JP2008208422A - 転炉からの出鋼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、転炉内の溶鋼を取鍋へ出鋼するに際して、該溶鋼に随伴して排出されるスラグの量を従来より低減可能な転炉からの出鋼方法を提供することを目的としている。
【解決手段】転炉を傾け、該転炉の出鋼口を介して溶鋼を出鋼するに際し、出鋼流のエネルギー分布を画像で検出し、該エネルギー分布でのエネルギー強度差に基づき溶鋼とそれに随伴するスラグとを識別して、該出鋼流へのスラグの混入を検知したら、転炉を正立させて出鋼を停止する転炉からの出鋼方法を改良した。その方法は、前記出鋼の末期に、出鋼流を絞るブロック体を転炉内のスラグ中に投入し、前記出鋼口の上端に位置させ、該出鋼流の形状安定化及び流量低減を図って、前記スラグ混入の誤検出を回避するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転炉からの出鋼方法に係わり、詳しくは転炉で吹錬を終了した溶鋼を取鍋等へ出鋼するに際して、該溶鋼に随伴して排出されるスラグの量を極力低減し、以後にアルミニュウム等を投入して行うスラグ還元（改質）でのアルミニュウムの添加歩留の向上を図る技術に関する。

製鋼工場では、高炉からの溶銑、鉄スクラップ等の鉄源を転炉に装入した後、該転炉に配設されているランス、羽口等を介して溶銑等に酸素ガスを吹き付けて該溶銑等が含有する不純物元素を酸化する。その酸化物は、別途投入した石灰等からなる造滓材とスラグを形成して溶鋼上に浮遊、分離され、一方溶銑等は所定組成の溶鋼となり、酸素吹錬が終了となる。その後、転炉内の溶鋼は、該転炉を徐々に傾斜させ、下方に待機させてある取鍋に、炉口近傍の側壁に配設した出鋼口を介して排出される（この作業を所謂「出鋼」と称している）。

この出鋼に際しては、特に出鋼末期において顕著であるが、溶鋼上に浮遊している前記スラグが溶鋼に随伴して流出するようになる。流出したスラグは、取鍋の内張り耐火物を溶損するばかりでなく、溶鋼を脱酸する為に出鋼時に添加するアルミニウム等の脱酸剤を酸化する（転炉スラグ中には２０質量％近い酸化鉄が含まれているので、これが脱酸剤を酸化するのである）ことにより、脱酸剤のうち、実際に溶鋼の脱酸に寄与する比率が低下する（言い換えれば、溶鋼の脱酸に寄与しない損失分が増大する）という問題を生じる。

そこで、出鋼に際しては、スラグの取鍋への流出を極力防止する技術が必要となる。つまり、出鋼時でのスラグの流出開始をより早く、正確に検知し、出鋼を終了するのである。その一つに、取鍋へ出鋼中に、赤外線カメラ等を用いて出鋼中の溶融物のエネルギー分布を検出し、検出したエネルギー分布から溶鋼とスラグとのエネルギー強度差に基づき溶鋼へのスラグの混入を判定する技術がある（特許文献１参照）。したがって、スラグの混入が明らかになった時点で、転炉を正立させて出鋼を停止すれば、スラグの大量の流出を未然に防止できる。

また、出鋼時に転炉内に投入し、出鋼口を塞ぐ技術もある。それは、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、所謂「ダーツ」１と称し、出鋼口２を塞ぐ大きさの耐火物製ヘッド３と、該ヘッド３の下方に突設され、溶鋼４の量が少なくなったら出鋼口２に差し込まれる軸（以下、ステム５という）とで形成したものである。このダーツ１の前記ヘッド３は、スラグ６とほぼ同程度の比重を有しているので、出鋼時に転炉７内に投入すると、スラグ６中を浮遊し、溶鋼４が出鋼口より流出するに伴い出鋼口２に向かって沈降し、スラグ６が流出する直前に出鋼口２を完全に閉塞して、スラグ６の流出を防止するようになっている。今では、このダーツ１も種々の改良が施され、ヘッド３の上部に、スラグ６との接触で燃焼し、ガスを発生させることで、スラグ６の流出防止効果を高めたものも開示されている（特許文献２参照）。

これらの技術は、確かに、転炉７の使用回数が少なく、その内張り耐火物が新しいうちは極めて有効である。ところが、出鋼口２（通常、断面は円形）は、転炉７の使用回数が増加すると、経時的にサイズが拡大したり、断面形状が変化する。そのため、特許文献１記載の技術では、スラグ６が実際に流れていないのに、出鋼流が太くなり、その輝度が明るくなって、スラグ６の流出があったと誤検知してしまうという問題が多発する。また、スラグ６の検知が正しく行われても、出鋼口２が大きくなっているため、転炉７を正立させて出鋼停止するまでの間に流出するスラグの量も多くなるという問題もある。さらに、特許文献２記載のダーツ１も、出鋼口２の断面形状が変化していると、スラグ６の流出を完全に塞ぐことができなくなる。
特開２００３−１８３７２０号公報 特開２００３−９６５１２号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、転炉内の溶鋼を取鍋へ出鋼するに際して、該溶鋼に随伴して排出されるスラグの量を従来より低減可能な転炉からの出鋼方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、転炉を傾け、該転炉の出鋼口を介して溶鋼を出鋼するに際し、出鋼流のエネルギー分布を画像で検出し、該エネルギー分布でのエネルギー強度差に基づき溶鋼とそれに随伴するスラグとを識別して、該出鋼流へのスラグの混入を検知したら、転炉を正立させて出鋼を停止する転炉からの出鋼方法において、前記出鋼の末期に、出鋼流を絞るブロック体を転炉内のスラグ中に投入し、前記出鋼口の上端に位置させ、該出鋼流の形状安定化及び流量低減を図って、前記スラグ混入の誤検出を回避することを特徴とする転炉からの出鋼方法である。

この場合、前記出鋼流を絞るブロック体を、切欠き又は流入溝を有する耐火物部材と、該耐火物部材の下方に突設され、出鋼口に差し込まれるステムとで形成するのが好ましい。また、前記エネルギー分布の画像での検出を、赤外線カメラを用いて行うと良い。

本発明によれば、転炉で吹錬を終了した溶鋼を取鍋へ出鋼するに際して、該溶鋼に随伴して排出されるスラグの量を極力低減できるようになる。その結果、出鋼時に溶鋼に添加したアルミニウム等の脱酸剤のうち、実際に溶鋼の脱酸に寄与せずに、スラグによって酸化され損失してしまう比率を低減することができる。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、本願発明に係る転炉からの出鋼方法で利用する装置は、特許文献１に記載されたもの、あるいはそれと同等の機能を発揮するものとする。その装置は、図３に示すように、転炉７の下方に配置した取鍋９と該転炉７との空間に飛散するダスト（図示せず）を除去する送風手段１２が設けられている。この送風手段１２としては、電動ファン、エジェクター式ファン、ノズル管式ファン、コンプレッサー等が採用される。そして、該ダストを前記送風手段１２で除去した状態で、出鋼流１３のエネルギー分布を画像で検出するための撮像手段の一例として赤外線式カメラ（一般の可視光線カメラも使用可能である）１０が設置されている。この赤外線式カメラ１０で撮像されたエネルギー分布は、迅速に画像処理される。その画像処理装置１１（赤外線スラグ検知器ともいう）としては、赤外線式カメラ１０から入力された二次元のエネルギー分布画像の各画素の輝度値を、予め定められた閾値で２値化するものが利用できる。スラグ６の輝度は溶鋼４の輝度に比べ格段に高いので、スラグ６の輝度と溶鋼４の輝度との間に前記閾値を設定することによって、撮像した２値化画像内に閾値より高い画素が存在すれば、出鋼流１３にスラグ６が混在していると判断できるからである。つまり、前記エネルギー分布でのエネルギー強度差に基づき溶鋼４とそれに随伴するスラグ６とを識別する。そして、該出鋼流１３へのスラグ６の混入を検知したら、転炉７を正立させて出鋼を停止するが、作業者には警報として音で知らせても良いし、また数値のデジタル表示等で示しても良い。

ところが、前記したように、かかる技術を用いても、出鋼流１３へのスラグ６の混入程度にまだ十分に満足できる状況ではない。そのため、発明者は、上記した従来技術を見直した。その結果、問題点のすべては、転炉７の使用回数が増加した場合に生じる出鋼口２のサイズ拡大及び断面形状の変化に起因すると結論した。つまり、出鋼流１３の外径が種々変化することによるスラグ混入の誤検知、あるいはダーツによるスラグカットの不調は、いずれも出鋼口２の断面積の変化にあるとした。そして、引き続き、その問題点を解消するための検討を行い、出鋼流の安定化を図れば、前記誤認知が減少して、取鍋９へのスラグ６の流出量が減ることに着眼したのである。

その理由は、スラグ６の流出が始まる出鋼末期において溶鋼４の輝度を落とせば、スラグ６の輝度との差が大きくできるので、少量のスラグ６の混入も識別できるようになるからである。この考えを具体化するには、まず出鋼流１３の流量を絞って少なくし、且つ流れを安定させる必要がある。
そのために、発明者は、前記ダーツ１とは「似て非なる」、つまり形状は似ているが、作用は異なる（スラグカットではなく、溶鋼を漏らす）ブロック体を新規に考えた。つまり、液体の流量調整器に一般に利用する弁体の形状に類似したものである。そのブロック体は、比重がスラグと同程度のものとしたので、出鋼の末期に、転炉内のスラグ中に投入すると、ダーツと同様に出鋼口の上端に位置するようになる。その結果、出鋼流の形状安定化及び流量低減ができ、前記したように、スラグ混入の誤検出を回避することが可能となる。

その出鋼流を絞るブロック体１７としては、溶鋼４の流量を絞ることができれば如何なる形状であっても良い。ただし、具体的には、図４に示すような切欠き１８又は流入溝１９を有する耐火物部材２０と、該耐火物部材２０の下方に突設され、出鋼口２に差し込まれる外径のステム５とで形成するのが好ましい。切欠き１８又は流入溝１９は、溶鋼４を下方に漏らすためであり、耐熱性及びスラグとの接触による溶損を防止する必要があるため、ブロック体１７は、ステム５ともども耐火物製とする。

なお、本発明の実施では、１つのブロック体１７に設ける切欠き１８又は流入溝１９の数及びサイズを決める必要があるが、それは出鋼流１３の外径をどこまで絞るかということに関連する。実際には、溶鋼４とスラグ６との識別が明確になる出鋼流１３の外径を経験又は実験で求めて決めることになる。ここで、出鋼流１３の外径としては、出鋼口２から鉛直下方に比較的近い位置での測定値とするのが好ましい。出鋼流１３は下方になるほど外径が拡がり、流れが不安定になるので、撮像が難しくなるからである。また、前記ブロック体１７は、その使用頻度が多くなると、切欠き１８又は流入溝１９の形状やサイズが変化するので、時々新しいものと交換する必要がある。交換のタイミングは使用実績から判断すれば良い。

ガスの上底吹き機能を備えた転炉（容量３００トン）で低炭アルミキルド鋼を多数チャージ溶製し、それぞれの出鋼に際して、本発明に係る転炉からの出鋼方法を適用した。また、比較のため、従来の方法（特許文献１参照）による出鋼も行っている。なお、本発明の適用に際しては、転炉にはＭｇＯ−Ｃ系耐火物を新しく内張りし、出鋼流１３を絞るブロック体１７には、図４に示した形状で、６つの切欠き１８を有するものを使用した。転炉から取鍋への出鋼時に合金鉄投入シュートから、溶鋼中に脱酸剤としてアルミニウムを投入し、歩留を調査した。

図１に、本実施例での転炉の出鋼回数とｌｏｓｓ Ａｌ原単位との関係を一括して示す。
ここで、ｌｏｓｓ Ａｌ原単位（ｋｇ／ｔ）は、溶鋼中に投入したアルミニウム原単位から，炉下取鍋内溶鋼のトータルＡｌ分析値から原単位（ｋｇ／ｔ）に換算した値を差し引いた値であり、下記の式による。このｌｏｓｓ Ａｌ原単位は、したがって、投入したアルミニウムのうち、溶鋼中に留まっていない分を表し、その内訳は、大気による酸化損失分の合計したものである。
ｌｏｓｓ Ａｌ原単位（ｋｇ／ｔ）＝（投入Ａｌ原単位（ｋｇ／ｔ）−炉下取鍋内溶鋼中Ａｌ濃度（質量％））×１０
図１より、出鋼口の使用回数が増加しても、出鋼中のＡｌロス分の増加は見られない。これは、本発明に係るブロック体により出鋼流を絞り、出鋼末期での流量を抑えることで、赤外線式カメラを備えたスラグ検知器の精度が向上し、出鋼口の使用回数によらずに転炉から取鍋へのスラグの流出量をほぼ一定値に低減できたためと考えられる。

本発明の実施効果が確認できる転炉の出鋼回数とｌｏｓｓ Ａｌ歩留との関係を示す図である。 スラグの完全カットを目的としたダーツの利用を説明する図であり、（ａ）はダーツの形状を、（ｂ）は転炉での使用状況を示す。 出鋼流へのスラグの混入を検知する従来装置を説明する図である。 本発明に係るブロック体の形状を示す斜視図である。

符号の説明

１ ダーツ
２ 出鋼口
３ ヘッド
４ 溶鋼
５ ステム
６ スラグ
７ 転炉
８ 回転軸
９ 取鍋
１０ 赤外線カメラ
１１ 画像処理装置
１２ 風力手段
１３ 出鋼流
１４ ブロック体
１５ 切欠き
１６ 流入溝
１７ ブロック体
１８ 切欠き
１９ 流入溝
２０ 耐火物部材

Claims (3)

1. 転炉を傾け、該転炉の出鋼口を介して溶鋼を出鋼するに際し、出鋼流のエネルギー分布を画像で検出し、該エネルギー分布でのエネルギー強度差に基づき溶鋼とそれに随伴するスラグとを識別して、該出鋼流へのスラグの混入を検知したら、転炉を正立させて出鋼を停止する転炉からの出鋼方法において、
   前記出鋼の末期に、出鋼流を絞るブロック体を転炉内のスラグ中に投入し、前記出鋼口の上端に位置させ、該出鋼流の形状安定化及び流量低減を図って、前記スラグ混入の誤検出を回避することを特徴とする転炉からの出鋼方法。
2. 前記出鋼流を絞るブロック体を、切欠き又は流入溝を有する耐火物部材と、該耐火物部材の下方に突設され、出鋼口に差し込まれるステムとで形成することを特徴とする請求項１記載の転炉からの出鋼方法。
3. 前記エネルギー分布の画像での検出を、赤外線カメラを用いて行うことを特徴とする請求項１又は２記載の転炉からの出鋼方法。

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