專利名稱：鋼水的精煉方法及精煉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低成本高效精煉鋼水的方法，具體講本發(fā)明涉及低成本下鋼水高效脫碳、脫硫或脫磷的方法以及實施該方法用精煉裝置。
過去煉鋼時，雜質(zhì)是在盡可能容易除去的狀況下被除去的，人們?yōu)榇藢Ｗ⒂诤蛷V泛采用數(shù)個工序精煉的分步精煉法。例如曾經(jīng)廣泛采用的工藝方法，是將僅在轉(zhuǎn)爐中進行的脫磷處理和脫碳處理，分割成鐵水階段脫磷處理和轉(zhuǎn)爐中脫碳處理的鐵水處理法。
在轉(zhuǎn)爐中進行脫碳處理時，向鋼水吹氧將碳氧化而除去(氧化精煉)，所以鋼水中吸收氧是不可避免的。
特別在制造碳濃度小于0.1％低碳鋼的場合下，鋼水中氧濃度增高，例如碳濃度達到0.04％停爐時，鋼水中會含有0.05％左右氧。鋼水中碳濃度和氧濃度之間大致具有反比關(guān)系，所以停爐時如果碳濃度低，則碳濃度降低的過程中氧濃度升高。
尤其是汽車外用鋼板，大量使用加工性能極好、碳含量極低的炭素鋼，制造這種碳含量極低的炭素鋼時，必須使碳濃度降低到30ppm以下的水平，因此轉(zhuǎn)爐脫碳后進行二次精煉時，利用減壓精煉進行脫碳處理。
在連鑄法普及的現(xiàn)在，為防止鑄造時生成的CO產(chǎn)生氣孔和跑鋼現(xiàn)象，必須向鋼水中添加以Al為代表的脫氧劑，使鋼水中吸收的氧最終以氧化物形式上浮分離，但是鋼材中一旦混入脫氧劑，就會成為裂紋和電鍍?nèi)毕莓a(chǎn)生的原因，因而不是理想的。
此外，低碳鋼往往用作加工嚴(yán)格的沖壓材料，此情況下鋼材中殘存的脫氧劑容易作為夾雜物性缺陷出現(xiàn)。因此，開發(fā)出一種能夠制造低氧濃度低碳鋼的工藝方法就很重要。
在此觀點下，一種使鋼水中氧與鋼水中碳以CO氣體形式除去的碳脫氧法廣為人知。于是這種場合下，為使脫碳反應(yīng)有效進行，通?？梢圆捎脦в写笮驼婵张艢庋b置的真空脫氣設(shè)備(例如，RH真空脫氣設(shè)備)。
例如，作為連鑄用Al鎮(zhèn)靜鋼鋼水的制造方法，在特開昭53-16314號公報上記載了一種脫氧前進行脫氣的方法，即使用真空脫氣設(shè)備進行真空脫氣，使轉(zhuǎn)爐停爐時碳濃度達到0.05％以上。此法根據(jù)脫碳狀況將真空槽內(nèi)壓力控制在10～300乇范圍內(nèi)。此外，特開平6-116626號公報上記載了一種濺疤少的脫碳方法，即將單一直筒狀浸漬管，浸漬在轉(zhuǎn)爐精煉后碳濃度達到0.1～1.0％的處于盛鋼桶內(nèi)的鋼水中，在100乇以上壓力下，使惰性氣體與氧混合，用這種方法進行脫碳。
然而，特開昭53-16314和特開平6-116626號公報上記載的方法，均使用所謂大型減壓精煉裝置進行操作。特開昭53-16314號公報記載的方法中，需要減壓到10乇左右，所以必須用蒸氣噴射器等大型真空脫氣設(shè)備，而特開平6-116626號公報上記載的方法中，需要在氧氣中混合惰性氣體脫碳，若使用廉價氮氣，由于氮氣的吸收對時效特性產(chǎn)生不利影響，所以不得不使用昂貴的氬氣。
另一方面，目前廣泛采用真空脫氣裝置，對碳含量極低的低炭素鋼進行脫碳處理和脫氫處理。而制造低炭素鋼用裝置，是原來用于1乇以下高真空下脫氣使用的。因此，像RH真空脫氣裝置(以下有時稱為“RH精煉裝置”)之類高真空精煉裝置，真空槽的高度和直徑都非常大，而且應(yīng)排氣的體積也很大，所以耐火材料單耗及排氣所需噴射器用蒸氣等利用成本增高，結(jié)果使精煉成本上升。
此外，為了使低炭素鋼進行碳脫氧，設(shè)置這種大型減壓精煉裝置設(shè)備費高，不經(jīng)濟。而且高減壓精煉裝置，雖然可以用于例如碳濃度小于30ppm極低炭素鋼的制造，但是這種場合下與制造碳濃度0.04％左右的極低炭素鋼時相比，處理碳濃度高得多的鋼水時，附著在真空槽內(nèi)部含有高濃度碳的粗金屬錠將再溶解，變成極低炭素鋼精煉時的一種碳污染源。其結(jié)果導(dǎo)致脫碳處理時間延長，或者產(chǎn)生不能脫碳的問題。在RH精煉裝置中，雖然可以采用設(shè)置LPG燃燒器等作為熔解除去這種金屬的對策，但是如果采用這種對策，需要增大相應(yīng)的多余設(shè)備費用和處理成本等。
就鋼水脫硫處理而言，一般可以將鋼水脫硫分為在鐵水階段鐵水脫硫和在鋼水階段鋼水脫硫。因此，隨著近年來對鋼材使用環(huán)境的逐漸嚴(yán)格化，對鋼提出的高純化要求也逐年增加，其結(jié)果僅靠鐵水脫硫不能滿足需要，鋼水脫硫也成為必須的一個工藝步驟。尤其是需要開發(fā)出一種能夠制造硫濃度小于10ppm的極低硫鋼材的有效脫硫方法以及實施該方法所需脫硫裝置。
為適應(yīng)這種要求，例如特開昭58-37112號公報上公開的方法，是將設(shè)置有粉末吹入噴槍的浸漬管(RH精煉裝置中的上升管)浸漬在盛鋼桶內(nèi)鋼水中，并向此浸漬管同時噴射載氣和脫硫劑。
此方法雖然可以使鋼水中硫濃度降低到10ppm以下，但是像RH精煉裝置那樣的真空脫氣裝置中，設(shè)有保持1乇左右高真空度所需的巨大排氣裝置，使用這種真空脫氣裝置處理時，蒸氣及電力等運行成本加大。而且真空脫氣槽本身，還不得不設(shè)置一種與處理中濺疤具有相應(yīng)高度的巨大真空脫氣槽，因而使耐火材料成本也增高。
另一方面，在LF等盛鋼桶精煉容器中進行脫硫時，與RH方式脫硫處理一樣，雖然可以使鋼水中硫濃度降低到10ppm以下，但是卻存在因運行成本上升和處理時間延長而導(dǎo)致生產(chǎn)率降低的問題。
此外，有人提出將設(shè)有粉末噴槍的浸漬管浸漬在盛鋼桶內(nèi)鋼水中，通入載氣和同時噴吹脫硫劑而脫硫的方法。與RH方式的脫硫處理相比，此方法的運行成本雖低，但是浮在鋼水表面上沒有脫硫能力的爐渣，在攪拌下能促進二次增硫，因此很難穩(wěn)定地熔制出硫濃度小于10ppm的含硫極低的鋼材。
其次就鋼水脫磷處理而言，鋼水脫磷的傳統(tǒng)方法，例如特開昭62-205221號公報中記載的脫氣和脫磷方法。該方法的特征在于，通過設(shè)置在真空脫氣槽下部的粉末噴吹風(fēng)口，向含有100～800ppm游離氧的鋼水噴吹粉末脫磷劑。但是此方法的缺點是，就真空脫氣設(shè)備的特性而言，脫磷反應(yīng)與脫碳反應(yīng)同時產(chǎn)生，但脫碳反應(yīng)優(yōu)先進行，結(jié)果使脫磷反應(yīng)速度降低。
針對這樣的課題，特開平2-122013號公報記載了一種脫氣和脫磷方法。該方法的特征在于，脫氣和脫磷處理時，按照鋼水中碳濃度水平控制脫氣槽內(nèi)真空度。這種方法就RH真空脫氣設(shè)備特性而言，可以對鋼水進行處理的真空度控制范圍一般小于150乇，在此水平真空度下，該方法中的脫碳反應(yīng)依然優(yōu)先進行。因此與上述特開昭62-205221號公報中記載的方法相比，此方法的脫磷反應(yīng)雖好，但是卻不能獲得足夠的脫磷反應(yīng)速度，而且在上述程度的真空度下處理低炭素鋼時，碳濃度與制品規(guī)格中規(guī)定的相比過低，所以脫磷處理后必須追加投入碳質(zhì)合金，從而使合金成本提高以及處理時間延長等。此外，該方法根據(jù)鋼水中碳濃度水平控制真空度，盛鋼桶內(nèi)鋼水表面的搖動大，妨礙操作。
特開昭62-205221和特開平2-122013號公報中記載的方法，是使用RH真空脫氣設(shè)備那樣的巨大真空脫氣槽的處理方法，有蒸氣和電力等運行成本增高的問題；而且必須使用一種具有與處理中激烈的濺疤相應(yīng)的充分高度的真空脫氣槽，因而使設(shè)備所需耐火材料的成本也增高。
(1)一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管下端的開口部分，浸漬在容納在盛鋼桶內(nèi)的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，于減壓下進行脫碳精煉，其特征在于將筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt(乇)調(diào)整得滿足下式(1)和(2)，同時通過上述噴槍向鋼水表面噴吹氧氣，于減壓下進行脫碳精煉。
Pt＞760-1.297×107/Dc2…(1)K=1.71×Dl0.211×Dc0.438×Wm-1.124×Qg0.519×Pt-0.410＞0.046…(2)式中，K與脫碳反應(yīng)有關(guān)的容量系數(shù)K(升/分鐘)Dl盛鋼桶內(nèi)徑(厘米)Dc與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)闹睆?厘米)Wm平均一次處理的鋼水質(zhì)量(噸)Qg攪拌用氣體的噴吹量(Nm3/小時)。
(2)按照權(quán)利要求1所述的鋼水精煉方法，其特征在于其中將碳濃度比最終目標(biāo)碳濃度0.02～0.06質(zhì)量％高0.03～0.06質(zhì)量％的鋼水，注入盛鋼桶內(nèi)，于減壓下進行脫碳精煉。
(3)一種鋼水精煉裝置，其中所說的裝置在容納鋼水的盛鋼桶上方，自由升降地設(shè)置下端開口部分浸漬在所說的鋼水中的筒狀浸漬管，使鋼水上吸到所說的筒狀浸漬管內(nèi)部，于減壓下進行鋼水脫碳精煉的精煉裝置，其特征在于在筒狀浸漬管的上部，設(shè)置向鋼水表面噴吹氧氣的噴槍，同時在筒狀浸漬管的上部或側(cè)部，設(shè)置能夠?qū)⑼矤罱n管內(nèi)壓力Pt(乇)調(diào)整得滿足下式(1)和(2)的壓力調(diào)整手段，以及在盛鋼桶的底部一定位置處，設(shè)置攪拌用的氣體的噴吹手段，使所說的氣體能夠通過筒狀浸漬管內(nèi)的鋼水表面。
Pt＞760-1.297×107/Dc2…(1)K=1.71×Dl0.211×Dc0.438×Wm-1.124×Qg0.519×Pt-0.410＞0.046…(2)式中，K與脫碳反應(yīng)有關(guān)的容量系數(shù)K(升/分鐘)
Dl盛鋼桶內(nèi)徑(厘米)Dc與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)闹睆?厘米)Wm平均一次處理的鋼水質(zhì)量(噸)Qg攪拌用氣體的噴吹量(Nm3/小時)。
此外，本發(fā)明為了解決上述已有脫硫處理中的問題，目的在于提供一種能夠高效廉價地進行鋼水脫硫的鋼水精煉方法，其要點，如下(4)中所述。
(4)一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管的下端開口部分，浸漬在盛鋼桶內(nèi)容納的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，減壓下進行脫硫精煉，其特征在于，將筒狀浸漬管內(nèi)的壓力調(diào)整到100～500乇，而且將攪拌用氣體的噴吹量調(diào)整到0.6～3.0Nl/分鐘·噸，同時通過所說的噴槍向鋼水表面同時噴吹載氣和脫硫用粉末，在減壓下進行脫硫精煉。
此外，本發(fā)明為了解決上述的已有脫磷處理中的問題，目的在于提供一種能夠有效而廉價地進行鋼水脫磷的低碳鋼水精煉方法，其要點如下(5)中所述。
(5)一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管的下端開口部分，浸漬在盛鋼桶內(nèi)容納的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，于減壓下進行脫磷精煉，其特征在于，將筒狀浸漬管內(nèi)的壓力調(diào)整到300～500乇，而且將攪拌用氣體噴吹量調(diào)整到0.6～3.0Nl/分鐘·噸，再將鋼水中游離氧調(diào)整到300ppm以上，同時通過所說的噴槍向鋼水表面同時噴吹載氣和脫磷用粉末，在減壓下進行脫磷精煉。
而且本發(fā)明目的還在于提供一種實施本發(fā)明脫硫處理或脫磷處理用精煉裝置，其要點如下(6)中所述。
(6)一種鋼水精煉裝置，其中所說的裝置是在容納鋼水的盛鋼桶上方，自由升降地設(shè)置下端開口部分浸漬在所說的鋼水中的筒狀浸漬管，使鋼水上吸到所說的筒狀浸漬管內(nèi)部，于減壓下進行脫硫精煉或脫磷精煉的鋼水精煉裝置，其特征在于設(shè)置高度3500～7500毫米、直徑與盛鋼桶直徑比為0.25～0.5的筒狀浸漬管，在筒狀浸漬管的上部，設(shè)置向鋼水表面同時噴吹載氣和脫硫用粉末或脫磷用粉末的噴槍，同時在筒狀浸漬管的上部或側(cè)部，設(shè)置將筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到100～500乇的壓力調(diào)整手段，以及在盛鋼桶底部一定位置處設(shè)置攪拌用氣體噴吹手段，使所說的氣體能夠通過筒狀浸漬管內(nèi)的鋼水表面。
附圖2是表示當(dāng)與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)膬?nèi)徑為80厘米時，筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt與攪拌用氣體噴吹量Qg之間關(guān)系的圖解。
附圖3是表示當(dāng)與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)膬?nèi)徑為150厘米時，筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt與攪拌用氣體噴吹量Qg之間關(guān)系的圖解。
附圖4是表示當(dāng)與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)膬?nèi)徑為200厘米時，筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt與攪拌用氣體噴吹量Qg之間關(guān)系的圖解。
附圖5表示筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt與鋼水上吸量Wc之間關(guān)系的圖解。
附

圖1是表示減壓下精煉鋼水的精煉裝置示意圖。圖中，1是容納在盛鋼桶2內(nèi)的鋼水，3是在盛鋼桶上方設(shè)置的自由升降的筒狀浸漬管，使其下端開口部分浸漬在盛鋼桶2內(nèi)鋼水1中，4是設(shè)置在盛鋼桶2底部的噴吹鋼水?dāng)嚢栌脷怏w的風(fēng)口，5是真空度調(diào)整裝置，用作將筒狀浸漬管3內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定值的壓力調(diào)整手段，6是向筒狀浸漬管3內(nèi)鋼水1的表面噴吹氣體用，或者噴吹含有所需粉末的氣體用，或者粉末噴吹用噴槍。在附圖1所示的精煉裝置中，進行脫碳處理的場合下，自下端浸漬在盛鋼桶2內(nèi)鋼水1中的筒狀浸漬管3的上方，通過氣體噴吹用噴槍6，自脫碳用氣體供給源7噴吹脫碳用氣體，另一方面自盛鋼桶2底部，由攪拌用氣體供給源8噴吹鋼水?dāng)嚢栌脷怏w，以此方式進行鋼水1的脫碳精煉。
本發(fā)明人等在試驗室試驗和工廠試驗中，在改變鋼水量、筒狀浸漬管內(nèi)徑、筒狀浸漬管內(nèi)壓力、氣體噴吹量和盛鋼桶內(nèi)徑的條件下，同時通過設(shè)置在筒狀浸漬管內(nèi)的氣體噴吹用噴槍6，自脫碳用氣體供給源7噴吹適量氧，同時底吹自攪拌用氣體供給源8供給的鋼水?dāng)嚢栌玫状禋怏w，一邊攪拌鋼水，一邊進行脫碳，進行了各種試驗，獲得了附圖2、附圖3、附圖4所示的結(jié)果。也就是說，附圖2～4表示，在鋼水量約300噸的場合下，由碳濃度0.1質(zhì)量％、氧濃度0.033質(zhì)量％的初始條件進行脫碳處理，10分鐘內(nèi)(不降低生產(chǎn)率程度的時間)能夠達到最終目標(biāo)碳濃度為0.04％的指標(biāo)。
由這些結(jié)果得到了表示下式(3)定義的脫碳反應(yīng)速度的容量系數(shù)K(升/分鐘)，與處理鋼水量Wm、盛鋼桶內(nèi)徑Dl(厘米)、與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)膬?nèi)徑Dc(厘米)、攪拌用氣體噴吹量Qg(Nm3/小時)、筒狀浸漬管內(nèi)壓力Pt(乇)之間關(guān)系的下述關(guān)系式(2)。
K=1.71×Dl0.211×Dc0.438×Wm-1.124×Qg0.519×Pt-0.410＞0.046…(2)式中，K與脫碳反應(yīng)有關(guān)的容量系數(shù)K(升/分鐘)Dl盛鋼桶內(nèi)徑(厘米)Dc與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)闹睆?厘米)Wm平均一次處理的鋼水質(zhì)量(噸)Qg攪拌用氣體的噴吹量(Nm3/小時)。
K=ln([％C]i/[％C]f)/t…(3)式中，[％C]i處理前碳濃度(％)[％C]f處理后碳濃度(％)t處理時間(分鐘)。
為了使脫碳反應(yīng)進行，氧與鋼水的攪拌將成為必需的，簡單的方法是利用設(shè)置在筒狀浸漬管3內(nèi)的噴吹氣體用噴槍6，向筒狀浸漬管3內(nèi)的鋼水表面噴吹氧，而且從反應(yīng)上來看也是所希望的。其理由是，在筒狀浸漬管3內(nèi)鋼水的表面上，吹入氣體的氣泡急劇膨脹之處，是被攪拌最為強烈的區(qū)域，向此處供給氧時可以獲得高的脫碳效率。
但是，過量氧的供給由于會導(dǎo)致鋼水中氧濃度上升，所以應(yīng)當(dāng)在不會上升的范圍內(nèi)適當(dāng)確定最佳值。而且，雖然底吹氣體量越多越好，但是過多噴吹氣體時將導(dǎo)致噴嘴和多孔磚溶損，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)處理的鋼水量、筒狀浸漬管直徑、盛鋼桶直徑和設(shè)定的壓力等適當(dāng)確定。
更具體講，選擇以下數(shù)值是理想的。
(ⅰ)一次處理的鋼水量350噸以下。
這是因為一旦超過350噸，與反應(yīng)界面相比鋼水量過多，短時間內(nèi)很難完成脫碳反應(yīng)的緣故。而且，當(dāng)鋼水量過多時，需要長時間脫碳，鋼水溫度的降低量增大，招致轉(zhuǎn)爐出鋼溫度上升，因而使需要修補耐火材料等的費用提高。
(ⅱ)盛鋼桶內(nèi)徑按與其圓相當(dāng)?shù)闹睆接嬎愦笥?00厘米。
盛鋼桶直徑減小，脫碳反應(yīng)速度將會產(chǎn)生一些降低。這是因為由于盛鋼桶內(nèi)鋼水的深度增大，吹入氣體的氣泡所受到的靜壓加大，使吹入氣體與鋼水之間的脫碳反應(yīng)速度減小的緣故。為彌補這一點而增大攪拌氣體用量時，不僅使氣體消耗成本增加，而且還會導(dǎo)致噴吹氣體用風(fēng)口和多孔耐火材料溶損。此外，若不補救，則與上述(ⅰ)同樣，使脫碳時間延長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐出鋼溫度上升，同樣使修補耐火材料的費用提高。
(ⅲ)筒狀浸漬管內(nèi)壓力大于100乇，小于500乇。
降低筒狀浸漬管內(nèi)壓力雖然對確保脫碳反應(yīng)速度有利，但是濺疤飛散的高度增加，其結(jié)果像傳統(tǒng)RH精煉裝置那樣7米以上的大型精煉裝置就成為必需。另一方面，上述浸漬管內(nèi)壓力一旦超過500乇，脫碳所需的氣體吹入量增加，不僅加大氣體消耗成本，而且還導(dǎo)致噴吹氣體用風(fēng)口和多孔耐火材料的溶損。此外，不增加攪拌氣體用量的場合下，則與上述(ⅰ)同樣，脫碳時間延長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐出鋼溫度上升，同樣使修補耐火材料的費用提高。
(ⅳ)筒狀浸漬管內(nèi)徑大于80厘米，小于200厘米。
筒狀浸漬管內(nèi)徑小于80厘米時，反應(yīng)界面面積減小，使脫碳反應(yīng)速度降低。為彌補這一點一旦增加攪拌氣體的吹入量，就會使濺疤飛濺的高度增大，產(chǎn)生吹入氣體風(fēng)口溶損問題。而且，不增加攪拌氣體量的場合下，與前述(ⅰ)同樣，脫碳時間延長，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐出鋼溫度上升，同樣使修補耐火材料的費用提高。
另一方面，上述浸漬管內(nèi)徑若超過200厘米，由于上吸到筒狀浸漬管內(nèi)的鋼水量增加，因而使支持其所需的設(shè)備變大，增加設(shè)備費用。而且使用于浸漬管的耐火材料的用量加大，因而使修補費用更高。
按照上述(ⅲ)和(ⅳ)的條件，能夠使筒狀浸漬管內(nèi)鋼水上吸量減少，真空槽升降容易，設(shè)備簡單，所以不需要使用象傳統(tǒng)的RH真空脫氣裝置那樣的高價盛鋼桶升降裝置。而且，由于將筒狀浸漬管內(nèi)壓力設(shè)定在100～500乇，所以還能使濺疤飛濺高度抑制得較低；另外，筒狀浸漬管內(nèi)徑為80～200厘米之間，比已有的減壓精煉設(shè)備小，所以耐火材料單耗小，也容易修補。
此外，由于使用過去在盛鋼桶上設(shè)置的一塊多孔磚就能確保足夠的氣體吹入量，所以本發(fā)明的脫碳處理不需要增加新的氣體吹入孔，也不必使用特別的多孔耐火材料和噴槍。
不僅如此，精煉最終目標(biāo)碳濃度為0.02～0.06質(zhì)量％的低碳鋼的場合下，當(dāng)轉(zhuǎn)爐中碳濃度達到比目標(biāo)碳濃度高0.03～0.06質(zhì)量％左右時停爐，然后用本發(fā)明的精煉方法和精煉裝置，在減壓下進行脫碳從而能夠有效地精煉，所以與以往直接在轉(zhuǎn)爐中進行脫碳處理到目標(biāo)碳濃度的方法相比，能夠在低廉價格下得到氧濃度低的鋼水。
(2)以下參照附圖，說明關(guān)于脫硫處理的本發(fā)明精煉方法的優(yōu)選實施方式及精煉裝置。
精煉裝置使用與附圖1所示精煉裝置的同型品。在附圖1所示的精煉裝置中，筒狀浸漬管3，是用真空度調(diào)整裝置5將其管內(nèi)真空度調(diào)整到100～500乇的一種裝置。以此方式將筒狀浸漬管3內(nèi)部的真空度設(shè)定在100～500乇，同時從風(fēng)口4以0.6～3.0Nl/分鐘·噸的吹入量吹入鋼水?dāng)嚢栌脷怏w，使鋼水1脫硫。本發(fā)明的這種脫硫處理，目的在于制造極低硫鋼，而且基于以下兩點重要發(fā)現(xiàn)(1)應(yīng)當(dāng)強化粉末噴吹部分的攪拌，和(2)應(yīng)當(dāng)強化對盛鋼桶內(nèi)全體鋼水的攪拌。也就是說，向鋼水中噴吹脫硫劑時，脫硫劑在鋼水中漂浮的過程中脫硫反應(yīng)雖然進行，但是此時若強化粉末吹入部分的攪拌，即特別是在減壓下攪拌，相對于僅由鋼水?dāng)嚢栌脷怏w產(chǎn)生的攪拌作用而言，還附加有因減壓下氣體膨脹產(chǎn)生的攪拌作用，結(jié)果強化了攪拌作用，能進一步促進脫硫反應(yīng)。這樣一來，從粉末吹入部分排出局部脫硫的鋼水，向此粉末吹入部分快速供給進一步鋼水，這種方法能夠避免脫硫反應(yīng)速度受到鋼水中硫向脫硫反應(yīng)面移動支配的局面。
如上所述，本發(fā)明的精煉方法中，筒狀浸漬管3內(nèi)真空度被設(shè)定在100～500乇，鋼水?dāng)嚢栌脷怏w的吹入量處于0.6～3.0Nl/分鐘·噸，在此條件下進行鋼水脫硫處理。之所以將筒狀浸漬管3內(nèi)的真空度設(shè)定在100～500乇，是因為若真空度超過500乇，則粉末吹入部分的攪拌將不充分，不能使鋼水中硫濃度降低到≤10ppm的程度。另一方面，若真空度低于100乇，則脫硫處理過程中出現(xiàn)劇烈濺疤，為與其相應(yīng)，使具有足夠高度的巨大真空脫氣槽成為必須，增大運行成本，因而不是理想的。
之所以將鋼水?dāng)嚢栌脷怏w吹入量設(shè)定在0.6～3.0Nl/分鐘·噸，是因為超過3.0Nl/分鐘·噸時，若經(jīng)由一般使用的多孔耐火材料吹入氣體，則耐火材料的溶損非常嚴(yán)重，耐火材料不耐用；此外，當(dāng)氣體流速超過上限時，盛鋼桶內(nèi)鋼水的搖動也加大，打亂鋼水表面上的爐渣，因而不能使鋼水中硫濃度降低到10ppm以下。另一方面，若上述氣體的吹入量低于0.6Nl/分鐘·噸的場合下，難以使鋼水混合均勻，不能使鋼水中硫濃度降低到10ppm以下。
此外，為了進行更加有效的脫硫處理，使用高度3500～7500毫米，其直徑與盛鋼桶直徑比為0.25～0.5的筒狀浸漬管3。這是因為，若筒狀浸漬管3高度小于3500毫米、其直徑與盛鋼桶直徑比小于0.25，則因處理過程中的濺疤附著在筒狀浸漬管內(nèi)壁上的鋼水金屬增加，導(dǎo)致鋼水的利用率降低和操作不穩(wěn)定。另一方面，一旦筒狀浸漬管3高度大于7500毫米、其直徑與盛鋼桶直徑比大于0.5，則設(shè)備全體就會與RH精煉裝置等真空脫氣裝置大致具有同等大小，使運行成本增高，因而不是理想的。
(3)以下參照附圖，說明屬于脫磷處理的本發(fā)明的優(yōu)選精煉方法及精煉裝置。
精煉裝置使用與附圖1所示精煉裝置的同型品。在附圖1所示的精煉裝置中，筒狀浸漬管3，是用真空度調(diào)整裝置5將其管內(nèi)真空度調(diào)整到300～500乇的一種裝置。以此方式將筒狀浸漬管3內(nèi)部的真空度設(shè)定在300～500乇，同時從風(fēng)口4以0.6～3.0Nl/分鐘·噸的速度吹入鋼水?dāng)嚢栌脷怏w，鋼水中游離氧為300ppm以上，使此鋼水1脫磷。本發(fā)明的這種脫磷處理基于以下兩點重要發(fā)現(xiàn)(1)應(yīng)當(dāng)強化粉末的噴吹入部分的攪拌，和(2)應(yīng)當(dāng)強化盛鋼桶內(nèi)全體鋼水的攪拌。也就是說，向鋼水中噴吹脫磷劑時，脫磷劑在鋼水中漂浮的過程中脫磷反應(yīng)雖然進行，但是此時若強化粉末吹入部分的攪拌，即特別是減壓下攪拌，相對于僅由鋼水?dāng)嚢栌脷怏w產(chǎn)生的攪拌作用而言，還附加有因減壓下氣體膨脹產(chǎn)生的攪拌作用，結(jié)果強化了攪拌作用，能進一步促進脫磷反應(yīng)。
如上所述，本發(fā)明的精煉方法中，筒狀浸漬管3內(nèi)真空度被設(shè)定在300～500乇，鋼水?dāng)嚢栌脷怏w的吹入量處于0.6～3.0Nl/分鐘·噸，以及鋼水中的游離氧處于300ppm以上的條件下進行鋼水脫磷處理。之所以將筒狀浸漬管3內(nèi)的真空度設(shè)定在300～500乇，是因為若真空度超過500乇，則粉末吹入部分的攪拌將變得不充分，脫磷反應(yīng)將變得極慢。另一方面，若真空度低于300乇，則脫碳反應(yīng)優(yōu)先進行，脫磷反應(yīng)速度降低，而且鋼水中的碳濃度將比制品規(guī)格中規(guī)定的碳濃度低得多，脫磷處理后必須補加碳合金，此外由于脫磷處理過程中出現(xiàn)劇烈濺疤而必須使用與其相對應(yīng)的具有足夠高度的巨大真空脫氣槽，因而增大運行成本的緣故。
之所以將鋼水?dāng)嚢栌脷怏w吹入量設(shè)定在0.6～3.0Nl/分鐘·噸，是因為超過3.0Nl/分鐘·噸時，若經(jīng)由一般使用的多孔耐火材料吹入氣體，則耐火材料的溶損非常嚴(yán)重，耐火材料不耐用；此外，當(dāng)氣體流速超過上限時，盛鋼桶內(nèi)鋼水的搖動也加大，影響操作的緣故。
另一方面，上述氣體的吹入量低于0.6Nl/分鐘·噸的場合下，難以使鋼水全體混合，脫磷反應(yīng)極慢。之所以將鋼水中游離氧濃度定在300ppm以上，這是因為若所說的游離氧濃度低于300ppm，則游離氧不足，脫磷反應(yīng)極慢的緣故。
此外，為了進行更有效的脫磷處理，使用高度3500～7500毫米，其直徑與盛鋼桶直徑比為0.25～0.5的筒狀浸漬管3。這是因為，若筒狀浸漬管3高度小于3500毫米而且其直徑與盛鋼桶直徑比小于0.25，則因處理過程中的濺疤附著在筒狀浸漬管內(nèi)壁上的鋼水金屬增加，導(dǎo)致鋼水的利用率降低和操作不穩(wěn)定。另一方面，一旦筒狀浸漬管3高度大于7500毫米而且其直徑與盛鋼桶直徑比大于0.5，設(shè)備全體就會變得與RH精煉裝置等真空脫氣裝置具有大致同等大小，使運行成本增高，因而不是理想的。
表1中實施例1的目的是制造最終碳濃度為0.04％的低碳鋼，首先在轉(zhuǎn)爐中碳濃度降低到0.07％時停爐，將得到的292噸鋼水注入盛鋼桶中后，用附圖1所示的精煉裝置進行9分鐘脫碳處理。此時筒狀浸漬管內(nèi)徑為165厘米，盛鋼桶內(nèi)徑400厘米。而且筒狀浸漬管管內(nèi)的壓力為300乇，底吹氣體量為37Nm3/小時。此條件下進行脫碳處理后，添加鋁進行脫氧，得到了最終碳濃度為0.04％的鋼水。此時鋁的利用率為93％，而轉(zhuǎn)爐中錳礦石的利用率為65％。
表1中的實施例2，首先當(dāng)轉(zhuǎn)爐中碳濃度降低到0.08％時停爐，將得到的260噸鋼水注入盛鋼桶中后，在筒狀浸漬管內(nèi)徑為86厘米，盛鋼桶內(nèi)徑400厘米，筒狀浸漬管的管內(nèi)壓力為200乇，氣體吹入量為40Nm3/小時條件下，一邊用頂吹噴槍噴吹氧氣，一邊進行12分鐘脫碳處理，為得到最終碳濃度為0.04％的鋼水，最后還要添加鋁進行脫氧。此時鋁的利用率為94％，而轉(zhuǎn)爐中錳礦石的還原利用率為68％。
表1中的對照例1，是在盛鋼桶內(nèi)徑250厘米，筒狀浸漬管內(nèi)徑為70厘米，吹入氣體量為50Nm3/小時條件下，對轉(zhuǎn)爐中熔煉的碳濃度0.07％的290噸鋼水進行脫碳精煉的實例。此時，未使用壓力調(diào)整裝置，在大氣壓下精煉20分鐘后，當(dāng)碳濃度降低到0.05％時停爐，相反，氧濃度上升。此后添加鋁進行脫氧，鋁的利用率為68％。
表1中的對照例2，是使用傳統(tǒng)RH真空脫氣裝置場合下的實例。將轉(zhuǎn)爐中碳濃度熔煉至0.08％鋼水進行6分鐘脫碳處理后碳濃度為0.04％。此時，與本發(fā)明的實施例相比，需要消耗更多的蒸氣和電力。
表1中的對照例3，是使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐直接進行脫碳精煉至碳濃度達到0.04％時的實例。這種情況下，錳礦石和鋁的利用率均低。
表1

實施例2用圖1所示的精煉裝置作為脫硫反應(yīng)容器，對硫濃度為26ppm的鋼水1進行脫硫處理。浸漬在盛鋼桶2內(nèi)的筒狀浸漬管3的內(nèi)徑為1.5米，高度為4.5米。利用真空度調(diào)整裝置5，使此筒狀浸漬管3內(nèi)維持在200乇真空度下。另外以1.8Nl/分鐘·噸的速率，從盛鋼桶2底部的風(fēng)口4噴吹攪拌鋼水用的氬氣，與攪拌鋼水1同時，以5千克/噸速率自粉末吹入用噴槍6噴吹載氣帶入的脫硫粉末，進行脫硫處理。結(jié)果示于表2之中。經(jīng)確認(rèn)，鋼水中硫濃度〔S〕由脫硫前的26ppm降低到脫硫后的5ppm，能夠在高效和低運行成本下脫硫。
表2中同時記載了對照例試驗，對照例1是使用傳統(tǒng)RH真空脫氣裝置，以4.5千克/噸的速率噴吹脫硫粉末的試驗。此場合下，鋼水中硫濃度〔S〕雖然由脫硫前的28ppm降低到脫硫后的6ppm，但是運行成本極高。
表2中對照例2，雖然使用了本發(fā)明的脫硫反應(yīng)容器，但是未使用真空度調(diào)整裝置，于大氣壓(760乇)下，以3千克/噸的速率，自噴槍噴吹載氣帶入粉末。硫濃度〔S〕脫硫前為31ppm，而脫硫后仍然有26ppm，未能達到目標(biāo)值〔S〕≤10ppm的要求。
表2

實施例3使用附圖1所示的精煉裝置作為脫磷反應(yīng)容器，脫磷處理了游離氧340ppm、磷濃度96ppm的鋼水1。浸漬在盛鋼桶2內(nèi)的筒狀浸漬管3的內(nèi)徑1.5米、高度4.5米。使用真空度調(diào)整裝置5將此筒狀浸漬管3內(nèi)的真空度維持在350乇。另外，以1.8Nl/分鐘·噸的速度，由盛鋼桶2底部的風(fēng)口噴吹鋼水?dāng)嚢栌脷鍤?，在攪拌鋼?的同時，以4千克/噸速率自粉末吹入用噴槍6噴吹載氣帶入的脫磷粉末。結(jié)果示于表3之中。經(jīng)確認(rèn)，鋼水中磷濃度〔P〕由脫磷前的96ppm降低到脫磷后的22ppm，能夠在高效和低運行成本下脫磷。
表3中同時記載了對照例，對照例1是使用傳統(tǒng)RH真空脫氣裝置，以4千克/噸的速率噴吹脫磷粉末的試驗。此場合下，鋼水中磷濃度〔P〕雖然由脫磷前的100ppm降低到脫磷后的25ppm，但是運行成本極高。
表3中的對照例2，是使用本發(fā)明的脫磷反應(yīng)容器，在鋼水中游離氧濃度為194ppm下，以4千克/噸的速率，自噴槍噴吹載氣帶入的脫磷粉末。此場合下，磷濃度〔P〕從脫磷前110ppm降至脫磷后95ppm，脫磷速度極慢。
此外，表3中的對照例3雖然使用了本發(fā)明的脫磷反應(yīng)容器，但是未使用真空度調(diào)整裝置，于大氣壓(760乇)下，以4千克/噸的速率，用噴槍噴吹載氣帶入脫磷粉末。此場合下，磷濃度〔P〕從脫磷前92ppm降低到脫磷后83ppm，脫磷反應(yīng)速度極慢。
表3

產(chǎn)業(yè)上利用的可能性按照本發(fā)明的鋼水精煉方法和精煉裝置，能使鋼水，特別能使低碳鋼鋼水在低運行成本下高效脫碳、脫硫或脫磷。因此本發(fā)明提供一種在鋼制造上有用的精煉方法和精煉裝置。
權(quán)利要求
1．一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管下端的開口部分浸漬在容納在盛鋼桶內(nèi)的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，于減壓下進行脫碳精煉，其特征在于調(diào)整筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt(乇)，使之滿足下式(1)和(2)，同時通過所說的噴槍向鋼水表面噴吹氧氣，于減壓下進行脫碳精煉。Pt＞760-1.297×107/Dc2…(1)K=1.71×Dl0.211×Dc0.438×Wm-1.124×Qg0.519×Pt-0.410＞0.046…(2)式中，K與脫碳反應(yīng)有關(guān)的容量系數(shù)K(升/分鐘)Dl盛鋼桶內(nèi)徑(厘米)Dc與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)闹睆?厘米)Wm平均一次處理的鋼水質(zhì)量(噸)Qg攪拌用氣體的吹入量(Nm3/小時)。
2．按照權(quán)利要求1所述的鋼水精煉方法，其特征在于將碳濃度比最終目標(biāo)碳濃度0.02～0.06質(zhì)量％高0.03～0.06質(zhì)量％的鋼水，裝在盛鋼桶內(nèi)，于減壓下進行脫碳精煉。
3．一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管的下端開口部分，浸漬在盛鋼桶內(nèi)容納的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，于減壓下進行脫硫精煉，其特征在于，將筒狀浸漬管內(nèi)的壓力調(diào)整到100～500乇，而且將攪拌用氣體的吹入量調(diào)整到0.6～3.0Nl/分鐘·噸，同時通過所說的噴槍向鋼水表面同時噴吹載氣和脫硫用粉末，在減壓下進行脫硫精煉。
4．一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管的下端開口部分，浸漬在盛鋼桶內(nèi)容納的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，減壓下進行脫磷精煉，其特征在于，將筒狀浸漬管內(nèi)的壓力調(diào)整到300～500乇，而且將攪拌用氣體吹入量調(diào)整到0.6～3.0Nl/分鐘·噸，以及將鋼水中游離氧調(diào)整到300ppm以上，同時通過所說的噴槍向鋼水表面同時噴吹載氣和脫磷用粉末，在減壓下進行脫磷精煉。
5．一種鋼水精煉裝置，其中在容納鋼水的盛鋼桶上方，自由升降地設(shè)置下端開口部分浸漬在所說的鋼水中的筒狀浸漬管，使鋼水在所說的筒狀浸漬管內(nèi)部上吸，于減壓下進行脫碳精煉，其特征在于在筒狀浸漬管的上部，設(shè)置朝鋼水表面噴吹氧氣的噴槍，同時在筒狀浸漬管的上部或側(cè)部，設(shè)置能夠?qū)⑼矤罱n管內(nèi)壓力Pt(乇)調(diào)整得滿足下式(1)和(2)的壓力調(diào)整手段，以及在盛鋼桶的底部一定位置處，設(shè)置攪拌用氣體的噴吹手段，使所說的氣體能夠通過筒狀浸漬管內(nèi)的鋼水表面。Pt＞760-1.297×107/Dc2…(1)K=1.71×Dl0.211×Dc0.438×Wm-1.124×Qg0.519×Pt-0.410＞0.046…(2)式中，K與脫碳反應(yīng)有關(guān)的容量系數(shù)K(升/分鐘)Dl盛鋼桶內(nèi)徑(厘米)Dc與筒狀浸漬管圓相當(dāng)?shù)闹睆?厘米)Wm平均一次處理的鋼水質(zhì)量(噸)Qg攪拌用氣體的吹入量(Nm3/小時)。
6．一種鋼水精煉裝置，其中在容納鋼水的盛鋼桶上方，自由升降地設(shè)置下端開口部分浸漬在所說的鋼水中的筒狀浸漬管，使鋼水在所說的筒狀浸漬管內(nèi)部上吸，于減壓下進行脫硫精煉或脫磷精煉，其特征在于設(shè)置高度3500～7500毫米、直徑與盛鋼桶直徑比為0.25～0.5的筒狀浸漬管，在筒狀浸漬管的上部，設(shè)置向鋼水表面同時噴吹載氣和脫硫用粉末或脫磷用粉末的噴槍，同時在筒狀浸漬管的上部或側(cè)部，設(shè)置將筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到100～500乇的壓力調(diào)整手段，以及在盛鋼桶底部一定位置處設(shè)置攪拌用氣體的噴吹手段，使所說的氣體能夠通過筒狀浸漬管內(nèi)的鋼水表面。
全文摘要
一種鋼水精煉方法，其中將具有噴槍的筒狀浸漬管下端的開口部分，浸漬在容納于盛鋼桶內(nèi)的鋼水中，將所說的筒狀浸漬管內(nèi)壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)使鋼水上吸，同時自盛鋼桶底部朝上吸的鋼水表面噴吹攪拌用氣體，于減壓下進行脫碳精煉，其特征在于調(diào)整筒狀浸漬管內(nèi)的壓力Pt(乇)，使之滿足下式(1)和(2)，同時通過所說的噴槍向鋼水表面噴吹氧氣，于減壓下進行脫碳精煉。Pt＞760－1.297×10
文檔編號C21C7/068GK1318108SQ00801475
公開日2001年10月17日 申請日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月16日
發(fā)明者國武意智, 大村典生, 阪井航, 務(wù)川進, 今井正 申請人:新日本制鐵株式會社