CN111479936A

CN111479936A - 铁水的送氧精炼方法和顶吹喷枪

Info

Publication number: CN111479936A
Application number: CN201880080103.XA
Authority: CN
Inventors: 小田信彦; 奥山悟郎; 天野胜太; 中濑宪治; 高桥幸雄; 日野雄太; 菊池直树; 三木祐司
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-07-31
Also published as: EP3730632A4; KR102344147B1; US11293069B2; EP3730632A1; TWI679283B; US20200392592A1; KR20200084353A; TW201928068A; WO2019123873A1; JPWO2019123873A1; BR112020012085A2; JP6660044B2

Abstract

一种铁水的送氧精炼方法，送氧精炼的至少一部分期间，在贯通顶吹喷枪的外壳的含氧气体的喷射喷嘴中，一边从喷出口(3)朝向喷射喷嘴内喷出控制用气体，一边从喷射喷嘴的入口侧供给作为主供给气体的含氧气体而从喷射喷嘴喷射，喷出口(3)设置于喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位(1)或其附近的部位的喷嘴侧面，以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式进行配置。

Description

铁水的送氧精炼方法和顶吹喷枪

技术领域

本发明涉及从顶吹喷枪向装入反应容器的铁水吹送含氧气体而对铁水实施送氧精炼的铁水的送氧精炼方法和用于该送氧精炼的顶吹喷枪。

背景技术

在铁水的氧化精炼中，从提高反应效率的观点考虑，一直在寻求能够同时控制从顶吹喷枪喷射的含氧气体在铁水浴面的喷流流速和气体流量的实用的送氧方法。

例如，在利用转炉的铁水的脱碳精炼中，从提高转炉生产率的观点考虑，有时进行提高每单位时间的顶吹氧流量的操作。但是，该情况下如果铁水浴面的喷流的流速变高，则以炉尘等形式飞散到炉外的铁分和附着、沉积于炉壁、炉口附近的铁分增加。如果其量变多，则因铁成品率降低而导致成本的增加、转炉运转率的降低，因此寻求一种能够实现高流量且低流速的送氧方法。

另一方面，在吹炼末期的铁水中碳浓度低的情况下，为了防止铁的过度氧化损耗，一般降低顶吹氧流量而进行吹炼。该情况下，如果铁水浴面的喷流的流速过低，则着火点下的铁水的搅拌弱，存在铁过度氧化的问题。因此，寻求一种在高氧流量时能够以低流速进行操作、且在低氧流量时也能够以高流速进行操作的送氧方法。

一般，作为与氧流量的调整独立地对浴面上的流速进行调整的方法，一直在使用调整喷枪高度的方法。但是，如果使喷枪高度过低，则会因飞散的铁水而导致溶损，存在喷枪寿命明显降低的问题，另外，如果使喷枪高度过高，则会因2次燃烧率的增大、2次燃烧着热效率的降低而使炉内气体温度上升，存在导致耐火物寿命的降低的问题，因此基于喷枪高度的流速的调整范围是有限的。因此，期待实现能够不依赖于氧流量来调整喷射速度的送氧喷嘴。

但是，一般，喷嘴出口处的气体流速具有如下性质：如果决定了喷嘴形状，则相对于气体流量唯一地确定气体流速，高流量时流速增加，低流量时流速降低。特别是，如果增大喷嘴直径以使高气体流量下为低动压，则存在降低气体流量时流速降得过低的问题。因此，研究了如下技术：通过在吹炼中控制喷嘴形状，能够同时实现高氧流量时动压不变得过高的吹炼条件和低氧流量时动压不变得过低的吹炼条件。作为吹炼中控制喷嘴形状的技术，例如，在专利文献1中公开了一种以机械方式改变喷嘴形状的真空脱气槽内的顶吹喷枪的技术。

另外，专利文献2中公开了一种使用拉瓦尔喷嘴的操作方法，在拉瓦尔喷嘴的末端扩大部的内表面设置气体的吹出孔，根据主流的氧气流量而从该吹出孔吹入气体。转炉精炼中，广泛使用拉瓦尔喷嘴，其能够将气体的压力高效地转换为动能以使即便提高转换喷枪高度也能够在铁水浴面得到足够的气体流速。在拉瓦尔喷嘴中，根据喷嘴出口与喉部的横截面积(喷嘴内与中心轴垂直的截面的面积)之比(开口比)来确定在喷嘴的末端扩大部成为适当膨胀而使能量损耗变少的喷嘴的入口与出口的压力比。喷嘴出口的炉内压力通常为大气压，因此唯一地确定相对于喷嘴的形状成为适当膨胀的喷嘴入口处的气体压力(适当膨胀压力)和与其对应的气体流量(适当膨胀流量)。但是，如果使气体流量减小到低于适当膨胀流量，则喷嘴入口的气体压力低于适当膨胀压(適正膨張圧)，从而成为在喷嘴内产生冲击波的过度膨胀的状态，相反，如果使气体流量增大到大于适当膨胀流量，则成为在喷嘴出口以下产生冲击波的不足膨胀的状态，产生能量损耗，与在各气体压力下成为适当膨胀的喷嘴形状的情况相比气体流速降低。

专利文献2的方法中，通过在低于适当膨胀流量的气体流量下，从设置在拉瓦尔喷嘴的末端扩大部的内表面的气体的吹出孔吹入少量的气体，从而沿着末端扩大部的喷嘴侧面形成的边界层的气流被向内侧顶出而剥离。然后，由此抑制主流气体的膨胀，过度膨胀的状态得到缓和，使气体流量降低时的气体流速的降低得到抑制。

另外，作为与主流分开地向喷嘴内吹送气体来控制气体喷流的方法，专利文献3中公开了在RH脱气设备的顶吹喷枪中向拉瓦尔喷嘴的喉部喷出工作气体来控制主流的气体喷射的喷出方向的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8－260029号公报

专利文献2：日本特开2000－234116号公报

专利文献3：日本特开2004－156083号公报

发明内容

作为以机械方式改变喷嘴形状的方法的专利文献1的方法不仅在高温且产生炉尘的气氛下具有机械可动部等方面并不实用，而且存在难以应用于具有很多喷出孔的喷枪的问题。另外，利用喷嘴内表面的可动部来缩小截面积时，该台阶部分产生高低差，尚不清楚该高低差的形状对气体流速所产生的影响。

另外，专利文献2的方法中，旨在于拉瓦尔喷嘴的末端扩大部使气流的边界层与喷嘴壁面剥离，缓和低气体流量时的过度膨胀的状态，但存在如下问题：在气体供给压力高于由喷嘴的开口比决定的适当膨胀压的不足膨胀条件下，不能使流速有效地增加。

特别是为了提高转炉等的送氧精炼的生产率，要求增大氧气流量，有时为了抑制高气体流量条件下的气体流速而扩大喉部的喷嘴截面积。但是，由于需要确保适当的冷却水的流路截面积用以冷却喷枪前端，因此喷嘴的出口截面积受到制约，因此喷嘴的开口比并不一定能够自由地设定。该情况下，存在喷嘴的开口比和由此决定的适当膨胀压降低的趋势，因此有时在低气体流量条件下也为不足膨胀条件。但是，专利文献2的方法中，无法在这样的情况下使气体流速有效增加。

应予说明，专利文献3的方法中，存在如下问题：即便能够控制气体喷射的喷出方向，也无法有效控制气体流速。

本发明的目的在于提供在喷枪喷嘴中不使用机械可动部的情况下即便在不足膨胀条件下也能够使低气体流量时的气体流速有效地增加的气体流量的可变范围大的顶吹送氧方法和其中使用的顶吹喷枪。

发明人等为了解决上述课题，对通过不在顶吹气体的喷射喷嘴中设置机械可动部，变更向喷嘴内的气体导入方法而不依赖气体流量来控制气体流速的方法反复进行深入研究，从而完成了本发明的送氧精炼方法和用于该送氧精炼的顶吹喷枪。

即，本发明是一种铁水的送氧精炼方法，其特征在于，从顶吹喷枪向装入反应容器的铁水吹送含氧气体而对上述铁水实施送氧精炼，上述送氧精炼的至少一部分期间，在贯通上述顶吹喷枪的外壳的上述含氧气体的喷射喷嘴中，一边从喷出口朝向上述喷射喷嘴内喷出控制用气体，一边从上述喷射喷嘴的入口侧供给作为主供给气体的含氧气体而从上述喷射喷嘴喷射，上述喷出口设置于喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面，以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式进行配置。另外，作为优选例，上述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

应予说明，本发明中，在整个说明书中，喷嘴的“横截面积”是指喷嘴内部与中心轴垂直的面积。因此，本发明中“最小的横截面积的1.1倍以下的部位”是指该部位的横截面积超过最小的横截面积的1.0倍且为1.1倍以下的部位。

应予说明，认为在如上所述构成的本发明的铁水的送氧精炼方法中，更优选的解决方法如下：

(1)作为喷射喷嘴，使用邻接着喷嘴出口具有横截面积在喷嘴轴向上最小且一定的直管部的直管喷嘴、或者邻接着横截面积在喷嘴轴向上最小的喉部具有末端扩大部的拉瓦尔喷嘴，

(2)使上述喷射喷嘴的入口侧的上述主供给气体的压力大于满足下述式(1)的适当膨胀压Po：

Ae/At＝(5^5/2/6³)×(Pe/Po)^－5/7×[1－(Pe/Po)^2/7]^－1/2···(1)

这里，At：喷射喷嘴的最小横截面积(mm²)，Ae：喷射喷嘴的出口截面积(mm²)，Pe：喷嘴出口部气氛压(kPa)，Po：喷嘴适当膨胀压(kPa)，

(3)上述喷出口沿多个方向设置于上述喷射喷嘴的侧面的周向，向上述喷出口导入上述控制用气体的导入孔的直径与每1个上述喷射喷嘴的上述喷出口的个数n的积为上述喷射喷嘴的横截面积最小的部位的喷嘴内径的0.4倍以上，

(4)上述喷出口狭缝状地设置于上述喷射喷嘴的侧面的整个周向，上述喷出口的上述喷射喷嘴的轴向的长度为上述喷射喷嘴的横截面积最小的部位的喷嘴内径的0.25倍以下，

(5)上述送氧精炼的至少一部分期间，朝向上述喷射喷嘴内喷出的上述控制用气体的流量为上述控制用气体的流量和向上述喷射喷嘴供给的上述主供给气体的流量的合计流量的5％以上，

(6)根据从上述顶吹喷枪向上述铁水吹送的上述含氧气体的供给速度，调整上述控制用气体的供给速度，

(7)随着上述铁水的送氧精炼的进行，变更上述控制用气体的供给速度，

(8)根据上述送氧精炼开始前的铁水的硅浓度，变更上述控制用气体的供给速度，

(9)在供给上述送氧精炼中供给的上述含氧气体中含有的总氧气量的85％以后的送氧精炼末期，在上述喷射喷嘴中一边喷出上述控制用气体，一边供给作为上述主供给气体的含氧气体，

(10)针对上述送氧精炼开始前的硅浓度为0.40质量％以上的铁水，在供给上述送氧精炼中供给的上述含氧气体中含有的总氧气量的20％以前的送氧精炼初期，在上述喷射喷嘴中一边喷出上述控制用气体，一边供给作为上述主供给气体的含氧气体。

另外，本发明是一种顶吹喷枪，其特征在于，用于将含氧气体吹送到收容于反应容器的铁水，在贯通上述顶吹喷枪的外壳的上述含氧气体的喷射喷嘴中，具备用于朝向上述喷射喷嘴内喷出控制用气体的喷出口，该喷出口配置于喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面，并且以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式配置，沿多个方向配置在上述喷嘴侧面的周向的向多个喷出口导入上述控制用气体的上述控制用气体的导入路在上述顶吹喷枪内相互连通。另外，作为优选例，上述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

应予说明，认为在如上所述构成的本发明的顶吹喷枪中，更优选的解决方法如下：

(1)上述喷出口沿多个方向设置于上述喷射喷嘴的侧面的周向，与上述喷出口连通的上述控制用气体的喷出喷嘴的内径与每1个上述喷射喷嘴的上述喷出口的个数n的积为与上述喷射喷嘴的最小横截面积对应的喷嘴内径的0.4倍以上，

(2)作为喷射喷嘴，使用邻接着喷嘴出口具有截面积在喷嘴轴向上最小且一定的直管部的直管喷嘴、或者邻接着截面积在喷嘴轴向上最小的喉部具有末端扩大部的拉瓦尔喷嘴。

此外，本发明是一种顶吹喷枪，其特征在于，用于将含氧气体向收容于反应容器的铁水吹送，在贯通上述顶吹喷枪的外壳的上述含氧气体的喷射喷嘴中，具备用于朝向上述喷射喷嘴内喷出控制用气体的喷出口，该喷出口设置在横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面的周向，并且狭缝状地设置于整个周向。另外，作为优选例，上述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

(1)上述喷出口的上述喷射喷嘴的轴向的长度为与上述喷射喷嘴的最小横截面积对应的喷嘴内径的0.25倍以下，

根据本发明，通过在顶吹喷枪的含氧气体的喷射喷嘴中，不使用机械可动部，对在喷嘴内的截面积在长度方向上为最小的横截面的部位的附近的喷嘴侧面在周向从多个方向或者从整个周向朝向喷射喷嘴内喷出的控制用气体控制，能够不依赖总气体流量来控制气体流速。因此，即便在铁水等飞散剧烈的送氧精炼的操作条件下，也能够在不导致机械可动部的故障的情况下用于操作。另外，由于即便在不足膨胀条件下也能够使低气体流量时的气体流速有效增加，因此能够实现气体流量的可变范围大的顶吹送氧方法和其中使用的顶吹喷枪。即，即便是高气体流量条件下适于减少喷溅(spitting)的最小内径较大的喷嘴，也能够抑制低气体流量条件下的气体流速的降低而实施送氧精炼。

附图说明

图1是表示本发明的顶吹喷枪中使用的气体喷射喷嘴的一个例子的纵截面的示意图。

图2中的(a)～(d)分别为表示用于对图1中示出的气体喷射喷嘴的控制用气体喷出口进行说明的喉部处的横截面的示意图。

图3为表示图2中的(a)～(d)中示出的气体喷流喷嘴中的由控制用气体流量所致的喷流流速的增加行为的图。

图4是表示在本发明的顶吹喷枪中使用的气体喷射喷嘴中，将控制用气体喷出口的直径×控制用气体喷出口的个数/喷射喷嘴的喉部直径作为横轴，对喷流流速达到最大的控制用气体流量比率下的喷流流速进行整理的结果的图。

图5是表示在本发明的顶吹喷枪所使用的气体喷射喷嘴中，将狭缝的间隙的间隔/喷射喷嘴的喉部直径作为横轴，对喷流流速达到最大的控制用气体流量比率下的喷流流速进行整理的结果的图。

图6是表示在本发明的顶吹喷枪中使用的气体喷射喷嘴中脱碳处理结束时的止吹碳浓度与炉渣中T.Fe浓度(质量％)的关系的图。

图7是表示在使用本发明的脱碳吹炼中是否由吹炼初期的控制用气体流量比率导致喷渣产生的结果的图。

图8是表示在使用本发明的脱碳吹炼中铁水的硅浓度小于0.4质量％的条件下的控制用气体流量比率与炉尘产生速度的关系的图。

图9是表示在使用本发明的脱碳吹炼中进行脱碳吹炼直到碳浓度约为0.05质量％的时刻的炉渣中的T.Fe浓度(质量％)与控制用气体流量比率的关系的图。

具体实施方式

以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明中使用的顶吹喷枪用气体喷射喷嘴的一个例子的喷嘴的纵截面的示意图。送氧精炼用的含氧气体从顶吹喷枪的储气槽4经过贯通顶吹喷枪的外壳的喷射喷嘴被喷射到浴面。在图1和图2的(a)～(d)所示的例子中，为了进行简化说明，示出了仅具有1个喷射喷嘴的顶吹喷枪的前端部，对水冷的顶吹喷枪的外壳的冷却水流路等省略图示。这里，作为含氧气体，一般使用工业用的纯氧气，有时也根据目的而使用纯氧气和氮气或氩气的混合气体等。

图1中示出的拉瓦尔喷嘴具备喷嘴内的截面积在喷射喷嘴的轴向上最小的喉部1和邻接着其下游侧的末端扩大部2。另外，也有时具备在喉部1的上游侧延伸并未图示的尖端细部，形成将主供给气体导入到喉部1的尖端细末端扩大喷嘴的形状。本发明中使用的顶吹喷枪具备具有控制用气体的喷出口3的气体喷射喷嘴，所述控制用气体的喷出口3设置于喷嘴的横截面积在喷射喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位的附近的喷嘴侧面，以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二的情况下在两个空间存在至少喷出口的一部分的方式进行配置。能够从该控制用气体的喷出口3一边使能够与从喷射喷嘴的入口供给的主供给气体独立地控制流量的控制用气体朝向喷射喷嘴内喷出，一边从喷射喷嘴的入口侧供给作为主供给气体的含氧气体。

这里，包含喷出口3的部位的喷射喷嘴的截面积是指在喷射喷嘴的侧面，将实际不存在喷射喷嘴的侧面的喷出口3的部分用与喷出口3的周围的喷嘴侧面连续的平滑的曲面进行插补，将所得的曲面作为假想喷嘴侧面，在与喷射喷嘴的中心轴垂直的平面中由该假想喷嘴侧面围起的面积。

此时，除了多个喷出口3的部分以外的喷射喷嘴的侧面形成为以喷射喷嘴的中心轴为中心的旋转体的侧面时，假想喷嘴曲面与该旋转体的侧面相等。为拉瓦尔喷嘴时，对喷出口3的部分进行插补的曲面大多由圆柱或圆锥的侧面的一部分或者它们的组合构成，但如果也包括末端扩大部2的形状不是圆锥台的吊钟状的情况、喷射喷嘴的截面形状不是圆形的情况，则也不一定限于圆柱或圆锥的侧面的一部分或者它们的组合。

另外，如后所述，喷出口3狭缝状地形成于喷射喷嘴的周向的整周时，假想喷嘴曲面通过在包含喷射喷嘴的中心轴的截面将喷出口3的部位用与附近的喷嘴侧面连续的平滑的曲线(也包括直线的情况)进行插补而求出。

已知在没有喷出口3的、具有通常的顶吹氧气的拉瓦尔喷嘴的顶吹喷枪中，氧气的流量与喉部入口处的压力的关系在经验上如下述式(2)那样近似表示：

Pt＝Fo₂/(0.456×n×dt²)···(2)

这里，Pt为喉部1的入口的气体压力(绝对压力)(kgf/cm²)，Fo₂为从顶吹喷枪喷射的氧气流量(Nm³/hr)，n为顶吹喷枪的喷射喷嘴个数，dt为喷射喷嘴的喉部的内径。

根据式(2)，喉部1的入口的气体压力Pt与气体流量成正比，且与喉部1的截面积成反比(或者，Pt与气体的线速度(Nm/s)成正比)。从喷射喷嘴喷射出的气体喷流在根源上以该气体压力Pt作为动力源，定性地存在气体压力Pt越高气体喷流的速度或动能越高的趋势。

与此相对，如果使从喷射喷嘴喷射的总气体流量为一定的条件下从喷出口3喷出控制用气体，则在喉部1的喷出口3的附近产生轴向的质量流速小的区域，在喉部1的横截面(与喷射喷嘴的中心轴垂直的截面)的其它区域，与不使控制用气体喷出的情况相比质量流速(每单位面积的质量流量)增大。因此，发现在喉部1的入口处主供给气体的气体压力上升、从喷射喷嘴喷射出的气体喷流的速度增大的现象。该现象也可以说是在表观上使喉部1的横截面积减小的效果，但即便相对于主供给气体的控制用气体的比例较小也是显著的，不仅在喉部1具备控制用气体的喷出口3的拉瓦尔喷嘴的情况下，而且在喷嘴的轴向横截面积一定的直管喷嘴中在某轴向位置设置有控制用气体的喷出口的情况下也同样观察到该现象。在没有末端扩大部2的直管喷嘴中，只要使设置多个喷出口3的喷嘴轴向位置相对于所有喷出口3都一样，就可以设置于任意的喷嘴轴向位置。即，在直管喷嘴中设置喷出口3的位置是喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位的喷嘴侧面。

为了使由从喷出口3导入控制用气体所致的喉部入口处的主供给气体的气体压力的上升高效地转换为动能而使喷流的流速增大，需要与通常的拉瓦尔喷嘴的情况同样地考虑喷嘴形状的影响，发明人等发现在特定的喷嘴形状的条件下得到特别良好的使喷流流速增大的效果。即，主供给气体的喉部入口处的气体压力高于对喷射喷嘴的开口比(Ae/At)由下述式(1)确定的适当膨胀压Po的、表观上为不足膨胀的条件下，能够与不满足该条件的情况相比有效地增大喷流流速：

Ae/At＝(5^5/2/6³)×(Pe/Po)^－5/7×[1－(Pe/Po)^2/7]^－1/2···(1)

这里，At：喷射喷嘴的最小横截面积(mm²)，Ae：喷射喷嘴的出口截面积(mm²)，Pe：喷嘴出口部气氛压(kPa)，Po：喷嘴适当膨胀压(kPa)。认为喷嘴形状对该喷流流速的增大效果的影响可以如下进行说明。

即，在通常的拉瓦尔喷嘴中，喉部1的入口处的气体压力高于适当膨胀压时，在拉瓦尔喷嘴的末端扩大部2变为不足膨胀，气体在压力较高的状态下从喷嘴出口喷射，并在喷嘴以外随着冲击波而膨胀，因此产生能量损耗，与在相同的喉部1的入口处的气体压力下成为适当膨胀且开口比更大的喷嘴的情况相比喷流流速降低。

与此相对，从喉部1(或者喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上最小的直管部)的喷嘴侧面具备的多个喷出口3喷出控制用气体时，沿着喉部1的喷嘴侧面(壁面)形成的主供给气体的气体边界层从喷嘴侧面剥离，产生表观上减小喉部1的喷嘴截面积的效果。另一方面，认为使该喷嘴截面积减小的效果通过在喷嘴出口使控制用气体在喷射喷嘴的气体喷射方向加速而相对变小。因此，通过导入控制用气体，从而产生与实际的喷嘴的形状相比实质上增大开口比的效果，高于根据喷嘴形状(开口比)由上述式(1)决定的适当膨胀压的喉部1的入口处的气体压力下实质上成为适当膨胀，喷流流速增大。另外，对喉部1的入口处的气体压力使用由上述式(1)决定的开口比的喷嘴的情况下，实质上成为过度膨胀而产生能量损耗。这样，从喉部1(或者喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上最小的部位)的喷嘴侧面具备的多个喷出口喷出控制用气体时，喉部1的入口处的主供给气体的气体压力高于根据喷射喷嘴的形状(开口比)由下述式(1)决定的适当膨胀压Po的、表观上为不足膨胀的条件下，与不满足该条件的情况相比能够有效地增大喷流流速。

为了对如上的由控制用气体所得的喷流流速的增大功能进行确认，使用如图1所示的大概形状的喷嘴等进行模型实验，调查控制用气体对喷流流速产生的影响。将使用的喷嘴的形状条件示于表1，喷嘴A1～A3和B为具有喉部1的拉瓦尔喷嘴，喷嘴C1～C6为在距喷嘴出口为规定距离的位置具有控制用气体的喷出口的直管喷嘴。控制用气体的喷出口在任一条件下都如图2(c)中示出的喷射喷嘴的喉部处的横截面图那样，在周向均等地配置8个，形成为内径1mm的导入孔(控制用气体导入孔)的开放端。C5、C6封闭了其8个的喷出口中的4个，C5使喷出口4个邻接，C6使喷出口间隔一个。表1中的控制用气体喷出口的面积率是指控制用气体导入孔的总截面积与各喷嘴的最小横截面积的比率。

[表1]

将主供给气体和作为控制用气体的高压空气以表2所示的流量条件供给，将测定距喷嘴前端200mm的中心轴上的喷流流速的结果以及主供给气体和控制用气体的供给压力示于表2。该试验中，对各喷嘴在3个条件以内变更总气体流量(控制用气体流量和主供给气体流量的合计)，以将不供给控制用气体的情况与相对于总气体流量的控制用气体流量的比率为20％的情况对比的方式进行调查。应予说明，表1中示出的模型试验用的喷嘴的最小直径、开口比等主要形状以成为后述的300t规模的实机用的顶吹喷枪的气体喷射喷嘴的约1/10的比例尺的相似形状的方式来决定。另外，表2所示的模型试验中的气体流量，以使气体的压力或线速度为与实机的操作条件相同程度的方式设定为实机的气体喷射喷嘴的操作条件范围的约1/100。

[表2]

表2中的喷流气体速度差是由喷嘴形状和总气体流量相同的条件的数据间的控制用气体的有无所致的喷流气体速度之差。根据表2的结果，可知即便总气体流量一定，也能够通过喷出控制用气体而使主供给气体的压力上升，增大喷流流速。可知特别是主供给气体的压力超过各喷嘴的适当膨胀压的条件下，喷流流速的增大效果较大。认为这是由于如上所述地通过喷出控制用气体而产生表观上增大开口比的效果，成为相对接近适当膨胀的条件。

另外，可知无论拉瓦尔喷嘴和直管喷嘴的种类如何，只要在喷嘴横截面积为最小的横截面的部位(A1、B和C1～C6的例子)或其附近的部位(A2和A3的例子)的喷嘴侧面存在喷出口，就能够得到增大效果。此外，认为在使控制气体相对于喷嘴从一个方向喷出时得不到效果，需要将控制气体喷出口以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式配置。

这里，参照使用表1和表2的拉瓦尔喷嘴的A1～A3，对“喷嘴横截面积为最小的横截面积的部位”进行研究。首先，可知A1中的设置有喷出口的位置由于扩大部长度为4mm且控制用气体喷出口距喷嘴出口的距离为4mm，因此是喷嘴横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的喉部1。另外，可知A2中的设置有喷出口的位置由于扩大部长度为4mm且控制用气体喷出口距喷嘴出口的距离为2.7mm，因此是喷嘴横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的1.06倍的部位。此外，A3中的设置有喷出口的位置由于扩大部长度为4mm且控制用气体喷出口距喷嘴出口的距离为2mm，因此是喷嘴横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的1.14倍的部位。以上的前提下，将A1～A3的表2中的“喷流气体速度差m/s”在有控制用气体的情况且总气体流量1.1Nm³/min的情况下比较时，相对于最小横截面积的倍率为“1”的喷嘴A1为+20m/s，相对于最小横截面积的倍率为“1.06”的喷嘴A2为+10m/s，相对于最小横截面积的倍率为“1.14”的喷嘴A3为+0。因此，可知本发明中，使用拉瓦尔喷嘴时，喷嘴横截面积为最小的横截面的部位的附近的部位是指优选喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

接下来，对控制用气体的供给条件进行说明。

在具有与表1中的喷嘴B相同形状的拉瓦尔喷嘴形状的喷射喷嘴中，在对控制用气体喷出口进行各种变更的条件下，调查控制用气体流量比率(控制用气体流量相对于总气体流量的比率)对喷流流速造成的影响。这里，如图2中的(a)～(d)所示，控制用气体喷出口使用以在周向均等地配置2个、4个或8个或者遍及整周以狭缝状形成而相对于喷射喷嘴的中心轴成为旋转对称的方式配置的控制用气体喷出口。配置有多个喷出口时，各喷射喷嘴的喷出口形成为内径1mm的圆形截面的控制用气体导入孔的开放端。另外，为狭缝状的喷出口时，使狭缝状的间隙的宽度为1mm。在各喷射喷嘴中，使总气体流量为1.1Nm³/min且一定，使控制用气体流量比率在0～30％的范围变化，对距喷嘴前端200mm的中心轴上的喷流流速进行测定。将喷流流速的测定结果示于图3。如图3所示，可知即便控制用气体喷出口为遍及整周的狭缝状，即便配置有多个喷出口时，也具有喷流流速的效果。可以说为了以某种程度得到使上述喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果，控制用气体流量比率优选为5％以上。另外，控制用气体流量比率的上限没有特别限制，为了避免控制用气体流路、控制用气体供给体系的大型化，优选为50％以下，更优选为30％以下。

另外，可知在图3所示的所有喷嘴中，存在能够使喷流流速最大化的控制用气体流量比率，如果使控制用气体流量比率变大到该比率以上，则也有时看到喷流流速逐渐降低的趋势。认为这是由于根据因导入控制用气体而产生的与实际的喷嘴的形状相比实质上使开口比增大的效果与使喉部入口处的主供给气体的压力上升的效果的关系，存在实质上为适当膨胀的控制用气体流量比率。

接下来，在具有与表1中的喷嘴B相同形状的拉瓦尔喷嘴形状的喷射喷嘴中，将控制用气体喷出口形成为2～8个在周向均等配置的圆形截面的控制用气体导入孔的开放端的条件下，使控制用气体导入孔的内径也在0.8～1.2mm的范围变化，同样地进行喷流流速的测定，对存在控制用气体喷出口的区域的比例在喉部的周向如何造成影响进行调查。在各个喷嘴中，总气体流量为1.1Nm³/min且一定的条件下，以控制用气体喷出口的直径×控制用气体喷出口的个数/喷射喷嘴的喉部直径为横轴对喷流流速最大的控制用气体流量比率下的喷流流速进行整理，将结果示于图4。

根据图4可知从上述使喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果的观点考虑，在喉部(或者喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上最小的直管部)的周向存在喷出口的区域的比例优选在某种程度上较大。因此，沿多个方向设置于喷射喷嘴的侧面的周向的喷出口优选将喷出口的直径(在与喷射喷嘴的中心轴和控制用气体导入孔的中心轴垂直的方向的直径或者向喷出口导入控制用气体的导入孔的直径)的喷射喷嘴的侧面的周向的总延长、即、喷出口的直径与每1个喷射喷嘴的喷出口的个数n的积设为喷射喷嘴的喉部直径或者横截面积为最小的部位的喷嘴内径的0.4倍以上。

另外，在具有与表1中的喷嘴B相同形状的拉瓦尔喷嘴形状的喷射喷嘴中使控制用气体喷出口为遍及喷射喷嘴的周向的整周的狭缝状的条件下，使该狭缝的间隙的间隔在0.6mm～2.0mm的范围变化而与上述同样地进行喷流流速测定。在各个喷嘴中，以狭缝的间隙的间隔/喷射喷嘴的喉部直径为横轴对喷流流速最大的控制用气体流量比率下的喷流流速进行整理，将结果示于图5。

根据图5可知如果喷出口以狭缝状设置于喷射喷嘴的侧面的整个周向时，形成为狭缝状的间隙的喷出口的喷射喷嘴的轴向的长度变得过大，则存在喷流流速的增大效果减小的趋势，因此以狭缝状形成的喷出口的喷射喷嘴的轴向的长度优选为喷射喷嘴的横截面积最小的部位的喷射喷嘴内径的0.25倍以下。另外，如果狭缝状的间隙过度大于喷射喷嘴内径的0.25倍，则为了得到上述使喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果所需的控制用气体的流量增大，需要控制用气体流路、控制用气体供给体系的大型化，从方面考虑也并不优选。

此外，对喷出口的特征进行说明时，如图2(a)～(d)中示出的喉部处的横截面图那样，喷出口只要为2个以上即可，或者也可以为遍及喷嘴的周向整周的狭缝状，如果将喷出口相对于喷射喷嘴中心轴配置成非对称的，则如专利文献3所记载的那样存在从喷射喷嘴喷射出的气体喷流自中心轴偏转的趋势，因此优选喷出口以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式配置。此时，从上述的使喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果的观点考虑，优选多个喷出口在喷射喷嘴轴向全部为相同的位置，并不一定需要严格地使喷嘴轴向的位置一致。如果使喷出口在喷射喷嘴轴向相互接近，同时以被穿过喷射喷嘴中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式配置，则虽然与全部的喷出口在喷射喷嘴轴向配置于相同位置的情况相比效率差，但得到类似的喷流流速的增大效果。

这样将控制用气体的喷出口沿多个方向设置于喷嘴侧面的周向时，向多个喷出口导入控制用气体的控制用气体的导入路通过在顶吹喷枪内相互连通，能够将控制用气体的流量控制体系、供给路径简化，而且能够平衡良好地供给从各喷出口喷出的控制用气体。更优选介由设置于喷射喷嘴的周围的环状的气体流路设置向多个喷出口导入控制用气体的导入路。

另外，优选喷出口全体包含于喉部，也有时喉部的长度短而小于喷出口的喷射喷嘴轴向的直径，即便喷出口的一部分包含于下游侧的末端扩大部、上游侧的未图示的尖端细部，只要喷出口的中心位置包含于喉部，或者喉部全体在喷射喷嘴轴向包含于喷出口的存在范围，则后述的控制喷流流速的功能就没有很大差异，得到同样的效果。

另外，通过从喷嘴侧面喷出控制用气体而在表观上使喷嘴截面积减小的效果不一定限定为喷出口设置于喷射喷嘴的横截面积在喷射喷嘴轴向上严格地成为最小的部位的情况，仅仅是设置于该部位时最有效地得到使喷流流速增大的效果，即便为在喷射喷嘴轴向上靠近最小的横截面积的部位，有时也得到类似的喷流流速的增大效果。但是，如果设置喷出口的喷射喷嘴轴向位置的喷射喷嘴的横截面积变大，则需要大量的控制用气体而存在喷流流速的增大效率也降低的情况，因此优选设置于最小横截面积的1.1倍以下的横截面积的部位。

另外，为了更有效地得到上述的使喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果，优选朝向喷射喷嘴内喷出的控制用气体的喷出口的线速度(Nm/s)某种程度较大，如果相对于喉部的主供给气体线速度(喉部的整个横截面的平均值)在1/2倍～2倍左右的范围内，则控制用气体的压力不会变得过高，有效地得到使喉部的喷嘴截面积在表观上减小的效果，因而优选。基于以上示出的模型试验结果而得到的关于通过控制用气体而得到喷流流速的增大效果的优选条件的见解中，关于流量比、长度之比、面积比和线速度比等无量纲指标的指标，即便也包括实机的情况在内比例尺或尺寸大大不同的情况下，只要气体压力或喷嘴处的线速度的范围为相同程度，就是充分有效的，就可以直接采用对应的无量纲指标的优选范围。

接下来，发明人等对通过使用本发明的顶吹喷枪来控制喷流的流速或动压而在利用转炉的脱碳吹炼等送氧精炼中稳定地操作、同时减少炉尘产生量、铁的氧化损耗的方法进行了深入研究。

一般，铁钢的送氧精炼以脱硅、脱碳、脱磷等为目的而实施，但在精炼的初期阶段，目的在于使氧的供给速度变大而有效地除去杂质元素，在精炼的末期阶段，杂质元素的浓度降低而氧化铁的生成等目的外的反应占优势，因此大多选择使氧的供给速度变小的送氧方式。从顶吹喷枪供给氧气时，随着这样的送氧速度的变更而使顶吹氧气射流的动能变化，因此有可能顶吹氧气射流对熔融炉渣、铁水浴面的碰撞状态变化而使反应速度受到影响。

例如，在铁水的脱碳精炼中，如果为了抑制氧化铁的生成而在送氧精炼末期降低顶吹氧气的供给速度，则顶吹氧气射流的动能降低，顶吹氧气射流的碰撞位置(着火点)的搅拌和混合状态变化而存在脱碳氧效率降低的趋势。因此，在这样的情况下也使用降低喷枪高度来抑制顶吹氧气射流的动能降低的方法，但在安全上可行的喷枪高度存在极限，难以充分应对。

本发明的铁水的送氧精炼方法中，在这样的情况下，通过根据从顶吹喷枪向铁水吹送的含氧气体的供给速度来调整控制用气体的供给速度，也能够使顶吹氧气射流的动能增大，因此得到有效的反应速度的精炼条件的自由度增大。例如，在铁水的脱碳精炼中，在供给总氧气量的85％以后这样的送氧精炼末期降低顶吹氧气供给速度时，通过一边喷出控制用气体一边供给作为主供给气体的氧气，能够抑制脱碳氧效率的降低而更有效地抑制氧化铁的生成。此时，通过在除了末期以外的精炼阶段不进行控制用气体的供给，能够在氧气供给速度大的前段的精炼阶段也抑制过度的铁水的飞散、炉尘的生成，通过伴随着送氧精炼的进行而变更控制用气体的供给速度，能够整体上保持在有效的精炼条件。

为了对通过供给控制用气体而在相同的总气体流量和喷枪高度的条件下也使铁水浴面处的喷流流速增大并抑制氧化铁的生成的效果进行验证，使用2t规模的顶底吹精炼炉设备进行铁水的脱碳处理，调查控制用气体对炉渣中氧化铁浓度所造成的影响。认为在使用小型炉的铁水的精炼试验中，通过使每单位质量铁水的氧气、精炼剂的供给量、供给速度和基于底吹气体的搅拌动力密度(W/t)等条件与实机为相同程度，能够实施模拟实机中的精炼反应的试验。在由此决定的氧气流量的条件下，以达到与实机的顶吹喷枪或上述喷射喷嘴的模型试验相同程度的气体压力或喷嘴处的线速度的范围的方式进行顶吹喷枪的设计。另外，对于喷枪高度的条件，使用求出铁水的凹陷深度的经验公式，以凹陷深度相对于铁浴深度的比率达到与实机的操作范围为相同程度的方式决定。

如表3中试验所使用的顶吹喷枪的条件所示，分别使用具有直管型的喷射喷嘴的单孔的喷枪D和5孔的喷枪E这两种顶吹喷枪，在设置于各个喷枪的各喷射喷嘴中以相对于各喷射喷嘴的中心轴为4次旋转对称的方式设置各4个控制用气体喷出口。根据表4所示的主要试验条件，一边底吹少量氩气来搅拌铁水，一边在一定的总氧气流量的条件下进行脱碳处理直到低碳浓度区域。对各顶吹喷枪，将不供给控制用气体的情况与供给总氧气流量的约23％作为控制用气体的情况进行比较，对脱碳处理结束时的止吹碳浓度(质量％)与炉渣中T.Fe浓度(质量％)的关系进行测定，将其结果示于表5和图6。

[表3]

[表4]

[表5]

根据表5和图6中示出的结果，可知通过从控制用气体喷出口喷出控制用气体，从而与不使用控制用气体的现有技术的情况相比，即便相同的总气体流量和喷枪高度的条件下也使炉渣中的T.Fe相对减少，抑制铁的氧化损耗。认为这是由于通过控制用气体的效果而使氧气喷流碰撞铁浴时的流速增大，着火点下的搅拌力增强。该试验中，经过整个吹炼期间供给控制用气体而进行，但已知脱碳精炼中的炉渣中氧化铁浓度的上升在精炼末期显著，例如，明确即便仅在供给总氧气量的85％以后这样的送氧精炼末期供给控制用气体，也同样地得到抑制铁的氧化损耗的效果，随着送氧精炼的进行而变更控制用气体的供给速度是有效的。

另外，在送氧精炼中基于检测精炼状态的结果来变更控制用气体的供给速度的方法也是有效的，例如，基于检测炉渣的起泡高度、或者根据废气的分析信息而经时测定脱碳氧效率的结果，为了调整氧化铁的生成速度而变更控制用气体的供给速度的方法(例如，炉渣中氧化铁浓度过大的情况下，为了降低氧化铁生成速度，开始供给控制用气体而使顶吹氧气射流的动压上升的方法)等是有效的。

另外，根据送氧精炼开始前判明的铁水的温度、硅浓度、碳浓度、铁屑使用量等精炼条件来调整控制用气体的供给速度的变更方式也是有效的。例如，在送氧精炼开始前的硅浓度为0.40质量％以上的铁水的脱碳精炼中，在供给所要供给的含氧气体中含有的总氧气量的20％以前的送氧精炼初期，在高送氧速度且高喷枪高度的精炼条件下，存在容易产生喷渣的趋势。该情况下，可举出如下方法：通过一边喷出控制用气体一边供给作为主供给气体的含氧气体，从而增大顶吹氧气射流的动压来抑制过量的氧化铁的生成而防止喷渣的产生，同时在送氧精炼开始前的硅浓度小于0.40质量％的铁水的脱碳精炼中，在送氧精炼初期不进行控制用气体的供给而使顶吹氧气射流的动压推移到较低水平而抑制铁水的飞散、炉尘的生成。

转炉的脱碳吹炼中，已知在吹炼前的铁水中的硅浓度高时，有时产生被称为喷渣的炉渣的喷出。这是因为如果在吹炼初期在几乎不进行生石灰等CaO系媒溶剂向液相炉渣中的溶解(成渣)的阶段大量生成二氧化硅，则大量生成的高粘度的熔融炉渣中滞留脱碳反应中生成的CO气泡而表观的体积增大为10倍左右的现象(炉渣起泡)急剧进行。特别是，炉渣起泡而厚度增大时，存在顶吹氧气射流衰减而与铁水、炉渣的碰撞状况变化，铁的氧化所消耗的氧的比例增大而导致炉渣中氧化铁浓度的上升的趋势。如果炉渣中氧化铁浓度上升，则由于与铁水浴、炉渣中的铁水液滴中的碳的反应，使炉渣中形成的微小的CO气泡增大而助长起泡，因而起泡加速进行而有时导致喷渣。

作为防止这样的喷渣的方法，还想到根据炉渣的起泡高度而降低喷枪高度、确保与铁水浴碰撞的顶吹射流的动压而抑制过量的氧化铁的生成的方法，但在吹炼初期这样的高送氧速度的吹炼条件下降低喷枪高度会因飞散的铁水而使顶吹喷枪溶损、修理频率增大，或者因漏水而导致操作障碍的风险高，并非好对策。喷渣成为严重阻碍操作的重要因素，因此通常在吹炼前的铁水中的硅浓度高时，通过使吹炼初期的送氧速度为较低水平而抑制喷渣。然而，降低送氧速度成为吹炼时间延长的原因。因此，发明人等对在不使吹炼初期的送氧速度降低的条件下吹炼前的铁水硅浓度和向喷嘴供给的控制用气体流量比率对喷渣造成的影响进行调查。

在2t规模的顶底吹精炼炉设备中，对各种硅浓度的铁水进行脱碳处理，调查控制用气体对喷渣的产生状况、炉尘的产生状况和炉渣中T.Fe浓度造成的影响。控制用气体流量以外的基本的试验条件与表4所示的条件相同，脱碳处理前的铁水的硅浓度在0.1～0.5质量％的范围变化。顶吹喷枪使用与表3中的喷枪E相同的喷枪，在使总氧气流量一定的条件下，对控制用气体流量比率进行各种变更，进行脱碳处理直到约0.05质量％的低碳浓度。

将在吹炼前的硅浓度为0.4质量％以上的铁水的脱碳吹炼中是否因吹炼初期的控制用气体流量比率而产生喷渣的结果示于图7。应予说明，在吹炼前的硅浓度小于0.4质量％的铁水的脱碳吹炼中，看不到喷渣的产生。根据这些结果，可知吹炼前的铁水硅浓度为0.4质量％以上的铁水的脱碳吹炼时，通过在吹炼初期从设置于顶吹喷枪的氧气喷射喷嘴的控制用气体喷出口以适当的条件供给控制用气体，能够抑制吹炼初期的喷渣。

另外，将铁水的硅浓度小于0.4质量％的条件下的控制用气体流量比率与炉尘产生速度的关系示于图8。可知存在增大控制用气体流量比率时炉尘产生速度增加的趋势。已知脱碳精炼中的炉尘的主体是由随着CO气泡的破泡而生成的微小液滴(气泡破裂)而引起的，从脱碳处理的初期到中期的脱碳高峰期产生速度特别大。认为如果供给控制用气体使氧气喷流的流速增大，则物理飞散的铁水液滴增大，由此因二次气泡破裂而生成的炉尘的产生速度增大，或者因气体流速增大而被一同带到炉外的炉尘的比率增大，因此炉尘产生速度增加。另外，预先进行预备处理而硅浓度较低的铁水的脱碳处理中，盖渣(cover slag)的生成量少，因此炉尘产生速度容易变大。因此，在硅浓度小于0.4质量％的铁水的脱碳处理中，可以说优选通过在脱碳高峰期不供给控制用气体的情况下进行吹炼而避免炉尘产生速度的增大。

将在硅浓度小于0.4质量％的铁水的脱碳处理中进行脱碳吹炼直到碳浓度约0.05质量％的时刻的炉渣中的T.Fe浓度(质量％)与控制用气体流量比率的关系示于图9。可知通过以适当的条件供给控制用气体，从而使炉渣中的T.Fe减少，能够抑制铁的氧化损耗。认为这是因为在硅浓度为0.4质量％以上的铁水的脱碳处理中也存在同样的趋势，因控制用气体的效果而使氧气喷流的流速增大，增强着火点下的搅拌力。

根据以上见解，可以说优选如下精炼方法：通过在硅浓度为0.4质量％以上的铁水的脱碳处理中，在供给总氧气量的20％以前这样的送氧精炼初期和供给总氧气量的85％以后这样的送氧精炼末期，以适当的条件从设置于顶吹喷枪的氧气喷射喷嘴的控制用气体喷出口供给控制用气体，从而使氧气喷流的流速相对增大，在其它的期间不供给控制用气体。

另外，优选精炼方法如下：通过在硅浓度小于0.4质量％的铁水的脱碳处理中，在供给总氧气量的85％以后这样的送氧精炼末期，以适当条件从设置于顶吹喷枪的氧气喷射喷嘴的控制用气体喷出口供给控制用气体，从而使氧气喷流的流速相对增大，在其它的期间不供给控制用气体。

实施例

以下，对将本发明的铁水的送氧精炼方法应用于工业规模的转炉脱碳处理的实际的例子进行说明。

在300t规模的顶底吹转炉设备中，变更各种顶吹喷枪的喷射喷嘴的式样而进行铁水的脱碳处理，调查对炉尘产生量、铁成品率和喷渣的产生状况造成的影响。在预先装入了包含重量屑的铁屑的混铁车中用高炉接收铁水并运送到炼铁厂后，将规定量的铁水倒入铁水包中，在铁水包中使用机械搅拌式铁水脱硫装置进行脱硫处理。将脱硫处理后的炉渣从铁水包中排出后，在预先装入了约30吨铁屑的转炉中装入铁水进行脱碳处理。一次吹炼中的铁水和铁屑的合计装入量约为300吨，铁水装入转炉时的温度为1280～1320℃，硅浓度为0.20～0.60质量％，碳浓度在4.0～4.4质量％的范围。

根据装入的铁水的量、温度、硅浓度和碳浓度、装入的铁屑的量、目标钢水温度、碳浓度等信息，基于静态控制，确定吹炼中供给的总氧量、发热材料、冷却材料的添加量。另外，生石灰等副原料以使脱碳处理后的炉渣的计算碱度(CaO质量％/SiO₂质量％)为3.5的方式确定添加量，并在吹炼初期添加全部量。此时，根据目标钢水的磷浓度，根据需要调整炉渣生成量。

脱碳吹炼中的总氧供给速度和喷枪高度(铁水的从静止浴面到喷枪前端的距离)在除了吹炼末期以外的从吹炼初期到中期分别为750Nm³/min(2.5Nm³/(min·t))和4.0m，在供给基于静态控制而确定的总氧量的85％以后的吹炼末期分别为450Nm³/min(1.5Nm³/(min·t))和2.5m。应予说明，这些喷枪高度是根据使用喷枪F的过去的操作实际成绩以对应的总氧供给速度、作为顶吹喷枪的损伤状况没有很大差异且可稳定操作的喷枪高度的下限而设定的值。另外，在整个吹炼期间从设置于转炉的炉底的多个吹气塞底吹30Nm³/min(0.10Nm³/(min·t))的氩气。

在吹炼末期，基于使用子喷枪而测定的钢水的温度和碳浓度，确定在测定后供给的氧量和冷却材料的添加量。在结束供给确定了的氧量的时刻结束吹炼，将钢水倒入到钢包中。其后，将经由利用RH脱气装置或鼓泡装置而进行的钢包精炼来调整成分和温度后的钢水向连续铸造装置供给，进行板坯等的连续铸造。

将试验中使用的8种顶吹喷枪的条件示于以下的表6。

[表6]

喷枪F为具有以往操作中使用的拉瓦尔喷嘴的顶吹喷枪。喷枪G和喷枪H是为了降低大氧流量时的喷流流速而抑制铁的飞散损耗、炉尘的生成而变更喷枪F的喷射喷嘴形状而得的，在喷枪G中将喉部直径扩大为66mm，在喷枪H中使用内径70mm的直管型的喷射喷嘴。应予说明，从确保顶吹喷枪所需的水冷结构的观点考虑，难以将喷射喷嘴的出口直径扩大到比70mm更大。

喷枪I是在喷枪G的各喷射喷嘴的喉部，另外，喷枪J是在喷枪H的距各喷射喷嘴的出口70mm的位置，分别将8个形成为内径10mm的圆形截面的控制用气体导入孔的开放端的控制用气体喷出口在周向均等地配置于喷射喷嘴的内表面的本发明例的顶吹喷枪。另外，喷枪K～M是对喷枪H在各喷射喷嘴的距出口70mm的位置设置不同形态的控制用气体喷出口的本发明例的顶吹喷枪。在喷枪K和喷枪M中，分别将3mm宽度和10mm宽度的间隙的狭缝状的控制用气体喷出口设置于各喷射喷嘴内表面的整周。喷枪N中，在各喷射喷嘴内表面分别将4个形成为内径6mm的圆形截面的控制用气体导入孔的开放端的控制用气体喷出口均等地配置于喷射喷嘴的内表面的周向。

各喷枪的各喷射喷嘴的向各控制用气体喷出口导入控制用气体的导入路在喷枪内相互连通，从控制用气体供给装置供给已控制为规定流量的工业用纯氧作为控制用气体。无论使用哪种顶吹喷枪的情况下，使用控制用气体时都为表6中示出的控制用气体流量比率(控制用气体流量相对于总气体流量的比率)。

接下来，对使用各顶吹喷枪时的喷渣的产生状况和由此而确定的操作方法进行说明。

在喷枪F的情况下未产生会阻碍操作的喷渣，在喷枪G的情况下如果铁水的硅浓度为0.50质量％以上，另外，在喷枪H的情况下如果铁水的硅浓度为0.40质量％以上，则有时产生较大的喷渣，难以稳定地持续操作。因此，在使用喷枪G的操作中，通过混铁车中的铁水的预脱硅处理、与低硅浓度铁水的混合液，从而将装入转炉的铁水的硅浓度限制为小于0.50质量％而持续操作。另外，在使用具有与喷枪G相同的喷射喷嘴形状的喷枪I的操作中，在直到供给基于静态控制而确定的总氧量的20％为止的吹炼初期，装入转炉的铁水的硅浓度为0.50质量％以上时供给控制用气体，装入转炉的铁水的硅浓度小于0.50质量％时不供给控制用气体而进行操作。此外，在使用喷枪H的操作中，同样将装入转炉的铁水的硅浓度限制为小于0.40质量％而持续操作。另外，在使用具有与喷枪H相同的喷射喷嘴形状的喷枪J～M的操作中，在直到供给基于静态控制而确定的总氧量的20％为止的吹炼初期，装入转炉的铁水的硅浓度为0.40质量％以上时供给控制用气体，装入转炉的铁水的硅浓度小于0.40质量％时不供给控制用气体而进行操作。此时，在使用喷枪G的操作中实施预脱硅处理后的铁水的比率、以及使用喷枪I的操作中装入转炉时的铁水的硅浓度为0.50质量％以上的装料的比率均约为1成。

此外，在使用喷枪H的操作中，同样将装入转炉的铁水的硅浓度限制为小于0.40质量％而持续操作。另外，在使用具有与喷枪H相同的喷射喷嘴形状的喷枪J～M的操作中，在直到供给基于静态控制而确定的总氧量的20％为止的吹炼初期，装入转炉的铁水的硅浓度为0.40质量％以上时供给控制用气体，装入转炉的铁水的硅浓度小于0.40质量％时不供给控制用气体而进行操作。此时，使用喷枪H的操作中实施预脱硅处理后的铁水的比率、以及使用喷枪J～M的操作中装入转炉时的铁水的硅浓度为0.40质量％以上的装料的比率均约为4成。

此外，无论使用具有哪种控制用气体喷出口的喷枪的情况下，都是在供给基于静态控制而确定的总氧量的85％以后的吹炼末期，降低总氧供给速度，同时供给控制用气体而进行吹炼。另外，除了上述吹炼初期和吹炼末期以外的期间，无论使用具有哪种控制用气体喷出口的喷枪的情况下都不供给控制用气体而进行操作。

对各顶吹喷枪分别继续持续实施200次左右的吹炼，将评价每1次吹炼的炉尘产生量(原单位)和铁成品率的平均值的结果示于以下的表7。炉尘产生量为由使用各顶吹喷枪的期间的集尘炉尘的产生量而求出的平均原单位。铁成品率由直到连续铸造为止的工序中产生的、产品量、排片量和为了再利用而回收的原料金属量的合计而求出。另外，将吹炼的初期和末期的送氧条件下的各喷枪的喷射喷嘴的背压(主供给气体的向喷枪的供给压)和吹炼结束时的钢水中碳浓度为0.04～0.05质量％时的炉渣中(T.Fe)的平均值也一并示于表7。表7中的主供给气体背压(初期)的栏的括号内的数值为不供给控制用气体时的值。

[表7]

根据表7的结果，可知在喷枪G和喷枪H的情况下，与喷枪F的情况相比炉尘产生量减少，因炉渣中氧化铁浓度的上升而削减铁成品率的提高效果。另外，在使用喷枪G和喷枪H的操作中，有时需要铁水的预脱硅处理，由于因脱硅剂中含有的氧化铁的分解而产生吸热，因而不优选。

与此相对，本发明例中，即便不进行铁水的预备处理，也能够在需要的情况下通过供给控制用气体来增大顶吹氧喷流的速度而防止喷渣。由此，在无需增大顶吹氧喷流的速度的情况下，能够降低喷流速度而抑制炉尘，而且在精炼末期供给控制用气体而抑制炉渣中氧化铁浓度的上升，因此能够稳定地持续提高铁成品率的操作。另外，在上述的操作中，能够降低炉渣中氧化铁浓度，因此还有能够节约脱氧用等的合金铁的优点。在喷枪L和喷枪M的情况下，优选相对于其它本发明例为炉渣中氧化铁浓度略微上升的趋势，因此铁成品率的提高效果减小，但与使用喷枪F的以往的操作相比，炉尘产生量的减少效果和铁成品率的提高效果明显。

工业上的利用可能性

应予说明，上述实施例中对脱碳吹炼的情况进行了说明，但本发明不限定于此，也可以在脱磷吹炼、脱硅吹炼中使用该喷枪。另外，只要是利用送氧喷枪进行的精炼工序，即便在利用电炉的精炼中也能够应用该技术。特别是，在希望不依赖其它气体供给条件的变更而增大喷流速度或动压的情况下是有效的，例如，可以例示如下精炼方法：在使用转炉型精炼炉的铁水的预备脱磷处理中，根据精炼末期的脱磷氧效率的降低而使顶吹氧气供给速度降低时，通过利用使用控制用气体而抑制顶吹喷流速度的降低的本发明的送氧精炼方法而抑制脱磷反应效率的降低。

符号说明

1 喉部

2 末端扩大部

3 喷出口

4 储气槽

Claims

1.一种铁水的送氧精炼方法，其特征在于，从顶吹喷枪向装入反应容器的铁水吹送含氧气体而对所述铁水实施送氧精炼，

所述送氧精炼的至少一部分期间，在贯通所述顶吹喷枪的外壳的所述含氧气体的喷射喷嘴中，一边从喷出口朝向所述喷射喷嘴内喷出控制用气体，一边从所述喷射喷嘴的入口侧供给作为主供给气体的含氧气体而从所述喷射喷嘴喷射，所述喷出口设置于喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面，以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式进行配置。

2.根据权利要求1所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，所述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

3.根据权利要求1或2所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，作为喷射喷嘴，使用邻接着喷嘴出口具有横截面积在喷嘴轴向上最小且一定的直管部的直管喷嘴、或者邻接着横截面积在喷嘴轴向上最小的喉部具有末端扩大部的拉瓦尔喷嘴。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，使所述喷射喷嘴的入口侧的所述主供给气体的压力大于满足下述式(1)的适当膨胀压Po：

Ae/At＝(5^5/2/6³)×(Pe/Po)^－5/7×[1－(Pe/Po)^2/7]^－1/2···

(1)

这里，At：喷射喷嘴的最小横截面积，单位为mm²，Ae：喷射喷嘴的出口截面积，单位为mm²，Pe：喷嘴出口部环境气压，单位为kPa，Po：喷嘴适当膨胀压，单位为kPa。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，所述喷出口沿多个方向设置于所述喷射喷嘴的侧面的周向，向所述喷出口导入所述控制用气体的导入孔的直径与每1个所述喷射喷嘴的所述喷出口的个数n的积为所述喷射喷嘴的横截面积最小的部位的喷嘴内径的0.4倍以上。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，所述喷出口以狭缝状设置于所述喷射喷嘴的侧面的整个周向，所述喷出口的所述喷射喷嘴的轴向的长度为所述喷射喷嘴的横截面积最小的部位的喷嘴内径的0.25倍以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，所述送氧精炼的至少一部分期间，朝向所述喷射喷嘴内喷出的所述控制用气体的流量为所述控制用气体的流量和向所述喷射喷嘴供给的所述主供给气体的流量的合计流量的5％以上。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，根据从所述顶吹喷枪向所述铁水吹送的所述含氧气体的供给速度来调整所述控制用气体的供给速度。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，随着所述铁水的送氧精炼的进行，变更所述控制用气体的供给速度。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，根据所述送氧精炼开始前的铁水的硅浓度，变更所述控制用气体的供给速度。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，在供给所述送氧精炼中供给的所述含氧气体中含有的总氧气量的85％以后的送氧精炼末期，在所述喷射喷嘴中一边喷出所述控制用气体，一边供给所述作为主供给气体的含氧气体。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的铁水的送氧精炼方法，其特征在于，针对所述送氧精炼开始前的硅浓度为0.40质量％以上的铁水，在供给所述送氧精炼中供给的所述含氧气体中含有的总氧气量的20％以前的送氧精炼初期，在所述喷射喷嘴中一边喷出所述控制用气体，一边供给所述作为主供给气体的含氧气体。

13.一种顶吹喷枪，其特征在于，用于向收容于反应容器的铁水吹送含氧气体，

在贯通所述顶吹喷枪的外壳的所述含氧气体的喷射喷嘴中，具备用于朝向所述喷射喷嘴内喷出控制用气体的喷出口，所述喷出口配置于喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面，并且以被穿过喷嘴的中心轴的任意平面一分为二时在两个空间至少存在喷出口的一部分的方式配置，

向沿多个方向设置于所述喷嘴侧面的周向的所述控制用气体的多个喷出口导入所述控制用气体的导入路在所述顶吹喷枪内相互连通。

14.根据权利要求13所述的顶吹喷枪，其特征在于，所述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

15.根据权利要求13或14所述的顶吹喷枪，其特征在于，所述喷出口沿多个方向设置于所述喷射喷嘴的侧面的周向，与所述喷出口连通的所述控制用气体的喷出喷嘴的内径与每1个所述喷射喷嘴的所述喷出口的个数n的积为与所述喷射喷嘴的最小横截面积对应的喷嘴内径的0.4倍以上。

16.一种顶吹喷枪，其特征在于，用于向收容于反应容器的铁水吹送含氧气体，

在贯通所述顶吹喷枪的外壳的所述含氧气体的喷射喷嘴中，具备用于朝向所述喷射喷嘴内喷出控制用气体的喷出口，所述喷出口设置在横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面积的部位或其附近的部位的喷嘴侧面的周向，并且以狭缝状设置于整个周向。

17.根据权利要求16所述的顶吹喷枪，其特征在于，所述喷嘴的横截面积在喷嘴轴向上为最小的横截面的部位的附近是喷嘴的横截面积为在喷嘴轴向上最小的横截面积的1.1倍以下的部位。

18.根据权利要求16或17所述的顶吹喷枪，其特征在于，所述喷出口的所述喷射喷嘴的轴向的长度为与所述喷射喷嘴的最小横截面积对应的喷嘴内径的0.25倍以下。

19.根据权利要求13～18中任一项所述的顶吹喷枪，其特征在于，作为喷射喷嘴，使用邻接着喷嘴出口具有截面积在喷嘴轴向上最小且一定的直管部的直管喷嘴、或者邻接着截面积在喷嘴轴向上最小的喉部具有末端扩大部的拉瓦尔喷嘴。