JP2986311B2 - 鉄鋼分析用赤熱試料の冷却制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼業における鉄鋼分
析用赤熱試料の冷却制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶銑を精錬して溶鋼となし、この溶鋼を
鋳造して目的とする品質の鋼材とする過程においては、
各種の製造プロセス、例えば、溶銑予備処理炉、転炉、
電気炉、取鍋あるいは真空脱ガス炉等の二次精錬炉、連
続鋳造設備のタンディシュ等において定められたスケジ
ュールで所定の精錬が実施される。通常、これらの精錬
に際しては対象溶鋼の品質を確認するために各製造プロ
セス毎、精錬毎に分析試料が採取され、可能な限り短時
間に分析結果がフィードバックされるように設備されて
いる。

【０００３】上記各製造プロセスにおいては通常６０秒
前後の所要時間で赤熱試料が採取される。また、採取さ
れた赤熱試料は該試料採取場において冷却した後、その
まままたは気送子に入れて分析箇所に気送するか、ある
いは赤熱試料のまま分析箇所に気送した後、該分析箇所
で冷却する方法がある。該分析用試料の試料採取場から
分析箇所への気送に要する時間は両者間の距離によって
異なるが、通常２０〜４０秒程度の所要時間で気送され
る。

【０００４】上記採取された赤熱試料の冷却方法として
は、該赤熱試料を試料バサミで挟んで冷却水中に入れて
急冷する方法とか、冷却水に入れたり出したりしながら
徐冷する方法とか、お湯に入れて徐冷した後に水に入れ
て急冷する等の操作を作業者が試料の状態（色）を見な
がら行う手動冷却方法、機械的に冷却水中に入れる冷却
方法、あるいは実公昭５８−１９４７６号で開示されて
いるように、浸漬水とシャワー水の量を電磁弁で自動的
に断続する自動冷却装置が知られている。

【０００５】一方、溶鋼を凝固させる際、溶鋼中の炭素
含有量、合金成分含有量、冷却速度等によりマルテンサ
イト、パーライト、フェライト等様々な金属組織形態を
とり、固体全体が同一の組織であったり、部位により異
なった金属組織をとることが知られている。また、過剰
な冷却速度をとると亀裂が生じることも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記手動冷却の場合、
赤熱試料の初期温度が異なったり、作業者によって冷却
時間や冷却方法が一定しないため試料内及び試料間での
異なった金属組織、硬度のバラツキが大きい。このため
発光分光分析において標準試料との間の金属組織の差に
よる分析誤差、試料内での金属組織の差による選択放電
に起因する分析誤差が生じるという問題がある。

【０００７】また、手動冷却あるいは自動冷却にかかわ
らず、各製造プロセスで採取される分析用試料の成分濃
度、例えば、炭素濃度とか合金成分濃度が異なってお
り、例えば、低炭素鋼からの赤熱試料と高炭素鋼からの
赤熱試料を同じ冷却速度で急冷すると、高炭素鋼からの
分析用試料には亀裂が入ってしまい、発光分光分析にお
いて放電できずに分析値がでないという問題がある。

【０００８】また、ほぼ同一条件の赤熱試料をほぼ同一
条件で冷却する場合は、実公昭５８−１９４７６号の自
動冷却装置はその威力を発揮するが、各製造プロセスで
採取されたそれぞれ成分濃度の異なる赤熱試料を対象と
する場合は、最も緩やかな冷却条件に設定した冷却速度
で冷却することになるので、各赤熱試料毎の冷却時間が
相対的に延長される。かかる相対的に延長された試料採
取・試料調整・分析時間を前提としたタイムスケジュー
ルを設定して稼働する各製造プロセスは著しい生産性の
低下を招くという問題がある。

【０００９】本発明は、各製造プロセスで採取されたそ
れぞれ成分濃度の異なる赤熱試料を、該赤熱試料の成分
濃度に適した冷却速度で冷却することにより、最短時間
での試料調製を可能とすると共に分析精度を向上するこ
とを目的とする赤熱試料の冷却制御方法を提供するもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。 （１）鉄鋼製造プロセスから採取した分析用赤熱試料を
試料調製温度まで冷却するに際して、上記製造プロセス
での精錬制御過程で測定あるいは推定されている該赤熱
試料採取時の概略成分濃度値に基づいて冷却速度を制御
することを特徴とする鉄鋼分析用赤熱試料の冷却制御方
法である。 （２）上記冷却速度の制御に際して、赤熱試料の温度を
変数とすることを特徴とする上記（１）記載の鉄鋼分析
用赤熱試料の冷却制御方法である。 （３）上記製造プロセスでの精錬制御過程で測定あるい
は推定されている採取試料の成分として、炭素、シリコ
ン、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデンの少なく
ともいずれか一つを選択することを特徴とする上記
（１）又は（２）記載の鉄鋼分析用赤熱試料の冷却制御
方法である。 （４）予め設定した冷却媒体の種類と冷却時間の組合せ
からなる冷却速度パターンを選択することを特徴とする
上記（１）〜（３）のいずれか１記載の鉄鋼分析用赤熱
試料の冷却制御方法である。

【００１１】

【作用】本発明は、鉄鋼製造プロセスから採取した分析
用赤熱試料を試料調製温度まで冷却するに際して、上記
製造プロセスでの精錬制御過程で測定あるいは推定され
ている該赤熱試料採取時の概略成分濃度値に基づいて冷
却速度を制御するので、各種製造プロセスから採取した
それぞれ組成成分濃度の異なる分析用赤熱試料毎に適切
な冷却ができ、亀裂を発生することなく所望の金属組成
にできる。

【００１２】また本発明は、上記冷却速度の制御に際し
て、該赤熱試料採集時の概略成分濃度値と共に赤熱試料
の温度を変数とするのでより適切な冷却を実施できる。
また本発明は、上記製造プロセスでの精錬制御過程で測
定あるいは推定されている採取試料の成分として、炭
素、シリコン、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデ
ンの少なくともいずれか一つを選択するので、亀裂の発
生しないしかも均質な金属組織とする最短時間の冷却速
度を選択できる。

【００１３】また本発明は、予め設定した冷却媒体の種
類と冷却時間の組合せからなる冷却速度パターンを、上
記製造プロセスでの精錬制御過程で測定あるいは推定さ
れている該赤熱試料採取時の概略成分濃度値に基づいて
選択するので、亀裂の発生しないしかも均質な金属組成
とする最短時間の冷却が実行できる。

【００１４】以下、本発明を図面を参照しながら具体的
に説明する。上記鉄鋼製造プロセスとしては、図示して
いないが、例えば、溶銑中の珪素、硫黄、燐を予め精錬
除去する溶銑予備処理炉、予備処理された溶銑あるいは
未処理溶銑を酸素吹錬して鋼にする転炉、主としてスク
ラップを原料として溶解・精錬する電気炉、得られた溶
鋼中の不純成分を除去あるいは脱酸剤等の処理剤、合金
成分を添加する取鍋あるいは真空脱ガス炉等の二次精錬
炉、溶鋼を鋼片に連続鋳造する直前に不純成分を除去あ
るいは処理剤、合金成分を添加するタンディシュ等があ
る。

【００１５】上記各製造プロセスでの溶銑あるいは溶鋼
の各精錬に際しては、対象処理が計画通り実行され成
分、温度が設定通りであるかを分析評価するために、精
錬毎に分析試料が採取される。鉄鋼分析用の試料として
は、例えば、図２に示すようなボンブ型（逆円錐台型）
試料１等が用いられる。赤熱試料の大きさは、例えば、
直径２５〜４０mm、高さ４０〜８０mmであって、溶鋼か
ら採取し凝固した状態の赤熱試料は約１０００℃の顕熱
を有しているので、該赤熱試料を試料調製可能温度ま
で、例えば、１００℃以下、好ましくは室温まで速やか
に冷却する。上記試料調製可能温度は該試料の調製内容
によって異なるものであり、短時間に試料調製が完了す
る場合は再酸化を防止するために室温まで冷却すること
が好ましい。

【００１６】上記赤熱試料の冷却のタイミングとして
は、試料採取場の近傍に専用の冷却設備を設け、採取し
た赤熱試料をその場で冷却した後、分析箇所へ気送する
方式、あるいは分析箇所に専用の冷却設備を設け、採取
した赤熱試料をそのまま分析箇所に気送し、冷却する方
式が採用できる。上記赤熱試料をそのまま分析箇所に気
送すると、２０〜４０秒の気送所要時間が該赤熱試料の
空冷作用をし、約２００℃降温効果をもたらすので、後
続する冷却時間が実質的に短縮できる。

【００１７】本発明は、上記赤熱試料を試料調製が可能
となる温度まで冷却するに際し、上記製造プロセスでの
精錬制御過程で測定あるいは推定されている該赤熱試料
採取時の概略成分濃度値に基づいて冷却速度を制御す
る。例えば、転炉において溶銑を精錬して溶鋼にする精
錬制御過程では、精錬時に発生するＣＯ、ＣＯ₂ を主成
分とする排ガス成分分析値及び排ガス量から溶鋼の時々
刻々の概略炭素成分濃度を推定する方法が知られてい
る。また、例えば、特開昭４８−２８２９６号で開示さ
れているように、サブランスを用いた溶鋼温度測定およ
び採取した溶鋼の凝固温度から炭素濃度を求める方法が
知られている。また、例えば、特開昭６２−６７４３０
号で開示されているように、溶鋼表面に例えば酸素を吹
付けて火点を形成し、発光スペクトルを分光して成分分
析する方法、また、例えば、特開平１−２２７９４９号
で開示されているように、溶鋼表面に不活性ガスを吹付
け溶鋼を微粒子を生成させ、捕集した微粒子をプラズマ
発光分光分析し、各元素の経時変化を測定して溶鋼中の
各元素濃度を求める方法が知られている。

【００１８】本発明は、上記公知の測定あるいは推定手
段によって、比較的精度よく計測され、上記精錬操作室
の計器に出力表示している、溶鋼中の炭素、シリコン、
マンガン成分値あるいはニッケル、クロム、モリブデン
等の合金成分の成分値データを、図１に示した赤熱試料
の冷却装置の制御装置に取り込み、当該赤熱試料の冷却
時に、該赤熱試料の概略成分濃度値に基づいて適切な冷
却速度に制御して冷却する。上記概略成分濃度値として
は通常炭素濃度値が選択されるが、鋼種によって一つも
しくは複数の概略成分濃度値を選択することが好まし
い。例えば、低炭素鋼でマンガン濃度が高い場合はマン
ガン濃度値が選択される。また、合金成分が添加されて
いる溶鋼の場合には炭素濃度と特定合金成分濃度値を選
択することにより、亀裂の発生しない、しかも均質な金
属組織の試料に冷却できる。

【００１９】上記赤熱試料採取時の概略成分濃度値に基
づいて冷却速度を制御する際に、該赤熱試料の温度を変
数として考慮すると、より適切な冷却を実施できる。赤
熱試料の温度は、試料採取場で冷却するかあるいは分析
箇所、具体的には試料調製箇所で冷却するのかによって
若干異なるが、例えば、試料調製箇所で冷却する場合
は、試料調整域に到着時もしくは到着直前の温度を使用
するのが望ましいが、試料採取時に同時に測定した温度
または採取直前に測定した溶鋼温度を到着時の温度に補
正して使用することも可能である。

【００２０】上記赤熱試料の冷却に際して使用する冷却
媒体としては、空気、水、湯、油等を単独あるいは組み
合わせて使用できる。しかし、前記したように秒単位の
迅速な分析が要求されている場合において、空気中での
放冷は冷却時間が延長されるので好ましくなく、冷却媒
体として空気を使用する場合は空気を噴射する方式が選
択される。また、冷却媒体として油を使用する場合、例
えば、赤熱試料が極低炭素鋼であると、油中の炭素によ
る汚染問題を内在するので、炭素濃度によって使用を制
限することが好ましい。また、湯冷却の温度は５０℃以
上の湯を用いるものである。また、赤熱試料を入れたと
きに沸騰する湯であると試料との間に生成する蒸気膜は
冷却速度を低下するが、予め１００℃付近の沸騰させた
湯の場合は蒸気膜の生成量が少なくなり、冷却速度を早
めることができる。

【００２１】上記冷却媒体の種類と冷却時間の組合せか
らなる冷却速度パターンとしては、鋼種によって上記空
気、水、湯、油等を単独あるいは組み合わせて複数の冷
却速度パターンを準備しておく。例えば、金属組織をパ
ーライトにしようとする場合、パーライト変態が終了後
は水冷却で急冷をおこなってもマルテンサイトにならな
いため、まず、パーライト変態が終了するまで湯冷却で
ゆっくり冷却し、パーライト変態終了後、試料調整時間
を短縮するため水で冷却するという冷却速度パターンで
実行される。

【００２２】図１は赤熱試料の冷却装置の概要説明図
で、採取された赤熱試料１をそのまま試料調製箇所へ気
送して冷却する態様である。採取された赤熱試料１は試
料発送装置２にそのまま挿入され、気送管３中を高速搬
送され試料ストッカー４に至る。ストッカー４に到達し
て停止した時点で、赤熱試料１の温度が測定され、測温
値は制御装置１６に入力される。測温後の赤熱試料１は
試料払い出し装置５部分に接近して待機しているリフト
６に載置される。上下動、位置制御可能なリフト６の下
方部には冷却槽７が配置されている。冷却槽７はそれぞ
れ電磁弁８、１０、１２を備えた給水管９、給湯管１
１、排水管１３を備え、上方には電磁弁１４を備えた空
気供給管１５を配置する。

【００２３】上記試料発送装置２に赤熱試料１を挿入す
るとともに、製造プロセスを示すコード、精錬番号及び
試料番号が制御装置１６に入力される。一方、制御装置
１６には各精錬制御操作装置からの製造プロセスでの精
錬制御過程で測定あるいは推定されている該赤熱試料採
取時の概略成分濃度値データが入力されており、両者が
付き合わされると冷却対象となる赤熱試料１の鋼種、概
略成分濃度値に基づいて最適な冷却速度パターンが選択
され、上記赤熱試料１を載置したリフト９が下降動作を
開始すると共に各電磁弁が制御駆動されて冷却される。
尚、上記製造プロセスを示すコード、精錬番号及び試料
番号を制御装置１６に入力する他の態様としては、各精
錬制御操作装置からの概略成分濃度値データと共に製造
プロセスを示すコード、精錬番号及び試料番号を取り込
み、試料発送装置２に赤熱試料１を挿入する動作を入力
信号とすることによって合致させることもできる。

【００２４】上記冷却の具体的態様は、赤熱試料１の概
略成分濃度あるいは概略成分濃と試料温度から空冷が必
要とされた場合、空気供給管１５からの噴射空気で所定
時間空冷される。空冷された試料または空冷を必要とし
ない試料１はリフト６で冷却槽７の中に入れる。冷却槽
７には試料１中の概略成分濃度あるいは概略成分濃と温
度から湯冷却が必要な場合は、給湯管１１から供給され
る湯が入れてあり、必要時間湯冷却される。所定の変態
温度まで湯冷却した後、冷却槽７には給水管９から水が
供給される。水の入れ方としては排水弁１２を閉じたま
ま冷却槽７からオーバーフローさせながら給水する方法
と排水弁１２を開き排水管１３から湯を抜きながら給水
する方法があり、何れかの方式が選択されて所定時間試
料１が水冷却される。また、湯冷却を必要としない試料
１には冷却槽７には給水管９から水を入れておき、所定
時間水冷却される。冷却の終わった試料１はリフト６で
冷却槽７から出され、空気供給管１５からの空気で水切
りを行い、図示していない試料調製装置に供給され、試
料調製後分析される。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）転炉でサブランスを用いて採取した概略成
分がＣ：０．７０％、Ｍｎ：０．２８％、Ｓｉ：０．０
０６％の赤熱試料を図１に示した冷却装置へ気送した。
赤熱試料の到達時の温度は８１０℃であった。上記炭素
濃度及び赤熱試料試料温度に基づいて空気冷却時間４
秒、湯冷却時間３６秒、水冷却時間１８秒に設定した冷
却速度パターンで冷却制御した。上記空気の温度は２６
℃、湯の温度は８０℃、水の温度は１０℃のものを使用
した。赤熱試料を上記の条件で冷却した結果、分析面は
すべてパーライトになっていた。また、試料のロックウ
エル硬度は３５以下であり試料調整が容易であった。

【００２６】（実施例２）ＲＨ式真空脱ガス処理過程で
推定した概略炭素濃度：０．００２％の赤熱試料を図１
に示した冷却装置へ気送した。赤熱試料の到達時の温度
は７５０℃であった。上記炭素濃度及び赤熱試料試料温
度に基づいて水冷却時間２０秒に設定した冷却速度パタ
ーンで冷却制御した。上記水の温度は１０℃のものを使
用した。赤熱試料を上記の条件で冷却した結果、分析面
はすべてフェライトになっていた。また、試料のロック
ウエル硬度は１７以下であり試料調整が容易であった。

【００２７】

【発明の効果】本発明によると、試料分析部の金属組織
を標準試料と同様にでき、また、分析面内の組織も均一
なため、例えば、転炉から採取した試料の場合、従来の
手動操作による冷却法と比較して分析精度が２倍向上し
た。また、従来、約３割発生していた試料冷却割れ（内
１割は分析不可能）は、本発明により全くなくなった。
更に、試料硬度を低くすることもでき、試料調製を容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】赤熱試料の冷却装置の概要説明図である。

【図２】分析用試料の斜視図である。

【符号の説明】

１ 分析用試料 ２ 試料送信装置 ３ 気送管 ４ 試料ストッカー ５ 試料払い出し装置 ６ 試料移送用リフト ７ 冷却槽 ８、１０、１２、１４ 電磁弁 ９ 給水管 １１ 給湯管 １３ 排水管 １５ 空気供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 1/28 G01N 33/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄鋼製造プロセスから採取した分析用赤
   熱試料を試料調製温度まで冷却するに際して、上記製造
   プロセスでの精錬制御過程で測定あるいは推定されてい
   る該赤熱試料採取時の概略成分濃度値に基づいて冷却速
   度を制御することを特徴とする鉄鋼分析用赤熱試料の冷
   却制御方法。
2. 【請求項２】 上記冷却速度の制御に際して、赤熱試料
   の温度を変数とすることを特徴とする請求項１記載の鉄
   鋼分析用赤熱試料の冷却制御方法。
3. 【請求項３】 上記製造プロセスでの精錬制御過程で測
   定あるいは推定されている採取試料の成分として、炭
   素、シリコン、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデ
   ンの少なくともいずれか一つを選択することを特徴とす
   る請求項１又は２記載の鉄鋼分析用赤熱試料の冷却制御
   方法。
4. 【請求項４】 予め設定した冷却媒体の種類と冷却時間
   の組合せからなる冷却速度パターンを選択することを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の鉄鋼分析用
   赤熱試料の冷却制御方法。