转炉炼钢方法与流程

1.本发明涉及在容纳于转炉型容器内的铁液的精炼处理中防止冷铁源的熔解残留并且增加冷铁源的用量的转炉炼钢方法。


背景技术：

2.近年来，从全球变暖的观点考虑，在钢铁行业也要求减少co2气体的产生量，化石燃料用量的削减是当务之急。在钢铁行业中，通过用碳将铁矿石还原而制造铁水。制造该铁水所需的碳源为平均每1t铁水500kg左右。另一方面，在以废铁等冷铁源作为转炉中的原料而制造钢液的情况下，不需要铁矿石的还原所必须的碳源。此时，即使考虑到将冷铁源熔解所需的能量，通过将1t的铁水置换为1t的冷铁源，也可减少约1.5t的co2气体。
3.在转炉中，为了增加废铁等冷铁源用量，需要供给足以使冷铁源充分熔解的热量。如果热量不足，则在处理中冷铁源无法完全熔解，在出铁后也残留于炉底。在该情况下，在使用该炉的下一炉料的转炉处理中，为了使熔解残留的冷铁源可靠地熔解，必须提高铁水配合率，冷铁源用量不会增加。除此以外，会产生因出铁量不足而导致在脱碳处理中补充铁水这样的操作不良、在炉底附着有冷铁源原料金属的情况下因底吹风口闭塞而导致搅拌变差、精炼能力降低这样的冶金上的缺点。
4.通常，在转炉处理中，通过在铁水中作为杂质元素而含有的碳及硅的反应热来补偿由冷铁源熔解所导致的吸热，但在冷铁源的配合率增加的情况下，仅利用铁水中的碳成分/硅成分，会变得热量不足。另外，将冷铁源熔解时，在处理中、特别是处理前半的铁液温度变化也非常重要。在冷铁源熔解初期，由于冷铁源升温，周围的铁液所具有的热被夺走，铁液温度急剧降低。如果冷铁源用量增加，则初期的铁液温度的降低幅度增大，冷铁源熔解变得难以进行，此外，存在生成被称作“steel iceberg”、“ferroberg”的冷铁源周围的铁液发生凝固而形成的巨大冷铁源块(以下称为“冰山”)的隐患。对于冰山而言，相对于其体积，热传递面积小，因此，熔解需要时间，可以认为是发生冷铁源的熔解残留、处理时间延长的原因。
5.为了补充仅利用铁水中的碳成分/硅成分时不足的热量，例如，在专利文献1中提出了将硅铁、石墨、焦炭等升温剂供给至炉内、并供给氧气的热补偿技术。
6.另外，在专利文献2中提出了通过底吹气体的供给来促进转炉内铁液的搅拌从而促进冷铁源的熔解的技术。其是通过增强搅拌来促进铁水-冷铁源间的热传递及碳的物质移动(由从铁液向冷铁源表层部分的渗碳所导致的冷铁源熔点降低)的技术。
7.此外，在专利文献3中提出了在使用具有顶吹底吹功能的转炉形式的炉来进行铁水的脱磷处理时将冷铁源的总量或其一部分在吹炼前半从炉上添加至铁水中的方法。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本特开2011-38142号公报
11.专利文献2：日本特开昭63-169318号公报
12.专利文献3：日本特开2005-133117号公报


技术实现要素：

13.发明所要解决的问题
14.然而，在专利文献1所记载的方法中，由于供给碳、硅的氧化燃烧所需要的氧气，转炉中的处理时间延长，生产性降低。另外，存在如下问题：如果使用硅铁，则由于硅的燃烧而生成sio2，因此炉渣的产生量增加，如果使用石墨、焦炭，则由于碳的燃烧而导致co2气体产生量增加。
15.另外，专利文献2中记载的底吹搅拌增强与热补偿相比，效果小。考虑到铁水-冷铁源界面附近的热平衡及碳物质平衡，可以以界面的热传递系数或铁液的物质转移系数的一次函数的形式表示冷铁源熔解速度。这里，已知界面的热传递系数或铁液的物质转移系数与搅拌能量的0.2～0.3次方成比例。因此，即使将搅拌动力能量设为1.5倍，熔解速度也仅增加1成左右。
16.此外，在专利文献3中记载的方法中，能够避免由脱磷处理前半的铁液温度降低所导致的冷铁源熔解的停滞、冰山的生成。然而，为了避免熔解残留，将冷铁源的投入时期限制为吹炼前半，由此，在现实的吹炼时间中可投入的量存在限制。在专利文献3所记载的方法中，冷铁源使用比率的上限为10％左右。
17.本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供在容纳于转炉型容器内的冷铁源及铁水的精炼处理中防止冷铁源的熔解残留并且增加冷铁源的用量、且不损害生产性的转炉炼钢方法。
18.解决问题的方法
19.发明人等为了解决上述问题而反复进行了各种实验，其结果是，通过对在脱磷处理开始前装入的冷铁源量设置上限，对在脱磷处理中或脱碳处理时进一步添加冷铁源的条件进行研究，从而发现了能够解决现有问题的新的转炉炼钢方法。本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下所述。
20.有利地解决上述问题的本发明的转炉炼钢方法具有：
21.对容纳于转炉型容器内的冷铁源及脱磷前铁水添加副原料，并且供给氧化性气体，进行该脱磷前铁水的脱磷处理，得到脱磷后铁液，将得到的脱磷后铁液出铁至铁水接受容器并保持于铁水接受容器中的步骤；以及
22.将保持于上述铁水接受容器中的上述脱磷后铁液再装入进行了上述脱磷处理的第一转炉型容器、或者再装入与上述第一转炉型容器不同的第二转炉型容器，供给氧化性气体，进行脱碳处理，得到钢液的步骤，
23.在上述脱磷处理中，向上述第一转炉型容器中一次性装入满足下述式(1)的量的第一冷铁源，然后，装入上述脱磷前铁水，进行该脱磷处理，在上述脱碳处理中，将第二冷铁源一次性装入进行了上述脱磷处理的上述第一转炉型容器、或者与上述第一转炉型容器不同的上述第二转炉型容器，然后，装入保持于上述铁水接受容器的上述脱磷后铁液，进行该脱碳处理，
24.％w
s0
≤0.1186t-134(％w
s0
≥0)
···
(1)
25.式中，％w
s0
：第一冷铁源装入量相对于第一冷铁源装入量与脱磷前铁水装入量之
和的比例(％)
26.t：脱磷前铁水的温度(℃)。
27.需要说明的是，可以认为，对于本发明的转炉炼钢方法而言，以下的1～4等可成为更优选的解决方法。
28.1.在上述脱磷处理及上述脱碳处理中的任一种处理或两种处理中，从上述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内投入第三冷铁源；
29.2.在上述脱磷处理及上述脱碳处理中的任一种处理或两种处理的处理中，将从上述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内投入的上述第三冷铁源以满足下述式(2)的量逐次投入，
30.w
sadd
≤2.4t
add
···
(2)
31.式中，w
sadd
：冷铁源投入量(t)
32.t
add
：第1次炉上投入时为从吹炼开始至第1次投入开始的时间(分钟)
33.第2次以后投入时为从上一次投入完成至下一次投入开始的时间(分钟)；
34.3.从上述转炉型容器的炉上投入的上述第三冷铁源的最长尺寸为100mm；
35.4.在上述脱磷处理中从上述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内装入上述第三冷铁源时，满足以下的任一者或两者：该第三冷铁源中含有的碳浓度为0.3质量％以上、以及上述脱磷处理结束后的脱磷后铁液的温度为1380℃以上。
36.发明的效果
37.根据如上所述地构成的本发明，通过对在脱磷处理开始前装入的冷铁源量设置上限而进行脱磷处理，将得到的上述脱磷后铁液再装入转炉中进行脱碳处理，此时，在装入脱磷后铁液之前一次性装入冷铁源，进行脱碳处理。由此，可抑制脱磷处理初期的铁液温度降低，抑制冷铁源熔解的停滞及冰山的生成。其结果是，能够防止冷铁源的熔解残留，并且在脱磷处理或脱碳处理的一系列处理中增加冷铁源的用量。而且，由于能够防止因冷铁源原料金属附着在炉底使底吹风口闭塞而导致的搅拌变差及脱磷能力降低，因此，还具有能够稳定地实施脱磷处理的效果。
38.此外，将在脱磷处理、脱碳处理时添加的冷铁源的一部分的添加方法设为在处理中从转炉的炉上添加。由此，能够抑制处理初期的铁液温度降低，抑制冷铁源熔解的停滞及冰山的生成，并且能够在脱磷处理或脱碳处理中熔解更多的冷铁源。这里，通过将从炉上投入的冷铁源设为最长尺寸为100mm的尺寸，能够避免炉上料斗及传送机等运送设备的不良情况，使从炉上的冷铁源供给稳定化。
附图说明
39.图1(a)～(g)分别为用于对本发明的转炉炼钢方法的一个实施方式进行说明的图。
40.图2(a)～(g)分别为用于对本发明的转炉炼钢方法的其它实施方式进行说明的图。
41.符号说明
[0042]1ꢀꢀꢀ
第一转炉型容器
[0043]2ꢀꢀꢀ
废铁溜槽
[0044]3ꢀꢀꢀ
第一冷铁源
[0045]4ꢀꢀꢀ
装料包
[0046]5ꢀꢀꢀ
(脱磷前)铁水
[0047]6ꢀꢀꢀ
顶吹喷枪
[0048]7ꢀꢀꢀ
底吹风口
[0049]8ꢀꢀꢀ
铁液
[0050]9ꢀꢀꢀ
(脱磷后)铁液
[0051]
10
ꢀꢀ
铁水接受容器
[0052]
11
ꢀꢀ
第二转炉型容器
[0053]
12
ꢀꢀ
第二冷铁源
[0054]
13
ꢀꢀ
炉上料斗
[0055]
14
ꢀꢀ
炉上添加冷铁源
具体实施方式
[0056]
以下，对本发明的实施方式具体地进行说明。需要说明的是，各附图是示意图，有时与现实不同。另外，以下的实施方式示例出用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，并不限定构成为下述内容。即，本发明的技术思想可以在权利要求书所记载的技术范围内施加各种变更。
[0057]
＜对于本发明的转炉炼钢方法的一个实施方式的说明＞
[0058]
图1(a)～(g)分别是用于对本发明的转炉炼钢方法的一个实施方式进行说明的图。以下，参照图1(a)～(g)对本发明的转炉炼钢方法的一个实施方式进行说明。
[0059]
首先，使用具有顶吹底吹功能的转炉形式的炉(以下，记载为第一转炉型容器1)，通过废铁溜槽2，将作为第一冷铁源3的废铁装入第一转炉型容器1内(图1(a))。然后，使用装料包4向第一转炉型容器1内装入铁水5(以下，也记载为脱磷前铁水5)(图1(b))。接下来，从顶吹喷枪6供给氧气，并且从设置于炉底的底吹风口7供给作为搅拌气体的n2等非活性气体，添加升温剂、造渣剂等副原料，并且进行第一转炉型容器1内的铁液8的脱磷处理，得到脱磷后铁液9(图1(c))。然后，将得到的脱磷后铁液9出铁至铁水接受容器10并保持于铁水接受容器10中(图1(d))。
[0060]
然后，向与第一转炉型容器1不同的第二转炉型容器11内一次性装入第二冷铁源12(图1(e))。随后，将保持于铁水接受容器10中的脱磷后铁液9装入第二转炉型容器11(图1(f))。这里，也可以不使用第二转炉型容器11，而使用进行了脱磷处理的第一转炉型容器1。最后，从顶吹喷枪6供给氧气，并且从设置于炉底的底吹风口7供给作为搅拌气体的n2等非活性气体，添加升温剂、造渣剂等副原料，并且进行第二转炉型容器11内的脱磷后铁液9的脱碳处理(图1(g))。需要说明的是，对于在脱磷处理前及脱碳处理前装入的冷铁源的量而言，可以预先确定上述两处理前装入的量的合计量(总冷铁源装入预定量)，第二冷铁源12的装入量可以确定为相当于总冷铁源装入预定量与第一冷铁源3的量的差值的量。
[0061]
根据本实施方式，通过将脱磷处理时被装入的第一冷铁源3的装入量设为满足以下的式(1)的量，能够抑制脱磷处理初期的铁液温度的降低，抑制冷铁源熔解的停滞及冰山的生成：
2、g-3)中的任意工序：将脱碳处理时使用的冷铁源的一部分作为第二冷铁源12从废铁溜槽2装入第二转炉型容器12内，另一方面，将剩余的冷铁源14经由炉上料斗13从炉上投入第二转炉型容器12内。
[0072]
需要说明的是，在图2(c)所示的脱磷工序和图2(g)所示的脱碳工序中，分别在实施了c-1的工序的情况下实施g-1的工序，在实施了c-2的工序的情况下实施g-2的工序，在实施了c-3的工序的情况下实施g-3的工序。由此，在脱磷处理及脱碳处理中的任一种处理或两种处理中，从转炉型容器的炉上向转炉型容器内投入冷铁源。
[0073]
这里，在图2(c)所示的脱磷工序(c-1、c-3)和图2(g)所示的脱碳工序(g-2、g-3)中，在从炉上料斗13一次添加冷铁源14、或者分成多次添加的情况下，为了将铁液温度下降抑制为最低限度，优选将从炉上料斗一次所添加的冷铁源量设为满足以下的式(2)的量：
[0074]wsadd
≤2.4t
add
···
(2)
[0075]
式中，w
sadd
：冷铁源投入量(t)
[0076]
t
add
：第1次炉上投入时为从吹炼开始至第1次投入开始为止的时间(分钟)
[0077]
第2次以后投入时为从上一次投入完成至下一次投入开始为止的时间(分钟)。
[0078]
另外，在从炉上多次添加冷铁源的情况下，通过将冷铁源的追加时机(第2次以后的添加时机)设为已经添加于炉内的冷铁源熔解而铁液温度上升的时刻，从而能够抑制冷铁源熔解的停滞及冰山的生成，并且高效地将冷铁源熔解。
[0079]
此外，在图2(c)所示的脱磷工序(c-1、c-3)和图2(g)所示的脱碳工序(g-2、g-3)中，考虑到炉上料斗13及传送机等运送设备中的处理，优选将从炉上投入炉上料斗13内的冷铁源14通过裁切等而制成最长尺寸为100mm以下的尺寸(装入内部尺寸为100mm
×
100mm
×
100mm的箱的尺寸)。在脱磷处理工序中，随着脱磷处理的进行，在从废铁溜槽装入的第一冷铁源3熔解、铁液温度上升的时刻，从炉上投入第三冷铁源14。此时，优选满足从炉上投入的第三冷铁源14中含有的碳浓度为0.3质量％以上、以及上述脱磷处理结束后的脱磷后铁液的温度为1380℃以上中的任一者或两者。由此，能够抑制从炉上投入的第三冷铁源14的熔解残留。在脱碳工序中，随着脱碳处理的进行，从废铁溜槽装入的第二冷铁源12熔解，在铁液温度上升的时刻，从炉上投入第三冷铁源14。
[0080]
另外，铁水并不限定于从高炉出铁的铁水。即使是通过化铁炉、感应熔解炉、电弧炉等得到的铁水、或将这些铁水与从高炉出铁的铁水混合而得到的铁水等，本发明也可以同样地适用。
[0081]
实施例
[0082]
(实施例1)
[0083]
对脱磷处理中的冷铁源的量进行了调查。使用从高炉出铁的铁水及冷铁源(废铁)，在顶吹底吹转炉(第一转炉型容器)中进行了铁水脱磷处理。脱磷处理前的铁水温度及铁水磷浓度分别为1230～1263℃、0.130～0.134％。使脱磷前铁水的装入量及从废铁溜槽装入的废铁量进行各种变化而进行处理，将脱磷处理后的铁液的温度控制为1350℃。需要说明的是，在该铁水脱磷处理中，未进行从炉上的冷铁源投入。将结果示于表1。
[0084][0085]
根据表1的结果确认了，如试验no.1～6所示，在将从废铁溜槽装入的废铁的量设为超过由上述式(1)得到的上限量的量的水平下，即，在废铁量相对于总装入量(脱磷前铁
液量+从废铁溜槽装入的废铁量)的比例超过0.1186t-134(t：脱磷前铁水温度、℃)的水平(试验nο.4～6)下，发生了废铁的熔解残留，此外，还确认到了脱磷能力降低，该脱磷能力降低可以认为是由于因废铁原料金属的附着使底吹风口闭塞所伴随的搅拌变差而引起的。
[0086]
(实施例2)
[0087]
对于实施例1的脱磷处理后的铁液，对脱碳处理中的冷铁源(废铁)的分次投入进行了研究。在实施例1的使用了第一转炉型容器的脱磷处理中，将废铁量相对于总装入量(脱磷前铁水量+从废铁溜槽装入的废铁量)的比例设为由上述式(1)得到的上限值以下，然后在进行脱碳处理的顶吹底吹转炉(第二转炉型容器)中也使用了废铁。为了将因使用废铁所导致的铁液温度的降低抑制为最小限度，将废铁高效地熔解，在第二转炉型容器(脱碳炉)中进行了废铁的分次投入。具体而言，在装入铁液前从废铁溜槽装入废铁，然后在脱碳处理中进行了从炉上的废铁添加。需要说明的是，没有脱磷炉中的熔解残留，脱碳炉中的脱碳处理前的铁液温度为1360～1380℃，脱碳处理后的钢液温度为1640～1650℃。将结果示于表2。
[0088][0089]
根据表2的结果确认了，通过在脱碳炉中将从炉上料斗一次所添加的废铁量设为由上述式(2)得到的上限值以下并进行分次投入，能够稳定地增加废铁用量。需要说明的
是，从炉上的废铁添加不仅在脱碳处理中而且在脱磷处理中也确认到了同样的效果。
[0090]
(实施例3)
[0091]
对在实施例2中从炉上投入的废铁尺寸进行了调查。在实施例2中，改变从炉上投入的废铁尺寸，其结果如以下的表3的试验no.21～23所示，可知通过将废铁尺寸设为最长尺寸为100mm以下的尺寸(装入内部尺寸为100mm
×
100mm
×
100mm的箱的尺寸)，能够稳定地进行炉上投入而不会引起传送机等运送系统的不良情况。
[0092]
[表3]
[0093][0094]
(实施例4)
[0095]
对脱磷处理后半的废铁的炉上投入进行了研究。将从废铁溜槽装入的废铁量(前装入废铁量)设为由上述式(1)得到的上限值以下，然后，在处理开始后仅进行了1次废铁的炉上投入。脱磷处理前的铁水温度为1250～1260℃，由上述式(1)得到的前装入废铁量的上限值为14.5～15.6％。废铁炉上投入时刻设为吹炼进行度65～75％。将结果示于表4。
[0096][0097]
根据表4的结果可知，通过满足炉上投入量的废铁中含有的碳浓度为0.3质量％以上、以及脱磷处理结束后的脱磷后铁液的温度为1380℃以上中的任一者或两者，即使在脱
磷处理后半将废铁进行炉上投入的情况下，也能够抑制废铁的熔解残留。
[0098]
在上述的实施例中，示出了使用从高炉出铁的铁水及冷铁源(废铁)进行处理的实例，但铁水并不限定于从高炉出铁的铁水。即使是通过化铁炉、感应熔解炉、电弧炉等得到的铁水、或者将这些铁水与从高炉出铁的铁水混合而得到的铁水等，本发明也能够同样地适用。
[0099]
工业实用性
[0100]
对于本发明的转炉炼钢方法而言，只要是使用冷铁源在转炉中对铁水进行精炼而得到钢液的方法，就可以在任意方法中应用该技术，因此，在工业上是有用的。

技术特征：
1.一种转炉炼钢方法，其具有：对容纳于转炉型容器内的冷铁源及脱磷前铁水添加副原料，并且供给氧化性气体，进行该脱磷前铁水的脱磷处理，得到脱磷后铁液，将得到的脱磷后铁液出铁至铁水接受容器并保持于铁水接受容器中的步骤；以及将保持于所述铁水接受容器中的所述脱磷后铁液再装入进行了所述脱磷处理的第一转炉型容器、或者再装入与所述第一转炉型容器不同的第二转炉型容器，供给氧化性气体，进行脱碳处理，得到钢液的步骤，在所述脱磷处理中，向所述第一转炉型容器中一次性装入满足下述式(1)的量的第一冷铁源，然后，装入所述脱磷前铁水，进行该脱磷处理，在所述脱碳处理中，将第二冷铁源一次性装入进行了所述脱磷处理的所述第一转炉型容器、或者与所述第一转炉型容器不同的所述第二转炉型容器，然后，装入保持于所述铁水接受容器中的所述脱磷后铁液，进行该脱碳处理，％w
s0
≤0.1186t-134(％w
s0
≥0)
···
(1)式中，％w
s0
：第一冷铁源装入量相对于第一冷铁源装入量与脱磷前铁水装入量之和的比例(％)t：脱磷前铁水的温度(℃)。2.根据权利要求1所述的转炉炼钢方法，其中，在所述脱磷处理及所述脱碳处理中的任一种处理或两种处理中，从所述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内投入第三冷铁源。3.根据权利要求2所述的转炉炼钢方法，其中，在所述脱磷处理及所述脱碳处理中的任一种处理或两种处理中，从所述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内投入的所述第三冷铁源以满足下述式(2)的量逐次投入，w
sadd
≤2.4t
add
···
(2)式中，w
sadd
：冷铁源投入量(t)t
add
：第1次炉上投入时为从吹炼开始至第1次投入开始的时间(分钟)第2次以后投入时为从上一次投入完成至下一次投入开始的时间(分钟)。4.根据权利要求2或3所述的转炉炼钢方法，其中，从所述转炉型容器的炉上投入的所述第三冷铁源的最长尺寸为100mm。5.根据权利要求2～4中任一项所述的转炉炼钢方法，其中，在所述脱磷处理中从所述转炉型容器的炉上向该转炉型容器内装入所述第三冷铁源时，满足该第三冷铁源中含有的碳浓度为0.3质量％以上、以及所述脱磷处理结束后的脱磷后铁液的温度为1380℃以上中的任一者或两者。

技术总结
本发明提供在容纳于转炉型容器内的冷铁源及铁水的精炼处理中可防止冷铁源的熔解残留、并且增加冷铁源的用量、而且不损害生产性的转炉炼钢方法。上述转炉炼钢方法是进行铁水的脱磷处理，得到脱磷后铁液，对得到的上述脱磷后铁液进行脱碳处理而得到钢液的转炉炼钢方法，其中，在脱磷处理中，在向第一转炉型容器中装入脱磷前铁水之前，向第一转炉型容器中一次性装入满足下述式(1)的量的第一冷铁源，然后，装入脱磷前铁水，进行脱磷处理，将得到的脱磷后铁液出铁至铁水接受容器并保持于该铁水接受容器中，将第二冷铁源一次性装入进行了脱磷处理的第一转炉型容器、或者与第一转炉型容器不同的第二转炉型容器，然后，装入保持于铁水接受容器中的脱磷后铁液，进行脱碳处理。％W


技术研发人员：横森玲 小笠原太 川畑凉 菊池直树 服部雄大
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2023/9/20