JP2012136767A - 転炉りん濃度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吹錬中のスラグ中のＦｅＯ生成量の推移を推定し、吹錬終了時でのそのＦｅＯ生成量推定値を使用したりん濃度推定方法を提供することで、過剰な酸素ガスや合金使用量の削減を可能として、溶製コストを低減することを目的とするものである。
【解決手段】上底吹き機能を有する転炉容器での脱炭吹錬において、吹錬中の排ガスの組成および流量、酸素ガス流量、石炭および酸化鉄等の副原料の投入量並びに溶銑成分から逐次計算することにより得られる残留酸素量に基づきスラグ中のＦｅＯ生成量を計算し、そのＦｅＯ生成量計算値、溶鋼温度および石灰原単位をパラメータとした回帰式により、吹錬終了時点での溶鋼中りん濃度を推定することを特徴とする転炉りん濃度推定方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、製鋼転炉プロセスにおける成分推定方法に関するものであり、特には、製鋼転炉プロセスの脱りん反応において、吹錬中の排ガス情報をもとにスラグ中のＦｅＯの生成量を逐次計算し、ＦｅＯ生成量とりん（Ｐ）との関係性から吹錬途中および吹錬終了時点での溶鋼中のりん濃度を推定する方法に関するものである。

転炉脱炭精練において、終点りん濃度が所望の濃度より高くなる（以下、「りん外れ」という）と、成分を再度調整し直す必要があり、余剰の精練コストがかかるだけでなく、生産性の低下も招く。そこで、りん外れを防止するために吹錬終了時に酸素を余分に供給すると、出鋼酸素の増加を招き、結果として精練コストが増加する。

転炉吹錬においては、溶鋼およびスラグの間で下記の脱りん反応が進行する。

このような脱りん反応をより一層促進させるためには、スラグ中へのＣａＯの溶融を促す必要があり、ＣａＯの滓化促進のためには、ＦｅＯの作用を効果的に利用することが必要になる。

転炉吹錬におけるＦｅＯ制御の従来技術としては、特許文献１記載の例が知られている。ここでは、吹錬開始時に過去実績を参照して目標のＦｅＯ推移を設定し、目標の推移に近づけるように上吹き酸素流量、ランス高さ、底吹きガス流量を変化させる技術が提案されている。

終点りん濃度の制御にＦｅＯ推移の制御を用いた技術に関しては、特許文献２、特許文献３および特許文献４に提案されている。また、特許文献５に記載の転炉吹錬制御方法では、吹錬開始からＦｅＯ生成量を制御している。

特開昭６１−１５９５２０号公報 特開平０２−０１９４１５号公報 特開平０２−０１９４１３号公報 特開平０１−２４２７１１号公報 特開平１８−２０６９３０号公報

しかしながら、転炉終点りん濃度を低位に安定させるには、直前のサブランス投入時点でりん濃度が下がっている必要があり、そのためには、吹錬開始時から直ちにＦｅＯ量の制御を行う必要がある。

この点、特許文献１記載の転炉吹錬におけるＦｅＯ制御では、ＦｅＯ推移と脱りんとの関係については明らかにされていない。そして、特許文献２に記載の転炉吹錬方法は、吹錬中に検出している排ガス成分、各成分の質量および排ガス流量を用いて副原料の投入量を制御し、溶鋼温度およびスラグ中の全鉄量を所定範囲に収める方法を開示しているに過ぎない。また特許文献３に記載の転炉吹錬方法は、中間サブランスによる[％Ｃ](炭素濃度)測定と蓄積酸素量とを用いて、中間サブランスから吹止めまでの(％Ｔ．Ｆｅ)(スラグ中の全鉄量)を制御する方法を開示しているに過ぎない。

特許文献４では、スラグ状況を測定するセンサ情報を駆使して、蓄積酸素量を制御して(％Ｔ．Ｆｅ)(スラグ中の全鉄量)をコントロールする技術が開示されているが、この方法では、(％Ｔ．Ｆｅ)を精度よく推定できるものの、スラグ状況測定センサの設備費やメンテナンス費がかかるため、経済的に好ましくない。

特許文献５に記載の転炉吹錬制御方法では、吹錬開始からＦｅＯ生成量を制御しているが、これは溶銑の脱りん処理であり、脱炭精練よりも脱炭量が少なく、ＦｅＯ生成量の制御方法が脱炭反応と異なっている。

本発明は、吹錬中のスラグ中のＦｅＯ生成量の推移を推定し、吹錬終了時でのそのＦｅＯ生成量推定値を使用したりん濃度推定方法を提供することを目的とするものである。また本発明は、吹錬中のスラグ中のＦｅＯ生成量の推移を推定し、吹錬途中（途中サブランス時点）でのそのＦｅＯ生成量推定値を使用したりん濃度推定方法を提供することをも目的とするものである。

上記目的を達成する本発明の転炉りん濃度推定方法は、上底吹き機能を有する転炉容器での脱炭吹錬において、吹錬中の排ガスの組成および流量、酸素ガス流量、副原料の投入量並びに溶銑成分から逐次計算することにより得られる残留酸素量に基づきスラグ中のＦｅＯ生成量を計算し、そのＦｅＯ生成量計算値、溶鋼温度および石灰原単位をパラメータとした回帰式により、吹錬終了時点での溶鋼中りん濃度を推定することを特徴とするものである。

かかる本発明のりん濃度推定方法によれば、転炉容器を用いた上底吹きによる脱炭吹錬において、吹錬中のスラグ中のＦｅＯ生成量を推定し、その値を使用して吹錬終了時点での溶鋼中のりん濃度を推定することから、その推定したりん濃度を所望の濃度と比較して酸素ガス流量や、石炭や酸化鉄等の副原料投入量を調整できるため、りん外れを防止しつつ過剰な酸素ガスや合金使用量の削減を可能とし得るので、溶製コストを低減することができる。

なお、本発明の転炉りん濃度推定方法においては、前記ＦｅＯ生成量計算値、溶鋼温度および石灰原単位をパラメータとした回帰式により、吹錬途中での溶鋼中りん濃度も推定することとしてもよい。

このようにすれば、過剰な酸素ガスや合金使用量のさらなる削減が可能となるので、溶製コストをさらに低減することができる。

また、本発明の転炉りん濃度推定方法においては、前記回帰式中のパラメータを、データベースに保存されている過去の吹錬実績に基づき局所的にモデル化することとしてもよい。

このようにすれば、回帰式の計算精度を向上させることができることから、過剰な酸素ガスや合金使用量のさらなる削減が可能となるので、溶製コストをさらに低減することができる。

本発明の転炉りん濃度推定方法の一実施形態を適用した製鋼転炉プロセスを例示する説明図である。 上記製鋼転炉プロセスに用いる制御システムの構成例を示すブロック線図である。 上記実施形態の転炉りん濃度推定方法に基く本発明の一実施例を示す相関図である。 上記実施形態の転炉りん濃度推定方法に基く本発明の他の一実施例を示す相関図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の転炉りん濃度推定方法の一実施形態を適用した製鋼転炉プロセスを例示する説明図であり、図１中、符号１は転炉容器、２はランス、３は底吹きノズル、４は転炉容器１の装入口を覆うフード、５はそのフード４を図示しない排ガス処理装置に接続するダクト、６はシュータを介してダクト５の端部から転炉容器１内に副原料を切出し投入する秤量器をそれぞれ示す。

この製鋼転炉プロセスは、転炉容器１内の溶鋼Ｍにランス２からＯ_２ガスを上吹きするとともに底吹きノズル３から不活性ガスを底吹きして溶鋼Ｍを攪拌する転炉容器１の上底吹き機能により、溶鋼Ｍ中の炭素成分を除去するのが主目的であり、その際同時に、秤量器６から石炭や酸化鉄等の副原料を投入して不純物の除去と成分調整とを実施する。このためダクト５の最上部には排ガス分析計７および排ガス流量計８が設けられ、フード４からダクト５内に吸引された、溶鋼Ｍと副原料との反応によって発生した排ガスおよび巻込空気は、排ガス分析計７および排ガス流量計８によってその成分および質量を検出される。

図２は、上記製鋼転炉プロセスに用いる制御システムの構成例を示すブロック線図であり、上記排ガス分析計７および排ガス流量計８は、通常のコンピュータからなるプロセスコンピュータ９に接続され、このプロセスコンピュータ９は、図示しない上底吹きＯ_２ガス供給量調節バルブや上記秤量器６等の、転炉容器１の各付帯設備および、司令室に設けられた、通常のキーボード等の入力装置およびディスプレイ装置を持つ制御端末１０に接続されて、オペレータの操作によりその制御端末１０から送られる作動指示に基づき、溶鋼Ｍの脱炭吹錬のために転炉容器１の各付帯設備の作動を制御する。

プロセスコンピュータ９はまた、この実施形態の転炉りん濃度推定方法に基づき、排ガス分析計７および排ガス流量計８から得られる排ガス組成や流量並びに、あらかじめプロセスコンピュータ９内にデータとして持つＯ_２ガス流量、石灰や酸化鉄等の副原料の投入量実績および溶銑成分を用いて、以下の如くして溶鋼Ｍの脱炭吹錬中のＦｅＯ生成量の推移およびりん濃度の推移を算出し、そのりん濃度の推定値を、オペレータが監視している制御端末１０に出力してそのディスプレイ装置に表示させる。なお、プロセスコンピュータ９は、このＦｅＯ生成量の推移およびりん濃度の推移の計算と、りん濃度の推定値の制御端末１０への出力を、溶鋼Ｍの脱炭吹錬の開始から終了までの間２秒ピッチで繰り返し実行する。

すなわち、この実施形態の転炉りん濃度推定方法では、先ず残留酸素量の算出とスラグＳ中のＦｅＯ量(mass％ＦｅＯ)の推定を行い、次いで吹錬終了時点および吹錬途中のりん濃度の推定を行う。

（Ｉ）残留酸素量の算出とそれに基づくＦｅＯ量の推定
この実施形態の転炉りん濃度推定方法では、転炉脱炭吹錬において、次式(2)により吹錬中の残留酸素量を逐次計算する。

但し、ΔＷ_Ｏ２：吹錬開始から時刻ｔｉ（ｓ）までの残留酸素量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ａ：上吹きＯ_２ガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ｂ：投入副原料中Ｏ_２ガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ｃ：巻込空気中Ｏ_２ガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ｄ：炉口ＣＯガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ｅ：炉口ＣＯ_２ガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
Ｆ：溶銑成分（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ）の変化に消費されるＯ_２ガス量（Ｎｍ^３／ｔ）
ｔ：時刻（ｓ）
添え字ｉ：吹錬開始からｉ回目の計算（２秒ピッチで繰返し）
である。
なお、溶銑成分（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ）の変化に消費されるＯ_２ガス量については、あらかじめ吹錬中の実績値から作ったモデル式を利用して求める。

このようにして求めた残留（蓄積）酸素量ΔＷ_Ｏ２に基づき、次式(3)から炉内ＦｅＯ量を推定する。

この(3)式は、残留（蓄積）酸素量を全てＦｅＯとみなすという考え方の下に導出したものである。

次いで、吹錬中のスラグＳのスラグボリュームＷ_ｓｉを、下記の(4)式から計算する。

であり、上記Ｔはトータルを意味する。

そして、上記ＦｅＯiおよびＷ_ｓｉを用いて、次式(5)からスラグ中ＦｅＯ量（％ＦｅＯ)iの推定値を計算する。

（II）終点りん（Ｐ）濃度の推定
次に、吹錬終了時点（終点）での、溶鋼温度Ｔと、上記の如くして計算したＦｅＯ生成量の推定値(ＦｅｔＯ)_{０％〜終点}と、石灰原単位Ｔ．ＣａＯとを指標とする次式(6)の回帰式により、終点りん（Ｐ）濃度を推定する。

但し、ΔＰ：脱りん量
[％Ｐ]i：吹練前（初期）溶銑りん濃度
[％Ｐ]f：吹錬終了時点（終点）溶鋼りん濃度
Ｇ：終点りん濃度推定時温度係数
Ｈ：終点りん濃度推定時ＦｅＯ係数
Ｋ：終点りん濃度推定時Ｔ．ＣａＯ係数
Ｌ：終点りん濃度推定時切片
この(6)式は、吹練前の溶銑りん濃度から吹練終了時点での脱りん量を計算する式である。

（III）途中りん（Ｐ）濃度の推定
また、同様に転炉吹練中の排ガス情報を基に吹錬途中時点でのＦｅＯ生成量を計算し、吹錬途中時点での、溶鋼温度Ｔと、その計算したＦｅＯ生成量の推定値(ＦｅｔＯ)_{０％〜途中}と、石灰原単位Ｔ．ＣａＯとを指標とする次式(7)の回帰式により、途中りん（Ｐ）濃度を推定する。

但し、ΔＰ：脱りん量
[％Ｐ]i：吹練前（初期）溶銑りん濃度
[％Ｐ]_途中：吹錬途中時点での溶鋼りん濃度
Ｗｍ：溶銑量＋残湯量（ｔ）
Ｗｓｃ：スクラップ量（ｔ）
Ｍ：途中りん濃度推定時温度係数
Ｏ：途中りん濃度推定時ＦｅＯ係数
Ｐ：途中りん濃度推定時Ｔ．ＣａＯ係数
Ｑ：途中りん濃度推定時切片
である。

図３は、この実施形態の転炉りん濃度推定方法に基づく本発明の一実施例を示す相関図であり、図中直線Ａは実績値＝計算値の直線、直線Ｂは実績値＝計算値＋０．０２％の直線、直線Ｃは実績値＝計算値−０．０２％の直線である。この実施例では、上記の推定方法で終点脱りん量ΔＰを計算して求めたところ、その計算ΔＰが、実績値に対し±０．０２％の範囲内に入り、計算ΔＰと実績値との差の平均値が０．００７６％、１σが０．００４９％であった。

図４は、この実施形態の転炉りん濃度推定方法に基づく本発明の他の一実施例を示す相関図であり、図中直線Ａは実績値＝計算値の直線、直線Ｂは実績値＝計算値＋０．０２％の直線、直線Ｃは実績値＝計算値−０．０２％の直線である。この実施例では、上記の推定方法で途中脱りん量ΔＰを計算して求めたところ、その計算ΔＰが、実績値に対し概ね±０．０２％の範囲内に入り、計算ΔＰと実績値との差の平均値が０．００９７％、１σが０．００６４％であった。

これらの実施例からも明らかなように、この実施形態の転炉りん濃度推定方法によれば、転炉容器１を用いた上底吹き酸素ガス並びに底吹き不活性ガスによる脱炭吹錬において、吹錬中のスラグＳ中のＦｅＯ生成量を推定し、その推定値を使用して吹錬終了時点および吹練途中での溶鋼Ｍ中のりん濃度を推定することから、その推定したりん濃度を所望の濃度と比較して酸素ガスや副原料投入量を調整できるため、りん外れを防止しつつ過剰な酸素ガスや合金使用量の削減を可能とし得るので、溶製コストを低減することができる。

この実施形態の転炉りん濃度推定方法ではさらに、上記パラメータに対してデータベースモデルを適用し、過去の類似した吹練実績データに基づき、この実施形態の転炉りん濃度推定方法を適用する吹練条件に合わせて作成したモデル式から求めたパラメータを用いてりん濃度を推定することで、さらなる精度向上をもたらすことができる（例えば本願出願人の出願に係る特許第３７３８７３８号参照）。

以上、実施例に基づき説明したが、本発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば本発明の方法を適用し得る転炉容器は、転炉容器内の溶鋼にランスからＯ_２ガスを上吹きするとともに底吹きノズルから不活性ガスを底吹きして溶鋼を攪拌する上底吹き機能を有するものに限られず、ランスだけでなく底吹きノズルからもＯ_２ガスを吹き込む上底吹き機能を有する転炉容器であってもよい。

かくして本発明のりん濃度推定方法によれば、転炉容器を用いた上底吹きによる脱炭吹錬において、吹錬中のスラグ中のＦｅＯ生成量を推定し、その値を使用して吹錬終了時点での溶鋼中のりん濃度を推定することから、その推定したりん濃度を所望の濃度と比較して酸素ガスや副原料投入量を調整できるため、りん外れを防止しつつ過剰な酸素ガスや合金使用量の削減を可能とし得るので、溶製コストを低減することができる。

１ 転炉容器
２ ランス
３ 底吹きノズル
４ フード
５ ダクト
６ 秤量器
７ 排ガス分析計
８ 排ガス流量計
９ プロセスコンピュータ
１０ 制御端末
Ｍ 溶鋼
Ｓ スラグ

Claims (3)

1. 上底吹き機能を有する転炉容器での脱炭吹錬において、
   吹錬中の排ガスの組成および流量、酸素ガス流量、副原料の投入量並びに溶銑成分から逐次計算することにより得られる残留酸素量に基づきスラグ中のＦｅＯ生成量を計算し、
   そのＦｅＯ生成量計算値、溶鋼温度および石灰原単位をパラメータとした回帰式により、吹錬終了時点での溶鋼中りん濃度を推定することを特徴とする転炉りん濃度推定方法。
2. 前記ＦｅＯ生成量計算値、溶鋼温度および石灰原単位をパラメータとした回帰式により、吹錬途中での溶鋼中りん濃度も推定することを特徴とする、請求項１記載の転炉りん濃度推定方法。
3. 前記回帰式中のパラメータを、データベースに保存されている過去の吹錬実績に基づき局所的にモデル化することを特徴とする、請求項１または２に記載の転炉りん濃度推定方法。

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