[发明专利]转炉的吹炼方法和转炉吹炼用的顶吹喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及用氧气对铁水进行氧化的精炼转炉的吹炼方法，以及转炉吹炼用的顶吹喷枪。

背景技术

在使用铁水的转炉吹炼方法中，都是用顶吹氧气或者底吹氧气的方法，进行主要目的是脱碳的氧化精炼。近年来，在更短的时间内对大量铁水进行精炼，以便获得很高的生产率的要求比以往更加高涨了。更进一步，为了将大量的铁矿石和锰矿石在炉内直接还原，或者为了将大量废铁在炉内熔化，所需要的氧气量越来越多。为此，就需要有在把大量氧气在短时间内稳定地吹入炉内的同时，还能高精度地控制其成分的技术。此外，由于以铁水的脱磷和脱硫为目的的铁水预处理工艺的发展，在转炉吹炼中所产生的炉渣量大大地减少了，产生了许多与以往的工艺中不同的因素。为了应对这些情况，当务之急是需要一种最适宜的转炉快速吹炼方法。

在用顶吹喷枪的氧化精炼过程中，氧气是从设置在顶吹喷枪顶端的，称为拉瓦尔喷嘴的末端扩大的喷嘴中，以超音速或者亚音速的气流供向转炉内部的。在这样的情况下，为了不使脱碳反应等的反应效率降低，通常供应的氧气量比较多，是根据吹炼的初期到中期的高碳范围内的精炼条件来设计拉瓦尔喷嘴形状的。下文中，将氧气的供应量称为“供氧速度”。换言之，在供氧速度大的情况下，喷射出来的氧气借助于拉瓦尔喷嘴能适当地膨胀，达到超音速的速度，相反，在吹炼末期的相当于低碳范围内的供氧速度较小的情况下，氧气在拉瓦尔喷嘴中过度膨胀，阻碍了它达到超音速的速度。从吹炼初期到中期的高碳范围内，熔融金属中的含碳量大约超过0.6质量％，而在吹炼末期的低碳范围内，含碳量大约在0.6质量％以下。

在为了达到高生产率的供氧速度进一步增大的转炉吹炼中，当采用根据这种设计思想的拉瓦尔喷嘴时，由顶吹喷枪所供应的氧气气流的喷射速度进一步提高，到达熔融金属表面的喷射气流速度大大增加，将更加激起熔融金属表面的紊乱。在以往的每一顿钢水的钢渣重量超过50kg的吹炼方法中，为了使氧气流能切实地穿过钢渣层，这种设计思想是必然的。

可是，在近年来的钢渣量很少的吹炼方法中，这种设计思想的必要性降低了，相反，随着气流速度的增大，熔融金属的表面被搅乱了，在钢渣量很少的吹炼中，会激起熔融金属剧烈地飞溅，增加沾粘在炉口和炉盖、顶吹喷枪、还有排气设备等部位上的生铁块，对作业产生不良的影响，同时还会降低铁的回收率，使生产率下降。此外，随着上述飞溅，铁尘的产生也显著增加，从产生铁尘这一点来看，铁的回收率也下降了。

为了阻止这种作业状况的恶化，曾经提出过对拉瓦尔喷嘴的孔径和倾角等顶吹喷枪形状的硬件方面的改进方案，以及控制顶吹喷枪的顶端与液体金属表面之间的距离和送氧的速度等作业条件的对策。下文中称上述喷枪的顶端与液体金属表面之间的距离为“喷枪高度”。例如，在日本专利公报特开平6-228624号公报中，公开了在改进顶吹喷枪的形状的同时，使得送氧速度和喷枪高度与拉瓦尔喷嘴的形状相配合，将其控制在适当的范围内的吹炼方法。可是，像这一公报那样，为了抑制大流量过程中铁水的飞溅和铁尘，因而对拉瓦尔喷嘴的构造和喷枪的高度进行变化的情况下，由于从顶吹喷枪喷射出来的氧气流的轨迹和级和形状有了很大的变化，以至产生了不必要的二次燃烧，以及因反应界面的面积变化而造成的反应效率变劣的所谓二次不良影响。另外，在由于机械的布置或者在作业上改变喷枪高度很困难的情况下就不能使用这种方法来处理。

另一方面，在吹炼末期的低碳范围中，所供应的氧气不但要用于脱碳，铁的氧化也要消耗很多氧气，所以为了抑制铁的氧化，提高氧气的脱碳效率，要降低送氧的速度。在此情况下，由于送氧的速度要从拉瓦尔喷嘴的适宜的流量值大幅度地下调，就不可能获得拉瓦尔喷嘴的最佳效果，不必要地减少氧气流，炉渣中的T.Fe将明显增加，降低了吹炼末期的脱碳反应的效率。另外，为了提高吹炼结束时铁水中各种成分的精确度，虽然把吹炼末期的的送氧速度控制在极低的值上是很必要的，但是，过于低了，氧气流的动压力将极度下降，会引起铁的剧烈氧化，所以送氧速度的降低是有限度的。以上所说的T.Fe是炉渣中的FeO和Fe₂O₃等全部铁的氧化物中铁的组分的总量。