TWI802184B

TWI802184B - 熔鐵的精煉方法

Info

Publication number: TWI802184B
Application number: TW110149101A
Authority: TW
Inventors: 小笠原太; 服部雄大; 横森玲; 川畑涼
Original assignee: 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-05-11
Also published as: KR20230133977A; WO2022163200A1; KR102879341B1; JP7211557B2; CN116745438A; EP4273273A1; JPWO2022163200A1; EP4273273A4; US20240060149A1; TW202237864A

Abstract

係提出一種即使在高冷鐵源率的條件下，亦抑制冷鐵源之熔解殘留的產生之熔鐵的精煉方法。此為一種將副原料添加於被收容或投入於轉爐型容器內之冷鐵源及熔銑，並且供給氧化性氣體來進行熔鐵的精煉處理之方法，在前述精煉處理之前，於前述轉爐型容器內裝入熔銑前，將一次裝入於該轉爐型容器內之前裝入冷鐵源僅裝入與熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不裝入，並將從前述轉爐型容器的爐頂所添加之爐頂添加冷鐵源，於該精煉處理中投入於該轉爐型容器內。

Description

熔鐵的精煉方法

本發明係關於熔鐵的精煉處理，具體而言，係關於在收容於轉爐型容器內之熔鐵的精煉處理中，增加冷鐵源的用量之技術。

以往，係已逐漸發展出於熔銑階段中進行脫磷處理(以下稱為預脫磷處理)以將熔銑中的磷濃度去除某種程度後，於轉爐中實施脫碳吹煉之製鋼方法。於此預脫磷處理中，由於在熔銑中添加石灰系介質溶劑以及氣體氧等氧源，所以氧源除了與熔銑中的磷進行反應之外，亦與碳或矽進行反應而使熔銑溫度上升。由於脫磷反應就熱力學而言於低溫下較有利，所以處理後的熔銑溫度是藉由添加冷卻材料而控制在1300℃至1400℃左右。

近年來從防止地球暖化之觀點來看，於鋼鐵業界中亦推動削減化石燃料的消耗量以減少CO ₂氣體的產量之作法。於一貫化製鐵工廠中，係藉由碳將鐵礦石還原來製造熔銑。於製造此熔銑時，為了鐵礦石的還原等，每1t熔銑約需使用500kg的碳源。另一方面，在以廢鐵等冷鐵源作為轉爐精煉中的原料來製造熔鋼之情形時，則不須使用鐵礦石的還原所需之碳源。此時即使考量到用以熔解冷鐵源所需之能量，藉由將1t的熔銑取代為1t的冷鐵源，亦帶來約1.5t之CO ₂氣體產生量的降低。亦即，於使用熔鐵之轉爐製鋼方法中，增加冷鐵源的調配比率可帶來CO ₂產生量的降低。在此所謂熔鐵，意指熔銑及熔融的冷鐵源。

此外，於前述預脫磷處理中，處理結束溫度約為1300℃至1400℃，係較使用作為冷鐵源之廢鐵的熔點低之溫度。因此，於預脫磷吹煉中，熔銑所含有之碳浸碳於廢鐵表層部分，使浸碳部分的熔點降低，廢鐵的熔解進行。因此，促進熔銑中所含有之碳的物質移動者，對於促進廢鐵的熔解者為重要。在進行預脫磷處理之處理容器為鍋、魚雷罐車之情形時，攪拌較弱且對於增大碳的物質移動速度者仍有侷限，除此之外，由於是將吹管往熔銑中浸漬，所以所使用之廢鐵的形狀或量存在著限制。另一方面，於轉爐形式的爐中，底吹攪拌力大且亦不浸漬吹管，所以對於廢鐵熔解較為有利。

例如於專利文獻1中，係提出一種藉由底吹氣體的供給來促進轉爐內熔銑的攪拌，藉以促進冷鐵源的熔解之技術。

此外，於專利文獻2中，係提出一種於使用具有頂吹功能之轉爐形式的爐來進行熔銑的脫磷處理時，將廢鐵的全量或其一部分於吹煉工序中從爐頂添加於熔銑，並將於吹煉工序中所添加之廢鐵的添加時期設成為吹煉工序期間的前半為止之方法。先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本特開昭63-169318號公報專利文獻2：日本特開2005-133117號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，上述先前技術係存在有下列問題。如前述般，作為冷鐵源之廢鐵的熔解是由於浸碳使其表層部分的碳濃度上升，使熔點降低而進行。此時，熔銑的溫度愈低，廢鐵表面之浸碳部的碳濃度愈須處於高水準。亦即，由於浸碳耗費時間，所以廢鐵的熔解會耗費時間。尤其在廢鐵附近之熔銑的溫度降低至熔銑的大約凝固溫度為止之情形時，必須浸碳至廢鐵表層的碳濃度與熔銑中的碳濃度成為同等程度為止，因而使熔解大幅停滯。因此，即使進行專利文獻1所記載之攪拌力的增加，冷鐵源的熔解促進效果仍小。

將冷鐵源與熔銑裝入於轉爐時，由於冷鐵源的顯熱使熔銑溫度降低，於脫磷處理前半段之爐內的冷鐵源完全熔解為止之期間中，爐內熔鐵的溫度在熔鐵的凝固溫度前後變遷。於增加冷鐵源的調配比率之情形時，爐內熔鐵的溫度在熔鐵的凝固溫度前後變遷之時間增長。

於專利文獻2所記載之方法中，可避免由脫磷處理前半段的熔鐵溫度降低所導致之冷鐵源的熔解停滯。然而若未在吹煉工序的前半段中投入時，於吹煉時間中無法完全熔解，會有產生熔解殘留之疑慮。因此，於現實上的吹煉時間內可投入之冷鐵源的量有其侷限，將冷鐵源的調配比率設成至約10%者已是極限。目前，於專利文獻2中係記載有使用300t的轉爐型容器並在10至12分鐘的吹煉時間內進行脫矽處理，並且最少的熔銑調配率為90.9%(亦即冷鐵源調配率9.1%)。再者，在提高冷鐵源的調配比率之條件下，於脫磷處理前半段從爐頂所投入之冷鐵源量變得過多，脫磷處理前半段的熔鐵溫度處於低水準。其結果仍有產生冷鐵源的未熔解之課題。

本發明係鑑於上述情況而研創，其目的在於提出一種即使在高冷鐵源的調配比率之條件下，亦抑制冷鐵源之熔解殘留的產生，尤其在低溫處理之熔鐵的脫磷精煉處理中亦為有效之熔鐵的精煉方法。 [用以解決課題之技術手段]

有利地解決上述課題之有關本發明之第一熔鐵的精煉方法，係將副原料添加於被收容或投入於轉爐型容器內之冷鐵源及熔銑，並且供給氧化性氣體來進行熔鐵的精煉處理之熔鐵的精煉方法，在前述精煉處理之前，於前述轉爐型容器內裝入熔銑前，將一次裝入於該轉爐型容器內之前裝入冷鐵源僅裝入與熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不裝入，將從前述轉爐型容器的爐頂所添加之爐頂添加冷鐵源，於該精煉處理中投入於該轉爐型容器內。有關本發明之第一熔鐵的精煉方法中，前述爐頂添加冷鐵源的最長尺寸為100mm以下者被視為可成為較佳的解決手段。

此外，有利地解決上述課題之有關本發明之第二熔鐵的精煉方法，係前述精煉處理為熔鐵的脫碳處理之第一熔鐵的精煉方法。有關本發明之第二熔鐵的精煉方法中，前述精煉處理為將預先經脫磷之熔銑裝入於轉爐型容器所進行之脫碳處理者，被視為可成為較佳的解決手段。

此外，有利地解決上述課題之有關本發明之第三熔鐵的精煉方法，係前述精煉處理為熔鐵的脫磷處理之第一熔鐵的精煉方法。有關本發明之第三熔鐵的精煉方法中，滿足：前述爐頂添加冷鐵源所含有之碳濃度為0.3質量%以上者，以及前述脫磷處理結束後的熔鐵溫度為1380℃以上者中任一方或兩者，被視為可成為尤佳的解決手段。

此外，有利地解決上述課題之有關本發明之第四熔鐵的精煉方法，係關於在第一熔鐵的精煉方法中，前述精煉處理為在同一轉爐型容器中，作為一連串的處理來進行熔鐵的脫磷工序、中間排渣工序及熔鐵的脫碳工序之脫磷脫碳處理，在熔鐵的脫磷工序之前，將前述前裝入冷鐵源僅裝入與前述熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不裝入，於前述熔鐵的脫磷工序及前述熔鐵的脫碳工序中任一方或兩者的工序中，將前述爐頂添加冷鐵源投入於該轉爐型容器內。有關本發明之第四熔鐵的精煉方法中，滿足：於前述熔鐵的脫磷工序中所添加之前述爐頂添加冷鐵源所含有之碳濃度為0.3質量%以上者，以及前述熔鐵的脫磷處理結束後的熔鐵溫度為1380℃以上者中任一方或兩者，被視為可成為尤佳的解決手段。 [發明之效果]

根據本發明，於轉爐型容器內進行熔鐵的精煉處理時所使用之冷鐵源的總量(全冷鐵源量)中，對該精煉處理開始前所裝入之冷鐵源量設置上限，並在熔鐵溫度充分地上升後之階段中從爐頂添加冷鐵源，藉此可縮短精煉處理初期的熔鐵溫度於低水準下變遷之時間，即使在提高全冷鐵源量相對於熔銑裝入量之比率的條件下，亦可抑制冷鐵源的熔解停滯。此外，即使在熔鐵溫度充分地上升後之階段，亦即於吹煉後半段從爐頂投入冷鐵源時，若是含有0.3質量%以上的碳之還原鐵般的冷鐵源，與廢鐵相比，其熔點低且迅速地熔解，則更可防止熔解殘留。或者是藉由將脫磷處理後的溫度控制在1380℃以上，可防止冷鐵源的熔解殘留。

以下係具體地說明本發明的實施型態。各圖面為示意性，有時會與實際者不同。此外，下列實施型態係例示用以具體化本發明的技術性思想之裝置或方法，並非將構成特定化為下述所示者。亦即，本發明的技術性思想於申請專利範圍所記載之技術性範圍內，可加入各種變更。

圖1為使用在本發明的一實施型態之熔鐵的精煉方法之具有頂吹功能的轉爐型容器1之概略縱向剖面圖。圖2為顯示上述實施型態之方法的流程之示意圖。

例如於圖2(a)中，於轉爐型容器1中，首先從廢鐵卸槽5將作為爐內前置用的冷鐵源之廢鐵10裝入於轉爐型容器1內。然後於圖2(b)中，使用裝入鍋6將熔銑11裝入於轉爐型容器1內。從廢鐵卸槽5所裝入之冷鐵源量為與熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不進行前裝入。爐頂投入的冷鐵源12係預先準備於爐頂供料斗7。爐頂投入的冷鐵源12可使用：小徑的廢鐵(碎屑)、被裁切的廢鐵(切屑、撕屑)、小塊狀的還原鐵等。此外，大小較大的廢鐵或塊狀的還原鐵等，較佳係以可在爐頂供料斗7及輸送帶等運送設備上進行處理之方式，進行裁切或切碎等以使最長尺寸成為100mm以下的大小(可放入內尺寸為100mm×100mm×100mm的箱內之大小)。

於圖2(c)中，在裝入熔銑後，從頂吹氧化性氣體之吹管2中將氧化性氣體朝向熔鐵3進行頂吹。從設置在爐底之風嘴4中供給作為攪拌氣體的N ₂等惰性氣體，並攪拌熔鐵3。然後添加升熱劑或造渣材等副原料，並對轉爐型容器1內的熔鐵3進行脫磷處理。氧化性氣體除了純氧之外，可適用氧與CO ₂或惰性氣體之混合氣體。

於圖2(c)中，伴隨著脫磷處理的進行，從廢鐵卸槽5所裝入之廢鐵10熔解，在熔鐵溫度已上升之時機中，從爐頂投入冷鐵源12。此時，藉由使用含有0.3質量%以上的碳之還原鐵般的冷鐵源12，即使於脫磷處理的後半段才投入，亦可防止熔解殘留。此外，即使從爐頂投入不含碳或碳含量處於低水準之廢鐵，亦可藉由將脫磷處理後的熔鐵溫度控制在1380℃以上，來防止熔解殘留。在脫磷處理結束後，將熔鐵3出湯或將熔渣13進行中間排渣(圖2(d))，並進行脫碳處理(圖2(e))。亦可於脫碳處理中從爐頂投入冷鐵源12。

於上述例中，係顯示於脫磷處理時裝入並投入冷鐵源，接著進行脫碳處理之熔鐵的精煉方法，惟亦可適用在僅獨立進行脫碳處理之熔鐵的精煉方法，或是將預先經脫磷之熔銑進行脫碳處理之熔鐵的精煉方法。此外，當然可適用在僅獨立進行脫磷處理之熔鐵的精煉方法。再者，於脫磷處理中，亦可在脫矽結束時將熔渣進行中間排渣。於本實施型態之精煉處理為在同一轉爐型容器中，作為一連串的處理來進行熔鐵的脫磷工序、中間排渣工序及熔鐵的脫碳工序之脫磷脫碳處理之情形時，從轉爐型容器的爐頂添加爐頂添加冷鐵源之時期，為在脫磷工序或脫碳工序中將氧化性氣體供給至爐內之所謂吹煉中的期間。亦即於脫磷工序結束後，不包含暫時停止氧化性氣體的供給並開始進行脫碳工序為止之期間，或是中間排渣時。

如上述所說明，根據本實施型態之方法，係能夠以現實上之脫磷工序或脫碳工序的處理時間之約10至20分鐘的精煉處理時間，來防止冷鐵源的熔解殘留。此外，藉由從爐頂投入冷鐵源，於每1道次僅進行1次從廢鐵卸槽之投入，物流不會變得繁瑣，並且在精煉處理中進行投入，處理時間亦不會過度地延長。此外，於上述例中，係以頂底吹轉爐為例進行說明，惟亦可使用在不具有頂吹管之氧氣底吹轉爐中的精煉。

熔銑並不限於從高爐所出銑之熔銑。本發明即使是在熔鐵爐、感應熔爐、電弧爐等所得到之熔銑，或是將此等熔銑與從高爐所出銑之熔銑混合而得到之熔銑等，亦可同樣地適用。實施例

(實施例1) 使用從高爐所出銑之熔銑以及冷鐵源(廢鐵)，並藉由330t規模的頂底吹轉爐(氧氣頂吹、氬氣底吹)來進行脫磷處理。係改變各種熔銑量以及從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源量、從爐頂所投入之冷鐵源量。從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源係使用廢鐵，從爐頂所添加之冷鐵源係使用經裁切加工之廢鐵或還原鐵，其碳濃度為0.10至0.80質量%。脫磷處理後的溫度係在1350至1385℃為止進行改變。作為精煉時間之脫磷處理的吹煉時間為11至12分鐘。將該結果表示於表1。

於試驗No.1至4中，在從廢鐵卸槽裝入熔銑前，將作為冷鐵源的廢鐵全量裝入於轉爐內以進行脫磷處理。其結果為在相對於全裝入量(熔銑+廢鐵)之廢鐵量(表1之「前裝入」欄的「冷鐵源率」。於以下說明書中記載為「冷鐵源率」)超過15%之條件，亦即於熔銑裝入前被裝入於轉爐內之廢鐵量超過熔銑裝入量與廢鐵裝入量之和的0.15倍之條件下，產生廢鐵的熔解殘留。

於試驗No.5至10中，將熔銑裝入前從廢鐵卸槽所裝入之冷鐵源，以相對於與熔銑裝入量之和的比率(冷鐵源率)計成為15%以下之量來裝入後，裝入熔銑並開始進行脫磷處理。於脫磷處理中，從經過該脫磷處理之預定處理時間的30%之時機開始，以投入速度5至20t/min的範圍從爐頂連續地投入裁切廢鐵或還原鐵。其結果於脫磷處理後未產生冷鐵源的熔解殘留。於試驗No.5至8中，係在0.1質量%至0.8質量%為止改變從爐頂所投入之冷鐵源的C濃度。其結果在0.3質量%以上(No.7、8)時，能夠以更高的全冷鐵源率來防止熔解殘留。在此，全冷鐵源率係設成為冷鐵源的質量相對於含有所裝入或所投入之熔銑之鐵源整體的質量之百分率。

試驗No.9及10係將熔銑裝入前從廢鐵卸槽所裝入之冷鐵源，以相對於與熔銑裝入量之和的比率(冷鐵源率)計成為15%以下之量來裝入，並於裝入熔銑後開始進行脫磷處理。於脫磷處理中，係將相當於與全冷鐵源裝入預定量之差份之量的裁切廢鐵，從經過該脫磷處理之預定處理時間的30%之時機開始，以投入速度5至20t/min從爐頂連續地投入。裁切廢鐵的碳濃度為0.1質量%。於脫磷處理後的熔銑溫度為1380℃以上之情形時(試驗No.10)，更可增加全冷鐵源率。

(實施例2) 以與實施例1相同之條件來進行脫磷處理。於試驗No.11至13中，將熔銑裝入前從廢鐵卸槽所裝入之冷鐵源，以相對於與熔銑裝入量之和的比率(冷鐵源率)計成為15%以下之量來裝入，亦即將熔銑裝入前被裝入於轉爐內之廢鐵量設成為熔銑裝入量與廢鐵裝入量之和的0.15倍以下，並於裝入熔銑後開始進行脫磷處理。於脫磷處理中，從經過該脫磷處理之預定處理時間的30%之時機開始，以投入速度5至20t/min從爐頂連續地投入還原鐵。還原鐵中的碳濃度為0.5質量%。將脫磷處理後的溫度控制在1350℃。作為精煉時間之脫磷處理的吹煉時間為11至12分鐘。改變各種還原鐵的尺寸之結果，係得到表2所示之結果。藉由將最長尺寸設成為100mm以下，可在不引起輸送帶等運送系統的缺失下，穩定地進行爐頂投入。

(實施例3) 使用從高爐所出銑之熔銑以及冷鐵源(廢鐵)，並藉由330t規模的頂底吹轉爐(氧氣頂吹、氬氣底吹)來進行脫碳處理。係改變各種熔銑量以及從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源量、從爐頂所投入之冷鐵源量。從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源係使用廢鐵，從爐頂所添加之冷鐵源係使用經裁切加工之廢鐵或還原鐵，從經過脫碳處理之預定處理時間的30%之時機開始，以投入速度5至20t/min從爐頂連續地投入。該碳濃度為0.10質量%。脫碳處理後的溫度為1650℃。作為精煉時間之脫碳處理的吹煉時間為17至18分鐘。將該結果表示於表3。藉由本發明的適用，未產生冷鐵源的熔解殘留。

(實施例4) 使用從高爐所出銑之熔銑以及冷鐵源(廢鐵)，並藉由330t規模的頂底吹轉爐(氧氣頂吹、氬氣底吹)來進行脫磷處理，並在實施中間排渣後進行脫碳吹煉。係改變各種熔銑量以及從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源量、從爐頂所投入之冷鐵源量。從廢鐵卸槽所投入之冷鐵源係使用廢鐵，從爐頂所添加之冷鐵源係使用經裁切加工之廢鐵或還原鐵，並從經過脫磷處理及脫碳處理的各處理之預定處理時間的30%之時機開始，以投入速度5至20t/min從爐頂連續地投入。該碳濃度為0.10至0.32質量%。脫磷處理後的溫度係在1350至1380℃為止進行改變。脫磷工序的處理時間為7至8分鐘，脫碳工序的處理時間為10至11分鐘。將該結果表示於表4-1及4-2。

藉由本發明的適用，未產生冷鐵源的熔解殘留。此外，於脫磷吹煉時從爐頂所投入之冷鐵源所含有之碳的濃度為0.3質量%以上，或是將脫磷處理後的溫度設成為1380℃以上之條件下，可達成更高的全冷鐵源率。

於上述實施例中，係顯示使用從高爐所出銑之熔銑以及冷鐵源(廢鐵)，並於轉爐型容器進行精煉處理之例子，惟亦確認即使是在熔鐵爐、感應熔爐、電弧爐等所得到之熔銑，或是將此等熔銑與從高爐所出銑之熔銑混合而得到之熔銑等，亦可同樣地適用。 [產業上之可應用性]

本發明之熔鐵的精煉方法即使在高冷鐵源率的條件下，亦可抑制冷鐵源之熔解殘留的產生，因此有益於溫室效應氣體的削減，產業上極具有用性。

1:轉爐型容器

2:氧化性氣體用頂吹管

3:熔鐵

4:風嘴

5:廢鐵卸槽

6:裝入鍋

7:爐頂供料斗

10:前裝入廢鐵

11:熔銑

12:爐頂添加冷鐵源

13:熔渣

[圖1]為顯示使用在本發明的實施型態之轉爐型容器的概要之縱向剖面示意圖。 [圖2]為顯示有關本發明的實施型態之熔鐵之精煉處理的流程之示意圖。

1:轉爐型容器

2:氧化性氣體用頂吹管

3:熔鐵

4:底吹風嘴

7:爐頂供料斗

12:爐頂添加冷鐵源

Claims

一種熔鐵的精煉方法，係將副原料添加於被收容或投入於轉爐型容器內之冷鐵源及熔銑，並且供給氧化性氣體來進行熔鐵的精煉處理之熔鐵的精煉方法，在前述精煉處理之前，於前述轉爐型容器內裝入熔銑前，將一次裝入於該轉爐型容器內之前裝入冷鐵源僅裝入與熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不裝入，將從前述轉爐型容器的爐頂所添加之爐頂添加冷鐵源，於該精煉處理中投入於該轉爐型容器內。
如請求項1所述之熔鐵的精煉方法，其中前述爐頂添加冷鐵源的最長尺寸為100mm以下。
如請求項1或請求項2所述之熔鐵的精煉方法，其中前述精煉處理為熔鐵的脫碳處理。
如請求項3所述之熔鐵的精煉方法，其中前述精煉處理為將預先經脫磷之熔銑裝入於轉爐型容器所進行之脫碳處理。
如請求項1或請求項2所述之熔鐵的精煉方法，其中前述精煉處理為熔鐵的脫磷處理。
如請求項5所述之熔鐵的精煉方法，其係滿足：前述爐頂添加冷鐵源所含有之碳濃度為0.3質量%以上者，以及前述脫磷處理結束後的熔鐵溫度為1380℃以上者中任一方或兩者。
如請求項1或請求項2所述之熔鐵的精煉方法，其中前述精煉處理為在同一轉爐型容器中，作為一連串的處理來進行熔鐵的脫磷工序、中間排渣工序及熔鐵的脫碳工序之脫磷脫碳處理，在熔鐵的脫磷工序之前，將前述前裝入冷鐵源僅裝入與前述熔銑裝入量之和的0.15倍以下的量或是不裝入，於前述熔鐵的脫磷工序及前述熔鐵的脫碳工序中任一方或兩者的工序中，將前述爐頂添加冷鐵源投入於該轉爐型容器內。
如請求項7所述之熔鐵的精煉方法，其係滿足：於前述熔鐵的脫磷工序中所添加之前述爐頂添加冷鐵源所含有之碳濃度為0.3質量%以上者，以及前述熔鐵的脫磷工序結束後的熔鐵溫度為1380℃以上者中任一方或兩者。