熔融金属处理装置和熔融金属处理方法

摘要

根据本发明的一种熔融金属处理装置包括精炼剂送料机，该精炼剂送料机设置成在容器的直径方向上贯穿容器的侧壁；精炼剂送料机设置成定位得比在叶轮浸入容器中的熔融金属中之前熔融金属的熔池表面高度高且比当叶轮浸入容器中的熔融金属中并在容器中的熔融金属中旋转时熔融金属的最高部分的熔池表面高度低；并且精炼剂送料机具有用于将用于对熔融金属进行精炼的精炼剂吹送到容器中的喷嘴。因此，根据本发明的实施方式，与如在常规方法中那样从容器的上侧给送精炼剂相比，提高了精炼效率，从而使得能够减少精炼剂的用量以及精炼时间。

说明书

技术领域

本发明涉及铁水处理设备和铁水处理方法，更具体地涉及能够提高脱硫剂的反应效率的铁水处理设备和铁水处理方法。

背景技术

在高炉中，通过炼铁工艺生产的铁水经受精炼工艺以用于调节铁水中的一些成分的含量，进而获得具有最终所需成分的钢水和产物。通常，铁水经受将铁水中所含的硫(S)、磷(P)调整到一定水平以下的精炼工艺，然后被加入到转炉中。在转炉中，通过吹送氧气来调节温度以及诸如碳(C)和磷(P)之类的成分，并且通过二次精炼进一步进行成分调整。

在此，在除了作为保持硫(S)含量处于较高水平的钢级的易切削钢等以外的普通钢的情况下，硫(S)的浓度在进行了铁水的脱硫步骤之后被调整至0.01wt％或更少。近来，要求硫的含量非常低，通常在预处理的脱硫步骤中，硫经过大部分脱硫直至0.003％或更少。

作为铁水脱硫的方法，使用具有相对较高的脱硫效率的机械搅拌法。机械搅拌法是下述方法：在所述方法中，在将被称为叶轮的搅拌设备浸入容纳铁水的容器中并使搅拌设备在该容器中旋转的同时添加脱硫剂，从而通过铁水与脱硫剂之间的反应进行脱硫。

采用机械搅拌法的代表性脱硫方法是使用Kanvara反应器(KR)的方法。KR包括用于容纳钢水的钢包、浸入到钢水中并旋转的叶轮、以及定位在钢包的上侧并将脱硫剂添加至钢包的装料机。根据这样的KR，当通过装料机从钢包的上部添加脱硫剂并且使叶轮旋转时，脱硫剂在搅拌下与铁水反应而成为钢水中的硫(S)。

同时，为了提高脱硫效率，通常使用处于固体粉末或微细粉末状态的脱硫剂。在呈微细固体粉末形式的脱硫剂的表面上产生厚度为约10μm至20μm的作为脱硫反应产物的CaS，并且CaS的表面膜是致密的并且阻止进行额外的脱硫反应。也就是说，CaS包围呈微细固体粉末形式的脱硫剂的表面，使得阻止铁水中的硫(S)与铁水中存在的CaO进行反应。此外，脱硫剂颗粒彼此团聚，因此在添加脱硫剂之后的几分钟内形成厚度为几毫米的团聚体，并且在团聚体表面上形成CaS，使得脱硫效率降低到5％至10％。

因此，为了提高脱硫剂的脱硫效率，韩国专利公开公报No.0024195提出了下述方法，在所述方法中，将分散球团安置在叶轮翼上并且促进脱硫剂的分散，使得脱硫效率提高。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种能够提高脱硫剂的脱硫效率的铁水处理设备和铁水处理方法。

本发明提供了一种能够减少脱硫剂的用量以及脱硫时间的铁水处理设备和铁水处理方法。

技术方案

根据本发明的用于处理铁水的设备包括：容器，该容器能够容纳铁水；搅拌器，该搅拌器包括叶轮，该叶轮能够被添加到容器中并能够在容器中旋转，并且叶轮浸入到容器中的铁水中以对铁水进行搅拌；以及精炼剂装料机，该精炼剂装料机包括喷嘴，其中，喷嘴安装成使得在容器的径向方向上贯穿容器的侧壁，并且当叶轮处于浸入容器中的铁水中之前的状态时，喷嘴安装在比铁水的熔池表面的高度高的位置处；当叶轮处于浸入并旋转的状态时，喷嘴安装在比铁水的熔池表面的最高高度低的位置处，由此喷嘴将用于对铁水进行精炼的精炼剂吹送到容器中。

该精炼剂装料机包括：精炼剂贮存单元，该精炼剂贮存单元用于贮存精炼剂；精炼剂供应管线，该精炼剂供应管线具有连接至精炼剂贮存单元的一个端部和连接至喷嘴的另一端部；以及气体供应管线，该气体供应管线连接至精炼剂供应管线并且供应惰性气体以运送精炼剂。

喷嘴安装成垂直于与容器的外表面相切并沿容器的宽度方向延伸的延伸线。

喷嘴安装成是倾斜的以使得与相切于容器的外表面并沿容器的宽度方向延伸的延伸线形成的角度变为钝角或锐角。

喷嘴安装成沿叶轮旋转方向或者沿与叶轮旋转方向相反的方向倾斜。

当叶轮处于浸入容器中的铁水中之前的状态时，喷嘴安装在与铁水的上表面沿向上方向隔开10cm或更多的位置处；当叶轮处于浸入并旋转的状态时，喷嘴安装在与铁水的顶表面沿向下方向隔开15cm或更多的位置处。

喷嘴设置成多个并且安装成彼此相对。

铁水处理设备是Kanvara反应器(KR)，并且精炼剂是用于除去铁水中的硫(S)的脱硫剂。

根据本发明的用于处理铁水的方法包括：将铁水容纳在容器中；将叶轮浸入容器中的铁水中以通过旋转操作对铁水进行搅拌；以及从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂，其中，从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂包括：当叶轮处于浸入容器中的铁水中之前的状态时，在比铁水的熔池表面的高度高的位置处添加精炼剂；以及当叶轮处于浸入容器中的铁水中并旋转的状态时，在比铁水的熔池表面的最高高度低的位置处添加精炼剂。

在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂时，将惰性气体与精炼剂一起吹送以运送精炼剂并将精炼剂添加到容器中。

在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂时，当叶轮处于浸入容器中的铁水中之前的状态时，在与铁水的上表面沿向上方向隔开10cm或更多的位置处添加精炼剂；以及当叶轮处于浸入容器中的铁水中并旋转的状态时，在与铁水的顶表面沿向下方向隔开15cm或更多的位置处添加精炼剂。

在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂时，精炼剂通过喷嘴来排出并添加，喷嘴安装成垂直于与容器的外表面相切并沿容器的宽度方向延伸的延伸线。

在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂时，精炼剂通过喷嘴来排出并添加，喷嘴安装在容器的侧壁上并且安装成是倾斜的以使得与相切于容器的外表面并沿容器的宽度方向延伸的延伸线形成的角度变为钝角或锐角。

在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂时，喷嘴安装成沿叶轮旋转方向或者沿与叶轮旋转方向相反的方向倾斜，并且沿与叶轮旋转方向相对应的方向或者沿与叶轮旋转方向相反的方向添加精炼剂。

用于处理铁水的方法包括：在从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂之前，从容器的上侧添加精炼剂。

以精炼剂被添加到铁水中且铁水被精炼的总时间为基础，当精炼终止的时间点被称为100％的时间点时，从容器的上侧添加精炼剂，直到铁水开始被精炼并且达到10％或更少的时间点为止；以及从超过10％的时间点起，从容器的侧壁沿向内侧方向添加精炼剂。

精炼剂除去铁水中的硫(S)。

有利效果

根据本发明的实施方式，精炼剂通过下述喷嘴来添加，该喷嘴贯穿容器的侧壁，并且喷嘴安装在比当叶轮处于搅拌之前的备用状态时铁水的熔池表面的高度高的位置处且安装在比当叶轮处于以最大速度旋转的状态时铁水的熔池表面的最高高度低的位置处。因此，与如在常规情况中那样从容器的上侧添加精炼剂的情况相比，提高了精炼效率，使得产生可以减少精炼剂的用量以及精炼时间的效果。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的实施方式的铁水处理设备的视图。

图2是示出了根据实施方式的喷嘴的安装状态的俯视图。

图3是示出了根据实施方式的第一改型的喷嘴的安装状态的铁水处理设备的俯视图。

图4是示出了根据实施方式的第二改型的喷嘴的安装状态的铁水处理设备的俯视图。

图5是用于说明添加脱硫剂的时间点的概念图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对特定实施方式进行详细描述。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开将是透彻且完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中，为了图示清楚，层和区域的尺寸被放大。相同的附图标记始终指代相同的元件。

图1是用于说明根据本发明的实施方式的铁水处理设备的视图。在此，图1A处于搅拌器的叶轮没有浸入铁水中之前的状态，并且图2B示出了叶轮浸入铁水中的状态。图2是示出了根据本发明的实施方式的喷嘴的安装状态的铁水处理设备的俯视图。图3是示出了根据实施方式的第一改型的喷嘴的安装的铁水处理设备的俯视图。图4是示出了根据实施方式的第二改型的喷嘴的安装的铁水处理设备的俯视图。图5是用于说明添加脱硫剂的时间点的概念图。

参照图1，根据本发明的实施方式的铁水处理设备包括：容器L，该容器L用于容纳用于精炼的铁水M；搅拌器200，该搅拌器200浸入容器L中并对铁水M进行搅拌；以及精炼剂供应器100，该精炼剂供应器100具有喷嘴110，其中，喷嘴110插入并安装成使得：在铁水被搅拌之前于比铁水的熔池表面的高度高的位置处且在铁水通过使用搅拌器200来搅拌时于比铁水的熔池表面的最高高度低的位置处贯穿容器L的侧壁，从而向铁水中添加精炼剂。

在下文中，在说明根据本发明的实施方式的铁水处理设备和铁水处理方法时，用于调节铁水中的硫(S)成分的脱硫处理设备和脱硫方法将作为示例来描述。

容器L是作为用于贮存或容纳铁水M并在其中形成空间的器件的容器。例如，容器L可以是容纳有铁水M或者用于容纳铁水M的钢包。容器L贮存热的铁水，使得耐火壁可以设置在容器L的外表面和内表面内。

当然，容器L不限于钢包，并且容器L可以是可以容纳铁水并且具有能够安装搅拌器200和喷嘴110的各种器件的容器。

搅拌器200是浸入容纳在容器L中的铁水M中并且通过旋转运动对铁水M进行搅拌的装置，并且搅拌器200可以形成为与Kanvara反应器(KR)的常规搅拌器200类似的形式。也就是说，搅拌器200由多个叶片形成，并且搅拌器200包括：叶轮210，该叶轮210浸入铁水M中并对铁水M进行搅拌；轴，该轴形成为沿竖向方向延伸并且连接至叶轮210的上部；以及驱动单元230，该驱动单元230用于向轴220提供旋转动力。

在此，由多个叶片构成的叶轮210可以形成为使得上端部分的宽度大于下端部分的宽度。也就是说，叶轮210可以形成为倾斜的使得叶轮210的宽度从上端部分朝向下端部分变窄。由此，在通过叶轮210的旋转来搅拌的铁水M中可以产生向下的流。叶轮210的形状不受限制，只要叶轮210可以充分搅拌容纳在容器L中的铁水M即可，并且叶轮的结构或形状没有特别限制。

精炼剂供应器100包括：精炼剂贮存单元120，该精炼剂贮存单元120用于贮存用于脱硫的脱硫剂；喷嘴110，该喷嘴110用于将从精炼剂贮存单元120提供的精炼剂添加至容器L；精炼剂供应管线130，该精炼剂供应管线130具有连接至精炼剂贮存单元120的一个端部和连接至喷嘴110的另一端部；气体贮存单元140，该气体贮存单元140用于贮存气体以使得精炼剂可以通过精炼剂供应管线130来输送；以及气体供应管线150，该气体供应管线150包括连接至气体贮存单元140的一个端部和连接至精炼剂供应管线130或精炼剂贮存单元120以允许精炼剂被输送至喷嘴110的另一端部。

精炼剂是固相并且可以呈粉末或微细颗粒的形式、例如是脱硫剂、具体地是CaO基材料。当然，实施方式不限于此，并且可以使用CaC2基脱硫剂和Mg基脱硫剂。这样的脱硫剂贮存在精炼剂贮存单元120中并通过精炼剂供应管线130和喷嘴110被供应到容器L中。

根据实施方式的精炼剂贮存单元120是料斗，但不限于此，并且可以使用能够贮存或容纳精炼剂并将精炼剂供应至精炼供应管线130的各种贮存器件。

如上所述，精炼剂供应管线130和气体供应管线150承载用于将精炼剂贮存单元120的精炼剂运送至喷嘴110的通道，并且精炼剂供应管线130和气体供应管线150是管道或者呈管道形状，这些管道中的每个管道中均具有空间。

同时，在叶轮210浸入铁水中之前，如图1A所示，铁水保持水平状态，其中，顶表面的高度几乎没有变化。然而，当叶轮210浸入铁水中并旋转时，如图1B所示，叶轮210所在的铁水区域、即中央熔池表面的高度表现出比边缘熔池表面的高度低的熔池表面行为。换言之，示出了熔池表面的高度相对于叶轮210朝向两个方向变高的熔池表面行为。

因此，在本发明中，考虑铁水的熔池表面的在叶轮处于浸入之前的状态下的高度或者在浸入之后的搅拌期间的高度来确定喷嘴110的安装位置。

喷嘴110安装成从容器L的侧壁沿容器L的径向方向穿透，并且精炼剂例如脱硫剂被添加到容纳在容器L中的铁水M中。在这种情况下，在将喷嘴110安装在容器L上时，喷嘴110的安装高度受到限制。也就是说，喷嘴110的安装高度比在铁水M被搅拌或者搅拌器200操作之前的状态下的铁水的表面(熔池表面)的最高高度H₁(参见图1A)高，并且比在搅拌器200操作用于精炼或脱硫时(下文中，在铁水的精炼操作时)的铁水M的表面的最高高度H₂(参见图1B)低。更具体地，喷嘴110安装成定位在距离备用状态下的铁水M的熔池表面至少10cm或更多、更优选地15cm或更多的上侧，并且安装成定位在距离当叶轮210以精炼(脱硫)操作时的最大速度旋转时的铁水M的熔池表面至少15cm或更多的下侧。在此，从备用状态下的铁水的熔池表面向上10cm的位置成为喷嘴110的最低高度，并且从精炼(脱硫)操作时的铁水M的熔池表面向下15cm的位置成为喷嘴110的最高高度。

喷嘴110的最低高度因此被限制为距离备用状态下的铁水M的熔池表面10cm的原因在于防止发生下述问题：在铁水M还未被精炼的备用状态下由于熔渣的厚度、转移容器L期间熔池表面的晃动等而导致喷嘴110与铁水接触，并且因此发生熔损、堵塞等。也就是说，换言之，当喷嘴110定位在备用状态下的铁水M的上侧并定位在距离铁水M的熔池表面小于10cm的上侧时，喷嘴110可能与铁水M接触而发生损坏或堵塞。因此，在本发明中，喷嘴110的最低高度被限制为距离备用状态下的铁水M的熔池表面10cm。

另外，喷嘴110的最高高度被限制为距离搅拌或精炼时的铁水的熔池表面的最高高度15cm的原因在于提高精炼效率或脱硫效率并且防止精炼剂分散。例如，当喷嘴110定位在距离搅拌或精炼期间的铁水的熔池表面的最高高度小于15cm的高度的下侧处而定位得较高时，铁水的搅拌效率和精炼剂的吹送效率急剧降低，因此精炼效率降低，并且精炼剂的分散是严重的。因此，在本发明中，喷嘴的最高高度被限制为距离搅拌或精炼期间的铁水的最高高度15cm。

如图2所示，根据实施方式的喷嘴110沿着容器L的径向方向或者沿着沿径向方向延伸的假想线并排安装。也就是说，喷嘴110沿着容器的径向方向或者沿着沿径向方向延伸的假想线并排设置。换言之，喷嘴110安装成垂直于与容器L的外表面相切并沿容器L的宽度方向延伸的延伸线A。另外，换言之，喷嘴110安装成使得吹入精炼剂的喷嘴110的梢端朝向容器L的径向方向的中央部定向。

喷嘴110的安装方向不限于图2所示的实施方式，并且如图3所示第一改型中那样，喷嘴110安装成是倾斜的以使得由与容器L的外表面相切且沿容器L的宽度方向延伸的延伸线A形成的角度θ变为钝角或锐角，并且喷嘴110可以安装成使得喷嘴110在与叶轮210的旋转方向相对应的方向上倾斜。根据该第一改型，从喷嘴110吹送的脱硫剂是在与叶轮210的旋转方向相对应的方向上吹送的，使得产生与实施方式相比提高了铁水M的旋转搅拌力的效果，由此，与常规情况相比，提高了脱硫效率。

另外，作为另一示例，如在图4中所示的第二改型中那样，喷嘴110安装成是倾斜的以使得由与容器L的外表面相切且沿容器L的宽度方向延伸的延伸线A形成的角度θ变为钝角或锐角，并且安装成使得喷嘴110在与叶轮210的旋转方向相反的方向上倾斜。在这种情况下，旋转搅拌力与第二改型相比较低，但是精炼剂的添加方向与叶轮210的旋转方向相反，使得发生由搅拌流引起的碰撞。因此，在使用CaO基脱硫剂的情况下，由于铁水M的反应而在脱硫剂的表面上形成CaS膜，而随着该脱硫剂与铁水M碰撞，CaS膜脱开。因此，精炼剂、即CaO露出并再次参与铁水的脱硫，使得提高了脱硫效率。此外，精炼剂由于上述碰撞而分散，使得表面积更大，并且因此提高了脱硫效率。

在下文中，将对使用根据本发明的实施方式的铁水处理设备的铁水处理方法进行描述。在这种情况下，脱硫剂用作精炼剂，并且对铁水M进行脱硫的工艺将作为示例来描述。

首先，将待被脱硫的铁水M容纳在容器M、例如钢包中并转移至铁水精炼处理位置。此后，将诸如氮气、氩气或二氧化碳之类的惰性气体通过气体供应管线150以预定的压力供应至喷嘴110，从而防止铁水侵入喷嘴110中。然后，使包括在搅拌器200中的叶轮210旋转并浸入(或浸没)到铁水M中，并且将脱硫剂添加到铁水M中。

在这种情况下，首先，以使得脱硫剂从容器L的上侧落入容器L中的方式添加脱硫剂，然后通过喷嘴110添加脱硫剂。更具体地描述，相对于将精炼剂添加到铁水M中并且对铁水进行精炼的总时间而言，当精炼结束的时间点被称为100％的时间点时，从开始对铁水M进行精炼起在直至10％至15％或更少的时间点内从容器L的上方添加精炼剂，然后在将叶轮210的旋转速度提高直至最大速度的同时从喷嘴110添加脱硫剂(参见图5)。

在以上描述中，在添加脱硫剂时，通过容器L的上侧以及喷嘴110以分步的方式添加脱硫剂，但是还可以通过喷嘴110来添加待被添加用于脱硫的总脱硫剂量。

由于添加了该脱硫剂，铁水和硫(S)在容器L内相互反应，并且进行脱硫。

如上所述，在本发明中，通过下述喷嘴110来添加脱硫剂，所述喷嘴110安装在比备用期间的铁水M的熔池表面的最高高度H₁高的位置处且安装在比搅拌期间的铁水M的熔池表面的最高高度H₂低的位置处，使得与常规方法相比提高了脱硫剂在铁水M中的分散程度，并且因此提高了反应率。因此，与如在常规方法中那样仅从容器110的上侧添加脱硫剂的情况相比，可以提高脱硫效率。

因此，可以减少获得目标硫(S)浓度所需的脱硫剂的用量以及处理时间。

下文中，将对通过根据本发明的示例与比较示例的铁水处理方法进行的脱硫处理的结果进行比较和描述。

对于实验而言，示例1至示例3和比较示例使用了具有相同组成成分的铁水。另外，如表1中所示，在不同的脱硫条件下进行脱硫。

在根据示例1的铁水处理方法中，通过使用根据本发明的实施方式的喷嘴110来吹送脱硫剂，并且在根据比较示例的铁水处理方法中，仅从容器L的上侧吹送脱硫剂，而不从喷嘴110添加脱硫剂。

【表1】

如表1中所示，通过根据示例1至示例3的铁水处理方法脱硫的铁水中的硫(S)浓度低于通过比较示例的铁水处理方法脱硫的铁水中的硫(S)浓度。因此，可以看出的是，包括根据本发明的喷嘴110的铁水处理方法具有比常规的铁水处理方法高的脱硫率。

另外，与将脱硫剂通过容器L的上侧以及喷嘴110分开并吹送的示例1相比，在脱硫剂完全通过喷嘴100来吹送的示例2中，脱硫剂的浓度较低。这是因为由从喷嘴110吹送的脱硫剂的旋转力被添加至由叶轮210传送的旋转力，使得与比较示例相比铁水的整体搅拌力较高。

另外，在示例3的情况下，与比较例相比，脱硫剂的总添加量减少了13％，甚至在与比较示例相比处理时间减少了10％时，硫(S)的浓度仍较低。因此，这可以看作是通过根据本发明的实施方式的喷嘴110添加脱硫剂的效果，使得与常规情况相比可以减少脱硫剂的添加量以及处理时间。

如上所述，根据本发明的实施方式，喷嘴110通过贯穿容器L的侧壁来安装，并且喷嘴110安装在比当叶轮210处于搅拌之前的备用状态时的铁水M的熔池表面的高度高的位置处并安装在比铁水M的最高高度低的位置处，以便添加收缩剂。因此，与如在常规情况中那样从容器L的上侧添加精炼剂的情况相比，提高了精炼效率，使得产生可以减少脱硫剂的用量以及处理时间的效果。

工业适用性

根据铁水处理设备和铁水处理方法，喷嘴通过贯穿容器的侧壁来安装，并且喷嘴安装在比叶轮处于搅拌之前的备用状态时的铁水的熔池表面的高度高的位置处并且安装在比铁水的最高高度低的位置处，以便添加收缩剂。因此，与如在常规情况中那样从容器的上方添加精炼剂的情况相比，提高了精炼效率，使得产生可以减少脱硫剂的用量以及处理时间的效果。