控制用氣體的噴出口的情形時，亦同樣觀察到。對於並無末端擴展部2的直線噴嘴而言，只要使設置多個噴出口3的噴嘴軸向位置無論對於哪一噴出口3而言均一致，則可設於任意的噴嘴軸向位置。即，直線噴嘴中，設置噴出口3的位置成為噴嘴的橫截面積在噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位的噴嘴側面。

為了將自噴出口3導入控制用氣體所致的喉部入口處的主供給氣體的氣體壓力上升高效率地轉換成動能，使噴流的流速增大，需要與通常的拉瓦噴嘴的情形同樣地考慮噴嘴形狀的影響，發明者等人發現，於特定的噴嘴形狀的條件下可獲得特別良好的使噴流流速增大的效果。即，可於主供給氣體的喉部入口處的氣體壓力較針對噴射噴嘴的開口比（Ae/At）由下述（1）式所決定的適當膨脹壓Po更高且表觀上膨脹不足的條件下，與不滿足該條件的情形相比使噴流流速有效地增大： Ae/At＝（5^5/2 /6³ ）×（Pe/Po）^-5/7 ×[1－（Pe/Po）^2/7 ]^-1/2 …（1） 此處，At：噴射噴嘴的最小橫截面積（mm² ），Ae：噴射噴嘴的出口截面積（mm² ），Pe：噴嘴出口部環境壓力（kPa），Po：噴嘴適當膨脹壓（kPa）。關於噴嘴形狀對該噴流流速的增大效果的影響，可認為可如以下般進行說明。

即，對於通常的拉瓦噴嘴而言，於喉部1的入口處的氣體壓力高於適當膨脹壓的情形時，於拉瓦噴嘴的末端擴展部2成為膨脹不足，氣體保持高壓力而自噴嘴出口噴射，於噴嘴外伴隨衝擊波而膨脹，故而產生能量損失，與因相同喉部1的入口處的氣體壓力而成為適當膨脹且開口比更大的噴嘴的情形相比，噴流流速降低。

相對於此，於使控制用氣體自於喉部1（或噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小的直線部）的噴嘴側面具備的多個噴出口3噴出的情形時，沿著喉部1的噴嘴側面（壁面）形成的主供給氣體的氣體邊界層自噴嘴側面剝離，而產生表觀上使喉部1的噴嘴截面積減少的效果。另一方面，關於該使噴嘴截面積減少的效果，可認為於噴嘴出口，因使控制用氣體於噴射噴嘴的氣體噴射方向上加速而相對變小。因此，藉由導入控制用氣體，而產生使開口比實質上較實際的噴嘴形狀增大的效果，於較根據噴嘴形狀（開口比）由所述（1）式所決定的適當膨脹壓更高的喉部1的入口處的氣體壓力下，實質上成為適當膨脹而噴流流速增大。另外，於針對喉部1的入口處的氣體壓力而使用由所述（1）式所決定的開口比的噴嘴的情形時，實質上成為過膨脹而產生能量損失。如此，於使控制用氣體自於喉部1（或噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小的部位）的噴嘴側面具備的多個噴出口噴出的情形時，可於喉部1的入口處的主供給氣體的氣體壓力較根據噴射噴嘴的形狀（開口比）由下述（1）式決定的適當膨脹壓Po更高且表觀上膨脹不足的條件下，較不滿足該條件的情形而使噴流流速有效地增大。

為了對以上般的控制用氣體的噴流流速的增大功能進行確認，使用圖1所示般的概形噴嘴等進行模型實驗，調查控制用氣體對噴流流速造成的影響。將所使用的噴嘴的形狀條件示於表1，但噴嘴A1～噴嘴A3及噴嘴B為具有喉部1的拉瓦噴嘴，噴嘴C1～噴嘴C6為於距噴嘴出口既定距離的位置具有控制用氣體的噴出口的直線噴嘴。控制用氣體的噴出口在任一條件下，均如圖2（c）所示的噴射噴嘴的喉處的橫截面圖般，於圓周方向上等分配置8個，且以內徑1 mm的導入孔（控制用氣體導入孔）的開放端的形式形成。C5、C6中將其8個噴出口中的4個封閉，C5中使4個噴出口鄰接，C6中使噴出口隔開一個。所謂表1中的控制用氣體噴出口的面積率，是指控制用氣體導入孔的總截面積相對於各噴嘴的最小橫截面積之比率。

[表1]

以表2所示的流量條件供給高壓空氣作為主供給氣體及控制用氣體而，將測定距噴嘴前端200 mm的中心軸上的噴流流速的結果、及主供給氣體與控制用氣體的供給壓力示於表2。該試驗中，對各噴嘴以3條件以內變更總氣體流量（控制用氣體流量與主供給氣體流量的合計），以使不供給控制用氣體的情形、與控制用氣體流量相對於總氣體流量之比率為20%的情形比對的方式進行調查。再者，關於表1所示的模型試驗用噴嘴的最小直徑或開口比等主要形狀，以製成後述的300 t規模的實機用頂吹噴槍的氣體噴射噴嘴的大致1/10比例尺的相似形的方式決定。另外，關於表2所示的模型試驗中的氣體流量，以使氣體的壓力或線速度與實機的作業條件成為相同程度的方式，且以成為實機的氣體噴射噴嘴的作業條件範圍的大致1/100的方式設定。

[表2]

表2中的噴流氣體速度差為噴嘴形狀及總氣體流量相同的條件的資料間的由有無控制用氣體所致的噴流氣體速度之差。根據表2的結果可知，即便總氣體流量一定，亦藉由使控制用氣體噴出而主供給氣體的壓力上升，可使噴流流速增大。尤其可知，於主供給氣體的壓力超過各噴嘴的適當膨脹壓的條件下，噴流流速的增大效果大。可認為其原因在於，如上所述，藉由使控制用氣體噴出而產生表觀上使開口比增大的效果，成為相對接近適當膨脹的條件。

另外可知，與拉瓦噴嘴及直線噴嘴的種類無關，若於噴嘴橫截面積成為最小橫截面的部位（A1、B或C1～C6之例）或其附近的部位（A2及A3之例）的噴嘴側面存在噴出口，則可獲得增大效果。進而，若使控制氣體相對於噴嘴自一方向噴出則無法獲得效果，可認為需要以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將控制氣體噴出口一分為二的情形時，至少噴出口的一部分存在於兩空間中的方式配置。

此處，參照表1及表2的使用拉瓦噴嘴的A1～A3，對「噴嘴橫截面積成為最小橫截面積的部位」進行研究。首先，關於A1中的設有噴出口的位置，擴大部長度為4 mm且控制用氣體噴出口距噴嘴出口的距離為4 mm，故而可知為噴嘴橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的喉部1。另外，關於A2中的設有噴出口的位置，擴大部長度為4 mm且控制用氣體噴出口距噴嘴出口的距離為2.7 mm，故而可知為噴嘴橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.06倍的部位。進而，關於A3中的設有噴出口的位置，擴大部長度為4 mm且控制用氣體噴出口距噴嘴出口的距離為2 mm，故而可知為噴嘴橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.14倍的部位。若於以上的前提下，對A1～A3於表2中的「噴流氣體速度差m/s」以有控制用氣體且總氣體流量為1.1 Nm³ /min的情形進行比較，則相對於最小橫截面積的倍率為「1」的噴嘴A1為+20 m/s，相對於最小橫截面積的倍率為「1.06」的噴嘴A2為+10 m/s，且相對於最小橫截面積的倍率為「1.14」的噴嘴A3為+0。藉此得知，本發明中，於使用拉瓦噴嘴的情形時，所謂噴嘴橫截面積成為最小橫截面的部位附近的部位，較佳為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。

繼而，對控制用氣體的供給條件進行說明。 利用具有與表1中的噴嘴B相同形狀的拉瓦噴嘴形狀的噴射噴嘴，於將控制用氣體噴出口進行各種變更的條件下，調查控制用氣體流量比率（控制用氣體流量相對於總氣體流量之比率）對噴流流速造成的影響。此處，關於控制用氣體噴出口，使用下述控制用氣體噴出口，即：如圖2（a）～圖2（d）所示般於圓周方向上等分配置2個、4個或8個，或者遍及全周而形成為狹縫狀，且以相對於噴射噴嘴的中心軸而成旋轉對稱的方式配置。於配置有多個噴出口的情形時，各噴射噴嘴的噴出口是以內徑1 mm的圓形截面的控制用氣體導入孔的開放端的形式形成。另外，狹縫狀的噴出口的情形時，將狹縫狀的間隙的寬度設為1 mm。對於各噴射噴嘴，使總氣體流量為1.1 Nm³ /min而一定，且使控制用氣體流量比率於0%～30%的範圍內變化，測定距噴嘴前端200 mm的中心軸上的噴流流速。將噴流流速的測定結果示於圖3。如圖3所示，可知無論是控制用氣體噴出口為遍及全周的狹縫狀，還是配置有多個噴出口的情形時，均有噴流流速的效果。關於控制用氣體流量比率，可謂為了於某種程度上獲得使所述喉部的噴嘴截面積表觀上減少的效果，較佳為5%以上。另外，關於控制用氣體流量比率的上限，並無特別限制，為了避免控制用氣體流路或控制用氣體供給系統的大型化，較佳為設為50%以下，更理想為30%以下。

另外，關於圖3所示的所有噴嘴，可知存在可使噴流流速最大化的控制用氣體流量比率，若以該比率以上增大控制用氣體流量比率，則有時亦可見噴流流速逐漸減少的傾向。可認為其原因在於，根據藉由導入控制用氣體所產生的使開口比實質上較實際的噴嘴形狀增大的效果、與使喉部入口處的主供給氣體的壓力上升的效果的關係，而存在實質上成為適當膨脹的控制用氣體流量比率。

繼而，利用具有與表1中的噴嘴B相同形狀的拉瓦噴嘴形狀的噴射噴嘴，於將控制用氣體噴出口形成為2～8個的於圓周方向上等分配置的圓形截面的控制用氣體導入孔的開放端的條件下，使控制用氣體導入孔的內徑亦於0.8 mm～1.2 mm的範圍內變化，同樣進行噴流流速的測定，調查存在控制用氣體噴出口的區域於喉部圓周方向上之比率如何造成影響。關於各噴嘴，於總氣體流量為1.1 Nm³ /min而一定的條件下，將控制用氣體噴出口之直徑×控制用氣體噴出口的個數/噴射噴嘴的喉部直徑作為橫軸，對噴流流速達到最大的控制用氣體流量比率下的噴流流速進行整理，將結果示於圖4。

由圖4可知，就所述表觀上使喉部的噴嘴截面積減少的效果的觀點而言，於喉部（或噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小的直線部）的圓周方向上，存在噴出口的區域之比率理想為大至某種程度。因此，對於在噴射噴嘴側面的圓周方向上設於多個方向的噴出口而言，較佳為將噴出口之直徑（與噴射噴嘴的中心軸及控制用氣體導入孔的中心軸垂直的方向之直徑、或向噴出口導入控制用氣體的導入孔的直徑）於噴射噴嘴側面的圓周方向上的總延長、即噴出口之直徑與每一個噴射噴嘴的噴出口的個數n之積，設為噴射噴嘴的喉部直徑、或橫截面積成為最小的部位的噴嘴內徑的0.4倍以上。

另外，利用具有與表1中的噴嘴B相同形狀的拉瓦噴嘴形狀的噴射噴嘴，於將控制用氣體噴出口設為遍及噴射噴嘴的圓周方向全周的狹縫狀的條件下，使該狹縫的間隙的間隔於0.6 mm～2.0 mm的範圍內變化，與所述同樣地進行噴流流速測定。對於各噴嘴，將狹縫的間隙的間隔/噴射噴嘴的喉部直徑作為橫軸，對噴流流速達到最大的控制用氣體流量比率下的噴流流速進行整理，將結果示於圖5。

由圖5可知，於將噴出口在噴射噴嘴側面的全周方向上設為狹縫狀的情形時，若形成為狹縫狀間隙的噴出口的噴射噴嘴的軸向長度過大，則有噴流流速的增大效果減少的傾向，故而形成為狹縫狀的噴出口的噴射噴嘴的軸向長度較佳為設為噴射噴嘴的橫截面積成為最小的部位的噴射噴嘴內徑的0.25倍以下。另外，若狹縫狀間隙較噴射噴嘴內徑的0.25倍而過大，則獲得所述表觀上使喉部的噴嘴截面積減少的效果所需要的控制用氣體的流量增大，而需要控制用氣體流路或控制用氣體供給系統的大型化，就此方面而言亦欠佳。

進而，對噴出口的特徵進行說明，如圖2（a）～圖2（d）所示的喉部處的橫截面圖般，噴出口只要為2個以上即可，或者亦可為遍及噴嘴的圓周方向全周的狹縫狀，但若將噴出口相對於噴射噴嘴中心軸而非對稱地配置，則如專利文獻3所記載，有自噴射噴嘴噴射的氣體噴流自中心軸偏向的傾向，故而噴出口理想為以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時，於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置。此時，就所述表觀上使喉部的噴嘴截面積減少的效果的觀點而言，多個噴出口理想為於噴射噴嘴軸向上全部設於相同位置，但未必須要使噴嘴軸向的位置嚴格地一致。只要使噴出口於噴射噴嘴軸向上彼此接近，並且以於利用通過噴射噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時，於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置，則雖然效率劣於將所有噴出口於噴射噴嘴軸向上配置於相同位置的情形，但可獲得類似的噴流流速的增大效果。

於如此般將控制用氣體的噴出口於噴嘴側面的圓周方向上設於多個方向的情形時，藉由使向控制用氣體的多個噴出口導入控制用氣體的導入通路於頂吹噴槍內彼此連通，可使控制用氣體的流量控制系統或供給路徑簡單，並且以良好的平衡供給自各噴出口噴出的控制用氣體。更理想而言，較佳為經由設於噴射噴嘴周圍的環狀氣體流路而設置向多個噴出口導入控制用氣體的導入通路。

另外，噴出口較理想為全部包含於喉部，但亦有時喉部的長度短而小於噴出口的噴射噴嘴軸向之直徑，即便使噴出口的一部分包含於下游側的末端擴展部、或上游側的未圖示的尖削部，亦只要使噴出口的中心位置包含於喉部，或整個喉部於噴射噴嘴軸向上包含於噴出口的存在範圍內，則後述的控制噴流流速的功能相差不大，可獲得同樣的效果。

另外，關於藉由自噴嘴側面噴出控制用氣體而表觀上使噴嘴截面積減少的效果，未必限定於將噴出口設置於噴射噴嘴的橫截面積於噴射噴嘴軸向上嚴格地成為最小的部位的情形，僅是設置於該部位的情形時可最有效率地獲得使噴流流速增大的效果，即便為於噴射噴嘴軸向上接近最小橫截面積的部位，有時亦可獲得類似的噴流流速的增大效果。但是，若設置噴出口的噴射噴嘴軸向位置的噴射噴嘴的橫截面積變大，則有時需要大量的控制用氣體而噴流流速的增大效率亦降低，故而理想為設置於最小橫截面積的1.1倍以下的橫截面積的部位。

另外，為了更有效地獲得所述使喉部的噴嘴截面積表觀上減少的效果，理想為向噴射噴嘴內噴出的控制用氣體的噴出口的線速度（Nm/s）大至某種程度，若相對於喉部的主供給氣體線速度（喉部的整個橫截面計的平均值）而為1/2倍～2倍左右的範圍內，則控制用氣體的壓力不會過高，可有效地獲得使喉部的噴嘴截面積表觀上減少的效果，故而較佳。基於以上所示的模型試驗結果所得的藉由控制用氣體而可獲得噴流流速的增大效果的較佳條件的相關見解中，關於流量比、長度之比、面積比及線速度比等無維度指標，即便於亦包括實機的情況而比例尺或尺寸大不相同的情形時，亦只要氣體壓力或噴嘴中的線速度的範圍為相同程度則充分有效，對應的無維度指標的較佳範圍可直接應用。

繼而，發明者等人對使用本發明的頂吹噴槍來控制噴流的流速或動壓，藉此於轉爐中的脫碳吹煉等送氧精煉中穩定地作業，並且減少灰塵產生量或鐵的氧化損耗的方法進行了潛心研究。

一般而言，鋼鐵的送氧精煉是以脫矽、脫碳、脫磷等為目的而實施，於精煉的初期階段，意欲增大氧的供給速度而有效率地去除雜質元素，於精煉的末期階段，雜質元素的濃度降低而氧化鐵的生成等目標外反應佔優勢，故而多選擇減小氧的供給速度般的送氧模式。於自頂吹噴槍供給氧氣的情形時，伴隨此種送氧速度的變更而頂吹氧噴射的動能變化，故而有頂吹氧噴射對熔融料渣或熔鐵面的碰撞狀態變化而反應速度受到影響之虞。

例如，於熔鐵的脫碳精煉中，若為了抑制氧化鐵的生成而於送氧精煉末期使頂吹氧氣的供給速度降低，則有頂吹氧噴射的動能降低，頂吹氧噴射的碰撞位置（火點）的攪拌、混合狀態變化而脫碳氧效率降低的傾向。因此，於此種情形時，亦可使用降低噴槍高度而抑制頂吹氧噴射的動能降低的方法，但於安全上而言可實現的噴槍高度存在極限，故而難以充分應對。

於本發明的熔鐵的送氧精煉方法中，於此種情形時，根據自頂吹噴槍噴附於熔鐵的含氧氣體的供給速度而調整控制用氣體的供給速度，藉此亦可使頂吹氧噴射的動能增大，故而可獲得有效率的反應速度的精煉條件的自由度增大。例如，於熔鐵的脫碳精煉中，於在供給了總氧氣量的85%以後等送氧精煉末期使頂吹氧氣供給速度降低的情形時，藉由一面使控制用氣體噴出一面供給氧氣作為主供給氣體，可抑制脫碳氧效率的降低而更有效地抑制氧化鐵的生成。此時，藉由在除了末期的精煉階段中不進行控制用氣體的供給，可於氧氣供給速度大的前段的精煉階段中亦抑制過剩的熔鐵飛散或灰塵的生成，藉由伴隨著送氧精煉的進行來變更控制用氣體的供給速度，可總體維持於有效率的精煉條件。

為了驗證藉由供給控制用氣體，而即便於相同的總氣體流量及噴槍高度的條件下亦使熔鐵浴面上的噴流流速增大，抑制氧化鐵的生成的效果進行驗證，而使用2 t規模的頂底吹精煉爐設備進行熔融鐵的脫碳處理，調查控制用氣體對料渣中氧化鐵濃度造成的影響。於使用小型爐的熔鐵的精煉試驗中，可認為藉由將熔鐵的每單位質量的氧氣或精煉劑的供給量或供給速度、及利用底吹氣體的攪拌動力密度（W/t）等條件設為與實機相同程度，可實施模擬實機中的精煉反應的試驗。以於按此所決定的氧氣流量的條件下，成為與實機的頂吹噴槍或所述噴射噴嘴的模型試驗相同程度的氣體壓力或噴嘴中的線速度的範圍的方式，進行頂吹噴槍的設計。另外，關於噴槍高度的條件，使用求出熔鐵的凹陷深度的經驗式，以凹陷深度相對於鐵浴深度之比率成為與實機的作業範圍相同程度的方式決定。

如表3中示出用於試驗的頂吹噴槍的條件般，使用分別具有直線型噴射噴嘴的單孔的噴槍D及5孔的噴槍E此兩種頂吹噴槍，在設於各噴槍的各噴射噴嘴中，以相對於各噴射噴嘴的中心軸而成為4次旋轉對稱的方式設有各4個控制用氣體噴出口。如表4所示的主要試驗條件般，一面底吹少量的氬氣攪拌熔鐵，一面於一定的總氧氣流量的條件下進行脫碳處理直至低碳濃度範圍為止。針對各頂吹噴槍，將不供給控制用氣體的情形、與供給了總氧氣流量的約23%作為控制用氣體的情形比較，測定脫碳處理結束時的吹止碳濃度（質量%）與料渣中T.Fe濃度（質量%）之關係，將其結果示於表5及圖6。

[表3]

[表4]

[表5]

由表5及圖6所示的結果可知，藉由自控制用氣體噴出口噴出控制用氣體，與不使用控制用氣體的先前技術的情形相比，即便為相同的總氣體流量及噴槍高度的條件，料渣中的T.Fe亦相對減少，可抑制鐵的氧化損耗。可認為其原因在於，因控制用氣體的效果而氧氣噴流碰撞鐵浴時的流速增大，火點下的攪拌力增強。該試驗中於整個吹煉期間中供給控制用氣體進行操作，但已知脫碳精煉中的料渣中氧化鐵濃度的上升是在精煉的末期顯著，例如表明，即便僅於供給了總氧氣量的85%以後等送氧精煉末期供給控制用氣體，亦同樣可獲得抑制鐵的氧化損耗的效果，伴隨著送氧精煉的進行而變更控制用氣體的供給速度有效。

另外，於送氧精煉中基於檢測精煉狀態的結果而變更控制用氣體的供給速度的方法亦有效，例如下述方法有效：基於檢測料渣的發泡（foaming）高度，或根據廢氣的分析資訊經時測定脫碳氧效率的結果，為了調整氧化鐵的生成速度而變更控制用氣體的供給速度的方法（例如於料渣中氧化鐵濃度過大的情形時，為了使氧化鐵生成速度減小，而開始供給控制用氣體，使頂吹氧氣噴射的動壓上升的方法）等。

另外，根據送氧精煉開始前判明的熔鐵的溫度、矽濃度、碳濃度、碎屑（scrap）使用量等精煉條件來調整控制用氣體的供給速度的變更模式亦有效。例如，於送氧精煉開始前的矽濃度為0.40質量%以上的熔鐵的脫碳精煉中，在供給所供給的含氧氣體所含的總氧氣量的20%以前的送氧精煉初期，於高送氧速度且高噴槍高度的精煉條件下，有容易產生噴濺（slopping）的傾向。於該情形時，可列舉下述方法：藉由一面使控制用氣體噴出一面供給含氧氣體作為主供給氣體，而使頂吹氧噴射的動壓增大從而抑制過剩的氧化鐵的生成，藉此防止噴濺的產生，並且於送氧精煉開始前的矽濃度小於0.40質量%的熔鐵的脫碳精煉中，於送氧精煉初期不進行控制用氣體的供給，而使頂吹氧噴射的動壓向低位推移而抑制熔鐵的飛散或灰塵的生成。

於轉爐的脫碳吹煉中吹煉前的熔融鐵中的矽濃度高的情形時，已知有時會產生被稱為噴濺的料渣的噴出。其原因在於，若於吹煉初期中生石灰等CaO系媒溶劑向液相料渣中的熔解（成渣）不大進行的階段中大量生成二氧化矽，則急遽產生因脫碳反應而生成的CO氣泡滯留於大量生成的高黏度的熔融料渣中，表觀的體積亦增大至10倍左右的現象（料渣發泡）。尤其若料渣發泡而厚度增大，則有頂吹氧噴射衰減而向熔融鐵或料渣的碰撞狀況變化，被鐵的氧化消耗的氧的比率增大而導致料渣中氧化鐵濃度上升的傾向。若料渣中氧化鐵濃度上升，則由與熔鐵浴或料渣中的熔鐵液滴中的碳的反應而導致形成於料渣中的微小CO氣泡增大而助長發泡，故而有時加速度地進行發泡以至噴濺。

作為防止此種噴濺的方法，亦想到根據料渣的發泡高度而降低噴槍高度，確保碰撞熔鐵浴的頂吹噴射的動壓而抑制過剩的氧化鐵生成的方法，但於吹煉初期般的高送氧速度的吹煉條件下降低噴槍高度的情況下，由飛散的熔鐵導致頂吹噴槍熔損而修理頻率增大，或因漏水而妨礙作業的風險高，並非上策。噴濺成為大幅妨礙作業的原因，故而通常於吹煉前的熔融鐵中的矽濃度高的情形時，藉由將吹煉初期的送氧速度設為低位而抑制噴濺。然而，降低送氧速度會導致吹煉時間延長。因此，發明者等人對使吹煉初期的送氧速度不降低的條件下，吹煉前的熔融鐵矽濃度及供給於噴嘴的控制用氣體流量比率對噴濺造成的影響進行調查。

於2 t規模的頂底吹精煉爐設備中對各種矽濃度的熔融鐵進行脫碳處理，調查控制用氣體對噴濺的產生狀況、灰塵的產生狀況及料渣中T.Fe濃度造成的影響。控制用氣體流量以外的基本試驗條件與表4所示相同，使脫碳處理前的熔融鐵的矽濃度於0.1質量%～0.5質量%的範圍內變化。頂吹噴槍使用與表3中的噴槍E相同的噴槍，於將總氧氣流量設為一定的條件下，對控制用氣體流量比率進行各種變更，進行脫碳處理直至約0.05質量%的低碳濃度為止。

將吹煉前的矽濃度為0.4質量%以上的熔融鐵的脫碳吹煉中，由吹煉初期的控制用氣體流量比率所致的噴濺產生有無的結果示於圖7。再者，於吹煉前的矽濃度小於0.4質量%的熔融鐵的脫碳吹煉中，未見噴濺的產生。由該些結果得知，於吹煉前的熔融鐵矽濃度為0.4質量%以上的熔融鐵的脫碳吹煉的情形時，藉由在吹煉初期自設於頂吹噴槍的氧氣噴射噴嘴的控制用氣體噴出口以適當條件供給控制用氣體，可抑制吹煉初期的噴濺。

另外，將熔融鐵的矽濃度小於0.4質量%的條件下，控制用氣體流量比率與灰塵產生速度之關係示於圖8。可知有若增大控制用氣體流量比率則灰塵產生速度增加的傾向。關於脫碳精煉中的灰塵，已知由伴隨著CO氣泡的破泡而生成的微小液滴（爆泡（bubble burst））所引起的灰塵成為主體，且於自脫碳處理的初期至中間階段的脫碳最盛期中產生速度特別大。可認為若供給控制用氣體而氧氣噴流的流速增大，則物理飛散的熔鐵液滴增大，藉此二次地由爆泡而生成的灰塵的產生速度增大，或因氣體流速增大而被一同攜帶至爐外的灰塵的比率增大，故而灰塵產生速度增加。另外，於預先進行預備處理而矽濃度低的熔融鐵的脫碳處理中，蓋渣（cover slag）的生成量少，故而灰塵產生速度容易變大。因此，於矽濃度小於0.4質量%的熔融鐵的脫碳處理中，可謂較理想為於脫碳最盛期中不供給控制用氣體進行吹煉，藉此避免灰塵產生速度增大。

將於矽濃度小於0.4質量%的熔融鐵的脫碳處理中，進行脫碳吹煉直至碳濃度約0.05質量%為止的時間點的料渣中的T.Fe濃度（質量%）、與控制用氣體流量比率之關係示於圖9。可知藉由以適當條件供給控制用氣體，料渣中的T.Fe減少，可抑制鐵的氧化損耗。可認為其原因在於，於矽濃度為0.4質量%以上的熔融鐵的脫碳處理中亦為同樣的傾向，藉由控制用氣體的效果而氧氣噴流的流速增大，火點下的攪拌力增強。

根據以上見解，於矽濃度為0.4質量%以上的熔融鐵的脫碳處理中，可謂較佳為如下精煉方法，即：於供給總氧氣量的20%以前等送氧精煉初期及供給了總氧氣量的85%以後等送氧精煉末期，自設於頂吹噴槍的氧氣噴射噴嘴的控制用氣體噴出口以適當的條件供給控制用氣體，藉此使氧氣噴流的流速相對增大，且於其他期間中不供給控制用氣體。

另外，於矽濃度小於0.4質量%的熔融鐵的脫碳處理中，可謂較佳為如下精煉方法，即：於供給了總氧氣量的85%以後等送氧精煉末期，自設於頂吹噴槍的氧氣噴射噴嘴的控制用氣體噴出口以適當條件供給控制用氣體，藉此使氧氣噴流的流速相對增大，且於其他期間中不供給控制用氣體。 實施例

以下，對將本發明的熔鐵的送氧精煉方法應用於工業規模的轉爐脫碳處理的實際例進行說明。 於300 t規模的頂底吹轉爐設備中，對頂吹噴槍的噴射噴嘴的規格進行各種變更而進行熔融鐵的脫碳處理，調查對灰塵產生量、鐵良率及噴濺的產生狀況造成的影響。於預先裝入有包含重量屑的鐵碎屑的混鐵車中，於高爐中接受熔融鐵並搬送至製鋼工場後，將既定量的熔融鐵排出至熔融鐵鍋中，於熔融鐵鍋中使用機械攪拌式的熔融鐵脫硫裝置進行脫硫處理。將脫硫處理後的料渣從熔融鐵鍋中排出後，於預先裝入有鐵碎屑約30噸的轉爐中裝入熔融鐵進行脫碳處理。一次吹煉中的熔融鐵與鐵碎屑的合計裝入量為約300噸，熔融鐵的轉爐裝入時的溫度為1280℃～1320℃，矽濃度為0.20質量%～0.60質量%，碳濃度為4.0質量%～4.4質量%的範圍。

根據所裝入的熔融鐵的量、溫度、矽濃度及碳濃度、所裝入的鐵碎屑的量、目標鋼液溫度、碳濃度等資訊，基於靜態控制而決定吹煉中供給的總氧量、發熱材料或冷卻材料的添加量。另外，關於生石灰等副原料，以使脫碳處理後的料渣的計算鹼度（CaO質量%/SiO₂ 質量%）成為3.5的方式決定添加量，且於吹煉初期添加所有量。此時，根據目標鋼液的磷濃度，視需要調整料渣生成量。

關於脫碳吹煉中的總氧供給速度及噴槍高度（自熔鐵的靜止浴面至噴槍前端為止的距離），於除了吹煉末期的吹煉初期至中間階段中分別設為750N m³ /min（2.5 Nm³ /（min·t））及4.0 m，於供給了基於靜態控制所決定的總氧量的85%以後的吹煉末期分別設為450 Nm³ /min（1.5 Nm³ /（min·t））及2.5 m。再者，該些噴槍高度為根據使用噴槍F的過去的作業實績，於對應的總氧供給速度下，作為頂吹噴槍的損傷狀況並無大的差異而可穩定作業的噴槍高度的下限所設定的值。另外，自設於轉爐的爐底的多個吹氣塞，於整個吹煉期間中底吹30 Nm³ /min（0.10 Nm³ /（min·t））的氬氣。

於吹煉末期，基於使用子噴槍所測定的鋼液的溫度及碳濃度，決定於測定後供給的氧量及冷卻材料的添加量。於結束供給了所決定的氧量的時間點結束吹煉，將鋼液取出至鋼包中。然後，將經過利用RH脫氣裝置或起泡裝置的鋼包精煉而調整了成分及溫度的鋼液供給於連續鑄造裝置，進行鋼錠（slab）等的連續鑄造。

將用於試驗的8種頂吹噴槍的條件示於以下的表6。 [表6]

噴槍F為具有先前以來用於作業的拉瓦噴嘴的頂吹噴槍。噴槍G及噴槍H是意圖使大氧流量時的噴流流速降低以抑制鐵的飛散損耗或灰塵的生成，而變更了噴槍F的噴射噴嘴形狀，噴槍G中將喉部直徑擴大至66 mm，噴槍H中使用內徑70 mm的直線型噴射噴嘴。再者，就確保頂吹噴槍所需要的水冷結構的觀點而言，難以將噴射噴嘴的出口直徑較70 mm而進一步擴大。

噴槍I是於噴槍G的各噴射噴嘴的喉部，另外，噴槍J是於噴槍H的距各噴射噴嘴的出口70 mm的位置，分別於噴射噴嘴的內表面中，於圓周方向上等分配置有以內徑10 mm的圓形截面的控制用氣體導入孔的開放端的形式形成的8個控制用氣體噴出口而成的本發明例的頂吹噴槍。另外，噴槍K～噴槍M為相對於噴槍H而於距各噴射噴嘴的出口70 mm的位置，設有不同形態的控制用氣體噴出口的本發明例的頂吹噴槍。噴槍K及噴槍M中，分別遍及各噴射噴嘴內表面的全周而設有3 mm寬及10 mm寬的間隙的狹縫狀的控制用氣體噴出口。噴槍N中，於各噴射噴嘴內表面，於噴射噴嘴的內表面的圓周方向上，等分配置有分別以內徑6 mm的圓形截面的控制用氣體導入孔的開放端的形式形成的4個控制用氣體噴出口。

各噴槍的各噴射噴嘴中向各控制用氣體噴出口導入控制用氣體的導入通路於噴槍內彼此連通，自控制用氣體供給裝置供給經控制為既定流量的工業用純氧氣作為控制用氣體。於使用任一頂吹噴槍的情形時，均於使用控制用氣體的情形時，設為表6所示的控制用氣體流量比率（控制用氣體量相對於總氣體流量之比率）。

繼而，對使用各頂吹噴槍的情形時的噴濺的產生狀況、及據此而決定的作業方法進行說明。

噴槍F的情形時不產生妨礙作業般的噴濺，但噴槍G的情形時若熔融鐵的矽濃度成為0.50質量%以上，另外，噴槍H的情形時若熔融鐵的矽濃度成為0.40質量%以上，則有時產生相對較大的噴濺，難以穩定地持續作業。因此，於使用噴槍G的作業中，藉由混鐵車中的熔融鐵的預備脫矽處理或與低矽濃度熔融鐵的合液，將裝入至轉爐中的熔融鐵的矽濃度限制於小於0.50質量%而持續作業。另外，於使用具有與噴槍G相同的噴射噴嘴形狀的噴槍I的作業中，於直至供給基於靜態控制所決定的總氧量的20%為止的吹煉初期，於裝入至轉爐的熔融鐵的矽濃度為0.50質量%以上的情形時供給控制用氣體，於裝入至轉爐的熔融鐵的矽濃度小於0.50質量%的情形時，不供給控制用氣體而進行作業。進而，於使用噴槍H的作業中，同樣地將裝入至轉爐中的熔融鐵的矽濃度限制於小於0.40質量%而持續作業。另外，於使用具有與噴槍H相同的噴射噴嘴形狀的噴槍J～噴槍M的作業中，於直至供給基於靜態控制所決定的總氧量的20%為止的吹煉初期，於裝入至轉爐中的熔融鐵的矽濃度為0.40質量%以上的情形時供給控制用氣體，於裝入至轉爐的熔融鐵的矽濃度小於0.40質量%的情形時，不供給控制用氣體而進行作業。此時，於使用噴槍G的作業中實施了預備脫矽處理的熔融鐵之比率、及使用噴槍I的作業中轉爐裝入時的熔融鐵的矽濃度為0.50質量%以上的裝料（charge）之比率均為10%。

進而，於使用噴槍H的作業中，同樣地將裝入至轉爐中的熔融鐵的矽濃度限制於小於0.40質量%而持續作業。另外，於使用具有與噴槍H相同的噴射噴嘴形狀的噴槍J～噴槍M的作業中，於直至供給基於靜態控制所決定的總氧量的20%為止的吹煉初期，於裝入至轉爐的熔融鐵的矽濃度為0.40質量%以上的情形時供給控制用氣體，於裝入至轉爐的熔融鐵的矽濃度小於0.40質量%的情形時，不供給控制用氣體而進行作業。此時，於使用噴槍H的作業中實施了預備脫矽處理的熔融鐵之比率、及使用噴槍J～噴槍M的作業中轉爐裝入時的熔融鐵的矽濃度為0.40質量%以上的裝料之比率均為約40%。

進而，於使用任一具有控制用氣體噴出口的噴槍的情形時，均於供給了基於靜態控制所決定的總氧量的85%以後的吹煉末期，使總氧供給速度降低並且供給控制用氣體進行吹煉。另外，對於除了所述吹煉初期及吹煉末期以外的期間，於使用任一具有控制用氣體噴出口的噴槍時，均不供給控制用氣體而進行作業。

對各頂吹噴槍分別持續實施200次左右的吹煉，對每1次吹煉的灰塵產生量（原單位）及鐵良率的平均值進行評價，將其結果示於以下的表7。灰塵產生量是設為由使用各頂吹噴槍的期間中的集塵灰塵的產生量而求出的平均原單位。鐵良率是根據直至連續鑄造為止的步驟中產生的製品量、廢片量及以再利用為目的而回收的原料金屬量的合計而求出。另外，將吹煉的初期及末期的送氧條件下的各噴槍的噴射噴嘴的背壓（主供給氣體對噴槍的供給壓力）、及吹煉結束時的鋼液中碳濃度為0.04質量%～0.05質量%的情形的料渣中（T.Fe）的平均值亦一併示於表7。表7中，主供給氣體背壓（初期）的欄的括弧內的數值為不供給控制用氣體的情形的值。

[表7]

由表7的結果可知，於噴槍G及噴槍H的情形時，相較於噴槍F的情形而灰塵產生量減少，但因料渣中氧化鐵濃度的上升而鐵良率的提高效果減弱。另外，於使用噴槍G及噴槍H的作業中，有時需要熔融鐵的預備脫矽處理，產生由脫矽劑所含有的氧化鐵的分解所致的吸熱，故而欠佳。

相對於此，本發明例中，即便不進行熔融鐵的預備處理，亦可於必要情形時藉由供給控制用氣體使頂吹氧噴流的速度增大，而防止噴濺。藉此，可於無需增大頂吹氧噴流的速度的情形時，降低噴流速度而抑制灰塵，並且於精煉末期供給控制用氣體而抑制料渣中氧化鐵濃度的上升，故而可穩定地持續提高鐵良率的作業。另外，所述作業中，可降低料渣中氧化鐵濃度，故而於可節約脫氧用等的合金鐵的方面亦有優點。於噴槍L及噴槍M的情形時，相對於其他的本發明例而料渣中氧化鐵濃度略有上升傾向，故而鐵良率的提高效果減小，但與使用噴槍F的先前的作業相比，灰塵產生量的降低效果及鐵良率的提高效果明顯。 [產業上的可利用性]

再者，於所述實施例中對脫碳吹煉的情形進行了說明，但本發明不限於此，亦可於脫磷吹煉或脫矽吹煉中使用該噴槍。另外，若為利用送氧噴槍的精煉步驟，則於例如利用電爐的精煉中亦可應用該技術。尤其於不依賴於其他氣體供給條件的變更而欲使噴流速度或動壓增大的情形時有效，例如可例示下述精煉方法：於使用轉爐型精煉爐的熔融鐵的預備脫磷處理中，於根據精煉末期的脫磷氧效率的降低而使頂吹氧氣供給速度降低時，應用使用控制用氣體來抑制頂吹噴流速度的降低的本發明的送氧精煉方法，藉此抑制脫磷反應效率的降低。

1‧‧‧喉部（部位）

2‧‧‧末端擴展部

3‧‧‧噴出口

4‧‧‧儲氣槽

圖1為表示本發明的頂吹噴槍中使用的氣體噴射噴嘴的一例的縱截面的示意圖。 圖2（a）～圖2（d）分別為表示用於對圖1所示的氣體噴射噴嘴中的控制用氣體噴出口進行說明的喉部處的橫截面的示意圖。 圖3為表示圖2（a）～圖2（d）所示的氣體噴流噴嘴中，由控制用氣體流量所致的噴流流速的增加行為的圖表。 圖4為表示本發明的頂吹噴槍中使用的氣體噴射噴嘴中，將控制用氣體噴出口之直徑×控制用氣體噴出口的個數/噴射噴嘴的喉部直徑作為橫軸，對噴流流速達到最大的控制用氣體流量比率下的噴流流速進行整理的結果的圖表。 圖5為表示本發明的頂吹噴槍中使用的氣體噴射噴嘴中，將狹縫的間隙的間隔/噴射噴嘴的喉部直徑作為橫軸，對噴流流速達到最大的控制用氣體流量比率下的噴流流速進行整理的結果的圖表。 圖6為表示本發明的頂吹噴槍中使用的氣體噴射噴嘴中，脫碳處理結束時的吹止碳濃度、與料渣（slag）中T.Fe濃度（質量%）的關係的圖表。 圖7為表示使用本發明的脫碳吹煉中，由吹煉初期的控制用氣體流量比率所致的噴濺產生有無的結果的圖表。 圖8為表示使用本發明的脫碳吹煉中，熔融鐵的矽濃度小於0.4質量%的條件下的控制用氣體流量比率、與灰塵產生速度之關係的圖表。 圖9為表示使用本發明的脫碳吹煉中，進行脫碳吹煉直至碳濃度約0.05質量%為止的時間點的料渣中的T.Fe濃度（質量%）、與控制用氣體流量比率之關係的圖表。

Claims (19)

1. 一種熔鐵的送氧精煉方法，其特徵在於：自頂吹噴槍對裝入至反應容器中的熔鐵噴附含氧氣體而對所述熔鐵實施送氧精煉，其中於所述送氧精煉的至少一部分期間，於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中，一面自噴出口向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體，一面自所述噴射噴嘴的入口側供給含氧氣體作為主供給氣體並自所述噴射噴嘴噴射，其中所述噴出口是於噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面，以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的熔融鐵的送氧精煉方法，其中所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中作為噴射噴嘴，使用接續於噴嘴出口而具有橫截面積於噴嘴軸向上最小且成為一定的直線部的直線噴嘴、或接續於橫截面積於噴嘴軸向上成為最小的喉部而具有末端擴展部的拉瓦噴嘴。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中使所述噴射噴嘴的入口側的所述主供給氣體的壓力大於滿足下述(1)的適當膨脹壓Po：Ae/At=(5^5/2/6³)×(Pe/Po)^-5/7×[1-(Pe/Po)^2/7]^-1/2… (1)此處，At：噴射噴嘴的最小橫截面積，單位為mm²，Ae：噴射噴嘴的出口截面積，單位為mm²，Pe：噴嘴出口部環境壓力，單位為kPa，Po：噴嘴適當膨脹壓，單位為kPa。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的圓周方向上設於多個方向，向所述噴出口導入所述控制用氣體的導入孔的直徑與每一個所述噴射噴嘴的所述噴出口的個數n之積為所述噴射噴嘴的橫截面積成為最小的部位的噴嘴內徑的0.4倍以上。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的全周方向上設置為狹縫狀，所述噴出口的所述噴射噴嘴的軸向長度為所述噴射噴嘴的橫截面積成為最小的部位的噴嘴內徑的0.25倍以下。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中於所述送氧精煉的至少一部分期間，向所述噴射噴嘴內噴出的所述控制用氣體的流量為所述控制用氣體的流量與供給於所述噴射噴嘴的所述主供給氣體的流量之合計流量的5%以上。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中根據自所述頂吹噴槍噴附於所述熔鐵的所述含氧氣體的供給速度，調整所述控制用氣體的供給速度。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中伴隨著所述熔鐵的送氧精煉的進行而變更所述控制用氣體的供給速度。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中根據所述送氧精煉開始前的熔鐵的矽濃度而變更所述控制用氣體的供給速度。
11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中於供給了所述送氧精煉中供給的所述含氧氣體所含的總氧氣量的85%以後的送氧精煉末期，於所述噴射噴嘴中，一面使所述控制用氣體噴出一面供給含氧氣體作為所述主供給氣體。
12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔鐵的送氧精煉方法，其中針對所述送氧精煉開始前的矽濃度為0.40質量%以上的熔鐵，於供給所述送氧精煉中供給的所述含氧氣體所含的總氧氣量的20%以前的送氧精煉初期，於所述噴射噴嘴中，一面使所述控制用氣體噴出，一面供給含氧氣體作為所述主供給氣體。
13. 一種頂吹噴槍，其特徵在於：用於對反應容器中收容的熔鐵噴附含氧氣體，其中於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中，於噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面具備噴出口，所述噴出口是以於利用通過噴嘴中心軸的任意平面將空間一分為二的情形時於兩空間中至少存在有噴出口的一部分的方式配置，用於向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體，向於所述噴嘴側面的圓周方向上設於多個方向的所述控制用氣體的多個噴出口導入所述控制用氣體的導入通路於所述頂吹噴槍內彼此連通。
14. 如申請專利範圍第13項所述的頂吹噴槍，其中所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。
15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述的頂吹噴槍，其中所述噴出口是於所述噴射噴嘴的側面的圓周方向上設於多個方向，連通於所述噴出口的所述控制用氣體的噴出噴嘴的內徑與每一個所述噴射噴嘴的所述噴出口的個數n之積為與所述噴射噴嘴的最小橫截面積對應的噴嘴內徑的0.4倍以上。
16. 一種頂吹噴槍，其特徵在於，用於對反應容器中收容的熔鐵噴附含氧氣體，其中於貫穿所述頂吹噴槍的外殼的所述含氧氣體的噴射噴嘴中具備噴出口，所述噴出口是於橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的部位或其附近部位的噴嘴側面的圓周方向上，於全周方向上設置為狹縫狀，用於向所述噴射噴嘴內噴出控制用氣體。
17. 如申請專利範圍第16項所述的頂吹噴槍，其中所述噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面的部位的附近為噴嘴的橫截面積於噴嘴軸向上成為最小橫截面積的1.1倍以下的部位。
18. 如申請專利範圍第16項或第17項所述的頂吹噴槍，其中所述噴出口的所述噴射噴嘴的軸向長度為與所述噴射噴嘴的最小橫截面積對應的噴嘴內徑的0.25倍以下。
19. 如申請專利範圍第13項、第14項、第16項或第17項中任一項所述的頂吹噴槍，其中作為噴射噴嘴，使用接續於噴嘴出口而具有截面積於噴嘴軸向上最小且成為一定的直線部的直線噴嘴、或接續於截面積於噴嘴軸向上成為最小的喉部而具有末端擴展部的拉瓦噴嘴。