JP2015129319A - 溶銑の脱りん処理における操業条件変更の判断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転炉型反応容器での脱りん処理を行うに際して、排ガスから当該脱りん処理の状況を判断して、脱りん処理の操業条件を変更して適正化を図ることができるようにする。【解決手段】転炉型の反応容器を用いて溶銑の脱りん処理を行うに際し、当該脱りん処理における操業条件変更を判断する方法であって、（１）〜（３）に基づいて変更を判断する。（１）吹錬時に発生する排ガス流量時間変化度ａを「ａ＝（Ｑ（ｔ＋Δｔ）−Ｑ（ｔ））?Δｔ」に基づき求める。（２）所定の脱りん濃度以下とすることができたチャージでの前記排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルを求める。（３）脱りん処理時におけるチャージで得られるパワースペクトルが、予め工程（２）で求めたパワースペクトルと異なる場合に操業条件変更を行う。ただし、Ｑは排ガス流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）、Δｔは時間間隔（ｓｅｃ）である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、転炉型の反応容器を用いた溶銑の脱りん処理に関し、当該脱りん処理における操業条件変更の判断方法に関する。

従来より、溶銑の脱りん処理では、当該溶銑が装入された反応容器に脱りん剤を供給すると共に酸素を供給することにより、溶銑に含まれるりんを除去している。
このような脱りん処理に関する技術として、特許文献１〜特許文献３に示すものがある。
特許文献１は、滓化状況促進により脱りん反応がよく進行した際のスロッピング現象を防止することを目的としたもので、転炉から排出された排ガスの圧力変動、排ガスの流量変動または排ガス中の一酸化炭素もしくは、二酸化炭素の濃度変動のうち、いずれか１つ以上の変動周期を検知して転炉の炉況を判定し、変動周期に基づいて前記転炉に設けられた酸素吹き込みランスの高さ、または吹き込み酸素流量を制御している。

特許文献２は、スロッピングを高い精度で予測することを目的としたもので、吹錬によって発生する排ガスの流量波形をその形状に応じてｎ種類の波形パターンに分類し、このようにして分類した前記波形パターンをスロッピングの可能性の程度に応じてｎ段階に評価付けし、吹錬期間全体を複数段に分割し、各段毎にそのときの脱炭酸素効率と経験基準値とを比較して、各段毎にスロッピングの可能性をｎ段階に評価付けし、溶銑の種類、溶銑温度、溶銑成分等の溶銑条件からスロッピングの可能性を知識処理によってｎ段階に評価付けし、前記排ガス流量波形、前記脱炭酸素効率および前記知識処理によるスロッピングの可能性の評価値に吹錬の進捗に応じて重み付けを施し、次いで、このようにして重み付けを施したそれぞれの評価値を足し合わせてスロッピングの可能性を予測している。

特許文献３は、多くのパラメータを使用せずに簡単な調整でスロッピング発生タイミングを高精度に予測することを目的としたもので、転炉設備における精錬の全期間にわたって入手できる各種情報をデータ収集処理部２で一定周期で収集し、収集した情報から排ガス流量の波形状態によるスロッピング発生状態値と脱炭酸素効率の波形状態によるスロッピング発生状態値及び溶銑条件と操業条件によるスロッピング発生状態値を算出し、算出した各スロッピング発生状態値と副原料投入量及び吹錬進捗度合からニューラルネットワークによりスロッピング発生確率とそのスロッピング規模を算出してスロッピングを予測している。

スロッピングを抑制しつつ脱りん処理を行う技術を開示する特許文献１〜３の他に、特許文献４〜６の技術が開示されている。この特許文献４〜６は、脱りん処理においてフォーミングを抑制する技術である。

特開昭５７−９８１４号公報 特開平５−２２２４３０号公報 特開２０００−１４４２２９号公報 特開昭６１−４８７３７号公報 特開昭６０−２３４９１１号公報 特開昭５４−３３７９０号公報

脱りん処理においては、目的とする品質の溶鋼を得るためには吹錬条件を適正に制御する必要がある。しかしながら、吹錬開始時の操業条件（スタティックコントロール）によっては、目的とする品質が得られない場合や、吹錬状況（炉内反応状況）が思わしくない場合がある。この時、操業条件を処理途中で適正化（ダイナミックコントロール）することで、品質安定化や吹錬安定化を図ることがある。

ダイナミックコントロールを行うに際しては、脱りん処理中に操業条件を変更する必要性を判断することがある。このような判断に有益な技術は、上記した特許文献１〜６には開示されてはいない。
例えば、特許文献１では、脱りん処理で行われる手法であるソフトブロー化の手段として、酸素流量低減やランス高さ上昇が開示されているが、酸素流量低減とランス高さ上昇の効果が異なるにも関わらず酸素流量低減とランス高さ上昇の操業が区別されておらず、更に吹錬条件の適正化を図ることは困難である。一方で、特許文献２〜６は、スロッピング現象を捉えたり、スロッピングを抑制したり、フォーミングを抑制する技術であって、転炉型反応容器での脱りん処理における吹錬状況を的確に判定して操業条件を変更するという技術ではない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、転炉型反応容器での脱りん処理を行うに際して、当該脱りん処理の状況変化を判断して、溶銑の脱りん処理途中における操業条件変更の判断方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転炉型の反応容器にランスを挿入し、挿入したランスから酸素を吹き込むことで溶銑の脱りん処理を行うに際し、当該脱りん処理における操業条件変更を判断する方法であって、下記（１）〜（３）に基づいて変更を判断することを特徴とする。
（１）吹錬時に発生する排ガス流量時間変化度ａを式（１）に基づき求める。
（２）所定の脱りん濃度以下とすることができたチャージでの前記排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルを求める。
（３）脱りん処理時におけるチャージで得られるパワースペクトルが、工程（２）で求めたパワースペクトルと異なる場合に、前記脱りん処理時におけるチャージで得られたパワースペクトルの形状に応じてランス高さ及び／又は酸素流量に関する操業条件の変更を行う。

ａ＝（Ｑ（ｔ＋Δｔ）−Ｑ（ｔ））÷Δｔ ・・・（１）
ただし、
Ｑ：排ガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）
Δｔ：時間間隔（ｓｅｃ）

本発明によれば、転炉型反応容器での脱りん処理を行うに際して、排ガスから当該脱りん処理の状況を判断して、脱りん処理途中において操業条件を変更して適正化を図ることができる。

脱りん処理を行う反応容器（転炉）の全体図である。 操業条件変更の判断を行う流れを示すフローチャートである。 時間間隔Δｔと、排ガス流量時間変化度ａの最大値及び最小値との関係を示す図である。 滓化良好のチャージにおけるパワースペクトルの一例を示す図である。 滓化良好のパワースペクトルにおける各評価区間での振幅面積の一例を示す図である。 滓化良好のチャージ及び滓化不良のチャージにおける評価区間と標準偏差との関係を示す図である。 実施例１〜３における変更前後のパワースペクトル及び変更前後の振幅面積を示す図である。 比較例１〜４における変更前後のパワースペクトル及び変更前後の振幅面積を示す図である。 比較例５〜８における変更前後のパワースペクトル及び変更前後の振幅面積を示す図である。 比較例９〜１２における変更前後のパワースペクトル及び変更前後の振幅面積を示す図である。 実施例及び比較例における吹錬時間と脱りん率との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
高炉等から出銑した溶銑は、製鋼工場等で様々な処理が行われる。通常、溶銑の処理として、当該溶銑中のりん等を除去する脱りん処理が行われている。この脱りん処理は、例えば、図１に示すように、転炉型の反応容器１にＣａＯを主原料とする造滓材（脱りん剤）２を供給すると共に、当該反応容器１内の装入された溶銑３に対して上吹きランス４等を介して酸素を吹き付けることによって行う。

さて、脱りん処理においては、脱りん反応を効率よく進めることが望まれており、この目的を達成するためには、炉内反応の状況に応じて、吹錬中に操業条件を変更する必要がある。また、所望の品質を有する溶銑や溶鋼を安定して得るためには、脱りん処理において、吹錬初期の状況を判断して、適切に操業条件を変更することが望ましい。例えば、吹錬を開始してから全吹錬時間の１／４を経過するまでの吹錬初期の状況を判断し、操業条件を変更する。

本発明では、転炉型の反応容器を用いて溶銑の脱りん処理を行うに際し、脱りん処理で発生する排ガスの挙動に基づいて、当該脱りん処理途中において操業条件変更を判断することとしている。なお、本発明では、脱りん処理で発生する排ガスに基づいて操業条件を判断するため、酸素を供給可能な転炉型の反応容器であれば、反応容器は、上吹き転炉、底吹き転炉、上底吹き転炉など何でもよく、酸素の供給方式、溶銑の攪拌ガス種類は何でもよい。

以下、溶銑の脱りん処理における操業条件変更の判断方法について詳しく説明する。
本発明では、図２に示すように、下記の工程（１）〜工程（３）に基づいて変更を判断している。
まず、図２の工程（１）では、吹錬時に発生する排ガス流量時間変化度ａを式（１）に基づき求める。

ａ＝（Ｑ（ｔ＋Δｔ）−Ｑ（ｔ））÷Δｔ ・・・（１）
ただし、
Ｑ：排ガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）
Δｔ：時間間隔（ｓｅｃ）
例えば、反応容器（炉体）上に設置されたフードから回収された排ガスをベンチュリ流量計にて測定する。このベンチュリ流量計は、絞り機構の排ガスの差圧、排ガス圧力、排ガス温度、排ガス成分にて、排ガス流量を補正（演算）することができる機器となっている。

詳細は後述するが、本発明では、ベンチュリ流量計で計測された排ガス流量時間変化度ａに対してＦＦＴ解析を行う。ＦＦＴ解析を行うに際しては、解析点数が多いほど解析精度が高くなるが、その反面、解析時間を要する。本発明では、吹錬中に操業条件を変更することから、操業変更を行う場合の時間的制約、即ち、測定点を多くすると操業変更のタイミングが遅くなることもある。短い時間で解析精度を上げるためには、サンプリング間隔を短くすることが有効となるが、システム上の限界がある。

このようなことを鑑み、この実施形態では、排ガス流量Ｑのサンプリング間隔、サンプリング時間は０．１ｓｅｃとし、ＦＥＴ解析の解析点は１０２４（＝２^１０）とした。
脱りん処理では、反応式（ａ）に示すように、気体酸素と溶銑中の鉄とによりスラグ中に酸化鉄が取り込まれると共に、反応式（ｂ）に示すように、スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ）と溶銑中の炭素との反応によってガスが発生する。

Ｏ_２（ｇ）＋２Ｆｅ→２ＦｅＯ ・・・（ａ）
ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ（ｇ） ・・・（ｂ）
上述した式（１）で示される排ガス流量時間変化度ａによって、両反応のどちらが優先的となっているかを評価することができる。概念的には、ａ＞０の場合、排ガス量が増加傾向を示し、ＣＯガスの発生（反応式（ｂ））が優先的になることを示している。一方、ａ＜０の場合、排ガス量が減少傾向を示し、ＦｅＯの生成（反応式（ａ））が優先的になることを示している。ａ＝０の場合は、反応（ａ）と（ｂ）がほぼ均衡状態となり、酸素の供給量とＣＯガスの発生量が同量となる傾向を示す。

実際の操業時において、式（１）で求められる値を見ると、一定の振幅を持って＋側や−側となるハンチング挙動となり、例えば、ＦｅＯの生成が進行していても、常に、ａ＜０を示すことはない。転炉を用いた吹錬では、吹錬初期は溶銑中のＣ濃度が高いため、ＣＯガスの発生が優先的に起こり易い。このため、一度、ＣＯガスの発生が優先的な定常状態となると、ＦｅＯの生成が起こりにくくなる傾向にある。即ち、ＦｅＯの生成を優先的に制御するためには、ＣＯガスの発生が優先的になる兆候を小さくする。即ち、式（１）の絶対値を小さくする制御が必要である。

さて、上述したように、式（１）に示される排ガス流量時間変化度ａによって、脱りん処理時の反応を評価することができるが、式（１）に示されるΔｔによって、排ガス流量時間変化度ａの感度が変化する。感度が過剰な場合、適正に吹錬状況を判定することができない場合がある。例えば、実際には気体酸素が適切にスラグに供給されている関わらず、即ち、ＦｅＯの生成が優先的に進んでいると判定してしまったり、スラグと溶銑の炭素との反応が適切に進んでいるにも関わらず、ＣＯガスの発生が優先的に進んでいると判定してしまう可能性がある。

そこで、非吹錬時における排ガス流量時間変化度ａとΔｔとの関係を調査し、反応が寄与していない状態での排ガス流量時間変化度ａの時間変動を確認した。その結果、時間間隔Δｔと、排ガス流量時間変化度ａの最大値及び最小値との関係は、図３に示すようになった。図３に示すように、時間間隔Δｔが５ｓｅｃ付近で安定しているため、この実施形態では、Δｔ＝５ｓｅｃを採用した。

以上のように、脱りん処理を行う毎に排ガス流量Ｑを測定して、式（１）で示される排ガス流量時間変化度ａを求める。即ち、特定チャージの吹錬時に発生する排ガス流量時間変化度ａを、特定チャージ毎に求める。
次に、図２の工程（２）では、脱りん濃度が目標値（所定の値以下）となったチャージでの排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルを求める。

複数のチャージで脱りん処理を行った場合、溶銑の脱りんが効率良く進むことにより、所定の脱りん濃度以下とすることができたチャージと、溶銑の脱りんが効率良く進まず、所定の脱りん濃度以下とすることができなかったチャージとが存在する。
即ち、脱りん処理では、スラグの滓化が良好である場合に脱りんが効率良く進み、脱りん濃度を所定以下にすることができる。一方、スラグの滓化が不良である場合には脱りんの効率が低下して、脱りん濃度を所定以下にすることができない。ゆえに、この実施形態では、炉内反応状況の見極めと、滓化不良時における滓化改善のための操業変更の条件を導出するために、複数のチャージから滓化が良好であったチャージ（滓化良好）と、滓化が不良であったチャージ（滓化不良）とを抽出する［工程（２）−１］。

また、滓化判定は、特許出願２０１３−００９３４９号に記載している滓化判定方法を用いた。具体的には、脱りん処理において、送酸素量が脱珪終期了後である１０００Ｎｍ^３から２０００Ｎｍ^３の区間での排ガス流量時間変化度ａが許容範囲Ｂｆ＝３．５を超えた回数をカウントし、そのカウント数Ｃが３回以下のチャージを滓化良好とした。なお、特許出願２０１３−００９３４９号では、サンプリング間隔を１ｓｅｃとしているが、本発明では、サンプリング間隔を０．１ｓｅｃとしている。単位サンプリング間隔当たり（１秒当たり）のカウント数とするため、本願発明では、実カウント数を１０分の１としている（例えば、０．１ｓｅｃのサンプリング間隔でカウント数が２２回の場合、サンプリング間隔１ｓｅｃ当たりの回数は２２÷１０＝２．２回となる）。

判定値Ｂ（許容範囲Ｂｆ）は、炉内反応がＦｅＯの生成促進に移行する傾向にあるのか、ＣＯガスの発生が優先的になるのかを判断する指標であって、排ガス流量時間変化度ａが取り得る範囲内の値である。
カウント数Ｃは、判定値Ｂ（許容範囲Ｂｆ）を超えた回数であって、排ガス加速度のサンプリング間隔によってカウント値が変わる。即ち、カウント数Ｃは、優先性の変化の兆候が現れた積算回数を示すものである。なお、上述したように、排ガス流量時間変化度ａは、正の値や負の値をとるが判定をするにあたっては正の値を用いた。

脱りん処理中では、溶銑中のＳｉや脱りん処理時に投入したＦｅ−Ｓｉ合金中のＳｉが酸化してＳｉＯ_２に変化し、酸素が消費される。即ち、脱りん処理の初期では、炭素Ｃよりも珪素Ｓｉが優先的に反応して脱珪反応が進む。例えば、溶銑中のＳｉが０．３質量％、銑量が２５０ｔｏｎ、上吹き酸素の８０％が脱珪反応（Ｓｉの酸化）に寄与するとすると、脱珪期に消費される酸素は、「Ｓｉ濃度×溶銑量÷珪素の分子量×１ｍｏｌ体積×１０÷０．８」により、７５０Ｎｍ^３となる。

表１は、上述した方法で、滓化良好となったチャージである実施例、即ち、実施例Ａ〜実施例Ｉの９チャージを抽出した例を示している。この実施例Ａ〜実施例Ｉは、吹錬中に酸素流量、ランス高さ等の吹錬条件の変更を行わずに脱りん処理することができたチャージである。

また、送酸素量が脱珪が終了したとみなせる１０００Ｎｍ^３から、２０００Ｎｍ^３の区間での排ガス流量時間変化度ａが許容範囲Ｂｆ＝３．５を超えた回数をカウントし、そのカウント数が５回を超えるチャージを滓化不良とした。
表２は、滓化不良となったチャージである比較例、即ち、比較例Ｊ〜実施例Ｔの１１チャージを抽出した例を示している。この比較例Ｊ〜実施例Ｔは、吹錬中に酸素流量、ランス高さ等の吹錬条件の変更を行うことで脱りん処理することができたチャージである。

さて、スラグの滓化を促進するためには、上底吹き条件、副原料配合量のバランス等が重要であり、バランスが悪い場合に滓化不良となり、吹錬中に操業変更する必要が生じる。そこで、上述したように、滓化不良と滓化良好との状態を把握するため、滓化不良時での排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルと、滓化良好時での排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルとを求める。即ち、排ガス流量時間変化度ａにおけるパワースペクトル形状（特定周波数と振幅との関係）に着眼するため、ＦＦＴ解析を実施する［工程（２）−２］。

転炉型の反応容器における排ガス流量の挙動は、炉口の地金付着物による排ガス吸込み口の形状変化や、フード圧力やフード高さ、更には吸込通風機（Induced Draft Fan, IDF）の回転等の外乱要因の影響を受ける。ＦＦＴ解析（フーリエ解析）することにより、これらの外乱要因による排ガス挙動の変動と、炉内反応によって生成するガス挙動を分離することが可能となる。

また、ＣＯガス（排ガス）の発生は、上吹きＯ_２による溶銑の直接酸化以外にも、スラグと溶銑との界面で発生したＣＯガスがスラグ層を上昇し、スラグと大気との界面からの破泡により起こる。このため、排ガスの挙動は、スラグと溶銑との界面での反応性、スラグ層におけるＣＯガスの上昇特性、即ちスラグの粘性、スラグと大気との界面での破泡特性（表面張力やガス気泡径）に依存する。

具体的には、ガス気泡が破泡した際に排ガス量が瞬時的に増加するため、排ガス流量や排ガス流量の時間変化に周期性を持つ。この排ガス流量の時間変化をＦＦＴ解析することでガス気泡挙動を解析することができる。また、ガス気泡挙動はスラグ性状（滓化状況）と関係が深く、排ガス流量の時間変化をＦＦＴ解析することが滓化状況の解析に有効である。

このようなことから、排ガス流量時間変化度ａのＦＦＴ解析を行い、パワースペクトル、即ち、特定周波数と振幅の関係を求めるようにする。
具体的には、脱りん処理における脱珪期では、上述したように、溶銑等に吹き付けた上吹き酸素は、主に、溶銑中のＳｉやＳｉ合金の酸化に消費されるため、ＣＯガス発生には
直接影響をしない期間である。そこで、スラグの滓化を評価するためには、脱珪期以降に行う必要がある。この実施形態では、上吹き酸素の合計が吹錬を開始してから約１０００Ｎｍ^３に達するまでは脱珪期であるため、ＦＦＴ解析を行うに際しては、脱珪期以降における排ガス流量時間変化度ａのデータを用いる。

さらに詳しくは、吹錬を開始してから１００ｓｅｃ後に脱珪期が終わるとし、吹錬開始後の排ガス流量時間変化度ａのデータを用いた。フーリエ変換する為のデータ数は、１０２４点、即ち、１０２．４ｓｅｃ間とし、吹錬開始後、１００ｓｅｃ〜２０２．４ｓｅｃの排ガス流量時間変化度ａの波形をＦＦＴ解析した。例えば、滓化良好のチャージにおけるパワースペクトルを求めると、図４に示すようになった。

ここで、滓化良好のチャージにおけるパワースペクトルと、滓化不良のチャージにおけるパワースペクトルとを直接比較することによって、脱りん処理中の吹錬が滓化不良であるか、滓化良好であるかを検討することが可能である。しかしながら、排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルの形状をそのまま比較することは難しい。
そこで、本発明では、パワースペクトルを所定の周波数区間（評価区間）に区切り、この周波数区間（評価区間）での振幅面積で、滓化良好のチャージにおけるパワースペクトルと、滓化不良のチャージにおけるパワースペクトルとを比較することとしている。

具体的には、図４に示すように、滓化良好のチャージにおけるパワースペクトルを見ると、周波数が０．２Ｈｚの周期（ｎ／Δｔ（ｎ＝整数））でスペクトル形状が変化していると考えられるため、０．２Ｈｚの周期を評価区間とした。即ち、パワースペクトルにおいて、０〜０．２Ｈｚ、０．２〜０．４Ｈｚ、０．６〜０．８Ｈｚ、０．８〜１．０Ｈｚのそれぞれを評価区間とした。

つまり、滓化良好時におけるパワースペクトルの各周波数区間（評価区間）の振幅面積の取りえる範囲を確認する［工程（２）−３］。また、滓化不良時におけるパワースペクトルの各周波数区間（評価区間）の振幅面積の取りえる範囲を確認する［工程（２）−４］。
表１に示すように、実施例Ａ〜実施例Ｉにおける滓化良好のチャージでは、当該チャージにおけるパワースペクトルの評価区間を０〜０．２Ｈｚ、０．２〜０．４Ｈｚ、０．６〜０．８Ｈｚ、０．８〜１．０Ｈｚとし、各区間における振幅面積を求め。各評価区間での振幅面積の平均値、標準偏差を求めた。

表２に示すように、比較例Ｊ〜実施例Ｔにおける滓化不良のチャージでも、滓化良好と同じ評価区間を設定して、各区間における振幅面積を求め。各評価区間での振幅面積の平均値、標準偏差を求めた。滓化良好のチャージ及び滓化不良のチャージにおける振幅面積の標準偏差を整理すると、図６に示す結果となった。図６に示すように、周波数が０．６〜０．８Ｈｚ、０．８〜１．０Ｈｚでは、滓化良好と滓化不良との間で標準偏差に大きな開きはなく、０〜０．２Ｈｚ、０．２〜０．４Ｈｚ、０．４〜０．６Ｈｚで有意な差が認められたことから、この３つの区間で、滓化評価を行う。

次に、滓化良好時におけるパワースペクトルの各評価区間の振幅面積と、滓化不良時におけるパワースペクトルの各評価区間の振幅面積とを比較して、滓化良好と滓化不良との差異基準を導出する。言い換えれば、滓化良好時と滓化不良時の各周波数区間の振幅面積の取りえる範囲から、滓化不良・良好の差異基準を導出する［工程（２）−５］。
表１及び表２に示すように、第１評価区間（周波数：０〜０．２Ｈｚ）では、振幅面積の最大値が０．０７３９以下であるとき、滓化良好であり、第２評価区間（周波数：０．２〜０．４Ｈｚ）では、振幅面積の最大値が０．０３４８であるとき、滓化良好であり、第３評価区間（周波数：０．４〜０．６Ｈｚ）では、振幅面積の最大値が０．０２１０以下であるとき、滓化良好である。滓化良好のパワースペクトルにおける各評価区間での振幅面積の最大値は、例えば、図５に示すものとなった。

各区間における振幅面積の閾値（基準値）をまとめると、表３に示す値となる。

以上のように、滓化良好のチャージ及び滓化不良のチャージにおけるパワースペクトルを求めて、パワースペクトルの所定の周波数区間毎に振幅面積の最大値を整理することに
より、排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルから滓化良好と、滓化不良とを判断することができる。
さて、脱りん処理中、即ち、脱りんの吹錬中における最適な操業条件を求める。そして、最適な操業と、上述した滓化良好のパワースペクトルとの組み合わせを求める。言い換えれば、別調査により、吹錬中に適正な吹錬条件（上底吹き条件、副原料配合条件のバランス）に制御するための操業変更の指針を求め、滓化不良状態から滓化良好状態に変化したパワースペクトルと操業条件の組み合わせを見出す［工程（２）−６］。

例えば、脱りん処理中において、滓化不良状態から上吹きランスを上昇させて滓化良好にすることができた場合は、上吹きランスを上昇させた際の操業条件（例えば、上吹きランスの上昇量）と、滓化不良のパワースペクトルとの組み合わせを求める。或いは、脱りん処理中において、滓化不良状態から上吹きランスを下降させて滓化良好にすることができた場合は、上吹きランスを下降させた際の操業条件（例えば、上吹きランスの下降量）と、滓化不良のパワースペクトルとの組み合わせを求める。また、脱りん処理中において、滓化不良状態から酸素流量を変化させて滓化良好にすることができた場合は、酸素流量を変化させた際の操業条件（例えば、酸素流量の増減値）と、滓化不良のパワースペクトルとの組み合わせを求める。

以上の事項が、上述した工程（１）及び工程（２）は、脱りん処理を操業する前に過去の操業実績等から整理して、滓化不良時のパワースペクトルと操業条件とを求める「事前調査」である。事前調査で求めたパワースペクトル及び操業条件を用いて、脱りん処理時での操業条件の変更を行う。
工程（３）では、脱りん処理時におけるチャージで得られるパワースペクトルが、予め工程（２）で求めた滓化不良時のパワースペクトルに応じた操業条件変更を行う。

具体的には、脱りん処理、即ち、吹錬を開始後、１００〜２０２．４ｓｅｃの間で、式（１）で求めた排ガス流量時間変化度ａのデータを用いて、パワースペクトルを求める。そして、パワースペクトルの各評価区間での振幅面積を求め、各評価区間の振幅面積が上述した基準値を満たしているか否かを判定する［工程（３）−１］。即ち、チャージ吹錬の脱硅終了後から所定時間までにおいて、パワースペクトル形状が、滓化良好状態であるかを判定する。

ここで、各評価区間での振幅面積が基準値を満たしていない場合、事前調査から操業条件を変更することで、滓化良好となった操業条件を抽出して、抽出した操業条件に操業を変更する［工程（３）−２］。即ち、滓化不良であるため、吹錬条件の変更が必要と判断し、パワースペクトルに応じた操業条件に変更する。一方、各評価区間での振幅面積が基準値を満たしている場合には、操業条件、即ち、吹錬条件の変更を行わない［工程（３）−３］。即ち、吹錬条件の変更は不要と判断する。

表４は、脱りん処理において操業条件の変更を行った実施例及び比較例をまとめたものである。

まず、脱りん処理の実施条件について説明する。
反応容器は、２５０ｔｏｎクラスの上底吹き転炉とし、上底吹き転炉内に施工した耐火物は、ＭｇＯ−Ｃ耐火物である。溶銑の装入量は２５０〜２７５ｔｏｎである。鋼種は、吹き止めＣ濃度が０．５質量％以上の高炭素鋼とし、脱りん処理を進めながら脱炭処理も行う脱炭脱りん吹錬を実施することとした。吹錬前の溶銑において、Ｃ濃度は４質量％、Ｐ濃度は０．０１〜０．０３質量％、Ｓｉ濃度は０．０１〜０．０４質量％である。吹錬後の溶銑において、Ｃ濃度は０．５〜０．９質量％、Ｐ濃度は０．００４〜０．０２５質量％である。副原料は、ＣａＯ源として焼石灰を用い、ＳｉＯ_２源は、溶銑中のＳｉ、投入するＦｅ−Ｓｉ合金、硅石である。なお、Ｆｅ−Ｓｉは、昇熱剤として用い、硅石は塩基度調整剤として用いた。また、耐火物の保護のために、軽焼ドロマイトを装入し、温度調整のために、鉄源としてミルスケールや鉄鋼石を装入した。

上吹き条件として、吹き込みの酸素流量は、６５０Ｎｍ^３／ｍｉｎ（２．３〜２．６Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ）とした。吹錬時のランス高さは、溶銑の浴面から３１０ｃｍとした。
上吹きランスの酸素を吹き込むノズル数は６孔とし、ノズルの出口直径は５５ｍｍとし、傾角は １５°とした。攪拌動力密度 εＴ＝１〜３ｋｗ／ｔｏｎとした。
底吹きガス流量は、６〜１４Ｎｍ^３／ｍｉｎ（０．０２〜０．０６Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔ）とした。底吹きの羽口のノズル数は４孔とし、底吹きガスは、Ｎ_２、Ａｒ、ＣＯ のいずれかとした。攪拌動力密度 εＢ＝０．１５〜０．２５ｋｗ／ｔｏｎとした。

攪拌動力密度 εＴや攪拌動力密度 εＴは、式（２）及び式（３）で求めた。式（２）は、「甲斐ら（鉄と鋼，６８（１９８２），１９４６）」に示されているもので、式（３）は、「森ら（鉄と鋼，６７（１９８１），６７２）」に示されているものである。

図８及び表４を用いて、操業結果について説明する。
実施例１では、操業条件の変更前では、第１評価区間の振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスから吹き付ける酸素流量を１００Ｎｍ^３／ｍｉｎを減少させると、図８に示すように、操業条件の変更後では、第１評価区間の振幅面積は基準を満たし、スラグの滓化性を良好に変更することができた。

実施例２では、操業条件の変更前では、第１評価区間及び第２評価区間での振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスの位置を１０ｃｍ下げる（−１０ｃｍ）と、図８に示すように、業条件の変更後では、第１評価区間及び第２評価区間の振幅面積は基準を満たし、スラグの滓化性を良好に変更することができた。
実施例３では、操業条件の変更前では、第１評価区間〜第３評価区間での振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスの位置を１０ｃｍ上げる（１０ｃｍ）と、図８に示すように、操業条件の変更後では、第１評価区間〜第３評価区間の振幅面積は基準を満たし、スラグの滓化性を良好に変更することができた。

一方、比較例１〜比較例４では、第１評価区間の振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスから吹き付ける酸素流量を減少させたり、上吹きランスの位置を変更させたが、図９に示すように、第１評価区間の振幅面積は基準を満たすことはなく、スラグの滓化性を良好にすることができなかった。
比較例５〜比較例８では、第１評価区間及び第２評価区間の振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスから吹き付ける酸素流量を減少させたり、上吹きランスの位置を変更させたが、図１０に示すように、第１評価区間及び第２評価区間の振幅面積は基準を満たすことはなく、スラグの滓化性を良好にすることができなかった。

比較例９〜比較例１２では、第１評価区間〜第３評価区間の振幅面積は基準を満たしていない。そこで、上吹きランスから吹き付ける酸素流量を減少させたり、上吹きランスの位置を変更させたが、図１１に示すように、第１評価区間及び第２評価区間の振幅面積は基準を満たすことはなく、スラグの滓化性を良好にすることができなかった。
表５は、実施例及び比較例における吹錬時間と、脱りん率との関係をまとめたものである。

脱りん率は、溶銑の脱りん吹錬における脱りん率を示しており、脱りん率＝１−［Ｐ］_ｆ÷［Ｐ］_ｓで求めることができる。ここで、［Ｐ］_ｆは、吹錬後の溶銑中のりん濃度（質量％）、［Ｐ］_ｓは、吹錬前の溶銑中のりん濃度（質量％）である。
図１２は、吹錬時間と脱りん率との関係を示した図である。表５及び図１２に示すように、実施例では、比較例に比べて短い吹錬時間で脱りん率が向上している。
表４、５、及び図１２に示すように、実施例では、吹錬開始から酸素量が２０００Ｎｍ^３に達するまでは、滓化不良と判断されたが、操業変更によってスラグの滓化を好転することで、脱りん率を高位維持できた。

一方、比較例では、吹錬開始から操業を変更したとしてもスラグの滓化を好転することができなかった。その操業条件で吹錬を継続したチャージは、脱りん率が低く、脱りん率を上げるために酸素流量を大幅に低減させることが必要となり、通常の吹錬時間では吹錬を終えることができず、吹錬時間が延長した。つまり、酸素流量の変更等によってスラグの滓化に変化が無い場合には、強制的に酸素流量を２００Ｎｍ^３／ｍｉｎ以上低減させて、超ソフトブローすることで滓化促進を進めなければならず、吹錬時間が延長するなどの問題が発生した。

しかしながら、上述したように、本発明では、脱りん処理の吹錬中に操業条件を素早く、適正化（ダイナミックコントロール）することで、品質安定化や吹錬安定化を図ることができる。即ち、本発明では、吹錬中の早い段階で吹錬状況を判定すると共に、適正な吹錬条件に変更することで、吹錬時間を延長することなく、脱りん処理を行うことができた。つまり、本発明では、炉内でのスラグのＦｅＯの生成、溶銑からのスラグを介したＣＯガスの発生の瞬時における優先性を評価した上で、操業条件（吹錬条件）を適正化することができる。上述したように、排ガス流量の時間変化速度をフーリエ変換することにより、そのパワースペクトルの形状に応じて吹錬条件の変更をダイナミックコントロールで実施することで、目的とする溶鋼品質を得ることができる。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 転炉型の反応容器
２ 造滓材（脱りん剤）
３ 溶銑
４ 上吹きランス

Claims (1)

1. 転炉型の反応容器にランスを挿入し、挿入したランスから酸素を吹き込むことで溶銑の脱りん処理を行うに際し、当該脱りん処理における操業条件変更を判断する方法であって、下記（１）〜（３）に基づいて変更を判断することを特徴とする溶銑の脱りん処理における操業条件変更の判断方法。
   （１）吹錬時に発生する排ガス流量時間変化度ａを式（１）に基づき求める。
   （２）所定の脱りん濃度以下とすることができたチャージでの前記排ガス流量時間変化度ａのパワースペクトルを求める。
   （３）脱りん処理時におけるチャージで得られるパワースペクトルが、工程（２）で求めたパワースペクトルと異なる場合に、前記脱りん処理時におけるチャージで得られたパワースペクトルの形状に応じてランス高さ及び／又は酸素流量に関する操業条件の変更を行う。
   ａ＝（Ｑ（ｔ＋Δｔ）−Ｑ（ｔ））÷Δｔ ・・・（１）
   ただし、
   Ｑ：排ガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）
   Δｔ：時間間隔（ｓｅｃ）