JP2727486B2 - 羽口サンプリング装置、サンプリング方法及び転炉操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般には、溶湯マット
を酸化して粗銅とする転炉製錬にて使用する溶湯サンプ
リング装置及びサンプリング方法に関するものであり、
特に、造かん期に生成される白かわ、或は造銅期に生成
さる粗銅をサンプリングするのに好適に使用される羽口
サンプリング装置及びサンプリング方法に関するもので
ある。又、本発明は、このような羽口サンプリング装置
を使用した転炉の操業方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶湯マットを酸化して粗銅とする転炉製
錬は、Ｆｅを完全に酸化してスラグとして除く造かん期
と、これによって生じた白かわ（Ｃｕ₂ Ｓ）を酸化して
粗銅とする造銅期とに分かれるが、高効率にて転炉操業
を行なうには、造かん期及び造銅期を最適に制御するこ
と、即ち、転炉プロセスの解析（反応解析）が希求され
る。

【０００３】又、反応解析には、反応に関与する白か
わ、スラグ、粗銅など、溶湯のサンプリングが不可欠で
ある。

【０００４】従来、銅製錬転炉における白かわなどのサ
ンプリングは、パンチングロッド、即ち、丸鋼製細長ロ
ッドを羽口から白かわ溶湯内に挿入し、ロッド先端に凝
固付着したものを採取する方法により行なっていたが、
この方法では１回当たり回収される白かわの量は僅かで
ある上、羽口管先端近傍の白かわが採取されるため、ス
ラグの混入が著しく、転炉プロセス解析（反応解析）に
は使用できないか、或は不適であることが分かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、従来、鉄鋼業界
では、図１０に示すような、側面に溶湯取り入れ開口１
０２が形成された円筒状の紙管製容器１００を先端に備
えたサンプリングプローブを、上下駆動装置により上吹
き転炉や精製炉内に挿入し、溶湯をサンプリング後、迅
速分析し、転炉の操業を管理することが広く行なわれて
いる。

【０００６】本発明者らは、上記紙管製容器１００と同
じ形状の側面にサンプル取り入れ開口を備えた鋼製の円
筒状サンプラー１００’を作製し、転炉内の白かわを採
取することを試みた。そのために、図２に示すような転
炉１１０において、転炉内の溶湯Ｌのレベルを検尺後、
サンプラー１００’の開口部１０２’が転炉羽口１１４
と反対の炉前寄りの、溶湯表層部から約１ｍ下方位置に
来るように狙って、このサンプラー１００’を、図２に
示すように、転炉１１０の上部に開口する挿入、排出口
１１２を介して炉内へと挿入した。

【０００７】このような方法にて、スラグが僅かに混入
した白かわを採取することはできるが、転炉上部開口部
を介しての白かわのサンプリング作業は、作業が困難で
あり、頻繁に白かわのサンプリングを行なうには問題が
あることが分かった。

【０００８】そこで、本発明者らは、従来と同様に転炉
１１０の羽口１１４を利用して白かわ或は粗銅を採取す
るべく、図３及び図４に示す構造の羽口サンプリング装
置を作製して実験した。

【０００９】つまり、この羽口サンプリング装置は、図
４に示すように、鋼製ロッドとされるホルダ２の先端部
２ａにサンプリング容器（サンプラー）１を取り付けて
構成され、ホルダ２の他端２ｂは作業者のためのハンド
ルを形成するべく屈曲して作製した。

【００１０】又、サンプラー１は、図３に図示するよう
に、両端が閉鎖された内径が２０ｍｍ、長さが２５０ｍ
ｍとされる鋼製中空管からなり、この中空管の上側面
に、ホルダ２が取り付けられた端部から測って３０ｍｍ
の位置を始端として、軸線方向に反対端部へと延在す
る、溶湯を採取するための開口４を形成した。この開口
４は、軸線方向の長さ（Ｌ₀ ）が３０ｍｍ、幅（Ｗ₀ ）
が１０ｍｍの長方形に形成した。

【００１１】このサンプラー１を備えたサンプリング装
置を転炉羽口１１４より転炉１１０内へと、炉内壁より
溶湯Ｌ内の３０〜６０ｃｍ奥の位置にまで挿入した。サ
ンプラー１の開口４は予めガムテープで塞いでおいた。
このガムテープはサンプリング位置では消失し、開口４
より白かわが流入するようにした。

【００１２】この構成のサンプラー１では、図３（Ｂ）
に示すように、サンプラー１の内壁に白かわＬが付着す
る態様にて白かわの採取が行なわれるに過ぎなかった。
この原因は、開口４の面積が大きく、且つサンプラー１
の軸線方向に長く形成されているために、羽口１１４か
ら挿入されたサンプラー１内へと入った白かわが、サン
プラー１の抜き出し時に、羽口１１４を通過する際に開
口４から流入した送風で吹き飛ばされているからである
と考えられる。そのために、分析などに十分な量、例え
ば２００ｇ以上の試料を採取するにはサンプラー１の開
口４を特定の形状寸法とすること、又、採取試料をサン
プラー１内にぎっしり詰まった状態で採取するには、サ
ンプラー１を羽口から抜き出した直後に垂直に立てて採
取溶湯を冷却凝固させることが必要であることを見出し
た。

【００１３】本発明は斯る新規な知見に基づきなされた
ものである。

【００１４】従って、本発明の目的は、造かん期或は造
銅期において、転炉羽口部から白かわ或は粗銅を効率よ
く採取することのできる羽口サンプリング装置及びサン
プリング方法、並びにこの羽口サンプリング装置を使用
しての転炉の操業方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
羽口サンプリング装置、サンプリング方法及びこの羽口
サンプリング装置を使用しての転炉の操業方法にて達成
される。要約すれば、本発明は、溶湯マットを酸化して
粗銅とする転炉製錬にて白かわ或は粗銅を採取するため
の羽口サンプリング装置であって、細長ロッド状のホル
ダと、該ホルダの先端部に取り付けられたサンプラーと
を備え、前記サンプラーは、両端が閉鎖された中空管か
らなり、この中空管の上側面に溶湯を採取するための実
質的に円形或は実質的に正方形の開口が形成されたこと
を特徴とする転炉製錬にて白かわ或は粗銅を採取するた
めの羽口サンプリング装置である。又、本発明による
と、斯る構成の羽口サンプリング装置を転炉羽口から炉
内に挿入し、次いで抜き出し後、直ちにサンプラーの先
端が下に来るようにして垂直に立てて、採取した白かわ
溶湯を凝固させることを特徴とする溶湯羽口サンプリン
グ方法が提供される。

【００１６】更に又、本発明によれば、上記羽口サンプ
リング装置を使用した転炉操業方法が提供される。つま
り、転炉操業方法は、羽口サンプリング装置にて転炉羽
口から白かわ或は粗銅を採取する工程、（ｂ）サンプラ
ーを切断し、採取した試料を蛍光Ｘ線で分析する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の分析結果に基づいて現在の転炉
プロセスにおける反応解析を行なう工程、（ｄ）前記
（ｃ）工程の反応解析結果により、反応の進行状況や、
反応の終点を把握し、必要に応じて転炉プロセスを終了
する工程、を有して構成される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る羽口サンプリング装置、
サンプリング方法、及びこの羽口サンプリング装置を使
用しての転炉の操業方法を図面に則して更に詳しく説明
する。

【００１８】本発明に係る羽口サンプリング装置も又、
図４に示すように、鋼製ロッドとされるホルダ２の先端
部２ａにサンプリング容器（サンプラー）１を取り付け
て構成され、ホルダ２の他端２ｂは作業者のためのハン
ドルを形成するべく屈曲して作製される。ただ、サンプ
ラー１の構成において相違する。

【００１９】図１（Ａ）及び（Ｂ）に本発明に係る羽口
サンプリング装置の、特にサンプラー１の実施例を示
す。本発明によれば、サンプラー１は、図１（Ｃ）に図
示するように、両端が閉鎖された鋼製或はステンレス鋼
製の中空管からなり、この中空管の上側面に溶湯を採取
するための開口４が形成される点では、図３に示すサン
プラー１と同じである。しかしながら、本発明によれ
ば、この開口４は、長方形とされる代わりに、軸線方向
の長さが短くなった、実質的に正方形とされ（図１
（Ａ））、より開口面積が小さくされる点で図３のサン
プラーとは相違している。又、開口４は、図１（Ｂ）に
示すように円形或は円形に近い楕円、多角形、その他の
形状、即ち、実質的に円形とすることもできる。

【００２０】又、本発明のサンプラー１は、肉厚２〜５
ｍｍの構造用鋼管或はステンレス鋼管にて作製するのが
好適である。サンプラー１の形状寸法は、採取すべき白
かわ或は粗銅の量、及びサンプラーが挿入される羽口１
１４の大きさによって種々に変更し得るが、例えば、中
空管の内径（Ｄ）が１５〜２５ｍｍ、長さ（Ｌ）が１５
０〜３００ｍｍとされる場合に、図１（Ａ）に示すサン
プラー１に関連して言えば、開口４の幅Ｗ₀ が１０〜１
５ｍｍ 、軸線方向長さ（Ｌ₀ ）が１０〜２０ｍｍの実
質的に正方形とされるか、或は図１（Ｂ）に示すサンプ
ラー１に関連して言えば、径（Ｄ_s ）は１０〜２０ｍｍ
の円形とされ、両サンプラーにおいてホルダ２から開口
４の中心位置までの距離（Ｌ_S ）は１０〜６０ｍｍにて
良好な結果を得ることができる。

【００２１】本発明者らは、一例として、内径（Ｄ）が
２０ｍｍ 、長さ（Ｌ）が２５０ｍｍ、開口４の径（Ｄ
_S ）が１６ｍｍ、ホルダ２から開口４の中心位置までの
距離（Ｌ_S ）が４０ｍｍとされる、図１（Ｂ）に示す構
成のサンプラー１を作製し、このサンプラー１を備えた
サンプリング装置を転炉羽口１１４より転炉１１０内へ
と、炉内壁より溶湯Ｌ内の３０〜６０ｃｍ奥の位置にま
で挿入し、５秒間この状態を維持し、その後抜き出し
た。サンプラー１の開口４は予めガムテープで塞いでお
き、サンプリング位置で消失するようにした。このよう
にして白かわを採取し、サンプラー１は羽口１１４から
抜き出した後、サンプラー１の先端が下に来るようにし
て垂直に立てて、未凝固の溶体が開口４より流れ出ない
ようにした。これは、サンプラー１内に白かわがぎっし
り詰まった状態で採取するために必要である。その結
果、図１（Ｃ）に示すように、サンプラー１の先端部に
１００〜１５０ｍｍにわたり、２００〜４００ｇの白か
わがぎっしり詰まった状態にて安定して採取することが
できた。

【００２２】本発明者らの研究実験の結果によると、上
述の如くに、羽口１１４から抜き出した直後のサンプラ
ー１は、垂直に立てて採取溶湯を冷却凝固させるが、こ
のとき、図５（Ａ）に示すように、サンプラー１は、垂
直に立てた状態で水槽２０の中に浸漬し水中にて急速冷
却することにより、切断から分析迄の時間を短縮するこ
とができる。勿論、冷却水がサンプラー１の開口４から
内部へと侵入しないようにするのが重要である。

【００２３】造銅期においても、同様にして、粗銅の採
取が効率よく且つ安定して達成される。

【００２４】このようにして採取された白かわ或は粗銅
を有するサンプラーは、図５（Ｂ）に図示するように、
先端より１０〜２０ｍｍとされる適当な長さ（Ｔ）の位
置にて自動切断機で切断後、その切断面が蛍光Ｘ線で精
度良く迅速に分析される。特に、蛍光Ｘ線分析に適した
切断面を得るには、水冷されたサンプラー１を、約２０
秒かけて湿式切断するのが好ましい。湿式切断には、例
えば卓上自動切断機（ストルアス社製の商品名「ディス
コトム−２」）が好適に使用される。又、蛍光Ｘ線分析
装置としてはエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置、例え
ば卓上型蛍光Ｘ線分析計（セイコー電子工業（株）製の
商品名「ＳＥＡ２０１０（エレメントモニタ）」）など
を好適に使用し得る。

【００２５】次いで、この分析結果より現在の転炉プロ
セスにおける反応解析を行なう。反応解析により、反応
の進行状況や、反応の終点を把握することができ、必要
に応じて転炉プロセスを終了する。

【００２６】図６に、転炉第１造かん期において、本発
明による羽口サンプリング装置を用いて採取した白かわ
のＣｕ品位経時変化測定例を示す。図６には、従来の丸
鋼製細長ロッドとされるパンチングロッドにより同時に
採取した白かわのＣｕ品位を比較のために示している
が、スラグによる汚染のためＣｕ品位は、本発明の装置
を使用した場合に比べて低目となっている。

【００２７】更に、本発明者らは、上述の本発明による
羽口サンプリング装置を用いて採取し、特に、図５に示
すようにサンプラー１を水冷し、卓上自動切断機（スト
ルアス社製の商品名「ディスコトム−２」）にて湿式切
断した白かわ５０個について、卓上型蛍光Ｘ線分析計
（セイコー電子工業（株）製の商品名「ＳＥＡ２０１０
（エレメントモニタ））を使用して蛍光Ｘ線分析を行な
い、且つ同時に化学分析を行なった。図７は、このよう
にして得た、白かわのＣｕ品位化学分析値と蛍光Ｘ線分
析におけるＣｕ特性Ｘ線強度との関係を示す。白かわの
Ｃｕ品位化学分析値と蛍光Ｘ線分析におけるＣｕ特性Ｘ
線強度とは実質的に比例関係にあることが分かる。又、
蛍光Ｘ線分析値と化学分析値との差の標準偏差は０．４
％であった。

【００２８】このような一連の測定作業において、本発
明に従ってサンプリングから分析値を得るまでの各工程
の所要時間は、サンプリング（５秒）＋水冷（３０秒）
＋湿式切断（２０秒）＋蛍光Ｘ線分析（６０秒）であ
り、これに、各工程間の雑時間の計約１分を加えても、
サンプリング開始から分析値を得るまでの合計時間は３
分弱であった。従って、本発明は、転炉プロセスにおけ
る反応解析に極めて有効に採用し得ることが分かった。

【００２９】図８及び図９を参照して、本発明を使用し
ての転炉の操業管理に関して説明する。

【００３０】一般に、造かん期終点における白かわのＣ
ｕ品位は、次の造銅期に持ち越すＦｅ量を少なくする観
点からは高くする方が良いが、高くなり過ぎるとカラミ
のマグネタイト含有率や含銅率が上昇するため、一般に
７６％を目標に操業は行なわれている。

【００３１】従前においては、この終点判定は、パンチ
ングロッド付着物や排ガスの色変化などの目視観察な
ど、非定量的な判定基準を基にオペレータが勘と経験に
基づいて行なっていた。

【００３２】図８に、従前の、転炉第１造かん期操業に
おける送風時間と白かわＣｕ品位との関係を示す。操業
Ａ、Ｂではそれぞれ送風開始後約６１分と６６分後に白
かわＣｕ品位は、７６％に達しているが、実際にはそれ
ぞれ約７１分と７５分送風しているため、終点での白か
わＣｕ品位はそれぞれ約７８％と７７％となっている。
又、操業Ｃでは、送風開始６０分後に送風は終了されて
いるが、このときの白かわＣｕ品位は７６％に達してい
ない。

【００３３】一方、図９は、送風開始２０分及び５０分
後に、本発明に従った方法で採取した羽口サンプリング
白かわを蛍光Ｘ線分析し、２点を結ぶ直線から送風終了
時間（終点）を推定した結果を示す。この方法により、
操業Ａ、Ｂ及びＣで終点はそれぞれ送風開始５４分、６
４分及び５９分後と推定されたが、このときの実際の白
かわＣｕ品位は、それぞれ７６．１、７６．８及び７
５．７％であった。これは、７６％を目標とする転炉の
操業管理を十分に満足せしめるものである。

【００３４】このように、本発明によれば、送風終了時
間を精度良く推定することができ、転炉の操業管理に極
めて有効である。又、本発明によれば、サンプリング開
始から分析値を得るまでの合計時間は３分弱で済むこと
から、予想送風終了時刻の５分程度前に、更にもう１回
の白かわＣｕ品位分析を行なうことができ、それによっ
て、終点での白かわＣｕ品位のバラツキを更に小さくす
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の如くに構成される本発明の羽口サ
ンプリング装置は、造かん期或は造銅期において、転炉
羽口部から白かわ或は粗銅を効率よく採取することがで
き、更には、この羽口サンプリング装置を使用すると、
サンプリング及び転炉操業が極めて効率よく実施され
る。又、本発明の転炉操業方法によると、高効率の転炉
操業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る羽口サンプリング装置の実施例を
示す図であり、図１（Ａ）、（Ｂ）は使用前を示す平面
図であり、図１（Ｃ）は使用後を示す断面図である。

【図２】転炉の概略断面図である。

【図３】本発明者らが作製した羽口サンプリング装置の
図であり、図３（Ａ）は使用前を示す平面図であり、図
３（Ｂ）は使用後を示す断面図である。

【図４】羽口サンプリング装置の正面図である。

【図５】本発明に従った好ましいサンプラーの急冷及び
切断方法を示す図である。

【図６】本発明による羽口サンプリング装置及び従来の
パンチングロッドを用いて採取した白かわのＣｕ品位経
時変化測定例を示すグラフである。

【図７】本発明に従って採取した白かわのＣｕ品位化学
分析値と蛍光Ｘ線分析におけるＣｕ特性Ｘ線強度との関
係を示すグラフである。

【図８】従前の、転炉第１造かん期操業における送風時
間と白かわＣｕ品位との関係を示すグラフである。

【図９】本発明に従った方法で採取した羽口サンプリン
グ白かわを蛍光Ｘ線分析し、２点を結ぶ直線から送風終
了時間（終点）を推定した結果を示すグラフである。

【図１０】従来の紙管製サンプリングプローブの断面図
である。

【符号の説明】

１ サンプラー ２ ホルダ ４ 開口

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯マットを酸化して粗銅とする転炉製
   錬にて白かわ或は粗銅を採取するための羽口サンプリン
   グ装置であって、細長ロッド状のホルダと、該ホルダの
   先端部に取り付けられたサンプラーとを備え、前記サン
   プラーは、両端が閉鎖された中空管からなり、この中空
   管の上側面に溶湯を採取するための実質的に円形或は実
   質的に正方形の開口が形成されたことを特徴とする転炉
   製錬にて白かわ或は粗銅を採取するための羽口サンプリ
   ング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の羽口サンプリング装置を
   転炉羽口から炉内に挿入し、次いで抜き出し後、直ちに
   サンプラーの先端が下に来るようにして垂直に立てて、
   採取した溶湯を凝固させることを特徴とする溶湯羽口サ
   ンプリング方法。
3. 【請求項３】 （ａ）請求項１記載の羽口サンプリング
   装置にて転炉羽口から白かわ或は粗銅を採取する工程、
   （ｂ）サンプラーを切断し、採取した試料を蛍光Ｘ線で
   分析する工程、（ｃ）前記（ｂ）工程の分析結果に基づ
   いて現在の転炉プロセスにおける反応解析を行なう工
   程、（ｄ）前記（ｃ）工程の反応解析結果により、反応
   の進行状況や、反応の終点を把握し、必要に応じて転炉
   プロセスを終了する工程、を有することを特徴とする転
   炉操業方法。