JP2971336B2 - 溶融金属精錬炉におけるスラグカット制御方法およびスラグカット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶融金属精錬炉の出
湯時におけるスラグ流出防止技術、特に転炉における出
鋼時のスラグカット技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉精錬等においては、出鋼終了時を正
確に把握し、この時期に的確なスラグカットを行うこと
が重要である。というのは、スラグカットのタイミング
が早すぎると転炉内に多大の溶鋼を無駄に残留させるこ
とになり、一方タイミングが遅すぎると取鍋中に少なか
らぬ量のスラグが流入し、その後の精錬に支障をきたす
からである。そこで、転炉には通常、その出鋼口に、ス
ラグ流出検知器とスラグ流出防止装置（スラグストッパ
ー）とからなるスラグカット装置が設置されている。

【０００３】通常のスラグカット技術では、スラグのカ
ット精度はスラグ検知器の検知精度に依存する。しかし
ながら、スラグ検知器の検知精度は、出鋼孔の形状、出
鋼孔内の性状、出鋼孔内の容湯流れ状態および検知器の
設置状態（取り付け位置、環境温度、測定対象からの離
融距離）等の種々の因子に依存しするため、かようなス
ラグカット装置を用いても、なお出鋼終了時すなわちス
ラグカット時を正確に検出することは難しかった。

【０００４】そこで従来から、この点に関し、種々の改
善策が講じられている。例えば、特開平５-39519号公報
には、出鋼孔の出口側断面積を転炉内側断面積よりも小
さくし、出鋼孔の内面を出口に向かって絞るテーパ形状
にすることにより、出鋼流に対する空気の巻き込みを防
止して出鋼流の安定化を図り、もってスラグの検出精度
を向上させる技術が提案されている。しかしながら、ス
ラグ検知精度は、上述したように種々の因子に左右され
るため、上記の技術では、十分に満足のいく高い検知精
度を得ることができず、その改善が望まれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 この発明は、上記の要
望に有利に応えるもので、転炉を代表とする溶融金属精
錬炉の出湯終了時、すなわちスラグカットのタイミング
を高精度で検出できる、溶融金属精錬炉におけるスラグ
カット制御方法を提案することを主たる目的とする。ま
た、この発明の他の目的は、上記の制御方法の実施に際
して有利に用いられるスラグカット装置を提案すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 すなわちこの発明は、溶
融金属精錬炉からの出湯に際し、溶湯の受湯台車に設け
た重量計の計測値変化から、出湯口から出る溶湯の出湯
速度を算出し、得られた値を元にしてスラグ検知しきい
値を決定し、この決定値に従ってスラグをカットするこ
とを特徴とする溶融金属精錬炉におけるスラグのカット
制御方法（第１発明）である。

【０００７】またこの発明は、スラグ流出検知器と、ガ
ス噴射ノズルから高圧ガスジェットを噴出するニューマ
チック式のスラグストッパーとからなるスラグカット装
置であって、該噴射ノズルが、スラグカット用のガスと
出湯孔内の残存地金溶解除去用の酸素ガスとの切替え機
能を有することを特徴とする溶融金属精錬炉におけるス
ラグカット装置（第２発明）である。

【０００８】なお、本発明においては、上記スラグカッ
ト制御方法及び装置の実施に当たっては、出湯口の溶湯
流路, 即ち出湯孔 (以下、「出鋼孔」の例で述べる) の
形状が、出鋼孔入側からスラグ検知器装置の設置位置ま
では断面積が漸次小さくなる先細り状とする一方、スラ
グ検知器装置の設置位置から出鋼孔出側までは断面積が
漸次広がる先拡がり状とした出鋼孔を用いることが好ま
しい。

【０００９】以下、上記第１および第２発明を、溶融金
属精錬炉として転炉を用いる場合を代表例として、それ
ぞれ具体的に説明する。もちろん、この発明は、例示の
転炉だけに限らず、他の電気炉などのような溶融金属精
錬炉にも適用し得る。そこでまず、上記第１発明につい
て説明する。この第１発明は、出鋼孔の大きさや形状変
化に応じて、スラグ検知しきい値を的確に変更すること
により、スラグの検出精度を向上させるものである。こ
こで、スラグ検知しきい値とは、下記のスラグ値Ｓが何
％のときに、実際のスラグ流出と認められるかという最
低値のことであり、この最低値を超えるときにスラグカ
ット装置を作動させるものである。

【００１０】スラグ検知装置のセンサーが検出するスラ
グ値Ｓとは、出鋼時に、出鋼孔を通過する溶鋼出湯流中
に観測されるスラグの痕跡 (混入量) が何％認められた
かという数値のことであり、この数値は一般に次式で表
わされる。 Ｓ＝ｄ／Ｄ スラグ検知センサーの直径（ｄ）は一定であるため、ス
ラグ値は出鋼孔の大きさや形状により変化する。従っ
て、スラグを検知したかどうかのしきい値であるスラグ
検知しきい値は、常に変化する出鋼孔の大きさや形状に
あわせて変える必要がある。

【００１１】しかしながら、前掲特開平５-39519号公報
に開示の方法では、実際の出鋼孔の様子がわからず、安
定してスラグ検知が行われているとは言い難い。また、
スラグ検知しきい値（通常30％設定）に対し、スラグ値
は20〜100 ％とバラツキが大きい。従って、しきい値を
高く設定すると、スラグの検知ができず（未検出）、一
方低く設定すると早目に検知する（誤検出）という問題
が生じ、確実な検出は難しい。なお、早目に検知すると
いうのは、スラグ値の感度が全般的に上がり、ノイズが
大きくなり、ノイズがしきい値を超えるためである。

【００１２】図１〜３に、出鋼状況に応じた代表的なス
ラグ値の推移を示す。図１は、通常の出鋼時におけるス
ラグ値の推移、図２は、出鋼孔が大きく出鋼時間が短い
（出鋼速度が大きい）ときのスラグ値の推移、図３は、
出鋼孔が小さく出鋼時間が長い（出鋼速度が小さい）と
きのスラグ値の推移である。同図より、一般的に出鋼速
度が小さくなる（出鋼孔が小さくなる）とスラグ値は小
さくなり、逆に出鋼速度が大きくなると（出鋼孔が大き
くなる）スラグ値は大きくなることがわかる。従って、
出鋼速度を正確に検出できれば、出鋼孔の大きさを推定
でき、それに基づいてスラグ検知しきい値を設定してや
れば、常に正確なスラグ検知が実現できることになる。

【００１３】そこで、この第１発明では、受鋼台車上に
重量計を設け、この重量計の計測値変化から出鋼速度を
算出し、その算出出鋼速度に対応する、予め求めたスラ
グ検知しきい値との関係より適正スラグ検知しきい値を
求め、得られたその適正スラグ検知しきい値に基づいて
スラグカット制御を行うことを特徴とする。図４に、第
１発明の実施に用いて好適な転炉設備を、スラグ検知し
きい値の演算系と共に示す。図中、番号１は転炉、２は
出鋼孔、３はスラグ、４は溶鋼、５はスラグ検知器、６
はスラグストッパーであり、このスラグ検知器５とスラ
グストッパー６とでスラグカット装置を構成する。また
７は噴射ガス、８は受鋼台車、そして９が受鋼台車８に
設けられた重量計（ロードセル）である。10はスラグ検
知制御装置、11はスラグストッパー制御装置、12はスラ
グストッパーのバルブスタンド、13は受鋼台車重量変換
器である。

【００１４】

【作用】さて図４に示したところにおいて、受鋼台車８
に設けられた重量計９の計測値変化から、受鋼台車重量
変換器13で出鋼速度を算出し、それに見合ったスラグ検
知しきい値をスラグストッパー制御装置11で決定するの
である。このような制御システムとすることにより、出
鋼孔の大きさや形状変化に起因したスラグの誤検知や未
検知を効果的に防止して、正確なスラグ検知を行うこと
ができ、これによって、スラグカット装置による的確な
スラグカットができるようになった。

【００１５】なお、スラグ検知しきい値の設定は、溶鋼
の出鋼速度とそれに対応した適正なしきい値との関係を
予め求めておき (図９) 、その関係に基づいて行えば良
い。また、この発明において、スラグ検知器としては、
電気的、磁気的あるいは熱的性質を利用したものなど、
従来公知のいずれもが適合する。

【００１６】次に、第２発明について説明する。この第
２発明は、出鋼孔内の地金付着に起因したスラグ検知精
度の劣化を効果的に防止して、スラグの検出精度を向上
させるものである。前述したとおり、出鋼孔の大きさや
形状は転炉精錬操業に応じて時々刻々と変化する。従っ
て、仮に前掲特開平５-39519号公報に開示のように、出
鋼孔の形状を所望のテーパ形状に成形しておいたとして
も、通常80〜300 回にもおよぶ転炉出鋼孔寿命の全期間
にわたって、所望形状を維持することは難しい。また、
特にスラグ検知器として電磁場を利用した場合は、溶鋼
流と検知器との間の空気の存在による測定誤差よりも、
透磁率のより高い物、すなわち例えば地金等の存在によ
る測定誤差の方が大きい。

【００１７】しかしながら、かような地金等の付着がな
ければ、出鋼孔の大きさや形状変化は軽微ですみ、その
結果、測定誤差も軽減されるわけである。そこで、この
第２発明では、出鋼孔内における付着地金を効果的に除
去することにより、スラグ検知精度の向上を図ったもの
である。

【００１８】図６, ８に、第２発明に従う好適スラグカ
ット装置を模式で示し、図中番号６がニューマチック式
のスラグストッパーであり、14はガス噴射ノズル、７は
該ノズル14から噴射された高圧ガスジェットである。ま
た、17は出鋼孔の耐火レンガである。なお、図示は省略
したが、ガス噴射ノズル14は、スラグカット用の窒素ガ
スやアルゴンガス等の不活性ガスと、スラグカット後の
出鋼孔内の付着地金溶解除去用の酸素ガスの両者にバル
ブを介して切替え可能に接続されている。

【００１９】

【作用】さて、上記の構成になるスラグカット装置にお
いて、スラグ検知装置５からの指令に基づいてスラグカ
ットを行う場合には、図６に示すように、スラグストッ
パー６をその退避位置から、ガス噴射口が出鋼孔の真下
に位置するように回動させ、ガス噴射ノズル14から出鋼
を停止できる量のスラグカット用ガスを出鋼孔内に向か
って噴射する。上記の操作によって、取鍋７への転炉内
スラグの流出は阻止されるわけであるが、かような出鋼
停止時における出鋼孔内壁には、図７に示すように、地
金８が付着している。このような付着地金を残存させた
まま次回の出鋼作業を開始すると、地金が出鋼初期に溶
解流出されれば検知精度への悪影響はないけれども、実
際には、いくばくかの地金が出鋼末期まで残るので、ス
ラグ流出検知精度を劣化させる原因となる。かような傾
向は、特に出鋼孔補修直後の数回や、出鋼間隔が空いた
時などに顕著である。

【００２０】この点、第２発明では、スラグストッパー
のガス噴射ノズルから、スラグカット用ガスだけでな
く、酸素ガスをも噴射できる構成になっているので、出
鋼終了後直ちにスラグカットガスから酸素ガスに切り換
えることにより、図７に示したような付着地金を効果的
に溶解して炉内へ除去してやることが可能となり、ひい
ては、付着地金に起因したスラグ検知精度の劣化を防止
できるのである。

【００２１】以下、本発明の上記装置に用いられる出鋼
口について説明する。さて、スラグ検知器と空圧式スラ
グストッパーとを連動させてスラグカットを行う場合、
前掲特開平５-39519号公報に開示の方法では、出鋼孔出
側の断面積が小さくなるため、出鋼孔閉塞時にストッパ
ーノズルと出鋼孔耐火レンガとが衝突して、耐火レンガ
およびストッパーノズルに亀裂が生じ、そこから地金の
差し込み等が起こり、両者の寿命が著しく低下する。

【００２２】ここに、ストッパーの出鋼孔閉塞原理は、
ノズル先端からの噴射ガスによるスラグの噴き上げ、お
よびノズルと出鋼孔での噴射ガスによるエゼクター効果
である。従って、出鋼口は、出鋼孔入側からスラグセン
サー設置位置までは出鋼流の縮流に合致するように断面
積が小さくなる形状とし、センサー設置部から出鋼孔出
口にかけてはストッパーノズル形状と合致するように先
拡がり状としても、上記の閉塞効果には何らの悪影響は
及ぼさない。

【００２３】そこで、本発明では、出鋼孔の形状を鼓形
スリーブとすることにより、噴射ガスによる出鋼孔閉塞
効果に悪影響を及ぼすことなしに、噴射ノズルと出鋼孔
との干渉を回避して、両者の寿命を低下させることなし
に、スラグカット精度の向上を図るのである。

【００２４】ここに、出鋼孔のスリーブ形状は、以下の
ようにして決定すれば良い。まず、ベルヌイの式と連続
の式より出鋼流の縮流状態を算出する。出鋼孔入側から
センサー設置部にかけては、出鋼孔と溶鋼流の間のエア
ーギャップを解消して、スラグ検知精度向上のため、上
記の計算より求めた縮流状態に合致する形状とする。一
方、センサー設置位置から出口にかけては、ストッパー
ノズルとの干渉を回避するため、出鋼孔のスリーブ断面
積を徐々に大きくして、ストッパーノズルと常に一定の
間隙が保持できるような先拡がり状とする。図８に、好
適出鋼孔形状を断面で示すが、通常、先細り角度αは
0.2〜５°、また先拡がり角度βは10〜40°程度であ
る。

【００２５】

【実施例】実施例１ この実施例は、第１発明の実施例である。予め求めてお
いた、出鋼速度とそれに対応した適切なスラグ検知しき
い値との関係を図９に示す。ただし、図９において縦軸
のしきい値は逆数で示した。転炉出鋼期間中、図４に示
したスラグ検知しきい値の演算系により、取鍋における
受鋼速度すなわち出鋼速度を算出し、得られた値から図
９の関係曲線に基づいてしきい値を設定した。その結
果、誤検知や未検知等が発生することなく、的確にスラ
グをカットすることができた。

【００２６】実施例２ この実施例は、第２発明の実施例である。図５，６に示
したスラグカット装置を用い、出鋼チャージ毎に付着ス
ラグを溶解除去しながら百数回の転炉出鋼を行ったとき
の、出鋼回数とスラグ検知成功率との関係を、従来法と
比較して図10に示す。同図より明らかなように、この発
明法は従来法に比べ、特に出鋼孔補修直後の数回や、出
鋼間隔が空いた後の出鋼におけるスラグ検知成功率が大
幅に向上している。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、上記の第１発明に
よれば、１炉代を通じて、出鋼回数に影響されることな
く（出鋼孔の大きさや形状に左右されることなく）、常
に正確なスラグ検知を行うことができ、ひいてはスラグ
ストッパーとの連動により自動的なスラグカットが的確
にできるようになり、取鍋へのスラグ流出量が格段に低
減し、その結果、鋼品質も大幅に向上する。また、上記
の第２発明によれば、出鋼孔補修直後や出鋼間隔が空い
た後の出鋼においても、スラグ検知率が格段に向上す
る。さらに、上記の第３発明によれば、スラグ検知精度
が向上するだけでなく、スリーブレンガ寿命も改善する
ことができる。またさらに、第１〜３発明を併用するこ
とにより、スラグ検知精度をより一層向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常出鋼時におけるスラグ値の推移を示すグラ
フである。

【図２】出鋼速度が大きいときのスラグ値の推移を示す
グラフである。

【図３】出鋼速度が小さいときのスラグ値の推移を示す
グラフである。

【図４】第１発明の実施に用いて好適な転炉設備を、ス
ラグ検知しきい値の演算系と共に示すグラフである。

【図５】第２発明に従う好適スラグカット装置の模式図
である。

【図６】ガス噴射によるスラグカット状態を示す模式図
である。

【図７】残存スラグの付着状態を示す模式図である。

【図８】第３発明に従う鼓形スリーブ形状の出鋼口の断
面図である。

【図９】出鋼速度とそれに対応した適切なしきい値との
関係を示すグラフである。

【図１０】出鋼回数とスラグ検知成功率との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 転炉 ２ 出鋼孔 ３ スラグ ４ 溶鋼 ５ スラグ検知器 ６ スラグストッパー ７ 噴射ガス ８ 受鋼台車 ９ 重量計（ロードセル） 10 スラグ検知制御装置 11 スラグストッパー制御装置 12 スラグストッパーのバルブスタンド 13 受鋼台車重量変換器 14 ガス噴射ノズル 17 出鋼孔の耐火レンガ 18 付着地金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 治志 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社 鉄鋼開発・生 産本部 水島製鉄所内 (72)発明者 永井 亮次 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社 鉄鋼開発・生 産本部 水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 平１−92310（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235418（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−31018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−218581（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−330136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 5/46 103 F27D 3/14 B22D 43/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属精錬炉からの出湯に際し、溶湯
   の受湯台車に設けた重量計の計測値変化から、出湯口か
   ら出る溶湯の出湯速度を算出し、得られた値を元にして
   スラグ検知しきい値を決定し、この決定値に従ってスラ
   グをカットすることを特徴とする溶融金属精錬炉におけ
   るスラグカット制御方法。
2. 【請求項２】 スラグ流出検知器と、ガス噴射ノズルか
   ら高圧ガスジェットを噴出するニューマチック式のスラ
   グストッパーとからなるスラグカット装置であって、該
   噴射ノズルが、スラグカット用のガスと出湯孔内の付着
   地金溶解除去用の酸素ガスとの切替え機能を有すること
   を特徴とする溶融金属精錬炉におけるスラグカット装
   置。