JP2014031564A

JP2014031564A - 転炉の吹錬方法

Info

Publication number: JP2014031564A
Application number: JP2012174291A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanigaki; 武谷垣; Takashi Kawamoto; 隆川元; Shuji Uehara; 脩司上原; Shogo Takashima; 章伍高嶋
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: JP5874570B2

Abstract

【解決手段】酸素上吹きランスと転炉内の溶鋼湯面との距離を制御しつつ、酸素上吹きランスから溶鋼への酸素供給中に、溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定可能なプローブを、さらに転炉の上方から溶鋼中へと浸漬する際と、その後、溶鋼中から転炉の上方へと引き抜く際の両方で酸素起電力の測定が可能なものとする。このプローブにより溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定すると同時に、プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の酸素起電力の変化からそれぞれの溶鋼の湯面高さを求める。求めた湯面高さを次の吹錬における酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離の制御に反映させる。
【効果】吹錬の再現性が向上することで、吹錬終点の温度や溶鋼中のC濃度の的中精度が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、転炉吹錬において、作業能率の悪化が全くなく、酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離を常に適切に制御して吹錬する方法に関するものである。

転炉吹錬において、酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離を適切に保ちながら吹錬することは、冶金反応を安定させたり、上吹きジェットによって溶鉄の粒滴が炉外に飛散するスピッチングや、炉内で形成されたスラグが泡状化されて炉外に溢れだすスロッピングを抑制するために重要である。そのためには、先ず転炉内溶鋼の湯面高さを正確に把握する必要があるため、湯面高さの測定にこれまで多くの開発がなされてきた。

例えば、特許文献１には、２本の鋼製の棒の通電を検知することで湯面高さを測定するプローブの発明が記載されている。しかしながら、このプローブは湯面高さの測定専用であることから、特許文献１では他の測定センサーとの共用についての言及はされてない。また、このプローブを使用すれば浸漬時の湯面高さを測定することはできるものの、引き抜き時の湯面高さを測定することができないので、吹錬中の湯面変動により、測定した湯面高さが本来の湯面高さと大きくずれた場合、次の吹錬で間違った高さで吹錬してしまう可能性がある。

また、特許文献２には、溶鋼に浸漬されて該溶鋼の炭素濃度、酸素濃度、温度の測定と、湯面レベルとを同時に測定することができるプローブが記載されている。しかしながら、その湯面レベル測定は、交流電力を印加される一次コイルと誘導起電力を生じる二次コイルとを溶鋼に浸漬することによって行うものであるため、酸素濃度測定を含めて多くのセンサーを一緒に組込むとプローブが大型になり、プローブコストが嵩んでしまう難点がある。

特開昭５９−１１２１８４号公報特開平４−３４８２３０号公報

本発明は、転炉吹錬において、作業能率の悪化が全くなく、酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離を常に適切に制御して吹錬する方法に関するもので、サイクルタイム（任意の吹錬開始時点から、次の吹錬開始時点までの時間）を一切悪化させることなく、また、大型のプローブを使用することなく、毎チャージ、適切に酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離を適切に保ちながら吹錬する方法を提供することを課題としている。

本発明の転炉の吹錬方法は、上記課題を解決するために、
酸素上吹きランスと転炉内の溶鋼湯面との距離を制御しつつ、該酸素上吹きランスから溶鋼への酸素供給中に、溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定可能なプローブをサブランスに装着して、溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定する転炉の吹錬方法において、
前記プローブを、さらに転炉の上方から溶鋼中へと浸漬する際と、その後、該プローブを溶鋼中から転炉の上方へと引き抜く際の両方で酸素起電力の測定が可能なプローブとして、
このプローブにより該溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定すると同時に、
該プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の酸素起電力の変化からそれぞれの溶鋼の湯面高さを求め、求めた湯面高さを次の吹錬における酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離の制御に反映させることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、吹錬の再現性が向上するので、吹錬終点の温度や溶鋼のC濃度の的中精度が向上する。また、スロッピングによる操業弊害の発生頻度も減少する。

酸素センサーを２つ取り付けたサブランスプローブの先端部の概略図である。吹錬前の溶鋼湯面に対するプローブ浸漬時と上昇時の溶鋼湯面のずれを示した図である。従来法に対する本発明法の脱炭酸素効率のばらつきの低減の程度を示した図である。従来法と本発明法におけるスタティックモデルの推定炭素濃度[C]の的中精度を示した図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
吹錬中の浴面は、酸素ジェットや底吹き攪拌ガスなどにより常に変動している。従って、転炉吹錬時における溶鋼湯面の測定は、その測定精度を高めるために送酸を行っていない吹錬開始前や吹錬終了後に行っていた。

しかしながら、吹錬開始前や吹錬終了後に溶鋼湯面の測定を行う場合、サイクルタイムが悪化する。

そこで、本発明では、従来から行っている溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定可能なプローブをサブランスに装着して、酸素上吹きランスから溶鋼への酸素供給中に溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定する転炉の吹錬方法において、サイクルタイムの悪化を防ぐために、その溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定する際に同時に溶鋼の湯面高さを測定する。

但し、浴面が酸素ジェットや底吹き攪拌ガスなどにより常に変動していることから、その影響を受けて湯面測定精度が低下してしまうことを防止するため、吹錬中においてプローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の往復２回、溶鋼湯面の測定を行うことで、吹錬中の湯面変動による測定値のばらつきを低減させることとした。

上記プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の溶鋼湯面の測定を行うためには、サブランスに装着した溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定可能なプローブにおいて、前記両方で酸素起電力の測定が可能なものとすることが必要である。

ところで、測定する溶鋼の湯面高さの精度は、主にサブランスの上昇と下降の速度に左右される。従って、上昇と下降の速度が異なり往復で測定精度に差があれば、加重平均により湯面高さを求めてもよい。通常、サブランスの下降時には先端のセンサーの折損を防止するために、溶鋼湯面の近傍で少し減速する。従って、このような場合は下降時の高さに大きく加重すればよい。しかし、その下降速度も上昇速度も、減速させすぎるとセンサーを焼損させるおそれがあるため、それぞれの精度向上には限界がある。よって、本発明のようにプローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の２回測定して、その加重平均をとる方法が最適である。

また、溶鋼温度と溶鋼のC濃度の測定に加え、スラグや溶鋼の酸素濃度を測定するための酸素センサーを備えたサブランスを使用する場合、例えばコイルによる誘導起電力を利用した湯面測定を行うには、温度かC濃度か酸素濃度のいずれかの測定機能の代わりに湯面判別の演算用回路を設けるか、もしくは新たにサブランスから演算機までの配線を敷設する必要があり、大幅な改造コストがかかる。加えて、プローブが大型になり、プローブコストが嵩んでしまう。

これに対し、本発明では、酸素濃度を２回測定することが可能なプローブを必要とするが、サブランス内の配線は、酸素濃度を１回測定する従来の酸素センサー用回路と共有できるので、従来のプローブ演算システムや設備をそのまま採用することができる。よって、改造コスト、及びプローブコストを悪化させることなく、溶鋼の温度、C濃度、酸素濃度のいずれかが測定できないことによる吹錬的中精度の悪化を起こすことなく吹錬できるようになる。

すなわち、本発明方法によれば、吹錬中に、その他の測定を阻害することなく、精度良く溶鋼の湯面高さを測定することができ、しかも、サイクルタイムを悪化させることなく毎吹錬で湯面の高さ測定を行えるため、常に適切なランス湯面間距離で吹錬を行うことができる。

ところで、酸素センサーを用いて湯面測定を行う際、まれに失敗することがある。毎吹錬で測定する場合は大きな問題にはならないが、より正確に溶鋼の湯面高さを判別するために、発明者らが溶鋼湯面判別の成功率と測定時の条件を調査したところ、溶鋼のC濃度が０．３５質量％以下の条件でその測定を行うことで、測定が安定することが分かった。これは、溶鋼のC濃度が０．３５質量％を超える範囲では、共存するスラグ中の酸素濃度が低いために酸素起電力変化による溶鋼湯面位置の判別が難しくなるためと考えられる。但し、溶鋼のC濃度が０．１０質量％を下回る範囲では、湯面高さの測定と同時に行う溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか一つ以上ないしこれらの全部の測定結果が分かっても、その結果を当該吹錬の制御に反映させることが時間的に難しくなってしまう。

従って、上記本発明においては、プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と、溶鋼から引き抜く瞬間の溶鋼のC濃度が共に０．１０質量％〜０．３５質量％の間になるよう制御することが望ましい。

これにより、より適切な溶鋼湯面高さで転炉吹錬を行うことができる。

以下、本発明の転炉の吹錬方法を実施した場合の結果について説明する。
実操業で本発明方法を検証するに当たり、サブランスプローブの浸漬時と引き抜き時の両方で溶鋼中の酸素濃度を測定するために、図１に示すサブランスプローブを使用した。

すなわち、図１に示すサブランスプローブ１は、プローブ本体２の内部に、サンプリング孔２ａからプローブ本体２の内部に取り込んだ溶鋼の凝固温度から溶鋼中のC濃度を測定する炭素センサー３が設けられている。

また、プローブ本体２の先端に取り付けた鉄キャップ４の内部には、溶鋼の温度を測定する測温センサー５とサブランスプローブ１を溶鋼から引き抜く瞬間の酸素濃度を測定する第１の酸素センサー６が設けられている。一方、鉄キャップ４の外側にはサブランスプローブ１を溶鋼に浸漬する瞬間の酸素濃度を測定する第２の酸素センサー７が取り付けられている。

そして、転炉吹錬時に、前記サブランスプローブを溶鋼に浸漬する瞬間と、上昇時にサブランスプローブを溶鋼から引き抜く瞬間に起こる酸素起電力を測定し、その変化タイミングから前記溶鋼に浸漬する瞬間と、溶鋼から引き抜く瞬間の溶鋼湯面高さｈ_a，ｈ_bを求め、それらの精度を検証した。その結果を図２に示す。

そして、図２に示したサブランスプローブを溶鋼に浸漬する瞬間と、上昇時にサブランスプローブを溶鋼から引き抜く瞬間の溶鋼湯面高さｈ_a，ｈ_bより、下記(1)式を用いて当該チャージにおける溶鋼湯面高さｈを求めた。

ｈ=α×ｈ_a＋（１−α）×ｈ_b＋Δｈ，０≦α≦１ …(1)

上記(1)式において、Δｈは吹錬開始前等の静止浴での溶鋼湯面高さを測定した結果と、吹錬中にサブランスプローブを溶鋼に浸漬する瞬間や上昇時に溶鋼湯面から引き抜く瞬間に測定した溶鋼湯面高さとのずれの平均値を表す。このΔｈは、計算により推定することもできるが、今回はバックデータとして静止浴と動浴の両方を測定した結果から求めた。

本実施例では、サブランスプローブの溶鋼への浸漬時と、サブランスプローブの上昇時で標準偏差の比が６：４であったため、上記(1)式においてα＝０．６とし、Δｈについては、図２より、Δｈ＝５８mmとして当該チャージにおける溶鋼湯面高さｈを求めた。

この結果を反映して、次のチャージの溶鋼湯面の高さｙを求めるには、下記(2)式を用いた。

ｙ＝β×（溶銑の装入量）＋γ …(2)

ここで、(2)式中の定数βとγは、過去５０チャージ分の溶銑の装入量と湯面高さの関係の回帰線から求めた。この時、１チャージ前を１０倍、２チャージ前を５倍として重みをつけて、直近の炉形状情報などを強く反映できるようにした。

本発明方法を用いて吹錬を行った場合の脱炭酸素効率のばらつきを図３に示す。図３には、比較として、１日１回溶鋼湯面高さレベルの測定専用のプローブで吹錬前に湯面測定を行い修正した従来方法も併せて示した。

図３より明らかなように、従来方法と比較して、本発明方法を用いて吹錬した場合は、脱炭酸素効率のばらつきが減少した。その結果、図４に示したように、従来方法の場合のスタティックモデルにおける推定炭素濃度[C]に対する標準偏差σは０．１７％であったものが、本発明の方法の場合の標準偏差σは０．１４％となって吹錬の再現性が向上した。

更に、従来方法と、本発明の比較方法と、本発明方法を用いて求めた溶鋼湯面高さで吹錬した場合のサイクルタイムとスタティックモデルにおける推定炭素濃度[C]との誤差を求めた。

従来法は、１日１回溶鋼湯面高さを測定した従来例１と、毎チャージ毎吹錬前に溶鋼湯面高さを測定した従来例２について求めた。また、比較法は、吹錬中、サブランスプローブの溶鋼への浸漬中に測定した酸素起電力から溶鋼湯面高さを求めた比較例１と、吹錬中、サブランスプローブを溶鋼から引き抜く際の上昇中に測定した酸素起電力から溶鋼湯面高さを求めた比較例２について求めた。

一方、発明法は、吹錬中、サブランスプローブの溶鋼への浸漬中と溶鋼から引き抜く際の上昇中に測定した酸素起電力から溶鋼湯面高さを求めた発明例１と、発明例１における酸素起電力の測定時における溶鋼中のC濃度が共に０．１０質量％〜０．３５質量％の間になるよう制御した発明例２について求めた。

その結果を下記表１に示す。下記表１中のサイクルタイムの評価は、従来例１を基準として、サイクルタイムが増加した場合を×、増加しない場合を○とした。また、スタティックモデルに対する誤差の評価は、スタティックモデルにおける推定炭素濃度[C]に対する標準偏差σが０．１３％以下の場合を◎、０．１３％を超え、０．１４％以下の場合を○、０．１４％を超え、０．１５％以下の場合を△、０．１５％を超える場合を×とした。また、総評は、サイクルタイムが×の場合はスタティックモデルにおける誤差の評価に拘わらず×、サイクルタイムが○の場合はスタティックモデルにおける誤差の評価を総評とした。

表１より、発明例１の場合、サイクルタイムが悪化することなく、スタティックモデルにおける推定炭素濃度[C]に対する標準偏差σは０．１４％となって、従来例１、比較例１，２よりも吹錬後における溶鋼中のC濃度の的中精度が上昇した。

また、発明例２の場合は、スタティックモデルにおける推定炭素濃度[C]に対する標準偏差σは０．１３％となって、更に吹錬後における溶鋼中のC濃度の的中精度が上昇した。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

Claims

酸素上吹きランスと転炉内の溶鋼湯面との距離を制御しつつ、該酸素上吹きランスから溶鋼への酸素供給中に、溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定可能なプローブをサブランスに装着して、溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定する転炉の吹錬方法において、
前記プローブを、さらに転炉の上方から溶鋼中へと浸漬する際と、その後、該プローブを溶鋼中から転炉の上方へと引き抜く際の両方で酸素起電力の測定が可能なプローブとして、
このプローブにより該溶鋼の温度、炭素濃度、酸素濃度のいずれか１つ以上ないしこれらの全部を測定すると同時に、
該プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と溶鋼から引き抜く瞬間の酸素起電力の変化からそれぞれの溶鋼の湯面高さを求め、求めた湯面高さを次の吹錬における酸素上吹きランスと溶鋼湯面との距離の制御に反映させることを特徴とする転炉の吹錬方法。
前記プローブを溶鋼に浸漬する瞬間と、溶鋼から引き抜く瞬間の溶鋼中のC濃度が共に０．１０質量％〜０．３５質量％の間になるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の転炉の吹錬方法。