精炼用吹入氧枪、精炼用吹入氧枪设备、铁水的脱硅处理方法和铁水的预备处理方法

摘要

提供一种气体吹入氧枪以及使用该吹入氧枪的铁水的脱硅处理方法，气体吹入氧枪(1)用于向熔融金属中吹入氧气，其为由内管(2)和外管(3)构成的双重管结构，从内管吹入氧气，从内管和外管之间的间隙吹入烃类气体，在外管的外周至少将含5～30质量％MgO的Al

说明书

技术领域

本发明涉及为了精炼熔融金属而在熔融金属中吹入氧气的吹入氧枪和氧枪设备(lance equipment)。

本发明还涉及使用上述吹入氧枪、氧枪设备对在输送容器内保持的铁水进行预处理(pretreatment process)的方法、特别涉及铁水的脱硅处理方法。

其中，上述氧枪可用于吹入氧气的同时吹入精炼剂，并且也不禁止在上述预处理中的一定时期吹入氧气以外的输送气体等。

背景技术

在用高炉还原铁矿石而制造出的铁水中，含有硅、硫磺、磷等杂质。近年来，以伴随钢材高级化的磷含量降低对策或炼钢工艺的合理化为目的，在转炉、铁水罐或鱼雷车(torpedo car)等输送容器等中广泛进行铁水的脱磷处理(hot metal dephosphorization process)。并且，为了有效地进行该脱磷处理，在脱磷处理之前还预先进行除去铁水中的硅的脱硅处理(desiliconization process)。所处处理被统称为铁水的预处理。

由于铁水中的磷和硅由氧化反应除去，因而铁水的脱磷处理和脱硅处理中，向铁水供给氧气、氧化铁等氧源，通过氧源氧化除去铁水中的磷或硅。此时，为了提高反应效率或为了调整产生的炉渣的组成，还添加生石灰等熔剂。其中，将氧化而除去铁水中的硅的反应称作脱硅反应，将氧化而除去铁水中的磷的反应称作脱磷反应。

作为向铁水供给氧的方法，有向铁水中投入氧化铁(固体氧源)的方法，固体氧源容易因熔融分解而降低铁水温度。铁水温度降低时，可能引起下一个工序的转炉中脱碳精炼中的废金属配合率的降低或热容量不足等问题。为了抑制铁水温度的降低，还公知有向铁水供给氧气气体的方法。

在铁水的脱磷处理和脱硅处理中向铁水供给氧气的方法，大致分为两种，一个方法为从不与铁水接触的上吹氧枪等向铁水浴面吹入氧气的方法、即所谓的顶部吹入方法(称作“顶部吹氧法(oxygen topblowing)”)(例如参照日本特开昭53-78913号公报)。另一方法为从浸渍在铁水中的吹入氧枪或设在反应容器的底部等上的风口直接向铁水中吹入氧气的方法(称作“吹入送氧法(injection of oxygen gas)”)(例如参照日本特开昭61-42763号公报)。每个方法，都有各自的优点，在吹入送氧法的情况下，有氧气的添加效率较高、搅拌力提高等优点，另一方面存在浸渍部的热负荷较大(例如与仅受到单方向的热负荷的风口等相比消耗也很大)、耐用次数有限等的问题。相对于此，在顶部吹氧法的情况下，虽然有对顶部氧枪的热负荷较小、能够长时间使用的优点，但存在氧气的添加效率较低、不能得到搅拌力等的问题。

在供给氧气时，可考虑上述优点来决定是用顶部吹氧法还是用吹入送氧法，例如在鱼雷车的情况下，因处理容器的形状，用顶部送氧法则反应效率差，不得不采用吹入送氧法。这是因为在鱼雷车的情况下，因其容器形状难以搅拌及混合，此外相对于铁水的收容量开口部少，在顶部吹氧法中不能得到所希望的反应效率。

在吹入送氧法中使用的吹入氧枪，由于如上所述地浸渍部的损耗很大，因而提出了改善这个问题的方法。例如在日本实开平6-6447号公报中公开了下述技术：在由浸渍在熔融金属中的前端部和保持该前端部的支持部构成的吹入氧枪中，通过使上述前端部形成单管结构，对其整个表面实施渗铝处理(calorizing treatment)，并用耐火物覆盖其外周，防止吹入氧枪前端部的熔损。并且，在日本特开昭58-221210号公报中公开了下述技术：通过将吹入氧枪制成在外周覆盖耐火物的双重管结构，从内管吹入精炼剂和氧气，从外管吹入烃类气体，防止吹入氧枪前端部的熔损。日本特开昭58-221210号公报的技术是下述技术：烃类气体被加热时分解，由于分解时吸热，因而利用该吸热来冷却吹入氧枪前端部。

并且，作为着重于施加在氧枪上的外力的技术，在日本特开昭54-23019号公报中公开了下述技术：通过在吹入氧枪前端部设置水平部，缓和吹入气体时的反作用力，减少浸渍部的振动，即减少作用在浸渍部上的应力，由此延长吹入氧枪的寿命。并且，在日本特开昭60-234908号公报中公开了下述技术：通过设置由在卷绕吹入氧枪的方向设置的辊构成的上部固定装置和开闭式夹持型的下部固定装置，减少吹入气体时的振动。

但是，上述现有技术存在以下的问题。在鱼雷车等的搅拌、混合中不相称、相对于铁水收容量开口部较小形状的容器中进行脱硅处理等的情况下，优选的是向铁水中吹入大量的氧。但是，在如日本实开平6-6447号公报将浸渍部作为渗铝管并用耐火物覆盖其周围的技术中，作为所供给的氧源其主体为氧化铁，氧气比率、即氧气供给量相对于总氧气供给量(氧化铁(换算为氧气)+氧气)的比例的上限为20～30％。在提高氧气比率的情况(即增加氧气流量的情况、仅吹入氧气的情况)下，发热很大，通过单管结构难以经受。为了有效利用氧化反应引起的发热，氧气比率优选为100％，在该技术中相对于仅吹入氧气的耐用性不充分。

并且，在日本特开昭58-221210号公报公开的技术中，通过碳氢类气体的分解吸热，在吹入氧枪前端部中进行冷却，但烃类气体的分解引起的吸热效果主要集中在最前端部即吹出部，不对覆盖在吹入氧枪上的耐火物的冷却作贡献。因此，需要确保耐火物本身的耐用性，但在日本特开昭58-221210号公报中没有具体公开耐火物的组成。

并且，在日本实开平6-6447号公报、日本特开昭58-221210号公报中，关于因吹入气体而使吹入氧枪振动，因该振动在耐火物上产生物理性裂纹、剥离损伤(剥落)的方面，都没有采取任何对策。

关于氧枪的振动，虽然在日本特开昭54-23019号公报中，公开了通过在吹入氧枪前端设置水平部而缓和吹入气体时的反作用力，从而缓和浸渍部的应力的方法，但在气体吹入量较大的情况下，不仅是浸渍部振动，吹入氧枪设备整体的振动也显著，不能从根本解决问题。

并且，在日本特开昭60-234908号公报中，通过由在卷绕吹入氧枪的方向设置的辊构成的上部固定装置和开闭式夹持型的下部固定装置，抑制振动。该装置在垂直下降式的吹入氧枪中能够发挥效果，但在倾斜而浸渍的吹入氧枪中难以适用开闭式夹持型的固定装置，不能防止振动。并且，还发生因附着在吹入氧枪上的生铁块、炉渣等，辊部、夹持部分的维修变得困难的问题。

并且预处理技术本身还有下述课题。因向铁水的浴面吹入的氧气气体和在铁水的脱碳反应中产生的CO(一氧化碳)气体引起二次燃烧，通过在二次燃烧中产生的热能够有效地进行热补偿，但在仅向铁水的浴面供给氧气气体的日本特开昭53-78913号公报的技术中，由于CO气体产生量较少，因而不易产生二次燃烧的热，不能有效地进行热补偿。

并且，向铁水的浴面下供给氧气气体的日本特开昭61-42763号公报的技术，存在从脱硅反应阶段向脱磷反应阶段过渡时脱碳反应激烈、脱磷反应降低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的为下述中的至少一个。

(A)在向铁水等熔融金属中吹入氧气的氧气吹入氧枪中，提供耐用性高、与以往相比能够使用多次、对制造成本的削减作贡献的氧气吹入氧枪。

(B)提供使用该吹入氧枪的铁水的脱硅处理方法。

(C)在向铁水等熔融金属中吹入氧气或与氧气一起吹入精炼剂的精炼用吹入氧枪设备中，提供即使仅吹入大量氧气也与以往相比能够使用多次、对制造成本的削减作贡献的精炼用吹入氧枪设备。

(D)提供使用该精炼用吹入氧枪设备的铁水的脱硅处理方法。

(E)提供一种铁水的预处理方法，通过在脱硅反应的阶段有效地进行热补偿，解除下一个工序的转炉中的脱碳精炼中废金属配合率的降低、热容量的不足等问题。

(1)一种精炼用吹入氧枪，用于向熔融金属中至少吹入氧气，是由内管和外管构成的双重管结构，从内管吹入氧气，从内管和外管之间的间隙吹入烃类气体，在外管的外周覆盖含5～30质量％的MgO的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物。

(2)如上述(1)所述的精炼用吹入氧枪，其中，在该氧枪的前端部，在上述外管的外周覆盖有上述Al₂O₃-MgO系不定形耐火物，在该氧枪的与上述前端部连接的主体部，在上述外管的外周覆盖含10～40质量％的SiO₂的Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物。

在这里，上述前端部的不定形耐火物和主体部的不定形耐火物的边界优选在铁水的熔融面以下。

(3)如上述(1)或(2)所述的精炼用吹入氧枪，其中，其为相对于上述熔融金属的浴面倾斜地浸渍的精炼用吹入氧枪，并且在该吹入氧枪的前端设有具有该吹入氧枪的外径的0.5倍～2.0倍的长度的水平部。

(4)一种铁水的脱硅处理方法，其特征在于，在铁水中浸渍如上述(1)至(3)中任一项所述的精炼用吹入氧枪，从该吹入氧枪的内管向铁水中吹入氧气，并且从内管和外管之间的间隙吹入烃类气体，氧化除去铁水中的硅。

(5)一种精炼用吹入氧枪设备，用于向熔融金属中至少吹入氧气，其包括如上述(1)至(3)中任一项所述的精炼用吹入氧枪、保持该吹入氧枪的保持部、和使该保持部升降的升降装置，其中，作为抑制上述吹入氧枪的振动的机构，包括：叶片板，保持上述吹入氧枪的上端侧；和叶片板承受部件，设在上述升降装置上，夹持上述叶片板。

在这里，上述叶片板形成的平面和熔融金属浴面所成的角度优选与相对于吹入氧枪的熔融金属浴面的倾斜角度相同。

(6)一种铁水的脱硅处理方法，其特征在于，使用上述(5)所述的精炼用吹入氧枪设备，使吹入氧枪浸渍在铁水中，从该吹入氧枪的内管向铁水中吹入氧气，并且从内管和外管之间的间隙吹入烃类气体，氧化除去铁水中的硅。

(7)一种铁水的预处理方法，相对于保持在容器内的铁水进行脱硅反应、脱磷反应，其特征在于，在上述脱硅反应的阶段，向上述铁水内供给固体氧源，向上述铁水的浴面吹入氧气气体，并且通过上述(1)或(2)所述的精炼用吹入氧枪向上述铁水内吹入供给氧气气体。

在这里，优选的是在上述脱磷反应的阶段，向上述铁水内供给固体氧源，并且向上述铁水的浴面吹入氧气气体。

并且，在上述脱硅反应的阶段向上述铁水内供给的上述固体氧源以及氧气气体的总氧供给速度优选为小于0.23Nm³/t/min的值。

附图说明

图1是本发明的氧气吹入氧枪的概略剖视图。

图2是表示使用本发明的氧气吹入氧枪对收容于鱼雷车中的铁水进行脱硅处理的状况的图。

图3是本发明的另一氧气吹入氧枪的概略剖视图。

图4是表示使用本发明的精炼用吹入氧枪设备对收容于鱼雷车中的铁水进行脱硅处理的概略图。

图5是图4的X-X’箭头的概略剖视图。

图6是图5的Y-Y’箭头的概略图。

图7是在本发明中使用的另一吹入氧枪的概略剖视图。

图8是表示本发明的铁水的预处理结构的图。

图9是表示本发明的铁水的预处理顺序的图。

图10是表示本发明的脱硅反应阶段中供氧速度(将固体氧和向铁水内吹入供给的氧气气体合一起的供给速度)和产生喷溅的关系的图。

图11是表示进行本发明的铁水的预处理时的铁水成分的浓度变化的图。

图12是本发明的又一氧气吹入氧枪的概略剖视图。

标号说明

1  氧气吹入氧枪

1A 氧枪前端部

1B 氧枪前端水平部

1C 氧枪开口部中心

2  内管

3  外管

4  耐火物覆盖层

4A 前端部覆盖层

4B  主体部覆盖层

5   鱼雷车

6   铁水

6A  浴面

7   弯曲部

11  精炼用吹入氧枪设备

12  升降装置

13  保持部

13A 保持部上部

19  防振动冶金工具

20  铁制叶片板

20A 叶片板加强材料

21  铁制叶片板承受部件

21A、21B 叶片板承受部件

22  导辊

26  顶部吹入氧枪

具体实施方式

下面，对本发明进行具体说明。

(氧枪的耐火物)

本发明人等对在向收容于鱼雷车中的铁水浸渍氧气吹入氧枪，从该气体吹入氧枪向铁水吹入氧气而进行的脱硅处理中气体吹入氧枪的长寿命化进行了研究、探讨。

其结果，了解到氧气吹入氧枪的外表面为金属的状态下不能抑制铁水引起的熔损。并且，可知即使如日本实开平6-6447号公报一样对外表面进行渗铝处理，由于在大量吹入氧的情况下消耗也显著，因而其效果小。即，可知为了提高氧气吹入氧枪的耐用性，需要至少在浸渍到铁水中的部位的外表面，形成耐火物的覆盖层。

并且可知的是，在浸渍到铁水的浸渍部的单管结构中，即使覆盖耐火物也缺乏耐用性，因而优选的是至少制成双重管结构，将冷却用烃类气体流入内管和外管的间隙。这是因为，确认了通过烃类气体分解时的吸热反应，至少氧气吹入氧枪的前端部被冷却，由此可抑制前端部的熔损。

但是，仅通过这些对策不能得到作为目的的耐用性，从而调查了使用后的吹入氧枪，调查阻碍长寿命化的原因。从调查结果观察到吹入氧枪浸渍部的损耗形态为铁水和炉渣引起的熔损和物理性破损的剥落这2种损网形态。

进一步调查的结果，了解到关于氧枪前端部的熔损，在最前端部以外几乎不能得到烃类气体的冷却效果，覆盖在吹入氧枪上的耐火物的熔损最大的部位不是前端部，而是不能得到烃类气体的冷却效果的、距前端稍微远离的部位。从该见解出发，可知为了提高氧气吹入氧枪的耐用性，需要减少覆盖的耐火物本身的熔损速度。即，可知需要成为相对于铁水的耐熔损性优良的耐火物。

因此，实施了用于实现耐火物材质的优化的试验。在对收容于鱼雷车中的铁水进行脱硅处理时使用的氧气吹入氧枪进行了试验。图1及图3表示在试验中使用的各氧气吹入氧枪的概略剖视图，在图2表示对收容于鱼雷车中的铁水进行脱硅处理的状况。

在图1及图3中，1是氧气吹入氧枪，2是内管，3是外管，4是由不定形耐火物(为能够以水泥状形成目标形状的耐火物，可列举可浇铸材料(castable)等)构成的耐火物覆盖层。在图1中，耐火物覆盖层4分为前端部覆盖层4A和主体部覆盖层4B，分别使用不同的耐火物。向内管2的内部流入氧气，向内管2和外管3之间的间隙流入烃类气体，氧气和烃类气体从氧气吹入氧枪1的前端部1A向铁水中吹入。其中，1C是氧枪开口部中心，7是弯曲部(由弯曲前后的氧枪中心线的交点定义)。

并且，在图2中，5是鱼雷车，6是铁水，表示在收容于鱼雷车5中的铁水6浸渍图1或图3所示的氧气吹入氧枪1的前端部1A，从内管2吹入氧气(根据需要还进而吹入精炼剂)，从内管2和外管之间的间隙吹入烃类气体，对铁水6实施脱硅处理的状态。

在该铁水脱硅处理中，使耐火物覆盖层4(或前端部覆盖层4A和主体部覆盖层4B)的组成发生变化，调查了氧气吹入氧枪1的耐用性。在试验中，向收容于鱼雷车5中的约300吨的铁水6，从内管2以30Nm³/min的流量吹入氧气，并且，从内管2和外管3之间的间隙以2～5Nm³/min的流量吹入丙烷气，进行脱硅处理。其中，Nm³用于表示以单位m³表示换算为标准状态下的体积。内管2和外管3使用了不锈钢钢管。将该脱硅处理中的试验条件表示在表1。

表1

作为图3的氧枪中的耐火物覆盖层4，用Al₂O₃-SiO₂系可浇铸材料(Al₂O₃-20质量％SiO₂)和Al₂O₃-MgO系可浇铸材料进行试验。在Al₂O₃-MgO系可浇铸材料中，将MgO的含量变更为3、5、10、20、30、40、50、70质量％，调查了对耐火物覆盖层4的损耗速度产生的MgO含量的影响。并且作为图1的氧枪中的前端部覆盖层4A，使用Al₂O₃-7质量％MgO可浇铸材料、作为主体部覆盖层4B使用Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料，设前端部和主体部的边界为铁水的熔融面位置、弯曲部及其中间点(正中间)。其中，铁水的熔融面不是炉渣表面，而是铁水本身的熔融面。将试验结果表示在表2。

表2

*)弯曲部和熔融面位置的正中间

如表2所示，在Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料的情况下，对应每1次装料的损耗速度为200mm(下面记为“mm/ch”)，但在MgO配合5～30质量％的Al₂O₃-MgO系可浇铸材料中，损耗速度在15mm/ch以下。其中可知的是，即使在Al₂O₃-MgO系可浇铸材料中，在MgO不足5质量％的情况下，损耗速度较快，MgO的效果小。另一方面可知的是，即使在Al₂O₃-MgO系可浇铸材料中，在MgO超过30质量％的情况下，由于耐火物的杨氏弹性模量增加，因而耐火物覆盖层4的裂纹变得显著，剥落引起的裂纹推进而不能期待耐用性的提高。

从所述结果可知，作为耐火物覆盖层4优选含5～30质量％的MgO的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物，通过使用该不定形耐火物，提高氧气吹入氧枪1的耐用性。

其中，成为最良好的结果的是在前端部使用Al₂O₃-MgO系不定形耐火物，在主体部使用Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物的情况，与整体用Al₂O₃-MgO不定形耐火物覆盖的情况相比为损耗速度更低的良好的结果。推测其原因如下：即使与在上述适合范围内的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物相比，基本上Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物的耐剥落性优良，特别是对施加在熔融面正上方的热冲击有效。因此，认为通过主体部使用Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物，能够进而提高氧枪的耐久性。

另外，本发明人等此外还对Al₂O₃-Cr₂O₃系、Al₂O₃-ZrO₂系、SiO₂-ZrO₂系的单独或组合而进行了试验，但没有得到上述本发明程度的改善效果。

本发明基于上述试验结果，如上述的图1及图3所示，本发明的精炼用氧气吹入氧枪1，其特征在于，为由内管2和外管3构成的双重管结构，从内管2吹入氧气(以及根据需要吹入精炼剂)，从内管2和外管3之间的间隙吹入烃类气体。在外管3的外周上，或如图3所示地整体被含5～30质量％的MgO的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物覆盖，或如图1所示地前端部被Al₂O₃-MgO系不定形耐火物覆盖，剩余的主体部被Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物覆盖。

在图1的情况下，前端部的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物使用配合5～30质量％的MgO的耐火物。并且，Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物在含10～40质量％的SiO₂的情况下有效。从耐剥落性的观点出发，主体部覆盖层4B优选至少覆盖至铁水的熔融面为止。从耐熔损性的观点出发，前端部覆盖层4A优选覆盖充分的范围，例如在图1所示形状的氧枪的情况下，优选至少覆盖至弯曲部7为止。即，在图1的氧枪中，前端部覆盖层4A和主体部覆盖层4B之间的边界优选位于弯曲部和熔融面之间。

另外优选的是，前端部覆盖层4A和主体部覆盖层4B在边界部连续地过渡。这在外管3的周围制作模具流入不定形耐火物并覆盖氧枪时，通过在中途变更耐火物而能够容易实现。

在本发明中使用的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物、Al₂O₃-SiO₂系不定形耐火物，都能够没有问题地含约7％以下的杂质。并且，在图1、图3任意形态中，从耐剥落性的观点出发，Al₂O₃-MgO系不定形耐火物中的MgO的量最优选5～10质量％。耐火物层的厚度优选在约25mm以上。

本发明的精炼用氧气吹入氧枪1，只要是能够向熔融金属中供给氧气或与氧气一起供给精炼剂的精炼，可适用任何精炼，特别是最优选用作铁水的脱硅处理中的氧气供给单元。这是因为在铁水的脱硅处理中产生的炉渣的主体为SiO₂，在本发明中用作耐火物覆盖层4或前端部覆盖层4A的、含5～30质量％的MgO的Al₂O₃-MgO系不定形耐火物，相对于主体为SiO₂的炉渣的耐熔损性优良。在这里，精炼剂是指作为氧源的氧化铁、生石灰、石灰石等熔剂。

并且，本发明的氧枪，特别适合鱼雷车中的脱硅处理等、通过大量的送氧(例如10Nm³/min以上，优选15Nm³/min以上)进行处理的用途。

在使用本发明的精炼用氧气吹入氧枪1进行铁水6的脱硅处理的情况下，通过与上述试验相同的方法，即从内管2吹入氧气，从内管2和外管3之间的间隙吹入烃类气体进行脱硅处理，此时，也可以同时使用由非浸渍型的顶部吹入氧枪添加氧气等的其他氧气供给单元。并且，在图1或图3所示的精炼用氧气吹入氧枪1中，其为直到前端部1A为止内管2和外管3不分支的形状，但也可以是在前端部附近使内管2和外管3分支，呈T字型或Y字型。作为T字型的例子，在图12表示本发明的氧枪的另一方式。各标号的含义与图1相同，除了垂直地浸渍到铁水中的方面以外，用法也与图1所示的氧枪相同。另外，在图12的方式的氧枪中为了充分抑制熔损，前端部覆盖层4A优选至少覆盖至氧枪开口部中心1C至氧枪的前端为止的距离d的2倍的位置。即，前端部覆盖层4A和主体部覆盖层4B之间的边界优选位于距氧枪前端2d的位置和熔融面之间。对Y字型氧枪也相同。

内管2和外管3不必是不锈钢钢管，例如也可以是碳钢钢管。并且，降低来自内管2的氧气的吹入流量时，也可以在氧气中混合氮气、Ar气等惰性气体，也可以适当利用富氧空气等含氧气体。氧浓度根据所需要的氧量适当决定即可。随着来自内管2的氧气吹入流量的变更而使来自外管3的烃类气体的吹入流量降低时，也可以在烃类气体中混合氮气、Ar气等惰性气体。烃类气体的目标量，优选为从内管2供给的氧的约5～20质量％。作为烃类气体，由于丙烷(C₃H₈)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丁烷(C₄H₁₀)等在较低温度下热分解，分解吸热也较大，因而在炼钢工艺中容易利用。

(氧枪的形状)

接着，发明人等特别对倾斜地浸渍的氧枪形状的改善进行了研究。即，在如鱼雷车一样开口部相对于铁水容量较小的情况下，从进行搅拌的观点出发，有利的是将氧枪相对于铁水的熔融面倾斜地浸渍，另一方面，与垂直地浸渍的情况相比强烈受到振动的不良影响。

作为吹入氧枪的浸渍部的剥落对策，在吹入氧枪的前端设置水平部，进行变更该水平部的长度的实验。试验中，使用上述的图1或图3所示形状的氧枪，如图7所示，将水平部1B的长度(L)相对于氧气吹入氧枪10的外径(D)以0倍～3倍的长度变化。在这里，水平部1B的长度(L)以内管2的轴心线的长度来表示。其中，在图7中，标号20为铁制叶片板(后述)。

在试验中，向收容于鱼雷车中的约300吨的铁水，从内管2以30Nm³/min的流量吹入氧气，并且，从内管和外管3之间的间隙以2～5Nm³/min的流量吹入丙烷气，进行脱硅处理。内管2和外管3使用了不锈钢钢管。作为耐火物覆盖层4，与表2的No.10相同地使用Al₂O₃-5质量％MgO可浇铸材料和Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料的复合型材料，使耐火物覆盖层4的厚度在35mm。其中，使浸渍氧气吹入氧枪1时的倾斜角(氧枪(主体部)和铁水表面所成的角度)为65°，水平部1B与铁水表面所成的角度为约0°。

脱硅处理中的试验条件与上述表1相同。使水平部1B的长度(L)发生变化时的浸渍部的损耗状况表示在表3。

表3

 

No.前端水平部长度区分损耗速度(mm/ch)最终损耗形态21没有水平部适合范围外0～10稳定(剥落)22外径×0.3倍适合范围外0～9稳定(剥落)23外径×0.5倍适合范围0～8稳定(剥落)24外径×0.75倍适合范围0～8稳定(剥落)25外径×1.0倍适合范围0～8稳定(剥落)26外径×1.5倍适合范围0～8稳定(剥落)27外径×2.0倍适合范围0～8稳定(剥落)28外径×2.5倍适合范围外0～10稳定(非浸渍部裂纹)29外径×3.0倍适合范围外0～12稳定(非浸渍部裂纹)

如表3所示，通过将水平部1B的长度(L)变化为相当于氧气吹入氧枪1的外径(D)的0.5倍～2.0倍的长度，使损耗速度在8mm/ch以下，与表2的结果相比进而改善。其中，表2的实验中的水平部1B的长度为外形D的0.4倍。

相对于此，在没有设置水平部1B的情况下，或水平部1B的长度(L)为氧气吹入氧枪1的外径(D)的0.3倍的情况下，损耗速度最大成为9～10mm/ch。即，在这种情况下，不能发挥设置水平部1B而抑制振动的效果(即氧枪容易受到来自铁水的力)，剥落为止的寿命未发现显著的改善。另一方面，在水平部1B的长度(L)为氧气吹入氧枪1的外径(D)的2.5倍以上的情况下，损耗速度最大成为10～12mm/ch。在这种情况下，氧气吹入氧枪1的非浸渍部的裂纹成为颈部。

从所述结果可知，水平部1B的长度(L)相当于氧气吹入氧枪1的外径(D)的0.5倍～2.0倍的长度时最适合，由此，提高氧气吹入氧枪1的耐用性。

由此可知，通过将水平部1B的长度(L)调整为适合值，可抑制吹入氧气时的振动，能够克服氧气吹入氧枪1的浸渍部的剥落以及氧气吹入氧枪1的非浸渍部等的龟裂，能够稳定地吹入氧气。

本发明是基于上述试验结果作出的，本发明的精炼用吹入氧枪1，在外表面形成不定形耐火物的覆盖层4(或4A及4B)，相对于熔融金属的浴面倾斜地浸渍，其特征在于，在前端部设有具有相当于吹入氧枪外径的0.5倍～2.0倍的长度的水平部1B。

其中，氧枪的倾斜角优选45～85°，进而优选60～85°。并且，使水平部相对于铁水的熔融面(水平面)成为-20～+20°，优选成为0°。

(氧枪设备(防振动机构))

为了如上所述地延长吹入氧枪的寿命，优选对氧枪的耐火物、形状进行优化，另外有效且以低成本抑制氧枪的振动也是有效的。

即，在如仅使用氧气作为脱硅反应的氧源的情况一样增加氧气供给量的情况下，吹入氧枪的振动变得激烈，容易产生剥落引起的损耗。并且，因吹入氧枪的振动，不仅是吹入氧枪的浸渍部，有时还产生非浸渍部中的耐火物覆盖层的裂纹、剥落，进而还产生氧枪升降装置的龟裂等，由此还存在临近寿命的情况、或导致设备破坏的情况。根据该见解，优选的是为了提高吹入氧枪的耐用性，有效且优选的是不仅对吹入氧枪，包括保持吹入氧枪的保持部以及使该保持部升降的升降装置的精炼用吹入氧枪设备整体防止振动。

因此，研究了用于防止精炼用吹入氧枪设备整体的振动的防振动对策。进行各种试制、研究的结果，可知在吹入氧枪的上端部侧设置用于防止铅直方向的振动的防振动冶金工具即可。

下面，参照附图对具有防振动冶金工具的本发明的精炼用吹入氧枪设备的一例进行说明。图4是表示使用本发明的精炼用吹入氧枪对收容于鱼雷车中的铁水进行脱硅处理的概略图；图5是图4的X-X’箭头的概略剖视图；图6是图5的Y-Y’箭头的概略图。

如图4所示，本发明的精炼用吹入氧枪设备11，由相对于铁水6的浴面倾斜地浸渍的氧气吹入氧枪1、保持该氧气吹入氧枪1的保持部13和使该保持部13升降的升降装置12构成。即，保持部13在保持部上部13A固定在升降装置12上，通过升降装置12的动作，氧气吹入氧枪1浸渍到收容于鱼雷车5中的铁水6中。在氧气吹入氧枪1的前端部设有朝向水平方向的水平部1B，并且，在氧气吹入氧枪1的外周形成有由不定形耐火物构成的耐火物覆盖层4。耐火物覆盖层可以是如图1所示的复合结构，也优选该结构。

在相当于氧气吹入氧枪1浸渍到规定的位置时的、保持部13和氧气吹入氧枪1的接头的正下方位置的部位的升降装置12上，设有防振动冶金工具19，在氧气吹入氧枪1的没有形成耐火物覆盖层4的部位被支撑在防振动冶金工具19上。

图中的标号22为导辊。导辊22虽然不是必需的，但设置单个或多个，构成为氧气吹入氧枪1还被导辊22引导时，会是提高更换氧气吹入氧枪1时的作业性的有效的方法。

参照图5及图6对防振动冶金工具19进行说明。在氧气吹入氧枪1的下表面侧安装有铁制叶片板20。叶片板的原材不一定是铁制的。即，只要具有必要的强度，原材成本和加工成本合适的话可以是任意材料，从这个观点出发优选铁制。另外，防振动冶金工具从其位置激烈产生炉渣、生铁块的附着引起的损伤，因而能够以低成本更新是很重要的。

铁制叶片板20通过若干方法固定氧气吹入氧枪1。一个方法是将叶片板通过焊接等方法连接、固定在氧气吹入氧枪1上。作为另一方法，考虑设置如标号20A所示的铁制叶片板20的加强材料。即，使氧气吹入氧枪1位于由2个叶片板加强材料20A和铁制叶片板20构成的凹状部分，并进行约束以防振动。在这种情况下，可以将氧枪接合在铁制叶片板20等上，但从省略作业等的观点出发，也可以不接合而仅使氧枪位于其即可。

另外，在没有接合氧气吹入氧枪1和铁制叶片板20的情况下，不能用图5的防振动冶金工具约束氧枪向该图上方的振动。由于朝向该方向的振动力较弱，因而可以不设置任何装置，也可以为了约束向该图上方的振动，设置按压装置。作为该按压装置，例如可考虑通过铰链等可动地接合在加强材料20A上的、设置氧枪后关闭的门状的按压件等。

在铁制叶片板20的左右设置有铁制叶片板承受部件21，所述铁制叶片板承受部件21由与铅直方向平行地配置的部件21A和安装在部件21A上的一对部件21B构成。

相对的一对部件21B设置间隙，在该间隙插入铁制叶片板20。即，铁制叶片板承受部件21从左右夹持铁制叶片板20并对其进行引导。在这种情况下，优选的是，铁制叶片板20所形成的平面与氧气吹入氧枪1的浸渍方向平行，并且铁制叶片板20所形成的平面与铁水浴面所成的角度与氧气吹入氧枪1相对于熔融金属浴面的倾斜角度相同。另外，在没有固定氧枪和叶片板的情况下，为了防止在设置氧枪之前叶片板下落，也可以设有防下落冶金工具。作为防下落冶金工具，例如可考虑在叶片板承受部件21B的图6中的下端的位置设置止动器。叶片板承受部件的原材也不必是铁制，但因与叶片板相同的原因而优选铁制。

由此，通过铁制叶片板20被铁制叶片板承受部件21引导，氧气吹入氧枪1的铅直方向的振动被抑制。另外，防振动冶金工具19的特征在于，由铁制叶片板20和铁制叶片板承受部件21构成，其他细节(例如结构、叶片板和叶片板承受部件之间的“间隙”的设计等)根据需要自由地构成即可。

通过使用该结构的精炼用吹入氧枪设备11，可抑制气体反作用力引起的氧气吹入氧枪1的铅直方向的振动，可消除吹入氧枪1的非浸渍部中的耐火物覆盖层4的龟裂、剥落以及升降装置12中的龟裂。

例如，使用图5及图6所示的装置以表3的No.25的条件进行试验时，损耗速度在7mm/ch以下，与表3的结果相比进而得到改善。

由此可知，通过设置防振动冶金工具19，可抑制吹入氧气时的振动，还能够抑制氧气吹入氧枪1的浸渍部的剥落以及氧气吹入氧枪1的非浸渍部或升降装置12中的龟裂，能够实现更稳定的氧气吹入。

本发明是基于这样的试验结果作出的，本发明的精炼用吹入氧枪设备11，包括在外表面形成不定形耐火物的耐火物覆盖层4的、相对于熔融金属的浴面倾斜地浸渍的氧气吹入氧枪1、保持氧气吹入氧枪1的保持部13、和使保持部13升降的升降装置12，所述精炼用吹入氧枪设备11用于向熔融金属中吹入氧气或与氧气一起吹入精炼剂，其特征在于，作为抑制上述吹入氧枪的振动的机构，在氧气吹入氧枪1的上端部，具有保持其的叶片板20、和设在升降装置12上夹持(铁制)叶片板20的(铁制)叶片板承受部件21。在这里，优选的是，叶片板20所形成的平面与氧气吹入氧枪1的浸渍方向平行，并且叶片板20所形成的平面与熔融金属浴面所成的角度与氧气吹入氧枪1相对于熔融金属浴面的倾斜角度相同。并且优选的是，通过叶片板20被叶片板承受部件21引导，氧气吹入氧枪1的特别是铅直方向的振动被抑制。

本发明的精炼用吹入氧枪设备11，如果是向熔融金属中供给氧气或与氧气一起供给精炼剂而进行的精炼，可适用任意精炼，特别是适合用作铁水的脱硅处理中的氧气供给方法。这是因为通过适用本发明，可在脱硅处理中能够创造出热容量，其结果，能够用作用于熔解铁废金属的热。在这里，精炼剂是指作为氧源的氧化铁、生石灰等废金属。

使用本发明的精炼用吹入氧枪设备11进行铁水6的脱硅处理时的留意事项与本发明的吹入氧枪的情况相同。

(铁水的预处理方法)

接着，参照附图对本发明的铁水的预处理方法进行说明。

图8用于表示本发明的一实施方式的预处理设备。标号5是用于保持高炉(未图示)出铁的铁水的鱼雷车，在该鱼雷车5内可移动地设有升降自如的顶部吹入氧枪26和精炼用吹入氧枪设备11。

顶部吹入氧枪26是向鱼雷车5内的铁水6的浴面6A吹入供给氧气气体的装置。其中，将用该顶部吹入氧枪26供给的氧气气体称作顶部吹入氧气气体。

精炼用吹入氧枪设备11是向铁水6的内部吹入供给氧气气体的同时向铁水6的内部供给氧化铁等固体氧的装置。其中，将用该精炼用吹入氧枪设备11供给的氧气气体称作喷射氧气气体。

鱼雷车5在进行铁水6的预处理后移动至转炉(未图示)，并将铁水6装入转炉内。

接着，参照图9和图10对本实施方式的铁水的预处理方法进行说明。

如图9所示，在预处理的初期进行的脱硅反应阶段，从精炼用吹入氧枪设备11供给固体氧和喷射氧气气体，并且从顶部吹入氧枪26供给顶部吹入氧气气体。并且，在紧接着脱硅反应阶段进行的脱磷反应阶段，停止喷射氧气气体的供给，继续供给固体氧和顶部吹入氧气气体。

在这里，在脱硅反应阶段，由于供给至鱼雷车5内的固体氧和喷射氧气气体加在一起的氧的供给速度(下面称作总氧供给速度)增大时，有可能与铁水6中的碳激烈反应而产生崩沸物，引起从鱼雷车5的铁水口喷出崩沸物的喷溅(slopping)，因而发明人对固体氧和喷射氧气气体的总氧供给速度进行了研究。关于表4所示成分的铁水6，调查了脱硅阶段的喷溅的发生率和总氧供给速度之间的关系。

表4

将该关系表示在图10中，可知总氧供给速度小于0.23Nm³/t/min时不发生喷溅，总氧供给速度大于0.23Nm³/t/min时喷溅的发生频度增加。因此，将脱硅反应阶段中的总氧供给速度限制在小于0.23Nm³/t/min的值。

接着，参照图8至图11对本实施方式的铁水的预处理方法的作用效果进行说明。其中，图11表示脱硅反应阶段和脱磷反应阶段中的铁水6中的碳(C)浓度、硅(Si)浓度、磷(P)浓度的变化。

在脱硅反应阶段，如图11所示地铁水6中的硅浓度大幅度减少。

由于从精炼用吹入氧枪设备11向铁水的内部供给固体氧和喷射氧气气体，因而通过铁水的脱碳反应产生充分量的CO气体。从铁水6产生充分量的CO气体时，该CO气体与从顶部吹入氧枪26向铁水6的浴面6A供给的顶部吹入的氧气气体之间的二次燃烧变得活泼，产生大量的二次燃烧热。因此，在脱硅反应阶段，通过大量产生二次燃烧热，能够有效地进行热补偿。

并且，由于如上所述地将脱硅反应阶段中的总氧供给速度限制在小于0.23Nm³/t/min的值，因而能够防止产生从鱼雷车5的铁水口喷出崩沸物的喷溅。

另一方面，在紧接着脱硅反应阶段进行的脱磷反应阶段，在本实施方式中，停止喷射氧气气体的供给，继续供给固体氧和顶部吹入氧气气体。在本实施方式中，由于吹入铁水6中的固体氧与铁水中“C”之间反应相比，优选与铁水中的“P”反应，因而能够如图11的线C所示地比较缓和地减少碳浓度，可抑制脱碳反应。相对于此，在从脱磷反应阶段的初期向铁水6中供给喷射氧气气体的现有的方法中，氧气气体与铁水中的“P”相比优选与铁水中的“C”反应，因而如图11的线C’所示地比较快速地减少碳浓度。因此，在后工序中的脱碳工序中产生热容量不足等困难。

由此，在本实施方式的脱磷反应阶段，由于脱磷反应相比脱碳反应比较优先地发生，因而如图11的线P所示地能够可靠地降低磷浓度。相对于此，在从脱磷反应阶段的初期向铁水6中供给喷射氧气气体的现有的方法中，由于脱碳反应相比脱磷反应比较优先地发生，因而如图11的线P’所示地不能降低铁水6中的磷浓度。

因此，在本实施方式中，由于在脱硅反应阶段，向铁水的内部供给固体氧和喷射氧气气体，并且向铁水6的浴面6A供给顶部吹入氧气气体，并且在脱磷反应阶段，停止喷射氧气气体的供给，而供给固体氧和顶部吹入氧气气体，因而能够有效地进行热补偿，能够有效地除去杂质。

另外，脱硅反应阶段、脱磷反应阶段的结果，可通过由鱼雷车5的集尘系统测定的废气温度或样品采集来判定，例如可通过废气温度的急速上升检测脱硅反应阶段的结束。

实施例

(实施例1)

使用上述的图4所示的精炼用吹入氧枪设备以及上述的图1及图7所示的吹入氧枪，实施了收容于鱼雷车中的铁水的脱硅处理(参照表5)。其中，关于防振动冶金工具使用了图5及图6所示的工具(本发明例3、5、6)，在一部分例中没有使用(本发明例1、2、4)。使氧枪的倾斜角为70℃。另外，仅对本发明例7，使用图12所示的T型氧枪并垂直地浸渍。

氧气吹入氧枪的耐火物覆盖层，用Al₂O₃-10质量％MgO可浇铸材料施工(本发明例1)，或从前端至铁水熔融面为止用Al₂O₃-7质量％MgO可浇铸材料施工，并对铁水熔融面的上方用Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料施工(本发明例2～7)。

在脱硅处理中，从内管吹入氧气的同时从内管和外管之间的间隙吹入丙烷气，实施合计36～51装料的脱硅处理使吹入氧枪前端部的水平部的长度(L)为外径(D)的0.3倍～1.0倍。

并且，为了比较，使耐火物被覆、吹入气体等发生变化而实施了脱硅处理(参照表6)。其中，在一部分比较例中，作为氧源不使用氧气，将氮气作为输送用气体而从内管吹入氧化铁(铁矿石)(比较例5和6)。氧化铁中的氧量，根据化学分析值使氧化铁1kg相当于氧气0.15Nm³，调整送氧速度以使其一定。

表5及表6记载以外的条件，使本发明例与比较例相同。

在本发明例和比较例中，关于氧气吹入氧枪的寿命和铁水温度进行了比较评价。在表5及表6表示试验条件和试验结果。

在本发明例中，在以倾斜浸渍类型吹入30Nm³/min的氧的情况下，使条件氧枪寿命对应每1个氧枪为平均6.5～8.5装料(下面记为“ch/个”)(本发明例1至5)，其他条件下也是好成绩。并且，通过将氧气用作氧源，在脱硅处理中，确认通过铁水中的硅被氧化除去0.01质量％，铁水温度上升约3℃。

其中，复合被覆的一方氧枪寿命更长(本发明例1和本发明例2的比较)，并且前端水平部长度在外形的0.5～2.0倍的范围内时可改善氧枪寿命(本发明例2和本发明例4的比较)，通过采用防振动冶金工具能够进一步改善氧枪寿命(本发明例4和本发明例5的比较)。

另一方面，在使用由Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料对耐火物覆盖层进行施工的氧气吹入氧枪，其他与本发明例5相同的条件进行脱硅处理的情况下(比较例1)，熔损激烈，氧枪寿命为1.0ch/个。垂直浸渍型也相同，将Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料用作耐火物覆盖物时氧枪寿命极度变短(本发明例7和比较例7的比较)。

并且，在将Al₂O₃-20质量％SiO₂可浇铸材料用作耐火物覆盖物，作为氧源不使用氧气，将氮气作为输送用气体从内管吹入氧化铁(铁矿石)，并且从内管和外管之间的间隙吹入氮气的情况下，氧枪寿命比较良好，但确认了使用的氧化铁的显热夺取热，铁水温度不上升，相反降低(用于补偿后工序中的热容量不足的能量增大)(比较例5和比较例6)。

另外，在将含超过30质量％的MgO的Al₂O₃-MgO系可浇铸材料单独或复合而用作耐火物覆盖物的情况下，由于剥落，因而氧枪寿命与本发明相比仍然显著降低(比较例2和比较例3)。并且，即使使用本发明的Al₂O₃-MgO系可浇铸材料，在不从内管和外管的间隙供给烃类气体的情况下，氧枪寿命也显著降低(比较例4)。

(实施例2)

表7用于通过本发明和与本发明不同的比较方法(下面称作比较例)比较铁水的预处理方法的脱硅反应阶段。作为预处理设备使用图8所示的设备，作为氧枪设备使用与实施例1的本发明例5(表5)所示的设备相同的设备。在本发明的脱硅反应阶段中，向铁水6的内部供给固体氧和喷射氧气气体，并且向铁水6的浴面6A供给顶部吹入氧气气体。并且，比较例A中，在脱硅反应阶段，供给固体氧和喷射氧气气体。并且，比较例B中，在脱硅反应阶段，供给固体氧和顶部吹入氧气气体。另外，表7的热容量为由脱硅反应阶段的碳浓度和铁水温度得到的数值，表示数值越高就越能有效地得到热补偿。

比较例A中，可通过供给固体氧和喷射氧气气体，通过铁水的脱碳反应能够产生充分量的CO气体，但由于不供给顶部吹入氧气气体，因而不易产生二次燃烧，与比较例B、本发明相比热容量的数值较低。

并且，比较例B中，可通过仅供给固体氧，铁水的CO气体产生量较少，不能充分地产生基于与顶部吹入的氧气气体的二次燃烧的热，与本发明相比热容量的数值较低。

相对于此，本发明中，可通过供给固体氧和喷射氧气气体，通过铁水的脱碳反应能够产生充分量的CO气体，能够在浴面充分地产生基于该CO气体和顶部吹入的氧气气体的二次燃烧的热而吸热，热容量的数值变高。

表7

*)热容量＝(脱硅反应后的C质量％—处理前的C质量％)×100—(脱硅反应后的铁水温度℃—处理前的铁水温度℃)

并且，表8用于通过紧接着铁水的预处理方法的脱硅反应阶段进行脱磷处理时的本发明方法和与本发明不同的方法(下面称作比较例)进行比较。在本发明的脱磷反应阶段中，向铁水6中供给固体氧，并且向铁水6的浴面6A供给顶部吹入氧气气体。并且，比较例C表示在脱磷反应阶段供给固体氧和喷射氧气气体的例子，并且比较例D表示在脱磷反应阶段供给固体氧和喷射氧气气体，并且向铁水6的浴面6A供给顶部吹入氧气气体的例子。另外，表8的热容量为由脱磷反应阶段的碳浓度和铁水温度得到的数值，表示数值越高就越能有效地得到热补偿。在本发明方法中，由于停止供给喷射氧气气体，而供给固体氧和顶部吹入氧气气体，因而可抑制脱碳反应，促进脱磷反应，并且热容量的数值也变高。

表8

*)热容量＝(脱磷反应后的C质量％—处理前的C质量％)×100—(脱磷反应后的铁水温度℃—处理前的铁水温度℃)

工业实用性

根据本发明的精炼用气体吹入氧枪，能够使氧气吹入氧枪的损耗速度与以往相比大幅度降低。其结果，不使用如转炉底部吹入风口等设备，通过高效且能够提高搅拌力的方法长期间地以相同的吹入氧枪添加在精炼反应中使用的氧气。并且，通过吹入氧气，能够创造热容量。其结果，能够用作用于熔解铁废金属的热，对制造钢铁材料时的CO₂产生量的降低作贡献。并且通过延长氧气吹入氧枪的寿命，具有减少氧枪更换作业的频度以及能够总是较大地确保浸渍深度的优点。

特别是，通过在铁水的脱硅处理中使用本发明的氧气吹入氧枪，能够有效利用由脱硅反应引起的发热。

并且，根据本发明的精炼用气体吹入氧枪设备，可抑制吹入氧气时的吹入氧枪的振动，可缓和振动引起而作用在吹入氧枪上的应力，还能够防止吹入氧枪的浸渍部中的剥落、非浸渍部中的龟裂，能够与以往相比大幅度提高吹入氧枪的耐用性。其结果，还能够提高上述的效果。

并且，根据本发明的铁水的预处理方法，通过在脱硅反应的阶段向铁水内供给固体氧，向铁水内吹入供给氧气气体，由铁水中的脱碳反应产生充分量的CO气体。从铁水产生充分量的CO气体时，该CO气体与向铁水的浴面供给的氧气气体在浴面上的二次燃烧变得活泼，产生大量的二次燃烧热而在铁水中吸热。由此，能够有效地进行铁水的热补偿，能够解除下一个工序的转炉中的脱碳精炼中的铁水配合率的降低、热容量的不足等问题。