JP2002331356A - 取鍋およびこれを使用した金属の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、溶融金属の処理において、種々の
取鍋位置における温度測定が可能で、複数位置からの温
度モニタリングが可能な技術の提供を目的とする。 【解決手段】 内部に保持された溶融金属の温度測定機
と、温度情報の無線伝達機能を有する発信器とを取鍋に
設置する。測温値は無線によって、連続鋳造、二次精
錬、転炉または電気炉のオペレーター伝達する。目標温
度での正確な処理終了、工程内での温度把握か可能にな
り、前工程への要求目標温度を低減でき、エネルギー等
のコスト削減、生産性向上が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低合金鋼、ステンレ
スなどの高合金鋼、銅やニッケル等の各種非鉄金属の製
造上、溶融金属輸送に用いる取鍋、および、溶融金属の
鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造等に代表される溶融金属の
鋳造には、溶融金属精錬後の輸送や二次精錬のための容
器として、取鍋が用いられる。鋳造を安定的に実施する
ためには、各種金属の温度を融点以上の適切な温度にコ
ントロールすることが重要である。通常、温度コントロ
ールを行うためには、特開平01-209328号公報に見られ
るような熱電対によるバッチ測温を行い、所定の温度に
調整する等のアクションが採られる。また、実開平02-2
2256号公報のような取鍋に熱電対を設置した測温装置な
ども提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、輸送容器であ
る取鍋は、クレーン等によって各種処理ステーションや
鋳造装置間を移動することから、前述のバッチ測温で
は、測定毎にプローブが必要になるためコスト高である
ばかりではなく、プローブを装着可能な特定場所での測
温に限られる。また、取鍋に熱電対を設置した実開平02
-22256号公報では、任意の場所から測定値を伝送するよ
うな具体的手段は明らかにされていないし、また、必要
な測定精度や適切な測定値の利用手段を供給することは
出来なかった。

【０００４】従来技術では、バッチで溶鋼温度を把握す
ることから、転炉出鋼後のクレーン輸送や、二次精錬工
程での成分調整、二次精錬終了後から連続鋳造への輸
送、鋳造までの待機時間等の時間内における温度変化
は、限られた測温場所での少回数の測定に基づいた、経
験的な温度変化実績による推定値で管理をしている。従
って、取鍋の耐火物溶損、転炉から流出するスラグ量、
非稼働時間や予熱時間の長短等による、取鍋や二次精錬
のＲＨ真空槽等の耐火物内温度分布の違い等に起因する
温度変化のばらつきの影響を大きく受ける。従って、連
続鋳造終了までに必要な最低温度を確保するために、連
続鋳造のオペレーターは、操業実績から来る鋳造終了時
の温度ばらつきの下限値を想定した高めの処理後温度
を、二次精錬オペレーターに対して要求する場合が多
い。また、二次精錬のオペレーターは連続鋳造オペレー
ターからの要求温度に対して、転炉出鋼後から二次精錬
処理終了までの温度変化のばらつきを考慮して、Ａｌ昇
熱などの加熱によるコスト増や、これに伴うアルミナ増
加による品質低下、処理時間延長等の問題を回避するた
めに、転炉オペレーターに対して高めの吹き止め温度を
要求する場合が多い。

【０００５】従って、操業の実績平均温度は、多くの場
合、後工程に対する適正値付近を下限値として、より高
い側にシフトした値になるため、転炉での熱源過多の操
業となり、炭材など燃料コストアップや熱裕度低下によ
るスクラップ比の低下を招くと共に、高温出鋼による転
炉やＲＨの耐火物にダメージ増大を招く。更に、連続鋳
造においては適正温度よりも過剰に高温になる場合に
は、ブレークアウト等を回避する目的で、鋳造速度の低
下アクションなどが採られ、生産性の低下など種々の支
障をきたしている。

【０００６】本発明は、取鍋内の溶融金属の温度を、取
鍋の存在場所や移動中も含めて、簡易にモニタリング可
能な取鍋、および、これを使用した操業方法を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであって、その要旨は以下
のとおりである。 （１）内部に保持された溶融金属の温度を測定する機能
と、測定された溶融金属の温度を無線伝達する通信機能
とを備えた取鍋。 （２）前記溶融金属の温度を測定する機能が、１５３０
〜１７００℃の温度範囲において、（１）式であらわさ
れる測定精度を備えることを特徴とする（１）記載の取
鍋。

【０００８】 （測定値−真値）の絶対値の標準偏差≦８℃ ・・・・・（１） （３）内部に保持された溶融金属の温度を測定する機能
と、測定された溶融金属の温度を無線伝達する通信機能
とを備えた（１）または（２）記載の取鍋を使用し、連
続的に測定された溶融金属の温度に基づいて、溶融金属
の処理工程における処理条件を決定して鋳造することを
特徴とする金属の鋳造方法。 （４）前記溶融金属を、電気炉または転炉、二次精錬処
理炉、連続鋳造装置の各処理工程のうちの複数の処理工
程で処理するとともに、複数の処理工程の各操作室で同
時に、連続的に測定された溶融金属の温度をモニター
し、この温度に基づいて、複数の処理工程における処理
条件をそれぞれ決定して鋳造することを特徴とする
（３）記載の金属の鋳造方法。 （５）前記溶融金属の処理工程において、さらに、当該
処理工程における処理に必要とする溶融金属の温度に応
じて、当該処理工程の前の工程での処理終了目標溶融金
属温度を決定して鋳造することを特徴とする（３）また
は（４）に記載の金属の鋳造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１に従って
説明する。この図は、測温機能と無線伝送機能を有する
取鍋を模式的に示したものである。取鍋１内に溶鋼２が
装入され、測温機能としての測温装置３がスラグ４に覆
われた溶鋼２内に挿入され、溶鋼温度が測定されてい
る。測定された溶鋼温度は、無線伝送機能としての無線
発信器５によって、転炉、二次精錬装置、連続鋳造装置
等の操作室（図示しない）に連続的に伝送され、各操作
室のオペレーターは鍋の蓄熱量や処理時間等違いに起因
する溶鋼温度変化のばらつきの影響を受けずに、正確な
測定値を把握できる。

【００１０】測定機能は、図１では、上方からの測温装
置（ここでは熱電対）挿入形態を示しているが、実開平
02-22256号公報に見られるような測温装置を耐火物の保
護管で覆うようにして浸漬する形式でも良く、あるいは
ファイバーを介して二色温度計で測定するタイプなど、
従来の測温技術を適宜利用することが出来る。また、測
温値の無線伝送可能な通信機能としては、熱電対や二色
温度計などのセンサー信号を、受信用アンテナに送信可
能にする送信機、送信アンテナを備えたものがあり、受
信用アンテナで受信した信号は、受信装置で温度データ
に変換するのが一般的であるが、熱電対の起電力等の生
信号を無線発信器により発信して無線を受けた操作室に
て温度に連続的に演算したり、取鍋毎に演算機を設置し
て温度情報を直接操作室に無線発信器により伝送する形
式、無線発信された生信号を一旦、１つのステーション
で受信し、演算して温度データを無線や電気、音声等で
各操作室に伝達するようなシステム等がある。本発明
は、溶融金属の温度を連続的に測定するものであり、測
温データのサンプリング間隔は特に規定しないが、数秒
から数分間隔の必要な測定間隔であれば連続的温度管理
に適用可能であることから、１０分以内の連続したバッ
チ測温も本発明範囲と規定する。

【００１１】なお、特開平１−246313号公報第１図に
は、熱電対と発信器を付与した取鍋が記載されている
が、この技術では耐火物温度を測定し、その蓄熱量の予
測をすることを目的としたものであり、本発明で目的と
する溶鋼温度を直接測定することは不可能であり、目
的、機能の両面で本発明とは明らかに異なる。本発明の
取鍋における測温機能の温度の測定精度は、１５３０〜
１７００℃温度範囲の測定に対して、測定値と真値の差
の絶対値が標準偏差で８℃以下とすることが望ましい。
これは、溶融金属の鋳造プロセスで最も生産量の多い鉄
鋼の製造においては、低合金鋼の融点近傍である１５３
０℃から最も高温となる転炉吹き止め時の１７００℃の
範囲が重要な測定温度範囲であり、また、測定精度が標
準偏差で８℃を超える場合は、現状の製造プロセスのバ
ッチ測温に基づく推定法よりもより効果的に温度評価を
することが困難であるという、発明者等のプロセス評価
より規定したものである。この時の誤差範囲の決定方法
としては、予め温度校正された熱電対などのバッチ測定
と、バッチ測定した時間の取鍋の連続測定値とを比較
し、バッチ測定値を(1)式の真値として誤差を判断する
等の一般的な誤差決定方法が採用可能である。この、標
準偏差８℃以内である測定精度は、１５３０〜１７００
℃の全ての温度範囲である必要はなく、この範囲の内の
操業条件で必要となる一定範囲内であっても良い。

【００１２】本発明の取鍋は、ここで示した溶鋼容器と
しての用途以外に、溶銑予備処理での温度管理、銅やニ
ッケル等の各種非鉄溶融金属を対象とした精錬、および
鋳造処理等における温度管理等に用いることができる
が、低合金鋼や各種ステンレス系鋼等を対象とした鋼の
連続鋳造を行う際の温度コントロールに適用する場合に
特にメリットが大きい。

【００１３】本発明による取鍋を用いて操業を行う場合
には、測温値に従って種々の操業条件を決定することが
できる。すなわち、本発明の取鍋を用いて溶融金属を鋳
造する場合、単に鋳造作業のみの溶融金属の温度に管理
に限らず、鋳造に至るまでの各種の、例えば、金属の溶
解、精錬などの、処理工程のために溶融金属を移動さ
せ、或いは取鍋自体で処理を行う際に、本発明の取鍋を
使用することによって、各工程での処理条件をより的確
に決定することができる。

【００１４】これは、本発明の取鍋の使用により、連続
的な温度測定結果が、各工程のオペレーターにより把握
できるため、例えば、鋳造する金属の溶解工程において
は、所要の溶融金属温度を確保するための溶解装置の加
熱条件、撹拌条件、温度調整材の供給条件などを、精錬
工程においては、精錬材の投入量、投入時期などを、よ
り精度よく決定することができるのである。すなわち、
請求項３のように、本発明の取鍋を使用することによっ
て、溶融金属の温度を連続的に測定し、この温度に基づ
いて各工程における溶融金属の処理条件を決定するもの
である。

【００１５】溶融金属の鋳造の例として、本発明の取鍋
を使用して溶鋼を移動させ、或いは処理して、連続鋳造
する場合を説明すると、溶鋼は転炉または電気炉にて溶
解、精錬され、次いで必要により、真空脱ガス処理精錬
（ＲＨ）や、取鍋精錬（ＬＦ）などの二次精錬が施され
た後、次いで、連続鋳造装置において鋳造される。請求
項４は、これら一連の工程間において、取鍋からの溶鋼
温度の連続的な測定結果を、各工程の操作室で、同時に
監視することによって、各工程における処理条件を決定
するものである。

【００１６】すなわち、二次精錬においては、精錬処理
時の冷材や副材投入量、二次精錬後の保温剤投入量を、
溶鋼が転炉から二次精錬装置にクレーン輸送されて来る
間の温度変化を把握することによって、チャージ毎に判
断したり、ＲＨでは、環流時間を目標温度に到達した時
点で処理終了とする判断や、真空槽内での燃料バーナー
による加熱条件の決定、ＬＦ等では、昇熱条件の選択や
加熱終点の判断などが可能である。また、連鋳では、二
次精錬終了から待機中までの温度変化を把握して、当初
の設定鋳造速度では鋳造終了までに温度不足が予測され
る場合には、鋳造速度を当初の設定よりも高い値に再設
定すると共に、更に後続のチャージに対する要求処理終
了時間も当初の時間より早い時間に再設定することによ
って、温度不足による鋳造の中断回避と、鋳造速度を速
めたことに起因した次チャージの到着遅れによる連々鋳
のキャスト分割回避とを両立させうるキャスト再編成を
行うことができる等、各工程で、同時に各チャージの溶
鋼温度を監視できることから操業に大きな自由度が生ま
れる。

【００１７】また、本発明では測温データを無線伝送す
ることから、バッチ測温値を共有するために用いられる
ような高価なプロセスコンピューターシステムを必要と
せず、安価な無線受信設備を用いることによって、複数
の操作室で連続温度データをモニター可能であり、操作
室間の頻繁な連絡を必要とせず当該工程での適正な操業
アクションの判断も可能となる。

【００１８】このように、操作室における操業オペレー
ションの裕度が向上し、大きな課題であった当該工程に
至った鍋内の溶融金属の温度が正確に把握でき正確に把
握でき、当該工程における処理条件をより的確に決定す
ることができることから、さらに、当該工程の処理状況
を、当該工程より前の工程の処理条件に反映させること
ができる。

【００１９】すなわち、請求項５にあるように、取鍋か
らの溶鋼温度の連続的な測定結果に基づいて、当該工程
における処理温度の所要に応じて、当該工程より前の工
程の処理終了目標温度を設定するものである。これによ
り、前工程へ要求する溶融金属の温度を低目に安定させ
ることができる。以上のように、本発明によって、溶融
金属を目標温度で正確に処理を終了できるので、不必要
に高い温度で処理するといった過剰処理の防止ができ、
ランニングコストの低減や生産性の増大、適切な副材や
冷材、保温剤投入による材料コストの削減、加熱のため
のエネルギー節約が実現できる。最も大きな効果は、自
工程での温度ばらつき自体を大幅に縮小できることか
ら、二次精錬オペレーターに対する二次精錬終了時の溶
鋼温度、連鋳オペレーターに対する連鋳終了時の溶鋼温
度など、従来技術で大きな課題となっていた前工程への
高めの要求温度設定を、適正値に近づけることができ、
転炉での吹き止め温度を大幅に低減することができるこ
とである。

【００２０】また、温度過剰によるブレークアウト回避
のために必要になる連続鋳造での速度ダウン等を効率よ
く回避する等のメリットがある。ここでは、転炉、二次
精錬、連続鋳造の工程を例に本発明の実施形態と作用を
説明したが、同様の作用は電気炉を利用したプロセス
や、銅などの非鉄金属の精錬、鋳造工程でも同様のエネ
ルギーや耐火物等のコスト削減、生産性の向上を実現で
きる。

【００２１】

【実施例】本発明の効果を検証するために３５０ｔ規模
の転炉、ＲＨ、連続鋳造プロセスで試験を実施した。試
験取鍋に図１と同様の測定装置を設け、取鍋に設けた熱
電対の起電力を消耗型プローブによるバッチ測温で校正
することによって(1)式で定義される誤差を約５℃とし
た。試験取鍋のチャージについては、転炉出鋼後以降
の、溶鋼温度の連続的測温データを転炉、ＲＨ、連続鋳
造の各オペレーターにコンピューター画面で伝送して操
業し、転炉での吹き止め温度を、本発明の取鍋を使用し
ない一般的なプロパー操業のチャージと比較した。試験
操業（Ｎ＝１８ｃｈ）とプロパー操業（Ｎ＝６３ｃｈ）
で得られた平均の転炉吹き止め温度を図２に示すが、本
発明を用いた操業によって、転炉の吹き止め温度がプロ
パー操業に対して平均で１４℃低減することができた。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、取鍋内の溶融金属の連続
的温度データを各工程のオペレーターが把握できること
から、温度管理に必要なエネルギーや耐火物コストなど
の低減によるコストメリット、処理時間の短縮等による
生産性の増大効果を得ることが出来、大幅なコストダウ
ン、生産性の増大が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の取鍋の一例を示す図である。

【図２】本発明の取鍋を使用した場合（本発明）と、従
来の取鍋を使用した場合（比較例）とでの転炉での吹き
止め温度を比較した図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に保持された溶融金属の温度を測定
   する機能と、測定された溶融金属の温度を無線伝達する
   通信機能とを備えた取鍋。
2. 【請求項２】 前記溶融金属の温度を測定する機能が、
   １５３０〜１７００℃の温度範囲において、（１）式で
   あらわされる測定精度を備えることを特徴とする請求項
   １記載の取鍋。 （測定値−真値）の絶対値の標準偏差≦８℃ ・・・・・（１）
3. 【請求項３】 内部に保持された溶融金属の温度を測定
   する機能と、測定された溶融金属の温度を無線伝達する
   通信機能とを備えた請求項１または請求項２に記載の取
   鍋を使用し、連続的に測定された溶融金属の温度に基づ
   いて、溶融金属の処理工程における処理条件を決定して
   鋳造することを特徴とする金属の鋳造方法。
4. 【請求項４】 前記溶融金属を、電気炉または転炉、二
   次精錬処理炉、連続鋳造装置の各処理工程のうちの複数
   の処理工程で処理するとともに、複数の処理工程の各操
   作室で同時に、連続的に測定された溶融金属の温度をモ
   ニターし、この温度に基づいて、複数の処理工程におけ
   る処理条件をそれぞれ決定して鋳造することを特徴とす
   る請求項３記載の金属の鋳造方法。
5. 【請求項５】 前記溶融金属の処理工程において、さら
   に、当該処理工程における処理に必要とする溶融金属の
   温度に応じて、当該処理工程の前の工程での処理終了目
   標溶融金属温度を決定して鋳造することを特徴とする請
   求項３または請求項４に記載の金属の鋳造方法。