JP2621613B2 - 上底吹転炉における終点炭素濃度制御法 - Google Patents

上底吹転炉における終点炭素濃度制御法

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JP2621613B2 JP2218469A JP21846990A JP2621613B2 JP 2621613 B2 JP2621613 B2 JP 2621613B2 JP 2218469 A JP2218469 A JP 2218469A JP 21846990 A JP21846990 A JP 21846990A JP 2621613 B2 JP2621613 B2 JP 2621613B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、転炉のダイナミック制御による吹錬終点制
御法、特に上底吹転炉による吹錬終点における炭素含有
量を酸素吹込み量および冷却材投入量を調整することに
より制御する終点炭素濃度制御法に関する。
(従来の技術) 従来の上吹転炉吹錬においても、まず終点溶鋼炭素
量、次に溶鋼温度を目標値に適中させるのが最重要課題
である。従って吹錬途中にて転炉の排ガスの流量計測と
成分分析およびサブランスによる溶鋼温度、鋼中炭素含
有量の計測を行って、それを基に吹錬条件を修正するダ
イナミック終点制御法が開発されている。
そのような制御法としては、例えば次のような方法が
ある。
(1)吹錬末期における鋼中炭素濃度計測時点から吹錬
終点までに吹込むべき酸素量と前記実測鋼中炭素濃度と
対応づける数式を提案し、該数式に基づき終点を制御す
る方法(特公昭61−54842号、同61−54843号公報)。
(2)吹錬中任意の時点で溶鋼温度と炭素量の測定値を
起点とし、時々刻々測定される排ガス流量および排ガス
分析値と送酸量、炉内投入副原料の発生ガスから溶鋼温
度変化、炭素量変化、スラグ中酸素量変化を求めて、あ
らかじめ求めていたそれぞれの変化に対する方程式から
推定した軌跡と比較して、両者の差値を少なくするよう
に制御を行い、終点目標温度と炭素量に必要な吹込酸素
量、冷却材投入量を推定し、ランス操作を行う方法(特
公昭58−56002号公報)。
(3)転炉吹錬時における排ガス中のCO、CO2およびN2
の各濃度を測定し、それらの測定値を基に転炉内におけ
るCOの2次燃焼効率を求め、予め求めておいた基準2次
燃焼効率を比較して偏差に応じて冷却材量および送酸量
を調整する方法(特開昭62−224623号公報)。
(4)吹錬期間中溶鋼炭素濃度が0.1%以上である時に
サブランスで溶鋼炭素濃度を測定し、その値から酸素濃
度を推定する、吹錬終了までに吹込まれる酸素量より溶
鋼の酸素濃度増分Δ[0]から吹錬終点の溶鋼の酸素濃
度を測定し、転炉吹錬制御方法(特開昭62−56511号公
報)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながらこれらの従来の方法では制御精度に問題
があったり、制御に要する設備が高価であるという欠点
があった。特に上底吹転炉に適用した場合、その精度に
問題があった。
すなわち、前節の(1)、(4)の方法においては吹
錬末期における底吹流量、ランスアクションの変動など
が考慮されていないので、制御精度が低くなる恐れがあ
る。
同じく(2)、(3)の方法においては、制御精度は
よいが、排ガスの成分分析をするために設備投資額が高
くなる。
かくして、本発明の目的は上底吹転炉における安価で
高精度な終点炭素含有量の制御方法を提供することであ
る。
(課題を解決するための手段) 本発明者等は上記の目的達成のため種々検討を重ねた
結果、前述の(1)の方法に着目し、昇温温度式を簡略
化し、終点酸素量と終点炭素濃度とを相関させることに
より、溶鋼温度と炭素含有量との計測データに基づいて
酸素供給量および冷却材投入量を同時に制御することが
効果的であることを知り、本発明を完成した。
ここに、本発明の要旨とするところは、上底吹き転炉
における吹錬末期の酸素消費速度を鋼中の炭素含有量の
下記(1)式の多項式で表わすこと; ここに a0、a1:操業因子に関係する定数 C:鋼中炭素含有量(重量%) Wst:溶鋼重量(t) 吹錬終点前の適当な時点においてサブランス計測によ
って得た鋼中の炭素濃度Cs、該時点から吹錬終点に至る
間の所要吹込酸素量ΔO2、吹錬終点における鋼中炭素濃
度CE、および吹錬中に投入された冷却材量Riの各実績デ
ータに基づき、前記多項式の変数の冷却材を投入しない
場合および冷却材を投入する場合の相関式を求めるこ
と; 前記多項式に基づいて、吹錬の都度、吹錬終点前の適
宜時点においてサブランス計測によって得た鋼中の炭素
濃度Cs、および目標終点炭素濃度CEとして上記時点から
吹錬終点に至るまでの所要吹込酸素量ΔO2を計算するこ
と;および 投入された前記冷却材に対して還元効率を考慮し、前
記相関式により寄与酸素量を補正してこの算出結果に基
づいて前記所要吹込酸素量を補正すること; から成る上底吹転炉における終点炭素濃度制御法であ
る。
本発明はその好適態様によれば、上底吹転炉における
吹錬終点前の適当な時点においてサブランス計測によっ
て鋼中の炭素濃度Csおよび温度Tsを測定し、終点溶鋼温
度TEを算出し、これと目標溶鋼温度TETとを比較して冷
却材の投入が必要な場合、所要冷却材量を投入するよう
にしてもよい。
上述のように冷却材投入後の所要吹込酸素量を示す炭
素濃度吹錬制御式を求めるには、まず冷却材の入らない
場合のデータをそれぞれ採取し、酸素消費速度式および
変動要因相関式を求め、次いでサブランス計測時以降の
冷却材を投入した場合のデータを採取し、冷却材の還元
率を計算し、これらの操業要因変動時の終点炭素濃度と
酸素量ΔO2の関係式を作成する。
なお、上記吹錬末期は、吹錬終了までのほゞ5分間を
いう。
本発明にかかる終点炭素濃度制御法は、より具体的に
いえば、上底吹転炉操業において、吹錬末期の酸素消費
速度および昇温速度を鋼中の炭素濃度の逆数の多項式で
表わすこと、吹錬終点前の適宜時点にてサブランス計測
によって得た鋼中炭素含有量Cs、溶鋼温度Tsより前記時
点から吹錬終点に至る間の吹込酸素量ΔO2、昇温量ΔT
ならびに該期間中に投入された鉄鉱石、スケール、Mn鉱
石などの冷却材量Ri、吹錬終点炭素濃度CEを含み、スク
ラップ配合率、吹錬末期のサブランス計測温度、底吹ガ
ス流量、ランス−湯面間距離、投入媒溶剤量を因子と
し、これらの変数の相関を表わす式を求め、吹錬の都度
予測吹錬終点前の適宜時点にてサブランス計測によって
得た鋼中炭素量、溶鋼温度より目標炭素含有量CEと目標
温度TEを与えて、上記相関式より吹錬終点までの必要な
酸素吹込み量と冷却材投入量を算出し、この算出結果に
基づいて操業を行うのである。
(作用) 冷却材の投入量は目標溶鋼温度と算出された終点溶鋼
温度との比較により行い、その冷却材投入量を考慮して
所要吹込酸素量を算出するのである。
次に本発明を添付図面を参照してさらに具体的に説明
する。
最初に本発明の吹錬制御法を第1図にフロチャートで
示す。第1図(a)には炭素濃度吹錬制御式の決定操作
例が、第1図(b)にはその式を利用した実操業の操作
例が説明されている。
第1図(a)からも明らかなように、本発明によれば
あらかじめダイナミック制御式、つまり酸素消費速度式
を定め、一方、過去の操業実績から終点酸素と終点炭素
濃度との関係式を求め、それに基づいて上記制御式を補
正するのである。
すなわち、第1図(a)に示すように、吹錬末期の酸
素消費速度(溶鋼1t当り)を次式のようにおく。
ここに a0、a1:前節の操業因子に関係する定数 C:鋼中炭素含有量(重量%) Wst:溶鋼重量(t) である。
ザブランス計測時の鋼中炭素含有量Cs(%)より吹錬
終点での鋼中炭素含有量CE(%)まで積分すると脱炭に
必要な原単位F0(Nm3/t)は F0(Cs,CE)=a0(Cs−CE)+a1log(Cs/CE) ・・・(2) である。ここで式(2)においてサブランス計測時より
終点に至るまでの間、冷却材を投入しなかった場合の過
去の吹錬実績データからのF0、Cs、CEをそれぞれ代入
し、a0、a1の最適値を決める。
次に、従来は余り考慮されることのなかった操業要因
との関係式を下式のように定量化する。
ここで、 F0(Cs,CE):サブランス計測後の酸素消費量 Xi:吹錬要因変数 Xik:吹錬要因変数基準値 F0′(Cs,CE):式(2)の右辺にa0、a1を代入して求
めた値 FBO:は直近40チャージの実績に基づく定数 である。
吹錬要因変数(Xi)は、ランス湯面間距離、サブラン
ス計測時の溶鋼温度、吹錬前および吹錬前と吹錬中に投
入した換算CaO量、底吹ガス流量等によって決まる変数
であり、従来これらの変数を考慮することはなかった。
式(3)に式(1)の場合と同様にして実績データを
代入して影響係数hoiの最適値を求める。
本発明の好適例によれば、Xiは次のように表示され
る。
h0生石灰(x投入生石灰−X装入生石灰基準値) +h0 S/L温度(XS/L温度−XS/L温度基準値) +h0底吹ガス(X底吹ガス量−X底吹ガス量基準値) +h0ランス湯面(Xランス湯面間距離 −Xランス湯面間距離基準値) ところで、目標溶鋼温度の制御も実際上から必要であ
って、これを制御する重要な因子として冷却材の投入量
がある。したがって、冷却材を投入した場合には、その
点からの所要吹込酸素量の補正が必要となる。
まず、昇温速度dT/dCを次式のようにおく。
ここで(T:溶鋼温度℃)である。
サブランス計測時の鋼中炭素含有量Cs(%)より吹錬
終点での鋼中炭素含有量CE(%)まで積分すると昇温量
ΔTは、 ΔT=TE−T0=b0(Cs−CE)+b1log(Cs/CE) ・・
(5) となる。TEは終点溶鋼温度、T0はサブランス計測時の溶
鋼温度である。
ここで、前述と同様にして式(5)に吹錬実績データ
ΔT,Cs,CEを代入し、b0、b1の最適値を決める。次に操
業要因との関係式を下式のように定量化する。
ここに、 ΔT:サブランス計測後の昇温量(℃) ΔT′:式(5)の右辺にb0、b1を代入して求めた値 FBT:直近40チャージの実績に基づく係数 hTi:影響係数 である。
吹錬変動要因については酸素原単位の場合と同様であ
る。これにより制御精度が大幅に改善される。
次に、同様にサブランス計測時より終点に至るまでの
間、冷却材を投入した場合の吹錬データおよび先に決め
たa0〜a1、b0〜b1、hoi、hTiの値を用いて次のようにし
て所要吹込酸素量(F0)および溶鋼温度変化量、つまり
昇温量ΔTが求められる。
ここで、γoiは冷却材の還元率にあたる係数であり、
Riは冷却材の原単位である。
なお、実際には実績Riよりこれらγoi、γTiの最適値
を求める。
これらのデータに基づいて炭素濃度吹錬制御式を最終
的に決定する。
次に、第1図(b)のフローチャートを参照しなが
ら、本発明による終点制御法についてその具体的操作順
序を述べる。
吹錬鋼種毎に終点目標炭素量(CET)、終点目標温度
(TET)が定まっている。吹錬中サブランスにより測定
された溶鋼炭素量Csおよび溶鋼温度Tsに基づき、まず式
(6)に基づきTs、Cs、CETを与え、TEを求める。
ここで、TE>TETの場合、スケールまたは鉄鉱石など
の冷却材を投入する指示を出す。スケール投入量、鉄鉱
石投入量は式(8)より決定するが、スケール投入量が
10kg/tを越える場合は残量を鉄鉱石投入指示とすれば吹
錬中に冷却材投入が可能である。
次にこの指示投入スケール量と鉄鉱石量の酸素分を式
(7)を用いて所要上吹酸素量F0を計算し、吹錬吹止め
タイミングを決定する。
また、TE=TETの場合、冷却材投入指示は出さず、上
記と同様に式(3)より必要上吹酸素量F0を計算する。
また、TE<TETの場合、式(6)にTET、Ts、Csを代入
して最終目標炭素濃度CETを再修正する。次に求められ
たCETを用いて必要上吹酸素量F0を式(3)によって計
算する。
こうして得られた投入冷却材量および所要上吹酸素量
に基づき、吹錬を終了させる。
吹錬終了と同時にサブランスにより終点温度と終点炭
素量を測定し、式(7)、式(8)のFBO、FBTを更新
し、次回の吹錬を行う。
次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明す
る。
(実施例) 本発明にかかる制御法による250T上底吹転炉での実施
例を示す。
まず酸素消費曲線および昇温速度式(2)、(3)、
(5)、(6)、(7)、(8)の係数は150チャージ
の実績結果を基に最適値を求めたところ第1表のように
なった。
上記係数に基づくオフラインでの吹錬計算結果は第2
図(a)、(b)に示す通り、酸素原単位適中率±1.0N
m3/tに90.2%、温度適中±12℃以内に86.3%で同時的中
率は84.3%であった。
これらの係数をもとに吹錬制御した適中精度を第3図
(a)、(b)に示す。終点[C]適中は±0.02%以内
に90.2%、温度適中±12℃以内に82.3%で同時適中は、
82.3%であった。
本吹錬制御法により安価な手段で高精度な吹錬適中が
達成でき、吹錬操業が迅速となり無倒炉出鋼比率が大幅
に向上した。
(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明方法によれば、吹錬
終点炭素量を低コストと高精度で制御でき、成分外れ防
止、無倒炉−発吹錬迅速出鋼が可能となり、生産能率の
向上、品質向上、耐火物原単位の削減に大きく寄与する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は、本発明の吹錬制御法のそれぞ
れ炭素濃度吹錬制御式決定および実操業での制御操作の
フロチャートを示す。 第2図(a)、(b)は、それぞれサブランス計測時よ
り終点までの酸素原単位と温度上昇の推定値と実績値と
のオフライン解析による比較を示すグラフである。 第3図(a)、(b)は、それぞれ終点炭素濃度と終点
温度とのオンラインでの的中精度を示すグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 小平 貢 茨城県鹿島郡鹿島町大字光3番地 住友 金属工業株式会社鹿島製鉄所内 (56)参考文献 特公 昭61−54842(JP,B2) 特公 昭61−54843(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上底吹き転炉における吹錬末期の酸素消費
    速度を鋼中の炭素含有量の下記(1)式の多項式で表わ
    すこと; ここに a0、a1:操業因子に関係する定数 C:鋼中炭素含有量(重量%) Wst:溶鋼重量(t) 吹錬終点前の適当な時点においてサブランス計測によっ
    て得た鋼中の炭素濃度Cs、該時点から吹錬終点に至る間
    の所要吹込酸素量ΔO2、吹錬終点における鋼中炭素濃度
    CE、および吹錬中に投入された冷却材量Riの各実績デー
    タに基づき、前記多項式の変数の冷却材を投入しない場
    合および冷却材を投入する場合の相関式を求めること; 前記多項式に基づいて、吹錬の都度、吹錬終点前の適宜
    時点においてサブランス計測によって得た鋼中の炭素濃
    度Cs、および目標終点炭素濃度CEとして上記時点から吹
    錬終点に至るまでの所要吹込酸素量ΔO2を計算するこ
    と;および 投入された前記冷却材に対して還元効率を考慮し、前記
    相関式により寄与酸素量を補正してこの算出結果に基づ
    いて前記所要吹込酸素量を補正すること; から成る上底吹転炉における終点炭素濃度制御法。
  2. 【請求項2】上底吹転炉における吹錬終点前の適当な時
    点においてサブランス計測によって鋼中の炭素濃度Csお
    よび温度Tsを測定し、終点溶鋼温度TEを算出し、これと
    目標溶鋼温度TETとを比較して冷却材の投入が必要な場
    合、所要冷却材量を投入して、請求項1によって求めら
    れた所要吹込酸素量によって吹錬操作を制御することか
    ら成る上底吹転炉における終点炭素濃度制御法。
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